专利名称：采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向pnp管制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向PNP管制作工艺，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，对集成电路的性能技术要求也越来越高，总是希望能在尽可能小的芯片上做出性能优良且功耗较小的电路。在集成电路中，所有器件共用一个电衬底，通常用反偏PN结隔离双极器件，因而存在一些潜在的寄生效应。同时，在单一外延区域集成一个以上器件，也产生了更可能的寄生效应。这些寄生效应大多数是以不希望的PNP或NPN晶体管出现，电路并不能从这些寄生元器件中获益。相反，当这些寄生元器件在电路正常工作或有外部脉冲导通时，就产生了额外的电流和功率损耗。如果这些电流很小，那么电路对其存在相对来说不太敏感，这些漏电流只能产生轻微的参数漂移。如果电流很大，形成闩锁结构(如图1所示)，会使电路无法正常工作，即使去除触发条件后也不行，只有在中断电源的情况下才能恢复正常工作。甚至闩锁将由于过量功耗及产生的过热引起集成电路的物理损坏，使电路永久失效。因此，寄生PNP或寄生NPN管的存在，不但使功率额外损耗，造成资源浪费，更有可能影响电路的正常使用，甚至彻底损坏电路。目前国内外减小横向PNP管中寄生PNP效应的有效措施是采用锑埋层及加入深磷扩散工艺。事实证明，这样能有效减小横向PNP管与衬底和隔离槽之间的寄生PNP效应。但是因锑扩散系数较小，导致锑埋层自身宽度较小；并且深磷扩散至较深时，其体积与浓度均较小，因此与锑埋层接触处较窄。以上两个瓶颈因素的存在，就限制了寄生PNP效应进一步减小，从而可能影响电路的性能及使 用。常规双极横向PNP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，最终形成的横向PNP管结构如图4所示，其基本单管参数如下:β =30^50/Ic=0.25mA, BVceo=20^25V, BVcbo=40 45V，BVebo=50 65V。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种为了减小横向PNP管中的寄生PNP效应，提高电路使用效率及可靠性。采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极型横向PNP管制作工艺，即在制作横向PNP管的双极工艺中采用磷埋层及浓磷埋层技术。本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:从芯片面积上来说，采用磷埋层及浓磷埋层技术与常规采用锑埋层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。我司采用磷埋层及浓磷埋层工艺制作横向PNP管的材料片为P型〈100〉晶向，电阻率为15 25 Ω.cm，工艺流程如图3所示，该工艺步骤如下:
1)投料:采用P型基片，晶向为〈100〉；
2)氧化:在基片表面氧化，氧化层厚度为7000A 8000 A ；
3)磷埋层光刻、注入:在横向PNP管埋层区部位注入磷，注入能量80KeV IOOKeV,注入剂量6E14 8E14 Atoms/cm2,杂质为磷；
4)磷埋层退火:退火温度为110(TC 1200°C，先通300 320分钟氮气，再通90 110分钟氧气；
5)硼埋层光刻、注入:在横向PNP管硼埋区部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入剂量2E14 4E14 Atoms/cm2，杂质为硼；
6)浓磷埋层光刻、注入:在横向PNP管基区部位注入浓磷，注入能量80KeV IOOKeV，注入剂量2E15 3E15 Atoms/cm2，杂质为磷；
7)浓磷埋层退火:退火温度1100°C 1150°C，通入80 100分钟氮气；
8)N型外延:在横向PNP管基区部位外延，厚度7 9微米，电阻率I 3Ω.cm；
9)深磷扩散:扩散部位为PNP管基区，深磷预扩1050°C 1080°C，先通3 5分钟氮气和氧气，接着通15 25分钟磷源，最后通46分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100°C 1150°C,先通3 5分钟氧气,接着通70 80分钟氢气和氧气,最后通4 6分钟氧气；
10)隔离扩散:扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋层对通，隔离预扩为800°C 950°C，先通5 8分钟氮气和氧气，接着通15 20分钟硼源，最后通8 12分钟氮气和氧气，隔离再扩为1150°C 1200°C，通入10 12分钟氮气和氧气；
11)基区注入:注入部位为基区、电阻区，基区注入能量为50KeV 80KeV，剂量为5E14 8E14 Atoms/cm2,杂质为砸；
12)浓硼注入: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 Atoms/cm2,杂质为硼；
13)基区退火:退火温度1050°C 1100°C，通入40 60分钟氮气，
14)N+扩散:扩散部位为横向PNP管基极欧姆接触区，N+予扩为850°C 950°C，先通3 5分钟氮气和氧气,接着通9 15分钟磷源,最后通4 6分钟氮气和氧气；N+再扩为1000°C 1150°C，先通3 5分钟氧气，接着通30 50分钟氢气和氧气，最后通4 6分钟氧气；
15)接触孔光刻、腐蚀:采用湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态；
16)一铝溅射:在基片表面上溅射1.5 2.5微米铝硅铜；
17)介质淀积:在基片表面上淀积18000 22000埃氮化硅；
18)通孔光刻、刻蚀:刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域，
19)二铝溅射:溅射2.0 3.5微米铝硅铜，采用厚铝；
20)压点光刻、刻蚀:刻出芯片压点区域。本发明的有益效果: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，使横向PNP管与衬底形成的寄生PNP基区宽度较窄，更多的空穴可以越过基区，被衬底收集，从而使寄生PNP β较大。而采用磷埋层技术后，因磷扩散系数较大，因此磷埋层体积较大，从而寄生PNP基区较宽，可以复合更多的渡越空穴，使跑到衬底的空穴较少，进而使寄生ΡΝΡβ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，因此与埋层接触处浓度较淡，且接触处面积很小，这样就会有更多的空穴越过深磷与埋层交接处，被隔离槽收集，因而使横向PNP管与隔离槽形成的寄生PNP β较大。而采用浓磷埋层技术后，由于浓磷埋层的向上翻作用，可以很好的补偿深磷扩散较深时的浓度与体积，使深磷上下对接处的浓度及面积均足够大，从而可以阻止较多空穴穿透深磷到达隔离槽，因而减小了寄生ΡΝΡβ。由以上我们可以得出结论，采用磷埋层及浓磷埋层技术后，可以很好的减小常规工艺中P型区与衬底及隔离之间的寄生PNP β。通过实验，比较了采用磷埋层及浓磷埋层工艺制作的横向PNP管与采用常规锑 埋层工艺制作的横向PNP管，发现在相同的横向PNP管面积下，磷埋层及浓磷埋层工艺
比锑埋层工艺寄生ΡΝΡβ减少约35%。数据如下:横向PNP管面积均为125*187μπι2，采用常规锑埋层工艺，浓硼发射区与隔离衬底之间的寄生PNP β为26/Ic=0.25mA ;采用磷埋层及浓磷埋层工艺，其寄生PNP β为17/Ic=0.25mA。因此，在相同的寄生PNP β下，采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极工艺制作的横向PNP管，其面积可比采用锑埋层技术缩小约35%。这将极大的降低微电子产品设计及流片成本，提高产品的市场竞争力及占有率，从而推动国际集成电路不断向更高品质及更低碳环保方向发展。
图1是寄生PNP与寄生NPN形成的闩锁结构；
图2是常规锑埋层技术双极工艺流程；
图3是采用磷埋层及浓磷埋层技术双极工艺流程；
图4是常规锑埋层技术双极工艺制作的横向PNP管结构 图5是采用磷埋层及浓磷埋层技术双极工艺制作的横向PNP管结构图。
具体实施例方式从芯片面积上来说，采用磷埋层及浓磷埋层技术与常规采用锑埋层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。我司采用磷埋层及浓磷埋层工艺制作横向PNP管的材料片为P型〈100〉晶向，电阻率为15 25 Ω.cm，工艺流程如图3所示，该工艺步骤如下:
1)投料:采用P型基片，晶向为〈100〉；
2)氧化:在基片表面氧化，氧化层厚度为7000A 8000 A ；
3)磷埋层光刻、注入:在横向PNP管埋层区部位注入磷，注入能量80KeV IOOKeV,注入剂量6E14 8E14 Atoms/cm2,杂质为磷；
4)磷埋层退火:退火温度为110(TC 1200°C，先通300 320分钟氮气，再通90 110分钟氧气；
5)硼埋层光刻、注入:在横向PNP管硼埋区部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入剂量2E14 4E14 Atoms/cm2，杂质为硼；
6)浓磷埋层光刻、注入:在横向PNP管基区部位注入浓磷，注入能量80KeV IOOKeV，注入剂量2E15 3E15 Atoms/cm2，杂质为磷；
7)浓磷埋层退火:退火温度1100°C 1150°C，通入80 100分钟氮气； 8)N型外延:在横向PNP管基区部位外延，厚度7 9微米，电阻率I 3Ω.cm；
9)深磷扩散:扩散部位为PNP管基区，深磷预扩1050°C 1080°C，先通3 5分钟氮气和氧气，接着通15 25分钟磷源，最后通46分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100°C 1150°C,先通3 5分钟氧气,接着通70 80分钟氢气和氧气,最后通4 6分钟氧气；
10)隔离扩散:扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋层对通，隔离预扩为800°C 950°C，先通5 8分钟氮气和氧气，接着通15 20分钟硼源，最后通8 12分钟氮气和氧气，隔离再扩为1150°C 1200°C，通入10 12分钟氮气和氧气；
11)基区注入:注入部位为基区、电阻区，基区注入能量为50KeV 80KeV，剂量为5E14 8E14 Atoms/cm2,杂质为砸；
12)浓硼注入: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 Atoms/cm2,杂质为硼；
13)基区退火:退火温度1050°C 1100°C，通入40 60分钟氮气，
14)N+扩散:扩散部位为横向PNP管基极欧姆接触区，N+予扩为850°C 950°C，先通3 5分钟氮气和氧气,接着通9 15分钟磷源,最后通4 6分钟氮气和氧气；N+再扩为1000°C 1150°C，先通3 5分钟氧气，接着通30 50分钟氢气和氧气，最后通4 6分钟氧气；
15)接触孔光刻、腐蚀:采用湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态；
16)一铝溅射:在基片表面上溅射1.5 2.5微米铝硅铜；
17)介质淀积:在基片表面上淀积18000 22000埃氮化硅；
18)通孔光刻、刻蚀:刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域，
19)二铝溅射:溅射2.0 3.5微米铝硅铜，采用厚铝，为提高电路能力；
20)压点光刻、刻蚀:刻出芯片压点区域。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向PNP管制作工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤: 1)投料:采用P型基片，晶向为〈100〉； 2)氧化:在基片表面氧化，氧化层厚度为7000 A 8000 A ； 3)磷埋层光刻、注入:在横向PNP管埋层区部位注入磷，注入能量80 KeV IOOKeV,注入剂量6E14 8E14 Atoms/cm2，杂质为磷； 4)磷埋层退火:退火温度为1100°C 1200°C，先通300 320分钟氮气，再通90 110分钟氧气； 5)硼埋层光刻、注入:在横向PNP管硼埋区部位注入硼，注入能量80KeV IOOKeV，注入剂量2E14 4E14 Atoms/cm2，杂质为硼； 6)浓磷埋层光刻、注入:在横向PNP管基区部位注入浓磷，注入能量80 KeV IOOKeV，注入剂量2E15 3E15 Atoms/cm2，杂质为磷； 7)浓磷埋层退火:退火温度1100°C 1150°C，通入80 100分钟氮气； 8)N型外延:在横向PNP管基区部位外延，厚度7 9微米，电阻率I 3Ω.cm ； 9)深磷扩散:扩散部位为PNP管基区，深磷预扩1050°C 1080°C，先通3 5分钟氮气和氧气,接着通15 25分钟磷源,最后通46分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100°C 1150°C，先通3 5分钟氧气，接着通70 80分钟氢气和氧气，最后通4 6分钟氧气； 10)隔离扩散:扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋层对通，隔离预扩为800°C 950°C，先通5 8分钟氮气和氧气，接着通15 20分钟硼源，最后通8 12分钟氮气和氧气，隔离再扩为1150°C 1200°C，通入10 12分钟氮气和氧气； 11)基区注入:注入部位为基区、电阻区，基区注入能量为50KeV 80 KeV，剂量为5E14 8E14 Atoms/cm2，杂质为硼； 12)浓硼注入: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 Atoms/cm2，杂质为硼； 13)基区退火:退火温度1050°C 1100°C，通入40 60分钟氮气， 14)N+扩散:扩散部位为横向PNP管基极欧姆接触区，N+予扩为850°C 950°C,先通3 5分钟氮气和氧气,接着通9 15分钟磷源,最后通4 6分钟氮气和氧气；N+再扩为1000°C 1150°C，先通3 5分钟氧气，接着通30 50分钟氢气和氧气，最后通4 6分钟氧气； 15)接触孔光刻、腐蚀:采用湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态； 16)一铝溅射:在基片表面上溅射1.5 2.5微米铝硅铜； 17)介质淀积:在基片表面上淀积18000 22000埃氮化硅； 18)通孔光刻、刻蚀:刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域， 19)二铝溅射:溅射2.0 3.5微米铝硅铜，采用厚铝； 20)压点光刻、刻蚀:刻出芯片压点区域。
全文摘要
本发明公布了一种采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向PNP管制作工艺，包括如下步骤，投料、氧化、磷埋层光刻、注入、磷埋层退火、硼埋层光刻、注入、浓磷埋层光刻、注入、浓磷埋层退火、N型外延、深磷扩散、隔离扩散、基区注入、浓硼注入、基区退火、N+扩散、接触孔光刻、腐蚀、一铝溅射、介质淀积、通孔光刻、刻蚀、二铝溅射、压点光刻、刻蚀。采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极工艺制作的横向PNP管，其面积可比采用锑埋层技术缩小约35%。这将极大的降低微电子产品设计及流片成本，提高产品的市场竞争力及占有率，从而推动国际集成电路不断向更高品质及更低碳环保方向发展。
文档编号H01L21/331GK103094104SQ20121053564
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者朱伟民, 邓晓军, 沈健雄 申请人:无锡友达电子有限公司