双极结型晶体管及相关制造方法
【技术领域】
[0001]本公开的实施例涉及半导体器件，尤其涉及但不限于双极结型晶体管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]现有的垂直型双极结型晶体管(BJT)通常与衬底或者阱区的隔离性能欠佳，会造成不希望的载流子注入衬底以及寄生BJT的形成。为了改善隔离性能，通常需要制作深掩埋层以完全包围垂直型BJT，但这需要增加掩膜层以及更复杂的制作工艺以制作该深掩埋层。实现起来相对困难而且制作成本高。除隔离性能及制作成本外，还希望BJT的放大系数(通常用β表示)比较高。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的一个或多个问题，本公开的实施例提供一种双极结型半导体器件及其制造方法。
[0004]在本发明的一个方面，提出了一种双极结型半导体器件，包括:半导体衬底，具有第一导电类型;第一掩埋层，形成于所述半导体衬底中，具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型;第一外延层，形成于该第一掩埋层上，具有所述第一导电类型；第二外延层，形成于该第一外延层上，具有所述第一导电类型;PNP双极结型晶体管单元，制作于所述第一外延层和所述第二外延层的第一有效单元区域内；NPN双极结型晶体管单元，制作于所述第一外延层和所述第二外延层的第二有效单元区域内；以及第一隔离结构，具有所述第二导电类型，制作于所述第一外延层和所述第二外延层的隔离区域内，该隔离区域位于所述第一有效单元区域与所述第二有效单元区域之间，该第一隔离结构与所述第一掩埋层连接在一起形成具有所述第二导电类型的隔离屏障。
[0005]在本发明的另一个方面，提出了一种制造双极结型半导体器件的方法，包括:提供具有第一导电类型的半导体衬底，该半导体衬底划分为第一有效单元区域、第二有效单元区域和隔离区域，其中该隔离区域位于第一有效单元区域和第二有效单元区域之间；在该半导体衬底中制作具有第二导电类型的第一掩埋层，其中所述第二导电类型与所述第一导电类型相反;在该第一掩埋层上制作具有所述第一导电类型的第一外延层;在该第一外延层的位于所述隔离区域范围内的部分中制作具有所述第二导电类型的第一隔离掩埋区，该第一隔离掩埋区的掩埋深度从第一外延层的上表面开始纵向贯穿第一外延层直至与所述第一掩埋层接触;在该第一外延层的位于第一有效单元区域范围内的部分中形成具有所述第一导电类型的第一集电极掩埋区；在该第一外延层上制作具有所述第一导电类型的第二外延层;在该第二外延层的位于第一有效单元区域范围内的部分中制作具有所述第二导电类型的第一基极阱区；在该第二外延层的位于第二有效单元区域范围内的部分中制作具有所述第二导电类型的第二集电极阱区；在该第二外延层的位于第一有效单元区域范围内的部分中进一步制作具有所述第一导电类型的第一集电极阱区，该第一集电极阱区与所述第一基极阱区相分隔;在该第二外延层的位于隔离区域范围内的部分中制作具有所述第二导电类型的第一隔离阱区，该第一隔离阱区纵向贯穿第二外延层直至与所述第一隔离掩埋区至少部分接触;在所述第二集电极阱区中制作第二基极阱区；在所述第一集电极阱区中制作具有所述第一导电类型的第一集电极接触区，在所述第一基极阱区中制作具有所述第二导电类型的第一基极接触区和具有所述第一导电类型的第一发射极区，该第一发射极区与所述第一基极接触区相互分离;在所述第二集电极阱区中制作具有所述第二导电类型的第二集电极接触区，在所述第二基极阱区中制作具有所述第一导电类型的第二基极接触区和具有所述第二导电类型的第二发射极区，该第二发射极区与所述第二基极接触区相互分离；以及在所述第一隔离阱区中制作具有所述第二导电类型的第一隔离接触区。
[0006]根据本公开各实施例的双极结型半导体器件可以将垂直型PNP双极结型晶体管单元和垂直型NPN双极结型晶体管单元与衬底有效地隔离，阻止载流子注入衬底以及寄生BJT的形成。本公开实施例的全隔离垂直型PNP晶体管单元，与普通横向PNP晶体管结构相比，有更大的放大系数和放大系数跌落特性，并且发射极电流集边效应很小。在本公开个实施例的全隔离垂直型NPN晶体管单元中，从集电极向下注入衬底的空穴电流会极大地被第二个礼结构收集从而抑制纵向和横向寄生PNP的开启，而同时第一掩埋层102会极大地收集衬底中会导致闩锁效应和电路功能不正常的游离电子。并且全隔离垂直NPN还可以实现基区到集电极去的正向偏执，这种工作方式在某些应用中可以极大简化电路的设计和复杂程度以及成本。
【附图说明】
[0007]下面的附图有助于更好地理解接下来对本公开不同实施例的描述。这些附图并非按照实际的特征、尺寸及比例绘制，而是示意性地示出了本公开一些实施方式的主要特征。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本公开的一些实施例。为简明起见，不同附图中相同或类似的组件或结构采用相同或相似的附图标记示意。
[0008]图1示出了根据本公开一个实施例的双极结型半导体器件10的部分纵向剖面示意图；
[0009]图2至图12示出了根据本公开一个实施例的制造双极结型半导体器件10的方法中部分阶段的流程示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面将参照附图详细说明本公开的一些实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本公开的概念。
[0011]在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构、器件结构、工艺步骤以及这些电路、器件和工艺的具体参数，都用于对本公开的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者与其他方法、元件、材料等结合的情况下，本公开的实施例也可以被实现。
[0012]在本公开的说明书及权利要求书中，若采用了诸如“左、右、内、外、前、后、上、下、顶、之上、底、之下”等一类的词，均只是为了便于描述，而不表示组件/结构的必然或永久的相对位置。本领域的技术人员应该理解这类词在合适的情况下是可以互换的，例如，以使得本公开的实施例可以在不同于本说明书描绘的方向下仍可以运作。在本公开的上下文中，将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。此外，“耦接”一词意味着以直接或者间接的电气的或者非电气的方式连接。“一个/这个/那个”并不用于特指单数，而可能涵盖复数形式。“在……内”可能涵盖“在……内/上”。在本公开的说明书中，若采用了诸如“根据本公开的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，当然也可能是同一个实施例中。若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本公开的不同实施例”、“根据本公开另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本公开说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。除非特别指出，“或”可以涵盖“和/或”的意思。若“晶体管”的实施例可以包括“场效应晶体管”或者“双极结型晶体管”，则“栅极/栅区”、“源极/源区”、“漏极/漏区”分别可以包括“基极/基区”、“发射极/发射区”、“集电极/集电区”，反之亦然。本领域技术人员应该理解以上对各用词的说明仅仅提供一些示例性的用法，并不用于限定这些词。
[0013]在本说明书中，用“+”和来描述掺杂区的相对浓度，但这并不用于限制掺杂区的浓度范围，也不对掺杂区进行其他方面的限定。例如，下文中描述为N+或N—的掺杂区，亦可以称为N型掺杂区，描述为P+或P-的掺杂区，亦可以称为P型掺杂区。
[0014]图1示出了根据本公开一个实施例的双极结型半导体器件10的部分纵向剖面示意图。需要说明的是，图1仅示意出了该双极结型半导体器件10的一部分以方便理解和说明。该双极结型半导体器件10可以制作于衬底101上。根据本公开的一个实施例，该衬底101具有第一导电类型(例如，图1中示意为P型)。然而，本公开不限于此。衬底101可以包括硅(Si)等半导体材料，锗硅(SiGe)等化合物半导体材料，或者绝缘体上硅(SOI)等其他形式的衬底。
[0015]根据本公开的一个实施例，双极结型半导体器件10可以大致划分为第一有效单元区域11、第二有效单元区域12和隔离区域13，该第一有效单元区域可以用于制作PNP双极结型晶体管单元，第二有效单元区域12可以用于制作NPN双极结型晶体管单元，隔离区域13位于第一有效单元区域11与第二有效单元区域12之间，可以用于制作第一隔离结构，以将PNP双极结型晶体管单元和NPN双极结型晶体管有效隔离。然而，本公开不限于此。这里需要注意的是，图1中对于第一有效单元区域11、第二有效单元区域12和隔离区域13的划分仅仅是示意性的，并不表示它们的确切边界。
[0016]根据本公开的一个实施例，双极结型半导体器件10可以包括第一掩埋层102、第一外延层103、第二外延层104、垂直型PNP双极结型晶体管单元105、垂直型NPN双极结型晶体管单元106和第一隔离结构107。在一个实施例中，第一掩埋层102形成于衬底101中，具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型(例如，图1中示意为N型)。第一外延层103形成于该第一掩埋层102上，具有所述第一导电类型(例如，图1中示意为P-型)，其可以具有比衬底101相对低的掺杂浓度。第