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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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
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TR01 | Transfer of patent right |