CN1542928A - 一种半导体晶体管的制造方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体晶体管的制造方法及其产品，制造方法的特点是包括以下步骤：一、选择适当的原始硅片；二、在该原始硅片上实施半等平面工艺；三、采用掺杂后的多晶作为形成发射区的扩散源和引出电极；四、通过选择适当的时间和温度，利用完成多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区；上述方法所制成的产品的特点是包括：作为衬底的原始硅片，它是一P型晶向硅单晶，原始硅片上依次是N型外延和氧化层，其中，基区由基区、P+构成，并且P+用于作基区的引出端；氮化硅和氧化层作为电极与硅片之间的介质层；多晶作为发射区的引出电极。由此本发明的特征频率得到极大的提高，改善了C－E击穿特性，并使发射结结深程度减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造工艺，尤其涉及一种半导体晶体管的制造方法及其产品。
背景技术
如图1所示，这是采用现有技术一种半导体晶体管制造方法得到的NPN晶体管纵剖面结构示意图。图中，在NPN晶体管中，衬底为P型<100>晶向硅单晶圆片1，集电区由N+埋层2，深磷6和N型外延4构成；基区由基区8和P+7构成，P+7作为接触；发射区为N+9部分，三个电极均通过金属一11作为电极引出，介质层10用以隔离金属一11和硅片1。
上述现有技术晶体管制造方法及其产品在实际制造和使用过程中存在的缺陷是：
1、p较低。由于现有技术晶体管制造方法中，p主要取决于发射区与基区方块电阻的比值，和基区有效宽度Wb，并且由于基区浓度必须高于集电区浓度以保证耐压和p的线性度，而发射区受最高掺杂浓度限制，因此发射区与基区方块电阻的比值不可能得到很大的改善；而受工艺条件限制，使基区有效宽度Wb也不能过于减小，从而使得器件的体积不能降低到最低限度。
2、特征频率较低。
3、C-E耐压特性不好。由于现有技术晶体管制造方法中，集电极C和和发射极E都从同一平面引出，因此耐压击穿主要是发生在间距最近的表面，所以耐压特性不能尽如人意；
4.结深较大。由于现有技术晶体管制造方法中，发射区采用离子注入的方法形成，为了使注入的离子活化则必定进行退火，因此限制了发射结结深的减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体晶体管的制造方法及其产品，它采用多晶作为发射极，使半导体晶体管器件具有浅结和高特征的频率。
本发明的目的是这样实现的：
一种半导体晶体管的制造方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一，选择适当的原始硅片；
步骤二，在该原始硅片上实施半等平面工艺；
步骤三，采用掺杂后的多晶作为形成发射区的扩散源和引出电极；
步骤四，通过选择适当的时间和温度，利用完成多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤一中，所述的衬底采用P型晶向且电阻率在0.05-0.008欧姆厘米的硅单晶，在该衬底上形成3微米厚度的外延层2，衬底的电阻率为0.7-0.75欧姆厘米。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤二中，所述的在该高掺杂的衬底上实施半等平面工艺的具体步骤包括；
1)在硅片衬底表面上形成一层约600的氧化层，
2)在氧化层上通过淀积的方式生成一层氮化硅，该氨化硅N的厚度约650，用以作为选择性氧化的掩蔽层；
3)在氮化硅上涂敷一光致抗蚀剂层，并利用场区掩膜版进行光刻构图，以暴露进行场区氧化的部分，然后，将暴露的部分的氨化硅刻蚀掉；
4)进行去胶、清洗后，在高温下进行氧化，在无氮化硅掩蔽的部分，形成约11000的氧化层，即场区；
5)通过腐蚀工艺，将先前生成的650的氮化硅和600的氧化层全部去掉；
6)重新生长一层约1100左右的氧化层。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤二的第4)中，所述的进行高温氧化的条件是，980℃的温度下，氢氧混合气体H2/O2的气氛中，氧化约8个小时。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤三中，所述的采用多晶作为发射区进行引出电极的具体步骤包括，
1)利用基区(本征基区)、P+(非本征基区)掩膜版，分别进行基区门)、P+区光刻构图和硼离子注入；
2)进行去胶、清洗后，在所形成的结构的整个表面上淀积一约1100氮化硅层(Si3N4)；
3)在氮化硅层门(Si3N4)上涂敷一光致抗蚀剂层，然后进行光刻构图，以暴露接触孔区，并通过干法刻蚀将暴露的氮化硅层完全去除；
4)去除光致抗蚀剂层，重新涂敷一光致抗蚀剂层，用发射区掩膜版将发射区上的氧化硅刻蚀掉，然后，去胶后整片(包括发射区)淀积一层约2000左右的多晶硅并进行砷离子注入；
5)在高温和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进，通过完成多晶注入后的多晶硅和单晶硅之间的固一固扩散形成发射区(11)；
6)在发射区(11)上涂敷一光致抗蚀剂层，利用多晶掩膜版进行多晶层构图后进行干法刻蚀；
7)在高温度和氮气N2的气氛中推进，并水整片对氧化硅层(9)进行干法刻蚀，利用干法刻蚀对硅和氧化硅的刻蚀速率差，形成接触孔(12)。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤三的5)中，所述的高温和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进的条件是，900℃的温度和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进约50分钟。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤三的7)中，所述的高温度和氮气N2的气氛中推进的条件是，950℃的温度和纯氮气N2的气氛中推进约10分钟。
在上述的一种半导体晶体管的制造方法中，其中，在所述的步骤四中，所述的通过多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区的具体步骤包括，
1)在包括接触孔内的整个结构上溅射一金属铝层；
2)通过第一铝掩模版形成第一金属构图，并对其进行干法刻蚀，形成第一金属布线图形；
3)进行去胶和清洗后，在整个表面上淀积一层约7500的氯化硅层作为钝化层(14)；
4)通过压点掩模版刻去压点处的钝化层，形成器件的可焊接区(pad)；
5)对全片进行覆盖合金，以保证接触孔处第一金属与硅片的接触良好。
一种用上述半导体晶体管的制造方法所制成的产品，包括：作为衬底的原始硅片，它是一P型晶向硅单晶，原始硅片上依次是N型外延和氧化层，其特点是：
基区由基区、P+构成，并且P+用于作基区的引出端；
氮化硅和氧化层作为电极与硅片之间的介质层；
多晶作为发射区的引出电极。
本发明一种半导体晶体管的制造方法及其产品，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1.本发明由于采用多晶发射极工艺，在发射区的多晶硅一单晶硅界面之间存在着自然氧化层，通过多晶硅一单晶硅界面自然氧化层的隧穿，多晶硅中的低迁移率和热离子发射，使电流增益，也就是p，得到极大的改善；
2.特征频率得到极大的提高；
3.同时，由于采用LOCOS工艺，集电极背面引出，因此C-E击穿特性也比传统的工艺要好。
4.因实施浅结工艺，使发射结结深程度的减小。
附图说明
通过以下对本发明一种半导体晶体管的制造方法及其产品的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1是现有技术半导体晶体管制造方法得到的NPN晶体管纵剖面结构示意图；
图2是发明制造方法和产品中原始硅片的示意图；
图3是发明制造方法和产品中进行初氧和氮化硅淀积的剖面结构示意图；
图4是发明制造方法和产品中进行光刻构图并进行场区刻蚀的剖面结构示意图；
图5是发明制造方法和产品中进行场氧化并完成三层腐蚀的剖面结构示意图；
图6是发明制造方法和产品中进行光刻构图、基区注入的剖面结构示意图；
图7是发明制造方法和产品中淀积Si3N4、刻蚀接触孔的剖面结构示意图；
图8是发明制造方法和产品中进行光刻构图、发射区刻蚀、多晶淀积以及多晶注入的剖面结构示意图；
图9是发明制造方法和产品中形成发射极的剖面结构示意图；
图10是发明制造方法和产品中形成金属布线的剖面结构示意图。
具体实施方式
请参见图2至图10所示，它们是本发明制造方法各步骤及其产品晶体管纵剖面结构示意图。
本发明，一种半导体晶体管的制造方法及其产品，是采用多晶作为发射极、通过固一固扩散形成发射区、同时采用半等平面工艺、并且特征线宽在1.2um等半导体晶体管制造方法及其所制成的产品。
本发明的制造方法，包括以下步骤：
步骤一，选择适当的原始硅片1作为的衬底；该原始硅片1采用P型(111)晶向且电阻率在0.055-0.008欧姆厘米的硅单晶，在原始硅片1上形成3微米厚度的外延层2，原始硅片1的电阻率为0.74-0.75欧姆厘米；
步骤二，在该原始硅片1上实施半等平面工艺(请参见图3至图5所示)，具体步骤包括，
1)如图3所示，先在硅片表面形成一层约600的氧化层3；
2)再通过淀积的方式，在氧化层3上生成一层氮化硅4，该氮化硅4的厚度约650，用以作为选择性氧化的掩蔽层；
3)如图4所示，在氮化硅4上涂敷一光致抗蚀剂层100，然后，如本领域内所公知的，利用场区掩膜版(未示出)进行光刻构图，以暴露进行场区氧化的部分，然后，将暴露的部分的氮化硅刻蚀掉；
4)然后，如图5所示，经过去胶、清洗等工艺后，在高温下进行氧化，在本实施例中，是在980℃的温度下，H2/O2的气氛中，氧化约8个小时，从而在无氮化硅掩蔽的部分，形成约11000的氧化层，即场区5；
5)再通过腐蚀工艺，将先前生成的650的氮化硅4和600的氧化层3全部去掉；
6)重新生长一层约1100左右的氧化层6。
步骤三，采用多晶作为发射区扩散源和引出电极(请参见图6至图9所示)，具体步骤包括，
1)如图6所示，利用基区(本征基区)、P+(非本征基区)掩膜版(未示出)，分别进行基区7、P+区8光刻构图和硼离子注入，在本实施例中，该硼离子采用的是型号为B″的硼离子进行注入；
2)如图7所示，经过去胶、清洗工艺后，在所形成的结构的整个表面上淀积一约1100厚的氮化硅(Si3N4)层9；
3)在氮化硅层(Si3N4)9上涂敷一光致抗蚀剂层200，然后进行光刻构图，以暴露接触孔区，并通过干法刻蚀将暴露的氮化硅层9完全去除。
4)如图8所示，去除光致抗蚀剂层200，并重新涂敷一光致抗蚀剂层(未示出)，利用公知的发射区掩膜版(未示出)将发射区上的氧化硅9刻蚀掉，然后，去胶后整片(包括发射区)淀积一层约2000左右的多晶硅10并进行砷离子注入；
5)如图9所示，在高温和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进，在本实施例中，是在900℃的温度和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进约50分钟，并通过完成多晶注入后的多晶硅和单晶硅之间的固一固扩散形成发射区11；
6)在发射区(11)上涂敷一光致抗蚀剂层，利用公知的多晶掩膜版(未示出)，进行多晶层构图，并对其进行干法刻蚀；
7)然后，在高温度和氮气N2的气氛中推进，在本实施例中，是在950℃的温度和纯氮气N的气氛中推进约10分钟，接着，整片对氧化硅层9进行干法刻蚀，利用干法刻蚀对硅和氧化硅的刻蚀速率差，形成接触孔12。
步骤四，通过多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区(请参见图10所示)，具体步骤包括，
1)如图10所示，在整个结构(包括接触孔内)上溅射一金属铝层13；
2)然后通过公知的第一铝掩模版(未示出)，形成第一金属构图，并对其进行干法刻蚀，形成第一金属布线图形；
3)进行去胶，清洗后，在整个表面上淀积一层约7500的氮化硅层Si3N4钝化层14；
4)通过压点掩模版(未示出)刻去压点处的钝化层14，形成器件的可焊接区(pad)15；
5)最后，对全片进行覆盖合金，以保证接触孔处第一金属与硅片的接触良好。
请再参见图10所示，这是根据本发明半导体晶体管的制造方法所制成的产品，包括：作为衬底的原始硅片1，该原始硅片1是一P型<111>晶向硅单晶，原始硅片1上依次是N型外延2和氧化层3，基区由基区7、P+<8>构成，且P+<8>用于作基区的引出端；氮化硅4和氧化层3作为电极与硅片之间的介质层；多晶10作为发射区的引出电极。
综上所述，本发明由于采用多晶作为发射极，通过固一固扩散形成发射区，同时采用半等平面工艺和特征线宽在1.2um等手段，使电流增益，p得到极大的改善；同时特征频率得到极大的提高；并且由于采用LOCOS工艺，集电极背面引出，使C-E击穿特性改善；另外，因实施浅结工艺，使发射结结深程度的减小；因此极为实用。
Claims (9)
1.一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，选择适当的原始硅片(1)；
步骤二，在该原始硅片(1)上实施半等平面工艺；
步骤三，采用掺杂后的多晶作为形成发射区的扩散源和引出电极；
步骤四，通过选择适当的时间和温度，利用完成多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区。
2.如权利要求1所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤一中，所述的衬底(1)采用P型(111)晶向且电阻率在0.05-0.008欧姆厘米的硅单晶，在该衬底(1)上形成3微米厚度的外延层(2)，衬底(1)的电阻率为0.7-0.75欧姆厘米。
3.如权利要求1所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤二中，所述的在该高掺杂的衬底(1)上实施半等平面工艺的具体步骤包括；
1)在硅片衬底(1)表面上形成一层约600的氧化层(3)，
2)在氧化层(3)上通过淀积的方式生成一层氮化硅(4)，该氨化硅(4)的厚度约650，用以作为选择性氧化的掩蔽层；
3)在氮化硅(4)上涂敷一光致抗蚀剂层(100)，并利用场区掩膜版进行光刻构图，以暴露进行场区氧化的部分，然后，将暴露的部分的氨化硅刻蚀掉；
4)进行去胶、清洗后，在高温下进行氧化，在无氮化硅掩蔽的部分，形成约11000的氧化层(5)，即场区(5)；
5)通过腐蚀工艺，将先前生成的650的氮化硅(4)和600的氧化层(3)全部去掉；
6)重新生长一层约1100左右的氧化层(6)。
4.如权利要求3所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤二的第4)中，所述的进行高温氧化的条件是，980℃的温度下，氢氧混合气体的气氛中，氧化约8个小时。
5.如权利要求1所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤三中，所述的采用多晶作为发射区进行引出电极的具体步骤包括，
1)利用基区、P+掩膜版，分别进行基区门(7)、P+区(8)光刻构图和硼离子注入；
2)进行去胶、清洗后，在所形成的结构的整个表面上淀积一约1100氮化硅层(9)；
3)在氮化硅层门(9)上涂敷一光致抗蚀剂层(200)，然后进行光刻构图，以暴露接触孔区，并通过干法刻蚀将暴露的氮化硅层(9)完全去除；
4)去除光致抗蚀剂层(200)，重新涂敷一光致抗蚀剂层，用发射区掩膜版将发射区上的氧化硅(9)刻蚀掉，然后，去胶后整片(包括发射区)淀积一层约2000左右的多晶硅(10)并进行砷离子注入；
5)在高温和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进，通过完成多晶注入后的多晶硅和单晶硅之间的固一固扩散形成发射区(11)；
6)在发射区(11)上涂敷一光致抗蚀剂层，利用多晶掩膜版进行多晶层构图后进行干法刻蚀；
7)在高温度和氮气N2的气氛中推进，并水整片对氧化硅层(9)进行干法刻蚀，利用干法刻蚀对硅和氧化硅的刻蚀速率差，形成接触孔(12)。
6.如权利要求5所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤三的5)中，所述的高温和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进的条件是，900℃的温度和氢氧混合气体N2/O2的气氛中推进约50分钟。
7.如权利要求5所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤三的7)中，所述的高温度和氮气N2的气氛中推进的条件是，950℃的温度和纯氮气N2的气氛中推进约10分钟。
8.如权利要求1所述的一种半导体晶体管的制造方法，其特征在于：在所述的步骤四中，所述的通过多晶注入后的多晶硅一单晶硅之间的固一固扩散形成浅结发射区的具体步骤包括，
1)在包括接触孔内的整个结构上溅射一金属铝层(13)；
2)通过第一铝掩模版形成第一金属构图，并对其进行干法刻蚀，形成第一金属布线图形；
3)进行去胶和清洗后，在整个表面上淀积一层约7500的氯化硅层作为钝化层(14)；
4)通过压点掩模版刻去压点处的钝化层(14)，形成器件的可焊接区(pad)15；
5)对全片进行覆盖合金，以保证接触孔处第一金属与硅片的接触良好。
9.一种用上述半导体晶体管的制造方法所制成的产品，包括：作为衬底的原始硅片(1)，它是一P型(111)晶向硅单晶，原始硅片(1)上依次是N型外延(2)和氧化层(3)，其特征在于：
基区由基区(7)、P+(8)构成，并且P+(8)用于作基区的引出端；
氮化硅(4)和氧化层(3)作为电极与硅片之间的介质层；
多晶(10)作为发射区的引出电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |