專利名稱：采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極橫向pnp管制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極橫向PNP管制作工藝，屬于半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國際半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展以及原材料成本不斷上漲，各國對(duì)于集成電路領(lǐng)域的競爭越來越激烈，對(duì)集成電路的性能技術(shù)要求也越來越高，總是希望能在盡可能小的芯片上做出性能優(yōu)良且功耗較小的電路。在集成電路中，所有器件共用一個(gè)電襯底，通常用反偏PN結(jié)隔離雙極器件，因而存在一些潛在的寄生效應(yīng)。同時(shí)，在單一外延區(qū)域集成一個(gè)以上器件，也產(chǎn)生了更可能的寄生效應(yīng)。這些寄生效應(yīng)大多數(shù)是以不希望的PNP或NPN晶體管出現(xiàn)，電路并不能從這些寄生元器件中獲益。相反，當(dāng)這些寄生元器件在電路正常工作或有外部脈沖導(dǎo)通時(shí)，就產(chǎn)生了額外的電流和功率損耗。如果這些電流很小，那么電路對(duì)其存在相對(duì)來說不太敏感，這些漏電流只能產(chǎn)生輕微的參數(shù)漂移。如果電流很大，形成閂鎖結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，會(huì)使電路無法正常工作，即使去除觸發(fā)條件后也不行，只有在中斷電源的情況下才能恢復(fù)正常工作。甚至閂鎖將由于過量功耗及產(chǎn)生的過熱引起集成電路的物理損壞，使電路永久失效。因此，寄生PNP或寄生NPN管的存在，不但使功率額外損耗，造成資源浪費(fèi)，更有可能影響電路的正常使用，甚至徹底損壞電路。目前國內(nèi)外減小橫向PNP管中寄生PNP效應(yīng)的有效措施是采用銻埋層及加入深磷擴(kuò)散工藝。事實(shí)證明，這樣能有效減小橫向PNP管與襯底和隔離槽之間的寄生PNP效應(yīng)。但是因銻擴(kuò)散系數(shù)較小，導(dǎo)致銻埋層自身寬度較?。徊⑶疑盍讛U(kuò)散至較深時(shí)，其體積與濃度均較小，因此與銻埋層接觸處較窄。以上兩個(gè)瓶頸因素的存在，就限制了寄生PNP效應(yīng)進(jìn)一步減小，從而可能影響電路的性能及使 用。常規(guī)雙極橫向PNP管采用銻埋層及深磷擴(kuò)散，工藝流程如圖2所示，在這個(gè)工藝平臺(tái)下，最終形成的橫向PNP管結(jié)構(gòu)如圖4所示，其基本單管參數(shù)如下:β =30^50/Ic=0.25mA, BVceo=20^25V, BVcbo=40 45V，BVebo=50 65V。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種為了減小橫向PNP管中的寄生PNP效應(yīng)，提高電路使用效率及可靠性。采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極型橫向PNP管制作工藝，即在制作橫向PNP管的雙極工藝中采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:從芯片面積上來說，采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)與常規(guī)采用銻埋層技術(shù)芯片面積大小相同，不需額外增加芯片面積，僅工藝過程有所不同。我司采用磷埋層及濃磷埋層工藝制作橫向PNP管的材料片為P型〈100〉晶向，電阻率為15 25 Ω.cm，工藝流程如圖3所示，該工藝步驟如下:
1)投料:采用P型基片，晶向?yàn)椤?00〉；
2)氧化:在基片表面氧化，氧化層厚度為7000A 8000 A ；
3)磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管埋層區(qū)部位注入磷，注入能量80KeV IOOKeV,注入劑量6E14 8E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為磷；
4)磷埋層退火:退火溫度為110(TC 1200°C，先通300 320分鐘氮?dú)猓偻?0 110分鐘氧氣；
5)硼埋層光刻、注入:在橫向PNP管硼埋區(qū)部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入劑量2E14 4E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為硼；
6)濃磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管基區(qū)部位注入濃磷，注入能量80KeV IOOKeV，注入劑量2E15 3E15 Atoms/cm2，雜質(zhì)為磷；
7)濃磷埋層退火:退火溫度1100°C 1150°C，通入80 100分鐘氮?dú)猓?br> 8)N型外延:在橫向PNP管基區(qū)部位外延，厚度7 9微米，電阻率I 3Ω.cm；
9)深磷擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為PNP管基區(qū)，深磷預(yù)擴(kuò)1050°C 1080°C，先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?，接著?5 25分鐘磷源，最后通46分鐘氮?dú)夂脱鯕?；深磷再擴(kuò)為1100°C 1150°C,先通3 5分鐘氧氣,接著通70 80分鐘氫氣和氧氣,最后通4 6分鐘氧氣；
10)隔離擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為隔離槽，目的是與硼埋層對(duì)通，隔離預(yù)擴(kuò)為800°C 950°C，先通5 8分鐘氮?dú)夂脱鯕?，接著?5 20分鐘硼源，最后通8 12分鐘氮?dú)夂脱鯕?，隔離再擴(kuò)為1150°C 1200°C，通入10 12分鐘氮?dú)夂脱鯕猓?br> 11)基區(qū)注入:注入部位為基區(qū)、電阻區(qū)，基區(qū)注入能量為50KeV 80KeV，劑量為5E14 8E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為砸；
12)濃硼注入:注入?yún)^(qū)域?yàn)闄M向PNP管發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，注入能量為60KeV，劑量為
8.0E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為硼；
13)基區(qū)退火:退火溫度1050°C 1100°C，通入40 60分鐘氮?dú)猓?br> 14)N+擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為橫向PNP管基極歐姆接觸區(qū)，N+予擴(kuò)為850°C 950°C，先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?接著通9 15分鐘磷源,最后通4 6分鐘氮?dú)夂脱鯕?；N+再擴(kuò)為1000°C 1150°C，先通3 5分鐘氧氣，接著通30 50分鐘氫氣和氧氣，最后通4 6分鐘氧氣；
15)接觸孔光刻、腐蝕:采用濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài)；
16)一鋁濺射:在基片表面上濺射1.5 2.5微米鋁硅銅；
17)介質(zhì)淀積:在基片表面上淀積18000 22000埃氮化硅；
18)通孔光刻、刻蝕:刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域，
19)二鋁濺射:濺射2.0 3.5微米鋁硅銅，采用厚鋁；
20)壓點(diǎn)光刻、刻蝕:刻出芯片壓點(diǎn)區(qū)域。本發(fā)明的有益效果:通過比較(圖4)和(圖5)，我們可以發(fā)現(xiàn):(一)在常規(guī)采用銻埋技術(shù)的雙極工藝中，因銻擴(kuò)散系數(shù)較小，導(dǎo)致銻埋層自身體積較小，使橫向PNP管與襯底形成的寄生PNP基區(qū)寬度較窄，更多的空穴可以越過基區(qū)，被襯底收集，從而使寄生PNP β較大。而采用磷埋層技術(shù)后，因磷擴(kuò)散系數(shù)較大，因此磷埋層體積較大，從而寄生PNP基區(qū)較寬，可以復(fù)合更多的渡越空穴，使跑到襯底的空穴較少，進(jìn)而使寄生ΡΝΡβ較小。(二)常規(guī)雙極工藝中，由于深磷擴(kuò)散至較深時(shí)，其體積與濃度均較小，因此與埋層接觸處濃度較淡，且接觸處面積很小，這樣就會(huì)有更多的空穴越過深磷與埋層交接處，被隔離槽收集，因而使橫向PNP管與隔離槽形成的寄生PNP β較大。而采用濃磷埋層技術(shù)后，由于濃磷埋層的向上翻作用，可以很好的補(bǔ)償深磷擴(kuò)散較深時(shí)的濃度與體積，使深磷上下對(duì)接處的濃度及面積均足夠大，從而可以阻止較多空穴穿透深磷到達(dá)隔離槽，因而減小了寄生ΡΝΡβ。由以上我們可以得出結(jié)論，采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)后，可以很好的減小常規(guī)工藝中P型區(qū)與襯底及隔離之間的寄生PNP β。通過實(shí)驗(yàn)，比較了采用磷埋層及濃磷埋層工藝制作的橫向PNP管與采用常規(guī)銻 埋層工藝制作的橫向PNP管，發(fā)現(xiàn)在相同的橫向PNP管面積下，磷埋層及濃磷埋層工藝
比銻埋層工藝寄生ΡΝΡβ減少約35%。數(shù)據(jù)如下:橫向PNP管面積均為125*187μπι2，采用常規(guī)銻埋層工藝，濃硼發(fā)射區(qū)與隔離襯底之間的寄生PNP β為26/Ic=0.25mA ;采用磷埋層及濃磷埋層工藝，其寄生PNP β為17/Ic=0.25mA。因此，在相同的寄生PNP β下，采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極工藝制作的橫向PNP管，其面積可比采用銻埋層技術(shù)縮小約35%。這將極大的降低微電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及流片成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力及占有率，從而推動(dòng)國際集成電路不斷向更高品質(zhì)及更低碳環(huán)保方向發(fā)展。


圖1是寄生PNP與寄生NPN形成的閂鎖結(jié)構(gòu)；
圖2是常規(guī)銻埋層技術(shù)雙極工藝流程；
圖3是采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)雙極工藝流程；
圖4是常規(guī)銻埋層技術(shù)雙極工藝制作的橫向PNP管結(jié)構(gòu) 圖5是采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)雙極工藝制作的橫向PNP管結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式從芯片面積上來說，采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)與常規(guī)采用銻埋層技術(shù)芯片面積大小相同，不需額外增加芯片面積，僅工藝過程有所不同。我司采用磷埋層及濃磷埋層工藝制作橫向PNP管的材料片為P型〈100〉晶向，電阻率為15 25 Ω.cm，工藝流程如圖3所示，該工藝步驟如下:
1)投料:采用P型基片，晶向?yàn)椤?00〉；
2)氧化:在基片表面氧化，氧化層厚度為7000A 8000 A ；
3)磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管埋層區(qū)部位注入磷，注入能量80KeV IOOKeV,注入劑量6E14 8E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為磷；
4)磷埋層退火:退火溫度為110(TC 1200°C，先通300 320分鐘氮?dú)?，再?0 110分鐘氧氣；
5)硼埋層光刻、注入:在橫向PNP管硼埋區(qū)部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入劑量2E14 4E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為硼；
6)濃磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管基區(qū)部位注入濃磷，注入能量80KeV IOOKeV，注入劑量2E15 3E15 Atoms/cm2，雜質(zhì)為磷；
7)濃磷埋層退火:退火溫度1100°C 1150°C，通入80 100分鐘氮?dú)猓? 8)N型外延:在橫向PNP管基區(qū)部位外延，厚度7 9微米，電阻率I 3Ω.cm；
9)深磷擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為PNP管基區(qū)，深磷預(yù)擴(kuò)1050°C 1080°C，先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?，接著?5 25分鐘磷源，最后通46分鐘氮?dú)夂脱鯕猓簧盍自贁U(kuò)為1100°C 1150°C,先通3 5分鐘氧氣,接著通70 80分鐘氫氣和氧氣,最后通4 6分鐘氧氣；
10)隔離擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為隔離槽，目的是與硼埋層對(duì)通，隔離預(yù)擴(kuò)為800°C 950°C，先通5 8分鐘氮?dú)夂脱鯕?，接著?5 20分鐘硼源，最后通8 12分鐘氮?dú)夂脱鯕?，隔離再擴(kuò)為1150°C 1200°C，通入10 12分鐘氮?dú)夂脱鯕猓?br> 11)基區(qū)注入:注入部位為基區(qū)、電阻區(qū)，基區(qū)注入能量為50KeV 80KeV，劑量為5E14 8E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為砸；
12)濃硼注入:注入?yún)^(qū)域?yàn)闄M向PNP管發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，注入能量為60KeV，劑量為8.0E14 Atoms/cm2,雜質(zhì)為硼；
13)基區(qū)退火:退火溫度1050°C 1100°C，通入40 60分鐘氮?dú)猓?br> 14)N+擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為橫向PNP管基極歐姆接觸區(qū)，N+予擴(kuò)為850°C 950°C，先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?接著通9 15分鐘磷源,最后通4 6分鐘氮?dú)夂脱鯕?；N+再擴(kuò)為1000°C 1150°C，先通3 5分鐘氧氣，接著通30 50分鐘氫氣和氧氣，最后通4 6分鐘氧氣；
15)接觸孔光刻、腐蝕:采用濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài)；
16)一鋁濺射:在基片表面上濺射1.5 2.5微米鋁硅銅；
17)介質(zhì)淀積:在基片表面上淀積18000 22000埃氮化硅；
18)通孔光刻、刻蝕:刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域，
19)二鋁濺射:濺射2.0 3.5微米鋁硅銅，采用厚鋁，為提高電路能力；
20)壓點(diǎn)光刻、刻蝕:刻出芯片壓點(diǎn)區(qū)域。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極橫向PNP管制作工藝，其特征在于，該工藝包括如下步驟: 1)投料:采用P型基片，晶向?yàn)椤?00〉； 2)氧化:在基片表面氧化，氧化層厚度為7000 A 8000 A ； 3)磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管埋層區(qū)部位注入磷，注入能量80 KeV IOOKeV,注入劑量6E14 8E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為磷； 4)磷埋層退火:退火溫度為1100°C 1200°C，先通300 320分鐘氮?dú)?，再?0 110分鐘氧氣； 5)硼埋層光刻、注入:在橫向PNP管硼埋區(qū)部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入劑量2E14 4E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為硼； 6)濃磷埋層光刻、注入:在橫向PNP管基區(qū)部位注入濃磷，注入能量80 KeV IOOKeV，注入劑量2E15 3E15 Atoms/cm2，雜質(zhì)為磷； 7)濃磷埋層退火:退火溫度1100°C 1150°C，通入80 100分鐘氮?dú)猓? 8)N型外延:在橫向PNP管基區(qū)部位外延，厚度7 9微米，電阻率I 3Ω.cm ； 9)深磷擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為PNP管基區(qū)，深磷預(yù)擴(kuò)1050°C 1080°C，先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?接著通15 25分鐘磷源,最后通46分鐘氮?dú)夂脱鯕猓簧盍自贁U(kuò)為1100°C 1150°C，先通3 5分鐘氧氣，接著通70 80分鐘氫氣和氧氣，最后通4 6分鐘氧氣； 10)隔離擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為隔離槽，目的是與硼埋層對(duì)通，隔離預(yù)擴(kuò)為800°C 950°C，先通5 8分鐘氮?dú)夂脱鯕猓又?5 20分鐘硼源，最后通8 12分鐘氮?dú)夂脱鯕?，隔離再擴(kuò)為1150°C 1200°C，通入10 12分鐘氮?dú)夂脱鯕猓? 11)基區(qū)注入:注入部位為基區(qū)、電阻區(qū)，基區(qū)注入能量為50KeV 80 KeV，劑量為5E14 8E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為硼； 12)濃硼注入:注入?yún)^(qū)域?yàn)闄M向PNP管發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，注入能量為60KeV，劑量為8.0E14 Atoms/cm2，雜質(zhì)為硼； 13)基區(qū)退火:退火溫度1050°C 1100°C，通入40 60分鐘氮?dú)猓? 14)N+擴(kuò)散:擴(kuò)散部位為橫向PNP管基極歐姆接觸區(qū)，N+予擴(kuò)為850°C 950°C,先通3 5分鐘氮?dú)夂脱鯕?接著通9 15分鐘磷源,最后通4 6分鐘氮?dú)夂脱鯕?；N+再擴(kuò)為1000°C 1150°C，先通3 5分鐘氧氣，接著通30 50分鐘氫氣和氧氣，最后通4 6分鐘氧氣； 15)接觸孔光刻、腐蝕:采用濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài)； 16)一鋁濺射:在基片表面上濺射1.5 2.5微米鋁硅銅； 17)介質(zhì)淀積:在基片表面上淀積18000 22000埃氮化硅； 18)通孔光刻、刻蝕:刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域， 19)二鋁濺射:濺射2.0 3.5微米鋁硅銅，采用厚鋁； 20)壓點(diǎn)光刻、刻蝕:刻出芯片壓點(diǎn)區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極橫向PNP管制作工藝，包括如下步驟，投料、氧化、磷埋層光刻、注入、磷埋層退火、硼埋層光刻、注入、濃磷埋層光刻、注入、濃磷埋層退火、N型外延、深磷擴(kuò)散、隔離擴(kuò)散、基區(qū)注入、濃硼注入、基區(qū)退火、N+擴(kuò)散、接觸孔光刻、腐蝕、一鋁濺射、介質(zhì)淀積、通孔光刻、刻蝕、二鋁濺射、壓點(diǎn)光刻、刻蝕。采用磷埋層及濃磷埋層技術(shù)的雙極工藝制作的橫向PNP管，其面積可比采用銻埋層技術(shù)縮小約35%。這將極大的降低微電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及流片成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力及占有率，從而推動(dòng)國際集成電路不斷向更高品質(zhì)及更低碳環(huán)保方向發(fā)展。
文檔編號(hào)H01L21/331GK103094104SQ20121053564
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者朱偉民, 鄧曉軍, 沈健雄 申請(qǐng)人:無錫友達(dá)電子有限公司