CN101471301B - 一种高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，在常规的双极型高压晶体管制造工艺中加入了低压工艺的要素，采用厚外延、高电阻率满足高压晶体管的需求；采用双外延、双埋层满足低压晶体管的需求，使电路中高压晶体管和低压晶体管的电学性都能达到最佳化。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制作工艺，特别是涉及一种高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法。
背景技术
在通常的双极型高压电路中，往往不是所有晶体管都承受高压的，多数晶体管仍在低压下工作。为了满足高压晶体管的要求，只能采取提高外延层厚度和外延层电阻率的办法，但是厚的外延层和高的外延层电阻率对低压晶体管而言是不适合的，它的性能就会受到严重影响，如增加了集电极串联电阻，降低了晶体管驱动能力，晶体管的频率特性、噪声系数也会随之变差。
发明内容
鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能使高压晶体管与低压晶体管兼容的，又能使得高压晶体管与低压晶体管各自的电学性能达到最优化的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法。
本发明提供的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，是在常规的双极型高压晶体管的制造工艺中加入了低压工艺的要素，采用厚外延、高电阻率以满足高压晶体管(60伏到90伏)的需求；采用双外延、双埋层满足低压(3伏到10伏)晶体管的需求。使电路中高压晶体管和低压晶体管的电学性都能达到最佳化。技术方案包括以下步骤：
制备半导体衬底；
在所述半导体衬底中形成N型深埋层；
整片腐蚀热生长在所述半导体衬底上的氧化层后，在所述半导体衬底上生长第一外延层；
在所述第一外延层里形成N型浅埋层，在低压NPN管上深埋层与浅埋层是重叠连接的，减少埋层电阻，缩短基区与埋层的间距，同时也减少了集电极的串联电阻，维持了低压晶体管的优良特性；
在所述第一外延层里形成P型埋层，与第二层外延层的隔离区相连接，其起着集成电路中各有源元件之间的电学隔离作用；
整片腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层后，在所述第一外延层上生长第二外延层，与同样厚度的单层外延层相比大大缩小了隔离扩散高温推进的时间，隔离横向扩散达到最小；
在所述第一外延层和所述第二外延层里形成与所述浅埋层相接的深磷区，减少晶体管的集电极的串联电阻；
在所述第二外延层里形成隔离区；
在所述第二外延层里形成N阱；
在所述第二外延层里形成基区和发射区；
在热生长在所述第二外延层上的氧化层中光刻接触孔；
在获得的结构上形成金属化布线。
优选地，在所述半导体衬底中形成N型深埋层的步骤包括：光刻构图深埋层；湿法腐蚀热生长在所述衬底上的氧化层；注入元素锑122Sb+，注入能量约100KEV(千电子伏)，注入剂量约为3-5E15atoms/cm2(原子/平方厘米)；在约1225℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进约2-3小时。
优选地，在所述第一外延层里形成N型浅埋层的步骤包括：光刻构图浅埋层；腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层；注入元素锑121Sb+，注入能量约100KEV，注入剂量约为1-3E15atoms/cm2；在约1225℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进3-4小时。
优选地，在所述第一外延层里形成P型埋层的步骤包括：光刻构图埋层；湿法腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层；注入元素硼11B+，注入能量约为60KEV，注入剂量约为3-5E15atoms/cm2；在约1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
优选地，形成所述深磷区的步骤包括步骤：光刻构图深磷区；湿法腐蚀热生长在所述第二外延层上的氧化层；注入元素磷31P+，注入能量约为100KEV，注入剂量约为3-7E15atoms/cm2；在约1200℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
优选地，形成隔离区的步骤包括：光刻构图隔离区；注入元素硼11B+，注入能量约为33KEV，注入剂量约为1-3E15atoms/cm2；在约1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
优选地，形成所述N阱的步骤包括：光刻构图N阱；注入元素砷75As+，注入能量约为90-130KEV，注入剂量约为1-3E12atoms/cm2；在约1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
优选地，形成所述基区的步骤包括：光刻构图基区；腐蚀所述第二外延层上的氧化层；注入元素11B+，注入能量约为60KEV，注入剂量约3-5E14atoms/cm2；在约1175℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-1.5小时。
优选地，形成所述发射区的步骤包括：光刻构图发射区；腐蚀热生长在所述第二外延层上的氧化层；注入元素31P+，注入能量约为110KEV，注入剂量约9-11E15atoms/cm2；在约1050℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进2-3小时。
优选地，所述第一外延层厚度为8-10μm，电阻率为5-10欧姆厘米；所述第二外延层厚度为8-14μm，电阻率为8-12欧姆厘米。
本发明的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法采用厚外延和高外延电阻率的方法，满足高压(60伏到90伏)晶体管的要求；同时又采用双埋层和双外延的制造工艺，极大地改善了低压晶体管的电学性能。这样既实现了高压晶体管和低压晶体管的工艺兼容，又使得高压晶体管和低压晶体管各自的电学性能达到最优化。
下面结合附图，对本发明优选实施作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1为原始硅片的示意图；
图2为根据本发明优选实施例进行初氧的示意图；
图3为根据本发明优选实施例形成N型深埋层的示意图；
图4为根据本发明优选实施例生长第一外延层的示意图；
图5为根据本发明优选实施例形成N型浅埋层的示意图；
图6为根据本发明优选实施例形成P型埋层的示意图；
图7为根据本发明优选实施例生长第二外延层的示意图；
图8为根据本发明优选实施例形成深磷区的示意图；
图9为根据本发明优选实施例形成隔离区的示意图；
图10为根据本发明优选实施例形成N阱的示意图；
图11为根据本发明优选实施例形成基区的示意图；
图12为根据本发明优选实施例形成发射区的示意图；
图13为根据本发明优选实施例形成接触孔的示意图；
图14为根据本发明优选实施例形成金属化布线的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明优选实施方式进行详细的描述，本领域的技术人员可以理解这些附图只是示意性，不应理解为对本发明的限制。
图1至图14表示根据本发明优选实施例的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法的步骤示意图。
图1表示原始硅片的示意图，本发明优选实施例选取P型<100>晶向，电阻率为8-12欧姆厘米的半导体硅抛光片作为衬底1。
图2表示采用热生长的方法在衬底1上生长一层近500nm±50nm的氧化层2，作为埋层注入的掩膜。
光刻N型深埋层3，确定N型深埋层3的图形。湿法腐蚀N型深埋层3上的氧化层2，然后进行N型深埋层3注入，注入元素锑(122Sb+)，注入能量约100KEV，注入剂量约为3-5E15atoms/cm2，接着进行N型深埋层3的推进。推进温度约为1225℃，推进气氛：N2和H2/O2合成，推进时间约为2-3小时。这样就完成了N型深埋层3的工艺制作，参见图3。
整片腐蚀衬底1上的氧化层2后，进行第一次N型外延生长。生长的第一外延层4的厚度约8μm-10μm，电阻率约为5-10欧姆厘米，参见图4。
如图5所示，接着在第一外延层4上热生长550nm氧化层，作为N型浅埋层5的掩藏层。光刻N型浅埋层5，确定N型浅埋层5的图形。腐蚀N型浅埋层5上的氧化层，然后进行N型浅埋层5注入，注入元素锑(121Sb+)，注入能量约100KEV，注入剂量约为1-3E15atoms/cm2。接着在N2和H2/O2合成气氛中，温度约1225℃推进3-4小时，这就完成了N型浅埋层5的工艺制作。在低压NPN管上两个N型埋层最终是重叠连接的，这样做的好处是减少埋层电阻，缩短了基区与埋层的间距(或者说减少了有效的外延厚度)，同时也减少了集电极的串联电阻，维持了低压晶体管的优良特性，而在高压NPN管上，仅在深磷区8的下方有浅埋层，以后将与深磷区8相接，保持了厚的外延层，可经承受得住高压，以满足高压晶体管特性要求。
光刻P型埋层6，确定P型埋层6的图形。湿法腐蚀P型埋层6区上的氧化层，然后进行P型埋层6注入，注入元素硼(11B+)，注入能量约为60KEV，注入剂量约为3-5E15atoms/cm2。接着在N2和H2/O2合成气氛中、温度约1020℃推进1-2小时。完成了P型埋层6的工艺制作。P型埋层6在以后热过程中向下扩散穿通第一外延层4，向上在第二外延层7与高温推进后的隔离区9相接，实现了对通隔离，起着集成电路中各有源元件之间的电学隔离作用。参见图6。
整片腐蚀第一外延层4上的氧化层后，进行第二次N型外延生长，生长的第二外延层7的厚度约8μm-14μm，电阻率约为8-12欧姆厘米。参见图7。沉积第二外延层7的目的是为了满足高压晶体管对外延层的要求。在沉积第二外延层7的同时，由于外延高温(通常为1180℃)，P型埋层6既向下扩散也会向上扩散，最终向下扩散穿通第一外延层4，向上扩散与隔离区9相接。这样与同样厚度的单层外延相比大大缩少了隔离扩散高温推进的时间，隔离横向扩散达到最小化。
在第二外延层7上热生长600nm的氧化层，作为深磷区8注入和推进的掩藏层。光刻深磷区8，确定深磷区8图形。湿法腐蚀深磷区8上的氧化层，然后进行深磷区8注入，注入元素磷(31P+)，注入能量约为100KEV；注入剂量约为3-7E15atoms/cm2；接着进行深磷区8推进，推进温度：1200℃；推进气氛：N2和H2/O2合成；推进时间：1-2小时。这样实现深磷区8与上翻的N型浅埋层5相连接，目的为了减少晶体管的集电极的串联电阻。参见图8。
接着光刻隔离区9，确定隔离区9的图形，隔离区9注入：注入元素硼(11B+)，注入能量约33kev；注入剂量约1-3E15atoms/cm2。然后在N2和H2/O2合成气氛中，温度约1020℃推进1-2小时。形成隔离区9，也同时形成高压PNP晶体管的发射区9’和集电区9”。参见图9。
接着光刻N阱10，确定N阱10的图形。然后进行N阱10注入，注入元素砷(75As+)；注入能量：90-130KEV；注入剂量：1-3E12atoms/cm2。接着进行N阱10推进，推进温度：1020℃；推进气氛：N2和H2/O2合成；推进时间：1-2小时。这样完成了N阱10的工艺制作。N阱10作为低压PNP晶体管的基区(相对提高了基区(第二外延层)的表面浓度)，以满足低压NPN晶体管的性能要求，另外N阱10还作为低压NPN晶体管场区注入，提高了NPN晶体管场区的表面浓度和场开启电压，抑制了表面沟道效应。参见图10。
接着光刻基区11，确定基区11的图形。腐蚀基区11上的氧化层，进行基区11注入：注入元素(11B+)，注入能量约60KEV；注入剂量约3-5E14atoms/cm2，然后进行基区11推进，推进温度约1175℃；推进气氛：N2和H2/O2合成；推进时间：1-1.5小时。这样就完成了基区11的工艺制作。同时还完成低压PNP晶体管的发射极11’和集电极11”的工艺制作。参见图11。
接着光刻发射区12，确定发射区12的图形。腐蚀发射区12上的氧化层，然后进行发射区12注入，注入元素磷(31P+)；注入能量：110KEV；注入剂量：9-11E15atoms/cm2。接着进行发射区12推进，推进温度：1050℃；推进气氛：N2和H2O2合成；推进时间：2-3小时，这样完成了发射区的工艺制作。形成发射区的区域有低压NPN晶体管、高压晶体管的发射区12，低压晶体管和高压晶体管的集电区12’；低压PNP晶体管、高压PNP晶体管的基区12*，高压NPN晶体管基区11与隔离区9之间的保护环12**，高压PNP晶体管集电区9’与隔离区9之间的保护环12**。这些保护环，起着高压晶体管场区上走高压线的要求而设计的。参见图12。
然后光刻接触孔15，确定接触孔15的图形。先用干法刻蚀用于电容器所需的氮化硅，然后用湿法腐蚀接触孔15内余下的二氧化硅。这样就完成了接触孔15的工艺制作。参见图13。
接着溅射铝硅金属，铝硅比例为铝98％、硅2％，铝硅金属厚度为1μm-1.6μm。光刻金属化，确定金属化图形，干法刻蚀铝硅金属，这样就在上述所获得的结构上形成金属化布线13。参见图14。
然后采用CVD(化学气相沉积)介质钝化氮化硅，目的在于保护铝硅金属膜和提高可靠性。再进行光刻压点，确定压点图形，干法刻蚀压点氮化硅，这样完了金属化压点图形还需要合金，形成铝硅欧姆接触
当然，本发明还可有其他实施例，而不局限于上述的实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备半导体衬底；
在所述半导体衬底中形成N型深埋层；
整片腐蚀热生长在所述半导体衬底上的氧化层后，在所述半导体衬底上生长第一外延层；
在所述第一外延层里形成N型浅埋层；
在所述第一外延层里形成P型埋层；
整片腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层后，在所述第一外延层上生长第二外延层；
在所述第一外延层和所述第二外延层里形成与所述浅埋层相接的深磷区；
在所述第二外延层里形成隔离区；
在所述第二外延层里形成N阱；
在所述第二外延层里形成基区和发射区；
在热生长在所述第二外延层上的氧化层中光刻接触孔；
在获得的结构上形成金属化布线；
其中，在所述第一外延层里形成浅埋层的步骤包括：
光刻构图浅埋层；
腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层；
注入元素锑121Sb +，注入能量为100KEV，注入剂量为1-3E15atoms/cm2；
在1225℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进3-4小时。
2.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于在所述半导体衬底中形成深埋层的步骤包括：
光刻构图深埋层；
湿法腐蚀热生长在所述衬底上的氧化层；
注入元素锑122Sb +，注入能量为100KEV，注入剂量为3-5E15atoms/cm2；
在1225℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进2-3小时。
3.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于在所述第一外延层里形成埋层的步骤包括：
光刻构图埋层；
湿法腐蚀热生长在所述第一外延层上的氧化层；
注入元素硼11B+，注入能量为60KEV，注入剂量为3-5E15atoms/cm2；
在1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
4.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于形成所述深磷区的步骤包括步骤：
光刻构图深磷区；
湿法腐蚀热生长在所述第二外延层上的氧化层；
注入元素磷31P+，注入能量为100KEV，注入剂量为3-7E15atoms/cm2；
在1200℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
5.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于形成隔离区的步骤包括：
光刻构图隔离区；
注入元素硼11B+，注入能量为33KEV，注入剂量为1-3E15atoms/cm2；
在1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
6.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于形成所述N阱的步骤包括：
光刻构图N阱；
注入元素砷75As+，注入能量为90-130KEV，注入剂量为1-3E12atoms/cm2；
在1020℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-2小时。
7.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于形成所述基区的步骤包括：
光刻构图基区；
腐蚀所述第二外延层上的氧化层；
注入元素11B+，注入能量为60KEV，注入剂量3-5E14atoms/cm2；
在1175℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进1-1.5小时。
8.根据权利要求1所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于形成所述发射区的步骤包括：
光刻构图发射区；
腐蚀热生长在所述第二外延层上的氧化层；
注入元素31P+，注入能量为110KEV，注入剂量9-11E15atoms/cm2；
在1050℃的温度下，在N2和H2/O2气氛下推进2-3小时。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高压与低压兼容的双极型晶体管的制造方法，其特征在于所述第一外延层厚度为8-10μm，电阻率为5-10欧姆厘米；所述第二外延层厚度为8-14μm，电阻率为8-12欧姆厘米。
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