專(zhuān)利名稱(chēng)：在雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間具有減小的寄生電容的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及在半導(dǎo)體襯底中形成的兩個(gè)鄰近的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間具有減小的寄生電容的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
圖11A是作為一種光傳感器的光電二極管的截面圖。在p型硅襯底100的表面上形成由n型硅構(gòu)成的外延層101。在n型外延層101的表面上形成場(chǎng)氧化膜102以限定多個(gè)有源區(qū)。
在一個(gè)有源區(qū)中(在圖11A的中心區(qū)域中的有源區(qū))，形成多個(gè)n型陰極區(qū)103，彼此隔開(kāi)一定的距離。在兩個(gè)鄰近的陰極區(qū)103之間，形成p型分隔區(qū)104。用抗反射膜105覆蓋形成有陰極區(qū)103和分隔區(qū)104的有源區(qū)104的表面。
在鄰近形成有陰極區(qū)103的有源區(qū)的每一有源區(qū)(圖11A中右側(cè)和左側(cè)的有源區(qū))中形成p型陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)106。p型陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)106的底部到達(dá)p型硅襯底100。
陰極區(qū)103和p型硅襯底100構(gòu)成光電二極管。p型硅襯底100用作光電二極管的陽(yáng)極。
這種光電二極管作為光拾取器件被廣泛應(yīng)用，與光電轉(zhuǎn)換器件(典型地是光盤(pán)，例如DVD和CD)一起應(yīng)用，作為具有光電轉(zhuǎn)換功能的光傳感器。隨著激光束的波長(zhǎng)變得更短，期望與光盤(pán)一起應(yīng)用的光傳感器能夠高速工作。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高速工作，期望減小光傳感器中各種類(lèi)型的寄生電容和防止漏電流。
如圖11A所示的光傳感器在陰極區(qū)103和鄰近的陽(yáng)極區(qū)106之間、在陰極區(qū)103和p型硅襯底100之間和在陰極區(qū)103和分隔區(qū)104之間具有寄生電容。為了確保穩(wěn)定的高速工作，期望減小這些寄生電容。
圖11B是寄生電容被部分地減小的常規(guī)光傳感器的截面圖。在陰極區(qū)103和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)106之間，形成通過(guò)場(chǎng)氧化膜102的溝槽108，溝槽到達(dá)p型硅襯底100的表面層。在溝槽108的底部和內(nèi)側(cè)壁上形成硅氧化膜，并用多晶硅填充溝槽108。
在p型硅襯底100和n型外延層101的與溝槽108接觸的區(qū)域中形成p型高雜質(zhì)濃度區(qū)109。此p型高雜質(zhì)濃度區(qū)109防止漏電流經(jīng)由溝槽108底部流動(dòng)。
因?yàn)樵跍喜?08的側(cè)壁上形成介電常數(shù)低于硅介電常數(shù)的薄氧化硅膜，可以減小在陰極區(qū)103和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)106之間的寄生電容。
雖然可以減小在如圖11B所示光傳感器的陰極區(qū)103和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)106之間的寄生電容，但是不能減小在陰極區(qū)103和p型硅襯底100之間和在陰極區(qū)103和分隔區(qū)104之間的寄生電容。
因?yàn)閜型高雜質(zhì)濃度區(qū)109形成在溝槽108周?chē)?，在陰極區(qū)103和p型高雜質(zhì)濃度區(qū)109之間新形成了寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在兩個(gè)相反導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間具有減小的寄生電容的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括至少具有由第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體構(gòu)成的表面層的下層襯底；第一層，形成在下層上或上方且由電阻高于下層襯底表面層電阻的半導(dǎo)體構(gòu)成；第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，形成在第一層的部分表面區(qū)中且摻雜有與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)，第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)沒(méi)有到達(dá)下層襯底的表面；第二導(dǎo)電類(lèi)型的第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，設(shè)置在第一層中且在面內(nèi)方向上與第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)一定的距離，第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)到達(dá)下層襯底的表面；和第一分隔區(qū)，設(shè)置在第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間且包括在第一層中形成的溝槽和至少在溝槽的部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料。
在第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)和下層襯底之間設(shè)置具有高電阻的第一層。因此可以減小在第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)和下層襯底之間的寄生電容。因?yàn)榻殡姴牧显O(shè)置在構(gòu)成第一分隔區(qū)的溝槽中，可以減小在第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間的寄生電容。


圖1是根據(jù)第一實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖2是根據(jù)第一實(shí)施例光傳感器的截面圖。
圖3是在第一實(shí)施例光傳感器的溝槽側(cè)面沿深度方向的雜質(zhì)濃度分布示圖。
圖4是在第一實(shí)施例光傳感器的溝槽和分隔區(qū)之間的結(jié)區(qū)截面示圖。
圖5是根據(jù)第二實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖6是根據(jù)第三實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖7是根據(jù)第四實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖8是根據(jù)第五實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖9是根據(jù)第六實(shí)施例光傳感器的平面圖。
圖10A到10G是說(shuō)明具有與雙極晶體管集成的第一實(shí)施例光傳感器的半導(dǎo)體器件的制造方法的截面圖。
圖11A和11B是常規(guī)光傳感器的截面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例半導(dǎo)體光傳感器的平面圖。在半導(dǎo)體襯底的表面層中設(shè)置其平面形狀與正方形的外圍形狀一致的溝槽2。分隔區(qū)3與由溝槽2限定的正方形的相對(duì)兩邊的中心相互連接以把溝槽2的內(nèi)部分割成四個(gè)區(qū)。分隔區(qū)3的末端與溝槽2的側(cè)壁鄰接。
陰極區(qū)1a到1d設(shè)置在由分隔區(qū)3分割的四個(gè)區(qū)中。設(shè)置1a到1d的每一個(gè)陰極區(qū)與溝槽2和分隔區(qū)3隔開(kāi)一定的距離。陰極區(qū)1a到1d的表面和分隔區(qū)3由正如后面將要說(shuō)明的抗反射膜覆蓋。穿過(guò)與陰極區(qū)1a到1d相對(duì)應(yīng)并在其內(nèi)部的抗反射膜形成電極引線(xiàn)開(kāi)口4a到4d。
一個(gè)陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5環(huán)繞溝槽2的外側(cè)。另一個(gè)溝槽6環(huán)繞陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5的外側(cè)。
圖2是沿圖1所示的點(diǎn)劃線(xiàn)A2-A2的截面圖。在具有1×1014到1×1018cm-3雜質(zhì)濃度的p型硅襯底10的表面層中，摻雜p型雜質(zhì)以形成具有大約1×1017cm-3峰值濃度的p型高雜質(zhì)濃度層11。在該p型高雜質(zhì)濃度層11上形成p型外延層12，p型外延層12大約10到20μm厚，在它的上表面?zhèn)鹊膒型雜質(zhì)的濃度等于或低于1×1014cm-3。在p型外延層12上形成具有大約5×1015cm-3雜質(zhì)濃度和0.8到2μm厚度的n型外延層13。
在n型外延層13的表面上形成場(chǎng)氧化膜15以限定多個(gè)有源區(qū)。
在如圖2所示的中心有源區(qū)中的n型外延層13中形成n型陰極區(qū)1a和1b。雖未在圖2中畫(huà)出，陰極區(qū)1c和1d也形成在該有源區(qū)中。陰極區(qū)1a-1d是摻雜有磷并具有1×1015到1×1020cm-3雜質(zhì)濃度的n型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。陰極區(qū)1a到1d到達(dá)p型外延層12的上表面。也可以應(yīng)用陰極區(qū)1a到1d不到達(dá)p型外延層12的上表面的結(jié)構(gòu)。
在陰極區(qū)1a和1b之間的n型外延層13中形成分隔區(qū)3。分隔區(qū)3是摻雜有硼并具有1×1016到1×1020cm-3雜質(zhì)濃度的p型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。分隔區(qū)3與陰極區(qū)1a和1b電隔離并防止了在其間的漏電流流動(dòng)。優(yōu)選使分隔區(qū)3的深度等于或淺于陰極區(qū)1a-1d的深度。
在陰極區(qū)1a和1b形成于其中的有源區(qū)的表面上形成抗反射膜16?？狗瓷淠?6具有氧化硅膜和氮化硅膜的雙層結(jié)構(gòu)以減低相對(duì)于在接收波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光的反射率。
在與陰極區(qū)1a和1b形成于其中的有源區(qū)相鄰的有源區(qū)中形成陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5。陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5是摻雜有硼并具有1×1016到1×1020cm-3雜質(zhì)濃度的p型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5從n型外延層13的上表面延伸到p型高雜質(zhì)濃度層11。正如后面將要說(shuō)明的，通過(guò)兩個(gè)離子注入過(guò)程形成陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5，其中一個(gè)過(guò)程在形成n型外延層13之前而另一個(gè)過(guò)程在形成n型外延層13之后。
在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間和在陰極區(qū)1b和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間施加反偏電壓。
在陰極區(qū)1a和1b設(shè)置于其中的有源區(qū)和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5設(shè)置于其中的有源區(qū)之間形成溝槽2。形成另一溝槽6以與溝槽2一起環(huán)繞陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5。溝槽2和6延伸到稍微淺于p型高雜質(zhì)濃度層11和p型外延層12之間邊界的深度并具有大約1μm的寬度。在溝槽2和6的底部及內(nèi)部側(cè)壁上形成大約0.3μm厚的氧化硅膜18。多晶硅填充物19被掩埋到溝槽2和6中。
在接觸溝槽2和6的p型外延層12的部分區(qū)域中形成重?fù)诫s有硼的溝道停止擴(kuò)散區(qū)20。n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20具有1×1016到1×1018cm-3的硼雜質(zhì)濃度。n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20減小了沿溝槽2的底部和側(cè)壁流動(dòng)的漏電流。
在上述第一實(shí)施例的光傳感器中，光電二極管由p型外延層12和作為陽(yáng)極的p型高雜質(zhì)濃度層11和作為陰極的陰極區(qū)1a和1b構(gòu)成。具有高電阻的p型外延層12設(shè)置在陰極區(qū)1a和p型高雜質(zhì)濃度區(qū)11之間。因此在陰極和陽(yáng)極之間的寄生電容較圖11A和11B所示的常規(guī)光傳感器顯著減小，在常規(guī)光傳感器中陰極區(qū)103和p型襯底(陽(yáng)極)100直接接觸。
在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間設(shè)置溝槽2。因?yàn)樵O(shè)置在溝槽2中的氧化硅膜18的介電常數(shù)低于硅的介電常數(shù)，可以減小其間的寄生電容。在面內(nèi)方向上在襯底中與陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5隔開(kāi)一定的距離設(shè)置溝槽2。因此，可以提高寄生電容縮減效應(yīng)?？梢圆捎糜山殡姵?shù)低于硅介電常數(shù)的介電材料構(gòu)成的其它膜代替氧化硅膜。
圖3是在圖2所示溝槽2的側(cè)面上沿深度方向的雜質(zhì)濃度分布示圖。橫坐標(biāo)表示雜質(zhì)濃度，縱坐標(biāo)表示深度。虛線(xiàn)21示出當(dāng)形成n型外延層1 3時(shí)摻雜的n型雜質(zhì)的濃度。實(shí)線(xiàn)22示出當(dāng)形成p型外延層12時(shí)摻雜的p型雜質(zhì)的濃度。實(shí)線(xiàn)23示出當(dāng)形成n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20時(shí)摻雜的p型雜質(zhì)的濃度。
在虛線(xiàn)21和實(shí)線(xiàn)22之間的交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)于n型外延層13和p型外延層12之間的界面。被摻雜以形成n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20的p型雜質(zhì)停留在p型外延層12中而沒(méi)有擴(kuò)散到n型外延層13。即，把n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20設(shè)置為與n型外延層13在深度方向上分隔一定的距離并形成在p型外延層12中。結(jié)果，可以抑制在陰極區(qū)1a和n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20之間寄生電容的增加。
溝槽2可以制得更深以?xún)H在接近溝槽2的底部設(shè)置n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20。利用這種結(jié)構(gòu)，在陰極1a和n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20之間的寄生電容可以進(jìn)一步減小。為了實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，如圖2所示的溝槽2可以制得比溝槽6更深。
回到圖1，n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25設(shè)置在包括分隔區(qū)3和溝槽2之間界面的區(qū)域中。
圖4是沿如圖1所示的點(diǎn)劃線(xiàn)A4-A4的截面圖。在有源區(qū)中設(shè)置分隔區(qū)3而且分隔區(qū)3沒(méi)有延伸到場(chǎng)氧化膜15之下。在分隔區(qū)3和溝槽2之間的場(chǎng)氧化膜15之下設(shè)置n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25。n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25是摻雜有硼的p型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)并具有大約1×1017cm-3的雜質(zhì)濃度。
n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25可以減小漏電流通過(guò)如圖1所示的溝槽2的側(cè)區(qū)域在鄰近陰極區(qū)例如陰極區(qū)1a和1b之間流動(dòng)。
圖5是根據(jù)第二實(shí)施例光傳感器的平面圖。在如圖1所示的第一實(shí)施例中，在陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間單一地設(shè)置溝槽2，而在第二實(shí)施例中，設(shè)置雙重溝槽2A和2B。即沿著分隔陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5的方向設(shè)置兩個(gè)溝槽。其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的光傳感器結(jié)構(gòu)相同。
通過(guò)設(shè)置兩個(gè)溝槽可以進(jìn)一步減小陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的寄生電容。也可以設(shè)置三個(gè)或更多的溝槽。
圖6是根據(jù)第三實(shí)施例光傳感器的平面圖。在如圖1所示的第一實(shí)施例中，溝槽2的寬度是大約1μm，而在第三實(shí)施例中，在陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間設(shè)置的溝槽2C的寬度制得更寬。因此陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的距離比第一實(shí)施例光傳感器的長(zhǎng)。其它結(jié)構(gòu)與如圖1所示的第一實(shí)施例的光傳感器結(jié)構(gòu)相同。即，環(huán)繞陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5的外圍的溝槽6的寬度與第一實(shí)施例光傳感器的溝槽6的寬度相同。
通過(guò)擴(kuò)大溝槽2C的寬度使其寬于第一實(shí)施例的溝槽2的寬度，可以減小陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的寄生電容。如果在溝槽2C的底部和內(nèi)側(cè)壁上形成的氧化硅膜制得較厚，可以進(jìn)一步提高寄生電容縮減效應(yīng)。氧化硅膜可以填充到溝槽2C的整個(gè)內(nèi)部空間中。
圖7是根據(jù)第四實(shí)施例光傳感器的平面圖。在如圖1所示的第一實(shí)施例光傳感器中，如圖2所示分隔區(qū)3是p型雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，而在第四實(shí)施例中，分隔區(qū)3A是由溝槽和填充溝槽的填充物構(gòu)成。構(gòu)成分隔區(qū)3A的溝槽是從設(shè)置在陰極區(qū)1a-1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2分支出來(lái)的。通過(guò)采用溝槽結(jié)構(gòu)的分隔區(qū)3A，可以減小第一實(shí)施例的在陰極區(qū)1a-1d和分隔區(qū)3之間的寄生電容。
圖8是根據(jù)第五實(shí)施例光傳感器的平面圖。在如圖1所示的第一實(shí)施例中，在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間設(shè)置的溝槽2與在鄰近的陰極區(qū)1b和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間設(shè)置的溝槽2是連續(xù)的，而且分隔區(qū)3的末端與溝槽2的側(cè)壁鄰接。
在第五實(shí)施例中，在兩鄰近的陰極區(qū)例如陰極區(qū)1a和1b之間的分隔區(qū)3B到達(dá)陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5。即，分隔區(qū)3B的末端與陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5的側(cè)壁鄰接。因此，通過(guò)分隔區(qū)3B分隔在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2D和在陰極區(qū)1b和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2E。溝槽2D和2E的末端與分隔區(qū)3B的側(cè)壁鄰接。在陰極區(qū)1c和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2F和在陰極區(qū)1d和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2G具有與溝槽2D和2E相同的結(jié)構(gòu)。其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例光傳感器的結(jié)構(gòu)相同。
在第一實(shí)施例中，漏電流可以通過(guò)溝槽2的側(cè)區(qū)域在陰極區(qū)1a和1b之間流動(dòng)。在第五實(shí)施例中，通過(guò)分隔區(qū)3B分隔在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2D和在陰極區(qū)1b和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間的溝槽2E。因此可以防止漏電流沿溝槽2的側(cè)區(qū)域流動(dòng)。
圖9是根據(jù)第六實(shí)施例光傳感器的平面圖。在如圖8所示的第五實(shí)施例中，在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間單一地設(shè)置溝槽2D，而在第六實(shí)施例中，與第五實(shí)施例的溝槽2D對(duì)應(yīng)的溝槽2H沿分隔陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5的方向具有雙重結(jié)構(gòu)。其它溝槽2I，2J和2K也具有雙重結(jié)構(gòu)。其它結(jié)構(gòu)與如圖8所示的第五實(shí)施例光傳感器的結(jié)構(gòu)相同。
通過(guò)使在陰極區(qū)1a和陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5之間設(shè)置的溝槽2D具有雙重結(jié)構(gòu)，可以減小在1a和5這些區(qū)域之間的寄生電容。
接著，參照?qǐng)D10A到10G將說(shuō)明第一實(shí)施例光傳感器的制造方法。在下面說(shuō)明的方法中，用于放大由光傳感器產(chǎn)生的光電流的雙極晶體管與光傳感器同時(shí)形成在同一襯底上。
如圖10A所示，把硼離子注入到具有大約40Ωcm電阻率的p型硅襯底10的表面層中以形成具有大約1×1019cm-3表面雜質(zhì)濃度的p型高雜質(zhì)濃度層11。在該p型高雜質(zhì)濃度層11上，通過(guò)化學(xué)汽相淀積(CVD)形成高電阻p型外延層12，該層具有大約1×1014cm-3的表面雜質(zhì)濃度。
把硼離子注入到p型外延層12的部分區(qū)域中以形成陽(yáng)極引線(xiàn)掩埋區(qū)5a。陽(yáng)極引線(xiàn)掩埋區(qū)5a到達(dá)p型高雜質(zhì)濃度層11且與在p型外延層12中的如圖2所示的陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5相對(duì)應(yīng)。陽(yáng)極引線(xiàn)掩埋區(qū)5a具有1×1016cm-3到1×1018cm-3的雜質(zhì)濃度。
如圖10B所示，把磷離子注入到p型外延層12的部分區(qū)域中以形成n型p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30。p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30設(shè)置在p型外延層12中且沒(méi)有到達(dá)p型高雜質(zhì)濃度層11。在p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30中的磷的濃度是1×1016cm-3到1×1018cm-3。控制磷的濃度以確保在p型高雜質(zhì)濃度層11和p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30之間以及在將在p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30中形成的pnp晶體管的集電極區(qū)和p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30之間足夠的擊穿電壓。
接著，把銻離子注入到p型外延層12的部分區(qū)域中以形成n型掩埋擴(kuò)散區(qū)31。同時(shí)，形成與p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30連續(xù)的n型掩埋擴(kuò)散區(qū)32。n型掩埋擴(kuò)散區(qū)31和32的銻濃度是1×1018cm-3到1×1020cm-3。
把硼離子注入到p-溝道停止擴(kuò)散區(qū)30的表面層的部分區(qū)域中以形成p型掩埋擴(kuò)散區(qū)33。同時(shí)，把硼離子注入到與如圖1所示的分隔區(qū)3對(duì)應(yīng)的區(qū)域中以形成下分隔區(qū)。p型掩埋擴(kuò)散區(qū)33和下分隔區(qū)3a的硼濃度是1×1016cm-3到1×1018cm-3。
在p型外延層12上，通過(guò)CVD形成0.8到2μm厚度的n型外延層13。n型外延層13的n型雜質(zhì)濃度是大約5×1015cm-3。
把硼離子注入到與p型掩埋擴(kuò)散區(qū)33接觸的n型外延層13的部分區(qū)域中以形成p型阱35。同時(shí)，把硼離子注入到與陽(yáng)極引線(xiàn)掩埋區(qū)5a接觸的n型外延層13的部分區(qū)域中以形成上陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5b。p型阱35和上陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5b的硼濃度是1×1016cm-3到1×1018cm-3。陽(yáng)極引線(xiàn)掩埋區(qū)5a和上陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5b構(gòu)成如圖2所示的陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5。
如圖10C所示，在n型外延層13的表面上形成用于硅的局部氧化(LOCOS)的掩模圖形40。掩模圖形40具有氧化硅膜和氮化硅膜的雙層結(jié)構(gòu)。把硼離子注入到形成如圖1所示的n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25的區(qū)域中。n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25的硼濃度是大約1×1017cm-3。因?yàn)樵贚OCOS之前注入硼離子，n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)25也設(shè)置在隨后工藝中將形成的場(chǎng)氧化膜之下。
通過(guò)采用掩模圖形40作為掩模，n型外延層13的表面被局部氧化。
如圖10D所示，由此形成了場(chǎng)氧化膜15并限定了有源區(qū)。場(chǎng)氧化膜15的厚度是大約600nm。接著，形成如圖1所示的溝槽2和6。同時(shí)，在設(shè)置pnp晶體管的有源區(qū)41b和設(shè)置npn晶體管的有源區(qū)41a之間的界面區(qū)域中形成溝槽42。
在形成溝槽之后，注入硼離子以形成如圖2所示的n-溝道停止擴(kuò)散區(qū)20。硼的濃度是1×1016cm-3到1×1018cm-3。
形成氧化硅膜以覆蓋溝槽2，6和42的內(nèi)部表面和襯底表面。形成多晶硅膜以掩埋溝槽2，6和42的內(nèi)部。深刻蝕(etch back)氧化硅膜和多晶硅膜以只保留溝槽中的氧化硅膜和多晶硅膜。在襯底的整個(gè)表面上形成氧化硅膜以用氧化硅膜覆蓋溝槽中多晶硅膜的上表面。
在襯底的整個(gè)表面上形成抗反射膜16?？狗瓷淠?6具有氧化硅膜和氮化硅膜的雙層結(jié)構(gòu)。例如通過(guò)熱氧化和CVD形成這些層。
把硼離子注入到在下分隔區(qū)3a之上的n型外延層13中以形成上分隔區(qū)3b。硼的濃度是1×1016cm-3到1×1020cm-3。下分隔區(qū)3a和上分隔區(qū)3b構(gòu)成了如圖2所示的分隔區(qū)3。接著，注入磷離子以形成陰極區(qū)1a。磷的濃度是1×1015cm-3到1×1020cm-3。可以用砷或銻代替磷。通過(guò)考慮光電二極管的靈敏度和響應(yīng)速度恰當(dāng)?shù)卮_定分隔區(qū)3和陰極區(qū)1a的雜質(zhì)濃度。
將說(shuō)明直到如圖10E所示結(jié)構(gòu)的工藝。穿過(guò)在電極形成位置處的抗反射膜16形成開(kāi)口。在整個(gè)襯底表面上形成大約300nm厚的第一層多晶硅膜。構(gòu)圖該多晶硅膜以保留第一層多晶硅膜45，第一層多晶硅膜45覆蓋通過(guò)抗反射膜16形成的開(kāi)口。在覆蓋陰極區(qū)1a表面的抗反射膜16上也保留多晶硅膜45。
把磷離子通過(guò)多晶硅膜45注入到npn晶體管的集電極區(qū)43。磷的濃度是1×1019cm-3。集電極區(qū)43到達(dá)n型掩埋擴(kuò)散區(qū)31。同時(shí)，形成n型引線(xiàn)區(qū)44到達(dá)n型掩埋擴(kuò)散區(qū)32。
把用于形成外部基極的硼離子注入到覆蓋npn晶體管設(shè)置于其中的有源區(qū)的多晶硅膜45a中。把用于形成外部基極的磷離子注入到覆蓋pnp晶體管設(shè)置于其中的有源區(qū)的多晶硅膜45b中。硼和磷的濃度是大約1×1019cm-3。
在襯底的整個(gè)表面上形成由氧化硅構(gòu)成的層間絕緣膜46。通過(guò)層間絕緣膜46形成發(fā)射窗46a和46b。通過(guò)發(fā)射窗注入離子以橫向連接內(nèi)部和外部基極。在發(fā)射窗46a和46b的內(nèi)部側(cè)壁上形成側(cè)壁隔離層。
接著，把用于形成內(nèi)部基極的離子通過(guò)發(fā)射窗46a和46b注入到n型外延層13的表面層中。把硼離子注入到npn晶體管的內(nèi)部基極47中，把磷離子注入到pnp晶體管的內(nèi)部基極48中。硼和磷的濃度是大約1×1018cm-3。
在離子注入之后，實(shí)施退火工藝。用該退火工藝，在多晶硅膜45a中的硼離子擴(kuò)散到n型外延層13的表面層中以形成外部基極49。類(lèi)似地，在多晶硅膜45b中的磷離子擴(kuò)散到p型阱35的表面層中以形成外部基極50。
如圖10F所示，在層間絕緣膜46上形成第二層多晶硅膜。把磷離子注入到設(shè)置有npn晶體管的多晶硅膜的部分區(qū)域，把硼離子注入到設(shè)置有pnp晶體管的部分區(qū)域。磷和硼的濃度是1×1019cm-3到1×1020cm-3。構(gòu)圖多晶硅膜以保留在發(fā)射窗46a和46b中由多晶硅構(gòu)成的發(fā)射極51和52。通過(guò)退火工藝使在發(fā)射極51和52中的雜質(zhì)擴(kuò)散到n型外延層13的表面層中。
為了形成用于晶體管的集電極，基極和發(fā)射極，光電二極管的陰極和陽(yáng)極等的引線(xiàn)電極，穿過(guò)層間絕緣膜46形成開(kāi)口。在這些開(kāi)口中形成第一層鋁電極55。在第一層層間絕緣膜46上形成由氧化硅構(gòu)成的第二層層間絕緣膜60。為了形成用于npn晶體管的基極的引線(xiàn)電極，通過(guò)第二層層間絕緣膜形成開(kāi)口。在該開(kāi)口中形成第二層鋁電極56。在第二層間絕緣膜60上形成由硅酸鹽玻璃和氮化硅構(gòu)成的覆蓋膜61。
如圖10G所示，在光電二極管光接收區(qū)域中形成穿過(guò)從覆蓋膜61到第一層層間絕緣膜46三層的開(kāi)口。同時(shí)，覆蓋抗反射膜16表面的第一多晶硅膜45用作刻蝕停止層。在形成開(kāi)口之后，除去在抗反射層16上的多晶硅膜45。
用這種制造方法，在形成p型掩埋擴(kuò)散區(qū)33的同時(shí)形成下分隔區(qū)3a。在形成p型阱35的同時(shí)形成上陽(yáng)極引線(xiàn)區(qū)5b。因此可以盡可能地抑制制造步驟數(shù)量的增加。
已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明。本發(fā)明不僅僅限于上述實(shí)施例。明顯地，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出各種變化、改進(jìn)、組合等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括至少具有由第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體構(gòu)成的表面層的下層襯底；第一層，形成在所述下層上或上方且由具有電阻高于所述下層襯底表面層電阻的半導(dǎo)體構(gòu)成；第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，形成在所述第一層的部分表面區(qū)中且摻雜有與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)，所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)沒(méi)有到達(dá)所述下層襯底的表面；第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，設(shè)置在所述第一層中且在面內(nèi)方向上與所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)一定的距離，所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)到達(dá)所述下層襯底的表面；和第一分隔區(qū)，設(shè)置在所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間且包括在所述第一層中形成的溝槽和至少在溝槽的部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括至少在所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的部分表面區(qū)上形成的抗反射膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括向所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)施加反偏電壓的電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一層包括第一下層和在第一下層上形成的第一上層，第一下層位于從第一上層到下層襯底側(cè)之間并由第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體構(gòu)成，且具有比第一導(dǎo)電類(lèi)型的所述下層襯底的表面層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中所述第一分隔區(qū)到達(dá)比第一上層和下層之間的界面深的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在鄰近所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的所述第一層中設(shè)置的第三雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，在面內(nèi)方向上與所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)一定的距離，并摻雜有第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)，所述第三雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)不到達(dá)所述下層襯底的表面；和在所述第一和第三雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間的所述第一層中設(shè)置的第二分隔區(qū)，所述第二分隔區(qū)與所述第一和第三雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)電隔離，其中所述第一分隔區(qū)也設(shè)置在所述第二和第三雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述第二分隔區(qū)包括摻雜有第一導(dǎo)電類(lèi)型雜質(zhì)的區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述第二分隔區(qū)與所述第一分隔區(qū)接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件，其中除了用于形成所述第二分隔區(qū)的雜質(zhì)注入外，第二分隔區(qū)的與第一分隔區(qū)接觸的區(qū)還摻雜有第一導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一分隔區(qū)包括在所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)分隔的方向上設(shè)置的多個(gè)部分，每一部分包括在所述第一層中形成的溝槽和至少在溝槽的部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一分隔區(qū)被設(shè)置為與所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中所述第一分隔區(qū)沒(méi)有到達(dá)所述第一層和所述下層襯底之間的界面；和在所述第一分隔區(qū)的底部上的所述第一層中形成具有比在所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)正下方區(qū)域的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電類(lèi)型高雜質(zhì)濃度區(qū)，所述高雜質(zhì)濃度區(qū)設(shè)置在第一下層中并且沒(méi)有到達(dá)第一上層。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述第二分隔區(qū)包括在所述第一層中形成的溝槽和至少在溝槽的部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中所述第一分隔區(qū)從所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間的區(qū)到所述第三和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間的區(qū)連續(xù)地設(shè)置，且所述第二分隔區(qū)鄰接所述第一分隔區(qū)的側(cè)壁。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的半導(dǎo)體器件，其中構(gòu)成所述第二分隔區(qū)的溝槽從構(gòu)成所述第一分隔區(qū)的溝槽分支出來(lái)。
16.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中所述第二分隔區(qū)到達(dá)所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)且所述第一分隔區(qū)與所述第二分隔區(qū)的側(cè)壁鄰接。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括在所述第一層的表面上和表面中形成的雙極晶體管，所述雙極晶體管包括在所述第一層中形成的集電極區(qū)，在集電極區(qū)和所述第一層上表面之間設(shè)置且接觸集電極區(qū)和第一層的基極區(qū)，和在基極區(qū)上設(shè)置的由摻雜有雜質(zhì)的多晶硅構(gòu)成的發(fā)射極區(qū)。
18.一種半導(dǎo)體器件，包括至少具有由第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體構(gòu)成的表面層的下層襯底；第一層，形成在所述下層上且由電阻高于所述下層襯底表面層電阻的半導(dǎo)體構(gòu)成；第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，形成在所述第一層的部分表面區(qū)中且摻雜有與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型的雜質(zhì)，所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)沒(méi)有到達(dá)所述下層襯底的表面；第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，設(shè)置在所述第一層中且在面內(nèi)方向上與所述第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)一定的距離，所述第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)到達(dá)所述下層襯底的表面；在所述第一層中形成的溝槽，溝槽環(huán)繞所述第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)設(shè)置于其中的區(qū)；和至少在所述溝槽的部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料部分。
全文摘要
在具有由第一導(dǎo)電類(lèi)型半導(dǎo)體構(gòu)成的表面層的下層襯底上形成第一層。第一層由電阻高于下層襯底表面層電阻的半導(dǎo)體構(gòu)成。在第一層的部分表面區(qū)中形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)沒(méi)有到達(dá)下層襯底的表面。在第一層中設(shè)置第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)且在面內(nèi)方向上與第一雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)隔開(kāi)一定的距離。第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)到達(dá)下層襯底的表面。在第一和第二雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)之間設(shè)置分隔區(qū)。分隔區(qū)包括在第一層中形成的溝槽和至少在溝槽部分內(nèi)部區(qū)域中設(shè)置的介電材料。
文檔編號(hào)H01L31/06GK1447445SQ03120928
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月22日
發(fā)明者淺野祐次, 加藤盛央, 瀨戶(hù)山孝男, 福島稔彥, 夏秋和弘 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社, 夏普株式會(huì)社