双极结晶体管及其制造方法、控制方法和信号放大电路与流程

[0001]
本发明涉及半导体器件的制作技术领域，特别涉及一种双极结晶体管及其制造方法、控制方法和信号放大电路。


背景技术：

[0002]
双极结晶体管(bipolar junction transistor，bjt)常用于数字和模拟集成电路(ic)器件以用于高频应用。bjt包括共享阴极区或阳极区的两个p-n结，其称为基极或者基极区(base)，基极将具有相同导电类型的两个区域(称为发射极区emitter和集电极collector)分隔开，发射极和集电极的导电类型与基极的导电类型相反。取决于导电类型，bjt可以是npn种类或pnp种类。双极结晶体管(bjt)在许多模拟产品中被用于信号放大电路，且bjt参数很多，β参数是决定信号放大电路(例如放大器)性能的主要参数，其是表示集电极电流ice与基极电流ibe的比(即ice/ibe)，又被称为共发射极电流增益(β)。
[0003]
因此，如何控制bjt的β参数，已经成为本领域技术人员的研究热点之一。


技术实现要素：

[0004]
本发明的一目的在于提供一种双极结晶体管(bjt)的控制方法，能够通过相对简单的方式，来控制bjt的共发射极电流增益β参数，使其获得更高的器件性能。
[0005]
本发明的另一目的在于提供一种双极结晶体管的制造方法、双极结晶体管以及信号放大电路，能够实现bjt的β参数控制，以获得更高的器件性能。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明提供一种双极结晶体管的控制方法，用于控制所述双极结晶体管的共发射极电流增益，所述双极结晶体管为垂直型晶体管，包括第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区，所述基极区环绕于所述发射极区周围，所述集电极区环绕于所述基极区周围，且所述基极区与所述发射极区的底部直接或者间接相连；其中，所述控制方法包括：通过调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量，来调整填充在接触孔中的导电接触插塞与所述基极区的接触电阻，以调整所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数。
[0007]
可选地，所述控制方法中，同时减小所述基极区上的接触孔的尺寸和数量，以增大填充在接触孔中的导电接触插塞与所述基极区的接触电阻，进而降低所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数。
[0008]
可选地，所述基极区上的接触孔的尺寸为工艺所允许的最大接触孔尺寸，所述基极区上的接触孔的数量为工艺所允许的最小数量。
[0009]
可选地，所述基极区包围所述发射极区的侧壁和底部，所述集电极区包围所述基极区的侧壁和底部。
[0010]
可选地，所述双极结晶体管包括基底以及依次形成在基底上的第一外延层、第二外延层、第三外延层，所述第一外延层和所述第三外延层均为第二导电类型，所述第二外延层为第一导电类型，所述第三外延层具有暴露出部分所述第二外延层的开口，所述基极区
形成在所述开口处的所述第二外延层中，所述发射极区和所述集电极区分别形成在所述开口两侧的所述第三外延层中。
[0011]
可选地，通过调整所述双极结晶体管的版图布局和/或制造工艺条件，来调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量。
[0012]
本发明还提供一种双极结晶体管的制造方法，其用于实现本发明所述的双极结晶体管的控制方法，所述制造方法包括：
[0013]
提供一衬底，在所述衬底中和/或所述衬底上，制作出第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区，所述基极区环绕于所述发射极区周围，所述集电极区环绕于所述基极区周围，且所述基极区与所述发射极区的底部直接或者间接相连；
[0014]
制作所述发射区、所述基极区以及所述集电极区的接触孔，且在制作接触孔时，调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量；
[0015]
在各个所述接触孔中填充导电材料，以形成导电接触插塞。
[0016]
可选地，在所述衬底中制作出第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区的步骤包括：在衬底中形成第二导电类型的第一阱；在所述第一阱的中央区域的顶部部分厚度中形成第一导电类型的第二阱；在所述第二阱的中央区域的顶部部分厚度中形成第二导电类型的第三阱，所述第三阱作为发射极区，所述第三阱周围的第二阱为基极区，所述第三阱周围的第一阱为集电极区；
[0017]
在所述衬底上制作出第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区的步骤包括：在所述衬底上依次形成第一外延层、第二外延层、第三外延层，且所述第一外延层和所述第三外延层均为第二导电类型，所述第二外延层为第一导电类型；刻蚀所述第三外延层，以形成暴露出部分所述第二外延层的开口，并在所述开口处的所述第二外延层中形成基极区，所述开口两侧的所述第三外延层分别作为所述发射极区和所述集电极区。
[0018]
本发明还提供一种双极结晶体管，其通过本发明所述的双极结晶体管的制造方法获得，所述双极结晶体管包括第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区，所述基极区环绕于所述发射极区周围，所述集电极区环绕于所述基极区周围，且所述基极区与所述发射极区的底部直接或者间接相连。
[0019]
本发明还提供一种信号放大电路，其包括本发明所述的双极结晶体管。
[0020]
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果：
[0021]
1、本发明的双极结晶体管的控制方法，能够通过调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量，来调整填充在接触孔中的导电接触插塞与所述基极区的接触电阻(base contact resistance)，继而调整所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数，以便正确应用双极结晶体管所在的信号放大电路等。
[0022]
2、本发明的双极结晶体管的制造方法，工艺简单，能够通过版图布局和/或制造工艺条件，在接触孔制作过程中调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量，由此改变基极区的接触电阻，以调整所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数。
[0023]
3、本发明的双极结晶体管和信号放大电路，由于其基极区上的接触孔的尺寸和数量已被调整，因此基极区的接触电阻也会改变，从而调整了所述双极结晶体管的共发射极
电流增益β参数。
附图说明
[0024]
图1是本发明一实施例的bjt晶体管的版图布局结构示意图。
[0025]
图2是沿图1中的xx
’
线的剖面结构示意图。
[0026]
图3是图1所示的bjt晶体管的集电极电流ice和基极电流ibe分别关于基极区和发射极区之间的电压降vbe特性曲线。
[0027]
图4是图3所示的bjt晶体管的β-vbe特性曲线。
[0028]
图5是本发明另一实施例的bjt晶体管的剖面结构示意图。
[0029]
其中，附图标记如下：
[0030]
101-集电极区，102-基极区，103-发射极区，104-集电极区上的导电接触插塞，105-基极区上的导电接触插塞，106-发射极区上的导电接触插塞；
[0031]
200a-衬底/基底，200b-第一外延层，200c-第二外延层，201-集电极区，202-基极区，203-发射极区，204-集电极区上的导电接触插塞，205-基极区上的导电接触插塞，206-发射极区上的导电接触插塞，207-开口。
具体实施方式
[0032]
本发明提供一种双极结晶体管(bjt)的控制方法，能够用于控制该双极结晶体管的共发射极电流增益，该控制方法适用于npn和pnp类型的垂直型的bjt结构，所述控制方法具体可以通过调整版图布局和/或bjt的制造工艺条件，来调整bjt的基极区中的接触孔的尺寸和数量，进而改变基极区的接触电阻，由此集电极电流ice与基极电流ibe适应性改变，而β＝ice/ibe，因此调整了bjt的共发射极电流增益β参数。
[0033]
以下结合附图1至附图5和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为便于描述，在此可以使用诸如"在
…
之下"、"在
…
下方"、"底部"、"在
…
之上"、"顶部"、“周围”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。此外，为了易于描述，本文中可以使用"第一"、"第二"、"第三"等以区分一个或一系列图的不同元件。"第一"、"第二"、"第三"等不旨在为相应的元件的描述。本文中“和/或”的含义是二选一或者二者兼具。
[0034]
请参考图1和图2，本发明一实施例提供一种双极结晶体管的控制方法，用于控制
所述双极结晶体管的共发射极电流增益，该双极结晶体管为垂直型晶体管，包括第一导电类型(例如为n型)的基极区102、第二导电类型(例如为p型)的发射极区103和第二导电类型的集电极区101。所述基极区102环绕于所述发射极区103的周围，且包围发射极区103的侧壁和底部，所述集电极区101环绕于所述基极区102的周围，且包围基极区102的侧壁和底部，即本实施例中，所述发射极区103的底部和侧壁直接与所述基极区102相连，所述基极区102的底部和侧壁直接与所述集电极区101相连。
[0035]
请继续参考图1和图2，本实施例中，所述集电极区101、所述基极区102和所述发射极区103上分别设有接触孔，填充在基极区102上的接触孔中的导电接触插塞105与所述基极区102电性接触，用于将基极区102向外电性引出，填充在集电极区101上的接触孔中的导电接触插塞104与所述集电极区101电性接触，用于将集电极区101向外电性引出，填充在发射极区103上的接触孔中的导电接触插塞106与所述发射极区103电性接触，用于将发射极区103向外电性引出。
[0036]
本实施例的控制方法中，可以通过调整版图布局和/或bjt的制造工艺条件，来调整所述基极区102上的接触孔的尺寸和数量，从而调整填充在基极区102上的接触孔中的导电接触插塞105与所述基极区102的接触电阻，以最终调整所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数。
[0037]
可选地，所述控制方法中，通过同时减小所述基极区102上的接触孔的尺寸和数量，来增大填充在基极区102上的接触孔中的导电接触插塞105与所述基极区102的接触电阻，进而降低所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数。
[0038]
可选地，所述基极区102上的接触孔的尺寸为工艺所允许的最大接触孔尺寸，所述基极区102上的接触孔的数量为工艺所允许的最小数量。
[0039]
本实施例还提供一种双极结晶体管的制造方法，其用于实现本发明所述的双极结晶体管的控制方法。请继续参考图1和图2，本实施例的bjt晶体管的制造方法，具体包括以下步骤：
[0040]
s1，提供一衬底，在所述衬底中和/或所述衬底上，制作出第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区，所述基极区环绕于所述发射极区周围，所述集电极区环绕于所述基极区周围，且所述基极区与所述发射极区的底部直接或者间接相连；
[0041]
s2，制作所述发射区、所述基极区以及所述集电极区的接触孔，且在制作接触孔时，调整所述基极区上的接触孔的尺寸和数量；
[0042]
s3，在各个所述接触孔中填充导电材料，以形成导电接触插塞。
[0043]
请参考图1和图2，步骤s1中，在一衬底中制作出第一导电类型的基极区102、第二导电类型的发射极区103和第二导电类型的集电极区101的具体过程包括：
[0044]
s1.1，提供一衬底(未图示)，所述衬底可以是本领域技术人员所熟知的任意合适的衬底材料，例如体硅衬底、绝缘体上硅衬底等等。
[0045]
s1.2，可以通过浅沟槽隔离(sti)或局域硅氧化(locos)工艺，在衬底中定义出bjt晶体管所需的有源区(未图示)。
[0046]
s1.3，可以采用第二导电类型离子，例如磷等n型离子，向有源区的衬底中进行深阱注入，以形成第二导电类型的第一阱(未图示)。
[0047]
s1.4，可以采用第一导电类型离子，例如硼等p型离子，向第一阱的顶部部分厚度中进行深阱注入，以形成第一导电类型的第二阱(未图示)，第二阱浅于第一阱。
[0048]
s1.5，可以采用第二导电类型离子，例如磷等n型离子，向第二阱的顶部部分厚度中进行深阱注入，以形成第二导电类型的第三阱(未图示)，第三阱浅于第二阱，由此，第三阱作为发射极区103，发射极区103外围的第二阱作为基极区102，基极区102外围的第一阱作为集电极区101。
[0049]
请参考图1和图2，在步骤s2中，可以通过接触孔制作工艺，包括介质层沉积、光刻胶涂覆和光刻、接触孔刻蚀等一系列步骤，在所述发射区103、所述基极区102以及所述集电极区101上的介质层中制作出相应的接触孔(未图示)，且在制作接触孔的过程时，调整所述基极区102上的接触孔的尺寸和数量。
[0050]
请参考图1和图2，在步骤s3中，通过自对准金属硅化、金属填充、平坦化等工艺，形成填充在各个接触孔中的导电接触插塞。填充在基极区102上的接触孔中的导电接触插塞105与所述基极区102电性接触，用于将基极区102向外电性引出，填充在集电极区101上的接触孔中的导电接触插塞104与所述集电极区101电性接触，用于将集电极区101向外电性引出，填充在发射极区103上的接触孔中的导电接触插塞106与所述发射极区103电性接触，用于将发射极区103向外电性引出。
[0051]
本实施例的bjt晶体管的制造方法，工艺简单。
[0052]
为了验证本实施例的bjt晶体管的性能，对原先具有0.10ω/cm
2
的基极区接触电阻c_res的bjt晶体管，调整基极区102上的接触孔的尺寸和数量后，使其基极区102的接触电阻c_res变为0.05ω/cm
2
，对变化前后的bjt晶体管进行了性能测试。从图3中可以看出，相同的集电极与发射极电压差vce下，基极区接触电阻c_res＝0.05ω/cm
2
相比c_res＝0.10ω/cm
2
，集电极电流ice与基极电流ibe均适应性增大，从图4中可以看出，基极区接触电阻c_res＝0.05ω/cm
2
相比c_res＝0.10ω/cm
2
，共发射极电流增益β参数变高。
[0053]
综合上述测试结果可知，本发明中通过调整基极区102中的接触孔的尺寸和数量，能够改变bjt晶体管的β参数。本发明的方法，能够调整所述双极结晶体管的共发射极电流增益β参数，以便正确应用双极结晶体管所在的信号放大电路等。
[0054]
需要说明的是，上述实施例中仅仅列出了一种垂直型bjt晶体管的基极区、发射极区和集电极区的结构，本发明的技术方案并不仅仅限定于此，本发明的技术方案能够适用于各种垂直型bjt晶体管的β参数控制。
[0055]
例如，请参考图5，在本发明的其他实施例中，一种垂直型bjt晶体管，其包括基底200a以及依次形成在基底200上的第一外延层200b、第二外延层200c、第三外延层(未图示)，所述第一外延层200b和所述第三外延层均为第二导电类型。例如为n型，所述第二外延层200c为第一导电类型，例如为p型，所述第三外延层具有暴露出部分所述第二外延层200c的开口207，所述基极区202形成在所述开口207处的所述第二外延层200c中，所述发射极区203和所述集电极区201分别形成在所述开口207两侧的所述第三外延层中，由此，所述基极区202环绕于所述发射极区203周围，所述集电极区201环绕于所述基极区202周围，且所述基极区202与所述发射极区203的底部通过第二外延层200c间接相连。
[0056]
该实施例的双极结晶体管的制造方法中，在所述基底200a上制作出第一导电类型的基极区202、第二导电类型的发射极区203和第二导电类型的集电极区201的步骤包括：首
先，在所述基底200a上依次形成第一外延层200b、第二外延层200c、第三外延层，且所述第一外延层200b和所述第三外延层均为第二导电类型(例如n型)，所述第二外延层200c为第一导电类型(例如p型)；然后通过光刻和刻蚀工艺，刻蚀所述第三外延层，以形成暴露出部分所述第二外延层200c的开口207，并在所述开口207处的所述第二外延层200c中形成基极区202，所述开口207两侧的所述第三外延层分别作为所述发射极区203和所述集电极区201。
[0057]
此外，基于同一发明构思，请参考图1至图5，本发明一还提供一种双极结晶体管，其通过本发明上述任一实施例所述的双极结晶体管的制造方法获得，包括第一导电类型的基极区、第二导电类型的发射极区和第二导电类型的集电极区，所述基极区环绕于所述发射极区周围，所述集电极区环绕于所述基极区周围，且所述基极区与所述发射极区的底部直接或者间接相连。
[0058]
基于同一发明构思，请参考图1至图5，本发明一实施例还提供一种信号放大电路，其包括本发明所述的双极结晶体管。该信号放大电路可以被制作为一放大器，或者集成任一电子装置中。
[0059]
本发明的双极结晶体管及其制造方法、控制方法以及具有该双极结晶体管的信号放大电路，能够实现bjt的β参数控制，以获得更高的器件性能。
[0060]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的范围。