CN104637810A - 晶体管发射区的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶体管发射区的制造方法，包括：在包含有第一基区、第二基区和氧化硅层的衬底的表面涂覆光刻胶；去除预设区域的光刻胶，在预设区域形成光刻胶窗口；去除光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，形成盲孔，盲孔的底部与第一基区之间保留有第一预设厚度的氧化硅；去除覆盖在衬底表面的剩余光刻胶；在氧化硅层的表面、盲孔的侧壁和底部生长介质膜；去除介质膜；去除盲孔底部剩余的氧化硅，以露出第一基区，形成发射区窗口。本发明能够使晶体管发射区的尺寸小于光刻机的解析度尺寸，从而提高晶体管的工作频率，并且可避免等离子干法刻蚀对基区表面的损伤，提高产品性能。

Description

晶体管发射区的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体而言，涉及一种晶体管发射区的制造方法。

背景技术

随着射频和无线通信技术的发展，高频晶体管被越来越多的使用。广义的高频晶体管包括高频双极型晶体管和高频场效应晶体管等类型，狭义的高频晶体管特指高频双极型晶体管（RF Bipolar，下文所述“高频晶体管”都特指高频双极型晶体管）。

衡量高频晶体管性能的最重要参数即其工作频率，为了提升高频晶体管的工作频率，在实践工艺中都采用小线条的梳状条形结构，并且采用多晶硅发射极结构。为了能够更清晰地理解，以图说明，图1所示是高频晶体管的剖面结构示意图，高频晶体管包括基区902、由N型外延和N型衬底构成的集电区以及由N型扩散区和多晶硅构成的发射区，分别对应基极、集电极、发射极共三个金属电极（其中集电极从N型衬底即芯片的背面引出，图中没有标示）；其中，N型扩散区是由多晶硅中的掺杂元素（磷或者砷）在高温环境下热扩散至基区902表层形成的；为了提升工作频率，在发射区之外的基区中制作浓基区904以减小基区电阻，实践工艺中，为了防止浓基区904和发射区发生短路，两者之间设置间隔距离S。

如图1所示，高频晶体管的工作频率主要决定于发射区的尺寸W以及浓基区904与发射区的间距S，即减小W和S，可以提升高频晶体管的工作频率。由于发射区、浓基区904都是通过光刻工艺定义其区域的，是否能制作更小的W和S，主要取决于光刻机的加工精度，其中S取决于光刻机的对准精度，W取决于光刻机的解析度。

传统工艺中，高频晶体管的制作工艺包括：

1、制作基区902和浓基区904：在生长有N型外延的N型衬底表面，通过光刻、刻蚀、离子注入、扩散等工艺步骤，形成基区902和浓基区904（由于这些都不是本发明重点研究的工艺步骤，在此不做赘述），完成基区902和浓基区904制作工艺之后的晶体管结构剖面示意图如图2所示，基区902和浓基区904所在的区域为有源区，有源区之外的区域为场区。

2、在上述衬底表面执行光刻工艺（此步光刻工艺习惯称之为发射区光刻），形成光刻胶窗口（尺寸为W），光刻胶窗口区域的二氧化硅906裸露出来。光刻机是光刻工艺的最核心设备，光刻机的解析度越高，可加工形成更小尺寸（W）的光刻胶窗口，参考图3。

3、采用等离子体干法刻蚀工艺，去除光刻胶窗口区域的二氧化硅906，形成二氧化硅窗口（即发射区窗口），发射区窗口的尺寸等于光刻胶窗口的尺寸W，二氧化硅窗口区域的基区裸露出来，参考图4。

4、去除光刻胶，淀积多晶硅，采用离子注入对多晶硅进行掺杂，注入元素为磷或者砷。填充在发射区窗口区域的多晶硅与基区表面是直接接触的，如图5所示。

5、高温热处理，多晶硅中的掺杂元素（磷或者砷）热扩散至基区表层形成N型扩散区，如图6所示。

6、采用光刻、刻蚀工艺去除掉多余的多晶硅，保留发射区窗口区域的多晶硅，参考图7。

至此，发射区相关工艺（上述第2～6步）全部完成。

后续采用光刻、刻蚀、淀积等工艺步骤，制作接触孔、金属电极，形成图1所示的高频晶体管结构，这些步骤都属于本领域常见的工艺，而且也都不是本案重点研究的工艺步骤，在此不再赘述。

以上传统方法，存在以下缺点：

1、可加工形成的最小发射区的尺寸W完全取决于光刻机（上述第2步的发射区光刻）的解析度，即光刻机的解析度越高，可加工的最小发射区尺寸W越小，但事实上，光刻机的解析度每提高一倍，其设备和工艺成本往往会提升10倍甚至更多；

2、采用等离子体干法刻蚀工艺去除发射区窗口的二氧化硅，以裸露出发射区窗口区域的基区（上述第3步），这种方法容易在基区表面造成等离子体损伤，最终影响高频晶体管的性能。

发明内容

本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的晶体管发射区的制造方法，可以加工出尺寸比光刻机的解析度更小的晶体管发射区，提高晶体管的工作频率。

有鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种晶体管发射区的制造方法，包括：在包含有第一基区、第二基区和氧化硅层的衬底的表面涂覆光刻胶，其中，所述氧化硅层位于所述第一基区和所述第二基区的表面；去除预设区域的光刻胶，在所述预设区域形成光刻胶窗口，所述预设区域与所述第一基区相对；去除所述光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，形成盲孔，所述盲孔的底部与所述第一基区之间保留有第一预设厚度的氧化硅；去除覆盖在所述衬底表面的剩余光刻胶；在所述氧化硅层的表面、所述盲孔的侧壁和底部生长介质膜；去除所述介质膜；去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口。

在盲孔的底部保留有第一预设厚度的氧化硅，并在去除光刻胶之后，在氧化硅层的表面、盲孔的侧壁和底部生长介质膜，在刻蚀掉介质膜时，盲孔侧壁上的介质膜会保留下来，因此盲孔的口径变小，即氧化硅窗口的尺寸将小于光刻胶窗口的尺寸，这样就使得发射区的尺寸变小，从而提高晶体管的工作频率，并且由于可使得发射区窗口的尺寸小于光刻机解析度尺寸，因此采用较低解析度的光刻机就可以制作更精细的发射区，从而降低光刻设备和工艺成本。

附图说明

图1示出了相关技术中的高频晶体管剖面结构示意图；

图2示出了相关技术中完成基区和浓基区制作工艺之后的晶体管剖面结构示意图；

图3示出了相关技术中发射区光刻之后的晶体管剖面结构示意图；

图4示出了相关技术中刻蚀发射区窗口之后的晶体管剖面结构示意图；

图5示出了相关技术中多晶硅淀积和掺杂之后的晶体管剖面结构示意图；

图6示出了相关技术中多晶硅高温热处理之后的晶体管剖面结构示意图；

图7示出了相关技术中多晶硅刻蚀之后的晶体管剖面结构示意图；

图8示出了根据本发明的实施例的晶体管发射区的制造方法的流程图；

图9示出了根据本发明的实施例的发射区光刻之后的晶体管剖面结构示意图；

图10示出了根据本发明的实施例的刻蚀掉部分二氧化硅之后的晶体管剖面结构示意图；

图11示出了根据本发明的实施例的低温化学气相淀积生长介质膜之后的晶体管剖面结构示意图；

图12示出了根据本发明的实施例的再次干法刻蚀之后的晶体管剖面结构示意图；

图13示出了根据本发明的实施例的采用化学腐蚀剂漂洗剩余二氧化硅裸露出基区表面之后的晶体管剖面结构示意图；

图14示出了根据本发明的实施例的多晶硅刻蚀之后的晶体管剖面结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图8示出了根据本发明的实施例的晶体管发射区的制造方法的流程图。

如图8所示，根据本发明的实施例的晶体管发射区的制造方法，可以包括以下步骤：

步骤802，在包含有第一基区、第二基区和氧化硅层的衬底的表面涂覆光刻胶，氧化硅层位于第一基区和第二基区的表面；

步骤804，去除预设区域的光刻胶，在预设区域形成光刻胶窗口，预设区域与第一基区相对；

步骤806，去除光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，形成盲孔，盲孔的底部与第一基区之间保留有第一预设厚度的氧化硅；

步骤808，去除覆盖在衬底表面的剩余光刻胶；

步骤810，在氧化硅层的表面、盲孔的侧壁和底部生长介质膜；

步骤812，去除介质膜，以及去除盲孔底部剩余的氧化硅，以露出第一基区，形成发射区窗口。

在上述技术方案中，优选的，所述发射区窗口的尺寸小于所述光刻胶窗口的尺寸。

在盲孔的底部保留有第一预设厚度的氧化硅，并在去除光刻胶之后，在氧化硅层的表面、盲孔的侧壁和底部生成介质膜，在刻蚀掉介质膜时，盲孔侧壁上的介质膜会保留下来，因此盲孔的口径变小，即氧化硅窗口的尺寸将小于光刻胶窗口的尺寸，这样就使得发射区的尺寸变小，能够提高晶体管的工作频率，并且由于可使得发射区窗口的尺寸小于光刻机解析度尺寸，因此采用较低解析度的光刻机就可以制作更精细的发射区，从而降低光刻设备和工艺成本。

在上述任一技术方案中，优选的，所述介质膜的厚度小于所述盲孔的深度。

由于介质膜的厚度小于盲孔的深度，因此，当盲孔外的氧化硅层表面的介质膜被刻蚀掉时，盲孔侧壁上的介质膜被保留下来，即侧壁上填充了介质膜，因此，能够使得盲孔的口径变小，从而使得后期获得的发射区的尺寸变小。

在上述任一技术方案中，优选的，在采用等离子体干法刻蚀工艺去除所述介质膜时，还去除掉所述盲孔底部的所述第一预设厚度的氧化硅中的部分氧化硅，使所述盲孔底部剩余第二预设厚度的氧化硅，其中，所述第二预设厚度小于所述第一预设厚度。

在刻蚀掉介质膜时，可以加大刻蚀的厚度，使得盲孔底部与第一基区之间的氧化硅被刻蚀掉一部分，这样有利于后期去除盲孔底部的氧化硅。

在上述任一技术方案中，优选的，所述第一预设厚度为大于所述氧化硅层厚度的五分之一且小于所述氧化硅层厚度的三分之二。优选的，所述第二预设厚度为200埃～800埃。

在上述任一技术方案中，优选的，所述去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口的步骤包括：采用氢氟酸溶液漂洗掉所述盲孔底部剩余的氧化硅。

为了避免第一基区的表面被损伤，因此采用化学液来清洗盲孔底部剩余的氧化硅。

在上述任一技术方案中，优选的，通过等离子体干法刻蚀工艺去除所述介质膜，所述等离子体干法刻蚀工艺为竖直向下的各向异性刻蚀。由于是竖直向下的各向异性刻蚀，因此能够保证在竖直方向上刻蚀介质膜，从而刻蚀掉盲孔底部的介质膜以及部分氧化硅而保留盲孔侧壁上的介质膜，以减小盲孔的口径。

在上述任一技术方案中，优选的，通过等离子体干法刻蚀工艺去除所述光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，所述等离子体干法刻蚀工艺为竖直向下的各向异性刻蚀。

在上述任一技术方案中，优选的，所述去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口之后，还可以包括：在所述氧化硅层的表面和所述发射区窗口中淀积多晶硅；采用离子注入工艺对所述多晶硅进行掺杂，掺杂元素为磷元素、砷元素或者锑元素；对所述多晶硅进行热处理，以使所述发射区窗口中的多晶硅中的所述掺杂元素扩散至所述第一基区的表层中，形成N型扩散区；通过光刻、刻蚀工艺去除所述发射区窗口区域之外的区域的多晶硅。

接下来参考图9至图14进一步详细说明根据本发明的一实施例。

根据本发明的实施例的晶体管发射区的制造方法可以包括：

首先，如图9所示，在包括有N型衬底、N型外延、基区（即第一基区）902、浓基区（即第二基区）904和二氧化硅906的衬底的表面，执行第一光刻工艺，包括：在所述衬底的表面涂覆光刻胶，通过光刻去除预设区域的光刻胶，保留预设区域之外的区域的光刻胶，形成光刻胶窗口（尺寸为W1），所述光刻胶窗口区域的二氧化硅裸露出来，如图9所示。二氧化硅在有源区的厚度为2000～8000埃。

如图10所示，等离子体干法刻蚀所述光刻胶窗口区域的部分二氧化硅，设定的刻蚀深度为二氧化硅厚度的1/3～4/5，形成二氧化硅窗口（即盲孔，盲孔是位于二氧化硅的表层和内层而不贯通二氧化硅的导通孔）；二氧化硅窗口的尺寸等于光刻胶窗口的尺寸（W1），深度等于此步刻蚀深度（即形成的盲孔的深度为整个二氧化硅厚度的1/3～4/5），在盲孔的底部与基区902之间保留有预设厚度H的二氧化硅。

在图10中，刻蚀所采用的等离子体干法刻蚀优选为竖直向下的各向异性刻蚀。

以具体例子说明：所述光刻胶窗口区域的二氧化硅厚度为4000埃，此步工艺的刻蚀深度为3000埃（即盲孔的深度为3000埃），形成的二氧化硅窗口的底部仍然剩余1000埃的二氧化硅（H），如图10所示。

去除光刻胶，采用低温化学气相淀积的方法生长介质膜：该介质膜的成分优选为氧化层，生长厚度（特指在平坦区的纵向生长厚度D1）为300～3000埃；所述生长厚度小于上一步骤中等离子体干法刻蚀的深度（即二氧化硅窗口的深度）。低温化学气相淀积生长的介质膜具有良好的台阶覆盖性，因此在所述二氧化硅窗口的顶部、底部和侧壁都能形成均匀的介质膜，由于介质膜的生长厚度小于二氧化硅窗口的深度，所以覆盖在二氧化硅窗口侧壁的介质膜的纵向厚度（D2）大于该区域其横向厚度（覆盖在二氧化硅窗口侧壁的介质膜的横向厚度约等于平坦区的生长厚度D1），如图11所示。

等离子体干法刻蚀介质膜和二氧化硅，直至二氧化硅窗口底部剩余的二氧化硅厚度小于某设定值：该设定值等于200～800埃，优选为300埃左右。所述等离子体干法刻蚀优选为竖直向下的各向异性刻蚀，由于覆盖在二氧化硅窗口侧壁的介质膜的纵向厚度大于其横向厚度，竖直向下的各向异性刻蚀只会刻蚀掉二氧化硅窗口顶部的介质膜，而覆盖在二氧化硅窗口侧壁的大部分介质膜1202被保留下来，如图12所示。

采用化学腐蚀剂漂洗掉二氧化硅窗口底部剩余的二氧化硅1204，形成发射区窗口（尺寸为W2），窗口底部的基区902裸露出来。化学腐蚀剂优选为稀释的氢氟酸溶液，由于化学腐蚀剂是化学液，因此对基区表面不会产生损伤。如图13所示，所述发射区窗口的尺寸W2小于发射区光刻时形成的光刻胶窗口的尺寸W1，比如某生产线的光刻机的解析度为0.5微米，在发射区光刻时可形成的最小光刻胶窗口尺寸为W1=0.5微米，按照本发明可形成W2=0.1～0.5微米范围内设定尺寸的发射区，也就是说，可形成小于光刻机解析度尺寸的发射区窗口，如图13所示。

在形成发射区窗口之后，晶体管发射区的制造方法还可以包括：

淀积多晶硅，采用离子注入对多晶硅进行掺杂：所述多晶硅的厚度为500～5000埃，所述离子注入的剂量为1E15～3E16原子/平方厘米，注入元素为磷、砷或者锑；

高温热处理，多晶硅中的掺杂元素（磷、锑或者砷）热扩散至基区表层形成N型扩散区：所述高温热处理优选为快速热处理（温度900～1150摄氏度，时间10～300秒，所述N型扩散区的深度为50～2000埃）；

在所述多晶硅的表面执行第二光刻工艺和刻蚀工艺，去除掉多余的多晶硅，保留发射区窗口区域的多晶硅，如图14所示。

以上结合附图详细说明了根据本发明的技术方案，本发明采取对二氧化硅刻蚀采取多步刻蚀，且在多步刻蚀之间穿插了低温化学气相淀积介质膜，并最终采取湿法腐蚀液将二氧化硅窗口底部剩余的二氧化硅漂洗掉的方法形成发射区窗口，一方面可使得发射区窗口的尺寸小于光刻机解析度尺寸，采用较低解析度的光刻机就可以制作更精细的发射区，从而降低光刻设备和工艺成本，另一方面可避免等离子干法刻蚀对基区表面的损伤，提高产品的性能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶体管发射区的制造方法，其特征在于，包括：

在包含有第一基区、第二基区和氧化硅层的衬底的表面涂覆光刻胶，其中，所述氧化硅层位于所述第一基区和所述第二基区的表面；

去除预设区域的光刻胶，在所述预设区域形成光刻胶窗口，所述预设区域与所述第一基区相对；

去除所述光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，形成盲孔，所述盲孔的底部与所述第一基区之间保留有第一预设厚度的氧化硅；

去除覆盖在所述衬底表面的剩余光刻胶；

在所述氧化硅层的表面、所述盲孔的侧壁和底部生长介质膜；

去除所述介质膜；

去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口。

2.根据权利要求1所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述发射区窗口的尺寸小于所述光刻胶窗口的尺寸。

3.根据权利要求1所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述介质膜的厚度小于所述盲孔的深度。

4.根据权利要求1所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，在采用等离子体干法刻蚀工艺去除所述介质膜时，还去除掉所述盲孔底部的所述第一预设厚度的氧化硅中的部分氧化硅，使所述盲孔底部剩余第二预设厚度的氧化硅，其中，所述第二预设厚度小于所述第一预设厚度。

5.根据权利要求4所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述第一预设厚度为大于所述氧化硅层厚度的五分之一且小于所述氧化硅层厚度的三分之二。

6.根据权利要求5所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述第二预设厚度为200埃～800埃。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口的步骤包括：

采用氢氟酸溶液漂洗掉所述盲孔底部剩余的氧化硅。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，通过等离子体干法刻蚀工艺去除所述介质膜，所述等离子体干法刻蚀工艺为竖直向下的各向异性刻蚀。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，通过等离子体干法刻蚀工艺去除所述光刻胶窗口所在区域的部分氧化硅，所述等离子体干法刻蚀工艺为竖直向下的各向异性刻蚀。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管发射区的制造方法，其特征在于，所述去除所述盲孔底部剩余的氧化硅，以露出所述第一基区，形成发射区窗口之后，还包括：

在所述氧化硅层的表面和所述发射区窗口中淀积多晶硅；

采用离子注入工艺对所述多晶硅进行掺杂，掺杂元素为磷元素、砷元素或者锑元素；

对所述多晶硅进行热处理，以使所述发射区窗口中的多晶硅中的所述掺杂元素扩散至所述第一基区的表层中，形成N型扩散区；

通过光刻、刻蚀工艺去除所述发射区窗口区域之外的区域的多晶硅。