專利名稱：半導體器件的生產(chǎn)方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的生產(chǎn)方法，該半導體器件是由具有一雙極元件和一電阻元件的集成電路構(gòu)成或由具有一雙極元件和一MOS器件以混狀態(tài)結(jié)合在其中的一雙CMOS集成電路構(gòu)成。
具有一雙極元件和常規(guī)電路必須具有一高精度的電阻器件，其通常是與雙極元件的基極擴散層同時形成的。例如，已公開的有關(guān)這種構(gòu)造的技術(shù)，《超速數(shù)字器件》，第一輯，“超速雙極器件”，4.4.1節(jié)，90-91頁，BaiFukan出版。
下面將結(jié)合附

圖1A到1C，介紹具有一雙極元件和一電阻元件集成電路的常規(guī)半導體器件的生產(chǎn)方法。-N+型嵌入層2和-P+型嵌入層3被分別地形成在一P型硅基片1上，而在其上生長一厚度近似1.0-3.0微米范圍的N型外延層4。其后，P型阱5用于元件的隔離用選擇氧化方法形成-P型溝道截斷環(huán)7和場氧化膜8。在溫度為900-1000℃的氧氣環(huán)境中形成一厚度約200的氧化膜9和通過注入量近似在1-2×1016cm-2范圍內(nèi)的磷(見圖1A)形成-N+型集電極擴散層10。
然后，對雙極元件部分和電阻元件部分的N型外延層的硅表面進行氣體的化學刻蝕，如CF4等氣體可有選擇地腐蝕深度約達0.01-0.2μm的范圍。采用化學干刻蝕的原因是，一金屬污染層、一用離子注入和反應的離子刻蝕造成的損傷層或一雜質(zhì)沉積層，當容許其存在于基極表面上時，將產(chǎn)生電子的重新結(jié)合并引起雙極元件電流放大系數(shù)下降。在溫度約900-1000℃的情況下，生成一高度約200的氧化膜18，用摻雜硼形成一基極擴散層20和一電阻擴散層21，摻雜硼是通過以5×1012-5×1013cm-2的量分別注入離子到雙極元件部分和電阻元件部分，及以3-5×1015cm-2的量摻雜硼，形成一接引基極擴散層22和-P+擴散層23(圖1B)。
然后，用化學汽相淀積的方法生成一厚度約2000-3000的絕緣膜25；通過斷開一發(fā)射極部分，用化學汽相淀積方法生成一厚度約200-300的發(fā)射極多晶硅，形成一發(fā)射極擴散層26，以約1-2×1016cm-2的量注入砷離子，并通過一個氮氣環(huán)境中在溫度900-950℃范圍內(nèi)10-20分鐘的熱處理，使注入的砷將被擴散到N型外延層4為止，及用平版印刷方法形成發(fā)射極27。其后，用標準的工藝規(guī)程完成一內(nèi)層膜18和一鋁電極29的半導體器件(圖1C)。
這種常規(guī)的方法的缺點是不能同時地形成雙極元件基極擴散層和電阻元件擴散層。其原因如下。
電阻元件的單位長度和每個表面面積的電阻值僅是根據(jù)基極擴散層的密度設定的，而雙極元件的電流放大系數(shù)是根據(jù)基極擴散層的密度和發(fā)射極擴散層密度設定的。順便說一下，當用于形成發(fā)射極的多晶硅在通過常規(guī)低壓化學汽相淀積法生長時，由于下降的壓力，環(huán)境氧夾帶在斷開的發(fā)射極部分產(chǎn)生一氧化膜結(jié)構(gòu)，換句話說即在發(fā)射極和基極間界面上。這個氧化膜是通過在生長過程中隨氫的消減而除去的。半導體器件最近的趨勢是朝著更高的運行速度和更高的集成度發(fā)展，迫使設計雙極元件發(fā)射極的尺寸降低到約0.8微米的水平，這時，隨著氫氣減少的影響減弱，而氧化膜與通常達到的厚度相比要保留了較大的厚度，因為發(fā)射極斷開部分的寬高比必定要大。眾所周知，如果這個厚的氧化膜持續(xù)存在，電流放大系數(shù)將增加，這是因為氧化層對收集正空穴起作用并隨后增加基極射入效率。
然而，利用常規(guī)的技術(shù)控制發(fā)射極和基極之間界面上將形成的氧化膜厚度是非常困難的。為阻止電流放大系數(shù)的絕故，利用基極擴散層密度得到氧化膜厚度調(diào)節(jié)的方法是行之有效的。然而，當雙極元件的基極擴散層和電阻元件擴散層將被同時形成時，電阻元件擴散層濃度必然的增加同時引起電阻量值的減小。當電阻元件是以比通常所期望的電阻量值下降的更小寬度或更大的長度形成時，減小的寬度降低了電阻量值的絕對精度或增加的長度防礙了廣泛小型化的元件。
本發(fā)明的目的是為解決上面所述的已有技術(shù)中存在的問題，提供一種半導體器件的生產(chǎn)方法，該器件具有同時優(yōu)選雙極元件特性和電阻元件特性的能力，并具有高性能、高集成度和高可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的第一種方式，為實現(xiàn)前述目的，提供了一種設置在一硅基片上具有一雙極元件部分和雜質(zhì)擴散層形成的電阻元件部分的半導體器件的生產(chǎn)方法，它包括(a)一個步驟，在硅基片上和在基片整個表面上形成的元件上形成第一氧化膜；(b)一個步驟，有選擇地依次除去對應于雙極元件部分基極區(qū)和第一氧化膜直接下墊面的硅基片表面上的第一氧化膜，同時清洗新露出的表面；(c)一個步驟，在硅基片上和硅基片整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜，其中在基極區(qū)域上形成的氧化膜厚度和電阻元件部分上形成的氧化膜厚度有差異；(d)一個步驟，有選擇地即刻注入離子到雙極元件部分和電阻元件部分。
根據(jù)本發(fā)明的第二種方式，提供了在半導體器件的生產(chǎn)方法中，在上述的步驟(a)和步驟(b)之間還包括一個穿過作為掩膜的第一氧化膜注入離子到雙極元件部分的集電極區(qū)域的步驟，和一個全部除去第一氧化膜的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第三種方式，提供了一種設置在一硅基片上，具有一雙極元件部分和由雜質(zhì)擴散層形成的電阻元件部分的半導體器件的生產(chǎn)方法，它包括(a)一個步驟，在硅基片上和在硅基片整個表面上形成的組成元件上形成第一氧化膜；(b)一個步驟，穿過作為掩膜的第一氧化膜注入離子到雙極元件部分的集電極區(qū)；(c)一個步驟，有選擇地依次除去對應于雙極元件部分基極區(qū)和第一氧化膜直接下墊面的硅基片表面上的第一氧化膜，同時清洗新露出的表面；(d)一個步驟，在硅基片上和在硅基片整個表面上形成的組成元件上形成第二氧化膜，其中在基極區(qū)上形成的氧化膜厚度和在電阻元件部分上形成的氧化膜厚度有差異；(e)一個步驟，有選擇地即刻注入離子到雙極元件部分和電阻元件部分中。
根據(jù)本發(fā)明的第四種方式，提供了一種設置在一基片上、具有一雙極元件部分、一雜質(zhì)擴散層形成的電阻元件部分和一MOS元件部分的半導體器件的生產(chǎn)方法，它包括(a)在硅基片上和在整個硅基片表面上形成的組成元件上形成一第一氧化膜的步驟；(b)穿過作為掩膜的第一氧化膜注入離子到雙極元件部分集電極區(qū)域的步驟；(c)整個地除去第一氧化膜的步驟；(d)在前述的MOS元件部分上順序地形成一柵氧化膜和一柵電極的步驟；(e)在硅基片上和在其整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜的步驟；(f)有選擇地依次除去對應于雙極元件部分基極區(qū)的第和第一氧化膜直接下墊面的硅基片表面上的第一氧化膜，并同時清洗新暴露表面的步驟；(g)一個步驟，在硅基片上和在其整個表面上形成的組成元件上形成一第三氧化膜，其中在基極區(qū)上形成的氧化膜厚度和在電阻元件部分上形成的氧化膜厚度有差異；(h)有選擇地并瞬間地注入離子到雙極元件部分和電阻元件部分中去的步驟。
根據(jù)前面所述的第一種方式，雙極元件可以阻止增加電流放大系數(shù)，并且同時，由于根據(jù)預定形成基極區(qū)氧化膜的厚度和預定形成電阻區(qū)氧化膜厚度的差異瞬間實現(xiàn)的離子注入，高精度電阻量值能夠?qū)崿F(xiàn)。從而，因為生產(chǎn)是在沒有增加光致抗蝕掩膜數(shù)量或增加成本情況下完成的，所以容得半導體器件以高產(chǎn)率生產(chǎn)制造。
根據(jù)第二種方式，晶體的瑕疵由于離子注入得以減少，而產(chǎn)量能增加到大約5-10％范圍的幅度，因為要作為把磷注射進入集電極區(qū)掩體的氧化膜其厚度可以隨意設定，使得它比第一實施例中所采用的厚度還要大。
根據(jù)第三種方式，因為基極擴散層被允許在指定作為雙極元件一集電極引出部分的N+型擴散層的成形之后形成，所以集電極電阻(rsc)可以被降低、基極寬度可以被減小、而雙極元件的性能能夠改進。
根據(jù)第四種方式，因為第一氧化膜被整個地除去，所以能夠輕易地獲得用于MOS元件微型化的柵氧化膜厚度的減小。作為用于進入MOS元件的源極和漏極區(qū)離子注入的掩膜，能夠使用用于摻硼進入電阻元件部分的同樣掩膜。
第四種方式允許雙極元件的性能更進一步提高，這是因為集電極電阻(rsc)能夠被降至第三種方式集電極電阻的1/2左右，這是由產(chǎn)生用于指定作為N型溝道MOS元件部分源極和漏極區(qū)的N+擴散層24成形，并將被同時地實現(xiàn)為指定作為集電極引出部分的N+型集電極擴散層10上補償?shù)纳樽⑷胍鸬摹?br> 根據(jù)本發(fā)明半導體器件的生產(chǎn)方法，它包括首先對基區(qū)進行化學表面處理，然后清洗新暴露表面的步驟，其允許沒有增加掩膜數(shù)量或增加費用的情況下高產(chǎn)率的生產(chǎn)半導體器件，這是因為雙極元件和電阻元件能夠在同時被精選。另外，雙極元件的電流放大系數(shù)和電阻元件的電阻量值可以獨立地設定，這因為它們不是由硼摻雜量唯一確定的，也因為用于進入兩元件硼的注入的掩膜在厚度上的不同。因此，設計的自由度和生產(chǎn)的允許量(在工序中)二者因為雙極元件和電阻元件被允許獲得不同的功能而提高。
因此，甚至當雙極元件小型化時也很容易控制半導體器件的特性，且甚至當其配置有-MOS元件時也能很容易地制作出來。利用本發(fā)明可以制作出包括一雙極元件，并具有高質(zhì)量、高集成度和高可靠性，及一雙CMOS集成電路的半導體器件。所以，本發(fā)明的效果確實是很顯著的。
本發(fā)明的上述許多優(yōu)點和特征以及更多的目的，通過下面的詳細描述及與其結(jié)合的用圖解實例方法表示和陳述的本發(fā)明的最佳實施例，將變得一目了然。
圖1A-1C是一種半導體器件的剖面圖，依次說明常規(guī)生產(chǎn)工序的組成步驟；圖2圖-2C是一種半導體器件的剖面圖，依次說明按照本發(fā)明第一實施例的生產(chǎn)組成步驟。
圖3A-3C是一種半導體器件的剖面圖，依次說明按照本發(fā)明第二實施例的生產(chǎn)組成步驟。
圖4A和圖4B示出了雙極元件電流放大率和電阻元件電阻量值間關(guān)系的曲線圖，其二者是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例和硼摻雜量作出的。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的幾個最佳實施例。
圖2A-2C是順序地顯示本發(fā)明第一最佳實施例的主要組成步驟的剖面圖。在P型硅基片1上形成-N+型嵌入層2和-P+型嵌入層3，緊接著在其上生長一厚度為1.0-3.0微米的N型外延層4、和-P型阱5、形成-P型溝道截斷環(huán)7、和一場氧化膜8。然后，在溫度為900-1000℃的一個氧氣環(huán)境中，氧化所產(chǎn)生的總表面為-200的厚度，形成第一氧化膜9，并通過對雙極元件部分集電極區(qū)以約1-2×1016cm-2的量離子注入磷，形成-N+型集電極擴散層10。到上面這一步驟止，現(xiàn)在的方法是與常規(guī)方法相同的。
然后，對應于雙極元件部分基極區(qū)、除去雙極元件部分集電極區(qū)和電阻元件區(qū)、和N型的延層4的硅表面的第一氧化膜部分9部分，被使用如CF4這樣的氣體有選擇地化學刻蝕0.01-0.02微米的深度，并清洗新暴露的表面。其后通過在900-1000℃溫度一個氧氣環(huán)境下以約200的深度氧化所有產(chǎn)生的表面，形成一第二氧化膜19，在雙極元件部分形成一約200的氧化膜(X)，并在電阻元件部分形成約300的氧化膜(Y)。因為已存在約200的氧化膜，所以在電阻元件部分氧化處理漸慢(圖2A)。
然后，通過離子注入以5×1012-5×1013cm-2的量，摻雜硼進入雙極元件部分和電阻元件部分以分別地形成基極擴散層20和電阻擴散層21。在這種情況下電阻擴散層21是能具有比基極擴散層20低的雜質(zhì)濃度，這是因為作為離子注入掩膜的氧化膜X和Y在厚度方面關(guān)系為X＜Y。其后，以約3-5×1015cm-2的量摻雜硼以形成一引接基極擴散層22和一P+擴散層23(圖2B)。
然后，按照標準的步驟，生長一厚在2000-3000間的絕緣膜25，通過斷開一發(fā)射極部分形成一發(fā)射極擴散層26、生長一厚約2000-3000間的發(fā)射極多晶硅、用離子注入摻雜量約在1-2×1016cm-2的砷、并用熱處理擴散所提到的砷，及形成一發(fā)射極27、一內(nèi)層膜28和一鋁電極29以完成所要獲得的半導體器件(圖2C)。
圖3A-3D是包含一MOS元件的一雙CMOS電路構(gòu)成的半導體器件的剖面圖，順序地說明本發(fā)明第二實施例的主要組成步驟。這個第二實施例與上述的第一實施例的區(qū)別在于在一個并且是相同的半導體器件上設置一MOS元件。
-N+型嵌入層2和-P+嵌入層3被分別地形成在-P型硅基片1上，而在其上生長一厚約1.0-3.0微米的N型外延層4。然后在每個雙極元件部分和N型溝道MOS元件部分形成P型阱5，在D型溝道MOS元件部分形成N型阱6，并形成-P型溝道阻斷環(huán)7和-場氧化膜8。其后，所產(chǎn)生的表面在900-1000℃溫度的一個氧氣環(huán)境中被氧化約300-400的厚度以形成第一氧化膜9，通過注入量在1-2×1016cm-2之間的磷到雙極元件部分集電極區(qū)形成-N+型集電極擴散層10，并整個地除去氧化膜9(圖3A)。
然后，為了形成一MOS元件的目的，所產(chǎn)生的表面在750-850℃溫度之間一個H2-O2氣體環(huán)境下被氧化，以形成一厚約在100-150間的柵氧化膜11，通過使用POCL3氣體擴散磷以形成一厚約在1500-2000之間的N+型多晶硅12，通過濺射方法在其上附著一厚約在1500-2000之間的硅化鎢(WSi)13，并用平板印刷方法形成一柵極14。然后，通過注入量在1-10×1013cm-2的磷到N型溝道MOS元件部分以形成一相對低濃度的N型擴散層15，其中N型溝道MOS元件部分具有用作掩膜的柵極，且通過離子注入摻雜量在1-10×1013cm-2的硼進入P型溝道MOS元件部分形成一相對低濃度的P型擴散層16。其后，通過化學汽相淀積方法形成一厚度在約2000-3000之間的氧化膜，并通過各向異性刻蝕形成用于柵極14的一側(cè)墻氧化膜17。本來形成雙極元件部分基極區(qū)的硅表面卻因這種刻蝕而遭受損壞，而且還被來自柵極14的硅化鎢(WSi)污染。
然后，在900-1000℃溫度的一個氧氣環(huán)境下形成一厚約200的第二氧化膜18，該第二氧化膜18部分(對應于雙極元件部分的基極區(qū)部分并排除雙極元件部分及電阻元件部分的集電極區(qū))和N型外延層4遭受損壞和污染的硅表面有選擇地以氣體如CF4進行化學刻蝕，其深度大約在0.01-0.02微米的范圍內(nèi)，同時對新暴露的表面進行清洗。然后，為了形成第三氧化層19的目的，在900-1000℃溫度一個氧氣的環(huán)境下以約200的厚度氧化整個表面，在雙極元件部分形成一厚約200的氧化膜，在電阻元件部分形成一厚約300的氧化膜(圖3B)。
然后，通過離子注入分別向雙極元件部分和電阻元件摻雜硼形成一基極擴散層20和一電阻擴散層21，該注入是以約5×1012-5×1013cm-2的硼且能量為10-15Kev(千電子伏)狀態(tài)下進行的，雙極元件的一引接基極擴散層22和目的是作為P型溝道MOS元件部分源極和漏極的一P+擴散層23，是通過摻雜量約為3-5×1015cm-2間的硼形成的，且通過注入量約在5-10×1015cm-2之間的砷形成目的于作為N型溝道MOS元件部分源極和漏極的-N+擴散層24。在這種情況下，N+型集電極擴散層10已預先摻雜了砷。
然后，按照標準的步驟，生長成一厚約在2000-3000間的絕緣膜25、通過斷開一發(fā)射極部分形成一發(fā)射極擴散層26、生長一厚約2000-3000之間的發(fā)射極多晶硅、用離子注入摻雜量為1-2×1016cm-2的砷、并用熱處理擴散提到的砷、及形成一發(fā)射極27、一內(nèi)層膜28和一鋁電極29以完成所要獲得的半導體器件(圖3D) 。
圖4A和圖4B表示雙極元件的電流放大系數(shù)和電阻元件電阻量值之間的關(guān)系，兩者都是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例和硼的摻雜量作出的。從圖4A和圖4B中清楚地看出，在常規(guī)技術(shù)中，因為基極區(qū)的掩膜氧化膜和電阻區(qū)的掩膜氧化膜在厚度上是相同的(兩者都是200)，當硼的摻雜量被設置在點A時，獲得的電阻量值是如設計值一樣，而電流放大系數(shù)超出了設計范圍的上限(圖4A)。當硼摻雜被設定在B點時，獲得的電流放大系數(shù)如設計值，而電阻的量值不是設計范圍的下限(圖4B)。
在本發(fā)明中，由于基極區(qū)氧化膜和電阻區(qū)的氧化膜是用瞬時離子注入以不同的厚度同時形成的(如圖2A中所示的X和Y)，所以能夠通過設定在B點的硼摻雜量獲得設計水平的電阻量值和電流放大系數(shù)(圖4A和圖4B)。
在圖4A和圖4B中，在電流放大系數(shù)和電阻量值的擴散范圍每一中央位置標出的0，表示平均值。
權(quán)利要求
1.一種設置在硅基片上的半導體器件的生產(chǎn)方法，該半導體器件具有一雙極元件部分和由雜質(zhì)擴散層形成的一電阻元件部分，其特征在于其包括(a)在所述的硅基片上和在所述的基片整個表面上形成的組成元件上形成一第一氧化膜的步驟；(b)有選擇地依次除去對應于所述雙極元件部分基極區(qū)和直接在所述第一氧化膜下所述硅基片表面的所述第一氧化膜部分，并在同時清洗新暴露表面的步驟；(c)在所述硅基片上和在硅基片整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜的步驟，其中在所述基極區(qū)上形成的氧化膜厚度和在所述電阻元件部分上形成的氧化膜厚度有差異；(d)有選擇地即刻注入離子到所述雙極元件部分和所述電阻元件部分的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述的步驟(a)和(b)之間還包括穿過作為掩膜的第一氧化膜注入離子到所述雙極元件部分的集電極區(qū)的步驟，和整個除去所述第一氧化膜的步驟。
3.一種設置在硅基片上的半導體器件的生產(chǎn)方法，該半導體器件具有一雙極元件部分和由雜質(zhì)擴散層形成的一電阻元件部分，其特征在于其包括(a)在所述的硅基片上和在所述的基片整個表面上形成的組成元件上形成一第一氧化膜的步驟；(b)穿過作為一掩膜的所述第一氧化膜注入離子到所述雙極元件部分集電極區(qū)的步驟；(c)有選擇地并依次除去對應于所述雙極元件部分基極區(qū)和直接在所述第一氧化膜下所述硅基片表面的所述第一氧化膜部分，并同時清洗新暴露表面的步驟；(d)在所述硅基片上和在硅基片整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜的步驟，其中在所述基極區(qū)上形成的氧化膜厚度和在所述電阻元件部分上形成的氧化膜厚度有差異；(e)有選擇地即刻注入離子到所述雙極元件部分和所述電阻元件部分的步驟。
4.一種設置在硅基片上的半導體器件的生產(chǎn)方法，該半導體器件具有一雙極元件部分、由雜質(zhì)擴散層形成的一電阻元件部分和一MOS元件部分，其特征在于其包括(a)在所述的硅基片上和在所述的基片上的整個表面上形成的組成元件上形成一第一氧化膜的步驟；(b)穿過作為掩膜的所述第一氧化膜注入離子到所述雙極元件部分的集電極區(qū)的步驟；(c)整個地除去所述第一氧化膜的步驟；(d)在上述提到的所述MOS元件部分上順序地形成一柵氧化膜和一柵極的步驟；(e)在所述硅基片上和在其整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜的步驟；(f)有選擇地依次除去對應于所述雙極元件部分的基極區(qū)和直接在所述第一氧化膜下所述硅基片表面的所述第一氧化膜部分，并同時清洗新暴露表面的步驟；(g)在所述硅基片上和在其整個表面上形成的組成元件上形成一第三氧化膜的步驟，其中在所述基極區(qū)上形成的氧化膜厚和在所述電阻元件部分上形成的氧化膜厚有差異；(h)有選擇地即刻注入離子到所述雙極元件部分和所述電阻元件部分的步驟。
全文摘要
一種設置在硅基片上帶有雙極元件部分和雜質(zhì)擴散層形成的電阻元件部分的半導體器件的生產(chǎn)方法，具有(a)在所述的硅基片上和在所述的基片整個表面上形成的組成元件上形成一第一氧化膜的步驟；(b)有選擇地依次除去對應于所述雙極元件部分基極區(qū)和直接在所述第一氧化膜下所述硅基片上的第一氧化膜部分和清洗新暴露表面的步驟；(c)在所述硅基片上和其整個表面上形成的組成元件上形成一第二氧化膜，其中基極區(qū)和電阻區(qū)上氧化膜厚度有差異；(d)有選擇地即刻注入離子到所述雙極元件和電阻元件部分的步驟。
文檔編號H01L29/73GK1152192SQ9611994
公開日1997年6月18日 申請日期1996年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月5日
發(fā)明者若林勝 申請人:日本電氣株式會社