專利名稱：一種雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系相關(guān)于一種雙極晶體管，其系可以為，特別地，一所謂之自行對(duì)準(zhǔn)(self-aligned)雙極晶體管的形式。
背景技術(shù)：
在雙極晶體管的例子中，該所謂的外在基極電阻(extrinsic baseresistance)，以及過渡頻率與基極集電極電容，系為決定該雙極晶體管之重要特征量，例如，最大振蕩頻率，放大率(「增益」)，最小噪聲因子，閘極延遲時(shí)間等，之決定性晶體管參數(shù)的其中之一，且該外在基極電阻乃會(huì)對(duì)應(yīng)于在該基極、或?qū)嶋H基極區(qū)域，以及經(jīng)由一連接線路而連接至該基極的一外部接觸之間的電阻。
關(guān)于該等上述的晶體管參數(shù)，舉例而言，下列的式子系適用于該雙極晶體管的最大振蕩頻率fmaxfmax≈fT8π·RB·CBC···(1)]]>其中，fT系為該過渡頻率，RB系為該外在基極電阻，以及CBC系為該雙極晶體管的該基極集電極電容。
對(duì)一雙極晶體管的該最小噪聲因子Fmin而言，下列式子的應(yīng)用乃是取決于該外在基極電阻RB以及頻率fFmin≈1+1β+fFT·2·IcVT·RB·(1+fT2β·f2)+fT2β·f2···(2)]]>其中，β系為該最小信號(hào)電流放大率，IC系為該集電極電流，以及VT系為該雙極晶體管的熱電壓。
根據(jù)該兩個(gè)方程式(1)以及(2)，其系可以看出，就快速轉(zhuǎn)換以及低噪聲因子而言，該外在基極電阻系應(yīng)該為小，而在雙極晶體管的例子中，一個(gè)降低耗損的方法是，使用一多晶硅電極，以用于接觸該基極，再者，Ap+多晶硅層乃會(huì)為該基極電流提供一具有相對(duì)應(yīng)之低電阻的低電阻路徑。
特別小的外在基極電阻系可以，舉例而言，藉由使用該所謂之“自行對(duì)準(zhǔn)雙多晶硅晶體管”的概念，例如，在″Self-Aligned Bipolar Transistors forHigh-Performance and Low-Power-Delay VLSI″，T.H.Ning et al.，IEEETransactions on Electron Devices，Vol.ED-28，No.9，pp.1010-1013，1981中所敘述者，而加以達(dá)成，因此，此概念乃會(huì)被用于超高頻率(ultra-highfrequency)雙極晶體管的幾乎所有已廣泛使用的生產(chǎn)技術(shù)之中。
在所附的圖式之中，例如，一自行對(duì)準(zhǔn)npn雙多晶硅雙極晶體管，系顯示為剖面圖的形式，其中，發(fā)射極3乃是經(jīng)由一n+摻雜的多晶硅電極1而加以接觸，一p+多晶硅電極2系會(huì)配置于該p+摻雜之基極4，以及自行對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極基極絕緣7系被稱之為“間隙壁”，額外地，在該發(fā)射極電極3的下方，系提供有一TEOS(″tetraethoxysilan/tetraethylorthosilicate″)絕緣層6，以及在該基極電極2的下方，則是提供有一LOCOS(″localoxidation of silicon″，局部氧化硅)絕緣層8，在該圖式中，該雙極晶體管的該集電極區(qū)域5(不具有該相關(guān)的集電極電極)系亦藉由一虛線而加以顯示，至于產(chǎn)生如此之一雙極晶體管的方法則是于，舉例而言，EP-B1-0 535350中有所敘述。
在一自行對(duì)準(zhǔn)雙多晶硅雙極晶體管的例子中，例如，圖式中所顯示者，該外在基極電阻RB本質(zhì)上乃是由三個(gè)部分所構(gòu)成，稱之為“內(nèi)部”電阻部分RBi，“外部”電阻部分RBe，以及“連結(jié)”電阻部分RBl，其中，該內(nèi)部電阻部分RBi系為源自于在主動(dòng)晶體管區(qū)域上之該基極區(qū)域4中的電阻，該外部電阻部分RBe則是在敘述引導(dǎo)該外部基極接觸之該多晶硅基極電極2的電阻，以及該連結(jié)電阻部分RBl系代表源自位在該自行對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極基極絕緣，間隙壁7，之下方之該低摻雜區(qū)段的該外在基極電阻。
在今日的雙極晶體管中，全體的該外在基極電阻RB系通常會(huì)受到該內(nèi)部電阻部分RBi以及該連結(jié)電阻部分RBl之總和的支配，此外，由于進(jìn)展該等構(gòu)件的側(cè)向比例化(lateral scaling)，因此，該內(nèi)部電阻部分RBi以及該連結(jié)電阻部分RBl乃會(huì)不同地被降低，同時(shí)，因?yàn)檫B結(jié)至該側(cè)向比例化之垂直構(gòu)件比例化系需要非常薄的多晶硅以作為連接電極，所以，該外部電阻部分RBe系會(huì)不斷地增加，也因此，該些連接區(qū)域的該層電阻系會(huì)不斷地增加，是以，對(duì)該整體外在基極電阻RB而言，該外在電阻部分RBe系變得更為重要。
一般而言，為了保持該基極電極2之該層電阻盡可能的小，乃會(huì)使用利用硼摻雜的多晶硅層，而該硼摻雜則是加以選擇為比通常會(huì)大于5×1020cm-3的可電性活化濃度更高，以達(dá)成該最小可能層電阻，至于選擇該硼摻雜原子的原因則是基于硼對(duì)晶粒成長(zhǎng)(grain growth)所具有的影響很小、或是沒有，以及在熱處理事件期間，不會(huì)傾向于在該晶粒邊界處分開的考量，其中，摻雜材質(zhì)分開模型乃是假設(shè)，傳導(dǎo)性會(huì)受到在該等晶粒邊界之摻雜原子之分開的控制，因?yàn)樵谠摰冗吔缣帲摰仍颖旧硐禃?huì)被捕獲、且會(huì)變得沒有電性活性的關(guān)系，此外，于該等晶粒邊界處的一高摻雜材質(zhì)濃度乃會(huì)抑制于回火(annealing)期間的晶粒成長(zhǎng)，且在接續(xù)的回火步驟期間，已植入之摻雜材質(zhì)的重新分配以及較大的晶粒大小乃會(huì)改變?cè)摰葘拥碾娦砸约敖Y(jié)構(gòu)特性，而顯然地，此乃會(huì)影響該外在基極電阻RB的該外部電阻部分RBe，其中，主要的問題系在，具有摻雜原子之Si樣品的該回火行為，事實(shí)上，僅有該等摻雜原子的一小部分比例，大約10％，會(huì)被離子化，因此，若是假設(shè)不活化的、未被消除的摻雜原子乃會(huì)以呈群的形式出現(xiàn)時(shí)，則該等摻雜原子的成群形成即會(huì)在該回火溫度時(shí)舉行，或是，二者擇一地，主要地會(huì)在該樣品的冷卻期間舉行，所以，藉由通常大于5×1020cm-3的硼摻雜數(shù)值，以及一150-250nm的層厚度，即可以達(dá)成大約50-100Ω/□的最小層電阻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明作為基礎(chǔ)的目的即在于提供一雙極晶體管，且在其中，該等連接電極，特別是，該基極電極，的該層電阻乃會(huì)更進(jìn)一步地獲得降低。
根據(jù)本發(fā)明的此目的系藉由具有權(quán)利要求1之特征的一雙極晶體管而加以達(dá)成，而在附屬權(quán)利要求中，則是提供本發(fā)明之較佳以及較具優(yōu)勢(shì)的根據(jù)本發(fā)明，其系提議，在雙極晶體管中，應(yīng)該使用已于其中插入不純物之多晶硅層來取代傳統(tǒng)的多晶硅電極，而該些不純物則是會(huì)在該電極材質(zhì)中造成一高密度的空間。
較佳地是，使用C、P、或Ar原子作為不純物，其中，尤其較佳地是，C原子，此外，在該多晶硅層中之該等不純物的該密度系較佳地介于大約1019-1021cm-3的范圍之中。
在硅中具有高溶解度的碳系可以被建立在該硅晶格之中，于空隙處，以及于(就能量方面)更適合的晶格位置處，以交換一Si原子，其中，位于該等晶格位置處的該等C原子乃會(huì)捕捉出現(xiàn)在空隙處的Si原于，并且因此而形成受束縛的空隙復(fù)合物，然后，由于該等C原子的此捕捉機(jī)制，因此，即會(huì)產(chǎn)生額外的空間，也因此，在該多晶硅層中的碳乃會(huì)于回火期間提供空隙的槽(sinks)，所以，舉例而言，硼摻雜原子之空隙驅(qū)動(dòng)的成群形成即會(huì)受到抑制，以及因此，活性摻雜原子的量以及濃度即可以獲得增加，而此則是造成該被摻雜以，舉例而言，硼之多晶硅層的一較低層電阻，并且因而造成一較小的外在基極電阻，更進(jìn)一步地，此效應(yīng)系可以藉由使用多晶硅鍺(polycrystalline silicon-germanium)而再獲得增加。
既然，一般而言，碳系會(huì)被使用于半導(dǎo)體技術(shù)之中，并且系可以直接地于層成長(zhǎng)期間、或是藉由離子植入而被插入該等電極的該多晶硅層之中，因此，本發(fā)明的概念，正如前述，即可以在傳統(tǒng)雙極晶體管之制造方法中，簡(jiǎn)單地以及經(jīng)濟(jì)地加以執(zhí)行。
再者，更進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是，C原子系可以在實(shí)質(zhì)上不需要干擾該Si晶格結(jié)構(gòu)的情形下而建立于其中，這是因?yàn)椋词故荢iC的體積也僅比純Si多出大約3％的關(guān)系。
雖然本發(fā)明系特別地討論雙極晶體管，但是，原則上，與其它晶體管形式，例如，F(xiàn)ET，MOS，或CMOS一起使用也是可理解的。


本發(fā)明將會(huì)以一較佳實(shí)施例的唯一圖式作為參考而于接下來進(jìn)行更詳盡解釋。
具體實(shí)施例方式
關(guān)于顯示于圖式中的該實(shí)施例，為了避免重復(fù)，系可以參考上述有關(guān)習(xí)知技術(shù)之解釋的大部分，而正如前面所提及的，在該圖式中，一自行對(duì)準(zhǔn)npn雙極晶體管系顯示為剖面圖的形式。
該雙極晶體管的該發(fā)射極3系經(jīng)由一n摻雜多晶硅電極而加以接觸，以及一p+多晶硅電極2系會(huì)被配置于該p+摻雜基極4，至于間隙壁7則是加以提供作為該自行對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極基極絕緣，此外，在該發(fā)射極電極1的下方，系提供有一TEOS絕緣層6，以及在該基極電極2的下方，則是提供有一LOCOS絕緣層8，且在該圖式中，該雙極晶體管的該集電極區(qū)域5系亦藉由一虛線而加以顯示。
一被插入濃度1019-1021cm-3之C不純物原子的多晶硅層，系加以使用作為該基極電極2，而此則是可以藉由離子植入而加以完成、或者，二者擇一地，在不需要一額外之植入步驟的情形下，直接地于層成長(zhǎng)期間完成，此外，正如已知的，該多晶硅層系會(huì)被摻雜以具有大于5×1020cm-3之濃度的硼原子。
該C不純物原子系會(huì)將它們本身并入該Si晶格之中，于空隙處，且較佳地是，位于(在能量方面)更適合的晶格位置，接著，在該晶格位置上的該C不純物原子即會(huì)自空隙捕捉Si原子，并且形成受束縛的空隙復(fù)合物，然后，由于這些被捕捉的Si原子，所以，即會(huì)形成具有一大約l019cm-3之評(píng)估密度的額外空間，而在此方法中所形成的該等Si-C團(tuán)塊(agglomerates)則是會(huì)穩(wěn)定到大約700℃，但若是處于較高的溫度時(shí)，它們就會(huì)被轉(zhuǎn)換成為βSiC，再者，由于SiC相較于該Si矩陣而大約多出3％的體積，乃是亦可以輕易地藉由空間而加以補(bǔ)償，因此，在該等電極中并不會(huì)發(fā)生不需要的電壓，在此方法中，因?yàn)橛诨鼗鹌陂g，碳系會(huì)于該多晶硅層中產(chǎn)生空隙的槽(sinks)，所以，該等硼摻雜原子的空隙驅(qū)動(dòng)成群形成即會(huì)受到抑制，并且因此，活性摻雜原子的量系可以被增加。
在此方法中所產(chǎn)生之活性摻雜原子的該較高濃度系會(huì)造成該被摻雜以硼之多晶硅層的一較低層電阻，并且因此造成一較小的外在基極電阻，更進(jìn)一步地，此效應(yīng)系更可以藉由使用多晶硅鍺(polycrystalline silicon-germanium)而加以增加。
顯然地，除了該基極電極2之外，二者擇一地、或另外地，該發(fā)射極電極1以及該集電極電極系亦可以為根據(jù)本發(fā)明的形式。
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管，包括一發(fā)射極區(qū)域(3)，其可以經(jīng)由一發(fā)射極電極(1)而進(jìn)行電性接觸；一基極區(qū)域(4)，其可以經(jīng)由一基極電極(2)而進(jìn)行電性接觸；以及一集電極區(qū)域(5)，其可以經(jīng)由一集電極電極而進(jìn)行電性接觸，其特征在于，該等發(fā)射極、基極、以及集電極電極(1，2)的至少其中一個(gè)電極系為一多晶硅層，且在該多晶硅層中乃插入會(huì)在該多晶硅層中造成一高密度空間的不純物原子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之雙極晶體管，其特征在于，該等不純物原子為C、P、或Ar原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之雙極晶體管，其特征在于，在該多晶硅層中的該等不純物原子的密度介于大約1019-1021cm-3的范圍中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求其中之一所述之雙極晶體管，其特征在于，該多晶硅層會(huì)摻雜有硼原子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述之雙極晶體管，其特征在于，該等硼原子的濃度乃選擇大于5×1020cm-3者。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求其中之一所述之雙極晶體管，其特征在于，該至少一電極(1，2)乃是由多晶硅鍺(polycrystalline silicon-germanium)所構(gòu)成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求其中之一所述之雙極晶體管，其特征在于，該至少一電極為該基極電極(2)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求其中之一所述之雙極晶體管，其特征在于，該雙極晶體管為一自行對(duì)準(zhǔn)雙極晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙極晶體管。為了降低外在基極電阻以及因而達(dá)成一雙極晶體管的一低電阻基極電極，乃會(huì)使用一多晶硅層作為該基極電極(2)，且在該多晶硅層之中插入會(huì)在該多晶硅層中造成一高密度空間的不純物原子。
文檔編號(hào)H01L29/167GK1669150SQ03816360
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月11日
發(fā)明者J·貝克, T·梅斯特, A·羅曼尤克, H·舍弗 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司