雙極結型晶體管(bjt)及其形成方法

專利名稱：雙極結型晶體管(bjt)及其形成方法
技術領域：
本發明涉及一種雙極結型晶體管(BJT)。更特別地，本發明涉及具有第二淺溝槽隔離(STI)區的BJT及其形成方法，所述第二淺溝槽隔離(STI)區以不超過90°的底切角與這種BJT的有源基極區底切。
背景技術：
圖1示出了常規雙極結型晶體管(BJT)，其典型地包括發射極、集電極、有源基極和非本征基極。集電極形成在一對淺溝槽隔離(STI)區之間的半導體襯底的表面中，所述一對淺溝槽隔離(STI)區將BJT的集電極與位于襯底表面中的其它器件結構電隔離。典型地由硅和鍺硅形成的有源基極位于集電極之上，但在發射極之下，且其與集電極和發射極都形成機械和電接觸。與發射極相鄰的非本征基極位于有源基極的部分和STI區的部分的上方。發射極典型地為T形發射極。這種T形發射極的肩部截面位于非本征基極區的上方，而其腿部截面延伸通過非本征基極，并接觸有源基極的上表面。發射極和非本征基極通過絕緣層(IS)和側壁間隔層(SP)相互電隔離。
如圖1中所示，這種常規BJT的基極-集電極電容是以下幾部分的和(1)在有源區域(其通過發射極開口而限定)內的集電極和有源基極之間的電容，(2)在有源區域外且在STI區內的集電極與有源和非本征基極之間的電容，以及(3)穿過STI區的集電極與非本征基極之間的電容。
基極-集電極電容對BJT器件的最大振蕩頻率(fmax)和截止頻率(fT)具有顯著的影響，最大振蕩頻率(fmax)和截止頻率(fT)是用于BJT器件的操作速度的最具代表性的度量。因此，使基極-集電極電容最小化可以有效地改進BJT器件的操作速度。
基極-集電極電容的非本征分量包括總基極-集電極電容的一大半，所述基極-集電極電容的非本征分量是在有源區域外的集電極與有源/非本征基極之間的電容，且典型地被稱作寄生電容。因此，寄生電容的減少將帶來fmax和fT的顯著改進，并將有效地提高BJT器件的操作速度。
因為BJT器件的寄生電容是由在有源區域外的有源/非本征基極和集電極之間的重疊而引起的，一種用于減少寄生電容的可能的方法是減少這種基極-集電極的重疊。然而，因為以下兩個原因，基極-集電極重疊的最小化是困難的(1)典型地用于制造有源/非本征基極的光刻工藝受到套刻(overlay)和對準容差的限制，以及(2)通過減少非本征的重疊區域，對應地增加了基極電阻，這是影響BJT性能的另一關鍵因素。
因此，需要一種改進的BJT結構，其特征在于減小的寄生電容，而沒有對應減少的基極電阻。還需要一種在降低的成本下以高精度來制造這種改進的BJT結構的方法。

發明內容
一方面，本發明涉及一種雙極結型晶體管(BJT)，其包括集電極區，位于半導體襯底的表面中并與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰；有源基極區，位于集電極區上并具有上表面和下表面；非本征基極區，位于有源基極區上并位于該STI區上方；發射極區，至少具有延伸通過非本征基極區并與有源基極區的上表面接觸的部分；以及第二STI區，從第一STI區延伸到集電極區中，并以不大于約90°的底切角與有源基極區的一部分底切。
這里使用的用語“底切角”指的是由第二STI區的兩個相交表面限定的角度。具體地，這兩個表面中的第一個直接與有源基極區的下表面接觸，而這兩個表面中的第二個直接與集電極區接觸。注意到，還可以通過和第二STI區直接接觸的集電極區的側壁表面與有源基區的下表面來限定底切角。
在本發明的一個特定實施例中，底切角約為90°。第二STI區優選地但并非必需地具有基本矩形的橫截面。
在本發明的一個可替選實施例中，底切角小于90°，且優選地不大于約54.7°。第二STI區優選地但并非必需地具有基本三角形的橫截面。
這里使用的用語“基本矩形”或“基本三角形”指的是整體上類似矩形或三角形的形狀，但這種形狀可以包含與理想的矩形或三角形的定義有所偏離的區域或截面。
本發明的另一方面涉及一種用于形成上述BJT的方法，所述BJT包含第二STI區，該第二STI區具有底切角小于90°的基本三角形的橫截面。該方法至少包括以下步驟提供包括與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰的集電極區的半導體襯底表面；選擇性地將集電極區的上表面多孔化，以形成與多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面；在集電極區的多孔和非多孔表面截面上方都形成有源基極區；選擇性地刻蝕有源基極區和集電極區的邊緣，以在第一STI區和集電極區之間形成凹口區，其中暴露集電極區的多孔表面截面的側壁；從凹口區各向異性地刻蝕集電極區，以去除多孔表面截面和其下方的集電極區的截面，由此形成具有基本三角形橫截面的腔并以小于約90°的底切角與有源基極區的一部分底切；以及利用絕緣材料至少部分地填充腔，以形成從第一STI區延伸到集電極區中的第二STI區，其中第二STI區具有基本三角形的橫截面并以小于約90°的底切角與有源基極區的一部分底切。
優選地但并非必需地，通過以下步驟來選擇性地將集電極區的上表面多孔化對集電極區的上表面進行選擇性地摻雜，以形成與未摻雜表面區相鄰的摻雜表面區；以及化學或電化學地刻蝕摻雜表面區，以形成多孔表面截面，其中未摻雜表面區形成與多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面。
此外，當集電極區包括硅時，優選地通過使用基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝來進行各向異性刻蝕，該濕法刻蝕工藝在硅的(111)方向上沿著硅的(100)和(110)方向選擇性地刻蝕硅。
本發明的又一方面涉及一種用于形成上述BJT的方法，所述BJT包含第二STI區，其具有底切角約90°的基本矩形的橫截面。該方法至少包括以下步驟提供包括與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰的集電極區的半導體襯底表面；選擇性地將集電極區的上表面多孔化，以形成與多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面；在集電極區的多孔和非多孔表面截面的上方都形成有源基極區；選擇性地刻蝕有源基極區和集電極區的邊緣，以在第一STI區和集電區之間形成凹口區，其中暴露集電極區的多孔表面截面的側壁；通過氧化和/或氮化來處理集電極區的多孔表面截面，以形成具有基本矩形的橫截面的第二STI區，并以約90°的底切角與有源基極區的一部分底切；以及利用絕緣材料至少部分地填充凹口區，由此連接第一STI區與第二STI區。
優選地，通過氧化來處理集電極區的多孔表面部分，使得產生的第二STI區包括氧化物或部分氧化物。可替選地，通過氮化來處理集電極區的多孔表面截面，使得產生的第二STI區包括氮化物。此外，可以通過氧化和氮化來處理集電極區的多孔表面截面，以形成包括氮氧化物的第二STI區。
通過以下的公開內容和所附權利要求，本發明的其它方面、特征和優勢將更為明顯。


圖1示出了常規的BJT器件。
圖2A示出了根據本發明的一個實施例的、包括具有小于90°的底切角的第二STI區的BJT器件的部分視圖。
圖2B示出了根據本發明的一個實施例的、包括具有約90°的底切角的第二STI區的BJT器件的部分視圖。
圖3示出了通過基于氫氧化物的各向異性刻蝕工藝而形成的鉆石形腔的橫截面圖片視圖。
圖4A-4I示出了根據本發明一個實施例的用于形成第二STI區的工藝步驟，所述第二STI區具有底切角小于90°的基本三角形的橫截面。
圖5A-5D示出了根據本發明一個實施例的用于形成第二STI區的工藝步驟，所述第二STI區具有底切角約90°的基本三角形的橫截面。
具體實施例方式
在以下描述中，將闡明一些特定的細節，諸如具體結構、組件、材料、尺寸、工藝步驟和技術，以提供對本發明的徹底的理解。然而，本領域普通技術人員將認識到，可以在沒有這些特定細節的情況下來實施本發明。在其它情況中，沒有詳細地描述一些熟知的結構或工藝步驟，以便避免使本發明不清楚。
應理解，當如層、區或襯底的元件被稱為在另一元件“上”或“上方”時，它可以直接地在另一元件“上”或“上方”，或者也可以出現插入的元件。相反，當元件被稱為“直接地”在另一元件“上”或“上方”時，則沒有出現插入的元件。還應理解，當元件被稱為“連接”或“耦合”到其它元件時，它可以直接地連接或耦合到其它元件，或者也可以出現插入的元件。相反，當元件被稱為“直接地連接”或“直接地耦合”到其它元件時，則沒有出現插入的元件。
本發明提供了一種包括STI延伸區的改進的BJT結構，用于將在BJT器件的有源區域以外的集電極和有源/非本征基極之間的寄生電容最小化。這種STI延伸區在常規STI區和集電極區之間延伸，同時以不大于90°的底切角與有源基極區的一部分底切。此后，將STI延伸區稱作第二STI區，以區別于常規STI區，此后將常規STI區稱為第一STI區。
現在將通過參考附圖2A和2B來更為詳細地圖示具有本發明的這種第二STI區的示例性BJT。應注意，在這些沒有按比例繪制的附圖中，相同和/或對應元件由相同的標號來標記。
圖2A示出了根據本發明的一個實施例而制造的示例性BJT 10的部分橫截面視圖。具體地，BJT 10制造在半導體襯底11上方。BJT 10的集電極區12位于半導體襯底11的上表面中，并與第一STI區14相鄰。BJT 10的有源基極區20形成在集電極區1 2的上方，而BJT 10的非本征基極區24形成在有源基極區20的外部部分的上方。T形發射極30的腿部分(圖2A中只有部分可見)延伸通過非本征基極區24，并直接接觸有源基極區20的上表面。絕緣層26和側壁間隔層28、29用以將非本征基極區24與T形發射極30電隔離。
圖2A進一步示出了在第一STI區14和集電極區12之間延伸的第二STI區15。第二STI區15以小于90°的底切角(α)與有源基極區的外部部分底切，所述底切角(α)通過與有源基極區20的下表面直接接觸的第一表面15A和與集電極區12直接接觸的第二表面15B來限定。
圖2A中所示的第二STI區的這種配置可以有效地減少在有源區域(其通過發射極開口來限定)以外的集電極區12和有源/非本征基極20、24之間的寄生電容，而沒有顯著地增加BJT器件10的電阻。
圖2B示出了根據本發明的另一個實施例而制造的另一示例性BJT10’的部分橫截面視圖。具體地，BJT 10’包括與圖2A的BJT 10基本相同的部件，除了BJT 10’的第二STI區15’以約90°的底切角(α’)與有源基極區的外部部分底切，所述底切角(α’)由與有源基極區20的下表面直接接觸的第一表面15A’和與集電極區12直接接觸的第二表面15B’來限定。因此，第二STI區15’具有為基本矩形的橫截面形狀。
圖2B中所示的第二STI區的這種配置也可以減少在有源區域以外的集電極區12和有源/非本征基極20、24之間的寄生電容，而不顯著地增加BJT器件10’的基極電阻。
為了制造上述本發明的BJT器件，重要的是提供一種能夠精確地限定具有期望底切角的第二STI區的方法。
一種用于形成第二STI區的可能的方法涉及通過使用基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝在有源基極區(其典型地由單晶硅或鍺硅形成)的上方選擇性地刻蝕集電極區(其典型地由單晶硅形成)，以形成以期望的底切角與有源基極區底切的腔，隨后利用絕緣材料來填充該腔，由此形成第二STI區。基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝采用氫氧化銨(NH4OH)作為刻蝕劑，其相對于鍺硅具有對硅的高刻蝕選擇性，且因此可以用于選擇性地刻蝕集電極區，而不損壞有源基極區。
然而，基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝是各向異性工藝，且其刻蝕速率明顯地受到硅的特定晶向的影響。例如，沿著硅的(100)和(110)方向的刻蝕速率遠大于沿著硅的(111)方向的速率。當使用基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝來刻蝕集電極區時，該集電極區典型地包括具有水平和垂直排列的(100)和(110)表面以及對角排列的(111)表面的單晶硅，刻蝕在水平和垂直方向上明顯較快地進行，但在對角方向上相對較慢。因而，在集電極區中典型地形成了具有鉆石形橫截面的腔，其以明顯大于90°的鈍角的底切角與有源基極區底切。
圖3示出了通過上述的基于氫氧化物的各向異性刻蝕工藝而形成的鉆石形腔45的橫截面圖片視圖。腔45位于和第一STI區44相鄰的Si集電極區42中，并和要形成的BJT器件的SiGe有源基極區50底切。
形成在這種鉆石形腔中的第二STI區產生了僅略微減小的集電極-基極電容，但明顯增加了基極電阻并對產生的BJT的器件性能具有不利的影響。此外，鉆石形腔的寬度和長度由沿著硅的(100)和(110)方向的刻蝕速率確定。因此，它們彼此密切相關且不能按照期望來獨立地調整。為了在SiGe或硅有源基極區50之下形成更大的底切，還必須在水平和垂直方向上都進行刻蝕，這對第二STI區的最優設計(scaling)提出了挑戰。
本發明通過使用多孔硅結構來精確地限定具有期望底切角的第二STI區，解決了上述的問題。具體地，在要形成的BJT器件有源區域以外的集電極區中設置具有獨立限定的寬度和深度的多孔硅結構。然后將有源基極區形成在集電極區的上方，同時使有源基極區的一部分覆在多孔硅結構上。隨后，將多孔硅結構刻蝕掉或通過氧化/氮化將其轉換，以形成期望的第二STI區。多孔硅結構的形狀相應地且精確地確定了這樣形成的第二STI區的形狀以及底切角。
圖4A-4I示出了根據本發明一個實施例的用于形成如圖2A中所示的示例性第二STI區的工藝步驟。
首先參考圖4A，其示出了半導體襯底101，該半導體襯底101包括在其上表面中與第一STI區104相鄰的集電極區102。半導體襯底101可以包括任何的半導體材料，其包括但不限于Si，SiC，SiGe，SiGeC，Ge合金，GaAs，InAs，InP以及其它III-V或II-VI族化合物半導體。半導體襯底101還可以包括有機半導體結構、如Si/SiGe的分層半導體結構、絕緣體上硅結構或絕緣體上SiGe結構。在本發明的優選實施例中，半導體襯底101包括含Si的半導體材料，即包括硅的半導體材料。更為優選地，半導體101的上表面包括單晶硅，在所述半導體101的上表面中設置了集電極區102。半導體襯底101可以是摻雜、未摻雜或包含其中摻雜和未摻雜的區域(未示出)。
第一STI區104形成在半導體襯底101的上表面中，以將集電極區102與形成在半導體襯底101中的其它器件結構隔離。第一STI區104可以包括任意適當的絕緣材料，包括但不限于氧化物、氮化物和氮氧化物，且其可以容易地利用本領域技術人員熟知的常規溝槽隔離工藝來形成。例如，在形成第一STI區104時可以使用光刻、刻蝕以及利用溝槽電介質的溝槽的填充。任選地，可以在溝槽填充前在溝槽中形成襯墊(liner)，在溝槽填充后執行致密化步驟，也可以在溝槽填充之后執行平坦化工藝。
接著，在半導體襯底101的上表面上形成構圖的電介質硬掩膜層106。優選地通過光刻和刻蝕來對電介質硬掩膜106進行構圖。例如，首先將光致抗蝕劑(未示出)施加到電介質硬掩膜層106的上表面，隨后將光致抗蝕劑暴露到期望圖案的輻射，并利用常規的抗蝕劑顯影劑來顯影曝光的光致抗蝕劑。然后，利用一個或多個濕法或干法刻蝕步驟，將光致抗蝕劑的圖案轉移到電介質掩膜層106。然后在完成刻蝕之后去除構圖的光致抗蝕劑。如圖4B中所示，構圖的電介質硬掩膜層106特別地限定了曝光表面區108，該曝光表面區108圍繞著由電介質硬掩膜層106覆蓋的保護表面區109。
然后，將在集電極區102中的曝光表面區108選擇性地多孔化，以形成多孔表面區108。在本發明中，為了將曝光表面區108多孔化，可以使用任意合適的多孔化技術。優選地但不是必需地，首先利用p型摻雜劑物質來摻雜曝光表面區108，以形成摻雜表面區108，然后通過HF陽極化處理溶液化學地或電化學地刻蝕摻雜表面區108，以形成多孔表面區108。可替選地，對曝光表面區108照射激光束，同時通過HF陽極化處理溶液電化學地刻蝕，以形成多孔表面區108。
基于HF的陽極化是形成多孔Si和如Ge和GaAs的其它多孔半導體的公知且一般接受的技術。具體地，在包含HF的陽極化池中執行，在所述池中浸入半導體襯底101并將其正向偏置。所述池還包括負向偏置的電極。在本發明中，在形成多孔表面截面108時還可以使用其它公知的陽極化設備，只要其設計為允許電流以均勻的密度流過半導體襯底101的整個表面區域即可。
優選地，多孔表面區108的平均多孔度為大于40％，更為優選地從約50％至約80％。通過改變摻雜劑濃度、陽極化處理溶液的HF濃度、激光照射強度、電流密度等，可以根據特定的應用需要來容易地調整精確的多孔度。
如圖4C中所示，在多孔化步驟之后，去除構圖的電介質硬掩膜層106，以暴露保護表面區109，表面區109是非多孔的且通過多孔表面區108來限定。任選地，可以在氫氣流下以600℃和1100℃之間的溫度來對多孔表面區108進行退火。這在多孔硅的表面上形成了將允許有源基極層較好生長的晶體硅“表層”。
然后，如圖4D中所示，在包括非多孔表面區109和多孔表面區108的集電極區102的上方形成有源基極層110。盡管有源基極層100可以包括任意合適的半導體材料，但優選地，其包括單晶鍺硅。更為優選地，有源基極層110包括漸變Ge含量的剖面(即，在SiGe有源基極層110中Ge含量變化)，這種其中最高漸變Ge含量剖面具有小于或等于30％的原子百分比數的最高Ge組分。有源基極層110中的這種漸變Ge組分含量的剖面沿著其中電子流動的方向建立了具有降低的帶隙的漂移場(drift field)。可以通過任意合適的化學汽相淀積(CVD)技術采形成有源基極層110，且優選地，采用低溫外延(LTE)CVD工藝來形成有源基極層110。LTE CVD工藝是本領域中熟知的工藝，且已經廣泛地用于形成BJT器件的有源基極，所以為了避免使本發明不清楚，這里不再討論與LTE CVD相關的工藝細節。
圖4E示出了隨后在有源基極層110的上方形成第二掩膜層112。第二掩膜層112用以屏蔽要形成的BJT器件的有源區域，且其可以包括任意合適的屏蔽材料。優選地，第二掩膜層112包括氮化硅。
圖4F示出了使用第二掩膜層112對有源基極層110和集電極區102的選擇性刻蝕。將器件有源區域以外的有源基極層110和集電極區102的邊緣選擇性地去除，以形成凹口區113，其位于第一STI區104和集電極區102之間。由此暴露了與凹口區112相鄰的多孔表面截面108的側壁。可以通過任意適當的干法或濕法刻蝕工藝來進行選擇性的刻蝕，且優選地，在本發明中使用反應離子刻蝕(RJE)來刻蝕凹口區113。
隨后，在凹口區113中進行基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝。首先通過這種基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝去除多孔表面截面108，隨后去除在多孔表面截面108之下的集電極區102的一部分。由于如上所述的基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝的各向異性性質，形成了具有基本矩形橫截面的腔113’，如圖4G中所示，腔113’以小于90°的底切角α與有源基極層110的一部分底切。
應注意到，在這個特定實施例中，腔113’的寬度與多孔表面截面108的寬度相關，而腔113’的深度與凹口區113的深度以及多孔表面截面108的厚度相關。因此，可以獨立地調整腔113’的寬度和深度，以提供任意期望角度的底切角α。優選地，底切角不大于約60°。
然后如圖4H中所示，利用絕緣材料來至少部分地填充腔113’，且優選為完全填充，從而形成第二STI區115，該第二STI區115在第一STI區104和集電極區102之間延伸并以小于90°的底切角α與有源基極層110底切。用于形成第二STI區115的絕緣材料可以是任意適當的絕緣材料，包括但不限于氧化物、氮化物、氮氧化物，且可以和包含在第一STI區104中的絕緣材料相同或不同。
隨后，如圖4I中所示，將第二掩膜層112從有源基極層110去除，并可以進行任選的化學機械拋光步驟來將第一STI區104、第二STI區115以及有源基極層110的各個上表面平坦化。
然后可以通過使用常規的BJT工藝步驟，在圖4I中所示的結構上方制造BJT器件的其它部件，這些常規的BJT工藝步驟在本領域中是公知的且因而不再詳細描述。
圖5A至圖5D示出了根據本發明一個替選實施例的用于形成如圖2B所示的另一示例性第二STI區的工藝步驟。
具體地，首先通過使用與圖4A至圖4F中所示相同的工藝步驟來形成圖5A中所示的凹口區113，以暴露多孔表面截面108的側壁。然后，通過氧化和/或氮化來處理多孔表面截面108。以此方式，將包含在多孔表面截面108中的半導體材料轉換成絕緣材料(諸如氧化物，部分氧化物，氮化物，或氮氧化物)，由此如圖5B中所示，形成第二STI區115’，其以基本直角的底切角來與有源基極層110底切。
應注意，這樣形成的第二STI區115’具有類似多孔表面截面108的矩形截面的形狀。因為多孔表面截面108具有可獨立限定的寬度和深度，所以可以以獨立的方式來相應地調整第二STI區115’的寬度和深度，以實現期望的器件性能。
如圖5C中所示，在氧化和/或氮化后，利用絕緣材料至少部分地填充凹口區113，并由此連接第一STI區104和第二STI區115’。隨后，如圖5D中所示，從有源基極層110去除第二掩膜層112，并可以進行任選的化學機械拋光步驟來將第一STI區104、第二STI區115’以及有源基極層110的各個上表面平坦化。
然后可以通過使用常規的BJT工藝步驟，在圖5D中所示的結構上方制造BJT器件的其它部件，這些常規的BJT工藝步驟在本領域中是公知的且因而不再詳細描述。
盡管圖2A至圖5D根據本發明的特定實施例，示例性地說明了用于BJT器件的示例性的第二STI結構及制造第二STI結構的示例性工藝步驟，但應清楚的是，本領域普通技術人員可以根據上述描述，針對適應特定應用的需求來容易地修改這里示例的結構和工藝步驟。因此，應認識到本發明不限于以上所示的特定實施例，而是可以延伸到任何其它的修改、變化、應用和實施例，且相應地將所有的這種修改、變化、應用和實施例都視作在本發明的精神和范圍內。
權利要求
1.一種雙極結型晶體管(BJT)，包括集電極區，位于半導體襯底表面中并與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰；有源基極區，位于所述集電極區上并具有上表面和下表面；非本征基極區，位于所述有源基極區上；發射極區，至少具有延伸通過所述非本征基極區并與所述有源基極區的所述上表面接觸的部分；以及第二STI區，在所述第一STI區和所述集電極區之間延伸，并以不大于約90°的底切角與所述有源基極區的一部分底切。
2.如權利要求1的BJT，其中所述底切角約為90°。
3.如權利要求1的BJT，其中所述底切角小于約90°。
4.如權利要求1的BJT，其中所述底切角不大于約54.7°。
5.如權利要求1的BJT，其中所述有源基極區包括包含SiGe的層。
6.如權利要求1的BJT，其中所述發射極為T形發射極，包括位于所述非本征基極區上方的肩部截面和延伸通過所述非本征基極區并與所述有源基極區的所述上表面接觸的腿部截面。
7.如權利要求1的BJT，其中所述第一STI區和所述第二STI區包括相同的絕緣材料。
8.如權利要求1的BJT，其中所述第一STI區和所述第二STI區包括不同的絕緣材料。
9.如權利要求1的BJT，其中所述第二STI區包括選自包含氧化硅、部分氧化硅、氮化硅和氮氧化硅的組中的絕緣材料。
10.如權利要求1的BJT，其中所述第二STI區具有底切角小于約90°的基本三角形的橫截面。
11.如權利要求1的BJT，其中所述第二STI區具有底切角約90°的基本矩形的橫截面。
12.一種用于形成權利要求10的BJT的方法，至少包括提供包括與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰的集電極區的半導體襯底表面；選擇性地將所述集電極區的上表面多孔化，以形成與多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面；在所述集電極區的所述多孔表面截面和非多孔表面截面的上方都形成有源基極區；選擇性地刻蝕所述有源基極區和所述集電極區的邊緣，以在所述第一STI區和所述集電區之間形成凹口區，其中暴露所述集電極區的所述多孔表面截面的側壁；從所述凹口區各向異性地刻蝕所述集電極區，以去除所述多孔表面截面及其下方的所述集電極區的截面，由此形成腔，所述腔具有基本三角形的橫截面并以小于約90°的底切角與所述有源基極區的一部分底切；以及利用絕緣材料來填充所述腔，以形成在所述第一STI區和所述集電極區之間延伸的第二STI區，其中所述第二STI區具有基本三角形的橫截面并以小于約90°的底切角與所述有源基極區的一部分底切。
13.如權利要求12的方法，其中通過以下步驟來選擇性地將所述集電極區的上表面多孔化對所述集電極區的上表面進行選擇性地摻雜，以形成與未摻雜表面區相鄰的摻雜表面區；以及化學或電化學地刻蝕所述摻雜表面區，以形成多孔表面截面，其中所述未摻雜表面區形成與所述多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面。
14.如權利要求12的方法，其中所述集電極區包括硅，且其中通過使用基于氫氧化物的濕法刻蝕工藝來進行所述各向異性刻蝕，所述濕法刻蝕工藝在所述硅的(111)方向上沿著所述硅的(100)和(110)方向選擇性地刻蝕所述硅。
15.如權利要求12的方法，進一步包括將所述第一STI區、所述第二STI區和所述有源基極區平坦化，使得它們相應的上表面基本共面。
16.一種用于形成權利要求11的BJT的方法，至少包括提供包括與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰的集電極區的半導體襯底表面；選擇性地將所述集電極區的上表面多孔化，以形成與多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面；在所述集電極區的所述多孔表面截面和非多孔表面截面的上方都形成有源基極區；選擇性地刻蝕所述有源基極區和所述集電極區的邊緣，以在所述第一STI區和所述集電區之間形成凹口區，其中暴露所述集電極區的所述多孔表面截面的側壁；通過氧化和/或氮化來處理所述集電極區的所述多孔表面截面，以形成第二STI區，所述第二STI區具有基本矩形的橫截面并以約90°的底切角與所述有源基極區的一部分底切；以及利用絕緣材料填充所述凹口區，由此連接所述第一STI區與所述第二STI區。
17.如權利要求16的方法，其中通過以下步驟來選擇性地將所述集電極區的所述上表面多孔化對所述集電極區的上表面進行選擇性地摻雜，以形成圍繞未摻雜表面區的摻雜表面區；以及化學或電化學地刻蝕所述摻雜表面區，以形成多孔表面截面，其中所述未摻雜表面區形成與所述多孔表面截面相鄰的非多孔表面截面。
18.如權利要求16的方法，其中通過氧化來處理所述集電極區的所述多孔表面截面，且其中這樣形成的所述第二STI區包括氧化物或部分氧化物。
19.如權利要求16的方法，其中通過氮化來處理所述集電極區的所述多孔表面截面，且其中這樣形成的所述第二STI區包括氮化物。
20.如權利要求16的方法，其中通過氧化和氮化來處理所述集電極區的所述多孔表面截面，且其中這樣形成的所述第二STI區包括氮氧化物。
全文摘要
本發明涉及一種雙極結型晶體管(BJT)。每個BJT的集電極區位于半導體襯底表面中并與第一淺溝槽隔離(STI)區相鄰。提供第二STI區，其在第一STI區和集電極區之間延伸，并以不大于約90°的底切角與有源基極區的一部分底切。例如，第二STI區可以是具有小于約 90°的底切角的基本三角形橫截面，或是具有約90°的底切角的基本矩形的橫截面。可以使用形成在集電極區的上表面中的多孔表面截面來制造這種第二STI區。
文檔編號H01L21/331GK1979889SQ20061014709
公開日2007年6月13日 申請日期2006年11月14日 優先權日2005年12月5日
發明者托馬斯·安東尼·沃爾納, 托馬斯·N·亞當, 斯蒂芬·W·比德爾, 喬爾·P·德索扎 申請人:國際商業機器公司