專利名稱：自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管。本發(fā)明還涉及所述自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的制作方法。
背景技術(shù)：
鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管器件結(jié)構(gòu)有兩種形式，準(zhǔn)自對(duì)準(zhǔn)和自對(duì)準(zhǔn)。準(zhǔn)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是工藝相對(duì)簡單，費(fèi)用低，不足之處是由于工藝過程中套偏精度的限制，發(fā)射極多晶硅外側(cè)與發(fā)射極窗口的距離不能太小，外基區(qū)串聯(lián)電阻較大，從而影響器件功率增益。這種器件結(jié)構(gòu)一般用于器件截止頻率低于IOOGHz的工藝中。自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，外基區(qū)串聯(lián)電阻小，這樣器件的直流和射頻性能都可以很好，不足之處是工藝非常復(fù)雜，費(fèi)用很高，另外為充分發(fā)揮器件能力，基極-集電極電容也需要做得很小，通常采用的方法是在選擇性集電區(qū)離子注入后會(huì)使用激光退火的方法進(jìn)行損傷修復(fù)和激活，這樣就可以同時(shí)保證較小的基極-集電極電容、基極-集電極耗盡區(qū)寬度及集電極電阻，但這更增加了工藝的復(fù)雜性和費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，使集電極的電阻、集電極-基極電容、本征基區(qū)電阻和外基區(qū)串聯(lián)電阻顯著降低；為此，本發(fā)明還提供一種所述自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的制作方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，形成于P型硅襯底上，有源區(qū)由淺槽隔離，所述三極管包括一集電區(qū)，包括形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上且被淺槽隔離的N型外延、第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)；所述第一離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上并和所述N型外延形成連接，所述第二離子注入?yún)^(qū)位于淺槽之間的N型外延中；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)位于本征基區(qū)兩側(cè)，其兩側(cè)端位于淺槽區(qū)域上且用于形成基區(qū)電極；—發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，和所述本征基區(qū)形成接觸。進(jìn)一步地，所述N型埋層和第一離子注入?yún)^(qū)的注入劑量均為IO15CnT2 1016cm_2，注入能量均為50KeV lOOKeV。優(yōu)選的，所述N型埋層的注入離子為砷。所述第一離子注入?yún)^(qū)的注入離子為磷。進(jìn)一步地，所述N型外延的離子摻雜濃度為IO15CnT3 1016cm_3，N型外延的厚度為O. 5 μ m 2 μ m0進(jìn)一步地，所述第二離子注入?yún)^(qū)為選擇性N型離子注入。進(jìn)一步地，所述鍺硅外延層分為硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，其中硅鍺層和硅帽層摻雜有硼，且硅鍺層的摻雜濃度大于硅帽層的摻雜濃度。進(jìn)一步地，所述硅緩沖層的厚度為50 300埃；所述鍺硅層的厚度為300 800埃，其中20 300埃摻雜硼，摻雜濃度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述硅帽層的厚度為100 500埃，其中摻雜濃度為IO15CnT3 IO1Wo
進(jìn)一步地，所述發(fā)射區(qū)的多晶硅為N型摻雜，或者為N型離子注入。本發(fā)明還提供所述自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的制作方法，包括如下步驟步驟一，在P型硅襯底上進(jìn)行注入劑量為IO15CnT2 1016cnT2，注入能量為50KeV IOOKeV的N型離子注入，形成N型埋層；步驟二，在N型埋層上進(jìn)行厚度為O. 5 μ m 2 μ m、摻雜濃度為1015cm_3 1016cm_3的低N-摻雜外延生長，并形成隔離區(qū)；步驟三，在N型埋層上進(jìn)行注入劑量均為IO15cnT2 IO16cnT2，注入能量均為50KeV IOOKeV的N型離子注入,形成第一離子注入?yún)^(qū)；步驟四，在隔離區(qū)之間的N型外延中進(jìn)行選擇N型離子注入，形成低電阻底座的第二離子注入?yún)^(qū)；步驟五，用外延法生長鍺硅外延層；步驟六，在鍺硅外延層上淀積介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜為150 500埃的摻硼或離子注入硼的第一層氧化硅薄膜、1200 2000埃的第二層多晶硅薄膜、100 300埃的第三層氧化硅薄膜，通過干刻第三層氧化硅薄膜和第二層多晶硅薄膜并停止在底層的第一層氧化硅薄膜上，形成發(fā)射極窗口 ；步驟七，在發(fā)射極窗口處淀積介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜為100 300埃的摻硼或離子注入硼的第四層氧化硅薄膜、200 500埃的第五層氮化硅薄膜、500 1000埃的第六層氧化硅薄膜，通過干刻第六層氧化硅薄膜和第五層氮化硅薄膜并停止在底層的第四層氧化硅薄膜上，形成側(cè)墻；步驟八，通過濕法刻蝕去除頂層的氧化硅薄膜，并在氮化硅底部的第四層氧化硅薄膜形成底切；在有氧環(huán)境下快速退火形成一氧化層，并淀積1500 3500埃的N型摻雜的多晶娃;步驟九，在發(fā)射極多晶硅上淀積氧化硅并通過化學(xué)機(jī)械拋光平坦，并利用多晶硅淀積到發(fā)射極窗口形成的凹槽內(nèi)留下的氧化硅作多晶硅刻蝕阻擋，再通過刻蝕形成發(fā)射極；步驟十，對(duì)注入雜質(zhì)進(jìn)行退火推進(jìn)，溫度為900 1100°C，時(shí)間為10 100秒；采
用接觸孔工藝和金屬連線工藝對(duì)發(fā)射極、基極和集電極進(jìn)行連接。本發(fā)明的有益效果在于I、本發(fā)明綜合采用了低電阻的埋層通道和選擇性N型離子注入形成的低電阻底座，可大大降低集電極的電阻；2、本發(fā)明的外基區(qū)由高摻雜硼的氧化層擴(kuò)散進(jìn)入硅單晶，可有效地降低外基區(qū)的串聯(lián)電阻，同時(shí)由于擴(kuò)散較淺，與準(zhǔn)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)相比，基極-集電極電容會(huì)小得多；同時(shí)，自對(duì)準(zhǔn)的器件結(jié)構(gòu)降低了外基區(qū)到發(fā)射極窗口的距離，進(jìn)一步降低了外基區(qū)的串聯(lián)電阻；3、本發(fā)明的發(fā)射極多晶硅的干刻是自對(duì)準(zhǔn)的，尺寸可控，工藝穩(wěn)定；4、本發(fā)明的制作方法與自對(duì)準(zhǔn)工藝相比，器件結(jié)構(gòu)和工藝流程都要簡單很多，性價(jià)比高，非常適合100-150GHZ器件截止頻率的應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I是本發(fā)明實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-圖8是本發(fā)明實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管制作過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管形成于P型硅襯底I上，有源區(qū)由淺槽4隔離，所述三極管包括一集電區(qū)，包括形成于P型硅襯底I上的N型埋層2、形成于N型埋層2上且被淺槽4隔離的N型外延3、第一離子注入?yún)^(qū)5和第二離子注入?yún)^(qū)6 ;所述第一離子注入?yún)^(qū)5位于N型埋層2上并和所述N型外延3形成連接，所述第二離子注入?yún)^(qū)6位于淺槽4之間的N型外延3中；所述N型埋層2的摻雜濃度大于所述N型外延3的摻雜濃度；—基區(qū)，由形成于N型外延3上的鍺娃外延層7組成,包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)位于本征基區(qū)兩側(cè)，其兩側(cè)端位于淺槽區(qū)域上且用于形成基區(qū)電極；—發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，和所述本征基區(qū)形成接觸。如圖2至圖8所示，上述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的制作方法，具體的實(shí)施步驟如下工藝步驟1，如圖2所示，在P型硅襯底I上進(jìn)行高劑量(IO15CnT2 1016cm_2)、中能量(50KeV IOOKeV)的N型離子注入，離子最好是砷，它足夠重可防止在后續(xù)的退火工藝的進(jìn)一步擴(kuò)散，又不會(huì)對(duì)硅基產(chǎn)生顯著的損傷；注入后進(jìn)行高溫退火，溫度在1050°C 1150°C之間，退火時(shí)間在60分鐘以上，形成低電阻的N型埋層2通道；工藝步驟2，如圖2所示，進(jìn)行低N-摻雜的外延成長，厚度在O. 5μπι 2. Ομπι之間，摻雜濃度在1015cm_3 1016cm_3,然后通過常規(guī)的淺槽工藝形成隔離；工藝步驟3，如圖2所示，進(jìn)行高劑量(IO15CnT2 IO16CnT2)、中能量(50KeV IOOKeV)的N型離子注入，離子最好是磷，形成連接N型埋層2的第一離子注入?yún)^(qū)5 ；工藝步驟4，如圖3所示，在發(fā)射極窗口下進(jìn)行選擇性N型離子注入，形成低電阻底座一第二離子注入?yún)^(qū)6 ；工藝步驟5，如圖3所示，淀積氧化硅和多晶硅仔晶，用干刻和濕刻打開需長單晶的區(qū)域，然后用外延法生長鍺硅外延層7;鍺硅外延層7可細(xì)分為三層，分別為硅緩沖層，鍺硅層，硅帽層，其中鍺硅層有高摻雜的硼而硅帽層有低摻雜的硼；其中，硅緩沖層為100 300埃，鍺硅層為300 800埃，其中20 300埃摻硼，摻雜濃度在2 X IO19CnT3 6 X 1019cnT3，硅帽層為100 500 ±矣，硼摻雜濃度在IO15CnT3 1017cnT3，高硼摻雜濃度區(qū)必須與硅帽層位置恰當(dāng)，保證熱退火形成合適的發(fā)射極-基極結(jié)；工藝步驟6，如圖4所示，淀積三明治結(jié)構(gòu)的介質(zhì)膜，順序依次為150 500埃的摻硼或離子注入硼的第一層氧化硅薄膜、1200 2000埃的第二層多晶硅薄膜、100 300
6CN 102931226 A
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埃的第三層氧化硅薄膜，所述第一層氧化硅薄膜形成于鍺硅外延層7上，第二層多晶硅薄膜形成于所述第一層氧化硅薄膜上，所述第三層氧化硅薄膜形成于所述第二層多晶硅薄膜上，然后干刻第三層氧化硅薄膜和第二層多晶硅薄膜并停在底層的第一層氧化硅薄膜上，形成發(fā)射極窗口；工藝步驟7，如圖5所示，淀積三明治結(jié)構(gòu)的介質(zhì)膜，順序?yàn)?00 300埃的摻硼或離子注入硼的第四層氧化硅薄膜、200 500埃的第五層氮化硅薄膜、500 1000埃的第六層氧化硅薄膜，通過干刻第六層氧化硅薄膜和第五層氮化硅薄膜并停止在底層的第四層氧化硅薄膜上，形成側(cè)墻；工藝步驟8，如圖6所示，用濕法刻蝕去除氧化硅，并利用濕法刻蝕各向同性的特征在氮化硅底部形成底切；然后在有氧的環(huán)境下通過快速退火形成5 10埃的氧化層，并淀積N型摻雜的多晶硅，其上再淀積一層發(fā)射極多晶硅10，也可以再進(jìn)行N型離子注入；工藝步驟9，如圖7、圖8所示，淀積氧化硅11并用化學(xué)機(jī)械拋光平坦化，利用多晶硅淀積到發(fā)射極窗口形成的凹槽內(nèi)留下的氧化硅作多晶硅刻蝕阻擋，進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射極；工藝步驟10，對(duì)注入的雜質(zhì)進(jìn)行退火推進(jìn)，溫度為900°C 1100°C，時(shí)間為10 100秒，將重?fù)诫s的N型多晶硅作為擴(kuò)散源推進(jìn)到基區(qū)形成淺結(jié)，即深度為100 500埃的發(fā)射極-基極結(jié)；同時(shí)，側(cè)墻的氮化硅下含硼的氧化硅向下擴(kuò)散形成外基區(qū)低阻通道，防止器件的側(cè)向效應(yīng)，并且使得外基區(qū)到發(fā)射極窗口的距離較小且可控；基區(qū)和集電區(qū)通過熱退火激活和擴(kuò)散，形成基極-集電極結(jié)；最后采用傳統(tǒng)的接觸孔工藝和金屬連線工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射極、基極和集電極的連接。以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，形成于P型硅襯底上，有源區(qū)由淺槽隔離，其特征在于，所述三極管包括 一集電區(qū)，包括形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上且被淺槽隔離的N型外延、第一離子注入?yún)^(qū)和第二離子注入?yún)^(qū)；所述第一離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上并和所述N型外延形成連接，所述第二離子注入?yún)^(qū)位于淺槽之間的N型外延中；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度； 一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)位于本征基區(qū)兩側(cè)，其兩側(cè)端位于淺槽區(qū)域上且用于形成基區(qū)電極； 一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，和所述本征基區(qū)形成接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述N型埋層和第一離子注入?yún)^(qū)的注入劑量均為IO15CnT2 1015cnT2，注入能量均為50KeV lOOKeV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述N型埋層的注入離子為砷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述第一離子注入?yún)^(qū)的注入離子為磷。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述N型外延的離子摻雜濃度為IO15CnT3 1016cm_3，N型外延的厚度為O. 5 μ m 2 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述第二離子注入?yún)^(qū)為選擇性N型離子注入。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述鍺硅外延層分為硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，其中硅鍺層和硅帽層摻雜有硼，且硅鍺層的摻雜濃度大于娃帽層的摻雜濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述硅緩沖層的厚度為50 300埃；所述鍺硅層的厚度為300 800埃，其中20 300埃摻雜硼，摻雜濃度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述硅帽層的厚度為100 500埃，其中摻雜濃度為IO15Cm 3 1017cm 3。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)的多晶硅為N型摻雜，或者為N型離子注入。
10.如權(quán)利要求I所述的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，在P型硅襯底上進(jìn)行注入劑量為IO15CnT2 IO16CnT2,注入能量為50KeV IOOKeV的N型離子注入，形成N型埋層； 步驟二，在N型埋層上進(jìn)行厚度為O. 5 μ m 2 μ m、摻雜濃度為1015cm_3 1016cm_3的低N-摻雜外延生長，并形成隔離區(qū)； 步驟三，在N型埋層上進(jìn)行注入劑量為IO15CnT2 1016cnT2，注入能量為50KeV IOOKeV的N型離子注入，形成第一離子注入?yún)^(qū)； 步驟四，在隔離區(qū)之間的N型外延中進(jìn)行選擇N型離子注入，形成低電阻底座的第二離子注入?yún)^(qū)；步驟五，用外延法生長鍺硅外延層； 步驟六，在鍺硅外延層上淀積介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜為150 500埃的摻硼或離子注入硼的第一層氧化娃薄膜、1200 2000埃的第二層多晶娃薄膜、100 300埃的第三層氧化娃薄膜，通過干刻第三層氧化硅薄膜和第二層多晶硅薄膜并停止在底層的第一層氧化硅薄膜上，形成發(fā)射極窗口 ； 步驟七，在發(fā)射極窗口處淀積介質(zhì)膜，所述介質(zhì)膜為100 300埃的摻硼或離子注入硼的第四層氧化硅薄膜、200 500埃的第五層氮化硅薄膜、500 1000埃的第六層氧化硅薄膜，通過干刻第六層氧化硅薄膜和第五層氮化硅薄膜并停止在底層的第四層氧化硅薄膜上，形成側(cè)墻； 步驟八，通過濕法刻蝕去除頂層的氧化硅薄膜，并在氮化硅底部的第四層氧化硅薄膜形成底切；在有氧環(huán)境下快速退火形成一氧化層，并淀積1500 3500埃的N型摻雜的多晶硅； 步驟九，在發(fā)射極多晶硅上淀積氧化硅并通過化學(xué)機(jī)械拋光平坦，并利用多晶硅淀積到發(fā)射極窗口形成的凹槽內(nèi)留下的氧化硅作多晶硅刻蝕阻擋，通過刻蝕形成發(fā)射極； 步驟十，對(duì)注入雜質(zhì)進(jìn)行退火推進(jìn)，溫度為900 1100°C，時(shí)間為10 100秒；采用接觸孔工藝和金屬連線工藝對(duì)發(fā)射極、基極和集電極進(jìn)行連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型三極管，包括一集電區(qū)，包括形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上且被淺槽隔離的N型外延、位于N型埋層上并和所述N型外延形成連接的第一離子注入?yún)^(qū)和位于淺槽之間的N型外延中的第二離子注入?yún)^(qū)；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的重?fù)诫s硼的鍺硅外延層組成；一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，和所述本征基區(qū)形成接觸。本發(fā)明還公開了一種所述三極管的制作方法。本發(fā)明顯著降低集電極的電阻、集電極-基極電容、本征基區(qū)電阻和外基區(qū)串聯(lián)電阻。
文檔編號(hào)H01L29/737GK102931226SQ20111023112
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者周正良, 李 昊 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司