具体实施方式
本发明的多点式硅晶体管主要包含至少二水平设于硅层中的晶体管单元,且每一晶体管单元彼此邻接,相邻晶体管单元互相对称设置。以下先以二晶体管单元为例,介绍本发明的实施态样。
由于多点式硅晶体管可分为NPN晶体管或PNP晶体管,但不管是哪种晶体管,其构造均相同,仅材质有N型或P型二种差异,以下先介绍NPN晶体管,以其作为本发明的第一实施例,具体请参阅图3及图4。
本发明的多点式硅晶体管包含一硅基板22,其周围形成有一方形的P型阱区24与一方形的第一、第二浅沟槽(STI)结构26、28,第一、第二浅沟槽结构26、28分别位于P型阱区24的内围与外围。
第一晶体管单元30包含了一作为集电极的第一N型掺杂区301、一作为基极连接导线的第一P型掺杂区302、一作为基极且掺杂浓度较第一P型掺杂区302低的第一P型轻掺杂区303、一第一、第二超浅沟槽结构304、305,两者均位于硅基板22中,除此之外,第一P型轻掺杂区303介于第一、第二超浅沟槽结构304、305之间,第一P型轻掺杂区303与第一N型掺杂区301、第一P型掺杂区302、第一、第二超浅沟槽结构304、305邻接,第一N型、P型掺杂区301、302分别与第一、第二超浅沟槽结构304、305邻接,第一N型掺杂区301邻接于第一P型掺杂区302的侧壁与底部。
另外在硅基板24表面还设有一第一N型射极结构306,其为重掺杂多晶硅射极结构,且其位于第一P型轻掺杂区303上面,并覆盖部分的第一、第二超浅沟槽结构304、305。
第二晶体管单元32包含了一作为集电极的第二N型掺杂区321、一作为基极连接导线的第二P型掺杂区322、一作为基极且掺杂浓度较第二P型掺杂区322低的第二P型轻掺杂区323、一第三、第四超浅沟槽结构324、325,其均位于硅基板22中,除此之外,第二P型轻掺杂区323介于第三、第四超浅沟槽结构324、325之间,第二P型轻掺杂区323与第二N型掺杂区321、第二P型掺杂区322、第三、第四超浅沟槽结构324、325邻接,第二N型、P型掺杂区321、322分别与第三、第四超浅沟槽结构324、325邻接,第二P型掺杂区322的侧壁与底部与第二N型掺杂区321邻接。另外,第二P型掺杂区322与第一P型掺杂区302邻接,且第二P型掺杂区322与第一P型掺杂区302为具有同一掺杂浓度的P型掺杂区,第二N型掺杂区321与第一N型掺杂区301邻接,且第二N型掺杂区321与第一N型掺杂区301为具有同一掺杂浓度的N型掺杂区。
另外在硅基板22表面还设有一第二N型射极结构326,其为重掺杂的多晶硅射极结构,且其位于第二P型轻掺杂区323的上面,并覆盖部分的第三、第四超浅沟槽结构324、325。
在器件尺寸设计上,第一、第二浅沟槽结构26、28的宽度a为0.5微米;第一、第二、第三、第四超浅沟槽结构304、305、324、325的宽度b各为0.3微米;第一、第二P型轻掺杂区303、323的宽度c各为0.32微米;介于第一超浅沟槽结构304与第二浅沟槽结构28间的第一N型掺杂区301的宽度d为0.3微米;介于第三超浅沟槽结构324与第二浅沟槽结构28间的第二N型掺杂区321的宽度e为0.3微米;介于第二、第四超浅沟槽结构305、325间的第一、第二P型掺杂区302、322的总宽度f为0.3微米;第一、第二P型掺杂区302、322分别与第一、第二P型轻掺杂区303、323重叠的宽度g为0.1微米;第一、第二N型射极结构306、326的宽度h各为0.62微米。
由于重叠的宽度g为0.1微米,也就是说,对于第一晶体管单元30,在第一P型掺杂区302与基极之间多增设了第二超浅沟槽结构305可大幅减少第一P型掺杂区302与基极的邻接面的面积,如此便可使作为基极连接导线的第一P型掺杂区302的内阻值变小,以提高第一晶体管单元30的电流驱动能力。此外,在第一N型掺杂区301与基极之间多增设了第一超浅沟槽结构304可使基极与集电极之间的击穿电压提高,以降低第一晶体管单元30产生雪崩的机率。如同上述理由,对于第二晶体管单元32也有同样的现象发生,因此第二晶体管单元32的电流驱动能力也会提高,且第二晶体管单元32产生雪崩的机率也会降低。综合第一、第二晶体管单元30、32所产生的功效,使得整个多点式硅晶体管的功率消耗大幅减少,并进而增加器件的使用寿命。
至此多点式NPN晶体管的结构介绍完毕,而多点式PNP晶体管的结构,仅需要将上述的第一、第二N型掺杂区301、321以P型掺杂区代替,第一、第二P型掺杂区302、322以N型掺杂区代替,第一、第二P型轻掺杂区303、323以N型轻掺杂区代替,第一、第二N型射极结构306、326以P型射极结构代替即可。同样地,对于下面所述的任一NPN晶体管实施例,其对应的PNP晶体管结构可利用此种代替方式来表示。
以下继续介绍上述第一实施例的多点式NPN晶体管的制作方法,请参阅图5A至图5E,首先如图5A所示,提供一硅基板22,其周围形成有一方形的P型阱区24、一方形的第一、第二浅沟槽结构26、28,第一、第二浅沟槽结构26、28分别位于P型阱区24的外围与内围。接着如图5B所示,在硅基板22中形成一第一、第二、第三、第四超浅沟槽结构304、305、324、325。之后如图5C所示,在硅基板22中形成一具平均掺杂浓度的N型掺杂区,其左半部分及右半部分分别定义为第一N型掺杂区301与第二N型掺杂区321,第一N型掺杂区301与第一超浅沟槽结构304邻接,第二N型掺杂区321与第三超浅沟槽结构324邻接。且在介于第一、第二超浅沟槽结构304、305之间的硅基板22中形成一第一P型轻掺杂区303,以与 第一N型掺杂区301、第一、第二超浅沟槽结构304、305邻接,在介于第三、第四超浅沟槽结构324、325之间的硅基板22中形成一第二P型轻掺杂区323,以与第二N型掺杂区321、第三、第四超浅沟槽结构324、325邻接。再接着如图5D所示,在硅基板22中形成一具平均掺杂浓度的P型掺杂区,其左半部分定义为第一P型掺杂区302,右半部分则定义为第二P型掺杂区322,所述第一P型掺杂区302与第一N型掺杂区301、第一P型轻掺杂区303、第二超浅沟槽结构305邻接,另外第二P型掺杂区322与第二N型掺杂区321、第二P型轻掺杂区323、第四超浅沟槽结构325邻接。最后如图5E所示,分别在第一、第二P型轻掺杂区303、323的表面形成一第一、第二N型射极结构306、326,且第一射极结构306覆盖部分的第一、第二超浅沟槽结构304、305,第二射极结构326覆盖部分的第三、第四超浅沟槽结构324、325。
至此多点式NPN晶体管的制作方法介绍完毕,若要参阅多点式PNP晶体管的制作方法,仅需要将上述第一、第二N型掺杂区301、321以P型掺杂区代替,第一、第二P型掺杂区302、322以N型掺杂区代替,第一、第二P型轻掺杂区303、323以N型轻掺杂区代替,第一、第二N型射极结构306、326以P型射极结构代替即可。同样地,对于下面所述任一NPN晶体管的制作方法,其对应的PNP晶体管的制作方法可利用此种代替方式来表示。
为了分别使第一、第二N型掺杂区301、321与第一、第二P型掺杂区302、322的内阻值降得更低,以下介绍本发明的第二实施例的多点式NPN晶体管,请参阅图6及图7。
第二实施例与第一实施例差异仅在于对于第一晶体管单元30多增设了一第一轻掺杂深阱区307、一第一、第二重掺杂浅阱区308、309,对于第二晶体管单元32多增设了一第二轻掺杂深阱区327、一第三、第四重掺杂浅阱区328、329。第一轻掺杂深阱区307与第一N型掺杂区301同型,并位于第一N型掺杂区301中,且与第一超浅沟槽结构304、第二浅沟槽结构28邻接,第一重掺杂浅阱区308与第一N型掺杂区301同型,并位于第一超浅沟槽结构304与第二浅沟槽结构28之间的第一轻掺杂深阱区307中,且与第一超浅沟槽结构304、第二浅沟槽结构28邻接,另外第二重掺杂浅阱区309与第一P型掺杂区302同型,并位于第二超浅沟槽结构305与第二浅沟槽结构28之间的第一P型掺杂区302中,且与第二超浅沟槽结构305、第二浅沟槽结构28邻接。
第二轻掺杂深阱区327与第二N型掺杂区321同型,并位于第二N型掺杂区321中,且与第三超浅沟槽结构324、第二浅沟槽结构28邻接,第三重掺杂浅阱区328与第二N型掺杂区321同型,并位于第三超浅沟槽结构324与第二浅沟槽结构28之间的第二轻掺杂深阱区327中,且与第三超浅沟槽结构324、第二浅沟槽结构28邻接,另外第四重掺杂浅阱区329与第 二P型掺杂区322同型,并位于第四超浅沟槽结构325与第二浅沟槽结构28之间的第二P型掺杂区322中,且与第四超浅沟槽结构325、第二浅沟槽结构28邻接。除此之外,第四重掺杂浅阱区329还与第二重掺杂浅阱区309邻接,且同为具同一掺杂浓度的P型掺杂区。
另外,在器件尺寸设计上的差异仅在于,第一重掺杂浅阱区308的宽度d为0.3微米;第三重掺杂浅阱区328的宽度e为0.3微米;第二、第四重掺杂浅阱区309、329的总宽度f为0.3微米。
也就是说,对第一晶体管单元30而言,在第一N型掺杂区301中多增设了第一轻掺杂深阱区307与第一重掺杂浅阱区308,在第一P型掺杂区302中多增设了第二重掺杂浅阱区309,对第二晶体管单元32而言,在第二N型掺杂区321中多增设了第二轻掺杂深阱区327与第三重掺杂浅阱区328,在第二P型掺杂区322中多增设了第四重掺杂浅阱区329,这种改变可使第一、第二N型掺杂区301、321与第一、第二P型掺杂区302、322的内阻值降得更低,使器件的电流驱动能力更大。
此第二实施例可仅缺少第一、第二轻掺杂深阱区307、327与第一、第三重掺杂浅阱区308、328,或仅缺少第二、第四重掺杂浅阱区309、329,亦可使第一、第二N型掺杂区301、321或第一、第二P型掺杂区302、322的内阻值降低。
本发明的第二实施例的制作方法与第一实施例类似,以下仍以图5A至图5E为例,叙述差异所在。在图5C的步骤结束后,分别先在第一、第二N型掺杂区301、321中形成一第一、第二轻掺杂深阱区307、327。接着在介于第一超浅沟槽结构304与第二浅沟槽结构28之间的第一轻掺杂深阱区307中形成第一重掺杂浅阱区308,同时,在介于第三超浅沟槽结构324与第二浅沟槽结构28之间的第二轻掺杂深阱区327中形成第三重掺杂浅阱区328。之后再进行图5D的步骤。
当图5D的步骤完成之后,则在介于第二、第四超浅沟槽结构305、325的第一、第二P型掺杂区302、322形成一具平均掺杂浓度的P型重掺杂浅阱区,其左半部分定义为第二重掺杂浅阱区309,右半部分定义为第四重掺杂浅阱区329。之后再进行图5E的步骤。
当所述晶体管的第二实施例仅缺少第一、第二轻掺杂深阱区307、327与第一、第三重掺杂浅阱区308、328时,仅需要在上述制作方法中省略形成第一、第二轻掺杂深阱区307、327与第一、第三重掺杂浅阱区308、328的步骤。当所述第二实施例仅缺少第二、第四重掺杂浅阱区309、329时,仅需要在上述制作方法中省略形成第二、第四重掺杂浅阱区309、329的步骤即可。
上面本发明以二个晶体管单元为例,以下以三个晶体管单元为例。介绍本发明的第三实 施例的多点式NPN晶体管,请参阅图8及图9。
第三实施例与第一实施例结构上主要的差异在于在第二晶体管32与第二浅沟槽结构28之间的硅基板22中多增设了一第三晶体管单元34。第三晶体管单元34包含一作为集电极的第三N型掺杂区341、一作为基极连接导线的第三P型掺杂区342、一作为基极且掺杂浓度较第三P型掺杂区342低的第三P型轻掺杂区343、一第五、第六超浅沟槽结构344、345,其均位于硅基板22中,除此之外,第三P型轻掺杂区343介于第五、第六超浅沟槽结构344、345之间,第三P型轻掺杂区343与第三N型掺杂区341、第三P型掺杂区342、第五、第六超浅沟槽结构344、345邻接,第三N型、P型掺杂区341、342分别与第五、第六超浅沟槽结构344、345邻接,第三N型掺杂区341不但邻接于第三P型掺杂区342的侧壁与底部,更与第二N型掺杂区321邻接,且第三N型掺杂区341与第二N型掺杂区321为具同一掺杂浓度的N型掺杂区。
在硅基板22表面还设有一第三N型射极结构346,其为重掺杂的多晶硅射极结构,且其位于第三P型轻掺杂区343的上面,并覆盖部分的第五、第六超浅沟槽结构344、345。
另外,在器件尺寸设计上的差异仅在于,第五、第六超浅沟槽结构344、345的宽度b各为0.3微米;第三P型轻掺杂区343的宽度c为0.3微米;第三P型掺杂区342与第三P型轻掺杂区343的重叠宽度g为0.1微米;第三射极结构346的宽度h为0.62微米;介于第三、第五超浅沟槽结构324、344间的第二、第三N型掺杂区321、341的总宽度f为0.3微米;介于第六超浅沟槽结构345与第二浅沟槽结构28间的第三P型掺杂区342的宽度i为0.3微米。
对于第三实施例的制作方法与第一实施例类似,由上述可知,每一晶体管单元均包含一N型、P型掺杂区、二超浅沟槽结构、一P型轻掺杂区、一N型射极结构,因此,第三实施例在制作时,第三晶体管单元34的各部分结构分别与第一实施例中的第二晶体管单元32的相同的各部分结构于同一步骤中形成。
继续介绍本发明的第四实施例的多点式NPN晶体管,请参阅图10及图11。
第四实施例与第二实施例结构上主要的差异在于在第二晶体管32与第二浅沟槽结构28间的硅基板22中多增设了一第三晶体管单元34。第三晶体管单元34包含一作为集电极的第三N型掺杂区341、一作为基极连接导线的第三P型掺杂区342、一作为基极且掺杂浓度较第三P型掺杂区342低的第三P型轻掺杂区343、一第五、第六超浅沟槽结构344、345,其均位于硅基板22中。
还有,第三P型轻掺杂区343介于第五、第六超浅沟槽结构344、345之间,第三P型轻掺杂区343与第三N型掺杂区341、第三P型掺杂区342、第五、第六超浅沟槽结构344、345 邻接,第三N型、P型掺杂区341、342分别与第五、第六超浅沟槽结构344、345邻接,第三N型掺杂区341邻接于第三P型掺杂区342的侧壁与底部。
另外,一与第三N型掺杂区341同型的第三轻掺杂深阱区347位于第三N型掺杂区341中,且与第二轻掺杂深阱区327、第五超浅沟槽结构344邻接,第二、第三轻掺杂深阱区327、347为具同一掺杂浓度的掺杂区;一与第三N型掺杂区341同型的第五重掺杂浅阱区348位于第三重掺杂浅阱区328与第五超浅沟槽结构344之间的第三轻掺杂深阱区347中,且与第三重掺杂浅阱区328、第五超浅沟槽结构344邻接,第三、第五轻掺杂深阱区328、348为具同一掺杂浓度的掺杂区;一与第三N型掺杂区342同型的第六重掺杂浅阱区349位于第二浅沟槽结构28与第六超浅沟槽结构345之间的第三N型掺杂区342中,且与第二浅沟槽结构28、第六超浅沟槽结构345邻接。
在硅基板22表面更设有一第三N型射极结构346,其为重掺杂的多晶硅射极结构,且其位于第三P型轻掺杂区343的上面,并覆盖部分的第五、第六超浅沟槽结构344、345。
在器件尺寸设计上的差异仅在于,第五、第六超浅沟槽结构344、345的宽度b各为0.3微米;第三P型轻掺杂区343的宽度c为0.3微米;第三P型掺杂区342与第三P型轻掺杂区343的重叠宽度g为0.1微米;第三射极结构346的宽度h为0.62微米;介于第三、第五超浅沟槽结构324、344之间的第三、第五重掺杂浅阱区328、348的总宽度f为0.3微米;介于第六超浅沟槽结构345与第二浅沟槽结构28之间的第六重掺杂浅阱区349的宽度i为0.3微米。
对于第四实施例的制作方法与第二实施例类似,由上述可知,每一晶体管单元皆包含一N型、P型掺杂区、二超浅沟槽结构、一P型轻掺杂区、一N型射极结构、一轻掺杂深阱区、二重掺杂浅阱区,因此,第四实施例在制作时,第三晶体管单元34的各部分结构分别与第二实施例中第二晶体管单元32的相同的各部分结构于同一步骤中形成。
综上所述,本发明在每一晶体管单元中的基极两侧分别增设一超浅沟槽结构,如此不但可使基极与集电极间的击穿电压提高,又能使与基极连接的基极连接导线的内阻变小,以提高整个器件的电流驱动能力,同时减少功率消耗,进而增加器件的使用寿命。
以上所述者,仅为本发明较佳实施例而已,并非用来限定本发明实施的范围,故举凡依本发明权利要求书所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰,均应包括于本发明的保护范围内。