專(zhuān)利名稱：形成異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及微電子制造，更特別地，涉及使用多孔硅用于晶體管隔離形成的方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
硅-鍺(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的傳統(tǒng)放縮(scaling)具有兩個(gè)部分垂直放縮和橫向放縮。圖1顯示的傳統(tǒng)HBT 10包括本征基極區(qū)12，非本征基極區(qū)14，收集極區(qū)16，隔離區(qū)18和發(fā)射極20。垂直放縮典型地包括改變本征基極區(qū)12的厚度、鍺分布和摻雜劑分布。橫向放縮典型地包括降低收集極16的寬度以減小收集極16至基極12、14的電容，該電容是限制HBT 10最大功率增益頻率Fmax的主要寄生成分。不幸的是，傳統(tǒng)的橫向放縮并不能使器件性能比目前所能夠獲得的進(jìn)步許多。更明確地講，當(dāng)HBT 10被橫向放縮時(shí)，收集極16變窄，這建立了本征基極12和收集極16之間更小的重疊。這種結(jié)構(gòu)不利地導(dǎo)致寄生收集極16至基極12電容Ccb降低。不幸的是，本征基極12與非本征基極14之間的重疊區(qū)也降低。本征基極12與非本征基極14之間的重疊區(qū)減小，為電子流動(dòng)建立非常窄的區(qū)域，因此顯著增加基極電阻Rb。因?yàn)樽畲箢l率Fmax取決于RbCcb的電阻-電容(RC)時(shí)間常數(shù)，所以觀察到的Fmax的凈增加很少或者不增加。
應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，上述是放縮問(wèn)題的簡(jiǎn)化解釋。然而，理想的情況仍然是基極電阻Rb和收集極-基極電容Ccb應(yīng)當(dāng)最小化。但是，實(shí)現(xiàn)這一理想情況要求兩個(gè)結(jié)構(gòu)條件，而它們難以同時(shí)滿足。也就是說(shuō)，為了獲得最小的基極電容Rb，要求本征基極12和非本征基極14之間大的重疊區(qū)。相反，為了獲得最小的收集極-基極電容Ccb，要求本征基極12和收集極16之間小的重疊區(qū)。
利用傳統(tǒng)的HBT 10，難以同時(shí)獲得兩種結(jié)構(gòu)，從而難以實(shí)現(xiàn)最大器件性能。特別地，當(dāng)形成HBT 10時(shí)，典型地產(chǎn)生隔離區(qū)18，例如隔離基極區(qū)12、14和收集極16的淺溝槽隔離(STI)。溝槽隔離18通常用某種類(lèi)型的氧化硅形成。當(dāng)外延生長(zhǎng)本征基極12時(shí)，基極在任何暴露的單晶硅上，也就是在收集極16上，生長(zhǎng)成為單晶體，在任何非單晶硅區(qū)域，也就是在溝槽隔離18上面，生長(zhǎng)成為多晶硅。因此，它在溝槽隔離18上面生長(zhǎng)成為多晶硅。多晶硅的電阻比相類(lèi)比地?fù)诫s的晶體硅的電阻更高，導(dǎo)致于Rb更高。在HBT 10中，這產(chǎn)生非常窄的單晶本征基極12和大的多晶硅非本征基極14，其產(chǎn)生高基極電阻Rb從而對(duì)器件性能產(chǎn)生負(fù)面效果。
考慮到前述，在技術(shù)上需要有相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的解決方法，其允許同時(shí)降低寄生收集極-基極電容Ccb和基極電阻Rb。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種使用多孔硅形成隔離區(qū)的方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)。本方法的一個(gè)實(shí)施例可以包括形成收集極區(qū)；在收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)上面形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸；和隨后在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)。該方法能夠形成一種HBT，其具有一種結(jié)構(gòu)，包括延伸超出收集極區(qū)并在隔離區(qū)上延伸的晶體硅本征基極，從而形成連續(xù)的低電阻本征-非本征基極傳導(dǎo)路徑。該HBT具有更小的收集極-本征基極界面和更大的本征基極-非本征基極界面，從而具有更高的性能。
本發(fā)明的第一個(gè)方面提供了一種結(jié)構(gòu)，其包括延伸超出收集極區(qū)域并在隔離區(qū)上面延伸的晶體硅本征基極。
本發(fā)明的第二個(gè)方面提供了一種方法，其包括形成收集極區(qū)域；在收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)上面形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸從而形成非本征基極；和隨后在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)。
本發(fā)明的第三個(gè)方面提供了一種形成異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的方法，該方法包括形成收集極區(qū)；在收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)上面形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸從而形成非本征基極；在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)；和形成非本征基極層和發(fā)射極，從而實(shí)現(xiàn)該HBT。
本發(fā)明說(shuō)明的各方面被設(shè)計(jì)用于解決在此描述的問(wèn)題和/或沒(méi)有討論的其他問(wèn)題。


從下文聯(lián)系描述本發(fā)明各種實(shí)施例的附圖的本發(fā)明各個(gè)方面的詳細(xì)說(shuō)明，將更加容易理解本發(fā)明的這些和其他的特征，其中圖1顯示了傳統(tǒng)的HBT。
圖2顯示了一種HBT，其包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
圖3-9B顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的各種實(shí)施例。
需要注意，本發(fā)明的附圖未必按照比例繪制。這些附圖趨向于僅僅描述本發(fā)明的典型方面，因此不應(yīng)當(dāng)看作是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，不同附圖之間，類(lèi)似的標(biāo)記代表類(lèi)似的元件。
具體實(shí)施例方式
轉(zhuǎn)到附圖，圖2顯示了一個(gè)結(jié)構(gòu)100，其是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)102的一部分。結(jié)構(gòu)100包括延伸超出收集極區(qū)106并在隔離區(qū)108(顯示了兩個(gè))上延伸的晶體硅本征基極104。隔離區(qū)108，(如下文將進(jìn)一步說(shuō)明的)可以包括多孔電介質(zhì)，例如多孔氧化硅，多孔氮化硅，晶體氧化硅或其它多孔氧化物。
參考圖3-9B，下面說(shuō)明形成結(jié)構(gòu)100的方法的實(shí)施例。在圖3中，形成收集極區(qū)106。在一個(gè)實(shí)施例中，該形成可以包括任何現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的用于形成收集極區(qū)的技術(shù)。例如，圖3顯示提供具有亞收集極122的硅基片120(例如，通過(guò)n型摻雜(如砷(As))獲得)。亞收集極122上面的區(qū)域也被n型摻雜并用作收集極區(qū)106。
接著，如圖4-6所示，在收集極區(qū)106內(nèi)形成多孔硅區(qū)124(如圖5和6所示)。“多孔硅”是其中有孔的單晶硅。多孔硅可以有例如70％的孔隙。首先，如圖4所示，沉積光致抗蝕劑126并加以構(gòu)圖從而限定區(qū)域128，區(qū)域128將用于形成溝槽隔離108(圖2)。光致抗蝕劑126可以包括任何現(xiàn)在已知的或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的適于注入的光刻抗蝕劑材料。光致抗蝕劑126覆蓋收集極區(qū)106。區(qū)域128用摻雜劑例如硼(B)加以注入130，從而形成輕p型摻雜區(qū)域132，用于溝槽隔離108的形成(圖2)。
形成多孔硅區(qū)124的處理的其余步驟(圖5和6)可以用多種方式加以執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖5所示，執(zhí)行多孔刻蝕136以形成多孔硅區(qū)124。多孔刻蝕136可以包括，例如，使電流通過(guò)單晶硅，也就是，至少通過(guò)摻雜區(qū)132(圖4)，同時(shí)將結(jié)構(gòu)置于氫氟酸(HF)溶液中。這一處理將p型摻雜區(qū)132內(nèi)的硅刻蝕掉，并留下多孔硅區(qū)124(圖5)。也可以采用其他用于形成多孔硅區(qū)124的技術(shù)。這一處理還可以包括在例如氫氣(H2)環(huán)境中退火137，從而在多孔硅區(qū)124的表面142上形成單晶硅的膚層140。該退火還可以包括使用例如大約700-大約1000℃的溫度。
在一個(gè)可選擇實(shí)施例中，如圖6所示，硅層150跨越收集極區(qū)106和摻雜區(qū)132外延生長(zhǎng)(圖4)，并執(zhí)行多孔刻蝕152以形成多孔硅區(qū)124。硅層150應(yīng)當(dāng)是輕摻雜的p型硅，且厚度可以是大約50-大約300埃。多孔刻蝕152與上述基本上相似，并導(dǎo)致多孔硅區(qū)124形成，只是由于其低的摻雜劑濃度，硅層150的孔隙顯著少于多孔硅區(qū)124的其余部分。在此階段還可以執(zhí)行一個(gè)任選的退火154，以除去硅層150中的缺陷，但這不是必需的。退火154可以使用的溫度為例如大約700-大約1000℃。
接著，如圖7所示，在收集極區(qū)106上面形成晶體硅本征基極層160。硅層150(圖6)或膚層140(圖5)合并到本征基極層160之中。本征基極層160在多孔硅區(qū)124上面延伸。接著，如圖8所示，使用光致抗蝕劑166對(duì)本征基極層160構(gòu)圖，并加以刻蝕170，從而使本征基極層160在多孔硅區(qū)124的一部分168上延伸，用作HBT102(圖2)的本征基極104(圖2)，并形成非本征基極，也就是，作為非本征基極190(圖2)的一部分。刻蝕170可以包括任何合適的用于硅的刻蝕。
圖9A-B顯示在多孔硅區(qū)124內(nèi)形成隔離區(qū)108。這一處理可以通過(guò)多種方式提供。如圖9A所示，在一個(gè)實(shí)施例中，多孔硅區(qū)124可以被氧化172，使之轉(zhuǎn)化為用作溝槽隔離108的多孔硅電介質(zhì)例如氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。氧化172可以例如在隔離區(qū)108和收集極區(qū)106(它們沒(méi)有被本征基極104覆蓋)上面形成氧化硅層174。在圖9B所顯示的一個(gè)可選擇實(shí)施例中，可以使用例如濕法刻蝕180除去多孔硅區(qū)124(圖9A)，并且該區(qū)域可用電介質(zhì)182，例如氧化硅或其它合適的電介質(zhì)，加以填充，從而形成隔離區(qū)108。濕法刻蝕180可以包括任何合適的用于多孔硅區(qū)124的濕化學(xué)刻蝕。返回到圖8，在另一個(gè)可選擇實(shí)施例中，可以通過(guò)使用多孔硅區(qū)124作為電介質(zhì)形成隔離區(qū)108(圖2)。該后一實(shí)施例假定多孔硅區(qū)124具有足夠的孔隙率，從而具有足夠低的介電常數(shù)以用作隔離區(qū)。
上述實(shí)施例可以在形成HBT 102時(shí)加以應(yīng)用。在這種情況下，如圖2的完成圖所示，可以采用傳統(tǒng)的處理形成非本征基極層190和發(fā)射極192，從而完成HBT 102。無(wú)論使用哪個(gè)實(shí)施例最終形成隔離區(qū)108，使用多孔硅區(qū)124(圖5)允許單晶本征基極104超出收集極區(qū)106生長(zhǎng)。隔離區(qū)108的尺寸和本征區(qū)104的尺寸可以是獨(dú)立的，這允許基極電阻Rb和收集極106-基極104的電容Ccb相互獨(dú)立。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)由本征基極104與非本征基極層190之間的大重疊區(qū)從而獲得最小的基極電阻Rb，而同時(shí)實(shí)現(xiàn)由本征區(qū)104與非本征基極190和收集極106之間的小重疊區(qū)從而獲得最小的收集極-基極Ccb。此外，使用上述實(shí)施例，能夠獲得非常寬的單晶本征基極104，進(jìn)一步降低Rb。
前面說(shuō)明的本發(fā)明的各個(gè)方面只是出于例證和說(shuō)明的目的。它并不代表是窮盡的，或者限制本發(fā)明的精確公開(kāi)形式，顯然，還可以有許多修改和變化。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的那些修改和變化也包含在由附加權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)，包括晶體硅本征基極，其延伸超出收集極區(qū)并在隔離區(qū)上方延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中該隔離區(qū)包括多孔硅電介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中該隔離區(qū)包括氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中該隔離區(qū)包括多孔硅。
5.一種方法，包括形成收集極區(qū)；在收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)上面形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸以形成非本征基極；和隨后在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中多孔硅區(qū)的形成包括在一個(gè)區(qū)域中注入p型摻雜劑，以改變?cè)摱嗫坠鑵^(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該多孔硅區(qū)的形成包括刻蝕該區(qū)域以形成多孔硅區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括在氫氣環(huán)境中退火，從而在該多孔硅區(qū)的表面上形成單晶硅的膚層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中該多孔硅區(qū)的形成進(jìn)一步包括跨越收集極區(qū)及該區(qū)域生長(zhǎng)輕摻雜的p型硅層，并刻蝕該區(qū)域以形成多孔硅區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括退火。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中硅層的厚度為大約50-大約300埃。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中隔離區(qū)的形成包括氧化該多孔硅區(qū)以形成多孔硅電介質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中隔離區(qū)的形成包括除去該多孔硅區(qū)，并用電介質(zhì)填充。
14.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中隔離區(qū)的形成包括使用多孔硅區(qū)作為電介質(zhì)。
15.一種形成異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的方法，該方法包括形成收集極區(qū)；在收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)之上形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸以形成非本征基極；在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)；和形成非本征基極層和發(fā)射極以完成該HBT。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中多孔硅區(qū)的形成包括在一個(gè)區(qū)域內(nèi)注入p型摻雜劑，以改變?cè)摱嗫坠鑵^(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中多孔硅區(qū)的形成進(jìn)一步包括刻蝕該區(qū)域以形成多孔硅區(qū)；和在氫氣環(huán)境中退火，以在多孔硅區(qū)的表面上形成單晶硅的膚層。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中多孔硅區(qū)的形成進(jìn)一步包括跨越收集極區(qū)和該區(qū)域生長(zhǎng)硅層，并刻蝕該區(qū)域以形成多孔硅區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中硅層的厚度為大約50-大約300埃。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中隔離層的形成包括如下之一a)氧化多孔硅區(qū)以形成多孔硅電介質(zhì)；b)除去多孔硅區(qū)并用電介質(zhì)填充；和c)使用多孔硅區(qū)作為電介質(zhì)。
全文摘要
形成異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明公開(kāi)了一種使用多孔硅形成隔離區(qū)的方法及相關(guān)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以包括形成收集極區(qū)；在該收集極區(qū)內(nèi)形成多孔硅區(qū)；在收集極區(qū)上形成晶體硅本征基極層，該本征基極層在多孔硅區(qū)的一部分上延伸，從而形成非本征基極；和在多孔硅區(qū)內(nèi)形成隔離區(qū)。該方法適用于形成HBT，其具有一個(gè)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括延伸超出收集極區(qū)并在隔離區(qū)上延伸的晶體硅本征基極，從而形成低電阻的連續(xù)本征－非本征基極傳導(dǎo)路徑。該HBT具有更小的收集極－本征基極界面，和更大的本征基極－非本征基極界面，因此具有更高的性能。
文檔編號(hào)H01L21/331GK101087000SQ200710089329
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者托馬斯·A.·沃爾納, 托馬斯·N.·亞當(dāng), 斯蒂芬·W.·貝戴爾, 索扎 喬爾·P.·德, 凱斯萊恩·T.·舍恩伯格 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司