多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法

摘要

本发明涉及一种多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法，包括下列步骤：在晶圆上形成集电区和基区；淀积绝缘介质层；在绝缘介质层上光刻并刻蚀出发射区域；淀积多晶硅，多晶硅位于所述发射区域的部分与基区的单晶硅直接接触；对晶圆进行热退火；对发射区域的多晶硅进行掺杂；进行热退火使得多晶硅中的杂质扩散到基区的单晶硅中，形成发射结。本发明通过在多晶硅淀积后、掺杂之前的热退火过程中产生的热应力，使得多晶硅和单晶硅界面的薄氧化层断裂，变得更加不连续。这样在后续的发射极杂质退火中，掺杂元素能够更好地扩散，多晶硅和单晶硅界面的氧元素也会有更好的界面态，从而改善晶体管低频下的噪声特性。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，特别是涉及一种多晶硅发射极垂直NPN晶体管的 制造方法。

背景技术

由于具有较佳的放大特性和频率特性，器件面积可获大幅度降低，多晶硅 发射极的垂直NPN(VNPN)晶体管应用越来越广泛。

在应用中，常常要求多晶硅发射极的VNPN晶体管具有较好的低频噪声特 性。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够改善多晶硅发射极的VNPN晶体管在低频下 的噪声特性的多晶硅发射极VNPN晶体管的制造方法。

一种多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法，包括下列步骤：在晶圆上 形成集电区和基区；淀积绝缘介质层；在绝缘介质层上光刻并刻蚀出发射区域； 淀积多晶硅，位于所述发射区域的多晶硅与基区的单晶硅直接接触；对晶圆进 行热退火；对发射区域的多晶硅进行掺杂；进行热退火使得多晶硅中的杂质扩 散到基区的单晶硅中，形成发射结。

在其中一个实施例中，所述对晶圆进行热退火的步骤中，退火温度为 900～950摄氏度。

在其中一个实施例中，所述对晶圆进行热退火的步骤中，退火时间为15～30 分钟。

在其中一个实施例中，所述对发射区域的多晶硅进行掺杂的步骤，是注入 砷元素进行注入掺杂。

上述多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法，通过在多晶硅淀积后、掺 杂之前的热退火过程中产生的热应力，使得多晶硅和单晶硅界面的薄氧化层断 裂，变得更加不连续。这样在后续的发射极杂质退火中，掺杂元素能够更好地 扩散，多晶硅和单晶硅界面的氧元素也会有更好的界面态，从而改善晶体管低 频下的噪声特性。

附图说明

图1一实施例中多晶硅发射极VNPN晶体管的制造方法的流程图；

图2是电路仿真得到的优化前后的VNPN晶体管在10赫兹下的噪声特性。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发 明的具体实施方式做详细的说明。

图1是一实施例中多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法的流程图，包 括下列步骤：

S11，在晶圆上形成集电区和基区。

按照习知的多晶硅发射极VNPN晶体管的制造方法，首先完成集电区和基 区的制造工艺。

S12，淀积绝缘介质层。

在晶圆表面淀积一层绝缘介质。

S13，在绝缘介质层上光刻并刻蚀出发射区域。

涂胶、曝光、显影使得发射区域的光刻胶被去除，接着刻蚀掉无光刻胶保 护的绝缘介质层，露出用于形成发射极的发射区域。

S14，淀积多晶硅。

多晶硅位于发射区域的部分和基区的单晶硅直接接触。

S15，对晶圆进行热退火。

在淀积多晶硅之后，掺杂之前先进行一次高温炉管退火。

S16，对发射区域的多晶硅进行掺杂。

进行发射极注入掺杂，在掺杂P型杂质的实施例中，一般是注入砷元素进 行掺杂。

S17，进行热退火使得多晶硅中的杂质扩散到基区的单晶硅中，形成发射结。

由于多晶硅和基区的单晶硅直接接触，因此热退火以后，多晶硅中掺杂的 杂质会扩散进入基区。

发明人经实验研究发现，在制造多晶硅发射极垂直NPN晶体管的过程中， 单晶硅表面在淀积多晶硅之前不可避免地要裸露出来，并直接和空气中的氧接 触，形成很薄的氧化层。该氧化层在多晶硅淀积后介于单晶硅和多晶硅之间， 会对晶体管低频下的噪声特性造成很大影响，导致器件在低频应用时出问题。 而上述多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法，在发射极多晶硅淀积之后、 掺杂注入之前增加一次高温炉管退火(即步骤S15)，通过这个高温过程产生的 热应力使得多晶硅和单晶硅界面的这层薄氧化层断裂，变得更加不连续。这样 在后续的发射极杂质退火中(即步骤S17)，掺杂元素能够更好地扩散，多晶硅 和单晶硅界面的氧元素也会有更好的界面态，从而改善晶体管低频下的噪声特 性。

需要指出的是，如果没有步骤S15，则步骤S17的杂质退火也会使单晶硅和 多晶硅之间薄氧化层断裂，但温度升高至薄氧化层开始断裂的时候，多晶硅中 的杂质已经开始向单晶硅扩散了。也就是说，这种情况下是薄氧化层一边断裂 杂质一边扩散，相对于上述多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法在薄氧化 层断裂完了之后再扩散，发射结的profile和表面态情况相差比较大。

在其中一个实施例中，步骤S15的退火温度为900～950摄氏度，退火时间 为15～30分钟。

图2是电路仿真得到的优化前后的VNPN晶体管在10赫兹下的噪声特性， 其中横坐标表示6个片(#2、#4、#6、#8、#10、#12)，纵坐标的单位为。 其中baseline的#2片是传统技术的VNPN晶体管，#4、#6、#8、#12为采用其 它方法优化的VNPN晶体管，optimized的#10片是采用本发明的制造方法在上 述优化的退火温度和退火时间条件下，制造得到的VNPN晶体管。从电路仿真 结果来看，采用上述多晶硅发射极垂直NPN晶体管的制造方法制造的VNPN晶 体管，其10Hz下的噪声比传统技术降低60％以上，能够满足客户在低频下的应 用需求。另外，步骤S15的退火是在多晶硅淀积后、注入掺杂之前，故对发射 极的结深不会造成太大影响，在改善噪声性能同时能够保证器件的频率特性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。