双极结型晶体管及其制造方法

本专利申请要求于2018年7月3日提交的题为“双极结型晶体管及其制造方法”的非临时申请号16/027,002的优先权，该临时申请转让给本发明的受让人并且在此通过引用明确并入本文。

技术领域

本公开的某些方面一般涉及双极结型晶体管(BJT)，并且更具体地涉及具有背侧接触的BJT。

背景技术

双极结型晶体管(BJT)是一种半导体设备，其具有由两个p-n结分开的三个掺杂半导体区域。三个半导体区域包括发射极、集电极以及发射极与集电极之间的基极。在BJT中，电流同时由电子和空穴携带。BJT广泛用于放大器和开关。

图1图示了示例性BJT 100。BJT 100包括P型半导体衬底102、N型集电极104、N型发射极108、以及N型集电极104与N型发射极之间的P型基极106。BJT 100还包括二氧化硅(SiO

发明内容

本公开的某些方面提供了一种双极结型晶体管(BJT)。BJT可以包括发射极、集电极、以及发射极与集电极之间的基极。BJT还可以包括在BJT的第一侧上的发射极接触、在BJT的第一侧上的基极接触、以及在BJT的第二侧上的集电极接触，其中第二侧与第一侧相对。BJT还可以包括深沟槽隔离(DTI)区，该DTI区从BJT的第一侧延伸到BJT的第二侧。

本公开的某些方面提供一种用于制造双极结型晶体管(BJT)的方法。该方法可以包括：在半导体衬底上形成发射极、集电极以及发射极与集电极之间的基极。该方法还可以包括：在半导体衬底的第一侧上形成发射极接触层、发射极接触、基极接触层和基极接触。该方法还可以包括：形成深沟槽隔离(DTI)区，该DTI区域从半导体衬底的第一侧延伸到半导体衬底的第二侧，该第二侧与第一侧相对。该方法还可以包括：在半导体衬底的第一侧上形成第一电介质层，并且将处理衬底键合到第一电介质层。该方法还可以包括：在半导体衬底的第二侧上暴露DTI区域和集电极，并且在半导体衬底的第二侧上形成集电极接触层和集电极接触。该方法还可以包括：形成穿过DTI区域的沟槽互连，该沟槽互连从半导体衬底的第一侧延伸到半导体衬底的第二侧。该方法还可以包括：在半导体衬底的第二侧上形成第二电介质层。

这已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下的具体实施方式。下文对本公开的附加特征和优点进行描述。本领域技术人员应当领会，本公开可以容易用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这样的等同构造没有背离如所附权利要求书中所阐述的本公开的教导。当结合附图考虑时，根据以下描述更好地理解就其组织和操作方法而言被认为是本公开的特点的新颖特征以及其他目的和优点。然而，要清楚理解，提供附图中的每个附图仅出于说明和描述的目的，并不旨在作为对本公开的限制的定义。

附图说明

图1图示了示例性双极结型晶体管(BJT)；

图2图示了根据本公开的某些方面的没有寄生晶体管的示例性BJT；

图3提供了图示了根据本公开的某些方面的用于图2的BJT的示例性制造工艺的流程图；

图4A至图4B图示了根据本公开的某些方面的将发射极接触层与基极接触层分开的几种示例性途径；

图5图示了根据本公开的某些方面的呈多指配置的图2的BJT的示例性俯视图；以及

图6是示出了其中可以采用本公开的一个方面的示例性无线通信系统的框图。

具体实施方式

参考附图，描述了本公开的几个示例性方面。词语“示例性”在本文中用来意指“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面不必被解释为比其他方面优选或有利。

下文结合附图所阐述的具体实施方式旨在作为对各种配置的描述，并不旨在表示可以实践本文中所描述的概念的唯一配置。为了提供对各种概念的透彻理解，具体实施方式包括特定细节。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出了公知结构和部件，以免使这些概念晦涩难懂。

图2图示了根据本公开的某些方面的没有寄生晶体管的示例性双极结型晶体管(BJT)。图2示出了BJT 200，该BJT 200包括发射极204、集电极206、以及发射极204与集电极206之间的基极208。作为示例，发射极204可以包括N+硅(Si)发射极，集电极206可以包括N+Si集电极，并且基极208可以包括P Si基极。可替代地，发射极204、集电极206和基极208可以包括硅锗(SiGe)或诸如III-V族半导体材料之类的其他半导体材料。如果发射极204、集电极206和基极208包括III-V族半导体材料，则BJT 200可以包括异质结双极晶体管(HBT)。BJT 200还可以包括基极208与集电极206之间的漂移区210。作为示例，漂移区210可以包括N-Si漂移区。漂移区210可以用于增加BJT 200的击穿电压。尽管图2中的BJT 200被示为NPNBJT，但是BJT 200也可以被配置为PNP BJT。BJT 200还包括位于BTJ 200的第一侧上的发射极接触层212、发射极接触218、基极接触层214和基极接触220。作为示例，发射极接触层212可以包括硅化物，发射极接触218可以包括钨(W)，基极接触层214可以包括硅化物，并且基极接触220可以包括W。BJT 200还包括位于BJT的第二侧上的集电极接触层216和集电极接触222，其中第二侧与第一侧相对。作为示例，集电极接触层216可以包括硅化物，并且集电极接触222可以包括W、铜(Cu)、钴(Co)、或铝(Al)。

在BJT 200中，半导体衬底没有与集电极206接触。因此，BJT 200中没有形成寄生晶体管，从而改善BJT 200的性能。集电极接触222位于BJT 200的第二侧上。集电极206中的载流子将会行进到BJT 200的第二侧。发射极接触218和基极接触220位于BJT 200的第一侧上。发射极204和基极208中的载流子将会行进到BJT 200的第一侧。因此，BJT 200将会具有低寄生集电极-基极电容，从而还可以改善BJT 200的性能。因为直接从BJT 200的第二侧访问集电极206，BJT 200还将会具有紧凑尺寸和低的寄生集电极电阻。

继续参考图2，BJT 200还包括深沟槽隔离(DTI)区域224，其从BJT 200的第一侧延伸到BJT 200的第二侧。DTI区域224可以隔离BJT 200与集成电路上的其他设备。作为示例，DTI区域224可以包括二氧化硅(SiO

图3图示了根据本公开的某些方面的用于图2中的BJT 200的示例性制造过程300。框302包括：在半导体衬底上形成集电极。作为示例，半导体衬底可以包括Si、SiGe、或诸如III-V半导体材料之类的其他半导体材料。集电极可以包括N+Si集电极。可以通过离子注入来从半导体衬底的第一侧和半导体衬底的第二侧两者形成集电极，其中第二侧与第一侧相对。可替代地，可以通过外延生长来在半导体衬底的第一侧上在形成集电极。框302还包括：在半导体衬底上形成基极。作为示例，该基极可以包括P Si基极。可以通过离子注入来从半导体衬底的第一侧形成基极。可替代地，可以通过外延生长来在半导体衬底的第一侧上形成基极。无论哪种方式，基极都可能具有良好控制的掺杂分布。可以在基极与集电极之间形成漂移区。作为示例，漂移区可以包括N-Si漂移区。可以通过离子注入来从半导体衬底的第一侧形成漂移区。可替代地，可以通过外延生长来在半导体衬底的第一侧上形成漂移区。隔离结构可以形成在半导体衬底的第一侧上。作为示例，隔离结构可以包括虚设多晶硅结构或STI区域。框302还包括：在半导体衬底上形成发射极。作为示例，发射极可以包括N+Si发射极。可以通过离子注入来从半导体衬底的第一侧形成发射极。可替代地，可以通过外延生长来在半导体衬底的第一侧上形成发射极。无论哪种方式，发射极与基极之间的结都将具有良好控制的掺杂分布。

框304包括：在半导体衬底的第一侧上形成发射极接触层、发射极接触、基极接触层和基极接触。作为示例，发射极接触层可以包括硅化物，发射极接触可以包括W，基极接触层可以包括硅化物，并且基极接触可以包括W。发射极接触层可以通过隔离结构与基极接触层分开。

框306包括：在半导体衬底上形成DTI区域，该DTI区域从半导体衬底的第一侧延伸到半导体衬底的第二侧。DTI区域可以延伸穿过发射极、基极、漂移区和集电极。作为示例，DTI区域可以包括SiO

框308包括：在半导体衬底的第一侧上形成第一电介质层，并且将处理衬底键合到第一电介质层。作为示例，第一电介质层可以包括氮化物、氧化物、低k电介质或BPSG，并且处理衬底可以包括Si或其他半导体材料。

框310包括：将DTI区域和集电极暴露在半导体衬底的第二侧上。作为示例，DTI区域和集电极可以通过背研磨，然后通过湿蚀刻或化学机械抛光(CMP)工艺在半导体衬底的第二侧上暴露。框310还包括：在半导体衬底的第二侧上形成集电极接触层和集电极接触。作为示例，集电极接触层可以包括硅化物，并且集电极接触可以包括W、Cu、Co或Al。

框312包括：形成沟槽互连，该沟槽互连从半导体衬底的第一侧延伸通过DTI区域到达半导体衬底的第二侧；以及在半导体衬底的第二侧上形成沟槽互连。沟槽互连可以将发射极接触或基极接触耦合到沟槽互连接触。作为示例，沟槽互连可以包括W或Cu，并且沟槽互连接触可以包括W、Cu、Co或Al。

框314包括：在半导体衬底的第二侧上形成第二电介质层。作为示例，第二电介质层可以包括氮化物、氧化物、低k电介质或BPSG。

图4A至图4B图示了根据本公开的某些方面的将发射极接触层212与基极接触层214分开的几种示例性方法。特别地，在400(1)中，通过离子注入来在半导体衬底的第一侧上形成发射极204。虚设结构402用于形成隔离结构(例如，隔离结构232)以分开发射极接触层212与基极接触层214。作为示例，虚设结构402可以包括多晶硅。在发射极204的形成期间，虚设结构402所覆盖的区域不受离子注入的影响，该离子注入可能用于形成隔离结构。发射极接触层212可能形成在虚设结构402的第一侧上，而基极接触层214将形成在虚设结构402的第二侧上。在基极接触层214的形成之前，可以在虚设结构402的第二侧上执行离子注入步骤。因此，发射极接触层212通过隔离结构与基极接触层214分开，该隔离结构包括虚设结构402以及被其覆盖的区域。

在400(2)中，通过离子注入来在半导体衬底的第一侧上形成发射极204。STI区域404用于形成隔离结构(例如，隔离结构232)以分开发射极接触层212与基极接触层214。作为示例，STI区域404可以包括SiO

在400(3)中，通过外延生长来在半导体衬底的第一侧上形成发射极204。无需隔离结构来分开发射极接触层212与基极接触层214。作为示例，在发射极204的形成期间，对发射极204进行图案化，使得发射极204的尺寸小于基极208的尺寸。分别地，发射极接触层212可能形成在发射极204上，而基极接触层214可能形成在基极208上。发射极接触层212和基极接触层214由于发射极204和基极208的尺寸不同而彼此分开。因此，无需隔离结构。

图5图示了根据本公开的某些方面的呈多指配置的图2中的BJT200的示例性自顶向下视图500。图5中示出了BJT 200的第一侧，其包括发射极204、基极208、发射极接触218和基极接触220。基极208的形状可以是对称的。发射极接触218可以分布在整个发射极204上，以使寄生发射极电阻最小。基极接触220可以沿着基极208的两个边缘分布以使寄生基极电阻最小。BJT 200的第一侧上没有集电极接触。因此，寄生集电极-基极电容可能会很小。所有这些因素都可能有助于提高BJT 200的性能。

本文中所描述的元件有时被称为用于执行特定功能的部件。就这点而言，发射极接触218、基极接触220和集电极接触222在本文中有时被称为“接触部件”。DTI区域224在本文中有时被称为“隔离部件”。根据本公开的另一方面，前述部件可以是被配置为执行由前述部件叙述的功能的任何层、模块或任何装置。

根据本文中所公开的某些方面的没有寄生晶体管的BJT可以设置在或集成到任何电子设备中。示例包括但不限于机顶盒、娱乐单元、导航设备、通信设备、固定位置数据单元、移动位置数据单元、全球定位系统(GPS)设备、移动电话、蜂窝电话、智能电话、会话发起协议(SIP)电话、平板电脑、平板手机、服务器、计算机、便携式计算机、移动计算设备、可穿戴式计算设备(例如，智能手表、健康或健身追踪器、眼镜等)、台式计算机、个人数字助理(PDA)、监视器、计算机监视器、电视、调谐器、收音机、卫星收音机、音乐播放器、数字音乐播放器、便携式音乐播放器、数字视频播放器、视频播放器、数字视频光盘(DVD)播放器、便携式数字视频播放器、汽车、车辆部件、航空电子系统、以及无人机。

图6是示出了其中可以采用本公开的一方面的示例性无线通信系统600的框图。为了说明的目的，图6示出了三个远程单元620、630和650以及两个基站640。应当认识到，无线通信系统可以具有更多的远程单元和基站。远程单元620、630和650包括集成电路(IC)设备625A、625C和625B，其可以包括所公开的BJT。应当认识到，其他设备还可以包括所公开的BJT，诸如基站、交换设备和网络设备。图6示出了从基站640到远程单元620、630和650的前向链路信号680和从远程单元620、630和650到基站640的反向链路信号690。

在图6中，远程单元620被示为移动电话，远程单元630被示为便携式计算机，并且远程单元650被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、诸如PDA之类的便携式数据单元、支持GPS的设备、导航设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、固定位置数据单元(诸如抄表设备)、或存储或检索数据或计算机指令的其他通信设备、或其组合。尽管图6图示了根据本公开的某些方面的远程单元，但是本公开不限于这些示例性图示的单元。本公开的某些方面可以适当地用于包括所公开的BJT在内的许多设备中。

本领域技术人员还应当认识到，结合本文中所公开的某些方面描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法可以被实现为电子硬件、存储在存储器或另一计算机可读介质中并且由处理器或其他处理设备执行的指令、或两者的组合。作为示例，本文中所描述的设备可以用于任何电路、硬件部件、IC、或IC芯片。本文中所公开的存储器可以是任何类型和尺寸的存储器，并且可以被配置为存储任何类型的期望信息。为了清楚地说明这种可互换性，上文已经大体上在功能性方面对各种说明性部件、块、模块、电路和步骤进行了描述。如何实现这种功能性取决于特定应用、设计选择、和/或强加于整个系统的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以变化方式来实现所描述的功能性，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本公开的范围。

还应当指出，对本文中的示例性方面中的任一示例性方面中描述的操作步骤进行描述，以提供示例和讨论。所描述的操作可以以除了图示的次序之外的许多不同的次序执行。更进一步地，在单个操作步骤中描述的操作实际上可以在若干个不同的步骤中执行。附加地，可以组合示例性方面中讨论的一个或多个操作步骤。应当理解，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，流程图中所图示的操作步骤可以进行许多不同的修改。本领域技术人员还应当理解，可以使用多种不同技术和技巧中的任何技术和技巧来表示信息和信号。例如，在上述整个说明书中可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合表示。

提供本公开的先前描述以使本领域的任何技术人员都能够制造或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的，并且在没有背离本公开的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开内容不旨在限于本文中所描述的示例和设计，而是与符合本文中所公开的原理和特征的最广范围相一致。