專利名稱:在半導體襯底材料接觸區(qū)制作電接觸的方法
本發(fā)明涉及的是緊靠多晶硅電極層加上一個自對準的電接觸的方法。由DE-Al-3243059已知該種方法，它在超高頻雙極型晶體管集成電路中具有特殊意義。
按照上述德國公開的文件中提到的方法電極層和電接觸使用的都是多晶硅，根據(jù)上述公開文件的基本思想，不僅發(fā)射區(qū)電極層，而且基區(qū)電接觸使用的都是多晶硅;多晶硅的摻雜類型與要做接觸區(qū)域的導電類型一致，它不僅用作擴散源也用作電接觸材料。當然，在這種情況下，發(fā)射區(qū)電極層對準著發(fā)射區(qū)，基區(qū)電接觸對準著外部無源基區(qū)。所以，每個電接觸與相應的要做接觸區(qū)域的相互對準不受光刻工藝對準精度的支配。事實上，在該常規(guī)方法中用一種特殊的干法腐蝕工藝實現(xiàn)了基區(qū)電接觸與發(fā)射區(qū)電極間均勻的邊緣隔離，使電接觸與它們的區(qū)域相互之間也是自對準的。如“Japanese Journal of Applied Physics”Vol.20(1981)Suppl.20-I，PP.155-159中一文所述，在所謂的“SST”結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)了這種目對準，它是以應用多晶硅熱氧化制造邊緣隔離為基礎的。
上述方法的缺點是電極層和電接觸的材料只限于多晶硅。另一個基本缺點是電極層和電接觸的重疊是不可避免的。然而，這種重疊是超高頻集成電路中包括的雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)一基區(qū)電容增加的原因。正如上述先有技術出版物中所述。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，在集成電路中，在沒有任何重疊的，緊靠電極層中用自對準方法制造電接觸。
從而，本發(fā)明提供的是一種在半導體材料襯底上電接觸區(qū)內(nèi)制作電接觸的方法，該電接觸緊靠多晶硅電極層，多晶硅是在電極層的電接觸面與襯底連接在一起的。如權利要求
1的前言所述。所以，電極層的邊緣至少是部分地在一個框架形的絕緣層之上與襯底相連接。在上述現(xiàn)有技術文件中提到的常規(guī)雙極型晶體管，電接觸在整個電極層的邊緣都是這樣重疊著。
按照本發(fā)明的特征是用電極層(4)做為腐蝕工藝的側(cè)面邊界，至少使框架形薄層(5)一部分絕緣和襯底(3)上與其相鄰的接觸區(qū)(2)露出來。
隨后在片子露出的表面上淀積一層可以形成金屬硅化物的金屬層，其厚度小于上述薄層(5)的厚度。
隨后適當加熱片子，使金屬與其下面電極層(4)以及襯底(3)的硅生成金屬硅化物，而與絕緣物不起化學反應。
在加熱和冷卻之后，對沒有與硅起反應的金屬，用選擇性的只溶解該金屬的腐蝕劑將其去掉。
本發(fā)明方法的主要基本特點是把電極層用作腐蝕掩膜，以便至少使電極層邊緣的一部分露出半導體表面，同時應用一種能夠生成硅化物的金屬，它不僅與電極層表面而且與襯底表面生成一層硅化物。例如，這類金屬是鎢或鉑，見“IEEE Electron Device Letters”。Vol.EDL-6，NO.7，(1985.7)，PP372-374。由DE-Al-3315719中已知，其它金屬例如是鉬、鉭或鈦。
下面參照附圖1-10說明本發(fā)明，其中圖1，用于說明開始時提到的常用方法圖2，本發(fā)明的應用實例圖3，按照本發(fā)明所用方法的主要工藝步驟。
圖4-9，表示應用本發(fā)明的方法成功地制造雙極型晶體管超高頻單片集成電路時，依次進行的工作步驟。
圖10，表示用本發(fā)明的方法制造的集成雙極型晶體管的一部分，這一步驟最清楚地說明本發(fā)明方法的主要優(yōu)點。
本發(fā)明的方法最大優(yōu)點是用于制造由集成雙極型晶體管構(gòu)成的超高頻單片集成電路，該類型的集成電路如EP-Al-71665所述。該方法主要是利用一個覆蓋住集成雙極型晶體管發(fā)射區(qū)，并有一定厚度的氧化掩膜層，依次進行兩次不同加速度能量的離子注入，一次注入無源基區(qū)摻雜，另一次注入有源基區(qū)摻雜。此外，氧化掩蔽層可以用基區(qū)自對準的方式，制造注入掩膜或發(fā)射區(qū)注入摻雜掩膜，然而在常規(guī)方法中，沒有提供彼此之間的或區(qū)域的自對準電接觸或電極的制造。但是本發(fā)明的方法為此提供了一種極好的解決方法。
圖1示出一個集成雙極型晶體管的截面圖，是用最初提出的現(xiàn)有技術文件中的方法在襯底3上制作的。為此目的，把襯底3熱氧化，劃定場區(qū)氧化層10，襯底表面露出一個區(qū)域，該區(qū)域包括無源外部基區(qū)91的電接觸區(qū)2和發(fā)射區(qū)7的發(fā)射極面積6。例如經(jīng)過蒸發(fā)，用與基區(qū)導電類型相同摻雜的硅和使用光刻腐蝕技術，獲得無源基區(qū)的電接觸91，它把發(fā)射極面積6圍在當中。為了制作基區(qū)電接觸1與還要制作的發(fā)射區(qū)電極層4的邊緣絕緣，在上述DE-Al-3243059給出的方法中淀積一層SiO2，并把片子用一種特殊的腐蝕方法腐蝕，以便得到框架形薄層5。為此目的，還有另一種方法，根據(jù)最初提到的現(xiàn)有技術文件“Japanese Journal of Applied Physics”用熱氧化工藝制作基區(qū)電接觸1，用多晶材料制作發(fā)射區(qū)電極層4，該多晶材料的摻雜與發(fā)射區(qū)7的導電類型相同，在完成蒸發(fā)工藝和光刻腐蝕工藝后，把片子加熱到足以使雜質(zhì)從多晶硅層向外擴散的溫度。用此方法就得到了一個圖1所示的集成雙極型晶體管，其基極電接觸1對無沅基區(qū)91，其發(fā)射區(qū)電極層4對發(fā)射區(qū)7，以及其各部分區(qū)域的上下位置都是以自對準方式制成的。有沅基區(qū)92的摻雜是在發(fā)射區(qū)電極層4形成之前，應用離子注入工藝在襯底3露出的表面上制成的。
采用相同的方法，即圖1描述的方法，當然還可以制造一種如圖2截面圖所示的半導體器件，即一種MOS半導體二極管。其電極1緊挨著襯底3表面上的MOS電極層，以便得到盡可能小的串聯(lián)電阻，它連接著電極層4的電接觸面6下的區(qū)域。
圖3示出本發(fā)明方法的最簡單的應用之一，制造一個集成PN結(jié)平面型二極管，在襯底3中形成一個PN結(jié)的區(qū)域7，區(qū)域7與電極層4形成電接觸。為了制造PN結(jié)平面型二極管，例如，襯底3的表面可以是熱氧化的，并且用光刻腐蝕工藝在襯底表面刻出電極層4的接觸區(qū)6。隨后，利用存留的氧化層部分作掩蔽，向襯底3露出的表面注入?yún)^(qū)域7的摻雜物。隨后，淀積一層與區(qū)域7的導電類型有相同摻雜的多晶硅，再用第二次光刻腐蝕工藝制成電極層4。這個光刻腐蝕工藝僅僅為了保證由氧化層11的絕緣材料形成一個薄層5，薄層5至少部分地由電極層4所覆蓋。然后用電極層4作一個腐蝕掩膜層，並留下接觸區(qū)2的光刻膠，把覆蓋電接觸區(qū)2的絕緣材料腐蝕掉。去掉光刻膠后，在襯底3的整個表面蒸發(fā)鉑，隨后把片子加熱至足以生成硅化鉑的溫度，然后泡入王水中，這種腐蝕劑雖然浸蝕鉑，而對硅化鉑基本不浸蝕。根據(jù)本發(fā)明的規(guī)范，薄層區(qū)5的厚度大于鉑層的厚度。因此，在框架形薄層區(qū)5的側(cè)壁52上，只有一個鉑的框架，它與絕緣層11上的鉑一樣，可用選擇性腐蝕工藝去掉。用此方法制成一個包括硅化鉑接觸區(qū)1和17的器件，在外加的氧化層上開孔，按常規(guī)方法，可用帶狀線把其互連。
參照圖3描述的實施方案，在制造電極4之前薄層區(qū)5用作在襯底表面進行離子注入工藝的邊界掩膜，當然，按照常規(guī)，電極4也可以用作在襯底3中向區(qū)域7擴散的擴散沅。在此情況下，薄層區(qū)5本身起部分擴散掩膜的作用。
下面參照圖4-10，根據(jù)本發(fā)明方法的最佳實施方案來解釋在用EP-Al-71665所述方法制成的集成雙極型晶體管上，緊靠由多晶硅構(gòu)成的電極層處加上電接觸。這里從圖4所示的步驟開始。作為單片固態(tài)集成電路一部分的集成雙極晶體管的收集區(qū)13，其表面占據(jù)的區(qū)域12。區(qū)域12由場氧化層11限定，該氧化層是通過熱氧化得到的，并且用一個氧化掩膜層覆蓋在區(qū)域12上。在場氧化層11下面，有比襯底3的摻雜濃度更高的溝道阻擋區(qū)14，其摻雜物是在場氧化層熱氧化之前引入襯底3表面的。在去掉圖中沒有畫出的氧化掩膜層之后，用場氧化層11作掩蔽引入收集區(qū)13的摻雜，以便在隨后的加熱工藝中形成收集區(qū)13。緊接著在片子的空白表面再淀積另一個包括下面的SiO2層的和上面的Si3N4的氧化掩膜。由這個膜腐蝕出覆蓋發(fā)射區(qū)6的掩膜8和在收集區(qū)邊緣重疊在場氧化層11上的掩膜81。用這種方法獲得圖4所示的器件。
然后如圖5所示，淀積光刻膠掩膜15，并使基區(qū)露出來，其邊界由光刻膠掩膜與部分場氧化層11形成，見圖5右側(cè)。然后進行基區(qū)的雜質(zhì)注入，注入順序可以是任意的，一次是高劑量低能量，一次是高能量低劑量。氧化層掩膜8的厚度是這樣與注入條件相調(diào)整的，就是使高能量的離子能通過此膜，而低能量的離子被掩蔽住。如前面提到的EP-Al-71665所述，用這種方法，在氧化物掩膜層6的下面，以及在要制造的發(fā)射區(qū)下面得到有沅基區(qū)，而在露出的襯底表面的下面得到無沅基區(qū)91，見圖6、圖7所示。
隨后，光刻膠掩蔽層15被去掉，它同樣起著基區(qū)離子注入的掩膜作用。并將露出的襯底表面氧化，生成氧化層51，然后去掉氧化膜8和81，于是得到如圖6所示器件。
此時進行注入工藝，注入與發(fā)射區(qū)導電類型相同的摻雜劑，劑量足夠高，而加速能量相當?shù)?。由圖6可以看到圖4和圖5用氧化掩膜81的目的，即在制備氧化層51時防止氧化。事實上如圖7所示，在注入發(fā)射區(qū)7的摻雜劑時，收集極電接觸區(qū)71同時也注入摻雜劑，如圖中箭頭所示。為制造摻雜的電極層4，使用了多晶硅蒸發(fā)工藝，并用離子注入對多晶硅進行摻雜是有效的，再用光刻腐蝕工藝刻出圖形。若用多晶硅擴散制備薄層7，可以在多晶硅腐蝕工藝之后進行發(fā)射區(qū)注入工藝。從而可以省去對多晶硅層進行另一次注入。
在圖7示出的制造步驟中，開始采用本發(fā)明的方法。首先，進行光刻腐蝕工藝，最好使用各向異性的干法腐蝕工藝，這種方法在DE-Al-3243059中已有描述，其目的是露出一部分半導體表面，用于制造無沅基區(qū)91的電接觸，如圖8所示。氧化層51的一部分，即與收集極接觸區(qū)71相鄰界的那一部分保留不動，基區(qū)與收集區(qū)的PN結(jié)在鄰界處露出半導體表面。然而這在圖8的右側(cè)是不必要的，因為那里的基區(qū)與收集區(qū)的PN結(jié)15與場氧化層11相鄰界而不是與空白的半導體表面相鄰界。
去掉氧化層51的腐蝕工藝應這樣進行，使電極層4覆蓋的框架形薄層5不致被腐蝕斷，而且在被覆蓋部分不致生成空洞。當然，制造發(fā)射區(qū)時也可以用常規(guī)的擴散基區(qū)法，用電極層4作擴散沅。
如圖8所示，當無沅基區(qū)范圍內(nèi)的襯底表面露出以后，在器件上部表面蒸鉑，隨后適當加熱，那些在蒸鉑之前露出硅的地方，都生成硅化鉑。用選擇性腐蝕鉑的腐蝕劑，例如用王水進行腐蝕之后，得到如圖8所示的器件，它有相互分離的硅化鉑層16和17。
圖8所示的器件中，電接觸1是在由硅化鉑形成的外基區(qū)91的上表面層構(gòu)成的，并且緊靠電極層4，其相隔距離大約為框架形薄層5的厚度，在薄層5的上面覆蓋著電極層4。于是有沅基區(qū)92的接線電阻很低，這正是超高頻晶體管所希望有的。當然，有沅基區(qū)92被框架形薄層5包圍的范圍越寬，有沅基區(qū)92的低阻接線越好。然而，應該注意到，隨著PN結(jié)面積的增加，基區(qū)與收集極之間的電容也隨之增加，而收集極串聯(lián)電阻隨收集極接觸面積的逐漸變小而減少。
圖10是圖8的部分放大細圖，可以比圖8更好地辨認本發(fā)明方法的主要特點和其優(yōu)點，本發(fā)明的主要思想在于特別利用了框架形薄層5，電極層4的邊緣重疊在框架形薄層5的上面，電極層4通過框架形薄層5與襯底相連。薄層5的厚度可以而且應該有這樣的厚度，就是使電接觸1和電極層4之間的電容與電接觸1與發(fā)射區(qū)7和基區(qū)91、92之間的電容相比是可以忽略的，因此沒有導致缺點的因素。按照本發(fā)明的方法制作的薄層5的實際厚度比形成硅化物的金屬層厚。而薄層5的側(cè)面厚度則僅需考慮刻電極層4時光刻腐蝕工藝的精度。在發(fā)明方法給出的條件下，無論如何都排除了電極層4與電接觸1之間的短路的可能性，因為在電極層4與電接觸1之間至少存在著一個足夠厚的框架形薄層5。此外，在接觸1的范圍內(nèi)氧化層51的生成與去除工藝的優(yōu)點是導致外基區(qū)91的表面電接觸下降，從而使基區(qū)接線電阻進一步明顯減小。
為了最終制成固態(tài)集成電路，至少還需在電接觸點處印制帶狀線，為此目的，如圖9所示，淀積上一層外層氧化物18，并且用光刻腐蝕工藝刻出電接觸16和1，并有選擇地刻出連接電極層4的接觸孔，帶狀線19和19′通過接觸孔與電路連接，有選擇地通過沒有畫出的接觸孔將電極層4連接。
除用本發(fā)明的方法能實現(xiàn)半導體器件電極層與電接觸之間任意少的橫向距離之外，特別是在應用各向異性腐蝕方法時，可以看到，本發(fā)明方法的突出優(yōu)點在于，如果電極層4或固態(tài)集成電路的電極層由一個共同的多晶硅層腐蝕而成，那么由多晶硅構(gòu)成的帶狀線的串聯(lián)電阻也顯著地減少了，事實上，用本發(fā)明的方法，多晶硅層表面也轉(zhuǎn)變成了硅化物。因此按照本發(fā)明方法也可以成功地用于既含有雙極型晶體管也含有硅柵場效應管的集成電路中。與此相聯(lián)系的是有必要指出，用本發(fā)明方法還能實現(xiàn)MOS結(jié)構(gòu)的很低的歐姆接觸。例如，制造這樣的結(jié)構(gòu)，在一個絕緣層邊緣部位設計框架形薄層，其絕緣層厚度小于框架形薄層5的厚度，這樣的一種電極適合使用做耗盡型場效應晶體管的場效應電極，或者用做一種MOS電容的場效應電極。
權利要求
1.一種在半導體材料襯底(3)的接觸區(qū)(2)上制造電接觸的方法，緊靠多晶硅電極層(4)，多晶硅在電極層(4)的接觸面(6)與襯底(3)相連接，電極層(4)的邊緣至少有一部分在與襯底(3)相連的絕緣的框架形薄層(5)之上，其特征在于用電極層(4)做為腐蝕工藝的側(cè)面邊界，至少使框架形薄層(5)一部分絕緣和襯底(3)上與其相鄰的接觸區(qū)(2)露出來。隨后在片子露出的表面上淀積一層可以形成金屬硅化物的金屬層。其厚度小于上述薄層(5)的厚度。隨后適當加熱片子，使金屬與其下面電極層(4)以及襯底(3)的硅生成金屬硅化物，而與絕緣物不起化學反應。在加熱和冷卻之后，對沒有與硅起反應的金屬，用選擇性的只溶解該金屬的腐蝕劑將其去掉。
2.根據(jù)權利要求
1所述的方法，其特征在于電極層(4)至少部分地覆蓋薄層(5)的邊緣和其在邊緣的斜坡上，形成固態(tài)集成電路布線圖中帶狀線部分，在上述帶狀線上淀積形成硅化物的金屬膜。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的方法，其特征在于與襯底(3)接觸的電極層(4)的邊緣限定一個區(qū)域(7)的接觸面(6)，該區(qū)域在制造電極(4)之前，用薄層(5)作為掩膜部分置入襯底(3)的表面。
4.根據(jù)權利要求
1或2所述的方法，其特征在于電極層(4)的邊緣限定一個區(qū)域(7)的接觸面(6)，在制成摻雜硅的電極層(4)之后，將其作為向襯底(3)上的區(qū)域(7)進行擴散的擴散源，利用薄層(5)作為擴散掩膜部分。
5.根據(jù)權利要求
3或4所述的方法，其特征在于上述薄層(5)是襯底(3)進行熱氧化制成的，在氧化過程中，區(qū)域(7)的接觸面(6)是借助氧化掩蔽層(8)保護的。
6.根據(jù)權利要求
5所述的方法，其特征在于上述氧化掩膜層(8)的厚度是這樣確定的，使上述掩膜(8)被兩次注入工藝中的一次穿透，在集成雙極型晶體管中注入發(fā)射區(qū)(7)為界的基區(qū)(9)，以便在上述發(fā)射區(qū)(7)下面形成由無源基區(qū)(91)與薄的有源基區(qū)(92)組成的基區(qū)(9)。
7.根據(jù)權利要求
1或2所述的方法，其特征在于，框架形薄層(5)是在一個絕緣層的邊緣形成的，該絕緣層的厚度小于上述框架形薄層(5)。
專利摘要
在制造電接觸(1)時，使用了多晶硅電極層(4)，其邊緣搭在與襯底(3)連接的絕緣物上，至少搭在邊緣(52)的部分斜坡上。電極層(4)在腐蝕工藝中用做限定側(cè)向邊界的掩膜。于是，在電極層(4)的邊緣下面形成一個框架形薄層(5)，并露出與薄層(5)相鄰的襯底(3)的接觸區(qū)(2)。再淀積可以形成硅化物的金屬層，其厚度小于薄層(5)的厚度。當加熱形成硅化物后，沒有與硅反應的金屬，用選擇性溶解金屬腐蝕劑去除。
文檔編號H01L21/768GK86105085SQ86105085
公開日1987年3月18日 申請日期1986年8月13日
發(fā)明者洛薩爾·布洛斯費爾德 申請人:德國Itt工業(yè)股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan