CN101335295A - 横向双极晶体管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及横向双极晶体管及其制造方法。双极晶体管的发射区和集电区通过相同导电类型的掺杂区构成，其由相反导电类型的掺杂半导体材料分开，分离掺杂区布置在半导体本体的表面处，并与引入到半导体本体表面上的沟槽内的导电材料电接触。

Description

横向双极晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及横向双极晶体管及其制造方法。
背景技术
下面的描述涉及具有布置在半导体器件表面的发射区、基区和集电区的横向双极晶体管。发射区和集电区垂直延伸到半导体材料中并被掺杂为第一类型的电导率。在掺杂的发射区和集电区之间，在表面处存在相反掺杂的基区。该基区与发射区和集电区均形成pn结。可以在半导体器件的上表面上布置发射极、集电极和基极的电接触。
在汽车应用方面，例如，双极晶体管可用于控制电压。这里，pnp晶体管具有显著优点。双极晶体管也可用作开关。在H桥中，例如，存在以两对形式布置的四个双极晶体管，每一对具有在典型12V操作电压与地电压之间串联连接的两个双极晶体管。每一对中的两个晶体管间的连接被连接到电动机的驱动连接，因此形成H形电路，该电动机布置在H的水平条位置处。这种H桥允许电动机通过同时接通和关断对角布置的晶体管而在任一旋转方向上的操作。这也是横向pnp双极晶体管有利的应用。
横向双极晶体管特征在于，随着从器件表面距离的增加，放大率受到器件结构的影响而降低。这是由于从器件上表面向半导体材料注入的发射区与集电区的掺杂分布。该掺杂分布导致在半导体体更深的区域中发射极与集电极之间的更大距离。由于距离表面接触的更大距离，还存在增大的电阻。
发明内容
本发明的目的是改善横向双极晶体管。这通过改进导电材料和掺杂区域的结构而实现。
本发明的这些以及其它特征将通过随后的附图的简要说明、具体实施方式和所附权利要求以及附图而变得明了。
附图说明
为了更完全的理解本发明及其优点，现在结合附图参考下面的描述，其中：
图1示出了横向双极晶体管的实施例的截面。
图2示出了横向双极晶体管的实施例的平面图。
图3示出了制造方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了横向双极晶体管的实施例的截面。该晶体管结构位于半导体本体1的表面10处。第一导电类型的掩埋层2可以布置在掺杂的阱3中，阱3也是第一导电类型的，但与掩埋层2相比具有更低的掺杂。与第一导电类型相反的第二导电类型的分离掺杂区4、5布置在阱3中。导电材料6、7布置在与掺杂区4、5接触的沟槽11内，以便一个掺杂区4与相应的导电材料6构成发射极，以及另一个掺杂区5与相应的导电材料7构成横向双极晶体管的集电极。在掺杂区4、5之间，存在相反导电类型的阱3的掺杂材料。因此，在掺杂区和阱之间存在pn结。
该pn结构成晶体管结构，其在图1中使用双极晶体管的电路部件符号表示，这些双极晶体管被认为是图1的实例中的pnp晶体管。这些符号表示沿该pn结在垂直方向上的所有位置处都存在晶体管结构。位于阱3的更深区域中的双极晶体管，比位于接近表面10下面的双极晶体管具有更大的电连接电阻。这在图1中用插入的电阻符号表示。由于导电材料6、7，与更低的双极晶体管的电连接的电阻是低的。导电材料6、7和掺杂区域4、5的布置及形状造成了(render)靠近表面10下面与沟槽底部附近更深区域中的晶体管放大率的可比较的值。
掩埋层2可以被省略，但如果提供了它，则也可以存在被提供作为掩埋层2与表面10上的上基极接触之间的电连接的下沉物(sinker)接触区8。图1中表面10上示意性地示出基极B、发射极E和集电极C的外部电接触。该双极晶体管可以通过隔离9被横向绝缘，例如，隔离9可以由例如半导体材料的氧化物的介电材料形成。例如，该阱可以被掺杂为n型电导率，这种情况下，发射极和集电极的掺杂区4和5被掺杂为p型电导率。这是pnp双极晶体管的实例。但是导电符号可以颠倒，使得掺杂的阱3为p型而掺杂区4、5为n型半导体材料。
图2示出具有多个发射区和集电区的实施例的平面图。在图2示出的实例中，形成发射区和集电区的沟槽具有限定纵向方向的细长形状并由掺杂区4、5的材料围绕。存在发射极E与集电极C的交替连续。沟槽的形状可以根据特定实施例的需要而改变。图2中示出的布置仅是一个实例，其示出了可以存在多个发射区和多个集电区。导电材料6、7向下延伸至半导体本体内并与掺杂区4、5接触以形成发射极与集电极的布置，提供了在相反掺杂的半导体材料区域之间的整个结区的低电阻连接。导电材料6、7可以是任何合适的导电材料，例如金属、石墨或高度掺杂的半导体材料，尤其是例如导电掺杂的多晶硅。可以由通过形成在半导体本体1的表面10中的沟槽11的掺杂剂的注入或扩散来形成掺杂区4、5。
下沉物接触区8横向布置在一侧，但下沉物接触区也可以布置在发射极和集电极配置的两侧，尤其是以对称方式布置。图2示出了掺杂的阱3如何被隔离9横向地框住。但隔离9可以省略并且掺杂的阱3可由衬底1的基本掺杂取代。在没有提供阱的实施例中，基极接触可以布置在半导体本体的背表面上，即与图1和2中所示的表面10相反的表面上。掩埋层2和相对高掺杂原子浓度的下沉物接触区8的布置能够实现上表面10上基极接触的布置。
一种横向双极晶体管的制造方法，提供在半导体本体的表面处具有第一导电类型的基本掺杂或具有第一导电类型的掺杂阱的半导体本体，例如衬底或晶片。如果提供了掺杂的阱，则分离的沟槽11形成在表面(12，图3)处并且布置在掺杂的阱内。掺杂剂通过沟槽被引入到半导体本体内以形成发射极和集电极的掺杂区。以在掺杂区与半导体本体或掺杂的阱的围绕材料之间形成pn结的这种方式选择掺杂剂。所述沟槽被填充有导电材料(13，图3)。
可以通过向沟槽内引入掺杂材料并将掺杂材料中的掺杂剂扩散到周围半导体本体内来向半导体本体内引入掺杂剂。该掺杂材料可以为例如掺杂的多晶硅。如果半导体本体也是硅，则这是尤其适合的。代替多晶硅，可以使用硅酸盐玻璃。例如，硼原子可以作为p型导电类型的掺杂剂，而磷原子可以作为n型导电类型的掺杂剂。因此，pnp双极晶体管可以例如使用硼硅酸盐玻璃或掺杂有硼的多晶硅形成，而npn双极晶体管可以例如使用磷硅酸盐玻璃或掺杂有磷的多晶硅形成。形成晶体管结构的pn结存在于掺杂区4、5之间，并且掺杂的半导体材料在中间，其具有半导体本体1的基本掺杂或者为半导体本体1内掺杂的阱3的一部分。
如果被填充到沟槽内的材料中的掺杂剂浓度足够高以至产生低电阻，那么该材料可以保留在沟槽中并构成导电材料。代替地，可以去除该材料并使用导电材料例如金属、石墨或足够高掺杂的半导体材料来替代它，导电类型的符号根据邻近的掺杂区4、5的导电类型的符号来选择。因而，提供了沟槽11内的导电材料与相关掺杂区4、5之间的低电阻。掺杂区4、5可以如图1和2中所示那样围绕该导电材料，但导电材料仅存在于掺杂区4、5的侧并向下延伸到半导体本体中至更深部分或掺杂区4、5的下端就足够了。
此外，第一导电类型的掩埋层2可以形成在沟槽下面。该掩埋层2比该基本掺杂或该掺杂的阱的掺杂更高，并被提供用于降低基极接触与掺杂的半导体材料之间的电阻，该掺杂的半导体材料位于发射极和集电极的掺杂区4、5之间。
描述的沟槽11内的导电材料的布置使得可以降低发射极与集电极之间的距离，因为击穿电压不再由靠近表面10处的器件结构决定。因而横向双极晶体管的工作在表面10处与在靠近沟槽11底部的较低区域中相似。因而，通过穿过沟槽11形成掺杂区4、5的发射极和集电极的制造由此在表面10下整个不同水平处产生了更加均一的晶体管结构。因此，该布置与现有技术双极晶体管相比带来许多改善和优点。描述的横向双极晶体管可以容易地集成到集成电路中。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，然而应该理解在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内，可作出多种改变、替换和变形。
附图标记列表
1半导体本体
2掩埋层
3阱
4掺杂区
5掺杂区
6导电材料
7导电材料
8下沉物接触区
9隔离
10表面
11沟槽
B基极
C集电极
E发射极

Claims (23)

1、横向双极晶体管，包括：
具有表面的半导体本体；
在该表面处的第一导电类型的掺杂的阱；
在该表面处该掺杂的阱内的分离沟槽；
填充所述沟槽的导电材料；
与第一导电类型相反的第二导电类型的分离掺杂区；
每个沟槽中的导电材料分别与掺杂区之一相接触；以及
掺杂区与掺杂的阱构成双极晶体管。
2、根据权利要求1的横向双极晶体管，其中所述沟槽均分别被掺杂区之一围绕。
3、根据权利要求1或2的横向双极晶体管，进一步包括：
布置在该掺杂的阱中距离第二导电类型的掺杂区一定距离的第一导电类型的另一个掺杂区。
4、横向双极晶体管，包括：
具有表面的半导体本体；
在该表面处的第一导电类型的掺杂的阱；
在该表面处该掺杂的阱内的分离沟槽；
填充所述沟槽的导电材料；
与第一导电类型相反的第二导电类型的分离掺杂区；
每个沟槽中的导电材料分别与掺杂区之一接触；
布置在该掺杂的阱中距离第二导电类型的掺杂区一定距离的第一导电类型的另一个掺杂区；以及
掺杂区与掺杂的阱构成双极晶体管。
5、根据权利要求4的横向双极晶体管，其中所述另一个掺杂区包括关于该表面布置在沟槽下面的掩埋层以及布置在该掩埋层与该表面之间的下沉物接触区。
6、根据权利要求5的横向双极晶体管，进一步包括：
导电材料与下沉物接触区上的接触。
7、根据权利要求6的横向双极晶体管，其中所述接触提供到双极晶体管的发射极、基极和集电极的电连接。
8、根据权利要求4或5的横向双极晶体管，其中
该另一个掺杂区具有比该掺杂的阱更高的掺杂。
9、横向双极晶体管，包括：
具有表面的半导体本体；
在该表面处的沟槽，所述沟槽被填充有导电材料；
被与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂区分开的第一导电类型的掺杂区；以及
第一导电类型的掺杂区均分别与所述沟槽之一中的导电材料电接触。
10、根据权利要求9的横向双极晶体管，其中该导电材料为掺杂的半导体材料。
11、根据权利要求9的横向双极晶体管，其中该导电材料为掺杂的多晶硅。
12、根据权利要求9的横向双极晶体管，其中该导电材料为金属。
13、根据权利要求9的横向双极晶体管，其中该导电材料为石墨。
14、制造横向双极晶体管的方法，包括：
在半导体本体的表面处在第一导电类型的掺杂的半导体材料内形成分离沟槽；
通过沟槽向半导体本体内引入掺杂剂，因而形成与第一导电类型相反的第二导电类型的掺杂区；以及
使用导电材料填充沟槽。
15、根据权利要求14的方法，其中
掺杂区被形成为被第一导电类型的区域分开。
16、根据权利要求14或15的方法，进一步包括：
在该半导体本体的表面处形成第一导电类型的掺杂的阱；
在该掺杂的阱内形成沟槽；
关于该表面在沟槽的下面形成第一导电类型的掩埋层，该掩埋层比该掺杂的阱掺杂得更高。
17、根据权利要求14或15的方法，其中
掺杂剂通过向沟槽内引入掺杂的材料并将该掺杂的材料中的掺杂剂扩散到半导体本体中而被引入到半导体本体中。
18、根据权利要求17的方法，其中
该掺杂的材料为掺杂的多晶硅。
19、根据权利要求17的方法，其中
该掺杂的材料为硼硅酸盐玻璃。
20、根据权利要求17的方法，其中
该掺杂的材料为磷硅酸盐玻璃。
21、根据权利要求17的方法，其中
导电材料由引入到沟槽中的该掺杂的材料形成。
22、根据权利要求17的方法，进一步包括
从沟槽去除该掺杂的材料；以及
使用导电材料填充沟槽。
23、根据权利要求14或15的方法，其中
掺杂剂通过通过表面的注入形成沟槽而被引入到半导体本体中。
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