[发明专利]微波功率晶体管动态发射极镇流电阻结构及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微波功率晶体管动态发射极镇流电阻结构及生产方法，属于半导体微电子设计制造技术领域。

背景技术

微波功率晶体管设计制造的重点和难点主要有如下三个方面：1.克服微波寄生参数的不利影响，提高微波增益性能。2.克服基区大注入效应，提高功率容量，保持大功率条件下的微波性能；3.克服大功率应用所带来的热效应，提高晶体管的长期可靠性。

微波功率器件常常工作在高功率密度条件下，而且高频时效率较低，使耗散增大，产生很高的结温。即使输入功率密度均匀，同一芯片内，芯片平面中心的温度也最高。热分布不均匀性和基极电阻自偏压、结面缺陷等都会导致电流分布不均匀，电流分布的不均匀性又反过来加剧热分布的不均匀性，最终这种恶性循环使电流集中到某一很小的范围，形成过热点，温度瞬时超过硅片的熔点，而使PN结发生热烧毁，即所谓的热击穿或正向偏置二次击穿。热击穿是大功率器件失效的主要因素之一。

防止器件热击穿的主要措施包括两个方面：第一、改善热传导通路，降低热阻，以利于芯片内所产生的热量向外扩散；第二、设计一只与发射结相串联的扩散电阻，即发射极镇流电阻，来改善芯片内的温度分布，最终降低芯片内峰值结温，抑制正向偏置二次击穿的发生。发射极镇流电阻的阻值越大，则芯片内温度分布越均匀。但是发射极镇流电阻的存在，会降低晶体管的微波功率增益；同时扩散电阻的PN结，增加了集电极到发射极的寄生电容，对器件工作的稳定性不利。

现有发射极扩散镇流电阻一般设计在芯片有源区单侧边缘，有源区对镇流电阻的热耦合不充分，限制了附加镇流效果，同时镇流电阻的存在增加了集电极到发射极之间的寄生电容。进行多有源区设计时，每个有源区都必须设计一个镇流电阻，增加了镇流电阻的寄生电容和芯片面积，发射极镇流电阻的存在对器件可靠性有利，但是对器件微波功率增益有损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提出一种微波功率晶体管动态发射极镇流电阻结构及生产方法，，将有源区分为两个近邻的区域，将发射极镇流电阻置于两个有源区之间，发射极和基极电极采用双层金属布线引出。一方面使有源区和镇流电阻之间有充分的热耦合，使镇流电阻值随着温度升高而增加的幅度变大，充分利用因为镇流电阻增加而带来的附加镇流效果。两个有源区共用一个镇流电阻，可以减小镇流电阻的寄生电容和芯片面积。同时还增加了有源区散热边界，降低芯片热阻。

本发明的技术解决方案：其结构是有源区分为两个近邻的区域，发射极镇流电阻置于两个有源区之间，发射极和基极电极采用双层金属布线引出，两个有源区共用一个镇流电阻。

微波功率晶体管动态发射极镇流电阻结构的生产方法，其工艺步骤分为，

(1)选择掺砷硅衬底，电阻率≤0.003Ω·cm；在该衬底上外延掺磷n型硅外延层，电阻率0.75-1.5Ω·cm，外延层厚度3μm-14μm；

(2)清洗后的硅片，在炉温1000℃-1150℃，并通干氧气的条件下，恒温15分钟-30分钟，然后通三氯甲烷或三氯乙烯30分钟-60分钟，干氧气10分钟-20分钟，生成900埃-1500埃()二氧化硅；

(3)采用低压化学气相淀积(LPCVD)工艺方法，在硅片表面淀积一层厚度为1000-1700的氮化硅(Si₃N₄)；

(4)利用旋转喷涂法，在外延片上涂敷一层对紫外光敏感的有机物薄膜；然后用紫外光透过台面掩膜版对光刻胶进行选择性曝光；再对曝光后的外延片进行喷涂腐蚀、显影，去除曝光区的光刻胶，形成光刻胶掩蔽台面图形；

(5)以步骤(4)工艺形成的光刻胶图形为掩蔽膜，干法刻蚀裸露区域的Si₃N₄，Si₃N₄刻蚀干净后，露出硅表面，最后去除光刻胶，得到以Si₃N₄为掩蔽的台面图形；

(6)用水浴温度为40℃±2℃的硅材料腐蚀液腐蚀硅形成台面，台阶高度0.4μm-0.6μm；

(7)在1050℃-1150℃的温度下，依次通干氧10分钟-20分钟，通湿氧80分钟-100分钟，通干氧15分钟-25分钟，通三氯甲烷或三氯乙烯30分钟-60分钟，通干氧10分钟-60分钟，通N₂80分钟-100分钟，在台面边缘生长8000-9000的SiO₂；