Npn晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種NPN晶體管，包括N型襯底、作為基極區(qū)域使用的P型外延層、P型埋入擴(kuò)散層、作為基極引出區(qū)域使用的P型擴(kuò)散層、作為發(fā)射極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層、作為集電極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層；基極區(qū)域形成于襯底上；P型埋入擴(kuò)散層跨襯底和基極區(qū)域上而形成；基極引出區(qū)域形成于基極區(qū)域上；發(fā)射極區(qū)域形成于基極區(qū)域上；集電極區(qū)域形成在基極區(qū)域上；在所述作為基極區(qū)域使用的P型外延層中擴(kuò)散有鎢。該晶體管利用鎢的高能級(jí)使從發(fā)射極注入的空穴和存在于基極區(qū)域的許多載流子即電子再結(jié)合，從而能夠提高橫型NPN晶體管的電流放大率，同時(shí)能夠降低污染。
【專利說明】NPN晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，一種橫型NPN晶體管的結(jié)構(gòu)為在N型半導(dǎo)體襯底上形成有低濃度的P型外延區(qū)域?？鏝型半導(dǎo)體襯底和P型外延區(qū)域形成有P型雜質(zhì)埋入?yún)^(qū)域。在外延區(qū)域形成有第一 P型雜質(zhì)區(qū)域。第一 P型雜質(zhì)區(qū)域的濃度比P型外延區(qū)域的濃度高2?3倍。而且，在第一 P型雜質(zhì)區(qū)域形成有作為基極區(qū)域的第二 P型雜質(zhì)區(qū)域、作為發(fā)射極區(qū)域的第一 N型雜質(zhì)區(qū)域以及作為集電極區(qū)域的第二 N型雜質(zhì)區(qū)域。
[0003]另一種常見的橫型NPN晶體管結(jié)構(gòu)為在N型半導(dǎo)體襯底上形成有P型外延層?？鏝型半導(dǎo)體襯底和P型外延層形成有P型埋入擴(kuò)散層。在P型外延層上形成有作為基極區(qū)域的P型擴(kuò)散層、作為發(fā)射極區(qū)域的N型擴(kuò)散層以及作為集電極區(qū)域的N型擴(kuò)散層。而且，作為集電極區(qū)域的N型擴(kuò)散層在作為發(fā)射極區(qū)域的N型擴(kuò)散層的周圍圓環(huán)狀形成。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中NPN晶體管的制造方法包括:準(zhǔn)備N型硅單晶襯底，在襯底上形成熱氧化膜。對(duì)熱氧化膜進(jìn)行構(gòu)圖，在形成有P型擴(kuò)散層的區(qū)上形成開口部。而且，在襯底上涂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(kuò)散源膜。其后，通過在非氧化氣體介質(zhì)中施加1000?1050°C的熱處理，使磷以及鉬從擴(kuò)散源膜向襯底擴(kuò)散。由于使用鉬，存在的問題在于提高了擴(kuò)散有P型雜質(zhì)的區(qū)域的電阻率值。
[0005]另外，現(xiàn)有的NPN晶體管的制造方法中，在P型外延層上，作為集電極區(qū)域的N型擴(kuò)散層在作為發(fā)射極區(qū)域的N型擴(kuò)散層周圍圓環(huán)狀形成。利用該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)ψ鳛榘l(fā)射極區(qū)域的N型擴(kuò)散層有效地配置作為集電極區(qū)域的N型擴(kuò)散層。即，通過使基極區(qū)域的寬度變窄，能夠提高橫型NPN晶體管的電流放大率。相反，通過將低雜質(zhì)濃度的P型外延層作為基極區(qū)域使用，在使橫型NPN晶體管的電流放大率提得過高的情況下，能夠通過擴(kuò)大基極區(qū)域的寬度(發(fā)射極-集電極區(qū)域間的間隔距離)來適應(yīng)。在這種情況的問題在于，橫型NPN晶體管的器件尺寸就要變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是鑒于所述各種問題而構(gòu)成的，提供一種NPN晶體管，具有半導(dǎo)體襯底和形成于所述半導(dǎo)體襯底上的發(fā)射極區(qū)域、基極區(qū)域、集電極區(qū)域，在作為所述基極區(qū)域使用的半導(dǎo)體層中擴(kuò)散鎢。因此，在本發(fā)明中，能夠利用擴(kuò)散在半導(dǎo)體層上的鎢調(diào)整基極電流值，不需要增加器件尺寸就能實(shí)現(xiàn)期望的電流放大率。
[0007]本發(fā)明的NPN晶體管包括N型襯底、作為基極區(qū)域使用的P型外延層、P型埋入擴(kuò)散層、作為基極引出區(qū)域使用的P型擴(kuò)散層、作為發(fā)射極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層、作為集電極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層；其特征在于，基極區(qū)域形成于襯底上；P型埋入擴(kuò)散層跨襯底和基極區(qū)域上而形成；基極引出區(qū)域形成于基極區(qū)域上；發(fā)射極區(qū)域形成于基極區(qū)域上；集電極區(qū)域形成在基極區(qū)域上；在所述作為基極區(qū)域使用的P型外延層中擴(kuò)散有鎢。[0008]優(yōu)選地，所述襯底為單晶襯底；更優(yōu)選地，所述襯底為單晶硅襯底。
[0009]優(yōu)選地，所述晶體管還包括形成在基極區(qū)域上的絕緣層；更優(yōu)選地，所述絕緣層為NGS 膜。
[0010]優(yōu)選地，所述晶體管還包括集電極、發(fā)射極和基極；更優(yōu)選地，所述集電極、發(fā)射極和基極用鋁合金形成；所述鋁合金優(yōu)選為Al-Si。
[0011]本發(fā)明中，在NPN晶體管的基極區(qū)域擴(kuò)散鶴。相比鉬或者鑰，鶴的聞能級(jí)使從發(fā)射極注入的空穴和存在于基極區(qū)域的許多載流子即電子再結(jié)合，從而能夠提高橫型PNP晶體管的電流放大率；同時(shí)能夠降低因在形成半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)線上的金屬污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的NPN晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0013]圖2?7為本發(fā)明的NPN晶體管的制造方法中結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面，參照附圖1詳細(xì)說明作為本發(fā)明之一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置，圖1為用于說明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0015]如圖1所示，橫型NPN晶體管I主要由N型單晶硅襯底3、作為基極區(qū)域使用的P型外延層4、P型埋入擴(kuò)散層5、作為基極引出區(qū)域使用的P型擴(kuò)散層6、作為發(fā)射極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層7、作為集電極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層8、9構(gòu)成。
[0016]P型外延層4形成于N型單晶硅襯底3上。另外，在本實(shí)施例中，表示在襯底3上形成一層外延層4的情況，但并非僅局限于這種情況。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(kuò)散層5跨襯底3和外延層4上而形成。而且，P型埋入擴(kuò)散層5跨橫型NPN型晶體管I的形成區(qū)域而形成。
[0018]P型擴(kuò)散層6形成于外延層4上。而且，P型外延層4作為基極區(qū)域使用，P型擴(kuò)散層6作為基極弓I出區(qū)域使用。
[0019]N型擴(kuò)散層7形成于外延層4上。而且，N型擴(kuò)散層7作為發(fā)射極區(qū)域使用。
[0020]N型擴(kuò)散層8、9形成于外延層4上。而且，N型擴(kuò)散層8、9作為集電極區(qū)域使用。另外，N型擴(kuò)散層8、9也可以是在N型擴(kuò)散層7的周圍一環(huán)狀形成的情況。
[0021]絕緣層10形成于外延層4上面。絕緣層10由NGS(NhosNho SilicateGlass)膜等構(gòu)成。然后，使用公知的光刻法技術(shù)，例如通過使用了 CHF3+02系氣體的干式蝕刻在絕緣層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(fā)射極16以及基極18。
[0023]后面詳細(xì)地對(duì)半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明，在橫型NPN晶體管I的作為基極區(qū)域的外延層4和襯底3上擴(kuò)散鎢。而且，在橫型NPN晶體管I中，從作為發(fā)射極的N型擴(kuò)散層7注入到作為基極區(qū)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(jìn)作為集電極區(qū)域的N型擴(kuò)散層8、9。此時(shí)，空穴在P型外延層4內(nèi)為少數(shù)載流子，因外延層4內(nèi)的鎢的存在而容易與電子再結(jié)合。即，空穴的壽命因鎢的再結(jié)合促進(jìn)作用而減少，從而橫型NPN晶體管I的電流放大率降低。
[0024]具體而言，橫型NPN晶體管I的電流放大率根據(jù)外延層4內(nèi)鎢的擴(kuò)散量而減少。
[0025]在不使鎢在外延層4內(nèi)擴(kuò)散的情況下，橫型NPN晶體管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?qǐng)D7的說明)的情況下，橫型NPN晶體管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?qǐng)D7的說明)的情況下，橫型NPN晶體管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?qǐng)D7的說明)的情況下，橫型NPN晶體管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?qǐng)D7的說明)的情況下，橫型NPN晶體管I的電流放大率的平均值⑴為151。即，外延層4內(nèi)的鎢的擴(kuò)散量越多，橫型NPN晶體管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(dǎo)體元件，但由于鎢不對(duì)其它的半導(dǎo)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(jù)橫型NPN晶體管I的電流放大率的特性決定。特別是既使在鎢擴(kuò)散到襯底3或擴(kuò)散層4內(nèi)的情況下，也不會(huì)使電阻率值增加，不會(huì)使橫型NPN晶體管I以及其它半導(dǎo)體元件的接通電阻值增加。
[0027]另外，橫型NPN晶體管I的電流放大率的標(biāo)準(zhǔn)離差率(σ /X)根據(jù)外延層4內(nèi)鎢的擴(kuò)散量而減少。
[0028]如上所述，橫型NPN晶體管I中，通過利用和鎢再結(jié)合的促進(jìn)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(fā)明的鎢比現(xiàn)有技術(shù)中采用鑰更易促進(jìn)空穴和電子的結(jié)合。此時(shí)，由于不提高P型外延層4的雜質(zhì)濃度，所以能夠防止橫型NPN晶體管I耐壓特性的惡化。另外，由于不用擴(kuò)大橫型NPN晶體管I的基極寬度(發(fā)射極-集電極區(qū)域間的間距)就能降低電流放大率，所以能夠防止橫型NPN晶體管I的器件尺寸的增大。
[0029]下面詳細(xì)說明本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
[0030]首先，如圖2所示，準(zhǔn)備N型單晶硅襯底3。將襯底3表面進(jìn)行熱氧化，在襯底3表面形成氧化硅膜31。以在P型埋入擴(kuò)散層5、19的形成區(qū)域上形成開口部的形式有選擇地去除氧化硅膜31。然后，使用氧化硅膜31作為掩模，用旋涂法將含P型雜質(zhì)如鎵(Ga)的液體源極32涂敷在襯底3的表面。然后，使鎵(Ga)熱擴(kuò)散，形成P型埋入擴(kuò)散層5、19。然后除去氧化硅膜31和液體源極32。
[0031]接著，如圖3所示，在襯底3上沉積氧化硅膜33。然后在氧化硅膜33上形成光致抗蝕劑34。并且使用眾所周知的光刻法技術(shù)在形成有N型埋入層35、36、37的區(qū)域上的光致抗蝕劑34上形成開口部。其后，在加速電壓90?180(keV)、導(dǎo)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(zhì)例如磷。然后，除去光致抗蝕劑34，進(jìn)行熱擴(kuò)散，形成N型埋入擴(kuò)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(tǒng)、反應(yīng)堆、排氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)構(gòu)成。在本實(shí)施例中，由于使用縱式反應(yīng)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(duì)P型埋入擴(kuò)散層5、19以及N型埋入擴(kuò)散層35、36、37進(jìn)行熱擴(kuò)散。
[0033]接著，在外延層4上沉積氧化硅膜38。然后，在氧化硅膜38上形成光致抗蝕劑39。然后，使用眾所周知的光刻法技術(shù)在形成有N型埋入層40、41、42的區(qū)域上的光致抗蝕劑39上形成開口部。其后，在加速電壓90?180 (keV)、導(dǎo)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(zhì)例如磷。并且除去光致抗蝕劑39，形成N型埋入擴(kuò)散層40、41、42。
[0034]接著，如圖5所示，在氧化硅膜38上形成光致抗蝕劑43。然后，使用眾所周知的光刻法技術(shù)在形成有P型埋入層20的區(qū)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(dǎo)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(zhì)例如硼(N)。其后，除去氧化硅膜38以及光致抗蝕劑43，使硼(N)熱擴(kuò)散，形成P型擴(kuò)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表面形成氧化硅膜44。以在N型擴(kuò)散層7、8、9、21的形成區(qū)上形成開口部的方式選擇性地除去氧化硅膜44。然后，通過洗凈形成有外延層4的晶片，使從氧化硅膜44的開口部露出來的外延層4表面具有親水性。
[0036]接著，用旋涂法涂敷含有鎢的水溶液(用氨水溶化了三氧化鎢的溶液)例如10 (ml)左右。并且，一邊使晶片旋轉(zhuǎn)一邊使其表面干燥，之后，用旋涂法將含有N型雜質(zhì)如磷的液體源極45涂敷在外延層4的表面。并且，通過使鎢和磷同時(shí)熱擴(kuò)散，形成N型擴(kuò)散層7、8、9、21。此時(shí)，在襯底3和外延層4上鎢同時(shí)被熱擴(kuò)散。其后，去除氧化硅膜44和液體源極45。另外，只要至少使鎢擴(kuò)散到外延層4內(nèi)即可。
[0037]接著，如圖7所示，使用眾所周知的光刻法技術(shù)，通過所期望的形成方法形成P型擴(kuò)散層6、22。其后，在外延層4上沉積例如NSG膜等做絕緣層10。并且，使用眾所周知的光刻法技術(shù)，例如通過使用了 CHF3+02系氣體的干蝕刻在絕緣層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(fā)射極16、26以及基極18、27。
[0038]需要說明的是，在本實(shí)施例中，通過與形成N型擴(kuò)散層7、8、9、21的工序的公用工序，對(duì)使鎢擴(kuò)散到襯底3和外延層4的情況進(jìn)行了說明，但是并非僅局限于此種情況。例如，也可以是通過與在外延層4上形成隔離區(qū)域用的N型擴(kuò)散層的工序的公用工序使鎢擴(kuò)散到襯底3和外延層4的情況。另外，本實(shí)施例中，雖然對(duì)用旋涂法涂敷含有鎢的水溶液的情況進(jìn)行了說明，但是，并非僅局限于此種情況。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(nèi)含有鎢化合物,使鎢和磷共同擴(kuò)散的方法，使鎢擴(kuò)散到襯底3和外延層4的情況。此外，在不超出本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明可以做出各種組合和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種NPN晶體管，包括N型襯底、作為基極區(qū)域使用的P型外延層、P型埋入擴(kuò)散層、作為基極引出區(qū)域使用的P型擴(kuò)散層、作為發(fā)射極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層、作為集電極區(qū)域使用的N型擴(kuò)散層；其特征在于，基極區(qū)域形成于襯底上；P型埋入擴(kuò)散層跨襯底和基極區(qū)域上而形成；基極引出區(qū)域形成于基極區(qū)域上；發(fā)射極區(qū)域形成于基極區(qū)域上；集電極區(qū)域形成在基極區(qū)域上；在所述作為基極區(qū)域使用的P型外延層中擴(kuò)散有鎢。
2.如權(quán)利要求1所述的NPN晶體管，其特征在于，所述襯底為單晶襯底。
3.如權(quán)利要求1或2所述的NPN晶體管，其特征在于，所述襯底為單晶硅襯底。
4.如權(quán)利要求1所述的NPN晶體管，其特征在于，所述晶體管還包括形成在基極區(qū)域上的絕緣層。
5.如權(quán)利要求4所述的NPN晶體管，其特征在于，所述絕緣層為NGS膜。
6.如權(quán)利要求1所述的NPN晶體管，其特征在于，所述晶體管還包括集電極、發(fā)射極和基極。
7.如權(quán)利要求6所述的NPN晶體管，其特征在于，所述集電極、發(fā)射極和基極用鋁合金形成。
8.如權(quán)利要求7所述的NPN晶體管，其特征在于，所述集電極、發(fā)射極和基極用Al-Si形成。
【文檔編號(hào)】H01L29/10GK103606552SQ201310504578
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】叢國芳 申請(qǐng)人:溧陽市東大技術(shù)轉(zhuǎn)移中心有限公司