阅读说明：本技术 一种双极结型晶体管器件及其制造方法、电子产品 (Bipolar junction transistor device, manufacturing method thereof and electronic product ) 是由 李昆翔 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供一种双极结型晶体管器件及其制造方法、电子产品。本申请实施例中,所述双极结型晶体管器件包括基于基底制作形成的第一电极区、第二电极区、以及结终端扩展区。所述结终端扩展区位于所述第一电极区和所述第二电极区之间并与所述第一电极区邻接。其中,所述结终端扩展区包括间隔分布的多个扩散区域,且该多个扩散区域各自的宽度从所述第一电极区往所述第二电极区的方向依次减小。经试验验证,本申请实施例提供的双极结型晶体管器件相比较传统JTE结构的双极结型晶体管器件,HTRB稳定性更好、制造工艺流程更容易控制、同时电场尖峰强度更低、电压稳定性更好。(The embodiment of the application provides a bipolar junction transistor device, a manufacturing method thereof and an electronic product. In an embodiment of the present application, the bipolar junction transistor device includes a first electrode region, a second electrode region, and a junction termination extension region formed on a substrate. The junction termination extension region is located between and adjacent to the first electrode region and the second electrode region. The junction termination extension region comprises a plurality of diffusion regions distributed at intervals, and the widths of the diffusion regions are sequentially reduced from the first electrode region to the second electrode region. Experiments prove that compared with a bipolar junction transistor device with a traditional JTE structure, the bipolar junction transistor device provided by the embodiment of the application has the advantages of better HTRB stability, easier control of a manufacturing process flow, lower electric field spike intensity and better voltage stability.)

一种双极结型晶体管器件及其制造方法、电子产品

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种双极结型晶体管器件及其制造方法、电子产品。

背景技术

随着半导体器件耐压性能的提高，JTE(Junction Termination Extension，结终端扩展)技术在双极结型晶体管器件(Bipolar Junction Transistor，BJT)中得到了广泛的应用。然而，JTE技术采用一个低浓度的扩展区，电压的稳定性有着局限性，工艺控制上对掺杂的精度控制要求也高，同时稳定性不良等问题显得较为突出。

发明内容

基于现有设计的不足，需要对现有BJT器件的JTE终端结构进行进一步改良。本申请提供一种双极结型晶体管器件及其制造方法、电子产品。

本申请实施例提供的双极结型晶体管器件，包括：

基底(10)；

基于所述基底(10)制作形成的第一电极区(20)、第二电极区(30)、以及结终端扩展区(40)，所述结终端扩展区(40)位于所述第一电极区(20)和所述第二电极区(30)之间并与所述第一电极区(20)邻接，其中：

所述结终端扩展区(40)包括间隔分布的多个扩散区域，且该多个扩散区域各自的宽度从所述第一电极区(20)往所述第二电极区(30)的方向依次减小。

优选地，所述扩散区域的数量大于或等3，任意相邻的两个扩散区域之间具有一间距，所述间距从所述第一电极区(20)往所述第二电极区(30)的方向依次增大。

优选地，每个所述间距的宽度和与该间距相邻的且靠近所述第二电极区(30)一侧的扩散区域的宽度之和为预设值，与所述第一电极区(20)邻接的扩散区域的宽度为所述预设值。

优选地，所述基底(10)包括重掺杂层以及位于重掺杂层之上的轻掺杂层，所述第一电极区(20)、第二电极区(30)以及结终端扩展区(40)基于所述轻掺杂层制作形成，所述重掺杂层与所述轻掺杂层的掺杂类型相同。

优选地，所述双极结型晶体管器件，还包括分别制作于所述第二电极区(30)上方的第二金属场板(52)以及制作于所述第一电极区(20)上方的第一金属场板(51)，所述第一金属场板(51)和所述第二金属场板(52)之间通过绝缘介质层(60)绝缘隔离。

优选地，所述双极结型晶体管器件为NPN型三极管或PNP型三极管。

本申请实施例提供的双极结型晶体管器件的制造方法，包括：

提供一基底(10)；

基于所述基底(10)制作形成电极区以及结终端扩展区(40)，所述电极区包括第一电极区(20)和第二电极区(30)，所述结终端扩展区(40)包括间隔分布的多个扩散区域，其中：

所述结终端扩展区(40)位于所述第一电极区(20)和所述第二电极区(30)之间并与所述第一电极区(20)邻接，所述多个扩散区域各自的宽度从所述第一电极区(20)往所述第二电极区(30)的方向依次减小。

优选地，所述扩散区域的数量大于或等3，任意相邻的两个扩散区域之间具有一间距，所述间距从所述第一电极区往所述第二电极区的方向依次增大；每个间距的宽度和与该间距相邻的且靠近所述第二电极区(30)一侧的扩散区域的宽度之和为预设值，与所述第一电极区(20)邻接的扩散区域的宽度为所述预设值。

优选地，基于所述基底(10)制作形成电极区以及结终端扩展区(40)，包括：

在所述基底(10)上形成第一光阻材料层(71)；

通过光刻去除所述光阻材料层(71)中的部分区域，形成用于制作第一电极区(20)的第一窗口区域；

在所述第一窗口区域对应的位置对所述基底(10)进行掺杂处理以在所述基底(10)上形成所述第一电极区(20)；

在所述基底(10)靠近第一电极区(20)一侧的上方形成第二光阻材料层(72)；

通过光刻去除第二光阻材料层(72)的部分区域，形成用于制作结终端扩展区(40)的多个第二窗口区域；

在所述多个第二窗口区域对应的位置对所述基底(10)进行掺杂处理以在所述基底(10)上形成包括的多个扩散区域的所述结终端扩展区(40)；

在所述基底(10)靠近所述结终端扩展区(10)一侧的上方形成第三光阻材料层(73)；

通过光刻去除第三光阻材料层(73)的部分区域，形成用于制作第二电极区(30)的第三窗口区域；

在所述第三窗口区域对应的位置对所述基底(10)进行掺杂处理以在所述基底(10)上形成所述第二电极区(30)；

其中，所述多个第二窗口区域各自的宽度从所述第一电极区(20)往所述第二电极区(30)的方向依次减小。

本申请实施例提供的电子产品，包括前述的双极结型晶体管器件。

综上所述，本申请实施例提供的双极结型晶体管及其制造方法、电子产品，将结终端扩展区制作成自第一电极区往第二电极区的方向逐渐缩小的多个扩散区域。经试验验证，与传统JTE结构的双极结型晶体管器件相比，其HTRB稳定性更好、制造工艺流程更容易控制、同时电场尖峰强度更低、电压稳定性更好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例所提供的一种双极结型晶体管的部分剖面结构示意图；

图2为图1所示的双极结型晶体管器件的结终端扩展区的一种可替代结构示意图。

图3a-图3c为图1所示的双极结型晶体管器件的基底的一种形成过程示意图。

图4a-图4e为制作图1所示的双极结型晶体管器件的各步骤流程对应的器件结构示意图。

图5为一种传统的具有结终端扩展结构的晶体管器件示意图。

图6为试验得到的本申请的双极结型晶体管器件与图5所示的晶体管器件在结终端扩展区注入不同杂质剂量时反向击穿电压的变化曲线示意图。

图7为试验得到的本申请的双极结型晶体管器件与图5所示的晶体管器件的尖峰电场曲线变化示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请实施例的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其它操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。

请参照图1，是本申请实施例提供的一种双极结型晶体管的部分剖面结构示意图。详细地，本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100可以包括基底10、基于所述基底10制作形成电极区、以及结终端扩展区40。

所述电极区包括第一电极区20和第二电极区30。所述结终端扩展区40(junctiontermination extension，JTE)位于所述第一电极区20和所述第二电极区30之间并与所述第一电极区20邻接。所述结终端扩展区40包括间隔分布的多个扩散区域。所述多个扩散区域各自的宽度从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次减小。示例性地，如图1所示，假设所述结终端扩展区40包括第一扩散区域41、第二扩散区域42以及第三扩散区域43。在所述第一电极区20往所述第二电极区30的延伸方向上，所述第一扩散区域41的宽度A0大于所述第二扩散区域42的宽度A1，所述第二扩散区域42的宽度A1大于所述第三扩散区域43的宽度A2，如A0>A1>A2。再例如，以图2为例，假设所述结终端扩展区40包括第一扩散区域41、第二扩散区域42、第三扩散区域43、第四扩散区域44以及第五扩散区域45等五个扩散区域，且该五个扩散区域的宽度分别为A0、A1、A2、A3、A4,则A0>A1>A2>A3>A4。

在一种优选的实施方式中，所述扩散区域的数量大于或等3，任意相邻的两个扩散区域之间具有一间距，所述间距从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次增大。例如，以图1为例，第一扩散区域41与第二扩散区域42之间的间距为B1，第二扩散区域42与第三扩散区域43之间的间距为B2，则B2>B1。

再例如，以图2为例，若所述结终端扩展区40包括第一扩散区域41、第二扩散区域42、第三扩散区域43、第四扩散区域44以及第五扩散区域45等五个扩散区域，且该五个扩散区域从所述第一电极区20往第二电极区30的延伸方向上，相邻扩散区域之间的间距依次为B1、B2、B3、B4，则B4>B3>B2>B1。

进一步地，在一种较优的可替代实施方式中，上述每个间距的宽度和与该间距相邻的且靠近所述第二电极区30一侧的扩散区域的宽度之和为预设值，且与所述第一电极区20邻接的扩散区域的宽度为所述预设值。例如，以图1为例，针对所述间距B1，与该间距B1相邻的且靠近所述第二电极区30的扩散区域为第二扩散区域42，那么该间距B1与第二扩散区域42的宽度A1之和为所述预设值，例如为C。其次，针对所述间距B2，那么该间距B2与第三扩散区域43的间距A2之和为所述预设值C。同时，所述第一扩散区域41为邻接所述第一电极区20的扩散区域，那么该第一扩散区域41的宽度A0也为所述预设值C。总结为，A0＝B1+A1＝B2+A2＝C。以图2为例，则有A0＝B1+A1＝B2+A2＝B3+A3＝B4+A4＝C。所述预设值C可以视本申请实施例中的双极结型晶体管器件100的具体类型以及参数等实际情况而预先设定。

所述基底10可以包括重掺杂层以及位于重掺杂层之上的轻掺杂层。所述第一电极区20、第二电极区30以及结终端扩展区40基于所述轻掺杂层制作形成，所述重掺杂层与所述轻掺杂层的掺杂类型相同。本申请实施例中，所述双极结型晶体管器件100可以是NPN型三极管或者PNP型三极管。以所述双极结型晶体管器件100为NPN型三极管为例，所述基底10可以包括N型重掺杂层(N+)和N型轻掺杂层(N-)。参图3a-图3c所示，形成该种结构的基底10的具体方式可以是在图3a所示的N-型晶片的基础上，同时从两面进行掺杂处理，例如通过液态磷源扩散或固态磷源扩散的方式掺杂磷(p)，从而在该N-型晶片的两侧形成N型重掺杂区域(N+区)，然后再去除其中一侧N+区及部分N-区，则形成如图3c所示的具有N+层和N-层的基底10，以用于制作所述双极结型晶体管器件100。

相对应地，所述第一电极区20以及所述结终端扩展区40可以为P型半导体层，进而与所述N型半导体的基底10的交界面处形成PN结(或称主结)

进一步的，再参阅图1所示，本申请实施例中，所述双极结型晶体管器件100还包括分别制作于所述第一电极区20上方的第一金属场板51以及制作于所述第二电极区30上方的第二金属场板52，所述第一金属场板51和所述第二金属场板52之间通过绝缘介质层60绝缘隔离。详细地，所述第一金属场板51、所述第二金属场板52以及所述绝缘介质层60基于所述基底10制作形成，并覆盖于所述第一电极区20、第二电极区30以及所述结终端扩展区40之上。所述第一金属场板51与所述第一电极区20接触并部分覆盖于所述绝缘介质层60之上，所述第二金属场板52与所述第二电极区30接触并部分覆盖于所述绝缘介质层60之上。所述绝缘介质层60的材料可以是，但不限于SiO2。

另外，应当说明的是，为了方便阐述本申请发明点之所在，本申请附图及说明只示出了本申请提供的双极结型晶体管的部分元件。例如，除上述第一电极区20、第二电极区30之外，本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100还可以包括其他的电极区。例如，以该双极结型晶体管器件100为NPN型三极管作为示例，所述第一电极区20可以是基极区域(B区)、所述第二电极区30可以是集电极区域(C区)。相应地，该双极结型晶体管器件100则还可以进一步包括第三电极区，例如发射极区域(E区)。

本申请实施例还提供一种上述双极结型晶体管器件100的制造方法，具体的将在下面结合图4a-图4d对该制造方法进行详细的介绍。

首先，如图4a所示，提供一基底10。所述基底10包括掺杂类型相同的重掺杂层和轻掺杂层。例如，所述衬底10可以包括如上述图3所示的N型重掺杂层(N+)和N型轻掺杂层(N-)。该基底10的形成方式可参上述对图3的描述，此处不再赘述。

其次，如图4b所示，基于所述基底10制作形成包括第一电极区20和第二电极区30的电极区以及包括间隔分布的多个扩散区域的结终端扩展区40。其中，所述结终端扩展区40位于所述第一电极区20和所述第二电极区30之间并与所述第一电极区20邻接。所述多个扩散区域各自的宽度从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次减小。

在一种优选的可替代实施方式中，所述扩散区域的数量大于或等于3，任意相邻的两个扩散区域之间具有一间距，所述间距从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次增大。例如，以图4b为例，所述结终端扩展区40包括第一扩散区域41、第二扩散区域42以及第三扩散区域43。第一扩散区域41与第二扩散区域42之间的间距为B1，第二扩散区域42与第三扩散区域43之间的间距为B2，则B2>B1。

进一步地，上述每个间距的宽度和与该间距相邻的且靠近所述第二电极区30一侧的扩散区域的宽度之和为预设值，且与所述第一电极区20邻接的扩散区域的宽度为所述预设值。例如，以图4b为例，A0＝B1+A1＝B2+A2＝C。

上述制作结终端扩展区40、第一电极区20以及第二电极区30的方法简要介绍如下。

参图4c所示，首先，可在所述基底10上(例如，在轻掺杂层N-上)形成第一光阻材料层71。然后，通过光刻去除第一光阻材料层71的部分区域，形成用于制作第一电极区20的第一窗口区域。最后，在所述第一窗口区域对应的位置对所述基底10进行掺杂处理以在所述基底10上形成所述第一电极区20。详细地，所述掺杂处理可以是通过高温扩散的方式向所述窗口区域对应的基底10上掺杂所需浓度的硼(B)离子的方式，得到所述第一电极区20。

进一步地，参图4d所示，在形成所述第一电极区20之后，可以在基底10靠近第一电极区20一侧的上方再形成第二光阻材料层72(可以先去除原始残留的第一光阻材料层71后再形成)。然后，通过光刻去除第二光阻材料层72的部分区域，形成用于制作结终端扩展区40的多个离散的第二窗口区域。最后，在所述多个第二窗口区域对应的位置对所述基底10进行掺杂处理以在所述基底10上形成所述结终端扩展区40包括的多个扩散区域。详细地，所述多个第二窗口区域各自的宽度从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次减小，从而使得制作形成的所述多个扩散区域各自的宽度也从所述第一电极区20往所述第二电极区30的方向依次减小。所述掺杂处理可以是通过高温扩散的方式向所述第二窗口区域对应的基底10上注入所需浓度的硼(B)离子的方式，得到包括多个扩散区域的所述结终端扩展区40。

进一步地，参图4e所示，在形成所述第一电极区20、结终端扩展区40之后，可在所述基底10靠近结终端扩展区40一侧的上方形成第三光阻材料层73(可先去除残留的第二光阻材料层72之后再形成)。然后，通过光刻去除第三光阻材料层73的部分区域，形成用于制作第二电极区30的第三窗口区域。最后，在所述第三窗口区域对应的位置对所述基底10进行掺杂处理以在所述基底10上形成所述第二电极区30。详细地，所述掺杂处理可以是通过高温扩散的方式向所述第三窗口区域对应的基底10上掺杂所需浓度的磷(P)离子的方式，得到所述第二电极区30。

所应说明的是，在其他可替代的实施方式中，上述所描述的第一电极区20、第二电极区30、以及结终端扩展区40的制作流程的先后顺序也可以互换，或者在一定的条件下也可以同时进行，并不以本申请所提供的示例性方案为限定。

在制作完成所述电极区和所述结终端扩展区40之后，可进一步在所述基底10的上方制作形成位于所述第一电极区20上方的第一金属场板51以及位于所述第二电极区30上方的第二金属场板52，所述第一金属场板51和所述第二金属场板52之间通过绝缘介质层60绝缘隔离。制作所述第一金属场板51以及第二金属场板52的方法可以与传统的制作方法相类似，此处不再详细赘述。

以上对本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100及该双极结型晶体管器件100的制造方法进行了详细的阐述，为了说明本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100与传统晶体管器件的差别及优点，以下通过三个方面的对比进行解释。

第一、关于高温反向偏压(high temperature reverse bias，HTRB)稳定性

表1

参上表1所示，将如图5所示的具有JTE结构的晶体管与本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100在相同的条件(例如，在150度高温的条件下施加800V反向偏压，持续观察168小时)下进行HTRB考核试验，各测试22个晶体管，其中传统结构的通过率为95.45％，本申请的双极结型晶体管100的通过率为100％。因此，本申请提供的双极结型晶体管器件100的HTRB可靠性更高。

第二、关于工艺控制

表2

请结合上表2以及图6所示，图6的曲线1为本申请的双极结型晶体管器件100的JTE结构中掺杂的杂质浓度在A、A+δ、A+2δ、A+3δ之间进行变化时，反向击穿电压(BVCBO)的波动范围示意图，曲线2为传统结构的BVCBO的波动范围示意图。可以明显看出，传统结构的BVCBO的波动范围更大，而本申请更小。也就说，在掺杂工艺过程中，若杂质浓度控制不精准，本申请提供的双极结型晶体管器件100的BVCBO电压稳定性会更好。换言之，本申请提供的双极结型晶体管器件100对工艺控制的容错范围更大，工艺流程更容易控制。

第三、关于电场稳定性

以图1所示的双极结型晶体管器件100的结构为例，在外加反向偏压时，PN结耗尽区应先达到第一扩散区41，随着电压的增加电场增强，第一扩散区41、第二扩散区42的耗尽区联通，以此类推最终第一扩散区41、第二扩散区42、第三扩散区43的耗尽区全部连到一起，与传统只具有的一个完整的结终端扩展区的晶体管器件相比，理论上可降低电场尖峰强度，且电压有了明显的提高，电压稳定性也进一步加强。

参图7所示，曲线1为经过试验得到的传统JTE结构的晶体管器件的电场随JTE结构长度的变化示意图，曲线2为经过试验得到的本申请的双极结型晶体管器件100的电场随JTE结构长度的变化示意图。可以明显看出，相较于传统的JTE终端结构，本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100能够降低电场峰值，电场稳定性更好，可有效提高耐压的稳定性。

综上所述，本申请实施例提供的双极结型晶体管器件100，相比较传统JTE结构的双极结型晶体管器件，HTRB稳定性更好、制造工艺流程更容易控制、同时电场尖峰强度更低、电压稳定性更好。

另外，本申请实施例还提供一种电子产品，该电子产品包括前述的双极结型晶体管器件100。

以上所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制本申请的保护范围，而仅仅是表示本申请的选定实施例。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。此外，基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施例，都应属于本申请保护的范围。