[发明专利]具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管

权利要求书

1.具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：采用只包含单晶硅衬底（1）的体硅晶圆作为生成器件衬底，或采用同时包含单晶硅衬底（1）和晶圆绝缘层（2）的SOI晶圆作为生成器件的衬底；基区（4）位于体硅晶圆的单晶硅衬底（1）或SOI晶圆的晶圆绝缘层（2）的上方，并具有凹槽；击穿保护区（6）位于基区（4）外侧壁两侧；发射区（3）和集电区（5）分别位于基区（4）两侧的击穿保护区（6）的上方；发射极（10）位于发射区（3）的上方；集电极（11）位于集电区（5）的上方；导电层（7）位于基区（4）所形成的凹槽内壁，被基区（4）三面包围；隧穿绝缘层（8）位于导电层（7）的内壁，并被导电层（7）三面包围；栅电极（9）位于隧穿绝缘层（8）内壁底部的上方；阻挡绝缘层（12）位于具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管单元之间和单个具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管的上方。

2.具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：击穿保护区（6）的杂质浓度低于1016每立方厘米。

3.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：位于基区（4）两侧的击穿保护区（6）的顶部高于基区（4）、导电层（7）和隧穿绝缘层（8）的顶部。

4.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：栅电极（9）一部分位于隧穿绝缘层（8）的凹槽内，一部分高于隧穿绝缘层（8）的顶部。

5.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：隧穿绝缘层（8）为用于产生隧穿电流的绝缘材料层，其内壁与栅电极（9）相互接触，其外壁与导电层（7）相互接触。

6.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：导电层（7）与基区（4）形成欧姆接触，导电层（7）是金属材料或者是同基区（4）具有相同杂质类型的、且掺杂浓度大于1019每立方厘米的半导体材料。

7.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：导电层（7）实质为具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管的浮动基极，当隧穿绝缘层（8）发生隧穿时，电流从栅电极（9）经隧穿绝缘层（8）流动到导电层（7），并为具有凹槽结构的基区（4）供电。

8.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：栅电极（9）是控制隧穿绝缘层（8）产生隧穿电流的电极，是控制器件开启和关断的电极，并与导电层（7）和隧穿绝缘层（8）共同构成具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管的基极。

9.根据权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管，其特征在于：发射区（3）与基区（4）之间、集电区（5）与基区（4）之间具有相反杂质类型，且发射区（3）与发射极（10）之间形成欧姆接触，集电区（3）与集电极（11）之间形成欧姆接触。

10.一种如权利要求1所述的具有击穿保护功能的栅绝缘隧穿凹槽基区双极晶体管的制造方法，其特征在于：工艺步骤如下：

步骤一、提供一个SOI晶圆，SOI晶圆的下方为SOI晶圆的单晶硅衬底（1），SOI晶圆的中间为晶圆绝缘层（2），对SOI晶圆上方的单晶硅薄膜进行局部离子注入，初步形成基区（4），未被离子注入的区域初步形成击穿保护区（6）；

步骤二、对SOI晶圆上方的单晶硅薄膜再次进行离子注入，在单晶硅薄膜的顶部形成与步骤一中的杂质类型相反的、浓度不低于1019每立方厘米的重掺杂区；

步骤三、通过光刻、刻蚀工艺在所提供的SOI晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛阵列区域；

步骤四、在晶圆上方淀积绝缘介质后平坦化表面，初步形成阻挡绝缘层（12）；

步骤五、通过刻蚀工艺，在单晶硅薄膜上刻蚀出凹槽状区域，使基区（4）具有凹槽形几何特征，并初步形成位于凹槽的顶部两侧的、具有重掺杂杂质浓度的发射区（3）和集电区（5）；

步骤六、在晶圆上方淀积金属或具有和基区（4）相同杂质类型的重掺杂的多晶硅，使步骤五中由发射区（3）、集电区（5）和基区（4）所共同形成的凹槽内部完全被填充，再将表面平坦化至露出发射区（3）和集电区（5），初步形成导电层（7）；

步骤七、通过刻蚀工艺，对步骤六中所淀积的金属或具有和基区（4）相同杂质类型的重掺杂的多晶硅进行刻蚀，进一步形成具导电层（7）；

步骤八、在晶圆上方淀积隧穿绝缘层介质，使步骤七中所形成的导电层（7）的内壁三面所包围的区域完全被填充，再将表面平坦化至露出导电层（7），初步形成隧穿绝缘层（8）；

步骤九、通过刻蚀工艺，对步骤八中所淀积的隧穿绝缘层介质进行刻蚀，进一步形成隧穿绝缘层（8）；

步骤十、在晶圆上方淀积金属材料或重掺杂多晶硅，使步骤九中所形成的隧穿绝缘层（8）的内壁三面所包围的区域完全被填充，再将表面平坦化至露出发射区（3）、集电区（5）、导电层（7）以及隧穿绝缘层（8）的顶部，形成栅电极（9）；

步骤十一、在晶圆上方通过刻蚀工艺使基区（4）所形成的凹槽两侧的上方的一部分被刻蚀掉，使基区（4）的两侧顶部低于击穿保护区（6）的顶部，进一步形成基区（6）；

步骤十二、在晶圆上方淀积绝缘介质层，再将表面平坦化至露出发射区（3）、集电区（5）、隧穿绝缘层（8）以及栅电极（9）的顶部，进一步形成阻挡绝缘层（12）；

步骤十三、在晶圆上方通过刻蚀工艺刻蚀掉导电层（7）两侧上方部分，使导电层（7）的两侧顶部不高于基区（4）两侧的顶部，进一步形成导电层（7）；

步骤十四、在晶圆上方淀积绝缘介质层，再将表面平坦化至露出发射区（3）、集电区（5）、隧穿绝缘层（8）以及栅电极（9）的顶部，进一步形成阻挡绝缘层（12）；

步骤十五、在晶圆上方通过刻蚀工艺刻蚀掉隧穿绝缘层（8）两侧上方部分，使隧穿绝缘层（8）的两侧顶部不高于导电层（7）两侧的顶部，进一步形成隧穿绝缘层（8）；

步骤十六、在晶圆上方淀积绝缘介质层，使步骤十五中的隧穿绝缘层（8）被刻蚀掉的部分完全被绝缘介质层填充，再将表面进行平坦化处理，进一步形成阻挡绝缘层（12）；

步骤十七、在位于发射区（3）和集电区（5）的上方的阻挡绝缘层（12）内部刻蚀出用于形成发射极（10）和集电极（11）的通孔，并在晶圆上表面淀积金属层，使通孔被金属填充，再对金属层进行刻蚀，形成发射极（10）和集电极（11）。