TWI784064B - 閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 - Google Patents
閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI784064B TWI784064B TW107134577A TW107134577A TWI784064B TW I784064 B TWI784064 B TW I784064B TW 107134577 A TW107134577 A TW 107134577A TW 107134577 A TW107134577 A TW 107134577A TW I784064 B TWI784064 B TW I784064B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- gate
- region
- emitter
- junction transistor
- controlled
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 79
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 55
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 21
- CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKESA-N tetrodotoxin Chemical compound O([C@@]([C@H]1O)(O)O[C@H]2[C@@]3(O)CO)[C@H]3[C@@H](O)[C@]11[C@H]2[C@@H](O)N=C(N)N1 CFMYXEVWODSLAX-QOZOJKKESA-N 0.000 description 10
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 8
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
- H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
- H01L29/0692—Surface layout
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0804—Emitter regions of bipolar transistors
- H01L29/0808—Emitter regions of bipolar transistors of lateral transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0821—Collector regions of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/41708—Emitter or collector electrodes for bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/6625—Lateral transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66265—Thin film bipolar transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/735—Lateral transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
一種閘極控制雙載子接面電晶體，包含一基底、一射極區、一基極區，位於該射極區的一側，及一集極區，設於該基極區的一側。射極區包含複數條第一鰭狀結構、至少兩條第一金屬閘極，跨過該第一鰭狀結構，以及一射極接觸插塞，位於兩條第一金屬閘極之間的該第一鰭狀結構上。一閘極接觸區，位於該射極區與該基極區之間，其中各第一金屬閘極包含一延伸接觸端部，朝向該基極區伸出，並且位於該閘極接觸區內。一閘極接觸插塞，設於該延伸接觸端部上。
Description
本發明涉及半導體技術領域，特別是有關於一種閘極控制(gate-controlled)雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)及其操作方法。
近年來，由於各種消費類電子產品的小型化，使得半導體元件的尺寸也必須微小化，以滿足高積集度、高性能、低功耗及各種產品需求。然而，隨著電子產品的小型化，現有的平面型場效電晶體(planar FET)已逐漸不符產品的要求。因此，該技術領域已發展出諸如鰭式場效電晶體(Fin-FET)等非平面型場效電晶體，以實現高驅動電流並減緩短通道效應。
通常，積體電路(IC)元件，除了互補式金氧半導體CMOS鰭式場效電晶體，另需要其它半導體結構與電晶體，例如二極體與雙載子接面電晶體(BJT)等。若鰭式場效電晶體與所述其它半導體結構與電晶體使用相同的材料及製程形成為最佳，但鰭式場效電晶體具有三維立體結構，因此其形成方法比傳統結構更複雜，要將鰭式場效電晶體形成方法整合至常規的平面型場效電晶體形成方法及形成其它半導體結構與晶體管的方法中困難度較高。
如本領域中已知的，BJT分為NPN和PNP兩種類型，並且可被製作成單獨的分立元件，或者被製作在諸如訊號放大器、數位電路或開關電路等積體電路中。例如，PNP BJT是半導體工業採用的主流，其通常用於晶片中的帶隙參考(band gap reference，BGR)電路。然而，傳統的PNP BJT有低β(電流增益)
問題。目前該技術領域仍需要一種改進的BJT結構，具有較佳的β/電流增益和更小的元件面積。
本發明提供了一種改良的雙載子接面電晶體及其操作方法，以解決上述現有技術的不足與缺點。
本發明一方面提供一種閘極控制雙載子接面電晶體，包含：一基底；一射極區，位於該基底上，包含複數條沿一第一方向延伸的第一鰭狀結構、至少兩條第一金屬閘極，沿一第二方向跨過該複數條第一鰭狀結構，以及一射極接觸插塞，位於該至少兩條第一金屬閘極之間的該複數條第一鰭狀結構上，且沿著該第二方向延伸；一基極區，位於該射極區的一側；一閘極接觸區，位於該射極區與該基極區之間，其中各該至少兩條第一金屬閘極包含一延伸接觸端部，朝向該基極區伸出，並且位於該閘極接觸區內；一閘極接觸插塞，設於該延伸接觸端部上；以及一集極區，設於相對於該射極區的該基極區的一側。
本發明另一方面提供一種操作閘極控制雙載子接面電晶體的方法。首先提供如前所述的閘極控制雙載子接面電晶體；將該複數條第一鰭狀結構偏壓至一射極電壓；將該射極區內的該至少兩條第一金屬閘極透過該閘極接觸區與該閘極接觸插塞偏壓至一閘極電壓；將該基極區偏壓至一基極電壓；以及將該集極區偏壓至一集極電壓。
根據本發明一實施例，該閘極控制雙載子接面電晶體係為一PNP雙載子接面電晶體，且該閘極電壓係為一負電壓。
根據本發明一實施例，該閘極控制雙載子接面電晶體係為一NPN雙載子接面電晶體，且該閘極電壓係為一正電壓。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖
式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1、1a:雙載子接面電晶體
10:射極區
11:閘極接觸區
12:基極區
14:集極區
100:基底
101:深離子井
102:第一離子井
104:第二離子井
105:淺溝絕緣結構
110:第一鰭狀結構
120:第二鰭狀結構
140:第三鰭狀結構
210:層間介電層
MG1:第一金屬閘極
MG2:第二金屬閘極
MG3:第三金屬閘極
EP1:第一磊晶層
EP2:第二磊晶層
EP3:第三磊晶層
CT1:第一接觸插塞(射極接觸插塞)
CT2:第二接觸插塞(基極接觸插塞)
CT3:第三接觸插塞(集極接觸插塞)
CT4:第四接觸插塞(閘極接觸插塞)
VE:射極電壓
VB:基極電壓
VC:集極電壓
VG:閘極電壓
GL:閘極線
EL:射極線
ME:延伸接觸端部
I:內連線
第1圖為依據本發明一實施例所繪示的一種雙載子接面電晶體的布局上視示意圖；第2圖為沿著第1圖中切線I-I’所示的剖面示意圖；第3圖例示閘極接觸插塞係電連接至位於閘極接觸區上方的閘極線；第4圖例示，以NPN雙載子接面電晶體為例，在操作時對第一金屬閘極施加一正電壓，在第一金屬閘極的正下方形成空乏區；第5圖為依據本發明另一實施例所繪示的一種雙載子接面電晶體的布局上視示意圖；以及第6圖例示閘極接觸插塞係電連接至位於閘極接觸區上方的閘極線。
在下文中，將參照附圖說明細節，該些附圖中之內容亦構成說明書細節描述的一部份，並且以可實行該實施例之特例描述方式來繪示。下文實施例已描述足夠的細節俾使該領域之一般技藝人士得以具以實施。
當然，亦可採行其他的實施例，或是在不悖離文中所述實施例的前提下作出任何結構性、邏輯性、及電性上的改變。因此，下文之細節描述不應被視為是限制，反之，其中所包含的實施例將由隨附的申請專利範圍來加以界定。
應當理解，當元件或層被稱為“在...上”、“連接到”或“耦合到”另一個元件或層時，它可以是直接在另一個元件或層上、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在中間元件或層。相反，當元件被稱為“直接在...上”、“直
接連接到”或“直接耦合到”另一元件或層時，不存在中間元件或層。如這裡所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關所列項目的任何和所有組合。
應當理解，儘管這裡可以使用術語“第一”、“第二”等來描述各種元件、部件、區域、層和/或區段，但是這些元件、部件、區域、層和/或區段不應受到這些使用術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層和/或區段與另一個元件、部件、區域、層和/或區段區分開。因此，在不脫離本發明的教導的情況下，下面討論的第一元件、部件、區域、層和/或區段可以被稱為第二元件、部件、區域、層和/或區段。
本發明涉及一種製作於積體電路中的雙載子接面電晶體(BJT)。所述積體電路包括但不限於，訊號放大器、數位電路或開關電路。根據本發明一實施例，所示的BJT可以是NPN BJT，並且可以被整合製作在積體電路晶片電路中。但是，應該理解，本發明可以適用於PNP BJT。應該認識到，儘管已經使用某些導電類型示意性地說明，但是本發明也可以以相反的導電類型來實現。
請參閱第1圖及第2圖，其中第1圖為依據本發明一實施例所繪示的一種雙載子接面電晶體的布局上視示意圖，第2圖為沿著第1圖中切線I-I’所示的剖面示意圖。如第1圖所示，雙載子接面電晶體1，係為一閘極控制(gate-controlled)雙載子接面電晶體，其包含一基底100，例如一半導體基底或一矽基底，但不限於此。根據本發明一實施例，基底100具有一第一導電型，例如，P型。需理解的是，實施例中雖以NPN型雙載子接面電晶體為例做說明，但熟習該項技藝者應能將所披露的實施例直接或間接的轉換應用到PNP型雙載子接面電晶體。
根據本發明一實施例，在基底100上設有一射極區(emitter region)10，包含複數條第一鰭狀結構(fin structures)110，沿一第一方向(例如參考座標x軸方向)延伸。根據本發明一實施例，複數條第一鰭狀結構110彼此以淺溝絕緣結構105絕緣。複數條第一鰭狀結構110係凸出淺溝絕緣結構105上表面的部分。
雙載子接面電晶體1另包含有一環狀的基極區(base region)12，位於基底100上，並環繞射極區10。基極區12包含至少一第二鰭狀結構120，沿著上述第一方向延伸。雙載子接面電晶體1另包含有一環狀的集極區(collector region)14，位於基底100上，並環繞基極區12。集極區14包含至少一第三鰭狀結構140，沿著上述第一方向延伸。
根據本發明一實施例，基底100上設有一第一離子井102，具有第一導電型，例如，第一離子井102為一P型井，其中射極區10與基極區12均設置在第一離子井102中。根據本發明一實施例，集極區14係設置在一第二離子井104中，其中第二離子井104環繞第一離子井102，且具有一第二導電型，例如，第二離子井104為一N型井。
根據本發明一實施例，雙載子接面電晶體1另包含一深離子井101，具有第二導電型，例如，深離子井101為一深N型井，設置在第一離子井102與第二離子井104下方。第二離子井104與深離子井101共同將第一離子井102包圍住，使第一離子井102與基底100電性隔離。
根據本發明一實施例，射極區10另包含複數條第一金屬閘極MG1，沿一第二方向(例如參考座標y軸方向)跨過第一鰭狀結構110。需理解的是，圖中所示的金屬閘極數量僅為例示說明。根據本發明一實施例，所述第一方向與該第二方向正交。根據本發明一實施例，複數條第一金屬閘極MG1之間具有約略相同的間隙，例如，介於0.1至0.2微米的間隙。
根據本發明一實施例，如第1圖中所示，環狀的基極區12內設置有複數條同樣沿著所述第二方向延伸的第二金屬閘極MG2，且第二金屬閘極MG2之間具有約略相同的間隙，例如，介於0.1至0.2微米的間隙，而環狀的集極區14內設置有複數條同樣沿著所述第二方向延伸的第三金屬閘極MG3，且第三金屬閘極MG3之間具有具有約略相同的間隙，例如，介於0.1至0.2微米的間隙。
根據本發明一實施例，第一金屬閘極MG1係沿著第二方向對準第二金屬閘極MG2，第三金屬閘極MG3係沿著第二方向對準第二金屬閘極MG2。第二金屬閘極MG2不接觸第一金屬閘極MG1，第三金屬閘極MG3不接觸第二金屬閘極MG2。根據本發明一實施例，如第2圖所示，雙載子接面電晶體1另包含至少一層間介電層210，例如矽氧層，設於第一金屬閘極MG1、第二金屬閘極MG2及第三金屬閘極MG3周圍，並且覆蓋住第一金屬閘極MG1、第二金屬閘極MG2及第三金屬閘極MG3。
根據本發明一實施例，如第2圖所示，第一金屬閘極MG1之間設有一第一磊晶層EP1，例如，N+摻雜SiP磊晶層(若是再PNPBJT的例子，則是P+摻雜SiGe磊晶層)。第二金屬閘極MG2之間設有一第二磊晶層EP2，例如，P+摻雜SiGe磊晶層(若是再PNPBJT的例子，則是N+摻雜SiP磊晶層)。第三金屬閘極MG3之間設有一第三磊晶層EP3，例如，N+摻雜SiP磊晶層(若是再PNPBJT的例子，則是P+摻雜SiGe磊晶層)。
根據本發明一實施例，可以透過一第一接觸插塞CT1(射極接觸插塞)接觸第一磊晶層EP1，以在元件操作時，可以提供第一磊晶層EP1一射極電壓VE。根據本發明一實施例，可以透過一第二接觸插塞CT2(基極接觸插塞)接觸第二磊晶層EP2，以在元件操作時，可以提供第二磊晶層EP2一基極電壓VB。根據本發明一實施例，可以透過一第三接觸插塞CT3(集極接觸插塞)接觸第三磊晶層EP3，以在元件操作時，可以提供第三磊晶層EP3一集極電壓VC。
根據本發明一實施例，接觸插塞CT1~CT3可為柱狀插塞或是跨過複數個鰭狀結構110沿第二方向延伸的槽式(slot)接觸插塞。接觸插塞CT1~CT3可以是由M0金屬層所構成，例如，可以包括TiN阻障層及鎢金屬層，但不限於此。後續可以利用其他層金屬層例如M1及M2，或其他內連線結構，形成電路訊號通路。
如第2圖所示，第一接觸插塞CT1(射極接觸插塞)係電連接至一位
於射極區10上方的射極線EL。在元件操作時，經由射極線EL及第一接觸插塞CT1(射極接觸插塞)，可以將射極電壓VE提供給射極區10內的第一磊晶層EP1。
根據本發明一實施例，如第1圖所示，於射極區10與基極區12之間，雙載子接面電晶體1還包含一閘極接觸區11。各第一金屬閘極MG1包含一延伸接觸端部ME，朝向該基極區12伸出，使延伸接觸端部ME位於閘極接觸區11內。在各延伸接觸端部ME上，設有一第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)。根據本發明一實施例，在第一金屬閘極MG1的兩端，均設置有一閘極接觸區11。根據本發明一實施例，第一金屬閘極MG1可以由一沿著所述第一方向的內連線I電連接在一起，並使第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)電連接至內連線I。例如，內連線I可以是形成在M1金屬層，但不限於此。
如第3圖所示，根據本發明一實施例，第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)係電連接至一位於閘極接觸區11上方的閘極線GL。在元件操作時，係通過閘極線GL和閘極接觸區11內的第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)將一負閘極電壓或一正閘極電壓施加到第一金屬閘極MG1。根據本發明一實施例，閘極線GL與射極線EL係設於基底100上的一金屬內連結構的不同層中。例如，閘極線GL係設於M4金屬層，射極線EL係設於M2或M3金屬層，但不限於此。根據本發明一實施例，閘極線GL與內連線I之間可以透過介層插塞形成電連接。
本發明操作雙載子接面電晶體的方法，至少包括以下步驟：將第一鰭狀結構110偏壓至射極電壓VE；將射極區10內的第一金屬閘極MG1透過閘極接觸區11與第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)偏壓至閘極電壓VG；將基極區12的第二鰭狀結構120偏壓至基極電壓VB；以及將集極區140偏壓至集極電壓VC。若雙載子接面電晶體1係為一PNP雙載子接面電晶體，閘極電壓VG係為一負電壓，例如，閘極電壓VG介於約-0.6V至約-2.0V之間。若雙載子接面電晶體1係為一NPN雙載子接面電晶體，閘極電壓VG係為一正電壓，例如，閘極電壓VG介於約0.6V至約
2.0V之間。
根據本發明一實施例，以NPN雙載子接面電晶體為例，在操作時使基極對射極具有一約0V~-1.2V的偏壓(VBE)，使汲極對基極具有一約0V~-5V的偏壓(VCB)。根據本發明一實施例，以PNP雙載子接面電晶體為例，在操作時使基極對射極具有一約0V~1.2V的偏壓(VBE)，使汲極對基極具有一約0V~5V的偏壓(VCB)。
如第4圖所示，以NPN雙載子接面電晶體為例，在操作時對第一金屬閘極MG1施加一正電壓，例如，閘極電壓VG介於約0.6V至約2.0V之間，會在第一磊晶層EP1之間的第一金屬閘極MG1的正下方形成空乏區116，如此讓電流路徑集中在第一磊晶層EP1正下方，減少複合電流。根據實驗結果驗證，以NPN雙載子接面電晶體為例，在操作時對第一金屬閘極MG1施加0.8V的正電壓，可以使β值(β=IC/IB)增加約13%(相對於第一金屬閘極MG1為電性浮置的情形)。以PNP雙載子接面電晶體為例，在操作時對第一金屬閘極MG1施加-0.8V的負電壓，可以使β值增加約23%(相對於第一金屬閘極MG1為電性浮置的情形)。
請參閱第5圖，其為依據本發明另一實施例所繪示的一種雙載子接面電晶體1a的布局上視示意圖，其中相同的元件、區域或層仍沿用相同的符號來表示。如第5圖所示，同樣的，雙載子接面電晶體1a包含一射極區10，包含複數條第一鰭狀結構110，沿一第一方向(例如參考座標x軸方向)延伸。根據本發明一實施例，複數條第一鰭狀結構110彼此以淺溝絕緣結構105絕緣。複數條第一鰭狀結構110係凸出淺溝絕緣結構105上表面的部分。雙載子接面電晶體1a另包含一基極區12，位於射極區10的一側。基極區12包含至少一第二鰭狀結構120，沿著上述第一方向延伸。雙載子接面電晶體1a另包含有一集極區14，相對於射極區10，設於基極區12的一側。集極區14包含至少一第三鰭狀結構140，沿著上述第一方向延伸。
根據本發明一實施例，射極區10另包含複數條第一金屬閘極MG1，沿一第二方向(例如參考座標y軸方向)跨過第一鰭狀結構110。需理解的是，圖中所示的金屬閘極數量僅為例示說明。根據本發明一實施例，所述第一方向與該第二方向正交。根據本發明一實施例，複數條第一金屬閘極MG1之間具有約略相同的間隙，例如，介於0.1至0.2微米的間隙。
於射極區10與基極區12之間，雙載子接面電晶體1a同樣包含一閘極接觸區11。各第一金屬閘極MG1包含一延伸接觸端部ME，朝向該基極區12伸出，使延伸接觸端部ME位於閘極接觸區11內。在各延伸接觸端部ME上，設有一第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)。根據本發明一實施例，在第一金屬閘極MG1的兩端，均設置有一閘極接觸區11。根據本發明一實施例，第一金屬閘極MG1可以由一沿著所述第一方向的內連線I電連接在一起，並使第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)電連接至內連線I。例如，內連線I可以是形成在M1金屬層，但不限於此。
如第6圖所示，根據本發明一實施例，第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)係電連接至一位於閘極接觸區11上方的閘極線GL。在元件操作時，係通過閘極線GL和閘極接觸區11內的第四接觸插塞CT4(閘極接觸插塞)將一負閘極電壓或一正閘極電壓施加到第一金屬閘極MG1。根據本發明一實施例，閘極線GL與射極線EL係設於金屬內連結構的不同層中。例如，閘極線GL係設於M4金屬層，射極線EL係設於M2或M3金屬層，但不限於此。根據本發明一實施例，閘極線GL與內連線I之間可以透過介層插塞形成電連接。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1:雙載子接面電晶體
10:射極區
12:基極區
14:集極區
100:基底
101:深離子井
102:第一離子井
104:第二離子井
105:淺溝絕緣結構
110:第一鰭狀結構
120:第二鰭狀結構
140:第三鰭狀結構
210:層間介電層
MG1:第一金屬閘極
MG2:第二金屬閘極
MG3:第三金屬閘極
EP1:第一磊晶層
EP2:第二磊晶層
EP3:第三磊晶層
CT1:第一接觸插塞(射極接觸插塞)
CT2:第二接觸插塞(基極接觸插塞)
CT3:第三接觸插塞(集極接觸插塞)
CT4:第四接觸插塞(閘極接觸插塞)
VE:射極電壓
VB:基極電壓
VC:集極電壓
VG:閘極電壓
GL:閘極線
EL:射極線
Claims (15)
- 一種閘極控制雙載子接面電晶體，包含：一基底；一射極區，位於該基底上，包含複數條沿一第一方向延伸的第一鰭狀結構、至少兩條第一金屬閘極，沿一第二方向跨過該複數條第一鰭狀結構，以及一射極接觸插塞，位於該至少兩條第一金屬閘極之間的該複數條第一鰭狀結構上，且沿著該第二方向延伸；一基極區，位於該射極區的一側；一閘極接觸區，位於該射極區與該基極區之間，其中各該至少兩條第一金屬閘極包含一延伸接觸端部，朝向該基極區伸出，並且位於該閘極接觸區內；一閘極接觸插塞，設於該延伸接觸端部上；以及一集極區，設於相對於該射極區的該基極區的一側，其中，該集極區為環狀且包含至少一沿該第一方向延伸的第三鰭狀結構，該至少一第三鰭狀結構在該集極區中的高度小於該第一鰭狀結構在該射極區中的高度。
- 如請求項1所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該射極接觸插塞係電連接至一位於該射極區上方的射極線。
- 如請求項2所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該閘極接觸插塞係電連接至一位於該閘極接觸區上方的閘極線。
- 如請求項3所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中操作時，係通過該閘極線和該閘極接觸區將一負閘極電壓或一正閘極電壓施加到該至少兩條第 一金屬閘極。
- 如請求項3所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該閘極線與該射極線係設於該基底上的一金屬內連結構的不同層中。
- 如請求項1所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該基極區包含至少一第二鰭狀結構，沿著該第一方向延伸、至少兩條第二金屬閘極，沿該第二方向跨過該至少一第二鰭狀結構，以及一基極接觸插塞，位於該至少兩條第二金屬閘極之間的該至少一第二鰭狀結構上。
- 如請求項6所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該至少兩條第一金屬閘極係沿著該第二方向對準該至少兩條第二金屬閘極。
- 如請求項6所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該至少兩條第二金屬閘極不接觸該至少兩條第一金屬閘極。
- 如請求項1所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該基底係為一半導體基底，具有一第一導電型，且在該基底上設有一第一離子井，具有該第一導電型，其中該射極區與該基極區均設置在該第一離子井中。
- 如請求項9所述的閘極控制雙載子接面電晶體，其中該集極區係設置在一第二離子井中，該第二離子井鄰近該第一離子井，且具有一第二導電型。
- 一種操作閘極控制雙載子接面電晶體的方法，包含： 提供一如請求項1所述的閘極控制雙載子接面電晶體；將該複數條第一鰭狀結構偏壓至一射極電壓；將該射極區內的該至少兩條第一金屬閘極透過該閘極接觸區與該閘極接觸插塞偏壓至一閘極電壓；將該基極區偏壓至一基極電壓；以及將該集極區偏壓至一集極電壓。
- 如請求項11所述的方法，其中該閘極控制雙載子接面電晶體係為一PNP雙載子接面電晶體，且該閘極電壓係為一負電壓。
- 如請求項12所述的方法，其中該閘極電壓係介於約-0.6V至約-2.0V之間。
- 如請求項11所述的方法，其中該閘極控制雙載子接面電晶體係為一NPN雙載子接面電晶體，且該閘極電壓係為一正電壓。
- 如請求項14所述的方法，其中該閘極電壓係介於約0.6V至約2.0V之間。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW107134577A TWI784064B (zh) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | 閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 |
| US16/163,551 US10665690B2 (en) | 2018-10-01 | 2018-10-17 | Gate-controlled bipolar junction transistor and operation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW107134577A TWI784064B (zh) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | 閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW202015240A TW202015240A (zh) | 2020-04-16 |
| TWI784064B true TWI784064B (zh) | 2022-11-21 |
Family
ID=69945089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW107134577A TWI784064B (zh) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | 閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10665690B2 (zh) |
| TW (1) | TWI784064B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11239330B2 (en) * | 2020-02-07 | 2022-02-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Bipolar junction transistor with gate over terminals |
| US20220352317A1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Texas Instruments Incorporated | Repeated emitter design for achieving scalable lateral pnp behavior |
| WO2022231884A1 (en) * | 2021-04-29 | 2022-11-03 | Texas Instruments Incorporated | Repeater emitter for lateral bipolar transistor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201621332A (zh) * | 2014-09-04 | 2016-06-16 | 格羅方德半導體公司 | 對稱側向雙載子接面電晶體及其在特徵化和保護電晶體中的用途 |
| TW201810435A (zh) * | 2016-09-02 | 2018-03-16 | 聯華電子股份有限公司 | 雙載子接面電晶體 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7897995B2 (en) * | 2009-04-07 | 2011-03-01 | Mediatek Inc. | Lateral bipolar junction transistor with reduced base resistance |
| US8373229B2 (en) | 2010-08-30 | 2013-02-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Gate controlled bipolar junction transistor on fin-like field effect transistor (FinFET) structure |
| KR101228367B1 (ko) * | 2011-10-14 | 2013-02-01 | 주식회사 동부하이텍 | 바이폴라 트랜지스터와 그 제조 방법 |
| US9035426B2 (en) | 2011-12-28 | 2015-05-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Fin-like BJT |
| US9029952B2 (en) * | 2012-04-19 | 2015-05-12 | Macronix International Co., Ltd. | Semiconductor structure and method of manufacturing the same |
| US8610241B1 (en) | 2012-06-12 | 2013-12-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Homo-junction diode structures using fin field effect transistor processing |
| US9419087B2 (en) | 2013-11-04 | 2016-08-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Bipolar junction transistor formed on fin structures |
-
2018
- 2018-10-01 TW TW107134577A patent/TWI784064B/zh active
- 2018-10-17 US US16/163,551 patent/US10665690B2/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201621332A (zh) * | 2014-09-04 | 2016-06-16 | 格羅方德半導體公司 | 對稱側向雙載子接面電晶體及其在特徵化和保護電晶體中的用途 |
| TW201810435A (zh) * | 2016-09-02 | 2018-03-16 | 聯華電子股份有限公司 | 雙載子接面電晶體 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10665690B2 (en) | 2020-05-26 |
| US20200105900A1 (en) | 2020-04-02 |
| TW202015240A (zh) | 2020-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9673323B2 (en) | Embedded JFETs for high voltage applications | |
| KR101278427B1 (ko) | Ｆｉｎ형 ｂｊｔ | |
| TWI784064B (zh) | 閘極控制雙載子接面電晶體及其操作方法 | |
| US10262997B2 (en) | High-voltage LDMOSFET devices having polysilicon trench-type guard rings | |
| US7342294B2 (en) | SOI bipolar transistors with reduced self heating | |
| TWI704670B (zh) | 具有靜電放電防護功能的半導體元件 | |
| CN107316900B (zh) | 双载流子接面晶体管布局结构 | |
| CN103208521B (zh) | Hvmos器件及其形成方法 | |
| TWI387012B (zh) | 橫向擴散金氧半電晶體元件及提高橫向擴散金氧半電晶體元件崩潰電壓之方法 | |
| TWI615965B (zh) | 半導體元件 | |
| US10529837B1 (en) | Bipolar junction transistor | |
| TWI587402B (zh) | 高壓半導體裝置及其製造方法 | |
| US20210296161A1 (en) | Semiconductor Device and Method for Manufacturing Same | |
| TWI614891B (zh) | 高壓半導體裝置 | |
| US9847349B1 (en) | Biasing the substrate region of an MOS transistor | |
| TWI726155B (zh) | 雙載子接面電晶體 | |
| CN109686734B (zh) | 具有隔离结构的芯片 | |
| TW201403817A (zh) | 半導體結構及其形成方法 | |
| CN109599358B (zh) | 具有隔离结构的芯片的制造方法 | |
| TWI566376B (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| US10535583B2 (en) | Electrostatic discharge protection device and fabrication method thereof | |
| TWI655746B (zh) | 二極體與二極體串電路 | |
| TWI708364B (zh) | 半導體元件及其製造方法 | |
| TWI763029B (zh) | 垂直式雙極性電晶體裝置 | |
| US11444074B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing same |