[发明专利]一种半导体扩散区结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种扩散区结构及其制造方法，属于半导体制造技术领域。

众所周知，常规的扩散区结构，除边缘以外，其表面浓度是均匀的，其扩散结深Xj也是均匀的。如果在扩散区上开一窗口，在窗口内设一三维坐标（以矩形窗口为例），以其一顶点作坐标原点，矩形的横边为X轴，纵边为Y轴，垂直于表面（指向硅片内部）为Z轴，则：

（1）掺杂浓度在X、Y方向上是相同的;

（2）在Z方向上，浓度是变化的，但相等的Z值处有相同的浓度。

（3）扩散区的最大深度为结深Xj，Xj在二次窗口内是均匀的，不随X、Y坐标变化而变化。

常规扩散区的制造工艺流程是：

（1）在硅片上生长一层SiO₂，或其它介质;

（2）光刻一次窗口;

（3）进行掺杂淀积，此时整个窗口内的杂质是均匀淀积;

（4）推进掺杂的深度，得到一个均匀的扩散区结深Xj，并形成一定厚度的SiO₂或其它介质层。

（5）光刻较一次窗口为小的二次窗口，以进行下一步掺杂或其它工序。

用常规扩散区制作的双极型器件，属少子器件，具有制造工艺简单，对设备要求不高的优点。但此类双极型器件亦有其弱点，如温度变化大时，电流放大倍数变化亦大，开关速度慢，易产生二次击穿现象等。

用常规扩散区制作场效应型器件，属多子器件，具有开关速度快，不易产生二次击穿等优点，但其制造工艺复杂，对设备、环境要求高。

本发明的目的是要提供一种制造工艺简单，同时使随后设计制造的器件能具有若干多子器件性质的半导体扩散区结构及其制造方法。

本发明的主要结构特征是：扩散区的纵剖面是带有一个或多个尖峰状突起的连续的非均匀扩散区深度结构，且在二次窗口内表面浓度是非均匀的。

本发明的制造方法是：采用常规制造工艺流程，并对光刻窗口图形进行改进，即其特点是：光刻一次窗口时，是将常规的大面积扩散窗口刻成设有宽度为d的介质图形的大面积窗口。在掺杂预淀积时，由于介质层的阻挡作用，掺杂杂质只淀积在无介质图形的窗口中，故推进结深时，只有淀积在窗口内的杂质向半导体体内扩散，形成一定结深Xj的扩散区;同时，在介质图形下，相邻两个窗口内的杂质还同时存在侧向扩散的性质，使得其扩散区的边缘在介质图形下相交连接，形成结深不均匀，表面浓度不均匀的尖峰状突起的连续的非均匀扩散区深度结构;其介质图形的形状可以是矩形条、同心圆环、同心圆弧或者它们之间的组合。

此外，在这种非均匀扩散区结构中，峰底处为结深Xj的最大值Xjmax，尖峰处为结深Xj的最小值Xjmin，该最小值的选择取决于介质图形的宽度d值的大小，d值越大，结深最小值Xjmai越小，但d应满足1.1Xjmax≤d≤1.8Xjmax。所形成的尖峰的个数取决于光刻时宽度为d的介质图形的个数，该介质图形为一个或多个。

本发明的设计原理是：利用扩散不仅向纵向深度进行，而且同时也向侧边进行的性质，并着眼于其分布的边缘，保持相邻两个扩散区以一定的横向距离d，使其有选择地交连起来，从而形成尖峰状突起的连续的非均匀扩散区结构。

本发明的尖峰状突起结构，相当于在形成扩散层时形成寄生的封闭沟道结构。此结构根据所设计的器件，可作多种用途，如在三极管中可设计成集电区镇流器电阻，亦可设计成寄生的结型场效应管。

综上所述，本发明工艺简单，具有常规扩散区的空间电荷区的性质，同时由于其表面及内部结构、浓度是非均匀的，故可用于各种使用扩散层的半导体器件的制造，如制造二极管、三极管、可控硅、集成电路等，亦为设计其它新型器件提供了一条新的设计制造途径。

为叙述方便，以下称尖峰状突起的连续的非均匀扩散区深度结构为非均匀扩散区。

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的实施例的介质图形。

附图3（a）-3（e）是本发明的一个实施例在制造工艺中各道工序的结构形成示意图。

现结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

以N型硅上的P型非均匀扩散区为例。（制造工艺流程、时间、温度、扩散源同常规）。

（1）氧化;

在硅片1上生长一层一定厚度的SiO₂氧化层2图3（a）

（2）光刻一次窗口;

在一次窗口中同时刻出留有三个宽为d的矩形长条的SiO₂氧化层2的图形的大面积窗口3。图3（b）。

（3）硼予扩（一次窗口掺杂淀积）