CN101752414B - 一种三极管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三极管，由一个或多个相连的三极管单元构成，每个所述三极管单元皆包括集电极、基极和发射极，其中所述集电极位于所述三极管单元的衬底上，相互之间用绝缘介质相隔，所述基极位于所述集电极上，所述发射极位于所述基极一侧且和所述基极相连。本发明取消了现有技术中的接触窗口，使得发射极和基极的侧壁直接接触，降低基极厚度就可很容易缩小两者的接触面积，同时也降低基极厚度，不但提高了三极管的性能，而且减小了三极管的体积。

Description

一种三极管

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种三极管结构。

背景技术

晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。

三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区发射的是空穴，其移动方向与电流方向一致；NPN型三极管发射区发射的是自由电子，其移动方向与电流方向相反。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例(信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地)，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。

电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示，电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。

图1为现有技术的半导体三极管结构，从图上可以看出，半导体三极管包括集电极2、基极4和发射极5，所述集电极2分为两部分，第一部分和第二部分之间用绝缘介质3隔开，其中第一部分和基极4相连，基极4和发射极5通过位于发射极5两侧的两个发射窗口10相连，因此，发射极5和基极4之间的接触尺寸由发射窗口10的尺寸决定。注入埋层9位于衬底8内，而集电极2便位于注入埋层9上，基极4、发射极5以及集电极的第二部分上皆连接一接触孔6。这一结构存在一些局限性，发射窗口的尺寸决定了发射极和基极之间的接触面积，增加了工艺难度，也对工艺提出了更高要求；另外，发射极位于基极之上，使整体器件的高度差变大，对后续平坦工艺提出了更为苛刻的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的发射极和基极之间的接触面积很难缩小的问题，本发明提供一种能够容易减小发射极和基极之间的接触面积的三极管。

为了实现上述目的，本发明提出一种三极管，所述三极管由一个或多个相连的三极管单元构成，每个所述三极管单元皆包括集电极、基极和发射极，其中所述集电极位于所述三极管单元的衬底上，相互之间用绝缘介质相隔，所述基极位于所述集电极上，所述发射极位于所述基极一侧且和所述基极相连。

可选的，所述集电极、所述基极和所述发射极皆连接一接触孔。

可选的，每个所述接触孔之间均用绝缘介质相隔。

可选的，所述集电极的形状为大马士革型。

可选的，所述集电极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。

可选的，所述基极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。

可选的，所述发射极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。

本发明一种三极管的有益技术效果为：本发明取消了现有技术中的接触窗口，使得发射极和基极的侧壁直接接触，通过研磨，降低基极和发射极厚度就可很容易缩小两者的接触面积，同时也降低基极厚度，不但提高了三极管的性能，而且减小了三极管的体积。

附图说明

图1为现有技术三极管的结构示意图；

图2为本发明一种三极管的第一实施例的结构示意图；

图3为本发明一种三极管的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明提出一种三极管，请参考图2，图2为本发明一种三极管的第一实施例的结构示意图，本发明提出一种三极管，所述三极管由一个或多个相连的三极管单元构成，图2所示的是一个三极管单元，每个所述三极管单元皆包括集电极2、基极4和发射极5，其中所述集电极2位于所述三极管单元的衬底1上，相互之间用绝缘介质3相隔，所述集电极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，集电极2a的厚度范围为1纳米-10000微米，所述集电极的形状为大马士革型，所述基极4位于所述集电极2上，所述基极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，基极的厚度范围为1纳米-50000微米，所述发射极5位于所述基极4一侧且和所述基极4相连，所述发射极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，发射极5的厚度范围为1纳米-50000微米。所述集电极、基极和所述发射极皆连接一接触孔，在后续的制作三极管的步骤中，使用金属线通过各自的接触孔6相连，每个所述接触孔6之间均用绝缘介质3相隔。

下面，请参考图3，图3为本发明一种三极管的第二实施例的结构示意图，图中的三极管的结构由两个三极管单元构成，从图上可以看出，所述三极管包括第一集电极2a、第二集电极2b、第一基极4a、第二基极4b、第一发射极5a和第二发射极5b。

所述第一集电极2a和所述第二集电极2b位于所述三极管的衬底1上，相互之间用绝缘介质3相隔，所述第一集电极2a和所述第二集电极2b的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，第一集电极2a的厚度范围为1纳米-10000微米，第二集电极2b的厚度范围是1纳米-10000微米。

所述第一基极4a位于所述第一集电极2a上，所述第二基极4b位于所述第二集电极2b上，所述第一基极4a和所述第二基极4b的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，第一基极4a和第二基极4b的厚度范围均为1纳米-50000微米。

所述第一发射极5a位于所述第一基极4a一侧且和所述第一基极4a相连，所述第二发射极5b位于所述第二基极4b一侧且和所述第二基极4b相连，所述第一发射极5a和所述第二发射极5b的材料也为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳，所述第一发射极5a和所述第二发射极5b的厚度范围均为1纳米-50000微米。

本发明将发射极设计于基极的一侧，而不是基极之上，若要减小基极和发射极的接触面积，只要研磨降低基极和发射极的厚度即可，此外发射极在基极四周，使得两者在同一平面上，也降低了对后续工艺的需求。

第一集电极2a和第二集电极2b的形状为大马士革型，这种结构方便集电极、基极和发射极相连接触孔6，图2中的第一集电极2a和第二集电极2b便是大马士革型。

第一集电极2a、第二集电极2b、第一基极4a、第二基极4b、第一发射极5a和第二发射极5b极皆连接一接触孔6，在后续的制作三极管的步骤中，使用金属线通过各自的接触孔6相连，每个所述接触孔6之间均用绝缘介质3相隔。

下面，简单介绍一下图3中的由两个三极管单元构成的三极管的制作步骤：在衬底上生长外延层，并进行光刻和刻蚀，形成图2中的第一集电极2a和第二集电极2b；在第一集电极2a和第二集电极2b四周填充绝缘介质3并进行研磨平整；进行淀积、光刻和刻蚀工艺，形成第一基极4a和第二基极4b；进行淀积、光刻和刻蚀工艺，在第一基极4a一侧形成第一发射极5a，在第二基极4b一侧形成第二发射极5b；填充绝缘介质，并在每个集电极、基极和发射极上皆刻蚀出一接触孔，最后连接金属线完成三极管的制造，由更多的三极管单元构成的三极管的制作方法可以参考上述步骤实施。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (6)

1.一种三极管，其特征在于所述三极管由一个或多个相连的三极管单元构成，每个所述三极管单元皆包括集电极、基极和发射极，其中所述集电极位于所述三极管单元的衬底上，相互之间用绝缘介质相隔，所述基极位于所述集电极上，所述发射极位于所述基极一侧且和所述基极相连，所述集电极、所述基极和所述发射极皆连接一接触孔，所述发射极和基极的接触孔深度相同。

2.根据权利要求1所述的一种三极管，其特征在于每个所述接触孔之间均用绝缘介质相隔。

3.根据权利要求1所述的一种三极管，其特征在于所述集电极的形状为大马士革型。

4.根据权利要求1所述的一种三极管，其特征在于所述集电极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。

5.根据权利要求1所述的一种三极管，其特征在于所述基极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。

6.根据权利要求1所述的一种三极管，其特征在于所述发射极的材料为锗、硅、碳、锗硅、硅碳或锗硅碳。