專利名稱：一種晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種晶體管的制作方法。
背景技術(shù)：
雙極晶體管是構(gòu)成現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的器件結(jié)構(gòu)之一，雙極晶體管優(yōu)點(diǎn)在于操 作速度快、單位芯片面積的輸出電流大、導(dǎo)通電壓變動(dòng)小，適于制作模擬電路。隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，對(duì)器件性能要求越來越高，對(duì)晶體管(例如雙極型 晶體管)的性能要求也相應(yīng)提高。對(duì)于雙極型晶體管來說，集電極-基極反向擊穿電壓和特征頻率是兩個(gè)比較重要 的參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)相互平衡。集電極-基極反向擊穿電壓，該電壓是指當(dāng)晶體管發(fā)射極開 路時(shí)，其集電極與基極之間的最大允許反向電壓，用VCBO或BVCBO表示；晶體管的工作頻率 超過截止頻率 ·β或fa時(shí)，其電流放大系數(shù)β值將隨著頻率的升高而下降，特征頻率是 指β值降為1時(shí)晶體管的工作頻率，特征頻率用fT表示，通常將特征頻率fT小于或等于 3ΜΗΖ的晶體管稱為低頻管，將特征頻率fT大于或等于30MHZ的晶體管稱為高頻管，將特征 頻率fT大于3MHZ、小于30MHZ的晶體管稱為中頻管。現(xiàn)有晶體管結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖1，圖1為采用平面工藝制成的NPN型硅材料晶體管的結(jié) 構(gòu)示意圖，位于中間層的P區(qū)稱為基區(qū)12，它很薄且雜質(zhì)濃度較低，其材料為鍺硅；位于上 層的N區(qū)是發(fā)射區(qū)13，摻雜濃度很高，通過刻蝕出的接觸孔和基區(qū)12相連形成PN結(jié)，該P(yáng)N 結(jié)稱為發(fā)射結(jié)14 ；位于下層所占面積最大的N區(qū)為集電區(qū)10，集電區(qū)內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)隔離溝 槽11，集電區(qū)10和基區(qū)12之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)16。相應(yīng)的形成晶體管的工藝如下提供一襯底，在襯底內(nèi)進(jìn)行離子注入并擴(kuò)散，用作 集電區(qū)；在集電區(qū)內(nèi)刻蝕兩個(gè)淺溝槽并用氧化物填充，形成隔離區(qū)域；在集電區(qū)上，兩個(gè)淺 溝槽之間，生長(zhǎng)鍺硅層，并進(jìn)行外延，形成P型外延層，鍺硅層以及其外延層作為基區(qū)；在基 區(qū)上形成氧化層，在氧化層上旋涂第一光刻膠層，經(jīng)過光刻工藝后，在第一光刻膠層上定義 出接觸孔圖形；以第一光刻膠層為掩膜，沿接觸孔圖形刻蝕氧化層至露出P型外延層，形成 接觸孔；去除第一光刻膠層后，用化學(xué)氣相沉積法形成填充滿接觸孔且覆氧化層表面的多 晶硅層；平坦化多晶硅層，使其表面平整后，在多晶硅層上形成第二光刻膠層，經(jīng)過曝光顯 影工藝后，定義出發(fā)射極圖形；以第二光刻膠層為掩膜，沿發(fā)射極圖形刻蝕多晶硅層和氧化 層，形成發(fā)射極；以發(fā)射區(qū)為掩膜，向基區(qū)內(nèi)注入離子并進(jìn)行擴(kuò)散工藝，形成摻雜區(qū)。由于在晶體管制作工藝過程中，基區(qū)的摻雜是以發(fā)射區(qū)為掩膜進(jìn)行離子注入后退 火擴(kuò)散處理的，基區(qū)和集電區(qū)之間形成的集電結(jié)15如圖1中所示，并非水平的形狀，在應(yīng) 用過程中，對(duì)集電極施加較高的電壓而基區(qū)電壓保持0的情況下，電場(chǎng)會(huì)在集電結(jié)彎曲的 位置集中，而造成器件的過早擊穿，因此，該晶體管的集電極_基極反向擊穿電壓不高，晶 體管容易被擊穿?，F(xiàn)有技術(shù)中為了避免晶體管被擊穿，采用降低集電區(qū)摻雜濃度的方法以 減少電場(chǎng)，但是，這又引出了新的問題。集電區(qū)濃度太低，在電流升高時(shí)容易產(chǎn)生基區(qū)展寬 效應(yīng)，即Kirk效應(yīng)，基區(qū)展寬效應(yīng)可以造成一下影響1.使基區(qū)空間體積增大，導(dǎo)致存儲(chǔ)少
3子電荷數(shù)量增加，開關(guān)速度下降；2.使電流放大系數(shù)b下降，導(dǎo)致工作電流受到限制(Kirk 效應(yīng)是造成BJT在大電流時(shí)電流放大系數(shù)b下降的主要原因，當(dāng)電流放大系數(shù)b下降到一 半時(shí)的集電極電流即定為晶體管的最大工作電流)；3.使少子渡越基區(qū)的時(shí)間增長(zhǎng)，器件 頻率特性變差(Kirk效應(yīng)是造成晶體管在大電流時(shí)特征頻率fT下降的主要原因)?？傊?， Kirk效應(yīng)對(duì)于晶體管的高頻功率性能有著很大的不良影響，不利于晶體管性能的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種晶體管的制造方法，在晶體管的特征頻率相對(duì)不變 的前提下，提高晶體管集電極-基極反向擊穿電壓。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種晶體管的制作方法，包括以下步驟制作集 電區(qū)；在所述集電區(qū)上制作基區(qū)；在所述基區(qū)上制作發(fā)射區(qū)；以所述發(fā)射區(qū)為掩膜，對(duì)所述 基區(qū)進(jìn)行離子注入，所述離子注入的能量范圍為5KeV至150KeV，劑量范圍為3e15cm_2至 3el2cm-2,使得離子能夠注入到所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)，注入完成后進(jìn)行擴(kuò)散工藝，在 所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)?？蛇x的，所述離子注入的次數(shù)為四次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV, 劑量為lel5cnT2至3el5cnT2，第二次離子注入的能量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至 lel3CnT2，第三次離子注入的能量為80KeV至120KeV，劑量為3e12cnT2至le13cnT2，第四次離 子注入的能量為130KeV至150KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2。可選的，所述離子注入的次數(shù)為三次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑 量為lel5cm-2至3el5，第二次離子注入的能量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至lel3， 第三次離子注入的能量為80KeV至120KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2?？蛇x的，所述離子注入的離子為硼離子?？蛇x的，制作所述基區(qū)的方法包括在所述集電區(qū)表面生長(zhǎng)鍺硅，并在所述集電區(qū) 表面形成P型外延層?？蛇x的，所述集電區(qū)內(nèi)包括兩個(gè)隔離溝槽，所述P型外延層均位于兩個(gè)所述隔離 溝槽上?？蛇x的，制作所述發(fā)射區(qū)的方法包括在所述基區(qū)上形成氧化層；在所述氧化層 上旋涂第一光刻膠層，經(jīng)過光刻工藝后，在所述第一光刻膠層上定義出接觸孔圖形；以所述 第一光刻膠層為掩膜，沿所述接觸孔圖形刻蝕所述氧化層至露出所述P型外延層，形成接 觸孔；去除所述第一光刻膠層后，用化學(xué)氣相沉積法形成填充接觸孔且覆于所述氧化層表 面的多晶硅層；平坦化所述多晶硅層，在所述多晶硅層上形成第二光刻膠層，經(jīng)過曝光顯影 工藝后，定義出發(fā)射極圖形。可選的，所述基區(qū)的厚度范圍為700埃至1000埃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過控制離子注入的劑量和注入 能量，控制離子注入的深度，在集電區(qū)內(nèi)，制造出兩個(gè)新的基區(qū)，從而改變了原有的集電結(jié) 的形狀，在反向偏壓下，基區(qū)與集電區(qū)的電荷相互耦合，電場(chǎng)方向與分布隨之改變，因此提 高了器件的耐壓，即在特征頻率不變的前提下，提高了集電極一基極反向擊穿電壓。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一種晶體管的制作方法所制作的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)集電極-基極反向擊穿電壓和特征頻率關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式為了解決現(xiàn)有技術(shù)中，因集電結(jié)的形狀原因，導(dǎo)致電場(chǎng)容易在某處集中，從而導(dǎo)致 集電極-基極反向擊穿電壓降低的問題，本發(fā)明提供一種晶體管的制作方法，包括以下步 驟制作集電區(qū)，所述集電區(qū)內(nèi)包括兩個(gè)隔離溝槽，隔離溝槽中的填充物為氧化物；在所述 集電區(qū)上制作基區(qū)，制作所述基區(qū)的方法包括在所述集電區(qū)表面生長(zhǎng)鍺硅，并在所述集電 區(qū)表面形成P型外延層，所述P型外延層均位于兩個(gè)所述隔離溝槽上，所述基區(qū)的厚度范圍 為700埃至1000埃，優(yōu)選的，所述基區(qū)的厚度為850埃；在所述基區(qū)上制作發(fā)射區(qū)，制作所 述發(fā)射區(qū)的方法包括在所述基區(qū)上形成氧化層；在所述氧化層上旋涂第一光刻膠層，經(jīng) 過光刻工藝后，在所述第一光刻膠層上定義出接觸孔圖形；以所述第一光刻膠層為掩膜，沿 所述接觸孔圖形刻蝕所述氧化層至露出所述P型外延層，形成接觸孔；去除所述第一光刻 膠層后，用化學(xué)氣相沉積法形成填充接觸孔且覆于所述氧化層表面的多晶硅層；平坦化所 述多晶硅層，在所述多晶硅層上形成第二光刻膠層，經(jīng)過曝光顯影工藝后，定義出發(fā)射極圖 形；以所述發(fā)射區(qū)為掩膜，對(duì)所述基區(qū)進(jìn)行離子注入，所述離子注入的能量范圍為5KeV至 150KeV，劑量范圍為3el5Cm_2至3el2Cm_2，使得離子能夠注入到所述基區(qū)以及所述集電區(qū) 內(nèi)，注入完成后進(jìn)行擴(kuò)散工藝，在所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述離子注入的 離子為硼離子。下面，請(qǐng)參考離子注入的兩個(gè)實(shí)施例一.所述離子注入的次數(shù)為四次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑 量為lel5cnT2至3el5cnT2，第二次離子注入的能量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至 lel3CnT2，第三次離子注入的能量為80KeV至120KeV，劑量為3e12cnT2至le13cnT2，第四次離 子注入的能量為130KeV至150KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2。二.所述離子注入的次數(shù)為三次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑量為 lel5cnT2至3el5，第二次離子注入的能量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至lel3，第三 次離子注入的能量為80KeV至120KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2。以上能量和劑量的配合，為的是使得離子能夠注入到集電區(qū)內(nèi)，在擴(kuò)散工藝后，在 集電區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，從而將改變集電結(jié)的位置和形狀，下面，將對(duì)新形成的集電結(jié)的位置 和形狀，做進(jìn)一步的說明。請(qǐng)參考圖2，圖2為本發(fā)明一種晶體管的制作方法所制作的晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖， 從圖上可以看出，晶體管包括基極12和15、集電極10和發(fā)射極13，其中基極12位于發(fā)射極 13和集電極10之間，集電極中有兩個(gè)隔離溝槽11，位于發(fā)射極和基極之間的是發(fā)射結(jié)14， 圖中基極包括兩部分，一部分是位于集電極之上的部分12，另一部分是位于集電極之內(nèi)，且 分別位于兩個(gè)隔離溝槽11旁的部分15，制作該形狀的基極，是采用上述提及的離子注入的 方法離子注入的次數(shù)為三次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑量為le15cnT2至 3el5cnT2，第二次離子注入的能量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2，第三次離子注入的能量為80KeV至120KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2。圖中所形成的集電結(jié)在工藝上被稱為超級(jí)結(jié)(super junction)，超級(jí)結(jié)的特點(diǎn)為 高耐壓性和低電阻率，在集電極上施加較高的電壓，基極上施加電壓為0的情況下，圖中集 電結(jié)上的電場(chǎng)由于相對(duì)均勻的分布于集電結(jié)上，因此，不容易發(fā)生擊穿現(xiàn)象。最后，請(qǐng)參考圖3，圖3是本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)集電極-基極反向擊穿電壓和特征 頻率關(guān)系圖，圖3中縱坐標(biāo)為特征頻率(fT)，單位是GHz，橫坐標(biāo)為集電極-基極反向擊穿 電壓(BVCBO)，單位為V，圖3中曲線51代表現(xiàn)有技術(shù)中fT-BVCBO的關(guān)系圖，曲線51實(shí)際 上是五個(gè)點(diǎn)的連線，點(diǎn)52和點(diǎn)53代表圖2中的晶體管的fT-BVCBO的關(guān)系，從圖上可以看 出，當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的晶體管中的BVCBO均取值21V的情況下，現(xiàn)有技術(shù)的fT大概為 2. 4E+10GHZ，而本發(fā)明的fT大概為3. ΙΕ+lOGHz，提高了將近30 % ；當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的 晶體管中的fT均取值3. ΙΕ+lOGHz時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)應(yīng)的BVCBO大概是20V，而本發(fā)明對(duì)應(yīng)的 BVCBO大概是2IV，提高了將近5%。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種晶體管的制作方法，包括以下步驟制作集電區(qū)；在所述集電區(qū)上制作基區(qū)；在所述基區(qū)上制作發(fā)射區(qū)；其特征在于所述方法還包括以所述發(fā)射區(qū)為掩膜，對(duì)所述基區(qū)進(jìn)行離子注入，所述離子注入的能量范圍為5KeV至150KeV，劑量范圍為3e15cm 2至3e12cm 2，使得離子能夠注入到所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)，注入完成后進(jìn)行擴(kuò)散工藝，在所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制作方法，其特征在于所述離子注入的次數(shù)為四 次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑量為le15cnT2至3e15cnT2，第二次離子注入 的能量為30KeV至50KeV，劑量為3e12cnT2至lel3cnT2，第三次離子注入的能量為80KeV至 120KeV，劑量為3el2cnT2至lel3cnT2，第四次離子注入的能量為130KeV至150KeV，劑量為 3el2cnT2 至 lel3cnT2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制作方法，其特征在于所述離子注入的次數(shù)為三 次，第一次離子注入的能量為5KeV至IOKeV,劑量為le15cnT2至3el5，第二次離子注入的能 量為30KeV至50KeV，劑量為3el2cnT2至lel3，第三次離子注入的能量為80KeV至120KeV， 劑量為 3el2cnT2 至 lel3cnT2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制作方法，其特征在于所述離子注入的離子為硼 罔子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制作方法，其特征在于制作所述基區(qū)的方法包括 在所述集電區(qū)表面生長(zhǎng)鍺硅，并在所述集電區(qū)表面形成P型外延層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體管的制作方法，其特征在于所述集電區(qū)內(nèi)包括兩個(gè)隔 離溝槽，所述P型外延層均位于兩個(gè)所述隔離溝槽上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的晶體管的制作方法，其特征在于制作所述發(fā)射區(qū)的方法包括在所述基區(qū)上形成氧化層；在所述氧化層上旋涂第一光刻膠層，經(jīng)過光刻工藝后，在所述第一光刻膠層上定義出 接觸孔圖形；以所述第一光刻膠層為掩膜，沿所述接觸孔圖形刻蝕所述氧化層至露出所述P型外延 層，形成接觸孔；去除所述第一光刻膠層后，用化學(xué)氣相沉積法形成填充接觸孔且覆于所述氧化層表面 的多晶硅層；平坦化所述多晶硅層，在所述多晶硅層上形成第二光刻膠層，經(jīng)過曝光顯影工藝后，定 義出發(fā)射極圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管的制作方法，其特征在于所述基區(qū)的厚度范圍為700 埃至1000埃。
全文摘要
本發(fā)明提出一種晶體管的制作方法，包括以下步驟制作集電區(qū)；在所述集電區(qū)上制作基區(qū)；在所述基區(qū)上制作發(fā)射區(qū)；以所述發(fā)射區(qū)為掩膜，對(duì)所述基區(qū)進(jìn)行離子注入，所述離子注入的能量范圍為5-150keV，劑量范圍為3e15-3e12cm-2，使得離子能夠注入到所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)，注入完成后進(jìn)行擴(kuò)散工藝，在所述基區(qū)以及所述集電區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)。本發(fā)明提供的制作方法在保持晶體管的特征頻率的前提下，提高了晶體管的集電極-基極反向擊穿電壓，從而提高了晶體管的整體性能。
文檔編號(hào)H01L21/266GK101916724SQ20101023571
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者吳小利, 唐樹澍 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司