[发明专利]利用双层多晶硅器件结构自对准制备微波功率器件的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种功率半导体器件的制备方法，具体涉及一种利用双层多晶硅器件结构自对准制备微波功率器件的方法。

背景技术

硅微波脉冲功率晶体管因其具有输出功率大、可靠性好等特点，已成为S波段以下波段导航设备、相控阵雷达的关键部件。传统的硅双极微波大功率晶体管的制造一直延袭常规的非自对准平面双极晶体管结构，但对于这种常规平面结构而言，存在以下几个的缺点：发射极与发射区，基极电极与基区都是直接接触；基极和发射极的隔离仍然是完全通过光刻图形来实现的。这实际上无形地增加了器件的面积，增大了寄生的基极电阻R_B和集电极电容C_c，微波功率器件的频率特性因此被退化，器件单位面积的功率密度也被降低，从而限制了器件的微波功率输出进一步提升。为解决常规的平面双极微波功率晶体管结构存在的问题，Sunohara Y等人首次把多晶硅技术和自对准技术相结合，率先设计出梳状结构的T型多晶硅微波功率管，但是T型结构的微波功率管存在两个问题。当发射极条数增加时，因难以准确控制自对准地垂直蒸发形成基极和发射极的金属接触，造成器件很容易出现短路现象，器件的可靠性因此大大折扣。其次，基极引线开在有源区中，器件的非本征基区面积较大，这是不利于器件获得更大功率输出的另一个重要原因。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种可提高微波功率输出特性和降低器件结温，又能满足功率器件一致均匀性、可靠性、使用寿命等指标要求的有双层多晶硅器件结构的微波S波段功率管及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：利用双层多晶硅器件结构自对准制备微波功率器件的方法，其特征在于所述方法如下：

双外延层硅片、经光刻、各向异性刻蚀、湿法腐蚀、热生长绝缘氧化层，在绝缘氧化层内沉积未掺杂多晶硅，经平坦化工艺后形成多子胞布局的U型深槽结构；对深槽隔离结构包围的区域进行硼离子注入，其中电阻注入区的注入条件为：注入BF₂，能量70±5Kev，剂量5E15±1E14cm^-2并叠加了后续有源基区的注入；有源区的注入条件为：浓硼B，能量40±5Kev，剂量3E13～1E14cm^-2，获得微波功率器件的串联镇流电阻注入区和有源基区，在有源基区和场氧上先后放置P型掺杂多晶硅和介质隔离层，分别利用等离子刻蚀RIE和ICP设备各向异性刻蚀介质隔离层和P型掺杂多晶硅，形成长度等比例变化的外基区窗口阵列，在外基区窗口中设置可调制发射极长度的复合SiO₂/Si₃N₄ L型侧墙结构，然后在外基区窗口放置N型掺杂的发射极多晶硅，以发射极多晶硅光刻图形为掩蔽，利用等离子刻蚀ICP和RIE垂直刻蚀发射极多晶硅和介质隔离层，热退火形成发射区，在发射极多晶硅侧壁周围放置侧墙结构，并自对准形成薄膜的镍铂硅化物薄膜，以金属接触引线孔图形作为掩蔽，对沉积的氧化层进行各项异性刻蚀形成金属接触引线孔，分别依次溅射Ti、TiN、WN、W、Au、Ti构成多层金属系统，去除接触孔中的表层金属Ti层并清洗后，并用电镀的基极金属引线)和发射极金属引线覆盖，以电镀金属引线光刻版的反版为掩蔽，先湿法腐蚀接触孔以外的Ti和Au两层金属，然后用RIE干法刻蚀剩余的W、WN、TiN和Ti，金属放置于硅片背面作为器件的集电极引线。

优选地，深槽隔离的具体工艺过程包括以下步骤：

1)利用Stepper步进光刻机，光刻出线宽为0.8～1.0um且拐角呈圆弧的多子胞深槽图形；

2)以光刻胶和氧化层作为刻蚀掩蔽层，采用RIE离子刻蚀设备刻蚀已被曝光的深槽图形，直至刻蚀至硅表面；

3)采用感应耦合等离子刻蚀技术(ICP)，采用两步ICP刻蚀，形成U型深槽结构，两步ICP刻蚀条件如下：

第一次，气体流量：SF₆/O₂/C₄F₈＝130/19.5/100sccm，气压：15mTorr，离子源功率：600W，偏压源功率：13W，时间：3min；

第二次，气体流量：SF₆/C₄F₈＝40/90sccm，气压：15mTorr，离子源功率：800W，偏压源功率：8W，时间：1.5min；