[发明专利]采用磷埋层及浓磷埋层技术的双极横向PNP管制作工艺

说明书

 

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15～25Ω·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7000 ?～8000 ?；

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～100KeV，注入剂量6E14～8E14 Atoms/cm²，杂质为磷；

4）磷埋层退火：          退火温度为1100℃～1200℃ ，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80 KeV～ 100KeV ，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～100KeV ，注入剂量2E15~3E15 Atoms/cm²，杂质为磷；

7）浓磷埋层退火：       退火温度1100℃～1150℃，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1～3Ω·cm；

9）深磷扩散：           扩散部位为PNP管基区,深磷预扩1050℃～1080℃，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℃～1150℃，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；