[发明专利]一种横向双极晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明是一种适用于微波功率晶体管生产的结构和工艺，属于半导体微电子设计制造技术领域。

背景技术

目前，国际上传统结构的双极型射频晶体管由于材料限制、工艺限制、结构限制，在微波功率、线性功率等方面已经基本做到物理极限，大功率输出往往只能短脉冲应用，已经难以适应现代雷达对作用距离、作用效能和对抗效果越来越高的要求；很多应用领域已经被LDMOS、GaAs、GaN等抢占。

以往常规的双极型微波功率晶体管采用纵向结构，表面分别是发射极和基极，背面是集电极。这种结构在微波功率管的设计制造中，主要有如下四个方面的难点：1.为了提高输出功率，必须提高击穿电压和器件的最大输出电流，但这两者是相互矛盾的，常规结构只能折衷设计。限制了输出功率的进一步提高。2.随着工作频率越来越高，器件的面积必须越来越小。导致功率器件的热效应越来越严重。很多情况下，只能短脉冲工作，使得双极型器件的应用范围受到很大限制。3.器件的输出电容随工作电压变化较大，线性较差，难以满足现代通讯和有线电视要求。4.当工作频率进入微波频段后，管芯的引线电感也成为一个重要的限制因素；由于互感的存在，引线电感随数目成对数下降，而输出电容却成正比增加，从而限制了器件输出功率的发挥，同时还影响器件的稳定性，极易使输入阻抗实部变负，导致严重自激。

发明内容

发明目的：本发明为了克服现有技术中存在的不足，提出一种可以大幅改善器件的散热性能，提高微波输出功率的横向双极晶体管及其制作工艺。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出的一种横向双极晶体管，发射极和集电极位于晶体管表面，基极位于晶体管背面。采用该结构从而缓解了击穿电压与工作电流的矛盾，提高了器件的工作频率与带宽、输出功率、线性功率。散热面积大大增加，同时，集电极移到表面后芯片可以直接烧结在铜底座上，提高了散热性能。共基极应用时，由于本技术背面是基极，省去了金丝引线。

一种横向双极晶体管的制作方法，包括以下工艺步骤：

1)选择掺硼硅衬底，电阻率≤0.006Ω·cm；在该衬底上外延高阻p型硅外延层，电阻率100Ω·cm～1000Ω·cm，外延层厚度5μm-20μm；

2)光刻形成集电区漂移区注入窗口图形，注入P^-，注入剂量(2-4)×1012cm^-2，能量120KeV-160KeV；

3)注入推进：在950℃～1100℃的温度下，通N₂ 30～120分钟；

4)用LPCVD工艺在硅片表面淀积SiO₂钝化层；

5)光刻形成基极接地窗口图形，ICP刻SiO₂+Si槽深10μm-20μm；

6)浓硼扩散：在980℃～1050℃的温度下，通N₂ 10分钟～30分钟；

7)用LPCVD工艺在硅片表面淀积1.5um-2.1um多晶硅；

8)用RIE回刻，使硅片表面平坦化，将表面SiO₂用氢氟酸腐蚀干净；

9)光刻形成基区注入窗口图形，注入BF₂⁺，注入剂量(4-6)×10¹³cm^-2，能量60KeV，形成基区；

10)用LPCVD工艺在硅片表面分别淀积SiO₂和掺砷多晶硅；

11)光刻漂移区，刻蚀多晶硅、SiO₂；

12)LPCVD掺砷多晶硅薄膜，厚度为

13)垂直刻蚀多晶硅，

14)用LPCVD工艺在硅片表面淀积SiO₂，形成发射极：950℃～1000℃的温度下，通N₂ 10分钟-30分钟；

15)光刻并干法刻蚀形成发射极和集电极接触窗口；

16)溅射Ti光刻电镀区，选择电镀金，镀层厚度1.2μm-2.5μm；反刻形成金属电极，即发射极E和集电极C；

17)采用平面磨床对硅片进行背面磨片，将硅片减薄到80μm-100μm；对硅片依次进行甲苯和丙酮清洗；蒸发Ti形成下电极，即基极。