專利名稱：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。Si雙極結(jié)型晶體 管(BJT)或SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)則是超高頻器件的很好選擇。以NPN晶體管為例，現(xiàn)有的BJT或HBT采用高摻雜的集電區(qū)埋層，以降低集電 區(qū)電阻，采用高濃度高能量N型注入，連接集電區(qū)埋層，形成集電極引出端(collector pick-up)。集電區(qū)埋層上外延中低摻雜的集電區(qū)，在位P型摻雜的外延形成基區(qū)，然后重N 型摻雜多晶硅構(gòu)成發(fā)射極，最終完成晶體管的制作。在發(fā)射區(qū)窗口打開時可選擇中心集電 區(qū)局部離子注入，調(diào)節(jié)晶體管的擊穿電壓和特征頻率。另外采用深槽隔離降低集電區(qū)和襯 底之間的寄生電容，改善晶體管的頻率特性。如圖1所示，為現(xiàn)有雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意 圖，包括了集電區(qū)114、基區(qū)111、發(fā)射區(qū)110。集電區(qū)114為形成于N型高摻雜埋層102上 的中低摻雜的N型外延層，通過襯底101上的N型高摻雜埋層102和有源區(qū)中的N型高摻 雜集電極引出端(collector pick-up) 104以及在層間膜105上的深槽接觸106連接到金 屬電極107，N型高摻雜集電極引出端104是通過高劑量、大能量的離子注入形成。集電區(qū) 114兩側(cè)由淺槽氧化層103進行隔離，在器件之間還需在淺槽隔離底部加一個深槽115并填 入多晶硅進行隔離?；鶇^(qū)111為在位P型摻雜外延層，所述基區(qū)111通過多晶硅層108接 電極引出，所述多晶硅層108底下為氧化硅介質(zhì)層113。發(fā)射區(qū)110由一 N型重?fù)诫s多晶硅 構(gòu)成，形成于所述基區(qū)111上，發(fā)射極110的側(cè)壁生長有氧化硅側(cè)壁112，發(fā)射區(qū)110和所述 基區(qū)111的接觸面大小由氧化硅介質(zhì)層109形成的窗口決定，在發(fā)射區(qū)窗口打開時可選擇 中心集電區(qū)局部離子注入，調(diào)節(jié)雙極晶體管的擊穿電壓和特征頻率。現(xiàn)有雙極晶體管的工藝成熟可靠，但主要缺點有1、集電區(qū)外延成本高；2、 collector pick-up的形成靠高劑量、大能量的離子注入，才能將集電區(qū)埋層引出，因此所 占器件面積很大；3、深槽隔離工藝復(fù)雜，而且成本較高；4、晶體管工藝的光刻層數(shù)較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種雙極晶體管，能縮小器件面積、降低寄生 效應(yīng)、減少光刻層數(shù)以及降低工藝成本低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的雙極晶體管，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括 一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，所述集電區(qū)的第一 導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入采用單步注入或多步注入；底部連接由兩個第一導(dǎo)電類型的贗埋 層連接而形成的埋層，所述贗埋層通過在有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子形成；通過在所述贗埋層上場氧中制作深槽接觸引出集電極，所述集電區(qū)的深槽接觸是 在深槽中填入鈦-氮化鈦過渡金屬層以及金屬鎢形成；如贗埋層的摻雜濃度滿足歐姆接觸 要求，可將深槽接觸直接接觸到贗埋層上，反之，需在所述集電區(qū)的深槽刻蝕后在所述深槽 底部自對準(zhǔn)注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，實現(xiàn)集電極的歐姆接觸。一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū) 上的第二導(dǎo)電類型的薄膜構(gòu)成。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上的第一導(dǎo)電類型的多晶硅 構(gòu)成。對于NPN晶體管，第一導(dǎo)電類型為N型、第二導(dǎo)電類型為P型；對于PNP晶體管，第 一導(dǎo)電類型為P型、第二導(dǎo)電類型為N型。在所述有源區(qū)小于0. 5微米時，形成于所述有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部的兩個贗埋層 通過橫向擴散而交匯于有源區(qū)，形成所述集電區(qū)的埋層；在所述有源區(qū)大于0.5微米時，在 有源區(qū)內(nèi)和所述兩個贗埋層相同深度處注入與所述贗埋層導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，連接所述 兩個贗埋層，形成所述集電區(qū)的埋層。本發(fā)明雙極晶體管，省略了現(xiàn)有雙極晶體管中的集電區(qū)埋層、集電區(qū)外延和重?fù)?雜的集電極引出端，而以淺槽隔離底部注入的贗埋層作埋層，離子注入形成集電區(qū)，場氧中 的深槽接觸作為集電極引出端；因此相對于現(xiàn)有雙極晶體管，本發(fā)明的雙極晶體管能縮小 器件面積、降低寄生效應(yīng)、減少光刻層數(shù)以及降低工藝成本低。


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)有雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-圖10是本發(fā)明雙極晶體管制造過程中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖IlA是TCAD模擬的本發(fā)明雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)圖；圖IlB是TCAD模擬的本發(fā)明雙極晶體管的贗埋層的雜質(zhì)橫向分布圖；圖12是TCAD模擬的本發(fā)明雙極晶體管的器件特性。
具體實施例方式如圖2所示，為本發(fā)明雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)示意圖，在硅襯底501上形成有由淺槽 場氧503隔離的有源區(qū)，所述雙極晶體管包括一集電區(qū)514，一基區(qū)511、一發(fā)射區(qū)510。所述集電區(qū)514是在有源區(qū)進行單步或多步注入第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子形成。 所述集電區(qū)514的底部連接一由有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部的兩個贗埋層502連接形成的埋 層；在所述有源區(qū)小于0. 5微米時，兩個贗埋層502通過橫向擴散而交匯于有源區(qū)，形成所 述集電區(qū)514的埋層；在所述有源區(qū)大于0. 5微米時，在有源區(qū)內(nèi)和所述兩個贗埋層502相 同深度處注入與所述贗埋層502導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，連接所述兩個贗埋層502，形成所述 集電區(qū)514的埋層。通過在所述贗埋層502上的場氧503中制作深槽接觸504引出集電極 從而和金屬層507相連。所述深槽接觸504采用鈦-氮化鈦過渡金屬層以及金屬鎢填入； 如贗埋層的摻雜濃度滿足歐姆接觸要求，可將深槽接觸直接接觸到贗埋層上，反之，需在所 述集電區(qū)的深槽刻蝕后在所述深槽底部自對準(zhǔn)注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，實現(xiàn)集電極的歐姆 接觸。
4
所述基區(qū)511，由形成于所述集電區(qū)514上第二導(dǎo)電類型的薄膜構(gòu)成，通過和其橫 向連接的多晶硅508再接一金屬接觸506引出所述基區(qū)511。所述發(fā)射區(qū)510，由形成于所述基區(qū)511上的第一導(dǎo)電類型的多晶硅構(gòu)成，直接通 過一金屬接觸引出所述發(fā)射區(qū)510。所述發(fā)射區(qū)510的窗口由介質(zhì)層509定義，所述發(fā)射區(qū) 510的側(cè)面有氧化硅側(cè)墻512。如圖2至圖10所示，制造本發(fā)明雙極晶體管的主要工藝步驟為1、如圖3所示，淀積淺槽(STI)刻蝕所需的硬掩膜層即第一層氧化硅膜517-第二 層氮化硅膜518-第三層氧化硅膜519?？偟暮穸扔哨I埋層502離子注入能量決定，以注入 不穿透硬掩模層為準(zhǔn)，三層膜的厚度范圍分別為第一層氧化硅膜517為IOOA 300A、第 二層氮化硅膜518為200A 500A、第三層氧化硅膜519為300A 800A。2、如圖3所示，利用有源區(qū)光刻，打開淺槽區(qū)域，并刻蝕淺槽。3、如圖3所示，熱氧化淺槽襯墊氧化膜后淀積HTO氧化層516，并干刻形成淺槽內(nèi) 側(cè)墻520。4、如圖3所示，光刻打開雙極晶體管器件區(qū)域，向P型襯底501注入離子形成贗 埋層502，雙極晶體管以外區(qū)域由光刻膠515保護，所述贗埋層502磷注入的劑量范圍為 lel4 lel6cm205、如圖4所示，濕法去除硬掩膜層中的第三層氧化硅膜519，穿透第一層氧化硅膜 517和第二層氮化硅膜518注入雜質(zhì)離子形成集電區(qū)514。此次注入可以是單次注入，也可 以是多次注入，注入的能量和劑量由晶體管的擊穿電壓決定。6、如圖5所示，填入場氧(HDP) 503，化學(xué)機械拋光，然后去除硬掩膜層，經(jīng)過上述 過程所述贗埋層502通過磷離子的橫向擴散而連接起來。7、如圖5所示，在雙極晶體管區(qū)域外制作CMOS相關(guān)工藝，包括柵氧、柵制作、MOS管 側(cè)墻制作等等。8、如圖6所示，淀積氧化硅形成定義基區(qū)窗口的第一層薄膜513、淀積多晶硅形成 第二層薄膜508，其厚度范圍分別為IOOA 500A、200A 1500A。9、如圖6所示，光刻、刻蝕打開基區(qū)窗口。10、如圖7所示，生長第二導(dǎo)電類型的基區(qū)511，所述基區(qū)511可為Si、SiGe或 SiGeC薄膜。11、如圖8所示，生長定義發(fā)射區(qū)窗口的介質(zhì)層509，其厚度由發(fā)射區(qū)寬度決定。該 介質(zhì)層可以是單層氧化硅，也可以是氧化硅-氮化硅或氧化硅-多晶硅的兩層結(jié)構(gòu)。12、如圖8所示，光刻、刻蝕打開發(fā)射區(qū)510窗口。13、如圖9所示，淀積在位摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅發(fā)射區(qū)510，再注入濃 度要大于lel5Cnr2的雜質(zhì)，注入能量由發(fā)射極厚度決定。14、如圖10所示，淀積并刻蝕形成發(fā)射區(qū)510的氧化硅側(cè)墻512。15、如圖10所示，刻蝕所述基區(qū)511的連接層第一層薄膜513和第二層薄膜508。16、如圖2所示，淀積金屬層與硅的層間膜(ILD) 505，層間膜為硼磷玻璃(BPSG)或 磷硅玻璃(PSG)。17、如圖2所示，在淺槽中刻蝕形成集電極的深槽接觸504的深槽接觸孔。18、如圖2所示，刻蝕形成基極和發(fā)射極的常規(guī)接觸506的常規(guī)接觸孔。
19、如圖2所示，于接觸孔內(nèi)生長過渡金屬層鈦-氮化鈦，填入金屬鎢，并進行化學(xué) 機械拋光使其平坦化。20、如圖2所示，淀積第一層金屬連線507，并光刻、刻蝕。21、其它常規(guī)后道工藝。圖IlA和圖IlB分別為TCAD模擬的本發(fā)明雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)圖和其贗埋層的 雜質(zhì)橫向分布圖，可以看出，通過淺槽低能量注入的贗埋層在以后的工藝熱過程中橫向擴 散，并在有源區(qū)連接，形成埋層，而且雜質(zhì)上擴到集電區(qū)表面的濃度很少，不會影響到雙極 晶體管的集電區(qū)和基區(qū)的結(jié)擊穿電壓。而且由于贗埋層注入是高劑量、低能量的注入，贗埋 層的濃度較大，而結(jié)面積較小，埋層與襯底間的寄生結(jié)電容較小。另外由于淺槽底部的埋層 濃度較高，過渡金屬層Ti/TiN與埋層可形成良好的歐姆接觸，保證了深槽接觸的集電極有 較小的接觸電阻。如圖12所示，為TCAD模擬的本發(fā)明雙極晶體管的器件特性，得到了較高的電流放 大系數(shù)和特征頻率，完全能與現(xiàn)有器件特性相比擬，驗證了該器件工藝的可行性。尤其是較 高的特征頻率表明在沒有集電區(qū)埋層、集電區(qū)外延以及深槽隔離的情況下，本發(fā)明雙極晶 體管仍然具有較低的寄生電容和寄生電阻，從而具備良好的射頻特性。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
1.一種雙極晶體管，其特征在于，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，底部連接由兩 個第一導(dǎo)電類型的贗埋層連接而形成的埋層，所述贗埋層通過在有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部注 入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子形成；通過在所述贗埋層上場氧中制作深槽接觸引出集電極；一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上的第二導(dǎo)電類型的薄膜構(gòu)成；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上的第一導(dǎo)電類型的多晶硅構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于對于NPN晶體管，第一導(dǎo)電類型為N 型、第二導(dǎo)電類型為P型；對于PNP晶體管，第一導(dǎo)電類型為P型、第二導(dǎo)電類型為N型。
3.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于在所述有源區(qū)小于0.5微米時，形成 于所述有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部的兩個贗埋層通過橫向擴散而交匯于有源區(qū)，形成所述集電 區(qū)的埋層；在所述有源區(qū)大于0. 5微米時，在有源區(qū)內(nèi)和所述兩個贗埋層相同深度處注入 與所述贗埋層導(dǎo)電類型相同的雜質(zhì)，連接所述兩個贗埋層，形成所述集電區(qū)的埋層。
4.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述集電區(qū)的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì) 離子注入是單步注入或多步注入。
5.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述集電區(qū)的深槽接觸是在深槽中 填入鈦-氮化鈦過渡金屬層以及金屬鎢形成。
6.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于在所述集電區(qū)的深槽刻蝕后在所述 深槽底部自對準(zhǔn)注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，實現(xiàn)集電極的歐姆接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極晶體管，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的第一導(dǎo)電類型的雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，底部連接由兩個第一導(dǎo)電類型的贗埋層連接而形成的埋層，所述贗埋層通過在有源區(qū)兩側(cè)的淺槽底部注入第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)離子形成；通過在所述贗埋層上場氧中制作深槽接觸引出集電極；一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上的第二導(dǎo)電類型的薄膜構(gòu)成；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上的第一導(dǎo)電類型的多晶硅構(gòu)成。本發(fā)明能縮小器件面積、降低寄生效應(yīng)、減少光刻層數(shù)以及降低工藝成本。
文檔編號H01L21/331GK102104062SQ20091020201
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者朱東園, 范永潔, 邱慈云, 錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司