專利名稱：帶有窄溝槽發(fā)射極的橫向pnp雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橫向雙極晶體管，尤其是帶有溝槽發(fā)射極和溝槽集電極的橫向雙極晶體管，發(fā)射區(qū)很窄，以提高發(fā)射極效率。
背景技術(shù)：
橫向雙極晶體管含有形成在襯底中的發(fā)射極和集電極區(qū)，作為晶體管的基板。制備發(fā)射極和集電極，使襯底區(qū)域中的橫向電流遠離襯底表面。已知橫向PNP雙極晶體管，但現(xiàn)有的橫向PNP雙極晶體管通常性能有限。此外，橫向PNP雙極晶體管與寄生襯底PNP器件有夫。在垂直方向上，寄生PNP器 件形成在P-發(fā)射扱、N-基極以及P-襯底之間。由于這種垂直寄生PNP器件具有很大的電流増益，為了避免干擾主橫向PNP器件，必須禁止使用這種寄生器件。因此，大多數(shù)現(xiàn)有的橫向PNP晶體管都含有ー個N+掩埋層，在P-發(fā)射極下面，N+掩埋層的高摻雜有效地屏蔽了寄生器件的増益。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，橫向雙極晶體管包括ー個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；ー個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的外延層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反；一個第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層以及ー個第二導(dǎo)電類型的第二掩埋層，都形成在襯底和外延層之間，第一外延層位于溝槽絕緣結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方；ー個形成在外延層上方的電介質(zhì)層；形成在電介質(zhì)層和外延層中的第一和第二溝槽，至少用ー個多晶硅層填充溝槽，通過電介質(zhì)層，多晶硅層與每個溝槽至少底部絕緣，用第一導(dǎo)電類型的摻雜物摻雜多晶娃層；第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)，形成在外延層中，包圍著各自的第一和第ニ溝槽的側(cè)壁，每個溝槽的多晶硅層都與各自的擴散區(qū)電接觸，擴散區(qū)包圍著各自溝槽的側(cè)壁。在實際操作中，發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中?；鶚O區(qū)形成在第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中，第一和第二擴散區(qū)與第一和第二溝槽相連。第一溝槽中的多晶硅層形成在電介質(zhì)層上方，延伸到一部分基極區(qū)上方，第一溝槽的多晶硅層的延伸部分作為基極區(qū)的ー個場板。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種用于制備橫向雙極晶體管的方法包括制備第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在襯底中，制備第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層以及第ニ導(dǎo)電類型的第二掩埋層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，第一掩埋層位于溝槽絕緣結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方；制備第二導(dǎo)電類型的外延層，形成在襯底中；在外延層上方制備ー個電介質(zhì)層；在電介質(zhì)層和外延層中制備第一和第二溝槽；制備第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)，在外延層中，包圍著各自的第一和第二溝槽的側(cè)壁；制備ー個村里氧化層和ー個第一多晶硅層，在每個溝槽的下部，通過襯里氧化層，第一多晶硅層和溝槽的側(cè)壁絕緣；在每個溝槽的上部，制備ー個第二多晶硅層，用第一導(dǎo)電類型摻雜第二多晶硅層，每個溝槽的第ニ多晶硅層都與包圍著各自溝槽的各自的擴散區(qū)電接觸；并且在電介質(zhì)層上方，制備第一溝槽的第二多晶娃層的延伸部分，延伸到一部分基極區(qū)上方，第一溝槽的第二多晶娃層的延伸部分作為基極區(qū)的場板。在實際操作中，發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中?；鶚O區(qū)形成在第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中，第一和第二擴散區(qū)與第一和第二溝槽相連。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，ー種用于制備橫向雙極晶體管的方法包括制備第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在襯底中，制備第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層和第二導(dǎo)電類型的第二掩埋層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，第一掩埋層位于溝槽絕緣結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方；制備第二導(dǎo)電類型的外延層，形成在襯底上；在外延層上方制備ー個電介質(zhì)掩膜層；在電介質(zhì)掩膜層和外延層中制備第一和第二溝槽；除去電介質(zhì)掩膜層；制備第二電介質(zhì)層，在外延層上方以及第一和第二溝槽中；各向同性地刻蝕第二電介質(zhì)層，使第ニ電介質(zhì)層留在外延層頂面上以及每個溝槽的底部；在第二電介質(zhì)層上方以及每個溝槽中，制備ー個多晶硅層，用第一導(dǎo)電類型摻雜多晶硅層；形成多晶硅層圖案，制備與每個溝槽相連的多晶硅區(qū)，并且制備在第二電介質(zhì)層上方的第一溝槽的多晶硅層的延伸部分，并 且延伸到基極區(qū)上方，第一溝槽的多晶硅層的延伸部分作為基極區(qū)的場板；使外延層和多晶硅層退火，通過摻雜物向外擴散，形成第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)，在外延層中，包圍著各自的第一和第二溝槽側(cè)壁，每個溝槽的多晶硅層都與包圍著各自溝槽側(cè)壁的各自的擴散區(qū)電接觸。在實際操作中，發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中。基極區(qū)形成在第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中，第一和第ニ擴散區(qū)與第一和第二溝槽相連。


閱讀以下詳細說明并參照附圖后，將更好地理解本發(fā)明。圖1A-1K表示依據(jù)本發(fā)明的實施例，用于制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟的剖面圖。圖2表不依據(jù)本發(fā)明的第一可選實施例,ー種橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。圖3表示依據(jù)本發(fā)明的第二可選實施例，ー種橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。圖4A-4H表示依據(jù)本發(fā)明的第三可選實施例，用于制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟的剖面圖。圖5A-5J表示依據(jù)本發(fā)明的可選實施例，用于制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟的剖面圖。圖6表不依據(jù)本發(fā)明的第四可選實施例,ー種橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。圖7表不依據(jù)本發(fā)明的第五可選實施例,ー種橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。圖8A至8J表示依據(jù)本發(fā)明的可選實施例，用于制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟的剖面圖。圖9A至9D表示依據(jù)本發(fā)明的可選實施例，用于制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟的剖面圖。圖10表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，ー種橫向溝槽雙極晶體管的剖面圖。圖11表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，ー種與LDMOS晶體管的相結(jié)合的橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進ー步地說明。依據(jù)本發(fā)明的原理，橫向雙極晶體管包括溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)，以形成扱窄發(fā)射極區(qū)，從而提高發(fā)射極效率。本發(fā)明所述的橫向雙極晶體管的一個顯著特點是，使用與制備發(fā)射極/集電極溝槽以及溝槽隔離結(jié)構(gòu)相同的溝槽エ藝，因此不需要為制備溝槽發(fā)射極和集電極進行額外的處理工藝。在本發(fā)明的實施例中，橫向雙極晶體管為PNP雙極晶體管。在本發(fā)明的實施例中，可以利用離子植入到形成在半導(dǎo)體層中的溝槽中，形成溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)。在其他實施例中，通過從重摻雜的多晶硅填充溝槽向外開始摻雜物，制備溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)。依據(jù)本發(fā)明的另一方面，利用相同 導(dǎo)電類型的多個外延層，制備帶有深發(fā)射極和深集電極區(qū)的橫向雙極晶體管。制備深發(fā)射極和深集電極區(qū)，并沒有使用溝槽。在ー個實施例中，制備帶有兩個或多個N-型外延層的橫向PNP雙極晶體管。重摻雜P+區(qū)形成在每個外延層中，互相垂直對準，退火、以及深發(fā)射極和深集電極區(qū)形成后，使重摻雜區(qū)擴散并合并在單獨的垂直擴散區(qū)中。在本發(fā)明的其他實施例中，利用溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)，制備橫向溝槽PNP雙極晶體管。可以對橫向溝槽PNP晶體管設(shè)置門限，以便控制擊穿電壓。在另ー個實施例中，橫向PNP雙極晶體管與LDMOS晶體管合并，獲得了很好的性能。本發(fā)明所述的橫向雙極晶體管，具有良好的性能，提高了發(fā)射極和集電極效率。橫向雙極晶體管也實現(xiàn)了最小化的襯底植入以及寄生襯底PNP效應(yīng)。更重要的是，本發(fā)明所述的橫向雙極晶體管在高電流密度下獲得了高電流增益。此外，本發(fā)明所述的橫向雙極晶體管的制備エ藝，可以與標準CMOS或BCD (雙極-CM0S-DM0S)エ藝兼容。因此，本發(fā)明所述的橫向雙極晶體管可以與現(xiàn)有的制備エ藝輕松集成。(I)利用溝槽發(fā)射極和集電極的隔離結(jié)構(gòu)，在溝槽中自動植入P+的橫向PNP。在本發(fā)明的第一個實施例中，通過將離子植入到半導(dǎo)體層中所形成的溝槽側(cè)壁內(nèi)，制備溝槽發(fā)射極和溝槽集電極。溝槽的底部內(nèi)襯薄側(cè)壁氧化層，剰余部分用多晶硅填充。溝槽底部的薄側(cè)壁氧化層的作用是，阻止溝槽底部拐角的發(fā)射極-至-基極擊穿。參見圖1A至1K，將詳細介紹本發(fā)明所述的橫向PNP晶體管的制備エ藝及結(jié)構(gòu)。參見圖1A至1K，橫向PNP晶體管形成在P-型硅襯底(P-Sub) 10上。在粒子植入エ藝前，形成P+掩埋層14和N+掩埋層16，緩沖氧化層12形成在襯底10的頂面上。利用各自的掩埋和粒子植入エ藝，制備P+掩埋層(P+ BL) 14和N+掩埋層(N+ BL) 16?？梢赃M行一次或多次退火，驅(qū)動植入摻雜物，從而構(gòu)成如圖1A所示的掩埋層。然后，除去緩沖氧化層12，在襯底10上制備ー個N-型外延層(N-Epi) 18，如圖1B所示。在一些實施例中，制備緩沖氧化物，進行掩膜和高劑量的磷離子植入，制備N+沉降片20，N+沉降片20為重摻雜N-型區(qū)，用于接觸N+掩埋層。在本發(fā)明的一些實施例中，N+沉降片20是可選的，可以省去。在一個可選實施例中，將N-型外延層18摻雜到N-阱通常使用的摻雜能級。形成N-外延層18之后，在外延層上制備ー個厚氧化物硬掩膜22，作為電絕緣的電介質(zhì)層。首先，形成氧化物硬掩膜22的圖案，限定溝槽在外延層中形成的區(qū)域。向下刻蝕氧化物硬掩膜22，刻蝕到襯底表面。然后，在刻蝕裸露的襯底的地方，進行溝槽刻蝕，形成窄溝槽24，以便制備溝槽發(fā)射極和集電極以及較寬的溝槽26，形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)，如圖1C所示。在這種方式下，利用単獨的溝槽刻蝕エ藝，制備發(fā)射扱/集電極溝槽以及隔離溝槽。溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽開ロ 26較寬，因此溝槽在外延層中刻蝕得比溝槽24更深。在一些實施例中，可以選擇進行圓孔刻蝕，使溝槽底部變得平滑。然后，進行P-型離子植入エ藝，在溝槽24和26的側(cè)壁上植入P-型摻雜物，構(gòu)成P-型區(qū)28，如圖1D所示。在一個實施例中，通過P-型離子注入，使P-型植入觸及溝槽26的側(cè)壁和底部，使之隔離。然而，選取氧化物硬掩膜的厚度、窄溝槽24的寬度以及植入的傾斜角，使溝槽24的底部不受任何P-型植入物的影響。在一些實施例中，可以選擇進行N-型溝槽底部補償植入，以便在窄溝槽24的下方形成N+區(qū)30，如圖1D所示。補償植入是可選的，當P-型植入的傾斜角不足以避免將P-型摻雜物引入到窄溝槽24的底部時，可以使用補償植入。然后，如圖1E所示，在溝槽開ロ 24、26中，沉積或熱生長ー個薄層氧化物32。氧化層32也稱為溝槽襯里氧化物，內(nèi)襯溝槽底部和溝槽側(cè)壁。氧化層32最好具有良好的エ藝覆蓋度，一致地覆蓋溝槽側(cè)壁和底部。在一個實施例中，氧化層32是ー層高溫熱氧化物(HT0)。然后，沉積多晶硅層34，填充溝槽24、26，并且在溝槽襯里氧化物32的表面上構(gòu)成多晶硅層以及氧化物硬掩膜22，如圖1E所示。在一些實施例中，通過P+摻雜エ藝，對沉積的多晶硅層進行摻雜。首先將多晶硅層34回刻到在氧化物硬掩膜22上方的溝槽襯里氧化物32的頂部，如圖1F所示。然后，進ー步過度刻蝕多晶硅層34，使多晶硅層在硅表面下方凹陷，也就是說，在N-外延層18的頂面以下，如圖1G所示。其次，通過各向同性的氧化物刻蝕，除去裸露的溝槽襯里氧化物32，如圖1H所示。因此，溝槽24、26被多晶硅34部分填充，通過溝槽襯里氧化物32，作為電介質(zhì)層，多晶硅34與N-外延層絕緣。只要多晶硅34和溝槽襯里氧化物32僅填充一部分溝槽，就可以改變多晶硅34和溝槽中的溝槽襯里氧化物32的高度。多晶硅/溝槽襯里氧化層的確切高度，對于實施本發(fā)明并不重要，只要在窄溝槽24的側(cè)壁上保留充足的裸露硅，以便于形成到P+區(qū)28的電接觸即可。更確切地說，溝槽24底部剩余部分的溝槽襯里氧化物32為溝槽底部提供電絕緣，使溝槽底部區(qū)域傳導(dǎo)閉鎖。沉積另ー個多晶硅層36，填充溝槽24、26的剩余部分，在氧化物硬掩膜22的表面上方制備ー個多晶娃層，如圖1I所不。用P-型摻 雜物摻雜多晶娃層36,構(gòu)成ー個重摻雜的P+多晶硅層。然后，形成多晶硅層36的圖案，制備集電極互連環(huán)38以及發(fā)射極場板40，如圖1J所示。這時，擴散溝槽24側(cè)壁附近P+區(qū)28的植入摻雜物，構(gòu)成P+擴散區(qū)28a以及P+擴散區(qū)28b。還擴散P+區(qū)在隔離溝槽26以及P+掩埋層14的側(cè)壁處的植入摻雜物，并且在垂直方向上相互重疊，從而構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)45，如圖1J所示。進ー步形成多晶硅層36的圖案，構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)場板42。然后，通過在電介質(zhì)層上方形成金屬互連，完成橫向PNP雙極晶體管，如圖1K所示。圖1K表示利用上述含有可選N+沉降片20的制備エ藝，制備完整的橫向PNP雙極晶體管。在電介質(zhì)層(例如BPSG層)44中的接觸開ロ上方，制備到PNP晶體管的發(fā)射極、集電極和基極端的金屬接頭。更確切地說，制備集電極接頭46，形成到集電極互連環(huán)38的電接觸，制備發(fā)射極接頭48，形成到發(fā)射極場板40的電接觸，制備基極接頭50，形成到N+沉降片20的電接觸。在這種方式下，制備橫向PNP雙極晶體管，發(fā)射極形成在P+擴散區(qū)28a中，集電極形成在P+擴散區(qū)28b中，基極形成在N-外延層18中。在本實施例中，所形成的集電極作為包圍著發(fā)射極的ー個環(huán)結(jié)構(gòu)?；鶚O是P+擴散區(qū)28a和P+擴散區(qū)28b之間的距離。N+沉降片20電接觸N+掩埋層的作用在干，降低基極電阻，從而使P+發(fā)射扱、N-外延基極以及P-襯底10構(gòu)成的垂直寄生PNP晶體管失效。因此，所形成的橫向PNP晶體管更加穩(wěn)固，免受不必要的寄生襯底傳導(dǎo)的影響。此外，發(fā)射極場板40覆蓋著基極區(qū)，作為基極區(qū)的靜電屏蔽，有提高晶體管電流增益的作用。更確切地說，發(fā)射極場板具有屏蔽基極區(qū)在重疊的氧化層中建立靜電場的作用，我們已經(jīng)知道這種靜電場會產(chǎn)生過量的泄露，擊穿 電壓的降低以及電流増益的降低。因此，所制備的橫向PNP雙極晶體管很穩(wěn)固，同時具有很高的性能。圖2表示橫向PNP雙極晶體管的ー個可選實施例，其制備方式與圖1K所示的橫向PNP晶體管的制備方式相同，但是添加了包圍著發(fā)射極和集電極擴散區(qū)的橫向擴散基極區(qū)。參見圖2，利用與上述圖1A至IK所示基本相同的制備エ藝，制備橫向PNP晶體管60。然而，制備橫向PNP晶體管60所使用的摻雜水平低于標準的基極摻雜水平。也就是說，N-外延層68的摻雜水平低于以上實施例中N-外延層18所用的摻雜水平。然后，在植入P+區(qū)28之前，通過額外的N-基極植入エ藝，就像P+植入那樣，在全部溝槽附近制備N-基極區(qū)62。驅(qū)動エ藝后，在全部溝槽附近都形成了 N-基極區(qū)62。N-基極區(qū)62的摻雜水平高于N-外延層68的摻雜水平。盡管，N-基極植入也引入到要制備隔離結(jié)構(gòu)的寬溝槽中，但是后續(xù)的P+植入、驅(qū)動以及重摻雜P+掩埋層都將克服N-基極植入。因此，隔離溝槽引入N-基極植入物不會產(chǎn)生影響，而且N-基極植入也不需要任何掩膜エ藝。N-基極植入和驅(qū)動后，參見上述圖1A至IK所示的那樣，進行P+植入以及后續(xù)的處理工藝。因此，所形成的橫向PNP晶體管60包括ー個橫向擴散的窄基板，以獲得更高的性能。在橫向PNP晶體管60中，基極包括部分N-外延層68，用兩個鄰近的N-基極區(qū)62之間的距離“d”表示。在這種情況下，可以利用窄溝槽之間設(shè)定的距離大小，將N-外延層保留在N-基極區(qū)之間。在圖3所示的一個可選實施例中，在窄溝槽之間可以使用較小的間距，使N-基極區(qū)62相互靠近，橫向PNP晶體管的基極中不存在任何N-外延層。從而使構(gòu)成的橫向PNP晶體管70通過橫向擴散的窄基極，獲取高性能。可選實施例——氮化物掩膜
在上述實施例中，在外延層上方制備ー個氧化物硬掩膜，并且覆蓋用于制備溝槽。在外延層上保留氧化物硬掩膜，用于剩余的制備エ藝，并且作為外延層的絕緣層。依據(jù)本發(fā)明的ー個可選實施例，利用氮化物掩膜，在形成襯里氧化物之前，除去氧化物硬掩膜。圖4A至4H表示依據(jù)本發(fā)明的可選實施例，制備橫向PNP雙極晶體管的エ藝步驟。參見圖4A至4H，橫向PNP晶體管形成在P-型硅襯底10上，N-型外延層18形成在橫向PNP晶體管上。利用単獨的掩膜和離子植入エ藝，在襯底上制備P+掩埋層14和N+掩埋層16。通過一次或多次退火，驅(qū)動植入摻雜物，在襯底和外延層之間構(gòu)成掩埋層，如圖4A所示。在一些實施例中，通過制備緩沖氧化物或襯墊氧化物以及可選的N+沉降片植入エ藝，制備N+沉降片到N+掩埋層。形成N-外延層18之后，在外延層的緩沖氧化物上沉積ー個氮化層82。然后，在氮化層上制備ー個厚氧化物硬掩膜22。首先，形成氧化物硬掩膜22和氮化層82的圖案，限定溝槽在外延層中形成的位置。氧化物硬掩膜22、氮化層82以及襯墊氧化物都向下刻蝕到外延層的硅表面。然后，通過溝槽刻蝕，刻蝕裸露的硅，構(gòu)成窄溝槽24，用于形成溝槽發(fā)射極和集電極，構(gòu)成較寬的溝槽26，用于形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)，如圖4B所示。然后，通過P-型離子植入エ藝，在溝槽24和26的側(cè)壁上植入P-型摻雜物，構(gòu)成P-型區(qū)28，如圖4C所示。在一個實施例中，植入エ藝是利用硼，進行ー種帶旋轉(zhuǎn)的復(fù)合傾斜植入。P-型離子植入的方式，使P-型植入觸及溝槽24的側(cè)壁和溝槽26的側(cè)壁及底部。在一些實施例中，可以選擇進行N-型溝槽底部補償植入，以便在窄溝槽24下方，形成N+區(qū)30。然后，除去氧化物硬掩膜22，保留氮化層82。在溝槽開ロ 24、26中，沉積或熱生長一薄層氧化物32，如圖4C所示。氧化層32，也稱為溝槽襯里氧化物，內(nèi)襯溝槽底部和溝槽側(cè)壁。在一個實施例中，氧化層32是ー層高溫熱氧化物(HT0)。然后，沉積多晶硅層34，填 充溝槽24、26，并且在溝槽襯里氧化物32和氮化層82的表面上制備ー個多晶硅層，如圖4C所示。在一些實施例中，通過P+摻雜エ藝，摻雜沉積的多晶硅層。首先，向下刻蝕多晶硅層34到氮化層82上方的溝槽襯里氧化物32上方，如圖4D所示。然后，進ー步過度刻蝕多晶硅層34，使多晶硅層在硅表面下方凹陷，也就是說，在N-外延層18的頂面以下，如圖4E所示。接下來，通過各向同性氧化物刻蝕，除去裸露的溝槽襯里氧化物32，如圖4F所示。使氮化層82裸露出來，并用多晶硅34部分填充溝槽24、26，通過溝槽襯里氧化物32，多晶硅34與N-外延層絕緣。沉積另一個多晶娃層36,填充溝槽24、26的剩余部分,并且在氮化層82的表面上方制備ー個多晶娃層，如圖4G所不。用P-型摻雜物摻雜多晶娃層36,形成重摻雜的P+多晶娃層。然后，形成多晶娃層36的圖案,構(gòu)成互連環(huán)38和發(fā)射極場板40,如圖4H所不。進一歩形成多晶硅層36的圖案，構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)場板42。然后，通過與上述圖1K相同的方式，在電介質(zhì)層上方，制備金屬互連，從而制成橫向PNP雙極晶體管。在圖4A至4H所示的制備エ藝中，制備溝槽井植入P+離子之后，除去氧化物硬掩膜，僅保留氮化層，覆蓋外延層。因此，所制成的橫向PNP晶體管具有很高的性能。(2)利用溝槽發(fā)射極和集電極的隔離結(jié)構(gòu)，在溝槽中自動摻雜P+的橫向PNP。在本發(fā)明的第二實施例中，通過用重摻雜多晶硅填充半導(dǎo)體層中的溝槽，并且從摻雜的多晶硅填充物向外擴散摻雜物，自動摻雜溝槽側(cè)壁，制備溝槽發(fā)射極和溝槽集電極。在沉積多晶硅之前，在溝槽底部制備ー個氧化層。氧化層提供絕緣，并防止在溝槽的底部拐角處發(fā)生發(fā)射極到基極的擊穿。參見圖5A至5J，它們將詳細介紹本發(fā)明所述的橫向PNP晶體管的制備エ藝及結(jié)構(gòu)。參見圖5A至5J，橫向PNP晶體管形成在P-型硅襯底10上。在離子植入エ藝之前，緩沖氧化層12形成在襯底10的頂面上，然后形成P+掩埋層14和N+緩沖層16。利用各自的掩膜和離子植入エ藝，制備P+掩埋層14和N+掩埋層16。通過一次或多次退火，驅(qū)動植入摻雜物，從而構(gòu)成掩埋層，如圖5A所示。然后，除去緩沖氧化層12，并且在襯底10上形成N-型外延層18，如圖5B所示。在一些實施例中，制備緩沖氧化物，通過掩膜和高劑量的磷離子植入エ藝，制備N+沉降片20，N+沉降片20為重摻雜的N-型區(qū)，以便接觸N+掩埋層。在一個可選實施例中，將N-型外延層18摻雜到N-阱通常使用的摻雜水平。制備N-外延層18之后，在外延層上制備ー個厚的氧化物硬掩膜22。形成氧化物硬掩膜22的圖案，限定溝槽在外延層中形成的位置。氧化物硬掩膜22向下刻蝕到外延層的硅表面。然后,通過溝槽刻蝕,刻蝕裸露的襯底,構(gòu)成窄溝槽24，用于形成溝槽發(fā)射極和集電極，構(gòu)成較寬的溝槽26，用于形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)，如圖5C所示。通過這種方式，利用單獨的溝槽刻蝕エ藝，制備發(fā)射扱/集電極溝槽和隔離溝槽。溝槽隔離結(jié)構(gòu)的溝槽開ロ 26較寬，因此在外延層中刻蝕的溝槽比溝槽24更深。在一些實施例中，可以選擇圓孔刻蝕，使溝槽的底部平滑。然后，除去氧化物硬掩膜22，在硅表面上沉積第二氧化層84。也就是說，外延層的頂部，溝槽的側(cè)壁及底部都用第二氧化層84覆蓋，如圖所示。在一個實施例中，第二氧化層84都是高密度等離子(HDP)氧化物。HDP氧化物的沉積使厚氧化層位于溝槽的底部以 及外延層上方，而薄氧化層沿溝槽的側(cè)壁。然后，通過增稠エ藝，使HDP氧化物致密。然后，通過短濕氧化物刻蝕，除去溝槽側(cè)壁上的薄氧化層，如圖5E所示。通過氧化物刻蝕，外延層上方和溝槽底部的氧化層84仍然保留，但溝槽側(cè)壁的氧化層84被除去。然后，可以選擇進行掩膜和刻蝕エ藝，除去溝槽26底部的氧化層84，用于形成隔離結(jié)構(gòu)，如圖5F所示。沉積多晶硅層86，填充溝槽24、26，并且在氧化層84上方制備ー個多晶硅層，如圖5G所不。在本實施例中，多晶娃層86可以是P+重摻雜多晶娃層。然后,形成多晶娃層86的圖案，以制備集電極互連環(huán)38以及發(fā)射極場板40，如圖5H所示。進ー步形成多晶硅層86的圖案，以制備隔離結(jié)構(gòu)場板42。然后，對整個器件退火，使P+重摻雜多晶硅層86的P+摻雜物向外擴散到溝槽24的側(cè)壁中，以及溝槽26的側(cè)壁及底部，如圖51所示。在窄溝槽24處，由于氧化層84僅保留在溝槽底部，防止窄溝槽底部的摻雜物向外擴散，因此P+區(qū)28僅沿溝槽側(cè)壁形成。然而，在除去底部氧化物的寬溝槽26處，P+摻雜物從多晶硅層86開始，向外擴散到溝槽的側(cè)壁和底部附近。隔離溝槽26的P+擴散區(qū)28延伸到外延層中，與P+掩埋層14合井，構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)，如圖51所示。圖5J表不利用上述制備エ藝含有可選的N+沉降片20的橫向PNP雙極晶體管的一個實施例。到PNP晶體管的發(fā)射極、集電極以及基極端的金屬接頭，形成在電介質(zhì)層(例如BPSG層)44的接觸開ロ上方。更確切地說，集電極接頭46用于電連接到集電極互連環(huán)38，發(fā)射極接頭48用于電連接到發(fā)射極場板40，基極接頭50用于電連接到N+沉降片20。在這種方式下，橫向PNP雙極晶體管的發(fā)射極形成在P+擴散區(qū)28a中，集電極形成在P+擴散區(qū)28b中，基極形成在N-外延層18中。在本實施例中，集電極作為環(huán)結(jié)構(gòu)包圍著發(fā)射極?；鶚O為P+擴散區(qū)28a和P+擴散區(qū)28b之間的距離。如上所述，N+沉降片20電連接N+掩埋層的作用是，降低基極電阻，從而使器件中的垂直寄生PNP晶體管無效。因此，制備的橫向PNP晶體管更加穩(wěn)固，并且不受不良的寄生襯底傳導(dǎo)的影響。此外，發(fā)射極場板40覆蓋著基極區(qū)，作為基極區(qū)的靜電屏蔽，可以提高晶體管的電流增益。橫向PNP雙極晶體管更加耐用，同時具有很高的性能。圖6表不橫向PNP雙極晶體管的ー個可選實施例,其制備方式與圖5J所不的橫向PNP晶體管相同，但是添加了包圍著發(fā)射極和集電極擴散區(qū)的橫向擴散的基極區(qū)。參見圖6，利用與上述圖5A至5J相同的制備エ藝，制備橫向PNP晶體管90。然而，使用摻雜水平低于標準的基極摻雜水平的N-外延層68，制備橫向PNP晶體管90。也就是說，N-外延層68的摻雜水平低于上述實施例中N-外延層18所用的摻雜水平。然后，制備溝槽并且沉積和刻蝕氧化層84之后，如圖5F所示，通過額外的N-基極植入工藝，在所有的溝槽附近制備N-基極區(qū)62。N-基極植入不需要避開窄溝槽的底部。驅(qū)動工藝之后，在所有的溝槽周圍制備N-基極區(qū)62。N-基極區(qū)62的摻雜水平高于N-外延層68的摻雜水平。雖然，寬溝槽中制備隔離結(jié)構(gòu)的地方也引入了 N-基極植入物，但后續(xù)的P+自動摻雜和驅(qū)動，以及重摻雜P+掩埋層將克服N-基極植入物。因此，隔離溝槽的N-基極植入不需要掩膜工藝。N-基極植入和驅(qū)動之后，沉積多晶硅等后續(xù)的工藝步驟可以參照上述圖5G至5J所示的方式進行。因此，所制成的橫向PNP晶體管90包括一個橫向擴散的窄基極，以獲得更高的性能。在橫向PNP晶體管90中，基極包括部分N-外延層68，用兩個鄰近的N-基極區(qū)62之間的距離“d”表示。在這種情況下，窄溝槽之間指定的距離尺寸，保留了 N-基極區(qū)之間 的N-外延層。在圖7所示的一個可選實施例中，窄溝槽之間可以使用較小的間距，使N-基極區(qū)62相互靠近，橫向PNP晶體管的基極中不保留N-外延層。橫向PNP晶體管100憑借橫向擴散的窄基極，獲得高性能?？蛇x實施例一氮化物掩膜
在上述實施例中，HDP氧化層84形成在外延層上方，掩膜用于制備溝槽。在外延層上保留氧化層84，用于后續(xù)的制備工藝，氧化層84作為外延層的絕緣層。依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，所用的氮化物掩膜附加了 HDP氧化層。使用氮化物掩膜的作用是，保護溝槽的頂部邊緣，使覆蓋著的多晶硅層中的P-型摻雜物自動擴散最小化。圖8A至8J表示依據(jù)本發(fā)明的一個可選實施例，用于橫向PNP雙極晶體管的制備工藝的剖面圖。參見圖8A至8J，橫向PNP晶體管形成在P-型硅襯底10上。在離子植入工藝之前，緩沖氧化層12形成在襯底10的頂面上，以制備P+掩埋層14和N+掩埋層16。利用各自的掩膜和離子植入工藝，制備P+掩埋層14和N+掩埋層16。進行一次或多次退火，驅(qū)動植入的摻雜物，從而制成掩埋層，如圖8A所示。然后，除去緩沖氧化層12，在襯底10上制備N-型外延層18，如圖8B所示。在一個可選實施例中，N-型外延層18的摻雜水平與N-阱通常使用的摻雜水平相同。在N-外延層18上制備緩沖氧化物。在一些實施例中，如上所述，進行N+沉降片植入工藝，以便形成接觸N+掩埋層的N+沉降片。制備N-外延層18之后，在外延層的緩沖氧化物上沉積一個氮化層102。然后，在氮化層上制備一個厚的氧化物硬掩膜22。首先，形成氧化物硬掩膜22以及氮化層102的圖案，限定溝槽在外延層中形成的位置。將氧化物硬掩膜22、氮化層82以及襯墊氧化物向下刻蝕到外延層的硅表面。然后，通過溝槽刻蝕，刻蝕裸露的襯底，構(gòu)成窄溝槽24，用于形成溝槽發(fā)射極和集電極，構(gòu)成較寬的溝槽26，用于形成溝槽隔離結(jié)構(gòu)，如圖SC所示。然后，除去氧化物硬掩膜22，在硅表面(包括氮化層的頂部以及溝槽的側(cè)壁和底部)上沉積第二氧化層84，如圖8D所示。在一個實施例中，第二氧化層84都是高密度等離子(HDP)氧化物。HDP氧化物的沉積使厚氧化層位于溝槽的底部以及外延層上方，而薄氧化層沿溝槽的側(cè)壁。然后，通過增稠工藝，使HDP氧化物致密。然后，通過短濕氧化物刻蝕，除去溝槽側(cè)壁上的薄氧化層，如圖8E所示。通過氧化物刻蝕，氮化層上方和溝槽底部的氧化層84仍然保留，但溝槽側(cè)壁的氧化層84被除去。然后，可以選擇進行掩膜和刻蝕工藝，除去溝槽26底部的氧化層84，用于形成隔離結(jié)構(gòu)，如圖8F所示。沒有被氧化物刻蝕所影響的氮化層102，完整地保留在外延層上方。在這種情況下，氮化層102保護溝槽的頂部邊緣，不受多晶硅層后續(xù)的自動摻雜影響，從而使?jié)B透到溝槽頂部拐角的過量摻雜物最少。更確切地說，當外延層僅被HDP氧化物覆蓋時，氧化物刻蝕會使外延層上方的氧化層從溝槽的頂部拐角開始凹陷，如圖5E所示。然后，當在氧化層上方形成重摻雜多晶硅層并且進行自動摻雜時，P+擴散區(qū)將進一步延伸到與溝槽側(cè)壁相對的溝槽頂部拐角處的外延層中，如圖51所示。在外延層上方使用氮化層可以避免過量的摻雜物在溝槽的頂部拐角處滲透，這將在下文中詳細介紹?？涛gHDP氧化層84之后，沉積多晶硅層86，填充溝槽24、26，并且在氧化層84上方制備多晶硅層，如圖8G所示。在本實施例中，多晶硅層86為P+重摻雜多晶硅層。然后，形成多晶硅層86的圖案，以制備集電極互連環(huán)38以及發(fā)射極場板40，如圖8H所示。進一步形成多晶硅層86的圖案，以制備隔離結(jié)構(gòu)場板42。然后，對整個器件退火，使P+摻雜物從P+重摻雜多晶硅層86開始向外擴散到溝槽24的側(cè)壁及溝槽26的側(cè)壁和底部中，如圖 81所示。在窄溝槽24處，由于氧化層84仍然在溝槽的底部，阻止摻雜物在窄溝槽底部向外擴散，因此P+區(qū)28僅沿溝槽的側(cè)壁形成。然而，在除去了底部氧化物的寬溝槽26處，P+摻雜物從多晶硅層86開始向外擴散到溝槽的側(cè)壁和底部附近。隔離溝槽26的P+擴散區(qū)28延伸到外延層中，與P+掩埋層14合并，構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)，如圖81所示。制備P+擴散區(qū)28的退火工藝之后，進行橫向PNP晶體管的剩余處理工藝。例如，在多晶硅層上沉積一個電介質(zhì)層(例如BPSG層)44，形成集電極、發(fā)射極以及襯底接觸開口的圖案。通過金屬沉積和形成圖案，制備到PNP晶體管的發(fā)射極、集電極以及基極的接頭。因此，所形成的橫向PNP晶體管更加耐用，并且免受不必要的寄生襯底傳導(dǎo)的影響。此外，發(fā)射極場板40覆蓋著基極區(qū)，作為基極區(qū)的靜電屏蔽，有提高晶體管電流增益的作用。因此，所制備的橫向PNP雙極晶體管很穩(wěn)固，同時具有很高的性能。(3)多個外延層中的橫向PNP
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，利用相同導(dǎo)電類型的多個外延層，制備帶有深發(fā)射極和深集電極區(qū)的橫向雙極晶體管。圖9A至9D表示依據(jù)本發(fā)明的可選實施例，制備橫向PNP晶體管的工藝步驟的剖面圖。參見圖9A至9D，橫向PNP晶體管形成在P-型硅襯底200上。在離子植入之前，緩沖氧化層202形成在襯底200的頂面上，以制備P+緩沖層204和N+緩沖層206。P+掩埋層204，也稱為“上ISO”(上隔離)區(qū)，參見隔離結(jié)構(gòu)的掩埋層擴散，并與重疊的擴散區(qū)合并。利用各自的掩膜及離子植入工藝，制備P+上ISO層204以及N+掩埋層206。通過一次或多次退火，驅(qū)動植入的摻雜物，從而構(gòu)成P+上ISO (P+ISO UP)及N+掩埋層，如圖9A所示。然后，除去緩沖氧化層202，并且在襯底200上制備第一 N-型外延層210，如圖9B所示。襯墊氧化層212生長在第一外延層210上。然后，通過掩膜工藝，限定P+掩埋層214的區(qū)域。利用P-型摻雜物(例如硼)進行離子植入工藝，制備P+掩埋層214，如圖9B所示。一個或多個P+掩埋層214在垂直方向上與P+上ISO層204對齊。可以選擇進行退火。在一些實施例中，通過掩膜和高劑量的磷離子植入工藝，制備重摻雜N-型區(qū)的N+沉降片(圖中沒有表示出)，以便接觸N+掩埋層206，如上所述。N+沉降片是可選的，在本發(fā)明的一些實施例中，可以省略。
然后，除去襯墊氧化層212，并且在第一外延層210上制備第二 N-型外延層220，如圖9C所示。在第二外延層220上生長一個襯墊氧化層222。然后，通過另一次掩膜工藝，限定P+沉降區(qū)(P+ Sinker) 224的區(qū)域。利用P-型摻雜物(例如硼)進行離子植入工藝。對于很深的離子植入，要用高劑量的P+沉降片植入工藝，如圖9C所示。P+沉降區(qū)224在垂直方向上與P+掩埋層214對準。在一些實施例中，通過掩膜和高劑量的磷離子植入工藝，制備N+沉降片(圖中沒有表示出)，以便接觸形成在第一外延層中的N+沉降片。N+沉降片是可選的，在本發(fā)明的一些實施例中，可以省略。然后，將含有第一和第二外延層210、220的半導(dǎo)體器件退火，并將從P+上ISO層204、P+掩埋層214以及P+沉降區(qū)224植入的摻雜物擴散，使垂直方向上對準的植入?yún)^(qū)相互合并，如圖9D所示。更確切地說，P+沉降區(qū)224a與P+掩埋層214a合并，以構(gòu)成連續(xù)的P+區(qū)，用于制備橫向PNP晶體管的發(fā)射極230。P+沉降區(qū)224b與P+掩埋層214b合并，以構(gòu)成連續(xù)的P+區(qū)，用于制備橫向PNP晶體管的集電極232。當集電極作為發(fā)射極周圍的環(huán)時，P+沉降區(qū)224c和P+掩埋層214c可以連接到或作為P+沉降區(qū)224a和P+掩埋層214a周圍的一個環(huán)區(qū)。最終，P+沉降區(qū)224d與P+掩埋層214d合并，并且進一步與P+上ISO區(qū)204d合并，以構(gòu)成一個連續(xù)的P+區(qū)，可以用于制備橫向PNP晶體管的隔離結(jié)構(gòu)234。然后通過電介質(zhì)沉積、接觸掩膜和刻蝕，以及接頭金屬化等后續(xù)的處理工藝，完成橫向PNP晶體管。因此，無需使用溝槽，就可以制備帶有深發(fā)射極和深集電極區(qū)的橫向PNP晶體管。在本實施例中，利用兩個N-型外延層，制備橫向PNP雙極晶體管。在其他實施例中，可以在襯底上連續(xù)制備三個或多個N-型外延層，以構(gòu)成深發(fā)射極和集電極區(qū)。每個N-型外延層都包括重摻雜P+區(qū)，在垂直方向上與形成在鄰近的外延層中的P+區(qū)對齊，使所有的垂直對齊的P+區(qū)都在退火后合并到單獨的垂直擴散區(qū)中。以這種方式，形成了帶有深發(fā)射極和深集電極區(qū)的橫向PNP晶體管。(4)帶有柵極結(jié)的溝槽PNP 圖10表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，橫向溝槽雙極晶體管的剖面圖。參見圖10，橫向雙極晶體管300形成在P-型襯底302上，N-型掩埋層(NBU304形成在上面。N-型外延層306形成在P-型襯底302上。溝槽308、310形成在外延層306中，并用P+摻雜多晶硅或金屬填充。當溝槽被P+摻雜多晶硅填充時，后續(xù)退火過程中向外擴散的P-型摻雜物，在溝槽附近構(gòu)成P+擴散區(qū)312和314。柵極多晶硅316，被柵極氧化層與N-外延層306分開，形成在兩個溝槽之間的N-外延層上方。電介質(zhì)層形成在柵極多晶硅上方，并且制成到溝槽的接頭。這樣一來，溝槽308、310構(gòu)成橫向PNP晶體管的發(fā)射極和集電極端。更確切地說，發(fā)射極形成在溝槽308中，而集電極形成在溝槽310中。基極形成在N-外延層306中，到基極的接頭可以穿過N+沉降片到N+掩埋層304。在一個實施例中，柵極多晶硅316短接至發(fā)射極，使柵極多晶硅作為基極區(qū)的場板。在另一個實施例中，用作柵極控制器的柵極多晶硅316提供擊穿電壓調(diào)諧。更確切地說，可利用柵極控制器改變發(fā)射極到柵極的擊穿電壓。(5 )合并的橫向PNP和LDMOS
圖11表示依據(jù)本發(fā)明的一個實施例，帶有LDMOS晶體管的合并橫向PNP雙極晶體管的剖面圖。參見圖11，橫向雙極晶體管400形成在P-型襯底402上，N-型掩埋層404形成在上面。N-外延層406形成在P-型襯底402上。高壓P-阱(HVPW)420形成在N-外延層406中，以構(gòu)成LDMOS晶體管的漂流區(qū)。高壓P-阱420的摻雜濃度低于標準的P-講，使P-阱能夠承受高電壓。場氧化層418形成在N-外延層的頂面上，以及P-阱410中。溝槽408形成在外延層406中，而另一個溝槽410形成在高壓P-阱420中，在場氧化層418的遠端。然后，都用P+摻雜多晶硅或金屬填充這兩個溝槽。當溝槽被P+摻雜多晶硅填充時，后續(xù)退火過程中向外擴散的P-型摻雜物，在溝槽附近構(gòu)成P+擴散區(qū)412和414。柵極多晶硅416，被柵極氧化層與N-外延層406分開，形成在溝槽408開始的N-外延層上方、P-阱420上方以及場氧化層418上方。電介質(zhì)層形成在柵極多晶硅上方，并且制成到溝槽的接頭。這樣一來，溝槽408、410構(gòu)成橫向PNP晶體管的發(fā)射極和集電極端。更確切地說，發(fā)射極形成在溝槽408中，而集電極形成在溝槽410中?；鶚O形成在N-外延層406中，到 基極的接頭可以穿過N+沉降片到N+掩埋層404。LDMOS晶體管通過柵極多晶硅416構(gòu)成，發(fā)射極端作為源極，集電極端作為漏極。LDMOS晶體管的作用是提高發(fā)射極/源極到柵極的擊穿電壓。上述詳細說明用于解釋說明本發(fā)明的典型實施例，并不作為局限。本發(fā)明范圍內(nèi)可能存在各種修正和變化。本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種橫向雙極晶體管包括 一個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底； 一個形成在襯底上的第二導(dǎo)電類型的外延層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反； 第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層以及第二導(dǎo)電類型的第二掩埋層，都形成在襯底和外延層之間，第一掩埋層位于溝槽絕緣結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方； 一個形成在外延層上方的電介質(zhì)層； 形成在電介質(zhì)層和外延層中的第一和第二溝槽，溝槽至少用一個多晶硅層填充，多晶硅層通過電介質(zhì)層，至少與每個溝槽的底部絕緣，多晶硅層摻雜第一導(dǎo)電類型的摻雜物；以及 第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)，形成在各自的第一和第二溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，每個溝槽的多晶硅層都與各自溝槽側(cè)壁周圍各自的擴散區(qū)電接觸， 其中發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中，基極區(qū)形成在第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中，第一和第二擴散區(qū)與第一和第二溝槽相連，第一溝槽中的多晶硅層形成在電介質(zhì)層上方，并且延伸到一部分基極區(qū)上方，第一溝槽的多晶硅層延伸部分作為基極區(qū)的一個場板。
2.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，第一和第二溝槽在每個溝槽下部都用第一多晶硅層填充，在每個溝槽上部都用第二多晶硅層填充，通過一個薄氧化層，第一多晶娃層與溝槽的側(cè)壁和底部絕緣，第二多晶娃層重摻雜第一導(dǎo)電類型的摻雜物。
3.如權(quán)利要求2所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，形成在外延層上方的電介質(zhì)層是由氧化物硬掩膜構(gòu)成的。
4.如權(quán)利要求2所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，形成在外延層上方的電介質(zhì)層是由一個氮化層構(gòu)成的。
5.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，第一和第二溝槽都用形成在每個溝槽底部的氧化層填充，溝槽的剩余部分用多晶硅層進一步填充，多晶硅層用第一導(dǎo)電類型的摻雜物重摻雜，通過重摻雜的多晶硅層向外擴散的摻雜物，形成第一和第二擴散區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的橫向雙極晶體管,其特征在于,形成在外延層上方的電介質(zhì)層是由一個氧化層構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求5所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，形成在外延層上方的電介質(zhì)層是由一個覆蓋著氮化層的氧化層構(gòu)成的。
8.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括 第二導(dǎo)電類型的第一和第二溝槽底部擴散區(qū)，每個溝槽底部擴散區(qū)都形成在各自的第一或第二溝槽底部下方。
9.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括 一個發(fā)射極接頭，接觸形成在第一溝槽中的多晶硅層；以及 一個集電極接頭，接觸形成在第二溝槽中的多晶硅層。
10.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括 一個第二導(dǎo)電類型的沉降擴散區(qū)，形成在外延層中，延伸到第二掩埋層，并與第二掩埋層電接觸。
11.如權(quán)利要求10所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括一個基極接頭，接觸沉降擴散區(qū)。
12.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括 一個第三溝槽，形成在電介質(zhì)層和外延層中，至少用一個多晶硅層填充第三溝槽，通過電介質(zhì)層，多晶娃層至少與第三溝槽的底部絕緣；多晶娃層摻雜第一導(dǎo)電類型的摻雜物；以及 一個第一導(dǎo)電類型的第三擴散區(qū)，形成在第三溝槽的側(cè)壁周圍，第三溝槽的多晶硅層與第三溝槽側(cè)壁周圍的第三擴散區(qū)電接觸，其中溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成在第三溝槽中，第三溝槽的寬度大于第一和第二溝槽，并且其深度也大于第一和第二溝槽，第三擴散區(qū)延伸到第一掩埋層，并與第一掩埋層電接觸。
13.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，還包括 一個第二導(dǎo)電類型的第四擴散區(qū)，形成在第一溝槽的第一擴散區(qū)周圍；以及 一個第二導(dǎo)電類型的第五擴散區(qū)，形成在第二溝槽的第二擴散區(qū)周圍， 其中第四和第五擴散區(qū)的摻雜水平都高于外延層的摻雜水平。
14.如權(quán)利要求13所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，第四擴散區(qū)與第一溝槽相連，第五擴散區(qū)與第二溝槽相連，第四擴散區(qū)和第五擴散區(qū)被外延層中的橫向距離分開。
15.如權(quán)利要求13所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，與第一溝槽相連的第四擴散區(qū)，Htt鄰與第二溝槽相連的第五擴散區(qū)。
16.如權(quán)利要求1所述的橫向雙極晶體管，其特征在于，第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。
17.—種用于制備橫向雙極晶體管的方法,包括 制備一個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底； 在襯底中，制備一個第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層以及第二導(dǎo)電類型的第二掩埋層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，第一掩埋層位于溝槽隔離結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方； 在襯底上，制備一個第二導(dǎo)電類型的外延層； 在外延層上方，制備一個電介質(zhì)層； 在電介質(zhì)層和外延層中，制備第一和第二溝槽； 在各自的第一和第二溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，制備第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)； 在每個溝槽的下部，制備一個襯里氧化層和一個第一多晶硅層，通過襯里氧化層，第一多晶硅層與溝槽的側(cè)壁絕緣； 在每個溝槽的上部，制備一個第二多晶硅層，第二多晶硅層重摻雜第一導(dǎo)電類型，每個溝槽的第二多晶硅層與各自溝槽側(cè)壁周圍各自的擴散區(qū)電接觸；并且 在電介質(zhì)層上方，制備第一溝槽的第二多晶娃層的延伸部分，延伸到一部分基極上方，第一溝槽的第二多晶硅層的延伸部分作為基極區(qū)的場板， 其中發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中，基極區(qū)形成在與第一和第二溝槽相連的第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括 制備第二導(dǎo)電類型的第一和第二溝槽底部擴散區(qū)，每個溝槽底部擴散區(qū)都形成在各自的第一和第二溝槽底部下方。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括 在外延層中，制備一個第二導(dǎo)電類型的沉降擴散區(qū)，延伸到第二掩埋層，并與第二掩埋層電接觸。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括 在電介質(zhì)層和外延層中，制備一個第三溝槽； 在第三溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，制備一個第一導(dǎo)電類型的第三擴散區(qū)； 在第三溝槽的下部，制備一個襯里氧化層和一個第一多晶硅層，通過襯里氧化層，第一多晶硅層與第三溝槽的側(cè)壁絕緣；并且 在第三溝槽的上部，制備一個第二多晶硅層，第二多晶硅層重摻雜第一導(dǎo)電類型，第三溝槽的第二多晶硅層與第三溝槽側(cè)壁周圍各自的擴散區(qū)電接觸； 其中，溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成在第三溝槽中，第三溝槽的寬度大于第一和第二溝槽，其深度也大于第一和第二溝槽，第三擴散區(qū)延伸到第一掩埋層，并與第一掩埋層電接觸。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括 在第一溝槽的第一擴散區(qū)周圍，制備一個第二導(dǎo)電類型的第四擴散區(qū)；并且 在第二溝槽的第二擴散區(qū)周圍，制備一個第二導(dǎo)電類型的第五擴散區(qū)， 其中第四和第五擴散區(qū)的摻雜水平都高于外延層的摻雜水平。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，與第一溝槽相連的第四擴散區(qū)，以及與第二溝槽相連的第五擴散區(qū)，被外延層中的一段橫向距離分隔開。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，與第一溝槽相連的第四擴散區(qū)，毗鄰與第二溝槽相連的第五擴散區(qū)。
24.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。
25.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,在外延層上方制備一個電介質(zhì)層,包括在外延層上方制備一個氧化物硬掩膜。
26.如權(quán)利要求17所述的方法,其特征在于,在外延層上方制備一個電介質(zhì)層，包括在外延層上方制備一個氮化層，并且在氮化層上方制備一個氧化物硬掩膜，該方法還包括 在制備襯里氧化層和第一多晶硅層之前，除去氧化物硬掩膜。
27.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，制備第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)，在各自的第一和第二溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，包括 在第一和第二溝槽中，植入第一導(dǎo)電類型的摻雜物，利用帶旋轉(zhuǎn)的多傾斜角進行植入。
28.—種用于制備橫向雙極晶體管的方法,其特征在于,包括 制備一個第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底； 在襯底中，制備一個第一導(dǎo)電類型的第一掩埋層以及一個第二導(dǎo)電類型的第二掩埋層，第二導(dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，第一掩埋層位于溝槽隔離結(jié)構(gòu)下方，第二掩埋層位于基極區(qū)下方； 在襯底上，制備一個第二導(dǎo)電類型的外延層； 在外延層上方，制備一個電介質(zhì)掩膜層；在電介質(zhì)掩膜層和外延層中，制備第一和第二溝槽； 除去電介質(zhì)掩膜層； 在外延層上方以及第一和第二溝槽中，制備一個第二電介質(zhì)層； 各向同性地刻蝕第二電介質(zhì)層，在外延層的頂面上以及每個溝槽的底部，保留第二電介質(zhì)層； 在第二電介質(zhì)層上方和每個溝槽中，制備一個多晶娃層，多晶娃層重摻雜第一導(dǎo)電類型； 形成多晶硅層的圖案，以制備與每個溝槽相連的多晶硅區(qū)，并且在第二電介質(zhì)層上方，制備第一溝槽的多晶娃層延伸部分，延伸到一部分基極區(qū)上方，第一溝槽的多晶娃層延伸部分作為基極區(qū)的場板；并且 使外延層和多晶娃層退火，通過第一導(dǎo)電類型的第一和第二擴散區(qū)的摻雜物向外擴散，在各自的第一和第二溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，每個溝槽的多晶硅層都與各自溝槽側(cè)壁周圍的擴散區(qū)電接觸， 其中發(fā)射極區(qū)形成在第一溝槽和第一擴散區(qū)中，集電極區(qū)形成在第二溝槽和第二擴散區(qū)中，基極區(qū)形成在與第一和第二溝槽相連的第一和第二擴散區(qū)之間的外延層中。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括 在外延層中，制備一個第二導(dǎo)電類型的沉降擴散區(qū)，延伸到第二掩埋層，并且與第二掩埋層電接觸。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括 在絕緣層和外延層中，制備一個第三溝槽； 在第三溝槽的底部，制備第二電介質(zhì)層； 在第三溝槽中，制備多晶硅層；并且 使外延層和多晶娃層退火，通過第一導(dǎo)電類型的第三擴散區(qū)的摻雜物向外擴散，在各自的第三溝槽側(cè)壁周圍的外延層中，第三溝槽的多晶硅層與第三溝槽側(cè)壁周圍的第三擴散區(qū)電接觸， 其中溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成在第三溝槽中，第三溝槽的寬度大于第一和第二溝槽，其深度也大于第一和第二溝槽，第三擴散區(qū)延伸到第一掩埋層，并且與第一掩埋層電接觸。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，還包括 在第一溝槽的第一擴散區(qū)周圍，制備一個第二導(dǎo)電類型的第四擴散區(qū)；并且 在第二溝槽的第二擴散區(qū)周圍，制備一個第二導(dǎo)電類型的第五擴散區(qū)， 其中第四和第五擴散區(qū)的摻雜水平都高于外延層的摻雜水平。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，與第一溝槽相連的第四擴散區(qū)，以及與第二溝槽相連的第五擴散區(qū)，被外延層中的一段橫向距離分隔開。
33.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，與第一溝槽相連的第四擴散區(qū)，紙鄰與第二溝槽相連的第五擴散區(qū)。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，第一導(dǎo)電類型為P-型，第二導(dǎo)電類型為N-型。
35.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,在外延層上方制備一個電介質(zhì)掩膜層,包括在外延層上方制備一個氧化物硬掩膜。
36.如權(quán)利要求28所述的方法,其特征在于,在外延層上方制備一個電介質(zhì)掩膜層，包括在外延層上方制備一個氮化層，并且在氮化層上方制備一個氧化物硬掩膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橫向雙極晶體管包括溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)，以制備極窄發(fā)射極區(qū)，從而提高發(fā)射極效率。利用相同的溝槽工藝，制備發(fā)射極/集電極溝槽以及溝槽隔離結(jié)構(gòu)，從而無需使用額外的處理步驟，就能制備溝槽發(fā)射極和集電極。在本發(fā)明的實施例中，可以利用離子植入到形成在半導(dǎo)體層中的溝槽，制備溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)。在其他實施例中，可以通過重摻雜多晶硅填充溝槽的摻雜物向外擴散，制備溝槽發(fā)射極和溝槽集電極區(qū)。
文檔編號H01L29/08GK103022091SQ20121034839
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者雪克·瑪力卡勒強斯瓦密, 弗蘭茨娃·赫爾伯特 申請人:萬國半導(dǎo)體股份有限公司