專利名稱：具增加擊穿電壓的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及制造該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有增加崩潰電壓穿越一pn接合面之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該pn接合面系該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所包含。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代微電子電路之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其中一個主要需求，系為該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)理想上具有一所需之崩潰強度與對于一個別應(yīng)用之一良好頻率特性相配合，例如一高截止點頻率。
尤其是在現(xiàn)代BiCMOS技術(shù)中，其為一雙極性晶體管之集極側(cè)向地經(jīng)由一繁密摻質(zhì)之次集極(埋藏層)連接，其系藉由一集極之磊晶成長所埋藏，通?；コ庑缘男枨髸l(fā)生于一雙極性制成模塊上。一方面一雙極性晶體管之積體化，其系越快越好，需要低操作電壓，另一方面，通常必須要雙極性晶體管，其具有一高崩潰電壓，但僅需要達(dá)成一較低之高頻率表現(xiàn)即可。對一快速晶體管來說(HF)，一集極磊晶層必須越薄越好，以便一集極終端阻抗和于該集極中之該少數(shù)電荷載體能變得較低，而因此該RF表現(xiàn)就會較高。然而，對具有一高崩潰電壓(HV)之晶體管來說，該集極磊晶必須要厚，以便該基極集極空間電荷區(qū)(base collector space charge zone)能廣泛地延伸，且因此該所請求之崩潰電壓能夠達(dá)成，為了這個原因，該集極磊晶之摻質(zhì)就很低，舉例來說，小于1E 16cm-3。
正常來說，該磊晶層(集極磊晶)之厚度和摻質(zhì)系以確保該HV晶體管之所需崩潰電壓所決定，因為該HF晶體管之低摻質(zhì)并未充分地允許高集極電流，而因此該HF表現(xiàn)也有同樣地問題，因為一最大截止點頻率ft(傳輸頻率)以一線性方式相關(guān)于一最大集極電流Ic，其為所謂的柯克效應(yīng)(Kirk effect)發(fā)生處，通常一所謂的SIC(有選擇地植入集極)系植入于一習(xí)知的HF晶體管中。
在第8圖中，一習(xí)知的一HF及一HV雙極性晶體管之積體化示于圖中，該HV和HF晶體管(埋藏層)之繁密地?fù)劫|(zhì)之次集極(subcollectors)803和804系配置于一基板801上，配置于虛線左手邊之該HF晶體管更包含一第一SIC 805及一第二SIC 807，該第一和該第二SIC皆埋藏于一集極磊晶809中。此外，一基極811系配置于該第一SIC 805上，舉例來說，其系能藉由一基極終端層813之幫助連接至一線路層，一射極層815系配置于該基極811上，其系經(jīng)由一射極接觸連接。此外，一隔離層817及于射極窗之一絕緣間隙壁系配置于該基極終端層813上，這兩層皆作為介于該射極和該基極終端之間的電子絕緣用。舉例來說，氧化層819系更形成于該基極終端層之下，該次集極804能經(jīng)由一另一終端820由上方接觸，該個別晶體管之該埋藏層系藉由一深溝隔離823互相絕緣，然而，他們亦可藉由一pn絕緣互相絕緣。
與該HF晶體管相比，該HV晶體管，其系配置于該虛線之右手邊，并未具有第一和第二SIC，因此，舉例來說，該次集極803能經(jīng)由一另一終端821提供并具有一電壓，如果于第8圖中所說明之該HF和HV晶體管，舉例來說，系為npn晶體管，該次集極803，舉例來說，系為繁密地n摻質(zhì)，同時該集極磊晶層809系為較少n摻質(zhì)，因此，該第二SIC 807及該第一SIC 805皆為n摻質(zhì)，其中該第一和該第二SIC之一摻質(zhì)濃度系高于該集極磊晶層及低于該次集極。
一SIC之植入導(dǎo)致一體積摻雜(約為1E 17cm-3)，與該集極磊晶(上摻雜)之摻質(zhì)比較系為增加，然而，當(dāng)達(dá)到一崩潰電壓，該HF晶體管之基極集極空間電荷區(qū)并未延伸該埋藏次集極803，其系因為藉由該SIC增加之高的上厚度(epithickness)及該摻質(zhì)，因此，該集極電流必須分別地流通介于該空間電荷區(qū)末端及該次集極之開端之間之高阻抗區(qū)域，這個區(qū)域通常系由一第二SIC植入807摻雜，如同第8圖所示，其系能接著被最佳化作為逆向的特性資料。有一個缺點系為該晶體管之該HF表現(xiàn)系因此被影響，因為一方面該摻質(zhì)，且因此該SIC之導(dǎo)電度明顯地比次集極還低，另一方面，該SIC植入幾乎無法藉由一磊晶達(dá)成如一摻質(zhì)曲線一般地高，以便一集極阻抗會比具有一最小可能上厚度還高?？偟膩碚f，該HF晶體管并未達(dá)成該最佳可能表現(xiàn)，其于這一代的科技是有可能達(dá)成的，舉例來說，因為已提到的集極阻抗和該較高的少數(shù)電荷載體儲存會降低該HF晶體管之該截止點頻率。
第8圖顯示本方法的另一項缺點，由HV晶體管激活的HF晶體管的HF特性，其集極磊晶最理想是設(shè)計用來增加崩潰電壓，而該HF特性可分別藉由引入一個或多個SIC而得到改善。當(dāng)形成集極磊晶809時，與對崩潰電壓的要求相比，該HV晶體管的HF特性顯得較不重要，集極磊晶必須要厚，因此，形成在此磊晶層中的HF晶體管的特性必須藉由引入一個或多個SIC 805和807而得到改善。因為必須利用例如植入摻雜的方法形成該第一和第二SIC，所以這會造成制程成本的增加。
第8圖顯示本方法的另一項缺點，會因為SIC 805和807而造成HF晶體管的功率損耗增加，而且還包括先前已提過的集極電阻的增加。如果一個微電子芯片包含多個HF晶體管，如第8圖所示，這會造成功率損耗的大幅增加，而且發(fā)熱累積量也有可能增加，因此操作此種電路的成本就會提高。
根據(jù)第8圖所示的先前技術(shù)，該晶體管還有另一項缺點，由于要達(dá)到預(yù)定的崩潰電壓，該集極磊晶809在垂直方向上厚度尺寸，就必須增加，因為該集極磊晶809的厚度必須夠大才能達(dá)到高的崩潰電壓強度。該磊晶厚度與該HV晶體管的崩潰電壓有關(guān)，這導(dǎo)致另一項缺點，為了達(dá)到較高的崩潰電壓而選擇較厚的集極磊晶層809，該HF晶體管的HF特性無可避免地下降，因為該SIC 805和807無可避免地必須變大，或者，必須插入第三SIC，因此，先前提到的集極電阻就更大了。
根據(jù)K.O.Kenneth和B.W.Scharf的文獻(xiàn)“Effects of BuriedLayer Geometry on Characteristics of Double Polysilicon BipolarTransistor”，當(dāng)中描述了具有較高崩潰電壓的雙極性晶體管，其中次集極具有分割的部分。

發(fā)明內(nèi)容
本案的目的在于提供一個有效率的方法，以增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的崩潰電壓。
本案目的的實現(xiàn)可以根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，或是權(quán)利要求8的方法。如此一來，HV晶體管的崩潰電壓可以較不受磊晶層厚度的影響，因此HV和HF晶體管可以個別獨自最佳化。
根據(jù)本案的一項觀點，一個半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含具有一第一摻雜型態(tài)的一埋藏第一半導(dǎo)體層，在該埋藏第一半導(dǎo)體層之上的具有一第一摻雜型態(tài)的一第二半導(dǎo)體層，其摻雜濃度較該埋藏第一半導(dǎo)體層為低，在該第二半導(dǎo)體層之上具有一第二摻雜濃度的半導(dǎo)體區(qū)域，如此一來，便在該半導(dǎo)體區(qū)域和該第二半導(dǎo)體層之間形成一pn接合面，以及在該半導(dǎo)體區(qū)域下，該埋藏第一半導(dǎo)體層中的凹陷，其包含具有該第一摻雜濃度的半導(dǎo)體材料，其所在的位置位于比第一埋入半導(dǎo)體層更深的基板中，如此一來，橫跨pn接合面的崩潰電壓會比未提供凹陷時來得大。
根據(jù)本案的另一項觀點，本案提出一個新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，藉由在該第一埋入半導(dǎo)體層中間形成一凹陷，在該凹陷中形成一半導(dǎo)體區(qū)域，在凹陷中引入具有該第一摻雜型態(tài)的半導(dǎo)體材料，其中在該引入步驟之后，該半導(dǎo)體材料會比該第一埋入半導(dǎo)體層更陷入于基板中，接著在該第一埋入半導(dǎo)體層上生成該第二半導(dǎo)體層，其摻雜濃度系小于該第一埋入半導(dǎo)體層，然后再在該第二半導(dǎo)體層上生成該半導(dǎo)體區(qū)域。
本發(fā)明是基于，當(dāng)弱摻雜半導(dǎo)體層(磊晶層)的厚度設(shè)計符合最佳化HF的特性，而且為了具有已增加崩潰電壓的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，提供一位于高濃度埋入層中的凹陷時，可以在一集成電路上同時形成一個具有最佳化HF特性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以及一個具有已增加崩潰電壓的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該弱摻雜半導(dǎo)體層(磊晶層)藉由一埋入的高濃度摻雜層而連接。例如，在這個凹陷中，可以形成一第二高濃度摻雜層，其在基板中的位置比第一高濃度摻雜層還深。因此，因為該凹陷的原故，在埋入的高濃度摻雜層以及另一種摻雜態(tài)的半導(dǎo)體區(qū)域之間形成一長距離，其中該半導(dǎo)體區(qū)域系橫跨該弱摻雜磊晶層，所以，崩潰電壓才可以獲得提升。該高摻雜濃度埋入層的凹陷顯示一個區(qū)域，其中該埋入的高摻雜濃度層被一較低摻雜濃度的半導(dǎo)體區(qū)域取代，在其之下，復(fù)存在一第二高濃度摻雜層。這個區(qū)域只能夠藉由凹陷而形成于該埋入層的上側(cè)，其中已存在有一半導(dǎo)體材料，其摻雜濃度與該磊晶層相符。
然而，較佳系所提供的凹陷系完全穿透該埋藏層，其中至少系于該凹陷底部區(qū)域中，進行低于該埋藏層之一的該摻雜密度的高能量植入。較佳為，該高能量埋藏亦可被高度摻雜。然而，高能量埋藏系指非常長的處理時間以及很多的處理問題，因此實際上其摻雜僅可以少于習(xí)知的埋藏層。
本發(fā)明適合用于所有半導(dǎo)體組件的應(yīng)用，其系實施增加崩潰電壓的pn接合，例如個別二極管或是雙極性晶體管。
當(dāng)一HF晶體管與一HV晶體管同時被整合于基板上時，本發(fā)明更具有特別佳的應(yīng)用性。而后在該HF晶體管而非該HV晶體管上，形成該集極外厚度的位向。因而達(dá)到該HV晶體管的最佳HF表現(xiàn)，其同時具有該HV晶體管的充足且可被自由調(diào)整的崩潰電壓。同時，可藉由簡單的布局尺寸(layout measurement)，以不同寬度的凹陷，為不同的HV晶體管設(shè)定不同的崩潰電壓。
本發(fā)明的另一優(yōu)點系為兩晶體管可被同時整合，其一可關(guān)于HF表現(xiàn)而被優(yōu)化，另一可分別關(guān)于該崩潰電壓而被優(yōu)化。在習(xí)知的方法中，該HF晶體管所受的HF表現(xiàn)或是該HV晶體管的崩潰電壓系太低。
本發(fā)明的另一優(yōu)點系為由于例如該第二半導(dǎo)體層可為一集極磊晶層，其厚度的選擇并非基于該HV晶體管的該崩潰電壓，而是基于該HF晶體管的HF表現(xiàn)，所以該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的大小系小于第8圖中所述習(xí)知記憶結(jié)構(gòu)的尺寸，因此該第二半導(dǎo)體層的厚度較小，可因而減少生產(chǎn)成本。
本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點，系為其可使得HF晶體管具有最佳化的HF性質(zhì)，以及具有整合于一電路上具足夠崩潰電壓強度的HV晶體管。
本發(fā)明的另一優(yōu)點，系為由于如同較薄層(集極磊晶層)僅需少的生產(chǎn)步驟即可達(dá)到該HF晶體管的最佳HF表現(xiàn)，如同該HV晶體管的足夠崩潰電壓，所以可降低本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本。例如，由于該HF晶體管的集極磊晶層厚度較小，其SIC的施行較平坦，所以整合于BiCMOS制程可被大幅簡化，且其度于高度摻雜的埋藏層可具有良好的接觸。所以，用于遮蔽此SIC埋藏且穿過該CMOS區(qū)域的覆蓋層，可被保持較薄，其一方面減少沈積的成本，另一方面大幅減輕這些層的無殘留移除。
本發(fā)明的另一優(yōu)點，系為例如可在基板上藉由該埋藏的第一半導(dǎo)體層之凹陷寬度的簡單變化，可形成具不同電壓的數(shù)個雙極性晶體管。所以，僅藉由布局的修飾以及生產(chǎn)步驟的變化，即可獲得不同的崩潰電壓，因此不需要其它額外的處理步驟，藉此該生產(chǎn)制程具彈性且該單位成本低。
由于該HF晶體管的較高可能的HF表現(xiàn)之利益，本發(fā)明于BiCMOS技術(shù)中具有特別優(yōu)點，其中BiCOM產(chǎn)品亦具有較佳的HF表現(xiàn)且具有改良的競爭力。此可特別用于行動無線，WLAN等。例如，對于不同的崩潰電壓，整合兩HV晶體管，則本發(fā)明可節(jié)省一蝕刻階段。


第1圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之第一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第2圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之另一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第3圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之另一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第4圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之另一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第5圖系說明習(xí)知晶體管整合中，(a)HF晶體管與(b)HV晶體管的摻質(zhì)濃度。
第6圖系根據(jù)本發(fā)明，說明(a)HF晶體管與(b)HV晶體管的摻質(zhì)濃度。
第7圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之另一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第8圖系說明習(xí)知的晶體管整合。
具體實施例方式
第1圖系一示意圖，其根據(jù)本發(fā)明之第一實施例，說明一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)系包含第一摻雜形式的高度摻雜之埋藏第一半導(dǎo)體層101，其中形成一凹陷103。在該埋藏第一半導(dǎo)體層101的一第一表面109上，如同在另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的另一半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面107上，形成一第二半導(dǎo)體層111，其系該第一摻雜形式的弱摻雜層，例如其可系一表層(epi layer)。該第二弱摻雜半導(dǎo)體層系延伸至該凹陷103的部分凹陷105’中。再者該第一摻雜形式的另一半導(dǎo)體區(qū)域105”系被沉積于該凹陷103中，其摻雜密度較佳系介于該第二半導(dǎo)體層111與該埋藏第一半導(dǎo)體層101之間，且其較佳系位于較該埋藏第一半導(dǎo)體層101更深之位置。另一半導(dǎo)體區(qū)域105”更包含另一半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面107。
具有半導(dǎo)體區(qū)域之底面115的一半導(dǎo)體區(qū)域113系被沉積于該第二半導(dǎo)體層111上。所以，該半導(dǎo)體區(qū)域113系一第二摻雜形式，因而一pn接合系被形成于該半導(dǎo)體區(qū)域113與該第二半導(dǎo)體層111之間。再者，穿過該凹陷113沉積該半導(dǎo)體區(qū)域113，其中自該半導(dǎo)體區(qū)域113的半導(dǎo)體區(qū)域之底面115之該埋藏第一半導(dǎo)體層的頂部表面109之垂直距離，系小于自該半導(dǎo)體區(qū)域之底面115之另一半導(dǎo)體區(qū)域105”之另一半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面107的垂直距離。
而后，第1圖中所說明的該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之操作模式即成為一參考。此處系假設(shè)該第一摻雜形式系為n摻雜，且該第二摻形式系為p摻雜。然而，后續(xù)的說明亦可使用于該第一摻雜形式為p摻雜以及該第二摻雜形式為n摻雜的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第1圖所示之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)乃具有一最佳化的崩潰電壓。因為半導(dǎo)體層111的厚度很低，因此一個具有最佳化HF性質(zhì)的第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)乃會自動地產(chǎn)生。該崩潰電壓主要是藉由另一半導(dǎo)體區(qū)域105”之頂部表面107到半導(dǎo)體區(qū)域113之底面115的距離、埋藏第一半導(dǎo)體層的頂部表面109至半導(dǎo)體區(qū)域之底面115間的距離、凹陷103的寬度、以及各個半導(dǎo)體區(qū)域與半導(dǎo)體層的摻雜濃度而決定。舉例來說，假使第1圖所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是一個雙極性晶體管，那么基于上述假設(shè)，該第一半導(dǎo)體區(qū)域113辨識一個p摻雜基極，該第二半導(dǎo)體層111系與該埋藏第一半導(dǎo)體層101一樣組成了此雙極性晶體管的n摻雜集極。因此，第二半導(dǎo)體層111的摻雜乃比埋藏第一半導(dǎo)體層101的摻雜來得低。
為了獲得足夠的崩潰電壓，第1圖所示之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)乃包含本發(fā)明的凹陷103。因此，如前述內(nèi)容，在凹陷103內(nèi)所形成的另一半導(dǎo)體區(qū)域105”之頂部表面107與半導(dǎo)體區(qū)域113(基極)的底面115間的距離乃大于與埋藏第一半導(dǎo)體層101(次集極)的頂部表面109間的距離。因此，舉例來說，崩潰電壓將可因基極空間電荷區(qū)域(basespace charge zone)可廣泛地擴張而增加。于是被配置在凹陷103內(nèi)的另一半導(dǎo)體區(qū)域105”也會被摻雜。舉例來說，半導(dǎo)體區(qū)域105”的摻雜濃度可以比埋藏第一半導(dǎo)體層101的摻雜濃度來得低。另外，因為在此個案之中，舉例而言，崩潰電壓乃可以利用一個恰巧比另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的頂部表面107至基極103之距離略大之形式來實現(xiàn)，因此另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的摻雜濃度乃可能與該埋藏第一半導(dǎo)體層101的摻雜濃度相同。不受第二半導(dǎo)體區(qū)域的摻雜濃度的影響，崩潰電壓乃可因凹陷103的寬度變化而有所不同，因此該另一半導(dǎo)體區(qū)域105”乃被設(shè)置于凹陷103之中，其原因乃在于崩潰電壓會隨著凹陷103的寬度增加而增加，反之亦然，即崩潰電壓亦會隨著凹陷103的寬度縮減而減小。
在第1圖所示的實施例當(dāng)中，凹陷103乃是透過形成而產(chǎn)生，因此其與埋藏第一半導(dǎo)體層101是分開的。然而，應(yīng)被注意到的是凹陷103并不需要與該埋藏第一半導(dǎo)體層101相分離。另外，也有可能是因為凹陷103的深度很淺，以致于該埋藏第一半導(dǎo)體層101是連續(xù)性的，而該另一半導(dǎo)體區(qū)域105”便不會在該埋藏第一半導(dǎo)體層101的某一區(qū)域或是整個區(qū)域內(nèi)生成，因此，舉例來說，該凹陷103便可伴隨著另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的低摻雜濃度并在該另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的頂部表面107與該基極113之間存有較大距離的情況下生成，就像是在具有埋藏第一半導(dǎo)體層101的頂部表面109的個案中，一個預(yù)期的崩潰電壓便得以被取得。具有第1圖所示之結(jié)構(gòu)的HV晶體管之典型電壓值是大于4伏特(volt，V)。
應(yīng)被注意到的，舉例來說，當(dāng)另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的頂部表面107與該半導(dǎo)體區(qū)域113的底面115間的距離和該埋藏第一半導(dǎo)體層101的頂部表面109與該半導(dǎo)體區(qū)域113的底面115之間的距離相同時，那么崩潰電壓的設(shè)定便可被取得。在此情形下，另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的較低摻雜強度或是濃度便會促使崩潰電壓明顯的增加。
以本發(fā)明為基礎(chǔ)，所想要的崩潰特性以及所導(dǎo)致的本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之HF表現(xiàn)將可透過下列舉例而取得，例如其系可應(yīng)凹陷103的寬度變化、埋藏第一半導(dǎo)體層101以及另一半導(dǎo)體區(qū)域105”的摻雜濃度、以及該埋藏第一半導(dǎo)體層101的頂部表面109至半導(dǎo)體區(qū)域113的底面115之距離與該另一半導(dǎo)體區(qū)域105”之頂部表面107至半導(dǎo)體區(qū)域113的底面115之距離的比值所變化。
第2圖呈現(xiàn)出了本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一實施例。在第2圖之垂直線左側(cè)所示的晶體管系為一個HV晶體管I，而是設(shè)置于垂直線右側(cè)的晶體管則是HV晶體管II。HV晶體管I與HV晶體管II乃共組成本發(fā)明之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
第2圖所示之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)乃具有一個基板201，舉例來說，其可為一個輕微摻雜的半導(dǎo)體基板，例如一個p基板。埋藏第一半導(dǎo)體層203與204乃分別被設(shè)置于基板2101上。埋藏第一半導(dǎo)體層204乃包含一第一凹陷205，而埋藏第一半導(dǎo)體層203則具有一第二凹陷207。凹陷2105與凹陷207乃相互分離而設(shè)。一另一半導(dǎo)體區(qū)域209乃設(shè)置在埋藏第一半導(dǎo)體層204的該第一凹陷205之中。而另一半導(dǎo)體區(qū)域211則設(shè)置在第二凹陷207之中。因此，另一半導(dǎo)體區(qū)域209乃具有一頂部表面229而該另一半導(dǎo)體區(qū)域211則有一頂部表面231。一第二半導(dǎo)體層213乃形成在埋藏第一半導(dǎo)體層203與204之上，其同樣也形成在另一半導(dǎo)體區(qū)域209與另一半導(dǎo)體區(qū)域211之上。因此，該第二半導(dǎo)體層乃藉一深溝隔離214而被分離，其同時也分開了HF與HV晶體管的埋藏層。
舉例來說，另一半導(dǎo)體區(qū)域209、另一半導(dǎo)體區(qū)域211、埋藏第一半導(dǎo)體層203與204、以及第二半導(dǎo)體層213都是n摻雜，其中所使用的摻雜濃度乃可彼此不同。舉例來說，該第二半導(dǎo)體層是一個npn雙極性晶體管的集極，而埋藏第一半導(dǎo)體層203與204則分別是各雙極性晶體管的一個次集極(埋藏層)。在第2圖所示的實施例中，另一半到體區(qū)域209乃與另一半導(dǎo)體211一樣在與基板201無間隔的情況下延伸入了基板201。另外，埋藏第一半導(dǎo)體層203與204乃分別包含一第一終端215與一第二終端217，其中該兩終端系穿過第二半導(dǎo)體層213而通向頂端并分別與埋藏第一半導(dǎo)體層203與204接觸。n則以跨越過凹陷205的形式設(shè)置，其亦可以跨越過了在第二半導(dǎo)體層213的凹陷207的形式或是以在其內(nèi)的形式而設(shè)。在左側(cè)與右側(cè)的個別n上乃可更包含另一隔離層(或是基體層)221與222(例如淺的溝隔離)，其中另一隔離層221與222乃可部分地朝第二半導(dǎo)體層213的底面做延伸。
第三半導(dǎo)體區(qū)域223(射極，系如n摻雜多晶硅)分別被設(shè)置于各個n上，其可透過一射極接點而接觸。舉例來說，該第三半導(dǎo)體區(qū)域可以是一個n摻雜多晶硅層。另外，為了把各n予以連接，在另一基體層221與222之上更設(shè)有一基極終端層225。另外，在各個基極終端層225上則設(shè)有一隔離層227。此隔離層227乃將各個基極與射極多晶硅相互隔離。因此，各個射極223乃分別被導(dǎo)向至頂端，以致于其會延伸過各個隔離層227并會延伸過各個基極終端層225而至各n。因此，兩個雙極性晶體管(HV晶體管I與HV晶體管II)乃分別被設(shè)置在第2圖所繪制的虛線左側(cè)與右側(cè)。
在各個射極窗中乃設(shè)有一墊片233，其在此實施例中系為L形，但其實可為任意形狀，系用作隔離之用。
另外，為了能清晰表現(xiàn)本案之特征，應(yīng)該位在結(jié)構(gòu)上的鈍化層(passivation layer)并未在此實施例中繪出。
在后續(xù)內(nèi)容中，相關(guān)說明都將參考第2圖所示之本發(fā)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的操作模式與特性。
在第2圖中，兩個HV晶體管乃被整合至基板201上基極219，其中該HV晶體管I與該HV晶體管II系藉不同崩潰電壓而區(qū)分，又崩潰電壓之所以不同的原因乃在于在埋藏第一半導(dǎo)體層203(次集極)內(nèi)的凹陷205與207之寬度并不相同。
藉由各自的凹陷205與207的不同窗口寬度，以及藉由各自的頂部表面229與231到各自的基極219之不同的距離，各自的HV晶體管I以及HV晶體管II可透過不同的擊穿電壓(breakdown voltage)而被區(qū)分。由此，較好的方式為埋藏第一半導(dǎo)體層(次集極)系為重度的n摻雜，并且第二半導(dǎo)體層213(集極)其摻雜程度則為比次集極203為少(舉例來說)。另一半導(dǎo)體區(qū)域209與另一半導(dǎo)體區(qū)域211，舉例來說，其具有相同摻雜濃度且為n摻雜，其中，另一半導(dǎo)體區(qū)域209與211的摻雜濃度可比埋藏第一半導(dǎo)體層203的其中一個為低并且比第二半導(dǎo)體層213的其中一個為高。因此，根據(jù)本案，具有不同擊穿電壓與不同HF效能的各自不同的晶體管可被集成在基板201上，其中，可藉由凹陷205與207各自的窗口寬度變化(舉例而言)而得到晶體管的性質(zhì)。
如已經(jīng)提及的，另一半導(dǎo)體區(qū)域209以及另一半導(dǎo)體區(qū)域211系延伸進入基板201中，在此種方式下，除了窗口寬度的變化外，各自的晶體管性質(zhì)還可被設(shè)定，例如藉由各自的另一半導(dǎo)體區(qū)域209與211各自的深度變化。各自的另一半導(dǎo)體區(qū)域209與211可藉由基板201中的高能量離子埋藏而實行。
在第3圖中，系顯示HF晶體管的集成以及例如從第2圖中已經(jīng)知道的HV晶體管(像是HV晶體管II)，其中，晶體管系分別在第3圖中所顯示的垂直線的左邊與右邊。
在以下的較佳實施例說明中，參考第2圖已經(jīng)說明的組件，系以相同的參考數(shù)字而被提供，且不再重復(fù)說明這些組件，此外，在圖標(biāo)中，相同的組件系以相同的參考數(shù)字來表示。
HF晶體管系包含一連接基極219與埋藏第一晶體管層300的SIC301，因而，第二半導(dǎo)體層213，例如其可以是一種磊晶層，而第二半導(dǎo)體層213的厚度為適合于設(shè)置在虛線左邊的HF晶體管，以致于HF晶體管舉例來說具有理想的HF性質(zhì)。為了在HF晶體管上得到較高的擊穿電壓，另一半導(dǎo)體區(qū)域211(第二次集極)系被設(shè)置在凹陷207之中，如已于第2圖中所闡明的較佳實施例所討論之內(nèi)容。因此，第二半導(dǎo)體層213的一部份系以橫過第一半導(dǎo)體層300的另一半導(dǎo)體區(qū)域211而設(shè)置，如此，第二半導(dǎo)體層213的一部份則被設(shè)置在中間。因而，第二凹陷會具有一預(yù)先決定的寬度以及到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)219的預(yù)先決定的距離，根據(jù)本案，使得HV晶體管可與習(xí)用的HF晶體管一起被集成在一基板上。
比較好的方式為，第二半導(dǎo)體(集極磊晶)的厚度最理想是適合關(guān)于HF晶體管HF效能的需求。在HV晶體管的擊及區(qū)域，舉例而言，在生產(chǎn)過程期間并沒有次集極被埋藏，而是在長成第二半導(dǎo)體層(集極磊晶)之前或是之后，一個較深的第二次集極(另一半導(dǎo)體區(qū)域211)系透過在凹陷207中的高能量埋藏(舉例而言)而被在本地埋藏，其系適合HV晶體管的需求。因此，在集極磊晶之前，此埋藏需要另外的微影等級，并且可以砷來執(zhí)行(舉例而言)。由于微影等級延伸的過程控制，HF晶體管與HV晶體管兩者，可根據(jù)本案，以一種簡單的方式而非常理想的適合各別的需求。
第4圖系顯示根據(jù)本案的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之另一個較佳實施例。
在與第3圖中所闡明的較佳實施例不同之處中，第4圖中所顯示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有設(shè)置在埋藏第一半導(dǎo)體層300下方的底層半導(dǎo)體區(qū)域401，且其系延伸至基板201之中，該底層半導(dǎo)體區(qū)域401另外也是設(shè)置HF晶體管的基極219下方，HF晶體管系設(shè)置在垂直繪制線左方。第三半導(dǎo)體區(qū)域401，舉例來說，其具有一摻雜濃度，系類似于另一半導(dǎo)體區(qū)域211的摻雜濃度，其中底層半導(dǎo)體區(qū)域401與另一半導(dǎo)體區(qū)域211兩者系以相同的摻雜類型被摻雜，而舉例來說其摻雜類型其可以是一種n摻雜。
第4圖中所顯示的較佳實施例系針對具有兩個次集極的HF與HV雙極晶體管之集成來說明其具有創(chuàng)造性的內(nèi)容。第二半導(dǎo)體層213(集極磊晶層)的厚度系為適合于HF晶體管，如已于第3圖中所闡明的較佳實施例所討論之內(nèi)容。與第3圖中所顯示構(gòu)成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的生產(chǎn)方法相比之下，在第4圖中所顯示的具有創(chuàng)造性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，并不需要分開的微影層，藉以進一步降低生產(chǎn)的成本。在用以產(chǎn)生半導(dǎo)體區(qū)域211的磊晶后的高能量埋藏，其可藉由BiCMOS技術(shù)中所需要的‘雙極開口’微影的埋藏(例如磷光劑)來執(zhí)行。因而，較深的次集極211也被埋藏置HF晶體管中，并且不需要分開的微影等級。當(dāng)較深的次集極之埋藏深度明顯大時，因為進入接近磊晶層區(qū)域的表面之埋藏擴散是很少的，因此HF晶體管不會受此埋藏影響。因而，此等具有創(chuàng)造性的內(nèi)容特別可應(yīng)用在高頻晶體管(大約在1.5-2.5伏特之間)與HV晶體管(大約在3-6伏特之間)之不同的擊穿電壓，因為其主要系可在近代的雙極與BiCMOS技術(shù)見到。因為在沒有凹陷207的HF晶體管中，較深的次集極211常常是以比埋藏層203摻雜少的方式而被摻雜，較深的次集極之摻雜常常以相同的方式而被覆蓋在埋藏層203的區(qū)域中。因此，在HF晶體管中，僅有較深的次集極之底層區(qū)域401延伸至基板中。
該HV晶體管之該集極電阻系可能會輕微地增加，因為高能量植入之次集極(大約100ohm/sq)可以由于可能較少之摻雜而高于習(xí)知次集極的其中之一(大約30ohm/sq)，然而，由于該第二半導(dǎo)體層較低之厚度(磊晶厚度)，因此可以藉由減少與該集極接觸之該集極之電阻而獲得補償。在那之上，在該SIC 301以及該埋藏第一半導(dǎo)體層203(埋藏次集極)間之HF晶體管中之接合區(qū)域系小于具習(xí)知結(jié)構(gòu)的例子，該HF晶體管系具有一連續(xù)埋藏層，并代表性地具有30ohm/sq。
在第5圖中，該HF晶體管以及該HV晶體管之摻質(zhì)濃度系根據(jù)習(xí)知之集成概念而加以舉例說明。在橫坐標(biāo)上，一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之更層之切面系加以取利說明，在第5圖A中，依序為E射極，B基極，平坦SIC，退化之較深SIC，以及埋藏層，在第5圖B中，依序為E射極，B基極，磊晶層以及埋藏層。在個別之縱坐標(biāo)上，系為個別之摻雜濃度。在第5圖以及第5圖B中所舉例說明之植入曲線系說明一集成組合之習(xí)知變化，正如，舉例而言，第8圖所舉之例子。在HF晶體管中之退化SIC在此系用以橋接位于該基極射極空間價區(qū)域之末端間之上區(qū)域(epi area)，并系為最少阻抗可能植入之集極終端(least-impedance possible implanted collector terminal)。
第6圖系舉例說明根據(jù)本發(fā)明概念之具有HV晶體管之高能量埋藏層之HF晶體管(a)以及HV晶體管(b)之摻質(zhì)濃度。在第6圖A之橫坐標(biāo)上，系顯示本案半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)各層之垂直切面，依序為E射極，B基極，平坦SIC，以及埋藏層，正如，舉例而言，在第3圖(HF晶體管)中所示。在第6圖B之橫坐標(biāo)所示者系為根據(jù)本發(fā)明之HV晶體管更層之垂直切面，依序為E射極，B基極，上層(epi layer)，高能量埋藏層，正如，舉例而言，第4圖所示(HV晶體管)。在個別之縱坐標(biāo)上，舉例而言，系舉例說明個別摻雜之摻雜濃度。
產(chǎn)生一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)系包括提供該埋藏第一半導(dǎo)體層，其系具有形成于其中之凹陷，在該埋藏第一半導(dǎo)體層上產(chǎn)生該第二半導(dǎo)體層；并在該第二半導(dǎo)體層上產(chǎn)生該半導(dǎo)體區(qū)域。在提供之步驟中，更可以進一步執(zhí)行下列之步驟在該半導(dǎo)體基板上沉積一植入屏蔽，其中該植入屏蔽系讓該凹陷進行曝光；藉由使用該植入屏蔽而對該埋藏第一半導(dǎo)體層植入。在那之上，在該產(chǎn)生該第二半導(dǎo)體層之步驟之后，系可以沉積另一植入屏蔽，而該另一植入屏蔽系讓該凹陷進行曝光，并藉由該另一植入屏蔽而在該凹陷中沉積另一半導(dǎo)體區(qū)域。然而，使該凹陷進行曝光之另一植入屏蔽系可以加以沉積，并且，藉由使用該另一植入屏蔽，一另一半導(dǎo)體區(qū)域系可產(chǎn)生于該凹陷之中。
第7圖系顯示根據(jù)本發(fā)明之一HV晶體管的更進一步實施例，其系在此舉例說明HV概念。
與在第2圖所舉例說明之HV晶體管II相較，在第7圖中所舉例說明之HV晶體管系包括一基極終端701，其系接觸該基極終端多晶硅225，并且其系透過該隔離層227而被引導(dǎo)向該頂部；一射極終端703，其系接觸該射極層223，并系橫跨該另一半導(dǎo)體區(qū)域211(局部高能量次集極)以及沉積于該第二終端217之上之集極終端705而沉積。
該個別次集極可以藉由植入而加以產(chǎn)生，而該植入系以較該埋藏層之植入為高之能量而加以進行，藉此，該次集極之表面系比該埋藏層位于較深之處。
藉由上述之方法，個別HV晶體管之崩潰電壓系可以藉由在次集極(埋藏第一半導(dǎo)體層103)中之窗之寬度而加以設(shè)定，另外，可以設(shè)定植入能量的改變，藉此，在個別HV晶體管中之不同崩潰電壓可以加以設(shè)定，僅藉由不增加生產(chǎn)成本之設(shè)計尺寸。而這表示是有關(guān)此該方法產(chǎn)生之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之可能應(yīng)用之彈性(不同電壓或ESD結(jié)構(gòu)之良好理想化)的很大的優(yōu)點。該個別HV晶體管之個別崩潰電壓系取決于該次集極窗之邊緣至集極之距離。
符號表101 埋藏第一半導(dǎo)體層103 凹陷105’ 部分凹陷105”另一半導(dǎo)體區(qū)域107 另一半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面109 埋藏第一半導(dǎo)體層的頂部表面111 第二半導(dǎo)體層113 半導(dǎo)體區(qū)域115 半導(dǎo)體區(qū)域之底面201 基板203 埋藏第一半導(dǎo)體層204 埋藏第一半導(dǎo)體層205 第一凹陷207 第二凹陷209 另一半導(dǎo)體區(qū)域211 另一半導(dǎo)體區(qū)域213 第二半導(dǎo)體層214 深溝隔離215 第一終端217 第二終端219 基極221 一基體層222 另一基體層223 射極層225 基極終端層227 隔離層229 第二半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面231 另一第二半導(dǎo)體區(qū)域的頂部表面301 選擇地植入集極401 底層半導(dǎo)體區(qū)域701 基板
801 基板803 次集極805 第一SIC807 第二SIC809 集極磊晶811 基極813 基極終端層815 射極817 鈍化層819 氧化層820 終端821 另一終端823 深溝隔離824 次集極
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包括一第一摻雜型態(tài)之一埋藏第一半導(dǎo)體層(101、103)；該第一摻雜型態(tài)之一第二半導(dǎo)體層(113、219)，其系位于埋藏半導(dǎo)體層(101、203、204)之上，并較該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204)之摻雜為少；一第二摻雜型態(tài)之一半導(dǎo)體區(qū)域(113、219)，其系位于該第二半導(dǎo)體層(111、213)之上，因此一pn接合面系形成于該半導(dǎo)體區(qū)域(113、219)以及該第二半導(dǎo)體層(111、213)之間；以及一凹陷(103)，其系位于包含該第一摻雜型態(tài)之半導(dǎo)體材料之該埋藏第一半導(dǎo)體層(102、203、204)中低于該半導(dǎo)體區(qū)域(113、219)之位置，并在基板中位于較該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204)為深之位置，因此，穿越該pn接合面之崩潰電壓系高于未提供該凹陷(103)之狀況。
2.如權(quán)利要求第1項所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該第二半導(dǎo)體層(111、213)系延伸進入該凹陷(103)，并且該凹陷(103)系更進一步具有該第一摻雜型態(tài)之另一半導(dǎo)體區(qū)域(105”、209、211)，其系較該第二半導(dǎo)體層(111、213)被更重地進行摻雜。
3.如權(quán)利要求第2項所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該另一半導(dǎo)體區(qū)域(105”、209、211)之摻雜程度系與該埋藏第一半導(dǎo)體層相等或較其為少。
4.如權(quán)利要求第1至第3項其中之一所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該凹陷系完全穿透該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)。
5.如權(quán)利要求第1至第4項其中之一所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該半導(dǎo)體區(qū)域(113、219)系為一基極，該第一埋藏半導(dǎo)體層(101、203、204、300)系為一次集極(subcollector)，以及該第二半導(dǎo)體層(111、213)系為一雙極性晶體管之一集極。
6.如權(quán)利要求第5項所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)系更進一步代表至少另一雙極性晶體管之一次集極，其中對至少另一雙極性晶體管而言，該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)系沒有或具有如此之凹陷，所以該雙極性晶體管具有不同之崩潰電壓。
7.如權(quán)利要求第6項所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中對該等雙極性晶體管而言，該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)系具有不同寬度之凹陷。
8.一種產(chǎn)生根據(jù)權(quán)利要求第1至第7項其中之一所述之半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之方法，更包括下列步驟提供在其中具有該凹陷之該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)；在該凹陷內(nèi)產(chǎn)生該另一半導(dǎo)體區(qū)域(105”、209、211)；將該第一摻雜型態(tài)之該半導(dǎo)體材料導(dǎo)入該凹陷之中，其中在該導(dǎo)入步驟之后，該半導(dǎo)體材料系在該基板中位于較該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204)為深的位置；在該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204)上產(chǎn)生該第二半導(dǎo)體層(111、203)，而該第二半導(dǎo)體層系較該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204)之摻雜為少；以及在該第二半導(dǎo)體層(113、213)上產(chǎn)生該半導(dǎo)體區(qū)域(113、219)。
9.如權(quán)利要求第8項所述之方法，其中該提供步驟更包括下列步驟在一半導(dǎo)體基板上沉積一植入屏蔽，其中該植入屏蔽系覆蓋該凹陷；以及藉由使用該植入屏蔽而對該埋藏第一半導(dǎo)體層(101、203、204、300)執(zhí)行植入。
10.如權(quán)利要求第8或第9項所述之方法，更進一步包括下列步驟在該提供步驟之后，沉積使該凹陷進行曝光之另一植入屏蔽；以及藉由該另一植入屏蔽而在該凹陷中產(chǎn)生另一半導(dǎo)體區(qū)域(105”、209、211)。
11.如權(quán)利要求第8或第9項所述之方法，更進一步包括下列步驟在該產(chǎn)生該第二半導(dǎo)體層(111、213)之步驟之后，沉積使該凹陷進行曝光之另一植入屏蔽；以及藉由該另一植入屏蔽而在該凹陷中產(chǎn)生另一半導(dǎo)體區(qū)域(105”、209、211)。
全文摘要
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括第一摻雜型態(tài)之埋藏第一半導(dǎo)體層，第一摻雜型態(tài)之第二半導(dǎo)體層，其系位于埋藏半導(dǎo)體層上，并較埋藏第一半導(dǎo)體層之摻雜少，第二摻雜型態(tài)之一半導(dǎo)體區(qū)域，其系位于該第二半導(dǎo)體層上，pn接合面形成于半導(dǎo)體區(qū)域及第二半導(dǎo)體層之間，及一凹陷，其系位于包含第一摻雜型態(tài)之半導(dǎo)體材料之埋藏第一半導(dǎo)體層中低于半導(dǎo)體區(qū)域之位置，并可較埋藏第一半導(dǎo)體層之摻雜少，且其與在第二半導(dǎo)體層上之第二摻雜型態(tài)之半導(dǎo)體區(qū)域間之距離較大，因此穿越pn接合面之擊穿電壓高于未提供該凹陷之狀況。
文檔編號H01L21/70GK1531102SQ200410005258
公開日2004年9月22日 申請日期2004年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月17日
發(fā)明者A·蒂爾科, W·克萊恩, A 蒂爾科, 扯 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司