БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР Российский патент 1997 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к интегральным схемам /ИС/ большой степени интеграции.

Известен биполярный транзистор, в котором для уменьшения его площади использованы проводники из легированного поликристаллического кремния, самосовмещенные с контактными окнами к области эмиттера, базы и коллектора [1] Уменьшение площади транзистора при этом достигается за счет устранения топологического запаса, компенсирующего неточность совмещения проводников с контактными окнами, что не позволяет достичь высокой степени интеграции.

Наиболее близким к данному изобретению является биполярный транзистор, включающий изолированную полупроводниковую меза-структуру, содержащую область эмиттера, базы и коллектора с изолированными и расположенными на нескольких уровнях проводниками [2] В этой известной конструкции биполярного транзистора достигнуто еще большее уменьшение площади за счет уменьшения зазора между проводниками к областям базы и эмиттера с минимального размера, реализуемого с помощью фотолитографии, до толщины пленки диэлектрика, причем проводники к областям базы и эмиттера располагаются на разных уровнях и отделяются друг от друга диэлектрическими пленками. Недостатком данного транзистора является то, что зазор между проводниками к области эмиттера или базы и проводником к области не уменьшен с минимального размера, реализуемого с помощью фотолитографии, например, до толщины диэлектрической пленки, так как контакт к области коллектора находится за пределами меза-области.

Техническим результатом изобретения является снижение переходного сопротивления базового и эмиттерного контактов и увеличение пробивного напряжения перехода коллектор-база при снижении занимаемой структурной площади.

Этот технический результат достигается тем, что биполярный транзистор, содержит изолированную полупроводниковую меза-структуру, которая в свою очередь содержит область эмиттера, базы и коллектора с низко- и высоколегированными областями, изолированные и расположенные на нескольких уровнях проводники, кроме того в меза-структуре сформированы две изолированные слоем диэлектрика области из легированного поликристаллического кремния, одна из областей расположена в области эмиттера и заглублена в область базы не более, чем на половину толщины области базы, другая расположена в областях эмиттера и базы и заглублена в область коллектора не более, чем на половину толщины высоколегированной области коллектора, при этом посредством областей из легированного поликристаллического кремния области базы и коллектора электрически соединены с соответствующими проводниками.

Оптимальным случаем выполнения биполярного транзистора является условие, когда расстояние между областями из легированного является условие, когда расстояние между областями из легированного поликристаллического кремния равно толщине изолирующего их слоя диэлектрика.

На фиг. 1 представлен разрез структуры биполярного транзистора согласно изобретению; на фиг. 2 ее поперечное сечение.

В полупроводниковой меза-области, окруженной диэлектрическим материалом 1, расположены в области эмиттера 2, базы 3 и высоколегированная (n + слой) область коллектора 4 биполярного транзистора. Под областью базы 3 расположен эпитаксиальный слой n -типа проводимости (низколегированная область коллектора) 5. Проводник первого уровня 6 к области эмиттера присоединен к ней на верхней поверхности меза-структуры. В области эмиттера выполнена канавка, дно которой расположено в области базы, но не глубже, чем на половине толщины базы. Канавка заполнена легированным поликремнием 7, который присоединен к области базы на дне канавки. Проводник второго уровня присоединен к верхней поверхности проводящего материала 7, а через слой этого материала к области базы. В области базы выполнена канавка, дно которой расположено в области коллектора, но не глубже, чем на половине толщины коллектора. Канавка заполнена легированным поликремнием 8, который присоединен к области коллектора на дне канавки. Проводник третьего уровня 9 присоединен к верхней поверхности проводящего материала 8, а через слой этого материала к области коллектора. Проводники к областям эмиттера и базы изолированы друг от друга диэлектрическим материалом 10. Проводники к области базы и коллектора изолированы друг от друга слоем диэлектрика 11.

Предлагаемый биполярный транзистор интегральной схемы обладает высокими усилительными свойствами. В нормальном активном режиме он имеет высокий коэффициент усилия, ввиду отсутствия инжекции через боковую поверхность эмиттера. Его высокие частотные свойства обусловлены малыми емкостями эмиттерного и коллекторного p-n перехода и перехода коллектор-подложка, малым сопротивлением тела коллектора и базы. Данная конструкция биполярного транзистора обеспечивает снижение переходного сопротивления базового и эмиттерного контактов и повышение пробивного напряжения перехода коллектор - база при одновременном снижении занимаемой структурной площади.

Биполярный транзистор, имеющий конструкцию согласно изобретению, может быть изготовлен существующими технологическими методами, например, в технологии изопланара. Канавки при этом создаются методом плазмохимического травления. Изолирующий слой диэлектрика на боковые поверхности канавок наносится методом осаждения из газовой фазы. В качестве проводящего материала для заполнения канавки в области эмиттера может быть использован поликремний, легированный бором. Этот материал обеспечивает надежный электрический контакт к p-области базы и, кроме того, дополнительное ее подлегирование, что в свою очередь уменьшает паразитное сопротивление пассивной базы и улучшает частотные свойства транзистора. В качестве проводящего материала для заполнения канавки в области базы может быть использован поликремний, легированный мышьяком. Материалом для проводников второго и третьего уровней к областям базы и коллектора удобно выбрать алюминий, обладающий высокой электропроводностью и создающий невыпрямляющий контакт к легированному поликремнию, как p -, так и n типа. Заполнение канавок поликремнием производится одним из известных способов.

Использование: микроэлектроника, интегральные схемы большой степени интеграции. Сущность изобретения: биполярный транзистор, сформированный в изолированной полупроводниковой меза-структуре, содержит области эмиттера, базы и коллектора с низко- и высоколегированными областями и изолированными и расположенными на нескольких уровнях проводниками. Транзистор дополнительно содержит две изолированные слоем диэлектрика области из легированного поликристаллического кремния. Одна из этих областей расположена в области эмиттера и заглублена в область базы не более, чем на половину толщины области базы, а другая - в областях эмиттера и базы и заглублена в высоколегированную область коллектора не более, чем на половину толщины области коллектора. Расстояние между областями из легированного поликристаллического кремния равно толщине изолирующего слоя диэлектрика. Посредством областей из легированного поликристаллического кремния области базы коллектора электрически соединены с соответствующими проводниками. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Биполярный транзистор, включающий изолированную полупроводниковую меза-структуру, содержащую области эмиттера, базы и коллектора с низко- и высоколегированными областями и изолированные и расположенные на нескольких уровнях проводники, отличающийся тем, что в меза-структуре сформированы две изолироваанные слоем диэлектрика области из легированного поликристаллического кремния, одна из которых расположена в области эмиттера и углублена в область базы не более чем на половину толщины области базы, а другая расположена в областях эмиттера и базы и углублена в область коллектора не более чем на половину толщины его высоколегированной области, посредством областей из легированного поликристаллического кремния области базы и коллектора электрически соединены с соответствующими проводниками. 2. Транзистор по п. 1, отличающийся тем, что области из легированного поликристаллического кремния расположены одна от другой на расстоянии, равном толщине изолирующего их слоя диэлектрика.