专利名称：采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向npn管制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明是一种在双极型纵向NPN管制作工艺中采用磷埋及深磷埋技术的工艺方法，属于半导体制作技术领域。
背景技术：
随着国际半导体技术的发展以及原材料成本不断上涨，各国对于集成电路领域的竞争越来越激烈，对功放类集成电路的技术要求也越来越高，总是希望能在尽可能小的芯片上输出尽可能大的功率。而芯片输出功率的大小与整个电路的输出级息息相关。为此，功放类集成电路的输出级设计就显的尤为关键。目前，市场上功放电路使用较多的输出级结构如图1所示，图中NPN型管T1与NPN型管T2构成互补形式输出。当输入信号为正半周时，T1管导通，T2管截止，输出管饱和压降取决于T1管饱和压降；当输入信号为负半周时，T1管截止，T2管导通，输出管饱和压降取决于T2管饱和压降。众所周知，电路饱和压降越小，输出功率越大。由此可见，以上电路的输出功率主要受制于T1管和T2管饱和压降。T1管和T2管为NPN管，其饱和压降主要由集电极串联电阻决定，串联电阻越小，相同电流下饱和压降也就越小(电压降＝电流*电阻)。为此，要提高电路的输出功率，必须采取措施尽可能的减小NPN管集电极串联电阻。
目前国外及国内减小NPN管集电极串联电阻的有效措施是采用锑埋层及加入深磷扩散工艺。事实证明，这样能有效减小集电极串联电阻，提高输出功率。但是因锑扩散系数较小，导致锑埋层自身电阻以及基区和锑埋之间电阻较大；并且深磷扩散至较深时，其体积与浓度均较小，因此与埋层接触处电阻较大。NPN管集电极串联电阻中的以上电阻不能进一步减小，就限制了NPN管饱和压降进一步减小，从而影响了功放类电路输出功率的进一步提高。
常规双极NPN管采用锑埋层及深磷扩散，工艺流程如图2所示，在这个工艺平台下，最终形成的NPN管纵向结构如图4所示，其基本单管参数如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝55～60V，BVebo＝7～8V
发明内容
技术问题本发明的目的是为了减小NPN管饱和压降，提高电路输出功率。采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺，即在制作NPN管的双极工艺中采用磷埋层及深磷埋技术。
技术方案从芯片面积上来说，采用磷埋及深磷埋技术与常规采用锑埋技术芯片面积大小相同，不需额外增加芯片面积，仅工艺过程有所不同。
我司采用磷埋及深磷埋工艺制作NPN管的材料片为P型<111>晶向，电阻率为10～20Ω·cm，工艺流程如图4所示，工艺步骤如下 a.投料采用P型基片，晶向为<111>， b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度
c.磷埋光刻、腐蚀 在纵向NPN管N埋部位刻出光刻窗口， d.磷埋注入注入部位为纵向NPN管N埋区，注入能量50KeV～ 120KeV，注入剂量8E14～1.2E15，杂质为磷， e.磷埋退火退火温度为1050℃～1200℃，先通280～320分钟氮气， 再通110～130分钟氧气， f.硼埋光刻、注入 注入部位为隔离槽区，注入能量50KeV～100KeV， 注入剂量2E14～1E15，杂质为硼， g.深磷埋光刻、注入注入部位为纵向NPN管集电区，注入能量50KeV～ 120KeV，注入剂量1E15～4E15，杂质为磷， h.深磷埋退火 退火温度1050℃～1200℃，通入55～65分钟氮气， i.外延在纵向NPN管集电区部位外延，厚度5～10微米， 电阻率2～4Ω·CM， j.深磷扩散扩散部位为NPN管集电区，深磷预扩1000℃～1100℃， 先通4～6分钟氮气和氧气，接着通35～45分钟磷源，最后 通4～6分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100℃～1200℃，先 通4～6分钟氧气，接着通65～75分钟氢气和氧气，最后通 4～6分钟氧气， k.隔离扩散扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋对通，隔离预扩为600 ℃～900℃，先通8～12分钟氮气和氧气，接着通22～28 分钟硼源，最后通8～12分钟氮气和氧气；隔离再扩为1100 ℃～1200℃，通入8～12分钟氮气和氧气， l.P-、基区注入注入部位为P-电阻区、基区电阻区及NPN管基区，P-注入 能量50KeV～100KeV，剂量为1E13～3E13，杂质为硼； 基区注入能量50KeV～100KeV，剂量为2E14～4E14，杂 质为硼， m.P+注入 注入部位为横向PNP管发射区，集电区，注入能量为50KeV～ 100KeV，剂量为8E14～2E15，杂质为硼， n.P+退火 退火温度1050℃～1200℃，通入25～35分钟氮气， o.发射区扩散 扩散部位为NPN管集电极欧姆接触区及发射区，发射区予 扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氮气和氧气，接着通 12～18分钟磷源，最后通4～6分钟氮气和氧气；发射区再 扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氧气，接着通25～35 分钟氢气和氧气，最后通4～6分钟氧气， p.接触孔光刻、腐蚀采用干法加湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态， q.一铝溅射在基片表面上溅射0.8～1.2微米铝硅， r.介质淀积在基片表面上淀积10000～20000埃氮化硅， s.通孔光刻、刻蚀 刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域， t.二铝溅射溅射1.2～2微米铝硅，采用厚铝，为提高电路能力， u.压点光刻、刻蚀 刻出芯片压点区域。
在这个工艺平台下，最终形成的NPN管纵向结构如图5所示，基本单管参数如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝50～60V，BVebo＝7～8V。
有益效果通过比较(图4)和(图5)，我们可以发现(一)在常规采用锑埋技术的双极工艺中，因锑扩散系数较小，导致锑埋层自身体积较小，从而电阻较大；同时由于锑埋层上翻少，导致NPN管基区与埋层之间距离偏大，电阻较大。而采用磷埋技术后，因磷扩散系数较大，因此磷埋层体积较大，电阻较小；同时由于磷上翻较多，因此NPN管基区与埋层之间距离减小，电阻较小。(二)常规双极工艺中，由于深磷扩散至较深时，其体积与浓度均较小，因此与埋层接触处电阻较大；而采用深磷埋技术后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的补偿深磷扩散较深时的浓度与体积，从而消除了深磷与埋层接触处电阻偏大的瓶颈问题。
由以上我们可以得出结论，采用磷埋及深磷埋技术后，可以很好的改善常规工艺中制约双极NPN管集电极串联电阻进一步减小的因素。因此采用磷埋及深磷埋技术的NPN管，其饱和压降肯定优于采用锑埋技术的NPN管。
通过实验，比较了采用磷埋及深磷埋工艺制作的纵向NPN管与采用常规锑埋工艺制作的纵向NPN管，发现在相同的纵向NPN管面积下，磷埋及深磷埋工艺比锑埋工艺管子饱和压降减少约30％。数据如下纵向NPN管面积均为734*862μm2，采用常规锑埋工艺，其饱和压降为0.29V/Ic＝100mA；采用磷埋及深磷埋工艺，其饱和压降为0.21V/Ic＝100mA。因此，达到相同的饱和压降，采用磷埋及深磷埋技术的双极工艺制作的纵向NPN管，其面积可比采用锑埋技术缩小约30％，这在半导体集成电路产品成本压力日益增大的今天，无疑将产生极大的竞争力，从而有利于推动国际功放类集成电路不断向更高要求发展。
图1是常用功放电路输出级结构。
图2是常规锑埋技术双极工艺流程。
图3是采用磷埋及深磷埋技术双极工艺流程。
图4是常规锑埋技术双极工艺制作的NPN管纵向结构图。
图5是采用磷埋及深磷埋技术双极工艺制作的NPN管纵向结构图。
具体实施例方式 采用磷埋及深磷埋技术的双极工艺具体实施方式
如下 1.投料P型，晶向<111>， 2.氧化厚度
3.磷埋光刻、腐蚀；刻出纵向NPN管N埋区域窗口， 4.磷埋注入注入能量80KeV，注入剂量1E15；杂质为磷，将NPN管N埋区域注入磷， 5.磷埋退火退火条件为1200℃300分钟N2+120分钟O2， 6.硼埋光刻、注入注入区域为隔离槽区域，注入能量80KeV，注入剂量5E14，杂质为硼， 7.深磷埋光刻、注入注入区域为深磷区域，注入能量100KeV，注入剂量2E15，杂质为磷，其目的是与深磷对接， 8.深磷埋退火退火条件1200℃60分钟N2， 9.外延N型外延，厚度9μm，电阻率2.5Ω·CM， 10.深磷扩散深磷予扩为1050℃5分钟N2/O2+40分钟磷源+5分钟N2/O2，深磷再扩为1100℃5分钟O2+70分钟H2/O2+5分钟O2，扩散区域为NPN管集电区， 11.隔离扩散隔离予扩为800℃10分钟N2/O2+25分钟硼源+10分钟N2/O2，隔离再扩为1200℃10分钟N2/O2，扩散区域为隔离槽，目的是与硼埋对通。
12.P-、基区注入注入区域为P-电阻区、基区电阻区及NPN管基区。P-注入能量为60KeV，剂量为2E13，杂质为硼；基区注入能量为60KeV，剂量为2.6E14，杂质为硼， 13.P+注入注入区域为横向PNP管发射区、集电区，注入能量为60KeV，剂量为8.0E14，杂质为硼， 14.P+退火退火条件1160℃30分钟N2， 15.发射区扩散发射区予扩为1000℃5分钟N2/O2+15分钟磷源+5分钟N2/O2，发射区再扩为900℃5分钟O2+30分钟H2/O2+5分钟O2，扩散区域为NPN管集电极欧姆接触区及发射区， 16.接触孔光刻、腐蚀采用干法+湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态 17.一铝溅射0.8μm Al-Si， 18.介质淀积
Si3N4， 19.通孔光刻、刻蚀刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域， 20.二铝溅射1.2μm Al-Si， 21.压点光刻，刻蚀刻出压点区域。
权利要求
1.一种采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺，其特征在于该工艺具体如下
a.投料采用P型基片，晶向为<111>，
b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度
c.磷埋光刻、腐蚀 在纵向NPN管N埋部位刻出光刻窗口，
d.磷埋注入注入部位为纵向NPN管N埋区，注入能量50KeV～
120KeV，注入剂量8E14～1.2E15，杂质为磷，
e.磷埋退火退火温度为1050℃～1200℃，先通280～320分钟氮气，
再通110～130分钟氧气，
f.硼埋光刻、注入 注入部位为隔离槽区，注入能量50KeV～100KeV，
注入剂量2E14～1E15，杂质为硼，
g.深磷埋光刻、注入注入部位为纵向NPN管集电区，注入能量50KeV～
120KeV，注入剂量1E15～4E15，杂质为磷，
h.深磷埋退火 退火温度1050℃～1200℃，通入55～65分钟氮气，
i.外延在纵向NPN管集电区部位外延，厚度5～10微米，
电阻率2～4Ω·CM，
j.深磷扩散扩散部位为NPN管集电区，深磷预扩1000℃～1100℃，
先通4～6分钟氮气和氧气，接着通35～45分钟磷源，最后
通4～6分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100℃～1200℃，先
通4～6分钟氧气，接着通65～75分钟氢气和氧气，最后通
4～6分钟氧气，
k.隔离扩散扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋对通，隔离预扩为600
℃～900℃，先通8～12分钟氮气和氧气，接着通22～28
分钟硼源，最后通8～12分钟氮气和氧气；隔离再扩为1100
℃～1200℃，通入8～12分钟氮气和氧气，
l.P-、基区注入注入部位为P-电阻区、基区电阻区及NPN管基区，P-注入
能量50KeV～100KeV，剂量为1E13～3E13，杂质为硼；
基区注入能量50KeV～100KeV，剂量为2E14～4E14，杂
质为硼，
m.P+注入 注入部位为横向PNP管发射区，集电区，注入能量为50KeV～
100KeV，剂量为8E14～2E15，杂质为硼，
n.P+退火 退火温度1050℃～1200℃，通入25～35分钟氮气，
o.发射区扩散 扩散部位为NPN管集电极欧姆接触区及发射区，发射区予
扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氮气和氧气，接着通
12～18分钟磷源，最后通4～6分钟氮气和氧气；发射区再
扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氧气，接着通25～35
分钟氢气和氧气，最后通4～6分钟氧气，
p.接触孔光刻、腐蚀采用干法加湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态，
q.一铝溅射在基片表面上溅射0.8～1.2微米铝硅，
r.介质淀积在基片表面上淀积10000～20000埃氮化硅，
s.通孔光刻、刻蚀 刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域，
t.二铝溅射溅射1.2～2微米铝硅，采用厚铝，为提高电路能力，
u.压点光刻、刻蚀 刻出芯片压点区域。
全文摘要
采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺是一种在双极型纵向NPN管制作工艺中采用磷埋及深磷埋技术的工艺方法，为了减小NPN管饱和压降，提高电路输出功率。采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺，即在制作NPN管的双极工艺中采用磷埋层及深磷埋技术。采用磷埋及深磷埋技术与常规采用锑埋技术芯片面积大小相同，不需额外增加芯片面积，仅工艺过程有所不同。采用磷埋及深磷埋工艺制作NPN管的材料片为P型晶向，电阻率为10～20Ω·cm，而采用深磷埋技术后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的补偿深磷扩散较深时的浓度与体积，从而消除了深磷与埋层接触处电阻偏大的瓶颈问题。
文档编号H01L21/8222GK101276784SQ200810025559
公开日2008年10月1日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者卡 苏, 邓晓军, 卜惠琴 申请人:无锡友达电子有限公司