NPN-BJT双极晶体管制备工艺流程

工艺设计报告一．双极性三极管（BJT）简介双极性晶体管是集成电路中应用最广泛也是最重要的半导体器件之一，其发明者威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·豪泽·布喇顿因此被授予了1956年的诺贝尔物理学奖。三极管的外形如下图所示，而类型有PNP和NPN两种，主要以NPNBJT为例进行讨论。结构：npnEIBICI发射极基极集电极基本结构：埋层nP衬底pppnn2soEBcp衬底集电极2sio2siopp2sion埋层p基区n外延p沟道阻挡层发射区n基区n34NiN隔离氧化物二．NPNBJT的工艺制备流程1.衬底制备衬底采用轻掺杂的P型硅p型si2.埋层制备为了减小集电区的串联电阻，并减小寄生PNP管的影响，在集电区的外延层和衬底间通常要制作N+埋层。首先在衬底上生长一层二氧化硅，并进行一次光刻，刻蚀出埋层区域，然后注入N型杂质（如磷、砷等），再退火（激活）杂质。埋层材料选择标准是杂质在硅中的固溶度要大，以降低集电区的串联电阻；在高温下，杂质在硅中的扩散系数要小，以减少制作外延层时的杂质扩散效应；杂质元素与硅衬底的晶格匹配要好以减小应力，最好是采用砷。p型sin埋层3.外延层去除全部二氧化硅后，外延生长一层轻掺杂的硅。此外延层作为集电区。整个双极型集成电路便制作在这一外延层上。外延生长主要考虑电阻率和厚度。为减少结电容，提高击穿电压，降低后续工艺过程中的扩散效应，电阻率应尽量高一些；但为了降低集电区串联电阻，又希望它小一些。p型sip型sin外延层n埋层4.形成隔离区先生长一层二氧化硅，然后进行二次光刻，刻蚀出隔离区，接着预淀积硼（或者采用离子注入），并退火使杂质推进到一定距离，形成P型隔离区。这样器件之间的电绝缘就形成了。n埋层p型sin埋层p型sin外延层n外延层pn外延层n沟道阻挡层p沟道阻挡层p5.深集电极接触的制备这里的“深”指集电极接触深入到了N型外延层的内部。为降低集电极串联电阻，需要制备重掺杂的N型接触，进行第三次光刻，刻蚀出集电极，再注入（或扩散）磷并退火。n埋层p型sin埋层p型sin外延层n外延层pn沟道阻挡层p沟道阻挡层pn集电极6.基区的形成先进行第四次光刻，刻蚀出基区，然后注入硼并退火，使其扩散形成基区。由于基区掺杂元素及其分布直接影响器件电流增益、截止频率等特性，因此注入硼的剂量和能量要特别加以控制。n埋层p型sip型sin外延层n外延层pn沟道阻挡层p沟道阻挡层p集电极pnnp基区n埋层7.发射区形成在基区上生长一层氧化物，进行第五次光刻，刻蚀出发射区，进行磷或砷注入（或扩散），并退火形成发射区。n埋层p型sip型sin外延层n外延层pn沟道阻挡层p沟道阻挡层p集电极nnp基区pn埋层8.金属接触淀积二氧化硅后，进行第六次光刻，刻蚀出接触也窗口，用于引出电极线。接触孔中温江溅射金属铝形成欧姆接触。34NiNn埋层n外延层pnp型sin埋层p型sin外延层沟道阻挡层p沟道阻挡层ppnnp基区p型sin埋层p型sin外延层沟道阻挡层p沟道阻挡层ppnnp基区9.形成金属互联线进行第七次光刻，形成互联金属布线。10.后续工序测试、键合、封装等。