双载流子接面晶体管布局结构的制作方法

本发明涉及一种半导体双载流子接面晶体管(bipolarjunctiontransistor，以下简称为bjt)的布局结构，尤其是涉及一种具有射极中心(emitter-central)的bjt布局结构。

背景技术：

bjt元件为一三极装置，其包含有射极(emitter)、基极(base)与集极(collector)，当于这些端点施加适当的电压时，基极与射极之间的接面(即射极-基极接面(emitter-basejunction))可为顺向偏压，而基极区与集极区之间的接面(即基极-集极接面(base-collectorjunction))可为逆向偏压，并可因此操作成顺向有源模式(forward-activemode)。此外，bjt元件因可使用互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide-semiconductor，cmos)相容制作工艺来形成，而成为模拟集成电路(如带隙参考电压电路(band-gapvoltagereferencecircuits))中的重要部件，常常使用在高电压、高功率(highpower)或是高频率(highfrequency)的部分，也可以用作须快速切换的开关(switch)。

典型的npn型bjt元件的n型集极是由形成于p型基底的n型阱区所构成，p型基极是由位于n型阱区中的p型阱区所构成，而n型射极则是由形成在p型阱区中的n型掺杂区构成。pnp型bjt元件则具有与上述导电型态互补的配置。为了增加射极的射入效率(emitterinjectionefficiency)，现有技术已提出使基极接点与集极包围射极的方案。在此方案中，相对小量的基极电流(输入电流，ib)控制相对大量的集极电流(输出电流ic)，且集极电流ic与基极电流ib具有一比值，称为增益常数β：

β≡ic/ib

增益常数β的提升，可直接改善bjt的效能。因此，业界莫不以提升增益常数β作为致力的目标。举例来说，由于增益常数β可为基极区域面积的函数，也可为集极区域面积的函数，是以当bjt的基极区域面积减少或集极区域面积增加时，增益常数β可被提高。然而，隘于现有设计规格(designrule)的限制，目前业界实无法在不违反设计规格的前提下，更动上述基极区域面积或集极区域面积，以达到提升增益常数β的目的。

因此，目前仍需要一种可实现上述要求的bjt布局结构。

技术实现要素：

因此，本发明的一目的在于提供一种可提升增益常数β的bjt布局结构。

根据本发明所提供的权利要求，提供一种bjt布局结构，包含有一第一射极，该第一射极包含有一对第一侧边与一对第二侧边，且该多个第一侧边垂直于该多个第二侧边。该bjt布局结构尚包含有一对设置于该第一射极的该多个第一侧边的集极，且该第一电极设置于该对集极之间；以及一对设置于该第一射极的该多个第二侧边的基极，且该第一电极设置于该对基极之间。

根据本发明所提供的权利要求，另提供一种bjt布局结构，包含有一沿一第一方向延伸的第一射极、至少一沿该第一方向延伸的集极、以及至少一第一基极。该集极在一第二方向上与该第一射极直接相邻(immediately)，且该第二方向与该第一方向垂直，而该第一基极则在该第一方向上与该第一射极直接相邻。

根据本发明所提供的bjt布局结构，主要提供一种以射极为中心，且集极与基极分别设置于射极不同对边的布局结构。换句话说，在射极的二邻边，包含有集极-基极的布局配置。据此，本发明可在不违反设计规格的前提下，使基极区域面积显著地缩减，达到提升增益常数β的目的，至终提升bjt元件的效能。

附图说明

图1与图2为本发明所提供的bjt布局结构的一第一较佳实施例的示意图；

图3与图4为本发明所提供的bjt布局结构的一第二较佳实施例的示意图；

图5为本发明所提供的第二较佳实施例的一变化型的示意图。

符号说明

100、200、200’双载流子接面晶体管布局结构

102、202基底

104、204阱区

110e、210e第一有源区域

110c、210c第二有源区域

110b、210b第三有源区域

212b中间有源区域

120e、220e第一栅极电极

120c、220c第二栅极电极

120b、220b第三栅极电极

130、230第一侧边

132、232第二侧边

c集极

e射极

e1第一射极

e2第二射极

b基极

bm中间基极

d1第一方向

d2第二方向

l1、l2第一虚线

wb基极宽度

s射极-集极的间距

具体实施方式

请参阅图1与图2，图1与图2为本发明所提供的bjt布局结构的一第一较佳实施例的示意图。如图1所示，本较佳实施例所提供的bjt布局结构100，包含一基底102，且基底102内形成有一阱区104，例如一n型阱区。根据本发明的实施例，阱区104的掺杂型态与bjt元件的基极的掺杂型态相同。因此，当bjt布局结构100为一pnp型的元件时，阱区104包含n型导电型态，而当bjt布局结构100为一npn型的元件时，阱区104包含p型导电型态。基底102上，设置有一第一有源区域110e、一对第二有源区域110c与一对第三有源区域110b。如图1所示，第一有源区域110e沿一第一方向d1延伸、第二有源区域110c也沿第一方向d1延伸，换句话说第一有源区域110e的一延伸方向与第二有源区域110c的一延伸方向平行。第二有源区域110c在一第二方向d2上设置于第一有源区域110e的相对二侧，而第三有源区域110b则在第一方向d1上设置于第一有源区域110e的另外相对二侧。在本较佳实施例中，第一方向d1与第二方向d2彼此垂直。

另外须注意的是，bjt的制造可与传统平面型mos晶体管的制作工艺整合。举例来说，可在基底中形成bjt元件所需的集极，随后利用平面型mos晶体管在基底中形成横向阱区的步骤，于集极中形成bjt元件所需的基极。并且，利用形成横向源极/漏极的步骤，于基极中形成bjt所需的射极。然而，与传统平面型mos晶体管整合的bjt制作工艺所得的射极远小于基极，且基极-射极接面定义不佳，因此现有的bjt元件具有很高的基极漏电流。是以，本较佳实施例更提供了一种鳍式(fin-based)bjt元件，即第一有源区域110e包含至少一鳍片结构(finstructure)、第二有源区域110c分别包含至少一鳍片结构、而第三有源区域110b也分别包含一鳍片结构。上述第一有源区域110e、第二有源区域110c与第三有源区域110b内鳍片结构的数量可依各种平面-鳍片转换方法运算而得，并可利用目前已知的合适的方法制作鳍片结构，故此处不多加赘述。此外，本较佳实施例更可于第一有源区域110e、第二有源区域110c与第三有源区域110b内形成鳍片结构之后，于鳍片结构上分别形成一外延层，以更降低接触电阻。

请继续参阅图1。在本较佳实施例中，bjt布局结构100还包含多个第一栅极电极120e，且第一栅极电极120e沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1。更重要的是，第一栅极电极120e与第一有源区域110e重叠，如图1所示。同理，bjt布局结构100还包含多个第二栅极电极120c，第二栅极电极120c沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1，且第二栅极电极120c与第二有源区域110c重叠，如图1所示。bjt布局结构100还包含多个第三栅极电极120b，第三栅极电极120b沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1，且第三栅极电极120b与第三有源区域110b重叠，如图1所示。此外，第一栅极电极120e与第三栅极电极120b平行。第一栅极电极120e、第二栅极电极120c与第三栅极电极120b分别包含栅极介电层(图未示)与栅极导电层(图未示)。在本较佳实施例中。栅极导电层可包含多晶硅，多晶硅最好经掺杂，且可施加一电压于其上以改变该bjt的特性。

此外，本较佳实施例还可包含多个接触插塞，用以提供射极e、集极c与基极b的电连接。

请参阅图1与图2。第一有源区域110e与第一栅极电极120e构成一射极e(示于图2)，故射极e沿第一方向d1延伸，第二有源区域110c与第二栅极电极120c作为集极接点(pick-up)，在本较佳实施例中可视为集极c(示于图2)，故集极c也沿第一方向d2延伸，而第三有源区域110b与第三栅极电极120b作为基极接点，在本较佳实施例中视为基极b(示于图2)。然而，熟悉该项技术的人士应可轻易了解基极b实际上包含了作为基极接点的第三有源区域110b与第三栅极电极120b，以及阱区104。由图2可知，本较佳实施例所提供的bjt布局结构100包含有一射极e，射极e包含有一对第一侧边130与一对第二侧边132，且第一侧边130垂直于第二侧边132。此外，第一侧边130的一长度较佳地是大于第二侧边132的一长度，但不限于此。bjt布局结构100尚包含有一对集极c，设置于射极e的第一侧边130，且射极e设置于这一对集极c之间。bjt布局结构100尚包含有一对基极b，设置于射极e的第二侧边132，且射极e设置于这一对基极b之间。如图2所示，阱区104即设置于射极e与这一对基极b下方。

更重要的是，集极c与射极e在第二方向d2上直接相邻(immediatelyadjacent)。在本较佳实施例中所指称的直接相邻，是指在集极c与射极e之间，不再存在任何具有导电性质的元件或结构，例如栅极电极和/或有源区域。同理，基极b与射极e在第一方向d2上直接相邻，是指在基极b与射极e之间，也不再存在任何具有导电性质的元件，例如栅极电极和/或有源区域。换句话说，射极e的任二邻边，皆为集极c-基极b的设置型态，且集极c-基极b彼此垂直而形成一l字形，如图2所中的虚线所示。

请重新参阅图1与图2。根据本较佳实施例所提供的bjt布局结构100，射极e还包含第一有源区域110e以及与其重叠的第一栅极电极120e，集极c还包含第二有源区域110c以及与其重叠的第二栅极电极120c，基极b则还包含第三有源区域110b以及与其重叠的第三栅极电极120b。更重要的是，由于集极c与射极e之间不再存在任何具有导电性质的元件或结构，射极e与集极c所隔开的距离s也可因此缩到最小，而有利于电流的接收。更重要的是，阱区104的宽度可在符合设计规则的前提下，缩到最小。也就是说，基极b的宽度wb可缩到最小。而根据下列等式(1)：

可知集极电流ic与基极b的宽度wb成反比，故根据本较佳实施例所提供的bjt布局结构100，可通过缩减基极b的宽度wb，增加集极电流ic，用于达到提升增益常数β的目的。

请参阅图3与图4，图3与图4为本发明所提供的bjt布局结构的一第二较佳实施例的示意图。如图3所示，本较佳实施例所提供的bjt布局结构200，包含一基底202，且基底202内形成有一阱区204，例如一n型阱区。如前所述，阱区204的掺杂型态与bjt元件的基极相同。因此，当bjt布局结构200为一pnp型的元件时，阱区204包含n型导电型态，而当bjt布局结构200为一npn型的元件时，阱区204包含p型导电型态。基底202上，设置有多个第一有源区域210e、一对第二有源区域210c、一对第三有源区域210b、以及一中间有源区域212b，如图3所示。在本较佳实施例中，第一有源区域210e较佳为二个。第一有源区域210e、第二有源区域210c以及中间有源区域212b皆沿一第一方向d1延伸，换句话说第一有源区域210e的一延伸方向与第二有源区域210c的一延伸方向以及中间有源区域212b的一延伸方向平行。第二有源区域210c在一第二方向d2上设置于第一有源区域210e的相对二侧。更详细地说，所有的第一有源区域210e如图3所示，皆设置于第二有源区域210c之间。而第三有源区域210b则在第一方向d1上设置于各第一有源区域210e的另外相对二侧。更详细地说，所有的第一有源区域210e如图3所示，皆设置于第三有源区域210b之间。在本较佳实施例中，第一方向d1与第二方向d2彼此垂直。更重要的是，本较佳实施例更提供一中间有源区域212b，设置于前述的二个第一有源区域210e之间。另外，在本较佳实施例中，第一有源区域210e包含至少一鳍片结构(finstructure)、第二有源区域210c分别包含至少一鳍片结构、而第三有源区域210b与中间有源区域212b也分别包含一鳍片结构，但不限于此。

请继续参阅图3。在本较佳实施例中，bjt布局结构200还包含多个第一栅极电极220e，且第一栅极电极220e沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1。更重要的是，第一栅极电极220e与二个第一有源区域210e重叠，如图3所示。同理，bjt布局结构200还包含多个第二栅极电极220c，第二栅极电极220c沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1，且第二栅极电极220c与第二有源区域210c重叠，如图3所示。bjt布局结构200还包含多个第三栅极电极220b，第三栅极电极220b沿第二方向d2延伸，并沿第一方向排列d1，且第三栅极电极220b与第三有源区域210b重叠，如图3所示。此外，第一栅极电极220e与第三栅极电极220b平行。更重要的是，本较佳实施例中，第一栅极电极220c如图3所示，跨越过设置于二个第一有源区域210e之间的中间有源区域212b，并且与中间有源区域212b重叠。第一栅极电极220e、第二栅极电极220c与第三栅极电极220b分别包含栅极介电层(图未示)与栅极导电层(图未示)。在本较佳实施例中。栅极导电层可包含多晶硅，多晶硅最好经掺杂，且可施加一电压于其上以改变该bjt的特性。此外，本较佳实施例还可包含多个接触插塞，用以提供射极e、集极c与基极b的电连接。

请参阅图3与图4。二个第一有源区域210e分别与其上的第一栅极电极220e构成一第一射极e1与一第二射极e2(示于图4)，且第二射极e2与第一射极e1平行。第二有源区域210c与第二栅极电极220c作为一对集极接点(pick-up)，在本较佳实施例中可视为一对集极c(示于图4)，而第三有源区域210b与第三栅极电极220b作为一对基极接点，在本较佳实施例中视为一对基极b(示于图4)。另外须注意的是，在本较佳实施例中，设置于二个第一有源区域210e之间的中间有源区域212b与其上的部分栅极电极也可作为一中间基极接点，在本较佳实施例中视为一中间基极bm(示于图4)，而此中间基极bm即设置于第一射极e1与一第二射极e2之间。此外，中间有源区域212b与前述的这一对第三有源区域210b可包含相同的掺杂质。中间基极bm与基极b电连接，故中间基极bm与前述这一对基极接点可形成一h字形，如图4中虚线l1所示。然而，熟悉该项技术的人士应可轻易了解基极b实际上包含了作为基极接点的第三有源区域210b、第三栅极电极120b、中间基极接点(即中间基极bm)以及阱区204。由图4可知，本较佳实施例所提供的bjt布局结构200包含有第一射极e1与第二射极e2，第一射极e1与第二射极e2分别包含有一对第一侧边230与一对第二侧边232，且第一侧边230垂直于第二侧边232。此外，第一侧边230的一长度较佳地是大于第二侧边232的一长度，但不限于此。bjt布局结构200尚包含有一对集极c，设置于第一射极e1与第二射极e2的第一侧边230，且第一射极e1与第二射极e2设置于这一对集极c之间。bjt布局结构200尚包含有一对基极b，设置于第一射极e1与第二射极e2的第二侧边132，且第一射极e1与第二射极e2设置于这一对基极b之间。如图4所示，阱区204即设置于第一射极e1与第二射极e2与这一对基极b与中间基极bm的下方。

更重要的是，集极c分别与第一射极e1与第二射极e2直接相邻。在本较佳实施例中所指称的直接相邻，是指在集极c与第一射极e1之间，以及集极c与第二射极e2之间，不再存在任何具有导电性质的元件或结构，例如栅极电极和/或有源区域。同理，基极b与第一射极e1与第二射极e2直接相邻，其是指在基极b与第一射极e1与第二射极e2之间，也不再存在任何具有导电性质的元件，例如栅极电极和/或有源区域。换句话说，本较佳实施例中，第一射极e1有二邻边具有基极b-集极c的设置型态，同理第二射极e2也有二邻边具有基极b-集极c的设置型态。此外，集极c-基极b彼此垂直而形成一l字形，如图4所中的虚线l2所示。

请重新参阅图3与图4。根据本较佳实施例所提供的bjt布局结构200，第一射极e1与第二射极e2分别包含第一有源区域210e以及与其重叠的第一栅极电极220e，集极c还包含第二有源区域210c以及与其重叠的第二栅极电极220c，基极b包含第三有源区域210b以及与其重叠的第三栅极电极220b，中间基极bm则包含中间有源区域212b以及与其重叠的部分第一栅极电极220e。更重要的是，由于集极c与第一射极e1和集极c与第二射极e2之间不再存在任何具有导电性质的元件或结构，第一射极e1与第二射极e2与集极c所隔开的距离s分别也可因此缩到最小，而有利于电流的接收。更重要的是，阱区204的宽度可在符合设计规则的前提下，缩到最小。也就是说，基极b的宽度wb可缩到最小。如前述的等式(1)所示，由于集极电流ic与基极b的宽度wb成反比，故根据本较佳实施例所提供的bjt布局结构200，可通过缩减基极b的宽度wb，增加集极电流ic，用于达到提升增益常数β的目的。

另外请参阅图5，图5为本发明所提供的第二较佳实施例的一变化型的示意图。首先须知的是，本变化型中与第二较佳实施例相同的组成元件具有相同的符号说明，且该多个相同的组成元件于此不再加以赘述。本变化形与第二较佳实施例不同之处在于，第二较佳实施例中第一射极e1与第二射极e2之间，设置有中间基极bm，但在本变化型中，是将中间射极bm移除，同时，可将第一射极e1与第二射极e2所包含的第一有源区域210e合并，如图5所示。然而，熟悉该项技术的人士应知，第一射极e1与第二射极e2分别包含的第一有源区域210e也可独立存在而不合并，而是通过后续形成的栅极电极220e将第一射极e1与第二射极e2所包含的第一有源区域210e电连接。据此，可获得元件高度至少为二倍，且面积至少增加为二倍的射极。此外，由于射极之内不再设置有中间基极，本变化型可更简化平面-鳍片转换步骤。

综上所述，根据本发明所提供的bjt布局结构，主要提供一种以射极为中心，且集极与基极分别设置于射极二对边的布局结构。因此，在射极的至少二邻边，包含有集极-基极的布局配置。换句话说，在本较佳实施例中，集极与基极必定形成一l字形。据此，本发明可在不违反设计规格的前提下，使基极的面积显著地缩减，直接达到提升增益常数β的目的，至终提升bjt元件的效能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。