專利名稱：鍺硅hbt的埋層形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍺硅HBT的制造方法，特別是涉及一種鍺硅HBT的埋層的制造方法。
背景技術(shù)：
鍺硅(SiGe)是硅和鍺通過共價鍵結(jié)合形成的半導(dǎo)體化合物，是這兩種元素?zé)o限互溶的替位式固溶體。鍺硅HBT(Heterojunction BipolarTransistar，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管) 是一種常用的高頻RF (Radio Frequency，射頻)器件。和傳統(tǒng)的硅晶體管相比，鍺硅具有禁帶寬度可調(diào)，且比硅的帶隙更窄的特點，非常適合高速高頻應(yīng)用。請參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的鍺硅HBT。其中，集電極3埋在基極5之下，因此需要埋層1和集電極引出區(qū)4將集電極3引出進(jìn)行連線。圖1所示的鍺硅HBT的埋層制造方法包括如下步驟第1步，請參閱圖3a，在襯底Ola上旋涂光刻膠10。第2步，請參閱圖3b，對光刻膠10進(jìn)行曝光。此時根據(jù)光強(qiáng)分布的不同，光刻膠10 可以至少分為三個區(qū)域。最中間的區(qū)域IOa是光強(qiáng)最強(qiáng)的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠10在顯影后可以被完全去除。稍外側(cè)的區(qū)域IOb是光強(qiáng)從強(qiáng)往弱遞減的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠 10在顯影后可以被部分去除部分殘留。最外側(cè)的區(qū)域IOc是光強(qiáng)減至零的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠10在顯影后幾乎完全保留。第3步，請參閱圖3c，對曝光后的光刻膠10進(jìn)行顯影，顯影后襯底Ola上的光刻膠 10就形成了埋層離子注入窗口，該離子注入窗口的兩側(cè)壁都是光刻膠10。第4步，請參閱圖3d，在光刻膠10形成的埋層離子注入窗口中的襯底Ola上作離子注入，形成埋層1，然后去除光刻膠10。第5步，請參閱圖3e，在襯底Ola之上生長出外延層01b。第6步，請參閱圖3f，通過退火工藝使埋層1中的雜質(zhì)擴(kuò)散分布均勻，退火后埋層 1部分?jǐn)U散到外延層Olb中。圖3a 圖3f所示鍺硅HBT的埋層制造方法需要使用外延工藝，因此成本較高。但對光刻膠曝光時，縱向光強(qiáng)分布是均勻的，即圖3b中任意一條豎直直線在不同高度的光強(qiáng)強(qiáng)度相同。請參閱圖5a，這是在垂直負(fù)方向(箭頭方向表示從硅片表面往內(nèi)部)上圖3b所示的光刻膠曝光時的光強(qiáng)分布，表現(xiàn)為垂直光強(qiáng)分布均勻。由此形成的埋層離子注入窗口的尺寸可以精確控制，反映為圖3c中光刻膠10的側(cè)壁接近于90度。請參閱圖2，這是另一種現(xiàn)有的鍺硅HBT。其中，隔離結(jié)構(gòu)(如場氧隔離LOCOS或淺槽隔離STI)2中具有深孔8，該深孔8填充后作為集電極引出區(qū)。圖2所示鍺硅HBT的埋層制造方法包括如下步驟第1步，請參閱圖4a，在有源區(qū)Olc上刻蝕出兩個溝槽，兩個溝槽之間的有源區(qū) Olc的上方被硬掩膜層9所覆蓋和保護(hù)。第2步，請參閱圖4b，在硅片上旋涂光刻膠10。由于有溝槽和硬掩膜層9的存在，因此光刻膠10在硬掩膜層9的上方會呈現(xiàn)出凸起的形貌。第3步，請參閱圖4c，對光刻膠10進(jìn)行曝光。此時根據(jù)光強(qiáng)分布的不同，光刻膠10 可以至少分為三個區(qū)域。最中間的區(qū)域IOa是光強(qiáng)最強(qiáng)的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠10在顯影后可以被完全去除。稍外側(cè)的區(qū)域IOb是光強(qiáng)從強(qiáng)往弱遞減的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠 10在顯影后可以被部分去除部分殘留。最外側(cè)的區(qū)域IOc是光強(qiáng)減至零的區(qū)域，該區(qū)域中的光刻膠10在顯影后幾乎完全保留。第4步，請參閱圖4d，對曝光后的光刻膠10進(jìn)行顯影，顯影后形成了兩個埋層離子注入窗口。每個埋層離子注入窗口都是由光刻膠10和溝槽的一側(cè)側(cè)壁共同形成的。第5步，請參閱圖4e，在這兩個埋層離子注入窗口的底部的有源區(qū)Olc進(jìn)行離子注入，形成兩個獨立的埋層1。第6步，請參閱圖4f，通過退火工藝使這兩個獨立的埋層1相連且使其中的雜質(zhì)擴(kuò)散分布均勻。圖4a 圖4f所示鍺硅HBT的埋層制造方法不使用外延工藝，也不需要額外引入集電極引出區(qū)的光刻工藝，因此制造成本較低。同時由于沒有集電極引出區(qū)，因此埋層的尺寸就可以大幅度減小，因此HBT部分的器件面積較傳統(tǒng)HBT小很多，因此單個晶體管的均攤制造成本較低。但對光刻膠曝光時，縱向光強(qiáng)分布是從上到下逐次遞減的，即圖4c中任意一條豎直直線在較高位置的光強(qiáng)強(qiáng)度要大于或等于較低位置的光強(qiáng)強(qiáng)度，這是由于溝槽的側(cè)壁具有一定傾斜度所致。請參閱圖5b，這是在垂直負(fù)方向上圖4c所示的光刻膠曝光時的光強(qiáng)分布，表現(xiàn)為進(jìn)入硅片內(nèi)部的深度越大、光強(qiáng)強(qiáng)度越小。這會導(dǎo)致在光刻膠10的底部真正需要形成圖形的位置，由于光強(qiáng)不夠，無法有效形成圖形，因此實際形成的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計尺寸，如圖4d所示。因此在這種工藝中，圖形的設(shè)計規(guī)則只能被迫放大，因此和CMOS 器件集成做Bi-CMOS產(chǎn)品時，CMOS部分的器件面積會增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鍺硅HBT的埋層的制造方法，在保證現(xiàn)有器件結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的同時，解決埋層離子注入窗口到有源區(qū)的設(shè)計規(guī)則比傳統(tǒng)器件尺寸大的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明鍺硅HBT的埋層形成方法包括如下步驟第1步，采用光刻和刻蝕工藝在硅片上刻蝕出兩個溝槽，兩個溝槽之間的硅片的上方被硬掩膜層所覆蓋；第2步，在硅片上旋涂光刻膠；第3步，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為-0. 1 0. Iym,曝光能量為5 lOOmj/cm2 (毫焦/平方厘米)，對光刻膠進(jìn)行第一次曝光，此時不
顯影；第4步，硅片不離開光刻機(jī)平臺，掩膜版不離開掩膜版平臺，設(shè)置數(shù)值孔徑為 0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為90%的所述溝槽深度 110%的所述溝槽深度，曝光能量為第1步曝光能量的50% 200%，對光刻膠進(jìn)行第二次曝光，然后顯影；此時形成了兩個埋層離子注入窗口，每個埋層離子注入窗口都是由光刻膠和溝槽的一側(cè)側(cè)壁共同形成的；
第5步，在這兩個埋層離子注入窗口的底部的硅片進(jìn)行離子注入，形成兩個獨立的埋層；第6步，通過退火工藝使這兩個獨立的埋層相連且使其中的雜質(zhì)擴(kuò)散分布均勻。與傳統(tǒng)的鍺硅HBT的埋層形成方法相比，本發(fā)明結(jié)合低成本HBT的埋層特殊結(jié)構(gòu)， 克服有源區(qū)傾斜面帶來的光刻工藝缺陷。本發(fā)明中第一次曝光聚焦于光刻膠接近表面的部分，形成上部分圖形。第二次曝光聚焦于光刻膠接近襯底的部分，對底部進(jìn)行附加曝光。從而使光刻膠底部形成的實際尺寸盡可能接近設(shè)計尺寸。
圖1是現(xiàn)有的一種鍺硅HBT的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的另一種鍺硅HBT的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a 圖3f是圖1所示鍺硅HBT的埋層制造方法的各步驟示意圖；圖4a 圖4f是圖2所示鍺硅HBT的埋層制造方法的各步驟示意圖；圖5a是圖1所示鍺硅HBT在光刻膠曝光時的垂直方向光強(qiáng)示意圖；圖5b是圖2所示鍺硅HBT在光刻膠曝光時的垂直方向光強(qiáng)示意圖；圖5c是本發(fā)明鍺硅HBT對光刻膠二次曝光的垂直方向光強(qiáng)示意圖；圖5d是本發(fā)明鍺硅HBT對光刻膠二次曝光的水平方向光強(qiáng)示意圖；圖6a是現(xiàn)有兩次曝光工藝的水平方向示意圖；圖6b是現(xiàn)有兩次曝光工藝的垂直方向示意圖；圖7a 圖7c是本發(fā)明鍺硅HBT的埋層制造方法的部分步驟示意圖。圖中附圖標(biāo)記說明Ola為襯底；Olb為外延層；Olc為有源區(qū)；1為埋層；2為隔離結(jié)構(gòu)；3為集電極；4 為集電極引出區(qū)；5為基極；6為發(fā)射極；7為發(fā)射極窗口絕緣層；8為深孔；9為硬掩膜層； 10為光刻膠；IOa為光強(qiáng)最強(qiáng)區(qū)域；IOb為光強(qiáng)遞減區(qū)域；IOc為光強(qiáng)減為零的區(qū)域。
具體實施例方式本發(fā)明鍺硅HBT的埋層形成方法包括如下步驟第1步，請參閱圖4a，采用光刻和刻蝕工藝在硅片(有源區(qū)Olc)上刻蝕出兩個溝槽，這兩個溝槽通常是平行的，且深度相同。這兩個溝槽之間的硅片(有源區(qū)Olc)的上方被硬掩膜層9所覆蓋，該硬掩膜層9保護(hù)其下方的硅片不被刻蝕到。第2步，請參閱圖4b，在硅片上旋涂光刻膠10。第3步，請參閱圖7a,設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為-0. 1 0. 1 μ m，曝光能量為5 lOOmj/cm2，對光刻膠10進(jìn)行第一次曝光，此時不顯影。 圖7a中的點填充區(qū)域為曝光區(qū)域，尚未顯影，因此只是光刻膠的光酸分布示意。接近硅片表面部分的曝光面積較大、深入硅片內(nèi)部部分的曝光面積較小。第4步，請參閱圖7b，硅片不離開光刻機(jī)平臺，掩膜版不離開掩膜版平臺，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為90%的所述溝槽深度 110%的所述溝槽深度，曝光能量為第1步曝光能量的50% 200%，對光刻膠進(jìn)行第二次曝光，然后顯影。此時形成了兩個埋層離子注入窗口，每個埋層離子注入窗口都是由光刻膠10和溝槽的一側(cè)側(cè)壁共同形成的。第5步，請參閱圖7c，在這兩個埋層離子注入窗口的底部的硅片(有源區(qū)Olc)進(jìn)行離子注入，形成兩個獨立的埋層1。第6步，請參閱圖4f，通過退火工藝使這兩個獨立的埋層1相連且使其中的雜質(zhì)擴(kuò)散分布均勻。所述方法第4步中，更優(yōu)選地，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 68 0. 75，相干系數(shù)為0. 8 0.9，曝光能量為第1步曝光能量的80% 150%。請參閱圖5c，這是在垂直負(fù)方向上本發(fā)明兩次對光刻膠曝光時的光強(qiáng)分布，其中虛線表示第一次曝光，實線表示第二次曝光。第一次曝光的垂直光強(qiáng)分布與圖5b完全相同，光強(qiáng)集中在硅片表面附近。新增加的第二次曝光則將光強(qiáng)集中于硅片內(nèi)部較深的位置。請參閱圖5d，這是在水平方向上本發(fā)明兩次對光刻膠曝光時的光強(qiáng)分布，其中虛線表示第一次曝光，實線表示第二次曝光。顯然兩次曝光在水平光強(qiáng)分布上幾乎沒有差別。現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件制造工藝中也有兩次曝光工藝，圖6a顯示了現(xiàn)有的兩次曝光工藝的水平光強(qiáng)分布，圖6b顯示了現(xiàn)有的兩次曝光工藝的垂直光強(qiáng)分布，其中虛線表示第一次曝光，實線表示第二次曝光。顯然，現(xiàn)有的兩次曝光工藝的垂直光強(qiáng)分布幾乎完全相同，而在水平光強(qiáng)分布上有所區(qū)別。本發(fā)明的兩次曝光工藝則在水平光強(qiáng)分布上幾乎完全相同，在垂直光強(qiáng)分布上有所區(qū)別，因而與現(xiàn)有的兩次曝光工藝是完全不同的。綜上所述，本發(fā)明鍺硅HBT的埋層形成方法，特別設(shè)計了針對光刻膠的兩次曝光。 第一次曝光使溝槽邊緣產(chǎn)生較多的光酸，然后再進(jìn)行第二次曝光，可以克服因為傾斜溝槽造成的底部曝光不足而引起的設(shè)計規(guī)則受限問題，從而使鍺硅HBT器件面積縮小。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅HBT的埋層形成方法，其特征是，包括如下步驟第1步，采用光刻和刻蝕工藝在硅片上刻蝕出兩個溝槽，兩個溝槽之間的硅片的上方被硬掩膜層所覆蓋；第2步，在硅片上旋涂光刻膠；第3步，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為-0. 1 0. 1 μ m， 曝光能量為5 100mj/cm2，對光刻膠進(jìn)行第一次曝光，此時不顯影；第4步，硅片不離開光刻機(jī)平臺，掩膜版不離開掩膜版平臺，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 52 0. 82，相干系數(shù)為0. 3 0. 9，焦距為90 %的所述溝槽深度 110 %的所述溝槽深度，曝光能量為第1步曝光能量的50% 200%，對光刻膠進(jìn)行第二次曝光，然后顯影；此時形成了兩個埋層離子注入窗口，每個埋層離子注入窗口都是由光刻膠和溝槽的一側(cè)側(cè)壁共同形成的；第5步，在這兩個埋層離子注入窗口的底部的硅片進(jìn)行離子注入，形成兩個獨立的埋層；第6步，通過退火工藝使這兩個獨立的埋層相連且使其中的雜質(zhì)擴(kuò)散分布均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT的埋層形成方法，其特征是，所述方法第4步中，設(shè)置數(shù)值孔徑為0. 68 0. 75，相干系數(shù)為0. 8 0. 9，曝光能量為第1步曝光能量的80% 150%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅HBT的埋層形成方法，將光刻膠的曝光分為兩次。第一次曝光聚焦于光刻膠接近表面的部分，形成主要圖形。第二次曝光聚焦于光刻膠接近襯底的部分，對主要圖形的底部進(jìn)行附加曝光。從而使光刻膠底部形成的實際尺寸盡可能接近設(shè)計尺寸。
文檔編號H01L21/331GK102468209SQ201010550588
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司