實現肖特基二極體的雙極ic結構的製造方法及雙極ic結構的製作方法
2023-06-12 02:32:21 1
實現肖特基二極體的雙極ic結構的製造方法及雙極ic結構的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構。屬於半導體【技術領域】。本發明的方法中，利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層；並通過一次蝕刻形成肖特基接觸孔；最後蒸發鋁，以在肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。從而保證該工藝無需額外的肖特基接觸光刻，也無需採用鈦、鉑和鈀等貴金屬，同時保持由鈦、鉑和鈀等貴金屬形成的肖特基勢壘所具有的穩定性和重複性，與通用的雙極集成電路生產工藝兼容，且有效簡化了工藝流程，降低了生產成本，且本發明的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構的應用範圍也較為廣泛。
【專利說明】實現肖特基二極體的雙極IC結構的製造方法及雙極IC結
構【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，特別涉及雙極集成電路生產工藝【技術領域】，具體是指一種實現肖特基二極體的雙極IC結構的製造方法及雙極IC結構。
【背景技術】 [0002]利用金屬和半導體整流接觸特性製成的二極體稱為肖特基勢壘二極體，它和PN結二極體具有類似的電流和電壓關係，即它們都有單向導電性。一般採用金屬與輕摻雜的N型矽接觸來製作肖特基二極體。該肖特基二極體的特性取決於幾個因素，包括金屬組成、矽摻雜、邊緣效應、退火條件以及是否存在表面汙染物等。
[0003]在雙極集成電路設計中，為了節省成本，需要把一般外接的肖特基二極體集成在電路內部，這需要肖特基二極體的製造工藝與雙極集成電路工藝兼容。在現有技術中，通常採用在N型外延澱積特殊金屬(如鈦，鉬和鈀等)的方法來形成肖特基勢壘，因為在保持低接觸電阻的同時確保了足夠的勢壘高度，且具有穩定性高和重複性好的特點。N型矽構成肖特基二極體的陰極，而金屬構成陽極。此外，肖特基二極體需要形成通過厚場氧化層的接觸，而穿透厚場氧化層的接觸刻蝕會使基區接觸和發射區接觸出現過腐蝕。因此，一般需要執行兩步連續的氧化層去除工藝避免出現過腐蝕現象:首先減薄肖特基接觸上的場氧化層厚度，然後再形成實際的接觸孔。這樣製造的肖特基二極體需要增加一次光刻。
[0004]因此，一般雙極工藝製作高性能的肖特基二極體的方法是:首先，在刻蝕孔時增加一次肖特基接觸的光刻；然後，在澱積金屬布線時把常用的鋁矽銅濺射換成鈦、鉬和鈀等特殊金屬的濺射。增加光刻次數會帶來晶片成本的上升，而鈦，鉬和鈀等特殊金屬也是價格昂貴。用該方法來製作肖特基二極體，工序複雜，製作的工藝成本高昂。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種無需額外的肖特基接觸光刻，也無需採用鈦、鉬和鈀等貴金屬，同時保持這些特殊金屬形成的肖特基勢壘所具有的穩定性和重複性，製造工藝簡單，生產成本低廉，應用範圍較為廣泛的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構。
[0006]為了實現上述的目的，本發明的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法包括以下步驟:
[0007](I)生成襯底、襯底內的N埋層和P埋層、襯底上的外延層以及外延層內的上隔離層和深磷層；
[0008](2)利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層，並退火；
[0009](3)通過預澱積和再擴散生成深磷層上的發射區；
[0010](4)通過一次蝕刻形成位於所述的基區內的肖特基接觸孔；
[0011]( 5 )蒸發鋁，在所述的肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。[0012]該實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法中，所述的步驟(1)具體包括以下步驟:
[0013](11)選用P型矽製備襯底，所述襯底的晶向為〈111〉，電阻率為25Ω.cm~50 Ω.cm ;
[0014](12)在襯底上生長一層厚度7000 A的氧化層，然後進行N埋層光刻、腐蝕，再進行磷澱積擴散，形成N埋層，所選用的磷的濃度P S為18~25 Ω / □，結深XjN+為4 μ m ;
[0015](13)在襯底上生長一層厚度丨200A的薄氧化層，然後帶膠進行硼注入，注入能量為80kev，注入劑量為2.4E14,去膠，退火形成P埋層；
[0016](14)在襯底上生長一層厚度為15 μ m的外延層,所述的外延層電阻率為4 Ω ^cm~5 Ω.cm ；
[0017](15)在襯底上生長一層厚度為5000 A的氧化層，然後進行深磷光刻、腐蝕，再進行深磷預澱積和擴散，形成深磷層；
[0018](16)在襯底上生長一層厚度為5000 A的氧化層，然後進行隔離光刻、腐蝕，再進行隔離CVD和再擴散形成上隔離層，所述的隔離CVD濃度P s為3~5.5 Ω / 口。
[0019]該實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法中，所述的步驟(2)具體包括以下步驟:
[0020](21)去除所述的步驟(12)~(16)中生成的氧化層；
[0021](22)在所述的襯底上生長一層厚度為500 A的薄氧化層用作注入遮擋層；
[0022](23)進行N阱光刻，而後進行N阱帶膠注入；
[0023](24)進行基區光刻，而後進行基區帶膠注入；
[0024](25)進行P-層光刻，而後進行P-層帶膠注入；
[0025](26)去膠；
[0026](27) 二氧化矽 CVD;
[0027](28)達到1200°C後，退火30分鐘。
[0028]該實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法中，所述的步驟(3)具體包括以下步驟:
[0029](31)在所述的深磷層上進行光刻和腐蝕；
[0030](32)進行預澱積；
[0031](33)再擴散形成N+發射區，作為肖特基二極體陰極歐姆接觸區域。
[0032]該實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法中，所述的步驟(5)具體包括以下步驟:
[0033](51)在所述的肖特基接觸孔內，蒸發形成厚度為2.5 μ m厚的鋁層；
[0034](53)進行鋁光刻；
[0035](54)幹法腐蝕形成晶片器件連接布線，並作為肖特基二極體的陽極；
[0036](55)進行合金和鈍化工序，形成肖特基二極體。
[0037]本發明還提供一種利用所述的方法製造的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構，該雙極集成電路結構包括:襯底；分別生成於所述的襯底內的N埋層和P埋層；生成於所述的襯底上的外延層；分別生成於所述的外延層內的上隔離層和深磷層；分別生成於所述的外延層內N阱、基區和P-層；生成於所述的深磷層上的發射區；通過一次蝕刻形成於所述的基區內的肖特基接觸孔；以及通過蒸發鋁形成於所述的肖特基接觸孔內的矽化合物肖特基勢壘層。
[0038]採用了該發明的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構，其製造方法中，利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層；並通過一次蝕刻形成肖特基接觸孔；最後蒸發鋁，以在肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。從而保證該工藝無需額外的肖特基接觸光刻，也無需採用鈦、鉬和鈀等貴金屬，同時保持由鈦、鉬和鈀等貴金屬形成的肖特基勢壘所具有的穩定性和重複性，與通用的雙極集成電路生產工藝兼容，且有效簡化了工藝流程，降低了生產成本，且本發明的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構的應用範圍也較為廣泛。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為本發明的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法的步驟流程圖。
[0040]圖2為採用本發明的方法製造的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的截面圖。
[0041]圖3為本發明的製造方法在實際應用中的的步驟流程示意圖。
【具體實施方式】
[0042]為了能夠更清楚地理解本發明的技術頁面，特舉以下實施例詳細說明。
[0043]請參閱圖1所示，為本發明的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法的步驟流程圖。
[0044]在一種實施方式中，所述的方法包括以下步驟:
[0045](I)生成襯底、襯底內的N埋層和P埋層、襯底上的外延層以及外延層內的上隔離層和深磷層；
[0046](2)利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層，並退火；
[0047](3)通過預澱積和再擴散生成深磷層上的發射區；
[0048](4)通過一次蝕刻形成位於所述的基區內的肖特基接觸孔；
[0049](5)蒸發鋁，在所述的肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。
[0050]在一種較優選的實施方式中，所述的步驟(1)具體包括以下步驟:
[0051](11)選用P型矽製備襯底，所述襯底的晶向為〈111〉，電阻率為25Ω.cm~50 Ω.cm ;
[0052](12)在襯底上生長一層厚度7000 A的氧化層，然後進行N埋層光刻、腐蝕，再進行磷澱積擴散，形成N埋層，所選用的磷的濃度P S為18~25 Ω / □，結深XjN+為4 μ m ;
[0053](13)在襯底上生長一層厚度丨200A的薄氧化層，然後帶膠進行硼注入，注入能量為80kev，注入劑量為2.4E14,去膠，退火形成P埋層；
[0054](14)在襯底上生長一層厚度為15 μ m的外延層,所述的外延層電阻率為4 Ω ^cm~5 Ω.cm ；
[0055](15)在襯底上生長一層厚度為5000 A的氧化層，然後進行深磷光刻、腐蝕，再進行深磷預澱積和擴散，形成深磷層；[0056](16)在襯底上生長一層厚度為SOOU \的氧化層，然後進行隔離光刻、腐蝕，再進行隔離CVD和再擴散形成上隔離層，所述的「R離CVD濃度P S為3~5.5 Ω / 口。
[0057]在一種進一步優選的實施方式中，所述的步驟(2)具體包括以下步驟:
[0058](21)去除所述的步驟(12)~(16)中生成的氧化層；
[0059](22)在所述的襯底上生長一層厚度為500 A的薄氧化層用作注入遮擋層；
[0060](23)進行N阱光刻，而後進行N阱帶膠注入；
[0061](24)進行基區光刻，而後進行基區帶膠注入；
[0062](25)進行P-層光刻，而後進行P-層帶膠注入；
[0063](26)去膠；
[0064](27) 二氧化矽 CVD;
[0065](28)達到1200°C後，退火30分鐘。
[0066]在一種更進一步優選的實施方式中，所述的步驟(3)具體包括以下步驟: [0067](31)在所述的深磷層上進行光刻和腐蝕；
[0068](32)進行預澱積；
[0069](33)再擴散形成N+發射區，作為肖特基二極體陰極歐姆接觸區域。
[0070]在一種更優選的實施方式中，所述的步驟(5)具體包括以下步驟:
[0071](51)在所述的肖特基接觸孔內，蒸發形成厚度為2.5μπι厚的鋁層；
[0072](53)進行鋁光刻；
[0073](54)幹法腐蝕形成晶片器件連接布線，並作為肖特基二極體的陽極；
[0074](55)進行合金和鈍化工序，形成肖特基二極體。
[0075]本發明還提供一種利用的方法製造的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構，該雙極集成電路結構，如圖2所示，包括:襯底；分別生成於所述的襯底內的N埋層和P埋層；生成於所述的襯底上的外延層；分別生成於所述的外延層內的上隔離層和深磷層；分別生成於所述的外延層內N阱、基區和P-層；生成於所述的深磷層上的發射區；通過一次蝕刻形成於所述的基區內的肖特基接觸孔；以及通過蒸發鋁形成於所述的肖特基接觸孔內的矽化合物肖特基勢壘層。
[0076]在實際應用中，本發明製作肖特基二極體時對雙極工藝的改進思路是:首先，採用準等平面技術，儘可能的減小氧化層臺階和厚度，這樣在刻蝕氧化層時，即使沒有額外的肖特基接觸光刻也能保證基區接觸和發射區接觸不會過腐蝕，因此僅需一次孔刻蝕就可以達到一般需兩次刻蝕的效果。其次，採用純鋁蒸發工藝，而非鋁矽銅濺射工藝，通過鋁與輕摻雜N型矽形成肖特基勢壘。由於鋁層較厚，同時是通過高溫蒸發工藝形成的，保證了鋁與矽接觸形成的肖特基勢壘的穩定性和重複性。具體如圖3所示，包括以下步驟:
[0077]第一步，使用常規雙極工藝形成N埋、P埋、外延、上隔離和深磷等工藝層次。
[0078]第二步，使用準等平面技術，帶膠注入N阱、基區和P-等層次，並退火。
[0079]第三步，發射區預澱積和再擴散。
[0080]第四步，孔和肖特基接觸刻蝕。
[0081]第五步，純鋁蒸發，形成矽化合物的肖特基勢壘。
[0082]本發明的進一步改進是:第二步在去除氧化層後不先生長厚的場氧化層，而是生長一? -ου ι的薄氧化層，然後帶膠注入N阱，ρ+，ρ-和基區等層次，這一過程為準等平面技術，具有氧化層臺階小，工序簡單的特點。由於第二步的工藝改進，在第四步孔刻蝕時就僅需有一次刻蝕就能將肖特基接觸刻蝕出來。第五步中採用純鋁蒸發而非常規雙極工藝中的鋁矽銅濺射。
[0083]實際的生產流程包括以下步驟
[0084](I)矽襯底製備:選用P型矽，晶向〈111〉，電阻率為25?50 Ω.cm。
[0085](2) N埋層形成:先生長一層7000 A的氧化層，然後進行N埋層光刻、腐蝕，再進行磷澱積擴散，選用的磷濃度P S為18 A I □，結深XjN+為4 μ m。
[0086](3)P埋形成:薄氧氧化生成1200A的氧化層，然後帶膠進行硼注入，注入能量為80kev,注入劑量為2.4E14,隨後去膠，退火形成P埋層次。
[0087](4)外延:生長一層厚度為15 μ m,電阻率約4?5 Ω.cm的外延層。
[0088](5)深磷形成:先生長一層500 A的氧化層，然後進行深磷光刻、腐蝕，再進行深磷預澱積和擴散形成深磷層次。
[0089](6)隔離形成:先生長一層5000 A的氧化層，然後進行隔離光刻、腐蝕，再進行隔尚CVD和再擴散形成隔尚。隔尚CVD濃度ps:3?5.5Ω/ΕΙ。
[0090](7)準等平面技術:先去除以上層次形成的氧化層，再升長一層、OU \的薄氧化層用作注入遮擋層，然後進行N阱、基區和P-等層次的帶膠注入，然後進行退火，退火條件是1200°C, 30分鐘。具體實施步驟如下:薄氧化層_>N阱光刻->N阱注入-> 基區光刻_>基區注入一〉P-光刻一〉P-注入一〉去膠一〉Si02CVD—〉退火。
[0091](8)發射區形成:通過發射區光刻、腐蝕，然後發射區預澱積，發射區再擴散形成發射區N+區域。也是肖特基二極體陰極歐姆接觸區域。
[0092]( 9 )孔和肖特基接觸形成:由於前面的準等平面工藝，使場氧化層的臺階有了明顯改善，這樣在刻蝕孔時只要刻蝕一次就可以把肖特基接觸也很好的刻蝕出來，而如果常規雙極工藝，則肯定需要兩次光刻才可以把肖特基接觸高質量的刻蝕出來。
[0093](10)金屬鋁形成:採用鋁蒸發工藝，蒸發一層2.5 μ m厚的鋁層。隨後進行鋁光刻、幹法腐蝕形成晶片器件連接的布線，同時也是肖特基二極體的陽極。最後經合金和鈍化工序後，整個高性能的肖特基二極體就製作完成。
[0094]本發明製作肖特基二極體的工藝是在標準雙極工藝上進行了改進，因此也是製作雙極集成電路的工藝。與一般的雙極工藝製作肖特基二極體的主要區別是:進行N阱，基區，P-等有源區形成是通過準等平面技術實現的，主要是通過薄氧化層做遮擋層，進行一次帶膠注入。而一般工藝都是通過先長厚場氧化層，通過場氧化層做遮蔽層，非帶膠注入。因此，本發明的氧化層臺階小(基本沒有)，故在刻蝕孔時(即刻蝕氧化層)可以一次刻蝕就把肖特基接觸也刻蝕的很完美，也就是可以把肖特基接觸刻蝕等同於孔刻蝕。
[0095]本發明在製作肖特基二極體的勢壘時，採用純鋁蒸發工藝，通過這層2.5μπι厚的鋁與矽表面反應，形成鋁矽化合物。這種鋁矽化合物用作肖特基勢壘，替代鈦，鉬和鈀等特殊金屬與矽形成的矽化物作的肖特基勢壘。一般情況下，如果採用鋁矽銅濺射形成的矽化物作肖特基勢壘的特性比鈦，鉬和鈀等特殊金屬與矽形成的矽化物作的肖特基勢壘的特性差很多，主要是濺射鋁與矽反應一致性差，覆蓋肖特基接觸表面緻密性差，矽表面容易有汙染物，讓肖特基接觸的有效面積大為減小。故這種工藝製作的肖特基二極體正向壓降大，與鈦，鉬和鈀等特殊金屬製作的有明顯差距。但本發明採用2.5μπι厚的純鋁蒸發工藝，雜質少，鋁與矽反應穩定，形成的矽化物均勻覆蓋住肖特基接觸孔，性能十分接近鈦，鉬和鈀等特殊金屬製作的肖特基二極體。
[0096]採用了該發明的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構，其製造方法中，利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層；並通過一次蝕刻形成肖特基接觸孔；最後蒸發鋁，以在肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。從而保證該工藝無需額外的肖特基接觸光刻，也無需採用鈦、鉬和鈀等貴金屬，同時保持由鈦、鉬和鈀等貴金屬形成的肖特基勢壘所具有的穩定性和重複性，與通用的雙極集成電路生產工藝兼容，且有效簡化了工藝流程，降低了生產成本，且本發明的實現肖特基二極體的雙極集成電路結構的製造方法及雙極集成電路結構的應用範圍也較為廣泛。
[0097]在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。
【權利要求】
1.一種實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法，其特徵在於，所述的方法包括以下步驟: (1)生成襯底、襯底內的N埋層和P埋層、襯底上的外延層以及外延層內的上隔離層和深磷層； (2)利用準等平面工藝形成所述外延層內的N阱、基區和P-層，並退火； (3)通過預澱積和再擴散生成深磷層上的發射區； (4)通過一次蝕刻形成位於所述的基區內的肖特基接觸孔； (5 )蒸發鋁，在所述的肖特基接觸孔內形成矽化合物肖特基勢壘層。
2.根據權利要求1所述的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法，其特徵在於，所述的步驟(1)具體包括以下步驟:(11)選用P型矽製備襯底，所述襯底的晶向為〈111〉，電阻率為25Ω-cm ； (12)在襯底上生長一層厚度7000A的氧化層，然後進行N埋層光刻、腐蝕，再進行磷澱積擴散，形成N埋層，所選用的磷的濃度P S為18~25 Ω / □，結深XjN+為4 μ m ; (13)在襯底上生長一層厚度1200A的薄氧化層，然後帶膠進行硼注入，注入能量為80kev，注入劑量為2.4E14,去膠，退火形成P埋層； (14)在襯底上生長一層厚度為15μ m的外延層，所述的外延層電阻率為4 Ω.cm~5 Ω.cm ； (15)在襯底上生長一層厚度為5000A的氧化層，然後進行深磷光刻、腐蝕，再進行深磷預澱積和擴散，形成深磷層； (16)在襯底上生長一層厚度為MKX)A的氧化層，然後進行隔離光刻、腐蝕，再進行隔離CVD和再擴散形成上隔離層，所述的隔離CVD濃度P s為3~5.5 Ω / 口。
3.根據權利要求2所述的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法，其特徵在於，所述的步驟(2)具體包括以下步驟: (21)去除所述的步驟(12)~(16 )中生成的氧化層； (22)在所述的襯底上生長一層厚度為500A的薄氧化層用作注入遮擋層； (23)進行N阱光刻，而後進行N阱帶膠注入； (24)進行基區光刻，而後進行基區帶膠注入； (25)進行P-層光刻，而後進行P-層帶膠注入； (26)去膠； (27)二氧化矽CVD ； (28)達到1200°C後，退火30分鐘。
4.根據權利要求3所述的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法，其特徵在於，所述的步驟(3)具體包括以下步驟: (31)在所述的深磷層上進行光刻和腐蝕； (32)進行預澱積； (33)再擴散形成N+發射區，作為肖特基二極體陰極歐姆接觸區域。
5.根據權利要求4所述的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構的製造方法，其特徵在於，所述的步驟(5)具體包括以下步驟: (51)在所述的肖特基接觸孔內，蒸發形成厚度為2.5 μ m厚的鋁層；(53)進行鋁光刻； (54)幹法腐蝕形成晶片器件連接布線，並作為肖特基二極體的陽極； (55)進行合金和鈍化工序，形成肖特基二極體。
6.一種利用權利要求1所述的方法製造的實現肖特基二極體功能的雙極集成電路結構，其特徵在於，所述的雙極集成電路結構包括: 襯底； N埋層和P埋層，分別生成於所述的襯底內； 外延層，生成於所述的襯底上； 上隔離層和深磷層，分別生成於所述的外延層內； N阱、基區和P-層，分別生成於所述的外延層內； 發射區，生成於所述的深磷層上； 肖特基接觸孔，通過一次蝕刻形成於所述的基區內；以及 矽化合物肖特基勢壘層，通過蒸發鋁形成於所述的肖特基接觸孔內。
【文檔編號】H01L29/73GK103700590SQ201210369046
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月27日 優先權日:2012年9月27日
【發明者】陳冠峰, 張驍宇, 卜慧琴 申請人:無錫華潤矽科微電子有限公司