[發明專利]晶體管制造方法和晶體管

在審

• 申請號: 201310567397.8
• 申請日: 2013-11-14
• 公開（公告）號: CN104637811A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 潘光燃;文燕;王焜;石金成;高振杰
• 申請（專利權）人: 北大方正集團有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L29/732;H01L29/10
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

技術領域

本發明涉及半導體器件制造技術領域，具體而言，涉及一種晶體管制造方法和一種采用該晶體管制造方法制造的晶體管。

背景技術

隨著射頻和無線通信技術的發展，高頻晶體管被越來越多的使用。廣義的高頻晶體管包括高頻雙極型晶體管和高頻場效應晶體管等類型，狹義的高頻晶體管特指高頻雙極型晶體管（RF?Bipolar，下文所述“高頻晶體管”都特指高頻雙極型晶體管）。

衡量高頻晶體管性能的最重要參數即其工作頻率，為了提升高頻晶體管的工作頻率，在實踐工藝中都采用小線條的梳狀條形結構，并且采用多晶硅發射極結構。

圖1是晶體管的剖面結構示意圖，晶體管包括集電區、基區1004和發射區；集電區包括N型外延和N型襯底；發射區包括多晶硅和N型擴散區，其中N型擴散區是由多晶硅中的摻雜元素（磷或者砷）在高溫環境下熱擴散至基區1004表層形成的。為了提升工作頻率，在發射區之外的基區1004中制作濃基區以減小基區電阻，實踐工藝中，為了防止濃基區和發射區發生短路，兩者之間設置某間隔距離（圖中所示S）。基區1004和濃基區所在的區域為有源區，有源區的表面覆蓋薄氧化層1006，有源區之外的區域（稱之為場區）覆蓋厚氧化層1002（厚氧化層也稱之為場氧化層）。集電區、基區和發射區分別對應集電極、基極和發射極共三個金屬電極，其中，集電極從N型襯底即芯片的背面引出（圖中沒有標示），發射極由多晶硅表面的金屬引出，基極由濃基區表面的金屬通過接觸孔引出，接觸孔是濃基區上方的氧化層窗口，為了保證接觸孔電阻足夠小，濃基區的寬度必須大于或等于接觸孔的寬度（如圖1中d1所示），否則接觸孔偏離至基區的上方。基區的摻雜濃度比較低，接觸孔電阻較大。

下面簡單解釋相關名詞。所有半導體器件的制造工藝都是在晶圓上實施的，晶圓是圓形的半導體襯底（襯底材料為單晶硅、鍺、鍺硅等，襯底的直徑為3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸或12英寸）。在集成電路的晶圓制造工藝中，需要經歷幾次、十幾次或幾十次的光刻工藝，通過這些光刻工藝（及光刻工藝之后的離子注入、刻蝕等工藝）把掩模版上的圖形一一復制到晶圓上，在半導體技術中，習慣把每“一次”光刻稱之為“一層”光刻，把每一次光刻工藝及這一次光刻工藝之后的離子注入、刻蝕等工藝步驟合稱為一個“光刻層”。光刻工藝的核心設備是光刻機。

在光刻工藝中，層與層之間的對準精度非常重要。層與層之間的對準偏差的理想值為0，但實踐中必然會出現一定量值的對準偏差，當其中任何一層光刻出現超過額定規范的對準偏差時，會導致整個芯片失效。光刻工藝的對準操作是由光刻機采集一種叫做“對準標記”的光學標記的坐標來實現的，對準標記是在本層光刻之前的光刻工藝（稱之為前層光刻）及光刻工藝之后的刻蝕、氧化等工藝過程中預留和制作在晶圓上設定坐標位置的剖面呈臺階狀的光學標記。

傳統工藝中，晶體管的制作工藝包括：

1、制作厚氧化層1002和基區：在生長有N型外延的N型襯底的表面，通過光刻、刻蝕、氧化、離子注入等工藝步驟，在預設區域分別形成厚氧化層1002（場氧化層）和基區，形成如圖2所示的半成品，厚氧化層1002覆蓋的區域為場區，場區之外的區域為有源區，基區位于有源區所在區域。形成厚氧化層1002的光刻層稱之為有源區光刻層，形成基區的光刻層稱之為基區光刻層。

2、制作濃基區：通過光刻、離子注入、退火等工藝步驟，在預設區域形成濃基區，如圖3所示。形成濃基區的光刻層稱之為濃基區光刻層。

3、制作薄氧化層1006：在如圖3所示的結構表面生長薄氧化層1006，見圖4。

4、制作多晶硅發射極：通過光刻、刻蝕等工藝步驟，在預設區域形成氧化層窗口（稱之為發射區窗口），然后生長多晶硅，并對多晶硅進行摻雜，然后通過光刻、刻蝕等工藝步驟，在所述氧化層窗口區域形成多晶硅發射極。前文所述，發射區與濃基區之間必須間隔設定距離，如圖5所示，兩者間隔距離為S。形成發射區窗口的光刻層稱之為發射區光刻層，形成多晶硅發射極的光刻層稱之為多晶硅光刻層。

5、高溫熱處理，以激活多晶硅中的摻雜元素，并使之熱擴散至基區表層形成N型擴散區，如圖6所示。

6、制作接觸孔：通過光刻、刻蝕等工藝步驟，在預設區域形成氧化層窗口（即接觸孔）。前文所述，濃基區的寬度必須大于或等于接觸孔的寬度，如圖7所示，濃基區的寬度比接觸孔的寬度大（單邊大d1的距離）。形成接觸孔的光刻層稱之為接觸孔光刻層。

7、制作金屬電極：通過金屬淀積、光刻、刻蝕等工藝步驟，在預設區域形成發射極電極和基區電極，如圖8所示。形成金屬電極的光刻層稱之為金屬光刻層。