一种具有环状集电极区域的晶体管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有环状集电极区域的晶体管，包括第一导电类型的衬底、作为基极区域使用的第二导电类型外延层、第二导电类型埋入扩散层、作为基极引出区域使用的第二导电类型扩散层、作为发射极区域使用的第一导电类型扩散层、作为集电极区域使用的第一导电类型扩散层，作为集电极区域的第一导电类型扩散层在作为发射极区域的第一导电区域扩散层的周围圆环状形成；其中，在所述作为基极区域使用的第二导电类型外延层中扩散有钨。由于上述特点，该方法能够提高晶体管的电流放大率，同时能够降低污染。
【专利说明】—种具有环状集电极区域的晶体管
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，一种横型PNP晶体管的结构为在P型半导体衬底上形成有低浓度的N型外延区域。跨P型半导体衬底和N型外延区域形成有N型杂质埋入区域。在外延区域形成有第一 N型杂质区域。第一 N型杂质区域的浓度比N型外延区域的浓度高2?3倍。而且，在第一 N型杂质区域形成有作为基极区域的第二 N型杂质区域、作为发射极区域的第一 P型杂质区域以及作为集电极区域的第二 P型杂质区域。
[0003]另一种常见的横型PNP晶体管结构为在P型半导体衬底上形成有N型外延层。跨P型半导体衬底和N型外延层形成有N型埋入扩散层。在N型外延层上形成有作为基极区域的N型扩散层、作为发射极区域的P型扩散层以及作为集电极区域的P型扩散层。而且，作为集电极区域的P型扩散层在作为发射极区域的P型扩散层的周围圆环状形成。
[0004]现有技术中PNP晶体管的制造方法包括:准备P型硅单晶衬底，在衬底上形成热氧化膜。对热氧化膜进行构图，在形成有N型扩散层的区上形成开口部。而且，在衬底上涂敷含有硼(B)和作为寿命抑制剂的钼(Pt)这两者的液体源极，形成扩散源膜。其后，通过在非氧化气体介质中施加1000?1050°C的热处理，使硼(B)以及钼(Pt)从扩散源膜向衬底扩散。由于使用钼，存在的问题在于提高了扩散有N型杂质的区域的电阻率值。
[0005]另外，现有的PNP晶体管的制造方法中，在N型外延层上，作为集电极区域的P型扩散层在作为发射极区域的P型扩散层周围圆环状形成。利用该结构，能够对作为发射极区域的P型扩散层有效地配置作为集电极区域的P型扩散层。即，通过使基极区域的宽度变窄，能够提高横型PNP晶体管的电流放大率。相反，通过将低杂质浓度的N型外延层作为基极区域使用，在使横型PNP晶体管的电流放大率提得过高的情况下，能够通过扩大基极区域的宽度(发射极-集电极区域间的间隔距离)来适应。在这种情况的问题在于，横型PNP晶体管的器件尺寸就要变大。
【发明内容】
[0006]本发明是鉴于所述各种问题而构成的，提供一种半导体装置，其具有半导体衬底和形成于所述半导体衬底上的发射极区域、基极区域、集电极区域，在作为所述基极区域使用的半导体层中扩散钨。因此，在本发明中，能够利用扩散在半导体层上的钨调整基极电流值，不需要增加器件尺寸就能实现期望的电流放大率。
[0007]本发明的具有环状集电极区域的晶体管包括包括第一导电类型的衬底、作为基极区域使用的第二导电类型外延层、第二导电类型埋入扩散层、作为基极引出区域使用的第二导电类型扩散层、作为发射极区域使用的第一导电类型扩散层、作为集电极区域使用的第一导电类型扩散层，作为集电极区域的第一导电类型扩散层在作为发射极区域的第一导电区域扩散层的周围圆环状形成；其特征在于，在所述作为基极区域使用的第二导电类型外延层中扩散有钨。
[0008]优选地，所述衬底为单晶衬底；更优选地，所述衬底为单晶硅衬底。
[0009]优选地，所述晶体管还包括形成在基极区域上的绝缘层；更优选地，所述绝缘层为PGS 膜。
[0010]优选地，所述晶体管还包括集电极、发射极和基板；更优选地，所述集电扱、发射极和基极用铝合金形成；所述铝合金优选为Al-Si。
[0011]本发明中，在半导体装置的基极区域扩散钨。相比钼或者钥，钨的高能级使从发射极注入的空穴和存在于基极区域的许多载流子即电子再结合，从而能够提高横型PNP晶体管的电流放大率；同时能够降低因在形成半导体装置的生产线上的金属污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的半导体装置的结构剖面图。
[0013]图2?7为本发明的半导体装置的制造方法中结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面，參照附图1详细说明作为本发明之一实施例的半导体装置，图1为用于说明本发明ー实施例的半导体装置的剖面图。
[0015]如图1所示，横型PNP晶体管I主要由P型单晶硅衬底3、作为基极区域使用的N型外延层4、N型埋入扩散层5、作为基极引出区域使用的N型扩散层6、作为发射极区域使用的P型扩散层7、作为集电极区域使用的P型扩散层8、9构成。
[0016]N型外延层4形成于P型单晶硅衬底3上。另外，在本实施例中，表示在衬底3上形成ー层外延层4的情况，但并非仅局限于这种情況。例如也可以是只有衬底的情况，也可以是在衬底上层叠有多层外延层的情況。另外，衬底也可以是N型单晶体衬底。
[0017]N型埋入扩散层5跨衬底3和外延层4上而形成。而且，N型埋入扩散层5跨横型PNP型晶体管I的形成区域而形成。
[0018]N型扩散层6形成于外延层4上。而且，N型外延层4作为基极区域使用，N型扩散层6作为基极弓I出区域使用。
[0019]P型扩散层7形成于外延层4上。而且，P型扩散层7作为发射极区域使用。
[0020]P型扩散层8、9形成于外延层4上。而且，P型扩散层8、9作为集电极区域使用。另外，P型扩散层8、9也可以是在P型扩散层7的周围ー环状形成的情況。
[0021]绝缘层10形成于外延层4上面。绝缘层10由PGS(Phospho SilicateGlass)膜等构成。然后，使用公知的光刻法技术，例如通过使用了 CHF3+02系气体的干式蚀刻在绝缘层10上形成接触孔11、12、13、14。
[0022]在接触孔11、12、13、14中选择性地形成铝合金例如Al-Si膜，形成集电极15、17、发射极16以及基极18。
[0023]后面详细地对半导体装置的制造方法进行说明，在横型PNP晶体管I的作为基极区域的外延层4和衬底3上扩散钨。而且，在横型PNP晶体管I中，从作为发射极的P型扩散层7注入到作为基极区域的外延层4的空穴以基极宽度(Wb)变得最窄的外延层4表面附近作为路径流进作为集电极区域的P型扩散层8、9。此时，空穴在N型外延层4内为少数载流子，因外延层4内的钨的存在而容易与电子再结合。即，空穴的寿命因钨的再结合促进作用而减少，从而横型PNP晶体管I的电流放大率降低。
[0024]具体而言，横型PNP晶体管I的电流放大率根据外延层4内钨的扩散量而减少。另夕卜，图2表示横型PNP晶体管I发射极电流(Ie)在10 (ii A)时电流放大率的平均值⑴。
[0025]在不使钨在外延层4内扩散的情况下，横型PNP晶体管I的电流放大率的平均值(X)为273。另一方面，在使用浓度为0.1 (ppm)的钨的水溶液(参照图7的说明)的情况下，横型PNP晶体管I的电流放大率的平均值(X)为236。另外，在使用浓度为1.0(ppm)的钨的水溶液(参照图7的说明)的情况下，横型PNP晶体管I的电流放大率的平均值(X)为201。另外，在使用浓度为10.0(ppm)的钨的水溶液(参照图7的说明)的情况下，横型PNP晶体管I的电流放大率的平均值(X)为188。而在使用浓度为lO0.0(ppm)的钨的水溶液(参照图7的说明)的情况下，横型PNP晶体管I的电流放大率的平均值⑴为151。即，外延层4内的钨的扩散量越多，横型PNP晶体管I的电流放大率就越低。
[0026]另外，在衬底3上形成有各种半导体元件，但由于钨不对其它的半导体元件的元件特性造成影响，所以钨水溶液的浓度能够根据横型PNP晶体管I的电流放大率的特性决定。特别是既使在钨扩散到衬底3或扩散层4内的情况下，也不会使电阻率值增加，不会使横型PNP晶体管I以及其它半导体元件的接通电阻值增加。
[0027]另外，横型PNP晶体管I的电流放大率的标准离差率(O /X)根据外延层4内钨的扩散量而减少。
[0028]如上所述，横型PNP晶体管I中，通过利用和钨再结合的促进作用，能够减少空穴的寿命，降低电流放大率，得到期望的电流放大率。使用本发明的钨比现有技术中采用钥更易促进空穴和电子的结合。此时，由于不提高N型外延层4的杂质浓度，所以能够防止横型PNP晶体管I耐压特性的恶化。另外，由于不用扩大横型PNP晶体管I的基极宽度(发射极-集电极区域间的间距)就能降低电流放大率，所以能够防止横型PNP晶体管I的器件尺寸的增大。
[0029]下面详细说明本发明一实施例的半导体装置的制造方法。
[0030]首先，如图2所示，准备P型单晶硅衬底3。将衬底3表面进行热氧化，在衬底3表面形成氧化硅膜31。以在N型埋入扩散层5、19的形成区域上形成开口部的形式有选择地去除氧化硅膜31。然后，使用氧化硅膜31作为掩模，用旋涂法将含N型杂质如锑(Sb)的液体源极32涂敷在衬底3的表面。然后，使锑(Sb)热扩散，形成N型埋入扩散层5、19。然后除去氧化硅膜31和液体源极32。
[0031]接着，如图3所示，在衬底3上沉积氧化硅膜33。然后在氧化硅膜33上形成光致抗蚀剂34。并且使用众所周知的光刻法技术在形成有P型埋入层35、36、37的区域上的光致抗蚀剂34上形成开口部。其后，在加速电压90?180(keV)、导入量0.5X1014?1.0X1016(/cm2)的条件下从衬底3的表面离子注入P型杂质例如硼。然后，除去光致抗蚀剂34，进行热扩散，形成P型埋入扩散层35、36、37。
[0032]接着，如图4所示，将衬底3配置在气相外延生长装置的接受器上，在衬底3上形成外延层。气相外延生长装置主要由气体供给系统、反应堆、排气系统、控制系统构成。在本实施例中，由于使用纵式反应堆，所以能够提高外延层的膜厚均匀性。通过在该外延层4的形成工序的热处理，对N型埋入扩散层5、19以及P型埋入扩散层35、36、37进行热扩散。[0033]接着，在外延层4上沉积氧化硅膜38。然后，在氧化硅膜38上形成光致抗蚀剂39。然后，使用众所周知的光刻法技术在形成有P型埋入层40、41、42的区域上的光致抗蚀剂39上形成开ロ部。其后，在加速电压90?180 (keV)、导入量0.5 X IO14?1.0X IO16 (/cm2)的条件下从外延层4的表面离子注入P型杂质例如硼。并且除去光致抗蚀剂39，形成P型埋入扩散层40、41、42。
[0034]接着，如图5所示，在氧化硅膜38上形成光致抗蚀剂43。然后，使用众所周知的光刻法技术在形成有N型埋入层20的区域上的光致抗蚀剂43上形成开ロ部。以光致抗蚀剂43为掩模，在加速电压90?110 (keV)、导入量1.0 X IO13?1.0 X IO15 (/cm2)的条件下从外延层4的表面离子注入N型杂质例如磷(P)。其后，除去氧化硅膜38以及光致抗蚀剂43，使磷(P)热扩散，形成N型扩散层20。
[0035]接着，如图6所示，使外延层4表面热氧化，在外延层4表面形成氧化硅膜44。以在P型扩散层7、8、9、21的形成区上形成开ロ部的方式选择性地除去氧化硅膜44。然后，通过洗净形成有外延层4的晶片，使从氧化硅膜44的开ロ部露出来的外延层4表面具有亲水性。
[0036]接着，用旋涂法涂敷含有钨的水溶液(用氨水溶化了三氧化钨的溶液)例如
10(ml)左右。并且，一边使晶片旋转一边使其表面干燥，之后，用旋涂法将含有P型杂质如硼的液体源极45涂敷在外延层4的表面。并且，通过使钨和硼同时热扩散，形成P型扩散层7、8、9、21。此时，在衬底3和外延层4上钨同时被热扩散。其后，去除氧化硅膜44和液体源极45。另外，只要至少使钨扩散到外延层4内即可。
[0037]接着，如图7所示，使用众所周知的光刻法技木，通过所期望的形成方法形成N型扩散层6、22。其后，在外延层4上沉积例如PSG膜等做绝缘层10。并且，使用众所周知的光刻法技术，例如通过使用了 CHF3+02系气体的干蚀刻在绝缘层10上形成接触孔11、12、13、14、23、24、25。在接触孔11、12、13、14、23、24、25上，有选择地形成铝合金例如Al-Si膜，以形成集电极15、17、28和发射极16、26以及基极18、27。
[0038]需要说明的是，在本实施例中，通过与形成P型扩散层7、8、9、21的エ序的公用エ序，对使钨扩散到衬底3和外延层4的情况进行了说明，但是并非仅局限于此种情況。例如，也可以是通过与在外延层4上形成隔离区域用的P型扩散层的エ序的公用エ序使钨扩散到衬底3和外延层4的情況。另外，本实施例中，虽然对用旋涂法涂敷含有钨的水溶液的情况进行了说明，但是，并非仅局限于此种情况。例如，也可以通过离子注入法、在含有钨的水溶液中浸溃处理晶片的方法，或者是使含有硼的液体源极45内含有钨化合物，使钨和硼共同扩散的方法，使钨扩散到衬底3和外延层4的情況。此外，在不超出本发明的宗g的范围内，本领域技术人员可以对本发明可以做出各种组合和变型。
【权利要求】
1.ー种具有环状集电极区域的晶体管，包括第一导电类型的衬底、作为基极区域使用的第二导电类型外延层、第二导电类型埋入扩散层、作为基极引出区域使用的第二导电类型扩散层、作为发射极区域使用的第一导电类型扩散层、作为集电极区域使用的第一导电类型扩散层，作为集电极区域的第一导电类型扩散层在作为发射极区域的第一导电区域扩散层的周围圆环状形成；其特征在于，在所述作为基极区域使用的第二导电类型外延层中扩散有钨。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述衬底为单晶衬底。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述衬底为单晶硅衬底。
4.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述晶体管还包括形成在基极区域上的绝缘层。
5.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述绝缘层为PGS膜。
6.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述晶体管还包括集电极、发射极和基极。
7.如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述集电扱、发射极和基极用铝合金形成。
8.如权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，所述集电扱、发射极和基极用Al-Si形成。
【文档编号】H01L29/43GK103606553SQ201310503697
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】丛国芳 申请人:溧阳市东大技术转移中心有限公司