TW526563B - Bipolar transistor and method for fabricating it - Google Patents

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五、發明説明（ 1 ) 本發明與雙極電晶體有關。此外，本發明㈣以製造雙 極電晶體的方法有關。 雙極電晶體-般是由在半導體晶體上鄰近的兩個叩接合 斤構成在此f月况下，可能是兩個型摻雜區域以一個P·型 換雜區域彼此隔離（稱為npn電晶體），或是兩個厂型換雜區 或、個n型摻錶區域彼此隔離（稱為pnp電晶體）。三個不 同摻雜區域分別稱為射極⑹、基極⑻和集極⑹。長久以 來’雙極電晶體已為人所知，並用於各種用途。所謂個別 弘曰曰體之間各有差異’是為了安裝在印刷電路板上，並容 納於其外殼中’而所謂積體電晶體’連同進一步半導體组 件製造於共同半導體載體上，一般稱為基板。 且' 雙極電晶體的最高振盪頻率fmax，與fT除以的根成 正比，Rb為基極電阻，Cbc為基極_集極電容，而卜為傳導頻 率。為了取得高振盪頻率，因此最好能減少基極電阻。雔 極崎㈣極電阻是由連接區域之電阻和基極摻雜剖= 的缚片電阻共同決定。此薄片電阻，亦稱為夹，假定同質 隹之下，與基極厚度成反比例。不㉟，基極厚度的 增加會延長少數載體的基極傳導時間。 “ β同貝基極摻雜增加超過5 1〇18會將射極-基極接合的崩潰 電壓減低至極低數值，同時增加基極·射極空乏層的電容。 -種已知用以進一步減低基極夾電阻的方法是使用輕度 杈雜（1 10 )的磊晶射極。輕度射極摻雜允許基極部份摻雜 至1 102G，而不失去射極_基極接合的阻擋功能。由於與射 526563 A7 _____ B7 五、發明説明（2~" 極比k所增加的基極電荷，此類電晶體的電流增益將會太 低’但可在基極使用鍺來補償。 以‘用以生產磊晶射極構造的觀念之詳細說明，請參閱

Behammer %·著作的「Solid State Electronics」第 41 卷文號 8 第 1105 至 1110 頁（1997)，或 J. Schiz 等所著 1997 年 IEEE期刊 ISBN 7803_4135-X 第 255 至 260 頁。 圖14概略顯示根據Behammer等人所發表的雙極電晶體。 雙極電晶體首先具有集極丨〇2，是由矽基板或磊晶矽層所形 成。石夕鍺基極104(p-型摻雜）位在集極102(卜型摻雜）上，而 η -型射極106位在基極1〇4上。p + -型植入1〇8側面鄰接於集 極102、基極1〇4和η、型射極1〇6，該植入產生與ρ型摻雜基 極的接觸點。為了與ρ + _型植入1〇8連接，提供金屬層丨1〇， 藉由所謂的側壁間隔1 1 2與η + -型射極π 4絕緣。η'型射極 Π4依序安裝於η-_型射極1〇6之上。整個雙極電晶體藉由絕 緣1 1 6和絕緣層1 1 8，與深一層的組件絕緣。 根據Behammer等人所發表，圖14中顯示的雙極電晶體可 利用所謂的 '、覆蓋磊晶〃的輔助來製造。不過在此方法中 ’在基極連接區域上所使用的是乾式姓刻。 圖1 5概略顯示根據j. schiz等人所發表的雙極電晶體。雙 極電晶體1 00同樣具有集極丨〇2，是由矽基板或磊晶矽層所 形成。石夕鍺基極l〇4(p-型摻雜）位在集極1〇2(卜型摻雜）上， 而η型射極1〇6位在基極1〇4上。ρ + ·型摻雜多晶矽層12〇側 面郇接於基極1 〇 4和η -型射極1 〇 6 ’該多晶矽層產生與ρ型摻 雜基極的接觸點。由校準的側壁間隔η2圍住η乂型射極114 I紙張尺度適用巾a Η家標準(CNS) Α4規格(21G X 297公董) ------ 526563 A7 __________B7 五、發明説明（3一) "~--- ，安裝於ιΓ-型射極106上方。整個雙極電晶體再次藉由絕緣 11 6和絕緣層118，與深一層的組件絕緣。 咏 根據J. Schiz等人所發表的雙極電晶體必須藉由光線科技 產生側壁間隔112，但厚度低於200 μπι通常是不可能的。不 過，此類厚度的側壁間隔112導致寄生電容大幅增加。 圖14和15顯示雙極電晶體的一項共同特色，所謂的、、鏈 結植入〃（接觸植入）是在射極區域之外實施，以減少基極連 接電阻。另外在Harame等人著作中，丁rans· £1)第42卷文號 3第469至482頁圖3中，圖例說日月植入損害、接觸點缺陷， 通常產生於此類植入狀況中，也產生於在矽基板上乾式蝕 刻的狀況中。 即使饭设接觸點缺陷不會延伸至主動基極區域，接觸點 缺陷仍會導致硼摻雜物異常高度擴散至鄰近的矽鍺基極1 為了避免此類硼擴散，不能任意製作薄側壁間隔。為了 避免基極產生接觸點缺陷，側壁間隔必須約丨5〇 nm或更大 ，可增加鏈結電阻和基極-集極電容。在連接區域完全省略 側壁間隔且另外實施植入的情況下，無法預期组件可以發 揮功能。此外，在接下來溫度步驟高於55〇〇c期間，由於接 觸點缺陷仍然存在，基極剖面大幅擴大。 因此本發明的目的在於提供雙極電晶體及其製造方法， 以大幅減少或完全避免所列出的難題。具體而言，本發明 的目的在於提供一種具有低基極連接電阻和低缺陷密度的 雙極電晶體。 此目的是根據申請專利範圍第1項製造雙極電晶體的方 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)八4規格(21〇 χ 29?公爱)

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五 發明説明（ 4 1 〇項的雙極電 、精進和觀點 晶體來達成。本發 將在申請專利範圍 晶體，特別是npn雙 一基極和一輕度摻 法和根據申請專利範圍第 明進一步有效具體實施例 子項、說明和附圖中出現。 本發明提供一種方法用以製造雙極電 極電晶體，該方法具有下列步驟： a) 一種半導體基板，具有_集極、 雜射極層； b) 一種光罩應用至輕度摻雜射極層； 雜射極層 :)藉由光罩的辅助，以濕式化學蝕刻輕度摻 藉此形成一輕度摻雜射極； d)基極連接形成於基極未覆蓋區域上；， e)移除光罩並形成一高度摻雜射極。 此外，本發明提供-種雙極電晶冑，特別是一種η叩雙極 電晶體，具有半導體基板、集極、基極、輕度摻雜射極和 高度摻雜射極。根據本發明，雙極電晶體的特色在於，基 極的連接實質上與輕度摻雜射極平行，並藉由側壁間隔或 ρη接合’與輕度摻雜射極層隔離。 根據本發明之方法可製造出雙極電晶體，具有低基極連 接電阻、低缺陷密度和經過改良的擴充性。在此狀況下應 知道’擴充性為射極窗口的水平比例和基極寬度的垂直比 例（低溫度預算）。基極區域的溫度預算可維持低溫，因為不 需要植入法以減低基極連接電阻。此外，可大幅避免與連 接點缺陷有關的難題。 根據一項較佳具體實施例，以高度摻雜矽鍺基極作為基 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X297公釐) 526563 五、發明説明（5 極；ΐ:極使用鍺’能夠確保雙極電晶體的足夠電流增益 不& ^加的基極電荷為何。 =最好是厚度，而且是每立Μ分大η 二:摻雜’特別是Ρ'型摻雜。此外，輕度摻雜射極最好 /、有5〇至15〇腿厚度’每立方公分低於2ι〇、η•型搀雜。 〃根據進-步較佳具體實施例，光^含氧化層、石夕層和

::層。在此情況下’氧化層(氧化終止層)最好藉由CVD 方法的輔助，應用至輕度摻雜射極層。終止層厚度最好介 於⑴0 nm。-種較佳广型摻雜非晶系石夕層應用至氧化層 2度介於1〇〇至_ nm之間。接著是氮化層，藉由錢 擊法沉積，厚度為20錢nm。接著由域科技圖樣化包含 乳化物和非晶石夕的混合層’藉由乾式钮刻至射極窗口的寬 度。在此情況下，因為非晶石夕可就有關氧化杨受到高度選 性钱刻（>H))’因此氧化層可作為㈣終止。氧化物可接著 由HF移除。 輕度摻雜射極層進一步最好利用鹼性蝕刻劑進行乾式化 學姓刻，特別是KOH、膽驗和（或）乙二胺。濕式化學姓刻使 用驗性㈣劑，㈣是随、膽驗和（或）乙：胺，優點在於 可選擇性地有效蝕刻。-型和尸型矽之間。輕度摻雜射極層以 此方式可就有關基極而選擇性地圖樣化。此外，濕式化學 蝕刻的優點在於底層基極不會產生缺陷。 ^ 根據進一步較佳具體實施例，輕度摻雜射極層形成於基 極上方’作為貫質上單結晶層，而濕式化學钱刻終止於該 實質上單結晶層的表面（i i i)。特別是使用κ〇Η或膽驗的濕 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 526563 A7

學_，其所具有㈣點在於㈣終止於表面⑴1}， 该等表面於沿著表面（⑽）邊緣⑴Q)底切期間形成。這也是 矽晶圓在慣例上平坦和基板方向的特性。 疋 ㈣進—步較佳具體實施例，側壁間隔，最好是氮化物 間隔’在濕式化學蝕刻光罩側壁之前產生。 根據進一步較佳具體實施例，側壁間隔，最好是氮化物 =隔，是在光罩和輕度摻雜射極的側壁上形成基極連接之 刖產生。^ 了避免在基極上進行乾式㈣，首先是沉積氣 化層，最好介於5至50 nm，接著藉由乾式蝕刻產生氧化物 間隔。接著以濕式化學，最好是利用鱗酸，就有關氧化物 選擇性地移除氮化物，結果只留下由氧化物間隔保護的氮 化層區域。若接下來利用HF移除氧化物間隔，這些氮化層 區域會形成側壁間隔。 根據進一步較佳具體實施例，基極連接是藉由基極未覆 蓋區域上的差分磊晶而形成。在此情況下，嵩度摻雜，特 別是P -型摻雜的基極連接（>1 102〇)最好作為基極連接。在 此情況下，選擇的磊晶最好是在也會產生基極的溫度下（例 如約800。〇來實現。因此在此情況下，不會大幅擴大摻雜 剖面。 根據進一步較佳具體實施例，側壁間隔，最好是氮化 物間隔’是在射極窗口的側壁上形成高度摻雜射極之前 產生。 請參考下列附圖進一步詳細說明本發明，其，中 圖1至9顯示根據本發明之方法的第一具體實施例圖示。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 五、發明説明（7 ) 圖1 0至1 3顯示根據本發明 示 古的弟二昇體實施例圖 〇 以及 圖14概略顯示根據齡_“等人所發表的雙極電晶體， 圖⑸既略顯示根據J. Schiz等人所發表的雙極電晶體。 下列圖1至9顯示根據本發明之方法的第一具體實施例圖 不。根據本發明的方法步驟a)，提供”基板1〇具有集極 12、基極14和輕度摻雜射極16了確保集極12的電子連 接’集極12接觸掩藏層11。此外，提供絕緣17(本例為 LOCOS絕緣)和其下方所謂的 '、電路終止。8,以絕緣之後 的雙極電晶體。 =矽基板10至掩藏層丨丨，集極12藉由選擇的磊晶產生於 掩藏層11之上。在此情況下，集極12由絕緣層19，例如 曰從側面圍住。之後，沉積高度摻雜矽鍺基極14和 輕度摻雜射極層16，例如藉由差分磊晶。基極14最好是20 至50 nm的厚度，而且是每立方公分大於2 ι〇!9的型摻雜 。^度摻雜射極16具有50至150 nm厚度，每立方公分低於2 1018的η、型摻雜。圖1顯示所產生的情況。 接著’儿積CVD氧化終止層2〇。在此情況下，氧化終止層 2〇厚度介於5至30 nm之間。其沉積的執行溫度為，例如， 600°C。接著沉積高度摻雜（p + )非晶矽層21。在此情況下， 非晶矽層21厚度介於100至1〇〇〇 nm之間。其沉積的執行溫 度為’例如，550。(：。此外，會應用厚度約35 nm的濺擊氮 化層22。 -10 - 本紙張尺度適用中a S家標準(CNS) A4規格(21G X 297公愛） 526563 A7 ___B7 五、發明説明（8 ) 之後，由光線科技圖樣化氮化層22和非晶矽層2 1，藉由 乾式蝕刻至射極窗口的寬度。在此情況下，固為非晶石夕可 就有關氧化物受到高度選擇性蝕刻（> 1 〇)，因此氧化層22可 作為蝕刻終止。氧化物20可接著由HF移除。圖2顯示所產生 的情況。 根據本發明的方法之必要部份，包含以濕式蝕刻在基極 14上方圖樣化輕度摻雜射極層16。層疊包含氧化層2〇、非 晶矽層2 1和氮化層22，在此情況下作為圖樣化光罩。在此 情況下，最好使用KOH或膽鹼進行濕式化學蝕刻輕度摻雜 射極層16。使用KOH或膽鹼進行濕式化學蝕刻，優點在於 KOH或膽鹼可在n_型和p-型矽之間選擇性地蝕刻。輕度摻雜 射極層16以此方式可就有關基極14和已圖樣化的非晶矽層 21進行選擇性圖樣化。此外，使用K〇H或膽鹼的濕式化學 I虫刻，其優點在於底層基極14不會產生缺陷。 因為輕度摻雜射極層16形成於基極14之上，作為實質上 單結晶層，使用KOH或膽鹼的濕式化學蝕刻終止於表面 (Π1)，該等表面係於沿著表面（1〇〇)邊緣（11〇)底切期間形成 。這也是矽晶圓在慣例上平坦和基板方向的特性。由表面 (1 U)攸側面圍住（包含角落區域）的輕度摻雜射極16同樣以 此方式形成。圖3顯示所產生的情況。 輕度摻雜射極的側壁接著由氮化間隔23隔離。為了避免 在基極14上進行乾式姓刻，首先沉積厚度5至5〇⑽的乳化 層23,接著以氧化物沉積’如侧，圖樣化氧化物間隔24 ’接著再進行乾式蝕刻。圖4顯示所產生的情況。基於簡化 -11 - 本紙張尺度適用中國國冬標準(CNS) A4規格(210X 297公笼)" --：------- 526563 A7 B7 五、發明説明（9 ) 之故，側面圍住輕度摻雜射極16的終止表面（111 )，將不在 圖4和其後圖中顯示。 之後，以濕式化學，最好是利用磷酸，就有關氧化物24 選擇性移除氮化物23，結果只留下受氧化物問隔24保護的 氮化層23區域。接著以HF移除氧化物間隔24，產生氧化物 間隔所保護的該氮化層區域形成側壁間隔23。圖5顯示所產 生的情況。 之後’基極連接25藉由差分蠢晶在基極未覆蓋區域上形 成。在此情況下，最好是高度摻雜，特別是P'型摻雜的基 極連接25(>1 102G)作為基極連接。在此情況下，選擇的磊 晶最好是在也會產生基極14的溫度下產生（例如約8〇〇cC)。 因此在此情況下，不會大幅擴大摻雜剖面。圖6顯示所產生 的情況。 基極的連接2 5以此方式實質上與輕度摻雜射極16平行， 亦即基極14藉以接觸基極連接25的實質上接觸區域，與接 觸區域平行，輕度摻雜射極16並藉此接觸基極14。在此情 況下，基極連接25藉由側壁間隔23與輕度摻雜射極隔離。 因為基極連接25的單結晶區域實質上沒有缺陷，因此可以 製作非常薄的側壁間隔23。 如圖7所示，接著沉積和平坦化CVD氧化物％。在此情況 下，拋光去掉射極窗口上方剩餘的氮化層22。接著在射極 窗口進行犧牲層的自動校準移除 省虫刻移除射極窗口的非晶矽層2 1 蝕刻終止層（圖8)。 。在此情況下，藉由乾式 ,CVD氧化層2〇再次作為

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線 -12- 526563

氧化層20同樣使用HF以濕式蝕刻移除後 射極多晶矽27。基極接觸點28和集極接 用的方式產生。圖9顯示所產生的情況。 ’沉積和圖樣化 觸點29依序以慣 對照於根據先前技藝如圖14所示的雙極電晶體’根據本 發明如圖9所示的雙極電晶體具有側壁間隔23，—直向下廷 伸至基極’亚至少由實質上單結晶基極連接25部份環繞。 根據先前技藝如圖14所示的雙極電晶體，單結晶广型播雜 區域以η-型射極緣丨μ古由 i耵徑、、止同度，並向下深入至基極，而根據本 &月如圖9所tf的雙極電晶冑，在基極底層邊緣開始進行絕 、’水，而基極連接25的單結晶區域可確實地置於基極上層邊 、冬口為基極14的單結晶基極連接25實質上沒有缺陷，因 此可以製作非常薄的側壁間隔23。 y列圖10至13顯示根據本發明之方法的第二具體實施例 圖示在此清况下，第二具體實施例的第一步驟相當於圖1 、2中說明的步驟，因此可省掉重複部份。 藉由乾式蝕刻圖樣化氮化層22和非晶矽層2 1後，會在氮 化層22和非晶矽層21的側壁上產生氮化物間隔30。在此情 况下，氧化層2〇再次作為蝕刻終止。圖丨〇顯示所產生的情 况除了包含矽和氮化矽的層疊，也可使用只由氮化矽組 成的光罩。其優點在於只需要選擇性地蝕刻南個物質之一 。接著使用HF移除氧化物20。 後必須以座式姓刻在基極14上方圖樣化輕度摻雜射 極層16 °層叠包含氧化層20、非晶矽層21和氮化層22，在 此凊况下作為圖樣化光罩。在此情況下，最好使用Κ〇Η或 -13-

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線 五、發明説明（11 ) 膽驗進行濕式化學㈣輕度摻雜射極層i 6。因為輕度換雜 射極層W形成於基極14之上，作為實質上單結晶層又所以 使用随或膽驗的濕式化學㈣可終止於表面（丨⑴，該等 表面於沿著表面(100)邊緣(110)底切期間形成。圖"顯 產生的情況。 在基極未覆蓋區域上形 ’特別是型摻雜的基 選擇的磊晶最好是在也 8〇0°C)。因此在此情況 之後’基極連接25藉由差分磊晶 成。在此情況下，最好是高度摻雜 極連接25(>1 l〇2G)作為基極連接。 會產生基極14的溫度下產生（例如約 下，不會大幅擴大摻雜剖面。因為在此具體實施例中，側 壁間隔30沒有出現在輕度摻雜射極—區域中，基極_ 連接25，以pn接合與輕度摻雜射極16隔離。 接著沉積和平坦化CVD氧化物26。在此情況下，拋光去 掉射極窗口上方剩餘的氮化層22。接著在射極窗口進行犧 牲層的自動板準移除。在此情況下葬 1月/几卜糟由乾冬蝕刻移除射 極囪口的非晶碎層2 1，c VD氣化物9 ο五a於* 礼化物20再次作為蝕刻終止層 。圖12顯示所產生的情況。 接著產生進一步側壁間隔31(如氮化物間隔），以確保基 極連接25和之後產生的„+射極之間產生出足夠的距離。氧 化層20同樣使請以濕^虫刻移除後，沉積和圖樣化“ 極多晶2 7。圖1 3顯示所產生的情況。 對照於根據先前技藝如圖15所示的雙極電晶體，根據 亡：明如圖13所示的雙極電晶體，基極連接25的一部份 實質上為單結晶，並與輕度摻雜射極16的終止表面（丨 本紙張尺度適财S S家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) -14- 526563 A7

形成pn接合。根據先前技藝 必須以光線科技來產生側壁 常是不可能的。這樣會導致 明如圖1 3所示的雙極電晶體 側側壁間隔3 1引進已存在的 吊薄’如低於5 0 n m。 如圖1 5所示的雙極電晶體， 間隔’厚度要低於2〇〇 μηι通 較高的寄生電容。根據本發 ’可利用自動校準方式將内 射極孔，因此也可以變得非 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐）

Claims (1)

1. npn雙極電 曰種用以製造一雙極電晶體的方法，特別是一 晶體’該方法具有下列步驟： 一基極和一輕度摻 a) 一半導體基板，具有一集極 雜射極層； b) 一光罩施加至該輕度摻雜射極層 層 〇一藉由光罩的輔助以濕式化學蝕刻該輕度摻雜射極 ’藉此形成一輕度摻雜射極； d) 一基極連接形成於該基極未覆蓋區域上； e)移除該光罩並形成一高度摻雜射極。 如申請專利範圍第1項之方法， 其特徵在於 使用一高度摻雜矽鍺基極作為該基極。 如申凊專利範圍第1或2項之方法， 其特徵在於 該光罩包含一氧化層、一矽層和一氮化層。 如申凊專利範圍第1或2項之方法， 其特徵在於 以鹼性蝕刻劑，特別是Κ〇ϋ、膽鹼及/或.乙二胺，濕 化學蝕刻該輕度摻雜射極層。 …二 如申請專利範圍第丨或2項之方法， 其特徵在於 该輕度摻雜射極層形成於該基極上方，作為實質上 單結晶層，而濕式化學蝕刻終止於該實質上士 = 526563 4、申請專利範園 6.如申請專利範圍第1或2項之方法， 其特徵在於. …側壁間隔’最好是_氮化物間隔，在濕式化學敲刻 該光罩側壁之前產生。 7·如_請專利範圍第丨或2項之方法， 其特徵在於 側壁間隔’最好是—氮化物間隔，在該光罩和該輕 X摻雜射極的側壁上形成基極連接之前產生。 8·如申請專利範圍第】或2項之方法， 其特徵在於 该基極連接藉由選擇㈣晶在該基極未覆蓋 形成。 如申請專利範圍第丨或2項之方法， 其特徵在於 ::壁：隔，最好是一氮化物間隔，在該射極窗口 土上形成该咼度摻雜射極之前產生。 一種雙極電晶體，牲則θ 放丄 特別疋ηρη雙極電晶體，具有一 板（1〇)、一集榀β ^ V 上 裝 9. 的 10. 基板⑽、—集極(12)、一基極⑼ (16)和一高度摻雜射極（27)， 體 輕度摻雜射極 其特徵在於 導向：才：二連二(2一5)與該•讀摻雜射極(16)實質^ ^ 極⑽隔離。▲ B M23)或-卯接合與該輕度摻雜射 I如中請專利範圍第_之雙極電晶體， 17- 本紙張尺賴财S ®家標準釐) 訂 526563

   申請專利範園 ’的摻 其特徵在於 該基極U4)設計為一高度摻雜石夕錯基極。 A如中請專利範圍㈣或叫之雙極電晶體， 其特徵在於 該基極（14)具有-每立方公分高於2 ](^的 是P -型摻雜。 心_，待別 α如申請專利範圍第1(mu項之雙極電晶體， 其特徵在於 該輕度摻雜射極⑽具有—每立方公分低於 雜’特別是η -型捧雜。 Κ如申請專利範圍第_U項之雙極電晶體， 其特徵在於 該輕度摻雜射極(16)設計為_實質上單語晶 面（U 1)側面圍住。 9 I由表 如申請專利範圍第⑺或丨丨項之雙極電晶體， 其特徵在於 該側壁間隔（23)設計為一氮化物間隔。 16.如申請專利範圍第1〇或丨丨項之雙極電晶體， 其特徵在於 該基極連接（25)至少在區域中為單結晶設計。 17·如申請專利範圍第…或"項之雙極電晶1 , 其特徵在於 & ^ 該基極連接（25)為-高度摻雜，特別是^型推 極連接。 J % 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 ： 裴 訂 m -18- 526563 8 8 8 8 A B c D 々、申請專利範圍 18.如申請專利範圍第1 〇或11項之雙極電晶體， .其特徵在於 該集極（12)與一掩藏層（11)接觸。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）