微电子概论（第3版）课件2-4-8先进BJT结构

目录1.分立器件BJT结构

2.4.8先进BJT结构2.集成电路中的BJT结构

3.双极晶体管结构的改进

随着集成电路工艺技术的发展，为了克服传统pn结隔离IC存在的问题，进一步改善晶体管特性，人们从器件结构、工艺技术等方面进行了改进。引言传统pn结隔离IC中npn晶体管3.双极晶体管结构的改进

由于下述原因，pn结隔离集成电路芯片面积较大。①P+隔离扩散要穿透整个外延层，横向扩散范围较大；②

为了保证BC结在承受较高电压的情况下，BC结耗尽层不会与隔离墙接触，基区与隔离墙之间需要有较大的间距。

为了减少“p型基区-n型集电区-

P+隔离墙”寄生pnp晶体管作用，要求增大寄生晶体管的基区宽度，即要求基区与隔离墙之间有较大的的间距。此外，pn结隔离效果并不够满意，存在一定漏电流。(1)沟槽介质隔离(a)常规pn结隔离的缺点3.双极晶体管结构的改进(b)浅槽介质隔离结构在需要形成隔离墙的位置采用反应离子刻蚀技术形成几乎是垂直剖面的凹槽；在凹槽的底面和侧面生长氧化层；采用SIO2或者多晶硅填充凹槽。浅槽介质隔离结构实际上是一种介质-pn结混合隔离结构：隔离岛之间侧面为介质隔离,底部为pn结隔离。说明：(1)沟槽介质隔离3.双极晶体管结构的改进(c)浅槽介质隔离优点明显减小隔离墙尺寸提高隔离特性，减小泄漏电流。(1)沟槽介质隔离3.双极晶体管结构的改进(2)无源基区重掺杂

提高BJT功率特性要求减小Rb，即提高NB。

提高电流放大系数β0则要求NB不能过高。

实际上影响β0的主要是在发射区下方那一部分基区，又称为有源基区。

而无源基区掺杂浓度对β0基本没有影响。为了减小基区串联电阻，又不至于对β0产生影响，可以在无源基区部分再进行一次p+掺杂。

目前双极集成电路中基本都采用无源基区重掺杂。3.双极晶体管结构的改进(3)深集电极掺杂为了保证集电区接触处为欧姆接触，在集电区接触处需要进行n+掺杂。为了减小集电区串联电阻RC，双极晶体管普遍采用重掺杂的埋层结构。为了进一步减小RC

，可以直接在集电极接触区下方再进行一次能够穿透n-外延层的n+掺杂，称为深集电极掺杂，就可以明显减小集电极串联电阻。目前双极集成电路中广泛采用深集电极掺杂。3.双极晶体管结构的改进(4)多晶硅发射极BJT随着器件工作频率的提高，在基区宽度小于100nm的情况下，发射区扩散掺杂方法很难保证薄基区宽度的控制。如果采用离子注入方法又会产生晶格损伤。为此出现了多晶硅发射极结构。(a)需求背景3.双极晶体管结构的改进(b)结构

光刻发射区窗口后不进行发射区掺杂，而是淀积掺有n+（如As）的多晶硅，在随后的高温过程中起到发射区掺杂源的作用，同时多晶硅也起到自对准发射区接触的作用。(4)多晶硅发射极BJT3.双极晶体管结构的改进(c)优点自对准工艺减小了芯片面积，提高了集成电路的器件密度；通过多晶硅作为发射区掺杂源，而不是直接用离子注入方法形成发射区，因此避免了离子注入导致的晶格损伤，改善了器件特性。

无源基区重掺杂也可以采用多晶结构。说明：(4)多晶硅发射极BJT3.双极晶体管结构的改进(5)综合应用实例该结构中采用了：沟槽介质隔离、无源基区重掺杂、深集电极掺杂、多晶硅发射极

本实例中无源基区重掺杂采用以P+多晶硅为掺杂源

基极电极位于隔离墙位置，进一步减小了芯片面积。

注意：

HBT是采用异质pn结构成的BJT

采用HBT较好地克服了采用全Si材料制造的单质结晶体管中不同器件特性对器件结构参数（例如基区掺杂浓度）存在矛盾要求的缺点，可以同时改善双极晶体管的放大特性、频率特性、功率特性。

例如，对常规的Si晶体管，如果其基区采用p+SiGe，可以在保证晶体管电流放大系数的前提下，提高基区掺杂浓度，不但可以明显提高Early电压VA，同时在降低基区串联电阻的基础上，提高特征频率fT和最高振荡频率fmax。