專利名稱：硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管。本發(fā)明還 涉及所述硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
SiGe (硅鍺)異質(zhì)結(jié)晶體管實(shí)際上是相對于傳統(tǒng)的三極管，利用窄禁帶的SiGe代 替Si(硅)作為BJT(雙極結(jié)型晶體管)的基區(qū)，大大提高了器件的性能。其最重要的優(yōu)勢 是與硅工藝兼容，可以相對低成本的Si基工藝獲得可與III-V族競爭的高性能。同時具有 高速，高頻，卓越的低寬帶噪聲性能，良好的導(dǎo)熱性，高機(jī)械強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的具有高截 止頻率的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括襯底101，對稱埋層102，隔離區(qū) 103，本征集電極區(qū)108，本征基區(qū)107，低阻外基區(qū)104，多晶硅發(fā)射極區(qū)106，對稱的發(fā)射 極-基極隔離區(qū)105。低阻外基區(qū)104是定義多晶硅發(fā)射極區(qū)106后，在在位摻雜的基區(qū)上 自對準(zhǔn)注入形成的；再經(jīng)過后續(xù)工藝后，低阻外基區(qū)104P型摻雜擴(kuò)散進(jìn)入外集電極區(qū)109 ； 低阻外基區(qū)104與本征集電極區(qū)108之間形成基區(qū)-集電極區(qū)的主要電容。在傳統(tǒng)對稱設(shè) 計(jì)的器件里，該電容等量存在于器件的左右兩側(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，能夠顯著降低基區(qū)-集 電極區(qū)之間的寄生電容；為此，本發(fā)明還要提供一種所述硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管的制造工藝方 法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管包括在硅襯底上形成的埋層；在所述埋層上制備的本征集電極區(qū)，位于所述本征集電 極區(qū)兩側(cè)的外集電極區(qū)，位于外集電極區(qū)兩側(cè)的襯底隔離區(qū)；其中，還包括非對稱本征基區(qū)，位于本征集電極區(qū)上方，且其一側(cè)端位于非襯底隔離區(qū)上，另一 側(cè)端位于一側(cè)襯底隔離區(qū)的部分區(qū)域上；非對稱外基區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)兩側(cè)；位于非襯底隔離區(qū)上的非對稱本征基 區(qū)側(cè)端的外基區(qū)為低阻外基區(qū)，作為連接用；位于襯底隔離區(qū)上的非對稱本征基區(qū)側(cè)端的 外基區(qū)，被限制在襯底隔離區(qū)內(nèi)，即該側(cè)的外基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于低阻外基區(qū)的寬度；非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)上方的兩側(cè)端；位于所述低阻 外基區(qū)一側(cè)的非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)寬度小于與其相對的另一側(cè)的非對稱發(fā)射極-基 極隔離區(qū)寬度；多晶硅發(fā)射極區(qū)，位于所述非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)和非對稱本征基區(qū)之上。所述的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管的制造工藝方法，包括如下步驟步驟一，在硅襯底上形成N+埋層；步驟二，在所述N+埋層上制備低濃度集電極區(qū)；
步驟三，在所述低濃度集電極區(qū)和N+埋層的的硅片上制備隔離區(qū)；步驟四，通過摻雜注入在所述低濃度集電極區(qū)中形成高濃度集電極區(qū)；其按參與 器件工作的原理，形成的高濃度集電極區(qū)即所謂的本征集電極區(qū)，本征集電極區(qū)外的低濃 度集電極區(qū)為外集電極區(qū)，外集電極區(qū)與器件的直流特性無關(guān)；步驟五，在所述襯底隔離區(qū)、外集電極區(qū)、本征集電極區(qū)上形成基區(qū)；步驟六，在所述基區(qū)上淀積介質(zhì)膜；步驟七，通過光刻刻蝕介質(zhì)膜形成發(fā)射極窗口，在所述發(fā)射極窗口中和所述介質(zhì) 膜上形成多晶硅發(fā)射極層；再通過光刻刻蝕定義多晶硅發(fā)射極層，形成多晶硅發(fā)射極；在形成多晶硅發(fā)射極時，同時定義出非對稱的發(fā)射極-基極隔離區(qū)、非對稱本征 基區(qū)；步驟八，對所述基區(qū)進(jìn)行外基區(qū)摻雜注入，形成非對稱的外基區(qū)。本發(fā)明采用非對稱的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)，形成相對于襯底隔離區(qū)的非對稱 的外基區(qū)摻雜，并利用襯底隔離區(qū)阻擋外基區(qū)擴(kuò)散進(jìn)入低濃度集電極區(qū)，降低該側(cè)的基 區(qū)-集電極區(qū)電容，而在另一側(cè)利用外基區(qū)注入形成低阻外基區(qū)通道。與傳統(tǒng)的對稱SiGe 異質(zhì)結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的基區(qū)-集電極區(qū)之間的寄生電容被顯著降低，有效提高 了 SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管的截止頻率，從而實(shí)現(xiàn)器件的高頻應(yīng)用。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是傳統(tǒng)的對稱結(jié)構(gòu)的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-8是本發(fā)明的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管制造工藝流程一實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管與現(xiàn)有的對稱結(jié)構(gòu)的SiGe異 質(zhì)結(jié)晶體管的區(qū)別是，采用非對稱的器件結(jié)構(gòu)，即具有非對稱的發(fā)射極-基極隔離區(qū)，非對 稱的本征基區(qū)，非對稱的外基區(qū)。具體的制造工藝流程如下步驟一，參見圖2所示，在硅襯底201上，通過離子注入或熱氧化工藝形成N+埋層 202。步驟二，參見圖3所示，采用外延生長工藝方法在所述N+埋層202上制備低摻雜 的集電極區(qū)209 (低濃度集電極區(qū))。步驟三，參見圖4所示，在所述集電極區(qū)層209和N+埋層202的硅片上制備襯底 隔離區(qū)203 ；該襯底隔離區(qū)203位于圖4所示的器件左右兩側(cè)，可用通過場氧化工藝方法形 成所述的襯底隔離區(qū)203，也可以采用淺槽隔離工藝方法形成所述的襯底隔離區(qū)203。步驟四，參見圖5所示，通過摻雜注入在所述集電極區(qū)209中形成本征集電極區(qū)； 未被注入摻雜區(qū)域即為外集電極區(qū)；所述的本征集電極區(qū)是BJT器件真正的集電極區(qū)，外 集電極區(qū)是器件外圍，在一定程度上以其寄生的電容影響器件的工作特性。經(jīng)過本步驟形 成了位于所述N+埋層202上方的本征集電極區(qū)208，和位于本征集電極區(qū)208兩側(cè)的外集 電極區(qū)209。步驟五，再結(jié)合圖5所示，通過外延生長在所述襯底隔離區(qū)203、外集電極區(qū)209、本征集電極區(qū)208上形成基區(qū)207。所述基區(qū)207的成分是SiGe，包括摻碳SiGe。具體實(shí) 施時可以采用常規(guī)的SiGe基區(qū)形成工藝方法，包括，打開SiGe基區(qū)窗口，外延生長SiGe。步驟六，參見圖6所示，在所述基區(qū)207上淀積介質(zhì)膜205。步驟七，參見圖7所示，通過光刻刻蝕介質(zhì)膜205形成發(fā)射極窗口，在所述發(fā)射極 窗口中和所述介質(zhì)膜205上形成多晶硅發(fā)射極層206 ；再通過光刻刻蝕定義多晶硅發(fā)射極 層206，形成多晶硅發(fā)射極206。在形成多晶硅發(fā)射極206時，同時定義出非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)205。所述非 對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)205是指相對于襯底隔離區(qū)203的非對稱性；該非對稱發(fā)射極-基 極隔離區(qū)205位于多晶硅發(fā)射極區(qū)206與本征基區(qū)207之間，且分別位于多晶硅發(fā)射極區(qū) 206與本征基區(qū)207的兩側(cè)，由介質(zhì)膜205通過刻蝕形成；非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)205 一側(cè)的寬度大于另一側(cè)的寬度。在形成多晶硅發(fā)射極206時，同時定義出非對稱本征基區(qū)207，即在所述基區(qū)207 中無外來摻雜注入。位于非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)205寬度大的一側(cè)非對稱本征基區(qū) 207，部分位于襯底隔離區(qū)203上，為多晶硅；位于非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)205寬度小的 一側(cè)非對稱本征基區(qū)207位于非襯底隔離區(qū)上(在圖8所示的實(shí)施例中，位于外集電極區(qū) 209上)，為完整的單晶。所述非對稱本征基區(qū)207與襯底隔離區(qū)203交叉重疊的寬度范圍可以在 ο.ο μπι 0·25μ 內(nèi)選擇。所述非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)207可以是氮化膜，氧化膜，氮氧化膜，或者是包 含氮化膜和氧化膜的復(fù)合膜。步驟八，參見圖8所示，對所述基區(qū)207進(jìn)行外基區(qū)摻雜注入，形成非對稱外基區(qū) 204。所述非對稱外基區(qū)204是指，位于非襯底隔離區(qū)上的非對稱本征基區(qū)207側(cè)端的 外基區(qū)204，通過摻雜注入形成低阻外基區(qū)，作為連接接觸孔用；部分位于襯底隔離區(qū)203 上的非對稱本征基區(qū)207側(cè)端的外基區(qū)204，摻雜注入后受襯底隔離區(qū)203的阻擋，被限制 在襯底隔離區(qū)203內(nèi)，即該側(cè)的外基區(qū)204寬度遠(yuǎn)小于低阻外基區(qū)的寬度。最終形成的非對稱結(jié)構(gòu)的SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管器件結(jié)構(gòu)如圖8所示，具有較低的基 區(qū)-集電極區(qū)電容，能有效提高SiGe異質(zhì)結(jié)晶體管的截止頻率，實(shí)現(xiàn)器件的高頻應(yīng)用。以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)，這些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，包括在硅襯底上形成的埋層；在所述埋層上制備的本 征集電極區(qū)，位于所述本征集電極區(qū)兩側(cè)的外集電極區(qū)，位于外集電極區(qū)兩側(cè)的襯底隔離 區(qū)；其特征在于，還包括非對稱本征基區(qū)，位于本征集電極區(qū)上方，且其一側(cè)端位于非襯底隔離區(qū)上，另一側(cè)端 位于一側(cè)襯底隔離區(qū)的部分區(qū)域上；非對稱外基區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)兩側(cè)；位于非襯底隔離區(qū)上的非對稱本征基區(qū)側(cè) 端的外基區(qū)為低阻外基區(qū)，作為連接用；位于襯底隔離區(qū)上的非對稱本征基區(qū)側(cè)端的外基 區(qū)，被限制在襯底隔離區(qū)內(nèi)，即該側(cè)的外基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于另一側(cè)低阻外基區(qū)的寬度；非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)上方的兩側(cè)端；位于所述低阻外基 區(qū)一側(cè)的非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)寬度小于與其相對的另一側(cè)的非對稱發(fā)射極-基極隔 離區(qū)寬度；多晶硅發(fā)射極區(qū)，位于所述非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)和非對稱本征基區(qū)之上。
2.如權(quán)利要求1所述的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，其特征在于所述襯底隔離區(qū)可以是通過 場氧化工藝方法形成的襯底隔離區(qū)，也可以是采用淺槽隔離工藝方法形成的襯底隔離區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，其特征在于所述非對稱發(fā)射極-基極隔 離區(qū)是氮化膜，氧化膜，氮氧化膜，或者是包含氮化膜和氧化膜的復(fù)合膜。
4.如權(quán)利要求1所述的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，其特征在于所述非對稱本征基區(qū)與襯底 隔離區(qū)交叉重疊的寬度為0. 01 μ m 0. 25 μ m。
5.如權(quán)利要求1所述的硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，其特征在于所述非對稱發(fā)射極-基極隔 離區(qū)是指相對于襯底隔離區(qū)的非對稱性。
6.如權(quán)利要求1所述硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管的制造工藝方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，在硅襯底上形成N+埋層；步驟二，在所述N+埋層上制備集電極區(qū)；步驟三，在所述集電極區(qū)和N+埋層的硅片上制備隔離區(qū)；步驟四，通過摻雜注入在所述集電極區(qū)中形成本征集電極區(qū)，未摻雜的集電極區(qū)即為 外集電極區(qū)，外集電極區(qū)與器件的直流特性無關(guān)；步驟五，在所述襯底隔離區(qū)、外集電極區(qū)、本征集電極區(qū)上形成基區(qū)； 步驟六，在所述基區(qū)上淀積介質(zhì)膜；步驟七，通過光刻刻蝕介質(zhì)膜形成發(fā)射極窗口，在所述發(fā)射極窗口中和所述介質(zhì)膜上 形成多晶硅發(fā)射極層；再通過光刻刻蝕定義多晶硅發(fā)射極層，形成多晶硅發(fā)射極；在形成多晶硅發(fā)射極時，同時定義出非對稱的發(fā)射極-基極隔離區(qū)、非對稱本征基區(qū)； 步驟八，對所述基區(qū)進(jìn)行外基區(qū)摻雜注入，形成非對稱的外基區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的制造工藝方法，其特征在于所述基區(qū)的成分為硅鍺，包括摻碳 的硅鍺。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管，采用非對稱的器件結(jié)構(gòu)，即具有非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)，非對稱本征基區(qū)，非對稱外基區(qū)。包括在硅襯底上形成的埋層；在埋層上制備的本征集電極區(qū)，外集電極區(qū)，襯底隔離區(qū)；非對稱本征基區(qū)，位于本征集電極區(qū)上方；非對稱外基區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)兩側(cè)；非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)，位于非對稱本征基區(qū)上方的兩側(cè)端；多晶硅發(fā)射極區(qū)，位于所述非對稱發(fā)射極-基極隔離區(qū)和非對稱本征基區(qū)之上。本發(fā)明還公開了一種所述硅鍺異質(zhì)結(jié)晶體管的制造工藝方法。本發(fā)明能夠顯著降低基區(qū)-集電極區(qū)之間的寄生電容。
文檔編號H01L21/331GK102097466SQ200910201939
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者周正良, 張海芳, 徐炯 , 陳帆 申請人:上海華虹Nec電子有限公司