一种多晶硅发射极晶体管及其制作方法与流程

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多晶硅发射极晶体管及其制作方法。

背景技术：

双极晶体管具有操作速度快、饱和压降小、电流密度大等优点，目前已成为大规模集成电路的常用器件结构之一。传统的集成电路中晶体管发射区的制作方法是先淀积三氯氧磷，然后通过发射区扩散完成晶体管的发射区掺杂，形成具有一定的电流增益和发射极-集电极击穿电压的发射区。该类发射区晶体管存在电流增益低的问题，特别是当集成电路的规模和集成密度增大时，晶体管的尺寸要按比例缩小，发射区结深也必须按比例缩小，当前工艺上常常采用降低器件内基区掺杂浓度的方法减小发射区结深。当发射区结深减少到200nm以下时，少子扩散长度就比发射区结深大，这样使得晶体管的基区电阻率明显增加，电流增益大大减小，发射极-集电极击穿电压降低。

技术实现要素：

本发明提供一种多晶硅发射极晶体管及其制作方法，以达到在器件尺寸减小的同时，所述晶体管的电流增益仍可保持较大水平的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种多晶硅发射极晶体管的制作方法，包括：在p衬底上依次形成n+型的埋层、n-型的外延层以及位于所述外延层两端的第一隔离区和第二隔离区，还包括：

形成纵向贯穿所述外延层的第一n+区，所述第一n+区与所述埋层连通；

在所述第一隔离区、第一n+区、外延层以及第二隔离区上方形成一层第一二氧化硅层；

在所述外延层内的上部且与第二隔离区相邻的位置形成p区；

在所述外延层内的上部与所述p区相邻的位置形成p+区；

在所述第一二氧化硅层上方淀积一层第二二氧化硅层，并通过刻蚀所述第二二氧化硅层在所述第一n+区上方、所述p+区上方部分区域以及所述p区上方部分区域分别对应形成第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔；

在所述第二二氧化硅层上方淀积一层第一氮化硅层，并将第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔中的所述第一氮化硅层去除；

将所述位于第一接触孔和第三接触孔中的所述第一二氧化硅层去除，并在所述第一接触孔和第三接触孔中形成一层掺杂多晶硅层；

在p区内且位于所述第三接触孔下方的位置形成第二n+区；

将位于所述第二接触孔中的第一二氧化硅层去除，并在所述掺杂多晶硅层上方及第二接触孔中淀积一层金属层。

第二方面，本发明实施例还提供了一种多晶硅发射极晶体管，从下至上依次包括：p衬底、n+型的埋层、n-型的外延层以及位于所述外延层两端的第一隔离区和第二隔离区，其特征在于，还包括：

第一n+区，所述第一n+区与所述埋层连通，所述第一n+区上方设置有第一接触孔；

p+区，所述p+区位于所述外延层内的上部；

p区，所述p区左侧与所述p+区相邻，右侧与所述第二隔离区相邻，并且 所述p区内的上部设有第二n+区；

位于所述第一隔离区、外延层、p+区、p区以及第二隔离区上方由下至上依次有第一二氧化硅层、第二二氧化硅层以及氮化硅层，所述第一二氧化硅层、第二二氧化硅层以及氮化硅层在所述p+区和所述第二n+区上方分别设置有第二接触孔和第三接触孔；

位于所述第一接触孔和第三接触孔中的掺杂多晶硅层，以及位于所述掺杂多晶硅层上的铝合金层。

本发明通过在p衬底上依次形成n+型的埋层、n-型的外延层以及位于所述外延层两端的第一隔离区和第二隔离区、第一n+区、第一二氧化硅层、p区、与p区相邻的p+区、所述第一二氧化硅层上方的第二二氧化硅层，并刻蚀所述第二二氧化硅层形成第一接触孔、第二接触孔和第三接触孔，在p区内且位于所述第三接触孔下方的位置形成第二n+区，在所述第一接触孔和第三接触孔中形成一层掺杂多晶硅层。本发明由于形成了所述掺杂多晶硅层显著提高了电流增益，使得双极器件能够在不降低发射极-集电极穿通电压和不损失电流增益的情况下实现器件的纵向按比例缩小。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种多晶硅发射极晶体管的制作方法的流程示意图；

图2-20是图1所述流程中对应的结构示意图；

图21是本发明实施例的提供的一种多晶硅发射极晶体管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例一提供的一种多晶硅发射极晶体管的制作方法的流程示意图。图2-20是图1所述流程中对应的结构示意图。如图1所示，本发明实施例一提供的一种多晶硅发射极晶体管的制作方法，具体包括如下操作：

s110、在p衬底210上依次形成n+型的埋层220、n-型的外延层230以及位于外延层230两端的第一隔离区241和第二隔离区242，具体结构如图2所示。具体的，第一隔离区241和第二隔离区242中可以是掺有硼。

s120、形成纵向贯穿外延层230的第一n+区250，第一n+区250与埋层220连通，具体结构如图3所示。

s130、在第一隔离区241、第一n+区250、外延层230以及第二隔离区242上方形成一层第一二氧化硅层260，具体结构如图4所示。

s140、在外延层230内的上部且与第二隔离区242相邻的位置形成p区270，具体结构如图5所示。

s150、在外延层230内的上部与p区270相邻的位置形成p+区280，具体结构如图6所示。

s160、在第一二氧化硅层260上方淀积一层第二二氧化硅层290，并通过刻蚀第二二氧化硅层290在第一n+区250上方、p+区280上方部分区域以及p区270上方部分区域分别对应形成第一接触孔301、第二接触孔302和第三接 触孔303，具体结构如图7所示。

s170、在第二二氧化硅层290上方淀积一层第一氮化硅层310，并将第一接触孔301、第二接触孔302和第三接触孔303中的第一氮化硅层310去除，具体结构如图8所示。

s180、将位于第一接触孔301和第三接触孔303中的第一二氧化硅层260去除，并在第一接触孔301和第三接触孔303中形成一层掺杂多晶硅层320，具体结构如图9所示。

s190、在p区270内且位于第三接触孔303下方的位置形成第二n+区330，具体结构如图10所示。

s200、将位于第二接触孔302中的第一二氧化硅层260去除，并在掺杂多晶硅层320上方及第二接触孔302中淀积一层金属层340，具体结构如图11所示。

需要说明的是，所述第一接触孔301、第二接触孔302及第三接触孔303中在淀积金属层340之后，分别形成所述多晶硅发射极晶体管的集电极、基极和发射极。

本发明通过在p衬底210上依次形成n+型的埋层220、n-型的外延层230以及位于外延层230两端的第一隔离区241和第二隔离区242、第一n+区250、第一二氧化硅层260、p区270、与p区270相邻的p+区280、第一二氧化硅层260上方的第二二氧化硅层290，并刻蚀第二二氧化硅层290形成第一接触孔301、第二接触孔302和第三接触孔303，在p区270内且位于第三接触孔303下方的位置形成第二n+区330，在第一接触孔301和第三接触孔303中形成一层掺杂多晶硅层320。与现有技术中双极晶体管相比，本发明提供的多晶硅发 射极晶体管由于形成了掺杂多晶硅层320，能够在多晶硅发射极晶体管中有多子、少子通过多晶-单晶界面，实现了多晶硅膜的输运，显著提高了电流增益。使得双极器件能够在不降低发射极-集电极穿通电压和不损失电流增益的情况下实现器件的纵向按比例缩小。

进一步的，在上述实施例的基础上，s120、形成纵向贯穿外延层230的第一n+区250，第一n+区250与埋层220连通，可以是包括：

热氧化生成第三二氧化硅层350，第三二氧化硅层350覆盖第一隔离区241、外延层230及第二隔离区242，具体结构如图12所示。

对外延层230上方的第三二氧化硅层350进行刻蚀，形成第四接触孔351，具体结构如图13所示。

在第四接触孔351处注入磷和砷形成纵向贯穿外延层230的第一n+区250，第一n+区250与埋层220连通，并去除第三二氧化硅层350，具体结构如图3所示。

优选的，在上述实施例的基础上，在第四接触孔处注入磷和砷形成纵向贯穿外延层230的第一n+区250，可以是包括：

在第三二氧化硅层350上以及第四接触孔中淀积一层掺有磷和砷的二氧化硅360，通过加热使磷和砷扩散至第四接触孔下方的外延层230中，形成第一n+区250，具体结构如图14所示。

进一步的，在上述实施例的基础上，s130、在第一隔离区241、第一n+区250、外延层230以及第二隔离区242上方形成一层第一二氧化硅层260，可以是包括：

依次形成一层第四二氧化硅层370和第二氮化硅层380，第四二氧化硅层 370覆盖第一隔离区241、第一n+区250、外延层230以及第二隔离区242，第二氮化硅层380覆盖第四二氧化硅层370，具体结构如图15所示。

将除位于第一n+区250上方以及外延层230上方部分区域的第二氮化硅层380去除，具体结构如图16所示。

利用未去除的第二氮化硅层380作为掩蔽层通过热氧化对图16中所示的第四二氧化硅层370进行加厚处理，形成第一二氧化硅层260，具体结构如图17所示。

可选的，在实施例的基础上，操作s180中在第一接触孔301和第三接触孔303中形成一层掺杂多晶硅层320，可以是包括：

在第一氮化硅层310上方以及第一接触孔301、第二接触孔302和第三接触孔303中淀积一层多晶硅层390，具体结构如图18所示。

并在多晶硅层390中注入磷和砷，进行退火，形成掺杂多晶硅层(图中未示出)，具体结构如图19所示。从工艺方面考虑，在同样条件下，本操作比现有技术中平面晶体管能够更加精确地控制三极管直流电流放大系数hfe，并且晶体管有非常高的电流增益，解决了同时提高电流增益和集电极_基极击穿电压bvceo之间的矛盾。

对掺杂多晶硅层320进行刻蚀，去除位于第一接触孔301和第三接触孔303外的掺杂多晶硅层320，具体结构如图20所示。

本发明技术方案采用了多晶硅自对准技术，使得发射区面积缩小，从而器件的寄生效应、功耗得以减小，提高电路的优值。

优选的，在上述实施例的基础上，在s150、在外延层230内的上部与p区270相邻的位置形成p+区280之后，并且在s160、第一二氧化硅层260上方淀 积一层第二二氧化硅层290之前，还可以是包括：

进行退火处理，消除p+区280的晶格缺陷。

具体的，上述实施例操作s160中，具体可以是采用化学气相沉积的方式在所述第一二氧化硅层上方淀积形成所述第二二氧化硅层。示例性的，上述实施例中金属层340可以为铝合金层，所述铝合金中可以是含有质量分数为1％的硅和质量分数为0.5％的铜。

图21是本发明实施例的提供的一种多晶硅发射极晶体管的结构示意图。如图21所示，本发明实施例提供的一种多晶硅发射极晶体管从下至上依次包括：p衬底210、n+型的埋层220、n-型的外延层230以及位于外延层230两端的第一隔离区241和第二隔离区242，还包括：

第一n+区250，第一n+区250与埋层220连通，第一n+区250上方设置有第一接触孔301；

p+区280，p+区280位于外延层230内的上部；

p区270，p区270左侧与p+区280相邻，右侧与第二隔离区242相邻，并且p区270内的上部设有第二n+区330；

位于第一隔离区241、外延层230、p+区280、p区270以及第二隔离区242上方由下至上依次设置有第一二氧化硅层260、第二二氧化硅层290以及氮化硅层，第一二氧化硅层260、第二二氧化硅层290以及氮化硅层在p+区280和第二n+区330上方分别设置有第二接触孔302和第三接触孔303；

位于第一接触孔301和第三接触孔303中的掺杂多晶硅层320，以及位于掺杂多晶硅层320上的金属层340。其中金属层340可以为铝合金层，所述铝合金中可以是含有质量分数为1％的硅和质量分数为0.5％的铜。其中，所述第 一接触孔301、第二接触孔302及第三接触孔303分别对应所述多晶硅发射极晶体管的集电极、基极和发射极。

本发明实施例通过提供一种多晶硅发射极晶体管与现有技术中双极晶体管相比，由于该多晶硅发射极晶体管中位于第一接触孔301和第三接触孔303中设置有掺杂多晶硅层320，能够在多晶硅发射极晶体管中有多子、少子通过多晶-单晶界面，实现了多晶硅膜的输运，显著提高了电流增益，使得双极器件能够在不降低发射极-集电极穿通电压和不损失电流增益的情况下实现器件的纵向按比例缩小。此外，本发明所提供的一种多晶硅发射极晶体管可以采用上述实施例所述的多晶硅发射极晶体管的制作方法制成。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。