專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別涉及雙極晶體管的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
圖1展示出從多晶硅進(jìn)行雜質(zhì)擴(kuò)散形成發(fā)射區(qū)的普通晶體管。該多晶硅發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)的硅雙極晶體管的優(yōu)點(diǎn)是能增大電流放大系數(shù)，因此，它占據(jù)了當(dāng)前晶體管市場的主流。
現(xiàn)在將參見


常規(guī)半導(dǎo)體器件及其制造方法。
而且，我們還會涉及到資料(David J.Roulston，“Bipolar SemiconductorDevices”，McGraw-Hill.Page 343-345，1990)。
圖1(a)示出第一個常規(guī)半導(dǎo)體器件的截面圖；圖1示出用Sakai et.al ofNTT Corp開發(fā)的精確自對準(zhǔn)技術(shù)(SST)的制造方法順序制造晶體管的工藝截面圖。該工藝中，依次形成發(fā)射區(qū)開口，在整個晶片上淀積無添加劑的多晶硅，用離子注入法把砷加入多晶硅中，用光刻和干腐蝕法在距離發(fā)射區(qū)的固定距離內(nèi)形成n+型多晶硅。而且，進(jìn)行熱處理，使砷從多晶硅擴(kuò)散到單晶硅中、最后制成發(fā)射區(qū)。
將參見用外延生長法形成本征型基層的雙極晶體管說明第2常規(guī)方法。
將參照文件Sato.et.al“A Self-aligned Selective MBE technology for highpeformance bipolar transistor”，Intemational Electron Device Meeting(IEDM)1990，PP.607-610，說明第2種常規(guī)半導(dǎo)體器件及其制造方法。
圖2示出第2種常規(guī)半導(dǎo)體器件的一個實(shí)例的截面圖。在P-型硅襯底1上，形成N+型埋入層2，再在其上形成N-型硅外延層3，它有用于器件隔離的LOCOS氧化膜14和在其中形成的N+型集電極引出區(qū)15。經(jīng)上述工藝制成硅基區(qū)100。隨后，用氧化硅膜6覆蓋硅基區(qū)100表面。氧化硅膜6中，用露出構(gòu)成集電區(qū)的硅集電層3的一部分的方法，設(shè)置制備基區(qū)的開口101和用于露出集電區(qū)引出部分15的開口102。
氧化硅膜6上選擇地形成P+型基極多晶硅膜7，它從開口邊緣水平地推進(jìn)開口101中。由朝構(gòu)成集電區(qū)的硅集電層3推出的該部分的下表面形成P型多晶硅層10。
同時，在硅集電層3的露出部分上用選擇外延生長工藝制成的單晶硅形成P型基區(qū)9。多晶硅層10和P型基區(qū)9相互接觸。
開口102中，形成與集電區(qū)引出區(qū)15連接的N型多晶硅層21。用氮化硅膜8和氧化硅膜11分別覆蓋，除發(fā)射區(qū)形成部分之外的P型基區(qū)9、多晶硅層7和10。P型基區(qū)9的露出部分上，用單晶硅形成N型發(fā)射區(qū)16。用鋁制成的發(fā)射極18b，基極18a和集電極18c分別與多晶硅發(fā)射區(qū)17、多晶硅層7和8接觸。
該第2常規(guī)方法與用光刻腐蝕工藝制造多晶硅發(fā)射區(qū)的第1常規(guī)方法相同。
按照第1和第2常規(guī)半導(dǎo)體器件(這里，用構(gòu)圖法形成多晶硅發(fā)射區(qū))及其制造方法，在整個硅襯底上淀積N+型多晶硅作發(fā)射極，之后，在多晶硅層上涂敷光刻膠，用干腐蝕對多晶硅刻圖，結(jié)果，直接在發(fā)射層上制成不同厚度的多晶硅發(fā)射層。
但是，在用上述的光刻工藝中的刻圖制造小尺寸時，由于其表面不均勻，因此與有平坦表面的情況相比，則更困難。換言之，用于制造小尺寸時，盡管對短波波長有利，但同時有聚焦范圍窄的缺點(diǎn)，因此表面不均勻性越大了，對小尺寸的制造就越不利。
因此，控制在發(fā)射區(qū)上直接有不同厚度的方法是將其表面厚度控制到相同值，并采取多晶硅發(fā)射區(qū)只存在于發(fā)射區(qū)開口中的方法(該結(jié)構(gòu)以下叫做栓結(jié)構(gòu))?？砂磧煞N方式實(shí)現(xiàn)該方法。
形成的栓結(jié)構(gòu)的第1種方法是，在其中淀積多晶硅發(fā)射區(qū)，之后用干腐蝕法進(jìn)行涂腐蝕。因?yàn)樵摲椒ㄔ试S用光刻法對多晶硅發(fā)射區(qū)構(gòu)圖，因此它很經(jīng)濟(jì)。但是，按該方法。由于淀積在大開口上的多晶硅用涂腐蝕工藝完全除去，它不能檢驗(yàn)多晶硅發(fā)射區(qū)的特性。
構(gòu)成栓結(jié)構(gòu)的第2種方法中，用選擇晶體生長法淀積多晶硅，之后，用離子注入法將砷加入淀積的多晶硅中，形成多晶硅發(fā)射層。用該形成方法，由于只在本征型基層的開口中形成多晶硅，因此，在多晶硅發(fā)射層中不會產(chǎn)生上述的不同厚度。但是，用該方法，作為要用到電路中的產(chǎn)品的晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸為幾微米級，而用于檢驗(yàn)制造步驟中的晶體管特性的擴(kuò)散的發(fā)射區(qū)的尺寸要求是約100μm的方形，而且兩個晶體管的特性相互不一致。其原因是，當(dāng)發(fā)射區(qū)尺寸變大時，在小開口內(nèi)用離子注入法引入的砷不能充分加到多晶硅底部，使發(fā)射區(qū)雜質(zhì)(這里是砷)的擴(kuò)散態(tài)隨開口尺寸變化。
當(dāng)今的高性能雙極晶體管有制成極淺的基區(qū)結(jié)深XB和發(fā)射區(qū)結(jié)深XE，以實(shí)現(xiàn)晶體管的高速性能。例如，根據(jù)IEEE Intemational Electron Devices Meeting(IEDM)，1989，pp.221-224報道的基區(qū)深度是0.09μm。作為形成發(fā)射區(qū)的正常方法，是對多晶硅發(fā)射層進(jìn)行熱處理、使諸如砷或磷的N型雜質(zhì)從多晶硅發(fā)射層表面擴(kuò)散進(jìn)單晶基層中，這在以下稱作“推入發(fā)射區(qū)”。該擴(kuò)散隨單晶基層與多晶硅發(fā)射區(qū)之間的界面態(tài)有很大波動。換言之，在多晶硅淀積之前，在單晶基層表面上存在有約10厚的天然氧化膜。該天然氧化膜在各個晶片上的厚度不同，而且在同一晶片上的膜厚均勻性極差。因此，發(fā)射區(qū)推進(jìn)工藝的應(yīng)用安排成把經(jīng)發(fā)射區(qū)推進(jìn)處理過的晶體管進(jìn)行試驗(yàn)，并測試它的性能，(把測試后的晶體管叫做“擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管”)，并根據(jù)測試結(jié)果，用發(fā)射區(qū)推進(jìn)操作處理同一批中的剩余晶片。
但是，根據(jù)用于選擇形成多晶硅發(fā)射層的上述常規(guī)方法在可探測的尺寸范圍(例如，80μm以上)形成發(fā)射區(qū)，可在該區(qū)內(nèi)測試，以監(jiān)視發(fā)射區(qū)推進(jìn)狀態(tài)。但是，電路中實(shí)際使用的晶體管產(chǎn)品的發(fā)射區(qū)尺寸是1μm以下，而要監(jiān)視的晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸是幾十微米，因此，發(fā)射區(qū)雜質(zhì)的擴(kuò)散狀態(tài)彼此不同。因此用測試擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管來建立實(shí)際電路中用的晶體管的數(shù)據(jù)很困難。嚴(yán)格地說，還不知道兩個晶體管的特性不同的原因，但是，推測可能是多晶硅發(fā)射區(qū)周圍的絕緣膜(例如氮化硅膜或氧化硅膜)與多晶硅膜之間有不同的熱膨脹系數(shù)而產(chǎn)生的應(yīng)力發(fā)生狀態(tài)不同，使擴(kuò)散深度不同造成的。
而且，必須檢驗(yàn)與電路中用的晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸相同的晶體管的擴(kuò)散條件。
即，第一個問題是不能在工藝流程中測試晶體管。
其原因是，常規(guī)結(jié)構(gòu)的晶體管不用光刻和干腐蝕組合對多晶硅發(fā)射區(qū)刻圖，因此，不可能從有小發(fā)射區(qū)(約1μm)的晶體管的發(fā)射區(qū)形成有能探測的尺寸(例如，100μm2以上)的電極盤。
本發(fā)明的目的是，提供具有能在制造中進(jìn)行發(fā)射區(qū)推進(jìn)工藝后的狀態(tài)下立即測試晶體管特性的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的晶體管。晶體管是雙極晶體管，其結(jié)構(gòu)是，它的多晶硅發(fā)射區(qū)以栓形掩埋進(jìn)小尺寸的發(fā)射區(qū)中。
按本發(fā)明，在絕緣膜中形成與發(fā)射區(qū)尺寸相同的溝，用多晶硅掩埋溝使發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電率延伸到外邊，其延伸部分連接到與集電區(qū)電氣隔開的大尺寸N型單晶硅區(qū)，因此，不用光刻工藝形成擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管。
由于該方法可以省去制造多晶硅發(fā)射區(qū)的光刻工藝，因此制造成本低，并能提高發(fā)射區(qū)上表面的平整性，因而能使半導(dǎo)體中的布線小型化。
圖1(a)至1(e)是常規(guī)技術(shù)的半導(dǎo)體器件制造工藝的縱剖面圖；圖2是按現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的剖視圖；圖3(a)是在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中測試半導(dǎo)體器件用的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的第1實(shí)施例的縱剖面圖；圖3(b)是圖3(a)所示晶體管的平面圖；圖4(a)是實(shí)際電路中用的按本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第1實(shí)施例的縱剖面圖；圖4(b)是圖4(a)所示半導(dǎo)體器件的平面圖；圖5(a)是第1實(shí)施例的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的主要制造工藝的縱剖面圖，并示出至多晶硅基極7和氮化硅膜8形成的工藝結(jié)果，圖5(b)是電路中用的已小型化的晶體管的縱剖面圖；圖6(a)是圖3所示擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管在對光刻膠刻圖的工藝中制成了開口101和除去了不用的氮化硅膜8時的縱剖面圖。
圖6(b)是圖6(a)所示，在實(shí)際電路中使用的有小型化尺寸的晶體管的縱剖面圖；圖7(a)是圖3所示擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管化制造工藝中已除去光刻膠并除去多晶硅基極7的不需要的部分時的縱剖面圖，圖7(b)是電路中使用的有小型化尺寸的圖7(a)所示晶體管的縱剖面圖；圖8(a)是制造工藝中已覆蓋了多晶硅基極7的側(cè)邊并除去了開口底部的氮化硅膜的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的縱剖面圖；圖8(b)是實(shí)際電路中用的有小型化尺寸的圖8(a)所示晶體管的縱剖面圖；圖9(a)是制造工藝中除去了氧化硅膜的相應(yīng)部分而制成了開口101時的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的縱剖面圖9(b)是實(shí)際電路中用的有已小型化的尺寸的圖9(a)所示晶體管的平面圖；圖10(a)是展示制造工藝中完成了多晶硅基極7和多晶硅10，并形成氧化硅膜11的側(cè)壁時的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的縱剖面圖；圖10(b)是實(shí)際電路中用的有已小型化尺寸的圖10(a)所示晶體管的縱剖面圖；圖11(a)是圖1所示擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管在開口201和301的制造工藝中的縱剖面圖；圖11(b)是圖11(a)所示晶體管的平面圖；圖12是圖3所示第1實(shí)施例在制造開口202的主要工藝中的縱剖面圖；圖13(a)是圖3所示擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管在淀積了N+型多晶硅層12的工藝中的縱剖面圖；圖13(b)是實(shí)際電路中用的有已小型化的尺寸的圖13(a)所示晶體管的縱剖面圖；圖14是用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的第2實(shí)施例的截面圖；圖15是用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的第3實(shí)施例的截面圖；圖16是用本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的第4實(shí)施例的截面圖；將參見

本發(fā)明第1實(shí)施例。
本實(shí)施例中，盡管參照npn型雙極晶體管說明，但不用說，本發(fā)明也適用于pnp型雙極晶體管。
圖3(a)是用于本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造中的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的第1實(shí)施例的縱剖面圖；圖3(b)是它的平面圖。換言之，它們是用于監(jiān)視發(fā)射區(qū)推進(jìn)操作的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的縱剖面圖和平面圖。
圖4(a)是作為用于電路中的產(chǎn)品并具有小尺寸的發(fā)射區(qū)的晶體管的縱剖視圖；圖4(b)是它的平面圖。
圖3(a)中，在電阻率為10至15Ω·cm的P-型硅襯底1上形成N+型埋入層2，并在其上形成N-型硅外延層3，它被標(biāo)示成硅集電層31和32。之后，在其下面形成用作溝道停止層的P+型埋入層4構(gòu)成的用于隔離器件的絕緣層溝5。
用氧化硅膜6覆蓋N-型硅外延層3的表面。
氧化硅膜6中，用露出構(gòu)成集電區(qū)的硅集電層31的一部分的方法形成構(gòu)成基區(qū)的開口101，和到達(dá)埋入層2的用于形成集電區(qū)引出的開口201(以下叫做集電區(qū)開口)。該圖中，要使集電區(qū)開口201的橫向尺寸大到能進(jìn)行監(jiān)視探測的程度(例如是100μm的方形)。
氧化硅膜6上選擇形成P+型多晶硅基極膜7和構(gòu)成開口101內(nèi)的集電區(qū)的硅集電層。
另一方面，硅集電層31的露出部分上，形成覆蓋開口101中的N型單晶硅的P型單晶硅本征基區(qū)9，在P+型多晶硅基極底表面下，本征基區(qū)9與P+型多晶硅層10相互接觸處，形成P+型多晶層10。
在集電區(qū)開口201的側(cè)邊上形成N+型多晶硅層12-b。
在鄰接硅集電層31并在本征基區(qū)9上的另一硅集電層32的外部溝5中設(shè)置的發(fā)射區(qū)探測開口301(尺寸為100μm的方形，允許直接探測)側(cè)邊上有N+型多晶硅發(fā)射極12-a。
圖3(b)中，還設(shè)置有另一基區(qū)探測開口401(大小為100μm的方形)，允許直接探測。
隨后將參見

本發(fā)明第1實(shí)施例的主要工藝。
盡管在電阻率為10至15Ωcm的p-型(100)取向的硅襯底1上對幾百埃厚的氧化硅膜(沒畫出)中用離子注入法引入砷。作為離子注入的條件，認(rèn)為能量是50kev到120kev，劑量是5E15到2E16cm-2合適。隨后，在1000℃至1150℃的溫度中進(jìn)行對Si襯底1的熱處理，以修復(fù)因離子注入，砷激勵和推進(jìn)操作的實(shí)施而造成的損壞。以這種方式，形成N+埋入層2。
之后，除去全部氧化硅膜后，用常規(guī)形成法形成N-型硅外延層3。這種情況下，合適的生長溫度是950℃至1050℃，用SiH4或SiH2Cl2作原料氣體。PH3用作摻雜氣體，包含雜質(zhì)劑量為5E15到2E16cm-2、厚度為0.8μm至1.3μm的雜質(zhì)層是合適的。按該方式，在埋入層上形成N-型Si外延層3。
之后，形成隔離器件用的溝5和P+溝道停止層4。首先，在N-型Si外延層3的表面上形成厚20nm至50nm的熱氧化膜，之后，再形成厚70nm至150nm的氮化硅膜(沒畫)和400nm厚的氧化硅膜(沒畫)。之后，用光刻法對光刻膠(沒畫)刻圖，之后，用干腐蝕法去除由氧化硅膜，氮化硅膜和氧化硅膜組成的三層結(jié)構(gòu)的一部分。除去光刻膠后，用最上面的一層氧化硅膜作掩模材料形成達(dá)到Si襯底1的隔離溝用的槽。
之后，用100kev的能量和1E13cm-2的雜質(zhì)劑量進(jìn)行B(硼)離子注入，并進(jìn)行激活熱處理，形成用作溝道停止層的埋入層4。隨后，在溝內(nèi)淀積絕緣膜(如多晶硅或氧化硅膜)作填充物。這里用BPSG作原料進(jìn)行淀積。淀積了其厚度是溝寬的兩倍(例如0.8μm至1.5μm，這里要說的溝寬是1μm)的BPSG(沒畫)后，在例如1000℃經(jīng)1小時的熱處理，使表面平坦。
之后，經(jīng)對絕緣膜深腐蝕，用加熱的磷酸除去氮化硅膜，用HF基液除去氧化硅膜，露出Si集電層31的表面，把這些深腐蝕操作的條件選擇得使經(jīng)深腐蝕后的表面變得平坦。
之后，用氧化硅膜6覆蓋Si集電層31的表面，膜厚最好是50nm到200nm，這里用100nm。
之后淀積多晶硅，要淀積的多晶硅膜的厚度以200nm到350nm為合適。這里用250nm。由于有時用該多晶硅作基極多晶硅，用離子注入法(例如用30kev的能量和5E15至2E16cm-2的雜質(zhì)劑量)注入硼，并進(jìn)行激活熱處理。
之后，在光刻膠刻圖后，用干腐蝕法除去不需要的多晶硅，因此制成P+型多晶硅基極7。
之后，用LPCVD法淀積厚約150nm的氮化硅膜8，100nm至200nm厚的氮化硅膜合適。
圖5(a)和5(b)示出相似的尺寸，但它們實(shí)際的橫向尺寸極不相同。即，圖5(a)中溝之間的距離是100μm，但圖5(b)中溝之間的距離只有10μm。
圖5(a)(用于檢測特性的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和圖5(b)中(將被制成電路中用的產(chǎn)品的小尺寸晶體管)展示出這種狀態(tài)。
之后，在光刻膠20中(圖6(a)和6(b))用常規(guī)光刻方法在其中一部分將來要形成發(fā)射區(qū)的位置形成開口，之后用各向異性干腐蝕法除去氮化硅膜。
該狀態(tài)示于圖6(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和6(b)(將被加工成產(chǎn)品的小尺寸晶體管)中。
此時，雖然沒用多晶硅基極7覆蓋的部分的氧化硅膜(圖6(a))的膜厚有些減小，但它不會成為使硅集電層31不露出的問題。因此，制成的附圖不考慮膜厚的減小。
之后，用干腐蝕法去除多晶硅基極和去除光刻膠。
該狀態(tài)示于圖7(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和圖7(b)(將被制成產(chǎn)品的有小尺寸的晶體管)中。
用LPCVD法淀積厚50nm至100nm的氮化硅膜。這里，再對開口底部的氮化硅膜進(jìn)行各向異性干腐蝕，完全除去氮化硅膜。結(jié)果，用氮化硅膜8覆蓋開口內(nèi)的多晶硅基極7的側(cè)邊。
該狀態(tài)示于圖8(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和8(b)(將被制成產(chǎn)品的小尺寸晶體管)中。
之后，用HF腐蝕基區(qū)腐蝕液腐蝕開口底部內(nèi)的氧化硅膜6、露出Si集電層31構(gòu)成集電區(qū)的部分，構(gòu)成制備基區(qū)的開孔101。
腐蝕氧化硅膜6而露出的多晶硅基極下表面的尺寸要足以小于多晶硅基極的膜厚。例如100nm到250nm較合適。這里選用200nm。
該狀態(tài)示于圖9(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和9(b)(將被制成產(chǎn)品的小尺寸晶體管)中。
此時，從圖9(a)可看到的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管，在溝5的側(cè)邊上形成開口101。
之后，用與常規(guī)技術(shù)相同的方法選擇外延生長形成本征基區(qū)。從生長角度看，可用LPCVD法或氣源MBE法，但這里是以UHV/CVD法為例進(jìn)行說明。
處理?xiàng)l件的例子是、Si2N6氣的流速為3Sccm，溫度是605℃。
此時，如圖10所示，在Si集電區(qū)31的露出部分上形成P型單晶硅基區(qū)9。同時，從朝著構(gòu)成集電區(qū)的Si集電層31推出的多晶硅基極7的推出部分的下表面形成P型多晶硅層10。這些基區(qū)9和多晶硅層10連續(xù)生長直到它的相互接觸為止，使要制成的晶體管變成有開孔104。
之后，用LPCVD法淀積氧化硅膜，并進(jìn)行各向異性干腐蝕，形成氧化硅膜11的側(cè)壁，由此達(dá)到在擴(kuò)散晶體管中有開口1d和產(chǎn)品中有開口102的狀態(tài)。該狀態(tài)展示于圖10(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和圖10(b)(將被制成產(chǎn)品的小尺寸晶體管)中。
之后，用光刻和干腐蝕法形成集電區(qū)探測開口201和發(fā)射區(qū)探測開口301。此時，必須在至少是溝5的覆蓋層上設(shè)置發(fā)射區(qū)探測開口101和發(fā)射區(qū)探測開口301。其原因是，發(fā)射區(qū)開口101和301中的探測開口中的溝均接收在后面的工藝中要掩埋于其中的N+型多晶硅，要求這兩個溝要相連。這種情況下，埋在溝內(nèi)的絕緣在覆蓋位置會有些下沉。
該狀態(tài)示于圖11(a)(擴(kuò)散檢測晶體管的剖面圖)和圖11(b)(將被制成產(chǎn)品的小型晶體管的平面圖)和圖12(將用在電路中的晶體管的剖面圖)中。
而且，用LPCVD法淀積加有N型雜質(zhì)(例如，磷或砷)的多晶硅12。這里，加約5E20cm-2的磷。多晶硅的厚度是發(fā)射區(qū)開口101的大小的1.5倍至2倍時是合適的，即為600nm至1000nm。這里把多晶硅厚度確定為800nm。
該狀態(tài)展示于圖13(a)(擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管)和圖13(b)(將被制成產(chǎn)品的小型晶體管)。
而且，對多晶硅進(jìn)行深腐蝕，再用光刻和干腐蝕形成基區(qū)探測開口401，以露出多晶硅基極。
之后，經(jīng)過進(jìn)行發(fā)射區(qū)推進(jìn)的熱處理，在由氧化硅膜11的側(cè)壁包圍的基區(qū)9中用單晶硅形成N型發(fā)射區(qū)13。
以該方式形成圖3(a)和3(b)所示的第1實(shí)施例的擴(kuò)散檢測晶體管。
圖3(a)所示晶體管的全部探測孔201，301，401均有能直接探測的大尺寸，發(fā)射區(qū)有1μm以下的小尺寸，例如0.2至0.6μm，達(dá)到與電路相同的大小。因此，在這一步驟，直接測試發(fā)射區(qū)形成條件，在發(fā)射區(qū)推進(jìn)不足時，進(jìn)行附加的發(fā)射區(qū)推進(jìn)。
隨后，用絕緣膜，如氧化硅膜，覆蓋晶體管表面(圖4(a))，并在要制成為產(chǎn)品的晶體管上形成達(dá)到發(fā)射區(qū)，基區(qū)和多晶硅集電極的接觸孔，濺射鋁基合金后，進(jìn)行光刻和各向異性干腐蝕，制造用鋁基合金構(gòu)成的發(fā)射極，基極和集電極。
這里，與所述的常規(guī)技術(shù)相比，本發(fā)明能提高性能。用本發(fā)明的工藝系列，有可能制成有不用光刻技術(shù)制成的多晶硅發(fā)射極的晶體管，而且，并能在擴(kuò)散工藝確定晶體管的特性，能使晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸與實(shí)際電路中用的晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸相同。
以下將參見

本發(fā)明的第2實(shí)施例。
圖14是按本發(fā)明第2實(shí)施例的用于測試的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的縱剖視圖。
除基區(qū)部分外，第2實(shí)施例與第1實(shí)施例基本相同。
換句話說，它是用選擇外延生長制成的基層和以后要用擴(kuò)散法形成發(fā)射層的硅層構(gòu)成的疊層膜，基層是P型SiGe合金。例如，合金包含濃度為10％的均勻的Ge，并按從底開始的順序?yàn)闆]加硼的100埃膜層；含硼7E18cm-2的400埃膜層；結(jié)構(gòu)中的硅層例如是沒加硼的200埃膜層。該疊層膜是本征基層29。當(dāng)然，加到同時形成的多晶層30中的Ge，B會按該疊層膜的結(jié)構(gòu)而變化。
盡管第2實(shí)施例有容易增大電流放大系數(shù)hFE的優(yōu)點(diǎn)，但同時，它對因晶格不一致而造成的集電區(qū)，基區(qū)結(jié)的漏電流波動敏感，因此，進(jìn)行本發(fā)明的在擴(kuò)散工藝上的監(jiān)視極其重要。
以下說明圖15中所示的第3實(shí)施例。
本實(shí)施例中，用擴(kuò)散法形成本征基區(qū)。換言之，用絕緣膜38，如氮化硅膜，覆蓋多晶硅基極37。由接觸硅集電區(qū)3的多晶硅基極37進(jìn)行硼擴(kuò)散形成接枝基39。用離子注入法形成本征基40。由被絕緣膜41(例如氧化硅膜)包圍的區(qū)域中的本征基上的多晶硅發(fā)射極12，進(jìn)行N型雜質(zhì)擴(kuò)散，形成發(fā)射區(qū)42。
以下將說明本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在第1和第2實(shí)施例中，用例如氧化硅膜的絕緣膜11覆蓋本征基9側(cè)邊和位于溝5上的部分。但是，如果覆蓋不足，多晶硅發(fā)射極12與本征基側(cè)邊接觸，造成從本征基側(cè)邊產(chǎn)生的N型雜質(zhì)擴(kuò)散。因而，側(cè)邊上形成的發(fā)射區(qū)會與硅集電區(qū)接觸，給晶體管帶來工作不正常的危險。反之，本實(shí)施例中，由于基區(qū)和發(fā)射區(qū)的組成物會順序擴(kuò)散進(jìn)硅集電區(qū)3，因而不會在發(fā)射區(qū)與硅集電區(qū)之間出現(xiàn)短路的危險。
以下參見圖16說明本發(fā)明第4實(shí)施例。
本實(shí)施例中，用兩個以上的溝連接發(fā)射區(qū)開口101和發(fā)射區(qū)探測開口301。由于兩個開口之間增加的結(jié)而使電阻值減小，因而能消除電壓降波動，因而為本實(shí)施例帶來了優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，按本發(fā)明，可以在多晶硅發(fā)射極的制造工藝中不用光刻工藝而制成晶體管，而且，能在擴(kuò)散工藝中確定晶體管的特性，并使晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸與電路中實(shí)際使用的晶體管的發(fā)射區(qū)尺寸相同。
權(quán)利要求
1.制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟形成在制造工藝中測試用的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管；在預(yù)定的制造步驟測擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的特性；按測試結(jié)果調(diào)節(jié)發(fā)射區(qū)深度，其中，所述形成擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的步驟包括以下步驟在第2導(dǎo)電類型的襯底(1)上形成第1導(dǎo)電類型的埋入層(2)；在所述埋入層(2)上形成第1單晶區(qū)(31)；形成從第1單晶區(qū)表面伸入襯底內(nèi)的器件隔離溝(5)，并在所述溝(5)的末端的襯底一側(cè)構(gòu)成絕緣的溝道停止層(4)；在所述溝(5)內(nèi)填充絕緣物并平整填充的絕緣物表面；在所述第1單晶區(qū)(31)上形成絕緣膜(6)；在所述絕緣膜(6)上形成基極(7)；使所述基極表面絕緣在所述第1單晶區(qū)(31)上形成有第2導(dǎo)電類型單晶區(qū)(9)的本征基區(qū)；形成鄰近第1單晶區(qū)并由絕緣膜(8)伸到所述埋入層內(nèi)的第1探測開口(201)，和允許探針接觸用作集電區(qū)的第1單晶區(qū)(32)的第2開口(301)。分別形成至第1開口(201)和第2開口(301)里邊并在發(fā)射區(qū)一側(cè)覆蓋溝和發(fā)射層的有第1導(dǎo)電類型的第1晶體硅壁12-b和12-a。
2.按權(quán)利要求1的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述形成擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的步驟還包括以下步驟形成探測單晶區(qū)(31)中所述擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管的基區(qū)的第3開口(401)，它的內(nèi)壁部分用第1導(dǎo)電類型的第1多晶硅(12)覆蓋。
3.按權(quán)利要求1或2的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述形成本征基區(qū)的步驟用SiGe合金和Si構(gòu)成的多層膜。
4.按權(quán)利要求2的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，形成所述第1、第2和第3開口內(nèi)壁的步驟是同時進(jìn)行的。
5.按權(quán)利要求1的方法制造的半導(dǎo)體器件，包括構(gòu)成為用絕緣物與其它區(qū)電絕緣的第1導(dǎo)電類型的第1單晶區(qū)(31)的集電區(qū)，構(gòu)成為設(shè)置在所述第1單晶區(qū)(31)上的第2導(dǎo)電類型的第3單晶區(qū)(9)的本征基，和構(gòu)成為設(shè)置在第3單晶區(qū)(9)上的第1導(dǎo)電類型的第4單晶區(qū)(13)的發(fā)射區(qū)，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括開在第1單晶區(qū)(31)內(nèi)的并用第1導(dǎo)電類型的第1多晶硅掩埋的第4開口(202)；開在所述第4單晶區(qū)(13)上面并用第1導(dǎo)電類型的第1多晶硅(12)掩埋的發(fā)射區(qū)開口(103)。
6.按權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件，其中，用由SiGe合金和Si構(gòu)成的多層膜構(gòu)成第2導(dǎo)電類型的第3單晶區(qū)(9)。
7.按權(quán)利要求5或6的半導(dǎo)體器件，其中，同時形成掩埋所述第4開口(202)和所述發(fā)射區(qū)開口(103)的第1多晶硅(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙極晶體管的制造方法,它允許在多晶硅發(fā)射極制造中不用光刻工藝。并能在形成金屬電極之前測晶體管特性。本發(fā)明公開了批量制造結(jié)構(gòu)和電特性均相同的晶體管用的晶片中的擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管。擴(kuò)散檢驗(yàn)晶體管有其尺寸允許與絕緣區(qū)內(nèi)的集電極接觸而進(jìn)行測試的探針進(jìn)入的集電區(qū)探測開口201,有其尺寸允許與超出絕緣壁外的前面區(qū)鄰近的區(qū)域中的發(fā)射極接觸的探針進(jìn)入的發(fā)射區(qū)開口301,使發(fā)射區(qū)開口301和發(fā)射區(qū)13橋接的溝,它掩埋溝中的多晶硅發(fā)射極使其電連接,和在相鄰區(qū)中與所述開口301尺寸相同的基區(qū)開口401。因此,擴(kuò)散晶體管能在金屬電極形成前測試晶體管的擴(kuò)散率。
文檔編號H01L23/544GK1185031SQ9712602
公開日1998年6月17日 申請日期1997年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月11日
發(fā)明者佐藤文彥 申請人:日本電氣株式會社