JP2014017487A - 高降伏電圧を有するバイポーラトランジスタ - Google Patents

高降伏電圧を有するバイポーラトランジスタ Download PDF

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Abstract

【課題】高い降伏電圧が所望されるバイポーラトランジスタを具現化する。
【解決手段】エミッタ(34)及びベースコンタクト(38)の下に、第1の導電型の第1のベース部分(252)及び第2のベース部分(253)がある。コレクタコンタクト(30)の下に、側方でベースコンタクト(38)に向かって、伸張するとともに第2のベース部分によって分離される中央部分(283)を有する第2の反対の導電型のコレクタ領域(28)があり、コレクタコンタクトに結合される。フローティングコレクタ領域(27)がエミッタ(34)の下に位置し、第1のベース部分によってエミッタから分離される。コレクタおよびフローティングコレクタ領域は、ベースが形成される半導体領域(25)の部分(254)によって分離される。ベースが形成される半導体領域のさらなる部分(260)は、コレクタ領域を側方で包囲する。
【選択図】図1

Description

本発明は、概して半導体デバイスおよび回路ならびに半導体デバイスおよび回路を作製する方法に関し、より詳細には、バイポーラトランジスタを具現化する半導体デバイスおよび回路に関する。
バイポーラトランジスタは、個々のデバイスおよびさまざまな集積回路(IC)の一部として、現代電子工学において多く使用されている。バイポーラトランジスタが特に要求される用途は、とりわけ、接地およびハイサイド(非接地)用途の両方にとって相対的に高い降伏電圧が所望される自動車および航空機の分野において生じる。
米国特許第6,724,066号 米国特許第7,375,410号 米国特許第7,495,312号 米国特許出願公開第2012/0098096号明細書
そのようなバイポーラトランジスタは、ICの一部として金属酸化膜半導体(MOS)デバイスおよび/または相補型バイポーラMOS(Bi−CMOS)デバイスのような電界効果トランジスタ(FET)と同時に、かつ多くの場合同じ基板上に製造される場合にさらに複雑になる可能性がある。
特に、他のタイプのデバイスを利用する場合があるICとの関連において、改善された高電圧バイポーラトランジスタおよびその製造方法が継続して必要とされている。大きなハイサイド能力を有する高降伏電圧バイポーラトランジスタが、他のデバイスの修正とともにフローティングコレクタ領域を含むことによって提供されることができることが分かった。
以下、添付の図面とともに本発明を説明する。同様の参照符号は同様の要素を示す。
本発明の一実施形態による改善されたバイポーラトランジスタの中心線を中心とした簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたさらなる実施形態による一製造段階中の図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたなおさらなる実施形態による図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまたなおさらなる実施形態による図1のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明の別の実施形態による改善されたバイポーラトランジスタの中心線を中心とした簡略化された断面図。 本発明のまた他の実施形態による一製造段階中の図12のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。 本発明のまた他の実施形態による一製造段階中の図12のバイポーラトランジスタを示す簡略化された断面図。
下記の詳細な記載は本質的に例示に過ぎず、本発明または本発明の適用および使用を限定することは意図されていない。さらに、上記技術分野、背景技術、または以下の詳細な説明で提示される、いかなる表示または暗示された理論によっても束縛されることは意図されていない。
簡潔かつ明瞭な説明のために、図面は一般的な構築様式を示し、既知の特徴および技法の説明および詳細は、本発明を不必要に曖昧にすることを回避するために省略される場合がある。加えて、図面内の要素は必ずしも原寸に比例して描かれてはいない。たとえば、本発明の実施形態の理解の向上を助けるために、図面内の要素または領域のうちのいくつかの寸法は他の要素または領域に対して誇張されている場合がある。
本記載および特許請求の範囲における「第1」、「第2」、「第3」、「第4」などの用語がある場合、これらは、同様の要素またはステップ間で区別するために使用されることができ、必ずしも特定の連続する、または経時的な順序を説明するためのものではない。このように使用される用語は、本明細書に記載されている本発明の実施形態がたとえば、本明細書において例示または他の様態で記載されている以外の順序で動作または配列することが可能であるように、適切な状況下で置き換え可能であることが理解されるべきである。さらに、「備える(comprise)」、「含む(include)」、「有する(have)」といった用語およびそれらの任意の変化形は非排他的な包含をカバーするように意図され、それによって、要素またはステップのリストを含むプロセス、方法、製品、または装置が必ずしもそれらの要素またはステップに限定されず、明示的に列挙されていない、またはこのようなプロセス、方法、製品、または装置に内在する他の要素またはステップを含むことができる。本明細書において使用される場合、「結合される(coupled)」という用語は、電気的または非電気的な様式で直接的または間接的に接続されるものとして定義される。本明細書において使用される場合、「実質的な(substantial)」および「実質的に(substantially)」という用語は、記述されている目的を実際的な様式で達成するのに十分であること、および、軽度の不備がある場合、それらは記述されている目的にとっては重大ではないことを意味する。
本明細書において使用される場合、「半導体(semiconductor)」という用語および略称「SC」は、単結晶、多結晶または非結晶質のいずれであるかにかかわらず任意の半導体を含むとともに、IV族半導体、非IV族半導体、化合物半導体ならびに有機および無機半導体を含むように意図される。さらに、「基板(substrate)」、「半導体基板(semiconductor substrate)」、および「SC基板(SC substrate)」という用語は、単結晶構造、多結晶構造、非結晶構造、薄膜構造、重層構造、限定であるようには意図されず例として、セミコンダクタ・オン・インシュレータ(SOI)構造またはインシュレータ・オン・セミコンダクタ(IOS)構造、およびそれらの組み合わせを含むように意図されている。「ハイサイド」能力は、トランジスタまたは他のデバイスの基準端子が接地または他の共通回路基準電位になく、より高い電圧にある構成においてトランジスタまたは他のデバイスを利用するとする状況を指す。そのような状況は自動車および航空機電子機器の用途において一般的である。
説明を簡潔にするために、かつ限定であるようには意図されず、半導体デバイスおよび作製方法は、本明細書においてはシリコン半導体について記載されているが、他の半導体材料も使用してもよいことを当業者は理解しよう。付加的に、さまざまなデバイスの型および/またはドープされたSC領域がN型またはP型であるとして特定されている場合があるが、これは説明を簡潔にするためのものに過ぎず、かつ限定であるようには意図されず、このような特定は「第1の導電型」または「第2の反対の導電型」であるものとしてより一般的な記載に置き換えることができ、ここで、第1の型はNまたはP型のいずれかであり得、その場合、第2の型はPまたはN型のいずれかであり得る。本発明のさまざま実施形態を、NPNバイポーラトランジスタについて示すが、ここでも、これは説明を簡便にするためのものに過ぎず、限定であるようには意図されない。PNPトランジスタならびにNPNおよびPNPの組み合わせのいずれかもしくは両方を具現化する他の半導体デバイスおよび回路が、さまざま領域において導電型を適切に交換することによって提供され得ることを、当業者は理解しよう。
特に、他のタイプのデバイスを利用する場合があるICとの関連において、改善された高電圧バイポーラトランジスタおよびその製造方法が継続して必要とされている。大きなハイサイド能力を有する高降伏電圧バイポーラトランジスタが、他のデバイスの修正とともにフローティングコレクタ領域を含むことによって提供されることができることが分かった。図1は、本発明の一実施形態による改善されたバイポーラトランジスタ20の簡略化された断面図を中心線19から側方に示す。トランジスタ20は、上面221を有する例えばシリコン半導体の基板22を備える。基板22は、好適にはトランジスタ20にとっての支持または「ハンドル」ウェハとしての役割を果たす。半導体(たとえば、シリコン)ウェハは基板22にとって好適であるが、トランジスタ20の製造工程に耐えるように適合される任意のタイプの材料(たとえば、絶縁体、半導体、導体またはそれらの組み合わせ)が使用されてもよい。厚さ241を有する絶縁誘電体層24が、好適には基板22の表面221の上に重なるが、他の実施形態では省かれてもよい。誘電体層24の上には、その中または上にトランジスタ20が形成される半導体(SC)領域または層25が重なる。SC領域25は上面251を有する。括弧26によって指示されるように、SC領域25と下に位置する誘電体または絶縁層24との組み合わせは、セミコンダクタ・オン・インシュレータ(SOI)構造26とも称される。基板22は、SOI構造26にとっても「ハンドル」としての役割を果たす。そのような構造は、ハイサイド能力が所望される自動車、航空機および他の用途に関連して多く使用されるが、本発明の実施形態は、非ハイサイド用途に使用されてもよく、かつ/または絶縁層24を有しなくてもよい。
NPNトランジスタについて、トランジスタ20が形成されるSC領域25は、P型であり得る。図1の実施形態において、ほぼ同様の厚さ294を有する互いに離間されたシャロー・トレンチ・アイソレーション(STI)領域291、292、293(まとめて29)、およびディープ・トレンチ・アイソレーション(DTI)領域31は、上面251に隣接するかまたはそこまで伸張してSC領域25内に位置する。STI領域29は、より一般的には側方誘電体構造29(lateral dielectric structure 29)とも称される。DTI領域31は、望ましくは、ドープされた多中心コア(doped poly central core)311を有するが、他の実施形態では省かれてもよい。そのような分離領域は従来のものである。同じ導電型(たとえば、N型)の互いに離間されたドープ領域27、28は、SC領域25内に位置する。SC領域25の部分は、ドープ領域27および28の両方を側面に沿って(laterally)包囲し、その下に位置する。参照符号261は、SC領域25の、ドープ領域27および28の下に位置する部分を識別し、参照符号254は、SC領域25の、側方で領域27のドープ部分273と領域28のドープ部分283との間にある部分を識別し、参照符号260は、SC領域25の、側方でドープ領域28の右にある部分を識別し、参照符号64は、SC領域25の、表面251の下および/またはシャロー・トレンチ・アイソレーション(STI)領域291、292の下でドープ領域27および28の上に重なる部分を識別する。部分64は、本明細書においては「ベース64」とも称され、左側部分252および右側部分253を有する。(たとえば、中心線19を中心とする)平面図においてドープ領域28が閉じた形状を有する場合、部分260はドープ領域28を側面に沿って包囲する。
ドープ領域28は、トランジスタ20のコレクタとしての役割を果たし、以下コレクタ領域28と称する。コレクタ領域28は、厚さ301を有する(たとえば、N+)コレクタコンタクト領域30を有し、コレクタコンタクト領域は、望ましくは表面251に隣接して位置するが、他の実施形態では他の場所に位置してもよい。SC表面251の第1の部分46内に位置するコレクタコンタクト領域30は、ドープ領域28にオーミック結合される。コレクタコンタクト領域30は、コレクタ電極32およびコレクタ端子33にもオーミック結合される。ドープ領域27は、コレクタ領域28から離間されるとともにコレクタ領域28に関して電気的に浮動である。すなわちドープ領域27は、領域27および28が共通のSC領域25内に位置しているにもかかわらず、コレクタ領域28とのオーミック接続を有しない。図2〜図11および図13〜図14に関連してより詳細に説明されるように、(たとえば、N型)ドープ領域27および28は、好適には同時に形成され、同様のドーピングプロファイルを有するが、他の実施形態では別個に形成され、かつ/または異なるドーピングプロファイルを有してもよい。領域27および28が同じドーピング型を有し、同時に形成され得ることを好適に想起させるものとして、ドープ領域27は、本明細書においては、コレクタ領域28との直接接続を有しないにもかかわらず、「フローティングコレクタ領域」27と称される。言い換えれば、「フローティングコレクタ」および「フローティングコレクタ領域」27と言う用語は、コレクタ領域28と同じドーピング型であるが、物理的にはそれから分離されており、コレクタ領域28に対するオーミック接続を有しないSC領域を指す。
コレクタコンタクト領域30およびコレクタ電極32から側方に離間して、垂直厚さ341を有する(たとえば、N+)エミッタ領域34は、SC表面251の第3の部分44内に位置している。エミッタコンタクト36およびエミッタ端子37は、その上に重なっている。エミッタ領域34は、望ましくは基板25の表面251に隣接して位置しているが、他の実施形態では他の場所に位置してもよい。同時に形成されるとき、エミッタ領域厚さ341およびコレクタコンタクト領域厚さ301は、実質的に同じであるが、他の実施形態では、厚さ341、301は異なってもよい。エミッタ領域34は、フローティングコレクタ領域27の上に重なっているが、それとはオーミック接触していない。エミッタ領域(たとえば、N+)34および(たとえば、N型)フローティングコレクタ領域27は、SC領域25のベース領域64の(たとえば、P型)左側部分252によって分離されている。SC領域25の部分252は、トランジスタ20のベースの一部を形成する。エミッタ領域34は、SC領域25の(たとえば、P型)ベース領域64の左側部分252との(たとえば、NP)接合を形成する。フローティングコレクタ領域27は、SC領域25の表面251から距離または深さ276だけ離れて位置する。
側方でコレクタコンタクト領域30とエミッタ領域34との間で、SC表面251の第2の部分45内に垂直厚さ39を有するベースコンタクト領域38が位置しており、第2の部分45は、ベース電極40およびベース端子41を有する。ベースコンタクト領域38(たとえば、P+)は、SC領域25のベース領域64の(たとえば、P型)左側部分252および右側部分253とオーミック接触しており、トランジスタ20のベースの一部を形成する。図2〜図11および図13〜図14に関連してより十分に説明されるように、ベース部分252および253は、好適には同時に(たとえば、ベース領域64の一部として)形成され、それゆえ、好適には同様のドーピングを有し得るが、他の実施形態ではそれらは異なるドーピングレベルを有し、異なる製造段階において形成されてもよい。図1において、エミッタ領域34は、第1のSTI領域291によってベースコンタクト領域38から側方に分離され、好適にはSC領域25の上面251に隣接して位置する。同様に、ベースコンタクト領域38は、第2のSTI領域292によってコレクタコンタクト領域30から側方に分離され、同じく好適には表面251に隣接して位置する。第3のSTI領域293は、コレクタコンタクト領域30の右に伸張し、DTI領域31に隣接する。トランジスタ20が(たとえば、中心線19を中心とした)平面図において閉じた形状を有する場合、右半分の断面は、中心線19の右の図1に示されている構成を有し得、左半分の断面(図示せず)は、中心線19を中心とした図1の鏡像であり得るが、他の実施形態では他の閉じたおよび閉じていない平面図の形状が使用されてもよい。
図1の実施形態に示されているトランジスタ20の他の特徴は、以下のとおりである。コレクタ領域28は、実質的にコレクタコンタクト領域30の下に位置するより深い部分281、および実質的にベースコンタクト領域38の下に位置するより深い部分282を有する。より深いコレクタ部分281、282は、垂直方向により狭くほぼ水平に向いた中央コレクタ部分283によって結合され、中央コレクタ部分283は、この実施形態では、コレクタコンタクト領域30、ベースコンタクト領域38およびSTI領域291、292の一部の下に位置する。中央コレクタ部分283は、ベース部分253の下に位置し、この実施形態では、距離258だけベースコンタクト領域38の左に、およびまたより深い部分282の左にいくらか伸張している。ベース部分253は、コレクタ部分283と(この実施形態では)STI領域291、292およびベースコンタクト領域38との間にあり、距離259だけベースコンタクト領域38の右に伸張し、そこで、より深い部分281の上に重なっているコレクタ領域28のより広い上側部分284の左端285に接続する。その形成方法の結果として、コレクタ領域28の上側部分284は、好適にはより深い部分281よりもいくぶん側方に広いが、他の実施形態で他の寸法を有してもよい。中央コレクタ部分283の上面は、表面251から下に深さ286である。深さ286は、上側コレクタ部分284の厚さをも特定する。中央コレクタ部分283の下面は、表面251から下に深さ287である。したがって、中央コレクタ部分283の垂直厚さは、深さ286と287との間の寸法の差である。より深いコレクタ部分281の底面は、表面251から下に深さ288であり、これもコレクタ領域28の全体の深さを特定する。より深いコレクタ部分271、281、282は、他の実施形態では省かれてもよい。
フローティングコレクタ領域27は、実質的にエミッタ領域34の下に位置するより深い部分271と、上側部分273とを有する。上側部分273は、より深い部分271の上に重なっており、ベース領域64の左側部分252によって第1のSTI領域291から分離されている。上側フローティングコレクタ部分273は、表面251から下に深さ276である。左側ベース部分252は、フローティングコレクタ27とエミッタ領域34および第1のSTI領域291との間にある。同時に形成されるとき、ベース部分252、253は、同様の厚さを有するが、他の実施形態では、ベース部分252、253の厚さは異なってもよい。コレクタ部分283およびフローティングコレクタ部分273は互いに向かって伸張しているが、SC領域25の部分254によって分離されている。部分254は、横幅255を有する。部分254は、トランジスタ20のベース64に連通する。フローティングコレクタ領域27の中央部分273は、コレクタ領域28の中央部分283と類似であり、フローティングコレクタ領域27のより深い部分271はコレクタ領域28のより深い部分281、282と類似である。フローティングコレクタ27において、中央部分273の上面は表面251から下に深さ276であり、中央部分273の下面は表面251から下に深さ277であり、したがって、中央コレクタ部分273の垂直厚さは深さ277と深さ276との間の差である。より深い部分271の底面は、表面251から下に深さ278であり、フローティングコレクタ領域27の全体の深さを特定する。図1に示されている実施形態において、誘電体領域421、422、423(まとめて42)は、好適にはそれぞれSTI領域291、292、293の上に重なっており、エミッタ、ベースおよびコレクタコンタクト36、40、32を分離するが、そのような誘電体領域は他の実施形態では省かれてもよい。
上述の構造の結果として、降伏電圧(BV)が改善される。このようになるのは、一部には、(たとえば、N型)コレクタ領域28が、S領域25のさまざまな接続されたまたは連続した部分によって実質的に包囲されているためである。SC領域25は、たとえば実質的にコレクタ領域28の上、横および下に位置する(たとえば、P型)ベース部分または領域253、254、260、261から成る。右側ベース部分253は、ベースコンタクト38から上側コレクタ部分284に向かって、少なくとも距離259だけ伸張する。これは、コレクタ領域28が、ベース領域64に連通するSによって実質的に包囲されることに寄与する。コレクタ領域28は、SC領域25の部分254、260によって側面に沿って実質的に境界または包囲され、これらの領域は、SC領域25の他の部分においてベース部分64に、たとえば、同じドーピング型を有する部分64、252、253および261に結合される。
フローティングコレクタ領域27は、コレクタ電圧が低いときは拡張ベース(extended base)として機能する。しかしながら、コレクタ電圧が、コレクタ領域28とフローティングコレクタ領域27との間の(たとえば、P型)領域254を空乏させるのに十分に高いとき、フローティングコレクタ領域27は、電気的にコレクタ領域28の一部として機能する。しかしながら、この状況では、フローティングコレクタ領域27上の電圧は、コレクタ領域28上の電圧よりも著しく低い。エミッタバイアスが上昇し、BVeboに近づくと、ベース領域64の、エミッタ領域34の下の左側部分252が完全に空乏することに起因してフローティングコレクタ領域27の電位が上昇する。この状況は、エミッタ領域34とベース領域64との間の等電位線に広がり、結果としてBVeboの値が高くなる。コレクタ領域28のコレクタ部分283の上で部分284に向かって距離259だけ側方に伸張するベース領域64の相対的に薄い右側部分253の使用。また、包囲している(たとえば、P型)領域254、260および261は、RESURF(表面電界緩和)層として機能する。そのようなRESURF層は、電位をBVcboおよびBVceoにおいてより均一に降下させるのに役立ち、それによって、高い降伏電圧がもたらされる。この結果は非常に望ましいものである。
図2〜図9は、構造902〜909をもたらすさまざまな製造段階802〜809中の図1のバイポーラトランジスタ20の簡略化された断面図を示す。別途明確に記載しない限り、本明細書に記載のさまざまなマスクはフォトレジストから形成され得るが、他の材料が使用されてもよい。ここで図2の製造段階802を参照すると、上面221を有する基板22が設けられ、その上に厚さ241を有する絶縁誘電体層24が形成されている。層24の上には、厚さ250を有し上面251を有する実質的に同質のSC領域25が重なる。前述のように、基板22はトランジスタ20を形成するのに使用される製造工程に耐えるように適合される任意の材料から成ってよく、たとえば、限定であるようには意図されないが、集積回路(IC)の一部として任意の関連する回路要素が同時に形成される。「ハンドル」基板22のための適切な材料の非限定的な例は、シリコンである。基板22の主要な機能は、トランジスタ20および任意の関連回路または他のデバイスがその上に形成され得る、ロバストかつ好適なプラットホームを提供することである。誘電体層24のための適切な材料の非限定的な例は、シリコン酸化物およびサファイアであるが、他の絶縁材料も使用されてもよい。誘電体層24がシリコン酸化物から成る場合、厚さ241は、有用には少なくとも約0.05マイクロメートルの範囲内にあるが、他の厚さも使用されてもよい。厚さ250を有するSC領域25は、好ましくはエピタキシャル成長によって形成されるが、他の実施形態では他の形成技法も使用されてもよい。エピタキシャル成長が好ましいのは、SC領域25のための実質的に単結晶の材料が得られる可能性があるためであるが、他の実施形態では他のタイプの材料が使用されてもよい。厚さ250は、求められている特定のトランジスタ特性に応じて決まることになり、これは当業者の裁量の内にある。約0.5〜15マイクロメートルの範囲内の厚さ250が好適であるが、他の厚さも使用されてもよい。SC領域25は、望ましくは、約1E14〜1E18/cmの範囲内のドーピングを有するが、より高いまたは低いドーピングも使用されてもよい。NPNトランジスタについて、SC領域25は、好ましくは約5E14〜1E16/cmのP型ドーピングを有するが、他の実施形態においてはより高いまたは低いドーピング、および他のタイプのトランジスタには他の導電型が使用されることができる。誘電体層24とSC領域25との組み合わせは、セミコンダクタ・オン・インシュレータ(SOI)構造26とも称される。製造段階802から結果として構造902が生じる。SOI構造26が望ましいが、他の実施形態では他の構成が使用されてもよく、SC領域25は基板22の一部であってもよく、またはその上に直接形成されてもよい。
ここで図3の製造段階803を参照すると、マスク50は、図2の構造902の表面251に適用される。マスク50は、ロケーションおよびサイズにおいて側方誘電体構造、たとえば、それぞれSTI領域291、292、293(まとめて29)の所望のサイズおよびロケーションに実質的に対応する開領域51、52、53を有する。マスク50は、介在する閉領域54、55、56(intervening closed regions 54,55,56)を有する。マスク50は、望ましくは、SC領域25のエッチング、および、SC領域25の閉部分54、55、56の下に位置する部分を保護しながら開口51、52、53の下にSTI領域29を作成するのに使用され得る任意の他の処理に耐える材料から成る。STI厚さ294は、好適には約0.2〜0.8マイクロメートルの範囲内にあるが、より厚いまたはより薄い層も使用されてもよい。STI領域291、292、293を同時に形成することが好適であるが、他の実施形態では、それらは別個にまたは他の組み合わせにおいて形成されてもよい。そのようなSTI領域を形成するための技法は当該技術分野において既知である。開口51、52、53は、好適には基板25内にリセス部をエッチングするのに使用され、当該リセス部はその後、たとえば、シリコン酸化物を堆積することによって充填され、STI領域29が作成される。STI領域29がSC領域25の表面251と実質的に同一平面上にある上面を有するように平坦化工程が使用され得るが、他の実施形態においては省かれてもよい。STI領域を形成するのに任意の好適な手順が使用されてよい。図1も参照すると、STI領域292と293との間の側方ギャップ(lateral gap)が、好適には表面251の第1の部分46内にコレクタコンタクト領域30の後続のロケーションおよびサイズを画定することになり、STI領域291と292との間の側方ギャップが、好適には表面251の第2の部分45内にベースコンタクト領域38の後続のロケーションおよびサイズを画定することになり、STI領域291の左の側方ギャップが、好適には表面251の第3の部分44内に後のエミッタ領域34の後続のロケーションおよびサイズを画定することになる。構造903が結果として生じる。説明を簡便にするために、図3においてマスク50は依然として適当な位置にある。続いて説明されるように、STI領域29は有用であるが、それぞれ表面251の第1の部分46、第2の部分45および第3の部分44内にコレクタコンタクト領域30、ベースコンタクト領域38およびエミッタ領域34を位置特定(図1参照)するために他の側方誘電体構造(たとえば、「シリサイド」遮断層(silicide blocking layer))が使用されてもよい。
ここで図4の製造段階804を参照すると、既に外されているのでなければ、マスク50が除去され、サイズおよびロケーションにおいて実質的にDTI領域31の所望のサイズおよびロケーションに対応する閉部分58および開部分59を有するマスク57が適用される。DTI領域31は、当該技術分野において既知の手段を使用して、一般的に、開口59の下でSTI293およびSC領域25をエッチングすること、および通常は誘電体ライナ(たとえば、シリコン酸化物)と多結晶半導体材料(たとえば、高濃度ドープポリシリコン)から成る中心コア311との組み合わせを用いてそれを充填することによって形成されるが、他の手段および構成も使用されてもよい。STI領域29に関連して上記で説明されたのと実質的に同じ理由で、平坦化工程が含まれ得る。構造904が結果として生じる。説明を簡便にするために、図4においてマスク57は依然として適当な位置にある。製造段階803および804はいずれの順序において実行されてもよく、好ましくは後述するドーピング工程の前に実行されるが、他の実施形態では他の製造順序が使用されてもよい。トランジスタ20が平面図において(たとえば、側方で中心線19を中心として対称な)閉じた形状を有する場合、DTI領域31は、望ましくはトランジスタ20を側面に沿って包囲する。
ここで図5の製造段階805を参照すると、既に外されているのでなければ、マスク57が望ましくは除去され、マスク60が適用される。マスク60は、好適には閉部分61および開口62を有する。閉部分61は、実質的に、図1のコレクタコンタクト領域30の所望のロケーションを指示する表面251の第1の部分46の上に重なっており、望ましくはSTI領域292にわたって伸張する左方向端部63を有する。閉部分61の左方向端部63は、コレクタ領域28の上側部分284の左端285(図1参照)の所望のロケーションに(側方拡散許容範囲内で)対応する。参照符号285’は、図5において図1および図6の左端285のおおよその将来のロケーションを示すために使用されている。
後の図1および図6〜図9のコレクタ領域28の上側部分284の左端285に所望されるロケーション285’まで右方向に伸張する、表面251から下の深さ276’およびSTI領域291から下の深さ67’を有する(たとえば、Pウェル)ドープ領域64’が形成されるように、インプラント66が適用される。参照符号64’、276’、67’などにあるプライム(’)は、それらが、図1および図6〜図9における参照符号64、276、67などによって指示されるロケーションまたは大きさに先行するもの(precursors)であることを示している。インプラント66によってもたらされるピーク不純物濃度は通常約1E16〜1E18/cmの範囲内にあり、好ましくは約5E16/cm以上である。言い換えれば、インプラント66によってもたらされるドーピングプロファイルは、そのピークを望ましくは垂直方向で図6の深さ276内またはその近くに位置するようにしており、相対的に急速にさらにドープ領域25まで落ちるが、他の実施形態ではより、高いまたは低いドーピング、異なる位置および異なるテール構成(tail configurations)も使用されてもよい。限定ではなく例として、領域64’のドーピングは、有用には図1および図6〜図9の深さ276の2〜3倍の深さにおけるSC領域25のバックグラウンドドーピング(background doping)まで減少していくことができるが、他のテール構成も使用されることができる。製造段階805から結果として構造905がもたらされる。図5のインプラント66によって形成されるドーピングプロファイルは、図6のインプラント75によって形成されるドーピングプロファイルと相互作用し、図1および図6〜図12の(たとえば、P型)ベース領域64に対する所望の最終結果を得るために、両方のドーピングプロファイルが考慮されるべきである。これは、図6の製造段階806に関連してより詳細に説明される。
ここで図6の製造段階806を参照すると、図5の構造905のマスク60が除去されて、閉部分71、72および開口73、74を有するマスク70に置き換えられる。開口73は、実質的にコレクタ領域28の所望のロケーションに対応する。開口74は、実質的にフローティングコレクタ領域27の所望のロケーションに対応する。閉マスク部分71の左方向端部は、実質的にコレクタ領域28の右方向端部を画定し、閉部分72の右方向端部は、実質的にコレクタ領域28の左方向端部を画定し、これらは側方拡散長の影響下にある。同様に、閉部分72の左方向端部は、実質的にフローティングコレクタ領域27の右方向範囲を画定する。ドープ領域27と28との間の分離距離または間隔255は、実質的に閉部分72の横幅によって決定される。好ましい実施形態では、Nウェルインプラント75は、望ましくはマスク開口73、74を通じて提供され、コレクタ領域28およびフローティングコレクタ領域27は、同時に形成される。同じドーピング工程中にコレクタ領域28およびフローティングコレクタ領域27が形成されることが望ましいが、他の実施形態では、コレクタ領域28およびフローティングコレクタ領域27は別個のドーピング工程において形成されてもよい。
説明を簡便にするためにコレクタ領域28、27が同時に形成されると仮定して、図6のインプラント75のエネルギおよびドーズは、インプラント75の表面付近のドーズが図5の製造段階805において形成される領域64’を完全にカウンタードーピングするには不十分であるように、図5のインプラント66のエネルギおよびドーズに関連して選択される。それによって、STI領域291の下に、SC領域25(たとえば、この例ではP型)と同じ型であり、それゆえ依然としてSC領域25内に形成されるトランジスタ20のベース領域の一部である、厚さ67を有するベース部分64(たとえば、図1参照)が設けられる。インプラント75によってもたらされる領域64においては、領域64’内のインプラント66によってもたらされるドーパント濃度よりも約半分程度と低いドーパント濃度を有することが有用である。しかしながら、領域64内の正味のドーピングがSC領域25と同じ型のままであることを条件として、より大きいまたは小さいドーピング比が使用されることができる。インプラント66のドーピングプロファイルよりも著しく深いインプラント75のドーピングプロファイルを提供するためには、より高いインプラントエネルギおよび/またはチェーンインプラント(chain implant)が有用である。インプラント75がマスク70によって遮断されない場合には、コレクタ領域28およびフローティングコレクタ領域27は、SC領域25の、開口73および74の下に位置する部分に形成される。限定ではなく例として、STI領域29の深さ294が約0.2〜0.8マイクロメートルであり、厚さ67が約0.1〜2.0マイクロメートルである場合、より深い部分281、282およびより深い部分271の底部までの深さ288、278は、有用には約1.0〜8.0マイクロメートルであり、中央部分283、273の底部までの深さ287、277は、有用には約0.5〜6.0マイクロメートルであるが、他の深さも使用されてもよい。それゆえ、より深い部分281、282およびより深い部分271の垂直方向範囲はそれぞれ、深さ288と深さ287との間の差、および深さ278と深さ277との間の差である。深さの対286、276; 287、277;および288、278を有することが好適であるが、他の実施形態では、それらは異なる大きさを有してもよい。図6の製造段階806において形成されるベース領域64は、左側部分252および右側部分253を有する。図1に示されているように、左側部分252は、エミッタ領域34(および、この実施形態ではSTI領域291の一部)とフローティングコレクタ領域27との間にある。この実施形態では、右側部分253は、ベースコンタクト領域38(STI領域291、および292の一部を含む)と、コレクタ領域28との間にある。たとえば、図6および図10〜図11に示されているさまざまな実施形態において、中央部分283の左方向端部は、STI領域291の下にあってもよく、ベースコンタクト領域38の下にあってもよく、またはSTI領域292の下にあってもよい。
コレクタ領域28は開口73の下に形成され、フローティングコレクタ領域27は開口74の下に形成される。コレクタ領域28のより深い部分281、282は、実質的にSTI領域291〜293間のギャップのロケーションに対応する。フローティングコレクタ領域27のより深い部分271は、実質的にSTI領域291の左にあるギャップのロケーションに対応する。より深い部分281は、実質的に表面251の第1の部分46の下に位置し、より深い部分282は、実質的に表面251の第2の部分45の下に位置し、より深い部分271は、実質的に表面251の第3の部分44の下に位置する。注入されたイオンが直接SC領域25内に入りSTI領域29によって妨げられない場所において、それらは、SC領域25内により深く貫入し、それによってコレクタ領域28のより深い部分281、282およびフローティングコレクタ領域27のより深い部分271が生じるが、そのようなより深い部分は他の実施形態では省かれてもよい。結果として図5のドープ領域64’をもたらすインプラント66の右方向外側端部285’(図5参照)は、実質的にコレクタ領域28のより広い(上側)部分284の左方向範囲285を画定する。この実施形態では、コレクタ領域28の中央部分283は、側方でより深い部分281、282の間にあるとともにそれらをわずかに越えて伸張し、中央部分283の側方範囲は実質的に図6のマスク開口73の幅によって決まる。ベース領域64の右側部分253がベースコンタクトのロケーション45とコレクタ領域28の上側部分284の左方向端部285との間で伸張する横幅259は、有用には少なくとも約0.25マイクロメートルであり、より好適には約1マイクロメートル以上の範囲内にあるが、より大きいおよび小さい幅が使用されてもよい。同様に、フローティングコレクタ領域27の中央部分273は、側方でより深い部分271の上でそれを越えて伸張し、その側方範囲はマスク開口74によって決まる。STI領域291の左端とマスク部分72の左端との間の距離272は、フローティングコレクタ領域27の中央部分273がエミッタ領域34(たとえば、図1および図7参照)の最終的な側方ロケーションからコレクタ28の中央部分283に向かって側方に伸張する量272を実質的に決定する。距離272(図6参照)は、0よりも大きく、より有用には少なくとも約0.1マイクロメートルであり、より好適には少なくとも約0.25マイクロメートルであることが望ましいが、より大きいまたは小さい値も使用されてもよい。(たとえば、N型)領域27、28の間のSC領域25の(たとえば、P型)部分254の幅255は、小さ過ぎないことが望ましい。幅255は、有用には約0.1〜5.0マイクロメートルの範囲内、好ましくは約0.5〜3.0マイクロメートルの範囲内にあるが、より大きいまたは小さい分離幅255も使用されてもよい。さまざまな深さに関して、限定ではなく例として、STI領域29の厚さ294が約0.4マイクロメートルであり、(たとえば、P型)領域64の厚さ67が約0.5マイクロメートルである場合、表面251から(たとえば、N型)中央部分273、283の上部までの深さ286は、約0.9マイクロメートルであり、表面251から中央(たとえば、N型)部分273、283の底部までの深さ277、287は、約2.5マイクロメートルであり、したがって、(たとえば、N型の)より深い部分271、281、282の底部までの深さ278、288は、約3.5マイクロメートルであるが、他の実施形態では他の深さおよび異なる深さも使用されてもよい。製造段階806から結果として構造906が生じる。深さ286、276および深さ287、277および深さ288、278の各対が、実質的に同じであるようにすることが好適であるが、他の実施形態では、それらは異なってもよく、また他の実施形態では、より深い部分271、281、282は省かれてもよい。
ここで図7の製造段階807を参照すると、マスク70が剥離されて、閉部分81、82および開口83、84を有するマスク80が適用される。開口83、84はそれぞれ、表面251の第1の部分46および第3の部分44を含む。インプラント85(たとえば、N+)が、開口83を通じて提供される。表面251の第1の部分46において深さ301を有するコレクタ(たとえば、N+)コンタクト領域30が、マスク開口83を通じて提供され、表面251の第3の部分44において深さ341を有する(たとえば、N+)エミッタ領域34が、開口84を通じて提供される。深さ301、341は、有用には約0.02〜0.4マイクロメートルの範囲内にあるが、他の深さも使用されてもよい。コレクタコンタクト領域30およびエミッタ領域34を同時に形成することが好適であるが、他の実施形態では別個のドーピング工程が使用されてもよい。マスク部分82は、インプラント85が、図1および図8のベースコンタクト領域38が後に位置することになる表面251の第2の部分45内のロケーションに達することを、阻害する。製造段階807から結果として構造907が生じる。
ここで図8の製造段階808を参照すると、マスク80が剥離され、閉部分91、92および開口93を有するマスク90が適用される。インプラント94(たとえば、P+)は、開口93を通じて提供される。表面251の第2の部分45において深さ39を有するベースコンタクト(たとえば、P+)領域38は、マスク開口93を通じて形成される。ベースコンタクト領域38の深さ39およびドーピングは、トランジスタ20のベース領域64の一部を形成するベース領域64の部分253への相対的に低い抵抗のオーミック接触を提供するのに十分であるべきである。限定ではなく例として、深さ39は、有用には約0.02〜0.4マイクロメートルの範囲内にあるが、他の深さが使用されてもよい。マスク90の閉部分91および92は、インプラント94がトランジスタ20の他の部分に影響を与えるのを、防止する。製造段階808から結果として構造908が生じる。
ここで図9の製造段階809を参照すると、マスク90が剥離され、閉部分421、422、423および開口424、425、426を有する任意選択の誘電体層42が設けられる。誘電体層42に適切な材料の非限定的な例はシリコン酸化物であるが、他の絶縁材料も使用されてもよい。デバイス20の表面251の第3の部分44の上の開口424内でエミッタ領域34が露出され、表面251の第2の部分45の上の開口425内でベースコンタクト領域38が露出され、表面251の第1の部分46の上の開口426内でコレクタコンタクト領域30が露出される。構造909が結果として生じる。ここで図1を参照すると、当該技術分野において既知の手段を使用してエミッタ電極36、ベース電極40およびコレクタ電極32が構造909に加えられ、図1に示されている構成が提供される。トランジスタ電極36、40、32(図1参照)の、同じICの一部であり得る他の要素への接続を容易にするためにエミッタ端子37、ベース端子41およびコレクタ端子33が、設けられ得る。そのような「バックエンド」工程は当該技術分野において既知である。図1のトランジスタ20が結果として生じる。
図10〜図11は、本発明のまたなおさらなる実施形態による図1のバイポーラトランジスタ20の簡略化された断面図を示す。図10〜図11の製造段階810および811は図6の製造段階806に類似しており、(たとえば、Nウェル)インプラント75は、コレクタ領域28およびフローティングコレクタ領域27を形成するために提供されており、図6に関連付けられるその説明が参照によりここに組み込まれる。インプラント75に対するマスク70(図6および図10〜図11参照)の閉部分72、72’、72’’は、コレクタ領域283、283’、283’’の左方向端部およびフローティングコレクタ273、273’、273’’の右方向端部のロケーションならびにそれらの間の分離255、255’、255’’を決定する。そのようなコレクタ端部の側方ロケーションおよび分離を独立して決定することが可能であることが、非常に望ましい。これはそれぞれ図6および図10〜図11の製造段階806および810〜811に示されている。
図6の製造段階806において、マスク72は、コレクタ領域283の左方向端部がSTI領域291の下に位置するように配置されている。コレクタ領域28とフローティングコレクタ領域27との間のベース領域254の横幅255は、実質的にマスク部分72の横幅によって決定される。説明を簡便にするとともに図面間の混乱を避けるために、図10および図11に関連して、(たとえば、P型)領域254’、254’’の横幅255’、255’’の大きさは図10〜図11において図6の幅255および領域254のものと同じであると仮定するが、他の実施形態では横幅または距離255、255’、255’’は異なってもよい。図6および図10〜図11は、コレクタ部分283、283’、283’’の左方向端部が、STI領域291と292との間で表面251の第2の部分45内にその後に形成されるベースコンタクト30の最終的なロケーションに対して異なる側方ロケーションにあるように、マスク72、72’、72’’の側方位置が変更されている状況を示している。上記のように、図6では、マスク部分72は、ベースコンタクト領域38が後に形成されることになる表面251の第2の部分45の左のSTI領域291の下にコレクタ部分283の左方向端部があるように、位置付けられる。図10では、マスク部分72’は、実質的に、ベースコンタクト30が後に形成されることになるSTI領域291、292間の表面251の第2の部分45の下にコレクタ部分283’の左方向端部があるように位置付けられる。図11では、マスク部分72’’は、実質的に、ベースコンタクト30が後に形成されることになる表面251の第2の部分45の右のSTI領域292の下にコレクタ部分283’’の左方向端部があるように、位置付けられる。したがって、マスク部分72、72’、72’’のロケーションを変更することによって、コレクタ部分283、283’、283’’の左方向範囲が変化し得る。同様に、マスク部分72、72’、72’’の幅を調整することによって、フローティングコレクタ部分273、273’、273’’の右方向端部と、コレクタ部分273、273’、273’’および283、283’、283’’の間のSC領域25のたとえば、P型部分254、254’、254’’の分離距離255、255’、255’’とは、最終的なベースコンタクト30(たとえば、図1参照)のロケーションに対して独立して決定され得る。したがって、開示されている製造方法は大きな設計融通性を提供する。
図12は、本発明の別の実施形態による改善されたバイポーラトランジスタ20’’’の中心線19を中心とした簡略化された断面図を示す。(図1〜図14において、デバイス20、20’’’の右半分のみが図示されていること、および、左半分(図示せず)は中心線19を中心として対称な鏡像であることが理解されよう。)一般的に、図1〜図11のものと類似のさまざまなデバイス要素または領域を、同じ参照符号によって識別する慣習が採用されているが、詳細においては異なることを指示するためにトリプルプライム(’’’)が付加されている。別途明確に記載しない限り、プライム(’)またはダブルプライム(’’)を有するかまたは有しない、そのような同様の参照符号を付された要素に関する図1〜図11に関連した説明が、参照によりここに組み込まれる。バイポーラトランジスタ20’’’は、STI領域29がデバイス20’’’には存在しないという点においてバイポーラトランジスタ20と異なっている。代わりに、厚さ104を有する絶縁遮断層100が、SC領域25の表面251上に設けられている。遮断層100は、閉部分101、102、103および開口またはギャップ105、106、107を有する。閉部分101、102、103は、遮断層100の開口またはギャップ105,106、107内で露出されるSC領域34’’’、38’’’、30’’’(図1〜図11の領域34、38、30に類似)の上を除いて、SC領域25の表面251上にSC金属合金コンタクトが形成されることを局地的に阻害する。シリコン酸化物、窒化ケイ素、およびそれらの組み合わせが、遮断層100に適切な材料の非限定的な例である。実際には、表面251の第1の部分46内にコレクタコンタクト領域30、30’’’に対するオーミック接続32、32’’’を形成するために(たとえば、図1および図12参照)、表面251の第2の部分45内にベースコンタクト領域38、38’’’に対するオーミック接続40、40’’’を形成するために、および、表面251の第3の部分44内にエミッタ領域34、34’’’に対するオーミック接続36、36’’’を形成するために、デバイス20、20’’’の表面251の上に合金化金属(alloying metal)が堆積されるとき、遮断層100の閉部分101、102、103(図12参照)が存在することによって、ギャップ105、106、107内に露出される表面251のそれらの部分44、45、46以外に、そのようなSC金属合金が形成されることが防止される。図1のエミッタ領域34、ベースコンタクト領域38、およびコレクタコンタクト領域30に対するSC金属接続部36、40、32と機能的には実質的に等価である、図12のエミッタ領域34’’’、ベースコンタクト領域38’’’、およびコレクタコンタクト領域30’’’に対するSC金属接続部36’’’、40’’’、32’’’を残して、その他の場所に位置する任意の非合金化金属(unalloyed metal)は、簡易エッチング(brief etch)によって除去される。
SC領域25がシリコンから成る場合、開口105、106、107の下に形成されるSC金属合金はシリサイドを含むため、遮断層100は、一般的に「シリサイド遮断層」と称される。「シリサイド」という用語は具体的には金属−シリコン合金を指すが、本明細書において使用される場合、「シリサイド」という用語は、たとえば、露出コンタクト領域が純粋なシリコン以外の半導体を含むときに形成され得るような任意のSC金属合金を指し、シリコン半導体上に形成されるもののみには限定されない。したがって、説明を簡便にするために、たとえSC領域25に使用されるSCによって非シリコン−金属合金が含まれ得るとしても、遮断層100は「シリサイド遮断」層100とも称される場合がある。遮断層100の閉部分101、102、103は、側方絶縁構造101、102、103、まとめて側方絶縁構造100とも称される。
シリサイド遮断層100は、図1〜図11のSTI領域291とほぼ同じロケーションにある閉部分101と、STI領域292とほぼ同じロケーションにある閉部分102と、STI領域293とほぼ同じロケーションにある閉部分103とを有する。閉部分101の左の遮断層100内の開口105は、表面251の第3の部分44内のエミッタ領域34’’’のロケーションに対応する。部分101と102との間の開口106は、表面251の第2の部分45内のベースコンタクト領域38’’’のロケーションに対応する。閉部分102と103との間の開口107は、表面251の第1の部分45内のコレクタコンタクト領域30’’’のロケーションに対応する。遮断層100の厚さ104は、望ましくはエミッタ領域34およびコレクタコンタクト領域30が形成された図7の製造段階807の等価物において、および、ベースコンタクト領域38が形成された図8の製造段階808においてマスクとして作用するのに十分に大きい。金属SC接続部の形成をエミッタ領域34’’’、ベースコンタクト領域38’’’およびコレクタコンタクト領域30’’’に側方に局在化させることに関連して、図12の側方絶縁構造100ならびに図1および図4〜図9の側方絶縁構造29は、類似の機能を実行する。したがって、STI領域291、292、293は「第1の」側方絶縁構造29と称され、遮断領域101、102、103は「第2の」側方絶縁構造100と称され、「側方絶縁構造」29、100という用語はそれらをまとめて参照するように意図される。
図12のトランジスタ20’’’と図1〜図11のトランジスタ20との間の別の相違は、トランジスタ20’’’には深いコレクタ領域281、282、271が存在しないことである。これはトランジスタ20’’’が形成される様態の結果である。図13〜図14は、本発明のまた他の実施形態による、構造913、914をもたらす製造段階813および814中の図12のバイポーラトランジスタ20’’’の簡略化された断面図を示す。図13の製造段階813は、STI領域29が存在しないことを除いて、図5の製造段階805と機能的に等価である。マスク60の開口62を通じて既に説明されたものと実質的に同様にPウェルインプラント66が提供され、それによって、開口62の下で、表面251の下に深さ276’’’を有するドープ領域64’’’が形成される。SC表面251のロケーションまたは部分44、45、46は、既に説明されたSC表面251のロケーションまたは部分44、45、46と等価である。ドープ領域64’’’の境界285’’’は、前のように実質的にマスク60の左端63によって決まる。図5の構造905と機能的に等価であるがSTI領域29がない構造913が結果として生じる。
ここで図14の製造段階814を参照すると、マスク60が構造913から除去され、表面251の上にマスク70が設けられる。マスク70は、閉部分71、72および開部分73、74を有し、閉部分71、72および開部分73、74は、図6の製造段階806に示されている同様の参照符号を付された領域または要素と等価であり、類似の機能を実行する。製造段階814において、Nウェルインプラント75は、図6の製造段階806のインプラント75について既に説明されたものと類似の様式で提供され、それによって、コレクタ領域28’’’およびフローティングコレクタ領域27’’’が形成される。図13〜図14の実施形態では、コレクタ領域28、27と実質的に同様のコレクタ領域28’’’、27’’’が形成される。深さ287’’’および277’’’は図1の対応する深さ287、277よりもいくぶん深いものであり得、下方伸張部(downword extensions)281、282、271は形成されない。図12〜図14の例示的な実施形態では、ベース領域253’’’は、コレクタ部分283’’’の上でコレクタ部分283’’’の左方向端部からコレクタ部分284’’’の左方向端部285’’’まで距離290(図14参照)にわたって伸張する。構造914が結果として生じる。本明細書における記載に基づいて、コレクタ領域28’’’、27’’’のロケーションおよび分離を、図9〜図10のコレクタ領域28、27のロケーションおよび分離が変化するのと同様に変化させるために、図14のマスク部分71、72および開口73、74の位置およびサイズが、図10〜図11のマスク部分71’、71’’、72’、72’’および開口73’、73’’、74’、74’’に関して説明されたものと実質的に同様に調整され得ることを、当業者であれば理解しよう。これによって、有益な設計融通性が提供される。
図1〜図11では、デバイス20は、表面251の第1の部分46内のコレクタコンタクト領域30と、表面251の第2の部分45内のベースコンタクト領域38と、表面251の第3の部分44内のエミッタ領域34との側方分離を画定するために、STI領域29を使用して形成された。図12では、デバイス20’’’は、表面251の第1の部分46内のコレクタコンタクト領域30’’’と、表面251の第2の部分45内のベースコンタクト領域38’’’と、表面251の第3の部分44内のエミッタ領域34’’’ との側方分離を画定するために、シリサイド遮断領域100を使用して形成された。STI領域29およびシリサイド遮断領域100は、まとめて側方絶縁構造29、100と称される。描かれている実施形態では、単一のタイプの側方絶縁構造(たとえば、29または100)が、すべてのこのような分離を確立するために使用されている。しかしながら、他の実施形態では、そのような構成が混合して使用されてもよい。たとえば、限定であるようには意図されないが、エミッタ領域34、34’’’とベースコンタクト領域38、38’’’との間の分離は、或るタイプの側方絶縁構造(たとえば、29または100のいずれか)によって決定されてよく、ベースコンタクト領域38、38’’’とコレクタコンタクト領域30、30’’’との間の分離は、別のタイプの絶縁構造(たとえば、100または29のいずれか)によって決定されてもよい。したがって、単一のタイプの側方絶縁構造が一貫して使用される必要はなく、それらは設計者によって所望されるように混合および適合されてよい。したがって、本発明の方法および構造は、大きな融通性を保持する。
それが含まれている以下の節および特許請求の範囲において、単純な整数としてプライムなしで(たとえば、(’)、(’’)、および/または(’’’)なしで表記される任意の参照符号は、そのような変形形態を含むものとして解釈されるものとする。第1の実施形態によれば、バイポーラトランジスタ(20)であって、上面(251)を有し、その中に第1の導電型のベース領域(64)、第2の反対の導電型のエミッタ領域(34)、エミッタ領域(34)から側方に分離される第1の導電型のベースコンタクト領域(38)、およびベースコンタクト領域(38)から側方に分離される第2の導電型のコレクタコンタクト領域(30)を有する第1の導電型の第1の半導体(SC)領域(25)と、コレクタコンタクト領域(30)に結合される第2の導電型のコレクタ領域(28)と、コレクタ領域(28)から側方に離間されるとともに少なくとも部分的にエミッタ領域(34)の下に位置する第2の導電型のフローティングコレクタ領域(27)とを備える、バイポーラトランジスタが提供される。さらなる実施形態によれば、フローティングコレクタ領域(27)の中央部分(273)は、エミッタ(34)の下に位置するとともに当該エミッタからベース領域(64)の第1の部分(252)によって垂直方向に分離される。またさらなる実施形態によれば、フローティングコレクタ領域(27)の中央部分(273)は、エミッタ(34)の直下のロケーションからコレクタ領域(28)に向かって0よりも大きい第1の距離(272)だけ側方に伸張する。なおさらなる実施形態によれば、第1の距離(272)は、少なくとも約0.1マイクロメートルである。またなおさらなる実施形態によれば、コレクタ領域(28)およびフローティングコレクタ領域(27)は、ベース領域(64)に連通する第1のSC領域(25)のさらなる部分(254)によって側方に分離され、第1のSC領域(25)のさらなる部分(254)は、第1の横幅(255)を有する。なおまたさらなる実施形態によれば、第1の横幅(255)は、少なくとも約0.1マイクロメートルである。別の実施形態によれば、コレクタ領域(28)の中央部分(283)は、ベース領域(64)の第2の部分(253)によってベースコンタクト領域(38)から垂直方向に分離される。また別の実施形態によれば、ベース領域(64)の第2の部分(253)は、ベースコンタクト(38)からコレクタ領域(28)の上側部分(284)に向かって少なくとも約0.25マイクロメートルの第2の距離(259)だけ側方に伸張する。なお別の実施形態によれば、フローティングコレクタ領域(27)は、第1のSC領域(25)の第1の下位部分(252、254、261)によって実質的に包囲される。またなお別の実施形態によれば、コレクタ領域(28)は、第1のSC領域(25)の第2の下位部分(253、260、261、254)によって実質的に側方で包囲される。なおまた別の実施形態によれば、バイポーラトランジスタはさらに、第1のSC領域(25)の下に位置する絶縁層(24)を備える。さらに別の実施形態によれば、バイポーラトランジスタ(20)は付加的に、上面(251)に隣接するとともにエミッタ領域(34)と、ベースコンタクト領域(38)と、コレクタコンタクト領域(30)とを側方で分離する側方絶縁構造(29、100)を備える。
第2の実施形態によれば、バイポーラトランジスタ(20)を形成するための方法であって、第1の導電型の第1のSC領域(25)を有する基板(22)を提供することと、第1のSC領域(25)内に、第2の反対の導電型のコレクタ領域(28)および第2の反対の導電型のフローティングコレクタ領域(27)を形成することであって、コレクタ領域(28)およびフローティングコレクタ領域(27)は、第1の側方距離(254)によって離間される、形成することと、第1のSC領域(25)内に、フローティングコレクタ領域(27)から垂直方向に分離されるとともに少なくとも部分的に当該フローティングコレクタ領域の上に重なり、第2の導電型のエミッタ領域(34)を形成するとともに、コレクタ領域(28)に結合されるとともにエミッタ領域(34)から側方に分離される第2の導電型のコレクタコンタクト領域(30)を形成することと、第1のSC領域(25)内に、コレクタ領域(28)から垂直方向に分離されるとともにエミッタ領域(34)から側方に分離される第1の導電型のベースコンタクト領域(38)を形成することとを含む、方法が提供される。さらなる実施形態によれば、側方に分離されるエミッタ領域(34)およびベースコンタクト領域(38)を形成することは、第1の側方絶縁構造(291、101)を使用して実行され、側方に分離されるベースコンタクト領域(38)およびコレクタコンタクト領域(30)を形成することは、第2の側方絶縁構造(292、102)を使用して実行される。またさらなる実施形態によれば、側方に分離されるエミッタ領域(34)、ベースコンタクト領域(38)およびコレクタ領域(30)を形成することは、第1の側方絶縁構造(291、101)および第2の側方絶縁構造(292、102)を、(i)両方をシャロー・トレンチ・アイソレーション(STI)領域(291、292)として、または(ii)両方をSC金属合金遮断(SC−MAB)領域(101、102)として、または(iii)第1の側方絶縁構造(291、101)がSTI領域(291)である場合は第2の側方絶縁構造(292、102)がSC−MAB領域(102)であり、もしくは、第1の側方絶縁構造(291、101)がSC−MAB領域(102)である場合は第2の側方絶縁構造(292、102)がSTI領域(291)である、それらの組み合わせとして形成することを含む。なおさらなる実施形態によれば、方法はさらに、エミッタ領域(34)とフローティングコレクタ領域(27)との間にある第1のSC領域(25)の第1の部分(252)と、コレクタ領域(28)の一部にわたって側方に伸張する第2の部分(253)と、コレクタ領域(28)とフローティングコレクタ領域(27)との間の別の部分(254)を有する第1の導電型のベース領域(64)とを形成することを含む。またなおさらなる実施形態によれば、ベース領域(64)を形成することは、いずれかの順序で、第1のSC領域(25)のより狭い部分(64)に第1の導電型の不純物をドープすることと、第1のSC領域(25)の上記部分に第2の導電型の不純物をドープすることによって、コレクタ領域(28)およびフローティングコレクタ領域(27)を形成することとを含む。
第3の実施形態によれば、バイポーラトランジスタ(20)であって、上面(251)を有し、その中にエミッタ領域(34)、ベースコンタクト領域(38)およびコレクタコンタクト領域(30)を有する第1の導電型の第1の半導体(SC)領域(25)と、エミッタ領域(34)の下に位置するが、第1のSC領域(25)の第1の部分(252)によって当該エミッタ領域から垂直方向に分離される、第1のSC領域(25)内の第2の反対の導電型の第2のSC領域(27)であって、当該第2のSC領域(27)は、ベースコンタクト領域(38)に向かって側方に伸張するが当該ベースコンタクト領域には届かない中央部分(273)を有する、第2のSC領域と、第1のSC領域(25)内の第2の導電型の第3のSC領域(28)とを備え、当該第2のSC領域(28)は、コレクタコンタクト領域(30)の下に位置するとともに当該コレクタコンタクト領域にオーミック結合される第1の部分(284)と、当該第3のSC領域(28)の第1の部分(284)にオーミック結合されるとともに、少なくともベースコンタクト領域(38)にオーミック結合される第1のSC領域(25)の第2の部分(253)によって部分的に上面(251)から分離される第2の部分(283)を有し、当該第3のSC領域(28)は、第1のSC領域(25)の第3の部分(254)によって第2のSC領域(27)から側方に分離される、バイポーラトランジスタが提供される。さらなる実施形態によれば、第3のSC領域(28)は、第1のSC領域(25)の第1の下位部分(253、254、260、261)によって実質的に側方で包囲される。またさらなる実施形態によれば、第2のSC領域(27)は、第1のSC領域(25)の第2の下位部分(252、254、261)によって実質的に包囲される。
前述の本発明の詳細な説明の中で少なくとも1つの例示的な実施形態および作製方法を提示してきたが、膨大な数の変形形態が存在することを諒解されたい。1つまたは複数の例示的な実施形態は例に過ぎず、本発明の範囲、適用性または構成を限定することは決して意図されていないことも理解されるべきである。そうではなく、前述の詳細な説明は当業者に、本発明の例示的な実施形態を実施するための簡便な指針を提供することになり、添付の特許請求の範囲において明記されているような本発明の範囲およびその法的均等物から逸脱することなく、例示的な実施形態に記載されている要素の機能および構成にさまざまな変更を成すことができることが理解される。

Claims (20)

  1. バイポーラトランジスタであって、
    第1の導電型の第1の半導体(SC)領域であって、上面を有し、その中に前記第1の導電型のベース領域、第2の反対の導電型のエミッタ領域、前記エミッタ領域から側方に分離される前記第1の導電型のベースコンタクト領域、および前記ベースコンタクト領域から側方に分離される前記第2の導電型のコレクタコンタクト領域を有する、第1の半導体(SC)領域と;
    前記コレクタコンタクト領域に結合される前記第2の導電型のコレクタ領域と;
    前記コレクタ領域から側方に離間されるとともに少なくとも部分的に前記エミッタ領域の下に位置する前記第2の導電型のフローティングコレクタ領域と
    を備える、バイポーラトランジスタ。
  2. 前記フローティングコレクタ領域の中央部分は、前記エミッタ領域の下に位置するとともに、前記エミッタ領域から前記ベース領域の第1の部分によって垂直方向に分離される、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  3. 前記フローティングコレクタ領域の前記中央部分は、前記エミッタ領域の直下のロケーションから前記コレクタ領域に向かって0よりも大きい第1の距離だけ側方に伸張する、
    請求項2に記載のバイポーラトランジスタ。
  4. 前記第1の距離は、少なくとも約0.1マイクロメートルである、
    請求項3に記載のバイポーラトランジスタ。
  5. 前記コレクタ領域および前記フローティングコレクタ領域は、前記ベース領域に連通する前記第1の半導体領域のさらなる部分によって側方に離間分離され、
    前記第1の半導体領域(25)の前記さらなる部分は、第1の横幅を有する、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  6. 前記第1の横幅は、少なくとも約0.1マイクロメートルである、
    請求項5に記載のバイポーラトランジスタ。
  7. 前記コレクタ領域の中央部分は、前記ベースコンタクト領域から前記ベース領域の第2の部分によって垂直方向に分離される、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  8. 前記ベース領域の前記第2の部分は、前記ベースコンタクト領域から前記コレクタ領域の上側部分に向かって少なくとも約0.25マイクロメートルの第2の距離だけ伸張する、
    請求項7に記載のバイポーラトランジスタ。
  9. 前記フローティングコレクタ領域は、前記第1の半導体領域の第1の下位部分によって実質的に包囲される、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  10. 前記コレクタ領域は、前記第1の半導体領域の第2の下位部分によって実質的に側方で包囲される、
    請求項9に記載のバイポーラトランジスタ。
  11. 前記バイポーラトランジスタはさらに、前記第1の半導体領域の下に位置する絶縁層を備える、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  12. 前記バイポーラトランジスタはさらに、前記上面に隣接するとともに前記エミッタ領域、前記ベースコンタクト領域、および前記コレクタコンタクト領域を側方で分離する側方絶縁構造を備える、
    請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
  13. バイポーラトランジスタを形成するための方法であって、
    第1の導電型の第1の半導体領域を有する基板を提供することと;
    前記第1の半導体領域内に、第2の反対の導電型の互いに離間されたコレクタ領域およびフローティングコレクタ領域を形成することと;
    前記第1の半導体領域内に、前記フローティングコレクタ領域から垂直方向に分離されるとともに少なくとも部分的に前記フローティングコレクタ領域の上に重なる、前記第2の導電型のエミッタ領域を形成するとともに、前記コレクタ領域に結合されるとともに前記エミッタ領域から側方に分離される前記第2の導電型のコレクタコンタクト領域を形成することと;
    前記第1の半導体領域内に、前記コレクタ領域から垂直方向に分離されるとともに前記エミッタ領域から側方に分離される前記第1の導電型のベースコンタクト領域を形成することと
    を含む、方法。
  14. 前記側方に分離されるエミッタ領域およびベースコンタクト領域を形成することは、第1の側方絶縁構造を使用して実行され、
    前記側方に分離されるベースコンタクト領域およびコレクタコンタクト領域を形成することは、第2の側方絶縁構造を使用して実行される、
    請求項13に記載の方法。
  15. 前記側方に分離されるエミッタ領域、ベースコンタクト領域、およびコレクタ領域を形成することは、前記第1の側方絶縁構造および前記第2の側方絶縁構造を、(i)両方をシャロー・トレンチ・アイソレーション(STI)領域として、または(ii)両方をSC金属合金遮断(SC−MAB)領域として、または(iii)前記第1の側方絶縁構造がSTI領域である場合は前記第2の側方絶縁構造がSC−MAB領域であり、もしくは、前記第1の側方絶縁構造がSC−MAB領域である場合には前記第2の側方絶縁構造がSTI領域(291)である、それらの組み合わせとして、形成することを含む、
    請求項14に記載の方法。
  16. 前記方法はさらに、前記エミッタ領域と前記フローティングコレクタ領域との間にある前記第1の半導体領域の第1の部分と、前記コレクタ領域の一部にわたって側方に伸張する第2の部分と、前記コレクタ領域と前記フローティングコレクタ領域との間の別の部分とを有する前記第1の導電型のベース領域を形成することを含む、
    請求項13に記載の方法。
  17. 前記ベース領域を形成することは、いずれかの順序で、前記第1の半導体領域のより狭い部分に前記第1の導電型の不純物をドープすることと、前記第1の半導体領域の部分に前記第2の導電型の不純物をドープすることによって前記コレクタ領域およびフローティングコレクタ領域を形成することとを含む、
    請求項16に記載の方法。
  18. バイポーラトランジスタであって、
    上面を有し、その中にエミッタ領域、ベースコンタクト領域およびコレクタコンタクト領域を有する第1の導電型の第1の半導体(SC)領域と;
    前記エミッタ領域の下に位置するが、前記第1の半導体領域の第1の部分によって前記エミッタ領域から垂直方向に分離される、前記第1の半導体領域内の第2の反対の導電型の第2の半導体領域であって、前記第2の半導体領域は、前記ベースコンタクト領域に向かって側方に伸張するが前記ベースコンタクト領域には届かない中央部分を有する、第2の半導体領域と;
    前記第1の半導体領域内の前記第2の導電型の第3の半導体領域と
    を備え、
    前記第2の半導体領域は、前記コレクタコンタクト領域の下に位置するとともに前記コレクタコンタクト領域にオーミック結合される第1の部分、および前記第3の半導体領域の前記第1の部分にオーミック結合されるとともに、少なくとも前記ベースコンタクト領域にオーミック結合される前記第1の半導体領域の第2の部分によって部分的に前記上面から分離される第2の部分を有し、
    前記第3の半導体領域は、前記第1の半導体領域の第3の部分によって前記第2の半導体領域から側方に分離される、バイポーラトランジスタ。
  19. 前記第3の半導体領域は、前記第1の半導体領域の第1の下位部分によって実質的に包囲される、
    請求項18に記載のバイポーラトランジスタ。
  20. 前記第2の半導体領域は、前記第1の半導体領域の第2の下位部分によって実質的に側方で包囲される、
    請求項18に記載のバイポーラトランジスタ。
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