双极型三极管的制造方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种双极型三极管的制造方法，包括步骤：在基板上生长N型轻掺杂的外延层；P型离子注入形成本征基区；淀积发射极窗口介质层并光刻刻蚀形成发射极窗口；以发射极窗口为掩膜进行发射区的N型离子注入；进行炉管退火推进；淀积发射极多晶硅并对发射极多晶硅进行N型重掺杂；对发射极多晶硅进行光刻刻蚀；在光刻胶去除之前进行外基区离子注入形成；采用快速热退火工艺对发射极多晶硅和外基区的掺杂杂质进行激活。本发明专利技术还公开了一种双极型三极管。本发明专利技术能提高发射极和基极的击穿电压，从而降低发射极和基极间的隧穿漏电，提高整个器件的发射极到集电极的击穿电压，且工艺成本低，能使器件的截止频率和功率增益保持较高值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种双极型三极管的制造方法；本专利技术还涉及一种双极型三极管。
技术介绍
常规射频应用的双极型三极管要求在一定的集电区和发射区的击穿电压(BVCEO)下有尽可能高的截止频率，主要影响截止频率的是基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间。截止频率与渡越时间成反比，而渡越时间正比于基区及结耗尽区的宽度。结耗尽区宽度又与发射极到集电极的击穿电压成正比。所以，为在相同的击穿电压下得到更高的截止频率，需要基区宽度越窄越好。同时，发射区-基区结也需要较浅，以符合高频要求。功率器件的要求则有所不同，需要有足够的功率增益。功率增益除了与截止频率成正比外，还与基区电阻及基区-集电区结电容成反比。所以降低基区电阻及基区-集电区结电容是得到高增益的关键。另外，为得到高输出功率，功率管面积都很大，而发射区-基区都是重掺杂的，与器件面积成正比的隧穿漏电而非结的雪崩效应决定了器件的发射区-基区结的击穿电压，而较低的发射区-基区结的击穿电压会引起较高的漏电流。由上可知，现有技术中当发射区-基区都是重掺杂时，发射区-基区结的击穿电压降低，容易造成发射极和基极间的隧穿漏电增加，使得整个器件的集电区和发射区的击穿电压降低，所以如何解决这些问题是功率器件实现工业应用的关键。如图1所示，是现有双极型三极管的制造方法的流程图；现有方法包括步骤：步骤一、在N型重掺杂的基板上生长N型轻掺杂的外延层，由所述外延层形成双极型三极管的集电区。步骤二、进行本征基区的P型离子注入。步骤三、淀积发射极窗口介质层并光刻刻蚀形成发射极窗口。步骤四、以发射极窗口为掩膜进行N型离子注入形成发射区的注入区。步骤五、淀积发射极多晶硅并进行N型重掺杂。步骤六、对发射极多晶硅进行光刻刻蚀，刻蚀后发射极多晶硅的顶部向发射极窗口外部延伸一定距离，由刻蚀后的发射极多晶硅和底部的注入区叠加形成发射区。步骤七、进行P型离子注入形成外基区，外基区和发射极多晶硅自对准，外基区和本征基区相接触形成基区。步骤八、进行一次炉管退火推进和一次快速热退火。之后，进行正面金属硅化以及形成接触孔和正面金属，引出基极和发射极。形成背面金属引出集电极。现有方法中，由于外基区和发射极多晶硅都是重掺杂，在进行步骤八的炉管退火之后，外基区和发射极多晶硅都是重掺杂杂质将会推进到发射区和基区形成的PN结区域中，从而使的发射区和基区都为重掺杂并形成为突变结，这使得发射区-基区结的击穿电压降低，容易造成发射极和基极间的隧穿漏电增加，使得整个器件的发射极到集电极的击穿电压降低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种双极型三极管的制造方法，能保证发射区和基区都是重掺杂的条件下使发射区和基区之间形成一缓变PN结，能提高发射区-基区结的击穿电压，从而降低发射区和基区间的隧穿漏电，提高整个器件的集电区和发射区的击穿电压，且工艺成本低，能使器件的截止频率和功率增益保持较高值。为此，本专利技术还提供一种双极型三极管。为解决上述技术问题，本专利技术提供的双极型三极管的制造方法包括如下步骤：步骤一、在基板上生长N型轻掺杂的外延层，由所述外延层形成双极型三极管的集电区。步骤二、进行第一次P型离子注入形成本征基区，通过调节所述第一次P型离子注入的注入能量调节所述本征基区的深度并使所述本征基区和所述外延层的顶部表面相隔一定距离，由该距离定义出所述双极型三极管的发射极和基极形成的缓变结宽度。步骤三、淀积发射极窗口介质层并采用光刻刻蚀工艺对所述发射极窗口介质层进行刻蚀形成由所述发射极窗口介质层围成的发射极窗口，所述发射极窗口位于所述本征基区上方并定义出发射区和所述本征基区的接触区域。步骤四、以所述发射极窗口为掩膜进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，所述第一N型注入区位于所述本征基区顶部的所述外延层中。步骤五、进行炉管退火推进，该炉管退火推进使所述第一N型注入区和所述本征基区的杂质扩散并激活并相互接触形成所述缓变结。步骤六、淀积发射极多晶硅，采用在位掺杂工艺或离子注入工艺掺杂对所述发射极多晶硅进行N型重掺杂。步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述发射极多晶硅进行刻蚀，刻蚀后所述发射极多晶硅的底部和所述第一N型注入区接触、刻蚀后所述发射极多晶硅的顶部向所述发射极窗口外部延伸一定距离，由刻蚀后的所述发射极多晶硅和所述第一N型注入区叠加形成发射区。步骤八、在步骤七的光刻刻蚀工艺中采用光刻胶去除之前，进行第二次P型离子注入形成外基区，所述外基区形成于所述本征基区顶部的所述外延层中并和所述发射极多晶硅自对准，所述外基区和所述本征基区相接触形成基区。步骤九、去除光刻胶并采用快速热退火工艺对所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质进行激活，在所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质激活的条件下，通过降低所述快速热退火工艺的热开销降低所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质对所述缓变结宽度的影响。为解决上述技术问题，本专利技术提供的双极型三极管包括：形成于基板上的N型轻掺杂的外延层，由所述外延层形成双极型三极管的集电区；本征基区，由第一次P型离子注入区组成，所述本征基区和所述外延层的顶部表面相隔一定距离，由该距离定义出所述双极型三极管的发射极和基极形成的缓变结宽度。发射极窗口，由光刻刻蚀后的所述发射极窗口介质层围成，所述发射极窗口位于所述本征基区上方并定义出发射区和所述本征基区的接触区域。第一N型注入区，位于所述本征基区顶部的所述外延层中，所述第一N型注入区的离子注入以所述发射极窗口为掩膜并由所述发射极窗口定义出所述第一N型注入区的横向区域。所述第一N型注入区和所述本征基区采用相同的炉管退火推进实现杂质扩散并激活并相互接触形成缓变结。N型重掺杂的发射极多晶硅，底部和所述第一N型注入区接触，所述发射极多晶硅的顶部向所述发射极窗口外部延伸一定距离，由所述发射极多晶硅和所述第一N型注入区叠加形成发射区。外基区，由第二次P型离子注入区组成，所述外基区和所述发射极多晶硅自对准并位于所述本征基区顶部的所述外延层中，所述外基区和所述本征基区相接触形成基区。所述外基区和所述发射极多晶硅采用相同的快速热退火工艺进行杂质激活，在所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质激活的条件下，通过降低所述快速热退火工艺的热开销降低所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质对所述缓变结宽度的影响。本专利技术方法将炉管退火推进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极型三极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在基板上生长N型轻掺杂的外延层，由所述外延层形成双极型三极管的集电区；步骤二、进行第一次P型离子注入形成本征基区，通过调节所述第一次P型离子注入的注入能量调节所述本征基区的深度并使所述本征基区和所述外延层的顶部表面相隔一定距离，由该距离定义出所述双极型三极管的发射极和基极形成的缓变结宽度；步骤三、淀积发射极窗口介质层并采用光刻刻蚀工艺对所述发射极窗口介质层进行刻蚀形成由所述发射极窗口介质层围成的发射极窗口，所述发射极窗口位于所述本征基区上方并定义出发射区和所述本征基区的接触区域；步骤四、以所述发射极窗口为掩膜进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，所述第一N型注入区位于所述本征基区顶部的所述外延层中；步骤五、进行炉管退火推进，该炉管退火推进使所述第一N型注入区和所述本征基区的杂质扩散并激活并相互接触形成所述缓变结；步骤六、淀积发射极多晶硅，采用在位掺杂工艺或离子注入工艺掺杂对所述发射极多晶硅进行N型重掺杂；步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述发射极多晶硅进行刻蚀，刻蚀后所述发射极多晶硅的底部和所述第一N型注入区接触、刻蚀后所述发射极多晶硅的顶部向所述发射极窗口外部延伸一定距离，由刻蚀后的所述发射极多晶硅和所述第一N型注入区叠加形成发射区；步骤八、在步骤七的光刻刻蚀工艺中采用光刻胶去除之前，进行第二次P型离子注入形成外基区，所述外基区形成于所述本征基区顶部的所述外延层中并和所述发射极多晶硅自对准，所述外基区和所述本征基区相接触形成基区；步骤九、去除光刻胶并采用快速热退火工艺对所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质进行激活，在所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质激活的条件下，通过降低所述快速热退火工艺的热开销降低所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质对所述缓变结宽度的影响。...

【技术特征摘要】
1.一种双极型三极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在基板上生长N型轻掺杂的外延层，由所述外延层形成双极型三极管的
集电区；
步骤二、进行第一次P型离子注入形成本征基区，通过调节所述第一次P型离子
注入的注入能量调节所述本征基区的深度并使所述本征基区和所述外延层的顶部表
面相隔一定距离，由该距离定义出所述双极型三极管的发射极和基极形成的缓变结宽
度；
步骤三、淀积发射极窗口介质层并采用光刻刻蚀工艺对所述发射极窗口介质层进
行刻蚀形成由所述发射极窗口介质层围成的发射极窗口，所述发射极窗口位于所述本
征基区上方并定义出发射区和所述本征基区的接触区域；
步骤四、以所述发射极窗口为掩膜进行第一次N型离子注入形成第一N型注入区，
所述第一N型注入区位于所述本征基区顶部的所述外延层中；
步骤五、进行炉管退火推进，该炉管退火推进使所述第一N型注入区和所述本征
基区的杂质扩散并激活并相互接触形成所述缓变结；
步骤六、淀积发射极多晶硅，采用在位掺杂工艺或离子注入工艺掺杂对所述发射
极多晶硅进行N型重掺杂；
步骤七、采用光刻刻蚀工艺对所述发射极多晶硅进行刻蚀，刻蚀后所述发射极多
晶硅的底部和所述第一N型注入区接触、刻蚀后所述发射极多晶硅的顶部向所述发射
极窗口外部延伸一定距离，由刻蚀后的所述发射极多晶硅和所述第一N型注入区叠加
形成发射区；
步骤八、在步骤七的光刻刻蚀工艺中采用光刻胶去除之前，进行第二次P型离子
注入形成外基区，所述外基区形成于所述本征基区顶部的所述外延层中并和所述发射
极多晶硅自对准，所述外基区和所述本征基区相接触形成基区；
步骤九、去除光刻胶并采用快速热退火工艺对所述发射极多晶硅和所述外基区的
掺杂杂质进行激活，在所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂质激活的条件下，通
过降低所述快速热退火工艺的热开销降低所述发射极多晶硅和所述外基区的掺杂杂
质对所述缓变结宽度的影响。
2.如权利要求1所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：所述基板为N

\t型重掺杂基板，在步骤九之后还包括在所述基板背面形成背面金属的步骤，所述背面
金属引出集电极。
3.如权利要求1所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：所述外延层的N
型轻掺杂的浓度为：4E15cm-3～5E15cm-3。
4.如权利要求1所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤二中所述
第一次P型离子注入的注入深度为1000埃以上，注入杂质为硼或氟化硼，注入剂量
为5E13cm-2～7E13cm-2。
5.如权利要求1所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤三中所述
发射极窗口介质层由氧化硅层和氮化硅层叠加而成。
6.如权利要求1所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤四中所述
第一次N型离子注入的注入杂质原子量小于步骤六中所述发射极多晶硅的掺杂杂质的
原子量。
7.如权利要求6所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤四中所述
第一次N型离子注入的注入杂质为磷，步骤六中所述发射极多晶硅的掺杂杂质为砷。
8.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
四中所述第一次N型离子注入的注入剂量为4E15cm-2～6E15cm-2。
9.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
五所述炉管退火推进的温度为900℃至980℃，时间为10分钟至60分钟。
10.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
六中所述发射极多晶硅的掺杂浓度为：6E19cm-3～7E19cm-3。
11.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
七刻蚀后所述发射极多晶硅的顶部向所述发射极窗口外部延伸距离为0.3μm以下。
12.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
八中所述第二次P型离子注入的注入杂质为硼或氟化硼，注入剂量为：1E15cm-2～3E15
cm-2。
13.如权利要求1或6或7所述的双极型三极管的制造方法，其特征在于：步骤
九中所述快速热退火工艺的退火温度为1000℃以上，退火时间为5秒至20秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，史稼峰，周正良，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31