PNP双极型晶体管制造方法与流程

本发明涉及半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种晶体管制造方法。

背景技术：

带隙基准电压源广泛应用于模拟、数字和数模混合电路中，为ic芯片提供高精度的基准电压。当前cmos集成电路工艺中，带隙基准电压源通常基于寄生双极型晶体管(bjt)进行设计。以pnp双极型晶体管为例，其在cmos集成工艺中的典型制作步骤如下：s1)利用浅沟槽隔离工艺形成器件有源区；s2)利用离子注入工艺形成n阱和p阱；s3)利用离子注入工艺形成发射极、基极、集电极重掺杂区；s4)制作金属电极。

请参阅图1，图1为pnp双极型晶体管结构示意图，如图1所示，半导体结构包括半导体衬底101，浅沟槽隔离结构102和103(sti，shallowtrenchisolation)、p型阱104、n型阱105，被浅沟槽隔离结构102和103以及p、n型阱隔开的第一有源区106a、第二有源区106b和第三有源区106c，其中第一有源区106a上方形成有发射极107a、第二有源区106b上方形成有基极107b、第三有源区106c上方形成有集电极107c。

在带隙基准电压源电路中，bjt的vbe是决定基准电压vref的一个重要参数，因此通过调整vbe参数可以达到调节基准电压vref的目的。bjt的vbe是指晶体管处于导通状态时的发射结电压，主要取决于发射极与基极之间的势垒高度差，与半导体掺杂浓度和温度有关，对si基材料，vbe通常在0.7v左右，是一个相对本征的参数，可调范围较小，调节方法极少。

技术实现要素：

本发明提供的pnp双极型晶体管制造方法，包括：s1：提供半导体衬底，在衬底中形成第一隔离结构和第二隔离结构，以隔离出有源区；s2：在半导体衬底中进行离子注入，以形成n型阱和p型阱,n型阱和p型阱之间通过第二隔离结构隔开，第一隔离结构将n型阱隔离出第一有源区和第二有源区，第三有源区形成在p型阱部分；以及s3：采用氟离子和硼离子对第一有源区进行离子注入以形成pnp双极型晶体管的发射极，对第二有源区和第三有源区进行离子注入，以分别形成pnp双极型晶体管的基极和集电极。

更进一步的，第一隔离结构和第二隔离结构为通过浅沟槽隔离工艺形成的浅沟槽隔离结构。

更进一步的，基极为n型重掺杂区域。

更进一步的，集电极为p型重掺杂区域。

更进一步的，发射极为p型重掺杂区域。

更进一步的，在s3中，根据期望的vbe参数调整氟离子注入的能量。

更进一步的，在s3中，根据期望的vbe参数调整氟离子注入的剂量。

更进一步的，还包括s4：在发射极、基极和集电极上形成发射极金属电极、基极金属电极和集电极金属电极；s5：进行pnp双极型晶体管的电学特性测试，提取vbe参数值。

更进一步的，pnp双极型晶体管制造方法集成在cmos工艺中。

更进一步的，氟离子消耗衬底中的一部分间隙；在衬底界面处，氟离子与硼离子形成f-b团簇。

本发明提供的pnp双极型晶体管制造方法，通过在pnp双极型晶体管的发射极引入氟离子，利用氟对硼离子的扩散抑制作用和剂量损失加强作用，可调节pnp双极型晶体管的vbe参数，vbe是指晶体管处于导通状态时的发射结电压，并通过调节氟离子注入能量和剂量实现pnp双极型晶体管的vbe参数的可控调节，为带隙基准电压源电路的灵活设计奠定基础。

附图说明

图1为pnp双极型晶体管结构示意图。

图2a至图2c为本发明一实施例的pnp双极型晶体管制造过程中器件结构示意图。

图3a为无氟引入时pnp双极型晶体的发射极/基极能带示意图。

图3b为引入氟时pnp双极型晶体的发射极/基极能带示意图。

图4为发射极无氟和含氟时pnp双极型晶体的vbe参数示意图。

图5为不同氟离子注入能量和剂量下pnp双极型晶体的vbe参数示意图。

图中主要组件附图标记说明如下：

201、半导体衬底；204、p型阱；205、n型阱；206a、第一有源区；206b、第二有源区；206c、第三有源区；207a、发射极；207b、基极；207c、集电极；202、第一隔离结构；203、第二隔离结构。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例中，在于提供一种pnp双极型晶体管制造方法，包括：s1：提供半导体衬底，在衬底中形成第一隔离结构和第二隔离结构，以隔离出有源区；s2：在半导体衬底中进行离子注入，以形成n型阱和p型阱,n型阱和p型阱之间通过第二隔离结构隔开，第一隔离结构将n型阱隔离出第一有源区和第二有源区，第三有源区形成在p型阱部分；以及s3：采用氟离子和硼离子对第一有源区进行离子注入以形成pnp双极型晶体管的发射极，对第二有源区和第三有源区进行离子注入，以分别形成pnp双极型晶体管的基极和集电极。

请参阅图2a至图2c，图2a至图2c为本发明一实施例的pnp双极型晶体管制造过程中器件结构示意图。具体的，pnp双极型晶体管制造方法，包括：

s1：如图2a所示，提供半导体衬底201(如硅衬底)，在衬底201中形成第一隔离结构202和第二隔离结构203，以隔离出有源区。

在一实施例中，所述第一隔离结构202和第二隔离结构203为通过浅沟槽隔离工艺(sti，shallowtrenchisolation)形成的浅沟槽隔离结构。

s2：如图2b所示，在半导体衬底201中进行离子注入，以形成n型阱205(nm)和p型阱204(pw),n型阱205和p型阱204之间通过第二隔离结构203隔开，第一隔离结构202将n型阱205隔离出第一有源区206a和第二有源区206b，第三有源区206c形成在p型阱204部分。

在一实施例中，n型阱205和p型阱204的形成包括但不限于外延生长、原氧化生长、采用掩膜版进行离子注入，并再次高能的离子注入以及退火工序。

s3：如图2c所示，采用氟离子和硼离子对第一有源区206a进行离子注入以形成pnp双极型晶体管的发射极207a，对第二有源区206b和第三有源区206c进行离子注入，以分别形成pnp双极型晶体管的基极207b和集电极207c。

在一实施例中，基极207b为n型重掺杂区域，可具有掺杂物，例如砷(as)、磷(p)、其他第五族(groupv)元素或前述的组合。

在一实施例中，集电极207c为p型重掺杂区域，掺杂物为硼(b)。

在一实施例中，发射极207a为p型重掺杂区域，掺杂物为氟和硼。

如上所述，在pnp晶体管发射极离子注入过程中加入氟离子。氟对硼离子的影响包括两方面：(1)氟离子在衬底(如硅)中容易占据间隙位置，消耗衬底(如硅)中的间隙，而硼离子在衬底(如硅)中也主要占据间隙位置，因此氟离子会与硼离子存在竞争关系，即氟离子存在时会消耗衬底(如硅)中的一部分间隙，进而抑制硼离子扩散，降低有效硼浓度。(2)在衬底界面处如si/sio2界面处，氟离子会与硼离子形成f-b团簇，进而释放出原本被硼离子占据的界面缺陷，导致更多的硼离子被界面缺陷俘获，进而加剧衬底(如硅)中硼离子的剂量损失。因此，在pnp双极型晶体发射极引入氟离子会降低发射极有效硼浓度，导致发射极与基极之间的pn结两侧杂质有效浓度差减小，势垒高度降低，vbe减小。

请参阅图3a和图3b，图3a为无氟引入时pnp双极型晶体的发射极/基极能带示意图，图3b为引入氟时pnp双极型晶体的发射极/基极能带示意图。对比图3a，可知图3b中的势垒高度降低，因此vbe减小。请再参阅图4，图4为发射极无氟和含氟时pnp双极型晶体的vbe参数示意图，如图4所示，无氟时pnp双极型晶体的vbe为748mv，有氟时pnp双极型晶体的vbe为746mv，也即调节了vbe参数。具体的，在发射极引入氟离子后，由于氟会抑制硼离子的扩散、增强硼离子剂量损失，导致有效硼浓度降低，因此其对应的pnpbjt的vbe由748mv降低到746mv，降幅为2mv。

在本发明一实施例中，在s3中，根据期望的vbe参数调整氟离子注入的能量。在本发明一实施例中，在s3中，根据期望的vbe参数调整氟离子注入的剂量。调整氟离子注入的能量或剂量可以对发射极/基极pn结两侧势垒高度进行可控调节，进而实现vbe参数的可控调节，为带隙基准电压源电路的灵活设计奠定基础。请参阅图5，图5为不同氟离子注入能量和剂量下pnp双极型晶体的vbe参数示意图，如图5所示，在图4的在发射极引入氟离子，pnp双极型晶体的vbe为746mv的基础上，调整氟离子注入能量，如图5所示氟离子注入能量由8k增加到10k时，vbe从746mv降为742mv，vbe降低了4mv，或调整氟离子注入剂量，如图5所示氟离子注入剂量由2.0e¹⁵增加到3.0e¹⁵时，vbe从746mv降为743mv，vbe降低了3mv。如此可根据期望的vbe参数调整氟离子注入的能量或剂量，进而实现vbe参数的可控调节，为带隙基准电压源电路的灵活设计奠定基础。

在一实施例中，pnp双极型晶体管制造还包括：s4：在发射极207a、基极207b和集电极207c上形成发射极金属电极、基极金属电极和集电极金属电极；s5：进行pnp双极型晶体管的电学特性测试，提取vbe参数值。

在一实施例中，上述的pnp双极型晶体管制造过程集成在cmos工艺中。

如上所述，通过在pnp双极型晶体管的发射极引入氟离子，利用氟对硼离子的扩散抑制作用和剂量损失加强作用，可调节pnp双极型晶体管的vbe参数，vbe是指晶体管处于导通状态时的发射结电压，并通过调节氟离子注入能量和剂量实现pnp双极型晶体管的vbe参数的可控调节，为带隙基准电压源电路的灵活设计奠定基础。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。