CN102087977B - 垂直npn晶体管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种垂直NPN晶体管及其制造方法。其中垂直NPN晶体管的制造方法，包括：提供半导体衬底；向半导体衬底注入离子且扩散，形成N型埋层区域；在N型埋层区域上形成第一N型外延层，作为集电极；在第一N型外延层上形成P型外延层，作为基极；在P型外延层上形成氧化层；刻蚀氧化层至露出P型外延层，形成发射极开口；向发射极开口内填充满第二N型外延层，作为发射极。本发明消除了发射极电流集边效应。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种垂直NPN晶体管及其制造方法。
背景技术
双极晶体管是构成现代大规模集成电路的器件结构之一，双极晶体管优点在于操作速度快、单位芯片面积的输出电流大、导通电压变动小，适于制作模拟电路。
随着半导体工艺的不断发展，对器件性能要求越来越高。在传统的双极晶体管(例如垂直NPN晶体管)制作工艺中，通常采用两步基区/发射区热过程来形成有效基区宽度，即先进行基区硼注入/扩散形成基极，再进行发射区的磷注入/扩散形成发射极，由基极和发射极的深度差来得到基区宽度。
现有形成垂直NPN晶体管的制造工艺如下：如图1所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的材料可以是硅或硅锗等；向半导体衬底100内注入锑离子且进行扩散，形成N型埋层区域101；采用外延法在N埋层区域101上形成N型外延层102。
如图2所示，在N型外延层102上形成第一光刻胶层(未图示)，经过光刻工艺后，在第一光刻胶层上定义出基区开口图形；以第一光刻胶层为掩膜，沿基区开口图形向N型外延层102中注入P型离子并进行扩散，形成基极104，所述P型离子为硼离子。
参考图3，去除第一光刻胶层后，在N型外延层102上形成第二光刻胶层(未图示)，经过光刻工艺后，在第二光刻胶层上定义出发射区开口图形；以第二光刻胶层为掩膜，沿发射区开口图形向N型外延层102中注入N型离子并进行扩散，形成发射极106，所述N型离子为磷离子。所述发射极106包含于基极104内，且基极104深度大于发射极106。
由于现有工艺形成的NPN晶体管中发射极是包含于基极内的，这样会产生发射极电流集边效应，使发射极边缘的电流密度增大，产生基区电导调制效应，同时也减小了发射极中央电流密度，使发射极面积不能充分利用。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种垂直NPN晶体管及其制造方法，防止发射极边缘电流密度增大，中央电流密度减小。
为解决上述问题，本发明提供一种垂直NPN晶体管的制造方法，包括：提供半导体衬底；向半导体衬底注入离子且扩散，形成N型埋层区域；在N型埋层区域上形成第一N型外延层，作为集电极；在第一N型外延层上形成P型外延层，作为基极；在P型外延层上形成氧化层；刻蚀氧化层至露出P型外延层，形成发射极开口；向发射极开口内填充满第二N型外延层，作为发射极。
可选的，所述P型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为1μm～3μm。
可选的，所述第一N型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为4μm～5μm。
可选的，所述第二N型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为2μm～3μm。
可选的，所述氧化层的材料为含硅氧化物，厚度为2500埃～3500埃。
可选的，所述形成氧化层的方法为化学气相沉积法或热氧化法。
可选的，所述填充第二N型外延层的方法为选择性外延法。
本发明还提供一种垂直NPN晶体管，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的N型埋层区域；位于N埋层区域上的作为集电极的第一N型外延层；其特征在于，还包括：位于第一N型外延层上的作为基极的P型外延层；位于P型外延层上的氧化层，所述氧化层内具有贯穿其厚度的发射极开口；填充满发射极开口的第二N型外延层，作为发射极。
可选的，所述P型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为1μm～3μm。
可选的，所述第二N型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为2μm～3μm。
可选的，所述氧化层的材料为含硅氧化物，厚度为2500埃～3500埃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：发射极不包含于基极内，消除了发射极电流集边效应。
另外，本发明还节省了一道光刻工艺，使工艺流程更简洁，节省了工艺成本。
附图说明
图1至图3是现有形成垂直NPN晶体管的示意图；
图4是本发明形成垂直NPN晶体管的具体实施方式流程图；
图5至图7是本发明形成垂直NPN晶体管的实施例示意图。
具体实施方式
现有工艺形成的NPN晶体管中发射极是包含于基极内的，这样会产生发射极电流集边效应，使发射极边缘的电流密度增大，产生基区电导调制效应，同时也减小了发射极中央电流密度，使发射极面积不能充分利用。
本发明形成垂直NPN晶体管的具体实施方式流程如图4所示，执行步骤S1，提供半导体衬底；执行步骤S2，向半导体衬底注入离子且扩散，形成N型埋层区域；执行步骤S3，在N型埋层区域上形成第一N型外延层，作为集电极；执行步骤S4，在第一N型外延层上形成P型外延层，作为基极；执行步骤S5，在P型外延层上形成氧化层；执行步骤S6，刻蚀氧化层至露出P型外延层，形成发射极开口；执行步骤S7，向发射极开口内填充满第二N型外延层，作为发射极。
基于上述实施方式形成的垂直NPN晶体管，包括：半导体衬底；位于半导体衬底内的N型埋层区域；位于N埋层区域上的作为集电极的第一N型外延层；其特征在于，还包括：位于第一N型外延层上的作为基极的P型外延层；位于P型外延层上的氧化层，所述氧化层内具有贯穿其厚度的发射极开口；填充满发射极开口的第二N型外延层，作为发射极。
本发明制作的NPN晶体管中发射极不包含于基极内，消除了发射极电流集边效应。另外，本发明还节省了一道光刻工艺，使工艺流程更简洁，节省了工艺成本。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图5至图7是本发明形成垂直NPN晶体管的实施例示意图。如图5所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200的材料可以是硅或硅锗等；向半导体衬底内注入N型离子，形成N型埋层区域201，所述注入的N型离子为锑离子，注入离子的剂量为5×1014/cm2～8×1014/cm2，能量为40Kev～80Kev；然后，采用退火的工艺使N型离子扩散。接着，采用外延生长法在N型埋层区域201上形成作为集电极的第一N型外延层202，所述第一N型外延层202的材料为外延单晶硅，厚度为4μm～5μm。
继续参考图5，采用外延生长法在第一N型外延层202上形成厚度为外1μm～3μm的P型外延层204，所述P型外延层204的材料为外延单晶硅。
本实施例中，所述P型外延层204作为NPN晶体管的基极。
如图6所示，用化学气相沉积法或热氧化法在P型外延层204上形成厚度为2500埃～3500埃的氧化层206，所述氧化层206的材料为含硅氧化物，例如二氧化硅。如果氧化层206的材料为二氧化硅，则形成方法为热氧化法。
本实施例中，氧化层206的厚度优选3000埃。氧化层206的作用为防止后续选择性外延生长时在发射区外生长单晶硅。
继续参考图6，用旋涂法在氧化层206上形成光刻胶层(未图示)，经过曝光显影工艺后，在光刻胶层上定义出发射极图形；以光刻胶层为掩膜，沿发射极图形，用干法刻蚀法刻蚀氧化层206至露出P型外延层204，形成发射极开口。
如图7所示，采用选择性外延方法有选择性的在发射极开口内沉积并填充满第二N型外延层207，形成发射极，所述第二N型外延层207的厚度与氧化层206一致。
除上述实施例外，还有其它实施例，采用外延方法在氧化层206上形成第二N型外延层207，且第二N型外延层207填充满发射极开口；用化学机械抛光法平坦化第二N型外延层207至露出氧化层206，所述发射极开口内的第二N型外延层207作为发射极。
最后，进行退火工艺，使离子扩散均匀。
基于上述实施例形成的垂直NPN晶体管，包括：半导体衬底200；N型埋层区域201，位于半导体衬底200内；第一N型外延层202，位于N埋层区域201上，作为垂直NPN晶体管的集电极；P型外延层204，位于N型外延层202上，作为垂直NPN晶体管的基极；氧化层206，位于P型外延层204上，所述氧化层206内具有贯穿其厚度的发射极开口；N型外延层207，填充满发射极开口，作为垂直NPN晶体管的发射极。
本发明的方案除了适用垂直NPN晶体管外，还可以用于形成垂直PNP晶体管。例如：提供半导体衬底；向半导体衬底注入离子且扩散，形成N型埋层区域；在N型埋层区域上形成第一P型外延层，作为集电极；在第一P型外延层上形成N型外延层，作为基极；在N型外延层上形成氧化层；刻蚀氧化层至露出N型外延层，形成发射极开口；向发射极开口内填充满第二P型外延层，作为发射极。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.一种垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
向半导体衬底注入离子且扩散，形成N型埋层区域；
在N型埋层区域上形成第一N型外延层，作为集电极；
在第一N型外延层上形成P型外延层，作为基极；
在P型外延层上形成氧化层；
刻蚀氧化层至露出P型外延层，形成发射极开口；
向发射极开口内填充满第二N型外延层，作为发射极。
2.根据权利要求1所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述P型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为1μm～3μm。
3.根据权利要求1所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述第一N型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为4μm～5μm。
4.根据权利要求1所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述第二N型外延层的材料为外延单晶硅，厚度为2μm～3μm。
5.根据权利要求1所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述氧化层的材料为含硅氧化物，厚度为2500埃～3500埃。
6.根据权利要求5所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述形成氧化层的方法为化学气相沉积法或热氧化法。
7.根据权利要求1所述垂直NPN晶体管的制造方法，其特征在于，所述填充第二N型外延层的方法为选择性外延法。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171116 Address after: 214028 Xinzhou Road, Wuxi national hi tech Industrial Development Zone, Jiangsu, China, No. 8 Patentee after: Wuxi Huarun Shanghua Technology Co., Ltd. Address before: 214028 Wuxi provincial high tech Industrial Development Zone, Hanjiang Road, No. 5, Jiangsu, China Co-patentee before: Wuxi Huarun Shanghua Technology Co., Ltd. Patentee before: Wuxi CSMC Semiconductor Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |