雙極結(jié)型晶體管及相關(guān)制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本公開的實施例涉及半導體器件，尤其涉及但不限于雙極結(jié)型晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的垂直型雙極結(jié)型晶體管(BJT)通常與襯底或者阱區(qū)的隔離性能欠佳，會造成不希望的載流子注入襯底以及寄生BJT的形成。為了改善隔離性能，通常需要制作深掩埋層以完全包圍垂直型BJT，但這需要增加掩膜層以及更復雜的制作工藝以制作該深掩埋層。實現(xiàn)起來相對困難而且制作成本高。除隔離性能及制作成本外，還希望BJT的放大系數(shù)(通常用β表示)比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個問題，本公開的實施例提供一種雙極結(jié)型半導體器件及其制造方法。
[0004]在本發(fā)明的一個方面，提出了一種雙極結(jié)型半導體器件，包括:半導體襯底，具有第一導電類型;第一掩埋層，形成于所述半導體襯底中，具有與所述第一導電類型相反的第二導電類型;第一外延層，形成于該第一掩埋層上，具有所述第一導電類型；第二外延層，形成于該第一外延層上，具有所述第一導電類型;PNP雙極結(jié)型晶體管單元，制作于所述第一外延層和所述第二外延層的第一有效單元區(qū)域內(nèi)；NPN雙極結(jié)型晶體管單元，制作于所述第一外延層和所述第二外延層的第二有效單元區(qū)域內(nèi)；以及第一隔離結(jié)構(gòu)，具有所述第二導電類型，制作于所述第一外延層和所述第二外延層的隔離區(qū)域內(nèi)，該隔離區(qū)域位于所述第一有效單元區(qū)域與所述第二有效單元區(qū)域之間，該第一隔離結(jié)構(gòu)與所述第一掩埋層連接在一起形成具有所述第二導電類型的隔離屏障。
[0005]在本發(fā)明的另一個方面，提出了一種制造雙極結(jié)型半導體器件的方法，包括:提供具有第一導電類型的半導體襯底，該半導體襯底劃分為第一有效單元區(qū)域、第二有效單元區(qū)域和隔離區(qū)域，其中該隔離區(qū)域位于第一有效單元區(qū)域和第二有效單元區(qū)域之間；在該半導體襯底中制作具有第二導電類型的第一掩埋層，其中所述第二導電類型與所述第一導電類型相反;在該第一掩埋層上制作具有所述第一導電類型的第一外延層;在該第一外延層的位于所述隔離區(qū)域范圍內(nèi)的部分中制作具有所述第二導電類型的第一隔離掩埋區(qū)，該第一隔離掩埋區(qū)的掩埋深度從第一外延層的上表面開始縱向貫穿第一外延層直至與所述第一掩埋層接觸;在該第一外延層的位于第一有效單元區(qū)域范圍內(nèi)的部分中形成具有所述第一導電類型的第一集電極掩埋區(qū)；在該第一外延層上制作具有所述第一導電類型的第二外延層;在該第二外延層的位于第一有效單元區(qū)域范圍內(nèi)的部分中制作具有所述第二導電類型的第一基極阱區(qū)；在該第二外延層的位于第二有效單元區(qū)域范圍內(nèi)的部分中制作具有所述第二導電類型的第二集電極阱區(qū)；在該第二外延層的位于第一有效單元區(qū)域范圍內(nèi)的部分中進一步制作具有所述第一導電類型的第一集電極阱區(qū)，該第一集電極阱區(qū)與所述第一基極阱區(qū)相分隔;在該第二外延層的位于隔離區(qū)域范圍內(nèi)的部分中制作具有所述第二導電類型的第一隔離阱區(qū)，該第一隔離阱區(qū)縱向貫穿第二外延層直至與所述第一隔離掩埋區(qū)至少部分接觸;在所述第二集電極阱區(qū)中制作第二基極阱區(qū)；在所述第一集電極阱區(qū)中制作具有所述第一導電類型的第一集電極接觸區(qū)，在所述第一基極阱區(qū)中制作具有所述第二導電類型的第一基極接觸區(qū)和具有所述第一導電類型的第一發(fā)射極區(qū)，該第一發(fā)射極區(qū)與所述第一基極接觸區(qū)相互分離;在所述第二集電極阱區(qū)中制作具有所述第二導電類型的第二集電極接觸區(qū)，在所述第二基極阱區(qū)中制作具有所述第一導電類型的第二基極接觸區(qū)和具有所述第二導電類型的第二發(fā)射極區(qū)，該第二發(fā)射極區(qū)與所述第二基極接觸區(qū)相互分離；以及在所述第一隔離阱區(qū)中制作具有所述第二導電類型的第一隔離接觸區(qū)。
[0006]根據(jù)本公開各實施例的雙極結(jié)型半導體器件可以將垂直型PNP雙極結(jié)型晶體管單元和垂直型NPN雙極結(jié)型晶體管單元與襯底有效地隔離，阻止載流子注入襯底以及寄生BJT的形成。本公開實施例的全隔離垂直型PNP晶體管單元，與普通橫向PNP晶體管結(jié)構(gòu)相比，有更大的放大系數(shù)和放大系數(shù)跌落特性，并且發(fā)射極電流集邊效應很小。在本公開個實施例的全隔離垂直型NPN晶體管單元中，從集電極向下注入襯底的空穴電流會極大地被第二個禮結(jié)構(gòu)收集從而抑制縱向和橫向寄生PNP的開啟，而同時第一掩埋層102會極大地收集襯底中會導致閂鎖效應和電路功能不正常的游離電子。并且全隔離垂直NPN還可以實現(xiàn)基區(qū)到集電極去的正向偏執(zhí)，這種工作方式在某些應用中可以極大簡化電路的設計和復雜程度以及成本。
【附圖說明】
[0007]下面的附圖有助于更好地理解接下來對本公開不同實施例的描述。這些附圖并非按照實際的特征、尺寸及比例繪制，而是示意性地示出了本公開一些實施方式的主要特征。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本公開的一些實施例。為簡明起見，不同附圖中相同或類似的組件或結(jié)構(gòu)采用相同或相似的附圖標記示意。
[0008]圖1示出了根據(jù)本公開一個實施例的雙極結(jié)型半導體器件10的部分縱向剖面示意圖；
[0009]圖2至圖12示出了根據(jù)本公開一個實施例的制造雙極結(jié)型半導體器件10的方法中部分階段的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面將參照附圖詳細說明本公開的一些實施例。但是應該理解，這些描述只是示例性的，并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說明中省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要的混淆本公開的概念。
[0011]在接下來的說明中，一些具體的細節(jié)，例如實施例中的具體電路結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)、工藝步驟以及這些電路、器件和工藝的具體參數(shù)，都用于對本公開的實施例提供更好的理解。本技術(shù)領域的技術(shù)人員可以理解，即使在缺少一些細節(jié)或者與其他方法、元件、材料等結(jié)合的情況下，本公開的實施例也可以被實現(xiàn)。
[0012]在本公開的說明書及權(quán)利要求書中，若采用了諸如“左、右、內(nèi)、外、前、后、上、下、頂、之上、底、之下”等一類的詞，均只是為了便于描述，而不表示組件/結(jié)構(gòu)的必然或永久的相對位置。本領域的技術(shù)人員應該理解這類詞在合適的情況下是可以互換的，例如，以使得本公開的實施例可以在不同于本說明書描繪的方向下仍可以運作。在本公開的上下文中，將一層/元件稱作位于另一層/元件“上”時，該層/元件可以直接位于該另一層/元件上，或者它們之間可以存在居中層/元件。此外，“耦接”一詞意味著以直接或者間接的電氣的或者非電氣的方式連接?！耙粋€/這個/那個”并不用于特指單數(shù)，而可能涵蓋復數(shù)形式?！霸凇瓋?nèi)”可能涵蓋“在……內(nèi)/上”。在本公開的說明書中，若采用了諸如“根據(jù)本公開的一個實施例”、“在一個實施例中”等用語并不用于特指在同一個實施例中，當然也可能是同一個實施例中。若采用了諸如“在另外的實施例中”、“根據(jù)本公開的不同實施例”、“根據(jù)本公開另外的實施例”等用語，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的實施例中。本領域的技術(shù)人員應該理解，在本公開說明書的一個或者多個實施例中公開的各具體特征、結(jié)構(gòu)或者參數(shù)、步驟等可以以任何合適的方式組合。除非特別指出，“或”可以涵蓋“和/或”的意思。若“晶體管”的實施例可以包括“場效應晶體管”或者“雙極結(jié)型晶體管”，則“柵極/柵區(qū)”、“源極/源區(qū)”、“漏極/漏區(qū)”分別可以包括“基極/基區(qū)”、“發(fā)射極/發(fā)射區(qū)”、“集電極/集電區(qū)”，反之亦然。本領域技術(shù)人員應該理解以上對各用詞的說明僅僅提供一些示例性的用法，并不用于限定這些詞。
[0013]在本說明書中，用“+”和來描述摻雜區(qū)的相對濃度，但這并不用于限制摻雜區(qū)的濃度范圍，也不對摻雜區(qū)進行其他方面的限定。例如，下文中描述為N+或N—的摻雜區(qū)，亦可以稱為N型摻雜區(qū)，描述為P+或P-的摻雜區(qū)，亦可以稱為P型摻雜區(qū)。
[0014]圖1示出了根據(jù)本公開一個實施例的雙極結(jié)型半導體器件10的部分縱向剖面示意圖。需要說明的是，圖1僅示意出了該雙極結(jié)型半導體器件10的一部分以方便理解和說明。該雙極結(jié)型半導體器件10可以制作于襯底101上。根據(jù)本公開的一個實施例，該襯底101具有第一導電類型(例如，圖1中示意為P型)。然而，本公開不限于此。襯底101可以包括硅(Si)等半導體材料，鍺硅(SiGe)等化合物半導體材料，或者絕緣體上硅(SOI)等其他形式的襯底。
[0015]根據(jù)本公開的一個實施例，雙極結(jié)型半導體器件10可以大致劃分為第一有效單元區(qū)域11、第二有效單元區(qū)域12和隔離區(qū)域13，該第一有效單元區(qū)域可以用于制作PNP雙極結(jié)型晶體管單元，第二有效單元區(qū)域12可以用于制作NPN雙極結(jié)型晶體管單元，隔離區(qū)域13位于第一有效單元區(qū)域11與第二有效單元區(qū)域12之間，可以用于制作第一隔離結(jié)構(gòu)，以將PNP雙極結(jié)型晶體管單元和NPN雙極結(jié)型晶體管有效隔離。然而，本公開不限于此。這里需要注意的是，圖1中對于第一有效單元區(qū)域11、第二有效單元區(qū)域12和隔離區(qū)域13的劃分僅僅是示意性的，并不表示它們的確切邊界。
[0016]根據(jù)本公開的一個實施例，雙極結(jié)型半導體器件10可以包括第一掩埋層102、第一外延層103、第二外延層104、垂直型PNP雙極結(jié)型晶體管單元105、垂直型NPN雙極結(jié)型晶體管單元106和第一隔離結(jié)構(gòu)107。在一個實施例中，第一掩埋層102形成于襯底101中，具有與所述第一導電類型相反的第二導電類型(例如，圖1中示意為N型)。第一外延層103形成于該第一掩埋層102上，具有所述第一導電類型(例如，圖1中示意為P-型)，其可以具有比襯底101相對低的摻雜濃度。第