一种新型结构的双极型晶体管的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种新型结构的双极型晶体管。

背景技术：

起源于1948年的点接触晶体三极管，50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构：pnp型和npn型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。双极型晶体管中，电子和空穴同时参与导电。同场效应晶体管相比，双极型晶体管开关速度慢，输入阻抗小，功耗大。单双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。

现有的双极型晶体管主要结构如图1所示，其中各附图标记含义如下：11-si衬底，12-氧化埋层(buriedoxide)，13-氧化隔离(oxide隔离)，14-n-外延，15-集电极，16-发射极，17-基区，18-场氧化层。器件工作时，发射结正偏，集电结反偏，电子从发射极16通过扩散穿过基区17，最终集电极15的高电场收集，电子运动路径如图1中虚线所示。对于双极型晶体管来说，vcesat(集电极-发射极饱和压降)是一个非常重要的参数，直接影响了器件的特征频率。对于图1所示的结构，若要降低vcesat，最直接的方法就是降低器件的集电极电阻，主要有两种方法：1、增加dn(浓的n型注入)结构，但增加dn对于电子的传导路径电阻的降低基本没有贡献，也即不能彻底解决问题。2、直接降低n-外延14的电阻率，尽管会大幅降低vcesat，但同时也会降低器件的bvceo(集电结-发射结击穿)，器件的性能会受到严重影响。因此图1所示结构的双极型晶体管的性能并不能达到使用需求。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型结构的双极型晶体管，本实用新型的技术方案如下：

一种新型结构的双极型晶体管，该双极型晶体管包括：n-衬底、生长在n-衬底表面的氧化埋层以及生长在氧化埋层表面的n-外延层；n-外延层中开设有贯穿n-外延层的第一沟槽和第二沟槽，每个沟槽的内侧壁形成有氧化隔离侧墙，氧化隔离侧墙内部填满有饱和掺杂的n型多晶硅；n-外延层的表面在第一沟槽和第二沟槽之间形成有基极结，基极结内设有发射极结；n-外延层的表面设有场氧化层，场氧化层包括第一沟槽和基极结之间的第一场氧区域以及基极结和第二沟槽之间的第二场氧区域，第一场氧区域和第二场氧区域的两侧均呈鸟嘴结构；场氧化层表面设有介质层，介质层在第一沟槽内的n型多晶硅的表面、第二沟槽内的n型多晶硅的表面、基极结的表面以及发射极结的表面均开设有接触孔，n-外延层的表面在靠近第二沟槽的位置开设有贯穿第二场氧区域和介质层的接触孔；各个接触孔中设有金属层，基极结通过金属层引出基极，发射极结通过金属层引出发射极，n-外延层通过金属层引出集电极；第一沟槽内的n型多晶硅通过金属层引出并连接到发射极电位，第二沟槽内的n型多晶硅通过金属层引出并连接到集电极电位。

其进一步的技术方案为，第二场氧区域的表面设有多晶硅场板，多晶硅场板的远离第二沟槽的一侧与所在侧的鸟嘴结构的端头持平，多晶硅场板的靠近第二沟槽的一侧与所在侧的鸟嘴结构的端头间隔预定距离；介质层在多晶硅场板的表面也开设有接触孔，接触孔中也设有金属层，多晶硅场板通过接触孔中的金属层引出并连接到集电极电位。

其进一步的技术方案为，多晶硅场板的靠近第二沟槽的一侧与所在侧的鸟嘴结构的端头之间间隔的预定距离为5-8um。

其进一步的技术方案为，每个沟槽内的氧化隔离侧墙的厚度与双极型晶体管的集电极-发射极饱和压降的最大设计值正相关。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种新型结构的双极型晶体管，该双极型晶体管在氧化隔离内引入n型多晶硅的埋层，同时结合器件特性连接至相应电位，可以在不降低n-外延层电阻率的前提下大幅降低器件的vcesat，优化器件的性能。同时，在靠近集电极表面位置引入表面浮空的多晶硅场板，同时起到降低器件vcesat的作用。

附图说明

图1是现有常规的双极型晶体管的结构图。

图2是本申请的新型结构的双极型晶体管的结构图。

图3是本申请的双极型晶体管制作过程中一个步骤的结构图。

图4是本申请的双极型晶体管制作过程中另一个步骤的结构图。

图5是本申请的双极型晶体管制作过程中另一个步骤的结构图。

图6是本申请的双极型晶体管制作过程中另一个步骤的结构图。

图7是本申请的双极型晶体管制作过程中另一个步骤的结构图。

图8是本申请的双极型晶体管制作过程中另一个步骤的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种新型结构的双极型晶体管，请参考图2，该双极型晶体管包括：n-衬底21、生长在n-衬底21表面的氧化埋层22，以及生长在氧化埋层22表面的n-外延层23。

n-外延层23中开设有贯穿n-外延层的第一沟槽24和第二沟槽25，每个沟槽的内侧壁形成有氧化隔离侧墙26，氧化隔离侧墙26内部填满有饱和掺杂的n型多晶硅27。

n-外延层23的表面在第一沟槽24和第二沟槽25之间形成有基极结28，基极结28内设有发射极结29。

n-外延层23的表面设有场氧化层，场氧化层包括第一场氧区域30和第二场氧区域31，第一场氧区域30设于第一沟槽24和基极结28间，第二场氧区域31设于基极结28和第二沟槽25之间，第一场氧区域30和第二场氧区域31的两侧均呈鸟嘴结构。

可选的，第二场氧区域31的表面设有多晶硅场板32，多晶硅场板32的远离第二沟槽25的一侧与所在侧的鸟嘴结构的端头持平，也即图2中多晶硅场板32的左侧与第二场氧区域31左侧的鸟嘴结构的端头持平。多晶硅场板32的靠近第二沟槽25的一侧与所在侧的鸟嘴结构的端头间隔预定距离，也即图2中多晶硅场板32的右侧与第二场氧区域31右侧的鸟嘴结构的端头间隔预定距离，该预定距离通常为5-8um范围内。

场氧化层表面设有介质层33，介质层33覆盖在多晶硅场板32表面。介质层33上在第一沟槽24内的n型多晶硅的表面、第二沟槽25内的n型多晶硅的表面、基极结28的表面、发射极结29的表面以及多晶硅场板32的表面均开设有接触孔。n-外延层23的表面在靠近第二沟槽25的位置开设有贯穿第二场氧区域31和介质层33的接触孔。各个接触孔中设有金属层，基极结28通过金属层引出基极b，发射极结29通过金属层引出发射极e，n-外延层23通过金属层引出集电极c。第一沟槽24内的n型多晶硅通过金属层引出并连接到发射极电位(图中也以e表示)。第二沟槽25内的n型多晶硅通过金属层引出并连接到集电极电位(图中也以c表示)。多晶硅场板32通过接触孔中的金属层引出并连接到集电极电位(图中也以c表示)。

本申请公开的双极型晶体管在工作时，发射结正偏，集电结反偏，也即，e端接负电位，c端接正电位。对于第一沟槽24形成的隔离结构来说，第一沟槽24内的n型多晶硅与e端相连，为负电位。此时，第一沟槽24内的n型多晶硅可以在第一场氧区域外侧吸引n-外延层23内的少子(空穴)，也即，在第一场氧区域纵向上，形成一个具有正电位的区域，如图2中的电位示意。此正电位的存在，可以“驱赶”电子远离第一沟槽24形成的隔离结构，并向右侧靠近，更容易被集电极收集，起到降低n-外延层电阻的作用。对于第二沟槽25形成的隔离结构来说，第二沟槽25内的n型多晶硅与c端相连，为正电位。此时，第二沟槽25内的n型多晶硅可以在第二场氧区域外侧吸引大量的电子，如背景技术所述，此区域电子浓度的提升，可以降低电子运动路径内的集电极电阻，从而降低器件的集电极-发射极饱和压降(vcesat)。从而使得本申请的双极型晶体管可以省略掉dn结构，而且可以在保证器件性能的基础上大幅降低vcesat。

另外，表面的多晶硅场板32接c端，为正电位，可以在第二场氧区域下方感应出大量的电子，进一步提升此区域电子浓度、降低电子运动路径内的电阻，从而进一步降低器件的vcesat。

特别需要说明的是，每个沟槽内的氧化隔离侧墙26的厚度与该双极型晶体管的vcesat的最大设计值正相关，当c端和e端之间的电压很大时，需要对氧化隔离侧墙26的厚度增加，防止氧化隔离侧墙26提前击穿导致的ce间短路。

本申请公开的双极型晶体管的制作过程如下：

1、使用soi材料(绝缘衬底上的硅)，soi材料的具体实施方法不做限制，可以通过高能注氧后氧化，键合，smartcurt等方式形成。并在表面淀积一层掩膜34，材料可以为氮化硅，或其他材料。但不能为氧化硅。此步掩膜是作为后续氧化物沟槽隔离的掩膜，通常沟槽隔离需要穿过n-外延层，因此，n-外延层越厚，则掩膜材料的厚度需要越厚，具体厚度不需特别限制。通过光刻后刻蚀的方式在掩膜34上形成沟槽隔离的窗口，由此得到如图3所示的结构。

2、在掩膜34的阻挡下，在n-外延层23内做沟槽隔离刻蚀，得到第一沟槽24和第二沟槽25，如图4所示，

3、在第一沟槽24和第二沟槽25内填充氧化物，并完成氧化物的回刻，将沟槽内的氧化物回刻到与n-外延层23的表面齐平。在沟槽内的氧化物的表面继续淀积一层氮化硅35，氮化硅35的厚度即为后续形成的氧化隔离侧墙26的厚度，因此需要形成多少厚度的氧化隔离侧墙26就淀积多少厚度的氮化硅35，厚度通常在500-800a之间。淀积完氮化硅35后完成氮化硅的回刻，在沟槽表面窗口侧壁形成氮化硅侧墙35。然后在表面掩膜34及氮化硅侧墙35的保护下，对沟槽内的氧化物进行刻蚀，将氧化物刻蚀干净(不损伤到氧化埋层22)，如图5所示。

4、在沟槽内氮化硅侧墙35内部填充饱和掺杂的n型多晶硅，并完成多晶硅的回刻。同样回刻到n-外延层23的表面。然后通过湿法工艺将表面的掩膜34及氮化硅侧墙35去除，如图6所示。

5、按照传统工艺制作场氧化层形成器件的有源区，继续在场氧化层表面淀积一层饱和掺杂的n型多晶硅，并完成多晶硅的光刻及刻蚀，在集电极端的第二场氧区域表面形成多晶硅场板32，如图7所示，多晶硅场板32右侧与第二沟槽25之间间隔的预定距离l1通常为5-8um之间。

6、按照传统以形成器件的基极结28和发射极结29，然后完成介质层33的淀积，并制作接触孔，除了常规的用于形成发射极、集电极和基极处要制作接触孔之外。本申请在两侧的沟槽内部的n型多晶硅表面以及多晶硅场板32表面也都制作接触孔，如图8所示。

7、淀积金属并完成金属层刻蚀，最终形成如图2所示的结构。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。