在双极晶体管中反掺杂集电区的方法技术

本发明专利技术提供了一种形成双极晶体管的方法，包括在双极晶体管中反掺杂集电区的方法。该方法包括用第一类型掺杂剂掺杂硅层并且执行第一注入工艺以便在硅层中注入与第一类型相反的第二类型的掺杂剂。所注入的掺杂剂在硅层中具有第一掺杂剂分布。该方法也包括执行第二注入工艺以便在硅层中注入附加的第二类型掺杂剂。附加的所注入的掺杂剂在硅层中具有与第一掺杂剂分布不同的第二掺杂剂分布。该方法还包括通过消耗硅层和第一类型掺杂剂的一部分来生长在硅层上方形成的绝缘层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及双极晶体管，并且更具体地涉及反掺杂双极晶体 管的集电区。
技术介绍
双极晶体管包括用I1型或P型材料交替掺杂的发射区、基区和集电区。例如，npn双极晶体管包括用n型材料掺杂的发射区、用p型材 料掺杂的基区和用n型材料掺杂的集电区。对于另一个实例，pnp双极 晶体管包括用p型材料掺杂的发射区、用n型材料掺杂的基区和用p型 材料掺杂的集电区。因此双极晶体管的结构和工作参数至少部分地由 被用来掺杂发射极、基极和/或集电极区域的具体工艺所产生的掺杂剂 分布确定。图1A、 1B和1C概念上示出了用于形成p叩双极晶体管的集电极 的传统技术。最初，如图1A所示，SOI衬底(绝缘体上硅衬底)100 被用作起始材料。如图1A所示，SOI衬底100由体(bulk)衬底100a、 埋置绝缘层100b和有源层100c构成。通常体硅100a由硅构成，埋置绝 缘层100b由二氧化硅(所谓的"BOX"层)构成，并且有源层100c 由(掺杂的或未掺杂的)硅构成。可以很容易地从各种商业上已知的 来源来获得这样的SOI结构。通常，对于高电压技术埋置绝缘层100b 将相对较厚，例如在约0.5-2微米的量级，而有源层100c可以具有约2 微米的初始厚度。此后，如图1A所示，掺杂的硅层105被形成在有源层100c上方。 硅层105被用例如磷、砷的N型掺杂剂材料掺杂，使得它具有约1.6-4.5 欧姆/厘米的电阻率，该电阻率对应于约1-3 x 1015个离子/cm3的掺杂剂 浓度。硅层105是在外延反应器中被淀积的外延硅层。在该情形下，5可以通过在被用来形成层105的工艺期间将掺杂剂材料引入到外延反 应器中来掺杂外延硅层105。然而，也可以通过在形成硅层105之后执 行离子注入工艺来将掺杂剂材料引入到硅层105中。请注意，硅层105 内的掺杂剂原子的分布在它的整个深度上可能不是均匀的。仅仅出于说明的目的，附图描绘了有源层100c与硅层105之间的 界面。实际上，这两层之间的区别可能非常难以限定。然而，仅仅出 于说明的目的示出了不同的层。硅层105相对厚。在一个示例性实施 例中，硅层105具有约2-30微米范围的厚度，这取决于具体的应用。 此后，通过执行例如热氧化工艺在硅层105上方形成绝缘或氧化物层 110。如图1B所示，掺杂剂注入工艺(如箭头115所示)可以被执行来 在硅层105中注入掺杂剂物质。例如，掺杂剂注入工艺115可以被用来 将例如硼的p型掺杂剂注入到硅层105中来形成掺杂区120。掺杂区120 可以被称为p阱。在掺杂区120中的掺杂剂浓度通常在从约3x 10"到3 x 1016个离子/cm3的范围内。所注入的掺杂剂物质的部分也可以保留 在氧化物层110内。图2A示意性示出了作为到氧化物层和硅层中的深度的函数的掺 杂剂浓度。沿着垂直轴(任意单位)指示了掺杂剂浓度，而沿着水平 轴(任意单位)指示了深度。由垂直的虛线指示了在氧化物层和硅层 之间的边界。由虚线205指示了在氧化物层和硅层中n型掺杂剂物质的 浓度，而由实线210指示了所注入的p型掺杂剂物质的浓度。所注入的 p型掺杂剂浓度在氧化物层和硅层之间界面的稍微下方处出现峰值， 并且然后随着到硅层中的深度的增大而减少。n型掺杂剂的浓度在这 两个层内近似恒定。现在参考图1C，热氧化工艺能够被用来生长二氧化硅层110的所 选择的部分。热氧化工艺被用来生长部分125 (1-2)并且掩模层(未 示出)被用来防止这些部分之间的区域生长。热氧化和随之发生的部 分125的生长消耗了掺杂区120的一部分。在一些情况下，被用来掺杂 掺杂区120的掺杂剂物质可能易于分凝(segregate),因为掺杂剂物质易于再分布使得在二氧化硅层110与掺杂区120之间的界面两端的 化学势近似恒定。这个现象通常被称为掺杂剂分凝。例如，热氧化能 够促使硼从掺杂区120迁移到二氧化硅层110的部分125中以使界面两 端的化学势平衡。掺杂剂分凝可能导致在掺杂区120中p型掺杂剂的浓 度降到n型掺杂剂浓度以下，由此产生反型层。由此引起的n型反型层 能够降低使用这个技术形成的器件的性能。图2B示意性示出了作为在热氧化工艺之后到氧化物层和硅层中 的深度的函数的掺杂剂浓度。沿着垂直轴(任意单位)指示了掺杂剂 浓度，而沿着水平轴(任意单位)指示了深度。由垂直的虚线指示了 在氧化物层和硅层之间的边界。热氧化已经增大了氧化物层的深度， 如由相对于图2A该垂直的虛线移动到右边所示。由虚线205指示了在 氧化物层和硅层中n型掺杂剂物质的浓度，而由实线210指示了所注入 的p型掺杂剂物质的浓度。掺杂剂分凝已经增大了在氧化物层中的p型 掺杂剂的浓度，并且减少了在硅层中的p型掺杂的浓度。n型掺杂剂的 浓度已经在氧化物层中轻微地减少并且在硅层表面附近增大。因此， 反型区215已经在硅层与氧化物层之间的界面附近形成。所公开的主题涉及解决上述问题中的一个或多个的影响。
技术实现思路
下面介绍所公开的主题的简化摘要以便提供对所公开的主题的 一些方面的基本理解。这个摘要不是所公开的主题的穷尽性的总结。 其不意图来确定所公开的主题的关键或重要元素或者来描写所公开 的主题的范围。其唯一的目的是以简化的形式来介绍一些概念作为稍 后要讨论的更详细描述的序言。在一个实施例中，提供了 一种用于形成双极晶体管的p阱的方法。 该方法包括用第一类型掺杂剂掺杂硅层并且执行第一注入工艺来在 硅层中注入与第一类型相反的第二类型的掺杂剂。所注入的掺杂剂在 硅层中具有第 一掺杂剂分布。该方法也包括执行第二注入工艺以便在 硅层中注入附加的第二类型掺杂剂。附加的所注入的掺杂剂在硅层中具有与第一掺杂剂分布不同的第二掺杂剂分布。该方法还包括通过消 耗硅层和第一类型掺杂剂的一部分来生长在硅层上方形成的绝缘层。在另一个实施例中，提供了一种双极晶体管。该双极晶体管包括 衬底、形成在该衬底上方的硅层以及绝缘层。硅层被用第一类型掺杂 剂掺杂，并且然后通过执行第 一和第二注入工艺以便在硅层中注入与 第一类型相反的第二类型的掺杂剂来被进一步掺杂。所注入的掺杂剂在硅层中具有第一和第二掺杂剂分布。通过以下步骤来形成绝缘层 淀积或生长初始的绝缘层，并且通过消耗硅层和第二类型掺杂剂的一 部分来生长在硅层上方形成的该初始绝缘层。附图说明参考结合附图的下面的描述可以理解所公开的主题，在附图中相 似的附图标记标明相似的元件，并且在附图中图1A、 1B和1C在概念上示出了用于形成pnp双极晶体管的集电 极的传统技术；图2 A示意性示出了作为在热氧化之前到传统pnp双极晶体管的 氧化物层和硅层中的深度的函数的掺杂剂浓度；图2B示意性示出了作为在用来形成传统pnp双极晶体管的热氧 化工艺之后到氧化物层和硅层中的深度的函数的掺杂剂浓度；图3A示意性示出了可以用来形成双极晶体管的集电极的在氧化 物层和硅层之间的掺杂剂浓度的一个示例性实施例；图3B描绘了在第二掺杂工艺被用来将附加掺杂剂注入到硅层中 之后的掺杂剂浓度；以及图3C描绘了在热处理已经被用来热生长氧化物层之后的掺杂剂浓度。虽然所公开的主题容易进行各种修改和具有可替代的形式，但是描述了该具体实施例。然而，应当理解，在这里的具体实施例的描述 并不意图来将所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成双极晶体管的ｐ阱的方法，包含以下步骤：　执行第一注入工艺以在硅层中注入第一类型的掺杂剂，所述硅层掺杂有与第一类型相反的第二类型的掺杂剂，所注入的掺杂剂在所述硅层中具有第一掺杂剂分布；　执行第二注入工艺，以便在所述硅层中注 入附加的第一类型的掺杂剂，附加的所注入的掺杂剂在所述硅层中具有第二掺杂剂分布，所述第二掺杂剂分布不同于所述第一掺杂剂分布；以及　通过消耗所述硅层和第一类型掺杂剂的一部分来在所述硅层上方生长绝缘层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TJ克鲁特西克，CJ斯派尔，
申请(专利权)人：卓联半导体美国公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]