[发明专利]双极晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及双极晶体管及其制造方法。

背景技术

双极晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型，由两个背靠背的PN结组 成。在这三层半导体中，中间一层叫基区(B)，左右两层分别叫发射区(E)和集 电区(C)。发射区和基区间形成发射结，集电区和基区间形成集电结。晶体管 按功率耗散能力大小可分为小功率管、中功率管、大功率管。按工作频率的 高低可分为低频管、高频管、微波管。按制造工艺又可分为合金管、合金扩 散管、台式管、外延平面管。合金管的基区宽度和结电容都较大，频率性能 差，一般仅用于低频电路。合金扩散管的基区由扩散形成，基区较薄，基区 杂质分布所形成的内建场能加速少数载流子渡越，因此它的频率特性较好， 可用于高频范围。外延平面管的基区和发射区都可用扩散或离子注入工艺形 成，基区宽度可精确控制到0.1微米或更低。采用电子束曝光、干法腐蚀等新 工艺可获得亚微米的管芯图形线条。因此，它的工作频率可从超高频一直延 伸到微波X波段。外延平面管加上掺金工艺可制成超高速开关管和各种高速集 成电路(如ECL电路)。

双极晶体管的结构和制造方法的研究由来已久，常见的双极晶体管的结 构和制造方法可以参考中国专利申请第91104429.9号所公开的内容。

传统的双极晶体管的缺点很多，例如发射极和集电极之间的击穿电压很 难进行有效控制等。

另外，双极晶体管与现有的MOS晶体管的制造工艺的兼容性还不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种击穿电压可控且制造工艺与 MOS晶体管兼容的双极晶体管结构和制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双极晶体管，包括形成在半导体 衬底上的基区、发射区和集电区，以及由金属形成的与基区接触的基极，所 述基极内设有通孔，所述基区至少部分位于所述通孔内；所述集电区和基区 之间还包括缓冲区，所述缓冲区的掺杂类型与集电区相同，但掺杂浓度小于 集电区；所述缓冲区与集电区之间的界面以及所述发射区与基区的界面在平 行于基区长度方向的平面内倾斜于所述半导体衬底表面。

可选地，所述半导体衬底为SOI衬底，所述基区、发射区和集电区形成 于所述SOI衬底的第一半导体材料层。

可选地，所述的第一半导体材料层的材料包括Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、 InAs或InGaAs。

可选地，所述基极由W、Al、Ag、Au、Cr、Mo、Ni、Pd、Ti或Pt的单 质或者任意两种以上的叠层或合金所形成。

可选地，所述基区为圆柱体。

根据本发明的另一方面，提供一种双极晶体管的制造方法，包括步骤： 提供半导体衬底，所述半导体衬底设有埋入电介质层和所述埋入电介质层上 的第一半导体材料层；对所述的第一半导体材料层进行离子注入；刻蚀所述 第一半导体材料层和埋入电介质层，形成半导体材料柱和电介质支撑柱，所 述半导体材料柱由所述电介质支撑柱所支撑；去除所述电介质支撑柱的中段， 使得电介质支撑柱的中段形成镂空；在所述衬底上沉积金属层至至少掩埋所 述半导体材料柱，并填充所述电介质支撑柱的镂空处；刻蚀所述金属层，形 成金属基极，所述金属基极的长度小于等于所述电介质支撑柱被去除的长度， 所述金属基极在所述电介质支撑柱的镂空处形成对所述半导体材料柱的包 裹，所述半导体材料柱被所述金属基极包裹的一段形成基区；对半导体材料 柱两端的暴露部分进行轻掺杂，所述轻掺杂的方向垂直或接近垂直于所述半 导体衬底表面，所述轻掺杂的离子类型与所述离子注入的离子类型相反；对 半导体材料柱的暴露部分进行重掺杂，所述重掺杂的杂质类型与所述轻掺杂 的杂质类型相同，所述重掺杂的方向在平行于基区长度方向的平面内倾斜于 所述半导体衬底表面，形成与所述基区连接的发射区和缓冲区，以及与所述 缓冲区连接的集电区。

可选地，在对所述半导体材料柱两端的暴露部分进行重掺杂之前还包括 步骤：在所述金属基极的侧壁上形成隔离层。

可选地，对所述的半导体材料层进行轻掺杂的杂质与对所述半导体材料 柱两端的暴露部分进行重掺杂的杂质的导电类型相同。

可选地，所述半导体材料柱为圆柱形。

可选地，所述金属基极由W、Al、Ag、Au、Cr、Mo、Ni、Pd、Ti或Pt 的金属单质或氮化物，或者任意两种以上所述金属单质和/或氮化物的叠层或 合金所形成。