專利名稱：鍺硅hbt器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)及其制造方法
鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本申請(qǐng)涉及一種半導(dǎo)體集成電路器件，特別是涉及一種HBT (Heterojunction Bipolar Transistar,異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)器件。
背景技術(shù)：
鍺硅(SiGe)是硅和鍺通過共價(jià)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器件是一種常用的高頻RF (Radio Frequency，射頻)器件。
申請(qǐng)?zhí)枮?01110370460. X、申請(qǐng)日為2011年11月21日、名稱為“超高壓鍺硅HBT 器件及其制造方法”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)一種超高壓鍺硅HBT器件，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
在半導(dǎo)體襯底101中具有兩個(gè)隔離區(qū)102、兩個(gè)贗埋層103和集電區(qū)104。隔離區(qū) 102是在襯底101的表面先刻蝕溝槽，再以介質(zhì)材料填充所述溝槽而形成的。贗埋層103是隔離區(qū)102底部的一塊摻雜區(qū)，是在所述溝槽底部進(jìn)行低能量、高劑量的離子注入形成的， 具有結(jié)淺且摻雜濃度高的特點(diǎn)。集電區(qū)104是在兩個(gè)隔離區(qū)102之間和兩個(gè)贗埋層103之間的一塊摻雜區(qū)，是對(duì)隔離區(qū)102之間的襯底101進(jìn)行離子注入而形成的。集電區(qū)104的深度大于隔離結(jié)構(gòu)102。集電區(qū)104的兩側(cè)均與贗埋層103相接觸。在集電區(qū)104之上具有鍺硅基區(qū)105，其兩端可在集電區(qū)104上，也可在緊鄰集電區(qū)104的隔離區(qū)102上。在隔離結(jié)構(gòu)102之上具有鍺硅場(chǎng)板106，其在贗埋層103與集電區(qū)104交界處的正上方。鍺硅基區(qū)105和鍺硅場(chǎng)板106是對(duì)同一鍺硅外延層刻蝕后分別形成的。在鍺硅基區(qū)105之上具有介質(zhì)107和多晶硅發(fā)射區(qū)108。多晶硅發(fā)射區(qū)108的垂直剖面呈T形，上大下小，其底部接觸鍺硅基區(qū)105，其頂部與鍺硅基區(qū)105之間為介質(zhì)107。在鍺硅基區(qū)105的兩側(cè)、鍺硅場(chǎng)板106的兩側(cè)均具有第一側(cè)墻109。在多晶硅發(fā)射區(qū)108的兩側(cè)具有第二側(cè)墻110。第一電極111穿越層間介質(zhì)(ILD)和隔離區(qū)102，與贗埋層103相接觸。第二電極112、第三電極 113、第四電極114均穿越層間介質(zhì)，分別與鍺硅場(chǎng)板106、鍺硅基區(qū)105、多晶硅發(fā)射區(qū)108 相接觸。第一電極111和第二電極112相連，作為集電極。第三電極113作為基極。第四電極114作為發(fā)射極。
上述超高壓鍺硅HBT器件中，贗埋層103和第一電極111作為集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)。器件的BC結(jié)(鍺硅基區(qū)105和集電區(qū)104之間的PN結(jié))呈現(xiàn)兩維分布特性，既有從鍺硅基區(qū) 105向襯底方向101的縱向延伸，也有從鍺硅基區(qū)105向贗埋層103方向的橫向延伸，這便提高了鍺娃HBT器件的共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓Bvceo。該擊穿電壓Bvceo可達(dá)5 20V, 因此該鍺硅HBT器件稱為“超高壓”鍺硅HBT器件。
上述超高壓鍺 硅HBT器件中，重?fù)诫s的兩個(gè)贗埋層103的間距太大，連接它們的輕摻雜集電區(qū)104因而很寬。在集電區(qū)104的摻雜濃度一定的條件下，由于集電區(qū)104較寬而導(dǎo)致集電區(qū)104的串聯(lián)電阻較大，并導(dǎo)致器件的飽和壓降偏大。這使得上述超高壓鍺硅 HBT器件的線性工作區(qū)變窄，影響器件的應(yīng)用。如果降低集電區(qū)104的摻雜濃度，雖然可以降低集電區(qū)104的串聯(lián)電阻和器件的飽和壓降，但也會(huì)同時(shí)降低器件的擊穿電壓。發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是提供一種新的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，一方面可維持較高的共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓Bvceo，另一方面可降低器件的飽和壓降。為此，本申請(qǐng)還要提供所述鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)的制造方法。
為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)包括集電區(qū)電極； 還包括多晶硅填充結(jié)構(gòu)，其頂面接觸集電區(qū)電極的底面，其側(cè)面接觸集電區(qū)。所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)對(duì)稱分布于集電區(qū)兩側(cè)的隔離區(qū)及其下方的襯底中。所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)分為下層的第一填充多晶硅和上層的第二填充多晶硅兩部分，均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)。所述第一填充多晶硅靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角。多晶硅填充結(jié)構(gòu)的深度>集電區(qū)的深度>第二填充多晶硅的深度> 隔離區(qū)的深度。第一填充多晶硅的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅，或者第一填充多晶硅的摻雜濃度高于第二填充多晶硅。
當(dāng)鍺硅HBT器件的襯底為P型摻雜時(shí)，第一填充多晶硅摻雜磷，第二填充多晶硅摻雜砷，磷的擴(kuò)散性強(qiáng)于砷。
當(dāng)鍺硅HBT器件的襯底為η型摻雜時(shí)，第一和第二填充多晶硅均摻雜硼，但第一填充多晶硅的摻雜濃度高于第二填充多晶硅。
本申請(qǐng)鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)的制造方法為先在兩個(gè)隔離區(qū)及其下方的襯底中均形成溝槽，所述溝槽分為上、下兩部分，溝槽下部靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角；
再淀積第一填充多晶硅將溝槽填充滿；接著將溝槽上部的第一填充多晶硅去除掉以空出溝槽上部，溝槽上部的深度>隔離區(qū)的深度；接著淀積第二填充多晶硅將溝槽上部填充滿；
在淀積第一和第二填充多晶硅的同時(shí)原位摻雜或淀積之后通過離子注入，使第一和第二填充多晶硅均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)；并且第一填充多晶硅中的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅，或者第一填充多晶硅中的摻雜濃度高于第二填充多晶硅；
接著對(duì)兩個(gè)隔離區(qū)之間的襯底進(jìn)行離子注入從而形成集電區(qū)，集電區(qū)兩側(cè)均與多晶硅填充結(jié)構(gòu)的側(cè)面接觸，集電區(qū)的深度介于溝槽的深度和溝槽上部的深度之間；
最后在層間介質(zhì)上開設(shè)底部位于多晶硅填充結(jié)構(gòu)頂面的通孔，以導(dǎo)電材料填充通孔形成集電區(qū)電極。
本申請(qǐng)鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)中，將第一和第二填充多晶硅的分界面水平延展，可將集電區(qū)分為下、上兩部分。第一填充多晶硅由于靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁具有傾斜形貌，使得與其接觸的集電區(qū)下部的寬度比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)要窄。第一填充多晶硅中的雜質(zhì)更通過擴(kuò)散性能強(qiáng)或摻雜濃度高的優(yōu)勢(shì)，滲透到與其接觸的集電區(qū)下部中，這便降低了集電區(qū)的串聯(lián)電阻，也就降低了器件的飽和壓降。而第二填充多晶硅中的雜質(zhì)不存在擴(kuò)散性能強(qiáng)或摻雜濃度高的優(yōu)勢(shì)，從而較大程度地避免了對(duì)集電區(qū)上部的雜質(zhì)擴(kuò)散，這樣集電區(qū)上部的摻雜濃度基本保持不變，因而可維持與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基本一致的共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓 Bvceo,也是“超高壓 ”鍺硅HBT器件。


圖1是一種現(xiàn)有的超高壓鍺硅HBT器件的垂直剖面示意圖2a是本申請(qǐng)的超高壓鍺硅HBT器件的垂直剖面示意圖2b 圖2e是圖2a中的多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的各種實(shí)現(xiàn)方式；
圖3a 圖3k是本申請(qǐng)的超高壓鍺硅HBT器件的制造方法的各步驟示意圖。
圖中附圖標(biāo)記說明
101為半導(dǎo)體襯底；102為隔離區(qū)；103為贗埋層；104為集電區(qū)；105為鍺硅基區(qū)； 106為鍺硅場(chǎng)板；107為介質(zhì)；108為發(fā)射區(qū)；109為第一側(cè)墻；110為第二側(cè)墻；111為第一電極；112為第二電極；113為第三電極；114為第四電極；201為半導(dǎo)體襯底；202為隔離區(qū)；203為第一介質(zhì)；204為溝槽；204a為溝槽上部；204b為溝槽下部；205為第一多晶硅 (第一填充多晶硅);206為第二多晶硅(第二填充多晶硅);207為第一光刻膠；208為集電區(qū)； 209為第二介質(zhì)；210為第三多晶硅；211為鍺硅(鍺硅基區(qū));212為第三介質(zhì)；213為第四介質(zhì)；214為第四多晶硅(多晶硅發(fā)射區(qū))；215為基區(qū)側(cè)墻；216為發(fā)射區(qū)側(cè)墻；217為層間介質(zhì)；218為集電區(qū)電極；219為基區(qū)電極；220為發(fā)射區(qū)電極；300為多晶硅填充結(jié)構(gòu)；301為集電區(qū)位置；302為基區(qū)窗口 ；303為發(fā)射區(qū)窗口 ；304為發(fā)射區(qū)位置；305為基區(qū)位置。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2a，本申請(qǐng)的超高壓鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)包括
在半導(dǎo)體襯底201緊鄰表面處以有源區(qū)為中心左右對(duì)稱分布有兩個(gè)隔離區(qū)202。 這兩個(gè)隔離區(qū)202及其下方的襯底201中也對(duì)稱分布有多晶硅填充結(jié)構(gòu)300。請(qǐng)參閱圖2b， 多晶娃填充結(jié)構(gòu)300分為下層的第一填充多晶娃205和上層的第二填充多晶娃206兩部分，均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)。所述第一填充多晶硅205靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角。多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的深度>集電區(qū)208的深度>第二填充多晶硅206 的深度>隔離區(qū)202的深度。第一填充多晶硅205的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅 206，或者第一填充多晶硅205的摻雜濃度高于第二填充多晶硅206。在兩個(gè)隔離區(qū)202之間、兩個(gè)多晶硅填充結(jié)構(gòu)300之間為集電區(qū)208，其垂直剖面呈倒T形，其頂部由于在兩個(gè)隔離區(qū)202之間因而寬度最小，其兩側(cè)均與多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的側(cè)面相接觸。在層間介質(zhì) 217中具有集電區(qū)電極218，其底面與多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的頂面相接觸。
除了上述集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)外，圖2a所示的超高壓鍺硅HBT器件還包括常規(guī)結(jié)構(gòu)如下。在集電區(qū)208及其緊鄰的部分隔離區(qū)202之上具有鍺硅基區(qū)211，其垂直剖面呈正T 形，其兩肩膀部位之下分別是第三多晶硅210和第二介質(zhì)209。在鍺硅基區(qū)211之上具有多晶硅發(fā)射區(qū)214，其垂直剖面呈正T形，其兩肩膀部位之下分別是第四介質(zhì)213和第三介質(zhì) 212。在隔離結(jié)構(gòu)202之上且在鍺硅基 區(qū)211兩側(cè)具有基區(qū)側(cè)墻215。在鍺硅基區(qū)211之上且在多晶硅發(fā)射區(qū)214兩側(cè)具有發(fā)射區(qū)側(cè)墻216。上述結(jié)構(gòu)之上覆蓋有層間介質(zhì)226，其中除具有連接多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的集電區(qū)電極218，還具有連接鍺硅基區(qū)211的基區(qū)電極 219、連接多晶硅發(fā)射區(qū)214的發(fā)射區(qū)電極220。
所述隔離區(qū)202、第二介質(zhì)209、第三介質(zhì)212、第四介質(zhì)213、基區(qū)側(cè)墻215、發(fā)射區(qū)側(cè)墻216、層間介質(zhì)217均為介質(zhì)材料，可采用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其任意組合。
本申請(qǐng)鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)中，當(dāng)鍺硅HBT器件的襯底為P型摻雜時(shí)， 第一填充多晶硅205摻雜磷，第二填充多晶硅206摻雜砷，磷的擴(kuò)散性強(qiáng)于砷。當(dāng)鍺硅HBT器件的襯底為η型摻雜時(shí)，第一和第二填充多晶硅205、206均摻雜硼，但第一填充多晶硅 205的摻雜濃度高于第二填充多晶硅206。
請(qǐng)參閱圖2a、圖2b所述第二填充多晶硅206在鍺硅基區(qū)211的外側(cè)。第二填充多晶硅206與有源區(qū)(即兩個(gè)隔離區(qū)202之間的硅材料)邊緣的距離越大，器件的擊穿電壓越聞；反之亦然。
圖2b 圖2e給出了多晶娃填充結(jié)構(gòu)300的不同實(shí)現(xiàn)方式。優(yōu)選地，第一填充多晶硅205靠近有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁與底面之間夾角< 80度。更優(yōu)選地，第一填充多晶硅205 遠(yuǎn)離有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁與底面之間也呈銳角，即第一填充多晶硅205呈正梯形的垂直剖面。第二填充多晶硅206的垂直剖面可為正梯形、矩形、倒梯形或其他任意形狀。再優(yōu)選地， 整個(gè)多晶硅填充結(jié)構(gòu)300靠近有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁為光滑直線，其與底面之間呈銳角。再優(yōu)選地，整個(gè)多晶硅填充結(jié)構(gòu)300遠(yuǎn)離有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁也為光滑直線，其與底面之間也呈銳角，即整個(gè)多晶硅填充結(jié)構(gòu)300呈正梯形的垂直剖面。
與現(xiàn)有的超高壓鍺硅HBT器件相比，本申請(qǐng)可以降低集電區(qū)串聯(lián)電阻和器件的飽和壓降，而不會(huì)降低器件的擊穿電壓。這是由于
1、第一填充多晶硅205靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁具有傾斜形貌，使得與其接觸的集電區(qū)208下部的寬度比現(xiàn)有結(jié)構(gòu)要窄。進(jìn)一步地，第一填充多晶硅205中摻雜有擴(kuò)散性較好或濃度較高的雜質(zhì)，利用雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散進(jìn)入集電區(qū)208下部，這便降低了集電區(qū)208的串聯(lián)電阻，也就降低了器件的飽和壓降。
2、第二填充多晶硅206中摻雜有擴(kuò)散性較差或濃度較低的雜質(zhì)，從而不容易擴(kuò)散進(jìn)入集電區(qū)208的上部，這樣集電區(qū)208上部的摻雜濃度可基本保持不變，因而可維持與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基本一致的共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓Bvceo。
圖1所示的現(xiàn)有鍺硅HBT器件中，假定集電區(qū)104的摻雜濃度為IXlO16原子每立方厘米，電阻率為O. 5歐姆 厘米；贗埋層103的摻雜濃度為I X IO20原子每立方厘米，電阻率為7. 6X 10_4歐姆·厘米。集電區(qū)104的深度為I微米，寬度為2微米，且集電區(qū)104的摻雜均勻。那么重?fù)诫s的贗埋層103的電阻與輕摻雜的集電區(qū)104的電阻相比，可以忽略不計(jì)。
本申請(qǐng)鍺硅HBT器件中，假定集電區(qū)208的參數(shù)與之相同，第一填充多晶硅205的參數(shù)與贗埋層103相同。當(dāng)多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的深度為3微米，第一填充多晶硅205靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面的夾角為80度時(shí)，兩個(gè)第一填充多晶硅205的底部間距比現(xiàn)有的鍺硅HBT器件(如圖1所示)減小了1. 06微米，粗估可以減小集電區(qū)208的串聯(lián)電阻近一半，從而大幅降低器件的飽和壓降。
本申請(qǐng)的超高壓鍺硅HBT的制造方法包括如下步驟
第I步，請(qǐng)參閱圖3a，先在半導(dǎo)體襯底201中制作兩個(gè)隔離區(qū)202，可采用局部氧化(LOCOS)或淺槽隔離(STI)工藝。所述半導(dǎo)體襯底201例如為P型硅襯底。
然后在襯底201的表面形成第一介質(zhì)層203，作為有源區(qū)的臨時(shí)保護(hù)層，可采用熱氧化生長(zhǎng)工藝(如果是氧化硅)、或采用淀積與光刻和光刻、刻蝕工藝形成。
接著在每個(gè)隔離區(qū)202及其下方的襯底201中刻蝕出溝槽204。溝槽204分為上部204a和下部204b兩部分，溝槽下部204b靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角。優(yōu)選溝槽下部204b靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間的夾角< 80度。更優(yōu)選溝槽下部204b遠(yuǎn)離有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁與底面也呈銳角，即溝槽下部204b的垂直剖面呈正梯形。溝槽上部204a可以為正梯形、矩形、倒梯形或其他任意垂直剖面形狀，以便有利于提升多晶硅對(duì)溝槽204的填充能力，增加器件的擊穿電壓。
再優(yōu)選地，溝槽204靠近有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁為光滑直線，其與底面之間呈銳角。 再優(yōu)選地，溝槽204遠(yuǎn)離有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁也為光滑直線，其與底面之間也呈銳角，即溝槽204呈正梯形的垂直剖面。
在保證多晶硅對(duì)溝槽204的填充能力的前提下，應(yīng)盡量減小溝槽下部204b (或優(yōu)選情況下溝槽204)靠近有源區(qū)那一側(cè)的側(cè)壁的傾斜度，即使其與底面夾角越小越好。
第2步，請(qǐng)參閱圖3b，先在硅片上淀積第一多晶硅層205，至少將第一溝槽204完全填充。例如采用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝。在淀積第一多晶硅205的同時(shí)原位摻雜(優(yōu)選)或淀積之后通過離子注入，使第一多晶硅205摻雜有與襯底201相反類型的雜質(zhì)。當(dāng)襯底201為P型摻雜時(shí)，第一多晶硅205為η型摻雜，優(yōu)選雜質(zhì)為磷。當(dāng)襯底201為η型摻雜時(shí)，第一多晶娃205為P型摻雜,優(yōu)選雜質(zhì)為硼。
然后對(duì)第一多晶硅205進(jìn)行平坦化工藝，例如為化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝，將隔離區(qū)202及第一介質(zhì)203上方的第一多晶娃205研磨去除掉。剩余的第一多晶娃205完全位于溝槽204內(nèi)ο
第3步，請(qǐng)參閱圖3c，采用干法反刻工藝將溝槽上部204a內(nèi)的第一多晶硅205去除掉，從而空出溝槽上部204a。溝槽上部204a的深度>隔離區(qū)202的深度。此時(shí)剩余的第一多晶娃205作為第一填充多晶娃。
第4步，請(qǐng)參閱圖3d，先在硅片上淀積第二多晶硅層206，至少將溝槽上部204a完全填充。在淀積第二填充多晶硅206的同時(shí)原位摻雜或淀積之后通過離子注入，使第二填充多晶硅206摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)。當(dāng)襯底201為P型摻雜時(shí)，第二多晶硅206 為η型摻雜，優(yōu)選雜質(zhì)為砷，因?yàn)樯榈臄U(kuò)散性弱于磷。當(dāng)襯底201為η型摻雜時(shí)，第二多晶娃206為P型摻雜,優(yōu)選雜質(zhì)為硼,且第二多晶娃206的摻雜濃度<第一多晶娃205。
然后對(duì)第二多晶硅206進(jìn)行平坦化工藝，將隔離區(qū)202和第一介質(zhì)203上方的第二多晶硅206研磨去除掉。此時(shí)剩余的第二多晶硅206完全位于溝槽上部204a內(nèi)，作為第二填充多晶硅。第一填充多晶硅205與第二填充多晶硅206構(gòu)成了多晶硅填充結(jié)構(gòu)300。
第5步，請(qǐng)參閱圖3e，采用光刻工藝在第一光刻膠層207上暴露出集電區(qū)位置 301。集電區(qū)位置301是指兩個(gè)溝槽204之間的區(qū)域，還可能包括部分的溝槽204所在區(qū)域。
接著對(duì)集電區(qū)位置301進(jìn)行離子注入，從而在兩個(gè)溝槽204之間的襯底201中形成輕摻雜的集電區(qū)208。所述離子注入的雜質(zhì)類型與襯底201相反。當(dāng)襯底201為P型摻雜時(shí)，離子注入為η型雜質(zhì)，所形成的集電區(qū)210為η型摻雜。集電區(qū)208的垂直剖面呈倒 T形。集電區(qū)208的兩側(cè)均與多晶硅填充結(jié)構(gòu)300的側(cè)面接觸，集電區(qū)208的深度介于溝槽 204的深度和溝槽上部204a的深度之間。
第6步，請(qǐng)參閱圖3f，在硅片上依次淀積第二介質(zhì)209、第三多晶硅210，分別作為基區(qū)下方的介質(zhì)和多晶娃。
接著采用光刻工 藝在第二光刻膠層上暴露出基區(qū)窗口 302。基區(qū)窗口 302是指集電區(qū)208頂部的全部區(qū)域，以及隔離區(qū)202緊鄰著集電區(qū)208頂部的部分區(qū)域。
再后采用刻蝕工藝去除掉基區(qū)窗口 302中的第三多晶硅210、第二介質(zhì)209和第一介質(zhì)203。由于第一介質(zhì)203全部位于基區(qū)窗口 302中，因而被完全去除掉。 接著在硅片上外延生長(zhǎng)一層鍺硅211，至少將基區(qū)窗口 302填充滿。最后以平坦化工藝將鍺硅211的上表面研磨平整。第7步，請(qǐng)參閱圖3g，在硅片上依次淀積第三介質(zhì)212、第四介質(zhì)213，分別作為發(fā)射區(qū)下方的兩種介質(zhì)。接著采用光刻工藝在第三光刻膠層上暴露出發(fā)射區(qū)窗口 303。發(fā)射區(qū)窗口 303是指集電區(qū)208頂部的部分區(qū)域。再后采用刻蝕工藝去除掉發(fā)射區(qū)窗口 303中的第四介質(zhì)213、第三介質(zhì)212。接著在硅片上淀積第四多晶硅214，作為發(fā)射區(qū)材料，至少將發(fā)射區(qū)窗口 303填充滿。接著以平坦化工藝將第四多晶硅214的上表面研磨平整。最后以離子注入工藝對(duì)第四多晶硅214進(jìn)行與襯底201具有相反類型雜質(zhì)的離子注入。

第8步，請(qǐng)參閱圖3h，采用光刻工藝在第四光刻膠層上僅保留發(fā)射區(qū)位置304。發(fā)射區(qū)位置304是指集電區(qū)208頂部的全部區(qū)域的正上方。接著采用刻蝕工藝去除掉除發(fā)射區(qū)位置304以外區(qū)域的第四多晶硅214、第四介質(zhì)213、第三介質(zhì)212。剩余的第四多晶硅214的垂直剖面呈T形，作為發(fā)射區(qū)，其兩肩膀部位下方為第四介質(zhì)213和第三介質(zhì)212。最后對(duì)鍺硅211在多晶硅發(fā)射區(qū)214外側(cè)的部分(圖中橢圓處，即外基區(qū))進(jìn)行與襯底201具有相同類型雜質(zhì)的離子注入。第9步，請(qǐng)參閱圖3i，采用光刻工藝在第五光刻膠層上僅保留基區(qū)位置305?；鶇^(qū)位置305是指集電區(qū)208頂部的全部區(qū)域、以及隔離區(qū)202緊挨著集電區(qū)208頂部的部分區(qū)域。接著采用刻蝕工藝去除掉除基區(qū)位置305以外區(qū)域的鍺硅211、第三多晶硅210、第二介質(zhì)209。剩余的鍺硅211的垂直剖面呈T形，作為基區(qū)，其兩肩膀部位下方為第三多晶硅210和第二介質(zhì)209。第10步，請(qǐng)參閱圖3j，在硅片淀積第五介質(zhì)作為側(cè)墻材料，并對(duì)其進(jìn)行反刻，從而在鍺硅基區(qū)211的兩側(cè)形成基區(qū)側(cè)墻215，在多晶硅發(fā)射區(qū)214的兩側(cè)形成發(fā)射區(qū)側(cè)墻216。第11步，請(qǐng)參閱圖3k，在硅片淀積層間介質(zhì)(ILD) 217，例如采用BPSG (硼磷硅玻
璃)O然后采用光刻和刻蝕工藝在層間介質(zhì)217上刻蝕出多個(gè)通孔，包括底部在第二填充多晶硅206的第一通孔、底部在鍺硅基區(qū)211的第二通孔、底部在多晶硅發(fā)射區(qū)214的第三通孔。接著在這些通孔中填充導(dǎo)電材料，并經(jīng)平坦化后形成集電區(qū)電極218、基區(qū)電極219、發(fā)射區(qū)電極220，例如采用鎢塞工藝。其中，集電區(qū)位置301的寬度>基區(qū)位置305的寬度>基區(qū)窗口 302的寬度>發(fā)射區(qū)位置304的寬度(大致相當(dāng)于集電區(qū)208頂部的寬度)>發(fā)射區(qū)窗口 303的寬度。所述方法第2步中，淀積第一多晶硅205優(yōu)選采用原位摻雜，也可先淀積再進(jìn)行離子注入。優(yōu)選地，第一多晶硅205的摻雜濃度在1X102°原子每立方厘米以上，以減小集電區(qū)208的串聯(lián)電阻，降低器件的飽和壓降。所述方法第4步中，淀積第二多晶硅206可以采用原位摻雜，也可先淀積再進(jìn)行離子注入。優(yōu)選地，對(duì)第二多晶硅206的離子注入劑量在I X IO15原子每平方厘米以上，離子注入能量以實(shí)現(xiàn)溝槽上部204a中的第二填充多晶硅206全摻雜為標(biāo)準(zhǔn)。所述方法第7步中，淀積第四多晶硅214并對(duì)其進(jìn)行離子注入也可改為原位摻雜有雜質(zhì)的第四多晶硅214。上述鍺硅HBT器件的制造方法中，從第I步中刻蝕溝槽204開始 第5步結(jié)束、第11步中形成集電區(qū)電極218的部分屬于集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)的制造方法。以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在 本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，包括集電區(qū)電極；其特征是，還包括多晶硅填充結(jié)構(gòu)，其頂面接觸集電區(qū)電極的底面，其側(cè)面接觸集電區(qū)；所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)對(duì)稱分布于集電區(qū)兩側(cè)的隔離區(qū)及其下方的襯底中；所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)分為下層的第一填充多晶硅和上層的第二填充多晶硅兩部分，均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)；所述第一填充多晶硅靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角；多晶硅填充結(jié)構(gòu)的深度>集電區(qū)的深度>第二填充多晶硅的深度>隔離區(qū)的深度；第一填充多晶硅的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅，或者第一填充多晶硅的摻雜濃度高于第二填充多晶硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，其特征是，當(dāng)襯底為P型摻雜時(shí)，第一填充多晶硅摻雜磷，第二填充多晶硅摻雜砷，磷的擴(kuò)散性強(qiáng)于砷； 當(dāng)襯底為η型摻雜時(shí)，第一和第二填充多晶硅均摻雜硼，但第一填充多晶硅的摻雜濃度高于第二填充多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，其特征是，所述第二填充多晶娃位于錯(cuò)娃基區(qū)的外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，其特征是，所述第二填充多晶硅與有源區(qū)邊緣的距離越大，器件的擊穿電壓越高；反之亦然。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，其特征是，所述第一填充多晶硅靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面的夾角< 80度。
6.一種鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，先在兩個(gè)隔離區(qū)及其下方的襯底中均形成溝槽，所述溝槽分為上、下兩部分，溝槽下部靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角； 再淀積第一填充多晶硅將溝槽填充滿；接著將溝槽上部的第一填充多晶硅去除掉以空出溝槽上部，溝槽上部的深度>隔離區(qū)的深度；接著淀積第二填充多晶硅將溝槽上部填充滿； 在淀積第一和第二填充多晶硅的同時(shí)原位摻雜或填充之后通過離子注入，使第一和第二填充多晶硅均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)；并且第一填充多晶硅中的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅，或者第一填充多晶硅中的摻雜濃度高于第二填充多晶硅； 接著對(duì)兩個(gè)隔離區(qū)之間的襯底進(jìn)行離子注入從而形成集電區(qū)，集電區(qū)兩側(cè)均與多晶硅填充結(jié)構(gòu)的側(cè)面接觸，集電區(qū)的深度介于溝槽的深度和溝槽上部的深度之間； 最后在層間介質(zhì)上開設(shè)底部位于多晶硅填充結(jié)構(gòu)頂面的通孔，以導(dǎo)電材料填充通孔形成集電區(qū)電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征是，所述溝槽下部靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間的夾角< 80度。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種鍺硅HBT器件的集電區(qū)引出結(jié)構(gòu)，包括集電區(qū)電極；還包括多晶硅填充結(jié)構(gòu)，其頂面接觸集電區(qū)電極的底面，其側(cè)面接觸集電區(qū)。所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)對(duì)稱分布于集電區(qū)兩側(cè)的隔離區(qū)及其下方的襯底中。所述多晶硅填充結(jié)構(gòu)分為下層的第一填充多晶硅和上層的第二填充多晶硅兩部分，均摻雜有與襯底相反類型的雜質(zhì)。所述第一填充多晶硅靠近有源區(qū)一側(cè)的側(cè)壁與底面之間呈銳角。多晶硅填充結(jié)構(gòu)的深度＞集電區(qū)的深度＞第二填充多晶硅的深度＞隔離區(qū)的深度。第一填充多晶硅的雜質(zhì)的擴(kuò)散性強(qiáng)于第二填充多晶硅，或者第一填充多晶硅的摻雜濃度高于第二填充多晶硅。本申請(qǐng)還公開了其制造方法。本申請(qǐng)對(duì)鍺硅HBT器件可保持較高的擊穿電壓和較低的飽和壓降。
文檔編號(hào)H01L29/08GK103050521SQ20121016378
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司