多晶硅發射極垂直npn晶體管的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體器件，特別是涉及一種多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方 法。
【背景技術】
[0002] 由于具有較佳的放大特性和頻率特性，器件面積可獲大幅度降低，多晶硅發射極 的垂直NPN(VNPN)晶體管應用越來越廣泛。
[0003] 在應用中，常常要求多晶硅發射極的VNPN晶體管具有較好的低頻噪聲特性。
【發明內容】
[0004] 基于此，有必要提供一種能夠改善多晶硅發射極的VNPN晶體管在低頻下的噪聲 特性的多晶硅發射極VNPN晶體管的制造方法。
[0005] -種多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，包括下列步驟：在晶圓上形成集 電區和基區；淀積絕緣介質層；在絕緣介質層上光刻并刻蝕出發射區域；淀積多晶硅，位于 所述發射區域的多晶硅與基區的單晶硅直接接觸；對晶圓進行熱退火；對發射區域的多晶 硅進行摻雜；進行熱退火使得多晶硅中的雜質擴散到基區的單晶硅中，形成發射結。
[0006] 在其中一個實施例中，所述對晶圓進行熱退火的步驟中，退火溫度為900~950攝 氏度。
[0007] 在其中一個實施例中，所述對晶圓進行熱退火的步驟中，退火時間為15~30分 鐘。
[0008] 在其中一個實施例中，所述對發射區域的多晶硅進行摻雜的步驟，是注入砷元素 進行注入摻雜。
[0009] 上述多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，通過在多晶硅淀積后、摻雜之前 的熱退火過程中產生的熱應力，使得多晶硅和單晶硅界面的薄氧化層斷裂，變得更加不連 續。這樣在后續的發射極雜質退火中，摻雜元素能夠更好地擴散，多晶硅和單晶硅界面的氧 元素也會有更好的界面態，從而改善晶體管低頻下的噪聲特性。
【附圖說明】
[0010] 圖1 一實施例中多晶硅發射極VNPN晶體管的制造方法的流程圖；
[0011] 圖2是電路仿真得到的優化前后的VNPN晶體管在10赫茲下的噪聲特性。
【具體實施方式】
[0012] 為使本發明的目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具 體實施方式做詳細的說明。
[0013] 圖1是一實施例中多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法的流程圖，包括下列 步驟：
[0014] S11，在晶圓上形成集電區和基區。
[0015] 按照習知的多晶硅發射極VNPN晶體管的制造方法，首先完成集電區和基區的制 造工藝。
[0016] S12,淀積絕緣介質層。
[0017] 在晶圓表面淀積一層絕緣介質。
[0018] S13,在絕緣介質層上光刻并刻蝕出發射區域。
[0019] 涂膠、曝光、顯影使得發射區域的光刻膠被去除，接著刻蝕掉無光刻膠保護的絕緣 介質層，露出用于形成發射極的發射區域。
[0020] S14,淀積多晶硅。
[0021] 多晶硅位于發射區域的部分和基區的單晶硅直接接觸。
[0022] S15,對晶圓進行熱退火。
[0023] 在淀積多晶硅之后，摻雜之前先進行一次高溫爐管退火。
[0024] S16，對發射區域的多晶硅進行摻雜。
[0025] 進行發射極注入摻雜，在摻雜P型雜質的實施例中，一般是注入砷元素進行摻雜。
[0026] S17,進行熱退火使得多晶硅中的雜質擴散到基區的單晶硅中，形成發射結。
[0027] 由于多晶娃和基區的單晶??圭直接接觸，因此熱退火以后，多晶??圭中慘雜的雜質會 擴散進入基區。
[0028] 發明人經實驗研究發現，在制造多晶硅發射極垂直NPN晶體管的過程中，單晶硅 表面在淀積多晶硅之前不可避免地要裸露出來，并直接和空氣中的氧接觸，形成很薄的氧 化層。該氧化層在多晶硅淀積后介于單晶硅和多晶硅之間，會對晶體管低頻下的噪聲特性 造成很大影響，導致器件在低頻應用時出問題。而上述多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制 造方法，在發射極多晶硅淀積之后、摻雜注入之前增加一次高溫爐管退火（即步驟S15)，通 過這個高溫過程產生的熱應力使得多晶硅和單晶硅界面的這層薄氧化層斷裂，變得更加不 連續。這樣在后續的發射極雜質退火中（即步驟S17)，摻雜元素能夠更好地擴散，多晶硅和 單晶硅界面的氧元素也會有更好的界面態，從而改善晶體管低頻下的噪聲特性。
[0029] 需要指出的是，如果沒有步驟S15,則步驟S17的雜質退火也會使單晶硅和多晶硅 之間薄氧化層斷裂，但溫度升高至薄氧化層開始斷裂的時候，多晶硅中的雜質已經開始向 單晶硅擴散了。也就是說，這種情況下是薄氧化層一邊斷裂雜質一邊擴散，相對于上述多晶 硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法在薄氧化層斷裂完了之后再擴散，發射結的profile 和表面態情況相差比較大。
[0030] 在其中一個實施例中，步驟S15的退火溫度為900~950攝氏度，退火時間為15~ 30分鐘。
[0031] 圖2是電路仿真得到的優化前后的VNPN晶體管在10赫茲下的噪聲特性，其中 橫坐標表示6個片（#2、#4、#6、#8、#10、#12)，縱坐標的單位為nV,///石。其中baseline 的#2片是傳統技術的VNPN晶體管，#4、#6、#8、#12為采用其它方法優化的VNPN晶體管， optimized的#10片是采用本發明的制造方法在上述優化的退火溫度和退火時間條件下， 制造得到的VNPN晶體管。從電路仿真結果來看，采用上述多晶硅發射極垂直NPN晶體管的 制造方法制造的VNPN晶體管，其IOHz下的噪聲比傳統技術降低60%以上，能夠滿足客戶在 低頻下的應用需求。另外，步驟S15的退火是在多晶硅淀積后、注入摻雜之前，故對發射極 的結深不會造成太大影響，在改善噪聲性能同時能夠保證器件的頻率特性。
[0032] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，包括下列步驟： 在晶圓上形成集電區和基區； 淀積絕緣介質層； 在絕緣介質層上光刻并刻蝕出發射區域； 淀積多晶硅，位于所述發射區域的多晶硅與基區的單晶硅直接接觸； 對晶圓進行熱退火； 對發射區域的多晶硅進行摻雜； 進行熱退火使得多晶硅中的雜質擴散到基區的單晶硅中，形成發射結。2. 根據權利要求1所述的多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，其特征在于，所述 對晶圓進行熱退火的步驟中，退火溫度為900~950攝氏度。3. 根據權利要求2所述的多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，其特征在于，所述 對晶圓進行熱退火的步驟中，退火時間為15~30分鐘。4. 根據權利要求1所述的多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，其特征在于，所述 對發射區域的多晶硅進行摻雜的步驟，是注入砷元素進行注入摻雜。
【專利摘要】本發明涉及一種多晶硅發射極垂直NPN晶體管的制造方法，包括下列步驟：在晶圓上形成集電區和基區；淀積絕緣介質層；在絕緣介質層上光刻并刻蝕出發射區域；淀積多晶硅，多晶硅位于所述發射區域的部分與基區的單晶硅直接接觸；對晶圓進行熱退火；對發射區域的多晶硅進行摻雜；進行熱退火使得多晶硅中的雜質擴散到基區的單晶硅中，形成發射結。本發明通過在多晶硅淀積后、摻雜之前的熱退火過程中產生的熱應力，使得多晶硅和單晶硅界面的薄氧化層斷裂，變得更加不連續。這樣在后續的發射極雜質退火中，摻雜元素能夠更好地擴散，多晶硅和單晶硅界面的氧元素也會有更好的界面態，從而改善晶體管低頻下的噪聲特性。
【IPC分類】H01L21/331
【公開號】CN105097506
【申請號】CN201410179392
【發明人】胡金節, 肖魁
【申請人】無錫華潤上華半導體有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年4月29日