專利名稱:雙極晶體管的制作方法
本發(fā)明是有關(guān)半導(dǎo)體集成電路內(nèi)部的雙極晶體管，特別是關(guān)于該雙極晶體管的混合參數(shù)之一的hFE值的控制問題。
以過去半導(dǎo)體集成電路內(nèi)部的雙極晶體管，即眾所周知的日本國專利申請(qǐng)公開公報(bào)1984年-2343號(hào)中所公開的晶體管為例在圖4中表示了上述公開公報(bào)中所公開的過去的雙極晶體管結(jié)構(gòu)的側(cè)視剖面圖。在圖4中1為P型半導(dǎo)體基片、2為N+型內(nèi)埋層、3為N-型外延層、4為P+型分離區(qū)、5為通過分離區(qū)4把N-型外延層分離成島狀而形成的島區(qū)。在島區(qū)5的表面層上P型雜質(zhì)被擴(kuò)散，形成第1基極區(qū)6，此后N型雜質(zhì)被擴(kuò)散，形成發(fā)射極區(qū)7以及集電極接點(diǎn)區(qū)8、從而構(gòu)成NPN型晶體管。還有，在圖4中僅表示了半導(dǎo)體集成電路中的一個(gè)島區(qū)5部分的側(cè)視剖面圖，而通常的半導(dǎo)體集成電路芯片中島區(qū)5有好幾個(gè)，其余的島區(qū)中也可以用同樣的擴(kuò)散工藝形成同樣的NPN型晶體管。
構(gòu)成上述的NPN型雙極晶體管的hFE值由基極區(qū)6和發(fā)射極區(qū)7的雜質(zhì)濃度以及基極寬度(圖4中用B來表示)來決定。因此在同一半導(dǎo)體基片1上形成若干個(gè)島區(qū)5，只要在各島區(qū)5中同時(shí)用同一擴(kuò)散工藝形成雙極晶體管，那么各個(gè)晶體管都有大致相同的hFE值。
但是從用戶的要求或電路構(gòu)成的需要出發(fā)，也有在同一半導(dǎo)體集成電路芯片上希望形成具有不同hFE值的雙極晶體管的情況。在這種情況下，過去對(duì)于各種不同hFE值的晶體管必須一種一種地各自添加擴(kuò)散工藝，因此增加了制造工藝(擴(kuò)散工藝)，就產(chǎn)生了不能適合于成批生產(chǎn)的問題。
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供能夠在半導(dǎo)體集成電路芯片上使hFE值可以任意調(diào)整的雙極晶體管。
簡單地說本發(fā)明就是在雙極晶體管的發(fā)射極區(qū)上重疊一部分并設(shè)置了比通?；鶚O區(qū)(第1基極區(qū))擴(kuò)散得更深的第2基極區(qū)的雙極晶體管。這樣可以通過選擇第2基極區(qū)與發(fā)射區(qū)的重迭量為所定量來得到所希望的hFE值的雙極晶體管。
如上所述，在發(fā)射極區(qū)中重疊一部分并設(shè)置了比第1基極區(qū)還要深的第2基極區(qū)，由于這個(gè)第2基極區(qū)使基極的寬度增大，因此從整體上來說，在基極區(qū)中因注入載流子的消滅，使再結(jié)合電流增加。其結(jié)果是使晶體管的hFE值變小。晶體管的hFE值是根據(jù)發(fā)射極區(qū)與第2基極區(qū)之間的重疊量的多少而增減的，重疊量越大，因第2基極區(qū)產(chǎn)生的再結(jié)合電流也增加得越多，hFE值就變小。
因此，根據(jù)本發(fā)明，只要添加一個(gè)用來形成第2基極區(qū)的擴(kuò)散工藝過程，在同一半導(dǎo)體集成電路芯片上就能夠同時(shí)形成具有不同hFE值的雙極晶體管。利用這種結(jié)果可以提供能滿足用戶要求并使電路設(shè)計(jì)更為容易的集成電路芯片。
圖1A是本發(fā)明的第1個(gè)實(shí)施例，表示了集成電路芯片一部分的側(cè)視剖面圖。
圖1B是沿圖1A的X-X線的平面剖面圖。
圖2A是本發(fā)明的第2個(gè)實(shí)施例，表示了集成電路芯片一部分的側(cè)視剖面圖。
圖2B是沿圖2A的Y-Y線的平面剖面圖。
圖3A、圖3B、圖3C以及圖3D是為了說明本發(fā)明的第1個(gè)實(shí)施例的制造工藝而表示的在各制造階段的晶體管側(cè)視剖面圖。
圖4是過去的雙極晶體管的一個(gè)例子，表示集成電路芯片的側(cè)視剖面圖。
在圖中所表示的11……為半導(dǎo)體基片、15、16……為島區(qū)、17、18……為第1基極區(qū)、23……為第2基極區(qū)、19、20……為發(fā)射極區(qū)、B、B′……為基極寬度。
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例加以說明。
以本發(fā)明為根據(jù)所構(gòu)成的雙極晶體管的第1個(gè)實(shí)施例表示于圖1A、圖1B中。特別是在圖1A中表示了在集成電路芯片上形成雙極晶體管部分的側(cè)視剖面圖。圖1B是沿圖1A的x-x線的平面剖面圖。在兩圖中11為P型半導(dǎo)體基片、12為N+型內(nèi)埋層、13為N型外延層、14為P+型分離區(qū)、15、16為各自通過分離區(qū)14從N型外延層分離成為島狀的島區(qū)(分離為島狀的外延層)，17、18各自為P型的第1基極區(qū)、19、20各自為N+型發(fā)射極區(qū)、21、22各自為N+型集電極接點(diǎn)區(qū)、23為P+型的第2基極區(qū)、24為氧化膜、25、26、27、28、29以及30各自為設(shè)置在各區(qū)上的電極。
這個(gè)實(shí)施例中島區(qū)15上形成了在這個(gè)半導(dǎo)體集成電路芯片上具有最大hFE值的NPN型晶體管。另外在島區(qū)16中通過第2基極區(qū)23的作用，形成具有比在島區(qū)15上形成的NPN型晶體管的hFE值要小的NPN型晶體管。
本實(shí)施例的特征是在發(fā)射極區(qū)20上重疊一部分，形成了比第1基極區(qū)18還要深的第2基極區(qū)。若做成這種結(jié)構(gòu)，第2基極區(qū)23的基極寬度(圖1A中用“B′”表示)比第1基極區(qū)18的基極寬度B還要寬，所以在晶體管的基極區(qū)18、23中因載流子消滅，再結(jié)合電流增加，晶體管的hFE值就變小。
在本實(shí)施例中，島區(qū)16所形成的晶體管的hFE值隨三個(gè)參數(shù)的變化而變化。這三個(gè)參數(shù)即為第2基極區(qū)23的雜質(zhì)濃度、第2基極區(qū)23的擴(kuò)散深度以及第2基極區(qū)23與發(fā)射極區(qū)20的重疊量。不過，實(shí)際上在半導(dǎo)體集成電路芯片上形成雙極晶體管的時(shí)候，是在多個(gè)任意的島區(qū)上同時(shí)擴(kuò)散形成第2基極區(qū)，因此所形成的第2基極區(qū)23的雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散深度都變得均一。因此，為了要各自控制所形成的第2基極區(qū)23的每個(gè)晶體管的hFE值，將改變第2基極區(qū)23與發(fā)射極區(qū)20的重疊量。第2基極區(qū)23與發(fā)射極區(qū)20的重疊量若變大，如上所述因第2基極區(qū)23所產(chǎn)生的再結(jié)合電流增加，晶體管的hFE值就變小。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，具有最大hFE值的晶體管不形成第2基極區(qū)23，僅由第1基極區(qū)17所構(gòu)成。另外，隨著具有相對(duì)來說較小的hFE值的晶體管的形成，通過更大地選擇第2基極區(qū)23與發(fā)射極區(qū)20的重疊量，同一半導(dǎo)體集成電路芯片上能夠同時(shí)形成具有種種不同hFE值的雙極晶體管。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在基極擴(kuò)散深度為2.3μ、發(fā)射極擴(kuò)散深度為1.8μ、hFE＝300的雙極晶體管中，形成與發(fā)射極區(qū)的平面面積約重疊30%、擴(kuò)散深度為4.7μ、雜質(zhì)濃度為5.0×1010atoms.CM-3的第2基極區(qū)23時(shí)，就能夠把晶體管的hFE值控制到100左右。
圖2A和圖2B表示本發(fā)明的第2個(gè)實(shí)施例。特別是圖2A是本發(fā)明的第2個(gè)實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。圖2B為圖2A中沿Y-Y線的平面剖面圖。
參照?qǐng)D2A及圖2B，在第2個(gè)實(shí)施例中，在第1基極區(qū)18的周圍設(shè)置呈環(huán)形平面形狀的第2基極區(qū)23。故這個(gè)第2基極區(qū)23與發(fā)射極區(qū)20有一部分重疊。因?yàn)榈?基極區(qū)23比第1基極區(qū)18形成得更深，因此在第2基極區(qū)23的底部周圍邊緣部沒有棱角，在底部周圍邊緣部的N型島區(qū)16與P+型的第2基極區(qū)23之間的PN接合的曲率半徑R比第1基極區(qū)18的要大。因此這樣把第2基極區(qū)23做成呈環(huán)形平面形狀的擴(kuò)散形成之后，PN接合的曲率半徑R大的第2基極區(qū)23完全包圍了曲率半徑R小的第1基極區(qū)的周圍，所以能夠制成使電場集中現(xiàn)象緩和、且承受靜電破壞力強(qiáng)、可靠性好的晶體管。另外，決定選擇發(fā)射極區(qū)20和第2基極區(qū)23的重疊量，就當(dāng)然能夠控制晶體管的hFE值。故如按這第2實(shí)施例進(jìn)行實(shí)施，我們就能制成承受靜電破壞力強(qiáng)和可靠性高的雙極晶體管。
下面參照?qǐng)D3A～3D說明有關(guān)本發(fā)明的第1個(gè)實(shí)施例的制造方法。
首先，如圖3A所示，P型半導(dǎo)體基片11上摻雜N+型內(nèi)埋層12之后，采用外延生長法形成外延層13。此后通過形成的P+型分離區(qū)14必然形成雙極晶體管的多個(gè)島區(qū)15、16。
接著，如圖3B所示，采用選擇擴(kuò)散法，擴(kuò)散P型雜質(zhì)例如硼，在所希望的島區(qū)16上形成第2基極區(qū)23。這時(shí)形成的第2基極區(qū)23的擴(kuò)散窗口的大小，考慮與后來形成的發(fā)射極區(qū)20的平面所看到時(shí)的重疊面積，就可根據(jù)所希望值來選擇完成時(shí)的晶體管的hFE值。
再接著，如圖3C所示，采用選擇擴(kuò)散法擴(kuò)散P型雜質(zhì)，在島區(qū)15、16上各自形成第1基極區(qū)17、18。再繼續(xù)下去，擴(kuò)散N型雜質(zhì)例如磷，各自形成發(fā)射極區(qū)19、20、集電極接點(diǎn)區(qū)21、22。
然后，如圖3D所示，在氧化膜24上開了接觸孔之后，使用大家所熟悉的蒸鍍技術(shù)蒸鍍電極材料如鋁，并腐蝕成所希望的形狀，在各個(gè)區(qū)上設(shè)置電極25、26、27、28、29及30。通過這個(gè)工藝流程雙極晶體管就完成了。
此外，上述第2個(gè)實(shí)施例的制造工藝與上述第1個(gè)實(shí)施例的制造工藝相同。
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管，它包括一個(gè)在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體基片上形成的第1導(dǎo)電型和反向?qū)щ娦偷牡?導(dǎo)電型的外延層，一個(gè)把該外延層分離為島狀所形成的島區(qū)，一個(gè)在該島區(qū)表面層形成上下二層的第1導(dǎo)電型的第1基極區(qū)和第2導(dǎo)電型的發(fā)射極區(qū)；其特征在于它具有一個(gè)比所述第1基極區(qū)更深的第2基極區(qū)，該第2基極區(qū)與所述發(fā)射極區(qū)部分重疊，通過選擇所述第2基極區(qū)和所述發(fā)射極區(qū)的重疊量為所定的量使雙極晶體管具有所需的hFE值。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的雙極晶體管，其特征在于所述第2基極區(qū)在所述第1基極區(qū)周圍部分制造成呈環(huán)形平面形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的雙極晶體管，其特征在于所述環(huán)形第2基極區(qū)與所述島區(qū)形成的結(jié)合境界的深層端緣部分形成為較深的所定的圓形。
專利摘要
島區(qū)16上所形成的雙極晶體管的hFE值由發(fā)射極區(qū)20和第1基極區(qū)18的雜質(zhì)濃度與基極寬度B所決定。因此用同一制造工藝擴(kuò)散第1基極區(qū)18及發(fā)射極區(qū)20時(shí)，各晶體管的hFE值大致相等。
文檔編號(hào)H01L29/732GK86100522SQ86100522
公開日1986年9月10日 申請(qǐng)日期1986年3月7日
發(fā)明者西井雅晴, 栗原一夫 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社, 東京三洋電機(jī)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan