阅读说明：本技术 双极型晶体管及其制造方法 (Bipolar transistor and method for manufacturing the same ) 是由 王学良 *** 袁志巧 闵亚能 于 2018-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双极型晶体管及其制造方法,双极型晶体管包括内置的续流二极管,续流二极管包括相邻的p型掺杂区和n型掺杂区,半导体衬底基片具有第一主面和第二主面,第一主面设置有第一目标掺杂区,第二主面设置有第二目标掺杂区,第一目标掺杂区为用于制作p型掺杂区的区域,第二目标掺杂区为用于制作n型掺杂区的区域,制造方法包括：向第一目标区域中掺杂p型杂质离子,以形成p型掺杂区；向第二目标区域中注入氢离子,以形成n型掺杂区和复合中心,复合中心用于降低续流二极管的临界饱和电压以及加速反向恢复时间。本发明采用氢离子注入工艺在n型掺杂层中形成复合中心,能够加速内置的续流二极管的反向恢复速度,提高性能。(The invention discloses a bipolar transistor and a manufacturing method thereof, the bipolar transistor comprises a built-in freewheeling diode, the freewheeling diode comprises a p-type doped region and an n-type doped region which are adjacent, a semiconductor substrate is provided with a first main surface and a second main surface, the first main surface is provided with a first target doped region, the second main surface is provided with a second target doped region, the first target doped region is a region for manufacturing the p-type doped region, and the second target doped region is a region for manufacturing the n-type doped region, the manufacturing method comprises the following steps: doping p-type impurity ions into the first target region to form a p-type doped region; hydrogen ions are implanted into the second target region to form an n-type doped region and recombination centers for reducing the critical saturation voltage of the freewheeling diode and accelerating reverse recovery time. The invention adopts the hydrogen ion implantation process to form the recombination center in the n-type doped layer, can accelerate the reverse recovery speed of the built-in freewheeling diode and improve the performance.)

双极型晶体管及其制造方法

技术领域

本发明属于半导体器件及制造工艺技术领域，尤其涉及一种双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor)及其制造方法。

背景技术

双极型晶体管是一种电流控制器件，电子和空穴同时参与导电。双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，已广泛用于广播、电视、通信、雷达、计算机、自控装置、电子仪器、家用电器等领域，起放大、振荡、开关等作用。用不同的掺杂方式在同一个硅片(半导体衬底基片)上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结(PN junction)，就构成了晶体管。

有些双极型晶体管中，会内置续流二极管(freewheel diode)。图1示出了一种常见的包含续流二极管的双极型晶体管的结构，该双极型晶体管包括集电极C(为n型掺杂区)、n型掺杂层102、增压环103(为p型掺杂区)、截止环104(为n型掺杂区)、第一p型掺杂层105(作为该双极型晶体管的基极(base))、发射极E(为n型掺杂区，图中所示的3个发射极E在封装过程中通过金属连接，需要说明的是，此处仅举例说明了包括3个发射极E的情况，实际上双极型晶体管可以包括若干个发射极，具体数量由发射极电流的大小需求而定，此为现有技术，所以在此不再赘述)、第一钝化层106(比较典型的可以采用含氧多晶硅(SIPOS)实现，在制作过程中，第一钝化层106被有选择地光刻、腐蚀为多段)、第二钝化层107(比较典型的可以采用氮化硅(SiN)实现)、第三钝化层108(比较典型的可采用正硅酸乙酯(TEOS)实现)。其中，第一p型掺杂层105、n型掺杂层102构成该内置的续流二极管D，图1中以虚线示出了该续流二极管D。其中，n型掺杂层102为该续流二极管的n型区。

在制作该续流二极管的n型区的过程中，需要在衬底中进行离子注入，形成n型掺杂层。现有技术中，衬底中进行离子注入以形成该续流二极管的n型区的流程中，往往采用注磷推扩技术。具体参照图1所示，向半导体衬底基片中注入浓度适宜的磷离子，在半导体衬底的目标区域内形成n型掺杂层，该n型掺杂层作为该双极型晶体管中内置的续流二极管的n型区。但采用该方法得到的续流二极管，其反向恢复速度较慢，导致该双极型晶体管的性能不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的双极型晶体管中的续流二极管的反向恢复速度较慢导致该双极型晶体管的性能不佳的缺陷，提供一种双极型晶体管及其制造方法。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明提供了一种双极型晶体管的制造方法，所述双极型晶体管包括内置的续流二极管，所述续流二极管包括相邻的p型掺杂区和n型掺杂区，所述双极型晶体管在半导体衬底基片上制造，所述半导体衬底基片具有第一主面和第二主面，所述第一主面设置有第一目标掺杂区，所述第二主面设置有第二目标掺杂区，所述第一目标掺杂区与所述第二目标掺杂区相邻，所述第一目标掺杂区为用于制作所述p型掺杂区的区域，所述第二目标掺杂区为用于制作所述n型掺杂区的区域，所述双极型晶体管的制造方法包括以下步骤：

向所述第一目标区域中掺杂p型杂质离子，以形成所述p型掺杂区；

向所述第二目标区域中注入氢离子，以形成所述n型掺杂区和复合中心，所述复合中心用于降低所述续流二极管的临界饱和电压以及加速所述续流二极管的反向恢复时间。

较佳地，在向所述第二目标区域中注入氢离子，以形成所述n型掺杂区和复合中心的步骤之前，所述双极型晶体管的制造方法还包括以下步骤：

在所述半导体衬底基片的表面设置掩膜，所述掩膜包括阻挡区和透射区，所述阻挡区用于阻挡所述氢离子注入所述半导体衬底基片；所述透射区用于供氢离子穿过，以注入所述半导体衬底基片。

较佳地，在向所述第二目标区域中注入氢离子，以形成所述n型掺杂区和复合中心的步骤之后，所述双极型晶体管的制造方法还包括以下步骤：

对所述续流二极管的n型掺杂区进行电子辐照。

较佳地，向所述第二目标区域中注入氢离子，以形成所述n型掺杂区和复合中心的过程中，对所述续流二极管的n型掺杂区退火，以在所述续流二极管的n型掺杂区内形成所述复合中心。

较佳地，所述退火步骤采用炉管退火，退火温度为200-400摄氏度，退火时间为1-5小时。

较佳地，所述掩膜包括聚酰亚胺树脂掩膜，或铝掩膜，或氮化硅掩膜。

较佳地，所述掩膜的厚度为2-100微米。

较佳地，所述退火步骤采用激光退火。

较佳地，所述p型杂质离子包括铝离子或镓离子或硼离子。

本发明还提供了一种双极型晶体管，所述双极型晶体管利用前述的双极型晶体管的制造方法制造。

本发明的积极进步效果在于：本发明的双极型晶体管及其制造方法中，在制作双极型晶体管的续流二极管的n型区的步骤中，采用氢离子注入工艺，取代现有技术中的磷离子注入工艺，再经退火激活，使得氢离子在该n型掺杂层中形成复合中心，一箭双雕，该复合中心能够同时降低所述续流二极管的临界饱和电压和加速所述续流二极管的反向恢复时间，从而缩短其反向恢复时间，提高该双极型晶体管的性能。

附图说明

图1为现有技术的一种双极型晶体管的结构示意图。

图2为本发明的一较佳实施例的双极型晶体管的制造方法的流程图。

图3为本发明的一较佳实施例的双极型晶体管的制造方法制造的第一种双极型晶体管的结构示意图。

图4为本发明的一较佳实施例的双极型晶体管的制造方法的第一种可选的实施方式制造形成第一n型掺杂区的状态示意图。

图5为本发明的一较佳实施例的双极型晶体管的制造方法制造的第二种双极型晶体管的结构示意图。

图6为本发明的一较佳实施例的双极型晶体管的制造方法的第二种可选的实施方式制造形成改进的n型掺杂层的状态示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本实施例提供一种双极型晶体管的制造方法，用于制作包括内置的续流二极管的双极型晶体管，该续流二极管包括相邻的p型掺杂区和n型掺杂区，双极型晶体管在半导体衬底基片上制造，半导体衬底基片具有第一主面和第二主面，第一主面设置有第一目标掺杂区，第二主面设置有第二目标掺杂区，第一目标掺杂区与第二目标掺杂区相邻，第一目标掺杂区为用于制作p型掺杂区的区域，第二目标掺杂区为用于制作n型掺杂区的区域，如图2所示，该双极型晶体管的制造方法包括以下步骤：

步骤S401、在半导体衬底基片的表面设置掩膜；

步骤S402、向第一目标区域中掺杂p型杂质离子，以形成p型掺杂区；

步骤S403、向第二目标区域中注入氢离子，以形成n型掺杂区和复合中心；

其中，所述复合中心用于降低所述续流二极管的临界饱和电压以及加速所述续流二极管的反向恢复时间。具体为，对所述续流二极管的n型掺杂区退火，以在所述续流二极管的n型掺杂区内形成所述复合中心。

步骤S404、对续流二极管的n型掺杂区进行电子辐照。

在步骤S401中，掩膜包括阻挡区和透射区，阻挡区用于阻挡杂质离子注入半导体衬底基片；透射区用于供杂质离子穿过，以注入半导体衬底基片。

该掩膜采用聚酰亚胺树脂材料、或铝材料、或氮化硅材料制成。该聚酰亚胺树脂材料、或铝材料、或氮化硅材料均为市售可得。根据实验数据，在氢离子注入过程中，1微米厚的铝材料掩膜的阻挡效率为1微米，即，假设铝材料掩膜的厚度为5微米，进行氢离子注入时，氢离子注入至透射区下5微米的区域时，阻挡区下没有氢离子注入，全部被阻挡。根据实验数据，1微米厚的聚酰亚胺树脂掩膜的阻挡效率为0.7微米。聚酰亚胺树脂掩膜的较佳厚度为2-100微米，铝材料掩膜的较佳厚度为2-100微米。现有技术中，往往采用二氧化硅掩膜，而二氧化硅掩膜因张力、应力因素，当达到一定厚度时，容易发生翘曲，会影响双极型晶体管的可靠性。因此，二氧化硅掩膜无法达到较大的厚度。而聚酰亚胺树脂掩膜、铝材料掩膜均可以达到较大的厚度，依然不会发生翘曲，可以保证双极型晶体管的可靠性。

本发明的双极型晶体管的制造方法在制作该续流二极管的n型区的过程中，采用氢离子注入工艺，取代现有技术的磷离子注入工艺，在形成续流二极管的n型区的同时，在续流二极管的n型区中形成复合中心，一箭双雕，该复合中心能够同时降低所述续流二极管的临界饱和电压和加速所述续流二极管的反向恢复时间，从而缩短其反向恢复时间，提高该双极型晶体管的性能。

现有技术中，该续流二极管的p型掺杂区系掺杂硼离子形成，但形成的续流二极管为突变结，为了使得该续流二极管为渐变结，在步骤S402中，p型杂质离子可以选择铝离子或镓离子。向第一目标区域中掺杂铝离子或镓离子，可以采用注入、蒸发、溅射、浸泡等工艺。鉴于铝离子、镓离子的扩散系数较大，该p型掺杂区与n型掺杂区形成的续流二极管为渐变结，从而使得反向击穿电压较高，该双极型晶体管更加稳定。

为了获得较佳的离子注入效果，在步骤S403之后，还执行步骤S404，即对续流二极管的n型掺杂区进行电子辐照。

本实施例中，对续流二极管的n型掺杂区退火，以在续流二极管的n型掺杂区内形成复合中心。退火步骤采用炉管退火，退火温度为200-400摄氏度，退火时间为1-5小时。在其他可选的实施方式中，退火步骤采用激光退火。

在本发明的第一种可选的实施方式中，本实施例的双极型晶体管的制造方法可以用于制造如图3所示的双极型晶体管(第一种双极型晶体管)。该双极型晶体管包括集电极C(为n型掺杂区)、n型掺杂层102、增压环103(为p型掺杂区)、截止环104(为n型掺杂区)、第一p型掺杂层105(作为该双极型晶体管的基极(base))、发射极E(为n型掺杂区，图中所示的3个发射极E在封装过程中通过金属连接，需要说明的是，此处仅举例说明了包括3个发射极E的情况，实际上双极型晶体管可以包括若干个发射极，具体数量由发射极电流的大小需求而定，此为现有技术，所以在此不再赘述)、第一钝化层106(比较典型的可以采用含氧多晶硅(SIPOS)实现，在制作过程中，第一钝化层106被有选择地光刻、腐蚀为多段)、第二钝化层107(比较典型的可以采用氮化硅(SiN)实现)、第三钝化层108(比较典型的可采用正硅酸乙酯(TEOS)实现)、第一n型掺杂区302和复合中心。其中，第一p型掺杂层105、第一n型掺杂区302和复合中心构成该内置的续流二极管D，图中以虚线示出了该续流二极管D。其中，第一n型掺杂区302为该续流二极管的n型区。

参照图4，从第二主面的外部沿Dr方向即从芯片的背面向第二目标区域(用于制作续流二极管D的n型掺杂区的区域。本领域技术人员可以根据双极型晶体管的具体结构设置第二目标区域的位置)中注入氢离子，以形成第一n型掺杂区302和复合中心。然后，对第一n型掺杂区302进行电子辐照。该双极型晶体管的其他结构采用现有技术制作形成，此处不再赘述。

本实施例还提供一种如图3所示的双极型晶体管(第一种双极型晶体管)，该双极型晶体管包括集电极C(为n型掺杂区)、n型掺杂层102、增压环103(为p型掺杂区)、截止环104(为n型掺杂区)、第一p型掺杂层105(作为该双极型晶体管的基极(base))、发射极E(为n型掺杂区，图中所示的3个发射极E在封装过程中通过金属连接，需要说明的是，此处仅举例说明了包括3个发射极E的情况，实际上双极型晶体管可以包括若干个发射极，具体数量由发射极电流的大小需求而定，此为现有技术，所以在此不再赘述)、第一钝化层106(比较典型的可以采用含氧多晶硅(SIPOS)实现，在制作过程中，第一钝化层106被有选择地光刻、腐蚀为多段)、第二钝化层107(比较典型的可以采用氮化硅(SiN)实现)、第三钝化层108(比较典型的可采用正硅酸乙酯(TEOS)实现)、第一n型掺杂区302和复合中心。其中，第一p型掺杂层105、第一n型掺杂区302和复合中心构成该内置的续流二极管D，图中以虚线示出了该续流二极管D。其中，第一n型掺杂区302为该续流二极管的n型区。该双极型晶体管采用本发明的第一种可选的实施方式的双极型晶体管的制造方法制造，具体过程不再赘述。

在本发明的第二种可选的实施方式中，本实施例的双极型晶体管的制造方法可以用于制造如图5所示的双极型晶体管(第二种双极型晶体管)。该双极型晶体管包括集电极C(为n型掺杂区)、改进的n型掺杂层202和复合中心、增压环103(为p型掺杂区)、截止环104(为n型掺杂区)、第一p型掺杂层105(作为该双极型晶体管的基极(base))、发射极E(为n型掺杂区，图中所示的3个发射极E在封装过程中通过金属连接，需要说明的是，此处仅举例说明了包括3个发射极E的情况，实际上双极型晶体管可以包括若干个发射极，具体数量由发射极电流的大小需求而定，此为现有技术，所以在此不再赘述)、第一钝化层106(比较典型的可以采用含氧多晶硅(SIPOS)实现，在制作过程中，第一钝化层106被有选择地光刻、腐蚀为多段)、第二钝化层107(比较典型的可以采用氮化硅(SiN)实现)、第三钝化层108(比较典型的可采用正硅酸乙酯(TEOS)实现)。其中，第一p型掺杂层105、改进的n型掺杂层202和复合中心构成该内置的续流二极管D，图中以虚线示出了该续流二极管D。其中，改进的n型掺杂层202为该续流二极管的n型区。

参照图6，从第二主面的外部沿Dr方向向第二目标区域(用于制作续流二极管D的n型掺杂区的区域和复合中心。本领域技术人员可以根据双极型晶体管的具体结构设置第二目标区域的位置)中注入氢离子，以形成改进的n型掺杂层202和复合中心。然后，对改进的n型掺杂层202进行电子辐照。该双极型晶体管的其他结构采用现有技术制作形成，此处不再赘述。

本实施例还提供一种如图5所示的双极型晶体管(第二种双极型晶体管)。该双极型晶体管包括集电极C(为n型掺杂区)、改进的n型掺杂层202和复合中心、增压环103(为p型掺杂区)、截止环104(为n型掺杂区)、第一p型掺杂层105(作为该双极型晶体管的基极(base))、发射极E(为n型掺杂区，图中所示的3个发射极E在封装过程中通过金属连接，需要说明的是，此处仅举例说明了包括3个发射极E的情况，实际上双极型晶体管可以包括若干个发射极，具体数量由发射极电流的大小需求而定，此为现有技术，所以在此不再赘述)、第一钝化层106(比较典型的可以采用含氧多晶硅(SIPOS)实现，在制作过程中，第一钝化层106被有选择地光刻、腐蚀为多段)、第二钝化层107(比较典型的可以采用氮化硅(SiN)实现)、第三钝化层108(比较典型的可采用正硅酸乙酯(TEOS)实现)。其中，第一p型掺杂层105、改进的n型掺杂层202和复合中心构成该内置的续流二极管D，图中以虚线示出了该续流二极管D。其中，改进的n型掺杂层202为该续流二极管的n型区。该双极型晶体管采用本发明的第二种可选的实施方式的双极型晶体管的制造方法制造，具体过程不再赘述。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。