[发明专利]半导体器件的制造工艺无效

专利信息
申请号: 98119320.X 申请日: 1998-09-11
公开(公告)号: CN1100342C 公开(公告)日: 2003-01-29
发明(设计)人: 林俊哉;浜田耕治;西尾直治;三好康介;斋藤修一 申请(专利权)人: 日本电气株式会社
主分类号: H01L21/265 分类号: H01L21/265
代理公司: 中原信达知识产权代理有限责任公司 代理人: 穆德骏
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 半导体器件 制造 工艺
【说明书】:

发明涉及半导体器件的制造工艺,特别涉及适于用在双极晶体管或biCMOS晶体管中的半导体器件的制造工艺。

为了减少制造成本并缩短TAT(周转时间;从接受定单到发运的时间),近些年来已尝试用高能离子注入(是指几百KeV以上加速电压的离子注入)代替常规的外延生长用于形成双极晶体管或biCMOS晶体管的掩埋的集电极层。

由于需要减少集电极电阻以允许器件以更高的速度工作,对于高能离子注入需要高于现今形成阱和类似物使用的掺杂剂剂量(<5×1013cm-2)。然而,考虑到要维持集电极电阻和最大集电极-基极击穿电压之间足够的平衡,需要使用约1×1014cm-2左右的剂量,是由于较高的剂量会导致较低的最大集电极-基极击穿电压。

然而,通过约1×1014cm-2的注入掺杂剂剂量的离子注入和随后通过RTA(快速热退火)或直线上升速率(ramp-up rate)为10℃/秒以下的电炉退火形成p+/n结,伴随的问题是受从离子注入的射程范围附近蔓延到样品表面的缺陷的影响,结上出现很大的漏电流。

作为该问题的解决方法,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.396,739(1996,Materials Research Society)公开了通过利用50℃/秒以上的直线上升速率的RTA可以减小结上的漏电流。还公开了当RTA的温度升高到800℃时,以上提到的缺陷开始突然生长,当通过在高于或等于800℃的温度范围内以50℃/秒以上的直线上升速率加热晶片进行RTA时,可以减少漏电流。还公开了代替使用从室温开始100℃/秒以上的直线上升速率进行1,050℃热处理温度的热处理,当通过控制直线上升速率从室温到600℃为1℃/秒以及超过600℃为100℃/秒进行温度为1,050℃的RTA时,晶片中各芯片的结上漏电流降低,结上漏电流的变化可以减少约一半。

然而低至100℃/秒左右的直线上升速率具有的潜在问题是以上介绍的缺陷从离子注入的射程范围蔓延生长到由于反向偏置耗尽层延伸到的区域。一旦耗尽层到达缺陷存在的深度,结上的漏电流增加。根据以上介绍的常规技术,在晶片表面上漏电流的变化可高达50%左右。

即,以上介绍的常规技术的工艺在减少晶片中结上漏电流的平均值上很有效,但需要进一步改进以减少变化。

鉴于以上问题,本发明的主要目的是提供一种半导体的制造工艺,即使进行高能离子注入也具有漏电流较小和漏电流变化减少的特点。

在本发明的第一方案中,由此提供一种半导体器件的制造工艺,包括以下步骤:

对半导体衬底进行高能离子注入;以及

在等于或高于200℃/秒的直线上升速率下,将所得已离子注入的半导体衬底从1,000℃加热到1,200℃。

在该工艺中,在直线上升速率等于或高于200℃/秒开始加热的温度优选由600℃到800℃。

在本发明的第二方案中,也提供一种半导体器件的制造工艺,包括以下步骤:

对半导体衬底进行高能离子注入;

在等于或高于50℃/秒的直线上升速率下,将所得的离子注入半导体衬底从1,000℃加热到1,200℃;以及

在1,000℃到1,200℃的温度下对这样加热的半导体衬底进行退火。

根据本发明的第一方案,在离子注入引起的缺陷生长的硬条件下进行热处理,在退火步骤期间,缺陷(位错)没有到达耗尽层延伸到的区域。因此本工艺比常规技术减少了漏电流和它们的变化。此外,1,200℃以下的退火可以避免在晶片表面内较高温度下进行热处理时发生的滑动(缺陷)。

根据本发明第二方案,另一方面,使用50℃/秒以上的直线上升速率,包括低于本发明的第一方案中可以使用的直线上升速率。在这种较低的直线上升速率下,离子注入引发的缺陷会到达耗尽层延伸到的区域。然而,随后从1,000℃到1,200℃的热处理可以消除缺陷(位错)并恢复初始的晶体结构,由此和常规技术相比可以减少漏电流和它们的变化。

图1A到1D为示出根据本发明制造工艺的一个例子在不同阶段形成p/n二极管的衬底剖面图;

图2为图形表示根据第一实施例1,150℃的退火温度下直线上升速率与结漏电流变化的关系;

图3为图形表示退火温度与结漏电流变化的关系;

图4为图形表示退火温度与结漏电流的关系;

图5为示出漏电流特性的图形;

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