晶體管的多晶硅發射極制造的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種晶體管的多晶硅發射極制造的方法。
【背景技術】
[0002]雙極型晶體管由發射區、基區、集電區構成。按照其導電類型，可以把雙極型晶體管分為NPN晶體管和PNP晶體管，其中NPN晶體管的發射區和集電區為N型半導體，基區為P型半導體，按照其發射區的類型，可以把晶體管分類為單晶硅發射極晶體管和多晶硅發射極晶體管，前者的發射區為N型摻雜的單晶硅，后者的發射區為N型摻雜的多晶硅，其中多晶硅發射極晶體管主要應用于高頻領域，其剖面結構示意圖如圖1所示。
[0003]圖1所示的多晶硅發射極晶體管包括N型集電區11，P型基區12，以及由N型擴散區13和N型多晶硅共同構成的發射區，其中，N型多晶硅位于二氧化硅窗口(稱之為“發射區窗口 14”)之中且其底部與P型基區12的表面直接接觸。在實踐工藝中，N型擴散區13是由N型多晶硅中的摻雜元素(磷、砷或者銻)在一定溫度環境下熱擴散至P型基區12的表層之中形成的。圖1所示的厚氧化層15覆蓋的區域為場區，薄氧化層16覆蓋的區域為有源區。
[0004]半導體制造工藝是在半導體晶圓上實施的一系列工藝步驟，半導體晶圓是圓片形的半導體單晶，包括硅、鍺晶圓等。現有的制作多晶硅發射極晶體管的多晶硅發射極的方法包括:
[0005]在包含有N型集電區11、P型基區12、厚氧化層15、薄氧化層16的襯底的表面進行光刻、刻蝕工藝形成發射區窗口 14，露出發射區窗口 14區域的P型基區12，然后淀積未摻雜的多晶硅，然后采用離子注入工藝對多晶硅進行摻雜，形成N型多晶硅，然后進行熱處理，使得發射區窗口 14中的多晶硅中的摻雜元素擴散至P型基區12的表層之中，形成N型擴散區13，然后進行光刻、刻蝕工藝去除所述發射區窗口區域之外區域的多晶硅，形成多晶硅發射極(圖1中未標出)。為保證在光刻工藝出現少量對準偏差的情況下，多晶硅發射極仍然能完全覆蓋發射區窗口 14區域，多晶硅發射極的寬度(左側墻17與右側墻18間的距離)通常都大于發射區窗口 14的寬度。
[0006]由于多晶硅是由眾多小晶粒組成的，淀積未摻雜的多晶硅的工藝溫度一般為600-650攝氏度，比上述熱處理的溫度(一般大于900攝氏度)低很多，因此在熱處理的工藝過程中，多晶硅中的晶粒會變大、多晶硅膜層的表面會發生重結晶，這些都會導致多晶硅對發射區窗口 14產生應力，導致半導體晶圓發生形變，以至于上述多晶硅層光刻的對準精度不高，為了保證在光刻工藝出現較大對準偏差的情況下，多晶硅發射極仍然能完全覆蓋發射區窗口 14區域，必須設計多晶硅發射極的寬度比發射區窗口 14的寬度大很多，這就導致芯片面積變大，成本增高。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種晶體管的多晶硅發射極制造的方法，用以實現避免熱處理產生的應力導致多晶硅層光刻對準精度不高的問題，從而減小芯片面積、節約工藝成本。
[0008]本發明提供一種晶體管的多晶硅發射極制造的方法，包括:
[0009]在包含有N型集電區、P型基區、第一氧化層、第二氧化層的襯底表面進行光刻、刻蝕，形成發射區窗口，露出與發射區窗口寬度相同的P型基區區域；
[0010]在第一氧化層、第二氧化層的表面和發射區窗口中淀積未摻雜的多晶硅，以使未摻雜的多晶硅完全覆蓋發射區窗口區域；
[0011]在淀積未摻雜的多晶硅后的襯底表面進行光刻、刻蝕，去除發射區窗口區域之外區域的未摻雜的多晶硅，保留的未摻雜的多晶硅的寬度大于等于發射區窗口的寬度；
[0012]采用離子注入工藝對發射區窗口內的未摻雜的多晶硅注入摻雜元素；
[0013]對注入摻雜元素后的襯底進行第一熱處理，以使發射區窗口中的多晶硅中的摻雜元素擴散至露出的P型基區區域的表層之中，形成N型擴散區。
[0014]本發明的晶體管的多晶硅發射極制造的方法，通過在包含有N型集電區、P型基區、第一氧化層、第二氧化層的襯底表面進行光刻、刻蝕，露出發射區窗口區域的P型基區后，淀積未摻雜的多晶硅，使得未摻雜的多晶硅完全覆蓋發射區窗口區域，再通過在淀積未摻雜的多晶硅后的襯底表面進行光刻、刻蝕，去除發射區窗口區域之外區域的未摻雜的多晶石圭，然后向發射區窗口內的未摻雜的多晶娃注入摻雜兀素，并進行第一熱處理，以使發射區窗口中的多晶硅中的摻雜元素擴散至露出的P型基區區域的表層之中，形成N型擴散區，得到晶體管的多晶硅發射極。通過上述在多晶硅淀積之后，先進行光刻、刻蝕，然后才進行第一熱處理，有效地避免了因熱處理產生的應力導致多晶硅層光刻的對準精度不高的技術問題，從而實現減小芯片面積、節約工藝成本。
【附圖說明】
[0015]圖1為多晶硅發射極晶體管的剖面結構示意圖；
[0016]圖2為本發明晶體管的多晶硅發射極制造的方法的實施例一的流程圖；
[0017]圖3為本發明實施例一的發射區窗口形成后的剖面結構示意圖；
[0018]圖4為本發明實施例一的淀積未摻雜的多晶硅后的剖面結構示意圖；
[0019]圖5為本發明實施例一光刻、刻蝕未摻雜的多晶娃后的剖面結構TJK意圖；
[0020]圖6為本發明實施例一的注入摻雜元素后的剖面結構示意圖；
[0021]圖7為本發明實施例一的第一熱處理后的剖面結構示意圖；
[0022]圖8為本發明實施例一的步驟102后執行步驟104后的剖面結構示意圖；
[0023]圖9為本發明晶體管的多晶硅發射極制造的方法的實施例二的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]圖2為本發明晶體管的多晶硅發射極制造的方法的實施例一的流程圖，如圖2所示，本實施例的方法包括:
[0025]步驟101、在包含有N型集電區11、P型基區12、第一氧化層15、第二氧化層16的襯底表面進行光刻、刻蝕，形成發射區窗口 14，露出與發射區窗口 14寬度相同的P型基區12區域，具體結構參見圖3的發射區窗口形成后的剖面結構示意圖。
[0026]半導體制造工藝是在半導體晶圓上實施的一系列工藝步驟，半導體晶圓是圓片形的半導體單晶，包括硅、鍺晶圓等。
[0027]首先在單晶圓片上制作出N型集電區11，然后在已有的N型集電區11表層制作二氧化硅氧化層，得到第一氧化層15，定義出場區；再通過摻雜工藝，在未被第一氧化層15區域覆蓋的有源區的N型集電區11表層制作出P型基區12 ;再在已形成N型集電區11、P型基區12和第一氧化層15的表層生長出第二氧化層16，其中，第二氧化層16比第一氧化層15薄，第一氧化層厚度范圍5000至20000埃，通常稱為厚氧化層；第二氧化層厚度范圍200至4000埃，通常稱為薄氧化層；優選的:第二氧化層厚度1000埃，第一氧化層厚度10000埃。
[0028]從而形成包含有N型集電區11、P型基區12、第一氧化層15、第二氧化層16的襯
。
[0029]然后，在包含有N型集電區11、P型基區12、第一氧化層15、第二氧化層16的襯底表面進行光刻和刻蝕工藝，其中光刻和刻蝕工藝包括:晶圓表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、刻蝕、檢測等工序，光刻可以采用接觸式曝光、接近式曝光或投影式曝光等方法；刻蝕可以采用干法刻蝕或濕法刻蝕。經過光刻和刻蝕后的晶圓表層形成發射區窗口 14，并且露出與發射區窗口 14同樣寬度的部分P型基區12區域。
[0030]步驟102、在該第一氧化層15、第二氧化層16的表面和該發射區窗口 14中淀積未摻雜的多晶硅19，以使未摻雜的多晶硅19完全覆蓋該發射區窗口 14區域，具體結構參見圖4淀積未摻雜的多晶硅后的剖面結構示意圖。
[0031]步驟103、在該淀積未摻雜的多晶硅19后的襯底表面進行光刻、刻蝕，去除該發射區窗口 14區域之外區域的未摻雜的多晶硅19，保留的未摻雜的多晶硅19的寬度大于等于發射區窗口 14的寬度，具體結構參見圖5光刻、刻蝕未摻雜的多晶硅后的剖面結構示意圖。
[0032]此處的光刻、刻蝕工藝又稱之為多晶硅層光刻、刻蝕，此工藝是為了去除發射區窗口 14區域之外的區域的多晶硅，從而形成多晶硅發射極。為保證在光刻工藝中出現少量對準偏差的情況下，多晶硅發射極仍然能完全覆蓋發射區窗口 14的區域，多晶硅發射極的寬度(左側墻17與右側墻18間的距離)通常都大于發射區窗口 14的寬度。本實施例中為光刻工藝的對準步驟留出的偏差余量為:保留的未摻雜的多晶硅19的寬度超出發射區窗口14邊緣0.1至0.5微米，從而使得多晶硅層光刻、刻蝕后的發射區窗口 14中仍然保留完好覆蓋的多晶石圭。
[0033]步驟104、采用離子注入工藝對該發射區窗口內的未摻雜的多晶硅注入摻雜元素20，具體結構參見圖6注入摻雜元素后的剖面結構示意圖。
[0034]采用離子注入工藝對多晶硅進行摻雜，摻雜元素20為磷、砷或者銻，即對步驟103中形成的襯底進行離子注入，在覆蓋有多晶硅的區域，摻雜元素20被注入到多晶硅之中，在沒有被多晶硅覆蓋的區域，摻雜元素注入到氧化層之中，由于氧化層在晶體管之中只是作為絕緣層，注入了摻雜元素20不影響其作為絕緣層的功能。
[0035]步驟105、對注入摻雜元素20后的襯底進行第一熱處理，以使該發射區窗口 14中的多晶硅中的摻雜元素20擴散至該露出的P型基區12區域的表層之中，形成N型擴散區13，具體結構參見圖7第一熱處理后的剖面結構示意圖。
[0036]對注入摻雜元素20后的襯底進行第一熱處理，使得摻雜元素20在足夠高的溫度下，具有電活性，從而擴散至露出的P型基區12區域的表層之中，形成了 N型擴散區13。為了縮短熱處理時間，即加快熱處理升、降溫的速度，從而獲得較小的工藝熱預算，本實施例的第一熱處理可以采用快速熱處理(Rapid Thermal Process,簡稱:RTP),第一熱處理的溫度為900至1150攝氏度，時間為10至200秒。其中，優選的，可以設置第一熱處理的溫度為1000攝氏度，時間為30秒；或者溫度為1020攝氏度，時間為20-40秒；或者溫度為1050攝氏度，時間為20秒，以獲得最佳的摻雜元素擴散效果。
[0037]需要說明的是，步驟103和步驟104的順序可以互換，如果步驟104的離子注入工藝在步驟103的光刻、刻蝕工藝之前，則在離子注入時，由于步驟102后所形成的襯底表面已經全部被多晶硅覆蓋，因此摻雜元素只是注入到多晶硅之中，不會注入到氧化層之中，因此，上述兩個步驟順序置換后得到的多晶硅發射極結構是一樣的。步