采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺制造技术

采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向ＮＰＮ管制作工艺是一种在双极型纵向ＮＰＮ管制作工艺中采用磷埋及深磷埋技术的工艺方法，为了减小ＮＰＮ管饱和压降，提高电路输出功率。采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向ＮＰＮ管制作工艺，即在制作ＮＰＮ管的双极工艺中采用磷埋层及深磷埋技术。采用磷埋及深磷埋技术与常规采用锑埋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。采用磷埋及深磷埋工艺制作ＮＰＮ管的材料片为Ｐ型＜１１１＞晶向，电阻率为１０～２０Ω.ｃｍ，而采用深磷埋技术后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的补偿深磷扩散较深时的浓度与体积，从而消除了深磷与埋层接触处电阻偏大的瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种在双极型纵向NPN管制作工艺中采用磷埋及深磷埋技术的工艺方法，属于半导体制作

技术介绍
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，对功放类集成电路的技术要求也越来越高，总是希望能在尽可能小的芯片上输出尽可能大的功率。而芯片输出功率的大小与整个电路的输出级息息相关。为此，功放类集成电路的输出级设计就显的尤为关键。目前，市场上功放电路使用较多的输出级结构如图1所示，图中NPN型管T1与NPN型管T2构成互补形式输出。当输入信号为正半周时，T1管导通，T2管截止，输出管饱和压降取决于T1管饱和压降；当输入信号为负半周时，T1管截止，T2管导通，输出管饱和压降取决于T2管饱和压降。众所周知，电路饱和压降越小，输出功率越大。由此可见，以上电路的输出功率主要受制于T1管和T2管饱和压降。T1管和T2管为NPN管，其饱和压降主要由集电极串联电阻决定，串联电阻越小，相同电流下饱和压降也就越小(电压降＝电流*电阻)。为此，要提高电路的输出功率，必须采取措施尽可能的减小NPN管集电极串联电阻。 目前国外及国内减小NPN管集电极串联电阻的有效措施是采用锑埋层及加入深磷扩散工艺。事实证明，这样能有效减小集电极串联电阻，提高输出功率。但是因锑扩散系数较小，导致锑埋层自身电阻以及基区和锑埋之间电阻较大；并且深磷扩散至较深时，其体积与浓度均较小，因此与埋层接触处电阻较大。NPN管集电极串联电阻中的以上电阻不能进一步减小，就限制了NPN管饱和压降进一步减小，从而影响了功放类电路输出功率的进一步提高。 常规双极NPN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NPN管纵向结构如图4所示，其基本单管参数如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝55～60V，BVebo＝7～8V
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是为了减小NPN管饱和压降，提高电路输出功率。采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺，即在制作NPN管的双极工艺中采用磷埋层及深磷埋技术。 技术方案从芯片面积上来说，采用磷埋及深磷埋技术与常规采用锑埋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。 我司采用磷埋及深磷埋工艺制作NPN管的材料片为P型<111>晶向，电阻率为10～20Ω·cm，工艺流程如图4所示，工艺步骤如下 a.投料采用P型基片，晶向为<111>， b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度 c.磷埋光刻、腐蚀 在纵向NPN管N埋部位刻出光刻窗口， d.磷埋注入注入部位为纵向NPN管N埋区，注入能量50KeV～ 120KeV，注入剂量8E14～1.2E15，杂质为磷， e.磷埋退火退火温度为1050℃～1200℃，先通280～320分钟氮气， 再通110～130分钟氧气， f.硼埋光刻、注入 注入部位为隔离槽区，注入能量50KeV～100KeV， 注入剂量2E14～1E15，杂质为硼， g.深磷埋光刻、注入注入部位为纵向NPN管集电区，注入能量50KeV～ 120KeV，注入剂量1E15～4E15，杂质为磷， h.深磷埋退火 退火温度1050℃～1200℃，通入55～65分钟氮气， i.外延在纵向NPN管集电区部位外延，厚度5～10微米， 电阻率2～4Ω·CM， j.深磷扩散扩散部位为NPN管集电区，深磷预扩1000℃～1100℃， 先通4～6分钟氮气和氧气，接着通35～45分钟磷源，最后 通4～6分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100℃～1200℃，先 通4～6分钟氧气，接着通65～75分钟氢气和氧气，最后通 4～6分钟氧气， k.隔离扩散扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋对通，隔离预扩为600 ℃～900℃，先通8～12分钟氮气和氧气，接着通22～28 分钟硼源，最后通8～12分钟氮气和氧气；隔离再扩为1100 ℃～1200℃，通入8～12分钟氮气和氧气， l.P-、基区注入注入部位为P-电阻区、基区电阻区及NPN管基区，P-注入 能量50KeV～100KeV，剂量为1E13～3E13，杂质为硼； 基区注入能量50KeV～100KeV，剂量为2E14～4E14，杂 质为硼， m.P+注入 注入部位为横向PNP管发射区，集电区，注入能量为50KeV～ 100KeV，剂量为8E14～2E15，杂质为硼， n.P+退火 退火温度1050℃～1200℃，通入25～35分钟氮气， o.发射区扩散 扩散部位为NPN管集电极欧姆接触区及发射区，发射区予 扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氮气和氧气，接着通 12～18分钟磷源，最后通4～6分钟氮气和氧气；发射区再 扩为900℃～1100℃，先通4～6分钟氧气，接着通25～35 分钟氢气和氧气，最后通4～6分钟氧气， p.接触孔光刻、腐蚀采用干法加湿法的方法刻蚀，以形成良好的表面状态， q.一铝溅射在基片表面上溅射0.8～1.2微米铝硅， r.介质淀积在基片表面上淀积10000～20000埃氮化硅， s.通孔光刻、刻蚀 刻出一铝与二铝之间连接的通孔区域， t.二铝溅射溅射1.2～2微米铝硅，采用厚铝，为提高电路能力， u.压点光刻、刻蚀 刻出芯片压点区域。 在这个工艺平台下，最终形成的NPN管纵向结构如图5所示，基本单管参数如下β＝100～200/Ic＝1mA，BVceo＝35～40V，BVcbo＝50～60V，BVebo＝7～8V。 有益效果通过比较(图4)和(图5)，我们可以发现(一)在常规采用锑埋技术的双极工艺中，因锑扩散系数较小，导致锑埋层自身体积较小，从而电阻较大；同时由于锑埋层上翻少，导致NPN管基区与埋层之间距离偏大，电阻较大。而采用磷埋技术后，因磷扩散系数较大，因此磷埋层体积较大，电阻较小；同时由于磷上翻较多，因此NPN管基区与埋层之间距离减小，电阻较小。(二)常规双极工艺中，由于深磷扩散至较深时，其体积与浓度均较小，因此与埋层接触处电阻较大；而采用深磷埋技术后，由于深磷埋的上翻作用，可以有效的补偿深磷扩散较深时的浓度与体积，从而消除了深磷与埋层接触处电阻偏大的瓶颈问题。 由以上我们可以得出结论，采用磷埋及深磷埋技术后，可以很好的改善常规工艺中制约双极NPN管集电极串联电阻进一步减小的因素。因此采用磷埋及深磷埋技术的NPN管，其饱和压降肯定优于采用锑埋技术的NPN管。 通过实验，比较了采用磷埋及深磷埋工艺制作的纵向NPN管与采用常规锑埋工艺制作的纵向NPN管，发现在相同的纵向NPN管面积下，磷埋及深磷埋工艺比锑埋工艺管子饱和压降减少约30％。数据如下纵向NPN管面积均为734*862μm2，采用常规锑埋工艺，其饱和压降为0.29V/Ic＝100mA；采用磷埋及深磷埋工艺，其饱和压降为0.21V/Ic＝100mA。因此，达到相同的饱和压降，采用磷埋及深磷埋技术的双极工艺制作的纵向NPN管，其面积可比采用锑埋技术缩小约30％，这在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向ＮＰＮ管制作工艺，其特征在于该工艺具体如下：ａ．投料：采用Ｐ型基片，晶向为＜１１１＞，ｂ．氧化：在基片表面氧化，氧化厚度５０００＊～１００００＊，ｃ．磷埋光刻、腐蚀：在纵向ＮＰＮ管 Ｎ埋部位刻出光刻窗口，ｄ．磷埋注入：注入部位为纵向ＮＰＮ管Ｎ埋区，注入能量５０ＫｅＶ～１２０ＫｅＶ，注入剂量８Ｅ１４～１．２Ｅ１５，杂质为磷，ｅ．磷埋退火：退火温度为１０５０℃～１２００℃，先通２８０～３２０分钟氮气，再通１ １０～１３０分钟氧气，ｆ．硼埋光刻、注入：注入部位为隔离槽区，注入能量５０ＫｅＶ～１００ＫｅＶ，注入剂量２Ｅ１４～１Ｅ１５，杂质为硼，ｇ．深磷埋光刻、注入：注入部位为纵向ＮＰＮ管集电区，注入能量５０ＫｅＶ～１２０ＫｅＶ，注入 剂量１Ｅ１５～４Ｅ１５，杂质为磷，ｈ．深磷埋退火：退火温度１０５０℃～１２００℃，通入５５～６５分钟氮气，ｉ．外延：在纵向ＮＰＮ管集电区部位外延，厚度５～１０微米，电阻率２～４Ω.ＣＭ，ｊ．深磷扩散：扩散部位为ＮＰＮ 管集电区，深磷预扩１０００℃～１１００℃，先通４～６分钟氮气和氧气，接着通３５～４５分钟磷源，最后通４～６分钟氮气和氧气；深磷再扩为１１００℃～１２００℃，先通４～６分钟氧气，接着通６５～７５分钟氢气和氧气，最后通４～６分钟氧气，ｋ ．隔离扩散：扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋对通，隔离预扩为６００℃～９００℃，先通８～１２分钟氮气和氧气，接着通２２～２８分钟硼源，最后通８～１２分钟氮气和氧气；隔离再扩为１１００℃～１２００℃，通入８～１２分钟氮气和氧气，１．Ｐ－ 、基区注入：注入部位为Ｐ－电阻区、基区电阻区及ＮＰＮ管基区，Ｐ－注入能量５０ＫｅＶ～１００ＫｅＶ，剂量为１Ｅ１３～３Ｅ１３，杂质为硼；基区注入能量５０ＫｅＶ～１００ＫｅＶ，剂量为２Ｅ１４～４Ｅ１４，杂质为硼，ｍ．Ｐ＋注入：注入部位为 横向ＰＮＰ管发射区，集电区，注入能量为５０ＫｅＶ～１００ＫｅＶ，剂量为８Ｅ１４～２Ｅ１５，杂质为硼，ｎ．Ｐ＋退火：退火温度１０５０℃～１２００℃，通入２５～３５分钟氮气，ｏ．发射区扩散：扩散部位为ＮＰＮ管集电极欧姆接触区及发 射区，发射区予扩为９００℃～１１００℃，先通４～６分钟氮气和氧气，接着通１２～１８分钟磷源，最后通４～６分钟氮气和氧气；发射区再...

【技术特征摘要】
1.一种采用磷埋及深磷埋技术的双极型纵向NPN管制作工艺，其特征在于该工艺具体如下a.投料采用P型基片，晶向为<111>，b.氧化在基片表面氧化，氧化厚度c.磷埋光刻、腐蚀 在纵向NPN管N埋部位刻出光刻窗口，d.磷埋注入注入部位为纵向NPN管N埋区，注入能量50KeV～120KeV，注入剂量8E14～1.2E15，杂质为磷，e.磷埋退火退火温度为1050℃～1200℃，先通280～320分钟氮气，再通110～130分钟氧气，f.硼埋光刻、注入 注入部位为隔离槽区，注入能量50KeV～100KeV，注入剂量2E14～1E15，杂质为硼，g.深磷埋光刻、注入注入部位为纵向NPN管集电区，注入能量50KeV～120KeV，注入剂量1E15～4E15，杂质为磷，h.深磷埋退火 退火温度1050℃～1200℃，通入55～65分钟氮气，i.外延在纵向NPN管集电区部位外延，厚度5～10微米，电阻率2～4Ω·CM，j.深磷扩散扩散部位为NPN管集电区，深磷预扩1000℃～1100℃，先通4～6分钟氮气和氧气，接着通35～45分钟磷源，最后通4～6分钟氮气和氧气；深磷再扩为1100℃～1200℃，先通4～6分钟氧气，接着通65～75分钟氢气和氧气，最后通4～6分钟氧气，k.隔离扩散扩散部位为隔离槽，目的是与硼埋对通，隔离预扩为600℃～900℃，先通8...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏卡，邓晓军，卜惠琴，
申请(专利权)人：无锡友达电子有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]