專利名稱：高增益常數(shù)β雙極性接合晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的較佳實(shí)施例是有關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置，且特別是有關(guān)于一種高增益雙極 性接合晶體管。
背景技術(shù)：
雙極性接合晶體管(bipolar junction transistors, BJTs)為三極裝置，具有射 極、基極以及集極。在典型的共同射極產(chǎn)品中，相對(duì)小量基極電流(輸入)控制相對(duì)大量的 集極電流(輸出)。無(wú)論在電源或小信號(hào)產(chǎn)品中，都想要由大比例地改變集極電流來(lái)改變 基極電流，此變化比例稱為hFE或增益常數(shù)β。雙極性接合晶體管也存在崩潰電壓，稱為集 極-基極崩潰電壓BV ，以及集極-射極崩潰電壓BV·。β ,BVcbo^BVceo這三個(gè)參數(shù)不僅并 非獨(dú)立，且于實(shí)體裝置的結(jié)構(gòu)限制上都互相關(guān)連。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)BVcto固定不變，β與BVcro 成反比；當(dāng)BVcro固定不變，β又與BVcto成反比。傳統(tǒng)方法制得的NPN雙極性接合晶體管具 有特定的崩潰電壓限制，上述交互關(guān)系將會(huì)造成增益常數(shù)β可提升的上限。業(yè)界亟欲制造出一種NPN雙極性接合晶體管，即便其集極-射極崩潰電壓BVceq很 高，也同時(shí)具有很高的增益常數(shù)β。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的較佳實(shí)施例提供一雙極性接合晶體管，此雙極性接合晶體管具有一高增 益常數(shù)β及超過(guò)10伏特的集極射極崩潰電壓。此處所揭露的本發(fā)明的實(shí)施例包括一基板， 基板具有一第一阱，第一阱設(shè)置于基板中且具有一第一深度，第一阱具有一第一導(dǎo)電態(tài)。第 二阱可設(shè)置于第一阱中，第二阱具有一矩形環(huán)的形狀且具有第一導(dǎo)電態(tài)，第二阱具有一第 二深度，此第二深度是小于第一深度，第二阱摻雜高于第一阱的一濃度。第三阱設(shè)置于第一 阱中且具有第二導(dǎo)電態(tài)，第三阱填滿第二阱內(nèi)部的一區(qū)域且具有約第二深度，以及第三阱 的一上表面是對(duì)準(zhǔn)第二阱的一上表面。本實(shí)施例還可包括一層，此層具有第一導(dǎo)電態(tài)且位 于第三阱的一上部，此層具有低于第二深度的一厚度，且此層的一上表面是對(duì)準(zhǔn)第二阱的 上表面。射極區(qū)設(shè)置于此層的一中心部分且具有一矩形形狀，射極區(qū)具有第一導(dǎo)電態(tài)且摻 雜高于此層的一濃度，此射極區(qū)可穿過(guò)此層延伸至第三阱中。本實(shí)施例亦可包括一基極區(qū)， 此基極區(qū)具有第二導(dǎo)電態(tài)及一矩形環(huán)的形狀，此基極區(qū)是與射極區(qū)分離及同中心，此基極 區(qū)摻雜高于第三阱的一濃度，且穿過(guò)此層延伸至第三阱中。集極區(qū)具有第一導(dǎo)電態(tài)及一矩 形環(huán)的形狀，集極區(qū)是與基極區(qū)分離及同中心，集極區(qū)摻雜高于此層的一濃度，且可穿過(guò)此 層延伸至第三阱中。雖然本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法已如上說(shuō)明或功能性描述地載于之后實(shí)施例內(nèi)容中，然 而熟習(xí)此技術(shù)者當(dāng)知實(shí)施例中的所述描述，除非有特別指出，否則實(shí)施例中所描述的手段 或?qū)嵤┓绞讲⒎怯靡韵拗票景l(fā)明的范圍。而根據(jù)本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍所定義出符合均等論 的均等手段或均等物皆在本發(fā)明的范圍內(nèi)。通常知識(shí)者參照說(shuō)明書(shū)所載的實(shí)施例內(nèi)容以及所具的相關(guān)知識(shí)當(dāng)可明確了解，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，實(shí)施例中所描述或提及的任一特征、或多個(gè)特征的結(jié)合，并沒(méi)有與 本發(fā)明專利申請(qǐng)范圍有相互不一致的沖突。另外，一實(shí)施例中所描述或提及的任一特征、或多個(gè)特征的結(jié)合有可能會(huì)被本發(fā) 明的其它任一實(shí)施例明確地排除。而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與方法，其相關(guān)優(yōu)點(diǎn)以及具有新穎性的 特征是在實(shí)施例中被描述或提及，以對(duì)本發(fā)明的概要有更清楚的了解。當(dāng)然，可以了解的 是，在本發(fā)明的任一特別實(shí)施例中不需包括所有觀點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)或皆能實(shí)施所有特征。其它優(yōu)點(diǎn) 與本發(fā)明的觀點(diǎn)是可于下列詳細(xì)說(shuō)明以及權(quán)利要求范圍中清楚了解。


為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì) 說(shuō)明如下，其中圖IA繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的所制造的N-P-N雙極性接合晶體管的上視圖。圖IB繪示乃基礎(chǔ)晶圓的剖面圖。圖IC繪示乃基礎(chǔ)晶圓在深布植N-阱后的剖面圖。圖ID繪示乃圖IC結(jié)構(gòu)在布植N-阱及P-阱后的剖面圖。圖IE繪示乃圖ID的結(jié)構(gòu)在P-阱上形成N型層后的剖面圖。圖IF繪示乃圖IE的結(jié)構(gòu)在執(zhí)行場(chǎng)氧化工藝來(lái)定義絕緣區(qū)與主動(dòng)區(qū)后的剖面圖。圖IG繪示乃沿著圖IA的剖面線1G-1G’的剖面圖。圖2繪示本發(fā)明的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。圖3繪示乃圖IG定義用以描述摻雜密度的剖面圖的一例。圖4A繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的沿著由圖3定義的第一剖面的摻雜密度的圖 表。圖4B繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的沿著由圖3定義的第二剖面的摻雜密度的圖表。圖4C繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的沿著由圖3定義的第三剖面的摻雜密度的圖表。圖5A繪示乃本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在25°C的溫度中的基極射極 電流轉(zhuǎn)移特性的圖表。圖5B繪示乃本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在125°C的溫度中的基極射 極電流轉(zhuǎn)移特性的圖表。圖6A繪示乃本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在25°C的溫度中的集極特性 的圖表。圖6B繪示乃本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在125°C的溫度中的集極特 性的圖表。圖7A繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在25°C的溫度下的集極電 流的增益常數(shù)β的關(guān)系圖。圖7Β繪示根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的雙極性接合晶體管在125°C的溫度下的集極 電流的增益常數(shù)β的關(guān)系圖。圖8Α繪示依照一般形式的已知N-P-N雙極性接合晶體管的操作方式。
圖8B繪示依照已知N-P-N雙極性接合晶體管的剖面圖，但其晶體管的幾何結(jié)構(gòu)較 為接近本發(fā)明所揭露的結(jié)構(gòu)。圖8C繪示依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例制得的N-P-N雙極性接合晶體管的剖面圖， 并描述增益常數(shù)β增加的效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式以下是提出較佳實(shí)施例并佐以相關(guān)圖標(biāo)做為本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明。所述實(shí)施例的圖 標(biāo)可在部分應(yīng)用例中以按照比例的方式來(lái)表示，然而，于其它的應(yīng)用例中則并非得以按照 比例的方式來(lái)表示。在特定觀點(diǎn)中或在圖標(biāo)與描述中使用相同參考標(biāo)示者被稱為相同、相 似或類似的構(gòu)件以及/或元件，然而，根據(jù)其它實(shí)施例，相同的使用則非(在實(shí)施例的圖標(biāo) 中，相同、相似或類似的構(gòu)件以及/或元件是使用相同的元件符號(hào)作說(shuō)明，但并非用以限定 其它應(yīng)用例的使用)。再者，實(shí)施例中的指向性名詞的使用，例如是為頂部、底部、左邊、右 邊、向上、向下、覆蓋、上面、下面、在…之下、后面以及前面，所述名詞是屬字面上地解釋，但 并非用以限定其它應(yīng)用例的使用。實(shí)施本發(fā)明時(shí)是可能應(yīng)用到許多種類型的慣用集成電 路工藝以及其它傳統(tǒng)技術(shù)，在實(shí)施例中僅提出有助于了解本發(fā)明的一般實(shí)施步驟作相關(guān)說(shuō) 明。本發(fā)明是可適用于半導(dǎo)體裝置與工藝的領(lǐng)域，然而，下列則以有關(guān)于一 N-P-N雙極性接 合晶體管以及相關(guān)的制造方法作說(shuō)明。請(qǐng)參照?qǐng)D1Α，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的所制造的N-P-N雙極性接合晶體管 (Bipolar Junction Transistor,BJT)的上視圖。在圖IG中的一剖面線1G-1G，下方處，此 實(shí)施例的雙極性接合晶體管是包括一主動(dòng)區(qū)，且主動(dòng)區(qū)包括具有一矩形(或方形)邊界的 射極區(qū)10 (emitting region)，以及一互補(bǔ)形狀的基極區(qū)(base region) 15，基極區(qū)15具有 矩形(或方形)邊界或環(huán)，基極區(qū)15是環(huán)繞射極區(qū)10且與射極區(qū)10同中心。再者，一集極 區(qū)20 (collector region)也具有矩形(或方形)環(huán)的形狀，且是同中心地環(huán)繞基極區(qū)15。 本實(shí)施例還包括絕緣區(qū)(isolation region) 25,30和35例如是以場(chǎng)氧化物所形成，絕緣區(qū) 30和35可分別分離主動(dòng)區(qū)的集極區(qū)20與基極區(qū)15，以及分離主動(dòng)區(qū)的基極區(qū)15與射極區(qū) 10。圖IA的結(jié)構(gòu)的外徑尺寸約為40微米。其中射極區(qū)10可具有約為10微米的一寬度，而 形成環(huán)繞射極區(qū)15的矩形環(huán)可延伸超過(guò)約為20微米的寬度，且射極區(qū)15的矩形環(huán)可約為 3微米寬的條狀物。同樣地，集極區(qū)20可由約為3微米寬的條狀物所形成，且此條狀物可延 伸超過(guò)約35微米的寬度。此種雙極性接合晶體管的結(jié)構(gòu)是可展示出高增益常數(shù)β (也就是 說(shuō)，集極電流Ic與基極L電流的比例)，且同時(shí)具有相對(duì)高崩潰電壓(BreakdownVoltage) (例如BV。eq大于10伏特)。圖IB-圖IG是繪示一種上述的雙極性晶體管的制造方法。于圖IB中，先形成一 基板于一基礎(chǔ)晶圓40中，基礎(chǔ)晶圓40可包括一高電阻材料，此高電阻材料例如是為P型基 板，或?yàn)镻型或N型外延材料。接著，參見(jiàn)圖1C，可將N型摻雜物(例如磷光體)的原子布 植至基礎(chǔ)晶圓40，于基礎(chǔ)晶圓中的N型摻雜物的濃度約從IO12至1014atomS/Cm2，在一實(shí)施 例中，此濃度是為1013atomS/Cm2，并可應(yīng)用一高溫(約從1000°C至1200°C，在一實(shí)施例中是 約為1150°C )和適當(dāng)?shù)囊粩U(kuò)展時(shí)間來(lái)驅(qū)使N型摻雜物來(lái)形成一深N-阱(NWD)45，換言之， 此N-阱45是為第一阱。N-阱45具有一深度及一摻雜濃度，此深度約從5到9微米，在一 實(shí)施例中，此深度例如是為7微米，且此摻雜濃度約從IO15至1017atomS/Cm3，在一實(shí)施例中，此摻雜濃度例如是為1016atomS/Cm3。如上所述(相較圖1A)，N-阱45可形成一矩形，換言之，此矩形是為第一矩形。 圖IC的結(jié)構(gòu)可適當(dāng)?shù)乩霉饪棠z來(lái)遮蓋，以及可適當(dāng)?shù)貓D形化來(lái)暴露出一區(qū)域，更可將 此區(qū)域布植N型摻雜物(例如磷光體)的原子。接著，如圖ID所示，可布植形成一 N-阱 (NWI)50，換言之，此N-阱是為第二阱。N-阱50摻雜N型摻雜物(如磷)，濃度約介于IO12至 1014atoms/cm2，在一實(shí)施例中，此濃度是為6 X 1012atoms/cm2，并環(huán)繞N-阱45的中心區(qū)域。 再者，為了開(kāi)始形成第三阱，位于N-阱50內(nèi)側(cè)且填補(bǔ)N-阱45中心區(qū)域的結(jié)構(gòu)將會(huì)形成， 也就是說(shuō)，N-阱45的中心區(qū)域以圖案化光刻膠暴露出來(lái)，布植第二導(dǎo)電型分子(即P型摻 雜物，如硼)，濃度約介于IO12至1014atomS/Cm2，在一實(shí)施例中，此濃度是為1013atomS/Cm2， 由此形成第三阱。第三阱命名為一 P-阱布植(PWI) 55會(huì)暴露于一高溫環(huán)境(約從1000°C 至1200°C，在一實(shí)施例中是約為1150°C )持續(xù)一段時(shí)間(約4小時(shí))，來(lái)驅(qū)使N型摻雜物 與P型摻雜物形成一深N-阱(NWI) 50以及一深P-阱(PWI) 55。深N-阱50具有一深度，此 深度約從2到4微米，在一實(shí)施例中，此深度例如是為3微米，摻雜濃度高于第一阱，約介于 IO15至1017atomS/Cm3，在一實(shí)施例中，此濃度是為2X1016atomS/Cm3。從上方來(lái)看(參考圖 IA俯視圖)，N-阱50可形成一矩形環(huán)，例如為，N-阱45內(nèi)部的第一矩形?；A(chǔ)晶圓40的 內(nèi)部邊緣具有約為8微米的寬度。第三阱，即P-阱布植(PWI) 55，具有一深度以及一摻雜濃度，此深度約從2至4微米，在一實(shí) 施例中，此深度是為3微米，摻雜濃度約從IO15至1017atomS/Cm3，在一實(shí)施例中，此摻雜濃 度例如是為3X 1016atOmS/Cm3。從俯視角度來(lái)看，P-阱55可形成一矩形，換言之，此矩形是 為第二矩形。接著，由添加第一導(dǎo)電態(tài)的摻雜物(即N型摻雜物如磷或砷)后驅(qū)使構(gòu)成深 N-阱(NWI) 50以及深P-阱(PWI) 55的N型摻雜物及P型摻雜物擴(kuò)散的方式，形成具有第 一導(dǎo)電態(tài)的一層如N型層60于P-阱55的上，如圖IE所示?；蛘?，以調(diào)整N-阱(NWD)45 與深P-阱(PWI) 55的凈摻雜(如凈濃度)的方式來(lái)形成N型層60，圖4C解釋在深P-阱 (PWI) 55表面形成N型層60的N型摻雜實(shí)施要領(lǐng)，其細(xì)節(jié)將于后文說(shuō)明。接著，如圖IF所示，在圖IE所示的結(jié)構(gòu)上方，可執(zhí)行一場(chǎng)氧化物工藝來(lái)產(chǎn)生場(chǎng)氧 化物材料(例如二氧化硅)，以定義出如圖IA及圖IF所示的絕緣區(qū)25、30、35，且絕緣區(qū)25、 30、35是與主動(dòng)區(qū)分離。之后，如圖IG所示，可由涂布光刻膠和圖案化主動(dòng)區(qū)，以及布植N 型摻雜物(如砷)的原子至主動(dòng)區(qū)中來(lái)形成實(shí)質(zhì)上具有矩形形狀的一 N+射極區(qū)10與一 N+ 集極區(qū)20，且集極區(qū)20是與射極區(qū)10同中心(請(qǐng)參照?qǐng)DIA與圖1G)。射極區(qū)10與集極 區(qū)20可摻雜高于N型層60的一濃度且延伸一深度，此摻雜濃度范圍約從IO19至1021atomS/ cm3，深度約從0. 1至0. 5微米；在一實(shí)施例中，此摻雜濃度例如是為2 X 1020atoms/cm3,此深 度例如是為0.3微米。P型基極區(qū)15(如圖IG所示)可由涂布光刻膠和圖案化其它區(qū)域來(lái)形成，基極區(qū) 15具有矩形環(huán)的形狀，且基極區(qū)15設(shè)置于射極區(qū)10與集極區(qū)20之間，并可將P型摻雜物 (例如硼)的原子布植一深度至基極區(qū)10中，以使基極區(qū)15摻雜高于第三阱的一濃度。此 深度約從0. 1至0. 5微米，在一實(shí)施例中，此深度例如是為0. 3微米，此摻雜濃度范圍約從 IO19至1021atoms/cm3，在一實(shí)施例中，此摻雜濃度例如是為102°atoms/cm3。根據(jù)上述所揭露的制造方法，可利用來(lái)制造高增益常數(shù)β的雙極性接合晶體管 (BJT)，且此BJT具有高崩潰電壓(Breakdown Voltage)，此方法的實(shí)施方式是概述于圖2的流程圖中。如圖2所述的實(shí)施方式，于步驟100中，提供一基礎(chǔ)晶圓。此基礎(chǔ)晶圓像是參考 圖IB所論述，可包括高電阻P型材料、P型外延材料、或N型外延材料。之后于步驟105中， 布植N型材料的原子至基礎(chǔ)晶圓成為第一矩形的形狀，換言之，此N型材料的原子是為一摻 雜物，此摻雜物例如是為磷光體。接著，于步驟110中，使結(jié)構(gòu)承受于一高溫(例如約從1000°C至1200°C，在一實(shí) 施例中，此高溫是為1150°C )于一擴(kuò)展時(shí)間(例如約從4至20小時(shí)，在一實(shí)施例中，此擴(kuò) 展時(shí)間是為12小時(shí))中，來(lái)驅(qū)使布植后原子至一深度，以足夠在晶圓中形成具有一摻雜濃 度的一深N-阱45。換言之，此N-阱45是為第一阱，此深度約從5至9微米，在一實(shí)施例 中，此深度是為7微米。此摻雜濃度約從IO15至1017atomS/Cm3，在一實(shí)施例中，此摻雜濃度 是為10lfiatOmS/Cm3。在步驟115中，可由涂布光刻膠、圖案化及布植N型材料的原子至一 深度于具有矩形環(huán)的形狀的N-阱(NWI) 50 (圖1D)中，也就是第二阱，此N型材料例如是磷 光體。在步驟120中，可由涂布光刻膠、圖案化以及將P型材料的原子布值于P-阱55中， 使此P-阱可形成于N-阱50的內(nèi)部，P-阱55 (圖1D)也就是第三阱，此P型材料例如是為 硼。在步驟122中，N型布植物與P型布植物分別在步驟115與120中承受高溫(溫度例 如約1000至1200°C，在一實(shí)施例中，此高溫是為1150°C )并持續(xù)一段時(shí)間(例如約從1至 10小時(shí)，在一實(shí)施例中，此段時(shí)間是為4小時(shí))，來(lái)驅(qū)使布植原子向下擴(kuò)散至一深度，以形成 N-阱50以及P-阱55，N-阱50具有深度約介于2至4微米，在一實(shí)施例中，此深度例如是 為3微米，摻雜物濃度大于第一矩形的摻雜物濃度，此濃度約介于IO15至1017atomS/Cm3，在 一實(shí)施例中，此摻雜濃度是為2 X 1016atoms/cm3o P-阱55具有一深度以及一濃度，此深度約 介于2至4微米，在一實(shí)施例中，此深度例如是為3微米，此濃度約介于IO15至lO^toms/ cm3，在一實(shí)施例中，此摻雜濃度是為3X1016atomS/Cm3。之后，在步驟125中，布植N型摻雜 物(如磷或砷)后，驅(qū)使步驟122中構(gòu)成M-阱50與P-阱55的N型摻雜物與P型摻雜物 擴(kuò)散，由此形成一 N型層60 (圖1E)。為了定義與分離各個(gè)主動(dòng)區(qū)(即圖IA中的射極區(qū)10、基極區(qū)15與集極區(qū)20)，在 步驟130中，可執(zhí)行一場(chǎng)氧化工藝。在步驟135中，可執(zhí)行圖案化以及布植N型摻雜物的原 子來(lái)形成N+射極區(qū)與N+集極區(qū)(相較于圖IG中的射極區(qū)10與集極區(qū)20)，N+射極區(qū)與 N+集極區(qū)是穿過(guò)N型層60延伸至第三阱中。此N型摻雜物例如是為砷?？蓪⑸錁O區(qū)10與 集極區(qū)20摻雜高于N型層60的一濃度，此濃度范圍約從IO19至1021atomS/Cm3，在一實(shí)施例 中，此濃度是為2X 102°atomS/Cm3。射極區(qū)10與集極區(qū)20的深度約可從0. 1至0. 5微米， 在一實(shí)施例中，所述深度是為0. 3微米。在步驟140中，可由圖形化與布植P型摻雜物的原 子形成一基極區(qū)15 (如圖IA與圖IG所示)，使得基極區(qū)15摻雜高于第三阱的一濃度，基 極區(qū)15是穿過(guò)N型層60延伸至第三阱中，且基極區(qū)15具有一深度。此濃度約從IO19至 1021atomS/Cm3，在一實(shí)施例中，此濃度是為102°atomS/Cm3，此深度約從0. 1至0. 5微米，在一 實(shí)施例中，此深度是為0. 3微米。雖然本發(fā)明的圖2所示的布植方法說(shuō)明一種N-P-N的雙極性接合晶體管(NPN BJT)的制造方法，然熟悉此技術(shù)領(lǐng)域者當(dāng)可明了所有牽涉到N型及P型材料的步驟都可用 N型及P型材料交換后的對(duì)應(yīng)步驟取代，來(lái)制造一種P-N-P的雙極性接合晶體管(PNP BJT)。應(yīng)用圖2中的工藝來(lái)制作一 N-P-N的雙極性接合晶體管可產(chǎn)生如圖3、圖4A、圖4B 及圖4C所繪示的摻雜密度的剖面圖。圖3是近似地按照比例來(lái)辨別關(guān)于上述的圖IA與圖IG的結(jié)構(gòu)的三個(gè)部分，所述部分由圖IA的剖面線1G-1G’所定義的平面中帶有多個(gè)線段，所 述線段各標(biāo)示為剖面1-3。對(duì)應(yīng)于剖面1的仿真摻雜密度是以單位atoms/cm3顯示于圖4A 的圖表上，此剖面1是沿著圖3中通過(guò)射極區(qū)10的線段。對(duì)于磷光體(N型)、硼(P型)以 及砷(N型)的摻雜密度的含量，是描繪于圖4A中的多個(gè)曲線中，磷光體(N型)、硼(P型) 以及砷(N型)的摻雜密度的含量是分別對(duì)應(yīng)于曲線200、曲線205及曲線210。曲線215 是為一凈摻雜曲線。對(duì)應(yīng)于剖面2(如圖3所示)的仿真摻雜密度是繪示于圖4B中，此剖面2是沿著 穿過(guò)場(chǎng)氧化物的一部分35的一線段，且位于在射極區(qū)10與基極區(qū)15之間。曲線220與曲 線225是各別地表示硼與磷光體的摻雜密度；曲線230是表示一凈摻雜密度。剖面3 (圖3) 是為沿著穿過(guò)場(chǎng)氧化物的一部分30的一線段，且位于基極區(qū)15與集極區(qū)20之間。對(duì)于剖 面3的摻雜密度是表示于圖4C，在圖4C中曲線235與曲線240分別代表硼與磷光體的密 度，曲線245是為一凈摻雜密度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所制作的N-P-N雙極性接合晶體管的多個(gè)樣品的性能特性是 繪示于圖5A、圖5B、圖6A、圖6B、圖7A與圖7B中。圖5A的第一曲線305繪示在溫度為25°C 時(shí)N-P-N雙極性接合晶體管的輸入特性，顯示基極電流L為基極至射極電壓Vbe的函數(shù)，圖 5A的第二曲線310繪示其轉(zhuǎn)移特性，顯示集極電流Ie為基極至射極電壓Vbe的函數(shù)。圖5B 繪示與圖5A相似的輸入特性(曲線315)以及轉(zhuǎn)移特性(曲線320)，但其溫度為125°C。圖6A是為繪示多個(gè)集極特性的群組的圖表，所述特性顯示在25°C的溫度中，基極 電流Ib作為一參數(shù)時(shí)，集極電流Ic與集極射極電壓Vce之間的關(guān)系。圖6B與圖6A所描述 的特性相同，但溫度為125°C。圖7A是為25°C的溫度下的集極電流函數(shù)的β (集極電流IC/基極電流Ib)的關(guān) 系圖。圖7Β是為125°C的溫度下的集極電流函數(shù)的β (集極電流Ie/基極電流Ib)的關(guān)系 圖。對(duì)于依照本發(fā)明實(shí)施例所形成的N-P-N雙極性接合晶體管的四個(gè)樣品，其實(shí)驗(yàn)的 射極與基極之間的崩潰電壓(BV·)、集極與射極之間的崩潰電壓(BVcto)以及集極與基極之 間的崩潰電壓(BV。m)是表示在表一中。所述樣品是由100微米平方的方形射極區(qū)來(lái)制作。 值得一提的是，于圖表中所有的崩潰電壓皆超過(guò)10伏特。特別的是，所有的樣品的最小的 集極射極崩潰電壓BV。ro是為11. 5伏特。表一
權(quán)利要求
1.一種雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，包括一基板，具有一第一阱，該第一阱設(shè)置于該基板中且具有一第一深度，該第一阱具有一 第一導(dǎo)電態(tài)；一第二阱，具有該第一導(dǎo)電態(tài)，該第二阱設(shè)置于該第一阱中且具有一第二深度，該第二 深度小于該第一深度，該第二阱摻雜高于該第一阱的一濃度，該第二阱環(huán)繞部分或全部的 該第一阱的中心區(qū)域；一第三阱，具有一第二導(dǎo)電態(tài)，該第三阱設(shè)置于該第一阱中，該第三阱填滿該第二阱內(nèi) 部的一區(qū)域；以及一摻雜層，具有該第一導(dǎo)電態(tài)，該摻雜層位于該第三阱的一上部且具有低于該第二深 度的一厚度，該摻雜層的一上表面是對(duì)準(zhǔn)該第二阱的該上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中還包括一射極區(qū)，具有該第一導(dǎo)電態(tài)與一矩形形狀，該射極區(qū)設(shè)置于該摻雜層的一中心部分， 該射極區(qū)摻雜高于該摻雜層的一濃度，且穿過(guò)該摻雜層延伸至該第三阱中；一基極區(qū)，具有該第二導(dǎo)電態(tài)及一矩形環(huán)的形狀，該基極區(qū)與該射極區(qū)分離及同中心， 該基極區(qū)摻雜高于該第三阱的一濃度，且穿過(guò)該摻雜層延伸至該第三阱中；以及一集極區(qū)，具有該第一導(dǎo)電態(tài)及一矩形環(huán)的形狀，該集極區(qū)與該基極區(qū)分離及同中心， 該集極區(qū)摻雜高于該摻雜層的一濃度，且穿過(guò)該摻雜層延伸至該第三阱中。
3.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，具有一增益常數(shù)β，由130分布至1200 ；以及一集極射極崩潰電壓，超過(guò)10伏特。
4.如權(quán)利要求2所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該增益常數(shù)β超過(guò)1000。
5.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，還包括一場(chǎng)氧化物，設(shè)置于該第二阱與該摻雜層的一表面上，該場(chǎng)氧化物分離該射極區(qū)與該 基極區(qū)，且分離該基極區(qū)與該集極區(qū)。
6.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，還包括一高電阻P型材料、一P型外延 材料或一 N型外延材料。
7.如權(quán)利要求2所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該射極區(qū)與該集極區(qū)的摻雜濃度 為 2X102Clatoms/cm3o
8.如權(quán)利要求2所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該基極區(qū)的摻雜濃度為 1020atoms/cm3。
9.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一導(dǎo)電態(tài)為N型；以及該第二導(dǎo)電態(tài)為P型。
10.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第一阱具有7微米的一深度以 及1016atomS/Cm3的一摻雜濃度。
11.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第二阱具有3微米的一深度以 及2X 1016atoms/cm3的一摻雜濃度。
12.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第三阱具有3微米的一深度以 及3X 1016atoms/cm3的一摻雜濃度。
13.如權(quán)利要求1所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)，其中該第二阱是一矩型環(huán)，環(huán)繞該第 一阱的一中心區(qū)域，且該第三阱填入該第二阱的該中心區(qū)域。
14.一種雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，包括 提供一基礎(chǔ)晶圓；布植作為一摻雜物的一第一導(dǎo)電態(tài)的原子至該基礎(chǔ)晶圓的一區(qū)域中； 驅(qū)使該布植后原子至一足夠深度，以形成一深阱；圖案化以及布植該第一導(dǎo)電態(tài)的原子于該區(qū)域中來(lái)形成一第二阱，該第二阱的一摻雜 濃度大于該區(qū)域的該摻雜物的濃度；圖案化以及布植一第二導(dǎo)電態(tài)的原子，于該第二阱中形成一第三阱；以及 圖案化以及布植該第一導(dǎo)電態(tài)的原子以形成覆蓋于該第二阱上的一摻雜層。
15.如權(quán)利要求14所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中還包括由使該基礎(chǔ)晶圓承受1150°C的一溫度達(dá)4小時(shí)，以驅(qū)使該布植后原子至一足夠深度， 以形成一深阱；執(zhí)行一場(chǎng)氧化工藝，以定義并隔離一射極區(qū)與一基極區(qū)及該基極區(qū)與一集極區(qū)，該射 極區(qū)具有一矩形形狀，該射極區(qū)設(shè)置于該摻雜層的一中心部分，該基極區(qū)具有一矩形環(huán)的 形狀且與該射極區(qū)同中心，該集極區(qū)具有一矩形環(huán)的形狀且與該基極區(qū)同中心；圖案化以及布植該第二導(dǎo)電態(tài)的原子于該射極區(qū)與該集極區(qū)中，以使該射極區(qū)與該集 極區(qū)是摻雜高于該摻雜層的一濃度，并使該射極區(qū)穿過(guò)該摻雜層延伸至該第三阱中及該集 極區(qū)延伸至該第二阱中；以及圖案化以及布植該第二導(dǎo)電態(tài)的原子于該基極區(qū)中，以使該基極區(qū)摻雜高于該第三阱 的一濃度，并使該基極區(qū)穿過(guò)該摻雜層延伸至該第三阱。
16.如權(quán)利要求15所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第一導(dǎo)電態(tài)的原子的布植包括布植一 N型材料的原子；以及 該第二導(dǎo)電態(tài)的原子的布植包括布植一 P型材料的原子。
17.如權(quán)利要求16所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該驅(qū)使步驟包括驅(qū) 使該布植原子至一足夠深度，以形成一 N阱與一 P阱。
18.—種雙極性接合晶體管，是根據(jù)權(quán)利要求15所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造 方法來(lái)形成。
19.如權(quán)利要求18所述的雙極性接合晶體管，其中該晶體管的增益常數(shù)β，由300分 布至1200。
20.如權(quán)利要求19所述的雙極性接合晶體管，其中具有 一增益常數(shù)β超過(guò)1000;以及一集極射極崩潰電壓，超過(guò)10伏特。
21.如權(quán)利要求14所述的雙極性接合晶體管結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該第一導(dǎo)電態(tài)的該原子是布植于該基礎(chǔ)晶圓內(nèi)，并形成一第一矩型的形狀； 由使該基礎(chǔ)晶圓承受1150°C的一溫度達(dá)12小時(shí)，以驅(qū)使該布植后原子擴(kuò)散；以及 該第二阱位于該第一矩形內(nèi)并具有的一矩形環(huán)的形狀。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種N-P-N雙極性接合晶體管，其射極集極崩潰電壓大于10伏特，且增益常數(shù)β大于300，在制造晶體管時(shí)加上一層N型層，可以減少電子與空穴的重新結(jié)合，同時(shí)也達(dá)到提高增益常數(shù)β的效果。
文檔編號(hào)H01L29/732GK102142456SQ20101011122
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者杜碩倫, 林正基, 連士進(jìn) 申請(qǐng)人:旺宏電子股份有限公司