Bicmos集成电路中双极器件的制造方法
【专利摘要】本发明公开了BICMOS集成电路中双极器件的制造方法，包括：在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区；在基区上形成场氧化层及多晶硅栅极；在环形多晶硅栅极的中间区域及外围区域内进行发射区及集电区的制造，在发射区、集电区及基极区的上层制造金属外引线层。从而，本发明解决了现有BICMOS集成电路产品抗辐照及加固特性低的问题。实现了对寄生双极管放大倍数的调节；同时，通过对栅氧的特殊工艺处理，增强寄生双极器件的抗辐照特性。
【专利说明】BI CMOS集成电路中双极器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体应用及制造领域，尤其涉及BICMOS集成电路中双极器件的制
造方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路工艺水平的飞速发展，更多种类的器件可以集成到同一个硅衬底上满足电路设计的需求。典型的是BICMOS (双极和互补型金属-氧化物-半导体混合)工艺，它实现了集成电路中两个主要器件MOS和BIPOLAR同步实现在一个单片上。考虑到空间技术在电子系统中的应用，集成电路的抗辐照工艺成为制约电子元器件发展的瓶颈。由于MOS器件和双极器件的辐照损伤机理不同，目前，商业工艺线提供的BICMOS工艺无法保证电路的抗电离辐照特性。部分国内研究所公开的抗辐照BICMOS工艺，流程复杂，至少需要15块掩膜版，更特殊的情况使用的掩膜版高达30块，增加生产成本，延长制造周期。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术中存在的情况，本发明解决了现有BICMOS集成电路产品抗辐照及加固特性低的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种BICMOS集成电路中双极器件的制造方法，包括:在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区；在所述基区上进行场区氧化，形成场氧化层；在所述P型阱的场氧层上制造环形多晶硅栅极；在所述环形多晶硅栅极的中间区域及外围区域内同时进行N+注入区光刻，在该N+注入区内注入磷，在所述中间区域形成发射区，在所述外围形成集电区；在所述P型外延的场氧层上方的边缘区域中，进行P+注入区光刻，在该P+注入区内注入硼，形成基极区；在所述发射区、集电区及基极区的上层制造金属外引线层。
[0004]优选地，所述在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区的步骤包括:对N型单晶硅表面进行RCA标准清洗后，进行一次氧化；在氧化表面，施加环形N阱掩膜版，进行N阱光刻；N阱光刻后，进行湿法腐蚀获得N阱，在该N阱中注入磷，形成N型阱的基区；施加P阱掩膜版，进行P阱光刻，所述P阱掩膜板的P阱开窗位于环形N外延基区的中部；P阱光刻后，进行湿法腐蚀获得N阱，在该N阱中注入硼形成P型阱的基区。
[0005]优选地，包括:所述一次氧化厚度为130nm ;所述磷的注入量为5X 1012/cm2、所述硼的注入量为3X1013/cm2。
[0006]优选地，所述在所述基区上进行场区氧化，形成场氧化层的步骤包括:在所述基区上进行预氧化后，淀积氮化硅；在氮化硅表面，施加有源区掩膜版，进行掩膜光刻，所述有源区掩膜板的开窗位于P型外延的中部；在有源区光刻后，进行湿法腐蚀，注入硼；进行场区氧化，形成场氧化层。
[0007]优选地，包括:所述预氧化的厚度为50nm、所述氮化硅的厚度为170nm ;所述硼的注入量为IXlO1Vcm2 ;所述形成氧化层厚度为:650nm。
[0008]优选地，所述在场氧层上制造环形多晶硅栅极的步骤包括:在所述P型外延的场氧层上注入硼；进行栅氧化加固处理后淀积多晶；施加环形多晶硅掩膜版，进行多晶硅光亥IJ，形成环形多晶硅栅极。
[0009]优选地，所述硼的注入量为5 X IO1Vcm2 ;所述栅氧化厚度为20nm、多晶硅厚度为400nmo
[0010]优选地，所述在N+注入区内注入磷的步骤包括:利用多晶硅自对准工艺，以5 X IO1Vcm2注入剂量，在N+注入区内注入磷。
[0011]优选地，在所述N+注入区内注入磷的步骤后还包括:根据所述多晶硅栅宽度，对所述发射区及集电区进行退火处理。
[0012]优选地，集电区及基极区的上层制造金属外引线层的步骤包括:淀积二氧化硅，淀积厚度为900nm ;在二氧化娃表面施加孔光刻掩膜版,进行孔光刻,该孔光刻掩膜版的开窗区域为发射区、集电区及基极区所对应的区域；干法腐蚀二氧化硅；表面溅射金属；施加布线金属掩膜版，进行干法腐蚀金属，形成布线。
[0013]通过上述技术方案，本发明具有以下优点:通过横向PN结构、利用多晶硅栅自对准技术，控制发射区面积，再加上控制发射区及集电区的退火条件，实现对寄生双极管放大倍数的调节；同时，通过对栅氧的特殊工艺处理，增强寄生双极器件的抗辐照特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明BICMOS集成电路的制造方法在一种实施方式中的流程示意图；
[0015]图2?图6为本发明BICMOS集成电路的制造方法在一种实施方式中的工艺流程图；
[0016]图7为本发明BICMOS集成电路的制造方法在一种实施方式中的寄生双极器件的掩膜版拓扑结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0018]如图1本发明BICMOS集成电路中双极器件的制造方法在一种实施方式中的流程示意图所示，本发明BICMOS集成电路芯片制造的方法包括:
[0019]S101，在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区。如图2所示，首先，对N型单晶硅硅片10的上表面进行RCA标准清洗后，进行一次氧化，一次氧化厚度为130nm。将氧化后的N型单晶硅硅片10装配于水平加工台上，使N型单晶硅硅片10处于水平放置位置。在该硅片的氧化表面上部，施加环形N型阱掩膜版，通过光刻机，进行N型阱光刻。在N型阱光刻完成后，进行湿法腐蚀获得N型阱凹槽，通过离子注入机在该N型阱凹槽中注入磷，注入量为5 X IO1Vcm2,形成N型阱20的基区。之后，在所形成的N型阱20基区的中部，施加P型阱30的掩膜版(P型阱30掩膜板的P型阱开窗位于环形N型阱中部)，进行P型阱30光亥IJ，光刻后，进行湿法腐蚀获得P型阱凹槽，通过离子注入机在该P型阱凹槽中，以3 X IO13/cm2为注入量注入硼，形成P型阱30的基区。
[0020]S102，在基区上进行场区氧化，形成场氧化层。如图3所示，在步骤SlOl中所形成的P型阱及N型阱的基区上进行预氧化后，淀积氮化硅，其中，预氧化厚度为50nm、氮化硅的厚度为170nm。在氮化硅表面，施加有源区掩膜版，进行掩膜光刻，其中，有源区掩膜板的开窗位于P型外延的中部。通过光刻机，在有源区光刻后，进行湿法腐蚀，形成有源区凹槽，通过离子注入机在有源区凹槽中，以IXlO1Vcm2为注入量注入硼，形成表面氧化隔离层即场氧化层40，从而使有源区更为平整。最后，进行场区氧化，形成场氧化层40，该氧化层厚度为:650nm。
[0021]S103，在所述P型阱的场氧层上制造环形多晶硅栅极。如图4所示，在场氧层40上通过离子注入机，以5X IO1Vcm2为注入量，注入硼。在注入后，在此区域内进行栅氧化的加固处理、淀积多晶，其中，栅氧化厚度为20nm、多晶硅厚度为400nm。在硅片的多晶硅上层，施加环形多晶硅掩膜版，通过光刻机，进行多晶硅光刻，腐蚀多晶硅，形成环形多晶硅栅极50。
[0022]S104，横向NPN管集电区N+及发射区N+光刻。如图5所示，在环形多晶硅栅极的中间区域及外围区域内(P型外延的场氧层上)，依次施加发射区N+70掩膜版、集电区N+60掩膜版，通过光刻机，依次进行发射区N+70及集电区N+60进行光刻，进行湿法腐蚀，形成集电区N+凹槽及发射区N+凹槽。在此步骤中，还可在N型外延的场氧层上，施加保护区掩膜版，通过光刻机，进行保护区N+80的光刻，获得保护区凹槽。在上述光刻结束后，利用多晶硅自对准工艺，通过离子注入机以5X IO1Vcm2注入剂量，在上述集电区N+凹槽、发射区N+凹槽和/或保护区N+凹槽内注入磷，形成集电区N+60、发射区N+70或保护区N+80。
[0023]在上述工艺的实现过程中，覆盖的发射区N+70及集电区N+60之间的基区氧化层由栅氧制备，因此，有效地降低了电离辐照下基区氧化层的正电荷累积含量，从而有效降低了基区表面反型产生的漏电流。在环形多晶硅栅极50的氧化层减薄到一定程度后，氧化层的抗击穿性能又成为限制因素。为了处理好栅介质的抗辐照和抗击穿性能，可选择合适的栅介质的材料，如氮化物，配合复合栅介质层工艺技术，制备栅氧，栅氧化后的工艺中温度不超过栅氧化温度以保证栅介质的稳定性。该步骤能够明显改善栅氧介质质量，提高器件的抗福射能力。
[0024]在此步骤后，为获得更为准确的放大倍数，在上述集电区N+60及发射区N+70形成后，测试多晶硅栅宽度，根据测试结果进行发射区N+70及集电区N+60退火，从而使集电区N+60及发射区N+70之间的基区的宽度得到了调整，因此，达到了控制放大倍数的目的。发射区N+70及集电区N+60的退火条件:950°C (随工艺条件的变化调节)，60分钟(随工艺条件的变化调节)，氮气环境或氮气笼罩，控制寄生双极管β值。以该工艺为例，多晶硅栅宽度为3微米，若采取920°C，30分钟，β值为14 ;若采取950°C，30分钟，β值为25 ;若采取950°C，60分钟，β值为35。随着退火温度及退火时间的增加，基区宽度减小，β值增加，可以实现由光刻、腐蚀造成的寄生双极管多晶硅栅宽度偏差的调整。但选择条件时要注意退火温度不能高于栅氧温度。在设计过程中确定寄生双极管的基区宽度值后，退火条件是实现横向NPN管放大倍数控制的主要条件。多晶硅栅光刻、腐蚀过程中会造成基区宽度的差异，根据实际工艺情况可以改变退火温度及退火时间，达到β值的精确控制，满足BICMOS结构电路设计中对双极器件放大倍数的需求。
[0025]S105,形成基极区。如图6所示，在P型阱的场氧层上方的边缘区域中(即集电区N+60的外围)，施加基极区P+掩膜版，进行基极区P+光刻，掩盖除基极区及PMOS管的P+区以外的区域，进行湿法腐蚀，得到基极区凹槽。通过离子注入机在基极区凹槽内，以5X IO12/cm2为注入量注入硼，形成基极区P+90。[0026]S106，在发射区N+70、集电区N+60及基极区P+90的上层制造金属外引线层。在上表面淀积二氧化硅，淀积厚度为900nm。使用孔光刻掩膜版，掩盖除引线孔以外的区域(即掩盖发射区N+70、集电区N+60及基极区所在区域)，进行孔光刻。在光刻后干法腐蚀二氧化娃，在二氧化娃表面施加孔光刻掩膜版，进行孔光刻，该孔光刻掩膜版的开窗区域为发射区N+70、集电区N+60及基极区所对应的区域。在进行孔光刻后，其发射区N+70、集电区N+60及基极区部分外露于表面。在表面溅射金属，溅射金属厚度为1.2um。根据布线，施加金属掩膜版，掩盖金属布线区域，进行金属光刻后干法腐蚀金属，在表面形成金色布线。之后在上层淀积钝化层，钝化厚度lOOOnm。使用焊窗掩膜版，掩盖除焊窗以外的区域，进行焊窗光亥IJ，之后干法腐蚀钝化层。如图7，寄生双极器件的掩膜版拓扑结构采用圆形，与传统的方形相比，具有更好的单位条长的电流密度，同时，作为抗辐照加固MOS工艺的寄生器件，这种拓扑结构能够有效地消除“鸟嘴效应”，保证寄生双极的电离辐照特性。
[0027]以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。
【权利要求】
1.BICMOS集成电路中双极器件的制造方法，包括: 在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区； 在所述基区上进行场区氧化，形成场氧化层； 在所述P型阱的场氧层上制造环形多晶硅栅极； 在所述环形多晶硅栅极的中间区域及外围区域内同时进行N+注入区光刻，在该N+注入区内注入磷，在所述中间区域形成发射区，在所述外围形成集电区； 在所述P型外延的场氧层上方的边缘区域中，进行P+注入区光刻，在该P+注入区内注入硼，形成基极区； 在所述发射区、集电区及基极区的上层制造金属外引线层。
2.如权利要求1所述的制造方法，所述在N衬底上形成包括P型阱及N型阱的基区的步骤包括: 对N型单晶硅表面进行RCA标准清洗后，进行一次氧化； 在氧化表面，施加环形N阱掩膜版，进行N阱光刻； N阱光刻后，进行湿法腐蚀获得N阱，在该N阱中注入磷，形成N型阱的基区； 施加P阱掩膜版，进行P阱光刻，所述P阱掩膜板的P阱开窗位于环形N外延基区的中部； P阱光刻后，进行湿法腐蚀获得N阱，在该N阱中注入硼形成P型阱的基区。
3.如权利要求2所述的制造方法，包括:所述一次氧化厚度为130nm;所述磷的注入量为5X IO1Vcm2、所述硼的注入量为3X1013/cm2。
4.如权利要求1所述的制造方法，所述在所述基区上进行场区氧化，形成场氧化层的步骤包括: 在所述基区上进行预氧化后，淀积氮化硅； 在氮化硅表面，施加有源区掩膜版，进行掩膜光刻，所述有源区掩膜板的开窗位于P型外延的中部； 在有源区光刻后，进行湿法腐蚀，注入硼； 进行场区氧化，形成场氧化层。
5.如权利要求4所述的制造方法，包括:所述预氧化的厚度为50nm、所述氮化硅的厚度为170nm;所述硼的注入量为IXlO1Vcm2 ;所述形成氧化层厚度为:650nm。
6.如权利要求1所述的制造方法，所述在场氧层上制造环形多晶硅栅极的步骤包括: 在所述P型外延的场氧层上注入硼； 进行栅氧化加固处理后淀积多晶； 施加环形多晶硅掩膜版， 进行多晶硅光刻，形成环形多晶硅栅极。
7.如权利要求6所述的制造方法，所述硼的注入量为5XIO1Vcm2 ;所述栅氧化厚度为20nm、多晶娃厚度为400nm。
8.如权利要求1所述的制造方法，所述在N+注入区内注入磷的步骤包括: 利用多晶硅自对准工艺，以5X IO1Vcm2注入剂量，在N+注入区内注入磷。
9.如权利要求1所述的制造方法，在所述N+注入区内注入磷的步骤后还包括: 根据所述多晶硅栅宽度，对所述发射区及集电区进行退火处理。
10.如权利要求1所述的制造方法，所述在所述发射区、集电区及基极区的上层制造金属外引线层的步骤包括: 淀积二氧化硅，淀积厚度为900nm ； 在二氧化硅表面施加孔光刻掩膜版，进行孔光刻，该孔光刻掩膜版的开窗区域为发射区、集电区及基极区所对应的区域； 干法腐蚀二氧化硅； 表面溅射金属； 施加布线金属掩膜版，进行干法腐蚀金属，形成布线。
【文档编号】H01L21/8249GK103606537SQ201310665755
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】唐宁, 王鹏, 陆虹, 刘旸, 孙大成 申请人:中国电子科技集团公司第四十七研究所