[发明专利]一种NPN功率SiGe双极晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种NPN功率SiGe双极晶体管及其制作方法，主要解决传统双极晶体管击穿电压不高、耐压值低且制作工艺复杂的问题。方案为：双极晶体管器件自下而上包括衬底(1)、漂移区(2)、圆筒状外延层(3)，圆筒内漂移区上为重掺杂集电区(4)、孔径层(5)和电流阻挡层(6)、基极接触区(7)、基区(8)以及发射区(9)；首先在N⁺型SiGe衬底上外延N^‑型SiGe半导体材料形成漂移层，然后在其上通过化学气相垫积形成外延层，再采用离子注入形成重掺杂集电区，外延N型SiGe半导体材料形成孔径层并利用掩膜在其左右两侧制作电流阻挡层，最后在基极接触区通过注入不同离子形成基区与发射区，在其上表面制作电极并使用等离子体增强化学气相沉淀技术形成保护层，得到SiGe双极晶体管。本发明能够有效提高集电结的耐压特性、器件的击穿电压及频率特性，且制作工艺简单、易于实现。

技术领域

本发明属于电子技术领域，进一步涉及半导体器件，具体为一种NPN功率SiGe双极晶体管及其制作方法，可用于制作功率器件、数字逻辑电路器件或电力电子器件等。

技术背景

1947年12月，点接触形式的双极性晶体管被发明。在其后的大约三十年时间内，这种器件是制造分立元件电路和集成电路的不二选择。50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极晶体管是由两个背靠背PN结构成的以获得电压、电流或信号增益的晶体三极管。双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型。在这3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶体管的放大效应。早期的晶体管是由锗制造的，锗晶体管的使用多于硅晶体管。相对于硅晶体管，锗晶体管的截止电压更小，通常约0.2伏特，这使得锗晶体管适用于某些应用场合。锗晶体管的一个主要缺点是它容易产生热失控。由于锗的禁带宽度较窄，并且要稳定工作则要求的温度相对硅半导体更严，因此大多数现代的双极性晶体管是由硅制造的。采用硅材料的另一个重要原因是硅在地球上的储量比锗丰富得多(仅次于氧)。后来，人们也开始使用以砷化镓为代表的化合物来制造半导体晶体管。砷化镓的电子迁移率为硅的5倍，用它制造的晶体管能够达到较高的工作频率。

目前，多晶硅发射极已经被用来提高晶体管的高频和微波功率。因为使用多晶硅发射极工艺可以形成较浅的发射结和较窄的基区宽度，较浅的发射结和基区结能够实现短的渡越时间和小的寄生电容，从而优化了双极晶体管的发射效率和优异的高频性能。然而，在该已知器件中使用的至少两个晶体管的结构以及它们使用金属总线的电连接具有器件的尺寸大、器件电容量增加等问题存在。在实际应用中解决电路内部电磁脉冲的方案主要是给电路输入端并接两个钳位PN结，将高压大电流的电磁脉冲信号传导至电源端从而避免晶体管损伤，但这种方法只是通过外围电路来抗击电磁脉冲EMP(electromagneticpulse)，晶体管的耐压值并没有提高，并不能从整体上提高晶体管耐压特性；同时，传统的SiGe基双极晶体管制作工艺也比较复杂，成品率不高。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种NPN功率SiGe双极晶体管及其制作方法，主要解决传统双极晶体管击穿电压不高、耐压值低且制作工艺复杂的问题。通过引入单轴张应力、在孔径层旁边增加电流阻挡层、增加基极接触区、降低发射结之上电流集边效应，进而提高集电结的耐压特性和器件的击穿电压以及频率特性，减少工艺复杂度和芯片面积，同时获得更高的器件性能，从而达到在整体上提升晶体管可靠性和实用性的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种NPN功率SiGe双极晶体管，自下而上包括N+型SiGe衬底1、N-型SiGe漂移区2和圆筒状重掺杂集电区3；

所述重掺杂集电区3的圆筒内N-型SiGe漂移区2上形成外延层4，外延层4上生成孔径层5和对称分布在孔径层5两侧的电流阻挡层6；

所述孔径层5和电流阻挡层6上表面形成嵌入在重掺杂集电区3圆筒内部的基极接触区7，基极接触区7中包含P型基区8和SiGe沟槽；