Npn電晶體的製作方法
2024-03-30 16:24:05 2
Npn電晶體的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種NPN電晶體，包括N型襯底、作為基極區域使用的P型外延層、P型埋入擴散層、作為基極引出區域使用的P型擴散層、作為發射極區域使用的N型擴散層、作為集電極區域使用的N型擴散層；基極區域形成於襯底上；P型埋入擴散層跨襯底和基極區域上而形成；基極引出區域形成於基極區域上；發射極區域形成於基極區域上；集電極區域形成在基極區域上；在所述作為基極區域使用的P型外延層中擴散有鎢。該電晶體利用鎢的高能級使從發射極注入的空穴和存在於基極區域的許多載流子即電子再結合，從而能夠提高橫型NPN電晶體的電流放大率，同時能夠降低汙染。
【專利說明】NPN電晶體
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種半導體裝置。
【背景技術】
[0002]現有技術中，一種橫型NPN電晶體的結構為在N型半導體襯底上形成有低濃度的P型外延區域。跨N型半導體襯底和P型外延區域形成有P型雜質埋入區域。在外延區域形成有第一 P型雜質區域。第一 P型雜質區域的濃度比P型外延區域的濃度高2?3倍。而且，在第一 P型雜質區域形成有作為基極區域的第二 P型雜質區域、作為發射極區域的第一 N型雜質區域以及作為集電極區域的第二 N型雜質區域。
[0003]另一種常見的橫型NPN電晶體結構為在N型半導體襯底上形成有P型外延層。跨N型半導體襯底和P型外延層形成有P型埋入擴散層。在P型外延層上形成有作為基極區域的P型擴散層、作為發射極區域的N型擴散層以及作為集電極區域的N型擴散層。而且，作為集電極區域的N型擴散層在作為發射極區域的N型擴散層的周圍圓環狀形成。
[0004]現有技術中NPN電晶體的製造方法包括:準備N型矽單晶襯底，在襯底上形成熱氧化膜。對熱氧化膜進行構圖，在形成有P型擴散層的區上形成開口部。而且，在襯底上塗敷含有磷和作為壽命抑制劑的鉬這兩者的液體源極，形成擴散源膜。其後，通過在非氧化氣體介質中施加1000?1050°C的熱處理，使磷以及鉬從擴散源膜向襯底擴散。由於使用鉬，存在的問題在於提高了擴散有P型雜質的區域的電阻率值。
[0005]另外，現有的NPN電晶體的製造方法中，在P型外延層上，作為集電極區域的N型擴散層在作為發射極區域的N型擴散層周圍圓環狀形成。利用該結構，能夠對作為發射極區域的N型擴散層有效地配置作為集電極區域的N型擴散層。即，通過使基極區域的寬度變窄，能夠提高橫型NPN電晶體的電流放大率。相反，通過將低雜質濃度的P型外延層作為基極區域使用，在使橫型NPN電晶體的電流放大率提得過高的情況下，能夠通過擴大基極區域的寬度(發射極-集電極區域間的間隔距離)來適應。在這種情況的問題在於，橫型NPN電晶體的器件尺寸就要變大。
【發明內容】
[0006]本發明是鑑於所述各種問題而構成的，提供一種NPN電晶體，具有半導體襯底和形成於所述半導體襯底上的發射極區域、基極區域、集電極區域，在作為所述基極區域使用的半導體層中擴散鎢。因此，在本發明中，能夠利用擴散在半導體層上的鎢調整基極電流值，不需要增加器件尺寸就能實現期望的電流放大率。
[0007]本發明的NPN電晶體包括N型襯底、作為基極區域使用的P型外延層、P型埋入擴散層、作為基極引出區域使用的P型擴散層、作為發射極區域使用的N型擴散層、作為集電極區域使用的N型擴散層；其特徵在於，基極區域形成於襯底上；P型埋入擴散層跨襯底和基極區域上而形成；基極引出區域形成於基極區域上；發射極區域形成於基極區域上；集電極區域形成在基極區域上；在所述作為基極區域使用的P型外延層中擴散有鎢。[0008]優選地，所述襯底為單晶襯底；更優選地，所述襯底為單晶矽襯底。
[0009]優選地，所述電晶體還包括形成在基極區域上的絕緣層；更優選地，所述絕緣層為NGS 膜。
[0010]優選地，所述電晶體還包括集電極、發射極和基極；更優選地，所述集電極、發射極和基極用鋁合金形成；所述鋁合金優選為Al-Si。
[0011]本發明中，在NPN電晶體的基極區域擴散鶴。相比鉬或者鑰，鶴的聞能級使從發射極注入的空穴和存在於基極區域的許多載流子即電子再結合，從而能夠提高橫型PNP電晶體的電流放大率；同時能夠降低因在形成半導體裝置的生產線上的金屬汙染。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的NPN電晶體的結構剖面圖。
[0013]圖2?7為本發明的NPN電晶體的製造方法中結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面，參照附圖1詳細說明作為本發明之一實施例的半導體裝置，圖1為用於說明本發明一實施例的半導體裝置的剖面圖。
[0015]如圖1所示，橫型NPN電晶體I主要由N型單晶矽襯底3、作為基極區域使用的P型外延層4、P型埋入擴散層5、作為基極引出區域使用的P型擴散層6、作為發射極區域使用的N型擴散層7、作為集電極區域使用的N型擴散層8、9構成。
[0016]P型外延層4形成於N型單晶矽襯底3上。另外，在本實施例中，表示在襯底3上形成一層外延層4的情況，但並非僅局限於這種情況。例如也可以是只有襯底的情況，也可以是在襯底上層疊有多層外延層的情況。另外，襯底也可以是P型單晶體襯底。
[0017]P型埋入擴散層5跨襯底3和外延層4上而形成。而且，P型埋入擴散層5跨橫型NPN型電晶體I的形成區域而形成。
[0018]P型擴散層6形成於外延層4上。而且，P型外延層4作為基極區域使用，P型擴散層6作為基極弓I出區域使用。
[0019]N型擴散層7形成於外延層4上。而且，N型擴散層7作為發射極區域使用。
[0020]N型擴散層8、9形成於外延層4上。而且，N型擴散層8、9作為集電極區域使用。另外，N型擴散層8、9也可以是在N型擴散層7的周圍一環狀形成的情況。
[0021]絕緣層10形成於外延層4上面。絕緣層10由NGS(NhosNho SilicateGlass)膜等構成。然後，使用公知的光刻法技術，例如通過使用了 CHF3+02系氣體的乾式蝕刻在絕緣層10上形成接觸孔11、12、13、14。
[0022]在接觸孔11、12、13、14中選擇性地形成鋁合金例如Al-Si膜，形成集電極15、17、發射極16以及基極18。
[0023]後面詳細地對半導體裝置的製造方法進行說明，在橫型NPN電晶體I的作為基極區域的外延層4和襯底3上擴散鎢。而且，在橫型NPN電晶體I中，從作為發射極的N型擴散層7注入到作為基極區域的外延層4的空穴以基極寬度(Wb)變得最窄的外延層4表面附近作為路徑流進作為集電極區域的N型擴散層8、9。此時，空穴在P型外延層4內為少數載流子，因外延層4內的鎢的存在而容易與電子再結合。即，空穴的壽命因鎢的再結合促進作用而減少，從而橫型NPN電晶體I的電流放大率降低。
[0024]具體而言，橫型NPN電晶體I的電流放大率根據外延層4內鎢的擴散量而減少。
[0025]在不使鎢在外延層4內擴散的情況下，橫型NPN電晶體I的電流放大率的平均值(X)為273。另一方面，在使用濃度為0.1(NNm)的鎢的水溶液(參照圖7的說明)的情況下，橫型NPN電晶體I的電流放大率的平均值(X)為236。另外，在使用濃度為1.0(NNm)的鎢的水溶液(參照圖7的說明)的情況下，橫型NPN電晶體I的電流放大率的平均值(X)為201。另外，在使用濃度為10.0(NNm)的鎢的水溶液(參照圖7的說明)的情況下，橫型NPN電晶體I的電流放大率的平均值(X)為188。而在使用濃度為100.0(NNm)的鎢的水溶液(參照圖7的說明)的情況下，橫型NPN電晶體I的電流放大率的平均值⑴為151。即，外延層4內的鎢的擴散量越多，橫型NPN電晶體I的電流放大率就越低。
[0026]另外，在襯底3上形成有各種半導體元件，但由於鎢不對其它的半導體元件的元件特性造成影響，所以鎢水溶液的濃度能夠根據橫型NPN電晶體I的電流放大率的特性決定。特別是既使在鎢擴散到襯底3或擴散層4內的情況下，也不會使電阻率值增加，不會使橫型NPN電晶體I以及其它半導體元件的接通電阻值增加。
[0027]另外，橫型NPN電晶體I的電流放大率的標準離差率(σ /X)根據外延層4內鎢的擴散量而減少。
[0028]如上所述，橫型NPN電晶體I中，通過利用和鎢再結合的促進作用，能夠減少空穴的壽命，降低電流放大率，得到期望的電流放大率。使用本發明的鎢比現有技術中採用鑰更易促進空穴和電子的結合。此時，由於不提高P型外延層4的雜質濃度，所以能夠防止橫型NPN電晶體I耐壓特性的惡化。另外，由於不用擴大橫型NPN電晶體I的基極寬度(發射極-集電極區域間的間距)就能降低電流放大率，所以能夠防止橫型NPN電晶體I的器件尺寸的增大。
[0029]下面詳細說明本發明一實施例的半導體裝置的製造方法。
[0030]首先，如圖2所示，準備N型單晶矽襯底3。將襯底3表面進行熱氧化，在襯底3表面形成氧化矽膜31。以在P型埋入擴散層5、19的形成區域上形成開口部的形式有選擇地去除氧化矽膜31。然後，使用氧化矽膜31作為掩模，用旋塗法將含P型雜質如鎵(Ga)的液體源極32塗敷在襯底3的表面。然後，使鎵(Ga)熱擴散，形成P型埋入擴散層5、19。然後除去氧化矽膜31和液體源極32。
[0031]接著，如圖3所示，在襯底3上沉積氧化矽膜33。然後在氧化矽膜33上形成光致抗蝕劑34。並且使用眾所周知的光刻法技術在形成有N型埋入層35、36、37的區域上的光致抗蝕劑34上形成開口部。其後，在加速電壓90?180(keV)、導入量0.5Χ1014?1.0Χ1016(/cm2)的條件下從襯底3的表面離子注入N型雜質例如磷。然後，除去光致抗蝕劑34，進行熱擴散，形成N型埋入擴散層35、36、37。
[0032]接著，如圖4所示，將襯底3配置在氣相外延生長裝置的接受器上，在襯底3上形成外延層。氣相外延生長裝置主要由氣體供給系統、反應堆、排氣系統、控制系統構成。在本實施例中，由於使用縱式反應堆，所以能夠提高外延層的膜厚均勻性。通過在該外延層4的形成工序的熱處理，對P型埋入擴散層5、19以及N型埋入擴散層35、36、37進行熱擴散。
[0033]接著，在外延層4上沉積氧化矽膜38。然後，在氧化矽膜38上形成光致抗蝕劑39。然後，使用眾所周知的光刻法技術在形成有N型埋入層40、41、42的區域上的光致抗蝕劑39上形成開口部。其後，在加速電壓90?180 (keV)、導入量0.5 X IO14?1.0 X IO16 (/cm2)的條件下從外延層4的表面離子注入N型雜質例如磷。並且除去光致抗蝕劑39，形成N型埋入擴散層40、41、42。
[0034]接著，如圖5所示，在氧化矽膜38上形成光致抗蝕劑43。然後，使用眾所周知的光刻法技術在形成有P型埋入層20的區域上的光致抗蝕劑43上形成開口部。以光致抗蝕劑43為掩模，在加速電壓90?110 (keV)、導入量1.0 X IO13?1.0 X IO15 (/cm2)的條件下從外延層4的表面離子注入P型雜質例如硼(N)。其後，除去氧化矽膜38以及光致抗蝕劑43，使硼(N)熱擴散，形成P型擴散層20。
[0035]接著，如圖6所示，使外延層4表面熱氧化，在外延層4表面形成氧化矽膜44。以在N型擴散層7、8、9、21的形成區上形成開口部的方式選擇性地除去氧化矽膜44。然後，通過洗淨形成有外延層4的晶片，使從氧化矽膜44的開口部露出來的外延層4表面具有親水性。
[0036]接著，用旋塗法塗敷含有鎢的水溶液(用氨水溶化了三氧化鎢的溶液)例如10 (ml)左右。並且，一邊使晶片旋轉一邊使其表面乾燥，之後，用旋塗法將含有N型雜質如磷的液體源極45塗敷在外延層4的表面。並且，通過使鎢和磷同時熱擴散，形成N型擴散層7、8、9、21。此時，在襯底3和外延層4上鎢同時被熱擴散。其後，去除氧化矽膜44和液體源極45。另外，只要至少使鎢擴散到外延層4內即可。
[0037]接著，如圖7所示，使用眾所周知的光刻法技術，通過所期望的形成方法形成P型擴散層6、22。其後，在外延層4上沉積例如NSG膜等做絕緣層10。並且，使用眾所周知的光刻法技術，例如通過使用了 CHF3+02系氣體的幹蝕刻在絕緣層10上形成接觸孔11、12、13、14、23、24、25。在接觸孔11、12、13、14、23、24、25上，有選擇地形成鋁合金例如Al-Si膜，以形成集電極15、17、28和發射極16、26以及基極18、27。
[0038]需要說明的是，在本實施例中，通過與形成N型擴散層7、8、9、21的工序的公用工序，對使鎢擴散到襯底3和外延層4的情況進行了說明，但是並非僅局限於此種情況。例如，也可以是通過與在外延層4上形成隔離區域用的N型擴散層的工序的公用工序使鎢擴散到襯底3和外延層4的情況。另外，本實施例中，雖然對用旋塗法塗敷含有鎢的水溶液的情況進行了說明，但是，並非僅局限於此種情況。例如，也可以通過離子注入法、在含有鎢的水溶液中浸潰處理晶片的方法，或者是使含有磷的液體源極45內含有鎢化合物,使鎢和磷共同擴散的方法，使鎢擴散到襯底3和外延層4的情況。此外，在不超出本發明的宗旨的範圍內，本領域技術人員可以對本發明可以做出各種組合和變型。
【權利要求】
1.一種NPN電晶體，包括N型襯底、作為基極區域使用的P型外延層、P型埋入擴散層、作為基極引出區域使用的P型擴散層、作為發射極區域使用的N型擴散層、作為集電極區域使用的N型擴散層；其特徵在於，基極區域形成於襯底上；P型埋入擴散層跨襯底和基極區域上而形成；基極引出區域形成於基極區域上；發射極區域形成於基極區域上；集電極區域形成在基極區域上；在所述作為基極區域使用的P型外延層中擴散有鎢。
2.如權利要求1所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述襯底為單晶襯底。
3.如權利要求1或2所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述襯底為單晶矽襯底。
4.如權利要求1所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述電晶體還包括形成在基極區域上的絕緣層。
5.如權利要求4所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述絕緣層為NGS膜。
6.如權利要求1所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述電晶體還包括集電極、發射極和基極。
7.如權利要求6所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述集電極、發射極和基極用鋁合金形成。
8.如權利要求7所述的NPN電晶體，其特徵在於，所述集電極、發射極和基極用Al-Si形成。
【文檔編號】H01L29/10GK103606552SQ201310504578
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】叢國芳 申請人:溧陽市東大技術轉移中心有限公司