專利名稱：SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路器件，特別是涉及一種SiGe BiCMOS工藝中的 PNP雙極晶體管。
背景技術(shù)：
在射頻應(yīng)用中，需要越來越高的器件特征頻率，RFCMOS雖然在先進的工藝技術(shù)中 可實現(xiàn)較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實現(xiàn)40GHz以上的特征頻率，而且 先進工藝的研發(fā)成本也是非常高；化合物半導(dǎo)體可實現(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，加上大多數(shù)化合物半導(dǎo)體有毒，限制了其應(yīng)用。SiGe HBT則是超 高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與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，工藝成本不高。因此SiGe HBT已經(jīng)成為超高頻器件的 主力軍。PNP雙極晶體管是SiGe BiCMOS工藝中除SiGe NPN HBT之外的另一種重要器件。 在現(xiàn)有的SiGe BiCMOS工藝中，PNP雙極晶體管是一種橫向結(jié)構(gòu)器件，以方便引出P阱形成 的集電區(qū)。如圖1所示，為現(xiàn)有PNP的器件結(jié)構(gòu)示意圖，為橫向結(jié)構(gòu)，包含了三個有源區(qū)，從 左到右依次為基極引出區(qū)(N型Sinker)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)，這就決定了其面積很難縮??； 其發(fā)射區(qū)為一 P型外延層，基區(qū)位于所述P型外延層下，并通過一 N型埋層(Buried lay) 和所述基極引出區(qū)(N型Sinker)相連從而引出，所述集電區(qū)和所述基區(qū)的N型埋層相連， 所述基區(qū)呈L形，其寬度為溝槽深度和集電極發(fā)射極兩個有源區(qū)間的橫向距離和，有較長 的基區(qū)寬度，使得PNP的電流放大系數(shù)較難提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管， 能大大縮小PNP晶體管的面積和提高PNP晶體管的電流放大系數(shù)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其有源區(qū) 是利用淺槽場氧化層隔離，包括一集電區(qū)，由位于淺槽底部的P型埋層構(gòu)成，通過在場氧化層上制作深阱接觸引 出所述集電區(qū)；—基區(qū)，通過在有源區(qū)進行N型離子注入形成，所述基區(qū)的周側(cè)為淺槽場氧化層， 所述基區(qū)的寬度由所述淺槽的深度決定并和所述淺槽的深度相當(dāng)，所述基區(qū)底部和所述集 電區(qū)相連接，在所述集電區(qū)對側(cè)的淺槽底部形成一 N型埋層，所述基區(qū)和所述N型埋層相連 并通過在所述N型埋層上的場氧化層上制作深阱接觸引出所述基區(qū)；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上方的一 P型離子注入層或再加一 P型多晶硅構(gòu)成， 直接通過一金屬接觸引出所述發(fā)射區(qū)。所述發(fā)射區(qū)的P型多晶硅形成方法為先是采用 SiGe NPN工藝中的發(fā)射極多晶硅工藝生成一層多晶硅，多晶硅形成后再加上所述發(fā)射區(qū)的P型離子注入使多晶硅成為P型并同時在其底部形成所述P型離子注入層。所述發(fā)射區(qū)的 P型離子注入采用SiGe NPN CMOS中的PMOS源漏注入工藝，注入劑量為大于lel5Cm_2、注入 能量為^ceV lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管是一種縱向結(jié)構(gòu)，通過采用所述 縱向結(jié)構(gòu)、加上集電區(qū)埋層結(jié)構(gòu)以及場氧化層上的深阱接觸，使本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝 中的PNP雙極晶體管只包含一個有源區(qū)，大大縮小了 PNP晶體管的面積，本發(fā)明的PNP晶體 管的面積能小于現(xiàn)有PNP晶體管的四分之一。另外本發(fā)明的PNP晶體管的基區(qū)寬度由所述 淺槽的深度決定即本發(fā)明的基區(qū)寬度為所述發(fā)射區(qū)的P型離子注入層底部到溝槽底部的P 型埋層之間的距離，而所述發(fā)射區(qū)的P型離子注入的能量為^eV lOkeV、注入深度較淺， 使得所述基區(qū)寬度和所述淺槽的深度大致相等，要小于現(xiàn)有PNP晶體管的呈L形基區(qū)的寬 度，從而能使電流放大系數(shù)得到提高。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是現(xiàn)有PNP晶體管截面圖；圖2A和圖2B是本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管截面圖；圖3是本發(fā)明實施例的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管截面圖和各區(qū)的雜 質(zhì)分布；圖如-圖4f是本發(fā)明的Si(ie BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管制造過程的各步 驟的截面圖；圖5是本發(fā)明實施例的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管特性的TCAD模擬 曲線。
具體實施例方式如圖2A和圖2B所示為本發(fā)明所述SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管結(jié)構(gòu)示 意圖，其有源區(qū)是利用淺槽場氧化層隔離，包括一集電區(qū)，由位于淺槽底部的P型埋層構(gòu)成，通過在場氧化層上制作深阱接觸引 出所述集電區(qū)。所述P型埋層是在所述淺槽形成后、所述場氧化層填入前通過離子注入形 成，是利用有源區(qū)上的硬掩模層局部自對準(zhǔn)注入，保證有源區(qū)沒有被所述P型埋層雜質(zhì)注 入；所述P型埋層選擇注入B或BF2，注入劑量為lel2 IeHcm 2，注入能量以不穿透硬掩 模層為準(zhǔn)。一基區(qū)，為如圖2A和圖2B中NPN的集電區(qū)即SiGe NPN HBT的集電區(qū)所示區(qū)域，通 過在有源區(qū)進行N型離子注入形成，所述基區(qū)的周側(cè)為淺槽場氧化層，所述基區(qū)的寬度和 所述淺槽的深度相當(dāng)，所述基區(qū)底部和所述集電區(qū)相連接，在所述集電區(qū)對側(cè)的淺槽底部 形成一 N型埋層，所述基區(qū)和所述N型埋層相連并通過在所述N型埋層上的場氧化層上制 作深阱接觸引出所述基區(qū)。所述基區(qū)的N型離子注入能采用多次N型注入形成，離子注入窗 口要略大于有源區(qū)，保證所述集電區(qū)和所述基區(qū)間的PN結(jié)的正確形成；必須有一次大能量 注入，直接注入到所述N型埋層和所述P型埋層位置，充分連接所述N型埋層和所述P型埋 層，基區(qū)的多次注入能量遞減，注入的總劑量由所述縱向PNP雙極晶體管的電流增益和擊穿電壓要求決定，所述基區(qū)注入的能量范圍為50keV至IOOOkeV,注入劑量范圍為le12cm_2 至lel4cm2。所述N型埋層是在所述淺槽形成后、所述場氧化層填入前通過離子注入形成， 是利用有源區(qū)上的硬掩模層局部自對準(zhǔn)注入，保證有源區(qū)沒有被所述N型埋層雜質(zhì)注入， 所述N型埋層選擇注入砷或磷，注入劑量大于kl4cm2，注入能量以不穿透硬掩模層為準(zhǔn)。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上方的一 P型離子注入層或再加一 P型多晶硅構(gòu)成， 直接通過一金屬接觸引出所述發(fā)射區(qū)；所述發(fā)射區(qū)為一P型離子注入層對應(yīng)于如圖2B所示 P型源漏，所述發(fā)射區(qū)為一 P型離子注入層加一 P型多晶硅對應(yīng)于如圖2A所示P型源漏加發(fā) 射極多晶硅。所述發(fā)射區(qū)的P型多晶硅的形成方法為先是采用SiGe NPN工藝中的發(fā)射極 多晶硅工藝生成一層多晶硅，多晶硅形成后再加上所述發(fā)射區(qū)的P型離子注入使多晶硅成 為P型并同時在其底部形成所述P型離子注入層即P型源漏。所述發(fā)射區(qū)的P型離子注入 即P型源漏的注入采用SiGe NPN CMOS中的PMOS源漏注入工藝，注入劑量為大于lel5Cm_2、 注入能量為^eV lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。如圖3所示，為用TCAD模擬的本發(fā)明實施例的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶 體管截面圖和各區(qū)的雜質(zhì)分布，共標(biāo)出了 3個區(qū)域的雜質(zhì)分布曲線，區(qū)域1和區(qū)域2是縱向 分布曲線，區(qū)域3是橫向分布曲線。從區(qū)域3曲線能看出，其左側(cè)為一 N型區(qū)域、右側(cè)為一 P型區(qū)域，分別對應(yīng)于所述PNP雙極晶體管的N型埋層和P型埋層，都處于淺槽的底部。由 區(qū)域2曲線能看出，有源區(qū)的頂部為一 P型區(qū)域、底部為一 N型區(qū)域，頂部的P型區(qū)域?qū)?yīng) 于所述PNP雙極晶體管的發(fā)射區(qū)、底部較寬的N型區(qū)域?qū)?yīng)于所述PNP雙極晶體管的基區(qū)。 區(qū)域1曲線顯示了在有源區(qū)邊界處的雜質(zhì)分布，在其底部為所述PNP雙極晶體管的基區(qū)和 P型埋層相連接處。本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管制造方法包括如下工藝步驟1、如圖如所示，在P型襯底501上生長墊襯氧化層502、氮化硅層503和氧化層 504 ；2、如圖如所示，定義有源區(qū)，并刻蝕淺槽；3、如圖如所示，淀積氧化層，并刻蝕形成淺槽氧化層側(cè)墻505 ；4、如圖如所示，光刻打開N型埋層注入?yún)^(qū)域，其它區(qū)域覆蓋光刻膠506 ；5、如圖如所示，以光刻膠506和有源區(qū)上的硬掩模層即墊襯氧化層502、氮化硅層 503和氧化層504為掩模版進行N型離子注入形成N型埋層507 ；6、如圖4b所示，去除氧化層504，以光刻膠506為掩模版進行N型離子注入，形成 基區(qū)508，該基區(qū)508的縱向?qū)挾群蜏\槽的深度相當(dāng)，并和所述N型埋層507相連接；7、如圖如所示，光刻打開P型埋層注入?yún)^(qū)域；8、如圖如所示，以光刻膠506和有源區(qū)上的硬掩模層即墊襯氧化層502、氮化硅層 503為掩模版進行P型離子注入形成P型埋層509，該P型埋層509為本發(fā)明PNP雙極晶體 管的集電區(qū)；9、如圖4d所示，去除淺槽氧化層側(cè)墻505，填入場氧化層510，并用化學(xué)機械拋光
磨平；10、如圖4d所示，去除氮化硅503和氧化硅502 ；11、如圖如所示，利用PMOS源漏光刻版打開PNP發(fā)射極區(qū)域，將會形成如圖2B所 示的發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)；或外延生長NPN發(fā)射極多晶硅層511，刻蝕留下作為PNP發(fā)射極多晶硅，再利用PMOS源漏光刻版打開PNP發(fā)射極區(qū)域，將會形成如圖2A所示的發(fā)射區(qū)結(jié)構(gòu)。12、如圖如所示，利用PMOS源漏P型高劑量注入，形成發(fā)射區(qū)；13、如圖4f所示，生長氧化硅層間膜512 ；14、如圖4f所示，刻蝕深槽接觸孔；15、如圖4f所示，填入過渡金屬層Ti/TiN，再填入鎢，形成513 ；16、如圖4f所示，淀積并刻蝕金屬，形成514。本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管是一種縱向結(jié)構(gòu)，通過采用所述 縱向結(jié)構(gòu)、加上集電區(qū)埋層結(jié)構(gòu)以及場氧化層上的深阱接觸，使本發(fā)明的SiGe BiCMOS工藝 中的PNP雙極晶體管只包含一個有源區(qū)，大大縮小了 PNP晶體管的面積，本發(fā)明的PNP晶體 管的面積只有現(xiàn)有PNP晶體管的四分之一。另外本發(fā)明的PNP晶體管的基區(qū)寬度小于現(xiàn)有 PNP晶體管的基區(qū)寬度，從而能使電流放大系數(shù)得到提高。如圖5所示，為本發(fā)明實施例的 SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管特性的TCAD模擬曲線，從曲線能看出電流放大倍數(shù) 已經(jīng)達到37。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(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，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其有源區(qū)是利用淺槽場氧化層隔離，其 特征在于，包括一集電區(qū)，由位于淺槽底部的P型埋層構(gòu)成，通過在場氧化層上制作深阱接觸引出所 述集電區(qū)；一基區(qū)，通過在有源區(qū)進行N型離子注入形成，所述基區(qū)的周側(cè)為淺槽場氧化層，所述 基區(qū)底部和所述集電區(qū)相連接，在所述集電區(qū)對側(cè)的淺槽底部形成一 N型埋層，所述基區(qū) 和所述N型埋層相連并通過在所述N型埋層上的場氧化層上制作深阱接觸引出所述基區(qū)；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上方的一 P型離子注入層或再加一 P型多晶硅構(gòu)成，直接 通過一金屬接觸引出所述發(fā)射區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于所述N型 埋層和所述P型埋層都是在所述淺槽形成后、所述場氧化層填入前通過離子注入形成，這 兩次離子注入都是利用有源區(qū)上的硬掩模層局部自對準(zhǔn)注入，保證有源區(qū)沒有被埋層雜質(zhì) 注入。
3.如權(quán)利要求1所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于N型埋層 選擇注入砷或磷，注入劑量大于kl4Cm_2，注入能量已不穿透硬掩模層為準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求1所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于P型埋層 選擇注入B或BF2，注入劑量為lel2 leHcm-2，注入能量已不穿透硬掩模層為準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求1所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于N型基區(qū) 能采用多次N型注入形成，必須有一次大能量注入，直接注入到所述N型埋層和所述P型埋 層位置，充分連接所述N型埋層和所述P型埋層，基區(qū)的多次注入能量遞減，注入的總劑量 由PNP雙極晶體管的電流增益和擊穿電壓要求決定，所述基區(qū)注入的能量范圍為50keV至 IOOOkeV,注入劑量范圍為 lel2cnT2 至 lel4cnT2。
6.如權(quán)利要求1或5所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于所述 基區(qū)的離子注入窗口要略大于有源區(qū)，保證所述集電區(qū)和所述基區(qū)間的PN結(jié)的正確形成。
7.如權(quán)利要求1所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于所述發(fā) 射區(qū)的多晶硅采用SiGe NPN工藝中的發(fā)射極多晶硅工藝，多晶硅形成后再加上所述發(fā)射區(qū) 的P型離子注入使多晶硅為P型并在其底部形成一 P型離子注入層。
8.如權(quán)利要求1或7所述的SiGeBiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其特征在于所 述發(fā)射區(qū)的P型離子注入采用SiGe NPN CMOS中的PMOS源漏注入工藝，注入劑量為大于 lel5cnT2、注入能量為^ceV lOkeV、注入雜質(zhì)為B或BF2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiGe BiCMOS工藝中的PNP雙極晶體管，其有源區(qū)是利用淺槽場氧化層隔離，包括集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。集電區(qū)由位于淺槽底部的P型埋層構(gòu)成，通過在場氧化層上制作深阱接觸引出所述集電區(qū)；基區(qū)通過在有源區(qū)進行N型離子注入形成，基區(qū)的周側(cè)為淺槽場氧化層，基區(qū)寬度和淺槽的深度相當(dāng)，基區(qū)底部和集電區(qū)相連接；在集電區(qū)對側(cè)的淺槽底部形成一N型埋層，基區(qū)和該N型埋層相連并通過在所述N型埋層上的場氧化層上制作深阱接觸引出所述基區(qū)；發(fā)射區(qū)由形成于基區(qū)上方的一P型離子注入層或再加一P型多晶硅構(gòu)成。本發(fā)明能縮小PNP晶體管的面積和提高PNP晶體管的電流放大系數(shù)。
文檔編號H01L29/732GK102088029SQ20091020191
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司