双极晶体管制造技术

本发明专利技术涉及一种双极晶体管，包括：第一导电类型（ｎ）的集电极区（２５、２５ａ）；第一导电类型（ｎ↑［＋］）的子集电极区（１０；１０ａ、１０ｂ），其在集电极区（２５、２５ａ）的第一侧处电连接到集电极区（２５、２５ａ）；第二导电类型（ｐ）的基极区（３０），其设置在集电极区（２５、２５ａ）的第二侧处；第一导电类型（ｎ↑［＋］）的发射极区（５０），其设置在远离集电极区（２５、２５ａ）一侧的基极区（３０）上面；以及掺碳半导体区（１０；１０ａ；２４、２４ａ），其设置在横靠集电极区（２５、２５ａ）的第一侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种双极晶体管。
技术介绍
虽然原则上适用于任何期望的双极晶体管，但以DPSA晶体管说明本专利技术以及基于它的问题领域。例如，由IEDM Technical Digest 1995、第739～741页、T.F.Meister等著的文章可知DPSA(双多晶硅自对准)晶体管。它们的名字源于它们分别使用特别沉积的两个p+型多晶硅和n+型多晶硅层作为p+型基极引出端和n+型发射极接触。在这种情况下，在发射极窗口中，n+型多晶硅发射极层借助于隔离壁(spacer)以自对准的方式与基极引出端的p+型多晶硅层绝缘。DPSA晶体管可以包含注入Si基极和外延沉积SiGe基极。集电极通常通过埋置在衬底中的埋层(也称作子集电极)连接。由于它们的横向和垂直可伸缩性以及低寄生电容和电阻分量，DPSA晶体管结构最适于非常高速度的应用。为了制造适合于更高频率的双极晶体管，寄生电容和电阻必须降低，并且电荷载流子转换时间必须减少。在垂直构造的双极晶体管中，借助于非常薄的发射极、基极和集电极层实现短的转换时间。掺杂物的最小扩散是关键的，因为npn晶体管中掺硼基极的层厚只能选择得足够小，以使向外扩散到相邻层中的硼仍不会引起任何缺陷。这是npn双极晶体管中的重要问题，因为除了正常的扩散之外，硼另外表现出由间隙原子导致的加速扩散。由于磷也具有通过间隙原子的加速扩散，因此类似问题发生在掺磷的集电极中，其结果是集电极中的掺杂轮廓以非故意方式被改变。已知间隙原子是例如起因于氧化和注入的结果。然而，特别地，例如，双极晶体管中、埋置子集电极层中的高掺杂层(典型浓度为1020cm-3)中的砷的非活性化也是间隙原子的一个来源。在这方面，参见1995年Appl.Phys.Lett.65(5)中P.M.Rouseau等著的“E1ectricaldeactivation of arsenic as a source of point defects”。由于间隙原子在硅中是高度可移动的，因此更多的远距离源(remote source)可以导致加速的硼或磷扩散，而无法使晶体管几何结构进一步小型化。况且，由于间隙原子干扰的增大，因此借助于更高的砷掺杂来减小埋置子集电极层的薄层电阻是不实际的。因此，对于进一步提高双极晶体管的高频性能来说，降低间隙原子的浓度是至关重要的。原则上，可以通过两种途径降低间隙原子的浓度。第一，通过相应的工艺控制可以防止间隙原子的出现，第二，可以重新消灭已经出现的间隙原子。例如，通过使用对间隙原子来说作为吸收器(sink)的掺碳硅层来消灭已经出现的间隙原子。例如，该原理成功地应用在SiGe:C异质结双极晶体管中，例如1999年Appl.Phys.Lett.75(5)中A.Gruhle等著的“The reduction of base dopant outdiffusion in SiGeheterojunction bipolar transistor by carbon doping”。这种类型的碳掺杂一般可以用在如WO 98/26457和US-2002/0,121,676 A1所述的基极和/或发射极和/或集电极中。关于该已知方法的缺点是不可能完全防止加速扩散，并且，虽然可以借助于更高的碳浓度提高有效性，但这必然伴有晶体管特性曲线的劣化和降低的电荷载流子迁移率。特别是，由于在500℃和900℃之间的相应温度范围内进行许多必不可少的工艺步骤，因此不可能防止间隙原子从高掺杂有砷的埋置子集电极区出现。因此，至今仍保留的唯一解决方案仅仅是降低埋置子集电极区中的砷浓度，其必然伴有子集电极区薄层电阻增大的缺点，并且相应地，削弱了晶体管的高频适应性。
技术实现思路
本专利技术的目的是详细说明一种改进的双极晶体管，其中可以避免例如磷的集电极轮廓的横向外扩散和例如硼的基极轮廓的垂直外扩散，且具有良好的电性能。借助于根据权利要求1的双极晶体管实现该目的。本专利技术的思想基于以下事实或者通过在子集电极和集电极之间插入额外的掺碳硅层，或者通过使子集电极自身掺碳，直接在其源头消灭间隙原子。可以说，这样就可以更好地在整个连接截面中形成阻挡层。除了已经描述的针对集电极、发射极和基极的掺碳层之外，可以实现在接近其产生的地方直接消灭间隙原子的措施，进一步提高对间隙原子的防护。由于额外的掺碳层位于集电极和基极之间的空间电荷区外部，因此不会对晶体管特性曲线造成不利影响。结果，可以进一步增加子集电极区中的砷浓度，并降低其薄层电阻，而无需承受由晶体管中掺杂物的加速扩散而引起的缺点。从属权利要求涉及优选改进方案。根据一个优选的改进方案，掺碳的半导体区是整个子集电极区。根据另一优选的改进方案，掺碳的半导体区是子集电极区直接或间接与集电极区相邻的部分区域。根据另一优选的改进方案，掺碳的半导体区是集电极区和子集电极区之间的额外连接层。根据另一优选的改进方案，掺碳的半导体区具有1019～1021cm-3的碳浓度。根据另一优选的改进方案，基极区具有小于集电极区的横截面，并且集电极区在与基极区重叠的区域中具有与其余区域相比增加了掺杂的区域。根据另一优选的改进方案，第一导电类型是n型，第二导电类型是p型，且子集电极区是掺砷的。根据另一优选的改进方案，集电极区是掺磷的。根据另一优选的改进方案，集电极区、基极区和发射极区中的至少一个是掺碳的。附图说明下面，在结合附图的示范性实施例的基础上，更详细地说明本专利技术。在附图中图1示出了根据本专利技术双极晶体管第一实施例的示意图；图2示出了根据本专利技术双极晶体管第二实施例的示意图；图3示出了根据本专利技术双极晶体管第三实施例的示意图；以及图4示出了根据本专利技术双极晶体管第四实施例的示意图。在图中，同样的参考符号表示同样的或同样作用的元件。具体实施例方式图1示出了根据本专利技术双极晶体管第一实施例的示意图。在图1中，参考符号1表示硅半导体衬底，10表示衬底1中埋层形式的掺砷n+型子集电极区，20表示掺硼p+型沟道阻挡区，25表示掺磷n-型集电极区，25a表示掺磷n型集电极区，30表示掺硼p型基极区，35和35’表示相应的CVD绝缘氧化层，15表示LOCOS绝缘氧化层，40表示p+型基极引出区，45表示n+型集电极接触，55表示包括氧化硅/氮化硅的双隔离壁，且50表示掺磷n+型发射极区。通过发射极窗口，借助于磷的自对准注入，相对于环绕n-型集电极区25，向上掺杂n型集电极区25a，且n型集电极区25a在该处具有近似椭圆的掺杂轮廓(虚线)。n+型子集电极区10完全用碳(C)向上掺杂，C浓度的典型值在1019～1021cm-3的范围内。优选地，这里借助于注入实现向上掺杂。借助于完全用碳(C)向上掺杂的n+型子集电极区10可以有效地防止从n型集电极区25a到n-型集电极区25中的不期望的外扩散，该外扩散将引起向上掺杂的集电极区25a横向加宽，并由此引起增大的基极-集电极电容。同样，也防止了基极轮廓的垂直外扩散，该垂直外扩散将引起基极区加宽，并因此导致电荷载流子更长的转换时间。图2示出了根据本专利技术双极晶体管第二实施例的示意图。在第二实施例的情况下，与上述第一实施例不同，碳掺杂半导体区只是子集电极区10a、10b与集电极区25、25a相邻的部分区域10a。优选地，这里也借助于注入实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极晶体管，包括：第一导电类型（ｎ）的集电极区（２５、２５ａ）；第一导电类型（ｎ↑［＋］）的子集电极区（１０；１０ａ、１０ｂ），其在集电极区（２５、２５ａ）的第一侧处电连接到集电极区（２５、２５ａ）；第二导电类型 （ｐ）的基极区（３０），其设置在集电极区（２５、２５ａ）的第二侧处；第一导电类型（ｎ↑［＋］）的发射极区（５０），其设置在远离集电极区（２５、２５ａ）一侧的基极区（３０）上面；以及掺碳半导体区（１０；１０ａ；２４、２４ａ）， 其设置在横靠集电极区（２５、２５ａ）的第一侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫伯克，托马斯迈斯特，赖因哈德施滕格尔，希尔伯特舍费尔，
申请(专利权)人：印芬龙科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]