專利名稱：利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種功率半導(dǎo)體器件的制備方法，具體涉及一種利用雙層多晶硅器件 結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法。
背景技術(shù)：
硅微波脈沖功率晶體管因其具有輸出功率大、可靠性好等特點(diǎn)，已成為S波段以 下波段導(dǎo)航設(shè)備、相控陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵部件。傳統(tǒng)的硅雙極微波大功率晶體管的制造一直延 襲常規(guī)的非自對(duì)準(zhǔn)平面雙極晶體管結(jié)構(gòu)，但對(duì)于這種常規(guī)平面結(jié)構(gòu)而言，存在以下幾個(gè)的 缺點(diǎn)發(fā)射極與發(fā)射區(qū)，基極電極與基區(qū)都是直接接觸；基極和發(fā)射極的隔離仍然是完全 通過光刻圖形來實(shí)現(xiàn)的。這實(shí)際上無形地增加了器件的面積，增大了寄生的基極電阻Rb和 集電極電容C。，微波功率器件的頻率特性因此被退化，器件單位面積的功率密度也被降低， 從而限制了器件的微波功率輸出進(jìn)一步提升。為解決常規(guī)的平面雙極微波功率晶體管結(jié)構(gòu) 存在的問題，Sunohara Y等人首次把多晶硅技術(shù)和自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)相結(jié)合，率先設(shè)計(jì)出梳狀結(jié) 構(gòu)的T型多晶硅微波功率管，但是T型結(jié)構(gòu)的微波功率管存在兩個(gè)問題。當(dāng)發(fā)射極條數(shù)增 加時(shí)，因難以準(zhǔn)確控制自對(duì)準(zhǔn)地垂直蒸發(fā)形成基極和發(fā)射極的金屬接觸，造成器件很容易 出現(xiàn)短路現(xiàn)象，器件的可靠性因此大大折扣。其次，基極引線開在有源區(qū)中，器件的非本征 基區(qū)面積較大，這是不利于器件獲得更大功率輸出的另一個(gè)重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種可提高微波功率輸出特性和降 低器件結(jié)溫，又能滿足功率器件一致均勻性、可靠性、使用壽命等指標(biāo)要求的有雙層多晶硅 器件結(jié)構(gòu)的微波S波段功率管及其制備方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制 備微波功率器件的方法，其特征在于所述方法如下雙外延層硅片、經(jīng)光刻、各向異性刻蝕、濕法腐蝕、熱生長(zhǎng)絕緣氧化層，在絕緣氧化 層內(nèi)沉積未摻雜多晶硅，經(jīng)平坦化工藝后形成多子胞布局的U型深槽結(jié)構(gòu)；對(duì)深槽隔離結(jié) 構(gòu)包圍的區(qū)域進(jìn)行硼離子注入，其中電阻注入?yún)^(qū)的注入條件為注入BF2，能量70士5Kev， 劑量5E15士 lE14cm_2并疊加了后續(xù)有源基區(qū)的注入；有源區(qū)的注入條件為濃硼B(yǎng)，能量 40士5Kev，劑量3E13 lE14cnT2，獲得微波功率器件的串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻注入?yún)^(qū)和有源基區(qū)， 在有源基區(qū)和場(chǎng)氧上先后放置P型摻雜多晶硅和介質(zhì)隔離層，分別利用等離子刻蝕RIE和 ICP設(shè)備各向異性刻蝕介質(zhì)隔離層和P型摻雜多晶硅，形成長(zhǎng)度等比例變化的外基區(qū)窗口 陣列，在外基區(qū)窗口中設(shè)置可調(diào)制發(fā)射極長(zhǎng)度的復(fù)合Si02/Si3N4 L型側(cè)墻結(jié)構(gòu)，然后在外基 區(qū)窗口放置N型摻雜的發(fā)射極多晶硅，以發(fā)射極多晶硅光刻圖形為掩蔽，利用等離子刻蝕 ICP和RIE垂直刻蝕發(fā)射極多晶硅和介質(zhì)隔離層，熱退火形成發(fā)射區(qū)，在發(fā)射極多晶硅側(cè)壁 周圍放置側(cè)墻結(jié)構(gòu)，并自對(duì)準(zhǔn)形成薄膜的鎳鉬硅化物薄膜，以金屬接觸引線孔圖形作為掩 蔽，對(duì)沉積的氧化層進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕形成金屬接觸引線孔，分別依次濺射Ti、TiN, WN、W、Au、Ti構(gòu)成多層金屬系統(tǒng)，去除接觸孔中的表層金屬Ti層并清洗后，并用電鍍的基極金屬 引線)和發(fā)射極金屬引線覆蓋，以電鍍金屬引線光刻版的反版為掩蔽，先濕法腐蝕接觸孔 以外的Ti和Au兩層金屬，然后用RIE干法刻蝕剩余的W、WN、TiN和Ti，金屬放置于硅片背 面作為器件的集電極引線。優(yōu)選地，深槽隔離的具體工藝過程包括以下步驟1)利用St印per步進(jìn)光刻機(jī)，光刻出線寬為0. 8 1. Oum且拐角呈圓弧的多子胞 深槽圖形；2)以光刻膠和氧化層作為刻蝕掩蔽層，采用RIE離子刻蝕設(shè)備刻蝕已被曝光的深 槽圖形，直至刻蝕至硅表面；3)采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕技術(shù)(ICP)，采用兩步ICP刻蝕，形成U型深槽結(jié)構(gòu)， 兩步ICP刻蝕條件如下第一次，氣體流量SF6/02/C4F8= 130/19. 5/100sccm，氣壓15mTorr，離子源功率 600W，偏壓源功率13W，時(shí)間:3min ；第二次，氣體流量SF6/C4F8 = 40/90sccm，氣壓15mTorr，離子源功率800W，偏壓 源功率8W，時(shí)間1. 5min ；4)濕法腐蝕消除U型深槽結(jié)構(gòu)槽壁上刻蝕產(chǎn)生的以particle為主的面缺陷(上 述缺陷起因是以一定能量的ICP等離子刻蝕硅表面，對(duì)側(cè)壁和槽底的硅表面造成不同程 度的損失，在槽內(nèi)壁表層一定深度內(nèi)產(chǎn)生晶格失配的硅原子，故厚度為30 40nm的該薄 硅層提供了可吸附電荷的懸掛鍵。)，U型深槽結(jié)構(gòu)的槽寬0.8 lum，腐蝕液摩爾配比 HF HNO3 H2O = 1 (120 150) (60 70)，環(huán)境溫度控制在 21 23°C之間；5)高溫生長(zhǎng)致密的氧化硅，作為掩蔽絕緣氧化層；6)在U型深槽結(jié)構(gòu)里面設(shè)置非摻雜多晶硅；7)采用平坦化技術(shù)，去除整個(gè)硅片表面的非摻雜多晶硅，實(shí)現(xiàn)等平面結(jié)構(gòu)；8)腐蝕掩蔽層至脫水；9)設(shè)置氧化層覆蓋U型深槽結(jié)構(gòu)，形成器件的串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻注入?yún)^(qū)和器件有源 區(qū)。優(yōu)選地，所述采用RIE刻蝕氧化硅和ICP刻蝕濃硼多晶硅，過刻30 40nm。優(yōu)選地，所述制備Si02/SiN復(fù)合L側(cè)墻的工藝包括以下步驟a)淀積氧化層SiO2,保證外基區(qū)側(cè)壁與底部的氧化層厚度比為3:1;
b)先后淀積氮化硅Si3N4和二氧化硅層SiO2 ；c)采用爐退火致密工藝，致密Si02、Si3N4和SiO2構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層；d)自對(duì)準(zhǔn)刻蝕Si02、Si3N4和SiO2，保留Si3N4上方的氧化層的厚度為10士5nm ；e)BHF腐蝕液腐蝕熱氧化硅，形成EB結(jié)的復(fù)合Si02/Si3N4 L型側(cè)墻。優(yōu)選地，所述鎳鉬硅化物薄膜Ni (Pt) Si，從600°C 800°C溫度范圍內(nèi)，其薄膜電 阻率在1 2. 2Ω/□以內(nèi)。優(yōu)選地，所述每個(gè)外基區(qū)窗口的長(zhǎng)度為等比例變化，相鄰?fù)饣鶇^(qū)長(zhǎng)度(L1-L2) /Li 比例為1/2 2/3。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明充分發(fā)揮雙層多晶硅發(fā)射極器件具有高電流增益的特性，利用外基區(qū)多
5晶硅作為互連引線，大大壓縮功率器件面積和有源區(qū)的面積，以提升器件在微波頻段工作 時(shí)的功率輸出特性。2)本發(fā)明采用深槽隔離技術(shù)，替代傳統(tǒng)保護(hù)環(huán)工藝，獲得了器件的等平面結(jié)構(gòu)，能 在滿足器件擊穿電壓指標(biāo)的前提下，提高功率器件的集成度，并與雙層多晶硅器件特性相 結(jié)合，在水平方向上實(shí)現(xiàn)多子胞結(jié)構(gòu)的微波功率器件。3)本發(fā)明采用諸多的自對(duì)準(zhǔn)一體化工藝，包括了外基區(qū)刻蝕、復(fù)合Si02/Si3N4 L型 側(cè)墻、發(fā)射極多晶硅刻蝕、自對(duì)準(zhǔn)鎳鉬硅化物，利用一次光刻轉(zhuǎn)移相應(yīng)的圖形至硅片上，避 免兩次光刻引入的套準(zhǔn)偏差，能有效地減小器件本征區(qū)以外的寄生電容和寄生電阻成分。4)本發(fā)明考慮了深亞微米尺度下線寬效應(yīng)對(duì)硅化物薄膜電阻的影響，針對(duì)鎳硅化 物薄膜熱穩(wěn)定性差的問題，采用摻入少量難熔金屬鉬(Pt)，將低阻相NiSi轉(zhuǎn)換成高阻相 NiSi2的溫度上限從750°C提高到850°C，且其薄膜電阻率可在1 2. 2 Ω / □以內(nèi)。5)本發(fā)明采用三維空間的熱學(xué)設(shè)計(jì)，在器件縱向(Y軸)等比例設(shè)計(jì)(L1_L2)/L1 1/2 2/3的外基極窗口長(zhǎng)度，減小器件在此方向的溫度梯度，獲得較為平緩的溫度變化。 在器件橫向(X軸)利用導(dǎo)熱率低的深槽隔離結(jié)構(gòu)，削弱子胞與子胞之間的熱電耦合，從而 在兩個(gè)方向降低器件工作的結(jié)溫。


圖1是深槽刻蝕示意圖；圖2是深槽隔離結(jié)構(gòu)的整體示意圖；圖3是微波功率器件的局部版圖結(jié)構(gòu)；圖4是復(fù)合L型側(cè)墻示意圖；圖5是復(fù)合L型側(cè)墻整體形貌示意圖；圖6是本發(fā)明剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明雙層多晶硅發(fā)射極結(jié)構(gòu)的微波功率器件制備方 法如圖1所示，本發(fā)明一種利用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)制備具有雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)的微波功 率器件，其特征在于包括雙外延層硅片1、經(jīng)光刻、各項(xiàng)異性刻蝕、濕法腐蝕消除缺陷等工藝 后，熱生長(zhǎng)絕緣氧化層4，沉積未摻雜多晶硅5和平坦化工藝，形成深槽隔離結(jié)構(gòu)；對(duì)深槽包 圍的區(qū)域進(jìn)行硼離子注入，獲得器件的串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻注入?yún)^(qū)6和有源基區(qū)7，在有源基區(qū)7 和場(chǎng)氧8上先后放置P型摻雜多晶硅9和介質(zhì)隔離層10，分別利用等離子刻蝕RIE和ICP 等設(shè)備各向異性刻蝕介質(zhì)隔離層10和P型摻雜多晶硅9，設(shè)置外基區(qū)窗口陣列，在外基區(qū) 窗口里設(shè)置復(fù)合SiO2層ll/Si3N4層12的L型側(cè)墻結(jié)構(gòu)，然后在外基區(qū)窗口中放置N型摻 雜的發(fā)射極多晶硅，以發(fā)射極多晶硅光刻圖形為掩蔽，利用等離子刻蝕ICP和RIE垂直刻蝕 發(fā)射極多晶硅14和介質(zhì)隔離層10，設(shè)定快速熱退火參數(shù)形成發(fā)射區(qū)16，在發(fā)射極多晶硅側(cè) 壁周圍放置側(cè)墻結(jié)構(gòu)17，并自對(duì)準(zhǔn)在器件接觸表面和互連線上形成薄膜電阻率低的鎳鉬硅 化物薄膜18，以金屬接觸引線孔圖形作為掩蔽，對(duì)沉積的氧化層19進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕形成 金屬接觸引線孔，在金屬引線孔設(shè)置Ti/TiN/WN/W/Au/Ti多層金屬系統(tǒng)20，除去頂層金屬層Ti和表面清洗，并用電鍍的基極金屬引線21和發(fā)射極金屬引線22覆蓋，去除接觸孔以 外的Ti/TiN/WN/W/Au/Ti多層金屬系統(tǒng)。金屬23放置于硅片背面作為器件的集電極引線。本發(fā)明方法根據(jù)微波功率所達(dá)到的性能指標(biāo)，采用雙層多晶硅發(fā)射極器件結(jié)構(gòu)和 深槽隔離結(jié)構(gòu)來研制多子胞布局的微波功率器件。選取n/n7n+硅雙外延片，以氧化硅和 光刻膠作為刻蝕深槽的掩蔽層，用RIE和ICP等離子設(shè)備各向異性刻蝕氧化層和硅表面，優(yōu) 化ICP刻蝕參數(shù)，獲得側(cè)壁垂直且底部圓滑的深槽結(jié)構(gòu)，利用濕法腐蝕方法消除槽壁的缺 陷，深槽結(jié)構(gòu)以熱氧化層為絕緣隔離層，并用未摻雜多晶硅加以填充，平坦化獲得等平面深 槽結(jié)構(gòu)；對(duì)深槽包圍的鎮(zhèn)流電阻區(qū)域和器件基區(qū)區(qū)域分別注入不同能量、劑量的P型雜質(zhì)， 利用沉積場(chǎng)氧和致密場(chǎng)氧的高溫過程，激活注入的P型雜質(zhì)原子；淀積外基極多晶硅、二氧 化硅介質(zhì)層并優(yōu)化兩者的臺(tái)階厚度，淀積的外基極多晶硅注入高濃度P型雜質(zhì)以降低外基 極引線電阻，淀積的二氧化硅介質(zhì)層用來隔離外基極多晶硅和發(fā)射極多晶硅，先后采用RIE 和ICP各向異性精確刻蝕二氧化硅介質(zhì)層和外基極多晶硅層，保證完全暴露外基極窗口和 防止P型基區(qū)濃度的過多損失，并用少劑量P型雜質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)償注入；對(duì)由差值氧化生成的二 氧化硅SiO2介質(zhì)層、低溫淀積的氮化硅Si3N4介質(zhì)層、二氧化硅SiO2復(fù)合介質(zhì)層致密后，并 用自對(duì)準(zhǔn)干法刻蝕和濕法腐蝕，獲得可控制發(fā)射極長(zhǎng)度的復(fù)合Si02/Si3N4 L型側(cè)墻結(jié)構(gòu)；淀 積厚度適度的發(fā)射極多晶硅并離子注入N型雜質(zhì)，分別采用ICP和RIE自對(duì)準(zhǔn)刻蝕發(fā)射極 多晶硅和二氧化硅介質(zhì)層，縮短發(fā)射極多晶硅與外基極多晶硅重疊面積；暴露鎮(zhèn)流電阻的 接觸孔，淀積二氧化硅介質(zhì)層并致密，用快速熱退火對(duì)器件的電流增益優(yōu)化，自對(duì)準(zhǔn)干法刻 蝕淀積的二氧化硅介質(zhì)層，獲得多晶硅發(fā)射極的外基極側(cè)墻；自對(duì)準(zhǔn)形成鎳鉬硅化物薄膜 Ni (Pt) Si，利用外基極側(cè)墻二氧化硅的選擇性，防止發(fā)射極多晶硅與外基極多晶硅的短路； 沉積二氧化硅介質(zhì)層并打開金屬引線接觸孔，濺射Ti/TiN/WN/W/Au/Ti多層金屬系統(tǒng)，屏 蔽電極金屬原子Au進(jìn)入硅器件；利用RIE等離子刻蝕和HF腐蝕去除接觸孔中的金屬層Ti 并清洗后，脈沖電鍍發(fā)射極和基極的電極金屬Au，采用濕法腐蝕去除接觸孔以外的Ti/Au， 然后用等離子RIE刻蝕W/WN/TiN/Ti多層金屬系統(tǒng)；背面減薄襯底，背面濺射Ti/Ni/Au多 層金屬作為集電極金屬。下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明利用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)制備具有雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)的 微波功率器件的制備方法1.選取η/η+Αι+硅雙外延片1，如圖1。襯底為摻砷高濃度單晶片，電阻率P 3θ-3Ω .cmXllD晶向，直徑4英寸。外延層為磷摻雜，下層濃度Ne，= 6E16cnT3，厚度Wc， =2um,上層濃度 Nc = 6E15cnT3，厚度 Wc = 4. 5um。2. LPCVD 二氧化硅，溫度為720°C，二氧化硅層厚度為350士 IOnm ；3.光刻深槽隔離圖形2;4. RIE 二氧化硅 3，過刻 30 士 5nm ；5. ICP單晶硅，采用兩步ICP刻蝕，形成槽深約為6.5 士 0.5μπι的U型深槽。兩步 ICP 刻蝕的氣體流量分別為SF6/02/C4F8 = 130/19. 5/100sccm ；SF6/C4F8 = 40/90sccm ；6.濕法腐蝕消除槽壁上的缺陷，腐蝕液摩爾配比HF HNO3 H2O = 1 (120 150) (60 70)腐蝕液，環(huán)境溫度控制在21 23°C之間。7.熱生長(zhǎng)氧化層4，生長(zhǎng)厚度約為250 300nm氧化硅，作為掩蔽層，如圖2所示；8.深槽填充非摻雜多晶硅5，厚度約為1. 4um ；
9.勻膠;10. RIE 平坦化；11.腐蝕氧化層2至脫水，形成器件隔離的深槽結(jié)構(gòu)；12.熱生長(zhǎng)氧化層，要求二氧化硅厚度為50士5nm，保證器件有淺結(jié)的雜質(zhì)分布；13.光刻電阻孔注入?yún)^(qū)6，形成器件鎮(zhèn)流電阻的區(qū)域，如圖3所示；14.帶膠注入電阻孔注入?yún)^(qū)，注入BF2，能量70 士 5Kev，劑量5E15 士 IEHcnT2 ；15.光刻內(nèi)基區(qū)7;16.內(nèi)基區(qū)和電阻孔區(qū)注入，注入濃硼B(yǎng)，能量40士5Kev，劑量3E13 IEHcnT2 ；17. LPCVD 二氧化硅 8，溫度為 720°C，厚度為 700士20nm ；18. RTA 950"C /30s 致密二氧化硅；19.光刻有源區(qū)；20. RIE 二氧化硅，留氧化硅20nm;21.緩沖腐蝕液(BHF)腐蝕氧化硅，過蝕IOnm ；22. LPCVD多晶硅9，生長(zhǎng)多晶硅厚度為280 300nm，溫度610°C ；23.濃 BF2 注入多晶硅 9，能量 70 士 5Kev，劑量 5. 0E15 士 IEHcnT2 ；24. LPCVD 二氧化硅 10，氧化硅厚度 400士 10nm，溫度 720°C ；25.光刻形成外基區(qū)；26. RIE 二氧化硅 10，過刻 20 30nm ；27. ICP濃硼多晶硅9，過刻30 40nm，既需要保證外基區(qū)窗口中無殘留的多晶硅， 又要避免基區(qū)濃度過多的損失；28. B注入，能量為33Kev，劑量1E13 3E13cnT2，用來補(bǔ)償基區(qū)濃度；29.差值生長(zhǎng)氧化層11，氧化溫度820°C，要求單晶硅表面生長(zhǎng)30nm 二氧化硅，同 時(shí)在高摻雜多晶硅側(cè)壁上生成75nm 二氧化硅；30. LPCVD 氮化硅 12，厚度 50 60nm，溫度 780°C ；31. LPCVD 二氧化硅 13，厚度 350nm，溫度 720°C ；32.爐退火致密復(fù)合介質(zhì)層，退火條件為820°C，N2氣環(huán)境，20min ；33. RIE Si02/Si3N4/Si02,留厚度約為 10士5nm 的熱氧化硅 13 ；34. BHF腐蝕液腐蝕熱氧化硅13，此時(shí)EB結(jié)的隔離L型側(cè)墻完全形成；35. LPCVD多晶硅14，生長(zhǎng)的多晶硅厚度為200 250nm ；36.砷離子注入，注入能量為120 士 5Kev，劑量為1E16 士 IEHcnT2 ；37.光刻發(fā)射極多晶硅，將發(fā)射極多晶硅與外基極多晶硅的重疊區(qū)域控制在 士0. 5um 以內(nèi)；38. ICP發(fā)射極多晶硅14 ；39. RIE厚度為40nm 二氧化硅10，留二氧化硅20 30nm ；40. BHF溶液腐蝕二氧化硅10，過蝕10 士 5nm ；41.光刻硅化物電阻孔15，如圖3所示；42. RIE 場(chǎng)氧 8，過刻 IOnm ；43. LPCVD 二氧化硅，生長(zhǎng)氧化硅的厚度為350nm，溫度720°C，該氧化層用于形成 外側(cè)墻17 ；
44.爐退火致密，致密條件820°C，N2氣環(huán)境，20min ；45.調(diào)器件β，以獲得較高的功率增益。采用RTA，要求在隊(duì)氣氛，1030°C 1100°C范圍內(nèi)，β約為20 50 ；46.等離子RIE刻蝕厚度為350nm的二氧化硅17，留20 30nm ；47. BHF溶液腐蝕二氧化硅，并過蝕20 30nm ；48.在S-Gun反應(yīng)濺射室，依次濺射金屬Ni/Pt/Ni，厚度依次為15nm/l. 5nm/15nm, 每層金屬厚度誤差小于0. 5nm ； 49.設(shè)定第一次快速熱退火RTA (6500C /60S)，獲得薄膜電子率低的Ni (Pt) Si硅化 物薄膜；50.選擇腐蝕掉未反應(yīng)的金屬Ni和Pt ；51.設(shè)定第二次快速熱退火RTA (800°C/40S)，形成厚度更厚的低阻相Ni (Pt) Si硅 化物薄膜；52. LPCVD 二氧化硅 19，SiO2 厚度為 600nm，溫度為 720°C ；53.光刻接觸孔；54. RIE 二氧化硅，要求過刻蝕，直至清晰地暴露出發(fā)射極和基極接觸窗口 ；55.濺射Ti/TiN/WN/W/Au/Ti多層金屬系統(tǒng)，避免金屬Au進(jìn)入器件內(nèi)部；56.光刻電鍍；57. RIE刻蝕最表面的金屬Ti ；58. HF稀釋溶液腐蝕剩余的金屬Ti ；59.電鍍前處理，HCl H2O=I 5 10，漂約3min。經(jīng)過此步處理，電鍍出的 金晶粒較細(xì)，不易起球；60.電鍍Au，氰化金鉀溶液+金，鍍層大于2um;61.等離子去除光刻膠；62.光刻電鍍反版，以去除接觸孔以外的多層金屬；63. HF稀釋溶液腐蝕裸露的金屬Ti，過腐蝕確保完全去除；64.腐蝕EB引線電極之間厚度為50um的Au。KI+I2溶液腐蝕必須過腐蝕確保Au 完全去除，才能最終避免EB電極短路；65. RIE W/WN/TiN/Ti，并要過蝕 IOnm ；66.等離子去膠，然后必須用再用丙酮超聲清洗；67.背面機(jī)械磨片，硅片減薄至80 lOOum。越薄越有利于減小器件的熱阻和集 電極串聯(lián)電阻，最薄可減至60um，但后續(xù)工藝加工非常困難。68.背面濺射 Ti/Ni/Au 金屬層 23，厚度分別為 100nm/300nm/200nm。上述本發(fā)明一種利用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)制備具有雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)的微波功率器件 及其制備方法中，未提及的技術(shù)方案，均為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳述。
權(quán)利要求
一種利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法，其特征在于所述方法如下雙外延層硅片(1)、經(jīng)光刻、各向異性刻蝕、濕法腐蝕、熱生長(zhǎng)絕緣氧化層(4)，在絕緣氧化層(4)內(nèi)沉積未摻雜多晶硅(5)，經(jīng)平坦化工藝后形成多子胞布局的U型深槽結(jié)構(gòu)；對(duì)深槽隔離結(jié)構(gòu)包圍的區(qū)域進(jìn)行硼離子注入，獲得微波功率器件的串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻注入?yún)^(qū)(6)和有源基區(qū)(7)，其中電阻注入?yún)^(qū)的注入條件為注入BF2，能量70±5Kev，劑量5E15±1E14cm 2并疊加了后續(xù)有源基區(qū)的注入，有源區(qū)的注入條件為濃硼B(yǎng)，能量40±5Kev，劑量3E13～1E14cm 2；在有源基區(qū)(7)和場(chǎng)氧(8)上先后放置P型摻雜多晶硅(9)和介質(zhì)隔離層(10)，分別利用等離子刻蝕RIE和ICP設(shè)備各向異性刻蝕介質(zhì)隔離層(10)和P型摻雜多晶硅(9)，形成長(zhǎng)度等比例變化的外基區(qū)窗口陣列，在外基區(qū)窗口中設(shè)置可調(diào)制發(fā)射極長(zhǎng)度的復(fù)合SiO2(11)/Si3N4(12)L型側(cè)墻結(jié)構(gòu)，然后在外基區(qū)窗口放置N型摻雜的發(fā)射極多晶硅(14)，以發(fā)射極多晶硅光刻圖形為掩蔽，利用等離子刻蝕ICP和RIE垂直刻蝕發(fā)射極多晶硅(14)和介質(zhì)隔離層(10)，熱退火形成發(fā)射區(qū)(16)，在發(fā)射極多晶硅側(cè)壁周圍放置側(cè)墻結(jié)構(gòu)(17)，并自對(duì)準(zhǔn)形成薄膜的鎳鉑硅化物薄膜(18)，以金屬接觸引線孔圖形作為掩蔽，對(duì)沉積的氧化層(19)進(jìn)行各項(xiàng)異性刻蝕形成金屬接觸引線孔，分別依次濺射Ti、TiN、WN、W、Au、Ti構(gòu)成多層金屬系統(tǒng)(20)，去除接觸孔中的表層金屬Ti層并清洗后，再用電鍍的基極金屬引線(21)和發(fā)射極金屬引線(22)覆蓋，以電鍍金屬引線光刻版的反版為掩蔽，先濕法腐蝕接觸孔以外的Ti和Au兩層金屬，然后用RIE干法刻蝕剩余的W、WN、TiN和Ti，金屬(23)放置于硅片背面作為器件的集電極引線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法， 其特征在于深槽隔離的具體工藝過程包括以下步驟1)利用St印per步進(jìn)光刻機(jī)，光刻出線寬為0.8 1. Oum且拐角呈圓弧的多子胞深槽 圖形；2)以光刻膠(2)和氧化層(3)作為刻蝕掩蔽層，采用RIE離子刻蝕設(shè)備刻蝕已被曝光 的深槽圖形，直至刻蝕至硅表面(1)；3)采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕技術(shù)(ICP)，采用兩步ICP刻蝕，形成U型深槽結(jié)構(gòu)，兩步 ICP刻蝕條件如下第一次，氣體流量:SF6/02/C4F8 = 130/19. 5/100sccm,氣壓15mTorr，離子源功率 600W，偏壓源功率13W，時(shí)間:3min ；第二次，氣體流量SF6/C4F8 = 40/90sccm，氣壓15mTorr，離子源功率800W，偏壓源功 率8W，時(shí)間1. 5min ；4)濕法腐蝕消除U型深槽結(jié)構(gòu)槽壁上刻蝕產(chǎn)生的缺陷，U型深槽結(jié)構(gòu)的槽寬0.8 lum，腐蝕液摩爾配比HF HNO3 H2O = 1 (120 150) (60 70)，環(huán)境溫度控制在 21 23°C之間；5)高溫生長(zhǎng)致密的氧化硅，作為掩蔽絕緣氧化層(4)；6)在U型深槽結(jié)構(gòu)里面設(shè)置非摻雜多晶硅(5)；7)采用平坦化技術(shù)，去除整個(gè)硅片表面的非摻雜多晶硅(5)，實(shí)現(xiàn)等平面結(jié)構(gòu)；8)腐蝕掩蔽層(3)至脫水；9)設(shè)置氧化層(8)覆蓋U型深槽結(jié)構(gòu)，形成器件的串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻注入?yún)^(qū)(6)和器件有源區(qū)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法， 其特征在于所述采用RIE刻蝕氧化硅(10)和ICP刻蝕濃硼多晶硅(9)，過刻30 40nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法， 其特征在于所述制備Si02/Si3N4復(fù)合L側(cè)墻的工藝包括以下步驟a)淀積氧化層SiO2(Il),保證外基區(qū)側(cè)壁與底部的氧化層厚度比為3 1 ；b)先后淀積氮化硅Si3N4(12)和二氧化硅層SiO2 (13)；c)采用爐退火致密工藝，致密SiO2(Il)、Si3N4(12)和SiO2 (13)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)層；d)自對(duì)準(zhǔn)刻蝕SiO2(Il)、Si3N4(12)和SiO2(13)，保留Si3N4上方的氧化層(13)的厚度 為 10士5nm ；e)BHF腐蝕液腐蝕殘留的氧化硅，形成EB結(jié)的復(fù)合Si02(ll)/Si3N4(12)L型側(cè)墻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法， 其特征在于所述鎳鉬硅化物薄膜Ni (Pt) Si (18)，將低阻相NiSi轉(zhuǎn)換成高阻相NiSi2的溫度 上限從750°C提高到850°C，且其薄膜電阻率在1 2. 2 Ω / □以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法， 其特征在于所述每個(gè)外基區(qū)窗口的長(zhǎng)度為等比例變化，相鄰?fù)饣鶇^(qū)長(zhǎng)度(L1-L2)/L1比例 為 1/2 2/3。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種利用雙層多晶硅器件結(jié)構(gòu)自對(duì)準(zhǔn)制備微波功率器件的方法。該方法采用了深槽隔離技術(shù)與非均勻熱設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多子胞結(jié)構(gòu)，利用外基區(qū)復(fù)合版進(jìn)行光刻，垂直刻蝕氧化硅介質(zhì)層和外基極多晶硅，獲得長(zhǎng)度等比例變化的外基區(qū)窗口，在外基區(qū)窗口中自對(duì)準(zhǔn)形成可調(diào)制發(fā)射極長(zhǎng)度的復(fù)合L型側(cè)墻。利用發(fā)射極多晶硅復(fù)合版進(jìn)行光刻，自對(duì)準(zhǔn)垂直刻蝕發(fā)射極多晶硅和介質(zhì)層，結(jié)合有選擇性的側(cè)墻保護(hù)技術(shù)，在深亞微米尺度下自對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)低薄膜電阻率的多晶硅難熔金屬鎳硅化物，既可避免兩種多晶硅引線短路連接，又能減少互連引線的寄生成分在亞微米、深亞微米圖形尺度下對(duì)微波功率器件特性提升的制約，從而改善微波器件的整體性能及其微波性能。
文檔編號(hào)H01L21/762GK101950722SQ20101024399
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月3日
發(fā)明者萬清, 徐湘海, 王勝, 胡南中, 黃偉 申請(qǐng)人:無錫晶凱科技有限公司