BCD工艺中纵向双极型晶体管.pdf

本发明公开了一种BCD工艺中纵向双极型晶体管，发射区由形成轻掺杂注入区和重掺杂注入区叠加而成，轻掺杂注入区覆盖一个有源区，重掺杂注入区的仅覆盖在有源区的中心区域，在重掺杂注入区的最外侧边缘和轻掺杂注入区的最外侧边缘之间的区域形成由轻掺杂注入区组成的高阻环，高阻环定义出发射区的寄生电阻的大小并在纵向双极型晶体管的工作电流增加时形成负反馈效应，从而能抑制器件在大电流工作时由于正温度效应而产生的正反馈效应，从而能提升器件ICVC曲线的安全工作区。

权利要求书1.  一种BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：纵向双极型晶体管形成硅 衬底上，在所述硅衬底上形成有场氧，由所述场氧隔离出有源区；所述纵向双极型晶 体管包括： 集电区，由形成于所述硅衬底上的第一导电类型深阱组成； 基区，由形成于所述第一导电类型深阱中的第二导电类型阱组成； 发射区，由形成于所述基区表面的第一导电类型轻掺杂注入区和第一导电类型重 掺杂注入区叠加而成，所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的掺杂浓度大于第一 导电类型轻掺杂注入区的掺杂浓度； 所述发射区的第一导电类型轻掺杂注入区覆盖一个所述有源区，令该有源区为第 一有源区，所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的覆盖在所述第一有源区的中心 区域，在所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的最外侧边缘和所述发射区的第一 导电类型轻掺杂注入区的最外侧边缘之间的区域形成由第一导电类型轻掺杂注入区 组成的高阻环，在所述发射区的表面形成有金属硅化物；所述高阻环定义出所述发射 区的寄生电阻的大小并在所述纵向双极型晶体管的工作电流增加时形成负反馈效应， 并利用该负反馈效应抑制所述纵向双极型晶体管的由正温度效应而产生的正反馈效 应。 2.  如权利要求1所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述发射 区的面积为1×1微米2～50×50微米2。 3.  如权利要求1所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述高阻 环的宽度大于0微米小于等于10微米。 4.  如权利要求1所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述纵向 双极型晶体管为NPN三极管，第一导电类型为N型，第二导电类型为P型。 5.  如权利要求4所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述发射 区的N型重掺杂注入区的离子注入的注入剂量为1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为 50KEV～60KEV，注入杂质为砷或磷。 6.  如权利要求4所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述发射 区的N型轻掺杂注入区的离子注入的注入剂量为1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为 2KEV～20KEV，注入杂质为砷或磷。 7.  如权利要求1所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述纵向 双极型晶体管为PNP三极管，第一导电类型为P型，第二导电类型为N型。 8.  如权利要求7所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述发射 区的P型重掺杂注入区的离子注入的注入剂量为1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为 5KEV～20KEV，注入杂质为硼或氟化硼。 9.  如权利要求7所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述发射 区的P型轻掺杂注入区的离子注入的注入剂量为1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为 5KEV～40KEV，注入杂质为硼或氟化硼。 10.  如权利要求1所述的BCD工艺中纵向双极型晶体管，其特征在于：所述基区 所覆盖的区域包括所述第一有源区以及和所述第一有源区相邻的第二有源区，在所述 第二有源区的表面形成有第二导电类型重掺杂注入区，在该第二导电类型重掺杂注入 区表面形成有金属硅化物，通过该金属硅化物和顶部的金属连接引出基极；所述集电 区所覆盖的区域包括所述第一有源区、所述第二有源区以及和所述第二有源区相邻的 第三有源区，在所述第三有源区中形成第一导电类型阱，在该第一导电类型阱的表面 形成有第一导电类型重掺杂注入区，在该第一导电类型重掺杂注入区表面形成有金属 硅化物，通过该第三金属硅化物和顶部的金属连接引出集电极。

说明书BCD工艺中纵向双极型晶体管
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种BCD工艺中纵向双极型晶 体管。
背景技术
为了减少接触电阻，现有深亚微米BCD工艺中纵向双极型晶体管如NPN三极管的 发射极由N+上面盖金属硅化物组成，深亚微米是指0.25微米以下。如图1所示，是 现有BCD工艺中纵向双极型晶体管的剖面结构图，下面以NPN三极管为例说明如下， 现有BCD工艺中的NPN三极管包括：
P型硅衬底101，在所述P型硅衬底101中形成有N型埋层（NBL）102和P型埋 层（PBL）103，在所述硅衬底101的表面形成有浅沟槽场氧（STI）104，由浅沟槽场 氧104隔离出有源区。
由N型深阱（DNW）105组成器件的集电区，集电区的底部和N型埋层102接触。
由形成于集电区105中的P阱（PW）106组成器件的基区。
由形成于所述基区106表面的N+区107组成器件的发射区，所述发射区107覆盖 了一个有源区，在所述发射区107的表面形成有金属硅化物108a，并通过金属硅化物 108a顶部形成的金属接触孔和顶部金属层实现发射极的引出。
所述基区106的覆盖范围包括了所述发射区107所覆盖有源区以及该有源区的邻 近有源区，在该邻近有源区中形成有P+区109，在该P+区109的表面形成有金属硅化 物108b，并通过金属硅化物108b顶部形成的金属接触孔和顶部金属层实现基极的引 出。
所述集电区105的覆盖范围包括了所述基区106所覆盖的所有有源区以及该所述 基区106的最外侧有源区相邻的有源区，在该有源区中形成有N阱110，在所述N阱 110中形成有N+区111，在该N+区111的表面形成有金属硅化物108c，并通过金属硅 化物108c顶部形成的金属接触孔和顶部金属层实现发射极的引出。
所述P型埋层103围绕在所述N型埋层102的周围，在所述P型埋层102的顶部 形成有P型深阱112，在所述P型深阱112中形成有P阱113，在所述P阱113的顶 部形成有P+区114，在该P+区114的表面形成有金属硅化物108d，并通过金属硅化 物108d顶部形成的金属接触孔和顶部金属层实现衬底电极的引出。
当现有NPN三极管的集电极接正电压，器件工作在正向大电流应用时，器件温度 会升高。由于NPN三极管正温度系数的效应，会产生更大的输出电流，这个现象使得 NPN三极管的电流电压曲线即集电极电流（IC）集电极电压（VC）曲线的安全工作区 （SOA）减小。如图2所示，是现有BCD工艺中纵向双极型晶体管的电流电压曲线； 该电流电压曲线为在基极电流选定一固定值时的集电极电流和集电极电压之间的曲 线，从虚线框115所示区域可知，器件工作在正向大电流时，大电流会使器件的温度 升高，由于正温度系数效应，温度的升高又会使器件的电流增加，最后形成一正反馈， 使得器件电流快速增加，ICVC曲线的安全工作区减少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种BCD工艺中纵向双极型晶体管，抑制器件 大电流应用时的正反馈效应，提升器件ICVC曲线的安全工作区。
为解决上述技术问题，本发明提供的BCD工艺中纵向双极型晶体管形成硅衬底上， 在所述硅衬底上形成有场氧，由所述场氧隔离出有源区。所述纵向双极型晶体管包括：
集电区，由形成于所述硅衬底上的第一导电类型深阱组成。
基区，由形成于所述第一导电类型深阱中的第二导电类型阱组成。
发射区，由形成于所述基区表面的第一导电类型轻掺杂注入区和第一导电类型重 掺杂注入区叠加而成，所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的掺杂浓度大于第一 导电类型轻掺杂注入区的掺杂浓度。
所述发射区的第一导电类型轻掺杂注入区覆盖一个所述有源区，令该有源区为第 一有源区，所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的覆盖在所述第一有源区的中心 区域，在所述发射区的第一导电类型重掺杂注入区的最外侧边缘和所述发射区的第一 导电类型轻掺杂注入区的最外侧边缘之间的区域形成由第一导电类型轻掺杂注入区 组成的高阻环，在所述发射区的表面形成有金属硅化物；所述高阻环定义出所述发射 区的寄生电阻的大小并在所述纵向双极型晶体管的工作电流增加时形成负反馈效应， 并利用该负反馈效应抑制所述纵向双极型晶体管的由正温度效应而产生的正反馈效 应。
进一步的改进是，所述发射区的面积为1×1微米2～50×50微米2。
进一步的改进是，所述高阻环的宽度大于0微米小于等于10微米。
进一步的改进是，所述纵向双极型晶体管为NPN三极管，第一导电类型为N型， 第二导电类型为P型。
进一步的改进是，所述发射区的N型重掺杂注入区的离子注入的注入剂量为 1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为50KEV～60KEV，注入杂质为砷或磷。
进一步的改进是，所述发射区的N型轻掺杂注入区的离子注入的注入剂量为 1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为2KEV～20KEV，注入杂质为砷或磷。
进一步的改进是，所述纵向双极型晶体管为PNP三极管，第一导电类型为P型， 第二导电类型为N型。
进一步的改进是，所述发射区的P型重掺杂注入区的离子注入的注入剂量为 1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为5KEV～20KEV，注入杂质为硼或氟化硼。
进一步的改进是，所述发射区的P型轻掺杂注入区的离子注入的注入剂量为 1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为5KEV～40KEV，注入杂质为硼或氟化硼。
进一步的改进是，所述基区所覆盖的区域包括所述第一有源区以及和所述第一有 源区相邻的第二有源区，在所述第二有源区的表面形成有第二导电类型重掺杂注入 区，在该第二导电类型重掺杂注入区表面形成有金属硅化物，通过该金属硅化物和顶 部的金属连接引出基极；所述集电区所覆盖的区域包括所述第一有源区、所述第二有 源区以及和所述第二有源区相邻的第三有源区，在所述第三有源区中形成第一导电类 型阱，在该第一导电类型阱的表面形成有第一导电类型重掺杂注入区，在该第一导电 类型重掺杂注入区表面形成有金属硅化物，通过该第三金属硅化物和顶部的金属连接 引出集电极。
本发明通过在发射区的重掺杂区的周侧设置轻掺杂区，能够在发射区的重掺杂区 的周侧形成高阻环，高阻环产生的寄生电阻能在器件大电流工作时提供一负反馈效 应，从而能抑制器件在大电流工作时由于正温度效应而产生的正反馈效应，从而能提 升器件ICVC曲线的安全工作区。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有BCD工艺中纵向双极型晶体管的剖面结构图；
图2是现有BCD工艺中纵向双极型晶体管的电流电压曲线；
图3是本发明实施例一BCD工艺中纵向双极型晶体管的剖面结构图；
图4A-图4C是本发明实施例一的发射极寄生电阻的示意图；
图5A-图5C本发明实施例一BCD工艺中纵向双极型晶体管的制造过程中的剖面结 构图。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例一BCD工艺中纵向双极型晶体管的剖面结构图；本 发明实施例一BCD工艺中纵向双极型晶体管为NPN三极管，本发明实施例一BCD工艺 中纵向双极型晶体管形成在P型硅衬底1上，在所述硅衬底1中形成有N型埋层2和 P型埋层3，在所述硅衬底1上形成有场氧4，由所述场氧4隔离出有源区；本发明实 施例一中的所述场氧4采用浅沟槽场氧（STI），在其它实施例中也能采用局部场氧 （LOCOS）。
所述纵向双极型晶体管包括：
集电区5，由形成于所述硅衬底1上的N型深阱5组成。
基区6，由形成于所述N型深阱5中的P型阱6组成。
发射区，由形成于所述基区6表面的N型轻掺杂注入区即NLDD区8和N型重掺 杂注入区即N+区7叠加而成，所述发射区的N型重掺杂注入区7的掺杂浓度大于N 型轻掺杂注入区8的掺杂浓度。较佳为，所述发射区的面积为1×1微米2～50×50 微米2。所述发射区的N型重掺杂注入区7的离子注入的注入剂量为1E15CM-2～5E15CM-2, 注入能量为50KEV～60KEV，注入杂质为砷或磷。所述发射区的N型轻掺杂注入区8 的离子注入的注入剂量为1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为2KEV～20KEV，注入杂质为 砷或磷。
如虚线框15所围区域所示，所述发射区的N型轻掺杂注入区8覆盖一个所述有 源区，令该有源区为第一有源区，所述发射区的N型重掺杂注入区7的覆盖在所述第 一有源区的中心区域，在所述发射区的N型重掺杂注入区7的最外侧边缘和所述发射 区的N型轻掺杂注入区8的最外侧边缘之间的区域形成由N型轻掺杂注入区8组成的 高阻环；较佳为，所述高阻环的宽度大于0微米小于等于10微米。在所述发射区的 表面形成有金属硅化物（未示出）；较佳为，通过金属硅化物顶部形成的金属接触孔 和顶部金属层实现发射极的引出。所述高阻环定义出所述发射区的寄生电阻的大小并 在所述纵向双极型晶体管的工作电流增加时形成负反馈效应，并利用该负反馈效应抑 制所述纵向双极型晶体管的由正温度效应而产生的正反馈效应。
所述基区6所覆盖的区域包括所述第一有源区以及和所述第一有源区相邻的第二 有源区，在所述第二有源区的表面形成有P型重掺杂注入区即P+区9，在该P型重掺 杂注入区9表面形成有金属硅化物，通过该金属硅化物和顶部的金属连接引出基极； 较佳为，通过金属硅化物顶部形成的金属接触孔和顶部金属层实现发射极的引出。
所述集电区5所覆盖的区域包括所述第一有源区、所述第二有源区以及和所述第 二有源区相邻的第三有源区，在所述第三有源区中形成N型阱10，在该N型阱10的 表面形成有N型重掺杂注入区11，在该N型重掺杂注入区11表面形成有金属硅化物， 通过该第三金属硅化物和顶部的金属连接引出集电极；较佳为，通过金属硅化物顶部 形成的金属接触孔和顶部金属层实现发射极的引出。
所述P型埋层3围绕在所述N型埋层2的周围，在所述P型埋层2的顶部形成有 P型深阱12，在所述P型深阱12中形成有P阱13，在所述P阱13的顶部形成有P+ 区14，在该P+区14的表面形成有金属硅化物，通过该金属硅化物顶部形成的金属接 触孔和顶部金属层实现衬底电极的引出。
图4A-图4C是本发明实施例一的发射极寄生电阻的示意图；其中图4A对应于图 1所述的现有器件的发射区及其接触的结构示意图，可知整个发射区107都为N+区， 发射区107的各处的寄生电阻较小。其中图4B对应于图3所述的本发明实施例一器 件的发射区结构示意图，可知只有发射区的中间区域由N+区7组成，N+区7的周侧为 NLDD区8组成，NLDD区8为轻掺杂从而具有较大的寄生电阻Re，所以会在所述发射 区的N+区7外周形成一高阻环。如图4C所示，本发明实施例一的工作示意图，器件 工作时，集电极（C）加正电压，基极（B）和发射极（E）都接地，由于高阻环的寄 生电阻Re的存在，发射极是通过寄生电阻Re接地的，由于寄生电阻Re的存在，当 器件的集电极电流增加时，寄生电阻Re上的压降也增加，集电极和发射极之间的压 降降低，从而使得集电极的电流下降，从而形成一负反馈效应机制。由本发明实施例 一的高阻环的寄生电阻Re带来的负反馈效应机制能够有效抑制在大电流工作时由于 正温度效应引起的正反馈，从而能提升器件的ICVC曲线的安全工作区。
如图5A至图5C所示，是本发明实施例一BCD工艺中纵向双极型晶体管的制造过 程中的剖面结构图。
如图5A所示，在形成发射区之前，需要在所述硅衬底1中形成所述N型埋层2、 所述P型埋层3、所述场氧4、所述集电区5、所述基区6、所述N型阱10、所述P 型深阱12和P阱13。之后形成光刻胶图形16a打开所述第一有源区，在所述第一有 源区的所述基区6的表面进行NLDD注入即NLDD imp形成所述发射区NLDD区8。所述 发射区的N型轻掺杂注入区8的离子注入的注入剂量为1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量 为2KEV～20KEV，注入杂质为砷或磷。
如图5B所示，形成光刻胶图形16b打开需要形成N+区区域并进行N+注入即N+imp 形成所述发射区的N型重掺杂注入区7、所述N型阱10的表面的N型重掺杂注入区 11，该N+注入的注入剂量为1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为50KEV～60KEV，注入杂质 为砷或磷。
如图5C所示，形成光刻胶图形16C打开需要形成P+区区域并进行P+注入即P+imp 形成所述基区6表面的所述P+区9以及所述P阱13表面的所述P+区14。
上述步骤中每次注入完成之后都需要去除对应的光刻胶。之后在形成所述金属硅 化物，层间膜，金属接触孔和顶部金属层。
本发明实施例二BCD工艺中纵向双极型晶体管为PNP三极管，本发明实施例二和 本发明实施例一的区别之处是，各掺杂区掺杂类型正好相反，发射区是P型轻掺杂注 入区即PLDD区和P型重掺杂注入区即P+区叠加而成，所述发射区的P+区的掺杂浓度 大于PLDD区的掺杂浓度。较佳为，所述发射区的面积为1×1微米2～50×50微米2。 所述发射区的P+区的离子注入的注入剂量为1E15CM-2～5E15CM-2,注入能量为5KEV～ 20KEV，注入杂质为硼或氟化硼。所述发射区的PLDD区的离子注入的注入剂量为 1E13CM-2～9E14CM-2,注入能量为5KEV～40KEV，注入杂质为硼或氟化硼。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这 些也应视为本发明的保护范围。