專利名稱：采用磷埋及深磷埋技術的雙極型縱向npn管制作工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種在雙極型縱向NPN管制作工藝中采用磷埋及深磷埋技術的工藝方法，屬于半導體制作技術領域。
背景技術：
隨著國際半導體技術的發(fā)展以及原材料成本不斷上漲，各國對于集成電路領域的競爭越來越激烈，對功放類集成電路的技術要求也越來越高，總是希望能在盡可能小的芯片上輸出盡可能大的功率。而芯片輸出功率的大小與整個電路的輸出級息息相關。為此，功放類集成電路的輸出級設計就顯的尤為關鍵。目前，市場上功放電路使用較多的輸出級結構如圖1所示，圖中NPN型管T1與NPN型管T2構成互補形式輸出。當輸入信號為正半周時，T1管導通，T2管截止，輸出管飽和壓降取決于T1管飽和壓降；當輸入信號為負半周時，T1管截止，T2管導通，輸出管飽和壓降取決于T2管飽和壓降。眾所周知，電路飽和壓降越小，輸出功率越大。由此可見，以上電路的輸出功率主要受制于T1管和T2管飽和壓降。T1管和T2管為NPN管，其飽和壓降主要由集電極串聯(lián)電阻決定，串聯(lián)電阻越小，相同電流下飽和壓降也就越小(電壓降＝電流*電阻)。為此，要提高電路的輸出功率，必須采取措施盡可能的減小NPN管集電極串聯(lián)電阻。
目前國外及國內減小NPN管集電極串聯(lián)電阻的有效措施是采用銻埋層及加入深磷擴散工藝。事實證明，這樣能有效減小集電極串聯(lián)電阻，提高輸出功率。但是因銻擴散系數較小，導致銻埋層自身電阻以及基區(qū)和銻埋之間電阻較大；并且深磷擴散至較深時，其體積與濃度均較小，因此與埋層接觸處電阻較大。NPN管集電極串聯(lián)電阻中的以上電阻不能進一步減小，就限制了NPN管飽和壓降進一步減小，從而影響了功放類電路輸出功率的進一步提高。
常規(guī)雙極NPN管采用銻埋層及深磷擴散，工藝流程如圖2所示，在這個工藝平臺下，最終形成的NPN管縱向結構如圖4所示，其基本單管參數如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝55～60V，BVebo＝7～8V
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的是為了減小NPN管飽和壓降，提高電路輸出功率。采用磷埋及深磷埋技術的雙極型縱向NPN管制作工藝，即在制作NPN管的雙極工藝中采用磷埋層及深磷埋技術。
技術方案從芯片面積上來說，采用磷埋及深磷埋技術與常規(guī)采用銻埋技術芯片面積大小相同，不需額外增加芯片面積，僅工藝過程有所不同。
我司采用磷埋及深磷埋工藝制作NPN管的材料片為P型<111>晶向，電阻率為10～20Ω·cm，工藝流程如圖4所示，工藝步驟如下 a.投料采用P型基片，晶向為<111>， b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度
c.磷埋光刻、腐蝕 在縱向NPN管N埋部位刻出光刻窗口， d.磷埋注入注入部位為縱向NPN管N埋區(qū)，注入能量50KeV～ 120KeV，注入劑量8E14～1.2E15，雜質為磷， e.磷埋退火退火溫度為1050℃～1200℃，先通280～320分鐘氮氣， 再通110～130分鐘氧氣， f.硼埋光刻、注入 注入部位為隔離槽區(qū)，注入能量50KeV～100KeV， 注入劑量2E14～1E15，雜質為硼， g.深磷埋光刻、注入注入部位為縱向NPN管集電區(qū)，注入能量50KeV～ 120KeV，注入劑量1E15～4E15，雜質為磷， h.深磷埋退火 退火溫度1050℃～1200℃，通入55～65分鐘氮氣， i.外延在縱向NPN管集電區(qū)部位外延，厚度5～10微米， 電阻率2～4Ω·CM， j.深磷擴散擴散部位為NPN管集電區(qū)，深磷預擴1000℃～1100℃， 先通4～6分鐘氮氣和氧氣，接著通35～45分鐘磷源，最后 通4～6分鐘氮氣和氧氣；深磷再擴為1100℃～1200℃，先 通4～6分鐘氧氣，接著通65～75分鐘氫氣和氧氣，最后通 4～6分鐘氧氣， k.隔離擴散擴散部位為隔離槽，目的是與硼埋對通，隔離預擴為600 ℃～900℃，先通8～12分鐘氮氣和氧氣，接著通22～28 分鐘硼源，最后通8～12分鐘氮氣和氧氣；隔離再擴為1100 ℃～1200℃，通入8～12分鐘氮氣和氧氣， l.P-、基區(qū)注入注入部位為P-電阻區(qū)、基區(qū)電阻區(qū)及NPN管基區(qū)，P-注入 能量50KeV～100KeV，劑量為1E13～3E13，雜質為硼； 基區(qū)注入能量50KeV～100KeV，劑量為2E14～4E14，雜 質為硼， m.P+注入 注入部位為橫向PNP管發(fā)射區(qū)，集電區(qū)，注入能量為50KeV～ 100KeV，劑量為8E14～2E15，雜質為硼， n.P+退火 退火溫度1050℃～1200℃，通入25～35分鐘氮氣， o.發(fā)射區(qū)擴散 擴散部位為NPN管集電極歐姆接觸區(qū)及發(fā)射區(qū)，發(fā)射區(qū)予 擴為900℃～1100℃，先通4～6分鐘氮氣和氧氣，接著通 12～18分鐘磷源，最后通4～6分鐘氮氣和氧氣；發(fā)射區(qū)再 擴為900℃～1100℃，先通4～6分鐘氧氣，接著通25～35 分鐘氫氣和氧氣，最后通4～6分鐘氧氣， p.接觸孔光刻、腐蝕采用干法加濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài)， q.一鋁濺射在基片表面上濺射0.8～1.2微米鋁硅， r.介質淀積在基片表面上淀積10000～20000埃氮化硅， s.通孔光刻、刻蝕 刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域， t.二鋁濺射濺射1.2～2微米鋁硅，采用厚鋁，為提高電路能力， u.壓點光刻、刻蝕 刻出芯片壓點區(qū)域。
在這個工藝平臺下，最終形成的NPN管縱向結構如圖5所示，基本單管參數如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝50～60V，BVebo＝7～8V。
有益效果通過比較(圖4)和(圖5)，我們可以發(fā)現(xiàn)(一)在常規(guī)采用銻埋技術的雙極工藝中，因銻擴散系數較小，導致銻埋層自身體積較小，從而電阻較大；同時由于銻埋層上翻少，導致NPN管基區(qū)與埋層之間距離偏大，電阻較大。而采用磷埋技術后，因磷擴散系數較大，因此磷埋層體積較大，電阻較小；同時由于磷上翻較多，因此NPN管基區(qū)與埋層之間距離減小，電阻較小。(二)常規(guī)雙極工藝中，由于深磷擴散至較深時，其體積與濃度均較小，因此與埋層接觸處電阻較大；而采用深磷埋技術后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的補償深磷擴散較深時的濃度與體積，從而消除了深磷與埋層接觸處電阻偏大的瓶頸問題。
由以上我們可以得出結論，采用磷埋及深磷埋技術后，可以很好的改善常規(guī)工藝中制約雙極NPN管集電極串聯(lián)電阻進一步減小的因素。因此采用磷埋及深磷埋技術的NPN管，其飽和壓降肯定優(yōu)于采用銻埋技術的NPN管。
通過實驗，比較了采用磷埋及深磷埋工藝制作的縱向NPN管與采用常規(guī)銻埋工藝制作的縱向NPN管，發(fā)現(xiàn)在相同的縱向NPN管面積下，磷埋及深磷埋工藝比銻埋工藝管子飽和壓降減少約30％。數據如下縱向NPN管面積均為734*862μm2，采用常規(guī)銻埋工藝，其飽和壓降為0.29V/Ic＝100mA；采用磷埋及深磷埋工藝，其飽和壓降為0.21V/Ic＝100mA。因此，達到相同的飽和壓降，采用磷埋及深磷埋技術的雙極工藝制作的縱向NPN管，其面積可比采用銻埋技術縮小約30％，這在半導體集成電路產品成本壓力日益增大的今天，無疑將產生極大的競爭力，從而有利于推動國際功放類集成電路不斷向更高要求發(fā)展。
圖1是常用功放電路輸出級結構。
圖2是常規(guī)銻埋技術雙極工藝流程。
圖3是采用磷埋及深磷埋技術雙極工藝流程。
圖4是常規(guī)銻埋技術雙極工藝制作的NPN管縱向結構圖。
圖5是采用磷埋及深磷埋技術雙極工藝制作的NPN管縱向結構圖。
具體實施例方式 采用磷埋及深磷埋技術的雙極工藝具體實施方式
如下 1.投料P型，晶向<111>， 2.氧化厚度
3.磷埋光刻、腐蝕；刻出縱向NPN管N埋區(qū)域窗口， 4.磷埋注入注入能量80KeV，注入劑量1E15；雜質為磷，將NPN管N埋區(qū)域注入磷， 5.磷埋退火退火條件為1200℃300分鐘N2+120分鐘O2， 6.硼埋光刻、注入注入區(qū)域為隔離槽區(qū)域，注入能量80KeV，注入劑量5E14，雜質為硼， 7.深磷埋光刻、注入注入區(qū)域為深磷區(qū)域，注入能量100KeV，注入劑量2E15，雜質為磷，其目的是與深磷對接， 8.深磷埋退火退火條件1200℃60分鐘N2， 9.外延N型外延，厚度9μm，電阻率2.5Ω·CM， 10.深磷擴散深磷予擴為1050℃5分鐘N2/O2+40分鐘磷源+5分鐘N2/O2，深磷再擴為1100℃5分鐘O2+70分鐘H2/O2+5分鐘O2，擴散區(qū)域為NPN管集電區(qū)， 11.隔離擴散隔離予擴為800℃10分鐘N2/O2+25分鐘硼源+10分鐘N2/O2，隔離再擴為1200℃10分鐘N2/O2，擴散區(qū)域為隔離槽，目的是與硼埋對通。
12.P-、基區(qū)注入注入區(qū)域為P-電阻區(qū)、基區(qū)電阻區(qū)及NPN管基區(qū)。P-注入能量為60KeV，劑量為2E13，雜質為硼；基區(qū)注入能量為60KeV，劑量為2.6E14，雜質為硼， 13.P+注入注入區(qū)域為橫向PNP管發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，注入能量為60KeV，劑量為8.0E14，雜質為硼， 14.P+退火退火條件1160℃30分鐘N2， 15.發(fā)射區(qū)擴散發(fā)射區(qū)予擴為1000℃5分鐘N2/O2+15分鐘磷源+5分鐘N2/O2，發(fā)射區(qū)再擴為900℃5分鐘O2+30分鐘H2/O2+5分鐘O2，擴散區(qū)域為NPN管集電極歐姆接觸區(qū)及發(fā)射區(qū)， 16.接觸孔光刻、腐蝕采用干法+濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài) 17.一鋁濺射0.8μm Al-Si， 18.介質淀積
Si3N4， 19.通孔光刻、刻蝕刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域， 20.二鋁濺射1.2μm Al-Si， 21.壓點光刻，刻蝕刻出壓點區(qū)域。
權利要求
1.一種采用磷埋及深磷埋技術的雙極型縱向NPN管制作工藝，其特征在于該工藝具體如下
a.投料采用P型基片，晶向為<111>，
b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度
c.磷埋光刻、腐蝕 在縱向NPN管N埋部位刻出光刻窗口，
d.磷埋注入注入部位為縱向NPN管N埋區(qū)，注入能量50KeV～
120KeV，注入劑量8E14～1.2E15，雜質為磷，
e.磷埋退火退火溫度為1050℃～1200℃，先通280～320分鐘氮氣，
再通110～130分鐘氧氣，
f.硼埋光刻、注入 注入部位為隔離槽區(qū)，注入能量50KeV～100KeV，
注入劑量2E14～1E15，雜質為硼，
g.深磷埋光刻、注入注入部位為縱向NPN管集電區(qū)，注入能量50KeV～
120KeV，注入劑量1E15～4E15，雜質為磷，
h.深磷埋退火 退火溫度1050℃～1200℃，通入55～65分鐘氮氣，
i.外延在縱向NPN管集電區(qū)部位外延，厚度5～10微米，
電阻率2～4Ω·CM，
j.深磷擴散擴散部位為NPN管集電區(qū)，深磷預擴1000℃～1100℃，
先通4～6分鐘氮氣和氧氣，接著通35～45分鐘磷源，最后
通4～6分鐘氮氣和氧氣；深磷再擴為1100℃～1200℃，先
通4～6分鐘氧氣，接著通65～75分鐘氫氣和氧氣，最后通
4～6分鐘氧氣，
k.隔離擴散擴散部位為隔離槽，目的是與硼埋對通，隔離預擴為600
℃～900℃，先通8～12分鐘氮氣和氧氣，接著通22～28
分鐘硼源，最后通8～12分鐘氮氣和氧氣；隔離再擴為1100
℃～1200℃，通入8～12分鐘氮氣和氧氣，
l.P-、基區(qū)注入注入部位為P-電阻區(qū)、基區(qū)電阻區(qū)及NPN管基區(qū)，P-注入
能量50KeV～100KeV，劑量為1E13～3E13，雜質為硼；
基區(qū)注入能量50KeV～100KeV，劑量為2E14～4E14，雜
質為硼，
m.P+注入 注入部位為橫向PNP管發(fā)射區(qū)，集電區(qū)，注入能量為50KeV～
100KeV，劑量為8E14～2E15，雜質為硼，
n.P+退火 退火溫度1050℃～1200℃，通入25～35分鐘氮氣，
o.發(fā)射區(qū)擴散 擴散部位為NPN管集電極歐姆接觸區(qū)及發(fā)射區(qū)，發(fā)射區(qū)予
擴為900℃～1100℃，先通4～6分鐘氮氣和氧氣，接著通
12～18分鐘磷源，最后通4～6分鐘氮氣和氧氣；發(fā)射區(qū)再
擴為900℃～1100℃，先通4～6分鐘氧氣，接著通25～35
分鐘氫氣和氧氣，最后通4～6分鐘氧氣，
p.接觸孔光刻、腐蝕采用干法加濕法的方法刻蝕，以形成良好的表面狀態(tài)，
q.一鋁濺射在基片表面上濺射0.8～1.2微米鋁硅，
r.介質淀積在基片表面上淀積10000～20000埃氮化硅，
s.通孔光刻、刻蝕 刻出一鋁與二鋁之間連接的通孔區(qū)域，
t.二鋁濺射濺射1.2～2微米鋁硅，采用厚鋁，為提高電路能力，
u.壓點光刻、刻蝕 刻出芯片壓點區(qū)域。
全文摘要
采用磷埋及深磷埋技術的雙極型縱向NPN管制作工藝是一種在雙極型縱向NPN管制作工藝中采用磷埋及深磷埋技術的工藝方法，為了減小NPN管飽和壓降，提高電路輸出功率。采用磷埋及深磷埋技術的雙極型縱向NPN管制作工藝，即在制作NPN管的雙極工藝中采用磷埋層及深磷埋技術。采用磷埋及深磷埋技術與常規(guī)采用銻埋技術芯片面積大小相同，不需額外增加芯片面積，僅工藝過程有所不同。采用磷埋及深磷埋工藝制作NPN管的材料片為P型晶向，電阻率為10～20Ω·cm，而采用深磷埋技術后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的補償深磷擴散較深時的濃度與體積，從而消除了深磷與埋層接觸處電阻偏大的瓶頸問題。
文檔編號H01L21/8222GK101276784SQ200810025559
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權日2008年4月29日
發(fā)明者卡 蘇, 鄧曉軍, 卜惠琴 申請人:無錫友達電子有限公司