专利名称：C波段硅功率晶体管的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种硅功率晶体管，属于半导体器件制造的技术领域。
对于微波波段的功率晶体管，尤其是S波段和C波段的功率晶体管，其制造工艺复杂，技术要求很高，以至只有少数几个工业发达国家的个别企业才能生产，从而导致了世界性的对该产品的垄断性。许多企业和科研单位都投入了大量的资金和人力，企图解决这一高技术难题，但由于种种原因，一直没有能有效解决这一问题的方案。
本实用新型的发明目的是提供一种各项技术指标完全达到进口晶体管的要求和实际应用要求的C波段硅功率晶体管。
本实用新型的C波段硅功率晶体管其结构为NPN形，在一个N极的中央设有一个T形的电极，该电极的外侧设有二氧化硅/氮化硅保护层，在T形电极的上方及T形电极旁的基片上设有一层钛/铂/金，在基片的两侧是二氧化硅。
位于T形电极顶部的钛/铂/金与位于T形电极旁的基片上的钛/铂/金的横向距离为零。发射极镇流电阻是由硼扩散电阻和多晶硅电阻组成。
本实用新型的优点在于a．EB(发射极与基极)的间距仅为0.4μm，基区面积是普遍平面晶体管的二分之一，明显地减少了基极电阻和集电极电容，发射极周长对基区面积之比的高频优值提高一倍。
b．发射极和基极窗口的打开，以及它们之间的金属隔离，都是自对准的，因此避免了亚微米细线条的光刻。
c．工艺简单，用2μm的普通光刻技术和过腐蚀方法，就可以实现1μm的发射极宽条和4μm的发射极排列周期。
d．发射极双镇流，即发射极电流经过硼扩散电阻镇流后，又通过多晶硅电阻垂直镇流，可实现发射极条根部集中式的强镇流和金属下多晶硅电阻的垂直镇流，使发射极电流分布更为均匀，提高器件抗二次击穿能力。
e．能可靠地工作在C波段和S波段，广泛地应用于微波段的功率放大或振荡等领域。
图1是本实用新型的结构示意图。其中有T形电极(1)、二氧化硅/氮化硅(2)、钛/铂/金(3)、基片(4)、二氧化硅(5)。
本实用新型的实施方案如下a．采用局部氧化技术使有源区与二氧化硅形成准平面。然后BF2离子注入形成薄基区。
b．用LPCVD热分解SiH4和AsH3的方法淀积三层多晶硅，第一层是重掺砷，第二层轻掺杂，第三层是重掺砷。用二氧化硅把与发射极对应的多晶硅保护起来。
c．用反应等离子(RIE)刻蚀掉二氧化硅和第一、二层多晶硅，再用HF/HNO3/CH3COOH腐蚀液腐蚀多晶硅。重掺砷多晶硅的腐蚀速率比轻掺砷的快十倍。形成T形发射极。
d．淀积二氧化硅和氮化硅，用RIE各向异性的刻蚀特点，自对准地开出基极窗口和形成T形发射极侧壁氮化硅隔离墙。进行浓硼扩散和多晶硅退火。
e．用HF腐蚀掉多晶硅上的二氧化硅，开出发射极窗口，避免了最细线条的光刻。最后利用T形发射极的帽缘的掩蔽作用，垂直蒸发钛/铂/金。自对准地达到E和B金属电极的绝缘。两者的横向间距几乎为零。
在制管中主要需解决以下几个工艺难点，即掺砷多晶硅的生长技术；T形发射极的制作技术；RIE侧墙制作；硼扩散镇流电阻和多晶硅镇流电阻的优化设计技术。
多晶硅的掺砷浓度不仅影响器件的直流电流增益和发射极镇流电阻Re的大小，而且直接影响T形发射极的制作。因此，必须严格控制各层多晶硅的掺砷浓度和厚度。采用LPCVD方法生长掺砷多晶硅。用二氧化硅作掩模，使用多晶硅选择腐蚀液制作T形多晶硅发射极。这种腐蚀液对重掺砷多晶硅的腐蚀速率是轻掺砷的10倍。在腐蚀过程中要注意控制腐蚀的时间和温度。
“二次击穿”是硅微波功率管的主要失效机理。可分为正向二次击穿和反向二次击穿两种。一般认为局部热斑是引起正向二次击穿的原因。对于大功率管，由于功率密度高，器件面积大，任何局部形成的热点，都可能由于发射结电压负温度系数促使这些热点上的注入电流增加，引起恶性循环导致正向二次击穿。采用扩散镇流电阻可有效地防止正向二次击穿。硼扩散镇流电阻是正的电阻温度系数。当局部热斑引起温度升高时，硼扩散电阻变大，提供了附加的镇流作用，使电流分布均匀，消除了热斑。硼扩散镇流电阻的另一重要优点，即提供了非线性电流限制。在器件负荷较大的部位采用较大的有效镇流阻值。因而可减少热点。根据计算和硼扩散电阻的非线性的I-V特性的实验曲线，硼扩散的方块电阻R□取60～100Ω/□为宜。R□取小了，非线性作用效果差，取大了，则会限制Icm，引起功率和增益的损失。一般在工艺中加以调整。多晶硅电阻比硼扩散电阻取1∶3为宜。根据以上所述，便可实现本实用新型。
权利要求1．一种C波段硅功率晶体管，其特征在于该晶体管结构为NPN形，在一个N极的中央设有一个T形的电极(1)，该电极的外侧设有二氧化硅/氮化硅(2)保护层，在T形电极的上方及T形电极旁的基片(4)上设有一层钛/铂/金(3)，在基片的两侧是二氧化硅(5)。
2．根据权利要求1所述的C波段硅功率晶体管，其特征在于位于T形电极(1)顶部的钛/铂/金(3)与位于T形电极(1)旁的基片(4)上的钛/铂/金(3)的横向距离为零。
3．根据权利要求1或2所述的C波段硅功率晶体管，其特征在于发射极镇流电阻是由硼扩散电阻和多晶硅电阻组成。
专利摘要C波段硅功率晶体管是一种用于微波波段的功率晶体管,该晶体管结构为NPN型,在一个N极的中央设有一个T形的电极,该电极的外侧设有二氧化硅/氮化硅保护层,在T形电极的上方及T形电极旁的基片上设有一层钛/铂/金,在基片的两侧是二氧化硅。该功率晶体管的各项技术指标均达到国际先进水平,能广泛地应用于超高频大功率放大或振荡的场合。
文档编号H01L29/72GK2327071SQ9724325
公开日1999年6月30日 申请日期1997年12月22日 优先权日1997年12月22日
发明者张树丹, 王因生, 林金庭 申请人:电子工业部第五十五研究所