[发明专利]在双极晶体管中反掺杂集电区的方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

双极晶体管包括用n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pnp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1-3×10¹⁵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，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3×10¹⁴到3×10¹⁶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。由垂直的虚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。