專利名稱：垂直雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙極晶體管，更特別地涉及先進(jìn)垂直的雙極晶體管結(jié)構(gòu)和工藝。
雙極電路設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是降低電路功率消耗而且同時(shí)，增加運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。降低功耗的一個(gè)辦法是利用BIFET(雙極和場效應(yīng)晶體管)電路。因此，理想的是任何雙極工藝FET的工藝是相匹配的從而BIFET(bipolarandFET)的片結(jié)構(gòu)能被實(shí)現(xiàn)。所以，這些設(shè)計(jì)的目標(biāo)必須以經(jīng)濟(jì)的晶體管制造工藝來實(shí)現(xiàn)。
如權(quán)利要求所述的本發(fā)明打算提供一雙極晶體管，該晶體管提供增加運(yùn)轉(zhuǎn)速度。由本發(fā)明所給出的有利點(diǎn)是消除了用于次收集極的透過接觸的必要。本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是晶體管的整個(gè)寬度是通過消除用于標(biāo)準(zhǔn)基極接觸所謂而降低，該基極接觸通常是布設(shè)在發(fā)射極和收集極的接觸之間的。本發(fā)明的附加的優(yōu)點(diǎn)利用非常窄的發(fā)射極，有效地使減少與本征基極電阻有關(guān)的問題以及降低發(fā)射極-基極電容。更進(jìn)一步，能用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的晶體管的設(shè)計(jì)的工藝是相對(duì)地簡單并與FET工藝相匹配。
簡要地，本發(fā)明是一雙極晶體管，包括-收集極層;
-布設(shè)在收集極層上的基極層。
-布設(shè)在基極層上的發(fā)射極層。
-第一側(cè)壁絕緣層布設(shè)到接近于并與發(fā)射極層，基極層，和至少是收集極層的一部分的一側(cè)相接觸;
-第二側(cè)壁絕緣層布設(shè)到接近于并與發(fā)射極層和至少是基極層的一部分的另一個(gè)側(cè)面相接觸;
-基極接觸延展層是由如基極層有相同導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料所形成的，上述基極接觸延展層是與從基極層另一側(cè)橫向擴(kuò)展相接觸的;
-基極接觸中間連結(jié)是布設(shè)在基極接觸延展層的表面上;
-收集極接觸延展層是由如收集極層相同導(dǎo)體類型的摻雜半導(dǎo)體材料所形成的，同收集極接觸延展層是與收集極層相接觸并從或低于其一側(cè)作橫向擴(kuò)展;以及-收集極接觸中間連結(jié)是布設(shè)在收集極接觸延展層的表面且從發(fā)射極層通過僅僅一個(gè)或更多絕緣層相隔離。
在最佳實(shí)施例中，基極接觸延展層是與基極層橫向接觸，而收集極接觸延展層是與收集極層的底表面相接觸的。
因此，最好是收集極接觸延展層的頂表面是在基極接觸延展層和頂表面的下面。最后，最好是基極接觸延展層的底表面是在收集極接觸延展層的頂表面的上面。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，最好是發(fā)射極層的寬度處于1μ。
本發(fā)明進(jìn)而包括用于制備目前雙極晶體管的最好的方法，該方法包括獲得的結(jié)構(gòu)包括收集極層，一布設(shè)在收集極層上的基極層，一布設(shè)在基極層上的發(fā)射極層，布設(shè)在發(fā)射極層頂表面的第一部分上的絕緣材料層中不要布設(shè)到第二部分的臺(tái)階，以及至少布設(shè)在發(fā)射極層的頂表面的第二部分以下的區(qū)域里的收集極下面的次收集極;
形成絕緣材料的側(cè)壁隔層以靠住在絕緣材料層中幾乎是垂直的臺(tái)階邊介從而復(fù)蓋住發(fā)射極層的上表面的第三部分，該第三部分小于第二部分;
移去發(fā)射極層和至少是接近于側(cè)壁隔離的第一體塊內(nèi)的基極層的一部分。
移去絕緣層臺(tái)階。
移去發(fā)射極層及被移走的臺(tái)階下的第二體塊中基極層的一部分以暴露出基極層且給出基極接觸表面，以及也移去第一體塊里附加的材料為了暴露出收集極接觸表面，該表面是相對(duì)低于基極接觸表面的;
移去側(cè)壁隔層;
在第一體塊中同時(shí)形成鄰接并與發(fā)射極層，基極層的一側(cè)及至少上述收集極層的一部分相接觸的第一絕緣側(cè)壁，并觸及收集極接觸表面和在第二體塊中相鄰近并與發(fā)射極層及至少是基極層的一部分的另一側(cè)相接觸的第二絕緣側(cè)壁，并觸及基極接觸表面;以及在暴露出的收集極接觸表面的頂面上的形成收集極接觸內(nèi)，連結(jié)以及在暴露出的基極接觸表面的頂面上形成的基極接觸內(nèi)連結(jié)。


圖1是本發(fā)明工藝在起始時(shí)部分中的半導(dǎo)體襯底的示意圖。
圖2是一個(gè)臺(tái)階在其上布設(shè)以后的半導(dǎo)體襯底的示意圖。
圖3是在相鄰近于臺(tái)階處布設(shè)一個(gè)隔離層以后的襯底的示意圖。
圖4是進(jìn)行腐蝕和離子注入步驟以后的半導(dǎo)體襯底的示意圖。
圖5是臺(tái)階移去以后及進(jìn)行第二次腐蝕過程以后的半導(dǎo)體襯底示意圖。
圖6是側(cè)壁絕緣層形成以后半導(dǎo)體襯底的示意圖。
圖7是鄰近于基極層的P+區(qū)域形成以后的半導(dǎo)體襯底的示意圖。
圖8是由本發(fā)明工藝所形成的晶體管的示意圖。
圖9是根據(jù)本工藝所形成的晶體管的頂視圖。
圖10A是在完成工藝中以防止低E-C穿透的步驟以后的器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10B是在完成工藝中的以防止晶體管中的低E-C穿透的第二步驟以后的器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10C是在完成工藝中以防止晶體管中低E-C穿透的第三步驟以后的器件結(jié)構(gòu)的示意圖。
為方便起見，本發(fā)明從NPN晶體管的結(jié)構(gòu)的內(nèi)容加以闡明。很清楚對(duì)于技術(shù)上熟練的人本發(fā)明不限于該特殊的結(jié)構(gòu)，而可以取包括PNP晶體管結(jié)構(gòu)的其他結(jié)構(gòu)的變化。因此，本發(fā)明不局限于如圖所示的特有的尺寸和比例。本發(fā)明可以用一些包括Si和GaAs在內(nèi)的不同的半導(dǎo)體材料來實(shí)現(xiàn)。
參看圖8，本發(fā)明示出了雙極型晶體管結(jié)構(gòu)10。該晶體管包括收集極層12，布設(shè)在收集極層12上的基極層14和布設(shè)在基極層14上的發(fā)射極層16。晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括布設(shè)相鄰近并與發(fā)射極層16，基極層14和至少是收集極12的一小部分的一側(cè)相接觸的側(cè)壁絕緣層18。該結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括布設(shè)相鄰近并與發(fā)射極層16和至少是基極層14的一小部分的另一側(cè)相接觸的第二側(cè)壁絕緣層20。注意到，在圖8所示的實(shí)施例中，該發(fā)射極層的另一側(cè)通常是與布設(shè)第一側(cè)壁絕緣層18那里的發(fā)射極層的一側(cè)相對(duì)的側(cè)面。晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括基極接觸延展層22，它是由如基極層14相同導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料所形成的，與其相接觸并從基極層14的另一側(cè)橫向延伸。基極接觸內(nèi)連接24布設(shè)在基極接觸延展層22的頂面62上，通過僅一個(gè)或更多的絕緣層與發(fā)射極層相隔離。結(jié)構(gòu)進(jìn)而包括收集極接觸延伸層26，它是由與收集極12相同導(dǎo)電類型的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料所形成，收集極接觸延展層26是與收集極層相接觸且從或在其下一側(cè)橫向延伸?？煽吹?，在圖8所示的實(shí)施例中的該收集極接觸延展層26事實(shí)上是與收集極層12的底面相接觸并橫向延伸到晶體管結(jié)構(gòu)的左邊。最后，收集極接觸內(nèi)連接29是布設(shè)在接觸表面64上的收集極接觸延展層26上，僅由一個(gè)或更多個(gè)絕緣層與發(fā)射極層相隔離。
應(yīng)該注意，在最佳實(shí)施例中，收集極接觸延伸層26包含一第一部分28，它是一次收集極層，直接布設(shè)在收集極層12下面并之之相接觸并具有第一摻雜濃度，以及第二部分30具有一摻雜濃度它是大于第一摻雜濃度并直接布設(shè)在體塊的收集極接觸延展層的表面64以下，它是延伸到收集極層12的一側(cè)。
由演示的方法，但不受其限制，在圖8所示的實(shí)施例中使用摻雜到N濃度的收集極層12，摻雜到P濃度的基極層14，摻雜到N+濃度的發(fā)射極層，摻雜到P+濃度的基極接觸延展層22，以及摻雜到N+濃度的在其上具有第一部分28(次收集極層)的收集極接觸延展層26以及在其上摻雜到N++濃度的第二部分30。
通過舉例，如圖8所示的本雙極晶體管結(jié)構(gòu)可以在P+襯底32上用在其上生長P-處延層34而形成。利用一些形式的絕緣物部分36和38的隔離方案已示于圖以給出雙極晶體管10與其他片部件相隔離。在圖8的實(shí)施例中，基極絕緣部分36和38可以簡單地通過SiO2的體塊面形成。
通過消除正常情況下位于發(fā)射極和收集極接觸之間的內(nèi)部基極接觸，上述雙極型晶體管結(jié)構(gòu)大大地降低了整個(gè)晶體管的寬度。該被降低了晶體管寬度顯著地增加了能集成在一個(gè)片子上的有源器件的數(shù)目。
用于制造晶體管結(jié)構(gòu)的圖8的最佳工藝將參看圖1-7加以說明首先參看圖1，工藝開始是用P+襯底32，在其上生長P-外延層32。為得到P-外延層生長的所要求的步驟在技術(shù)是已知的而且參考可以由S.M.SZE，Chap.2，WilleyandSons的VLSITechnology給出。
某些形式的隔離方案可在工藝中該點(diǎn)上方便地進(jìn)行。例舉說，該隔離方案可包括氧化物型隔離的全開槽(recessed)，更通常的半氧化物型開槽(Semi-ROX)隔離，某些類型的溝道隔離，或利用可用的絕緣材料的另外的不同隔離結(jié)構(gòu)的變化。為簡單說明本發(fā)明，圖1示出了全開槽氧化物隔離方案。全開槽氧化物在圖1中是由區(qū)域36和38來表示的。
在形成隔離方案體塊以后，實(shí)際上包括收集極區(qū)域12(在圖1中未示出)的體塊40是在P-外延展34上形成的。該區(qū)域40是用對(duì)該互用適當(dāng)?shù)膿诫s劑摻雜到理想的濃度而形成的。對(duì)于NPN晶體管的本實(shí)施例，區(qū)域40是用如磷這樣的N型摻雜劑摻雜到1×1017每立方厘米這樣的濃度。為得到區(qū)域40可以利用包括離子注入的多種摻雜方法。注入的濃度是根據(jù)設(shè)計(jì)考慮而且典型上是在量級(jí)為6000
。
在N-區(qū)域40形成以后，將成為基極層的區(qū)域14必須是在其上形成。由例舉，可利用P型離子注入形成濃度約為2000
的P摻雜區(qū)域14。
要形成的下一個(gè)區(qū)域是完成發(fā)射極層16，該層16可以由既是用附加的N+摻雜步驟，或是在其上沉積附加的N+摻雜層步驟形成。在本實(shí)施例中，多晶硅的N+摻雜層是沉積在片子上以形成發(fā)射極層16。用于該發(fā)射極層16的厚度是量級(jí)為1500
。
在最佳實(shí)施例中，理想情況是其有非常窄寬度的發(fā)射極。窄寬度發(fā)射極是有利的，因?yàn)樗蟠蟮亟档土税l(fā)射極和基極之間容抗的面積部分而沒有過多嚴(yán)重地增加結(jié)構(gòu)的阻抗。在這一方面，大多數(shù)電源流過發(fā)射極和基極的區(qū)域的邊沿，其中心區(qū)域?qū)ζ骷\(yùn)轉(zhuǎn)僅僅貢獻(xiàn)極少量的電源。因此，降低發(fā)射極密度是不影響電源的流動(dòng)而大大地減少了器件的容抗。事實(shí)上，窄發(fā)射極結(jié)構(gòu)利用的事實(shí)是典型的發(fā)射極-基極二極管結(jié)只是在接近基極接觸的區(qū)域才打開。以提供降低器件容抗的設(shè)計(jì)。
為了得到該窄寬度發(fā)射極層16，可用使用各種不同的技術(shù)。在最佳實(shí)施例中，可用稱之為側(cè)壁成象傳遞技術(shù)(Sidewallimagetransfer)該技術(shù)詳細(xì)地在美國專利№.4，648，937中有說明。
參看圖2，側(cè)壁成象傳遞技術(shù)可用絕緣材料，例如有機(jī)材料的首先形成的臺(tái)階42來實(shí)現(xiàn)，那是在發(fā)射極層16的頂表面的第一部分44而不是在其第二部分46上。臺(tái)階42可利用標(biāo)準(zhǔn)的光刻蝕技術(shù)形成。臺(tái)階的厚度典型的是在量級(jí)為2.0μ。
在工藝中的該處，在器件中的發(fā)射極層16的頂面的第二部分46以下的區(qū)域可形成次收集極區(qū)28。舉例，是通過用相對(duì)高能離子注入以形成次收集極層28，從而使該次收集極的形成得以實(shí)現(xiàn)。由舉例，可使用能量的量級(jí)為700Kev的磷離子進(jìn)行離子注入。應(yīng)注意到次收集極區(qū)域在工藝中的形成是利用某種沉積形成或在更早些的工藝點(diǎn)上用摻雜步驟。本發(fā)明不局限于特定的方法或定時(shí)。在此次收集極層形成在器件中。注意因?yàn)榕_(tái)階42的厚度的量級(jí)是在22.0μ，沒有磷離子滲透到臺(tái)階42以下的硅區(qū)域中。離子注入的能量是足夠的低以維持在次收集極層28和基極層14間的N摻雜層12。注意，利用高斯分布(Gaussiandistribution)信息的標(biāo)準(zhǔn)LSS統(tǒng)計(jì)分析對(duì)于不同的晶體管結(jié)構(gòu)可計(jì)算出適當(dāng)?shù)膭┝俊?br> 現(xiàn)參看圖3，形成本雙極晶體管結(jié)構(gòu)的下一步是形成與臺(tái)階42的側(cè)壁相靠著的絕緣材料的側(cè)壁隔離層48，從而覆蓋住發(fā)射極層16的頂面的第三部分50，這里的第三部分50在面積上是小于第二部分46的。例如，該側(cè)壁隔離層可用例如SiO2或Si3N4的絕緣材料的某些形式的一層覆蓋圖2的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)，SiO2或Si3N4層的厚度的量級(jí)為5000 。覆蓋可利用例如等離子沉積。如果利用有機(jī)材料形成臺(tái)階42，那么應(yīng)注意用于絕緣層的該沉積的最高溫度是應(yīng)有限制的。關(guān)于這點(diǎn)。注意SiO2Si3N4的最佳適應(yīng)性是當(dāng)溫度小于300℃時(shí)獲得。已發(fā)現(xiàn)這樣的溫度不會(huì)有害地影響臺(tái)階42的有機(jī)材料。
等離子沉積絕緣層的定向干燥刻蝕(RIE)被用于移走即絕緣層的水平部分而留下與臺(tái)階材料42的邊緣相靠著的沉積隔離層48隔離層48的水平寬度主要是取決于絕緣層的沉積的厚度，系統(tǒng)的適應(yīng)性以及所利用刻蝕介質(zhì)的方向性。在該結(jié)構(gòu)中，最佳刻蝕應(yīng)選取多晶硅。舉例，CF4+H2的混合物可用作為刻蝕氣體。所形成的隔離層48具有的寬度在量級(jí)上為5000 。
本發(fā)明的形成晶管結(jié)構(gòu)的下一步驟是在圖4中演示出且包括移走發(fā)射極層16和至少是在第一體塊直接鄰近于側(cè)壁隔離層48的基極層14的微小部分。該移去步驟通常是由多晶硅層16的選擇刻蝕來實(shí)現(xiàn)。可用的典型的選擇刻蝕介質(zhì)是氟里昂11+N2+O2或氟里昂11+空氣。利用這種刻蝕介質(zhì)，隔離層將僅最小量被刻蝕掉并保持園滑。注意多晶硅層16的標(biāo)準(zhǔn)過分刻蝕到P基極層14不會(huì)有害地值響器件結(jié)構(gòu)。
所希望的是提高次收集極區(qū)域28的濃度，這里它可從隔離層區(qū)48下延伸出來。增加濃度的目的是降低到該區(qū)域的接觸電阻抗。增加濃度可通過離子注入到鄰近隔離層48區(qū)域方便地實(shí)現(xiàn)(圖4中由箭頭52所表示)。舉例，可利用磷離子注入其能量的量級(jí)為200Kev以使增加鄰近于側(cè)壁隔離層的區(qū)域30中的摻雜濃度達(dá)到N++的濃度。典型地，在區(qū)域30中所提高的濃度在范圍上將是1×1020每立米厘米。
在工藝中的此處理想情況是移走臺(tái)階42?？衫酶鞣N不同的工藝來移走臺(tái)階42。這取決于臺(tái)階的材料，例如，對(duì)于有機(jī)材料的臺(tái)階，可簡單地通過氧等離子體的灰化的移走臺(tái)階。所形成的結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在移走臺(tái)階42以后，希望要做的是移走發(fā)射極層和在被移走臺(tái)階42下面的第二體塊中的基極層的一部分，為了能暴露出基極層114并給出基極接觸表面62。該發(fā)射極層移走可簡單地通過公式化的刻蝕步驟以移去用于發(fā)射極的特定的材料來實(shí)現(xiàn)。在本例中，在臺(tái)階下面的多晶硅層16可利用氣體混合物SF6+Cl2或Fr11O2+N2反應(yīng)的離子刻蝕。在最佳實(shí)施例工藝中在該刻蝕步驟中，側(cè)壁隔離48的另外一側(cè)的硅表面繼續(xù)暴露，因此，活性的離子刻蝕氣體工作以刻蝕該硅直到注入N++區(qū)域30。在工藝中該處所形成的結(jié)構(gòu)示于圖5中。可看出N++區(qū)域30的頂面64現(xiàn)在是暴露的。而且可以看出隔離層48的另一側(cè)上的P區(qū)域14在表面62處被暴露。
現(xiàn)參看圖6，在工藝中的下一步是移走側(cè)壁隔離層48。最好是利用可選擇性的公式化的刻蝕以僅僅選擇側(cè)壁隔離材料。在本例的實(shí)施方案中，對(duì)于SiO2能用HF刻蝕，或?qū)τ赟i3N4能用熱H3PO4刻蝕。在本舉例中，HF刻蝕混合物被用來移走SiO2側(cè)壁隔離層48。應(yīng)注意等離子體產(chǎn)生的SiO2能比熱生長SiO2或沉積的及在更高溫下壓實(shí)的LPCVD法的SiO2刻蝕得更快，因此等離子沉積隔離層48的移走不能讓隔離區(qū)域36和38薄到任何危險(xiǎn)的程度。注意如果使用Si3N4，建議的H2NO3刻蝕不能損害SiO2，如果在該面積中有任何敏感性，用于該刻蝕的溫度要降低到避免刻蝕N+多晶硅。
在工藝中的該處，很方便地確定出小薄的發(fā)射極長度。有各種不同的方法可以用來確定發(fā)射極的長度。例如，光致抗蝕可應(yīng)用在發(fā)射極上而且利用多晶硅的選擇性活性離子刻蝕以移走多晶硅16的斷面在這里切割多晶硅的線是理想的要求有這一步是因?yàn)閭?cè)壁成象傳遞的固有的性能。關(guān)于這方面，側(cè)壁成象傳遞工藝典型地是在圍繞著的特點(diǎn)定的臺(tái)階的封閉形狀中形成側(cè)壁，從而，全部微米寬度的側(cè)壁線是封閉形狀中形成的。為了移走封閉形狀的那些部分該部分對(duì)于器件結(jié)構(gòu)是不希望有的，必須利用光致抗蝕。所形成的發(fā)射極線條長度長度量級(jí)可在1.0μ或更小。
在工藝中的該處，理想的是最好同時(shí)形成一組絕緣側(cè)壁以絕緣發(fā)射極，基極，以及慎露出收集極的側(cè)面。現(xiàn)參看圖6，在第一體塊相鄰近并與發(fā)射極層16，基極層14，以及至少收集極層12的微小部分及觸及收集極接觸表面64的一個(gè)例面相接觸而形成第一絕緣側(cè)壁18。同時(shí)，在第二體塊相鄰近且與發(fā)射極層16，和至少是基極層14的微小部分，和觸及基極接觸表面62的另一個(gè)側(cè)面相接觸而形成第二絕緣側(cè)壁20。在最佳實(shí)施例中，這些絕緣側(cè)壁18和20可以簡單地用約2000
厚度的沉積氧化物(等離子體SiO2或TEOS)通過覆蓋結(jié)構(gòu)而形成。例如，可利用活性離子刻蝕氣體混合物CF4+H2的定向刻蝕以在發(fā)射極16的側(cè)面上形成隔離層，該隔離層提供對(duì)于器件垂直邊緣的絕緣。注意到在發(fā)射極另一側(cè)上接觸表面高度上的不齊是不會(huì)有害地影響隔離層的形成。
淺的P+型注入被用于提高基極接觸延展層72中的P型摻雜濃度。離子注入的能量選擇得使它不能滲透N+多晶硅發(fā)射層16而且離子劑量設(shè)計(jì)得使它既不能補(bǔ)償N+發(fā)射極多晶硅也不能補(bǔ)償在收集極接觸延展層26中的N++摻雜區(qū)域30，但將有效地提高用于接觸目的的非本征的基極的摻雜程度。舉例，可使用的注入離子BF2能量為40Kev，其劑量為每平方厘米8×1014該離子注入步驟的結(jié)果是P+層74，如圖7所示。可進(jìn)行快速熱退火以激活P+摻雜劑(使摻雜原子以導(dǎo)引出空穴)而沒有任何相當(dāng)大結(jié)運(yùn)動(dòng)從而形成基極接觸延展層22。
為了形成適當(dāng)?shù)钠骷佑|內(nèi)連接，在收集極，發(fā)射極和基極接觸表面一般形成硅化物。舉例，Ti或某些其他硅化物形成的金屬可在接觸表面上沉積和與暴露的硅起反應(yīng)以提供對(duì)收集極，發(fā)射極和基極接觸表面上的自對(duì)準(zhǔn)(Self-aligned)硅化物。然后非起反應(yīng)的金屬被選擇性地移走，而留下硅化物。眾所周知的工藝可用來與這些自對(duì)準(zhǔn)的硅化物接觸層形成接觸內(nèi)連接。
通過收集極接觸延展層26(28或30)所形成的器件可具有到收集極層12的接觸。通過基極接觸延展層22可得到對(duì)基極層14的接觸，當(dāng)線條是被帶在隔離區(qū)時(shí)，通過直接接觸則多晶硅線條形成的發(fā)射極可以得到對(duì)發(fā)射極16的接觸。該接觸結(jié)構(gòu)的頂視是示于圖9，發(fā)射極多晶硅線條16是示于圖的中心。用于收集極接觸延展層26的N++表面64是示于亞微米發(fā)射極16的左邊。同樣，對(duì)于基極接觸延展層22的P+區(qū)域的頂面62是示于亞微米發(fā)射極線條16的右邊。用于收集極的接觸孔被命名為80，用于發(fā)射極的接觸孔被命名為82，用于基極的接觸孔被命名為84。
注意在某些例子中通過在基極層14的邊界上所形成的寄生垂直FET器件有可能從發(fā)射極層16到收集極層12產(chǎn)生漏電。如果鄰近于基極的側(cè)壁顛倒過來可形成寄生的FET器件。特別地，這種顛倒可因基極層14的低的摻雜程度以及呈現(xiàn)在基極層14邊緣上的增加表面態(tài)的程度而引起的。這兩種因素都趨于降低于用于電荷在其斷面上漏電的閾值電壓。這樣，基極側(cè)壁表面可顛倒可引起從發(fā)射極16到收集極12的低電流通道。換句話說，有一個(gè)E-C穿透。為了避免該種顛倒和漏電或穿透問題，如圖8所示的側(cè)壁隔離層18和20能是一摻雜的隔離層為了防止鄰近于垂直基極邊緣的顛倒。例如，側(cè)壁隔離層18和20可由硼硅酸鹽玻璃來形成。在隔離層18和20布放好以后，可使用低溫度量級(jí)為800℃以驅(qū)使硼從隔離層進(jìn)入到基極14的硅垂直邊緣上。這種硼的驅(qū)入到基極垂直邊緣有效地提高了在邊緣上的基極摻雜，該邊緣是接觸到氧化隔離層上，從而防止其中的顛倒。然而，用在硼硅酸鹽玻璃中的硼的數(shù)量不能足夠地引起既對(duì)收集極12又對(duì)發(fā)射極16的垂直側(cè)壁邊緣上的補(bǔ)償。最佳硼硅酸鹽玻璃濃度是4%。
在如圖4所示的N++注入步驟之前所使用的另一種方法是如圖10A所演示的而被實(shí)現(xiàn)。如圖10A-P+型注入90是直接在表面60下面的體塊上形成。該P(yáng)+型注入可用硼離子濃度為1×1014每平方厘米下實(shí)現(xiàn)。該P(yáng)+注入后緊接著是形成一附加的隔離層92，這是為了加寬早已存在的隔離層48。該附加隔離層92的形成可由沉積理想的隔離層材料的厚度，例如1000 來實(shí)現(xiàn)，然后直接刻蝕沉積層使僅留下垂直隔離層92。當(dāng)接著的N++注入步驟如圖4所示完成以形成高摻雜區(qū)30，而在圖5中的基極區(qū)62上的多晶硅發(fā)射極層16被刻蝕掉，除了直接沉積在附加隔離層92以下的P+摻雜區(qū)94外。P+摻雜區(qū)90將被去除。沉積在鄰近于基極層14的垂直邊界的該附加P+摻雜區(qū)94將禁止該基極層的垂直壁的顛倒。與早先存在的隔離層48一起附加隔片92被移去。
本發(fā)明的構(gòu)造和工藝生產(chǎn)出的器器件結(jié)構(gòu)大大地提高了在所給襯底上形成的晶體管的數(shù)目。特別地，本結(jié)構(gòu)避免使用在發(fā)射極的兩側(cè)中的任一側(cè)上的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱的基極接觸，以及也避免利用對(duì)次收集極的標(biāo)準(zhǔn)穿透接觸(reach-thrucontact)。在該結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例中，基極接觸延展層比收集極接觸延展層在更高的水平上。
由本發(fā)明所形成的構(gòu)造有高的性能。描述過的工藝有利地使用側(cè)壁成象傳遞以形成量級(jí)為0.4μ或更小的非常窄的發(fā)射極。這些窄發(fā)射極導(dǎo)致高的性能特性。因?yàn)椋捎跍p少了基極的面積，這些窄發(fā)射極降低了基極阻抗和減少寄生器容抗，從而性能增加到量級(jí)為40千兆赫或更高。
有關(guān)本發(fā)明的附帶點(diǎn)是用于器件結(jié)構(gòu)的工藝與其他先進(jìn)雙極構(gòu)造相比較是相對(duì)地簡單。例如，沒有透過構(gòu)造。而且，在本結(jié)構(gòu)中，對(duì)于次收集極不要有高溫驅(qū)進(jìn)步驟。最后，在本發(fā)明的實(shí)施例中，其中的次收集極是注入的，在次收集極形成好后，不要求有外延生長。該制造方法是與FET型工藝相匹配的。
雖然用參考最佳實(shí)施例，將本發(fā)明已經(jīng)特定地加以說明和示出，但應(yīng)明白，對(duì)那些在技術(shù)上熟練的人來說，上述內(nèi)容積和其他形式上的變化及詳細(xì)做法可包括在其中而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一垂直雙極晶體管，其特征在于一個(gè)半導(dǎo)體材料的次收集極層以具有第一導(dǎo)電型的摻雜劑摻雜半導(dǎo)體材料的收集極層，上述收集極層是布設(shè)在上述次收集極層之上以具有第二導(dǎo)電型的摻雜劑摻雜的半導(dǎo)體材料的基極層，上述基極層是布設(shè)在上述收集極層之上一半導(dǎo)體材料的發(fā)射極層是布設(shè)在上述基極層之上用具有上述第二導(dǎo)電型的摻雜劑對(duì)第一層半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜及摻雜濃度大于上述基極摻雜濃度，上述第一層接觸布設(shè)在與上述基極層的一側(cè)相接觸，而其上的頂面是在上述發(fā)射極層的底面之下，但在上述收集極層頂面之上一第一側(cè)壁絕緣層是橫向地布設(shè)接近于并與上述發(fā)射極相接觸，且在與半導(dǎo)體材料的上述第一層相同的一側(cè)基極接觸內(nèi)連接是布設(shè)在上述第一層的上述頂面上，且僅由一或更多的絕緣層與上述發(fā)射極層相隔離用具有上述第一導(dǎo)電型(例如至少是N+或P+摻雜的摻雜劑對(duì)第二層半導(dǎo)體材料進(jìn)行重?fù)诫s，上述第二層是布設(shè)與之相接觸且橫向接近于上述次收集極層且在上述發(fā)射極的另外一側(cè)而不是第一層半導(dǎo)體材料一側(cè)，但其頂面是在上述收集極層的頂面之下以及第二側(cè)壁絕緣層是橫向地布設(shè)接近于并與上述發(fā)射極層，上述基極層和至少是上述收集極層的微小部分相接觸，并在上述發(fā)射極層的而不是上述第一層上述另一側(cè)以及收集極接觸內(nèi)連接布設(shè)在上述第二層的上述頂面上且僅由一層或更多的絕緣層與上述發(fā)射極層相隔離。
2.如權(quán)利要求1所確定的一垂直雙極晶體管，其特征在于上述第二側(cè)壁絕緣層向下延伸從而其尾端底部是在上述第二層半導(dǎo)體材料的上述頂面上。
3.如權(quán)利要求2所確定的一垂直雙極晶體管，其特征在于;上述第一側(cè)壁絕緣層向下延伸從而其尾端底部是在上述第一層半導(dǎo)體材料的上述頂面上。
4.如權(quán)利要求3所確定的一垂直雙極晶體管其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁絕緣層是布設(shè)在與上述發(fā)射極層相對(duì)的一側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所確定的一垂直雙極晶體管其特征在于有一個(gè)發(fā)射極接觸內(nèi)連接是布設(shè)在上述發(fā)射極層上而僅由一層或更多絕緣層使其與上述收集極接觸層相隔離。
6.如權(quán)利要求1所確定的一垂直雙極晶體管，其特征在于其中上述發(fā)射極層有小于1μ的寬度。
7.如權(quán)利要求1所確定的一垂直雙極晶體管，其特征在于;上述次收集極層是摻雜到至少N+濃度，上述收集極層是摻雜到N濃度上述基極層是摻雜到P濃度，上述發(fā)射極層是摻雜到N+濃度，上述第一層是摻雜到P+濃度。以及上述第二層是摻雜到N++濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所確定的一垂直雙極晶體管其特征是，上述第一層的頂面是在上述第二層的頂面之上。
9.一雙極晶體管，其特征是摻雜半導(dǎo)體材料的收集極層;布設(shè)在上述收集極層上的摻雜半導(dǎo)體材料的基極層;一布設(shè)在上述基極層上的摻雜半導(dǎo)體材料的發(fā)射極層;第一側(cè)壁絕緣層布設(shè)在接近于并與上述發(fā)射極層，上述發(fā)射極層，和至少是上述收集極層的微小部分的一側(cè)相接觸;第二側(cè)壁絕緣層布設(shè)在接近于并與上述發(fā)射極層和至少是上述基極層的微小部分的另一側(cè)相接觸;由與上述基極層相同導(dǎo)電型的摻雜半導(dǎo)體材料形成的基極接觸延展層與之相接觸并從上述基極層的上述另一側(cè)橫向延伸;基極接觸內(nèi)連接布設(shè)在上述基極接觸延展層表面上，并與上述發(fā)射極層由僅一層或更多絕緣層相隔離;由同上述收集極層相同導(dǎo)電型的重?fù)诫s半導(dǎo)體材料所形成的收集極接觸延伸層，作為上述收集極層，上述收集極接觸延展層以其體塊與上述收集極層相接觸并橫向延伸到其上述的一側(cè)，以及收集極接觸內(nèi)連接布設(shè)在上述收集極接觸延展層的表面上和布設(shè)在鄰近于并由僅一層或更多絕緣層與上述發(fā)射極層相隔離。
10.如權(quán)利要求9所確定的雙極晶體管，其特征在于，上述收集極接觸延展層的頂面是在上述基極接觸延展層的頂面之下。
11.如權(quán)利要求10所確定的雙極晶體管，其特征在于上述基極接觸延展層是橫向與上述基極層接接觸，及其中上述收集極接觸延展層是與上述收集極的底表面相接觸。
12.如權(quán)利要求11所確定的雙極晶體管其特征在于上述另一側(cè)是在與從上述一側(cè)的上述發(fā)射極層的相對(duì)的一側(cè)上。
13.如權(quán)利要求12所確定的雙極晶體管其特征在于上述基極接觸延展層的底面是在上述收集極接觸延展層的頂面之上。
14.如權(quán)利要求9所確定的雙極晶體管，其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁絕緣層包括一摻雜濃度是與沿其邊界接近于上述基極層所布設(shè)的基極摻雜劑相同導(dǎo)電型。
15.如權(quán)利要求9所確定的雙極晶體管，其特征在于，上述收集極接觸延展層包括以第一摻雜濃度直接布設(shè)在上述收集極層之下的第一部分;以及以大于上述第一摻雜濃度的摻雜濃度的第二部分，它以其體塊直接布設(shè)在上述收集極接觸延展層的頂面之下，橫向延伸到上述收集極層的一側(cè)。
16.如權(quán)利要求10所確定的雙極晶體管，其特征在于，以與上述基極層相同摻雜劑型的半導(dǎo)體材料的區(qū)域但以更大的摻雜濃度橫向布設(shè)接近于上述基極層的上述一側(cè)以防止基極邊緣的顛倒。
17.用于制備垂直雙極晶體管的方法，其特征步驟是得到一種結(jié)構(gòu)包括摻雜半導(dǎo)體材料的收集極層，布設(shè)在上述收集極層之上的摻雜半導(dǎo)體材料的基極層，布設(shè)在上述基極層之上的摻雜半導(dǎo)體材料的發(fā)射極層，布設(shè)在上述發(fā)射極的頂面上的第一部分之上的，而不是在其第二部分之上的絕緣材料臺(tái)階，以及布設(shè)在上述收集極層之下的次收集極，其區(qū)域是在上述發(fā)射極層的上述頂面的上述第二部分之下形成絕緣材料的側(cè)壁隔離層，它是與上述臺(tái)階的側(cè)壁相靠著從而復(fù)蓋住上述發(fā)射極層頂面的第三部分，該第三部分是小于上述第二部分的;移去上述發(fā)射極至少是以第一體塊接近于上述側(cè)壁隔離層的上述基極層的微小部分;移去上述臺(tái)階;移去上述發(fā)射極層并至少是上述移去臺(tái)階下面的第二體塊中的上述基極層的微小部分以暴露出上述基極層并給出基極層接觸表面，并且也移去上述第一體塊中的附加材料，為了暴露出上述次收集極層中的收集極接觸表面或上述次收集極，該次收集極是相對(duì)低于上述基極接觸表面的;移去上述側(cè)壁隔離層;同時(shí)形成在上述第一體塊中的第一絕緣側(cè)壁，它接近于并與上述發(fā)射極層，基極層和至少是上述收集極層的微小部分的一側(cè)相接觸并觸及上述收集極表面，以及在第二體塊中的第二絕緣側(cè)壁，它接近于并與上述發(fā)射極層和至少是上述基極層的微小部分的另一側(cè)相接觸，并觸及上述基極接觸表面;以及在上述暴露出的收集極接觸表面的頂面上形成收集極的接觸內(nèi)連接和在上述暴露出的基極接觸表面的頂面上形成基極接觸內(nèi)連接，上述收集極和基極接觸內(nèi)連接通過僅一層或更多絕緣層與上述發(fā)射極相隔開。
18.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，是增加了在上述基極接觸表面之下的上述基極層的上述暴露部分中的基極摻雜劑的濃度。
19.如權(quán)利要求16所確定的方法，其特征在于，上述第一次談及的移去步驟中，在上述第一體塊中利用與上述收集極層具有相同導(dǎo)電型的摻雜劑形成非常重的摻雜區(qū)域;以及在上述第三次談及移走步驟期間在上述第一體塊中移走材料為了暴露出上述重?fù)诫s區(qū)作為收集極接觸表面。
20.如權(quán)利要求16所確定的方法，其特征在于，第一和第二絕緣側(cè)壁形成的步驟包含形成摻雜隔離層的步驟，具有的摻雜劑導(dǎo)電型是與基極摻雜導(dǎo)電型相同;以及在工藝中某點(diǎn)上的加熱，以驅(qū)使上述摻雜劑進(jìn)入到接近于上述絕緣側(cè)壁的上述基極層的邊界，以防止基極邊界的顛倒。
21.如權(quán)利要求19所確定的方法，其特征在于步驟為步驟是在上述第一體塊中形成非常重的摻雜區(qū)域以前，把與上述基極層相同導(dǎo)電型的摻雜劑加到布設(shè)在上述第一體塊下面的材料中去;以及形成第三絕緣側(cè)壁橫向鄰近于并與上述第一體塊中的上述側(cè)壁隔離層相接觸從而使具有上述加入的摻雜劑的上述第一體塊中的上述材料的部分布設(shè)在上述第三絕緣側(cè)壁之下。
全文摘要
壓縮式垂直雙極晶體管結(jié)構(gòu)消除了標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱基極接觸一側(cè)和收集極接觸穿透要求，它包括收集極層，置于收集極層上的基極層，置于基極層上的發(fā)射極層，第一側(cè)壁絕緣層鄰接并與發(fā)射極，基極層及至少收集極層的一部分的一側(cè)相接觸；第二側(cè)壁絕緣層鄰接并與發(fā)射極層和至少是基極的一部分的另一側(cè)相接觸，基極接觸延展層由與基極層相同導(dǎo)電型的摻雜半導(dǎo)體材料形成，還有在基極接觸延展層表面上的基極接觸內(nèi)連接，與收集極接觸的延展層。
文檔編號(hào)G03C3/00GK1040116SQ89106258
公開日1990年2月28日 申請(qǐng)日期1989年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月1日
發(fā)明者沙赫·阿克巴, 帕特里西安·拉維勒·克羅森, 賽克·歐古拉, 尼弗·羅維多 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司