專利名稱：鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，特別是涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管； 本發(fā)明還涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
在射頻應用中，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)化合物半導體有毒，限制了其應用。鍺硅(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)則是高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與硅(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，因此SiGe HBT已經(jīng)成為高頻器件的主流之一?，F(xiàn)有SiGe 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SiGe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HBT的制作。在一些電路中，不只需要SiGe HBT有一得高頻特性，還要求NPN有較高的電流驅(qū)動能力及集電極反向擊穿電壓(BVCEO)，從而使電路的工作電壓有更大的選擇余地，這就為一種高壓高頻SiGe HBT的開發(fā)提供了動力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，能提高器件的線性度和集電極方向擊穿電壓，能改善器件的頻率特性，還能提供器件的電流驅(qū)動能力。為此，本發(fā)明還要提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，形成于P型硅襯底上，有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺槽隔離，所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括—集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)深度大于所述淺槽隔離底部的深度。一贗埋層，由形成于所述有源區(qū)兩側(cè)的淺槽隔離底部的砷離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層延伸到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)相接觸，在所述贗埋層頂部的所述淺槽隔離中形成有深孔接觸，該深孔接觸引出集電極。一基區(qū)，由形成于所述硅襯底上的P型鍺硅外延層組成，根據(jù)所述P型鍺硅外延層形成于所述硅襯底上的位置不同分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸；所述外基區(qū)形成于所述淺槽隔離上部，在所述外基區(qū)上形成有金屬接觸，該金屬接觸引出基極。
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所述鍺硅外延層由從所述有源區(qū)的表面往上依次形成的硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成，所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述本征基區(qū)上部的一層5埃 10埃的硅氧化層加一層N型多晶硅組成，所述發(fā)射區(qū)和所述本征基區(qū)形成接觸，在所述發(fā)射區(qū)上形成有金屬接觸，該金屬接觸引出發(fā)射極。進一步的改進是，所述硅緩沖層的厚度為90埃 130埃；所述鍺硅層的厚度為 200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。進一步的改進是，所述發(fā)射區(qū)位置和大小由一發(fā)射區(qū)窗口進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口的位置和大小由發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層包括第一氧化硅層、第二氮化硅層，且所述第一氧化硅層形成于所述鍺硅外延層上、所述第二氮化硅層形成于所述第一氧化硅層上。進一步的改進是，所述發(fā)射區(qū)的N型多晶硅的摻雜雜質(zhì)為砷。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，包括如下步驟步驟一、采用硬質(zhì)掩模層做掩模在P型硅襯底上進行刻蝕形成淺溝槽和有源區(qū)。步驟二、在所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺溝槽的底部的進行砷離子注入形成贗埋層， 所述贗埋層還延伸到所述有源區(qū)中。步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽隔離。步驟四、在所述有源區(qū)中進行N型離子注入形成集電區(qū)，所述集電區(qū)深度大于所述淺槽隔離底部的深度，所述集電區(qū)和延伸到所述有源區(qū)中所述贗埋層相接觸。步驟五、在所述硅襯底上依次生長硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成一 P型鍺硅外延層，由所述鍺硅外延層組成基區(qū)；根據(jù)所述P型鍺硅外延層形成于所述硅襯底上的位置不同所述基區(qū)分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸的部分為所述本征基區(qū)；形成于所述淺槽隔離上部的為所述外基區(qū)；所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向后續(xù)形成的集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定后續(xù)形成的發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度。步驟六、在所述硅襯底的所述鍺硅外延層上依次淀積第一氧化硅層、第二氮化硅層形成發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層；對所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口將窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層露出。步驟七、對形成了所述發(fā)射區(qū)窗口的所述硅襯底在有氧的環(huán)境下進行快速退火， 在所述發(fā)射區(qū)窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層上形成一層5埃 10埃的硅氧化層；再進行多晶硅淀積并進行N型離子注入，對所述多晶硅進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)，所述發(fā)射區(qū)和所述本征基區(qū)形成接觸，接觸區(qū)域由所述發(fā)射區(qū)窗口定義。步驟八、在所述贗埋層頂部的淺槽隔離中形成深孔接觸引出所述集電極。
進一步的改進是，步驟一中所述硬質(zhì)掩模層由第三氧化層、第四氮化硅層組成；步驟二中在所述贗埋層的砷離子注入前在所述有源區(qū)的側(cè)面形成有襯墊氧化層，在所述贗埋層的砷離子注入時所述襯墊氧化層在所述有源區(qū)的側(cè)面形成阻擋層、所述硬質(zhì)掩模層在所述有源區(qū)的正面形成阻擋層。進一步的改進是，步驟四中的所述集電區(qū)的N型離子注入前還包括形成集電區(qū)注入窗口的步驟，所述集電區(qū)注入窗口是在所述硅襯底上依次淀積第五氧化硅層和非摻雜的第六多晶硅后進行干法加濕法刻蝕后形成的，所述集電區(qū)注入窗口位于所述有源區(qū)正上方并將所述有源區(qū)露出，所述集電區(qū)注入窗口的尺寸大于等于所述有源區(qū)的尺寸；所述集電區(qū)的N型離子注入的注入劑量為lel2Cm_2 lel3Cm_2，注入之后進行1000°C 1050°C的快速熱退火。進一步的改進是，步驟五中所述硅緩沖層的厚度為90埃 130埃；所述鍺硅層的厚度為200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。進一步的改進是，步驟七中的所述發(fā)射區(qū)的所述多晶硅的N型離子注入的注入雜質(zhì)為砷；所述發(fā)射區(qū)的所述多晶硅的砷離子注入之后，進行一次熱退火將砷激活。本發(fā)明具有如下的有益效果1、本發(fā)明能提供器件的電流驅(qū)動能力。本發(fā)明的發(fā)射區(qū)的尺寸由發(fā)射區(qū)窗口進行定義，能實現(xiàn)窄的如0. 2微米X9. 9微米的發(fā)射極結(jié)構(gòu)，窄發(fā)射極結(jié)構(gòu)能夠抑制電流集邊效應，從而能提高單位面積的電流密度。本發(fā)明的發(fā)射區(qū)的多晶硅和基區(qū)之間還形成有一層快速退火氧化(RTO)的硅氧化層，能夠提高器件的發(fā)射結(jié)即EB結(jié)的勢壘高度，從而能提高發(fā)射結(jié)注入效率。2、本發(fā)明能夠提供器件的線性度和BVCE0。本發(fā)明在基區(qū)中設置硅帽層(Si cap)，相比于現(xiàn)有SiGe HBT的基區(qū)結(jié)構(gòu)，能優(yōu)化器件的發(fā)射結(jié)的位置，降低基區(qū)復合電流，從而提高器件的線性度及BVCE0。3、本發(fā)明能夠提供器件的頻率特性。本發(fā)明的基區(qū)中的鍺硅層中的鍺的分布能在基區(qū)內(nèi)形成一電子流向集電結(jié)的加速電場，從而能提高器件的頻率響應。本發(fā)明通過贗埋層(NBL)和深孔接觸(DCT)將集電極從淺槽隔離區(qū)域即淺槽隔離引出，從而能降低集電極電阻，提高器件的頻率響應。本發(fā)明通過用砷(As)做為贗埋層的摻雜雜質(zhì)，并采用低能量高劑量的注入進行摻雜，砷元素能夠有效的控制贗埋層的橫向擴散，能夠降低器件的寄生電容，提高器件的頻率響應。


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是本發(fā)明實施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的基區(qū)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例的基區(qū)的能帶圖；圖4是本發(fā)明實施例的基區(qū)的硅帽層厚度不同時的電流增益穩(wěn)定性比較圖；圖5A-圖5H是本發(fā)明實施例制造方法各步驟中的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，是本發(fā)明實施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，形成于P型硅襯底1上，有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺槽隔離2，所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括一集電區(qū)9，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)9深度大于所述淺槽隔離2底部的深度?！I埋層(NBL)6，由形成于所述有源區(qū)兩側(cè)的淺槽隔離2底部的砷離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層6延伸到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)9相接觸，在所述贗埋層6頂部的所述淺槽隔離2中形成有深孔接觸15，該深孔接觸15引出集電極。一基區(qū)，由形成于所述硅襯底1上的P型鍺硅外延層10組成，根據(jù)所述P型鍺硅外延層10形成于所述硅襯底1上的位置不同分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)9形成接觸，組成所述本征基區(qū)的所述鍺硅外延層10 為單晶結(jié)構(gòu)；所述外基區(qū)形成于所述淺槽隔離2上部，組成所述外基區(qū)的所述鍺硅外延層 10為多晶結(jié)構(gòu)；在所述外基區(qū)上形成有金屬接觸16，該金屬接觸16引出基極。所述鍺硅外延層10由從所述有源區(qū)的表面往上依次形成的硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成，所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度。 較佳為，所述硅緩沖層的厚度為90埃 130埃；所述鍺硅層的厚度為200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。如圖2所示，是本發(fā)明實施例的基區(qū)示意圖；所述硅緩沖層和所述硅帽層中都不摻雜，在所述鍺硅層中摻入了硼(B)和碳(C)，摻雜位置都靠近所述硅帽層。在所述鍺硅層中鍺的分布條件為，在靠近所述硅緩沖層和所述鍺硅層的接觸面處，鍺的濃度有一峰值，從峰值位置到所述硅帽層的方向上，所述鍺的濃度逐漸降低。如圖3所示，為本發(fā)明實施例的基區(qū)的能帶圖；所述鍺硅層中的鍺的濃度按照圖2分布后，最后鍺會改變硅的能帶結(jié)構(gòu)，形成的所述鍺硅層的能帶結(jié)構(gòu)會在所述鍺硅層中形成一內(nèi)建電場，該內(nèi)建電場為使所述基區(qū)內(nèi)的電子流向集電結(jié)時會加速的加速電場。如圖4所示，是本發(fā)明實施例的基區(qū)的硅帽層厚度不同時的電流增益穩(wěn)定性比較圖；圖4中分別給出了 170埃、190埃、210埃和120埃的所述硅帽層對應的電流增益的穩(wěn)定性，所以通過調(diào)節(jié)所述硅帽層的厚度可以提高器件的電流增益對不同電流密度的穩(wěn)定性， 通過調(diào)節(jié)所述硅帽層的厚度還能調(diào)節(jié)器件的集電極反向擊穿電壓(BVCEO)。一發(fā)射區(qū)13，由形成于所述本征基區(qū)上部的一層5埃 10埃的硅氧化層加一層N 型多晶硅組成。所述發(fā)射區(qū)13的N型多晶硅的摻雜雜質(zhì)為砷。所述發(fā)射區(qū)13和所述本征基區(qū)形成接觸，在所述發(fā)射區(qū)13的側(cè)面形成有側(cè)墻14，在所述發(fā)射區(qū)13上形成有金屬接觸 16，該金屬接觸16引出發(fā)射極。其中，所述發(fā)射區(qū)13位置和大小由一發(fā)射區(qū)窗口進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口的位置和大小由發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層包括第一氧化硅層11、第二氮化硅層12，且所述第一氧化硅層11形成于所述鍺硅外延層10上、所述第二氮化硅層12 形成于所述第一氧化硅層11上。通過所述發(fā)射區(qū)窗口定義所述發(fā)射區(qū)13的大小能實現(xiàn)窄的如0. 2微米X9. 9微米的發(fā)射極結(jié)構(gòu)，窄發(fā)射極結(jié)構(gòu)能夠抑制電流集邊效應，從而能提高單位面積的電流密度。如圖5A至圖5H所示，是本發(fā)明實施例制造方法各步驟中的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實施例鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法包括如下步驟步驟一、如圖5A所示，在P型硅襯底1形成第三氧化層3、第四氮化硅層4，所述第三氧化層3的厚度為120埃至200埃，所述第四氮化硅層4的厚度為1300埃至1800埃，所述第三氧化層為所述硅襯底1和所述第四氮化硅層4間的應力緩沖層。由所述第三氧化層 3、第四氮化硅層4組成硬質(zhì)掩模層，對所述硬質(zhì)掩模層進行刻蝕形成淺溝槽2A的圖形，有源區(qū)上由刻蝕后剩余的所述硬質(zhì)掩模層保護。采用刻蝕后的所述硬質(zhì)掩模層做掩模在硅襯底1上進行刻蝕形成淺溝槽2A和有源區(qū)。步驟二、如圖5B所示，進行熱氧化工藝在所述淺溝槽2A的側(cè)壁生長一層厚度為 150埃至200埃的熱氧化層，該熱氧化層用于減少有源區(qū)側(cè)面的硅和后續(xù)形成于所述淺溝槽2A中的二氧化硅之間的應力，從而減少有源區(qū)側(cè)面的表面態(tài)。之后在所述有源區(qū)的側(cè)面即所述淺溝槽2A的側(cè)壁上形成一層厚度為600埃至800埃的襯墊氧化層5。如圖5C所示，在所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺溝槽2A的底部的進行砷離子注入形成贗埋層6，所述贗埋層6還延伸到所述有源區(qū)中。在所述贗埋層6的砷離子注入時所述襯墊氧化層5在所述有源區(qū)的側(cè)面形成阻擋層、所述硬質(zhì)掩模層在所述有源區(qū)的正面形成阻擋層。砷離子能有效的控制所述贗埋層6的橫向擴散，從而能夠降低器件的寄生電容，提高器件的頻率響應。步驟三、如圖5D所示，在所述淺溝槽2A中填入氧化硅形成淺槽隔離2。步驟四、如圖5D所示，所述硅襯底1上依次淀積第五氧化硅層7和非摻雜的第六多晶硅8。進行干法加濕法刻蝕后形成所述集電區(qū)注入窗口，所述集電區(qū)注入窗口位于所述有源區(qū)正上方并將所述有源區(qū)露出，所述集電區(qū)注入窗口的尺寸大于等于所述有源區(qū)的尺寸。如圖5E所示，根據(jù)所述集電區(qū)注入窗口的定義，在暴露出的所述有源區(qū)中進行N 型離子注入形成集電區(qū)9，所述集電區(qū)9的N型離子注入的注入劑量為lel2Cm_2 lel3Cm_2， 注入之后進行1000°C 1050°C的快速熱退火。最后，形成的所述集電區(qū)9深度大于所述淺槽隔離2底部的深度、且所述集電區(qū)9和延伸到所述有源區(qū)中所述贗埋層6相接觸步驟五、如圖5F所示，在所述硅襯底1上依次生長硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成一 P型鍺硅外延層10，由所述鍺硅外延層10組成基區(qū)。根據(jù)所述P型鍺硅外延層10形成于所述硅襯底1上的位置不同所述基區(qū)分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)9形成接觸的部分為所述本征基區(qū)，組成所述本征基區(qū)的所述鍺硅外延層10為單晶結(jié)構(gòu)；形成于所述淺槽隔離2上部的為所述外基區(qū)，組成所述外基區(qū)的所述鍺硅外延層10為多晶結(jié)構(gòu)；所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻
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說明書
6/6頁 雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向后續(xù)形成的集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定后續(xù)形成的發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度。較佳為，所述硅緩沖層的厚度為90埃 130埃；所述鍺硅層的厚度為200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。步驟六、如圖5G所示，在所述硅襯底1的所述鍺硅外延層10上依次淀積厚度為 200埃 300埃的第一氧化硅層11、厚度為200埃 300埃的第二氮化硅層12形成發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層；對所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口將窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層10露出。步驟七、如圖5G所示，對形成了所述發(fā)射區(qū)窗口的所述硅襯底1在有氧的環(huán)境下進行快速退火(RTO)，在所述發(fā)射區(qū)窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層10上形成一層5埃 10埃的硅氧化層；再進行多晶硅淀積并進行砷離子注入并進行一次熱退火。對所述多晶硅進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)13，所述發(fā)射區(qū)13和所述本征基區(qū)形成接觸，接觸區(qū)域由所述發(fā)射區(qū)窗口定義。如圖5H所示，將所述基區(qū)外部的所述鍺硅外延層10去除。步驟八、如圖1所示，在所述贗埋層6頂部的淺槽隔離2中形成深孔接觸15引出所述集電極。在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸16引出基極，在所述發(fā)射區(qū)13的頂部形成金屬接觸16引出發(fā)射極。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，本領域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
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權(quán)利要求
1.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，形成于P型硅襯底上，有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺槽隔離， 其特征在于，所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括一集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)深度大于所述淺槽隔離底部的深度；一贗埋層，由形成于所述有源區(qū)兩側(cè)的淺槽隔離底部的砷離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層延伸到所述有源區(qū)中并和所述集電區(qū)相接觸，在所述贗埋層頂部的所述淺槽隔離中形成有深孔接觸，該深孔接觸引出集電極；一基區(qū)，由形成于所述硅襯底上的P型鍺硅外延層組成，根據(jù)所述P型鍺硅外延層形成于所述硅襯底上的位置不同分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸；所述外基區(qū)形成于所述淺槽隔離上部，在所述外基區(qū)上形成有金屬接觸，該金屬接觸引出基極；所述鍺硅外延層由從所述有源區(qū)的表面往上依次形成的硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成，所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述本征基區(qū)上部的一層N型多晶硅組成，所述發(fā)射區(qū)和所述基區(qū)形成接觸，在所述發(fā)射區(qū)上形成有金屬接觸，該金屬接觸引出發(fā)射極。
2.如權(quán)利要求1所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于所述硅緩沖層的厚度為90 埃 130埃；所述鍺硅層的厚度為200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。
3.如權(quán)利要求1所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)位置和大小由一發(fā)射區(qū)窗口進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口的位置和大小由發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行定義，所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層包括第一氧化硅層、第二氮化硅層，且所述第一氧化硅層形成于所述鍺硅外延層上、所述第二氮化硅層形成于所述第一氧化硅層上。
4.如權(quán)利要求1所述鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)的N型多晶硅的摻雜雜質(zhì)為砷。
5.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、采用硬質(zhì)掩模層做掩模在P型硅襯底上進行刻蝕形成淺溝槽和有源區(qū)； 步驟二、在所述有源區(qū)周側(cè)的所述淺溝槽的底部的進行砷離子注入形成贗埋層，所述贗埋層還延伸到所述有源區(qū)中；步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽隔離；步驟四、在所述有源區(qū)中進行N型離子注入形成集電區(qū)，所述集電區(qū)深度大于所述淺槽隔離底部的深度，所述集電區(qū)和延伸到所述有源區(qū)中所述贗埋層相接觸；步驟五、在所述硅襯底上依次生長硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層組成一 P型鍺硅外延層， 由所述鍺硅外延層組成基區(qū)；根據(jù)所述P型鍺硅外延層形成于所述硅襯底上的位置不同所述基區(qū)分為一本征基區(qū)和一外基區(qū)，形成于所述有源區(qū)上部且和所述集電區(qū)形成接觸的部分為所述本征基區(qū)；形成于所述淺槽隔離上部的為所述外基區(qū)；所述硅緩沖層和所述硅帽層都為本征硅，所述鍺硅層摻入有硼摻雜；所述鍺硅層中的鍺的分布滿足在所述基區(qū)內(nèi)形成一電子流向后續(xù)形成的集電結(jié)的加速電場的條件；所述硅帽層的厚度決定后續(xù)形成的發(fā)射結(jié)的位置，并根據(jù)所述發(fā)射結(jié)的需要的位置進行設定所述硅帽層的厚度；步驟六、在所述硅襯底的所述鍺硅外延層上依次淀積第一氧化硅層、第二氮化硅層形成發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層；對所述發(fā)射區(qū)窗口介質(zhì)層進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口，所述發(fā)射區(qū)窗口位于所述本征基區(qū)上方且所述發(fā)射區(qū)窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸，所述發(fā)射區(qū)窗口將窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層露出；步驟七、對形成了所述發(fā)射區(qū)窗口的所述硅襯底在有氧的環(huán)境下進行快速退火，在所述發(fā)射區(qū)窗口內(nèi)的所述鍺硅外延層上形成一層5埃 10埃的硅氧化層；再進行多晶硅淀積并進行N型離子注入，對所述多晶硅進行刻蝕形成發(fā)射區(qū)，所述發(fā)射區(qū)和所述本征基區(qū)形成接觸，接觸區(qū)域由所述發(fā)射區(qū)窗口定義；步驟八、在所述贗埋層頂部的所述淺槽隔離中形成深孔接觸引出所述集電極。
6.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于步驟一中所述硬質(zhì)掩模層由第三氧化層、第四氮化硅層組成；步驟二中在所述贗埋層的砷離子注入前在所述有源區(qū)的側(cè)面形成有襯墊氧化層，在所述贗埋層的砷離子注入時所述襯墊氧化層在所述有源區(qū)的側(cè)面形成阻擋層、所述硬質(zhì)掩模層在所述有源區(qū)的正面形成阻擋層。
7.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于步驟四中的所述集電區(qū)的N型離子注入前還包括形成集電區(qū)注入窗口的步驟，所述集電區(qū)注入窗口是在所述硅襯底上依次淀積第五氧化硅層和非摻雜的第六多晶硅后進行干法加濕法刻蝕后形成的，所述集電區(qū)注入窗口位于所述有源區(qū)正上方并將所述有源區(qū)露出，所述集電區(qū)注入窗口的尺寸大于等于所述有源區(qū)的尺寸；所述集電區(qū)的N型離子注入的注入劑量為lel2CnT2 lel3CnT2，注入之后進行 1000°C 1050°C的快速熱退火。
8.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于步驟五中所述硅緩沖層的厚度為90埃 130 埃；所述鍺硅層的厚度為200埃 260埃；所述硅帽層的厚度為170埃。
9.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于步驟七中的所述發(fā)射區(qū)的所述多晶硅的N型離子注入的注入雜質(zhì)為砷；所述發(fā)射區(qū)的所述多晶硅的砷離子注入之后，進行一次熱退火將砷激活。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，基區(qū)由硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層三層結(jié)構(gòu)組成。鍺硅層能在基區(qū)內(nèi)形成一電子的加速電場，能提高器件頻率響應。硅帽層能優(yōu)化發(fā)射結(jié)的位置，降低基區(qū)復合電流，提高器件的線性度及BVCEO。集電極通過贗埋層和深孔接觸從淺槽隔離中引出，能降低集電極電阻，提高器件頻率響應。贗埋層采用砷摻雜，能有效控制贗埋層橫向擴散，降低寄生電容，提高器件頻率響應。發(fā)射區(qū)為窄發(fā)射極結(jié)構(gòu)，能夠抑制電流集邊效應，提高單位面積的電流密度。發(fā)射區(qū)和基區(qū)接觸位置處形成有一層硅氧化層，能夠提高發(fā)射結(jié)勢壘高度，提高發(fā)射結(jié)注入效率。本發(fā)明還公開了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
文檔編號H01L29/737GK102420243SQ20111035325
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者周克然, 周正良, 李 昊, 潘嘉, 蔡瑩, 薛愷, 陳帆, 陳曦, 陳雄斌 申請人:上海華虹Nec電子有限公司