專利名稱：槽隔離的雙極型器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙極型半導(dǎo)體器件，特別是用槽電隔離或界定的雙極型晶體管和半導(dǎo)體二極管。
在制作雙極型晶體管時，可以使用重?fù)诫s內(nèi)層，底擴散區(qū)或“掩埋層”。底擴散層的用途是降低NPN晶體管的集電極串聯(lián)電阻，并用作相應(yīng)橫向PNP晶體管的基極連接。引入通常為N+型的重?fù)诫s底擴散區(qū)，元件的性能可以得到顯著的提高。這種在外延層生長在硅板上之前制備的底擴散區(qū)通過包含N+型深擴散區(qū)的區(qū)域連接到元件表面，其中元件制作在外延層上。在該區(qū)域中，摻雜首先在表面上進行，然后通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，在摻雜工藝中引入的原子向下深擴散到硅板。制作在同一硅板上的各個元件通過包含深P型擴散區(qū)的區(qū)域相互隔離，其中P型擴散區(qū)穿過外延層向下擴散到硅板的內(nèi)部或內(nèi)材料，即襯底，襯底在這里是P型硅。
對于

圖1所示的NPN晶體管，重?fù)诫s內(nèi)層或底擴散層1通過在N型外延層5生長在硅板3上之前由P型襯底3的表面進行擴散而制備。底擴散區(qū)1位于集電極的整個有源區(qū)7的下面，用于降低集電極連接的串聯(lián)阻抗。對于NPN晶體管，該串聯(lián)阻抗通常由非常薄的、構(gòu)成有源集電極區(qū)域7的N型輕摻雜硅層決定。這樣，通過利用低阻抗、且對于NPN晶體管為N+的重?fù)诫s底擴散區(qū)1來并聯(lián)輕摻雜集電極層7，可以顯著地提高元件的性能，即降低外部集電極接觸9和集電極的有源部分7之間的阻抗。然后，N+型底擴散區(qū)通過N+型局部深擴散區(qū)11連接元件表面，以獲得集電極銷，銷的上表面連接到外部集電極接觸9。此外，底擴散層1還延伸在晶體管的所有有源區(qū)下面。因此，它延伸在P型層13中的所有基極和N+摻雜的發(fā)射極層15的下面。各個晶體管通過P+型局部深擴散區(qū)17而相互隔離，其中局部深擴散區(qū)穿過外延層5向下延伸到襯底3，襯底如所指出的，在標(biāo)準(zhǔn)情況下是P型硅。
在一些IC應(yīng)用中，還使用PNP型橫向雙極型晶體管，見圖2a和2b。在這中情況下，仍為N+型的底擴散層21構(gòu)成到基極23的連接，基極是N型外延層。為了進一步降低到基極23的接觸阻抗，還使用了N+型局部深擴散區(qū)25，局部深擴散區(qū)由元件表面向下延伸到底擴散區(qū)21。在該情況下，底擴散區(qū)21還延伸在晶體管的所有有源區(qū)的下面，即在P+型集電極27和所有也是P+摻雜的發(fā)射極29的下面。底擴散區(qū)21通過由P型襯底31的表面進行的擴散而制備。在圖2b的平面圖中，PNP晶體管的布局通常呈方形，形成方形結(jié)構(gòu)或類方形或環(huán)形結(jié)構(gòu)的各種區(qū)域。
在這種情況下，使用底擴散區(qū)的優(yōu)點包括i.降低基極阻抗；ii.降低在N型外延層23和P型襯底之間的連接過渡區(qū)或結(jié)中的空穴濃度。由此降低垂直寄生PNP晶體管的電流增益，該晶體管由襯底-基極-發(fā)射極或襯底-基極-集電極形成。這樣，在PNP晶體管中可以獲得更好的電流放大和更好的頻率特性。同樣在這種情況下，元件通過未示出的P型深擴散區(qū)來相互隔離，P型深擴散區(qū)穿過外延層23向下擴散到襯底31，襯底是P型硅。
在制作高頻晶體管時，對于想獲得非常高性能的人，利用深向下刻蝕到硅、且在其靠上的部分具有基本垂直的側(cè)壁的溝，即所謂的“槽”，替換結(jié)合上面圖1描述的、用于隔離各個元件例如晶體管的P+型局部深擴散區(qū)17是很普通的，見圖7和，例如P.C.Hunt和M.P.Cooke，“Process HEA highly advanced trench isolated bipolar technologyfor analogue and digital applications”，Proc.Of IEEE 1988，Custom & Integr.Circuits Conf.，N.Y.，May 16-19。因此，可以在降低各個晶體管的尺寸，特別是晶體管的橫向尺寸的同時，橫向即是沿著硅板表面的方面，顯著地降低底擴散區(qū)和襯底之間的電容，并且可以獲得更好的元件隔離。
在所有這些設(shè)計中，沿著結(jié)構(gòu)表面的方向，為了分別制備集電極銷和基極連接擴散區(qū)，以及隔離晶體管的裝置，而占用了大量的區(qū)域美國專利US-A5,003,365公開了一種NPN型雙極型晶體管?；诶闷鋫?cè)壁上的氧化物進行絕緣的槽中填充N+型導(dǎo)電多晶硅這一事實，可以獲得到N型集電極區(qū)6的連接。在槽側(cè)壁上的氧化層中存在一個孔，通過這個孔，由槽中的填料擴散限制區(qū)。該區(qū)域形成近乎半圓柱形，并具有沿位于槽側(cè)壁上的橫斷面延伸的表面。在側(cè)壁氧化物中制備這個孔需要多個額外的工藝步驟。由于穿過槽連接集電極，所以晶體管在襯底表面上占據(jù)的面積很小。由于槽的所有寬度都用于連接，因此其隔離功能下降，并產(chǎn)生不期望的與襯底的電容。
在美國專利US-A5,496,745中，公開的雙極型晶體管具有位于有源集電極層23下面的底擴散區(qū)22，其中底擴散區(qū)直接連接到槽外部的連接銷35，而槽界定了集電極層。晶體管占據(jù)的襯底表面較大。
在美國專利US-A5,187,554中，該專利對應(yīng)于已出版的、公開了具有掩埋集電極區(qū)的雙極型NPN晶體管的歐洲專利中請0 303 435。圖3-5示例了集電極區(qū)是如何穿過至少部分制作在隔離槽中的凹陷而連接到外部電接觸的，凹陷制作在槽的內(nèi)側(cè)壁上。這種結(jié)構(gòu)降低了晶體管的面積和寄生電容。
本發(fā)明的目的是提供一種具有改善性能的槽隔離晶體管。
本發(fā)明的目的是提供一種具有較好性能、且在襯底上占據(jù)的面積很小的槽隔離晶體管。
本發(fā)明的目的是提供一種槽隔離晶體管，該晶體管在襯底和集電極之間具有盡可能小的電容。
本發(fā)明的目的是為了在槽隔離半導(dǎo)體器件中連接內(nèi)導(dǎo)電層而提供一種器件和方法，該器件易于制備，該方法可以以簡單的方式實現(xiàn)，在制作半導(dǎo)體器件時利用最少數(shù)目的額外步驟。
本發(fā)明的目的是為了在槽隔離半導(dǎo)體器件中連接內(nèi)導(dǎo)電層而提供一種器件和方法，它對器件電氣特性的影響最小，特別是與制作在同一襯底上的其它器件的隔離。
本發(fā)明的目的是提供一種槽隔離的晶體管，其中槽是以高效的方式制備的。
雙極型器件是上述美國專利5,187,554公開的通用類型。它可以是與內(nèi)層的低阻抗電氣連接，例如晶體管中的底擴散區(qū)，連接在襯底表面上占據(jù)較小的區(qū)域。因此，晶體管將在襯底表面上占據(jù)較小的區(qū)域，底擴散區(qū)的橫向長度縮短，由此降低了與襯底的電容。
本發(fā)明解決的問題是如何提供所需空間較小的連接，同時該連接能夠以簡單的方式，利用盡可能少的額外工藝步驟和便于實現(xiàn)的工藝步驟制備。
為了獲得與內(nèi)區(qū)域或內(nèi)層的電氣連接，電氣連接具有良好的導(dǎo)電性，且位于由槽隔離的雙極型半導(dǎo)體器件的內(nèi)部，特別是底擴散區(qū)，底擴散區(qū)形成子集電極或基極接觸，使用了槽中的孔。內(nèi)區(qū)域或內(nèi)層通常位于雙極型器件的所有有源區(qū)的下面?？滋畛淞藢?dǎo)電材料，并從器件表面向下延伸，導(dǎo)電材料與導(dǎo)電性好的內(nèi)區(qū)域或內(nèi)層接觸。如上述美國專利5,187,554那樣，可以獲得半導(dǎo)體器件，該器件在襯底上占據(jù)較小的橫向區(qū)域。由于還縮短了底擴散區(qū)的橫向長度，且連接制作在底擴散區(qū)的側(cè)表面上，因此在表面方向上不需要用于連接的區(qū)域，同時降低了底擴散區(qū)與襯底的電容。制備孔需要一個額外的工藝步驟，但是填充孔可以在施加某層的同時進行，該層是制備雙極型器件的其它細(xì)節(jié)所必需的，例如在將材料淀積在發(fā)射極開口或為外部接觸而淀積金屬材料的時候。如果需要，孔還可以在獨立的額外工藝步驟中填充。
孔優(yōu)選地位于槽側(cè)壁上的與外圍材料接觸的邊緣表面上，然后在氧化物層中形成開口，通常開口位于絕緣槽的側(cè)壁上。該氧化物層中的開口在器件的上自由表面上具有一個邊沿。然后，孔的側(cè)壁與器件側(cè)表面的想象部分重合，即在制備孔之前存在的先前側(cè)表面。因此，孔中的導(dǎo)電材料與器件中位于槽外部的區(qū)域發(fā)生電氣接觸，該區(qū)域位于孔上。利用只刻蝕槽中的材料、而不刻蝕與槽橫向相鄰的區(qū)域中的材料的選擇刻蝕工藝，可以得到簡化的制備工藝。由此，槽中的孔由器件表面上的槽開口，在槽開口處垂直于表面向下延伸，孔還與槽的相對邊保持一定的距離，這樣在相對邊的區(qū)域具有半絕緣材料的電氣絕緣性。由于該區(qū)域遠(yuǎn)厚于熱表面氧化物，接觸孔中的材料與襯底材料之間的電容很小。
與內(nèi)部例如底擴散區(qū)接觸的凹陷是用于例如作為閉槽的橫向PNP晶體管的，因此，具有一個環(huán)形。它環(huán)繞器件的有源區(qū)延伸，并由第一側(cè)壁界定了器件的有源區(qū)，因此具有與有源區(qū)的直接邊界。
凹陷中的導(dǎo)電材料包括一些類型的重?fù)诫s硅，例如摻雜非晶硅和/或摻雜微晶硅和/或摻雜多晶硅或者甚至是金屬，特別是鎢。在一個實施方案中，可以在限定和刻蝕 器件有源區(qū)的其它接觸孔的同時，界定并刻蝕出凹陷，在利用CVD方法向其它接觸孔淀積鎢的同時，填充凹陷，這樣不需要額外的工藝步驟來制備凹陷。
器件中使用的槽可以利用常用的刻蝕方法制備。此后，在槽壁上，利用淀積的方法，在底部熱生長氧化硅和薄氮化硅疊層。最后，通過在板表面上施加氧化硅層來填充槽的剩余主部分，例如淀積適當(dāng)類型的氧化硅。然后，氮化硅層在用于拋光氧化硅層的后續(xù)拋光刻蝕步驟中用作刻蝕停止層，利用該層可以填充槽的主部分。此外，如果填充工藝中使用的氧化硅材料具有雜質(zhì)，氮化硅層可以阻止雜質(zhì)擴散到襯底材料中。這種擴散將會降低槽的電氣絕緣特性。
環(huán)形溝的側(cè)壁，如上面看到的，基本上相互平行，并且環(huán)繞所有的有源區(qū)域以相互均勻的間隔配置。側(cè)壁優(yōu)選地沿兩個同心矩形或放置在另一個內(nèi)部的矩形的輪廓線延伸。為了在制備器件時便于利用導(dǎo)電材料再填充溝，外側(cè)壁輪廓線中的直角可以傾斜45°，這樣該側(cè)壁總是沿內(nèi)角均等于135°的多邊形延伸。這對于槽的側(cè)壁也是優(yōu)選的。通常，為了在制備器件時便于利用材料分別再填充溝或槽，溝以及槽的外側(cè)壁的角度應(yīng)當(dāng)基本上大于90°，特別是135°或者至少等于135°。
當(dāng)器件是橫向PNP晶體管時，晶體管的發(fā)射極區(qū)域和/或集電極區(qū)域，及其沿器件表面的橫向擴展，由電氣絕緣表面層中通過光刻界定的開口確定。通常，沿著器件表面觀察，發(fā)射極和集電極區(qū)域由厚場氧化物區(qū)域環(huán)繞，然后電氣絕緣表面層覆蓋環(huán)繞的場氧化物區(qū)域，并沿朝向有源區(qū)的方向延伸超出場氧化物，這樣電氣絕緣表面層帶分別位于發(fā)射極或集電極區(qū)域和最近鄰該區(qū)域的場氧化物區(qū)域之間。電氣絕緣表面層優(yōu)選地包括氮化硅和氧化硅疊層。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下面的說明書中陳述，并且部分地根據(jù)說明書變得顯而易見，或通過本發(fā)明的實踐得到理解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以通過附屬權(quán)利要求特別指出的方法、工藝、工具及其組合來實現(xiàn)和獲得。
盡管附屬權(quán)利要求陳述了本發(fā)明的新穎特點，但是通過下面參照附圖給出的非限定實施方案的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的組織和內(nèi)容以及上述和其它特點，其中圖1是具有底擴散區(qū)的現(xiàn)有技術(shù)雙極型NPN晶體管的剖面簡圖，圖2a是具有連接基極的底擴散區(qū)的現(xiàn)有技術(shù)橫向雙極型PNP晶體管的剖面簡圖，圖2b是圖2a中的PNP晶體管的頂視簡圖，圖3是結(jié)構(gòu)的剖面簡圖，該圖是在制備具有適當(dāng)性能的槽隔離NPN晶體管時，在第一步驟完成之后獲得的，第一步驟包括形成底擴散區(qū)和外延表面層，圖4是在界定有源區(qū)和形成隔離槽之后，類似于圖3的剖面簡圖，圖5是在形成外部基極連接和為形成內(nèi)部基極而進行注入之后，類似于圖4的剖面簡圖，圖6是在形成隔片、內(nèi)部發(fā)射極、內(nèi)部集電極和發(fā)射極集電極連接之后，類似于圖5的剖面簡圖，圖7是在進行鈍化和金屬化之后，類似于圖6的已完成的具有適當(dāng)性能NPN晶體管的剖面簡圖，圖8是示出結(jié)構(gòu)的剖面簡圖，該結(jié)構(gòu)是在制備槽隔離緊湊雙極型NPN晶體管并且具有高性能時，在形成底擴散區(qū)和外延表面層之后獲得的，圖9是在界定有源區(qū)和進行槽隔離之后，類似于圖8的剖面簡圖，圖10是在形成外部基極連接和為形成內(nèi)部基極而進行注入之后，類似于圖9的剖面簡圖，圖11是在形成隔片和制作集電極連接孔之后，類似于圖10的剖面簡圖，圖12是在形成內(nèi)部基極和制作集電極發(fā)射極連接之后，類似于圖11的剖面簡圖，圖13a是在進行鈍化和金屬化之后，類似于圖12的剖面簡圖，已完成NPN晶體管的結(jié)構(gòu)是由該平面圖給出的，圖13b是類似于圖13a的剖面簡圖，該圖示出已完成NPN晶體管的另一個實施方案，其中的集電極連接是在金屬化步驟中完成的，圖13c是頂視圖，該圖簡略地示出圖13a中的已完成NPN晶體管的一些層的輪廓線，圖14是結(jié)構(gòu)的剖面簡圖，該結(jié)構(gòu)是在制備槽隔離雙極型PNP晶體管并且具有適當(dāng)性能時，在包括形成底擴散區(qū)和外延表面層的第一步驟完成之后獲得的，圖15是在界定有源區(qū)和完成槽隔離之后，類似于圖14的剖面簡圖，圖16是在界定發(fā)射極、集電極和基極連接區(qū)域之后，類似于圖15的剖面簡圖，圖17是在完成鈍化和金屬化之后，類似于圖16的具有適當(dāng)性能的已完成PNP晶體管的剖面簡圖，圖18是示出結(jié)構(gòu)的剖面簡圖，該結(jié)構(gòu)是在制備槽隔離緊湊雙極型NPN晶體管并且具有高性能時，在形成底擴散區(qū)和外延表面層之后獲得的，圖19是在界定有源區(qū)和完成槽隔離之后，類似于圖18的剖面簡圖，
圖20是在對有源區(qū)上的疊層進行圖形化之后，類似于圖19的剖面簡圖，圖21a是典型PNP晶體管的基極寬度與電流增益的關(guān)系曲線，圖21b是在對有源區(qū)上的多晶硅進行圖形化之后，類似于圖20的剖面簡圖，圖22是在對基極連接進行圖形化和刻蝕之后，類似于圖21b的剖面簡圖，圖23是在為形成上基極連接而淀積、圖形化和刻蝕多晶硅層之后，類似于圖22的剖面簡圖，圖24是在進行鈍化和金屬化之后，類似于圖23的剖面簡圖，已完成PNP晶體管的結(jié)構(gòu)由該平面圖給出，和圖25是頂視圖，該圖簡略地示出已完成NPN晶體管的一些層的輪廓線。
參考圖3-7，首先描述制備NPN型雙極型晶體管的方法，該晶體管是用槽隔離的，并且具有適當(dāng)?shù)男阅?。P型單晶硅板101用作初始材料，它具有處于(100)晶面的表面，見圖3。N+型底擴散區(qū)103或“掩埋層”由光刻工藝界定，其中底擴散區(qū)由例如利用砷或銻進行離子注入的層構(gòu)成，隨后在板上生長的是厚度大約為2μm的硅外延層105。然后，利用光刻和離子注入工藝在板的表面上分別界定N型和P型區(qū)域107，109。采用例如磷進行離子注入而制備的N型區(qū)域107直接安置在N+型底擴散區(qū)103的頂部。采用例如硼離子注入制備的其它區(qū)域109是P型摻雜的，沒有用在待制備的晶體管中。
有源區(qū)是利用傳統(tǒng)的LOCOS方法(硅的局域氧化)界定的，見，例如，“Local oxidation of silicon and its application insemiconductor technology”，J.A.Appel等人，Philips Res.Rept.Vol.25，1970，pp.118-132，其中氧化帶111跨越N型區(qū)域107，以便將表面上的集電極區(qū)域113與更寬的基極發(fā)射極區(qū)域115隔離開。在局部氧化中，還制備了外限制區(qū)域125，該區(qū)域由N型層107的邊緣延伸在環(huán)繞的P型區(qū)域109上。隨后，光刻界定到絕緣槽119的開口，該槽由界定氧化區(qū)域125的位置向下一直到達(dá)襯底，見圖4。然后，利用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕位于開口中的、外限制區(qū)域125和襯底材料中的氧化物材料，向下深達(dá)襯底101，直到槽的深度達(dá)到預(yù)期的深度，大約為5-10μm。為了形成氧化物層121，對槽的表面，即側(cè)壁和底表面，進行熱氧化，隨后向槽中填充絕緣或半絕緣材料123，例如氧化硅或多晶硅。在板的表面上利用干法刻蝕工藝刻蝕填充工藝中使用的材料，直到在槽119的開口部分獲得平坦的表面，該表面與襯底表面的其它部分處于同一高度。隨后，在向槽中填充多晶硅的情況下，為了在表面上獲得絕緣層126，對元件表面上的槽119的開口進行氧化處理。如果在開始時槽中就填充了氧化物，那么就不需要額外的氧化處理了。
在形成槽119之后，通過光刻工藝界定集電極銷127，即元件表面和底擴散區(qū)103之間的低阻抗連接，隨后通過離子注入施加摻雜劑，通常是磷，見圖5。
對制造工藝的后續(xù)方法的描述將結(jié)合所謂的、具有自對準(zhǔn)基極發(fā)射極結(jié)的雙多晶硅型NPN晶體管的制備過程進行，因為這種結(jié)構(gòu)類型通常與槽絕緣一起使用。
在如上所述界定有源區(qū)113、115和形成集電極銷127之后，厚度為幾百納米的多晶硅薄層129淀積在基極發(fā)射極區(qū)域115的頂部，見圖5。隨后，利用硼離子注入將多晶硅層129摻雜為P+型，然后在多晶硅層129的頂部淀積薄CVD(化學(xué)汽相淀積)氧化物層131。在完成工藝步驟之后，摻雜了硼的P+型多晶硅層構(gòu)成外基極或基極連接。
為了界定以基極發(fā)射極區(qū)域115為中心的發(fā)射極開口133，對CVD氧化物層131和多晶硅層129進行光刻，隨后利用干法刻蝕，例如等離子體刻蝕除去這些層。在制備發(fā)射極開口133之后，在其上生長薄熱氧化物135，隨后，利用穿過薄熱氧化物層135的硼離子注入制備內(nèi)基極137。由此，內(nèi)基極或真正的基極137只好位于表面上的發(fā)射極開口133的下面。
為了隔離將在以后步驟中制備的發(fā)射極和具有P+摻雜的多晶硅層129中的外基極，沿發(fā)射極開口133的邊緣形成“隔片”139，見圖6。這是通過在板上保形淀積CVD氧化物層實現(xiàn)的，隨后，為了刻蝕板的平坦或水平部分(即那些與初始板的表面平行的部分)上的氧化物層，采用各向異性干法刻蝕工藝。由此CVD氧化物的側(cè)條139或“隔片”沿著臺階制備，該臺階是在制備發(fā)射極開口133時制備的。在形成隔片139之后，在板上淀積厚度為幾百納米的另一個薄多晶硅層141。為了成為N+型，對該層進行砷注入，并且該層是在對發(fā)射極143進行熱處理之后形成的。在圖形化和刻蝕發(fā)射極電極143之后，結(jié)構(gòu)獲得圖6所示的配置。通常還可以讓形成發(fā)射極的多晶硅141保留在集電極上，在此它用作集電極端子145。
隨后，利用例如氧化硅層147對電路進行鈍化，并在氧化硅層中光刻界定到基極、發(fā)射極和集電極的接觸孔，見圖7。在刻蝕完接觸孔之后，通過濺射例如鋁來金屬化電路。然后，光刻界定導(dǎo)電層，這樣可以分別獲得到基極、發(fā)射極和集電極的金屬接觸151、153、155。結(jié)果見圖7。
現(xiàn)在參照圖8-13c描述另一種方法，該方法的目的是制備上述類型的、但具有更高性能的槽隔離雙極型元件。由此實現(xiàn)的雙極型晶體管實施方案特別適用于期望獲得較小的晶體管單元的情況，其中為了避免寄生耦合，例如在使用硅基雙極型晶體管產(chǎn)生PA步進(“功率放大器”步進)時產(chǎn)生的耦合，集電極襯底電容Cjs應(yīng)當(dāng)盡可能地小。該方法在許多細(xì)節(jié)上類似于上述方法，差異在于尺寸，特別是水平尺寸發(fā)生了變化，一些步驟發(fā)生了變化，特別是不同元件部分的位置，以及由此產(chǎn)生的開口在掩膜中的位置等。對于附圖中的相同項采用相同的參考符號。略去制備工藝中的一些共有細(xì)節(jié)。
初始材料與上面一樣是其表面處于(100)晶面的P型單晶硅板101。N+型摻雜的底擴散區(qū)或掩埋層103由利用砷進行離子注入的層構(gòu)成。底擴散區(qū)103由光刻界定，此后，厚度大約為1μm的硅外延層105生長在板101上。隨后，利用光刻和離子注入工藝在板上分別界定出N型和P型區(qū)域107、109。由磷離子注入制備的N型區(qū)域107正好位于N+型底擴散層103的頂部。表面上的P型摻雜區(qū)域109由例如硼離子注入制備。
利用傳統(tǒng)的LOCOS方法界定有源區(qū)，見圖9，其中形成了外限制氧化物區(qū)域125。為了形成沒有氧化物層的基極發(fā)射極區(qū)域或基極發(fā)射極開口115，限制區(qū)125由鄰近N型層107的邊緣的區(qū)域開始延伸，并覆蓋環(huán)繞的P型區(qū)域?；鶚O發(fā)射極開口115可以非對稱地覆蓋在N型層107上，其中內(nèi)基極形成在層107內(nèi)，且層107還形成有源集電極區(qū)域。在其某一側(cè)，開口115可以靠近層107的邊緣，由此氧化物層125只覆蓋較小的層邊緣區(qū)域，而在其相對側(cè)，開口115位于距下層的相對邊緣較遠(yuǎn)的位置上，這樣氧化物層125覆蓋層107的更大區(qū)域。
在其中形成隔離槽119的開口是由光刻界定的，見圖9，這些開口位于N型外延層的邊緣，即在該層與P型外延層109的邊界上。這意味著開口位于限制氧化物層125上。在開口中，為了形成槽119，利用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕氧化物層中的材料和襯底材料，直到獲得期望的深度，大約為5-10μm，這樣槽向下延伸到P型襯底中，到達(dá)低于底擴散區(qū)103的下表面的水平面。然后，對槽119進行熱氧化，這樣其側(cè)壁和底表面可以獲得薄氧化硅表面層121，隨后，向槽中填充絕緣材料123，例如利用CVD方法，優(yōu)選地采用TEOS(四乙基原硅酸鹽)化學(xué)分解的方法在板表面上淀積氧化硅。利用干法刻蝕工藝刻蝕填充材料，直到在元件表面上獲得平坦的表面?？梢钥闯?，與圖4相比，沒有保留集電極銷區(qū)域。因此，晶體管單元將顯著地減小，由此降低了底擴散區(qū)103占據(jù)的表面。這使集電極-襯底電容Cjs下降。
在如上所述利用氧化硅層125界定有源區(qū)和形成槽之后，厚度為幾百納米的單晶硅薄層129淀積在基極-發(fā)射極區(qū)域115的頂部，見圖10。隨后，利用硼離子注入將多晶硅層120摻雜為P+型，于是薄CVD氧化物層131淀積在多晶硅層129的頂部。為了界定發(fā)射極開口133，對CVD氧化物層131和多晶硅層129進行光刻圖形化，然后利用干法刻蝕，例如等離子體刻蝕除去光刻掩膜開口中的這些層。發(fā)射極開口133基本上位于先前制備的基極-發(fā)射極開口115的中央?？涛g掉這些位置上的層129、131，這樣只在發(fā)射極開口133上保持該區(qū)域。在與基極-發(fā)射極開口115的側(cè)邊對應(yīng)的發(fā)射極開口133的那一側(cè)，在該位置上氧化物層只覆蓋N型外延層107的狹窄區(qū)域，保留這些已施加的層129、131的邊界區(qū)域，這樣它們在該側(cè)覆蓋槽119，形成基極連接區(qū)域。在發(fā)射極開口133的另一側(cè)上，只保留層129和131的狹窄區(qū)域，該區(qū)域位于氧化物層125的那部分的頂部，氧化物層125覆蓋N型外延區(qū)域107。因此，在該側(cè)，槽119的開口獨立于這些層129、131。
在圖形化發(fā)射極開口133之后，生長覆蓋了發(fā)射極開口133的薄熱氧化物135，然后，利用穿過薄熱氧化物135的硼離子注入制備內(nèi)基極137，見圖10。
為了隔離在后續(xù)步驟中制備的發(fā)射極和具有P+摻雜的多晶硅層129中的外基極，沿著發(fā)射極開口的邊緣形成“隔片”139，見圖11。這是由保形淀積在板上的CVD氮化物層制成的，隨后，利用各向異性刻蝕工藝刻蝕板的平坦表面即與板的大平坦表面平行的部分上的氮化物層。由此，沿著在只在發(fā)射極開口133時制備的臺階制作CVD氮化物側(cè)條139，“隔片”。
在形成隔片之后，光刻界定集電極連接，見圖11，同樣比較圖5中的集電極銷127。集電極接觸的掩膜中的開口位于相應(yīng)槽119和N型外延層107之間的邊界表面上，內(nèi)基極就形成在該表面上，并且該表面包含真正的集電極。此后，利用干法刻蝕工藝除去填充槽的、位于槽部分中的氧化物，槽部分對應(yīng)于掩膜開口，并將在后面形成集電極接觸。干法刻蝕工藝優(yōu)選地選擇性地只刻蝕氧化硅，而刻蝕純硅的刻蝕速率非常低。然后，制作未示出的光刻掩膜層圖形，這樣其窗口位于槽的內(nèi)邊界線的上面。不需要對窗口或掩膜進行高精度的定位。然后，如圖11所示，得到的孔157將具有一個與N型摻雜外延層107和底擴散區(qū)103直接接觸的側(cè)壁，而其另一個側(cè)壁的位置與槽119的內(nèi)部材料相對?？?57與槽的側(cè)壁“自對準(zhǔn)”。同樣，在通常情況下，另外兩個側(cè)壁與槽119的內(nèi)部材料相對，見圖13c的平面圖。
在制備集電極接觸孔157之后，另一個厚度為幾百納米的薄多晶硅層淀積在板上，該層滲透到孔157中，并完全將其添滿。利用砷將該層注入為N+型，并在熱處理之后分別形成發(fā)射極接觸和集電極接觸143、159。在圖形化和刻蝕發(fā)射極和集電極電極之后，結(jié)構(gòu)獲得圖12所示的配置。
然后，在其表面上施加例如氧化硅層147來鈍化電路，其中到基極、發(fā)射極和集電極的接觸孔由光刻界定，見圖13a。在刻蝕接觸孔之后，通過濺射例如鋁對電路進行金屬化。然后，為了形成金屬接觸銷151、153、155，光刻界定導(dǎo)電層。結(jié)果見圖13a，以及圖13c的平面圖?？梢钥闯?，在該實施方案中，晶體管單元的尺寸完全由在放置各個金屬導(dǎo)體時使用的間隔界定，金屬導(dǎo)體用于外部電氣連接，即晶體管的尺寸由“金屬-間距”限定。
形成到底擴散區(qū)或者到在氧化隔離槽內(nèi)部且具有良好導(dǎo)電性的內(nèi)層或區(qū)域的連接的方法通常并不只限于NPN晶體管，對于橫向PNP晶體管也工作得很好，其中底擴散區(qū)形成基極，這將在后面描述。
形成到內(nèi)區(qū)域、底擴散區(qū)的連接的孔通常填充導(dǎo)電材料，例如非晶硅層、微晶硅層或多晶硅層，這些材料可以是未摻雜的，或者在后續(xù)步驟中進行摻雜，或者是N型的并在淀積操作中進行摻雜?？梢孕薷纳鲜龅闹苽浞椒ǎ@樣該非晶硅層、微晶硅層或多晶硅層同時形成發(fā)射極和集電極接觸，即在施加用于發(fā)射極和集電極接觸的材料的同時填充孔。此外，孔可以填充金屬，例如鎢，鎢是利用CVD方法淀積的。在這種情況下，孔與制備工藝中的其它接觸孔一樣同時進行界定和刻蝕，然后在利用CVD向其它接觸孔中淀積鎢的同時填充該孔。后一種情況由圖13b的替代實施方案示出。集電極接觸孔向下刻蝕到槽119中。這是利用只刻蝕氧化硅，而不刻蝕硅的刻蝕劑實現(xiàn)的。在這種情況下，槽119應(yīng)當(dāng)填充氧化硅。
圖14-17a示出了一種制備具有適當(dāng)性能的槽隔離PNP型橫向雙極型晶體管的方法?？梢詫υ摲椒ㄟM行調(diào)整，這樣如上所述，在同一電路板上制備相應(yīng)的NPN型垂直雙極型晶體管時，它可以集成到工藝步驟流程中，見1997年7月11日提交的瑞典專利申請9702693-4。以這種方式調(diào)整該方法是有利的，因為在此描述的橫向PNP晶體管很少單獨存在于集成電路中。
如上所述，所用的P型初始材料單晶硅呈板形或片形211，其表面處于(100)晶面，見圖14。在板上施加厚度為幾μm的硅外延層215之后，光刻界定由例如用砷或銻進行離子注入的層構(gòu)成的底擴散區(qū)或掩埋層213。然后，利用光刻和離子注入工藝在板上分別界定N型區(qū)域和P型區(qū)域217、219。用磷進行離子注入的N型區(qū)域217正好位于N+型底擴散區(qū)213的上面。已經(jīng)用硼進行離子注入的其它區(qū)域219是P型摻雜的。
之后，見圖15，有源區(qū)利用傳統(tǒng)的LOCOS方法界定。包括厚場氧化物的區(qū)域221放置在相互同心放置的區(qū)域和由內(nèi)點向外將形成PNP晶體管的發(fā)射極、集電極和基極連接區(qū)的區(qū)域之間，比較上述圖2b中的視圖。然后，光刻界定隔離槽223，隨后利用各向異性干法刻蝕工藝刻蝕襯底材料，直到槽223達(dá)到期望的深度，大約為5-10μm。對槽223進行熱氧化，之后，向槽中填充電氣絕緣或半絕緣材料，例如氧化硅或多晶硅。利用干法刻蝕工藝刻蝕填充材料，直到獲得平坦的表面。隨后，在槽中填充了多晶硅的情況下，為了在表面或口上獲得電氣絕緣層，對槽223表面上的開口進行氧化。而在槽223一開始就填充氧化硅的情況下，就不再需要額外的氧化工藝了。
在形成槽223之后，在位于場氧化物條221之間的三個同心區(qū)域中的最外部區(qū)域中，光刻界定N+型銷225，見圖16，為了電氣連接晶體管的基極，它在元件表面和底擴散區(qū)213之間形成低阻抗連接。然后，在板表面上通過離子注入施加摻雜劑，一般是磷。隨后，執(zhí)行將摻雜劑驅(qū)趕到材料中以便形成構(gòu)成銷225的深擴散區(qū)的熱處理工藝。在界定有源區(qū)和形成N+型銷之后，在板上淀積厚度為幾百納米的多晶硅薄層227。在該多晶硅層227上淀積薄氧化硅層229。隨后，利用穿透薄氧化物層229的硼離子注入將多晶硅層227摻雜為P+型，然后，對薄氧化物層229和多晶硅層227進行光刻圖形化，這樣，在刻蝕之后，這些層將只保留在發(fā)射極和集電極區(qū)域，即由場氧化物條221界定的同心區(qū)域中的兩個最內(nèi)部區(qū)域，即不包含形成N+型銷的深擴散區(qū)的區(qū)域。摻雜為P+型的多晶硅層227的剩余區(qū)域在工藝完成之后分別形成待制備橫向PNP晶體管的發(fā)射極和集電極。
在刻蝕步驟之后，在板表面上淀積另一個厚度為幾百納米的薄多晶硅層231。用磷或砷注入該層231，使之成為N+型，該層在熱處理之后形成待制備的橫向PNP晶體管的基極連接。為形成基極連接，對該薄多晶硅層231進行圖形化和刻蝕，隨后，結(jié)構(gòu)得到圖16所示的外觀。
然后，利用例如氧化硅層233對電路表面進行鈍化，見圖17，其中到基極、發(fā)射極和集電極的接觸孔就光刻界定在該層233中。在刻蝕接觸孔之后，利用濺射例如鋁對電路進行金屬化。然后為在板表面上形成各個導(dǎo)體，利用光刻和刻蝕工藝界定所形成的導(dǎo)電層235，得到圖17所示的結(jié)果。
結(jié)合圖18-20，21b-25，描述制備槽隔離橫向PNP晶體管的另一個實施方案，其目的是提高所制備的晶體管的性能。該實施方案特別適用于每個制備的晶體管占據(jù)很小區(qū)域的情況，即每個制備的晶體管在襯底板表面上所需的區(qū)域很小，其中的基極-襯底(Cbs)、基極-發(fā)射極(Cbe)和基極-集電極(Cbc)電容盡可能地小。
該制備方法在某些步驟上與上述PNP晶體管的制備方法一致，將不再詳細(xì)描述這些步驟。由此，如上所述，初始材料由其表面處于(100)晶面的單晶硅板241構(gòu)成，見圖18。對由砷離子注入層制成的、橫向限定的矩形區(qū)域構(gòu)成的底擴散區(qū)或掩埋層243進行光刻界定，還可以見圖25，隨后在板上生長厚度大約為1μm的硅外延層245。利用光刻和離子注入在板表面上界定出N型和P型區(qū)域247、249。由磷離子注入制備的N型區(qū)域247正好位于N+型底擴散區(qū)243的上面，PNP晶體管將制作在該區(qū)域中。由硼離子注入制備的剩余區(qū)域249是P型摻雜的，環(huán)繞N型摻雜區(qū)域247，并形成元件的限制區(qū)。
然后，利用傳統(tǒng)的LOCOS方法界定出有源區(qū)，見圖19，厚場氧化物區(qū)域251放置在區(qū)域253和255之間，這兩個區(qū)域相互同心地放置，在這兩個區(qū)域中，由內(nèi)點向外看，分別形成PNP晶體管的發(fā)射極和集電極。最內(nèi)部區(qū)域253是沒有孔的連續(xù)區(qū)域，例如凸區(qū)域、呈正方形的區(qū)域，而外區(qū)域253是環(huán)形的，例如呈正方形環(huán)，見圖25。然后，光刻界定隔離槽253，并利用各向異性干法刻蝕刻蝕襯底材料，直到槽達(dá)到預(yù)定深度，大約為5-10μm。
對槽的表面和側(cè)壁進行熱氧化，例如，在區(qū)域253和255上生長厚度為幾十納米的KOOI氧化物254的同時，在利用LPCVD(“低壓化學(xué)汽相淀積”)在氧化物上面施加厚度大約為60納米的薄氮化硅層257的同時，使其具有熱生長氧化物層258。隨后，向槽257中填充良好的電氣絕緣材料，例如氧化硅，在后一種情況下，利用SACVD(“亞原子化學(xué)汽相淀積”)在板表面上淀積氧化硅層。利用干法刻蝕工藝刻蝕氧化硅層，直到在槽的開口部分獲得平坦的表面。利用這種拋光刻蝕工藝，還除去了正好位于氧化硅下面的、位于平坦或水平部分上的氮化物層，該氧化物在刻蝕過程中用作刻蝕停止層。氮化硅層256保留在槽257中，并對填充的氧化硅材料中的雜質(zhì)起擴散壁壘的作用。在圖19中可以看出，與圖16相比，沒有為連接基極的N+型深擴散區(qū)保留或制作區(qū)域。由此，待制備PNP晶體管在板表面上所需的區(qū)域?qū)@著地減小，同樣底擴散區(qū)243占用的面積也橫向地縮小。這使基極-襯底電容Cbs下降。
在界定有源區(qū)253、255，刻蝕和填充槽257以及除去KOOI氧化物層257之后，優(yōu)選地利用熱氧化工藝在板上淀積厚度為30納米的氧化硅薄層259，即另一個KOOI氧化物層，見上面引用的J.A.Appel等人的文章。另外，可以保留先前施加的KOOI層254。然后，優(yōu)選地利用LPCVD方法在板上涂一層厚度大約為30納米的薄氮化硅層261。隨后，通過施加光刻膠層263、并對其進行圖形化、然后通過光刻膠層上的開口進行刻蝕，對現(xiàn)在施加的、由底層氧化硅和頂層氮化硅組成的疊層進行光刻圖形化。
該過程的優(yōu)點是可以很好地界定確定了待制備的PNP晶體管的基極寬度的、發(fā)射極和基極區(qū)域之間的距離。由此，可以更好地控制晶體管的極限頻率Ft、擊穿電壓Bvceo和電流增益Hfe。在圖21a中，示出了典型PNP晶體管的電流增益與基極寬度的關(guān)系曲線。
通常，發(fā)射極和集電極區(qū)域之間的間隔由場氧化物條251界定。然而，由于在利用LOCOS方法生成氧化物條時形成所謂的“鳥嘴”，這種由場氧化物條給出的擴展區(qū)沒有很好地界定，見上述瑞典專利申請9702693-4。
圖形化步驟還使發(fā)射極和集電極開口進一步縮小，因為這些開口現(xiàn)在是光刻界定的。由此，降低了發(fā)射極-基極電容Cbe和集電極-基極電容Cbc。
刻蝕步驟之后，以某種已知的方法除去光刻膠層263，然后，在板表面上淀積厚度大約為200納米的多晶硅、微晶硅或非晶硅薄層265，見圖21b。然后，利用B或BF2進行離子注入，將以后稱為多晶硅層的該層摻雜為P+型。該層還可以在淀積時進行摻雜，從而省略了離子注入步驟。然后，利用CVD工藝在多晶硅層265上面淀積厚度大約為200納米的薄氧化物層267。通過施加光刻膠層269，并使其圖形化，對多晶硅層265進行光刻圖形化，這樣，光刻膠層269的剩余部分對應(yīng)于發(fā)射極區(qū)域253和集電極區(qū)域255，然后進行干法刻蝕，例如等離子體刻蝕，將CVD氧化物層267和多晶硅層265由沒有受到光刻膠層269保護的部分上除去。
在完成刻蝕一系列氧化物/多晶硅層的圖形化步驟之后，光刻膠層269的剩余部分用已知方法除去。為了界定到N+型底擴散層253的連接，利用光刻膠層271對板表面再次進行圖形化，見圖22，其中底擴散層形成到待制備的橫向PNP晶體管的基極的內(nèi)部連接區(qū)域。
放置這些基極連接，使它們完全或部分地位于環(huán)繞元件的隔離槽257中。由此，減小了元件的面積，同時降低了基極-襯底電容Cbs。
在位于隔離槽57的內(nèi)側(cè)壁，即側(cè)壁上的光刻膠層271中制作開口273，該側(cè)壁形成一個區(qū)域的邊界，所有的有源區(qū)都位于該區(qū)域中，該區(qū)域還形成到N+型底擴散區(qū)243和N型摻雜外延層245的邊界，N型摻雜外延層形成待制備的PNP晶體管的基極區(qū)域。開口273的位置在任何情況下都應(yīng)當(dāng)使開口在某種程度上越過槽257的內(nèi)側(cè)壁，即使開口的內(nèi)部分位于槽257的內(nèi)側(cè)壁的內(nèi)側(cè)。然后，利用干法刻蝕工藝向下刻蝕槽257中的氧化物，直到深度達(dá)到在該實施方案中低于場氧化物251的下表面的0.5μm。刻蝕深度在任何情況下都是可以調(diào)整的，以便使刻蝕孔275向下到達(dá)N+型底擴散區(qū)243。進行刻蝕工藝，使其只刻蝕氧化物和氮化物，而不會顯著地刻蝕鄰近底擴散區(qū)243和N型摻雜外延層245的區(qū)域中的材料。由于開口273位于槽257的內(nèi)側(cè)壁上，并且在某種程度上位于這些側(cè)壁的外側(cè)，即在位于槽257邊緣的區(qū)域上，最靠近有源區(qū)的中心，所以可以保證除去在槽257內(nèi)壁上的所有氧化物，以及氮化物層256和熱生長的氧化物層254。因此，如圖22所示，最后得到的孔具有與一個區(qū)域直接接觸的壁或側(cè)壁，該區(qū)域仍是N型摻雜外延區(qū)域245，有源結(jié)以及底擴散區(qū)243就形成在該區(qū)域中?？?35具有一個側(cè)壁、內(nèi)側(cè)壁基本上位于槽257的內(nèi)側(cè)壁部分先前所處的位置上。
在優(yōu)選方法中，孔257制作為凹陷或深溝，這些凹陷或深溝具有封閉的形狀或環(huán)形，并且環(huán)繞和橫向限制所有的表面，有源區(qū)也位于其中，特別是孔275的內(nèi)壁形成下有源區(qū)、基極區(qū)或N型區(qū)域的外部橫向邊界?？?75還使足夠多的絕緣材料保留在槽257中，使其能夠完成電氣隔離功能。由于空間的原因，并為了利用具有合理厚度的氧化物層實現(xiàn)再填充，槽257的寬度應(yīng)當(dāng)盡可能地小，例如0.8-1μm，這種寬度可以保證槽的刻蝕，進而獲得圖中所示的槽外形。光刻膠層271的開口273的寬度為0.5-0.6μm，由孔275形成的接觸溝的寬度大約為0.4-0.5μm。
在完成刻蝕和去除光刻膠層271之后，板上淀積厚度大約為0.3μm多晶硅薄層277，見圖23。多晶硅層277保形地施加在板表面上，基極連接的刻蝕孔275被完全或部分地添滿，這決定于孔的寬度和多晶硅層277的厚度。利用磷和/或砷離子注入將多晶硅層277重?fù)诫s為N+型。然后，通過施加光刻膠層278，并使其圖形化，刻蝕板表面上的未保護部分，進行光刻圖形化，這樣多晶硅層277將只保留在用于基極連接的刻蝕孔275的上面或與其直接連接。由此，在板表面上覆蓋了P+型多晶硅層277的其它區(qū)域?qū)⒈┞冻鰜怼?br> 然后，以眾知的方法除去光刻膠層，并為了使摻雜劑分別擴散出P+型多晶硅層265和N+型多晶硅層277，在高溫下對板進行熱處理。分別在發(fā)射極區(qū)域253和集電極區(qū)域255中形成的發(fā)射極-基板結(jié)和發(fā)射極-基極結(jié)稍稍低于外延層245的表面，同時產(chǎn)生完整的基極連接。通過施加例如氧化硅層279來對電路進行鈍化，見圖24，到基極、發(fā)射極和集電極的接觸孔281光刻界定在層279中。在向下刻蝕接觸孔到達(dá)各自的到達(dá)多晶硅層之后，通過濺射鋁來對電路進行金屬化。在濺射之后使用高液壓，利用所謂的“強制填充”方法可以得到完全添滿的接觸孔。然后，光刻界定導(dǎo)電層283。最后的結(jié)果見圖24。
在圖25中，示出所制備的元件。為了清楚，沒有示出所有的層?？梢钥闯?，為了改善槽的再填充，象框一樣環(huán)繞PNP晶體管的隔離槽257的外角已經(jīng)傾斜成大約45°。顯然，形成深溝是有利的，深溝中填充一些材料，例如絕緣或?qū)щ姴牧希哂斜谝彩怯欣?，壁沒有形成大約為90°的角，這些角應(yīng)當(dāng)盡可能地大，例如135°。形成閉合溝的孔275，其主要部分位于槽257中，具有傾斜成大約45°角的外側(cè)壁。同樣，圖13c所示的槽123的外側(cè)壁也沒有直角，平坦的側(cè)壁段相互之間形成135°角。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，對上述制備方法的修正是顯然的。考慮圖24，例如，可以認(rèn)識到，有可能在制備用于金屬接觸的孔281的同時或者在利用金屬鎢填充這些孔281的同時，為基極連接在槽257中制備孔275和/或填充這些孔。當(dāng)將鎢用作接觸孔金屬時，它是用CVD工藝施加的，在利用與上述施加鋁的方法相同的方法施加鎢之前，為了提高所施加的金屬材料，例如鎢銷，和硅板上的電氣連接層之間的電氣接觸，利用濺射工藝先施加Ti，再施加TiN。
如果通過在其它步驟中略去內(nèi)環(huán)形場氧化物條，并使用用于制備獨立集電極和發(fā)射極層的適當(dāng)掩膜結(jié)構(gòu)，將集電極區(qū)域和發(fā)射極區(qū)域合并成一個區(qū)域，還可以獲得二極管結(jié)構(gòu)，未示出，該結(jié)構(gòu)具有良好的特性，適于用作變?nèi)荻O管。該二極管結(jié)構(gòu)以及具有與上述PNP晶體管類似結(jié)構(gòu)的其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也屬于附屬權(quán)利要求的范圍。這種結(jié)構(gòu)在原理上應(yīng)當(dāng)包括電導(dǎo)率高的內(nèi)層，該層形成到有源區(qū)或有源層的電氣連接，并且基本上在所有有源區(qū)的下面延伸，還包括電氣隔離槽，該槽環(huán)繞一個或多個位于器件表面上的有源區(qū)。
還可以認(rèn)識到，在隔離槽257的寬度足夠小的情況下，所有的環(huán)形接觸溝275將基本上放置在槽內(nèi)部，但這不是優(yōu)選的實施方案。當(dāng)刻蝕接觸溝275時，必需使用刻蝕工藝，該工藝不僅除去氧化物，而且除去硅。
可以以多種方式修正上述制備方法，這對于半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的。例如，可以改變不同步驟的順序甚至刪除某些步驟。
盡管在此示例和描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進行各種額外的改進、修正和改變。因此，本發(fā)明在其更加廣泛的范圍內(nèi)不受具體細(xì)節(jié)、具有代表性的器件和在此示出和說明的示例性實例的限制。因此，可以在不偏離由附屬權(quán)利要求及其等價物定義的具有一般發(fā)明含義的宗旨和范圍的前提下，進行各種修改。因此，應(yīng)當(dāng)理解，附屬權(quán)利要求傾向于包括所有屬于本發(fā)明真正宗旨和范圍內(nèi)的修正和變化。
權(quán)利要求
1.在半導(dǎo)體板表面上制備雙極型器件的方法，包括步驟制備高電導(dǎo)率內(nèi)層，制備形成至少一個有源區(qū)的有源層，所有的有源區(qū)基本上在內(nèi)層上面延伸，內(nèi)層形成到第一個有源層的電氣連接，制備電氣隔離槽，該槽至少部分地環(huán)繞有源區(qū)，在槽中制備向下到達(dá)高導(dǎo)電率內(nèi)層的孔，為了形成到內(nèi)層的電氣連接，利用導(dǎo)電材料填充孔，這樣導(dǎo)電材料與高電導(dǎo)率內(nèi)層發(fā)生電氣接觸，其特征在于，在制備孔的過程中將具有窗口的掩膜層施加在半導(dǎo)體器件的表面上，窗口至少部分地覆蓋電氣絕緣槽的開口，透過窗口，利用只刻蝕電氣絕緣槽中的材料，而不刻蝕電氣絕緣槽外部的材料以及有源區(qū)中的材料的刻蝕劑進行刻蝕。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在施加掩膜層的步驟中，窗口覆蓋電氣絕緣槽的內(nèi)側(cè)壁，內(nèi)側(cè)壁正好位于有源區(qū)上，窗口還覆蓋了正好位于內(nèi)側(cè)壁上的有源區(qū)的一部分。
3.權(quán)利要求1-2的方法，其特征在于在制備電氣隔離槽的步驟中，執(zhí)行下述步驟在半導(dǎo)體板中制備孔或凹陷，在孔或凹陷的壁上熱生長氧化物層，在氧化物層上面施加氮化物層，利用均勻或各向同性電氣絕緣材料填充孔或凹陷的剩余部分。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于在填充孔或凹陷的剩余主要部分的步驟中，氧化硅用作均勻或各向同性電氣絕緣材料。
5.在半導(dǎo)體板表面上制備雙極型器件的方法，包括步驟制備高電導(dǎo)率內(nèi)層，制備形成至少一個有源區(qū)的有源層，所有的有源區(qū)基本上在內(nèi)層上面延伸，內(nèi)層形成到第一個有源層的電氣連接，制備電氣隔離槽，該槽至少部分地環(huán)繞有源區(qū)，在槽中制備向下到達(dá)高導(dǎo)電率內(nèi)層的孔，為了形成到內(nèi)層的電氣連接，利用導(dǎo)電材料填充孔，這樣導(dǎo)電材料與高電導(dǎo)率內(nèi)層發(fā)生電氣接觸，其特征在于，在填充孔的步驟中，為了與第二有源層形成電氣連接，導(dǎo)電材料同時施加到半導(dǎo)體板表面上的第二有源層的自由表面，第二層不同于第一層。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于在制備電氣隔離槽的步驟中，電氣隔離槽通過下列步驟制備由器件表面制備凹陷，在凹陷側(cè)壁上制備電氣隔離層，利用電氣絕緣或半絕緣材料填充凹陷在槽中制備孔的步驟中，制備孔，這樣孔在電氣絕緣層的所有厚度上穿透凹陷側(cè)壁上的電氣絕緣層向下延伸，并同時沿該電氣絕緣層延伸，槽形成在電氣絕緣層中。
7.權(quán)利要求5-6的方法，在雙極型器件是NPN晶體管的情況下，其特征在于，在制備有源層的步驟中，第二層包括NPN晶體管的發(fā)射極，這樣第二有源層的表面是發(fā)射極開口。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于額外步驟是在制備孔的步驟之前，在有源區(qū)中制備到有源層表面的開口，為了電氣連接導(dǎo)電帶正下方的有源層區(qū)域，在開口邊緣制備導(dǎo)電帶，導(dǎo)電帶具有環(huán)繞開口延伸的框形、環(huán)形或封閉結(jié)構(gòu)，為了限制發(fā)射極開口，在導(dǎo)電帶的內(nèi)邊緣制備電氣絕緣區(qū)。
9.在半導(dǎo)體板表面上制備雙極型器件的方法，包括步驟制備高電導(dǎo)率內(nèi)層，制備形成至少一個有源區(qū)的有源層，所有的有源區(qū)基本上在內(nèi)層上面延伸，內(nèi)層形成到第一個有源層的電氣連接，制備電氣隔離槽，該槽至少部分地環(huán)繞有源區(qū)，在半導(dǎo)體板表面上制備電氣絕緣層，穿過延伸到有源層表面的電氣絕緣層制備接觸孔，為了形成到有源層的電氣連接，利用導(dǎo)電材料填充接觸孔，其特征在于，在制備接觸孔的步驟中，一個接觸孔延伸過電氣絕緣層，然后穿過槽，向下到達(dá)高電導(dǎo)率內(nèi)層，在填充接觸孔的步驟中，為了形成到內(nèi)區(qū)域的電氣連接，導(dǎo)電材料與高電導(dǎo)率內(nèi)層發(fā)生電氣接觸。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于接觸孔是利用CVD工藝通過淀積鎢填充的。
11.權(quán)利要求9的方法，其特征在于接觸孔是通過濺射鋁填充的。
12.權(quán)利要求10或11的方法，其特征在于在分別用鎢或鋁進行填充之前，首先施加一層鈦，然后施加一層氮化鈦。
13.一種制作在半導(dǎo)體板表面上的雙極型器件，特別是PNP型雙極型晶體管或二極管，雙極型器件包括高電導(dǎo)率內(nèi)層，內(nèi)層形成到有源層的電氣連接，并且基本上在整個有源區(qū)下面延伸，雙極型器件還包括在雙極型器件的表面上環(huán)繞一個或多個有源區(qū)的電氣隔離槽，雙極型器件還包括至少部分地位于隔離槽中或正好在隔離槽上的凹陷，凹陷中填充導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料與高電導(dǎo)率內(nèi)層接觸，其特征在于凹陷的外形呈環(huán)形溝槽，環(huán)形溝環(huán)繞器件的有源區(qū)延伸，并由其第一側(cè)壁限定和形成了有源區(qū)的直接邊界。
14.權(quán)利要求13的器件，其特征在于所述溝槽的第一側(cè)壁基本上與位于槽深處的側(cè)壁對齊。
15.權(quán)利要求13或14的器件，其中凹陷中的導(dǎo)電材料至少形成槽隔離橫向PNP晶體管的基極連接的一部分或至少形成半導(dǎo)體二極管的掩埋N型區(qū)域的連接的一部分。
16.權(quán)利要求13至15之一的器件，其特征在于孔中的導(dǎo)電材料包括摻雜磷的硅和/或摻雜微晶硅和/或摻雜多晶硅。
17.權(quán)利要求13至16之一的器件，其特征在于孔中的導(dǎo)電材料包括金屬，特別是鎢。
18.權(quán)利要求13至17之一的器件，其特征在于槽和/或溝的側(cè)壁從上面觀察基本上是相互平行的，且環(huán)繞所有的有源區(qū)具有均勻的間距，并且其外形呈一個位于另一之中的兩個同心矩形或正方形，為了在制備器件時便于用電氣絕緣材料對槽進行再填充，或?qū)Π瑢?dǎo)電材料的溝進行再填充，外側(cè)壁的角傾斜45°。
19.權(quán)利要求13至17之一的器件，其特征在于槽和/或溝的外側(cè)壁中的角基本上大于90°，特別是135°或至少為135°，以便于在制備器件時，用電氣絕緣材料對槽進行再填充，或用導(dǎo)電材料對溝進行再填充。
20.權(quán)利要求13至19之一的器件，包括發(fā)射極區(qū)域和集電極區(qū)域，其特征在于發(fā)射極區(qū)域和/或集電極區(qū)域由電氣絕緣表面層中的光刻界定的開口確定。
21.權(quán)利要求20的器件，其特征在于，發(fā)射極區(qū)域和集電極區(qū)域的表面是由厚場氧化物區(qū)域環(huán)繞的，如沿著器件表面所看到的，電氣絕緣表面層在環(huán)繞的場氧化物區(qū)域上延伸，并超出該區(qū)域，這樣電氣隔離表面層帶分別位于發(fā)射極區(qū)域或集電極區(qū)域和最靠近該區(qū)域的場氧化物區(qū)域之間。
22.權(quán)利要求21的器件，其特征在于電氣隔離表面層包括氮化硅和氧化硅疊層。
23.在半導(dǎo)體板表面上制備雙極型器件的方法，包括步驟在板表面上至少制備一個有源區(qū)，制備高電導(dǎo)率內(nèi)層，該內(nèi)層形成與有源層的電氣連接，且基本上在整個有源區(qū)下面延伸，制備電氣隔離槽，該槽環(huán)繞至少一個有源區(qū)，制備凹陷，該凹陷至少部分地位于槽中或正好位于槽上，并且向下到達(dá)高電導(dǎo)率內(nèi)層，用導(dǎo)電材料填充凹陷，這樣它與高電導(dǎo)率內(nèi)層發(fā)生電氣接觸，其特征在于，在制備凹陷的步驟中，制備凹陷，使凹陷形成環(huán)形溝，該環(huán)形溝環(huán)繞器件的有源區(qū)延伸，其第一側(cè)壁限定和形成了到有源區(qū)的直接邊界。
24.權(quán)利要求23的方法，其特征在于在制備凹陷的步驟中，凹陷是通過由板表面向下刻蝕到槽內(nèi)部而制備的，這樣溝的第一側(cè)壁基本上位于槽的側(cè)壁部分先前所處的位置上。
25.權(quán)利要求23-24的方法，其特征在于凹陷通過淀積硅層進行填充，特別是非晶硅和/或微晶硅和/或多晶硅，硅層是未摻雜的，然后，對該層進行摻雜。
26.權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于凹陷通過淀積硅層進行填充，特別是非晶硅和/或微晶硅和/或多晶硅，硅層摻雜為N型。
27.權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于凹陷是利用CVD方法通過淀積鎢層進行填充的。
28.權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于凹陷是在制作到器件有源區(qū)的其它接觸孔的同時界定和刻蝕的，凹陷是在利用CVD方法通過淀積鎢層對其它接觸孔進行填充的同時進行填充的。
29.權(quán)利要求23或24的方法，其特征在于凹陷是在界定和刻蝕到器件有源區(qū)的其它接觸孔的同時界定和刻蝕的，凹陷是在通過濺射鋁對其它接觸孔進行填充的同時進行填充的。
30.權(quán)利要求28或29的方法，其特征在于在分別利用鎢或鋁填充之前，首先施加鈦層，然后施加氮化鈦層。
31.權(quán)利要求23至30之一的方法，其特征在于有源區(qū)在器件表面上的橫向擴展由在器件表面上施加電氣隔離表面層和通過掩膜層中光刻界定的開口進行的刻蝕而在電氣絕緣層中制作開口而確定。
32.權(quán)利要求31的方法，其特征在于為了確定有源區(qū)的面積，施加環(huán)繞在有源區(qū)兩邊的第一厚場氧化物層，如沿著器件表面所看到的，然后，在電氣隔離表面層中制備開口時，制備開口，這樣電氣隔離表面層的剩余部分在第一氧化物區(qū)域上延伸，并越過該區(qū)域，這樣電氣隔離表面層帶位于有源區(qū)和最靠近該區(qū)域的場氧化物層之間。
33.權(quán)利要求32的方法，其特征在于在施加電氣隔離表面層時，首先施加氧化硅層，隨后施加氮化硅層，以便形成氮化硅和氧化硅疊層。
34.一種雙極型器件，特別是雙極型晶體管或二極管，形成在半導(dǎo)體板表面上，并包括電氣隔離槽，隔離槽至少部分地環(huán)繞位于器件表面上的有源區(qū)，并填充有電氣絕緣材料，溝還具有外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁，如從上面所看到的，和/或溝，溝至少部分地環(huán)繞位于器件表面上的有源區(qū)，并填充有導(dǎo)電材料，溝還具有外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁，如從上面所看到的，其特征在于槽和/或溝的外側(cè)壁中的角大大地超過90°，特別是135°或至少為135°，以便在制備器件時分別便于用電氣絕緣材料對槽進行再填充或用導(dǎo)電材料對溝進行再填充。
35.權(quán)利要求34的器件，其特征在于槽和/或溝的側(cè)壁從上面觀察基本上是相互平行的，且環(huán)繞所有的有源區(qū)具有均勻的間距，并且其外形呈一個位于另一之中的兩個同心矩形或正方形，外側(cè)壁的角傾斜45°。
36.一種半導(dǎo)體板表面上的雙極型器件，包括至少形成一個有源區(qū)的有源層，在有源區(qū)中制備到有源層表面的開口，位于開口邊緣上的導(dǎo)電帶，開口電氣連接到正好位于導(dǎo)電帶下面的有源層區(qū)域，在導(dǎo)電帶內(nèi)邊緣上的電氣隔離區(qū)，以便限定在其中制作電氣連接的開口，其特征在于導(dǎo)電帶呈環(huán)繞開口延伸的框形、環(huán)形或封閉結(jié)構(gòu)，由此，導(dǎo)電帶與正好位于導(dǎo)電帶下面的有源層區(qū)域的接觸阻抗很低。
37.權(quán)利要求36的雙極型器件，其特征在于限定的開口是NPN晶體管中的發(fā)射極開口，導(dǎo)電帶形成到NPN晶體管的基極層的連接。
38.在半導(dǎo)體板表面上制作雙極型器件的方法，包括步驟制備至少形成一個有源區(qū)的有源層，在有源區(qū)中制備到有源層表面的開口，在開口邊緣制備導(dǎo)電帶，以便電氣連接正好位于導(dǎo)電帶下面的有源層區(qū)域，在導(dǎo)電帶的內(nèi)邊緣上制備電氣隔離區(qū)，以便限定在其中制作電氣連接的開口，其特征在于導(dǎo)電呈完全環(huán)繞開口延伸的框形、環(huán)形或封閉結(jié)構(gòu)，以便給出較小的、從導(dǎo)電帶到正好位于導(dǎo)電帶下面的有源層區(qū)域的接觸阻抗。
全文摘要
為了制備到內(nèi)層例如底擴散區(qū)(103)的電氣連接,該內(nèi)層具有良好的電導(dǎo)率,位于槽(119)隔離雙極型半導(dǎo)體器件的內(nèi)部,并形成NPN晶體管的子集電極,使用了槽中的孔(157)?？字刑畛淞藢?dǎo)電材料,孔由器件表面延伸到底擴散區(qū)(103),這樣孔中的導(dǎo)電材料與其接觸?？?157)利用選擇刻蝕工藝與槽(119)的側(cè)壁對準(zhǔn)。在制備金屬化接觸孔的同時,制作孔,然后在金屬化步驟中填充孔,以便與底擴散區(qū)接觸。對于橫向PNP晶體管,孔制作為閉合的溝,該溝構(gòu)成基極區(qū)域的外限制區(qū),越過所有的晶體管。這種閉合槽的外側(cè)壁傾斜45°,如從上面所看到的,這樣在槽中沒有角度很小的內(nèi)角,這便于填充氧化物。
文檔編號H01L29/417GK1255238SQ9880498
公開日2000年5月31日 申請日期1998年3月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月18日
發(fā)明者H·諾斯特倫, O·K·蒂爾斯特, A·林格倫 申請人:艾利森電話股份有限公司