Bicmos集成電路中雙極器件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了BICMOS集成電路中雙極器件的制造方法，包括：在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)；在基區(qū)上形成場氧化層及多晶硅柵極；在環(huán)形多晶硅柵極的中間區(qū)域及外圍區(qū)域內進行發(fā)射區(qū)及集電區(qū)的制造，在發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)的上層制造金屬外引線層。從而，本發(fā)明解決了現(xiàn)有BICMOS集成電路產品抗輻照及加固特性低的問題。實現(xiàn)了對寄生雙極管放大倍數(shù)的調節(jié)；同時，通過對柵氧的特殊工藝處理，增強寄生雙極器件的抗輻照特性。
【專利說明】BI CMOS集成電路中雙極器件的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體應用及制造領域，尤其涉及BICMOS集成電路中雙極器件的制
造方法。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路工藝水平的飛速發(fā)展，更多種類的器件可以集成到同一個硅襯底上滿足電路設計的需求。典型的是BICMOS (雙極和互補型金屬-氧化物-半導體混合)工藝，它實現(xiàn)了集成電路中兩個主要器件MOS和BIPOLAR同步實現(xiàn)在一個單片上?？紤]到空間技術在電子系統(tǒng)中的應用，集成電路的抗輻照工藝成為制約電子元器件發(fā)展的瓶頸。由于MOS器件和雙極器件的輻照損傷機理不同，目前，商業(yè)工藝線提供的BICMOS工藝無法保證電路的抗電離輻照特性。部分國內研究所公開的抗輻照BICMOS工藝，流程復雜，至少需要15塊掩膜版，更特殊的情況使用的掩膜版高達30塊，增加生產成本，延長制造周期。

【發(fā)明內容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術中存在的情況，本發(fā)明解決了現(xiàn)有BICMOS集成電路產品抗輻照及加固特性低的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種BICMOS集成電路中雙極器件的制造方法，包括:在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)；在所述基區(qū)上進行場區(qū)氧化，形成場氧化層；在所述P型阱的場氧層上制造環(huán)形多晶硅柵極；在所述環(huán)形多晶硅柵極的中間區(qū)域及外圍區(qū)域內同時進行N+注入區(qū)光刻，在該N+注入區(qū)內注入磷，在所述中間區(qū)域形成發(fā)射區(qū)，在所述外圍形成集電區(qū)；在所述P型外延的場氧層上方的邊緣區(qū)域中，進行P+注入區(qū)光刻，在該P+注入區(qū)內注入硼，形成基極區(qū)；在所述發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)的上層制造金屬外引線層。
[0004]優(yōu)選地，所述在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)的步驟包括:對N型單晶硅表面進行RCA標準清洗后，進行一次氧化；在氧化表面，施加環(huán)形N阱掩膜版，進行N阱光刻；N阱光刻后，進行濕法腐蝕獲得N阱，在該N阱中注入磷，形成N型阱的基區(qū)；施加P阱掩膜版，進行P阱光刻，所述P阱掩膜板的P阱開窗位于環(huán)形N外延基區(qū)的中部；P阱光刻后，進行濕法腐蝕獲得N阱，在該N阱中注入硼形成P型阱的基區(qū)。
[0005]優(yōu)選地，包括:所述一次氧化厚度為130nm ;所述磷的注入量為5X 1012/cm2、所述硼的注入量為3X1013/cm2。
[0006]優(yōu)選地，所述在所述基區(qū)上進行場區(qū)氧化，形成場氧化層的步驟包括:在所述基區(qū)上進行預氧化后，淀積氮化硅；在氮化硅表面，施加有源區(qū)掩膜版，進行掩膜光刻，所述有源區(qū)掩膜板的開窗位于P型外延的中部；在有源區(qū)光刻后，進行濕法腐蝕，注入硼；進行場區(qū)氧化，形成場氧化層。
[0007]優(yōu)選地，包括:所述預氧化的厚度為50nm、所述氮化硅的厚度為170nm ;所述硼的注入量為IXlO1Vcm2 ;所述形成氧化層厚度為:650nm。
[0008]優(yōu)選地，所述在場氧層上制造環(huán)形多晶硅柵極的步驟包括:在所述P型外延的場氧層上注入硼；進行柵氧化加固處理后淀積多晶；施加環(huán)形多晶硅掩膜版，進行多晶硅光亥IJ，形成環(huán)形多晶硅柵極。
[0009]優(yōu)選地，所述硼的注入量為5 X IO1Vcm2 ;所述柵氧化厚度為20nm、多晶硅厚度為400nmo
[0010]優(yōu)選地，所述在N+注入區(qū)內注入磷的步驟包括:利用多晶硅自對準工藝，以5 X IO1Vcm2注入劑量，在N+注入區(qū)內注入磷。
[0011]優(yōu)選地，在所述N+注入區(qū)內注入磷的步驟后還包括:根據(jù)所述多晶硅柵寬度，對所述發(fā)射區(qū)及集電區(qū)進行退火處理。
[0012]優(yōu)選地，集電區(qū)及基極區(qū)的上層制造金屬外引線層的步驟包括:淀積二氧化硅，淀積厚度為900nm ;在二氧化娃表面施加孔光刻掩膜版,進行孔光刻,該孔光刻掩膜版的開窗區(qū)域為發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)所對應的區(qū)域；干法腐蝕二氧化硅；表面濺射金屬；施加布線金屬掩膜版，進行干法腐蝕金屬，形成布線。
[0013]通過上述技術方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:通過橫向PN結構、利用多晶硅柵自對準技術，控制發(fā)射區(qū)面積，再加上控制發(fā)射區(qū)及集電區(qū)的退火條件，實現(xiàn)對寄生雙極管放大倍數(shù)的調節(jié)；同時，通過對柵氧的特殊工藝處理，增強寄生雙極器件的抗輻照特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明BICMOS集成電路的制造方法在一種實施方式中的流程示意圖；
[0015]圖2?圖6為本發(fā)明BICMOS集成電路的制造方法在一種實施方式中的工藝流程圖；
[0016]圖7為本發(fā)明BICMOS集成電路的制造方法在一種實施方式中的寄生雙極器件的掩膜版拓撲結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0018]如圖1本發(fā)明BICMOS集成電路中雙極器件的制造方法在一種實施方式中的流程示意圖所示，本發(fā)明BICMOS集成電路芯片制造的方法包括:
[0019]S101，在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)。如圖2所示，首先，對N型單晶硅硅片10的上表面進行RCA標準清洗后，進行一次氧化，一次氧化厚度為130nm。將氧化后的N型單晶硅硅片10裝配于水平加工臺上，使N型單晶硅硅片10處于水平放置位置。在該硅片的氧化表面上部，施加環(huán)形N型阱掩膜版，通過光刻機，進行N型阱光刻。在N型阱光刻完成后，進行濕法腐蝕獲得N型阱凹槽，通過離子注入機在該N型阱凹槽中注入磷，注入量為5 X IO1Vcm2,形成N型阱20的基區(qū)。之后，在所形成的N型阱20基區(qū)的中部，施加P型阱30的掩膜版(P型阱30掩膜板的P型阱開窗位于環(huán)形N型阱中部)，進行P型阱30光亥IJ，光刻后，進行濕法腐蝕獲得P型阱凹槽，通過離子注入機在該P型阱凹槽中，以3 X IO13/cm2為注入量注入硼，形成P型阱30的基區(qū)。
[0020]S102，在基區(qū)上進行場區(qū)氧化，形成場氧化層。如圖3所示，在步驟SlOl中所形成的P型阱及N型阱的基區(qū)上進行預氧化后，淀積氮化硅，其中，預氧化厚度為50nm、氮化硅的厚度為170nm。在氮化硅表面，施加有源區(qū)掩膜版，進行掩膜光刻，其中，有源區(qū)掩膜板的開窗位于P型外延的中部。通過光刻機，在有源區(qū)光刻后，進行濕法腐蝕，形成有源區(qū)凹槽，通過離子注入機在有源區(qū)凹槽中，以IXlO1Vcm2為注入量注入硼，形成表面氧化隔離層即場氧化層40，從而使有源區(qū)更為平整。最后，進行場區(qū)氧化，形成場氧化層40，該氧化層厚度為:650nm。
[0021]S103，在所述P型阱的場氧層上制造環(huán)形多晶硅柵極。如圖4所示，在場氧層40上通過離子注入機，以5X IO1Vcm2為注入量，注入硼。在注入后，在此區(qū)域內進行柵氧化的加固處理、淀積多晶，其中，柵氧化厚度為20nm、多晶硅厚度為400nm。在硅片的多晶硅上層，施加環(huán)形多晶硅掩膜版，通過光刻機，進行多晶硅光刻，腐蝕多晶硅，形成環(huán)形多晶硅柵極50。
[0022]S104，橫向NPN管集電區(qū)N+及發(fā)射區(qū)N+光刻。如圖5所示，在環(huán)形多晶硅柵極的中間區(qū)域及外圍區(qū)域內(P型外延的場氧層上)，依次施加發(fā)射區(qū)N+70掩膜版、集電區(qū)N+60掩膜版，通過光刻機，依次進行發(fā)射區(qū)N+70及集電區(qū)N+60進行光刻，進行濕法腐蝕，形成集電區(qū)N+凹槽及發(fā)射區(qū)N+凹槽。在此步驟中，還可在N型外延的場氧層上，施加保護區(qū)掩膜版，通過光刻機，進行保護區(qū)N+80的光刻，獲得保護區(qū)凹槽。在上述光刻結束后，利用多晶硅自對準工藝，通過離子注入機以5X IO1Vcm2注入劑量，在上述集電區(qū)N+凹槽、發(fā)射區(qū)N+凹槽和/或保護區(qū)N+凹槽內注入磷，形成集電區(qū)N+60、發(fā)射區(qū)N+70或保護區(qū)N+80。
[0023]在上述工藝的實現(xiàn)過程中，覆蓋的發(fā)射區(qū)N+70及集電區(qū)N+60之間的基區(qū)氧化層由柵氧制備，因此，有效地降低了電離輻照下基區(qū)氧化層的正電荷累積含量，從而有效降低了基區(qū)表面反型產生的漏電流。在環(huán)形多晶硅柵極50的氧化層減薄到一定程度后，氧化層的抗擊穿性能又成為限制因素。為了處理好柵介質的抗輻照和抗擊穿性能，可選擇合適的柵介質的材料，如氮化物，配合復合柵介質層工藝技術，制備柵氧，柵氧化后的工藝中溫度不超過柵氧化溫度以保證柵介質的穩(wěn)定性。該步驟能夠明顯改善柵氧介質質量，提高器件的抗福射能力。
[0024]在此步驟后，為獲得更為準確的放大倍數(shù)，在上述集電區(qū)N+60及發(fā)射區(qū)N+70形成后，測試多晶硅柵寬度，根據(jù)測試結果進行發(fā)射區(qū)N+70及集電區(qū)N+60退火，從而使集電區(qū)N+60及發(fā)射區(qū)N+70之間的基區(qū)的寬度得到了調整，因此，達到了控制放大倍數(shù)的目的。發(fā)射區(qū)N+70及集電區(qū)N+60的退火條件:950°C (隨工藝條件的變化調節(jié))，60分鐘(隨工藝條件的變化調節(jié))，氮氣環(huán)境或氮氣籠罩，控制寄生雙極管β值。以該工藝為例，多晶硅柵寬度為3微米，若采取920°C，30分鐘，β值為14 ;若采取950°C，30分鐘，β值為25 ;若采取950°C，60分鐘，β值為35。隨著退火溫度及退火時間的增加，基區(qū)寬度減小，β值增加，可以實現(xiàn)由光刻、腐蝕造成的寄生雙極管多晶硅柵寬度偏差的調整。但選擇條件時要注意退火溫度不能高于柵氧溫度。在設計過程中確定寄生雙極管的基區(qū)寬度值后，退火條件是實現(xiàn)橫向NPN管放大倍數(shù)控制的主要條件。多晶硅柵光刻、腐蝕過程中會造成基區(qū)寬度的差異，根據(jù)實際工藝情況可以改變退火溫度及退火時間，達到β值的精確控制，滿足BICMOS結構電路設計中對雙極器件放大倍數(shù)的需求。
[0025]S105,形成基極區(qū)。如圖6所示，在P型阱的場氧層上方的邊緣區(qū)域中(即集電區(qū)N+60的外圍)，施加基極區(qū)P+掩膜版，進行基極區(qū)P+光刻，掩蓋除基極區(qū)及PMOS管的P+區(qū)以外的區(qū)域，進行濕法腐蝕，得到基極區(qū)凹槽。通過離子注入機在基極區(qū)凹槽內，以5X IO12/cm2為注入量注入硼，形成基極區(qū)P+90。[0026]S106，在發(fā)射區(qū)N+70、集電區(qū)N+60及基極區(qū)P+90的上層制造金屬外引線層。在上表面淀積二氧化硅，淀積厚度為900nm。使用孔光刻掩膜版，掩蓋除引線孔以外的區(qū)域(即掩蓋發(fā)射區(qū)N+70、集電區(qū)N+60及基極區(qū)所在區(qū)域)，進行孔光刻。在光刻后干法腐蝕二氧化娃，在二氧化娃表面施加孔光刻掩膜版，進行孔光刻，該孔光刻掩膜版的開窗區(qū)域為發(fā)射區(qū)N+70、集電區(qū)N+60及基極區(qū)所對應的區(qū)域。在進行孔光刻后，其發(fā)射區(qū)N+70、集電區(qū)N+60及基極區(qū)部分外露于表面。在表面濺射金屬，濺射金屬厚度為1.2um。根據(jù)布線，施加金屬掩膜版，掩蓋金屬布線區(qū)域，進行金屬光刻后干法腐蝕金屬，在表面形成金色布線。之后在上層淀積鈍化層，鈍化厚度lOOOnm。使用焊窗掩膜版，掩蓋除焊窗以外的區(qū)域，進行焊窗光亥IJ，之后干法腐蝕鈍化層。如圖7，寄生雙極器件的掩膜版拓撲結構采用圓形，與傳統(tǒng)的方形相比，具有更好的單位條長的電流密度，同時，作為抗輻照加固MOS工藝的寄生器件，這種拓撲結構能夠有效地消除“鳥嘴效應”，保證寄生雙極的電離輻照特性。
[0027]以上所述的僅是本發(fā)明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.BICMOS集成電路中雙極器件的制造方法，包括: 在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)； 在所述基區(qū)上進行場區(qū)氧化，形成場氧化層； 在所述P型阱的場氧層上制造環(huán)形多晶硅柵極； 在所述環(huán)形多晶硅柵極的中間區(qū)域及外圍區(qū)域內同時進行N+注入區(qū)光刻，在該N+注入區(qū)內注入磷，在所述中間區(qū)域形成發(fā)射區(qū)，在所述外圍形成集電區(qū)； 在所述P型外延的場氧層上方的邊緣區(qū)域中，進行P+注入區(qū)光刻，在該P+注入區(qū)內注入硼，形成基極區(qū)； 在所述發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)的上層制造金屬外引線層。
2.如權利要求1所述的制造方法，所述在N襯底上形成包括P型阱及N型阱的基區(qū)的步驟包括: 對N型單晶硅表面進行RCA標準清洗后，進行一次氧化； 在氧化表面，施加環(huán)形N阱掩膜版，進行N阱光刻； N阱光刻后，進行濕法腐蝕獲得N阱，在該N阱中注入磷，形成N型阱的基區(qū)； 施加P阱掩膜版，進行P阱光刻，所述P阱掩膜板的P阱開窗位于環(huán)形N外延基區(qū)的中部； P阱光刻后，進行濕法腐蝕獲得N阱，在該N阱中注入硼形成P型阱的基區(qū)。
3.如權利要求2所述的制造方法，包括:所述一次氧化厚度為130nm;所述磷的注入量為5X IO1Vcm2、所述硼的注入量為3X1013/cm2。
4.如權利要求1所述的制造方法，所述在所述基區(qū)上進行場區(qū)氧化，形成場氧化層的步驟包括: 在所述基區(qū)上進行預氧化后，淀積氮化硅； 在氮化硅表面，施加有源區(qū)掩膜版，進行掩膜光刻，所述有源區(qū)掩膜板的開窗位于P型外延的中部； 在有源區(qū)光刻后，進行濕法腐蝕，注入硼； 進行場區(qū)氧化，形成場氧化層。
5.如權利要求4所述的制造方法，包括:所述預氧化的厚度為50nm、所述氮化硅的厚度為170nm;所述硼的注入量為IXlO1Vcm2 ;所述形成氧化層厚度為:650nm。
6.如權利要求1所述的制造方法，所述在場氧層上制造環(huán)形多晶硅柵極的步驟包括: 在所述P型外延的場氧層上注入硼； 進行柵氧化加固處理后淀積多晶； 施加環(huán)形多晶硅掩膜版， 進行多晶硅光刻，形成環(huán)形多晶硅柵極。
7.如權利要求6所述的制造方法，所述硼的注入量為5XIO1Vcm2 ;所述柵氧化厚度為20nm、多晶娃厚度為400nm。
8.如權利要求1所述的制造方法，所述在N+注入區(qū)內注入磷的步驟包括: 利用多晶硅自對準工藝，以5X IO1Vcm2注入劑量，在N+注入區(qū)內注入磷。
9.如權利要求1所述的制造方法，在所述N+注入區(qū)內注入磷的步驟后還包括: 根據(jù)所述多晶硅柵寬度，對所述發(fā)射區(qū)及集電區(qū)進行退火處理。
10.如權利要求1所述的制造方法，所述在所述發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)的上層制造金屬外引線層的步驟包括: 淀積二氧化硅，淀積厚度為900nm ； 在二氧化硅表面施加孔光刻掩膜版，進行孔光刻，該孔光刻掩膜版的開窗區(qū)域為發(fā)射區(qū)、集電區(qū)及基極區(qū)所對應的區(qū)域； 干法腐蝕二氧化硅； 表面濺射金屬； 施加布線金屬掩膜版，進行干法腐蝕金屬，形成布線。
【文檔編號】H01L21/8249GK103606537SQ201310665755
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權日:2013年12月6日
【發(fā)明者】唐寧, 王鵬, 陸虹, 劉旸, 孫大成 申請人:中國電子科技集團公司第四十七研究所