專利名稱：嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
毫米波和THZ應(yīng)用將是未來無線技術(shù)發(fā)展的趨勢，如毫米波通信、THZ通信、THZ成像等。目前這些應(yīng)用主要依靠三五族器件完成，其存在低集成度、高成本等缺點，而隨著技術(shù)的不斷進步，鍺硅器件及技術(shù)將成為三五族器件的競爭對手。鍺硅技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于通信、雷達及高速電路等各個方面。IBM商用鍺硅エ藝Ft已達到350GHz，歐洲IHP開發(fā)的鍺硅器件Fmax在常溫下已達到500GHz。針對未來的毫米波和THZ應(yīng)用，鍺硅器件的性能仍需要不斷提升，這就需要新型的鍺硅器件結(jié)構(gòu)。 傳統(tǒng)雙極晶體管的外基區(qū)通常采用注入的方式進行加工，所得結(jié)構(gòu)的性能有缺陷，例如TED (Transient enhanced diffusion,瞬時增強擴散)效應(yīng)等問題會降低器件的微波性能。ー些新型的鍺硅雙極器件采用抬升基區(qū)的方法進行制備，但是所得結(jié)構(gòu)中側(cè)墻下的外基區(qū)電阻會較大，從而降低了器件微波性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述的缺陷，本發(fā)明提供一種避免TED效應(yīng)的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管。為達到上述目的，一方面，本發(fā)明提供ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、集電區(qū)內(nèi)的選擇性注入集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，所述外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延エ藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。特別是，所述外基區(qū)的一部分位于所述側(cè)墻的下方。特別是，所述外基區(qū)在所述基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力。另ー方面，本發(fā)明提供ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，所述方法的至少包括下述步驟4. I在第一摻雜類型的襯底上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)；4. 2在所得結(jié)構(gòu)上制備第一摻雜類型的集電區(qū)；4. 3在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)；4. 4在基區(qū)上淀積第一介質(zhì)層；4. 5在第一介質(zhì)層開設(shè)窗ロ；4. 6注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)；4. 7在所得結(jié)構(gòu)上依次制備第一摻雜類型多晶層和第二介質(zhì)層；4. 8光刻、刻蝕所述第二介質(zhì)層和多晶層形成發(fā)射極，去掉第一介質(zhì)層裸露的部分；
4. 9淀積第三介質(zhì)層，通過各向異性刻蝕在所得發(fā)射極結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)；4. 10以上述所得的發(fā)射極和側(cè)墻結(jié)構(gòu)作為掩蔽，刻蝕所得結(jié)構(gòu)中未被覆蓋的基區(qū)，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度；4. 11在刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上采用原位摻雜選擇性外延エ藝制備第二摻雜類型的外
基區(qū)；4. 12在外基區(qū)制備ー層金屬硅化物結(jié)構(gòu)；4. 13在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。特別是，步驟4. 3中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。
特別是，步驟4. 4中第一介質(zhì)層為復(fù)合介質(zhì)層，包括淀積在基區(qū)表面的氧化硅層和淀積在氧化硅層表面的氮化硅層。特別是，步驟4. 7中的多晶層是多晶硅層或是多晶鍺硅層；第二介質(zhì)層是氧化硅或者是氮化娃。特別是，步驟4. 10中刻蝕基區(qū)時向側(cè)墻下方進行鉆蝕。特別是，步驟4. 11中的外基區(qū)使用選擇外延生長方法制備，外基區(qū)的材質(zhì)是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質(zhì)的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的設(shè)置有嵌入式外延基區(qū)，避免了 TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。


圖I 圖11為本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明做詳細描述。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、集電區(qū)內(nèi)的選擇性注入集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射扱、以及發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延エ藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。優(yōu)選結(jié)構(gòu)是外基區(qū)的一部分位于側(cè)墻的下方，即在制備該結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生一定的鉆蝕。外基區(qū)在基區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力，使本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的性能更加良好。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不限于硅雙極晶體管，其它材料可以是鍺硅、三五族等。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的設(shè)置有嵌入式外延基區(qū)，避免了 TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。優(yōu)選實施例本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法至少包括下述步驟如圖I至圖3所示，在第一摻雜類型的襯底201上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)202 ;在所得結(jié)構(gòu)上制備第一摻雜類型的集電區(qū)101。
如圖4所示，在集電區(qū)101上外延生長ー層摻雜基區(qū)102，基區(qū)為第二摻雜類型?；鶇^(qū)102可以是硅、是鍺硅或者是摻碳鍺硅。在基區(qū)102上淀積第一介質(zhì)層。第一介質(zhì)層的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是ー復(fù)合介質(zhì)層，該復(fù)合介質(zhì)層從下到上依次氧化硅層104和氮化硅層106，其中，氧化硅為刻蝕停止層。如圖5和圖6所示，光刻、刻蝕氮化硅層106形成發(fā)射極窗ロ，然后選擇性腐蝕氧化硅層104，露出基區(qū)102單晶。選擇性腐蝕可以使用干法腐蝕，也可以使用濕法腐蝕。注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)203，即SIC層。如圖7所不,淀積多晶層108和第二介質(zhì)層110。其中，多晶層108可以是多晶娃層或者是多晶鍺硅層。多晶層108需要摻雜，摻雜方式可以是注入或者原位摻雜，雜質(zhì)采用第一摻雜類型。介質(zhì)層110可以是氧化硅層，也可以是氮化硅層。如圖8所示，通過光刻、刻蝕第二介質(zhì)層110和多晶層108形成發(fā)射扱。去掉氧化硅層104和氮化硅層106裸露的部分，露出基區(qū)102單晶。
如圖9所示，淀積第三介質(zhì)層，通過各向異性刻蝕在所得發(fā)射極結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)113。如圖10所示，以發(fā)射極結(jié)構(gòu)為掩蔽，刻蝕外延基區(qū)102至集電區(qū)101，得到刻蝕區(qū)115。采用這一方案的主要目的是降低TED效應(yīng)。為降低外基區(qū)電阻，刻蝕厚度應(yīng)大于外延基區(qū)102層厚度。最好有一定程度的鉆蝕，這樣可以進一歩降低外基區(qū)電阻。如圖11所示，在刻蝕所得的機構(gòu)上選擇性外延一層外基區(qū)120，原位摻雜。該外延層可以是硅，也可以是鍺硅，或者是摻碳鍺硅。雜質(zhì)為第二摻雜類型。為降低外基區(qū)120電阻，摻雜濃度要盡量高，一般應(yīng)在1E19 lE21Cm_3。對于NPN器件，摻雜為一般為硼。在外基區(qū)上制備ー層金屬硅化物結(jié)構(gòu)。然后在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、集電區(qū)內(nèi)的選擇性注入集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，其特征在于所述外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延工藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，其特征在于，所述外基區(qū)的一部分位于所述側(cè)墻的下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，其特征在于，所述外基區(qū)在所述基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力。
4.一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述方法的至少包括下述步驟 4.I在第一摻雜類型的襯底上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)； 4.2在所得結(jié)構(gòu)上制備第一摻雜類型的集電區(qū)； 4.3在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)； 4.4在基區(qū)上淀積第一介質(zhì)層； 4.5在第一介質(zhì)層開設(shè)窗口 ； 4.6注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)； 4.7在所得結(jié)構(gòu)上依次制備第一摻雜類型多晶層和第二介質(zhì)層； 4.8光刻、刻蝕所述第二介質(zhì)層和多晶層形成發(fā)射極，去掉第一介質(zhì)層裸露的部分； 4.9淀積第三介質(zhì)層，通過各向異性刻蝕在所得發(fā)射極結(jié)構(gòu)的側(cè)面形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)； 4.10以上述所得的發(fā)射極和側(cè)墻結(jié)構(gòu)作為掩蔽，刻蝕所得結(jié)構(gòu)中未被覆蓋的基區(qū)，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度； 4.11在刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上采用原位摻雜選擇性外延工藝制備第二摻雜類型的外基區(qū)； 4.12在外基區(qū)制備一層金屬娃化物結(jié)構(gòu)； 4.13在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 3中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 4中第一介質(zhì)層為復(fù)合介質(zhì)層，包括淀積在基區(qū)表面的氧化硅層和淀積在氧化硅層表面的氮化硅層。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 7中的多晶層是多晶硅層或是多晶鍺硅層；第二介質(zhì)層是氧化硅或者是氮化硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 10中刻蝕基區(qū)時向側(cè)墻下方進行鉆蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 11中的外基區(qū)使用選擇外延生長方法制備，外基區(qū)的材質(zhì)是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質(zhì)的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。
全文摘要
本發(fā)明公開一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，為解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在TED效應(yīng)問題而設(shè)計。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)，基區(qū)上的發(fā)射極，以及發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延工藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。本發(fā)明提供一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管避免了TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。
文檔編號H01L21/331GK102709318SQ20121015321
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者付軍, 劉志弘, 吳正立, 崔杰, 張偉, 李高慶, 王玉東, 許平, 趙悅 申請人:清華大學(xué)