[发明专利]一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构及其制备方法。

背景技术

BJT是双极结型晶体管Bipolar Junction Transistor的简写，又称为半导体三极管。

现代电力电子技术经过三十多年的发展已经成为一个涉及领域广阔的独立而日趋成熟的重要学科，其无论对传统工业的改造还是对高新技术产业的发展都有着至关重要的作用。它涉及的应用领域涵盖了国民经济的各个工业部门，是21世纪的重要关键技术之一。电力电子器件是电力电子技术的重要基础，是应用电力电子技术进行电能变换和控制的核心元件。

电力电子器件经过几十年的发展已经逐步成熟，尤其是Si基电力电子器件的发展已经达到了Si材料的理论极限，单纯通过器件结构的创新和制造工艺的改善已经没有太大的改进。因此，在这样的背景下，具有宽禁带的碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）以其优越的性能逐渐进入人们的视野，成为极具发展潜力的第三代半导体材料。

同时，4H-SiC BJT由于很好的弥补了Si基双极型晶体管的缺陷，而且不存在4H-SiC MOSFET氧化层界面稳定性及沟道迁移率问题，越来越受到重视。因此，研究4H-SiC BJT功率器件有着重要的意义。

现在国内外关于4H-SiC BJT的研究大多数是基于垂直结构，而对横向结构相对空白。但横向结构有很多垂直结构不具备的优点。垂直型SiC 功率BJT一般采用改变基区厚度来提高增益，但基区过薄会导致器件击穿电压过低，无法耐高压。而横向型SiC BJT一般适用于制备小信号器件，并用于设计和制造逻辑、控制等单元，通过重新布局优化元胞结构可提高横向器件的性能，电流增益可显著提高，而且开关速度快。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构及其制备方法，该新型横向BJT器件具有高增益，开关速度快等特点，而且制备工艺和现有的垂直结构的功率BJT的工艺完全兼容，十分便于制备功率集成模块。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构，所述BJT为NPN型双极结型晶体管，所述器件包括：平面方向上，集电极位于发射极和基极之间；垂直方向上，N型发射区和N型集电区的台面在N型高掺杂层上、P型基区在P型掺杂层、N型漂移区与P基区间形成的PN结作为PN结隔离。

进一步的，通过在P基区上生长外延形成N型高掺杂层，通过台面刻蚀，在N型高掺杂层上同时形成集电区和发射区台面，同时在P型基区上形成基区金属接触窗口。

本发明另一种方案，一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构的制备方法，其特征在于，该制备方法包括，与现有垂直结构的功率SiC BJT功率半导体器件制备工艺完全兼容，便于在同一外延片上进行单片集成；同时增加如下制作工艺流程：

步骤A：在SiC外延片上淀积一层二氧化硅做刻蚀掩膜，通过光刻定义器件图形，然后刻蚀SiO₂，形成掩膜图形；

步骤B：通过ICP等干法刻蚀的手段刻蚀SiC，形成发射区和集电区台面，为了保证刻蚀完全，应适当过刻；

步骤C：刻蚀完成后，进行牺牲氧化，降低SiC材料表面的刻蚀损伤，然后通过湿法刻蚀等手段去除SiO₂；

步骤D：通过PECVD等方式重新淀积一层SiO₂，光刻、刻蚀形成P型基区中要形成金属接触的区域的离子注入图形，然后再淀积一层薄SiO₂作为阻挡层；

步骤E：采用高能离子注入的方式在P型基区中将要形成金属接触的区域注入Al等P型杂质，形成高掺杂区域，之后进行退火激活；

步骤F：逐步在P型基区、N型发射区和N型集电区形成金属接触并完成最终的金属电极制备。

优选的，通过设计实现功率SiC BJT和基于横向小信号SiC BJT的逻辑、控制、驱动等IC电路的单片集成，适用于Power IC的制备。

优选的，步骤A之前，采用丙酮进行10min有机超声清洗，然后用Piranha溶液清洗表面，接着采用RCA标准晶圆清洗方法清洗晶圆，最后用10%的氢氟酸溶液浸泡5分钟，去除晶圆表面的氧化层薄膜。

本发明的有益效果：本发明提供了一种适合单片集成的高速高增益横向BJT结构及其制备方法，该新型横向BJT器件具有高增益，开关速度快等特点，而且制备工艺和现有的垂直结构的功率BJT的工艺完全兼容，十分便于功率集成模块的制作。