双极结型晶体管布局的制作方法

本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及双极结型晶体管及集成在集成电路中的电网结构。

背景技术：

双极结型晶体管(BJT)包含在各种半导体器件中。BJT可以被分类为NPN BJT(NBJT)和PNP BJT(PBJT)。BJT包括集电极C、基极B和发射极E。通常，基极B和集电极C共同形成围绕中心区域的发射极E的闭环。通常使用与CMOS兼容的工艺形成BJT。这些BJT被称为垂直BJT或横向BJT。现在，适当地制造混合模式器件，即，混合模式器件表现出BJT和CMOS功能。CMOS晶体管与BJT的集成提供多种优点，例如，高速、高驱动、混合电压性能、模拟-数字能力。然而，由于器件尺寸继续减小，优化CMOS和BJT的性能具有挑战。

各种因素可以影响BJT性能。至少一种潜在的因素是直流电流所采用的特定的几何尺寸。因此，对于导致改进的晶体管性能的BJT几何尺寸存在持续的需求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种双极结型晶体管(BJT)，包括：发射极；基极接触件，包括两个基极指状件，所述两个基极指状件形成角部以接收所述发射极；集电极，包括两个集电极指状件，所述两个集电极指状件沿着所述基极接触件的基极指状件延伸；浅沟槽隔离件，设置在所述发射极和所述基极接触件之间，以及所述基极接触件和所述集电极之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种双极结型晶体管(BJT)装置，包括：至少8个第一单元，被配置为环形阵列；以及至少1个第二单元，设置在所述环形阵列中；其中，所述第一单元和所述第二单元中的每一个都包括：发射极；基极接触件，包括两个基极指状件，所述两个基极指状件形成角部以接收所述发射极；集电极，包括两个集电极指状件，沿着所述基极接触件的指状件延伸；以及浅沟槽隔离件，设置在所述发射极和所述基极接触件之间以及所述基极接触件和所述集电极之间。

根据本发明的又一方面，提供了一种集成在集成电路中的电网结构，包括：多个第一条带，设置为沿着第一条带方向；以及多个第二条带，在所述第一条带上设置为沿着第二条带方向，其中，所述第一条带方向和所述第二条带方向不平行。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。

图1是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管的俯视图；

图2是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管的俯视图；

图3是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管组件的俯视图；

图4是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管组件的俯视图；

图5是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管组件的俯视图；

图6是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管组件的俯视图；

图7是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管组件的俯视图；以及

图8是根据本发明的一些实施例的电网(power mesh)的俯视图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多不同的用于实施本发明主题的不同特征的实施例或实例。以下描述部件或配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件之间形成附件部件使得第一部件和第二部分没有直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚，其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。

此外，为了易于描述，可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括使用或操作中设备的不同定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，本文所使用的空间相对描述可因此进行类似的解释。

在CMOS技术中，MOS和双极结型晶体管这两者都可以用于生成温度传感器的基本信号和基准电压。在双极结型晶体管中，基极－发射极电压和饱和电流用于提取基本信号。双极晶体管的基极－发射极电压和饱和电流示出了比MOS晶体管的阈值电压和迁移率更好的温度特性。因此，大部分温度传感器和基准电压的电路应用双极晶体管作为基本部件。

包括电压调节器、模数和数模转换器的多种电路需要尽可能精确的基准电压。整个器件的性能取决于基准电压。那意味着基准电压理想地与PVT无关，其中，P代表制造工艺变化，V代表电源电压并且T代表温度。带隙基准电路消除了通过温度所引起的两种相反的变化。为了抵消温度系数，它们必须具有相反的符号，即，负号(NTC)和正号(PTC)。双极结型晶体管(BJT)能够提供NTC和PTC电压。

当考虑理想信号处理时，通过基本信号的精确性来限定整体精确性。这些基本信号是BJT的基极-发射极电压VBE和这些基极-发射极电压中的两个的差值ΔVBE。从这两个电压中，提取固有信号、热电压和带隙电压Vgo。

如先前所指出的，各种因素可能会影响双极结型晶体管性能。晶体管的电流增益(β)和附加的功率效率性能可以受集电极和基极接触件之间的不期望电容影响并且受与基极串联的不期望的外部电阻影响。电流增益通常会影响整体设计，从而可以包括晶体管的特定半导体材料和特定晶体管几何尺寸的选择。几何尺寸的影响包括有源栅极区域、器件中心之间的距离、被测量的区域参数、被测量的距离参数等。此外，由于硅和晶体管不具有完全等向性，保持相同方向上的电流是现有技术所存在的挑战。因此，电流增益取决于注入区域和注入势垒之间的差值。例如，传统NPN晶体管的电流增益至少部分取决于发射极的n型掺杂比p型掺杂多多少。为了满足高增益晶体管，发射极通常是重掺杂的，同时基极接触件掺杂数量保持较低。如果基极接触件电阻系数保持较低的水平，则建议加宽基极接触件的宽度。然而，加宽基极接触件会导致在整个基极区域上的电荷载流子通过时间增加，从而使该器件减速。

基准电压电路在电路中通常具有一对BJT。每个BJT都包括发射极(E)、基极接触件(B)和集电极(C)。基极接触件限定周界，并且发射极设置在周界内的中心区域中。另一方面，集电极沿着其外围围绕基极接触件。传统的BJT类似于与发射极同心的多个环结构。集电极电流(I_C)主要来自于沿着发射极-基极结的侧壁部分所注入的电子。电子在发射极的整个深度上从发射极扩散到集电极。在2×2PNP BJT电路的情况下，当节点数量逐渐增加至大于28时，电流增益(被定义为集电极电流除以基极电流，I_C/I_B)可以减少到小于1。低精确性的BJT可能是由部件不匹配、漂移、温度影响、1/f噪声和机械应力所导致的。这些因素通过更复杂的集成电路设计可能会增加不精确性。

除了之前提出的其他因素之外，晶体管的几何尺寸可以大幅度影响器件的电容和电阻。例如，当电流从发射极流至基极时，基极接触件附近的发射极区域的增加可能会导致现有的更小的电阻。同样地，集电极-发射极电容与发射极区域和基极区域相关联。

请参考图1，该图1是根据本发明的一些实施例的双极结型晶体管(BJT)结构100的俯视图。BJT结构100包括一对BJT单元1。BJT单元1包括发射极100、基极接触件130和集电极150。在本实施例中，发射极110基本上是正方形，其中，每条边都具有相等的长度。然而，应该理解，发射极110可以适用于包括三角形、长方形和六边形的其他几何形状的配置，并且本发明不限于此。基极接触件130具有两个基极指状件131和133。如图1所示，基极指状件131、133在一端接合并且共同形成角部135。基极指状件131、133的另一端保持自由，而没有与其他部件接触。在本实施例中，基极指状件131、133的长度基本上相等并且大于发射极110的边。基极指状件131、133的长度至少等于发射极110的边的长度，以形成角部135用于在其半开放的周界(perimeter)中接收发射极。只要基极指状件131、133的长度大于发射极110的对应边，基极指状件131、133的长度可以是不相同的。

如图1所示，两个指状件131、133可以接合，以形成基本垂直的角部135。然而，通过两个基极指状件131、133所创建的角可以从锐角改变为钝角，但是角部不可能超过180°。也就是说，当从顶部观看时，角部135的两条边，即，两个基极指状件131、133可以彼此区别开。如图1所示，两个基极指状件131、133沿着发射极110的轮廓伸展，并且基本上与发射极110的对应边平行。应该理解，角部135可以跟踪发射极110的形状。可选地，基极指状件131、133不需要与发射极110的轮廓完全匹配。例如，基极指状件133可以朝向另一基极指状件131向内稍微倾斜，以创建成锐角的角部135。换句话说，基极指状件131、133关于发射极110可能不是对称的。

集电极150包括一对集电极指状件151和153。集电极指状件151、153分别沿着基极指状件131、133的方向延伸。更具体地，集电极指状件151、153跟踪基极指状件131、133的侧壁并且进一步扩大通过基极指状件131、133所限定的半开放的周界。通常，由于通过基极接触件130和集电极150的侧壁配置来影响电流定向，所以集电极150的配置类似于基极接触件130。集电极指状件151、153的长度至少围绕基极接触件130的外围。浅沟槽隔离件105设置在发射极110、基极接触件130和集电极150之间并且将这些元件间隔开。

本发明还提供了半开放的晶体管，其中，基极接触件130和集电极150不是从四周围绕发射极。基极接触件130具有分别指向不同方向的两个基极指状件131、133，使得在两个基极指状件131、133的交叉点处创建角部135。发射极110容纳在角部135中，但是在本发明中，不是被基极接触件130完全环绕。基极指状件131、133紧密地跟踪发射极110的轮廓，并且因此，当电流从发射极极110流向基极接触件130时，该电流以更高的方向性跟踪通过基极指状件131、133所建立的侧壁。然后，电流流向集电极150，并且由于集电极指状件151、153沿着基极指状件131、133的外围延伸，所以沿着其布线更好地维持电流定向。基极指状件131、133将电流直接引导至其期望定向。半开放的基极指状件130和集电极150与封闭的BJT相比较具有更多的面积减小，其中，将面积减小了1/4至1/2。当施加相同数量的电流时，整体电流密度增加。集电极面积和电流增益β(I_C/I_B)反向相关，并且因此，集电极面积的减小导致电流增益的增加。电流定向限于通过基极指状件131、133所指出的方向，并且因为集电极面积减小，所以增加了电流增益。BJT单元1提供更高的增益和更有方向性的电流。

参考图1，BJT结构100包括一对BJT单元1。第二晶体管还具有发射极110′、基极接触件130′和集电极150′。发射极110′、基极接触件130′和集电极150′之间的空间关系与上述晶体管相同。附加晶体管被定位为另一晶体管的镜像。更具体地，角度135、135′朝向彼此开放，使得发射极110、110′仅通过将两个单元间隔开的浅沟槽隔离件105彼此面对。如图1所示，基极指状件133的自由端表明基极接触件130′的自由端，并且相同的情况集电极指状件153的自由端也表明集电极153′的自由端。

请参考附图2，图2是根据发明的一些实施例的双极结型晶体管200的俯视图。在本实施例中，与图1中的BJT结构100相比较，晶体管对具有不同的配置。角部135、135′彼此相反地开放，并且集电极150、150′的集电极指状件背对背，以仅通过浅沟槽隔离件间隔开。同样地，附加晶体管与另一附加晶体管镜像对称，但是与图1中的图案不同，BJT结构200的角部彼此避开。

应该理解，实施例是根据本发明的实施例的成对晶体管的示例。成对晶体管可能不完全对称。例如，附加晶体管可以与另一附加晶体管不完全对齐。在成对晶体管中允许对准条件下的轻微移动(诸如从俯视图中向上或向下)。可选地，成对晶体管不需要为彼此镜像。更具体地，一个晶体管可以具有锐角角部而另一个晶体管具有直角角部。

请参考图3，图3是根据本发明的实施例的双极结型晶体管组件300的俯视图。在本实施例中，BJT组件300包括8个第一单元1和第二单元2。每个第一单元1都与图1所示的BJT单元1相同，并且此后，不再重复其结构以避免冗余。应该理解，基极接触件130和集电极150的配置可以根据设计要求而改变。第一单元1配置为环形阵列以在环的中心区域限定封闭件(enclosure)。中心区域为足以容纳与其最外部边界不重叠的单个第二单元(即，集电极150′)的区域。环形阵列可以形成为以下形状：例如，三角形、矩形、梯形、或者其他的具有至少三条不同边的几何形状配置。在本实施例中，环形阵列配置为正方形形状，其中，在每条边上具有相同数量的第一单元1。浅沟槽隔离件设置在每对第一单元1之间并且将这些第一单元等距地间隔开。第一单元1的发射极110、基极接触件130和集电极150与直接相邻的第一单元1对齐，使得3×3正方形环在其四条边处提供清晰切口，在它们的外围具有四个垂直角部。如图3所示，第一单元1的角部135朝向相同的方向A开口。

第二单元2设置在通过第一单元1所创建的环形阵列的中心区域中。第二单元的发射极110′、基极接触件130′和集电极150′与相邻的第一单元1对齐，其中，基极指状件和集电极指状件基本上平齐。第二单元2的角部135′朝向与剩余的第一单元1相同的方向(即，方向A)开口。这种对称的BJT装置300提供了改善的带隙基准电压，其中，由于电子沿着基极接触件130、130′和集电极150和150′的清楚的有角度的指状件流动，所以电流以均匀的方向稳定。

请查考图4，BJT组件400包括8个第一单元和单个第二单元作为BJT组件300。每个第一单元1和第二单元2都与如图1所示的BJT单元1相同，并且在角部135、135′定向上存在差异。第一单元1配置为正方形环阵列并且第二单元2设置在通过正方形环所限定的中心区域中。第一单元的角部135朝向如图4所示的方向B开口，而第二单元2的角部135′朝向方向A开口。9个BJT单元仍然位于正方形环阵列中，而第二单元2的角部135′朝向与第一单元1的角部135不同的方向开口。换句话说，BJT组件的图案通过第二单元2插入，其中，第二单元2翻转，并且角部135′开口与角部135基本上成90度。

请参考图5，BJT组件500类似于BJT组件400，而区别在于BJT组件中的第二单元2。如图5所示，第一单元1的角部135朝向方向B开口，而第二单元2的角部135′朝向方向C开口。9个BJT单元仍然位于正方形环阵列中，而第二单元2的角部135′朝向与第一单元1的角部135不同的方向开口。再者，第二单元2通过朝向方向C的开口插入(interrupt)BJT组件500的图案。

请参考图6，BJT组件600类似于先前所述的BJT组件。然而，在环阵列中，第一单元1朝向不同的方向开口。例如，如图6所示，一个第一单元1朝向方向B开口，另一个第一单元1′朝向方向D开口，并且又一第一单元朝向方向C开口。角部开口的定向是随机的，然而同时，保持正方形环阵列的几何形状。第二单元2设置在中心区域中，并且角部135′朝向方向A开口。请参考图7，BJT组件700类似于BJT组件600，并且差异在于第一单元1和第二单元2的定向。一个第一单元1朝向方向D开口，一个第一单元1′朝向方向C开口，并且又一第一单元1″朝向方向B开口。其他第一单元分别朝向方向A、B、C或D开口。在本实施例中，第二单元2朝向方向A开口。应该理解，第一单元1和第二单元2中的每个都可以朝向如图7所示的四个方向中的任一个开口，并且本实施例是本发明的示例性实施例。

不同材料的晶圆和封装件的热膨胀系数(TCE)的失配导致机械应力，该机械应力具有温度依赖性并且最可能具有时间依赖性。应力会引起双极晶体管的I_C(V_BE)特征变化，并且该应力在带隙基准的热循环期间是长期漂移和滞后的主要原因。尽管硅没有机械滞后，但是诸如环氧树脂或塑料的多种材料示出了粘弹性特征，从而造成硅管芯中的机械应力的原因。材料的几何形状和材料性能会直接影响应力特征。

如先前所述的，器件的整体区域可以由于诸如电流和非均匀性加热对热量具有影响的考虑因素。晶体管单元可以被视为由配置为平行的较小的子单元的集合构成。在晶体管单元内，温度的不均匀性可能导致电流“弯曲”和局部热逃逸电流。可以发生的功耗水平至少部分地取决于晶体管的几何尺寸和整体单元尺寸。与传统的封闭的晶体管相比较，上述晶体管具有较大的面积减小。但是，根据特定应用，其他问题可以视为确定适当的带隙基准电路。由于通过不同材料的TCE导致显著的机械应力，所以散热是本发明的所关心的问题。

请参考图8，图8是根据本发明的一些实施例的电网(power mesh)100的俯视图。为了减小应力效应并且具有带隙基准电路的改进性能，对于电网1000提供的。晶体管必然具有温度依赖性，并且电网1000可以将参考电路的应力效应最小化。电网100包括多个第一条带1100和多个第二条带1200。第一条带1100平行对准，并且每个第一条带间隔开，并且因此在每个第一条带1100之间建立多个第一间隙1101。第二条带1200设置在第一条带1100的顶部上，并且以相同的间隔彼此间隔开，因此，在每个第二条带1200之间创建多个第二间隙1201。第一间隙1101在宽度上可以不均匀，并且第二间隙1201可以横跨不同的宽度。第一条带1100可以被视为一层，并且第二条带可以被视为第一条带1100的顶部上的另一层。

在本实施例中，第一条带1100沿第一条带方向前进，同时第二条带1200沿与第一条带1100垂直的第二条带方向前进。在本发明的一些实施例中，第一条带方向与第二条带方向不垂直。例如，从俯视图中观看时，第一条带方向是水平的，并且第二条带1200沿第二条带方向前进，从而导致不同形状的第二间隙1201。同样地，从俯视图中观看时，第二条带方向可以是垂直的，并且第一条带1100沿第一条带方向前进，从而导致不同形状的第一间隙1101。换句话说，通过电网1000所创建的图案可以根据第一条带方向和第二条带方向而改变，但是第一条带方向和第二条带方向不平行。

如图8所示，第二条带1200设置在第一条带1100上，并且在第一条带1100和第二条带1200重叠的位置处创建交叉点1300。在交叉点1300处，从俯视图中观看时，第一条形1100在水平方向上延伸，并且第二条带1200在垂直方向上延伸。第一间隙1101和第二间隙1201被保持，但是在视觉上被划分为更小的单元。

输入/输出单元1400设置在第一条带1100和第二条带1200上。当电路满功率运行时，因为较大的网眼，通过第一条带1100和第二条带1200所创建的平台允许充分散热。另外，热量可以通过固体传导的线性网络更快速地传递。例如，第一条带1100和第二条带1200的材料可以是铜或铝铜(AlCu)。第一条带1100和第二条带1200可以由相同或不同的材料制成。输入/输出单元1400设置在电网1000上，并且输入/输出单元1400主要与第二条带1200接触。也就是说，因为第二条带1200类似于设置在第一条带1100上的第二层，所以输入/输出单元1400稍微提升到第一条带1100之上。因为第一条带1101、1201(即，网眼)允许空气流通，所以改善了整体散热。此外，通过使第二条带1200重叠位于第一条带1100上方所创建的提升也有助于更好的热循环。

在本发明的另一实施例中，如图8所示，将5个第一条带1100的带配置为以相等的间隔平行，并且5个第二条带的带设置在第一条带1100上，以形成5×5电网1000。根据经验实验，电网1000示出了温度依赖性应力效应减少大约2％。

总之，BJT的几何形状改变为半开放状态，从而基极接触件和集电极具有减小的面积，但是具有清晰的电流方向布线。此外，电网通过提高更好的散热架构改善了带隙基准电路的精确性。

本发明的一方面涉及双极结型晶体管(BJT)，包括：发射极、基极接触件、集电极、以及浅沟槽隔离件。基极接触件具有两个基极指状件，所述两个基极指状件形成角部以接收所述发射极。集电极具有两个集电极指状件，所述两个集电极指状件沿着所述基极接触件的基极指状件延伸。浅沟槽隔离件设置在所述发射极和所述基极接触件之间，以及所述基极接触件和所述集电极之间。

优选地，在双极结型晶体管中，从上往下看时，所述发射极基本上为正方形。

优选地，在双极结型晶体管中，所述发射极的每条边都基本上平行于所述两个基极指状件之一。

优选地，在双极结型晶体管中，所述集电极的两个集电极指状件垂直。

优选地，双极结型晶体管进一步包括：至少一个附加发射极、至少一个附加基极接触件以及至少一个附加集电极被配置为与所述发射极、所述基极接触件和所述集电极镜像对称。

优选地，在双极结型晶体管中，所述发射极、所述基极和所述集电极间隔开。本发明的另一方面涉及双极结型晶体管装置，包括：至少8个第一单元和至少1个第二单元。第一单元被配置为环形阵列并且第二单元设置在所述环形阵列中。所述第一单元和所述第二单元中的每个都包括：发射极、基极接触件、集电极、和浅沟槽隔离件。基极接触件具有两个基极指状件，所述两个基极指状件形成角部，以接收所述发射极。集电极具有两个集电极指状件，以沿着所述基极接触件的基极指状件延伸。浅沟槽隔离件设置在所述发射极和所述基极之间以及所述基极接触件和所述集电极之间。

优选地，在双极结型晶体管装置中，从上往下看时，所述发射极基本上为正方形。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述发射极的每条边都基本上平行于所述两个基极指状件之一。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述集电极的两个集电极指状件垂直。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述环形阵列为多边形。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述环形阵列为具有四条边，并且每条边都具有相等数量的第一单元。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述第一单元的角部朝向第一方向开口，并且所述第二单元的角部朝向所述第一方向开口。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述第一单元的角部朝向第一方向开口，并且所述第二单元的角部朝向与所述第一方向基本垂直的第二方向开口。

优选地，在双极结型晶体管装置中，所述第一单元的角部朝向不同的方向开口。

本发明的又一方面涉及包括多个第一条带和多个第二条带的电网结构。第一条带设置为沿着第一条带方向。第二条带在所述第一条带上设置为沿着第二条带方向。所述第一条带方向和所述第二条带方向不平行。

优选地，在电网结构中，在每个第一条带之间创建第一间隙，并且在每个第二条带之间创建第二间隙。

优选地，在电网结构中，所述第二条带与所述第一条带重叠。

优选地，在电网结构中，从有铜和铝铜所组成的组中选择所述第一条带和所述第二条带的材料。

优选地，在电网结构中，所述集成电路有包括设置在所述第二条带上的输入/输出单元。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。