CN106033723A - 双极型晶体管的基区形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双极型晶体管的基区形成方法。该方法包括：将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；对半导体晶圆进行高温处理期间，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理，以形成双极型晶体管的基区。该方法使双极型晶体管在设定区域形成的基区的结深均匀，保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高了双极型晶体管的制造精度。

Description

双极型晶体管的基区形成方法

技术领域

本发明实施例涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种双极型晶体管的基区形成方法。

背景技术

晶体管包括双极型晶体管和场效应晶体管，其中双极型晶体管由集电区、基区和发射区构成。按照其导电类型，可以把双极型晶体管分为NPN晶体管和PNP晶体管。

以NPN晶体管为例对现有技术中在半导体晶圆上制造双极型晶体管的工艺进行说明。图1为NPN晶体管的剖面结构示意图。如图1所示，NPN晶体管包括：N型衬底的集电区1、P型基区2以及N型发射区3。在对NPN晶体管进行制造时，首先采用氧化、光刻、离子注入工艺在N型衬底的设定区域形成P型离子注入掺杂区，采用退火工艺，使P型离子注入掺杂区中的杂质元素热扩散，形成P型基区2，P型基区的深度为P型基区的结深。然后再次采用氧化、光刻、离子注入工艺在P型基区2的设定区域形成N型多晶硅，采用快速热处理工艺，使得N型多晶硅中的杂质元素热扩散至P型基区2表层中，形成N型发射区3，N型发射区3的深度为N型发射区的结深。PNP晶体管的制造工艺与NPN晶体管的制造工艺相似。

现有技术中，在双极型晶体管集电区的设定区域形成离子注入掺杂区后，进行退火工艺时，将半导体晶圆放置在高温加热的圆管形的炉管中。由于炉管内部存在温度不均的现象，导致了半导体晶圆上设定区域不同位置的基区的结深存在较大差异，严重影响双极型晶体管的参数一致性，使双极型晶体管的制造精度降低。

发明内容

本发明实施例提供一种双极型晶体管的基区形成方法。该方法使双极型晶体管在设定区域形成的基区的结深均匀，保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高了双极型晶体管的制造精度。

本发明实施例提供一种双极型晶体管的基区形成方法，包括：

将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；

对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理，以形成所述双极型晶体管的基区。

进一步地，如上所述的方法，所述对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理具体包括：

在预设高温处理时间内，采用同一温度对所述半导体晶圆进行高温处理的同时，按照预设转速，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理。

进一步地，如上所述的方法，所述对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理具体包括：

在预设高温处理时间内，对所述半导体晶圆进行多次高温处理，并在相邻的高温处理间隔，以所述半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对所述半导体晶圆进行旋转处理。

进一步地，如上所述的方法，每次旋转处理的预设角度相同，所述每次旋转处理的旋转方向相同。

进一步地，如上所述的方法，每次高温处理的温度范围为750-900摄氏度，每次高温处理的时间范围为10-120分钟。

进一步地，如上所述的方法，所述每次高温处理的温度相同，所述每次高温处理的时间相同。

进一步地，如上所述的方法，所述高温处理的次数为4次，每次旋转处理的所述预设角度为90度。

本发明实施例提供一种双极型晶体管的基区形成方法，通过将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；对半导体晶圆进行高温处理期间，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理，以形成双极型晶体管的基区。使双极型晶体管在设定区域形成的基区的结深均匀，保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高了双极型晶体管的制造精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为NPN晶体管的剖面结构示意图；

图2为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例一的流程图；

图3为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例二的流程图；

图4为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例三的流程图；

图5为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第一次高温处理后的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第一次旋转处理和第二次高温处理后的结构示意图；

图7为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第二次旋转处理和第三次高温处理后的结构示意图；

图8为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第三次旋转处理和第四次高温处理后的结构示意图。

符号说明：

1-N型衬底的集电区 2-P型基区 3-N型发射区

4-半导体晶圆 5-炉管

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例一的流程图，如图2所示，该方法包括：

步骤201，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中。

本实施例中，双极型晶体管可以为NPN晶体管，也可以为PNP晶体管，本实施例中不做限定。炉管为能进行高温加热的圆管形装置。

具体地，当双极型晶体管为NPN晶体管时，如图1所示，NPN晶体管的集电区为N型衬底的集电区，在N型衬底的集电区的设定区域形成的离子注入掺杂区为P型离子注入掺杂区，具体的杂质元素为三族元素，可以为硼、铝、镓等。当双极型晶体管为PNP晶体管时，PNP晶体管的集电区为P型衬底的集电区，在P型衬底的集电区的设定区域形成的离子注入掺杂区为N型离子注入掺杂区，具体的杂质元素为五族元素，可以为磷、砷、锑等。

其中，设定区域为在集电区表面中间位置区域，可以为矩形区域，也可以为其它形状的区域，本实施例中不做限定。

本实施例中，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中时，使炉管的中心轴线与半导体晶圆的圆心重合，以进行高温处理，使离子注入掺杂区的杂质元素被激活并进行热扩散。

本实施例中，在将半导体晶圆放入炉管中时，可以通过支撑装置将半导体晶圆放置在炉管中，也可以通过夹持装置将半导体晶圆放置在炉管中，本实施例中不做限定。其中，在将半导体晶圆放置在炉管中后，半导体晶圆可通过制动机构或其他机构相对于炉壁进行旋转。

本实施例中，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中前，需对集电区进行氧化、光刻等处理，对此本实施例中不再一一赘述。

步骤202，对半导体晶圆进行高温处理期间，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理，以形成双极型晶体管的基区。

本实施例中，在将半导体晶片放到炉管中后，对半导体晶片进行高温处理。其中，半导体晶圆高温处理期间是指将半导体放入炉管开始进行高温处理到彻底结束高温处理的时间。

本实施例中，在对半导体晶圆进行高温处理期间，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理，具体是在高温处理期间的整个过程中不断地进行旋转，还是在高温处理期间的某个时间段进行旋转，其他时间段与炉管保持相对静止，本实施例中不做限定。

本实施例中，对半导体晶圆进行高温处理的温度预先设定，例如可以为900摄氏度，也可以为其他温度，本实施例中不做限定。

本实施例中，对半导体晶圆进行高温处理的时间预先设定，例如可以为90分钟，也可以为其他时间，本实施例中不做限定。

本实施例中，通过将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；对半导体晶圆进行高温处理期间，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理，以形成双极型晶体管的基区。在炉壁的内部温度分布相对不均匀的情况下，可使半导体晶圆各个区域受热均匀，离子注入掺杂区的杂质元素热扩散到集电区表面设定区域形成的基区结深均匀，进而保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高了双极型晶体管的制造精度。

图3为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例二的流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤301，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中。

本实施例中，步骤301与本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例一的步骤201相同，在此不再一一赘述。

步骤302，在预设高温处理时间内，采用同一温度对半导体晶圆进行高温处理的同时，按照预设转速，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行旋转处理。

其中，预设高温处理的时间为预先设定的将半导体放入炉管开始进行高温处理到彻底结束高温处理的时间。例如可以为90分钟，也可以为其他时间，本实施例中不做限定。

本实施例中，在将半导体晶片放入炉管中后，在预设高温处理时间内，采用同一温度对半导体晶圆进行高温处理，其中的高温处理的温度可预先设定，例如可以为900摄氏度，也可以为其他温度，本实施例中不做限定。

具体地，在对半导体晶圆进行高温处理的同时，将半导体晶圆通过制动机构或其他机构按照预设的转速，以半导体晶圆的圆心为中心对半导体晶圆进行不间断地旋转处理。

其中预设的转速可设置为高速旋转，也可以为低速旋转，本实施例中不做限定。

本实施例中，虽然采用同一温度对半导体晶圆进行高温处理，由于在炉壁内部的温度分布相对不均匀，如有的部位温度为899摄氏度，有的部位温度为901摄氏度，在高温处理过程中对半导体晶片以半导体晶圆的圆心进行不间断地旋转，可使半导体晶圆各个区域受热均匀，离子注入掺杂区的杂质元素热扩散到集电区表面设定区域形成的基区结深均匀，进而保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高了双极型晶体管的制造精度。

图4为本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例三的流程图，如图4所示，该方法包括：

步骤401，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中。

本实施例中，步骤401与本发明双极型晶体管的基区形成方法实施例一的步骤201相同，在此不再一一赘述。

步骤402，在预设高温处理时间内，对半导体晶圆进行多次高温处理，并在相邻的高温处理间隔，以半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对半导体晶圆进行旋转处理。

本实施例中，预设高温处理时间为预先设定的将半导体放入炉管开始进行高温处理到彻底结束高温处理的时间。本实施例中，对半导体晶圆进行多次高温处理，所以预设高温处理时间为第一次高温处理的开始时间到最后一次高温处理的结束时间。

本实施例中，在预设高温处理时间内，对半导体晶圆进行高温处理的次数不做限定。

具体地，图5为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第一次高温处理后的结构示意图，图6为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第一次旋转处理和第二次高温处理后的结构示意图，图7为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第二次旋转处理和第三次高温处理后的结构示意图，图8为本发明实施例三提供的双极型晶体管的基区形成方法第三次旋转处理和第四次高温处理后的结构示意图。如图5所示，本实施例中，在将半导体晶圆4放置在炉管5中后，对半导体晶圆4进行第一次高温处理。如图6所示，在结束第一次高温处理后，以半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对半导体晶圆进行第一次旋转处理。在第一次旋转处理后，对放置在炉管中的半导体晶圆进行第二次高温处理。如图7所示，在结束第二次高温处理后，以半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对半导体晶圆进行第二次旋转处理。在第二次旋转处理后，对放置在炉管中的半导体晶圆进行第三次高温处理。如图8所示，在结束第三次高温处理后，以半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对半导体晶圆进行第三次旋转处理，在第三次旋转处理后，对放置在炉管中的半导体晶圆进行第四次高温处理。以此类推，直到达到预设高温处理时间，结束最后一次高温处理后，形成双极型晶体管的基区。

本实施例中，图5，图6，图7和图8所示的结构示意图，并非对本实施例中的高温处理的次数，预设旋转角度和旋转方向的限定。

本实施例中，将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；在预设高温处理时间内，对半导体晶圆进行多次高温处理，并在相邻的高温处理间隔，以半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对半导体晶圆进行旋转处理，能够使双极型晶体管在设定区域形成的基区的结深均匀，保证了双极型晶体管的参数一致性，有效提高双极型晶体管的制造精度。并且使双极型晶体管的制造工艺简单。

进一步地，如图5，图6，图7和图8所示，本实施例中，在每次高温处理结束后，对半导体晶圆进行旋转处理时，每次旋转处理的预设角度相同。例如每次旋转处理的预设角度为60度，也可以为其他预设角度，例如图6，图7和图8中的预设角度为90度。对此本实施例中不做限定。

进一步地，如图5，图6，图7和图8所示，本实施例中，在每次高温处理结束后，对半导体晶圆进行旋转处理时，每次旋转方向相同。例如每次旋转方向都为顺时针方向或每次旋转方向都为逆时针方向。在图6，图7和图8所示的旋转处理的旋转方向为顺时针方向。

进一步地，本实施例中，每次高温处理的温度范围为750-900摄氏度，优选地，本实施例中，每次高温处理的温度相同，例如每次高温处理的温度都为800摄氏度，也可以为温度范围里的其他温度，对此本实施例中不做限定。

进一步地，本实施例中，每次高温处理的时间范围为10-120分钟，优选地，本实施例中，每次高温处理的时间相同，例如每次高温处理的时间都为100分钟，也可以为高温处理的时间范围里的其他时间，本实施例中不做限定。

本实施例中，对半导体晶圆进行旋转处理时，每次旋转处理的预设角度相同，并且每次旋转方向相同，并且每次高温处理的温度相同，每次高温处理的时间相同，能够使半导体晶圆的各个区域受热更均匀，以使离子注入掺杂区的杂质元素热扩散到集电区表面设定区域置形成的基区结深更均匀。

优选地，如图5，图6，图7和图8所示，本实施例中，对半导体晶圆进行高温处理的次数为4次，每次旋转处理的预设角度为90度。则在预设的高温处理时间内，对半导体晶圆旋转处理的次数为3次。

本实施例中，对半导体晶圆进行高温处理的次数为4次，每次旋转处理的所述预设角度为90度，能够使离子注入掺杂区的杂质元素热扩散到集电区表面设定区域形成的基区结深更均匀的同时，有效减少资源损耗。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种双极型晶体管的基区形成方法，其特征在于，包括：

将在集电区的设定区域形成离子注入掺杂区的半导体晶圆放入炉管中；

对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理，以形成所述双极型晶体管的基区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理具体包括：

在预设高温处理时间内，采用同一温度对所述半导体晶圆进行高温处理的同时，按照预设转速，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述半导体晶圆进行高温处理期间，以所述半导体晶圆的圆心为中心对所述半导体晶圆进行旋转处理具体包括：

在预设高温处理时间内，对所述半导体晶圆进行多次高温处理，并在相邻的高温处理间隔，以所述半导体晶圆的圆心为中心，按预设角度对所述半导体晶圆进行旋转处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，每次旋转处理的预设角度相同，所述每次旋转处理的旋转方向相同。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，每次高温处理的温度范围为750-900摄氏度，每次高温处理的时间范围为10-120分钟。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述每次高温处理的温度相同，所述每次高温处理的时间相同。

7.根据权利要求3-6任一项所述的方法，其特征在于，所述高温处理的次数为4次，每次旋转处理的所述预设角度为90度。