專利名稱：鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管；本發(fā)明還涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
在射頻應(yīng)用中，需要越來(lái)越高的器件特征頻率，RFCMOS雖然在先進(jìn)的工藝技術(shù)中可實(shí)現(xiàn)較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實(shí)現(xiàn)40GHz以上的特征頻率，而且先進(jìn)工藝的研發(fā)成本也是非常高；化合物半導(dǎo)體可實(shí)現(xiàn)非常高的特征頻率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺點(diǎn)，加上大多數(shù)化合物半導(dǎo)體有毒，限制了其應(yīng)用。鍺硅(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)則是超高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與硅(Si)的能帶差別，提高發(fā)射區(qū)的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數(shù)；其次利用SiGe基區(qū)的高摻雜，降低基區(qū)電阻，提高特征頻率；另外SiGe工藝基本與硅工藝相兼容，因此SiGe HBT已經(jīng)成為超高頻器件的主力軍。
現(xiàn)有SiGe HBT采用高摻雜的集電區(qū)埋層，以降低集電區(qū)電阻，采用高濃度高能量N型注入，連接集電區(qū)埋層，形成集電極引出端(collector pick-up)。集電區(qū)埋層上外延中低摻雜的集電區(qū)，在位P型摻雜的SiGe外延形成基區(qū)，然后重N型摻雜多晶硅構(gòu)成發(fā)射極，最終完成HBT的制作。在發(fā)射區(qū)窗口打開(kāi)時(shí)可選擇中心集電區(qū)局部離子注入，調(diào)節(jié)HBT的擊穿電壓和特征頻率。另外采用深槽隔離降低集電區(qū)和襯底之間的寄生電容，改善HBT的頻率特性。該器件工藝成熟可靠，但主要缺點(diǎn)有:1)硼離子外擴(kuò)造成外基區(qū)無(wú)法做窄。2)最大振蕩頻率(Fmax)偏小。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，能減少外基區(qū)的P型雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散，從而能減少外基區(qū)的寬度，提高器件的最大振蕩頻率。為此，本發(fā)明還提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧隔離，包括:一基區(qū)，由形成于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的P型鍺硅外延層組成。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部的N型多晶硅組成，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸；所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述發(fā)射區(qū)接觸并引出發(fā)射極。以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)；在所述外基區(qū)中包括有自對(duì)準(zhǔn)注入的鍺或碳雜質(zhì)、以及自對(duì)準(zhǔn)注入的第一 P型雜質(zhì)，所述鍺或碳雜質(zhì)的摻雜區(qū)域以及所述第一 P型雜質(zhì)的摻雜區(qū)域都以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊界，所述鍺或碳雜質(zhì)用于抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散；在所述外基區(qū)的頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述外基區(qū)接觸并引出基極。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括:一集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)頂部和所述基區(qū)相接觸。一贗埋層，由形成于所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述贗埋層還擴(kuò)散到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)的底部形成接觸；在所述贗埋層頂部的所述淺槽場(chǎng)氧中形成有深孔接觸，所述深孔接觸和所述贗埋層接觸并引出集電極。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述深孔接觸由填充于深孔中的鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層組成；所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述深孔接觸的底部形成有自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)，該自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足使所述深孔接觸和所述贗埋層間形成歐姆接觸的條件。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法包括步驟:在硅襯底上形成淺槽場(chǎng)氧和有源區(qū)；在所述硅襯底正面淀積形成一 P型鍺硅外延層，所述P型鍺硅外延層位于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的，由所述P型鍺硅外延層組成基區(qū)；采用淀積工藝在所述基區(qū)上形成一N型多晶硅，再采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述N型多晶硅進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)；刻蝕后，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸，且所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)；不加光刻版，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝對(duì)所述外基區(qū)進(jìn)行摻雜，包括:以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)；在所述鍺或碳雜質(zhì)自對(duì)準(zhǔn)注入之后，同樣以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入第一 P型雜質(zhì)；在所述第一 P型雜質(zhì)注入之前注入所述鍺或碳雜質(zhì)能抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散；通過(guò)在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸引出基極；通過(guò)在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸引出發(fā)射極。
進(jìn)一步的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，包括如下步驟:
步驟一、采用光刻刻蝕工藝在硅襯底上形成淺溝槽和有源區(qū)。
步驟二、在所述淺溝槽的底部進(jìn)行N型離子注入形成贗埋層。
步驟三、在所述有源區(qū)中進(jìn)行N型離子注入形成集電區(qū)；所述集電區(qū)的底部和所述贗埋層形成接觸。
步驟四、在所述硅襯底正面淀積形成一 P型鍺硅外延層，所述P型鍺硅外延層位于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的，由所述P型鍺硅外延層組成基區(qū)。
步驟五、在所述基區(qū)上淀積一層N型多晶硅，采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述N型多晶硅進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)；刻蝕后，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸，且所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)。
步驟六、不加光刻版，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝對(duì)所述外基區(qū)進(jìn)行摻雜，包括:以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)；在所述鍺或碳雜質(zhì)自對(duì)準(zhǔn)注入之后，同樣以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入第一 P型雜質(zhì)；在所述第一 P型雜質(zhì)注入之前注入所述鍺或碳雜質(zhì)能抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散。
步驟七、在所述贗埋層頂部的所述淺槽場(chǎng)氧中形成深孔接觸，所述深孔接觸和所述贗埋層接觸并引出集電極；在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸，該金屬接觸和所述外基區(qū)接觸并引出基極；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸，該金屬接觸和所述發(fā)射區(qū)接觸并引出發(fā)射極。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝在所述外基區(qū)中注入所述鍺或碳雜質(zhì)的注入劑量為:lel5cm 2 lel6cm 2、注入能量為:2kev IOkev0
進(jìn)一步的改進(jìn)是，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝在所述外基區(qū)中注入所述第一 P型雜質(zhì)的注入劑量為:lel5cm_2 lel6cm_2、注入能量為:2kev lOkev、注入雜質(zhì)為硼或氟化硼。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述深孔接觸由填充于深孔中的鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層組成；所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，在所述深孔形成后、所述鈦和氮化鈦金屬層以及所述鎢層填充前，還包括在所述深孔中進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)注入N型雜質(zhì)的步驟，自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足使所述深孔接觸和所述贗埋層間形成歐姆接觸的條件。
本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管通過(guò)在外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)，能減少外基區(qū)的P型雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散，從而能減少外基區(qū)的寬度，提聞器件的最大振蕩頻率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖2A-圖2H是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法的各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管形成于硅襯底501上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧503隔離即所述有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離。鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括:
—集電區(qū)514，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成。所述集電區(qū)514的N型離子注入?yún)^(qū)能采用單次注入、也能采用多次注入形成，注入的雜質(zhì)是砷或磷，注入的能量和劑量由所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的擊穿電壓決定。
一贗埋層502，由形成于所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧503底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述贗埋層502還擴(kuò)散到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)514的底部形成接觸。在本發(fā)明實(shí)施例中，所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502擴(kuò)散到所述有源區(qū)后能相互接觸形成埋層；當(dāng)所述有源區(qū)的尺寸較大使所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502擴(kuò)散后不能在所述有源區(qū)中形成接觸時(shí)，能通過(guò)離子注入工藝將所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502連接起來(lái)形成埋層。所述贗埋層502的N型雜質(zhì)離子注入的注入劑量為IeHcnT2 le16cm_2，注入能量2KeV 50KeV，注入雜質(zhì)為磷。在所述贗埋層502頂部的所述淺槽場(chǎng)氧503中形成有深孔接觸504，所述深孔接觸504和所述贗埋層502接觸并引出集電極。所述深孔接觸504由填充于深孔中的鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層組成；所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。在所述深孔接觸504的底部形成有自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)，該自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足使所述深孔接觸504和所述贗埋層502間形成歐姆接觸的條件。
一基區(qū)511，由形成于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧503上的P型鍺硅外延層組成。所述基區(qū)511和所述集電區(qū)514形成接觸。所述基區(qū)511和所述集電區(qū)514的接觸區(qū)域由基區(qū)窗口定義，所述基區(qū)窗口由介質(zhì)層氧化硅513和多晶硅508刻蝕后形成，所述基區(qū)窗口位于所述有源區(qū)上方、且大于等于所述有源區(qū)的尺寸。所述P型鍺硅外延層延伸到所述淺槽場(chǎng)氧503上方的部分也為多晶硅結(jié)構(gòu)并疊加在所述多晶硅508上。
一發(fā)射區(qū)510，由形成于所述基區(qū)511上部的N型多晶硅組成。所述發(fā)射區(qū)510和所述基區(qū)511相接觸；所述發(fā)射區(qū)510和所述基區(qū)511的接觸區(qū)域由發(fā)射區(qū)窗口進(jìn)行定義。所述發(fā)射區(qū)窗口由介質(zhì)層509刻蝕后形成，所述介質(zhì)層509的厚度由發(fā)射區(qū)寬度決定；所述介質(zhì)層509能是單層氧化硅，也能是氧化硅和氮化硅組成的兩層結(jié)構(gòu)、或氧化硅和多晶硅組成的兩層結(jié)構(gòu)。所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述有源區(qū)上方、且小于所述有源區(qū)的尺寸。
所述發(fā)射區(qū)510的頂部延伸到所述發(fā)射區(qū)窗口外部的所述介質(zhì)層509上，延伸后的所述發(fā)射區(qū)510的尺寸也小于所述有源區(qū)的尺寸；在所述發(fā)射區(qū)510的側(cè)面上形成有氧化硅側(cè)墻512。在所述發(fā)射區(qū)510的頂部形成有金屬接觸506，該金屬接觸506和所述發(fā)射區(qū)510接觸并引出發(fā)射極。以所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣為界，本發(fā)明實(shí)施例中所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣為所述氧化硅側(cè)墻512的外側(cè)邊緣，所述基區(qū)511分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)；在所述外基區(qū)中包括有自對(duì)準(zhǔn)注入的鍺或碳雜質(zhì)、以及自對(duì)準(zhǔn)注入的第一 P型雜質(zhì)，所述鍺或碳雜質(zhì)的摻雜區(qū)域以及所述第一 P型雜質(zhì)的摻雜區(qū)域都以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊界，所述鍺或碳雜質(zhì)用于抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散。所述鍺或碳雜質(zhì)的自對(duì)準(zhǔn)注入的注入劑量為:lel5cm_2 lel6cm_2、注入能量為:2kev lOkev。所述第一 P型雜質(zhì)的自對(duì)準(zhǔn)注入的注入劑量為:lel5cnT2 lel6cnT2、注入能量為:2kev lOkev、注入雜質(zhì)為硼或氟化硼。所述外基區(qū)中注入了鍺或碳雜質(zhì)之后，所述外基區(qū)中的硼或氟化硼雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)域減少，從而能減少外基區(qū)的寬度，最后提供器件的最大振蕩頻率(Fmax)。
所述外基區(qū)的延伸到所述淺槽場(chǎng)氧503上方的部分為多晶硅結(jié)構(gòu)并疊加在所述多晶硅508上，該部分也用多晶硅508表示。在所述外基區(qū)的頂部形成有金屬接觸506，該金屬接觸506和所述外基區(qū)接觸并引出基極。器件的底部結(jié)構(gòu)形成后，還形成有一層間膜505，該層間膜505將器件的底部結(jié)構(gòu)覆蓋并和頂部金屬層隔離。所述金屬接觸506穿過(guò)了所述層間膜505，所述深孔接觸504穿過(guò)了所述層間膜505和所述淺槽場(chǎng)氧503。在所述層間膜505上形成有金屬層507的圖形，所述金屬層507和所述金屬接觸506、所述深孔接觸504相接觸實(shí)現(xiàn)發(fā)射極、基極和集電極的連接。
如圖2A至圖2H所示，是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法的各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法包括如下步驟:
步驟一、如圖2A所示，在硅襯底上形成硬掩模層，所述硬掩模層由依次形成于所述娃襯底上的第一層氧化膜517、第二層氮化膜518和第三層氧化膜519組成。米用光刻刻蝕工藝對(duì)所述硬掩模層進(jìn)行刻蝕在淺溝槽和有源區(qū)的圖形，其中所述有源區(qū)上被所述硬掩模層保護(hù)，所述淺溝槽上的所述硬掩模層被去除；以所述硬掩模層為掩模對(duì)所述硅襯底進(jìn)行刻蝕形成淺溝槽。
所述硬掩模層的總厚度要滿足后續(xù)進(jìn)行的贗埋層離子注入時(shí)離子不會(huì)穿透所述硬掩模層而進(jìn)入到所述有源區(qū)中。較佳為，所述第一層氧化膜517的厚度為100埃 300埃，第二層氮化膜518的厚度為200埃 500埃，第三層氧化膜519的厚度為300埃 800埃。
步驟二、如圖2A所示，采用熱氧化工藝在所述淺溝槽的表面形成一襯墊氧化膜，接著采用在所述襯墊氧化膜上淀積HTO (High Temperature Oxidation,高溫氧化)氧化層516，對(duì)所述襯墊氧化膜和所述HTO氧化層516進(jìn)行干法刻蝕在所述淺溝槽的側(cè)面形成內(nèi)側(cè)墻 520。
所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管能和CMOS器件一起集成在同一所述硅襯底501上，形成所述內(nèi)側(cè)墻520后，采用光刻刻蝕工藝將所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的形成區(qū)域用光刻膠515打開(kāi)，其它區(qū)域用所述光刻膠515覆蓋并保護(hù)起來(lái)。
接著在所述淺溝槽的底部進(jìn)行N型離子注入形成贗埋層502。所述贗埋層502的N型雜質(zhì)離子注入的注入劑量為IeHcnT2 lel6cm_2，注入能量2KeV 50KeV，注入雜質(zhì)為磷。
步驟三、如圖2B所示，采用濕法刻蝕工藝去除所述硬掩模層的第三層氧化膜519，穿過(guò)所述硬掩模層的第一層氧化膜517和第二層氮化膜518在所述有源區(qū)中進(jìn)行N型離子注入形成集電區(qū)514 ;所述集電區(qū)514的N型離子注入?yún)^(qū)能采用單次注入、也能采用多次注入形成，注入的雜質(zhì)是砷或磷，注入的能量和劑量由所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的擊穿電壓決定。所述集電區(qū)514的底部和所述贗埋層502形成接觸。
去除所述光刻膠515。如圖2C所示，采用高密度等離子體(HDP)化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝在所述淺溝槽中填充HDP氧化層形成淺槽場(chǎng)氧503。之后，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝將所述硬掩模層去除。進(jìn)行熱處理后，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502擴(kuò)散到所述有源區(qū)后能相互接觸形成埋層；當(dāng)所述有源區(qū)的尺寸較大使所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502擴(kuò)散后不能在所述有源區(qū)中形成接觸時(shí)，能通過(guò)離子注入工藝將所述有源區(qū)周側(cè)的所述贗埋層502連接起來(lái)形成埋層。
如果本發(fā)明實(shí)施例所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管和其它CMOS器件一起集成在同一所述硅襯底501上，這時(shí)能在形成所述CMOS器件的區(qū)域進(jìn)行有關(guān)CMOS器件的制作工藝，包括柵氧、柵的制作、MOS管側(cè)墻制作等。
步驟四、如圖2D所示，在所述硅襯底501上淀積介質(zhì)層氧化硅513和多晶硅508，所述介質(zhì)層氧化硅513的厚度為100埃 500埃、所述多晶硅508的厚度為200埃 1500埃。
采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述介質(zhì)層氧化硅513和所述多晶硅508進(jìn)行刻蝕形成基區(qū)窗口。所述基區(qū)窗口位于所述有源區(qū)上方、且大于等于所述有源區(qū)的尺寸。所述基區(qū)窗口將其底部的所述集電區(qū)514露出。
如圖2E所示，在所述硅襯底501正面淀積形成一 P型鍺硅外延層511，所述P型鍺硅外延層511位于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧503上的，由所述P型鍺硅外延層511組成基區(qū)511。所述基區(qū)511和所述集電區(qū)514形成接觸，所述基區(qū)511和所述集電區(qū)514的接觸區(qū)域由所述基區(qū)窗口定義。所述P型鍺硅外延層511延伸到所述淺槽場(chǎng)氧503上方的部分也為多晶硅結(jié)構(gòu)并疊加在所述多晶硅508上。
在本發(fā)明實(shí)施例中所述P型鍺硅外延層511由三層膜構(gòu)成，該三層膜從所述有源區(qū)表面由下往上依次為硅過(guò)渡層、鍺硅層和硅覆蓋層組成，所述硅過(guò)渡層和所述硅覆蓋層都為本征硅，所述鍺硅層中摻入有硼雜質(zhì)。三層膜的各層的厚度以及所述鍺硅層的硼濃度和鍺濃度有器件的特性要求決定。
步驟五、如圖2F所示，在所述硅襯底501的正面淀積介質(zhì)層509，所述介質(zhì)層509位于所述基區(qū)511和所述多晶硅508上。所述介質(zhì)層509的厚度由發(fā)射區(qū)寬度決定；所述介質(zhì)層509能是單層氧化硅，也能是氧化硅和氮化硅組成的兩層結(jié)構(gòu)、或氧化硅和多晶硅組成的兩層結(jié)構(gòu)。
采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述介質(zhì)層509進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口。所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述有源區(qū)上方、且小于所述有源區(qū)的尺寸。所述發(fā)射區(qū)窗口將其底部的所述基區(qū)511露出。
如圖2F所示，在所述硅襯底501正面淀積形成一 N型多晶硅510，所述N型多晶硅510淀積時(shí)在位摻雜N型雜質(zhì)，淀積完成后，再采用離子注入工藝注入N型雜質(zhì)，該注入的注入劑量為大于lel5Cm_2lel6Cm_2，注入雜質(zhì)為磷或砷，注入能量根據(jù)所述N型多晶硅510的厚度確定。
如圖2G所示，采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述N型多晶硅510進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)510。所述發(fā)射區(qū)510和所述基區(qū)511相接觸；所述發(fā)射區(qū)510和所述基區(qū)511的接觸區(qū)域由發(fā)射區(qū)窗口進(jìn)行定義。所述發(fā)射區(qū)510的頂部延伸到所述發(fā)射區(qū)窗口外部的所述介質(zhì)層509上，延伸后的所述發(fā)射區(qū)510的尺寸也小于所述有源區(qū)的尺寸。
以所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)511分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)。
步驟六、如圖2H所示，在所述發(fā)射區(qū)510的側(cè)面上形成氧化硅側(cè)墻512。這時(shí)，所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣延伸到所述氧化硅側(cè)墻512的外側(cè)邊緣。
不加光刻版，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝對(duì)所述外基區(qū)進(jìn)行摻雜，包括:以所述發(fā)射區(qū)510的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)；所述鍺或碳雜質(zhì)的自對(duì)準(zhǔn)注入的注入劑量為:lel5cnT2 lel6cnT2、注入能量為:2kev lOkev。
在所述鍺或碳雜質(zhì)自對(duì)準(zhǔn)注入之后，同樣以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入第一P型雜質(zhì)；所述第一 P型雜質(zhì)的自對(duì)準(zhǔn)注入的注入劑量為:lel5cnT2 lel6cnT2、注入能量為:2kev lOkev、注入雜質(zhì)為硼或氟化硼。
在所述第一 P型雜質(zhì)注入之前注入所述鍺或碳雜質(zhì)能抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散，使所述外基區(qū)中的硼或氟化硼雜質(zhì)的擴(kuò)散區(qū)域減少，從而能減少外基區(qū)的寬度，最后提供器件的最大振蕩頻率。
步驟七、如圖1所示，在所述硅襯底501的正面淀積一層間膜505，該層間膜505將器件的底部結(jié)構(gòu)覆蓋并用于實(shí)現(xiàn)器件的底部結(jié)構(gòu)和頂部金屬層的隔離。
采用光刻刻蝕工藝形成穿過(guò)所述層間膜505的接觸孔，以及形成穿過(guò)所述層間膜505和所述淺槽場(chǎng)氧503的深孔；
在所述接觸孔和所述深孔中進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)注入N型雜質(zhì)，該自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足能使后續(xù)形成的深孔接觸504和金屬接觸506的接觸位置處能形成歐姆接觸。
在所述接觸孔和所述深孔中填充鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層分別形成金屬接觸506和深孔接觸504。所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。所述深孔接觸504和所述贗埋層502接觸并引出集電極；在所述外基區(qū)的頂部的所述金屬接觸506和所述外基區(qū)接觸并引出基極；在所述發(fā)射區(qū)510的頂部的所述金屬接觸506和所述發(fā)射區(qū)接觸并引出發(fā)射極。
在所述層間膜505上形成有金屬層507的圖形，所述金屬層507和所述金屬接觸506、所述深孔接觸504相接觸實(shí)現(xiàn)發(fā)射極、基極和集電極的連接。
以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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)人員還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
1.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧隔離，其特征在于，包括: 一基區(qū)，由形成于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的P型鍺娃外延層組成； 一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部的N型多晶硅組成，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸；所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述發(fā)射區(qū)接觸并引出發(fā)射極； 以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)；在所述外基區(qū)中包括有自對(duì)準(zhǔn)注入的鍺或碳雜質(zhì)、以及自對(duì)準(zhǔn)注入的第一 P型雜質(zhì)，所述鍺或碳雜質(zhì)的摻雜區(qū)域以及所述第一 P型雜質(zhì)的摻雜區(qū)域都以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊界，所述鍺或碳雜質(zhì)用于抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散；在所述外基區(qū)的頂部形成有金屬接觸，該金屬接觸和所述外基區(qū)接觸并引出基極。
2.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于，還包括: 一集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)頂部和所述基區(qū)相接觸； 一贗埋層，由形成于所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧底部的N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述贗埋層還擴(kuò)散到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)的底部形成接觸；在所述贗埋層頂部的所述淺槽場(chǎng)氧中形成有深孔接觸，所述深孔接觸和所述贗埋層接觸并引出集電極。
3.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于:所述深孔接觸由填充于深孔中的鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層組成；所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。
4.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于:在所述深孔接觸的底部形成有自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)，該自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足使所述深孔接觸和所述贗埋層間形成歐姆接觸的條件。
5.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于，包括步驟: 在硅襯底上形成淺槽場(chǎng)氧和有源區(qū)； 在所述硅襯底正面淀積形 成一 P型鍺硅外延層，所述P型鍺硅外延層位于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的，由所述P型鍺硅外延層組成基區(qū)； 采用淀積工藝在所述基區(qū)上形成一 N型多晶硅，再采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述N型多晶硅進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)；刻蝕后，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸，且所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)； 不加光刻版，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝對(duì)所述外基區(qū)進(jìn)行摻雜，包括:以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)；在所述鍺或碳雜質(zhì)自對(duì)準(zhǔn)注入之后，同樣以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入第一 P型雜質(zhì)；在所述第一 P型雜質(zhì)注入之前注入所述鍺或碳雜質(zhì)能抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散； 通過(guò)在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸引出基極；通過(guò)在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸引出發(fā)射極。
6.如權(quán)利要求5所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、采用光刻刻蝕工藝在硅襯底上形成淺溝槽和有源區(qū)； 步驟二、在所述淺溝槽的底部進(jìn)行N型離子注入形成贗埋層； 步驟三、在所述有源區(qū)中進(jìn)行N型離子注入形成集電區(qū)；所述集電區(qū)的底部和所述贗埋層形成接觸； 步驟四、在所述硅襯底正面淀積形成一 P型鍺硅外延層，所述P型鍺硅外延層位于所述有源區(qū)上并延伸到所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧上的，由所述P型鍺硅外延層組成基區(qū)； 步驟五、在所述基區(qū)上淀積一層N型多晶硅，采用光刻刻蝕工藝對(duì)所述N型多晶硅進(jìn)行刻蝕形成發(fā)射區(qū)；刻蝕后，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)相接觸，且所述發(fā)射區(qū)的尺寸小于所述有源區(qū)的尺寸；以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為界，所述基區(qū)分為本征基區(qū)和外基區(qū)，所述本征基區(qū)位于所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣以內(nèi)、所述本征基區(qū)外側(cè)的所述基區(qū)為外基區(qū)； 步驟六、不加光刻版，采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝對(duì)所述外基區(qū)進(jìn)行摻雜，包括:以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)；在所述鍺或碳雜質(zhì)自對(duì)準(zhǔn)注入之后，同樣以所述發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊緣在所述外基區(qū)中注入第一 P型雜質(zhì)；在所述第一 P型雜質(zhì)注入之前注入所述鍺或碳雜質(zhì)能抑制所述第一 P型雜質(zhì)的擴(kuò)散； 步驟七、在所述贗埋層頂部的所述淺槽場(chǎng)氧中形成深孔接觸，所述深孔接觸和所述贗埋層接觸并引出集電極；在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸，該金屬接觸和所述外基區(qū)接觸并引出基極；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸，該金屬接觸和所述發(fā)射區(qū)接觸并引出發(fā)射極。
7.如權(quán)利要求5或6所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于:采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝在所述外基區(qū)中注入所述鍺或碳雜質(zhì)的注入劑量為:le15CnT2 leiecm—2、注入能量為:2kev 1Okev。
8.如權(quán)利要求5或6所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于:采用自對(duì)準(zhǔn)注入工藝在所述外基區(qū)中注入所述第一 P型雜質(zhì)的注入劑量為:lel5cm-2 lel6cm_2、注入能量為:2kev lOkev、注入雜質(zhì)為硼或氟化硼。
9.如權(quán)利要求6所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于:所述深孔接觸由填充于深孔中的鈦和氮化鈦金屬層以及鎢層組成；所述鈦和氮化鈦金屬層的鈦層的厚度為100埃 500埃、氮化鈦層的厚度為50埃 500埃。
10.如權(quán)利要求9所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于:在所述深孔形成后、所述鈦和氮化鈦金屬層以及所述鎢層填充前，還包括在所述深孔中進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)注入N型雜質(zhì)的步驟，自對(duì)準(zhǔn)注入的N型雜質(zhì)的濃度滿足使所述深孔接觸和所述贗埋層間形成歐姆接觸的條件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，在外基區(qū)中包括有以發(fā)射區(qū)的外側(cè)邊緣為自對(duì)準(zhǔn)邊界的自對(duì)準(zhǔn)注入的鍺或碳雜質(zhì)以及P型雜質(zhì)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。本發(fā)明通過(guò)在外基區(qū)中注入鍺或碳雜質(zhì)，能減少外基區(qū)的P型雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散，從而能減少外基區(qū)的寬度，提高器件的最大振蕩頻率。
文檔編號(hào)H01L21/331GK103137678SQ20111038899
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者陳帆, 陳雄斌, 薛愷, 周克然, 潘嘉, 李 昊, 蔡瑩, 陳曦 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司