TW293935B - - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明是關於具有一雙極性電晶體及一金屬氧化物半導 體電晶體之半導體元件之製造方法，該電晶體形成於矽體 (silicon body)内，爲了達成此目的而提供一場絕緣區域， 藉此場絕緣區域，與矽體表面連接之半導體區域之間能互 相絕緣，包括給雙極性電晶體之第一區域及給金屬氧化物 半導體電晶體之第二區域，之後，第二區域被供以一閘門 介電質（gate dielectric)，之後’沈積一層非晶<5夕之電極層於 該表面，此電極層被供以捧雜（doping)，於電極層中，隨後 形成一發射電極於第一區域和閘門電極於第二區域。 一具有單一雙極性電晶體和單一金屬氧化物半導體電晶 體之半導體元件能以此方法製造。然而於實際上，本方法 將使用在製造一個包含具有大量的雙極性及金屬氧化物半 導體電晶體之積體電路之半導體元件上。此電路可同時包 括NPN型和PNP型雙極性半導體及N-通道和P-通道型之金屬 氧化物半導體電晶體。此種積體電路，除了包括雙極性電 晶體之外亦可包括負型金屬氧化物半導體（NMOS)和正型金 屬氧化物半導體（PMOS)，稱爲積體雙極性互補型金屬氧化 物半導體電路。 發射電極形成於半導體區域之後，雙極性電晶體之發射 極區域可由已摻雜之發射電極形成，該摻雜過之射極位於 緊接矽體表面之處，經擴散而至基極區域。可使用形成於 第二區域之閘門電極，於一般時，則當成一遮罩，用於離 子佈植時形成第二區域中之金屬氧化物半導體電晶體之源 極及没極區域。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 抑衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（ 請 先 閱 讀 背 面 意 * 再 填 If 頁 美國專利第5,089,429號揭露-種本文起頭段落所提及 的那種万法’藉此方法非晶發電極層是於沈積之後立刻施 以濃度大約爲每立方公分1Q2。之掺雜原子之換雜，此濃度 如此（高以至於電晶趙之射極區域能由發射電極藉著擴散 而形成於電極層中。現在電極層已具良好之導電性，然後 再供以一絕緣頂層和在第一丰專嘴反以，去 、 杜罘牛導體區域處蝕刻成發射電極 疋圖樣及在第二半導體區&姓刻成閘門電極。 訂 線 非晶碎電極層於-個具有活性離子（R聊刻電衆中蚀刻 成-圖樣。於後續之金屬氧化物半導體電晶體源極及没極 區域的形成期間植入摻雜離子，並使用閉極當成遮蔽。非 晶梦之電極層於施行這些製程期間會局部的充電。妹果， 強的電場能局部地形成而通過存在於非晶石夕層下方非常薄 的閘電極層。前者可能會受損而致電力崩;貴："閘氧化物 崩η而，非晶碎層早已在㈣製程前摻人雜質原 子並且施以佈植製程。因此非晶矽層於該製程期間成爲 具導電性的’藉此任何局部充電就可避免掉。所以可保護 非常薄之閘介電質的免於受損。 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 整體的電極層在所知道的方法中是比較大量摻雜的。如 果此方法使用於製造具有負型金屬氧化物半導體和正型金 屬氧物半導體兩者之半導體元件時，則兩種類型之金屬 氧化物半導禮電晶體之閘極將有相同的傳導性型式。這些 電晶體將有不同絕對値之臨界電壓。 摻雜'^後，非晶矽層會具有一氧化矽的頂層。於蝕刻處 理期間，一圖樣蝕刻入此頂層並且蝕刻入非晶矽層。保留 本紙張尺度^ (210X297公釐） 293935 A7 B7 五、發明説明（3 ) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製

在問極之頂層於形成源極及没極區域之植入摻雜原子期間 保護著這些電極。頂層必須局部的移去以便於讓閘極和外 部之接觸。若提供閘極一自我對準之導電性矽化物層，且 是經由金屬層之沉積及後續的熱處理，則此頂層甚至應該 完全的去除 本發明的目的特別是提供一個無上述缺點之穸法。根據 本發明，於啓頭段落中所陳述之方法是爲本目的，而設其 特徵爲電極層具有摻雜而其處理之方法爲第—次摻雜於第 一個區域之面積上進行而第二次摻雜是於第二個區域的面 積上進行，第一次摻雜所提供之濃度須達到能使電晶體之 射極區域能由射極藉著擴散而形成於電極層，而第二次择 雜所提供之濃度較第一次摻雜之濃度低。 電極層必須大量的摻雜以便於能由射極經擴散而形成電 晶體之射極區域。於實際上，使用於此層中摻雜之摻雜原 子濃度是每立方公分中超過102〇個摻雜原子。然而，我們 發現以上所陳述之非晶矽層之局部充電於電漿蝕刻或以比 較低’例如每立方公分小於10U個摻雜原子的摻雜濃度的 離子佈値期間時已避免掉了。於實際上如此弱的摻雜並不 會影響開極之摻雜。若使用此方法製造負型金屬氧化物半 導體和正型金屬氧化物半導體電晶體時，則閘極於佈植金 屬氧化物半導體電晶體之源極與汲極區域之期間，作爲一 遮蔽，並與源極及汲極區域相同都接收相同比較強烈之摻 雜。此摻雜比較強烈，於實際上是每立方公分多於1〇2〇個 原子，所以該閘極變成爲強傳導性。除此之外，負型金屬 -6 - 本紙張从適财(CNS )機格（2獻297公们 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 i I I— fn i m 22c935 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 氧化物半導體電晶體之閘極變成N型而正型金屬氧化物半 導體電晶體變成P型。這兩種電晶體之臨界電壓在實際上 有相同的絕對値’例如於實際上分別大約爲_〇 8和+〇 8伏 特。 在射極形成之前電極層須摻雜。因此發射極經由非晶矽 之電極層蚀刻後之那一刻起即已經被摻雜。此射極形成之 後’爲此摻雜而覆蓋與肘極相鄰之第一個半導體區域之遮蔽 是必須的。 射極與閘極是形成於一個未覆蓋的非晶碎電極層中。這 些電極因此能經由自我對正直接地被供以金屬矽化物所製 成的良導電頂層。沉積在電極上之一金屬層於熱處理期間 與非晶矽起反應而形成金屬矽化物。 要提供摻雜至某一程度而使電晶體之射極區域能由射極 經擴散而形成於電極層，則一光阻罩是必須的。—光阻罩 亦能使用於第二區域面積之電極層而提供比較上較低濃度 之择雜。如此之額外遮蔽步驟是一個非常筇貴的方法步 驟，並且最好避免。於下所描述之較佳的方法實施例中， 只須使用一個遮蔽而提供所提及的兩個摻雜步驟。 第一種較佳之方法實施例是處理電極層時，該層於第— 個區域面積被供以第一次摻雜，因此—熱氧化處理已告完 成，完成之後所形成之氧化矽必須接受蝕刻處理直到第二 個區域面積之電極層再度曝露，其後電椏層於第二區域面 積被供以第二次摻雜。 --^--^-----參------、1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用一遮蔽以提供第一次摻雜。於其後續熱氧化處理期

A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 五、發明説明（5 ) ' .— --- 間，氧化發於已接雜之非晶砂上的成長較未摻雜之非晶梦 上义成長快。—層較厚的氧化石夕層因此形成於已摻雜之非 晶梦上而不是在未接雜切上。非晶石夕層再度曝露於相鄰 的第-個半導體區域後，一氧化砂層仍然出現在第一半導 趙區域面積層上。此氧化,夕層於第二摻雜期間阻止住而掺 雜原子仍然進入第-個半導體區域面積之非晶發層。這些 原子具有對雙極性電晶禮之形成有非常大的損害效應。 在本万法疋第二種實施例中，於電極層處理期間，該層 於第個半導趙區域面積上被供以一氮化石夕層，因此於第 —區域面積上以第二次掺雜提供給該電極層，摻雜之後熱 氧化處理便完成，且接著移走氮化矽層並且在第一區域面 積上提供第一次摻雜給電極層。 遮蔽被用來供給氮化矽層。此氮化矽層被當成一遮蔽 以提供第二次摻雜。一氧化矽層於熱氧化期間形成而相鄰 於氮化矽層，也就是説，在相鄰於第一半導體區域之非晶 硬層上。則氮化矽層將被移走。若已提供第一個摻雜，形 成之氧化矽層保護著緊鄰於第一個半導體區域之非晶矽 層。 本發明將在以下以實例之方式和參考圖形詳細地加以解 釋，其中： 圖1至4爲示意之橫截面圖，顯示著根據本發明之半導體 裝置製造方法之數個階段， 圖5至8爲示意之橫截面圖，顯示著根據本發明之方法的 第一個實施例所製得的半導體裝置製造時之數個階段，以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） , ： 种衣-------ΪΤ------0 (請先"讀背面之注意亨項再填寫衣頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 及 圖9至12爲示意之橫截面圖，顯示著根據本發明之方法 的第二實施例製得的半導體裝置製造時之數個階段。 圖1至4爲示意之橫截面圖’顯示半導體裝置製造時之數 個階段，該裝置包括一個雙極性電晶體1和一個金屬氧化 物半導體電晶體2。於本實例之雙極性電晶體j爲一 NpN電 晶體，而金屬氧化物半導體電晶體2爲—負型金屬氧化物 半導體電晶體。該等電晶體1和2形成於碎趙3上，爲了達 成此一目的而被供以—場絕緣區4，藉此場絕緣區而與矽 體3之表面5相鄰接合之半導體區6及7彼此間相互絕緣。 就區域6和7而言，第一區域6最後作爲NpN型電晶體i而 第一區域7最後作爲負型金屬氧化物半導體電晶體2。第 一區域7形成半導體本體3之表面層8之部份，而在此實例 中爲一 P型導電性磊晶成長層具有每立方公分大約1〇ls個 原子之摻雜濃度。此半導體區域6是以傳統之方法形成於 表面層8，具有每立方公分大約1〇〗6個原子之n型摻雜濃 度。除此之外，具有P型摻雜至每立方公分大約i〇ls個原 子濃度之基地區域9形成於第一個半導體區域6中，而最 後作爲雙極性電晶體丨。半導體區域之表面5以熱氧化被 供以大约15公厘厚之閘介電質j〇。 在下個製程步驟中，由第一個半導體區域6移走閘介電 質10，因此它將保留於第二個區域7，其設計爲負型金屬 氧化物半導體電晶體2。#著一自大約5〇〇毫微米厚之非晶 矽電極層，於本實例爲多晶矽u被提供於表面5 -I--丨-·-----¾-------II------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9-

393935 五、發明説明（7 如下將進一步描述的，—電極層U被供以摻雜，於本實 例中是η型’接著蚀刻成-圖樣，具有—位.於第—個半導 體區域6之射極12和位於第二個半導體7之開極13。 射極12已形成於第一個半導體區域6之後，具有每立方 公分大約10扣個摻雜原子等級之雙極電晶體itn型射極區 域14從已摻雜且緊鄰表面6之射極12是經由擴散至p型基 地區域9所形成。後續以通常之方法提供射極和閘極b 、橫向緣邊或氧化々之隔離物（spa㈣& ^具有隔離物 ，之問極13接著作爲於離子佈植時之遮蔽之用，因此負型 氧化物半導體電晶體2之源極與汲極區域历會形成，而具 有每a刀大約1〇個摻雜等級。最後，電極I〗與a、基 地區域19及汲極區域15被供以金屬矽化物之頂層17，例如 欽或姑之二硬化物。 以處理（万法提供電極層u之摻雜，藉此第一次之摻雜 物是提供於第—個區域6之面積上而第二次摻雜是在第二 個區域7(面積上’第—次提供之摻雜濃度須使電晶體1 ，射極區域14可由射極12經擴散而形成於電極層u，然而 提供之第二次摻雜物之濃度須小於第一次摻雜。爲了不導 致混清起見’第一次和第二次摻雜物於下文中分別是以大 量與輕微摻雜物/摻雜之方式説明。 電極層11於第一個半導體區域6之面積上是以每立方公 分多於1020個原子做大量摻雜，並且在第二個半導體區域 面積以每立方公分小於10丨8個原子輕微摻雜。輕微摻雜於 電漿蝕刻或離子佈植期間能防止非晶矽層11之局部充電， _ 標準（⑽）x 297公^ -)- ——.-I：-----装-------1T------^ {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7

訂 裝 A7 B7 五、發明説明（ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 熱氧化處理期間，氧化物在摻雜坤之部份20上的成長較非 晶矽11電極層之末摻雜部份21上之成長快。因此在非晶碎 層11之大量摻雜坤之部份20上，氧化矽層22形成而其厚度 較形成於未掺雜之部份21之氧化矽層23厚。於本實例中， 一大約250毫微米厚之氧化矽層22形成在大量摻雜之部份 20上，並且一大約50毫微米厚之層23於700eC和-大約2小時 内形成於輕微摻雜之部份21上。 此後以常用氧化物蝕刻處理直到電極層11之部份2丨再度 曝露而與砷離子佈植之部份22相鄰。然後再實施輕微的摻 雜步驟，此處將磷離子植入該曝露部份21 ^於此離子佈植 期間並無離子植入位在相鄰部份21之電極層丨丨之部份2〇 内’此處之部分20是由氧化矽層22所保護，其現在之厚度 大約爲200毫微米。即使是非常低的磷濃度’於發射電極 即對雙極性電晶體之形成造成非常大的損害效應。 移去氧化梦層22之後，則達到了如顯示於圖8之製造階 段，其電極層11包括一大量摻雜之部份2〇與一輕微摻雜之 部份21。此半導體裝置後續之製造描述如下並參考圖3與 圖4。 遮蔽18用於提供大量的摻雜，此時後續之製程步驟之進 行不須用遮蔽。 在本發明之方法的第二個實施例中，處理中之電極層U 首先在第一個區域6之面積上供給一大約1〇毫微米厚之氮 化矽層26。啓始點再度的顯示於圖2之製造階段，和如圖 9所顯示’-氮化碎層24首先沈積於電極m，接著以 (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 訂 線 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4· (21GX297 •12· B7 五、發明説明（10) “之方法提供給-光罩25。此_光阻罩遮蓋氮化碎層况 〈邵份26和在個半導體區域6之面積上之電極層u 部份20。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 氮化矽層24後續地從相鄰於部份2Q之電極層u之部份η 蝕刻掉，之後給予部分21輕微之接雜，將嶙離子植入該 層。此處之電極層11之部份2〇是由氮化矽層24冬部份邡所 保護’所以未有磷進入電椏層u之部份2〇。 提供磷摻雜至電椏層u之部份21後，此半導體之本體3 受到熱氧化處理’藉此一大約1〇〇毫微米厚之氧化妙層27 形成於邵伤21上。移去氮化矽層24之部份邪後，於第—個 半導體區域面積上電極層u之部份2〇被供以大量的捧 雜，結果坤離子被植入該層中。坤離子佈植期間，先前形 成之氧化矽層27保護著.相鄰於第一個半導體區域6之電極 層11之部份21。 移去氧化矽層27後，則達到了如顯示於圖12之製造階 段，結果一電極層包括一大量摻雜之部份2〇與輕微摻雜之 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 部分21 ^後續之半導體元件之製造接著參考圖3和圖4加 以描述。 一遮蔽25用於第一個半導體區域6之面積上提供氮化碎 層26，此時後續的製程步驟之完成不須要遮蔽。 吾人需注意的是具有ΝΡΝ雙極性及負型金屬氧化物半導 趙電晶體之半導體元件之製造是以例子描述。本發明並未 受限如此一裝置之製造。以Ρ型摻雜取代所有的Ν型掺雜 及同時以Ν型掺雜取代所有的ρ型摻雜，形成ρνρ雙極性及 ___ -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2l〇x297公釐) — ----- A7 293935 B7 五、發明説明（U ) 正型金屬氧化物半導體是可能的。電極層11之輕微摻雜則 保留相同的傳導性類型，它亦能由磷所影響。磷摻雜之添 加在正型氧化物半導體電晶體製造期間能阻擋硼進入閘介 電質。具有一單一雙極性電晶體和一單一金屬氧化物半導 體之半導體裝置之製造已經描述於前文。然而於實際上， 本方法將使用在一半導體裝置之製造，該裝置包括一具有 大量雙極性和金屬氧化物半導體電晶體之積體電路。此電 路可包括NPN及PNP雙極性電晶體，N -通道及P -通道型式 之金屬氧化物半導體電晶體。 ^ 辦衣 訂 線 (請先閱讀背面之注意亨項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中国國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. R、申請專利範圍 I -種製造具有-雙極性電晶體及_金屬氧化物半導體電 晶趙之半導趙裝置之方法，該等電晶趙形成於㈣中， 5趙爲了此目的而被提供以_場絕緣區，藉此場絕緣 區與;^碎體之-表面相連接之半導體區域相互間成爲絕 緣’包括供該雙極性電晶體用之一第一個區域和供該金 屬氧化物半導趙電晶趙用之-第二個區域，於此之後， 提供-閘介電質給第二個區域，於此之後，沈積一非晶 矽電極層於該表面，提供一摻雜給此電極層，後續於該 電極層中形成一射極於該第—個區域和形成一個閘極於 第個區域上，其特徵爲該電極層被供以摻雜，其處理 <方法是在第一個區域面積上提供一第一次摻雜和在第 二個區域面積上提供一第二次摻雜，所提供之第一次摻 雜I濃度須使電晶體之射極區域能由射極經擴散而形成 於該電極層，並且所提供之第二次摻雜之濃度較第一次 摻雜低。 2·根據申請專利範圍第丨項之方法，其特徵爲於電極層之 處理中，疋在第一個區域面積處以第一次摻雜提供給該 層，此後施以一熱氧化處理，其後所形成之該氧化矽須 經一蝕刻處理，直到電極層已再度於第二個區域面積處 曝露，並且後續的於第二個區域面積處提供該電極層第 — 次捧雜。 3.根據申請專利範圍第1項之方法，其特徵爲於電極層之 處理中，是在第一個半導體區域面積處提供一氮化矽層 於该層’此後於第二個區域面積處提供該電極層第二次 ___-15- 本紙張疋1遑用中國國家揉车（CNS )从胁（21()><297公着） ~-一 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 之摻雜，此後實施一熱氧化處理，以及後續的將氮化矽 層移去，且於第一個區域面積處提供電極層第一次之摻 雜 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 、tr 經濟部中央標準局另工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐）