一种横向三极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体集成器件领域，尤其涉及一种横向三极管及其制备方法。

背景技术：

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的pn结，两个pn结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有pnp和npn两种，从三个区引出相应的电极，分别为基区电极b、发射区电极e和集电区电极c。

但一般的晶体三极管的发射极处于三极管的表面，三极管的表面积基本决定了三极管的发射极面积，使三极管的电流能力弱。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种横向三极管，其能使三极管的发射极面积变大，电流能力变强。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

一种横向三极管，包括：

第一导电类型的衬底，

形成在所述衬底的上表面上的绝缘层，

形成在所述绝缘层的上表面的第一导电类型的外延层，

自所述外延层的上表面向下贯穿所述外延层和所述绝缘层的第一沟槽，

填充所述第一沟槽的第一导电类型的发射区，

形成在所述第一沟槽侧壁上的第一导电类型的发射结，

形成在所述发射结远离所述发射区的侧壁上的第二导电类型的基区，

自所述外延层的上表面向下贯穿所述外延层的第二沟槽，

填充所述第二沟槽的第一导电类型的集电区，

形成在所述第二沟槽侧壁上的第一导电类型的集电结，

形成在所述外延层、所述集电结、所述集电区、所述基区、所述发射结和所述发射区上表面的介质层，

自所述介质层的上表面向下延伸至所述所述集电区的集电区电极，

自所述介质层的上表面向下延伸分别与所述外延层和所述基区连接的基区电极，

形成在所述衬底的下表面上的发射区电极。

优选的，所述横向三极管包括两个以所述发射区为对称轴的集电区，每个集电区的侧壁均设置有所述的集电结，每个集电区的上表面均设置有所述的集电区电极。

优选的，所述横向三极管还包括设置在所述发射区的下表面上的第一导电类型的第一注入区，所述第一注入区与所述衬底连接。

优选的，所述横向三极管还包括设置在所述基区电极的下表面上的第二导电类型的第二注入区，所述第二注入区分别与所述外延层和所述基区连接。

优选的，所述集电区和所述发射区的材质为多晶硅。

优选的，所述发射区、所述发射结、所述集电区、所述集电结、所述第一注入区和所述第二注入区的离子浓度均大于所述外延层的离子浓度。

优选的，所述绝缘层和所述介质层的材质均为二氧化硅。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

一种上述横向三极管的制备方法，包括步骤：

s1、提供一第一导电类型的衬底，在所述衬底的上表面形成绝缘层，在所述绝缘层的上表面形成第一导电类型的外延层；

s2、在所述外延层的上表面形成研磨阻挡层；

s3、自所述研磨阻挡层向下刻蚀依次贯穿所述外延层和所述绝缘层的第一沟槽；

s4、在所述第一沟槽且位于外延层的侧壁上进行第二导电类型的扩散而形成基区；

s5、自所述研磨阻挡层向下刻蚀所述外延层至所述绝缘层的上表面，而形成与所述第一沟槽间隔设置的第二沟槽；

s6、在所述第一沟槽内、所述第二沟槽内以及所述研磨阻挡层的上表面填充第一导电类型的埋层；

s7、研磨掉所述外延层上表面以上的埋层，而形成集电区和发射区；

s8、去掉所述研磨阻挡层；

s9、在所述第一沟槽的侧壁形成第一导电类型的发射结，在所述第二沟槽的侧壁形成第一导电类型的集电结，在所述外延层、所述集电结、所述集电区、所述基区、所述发射结和所述发射区的上表面上形成介质层；

s10、延所述介质层的上表面向下刻蚀至所述所述集电区的第四沟槽、延所述介质层的上表面向下刻蚀至所述基区和所述外延层的第五沟槽；

s11、填充所述第四沟槽形成与所述集电区电连接的集电区电极，填充所述第五沟槽形成与所述基区和所述外延层电连接的基区电极；

s12、在所述衬底的下表面形成发射区电极。

进一步地，在所述步骤s4中，通过固态源扩散形成所述的基区，所述基区的离子浓度为5e17-2e18/cm2。

进一步地，所述步骤s8还包括：去掉所述研磨阻挡层后，在所述发射区与所述衬底的连接处注入形成第一导电类型的第一注入区，在所述基区电极分别与所述基区和所述外延层的连接处形成第二导电类型的第二注入区。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

其发射区设置在所述贯穿所述外延层和所述绝缘层的第一沟槽内，而使发射极的面积跟所述第一沟槽的深度密切相关，这样就可以制作出更大面积的发射极，而可以获得更强的电流能力；另外，所述外延层的上表面的绝缘层也可以减小发射极、集电极和基极之间的寄生电容。

附图说明

图1为本发明横向三极管的结构示意图；

图2为本发明横向三极管制备方法的流程图；

图3-图14为本发明横向三极管制备方法的详细过程示意图。

图中：10、衬底；11、绝缘层；20、外延层；21、研磨阻挡层；22、第一沟槽；23、第一光刻胶；24、第二沟槽；25、第二光刻胶；26、埋层；27、第三光刻胶；271、第三沟槽；30、介质层；31、第四沟槽；32、第五沟槽；40、发射极；41、发射区；42、第一注入区；43、发射结；44、发射区电极；50、基极；51、基区；52、第二注入区；53、基区电极；60、集电极；61、集电区；62、集电结；63、集电区电极。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的具体技术方案、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-14所示，本发明公开的一种横向三极管1，其包括：第一导电类型的衬底10，形成在所述衬底10的上表面上的绝缘层11，形成在所述绝缘层11的上表面的第一导电类型的外延层20，自所述外延层20的上表面向下贯穿所述外延层20和所述绝缘层11的第一沟槽22，填充所述第一沟槽22的第一导电类型的发射区41，形成在所述第一沟槽22侧壁上的第一导电类型的发射结43，形成在所述发射结43远离所述发射区41的侧壁上的第二导电类型的基区51，自所述外延层20的上表面向下贯穿所述外延层20的第二沟槽24，填充所述第二沟槽24的第一导电类型的集电区61，形成在所述第二沟槽24侧壁上的第一导电类型的集电结62，形成在所述外延层20、所述集电结62、所述集电区61、所述基区51、所述发射结43和所述发射区41上表面的介质层30，自所述介质层30的上表面向下延伸至所述所述集电区61的集电区电极63，自所述介质层30的上表面向下延伸分别与所述外延层20和所述基区51连接的基区电极53，形成在所述衬底10的下表面上的发射区电极44。

在上述实施方式中，其发射区41设置在所述贯穿所述外延层20和所述绝缘层11的第一沟槽22内，而第一沟槽22的深度可以改变，从而使发射极40(包括发射区41、第一注入区42、发射结43和发射区电极44)的面积跟所述第一沟槽22的深度密切相关，这样就可以通过深度大的第一沟槽22制作出更大面积的发射极，而可以获得更强的电流能力；另外，所述外延层20的上表面的绝缘层11也可以减小发射极、集电极和基极之间的寄生电容。当发射区电极44通入电流时，电流流入所述衬底10，再流入发射区41，如果基区电极53通入适当的电流时，发射结43上的电流就会流入基区51，电流再流入外延层20，电流再从附近的集电结62流入集电区61，再从所述集电区电极63流出。其中，所述基极50(包括基区51、第二注入区52和基区电极63)控制所述发射极40电流放大的倍数。

如图1所示，在另一种优选的实施方式中，所述横向三极管1包括两个以所述发射区41为对称轴的集电区61，每个集电区61的侧壁均设置有所述的集电结62，每个集电区61的上表面均设置有所述的集电区电极63；所述横向三极管1还包括设置在所述发射区41的下表面上的第一导电类型的第一注入区42，所述第一注入区42与所述衬底10连接；还包括设置在所述基区电极53的下表面上的第二导电类型的第二注入区52，所述第二注入区52分别与所述外延层20和所述基区51连接。所述集电区61和所述发射区41的材质为多晶硅。所述发射区41、所述发射结43、所述集电区61、所述集电结62、所述第一注入区42和所述第二注入区52的离子浓度均大于所述外延层20的离子浓度。所述绝缘层11和所述介质层30的材质均为二氧化硅。

在上述实施方式中，所述发射区41、所述发射结43、所述集电区61、所述集电结62、所述第一注入区42和所述第二注入区52的离子浓度均大于所述外延层20的离子浓度，这样就可以降低集电极60的电阻，而使饱和压降降低，而增强器件的电流驱动能力。所述集电区61和所述发射区41的材质为多晶硅，在工艺上就能使发射结43和集电结62薄，而使器件具有更高的截止频率。其中，二氧化硅为成本低且易于制备的材料。

如图2-14所示，本发明还公开了一种上述横向三极管1的制备方法，包括步骤：

s1、提供一第一导电类型的衬底10，在所述衬底10的上表面形成绝缘层11，在所述绝缘层11的上表面形成第一导电类型的外延层20；

如图3所示，所述绝缘层11为二氧化硅层，所述外延层20的厚度在2-20um之间。

s2、在所述外延层20的上表面形成研磨阻挡层21；

如图4所示，在上述步骤中，所述研磨阻挡层21的材质为坚硬的二氧化硅。

s3、自所述研磨阻挡层21向下刻蚀依次贯穿所述外延层20和所述绝缘层11的第一沟槽22；

如图5所示，在上述步骤中，先要在所述研磨阻挡层21上涂覆第一光刻胶23层，可通过f基气体(sf6、cf4、chf3等)刻蚀第一沟槽22。

s4、在所述第一沟槽11且位于外延层20的侧壁上进行第二导电类型的扩散而形成基区51；

如图6所示，在上述步骤中，通过固态源(如氮化硼)扩散形成所述的基区51，所述基区51的离子浓度为5e17-2e18/cm2。

s5、自所述研磨阻挡层21向下刻蚀所述外延层20至所述绝缘层11的上表面，而形成与所述第一沟槽11间隔设置的第二沟槽24；

如图7所示，在上述步骤中，先要在外延层20上涂覆第二光刻胶25，再通过依次通过f基气体(sf6、cf4、chf3等)和cl基气体(如cl2，bcl3等)刻蚀间隔设置的第二沟槽24。

s6、在所述第一沟槽11内、所述第二沟槽24内以及所述研磨阻挡层21的上表面填充第一导电类型的埋层26；

如图8所示，在上述步骤中，所述埋层26的材质主要为多晶硅，且要保证多晶硅填充满所述第一沟槽11和所述第二沟槽24，还可以掺杂p或者as，掺杂浓度在1e20-1e22/cm2之间。

s7、研磨掉所述外延层上表面以上的埋层，而形成集电区和发射区；

如图9所示，在上述步骤中，在对埋层26进行研磨时，研磨阻挡层21可防止外延层20被研磨，且研磨完成后埋层26要低于所述研磨阻挡层21。

s8、去掉所述研磨阻挡层21去掉。

如图10所示，在上述步骤中，所述研磨阻挡层21为二氧化硅，可通过氢氟酸漂去研磨阻挡层21，去掉所述研磨阻挡层21后，在所述发射区41与所述衬底10的连接处注入形成第一导电类型的第一注入区42，在所述基区电极53分别与所述基区51和所述外延层20的连接处形成第二导电类型的第二注入区52；其中，在形成第二注入区52时，可先在外延层20上涂覆第三光刻胶27，再刻蚀形成第三沟槽271，再通过第三沟槽271注入形成所述的第二注入区52，注入的离子可为b或者bf2，注入剂量在5e14-2e15/cm2之间。

s9、在所述第一沟槽11的侧壁形成第一导电类型的发射结43，在所述第二沟槽24的侧壁形成第一导电类型的集电结62，在所述外延层20、所述集电结62、所述集电区61、所述基区51、所述发射结43和所述发射区41的上表面上形成介质层30；

如图11所示，在上述步骤中，可通过扩散的方式形成所述发射结43和所述集电结62，且所述发射结43和所述集电结62的厚度均为0.1-0.5um之间，所述介质层30的材质可为氧化硅或氮化硅。

s10、延所述介质层30的上表面向下刻蚀至所述所述集电区61的第四沟槽31、延所述介质层30的上表面向下刻蚀至所述基区51和所述外延层20的第五沟槽32；

如图12所示，在上述步骤中，所述第四沟槽31和所述第五沟槽32可通过f基气体(如sf6，cf4，chf3等)进行干法刻蚀形成。

s11、填充所述第四沟槽31形成与所述集电区61电连接的集电区电极63，填充所述第五沟槽32形成与所述基区51和所述外延层20电连接的基区电极53；

如图13所示，在上述步骤中，所述集电区电极63和基区电极53均为金属，均可通过金属层淀积和金属层的刻蚀形成，且所述集电区电极63超出所述第四沟槽31、所述基区电极53超出所述第五沟槽32，以利于连接外部电路。

s12、在所述衬底10的下表面形成发射区电极44。

如图13所示，在上述步骤中，所述发射区电极44为金属，可通过背面金属淀积而形成，所述发射区电极44的厚度小于120um。

综述，本横向三极管1电流从发射区电极44出发，越过基区51，达到外延层20，电流在器件体内水平流动，且垂直方向上的杂质浓度是均匀分布的，而使电流密度都均匀分布，器件电流能力相比较传统器件大幅提升。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。