专利名称：有赝埋层的锗硅hbt降低集电极电阻的制造方法及器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法。本发明还涉及由所述方法制造的器件。
背景技术：
常规的锗硅异质结双极型三极管要求在一定的击穿电压下有尽可能高的截止频率。主要影响截止频率的是基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间。截止频率与渡越时间成反比，而渡越时间正比于基区和集电极基极结耗尽区的宽度以及基区和集电区电阻(即集电极基极结RC延迟)。结耗尽区宽度又与发射极到集电极的击穿电压成正比。所以，为在相同的击穿电压下得到更高的截止频率，需要基区宽度较窄。同时，基区的电阻较小，以符合高频要求。 在当前的工艺下，基区的宽度和集电结的宽度已经没有太多改善的空间。基极、发射极和集电极的电阻主要由接触孔(深接触孔)和多晶硅(单晶硅)的接触电阻决定。在接触孔和多晶硅之间夹杂常规的金属硅化物可以极大的减小接触电阻(< 20欧姆/接触孔)，但深接触孔直接和浅沟槽隔离下的单晶硅接触使得接触电阻较大(> 150欧姆/每深接触孔)，影响了射频电路重要性能指标之一截止频率的性能。同时，由于在深接触孔打开的地方会形成一层自然氧化膜，在制作粘结层Ti/TiN的时候额外需要一台金属硅化物制程的湿法刻蚀机台进行单晶硅表面清洗，否则极易发生断路的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，可用于生产高速、高输出功率增益电路中的功率放大器件，可以降低集电极基极结RC延迟，提高器件工作截止频率，并降低电路断路的风险，提高器件的可靠性；为此，本发明还提供一种由该方法制造的器件。为解决上述技术问题，本发明的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，包括如下步骤第I步，在P型硅衬底上形成浅槽；第2步，在浅槽底部注入N型离子形成N型赝埋层；第3步，在有源区进行N型离子注入形成集电区；第4步，外延生长锗硅外延层；第5步，淀积介质膜层，刻蚀形成发射区窗口，其上淀积发射极多晶硅；第6步，对发射极多晶硅进行N型离子注入，刻蚀形成发射极，并对锗硅外基区多晶硅进行P型离子注入；第7步，对注入杂质进行退火激活；第8步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，生成发射极多晶硅侧墙和基极多晶硅侧墙；第9步，进行深接触孔光刻、干法刻蚀及湿法刻蚀，打开需要生长金属硅化物的区域；第10步，在浅槽底部深接触孔打开的区域以及锗硅外基区多晶硅上生成金属硅化物，依次淀积氧化硅介质，形成接触孔、深接触孔和金属连线。其中，第3步中所述集电区的形成包括高速器件的集电区形成和高压器件的集电区形成，由两次离子注入完成，第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速器件的集电区；第二次离子注入形成高压器件的集电区。其中高速器件的集电区由形成于浅槽之间有源区内的第一离子注入区加上形成于有源区和浅槽边缘的第二离子注入区组成，高压器件的集电区由形成于有源区和浅槽边缘的第二离子注入区组成，所述第一离子注入区和第二离子注入区均为N型。进一步地，第5步中所述介质膜层为氧化硅或者氮氧化硅或者氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅。优选的，所述第2步和第3步之间进行高温退火，温度在900 1100°C，退火时间在10 60秒钟。其中，第7步中退火温度在900 1100°C，退火时间在5 100秒。本发明还提供所述有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法制造的器件，有源区由浅槽场氧隔离，包括一集电区，由形成于浅槽之间的第一离子注入区和形成于有源区和浅槽边缘的第二离子注入区组成，所述第一离子注入区和第二离子注入区均为N型；一赝埋层，由形成于有源区两侧的浅槽底部的第三离子注入区组成，所述赝埋层为N型，赝埋层与集电区形成连接；所述赝埋层与浅槽接触处形成有金属硅化物，通过在所述金属硅化物顶部的浅槽形成的深接触孔引出集电区电极；一基区，包括一本征基区和一外基区，所述本征基区由形成于集电区上部且和集电区接触的P型锗硅外延层组成，所述外基区包括形成于浅槽上部且和本征基区接触的外基区多晶硅、位于外基区多晶硅上部且与其接触的金属硅化物，通过金属硅化物顶部形成的接触孔引出基区电极；一发射区，由形成于本征基区上部的N型发射极多晶硅组成，并与本征基区形成接触。进一步地，所述外基区多晶硅和发射极多晶硅的外侧形成有侧墙。优选的，所述N型赝埋层的离子注入剂量为IO15 1016cm_2、注入能量为50 IOOkeV,注入离子为磷和/或砷。优选的，所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼；所述硅缓冲层为50 300埃，锗硅层为400 800埃，其中20 200埃掺硼，掺杂浓度在2X IO19 6X 1019cnT3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 IO17Cm 3O优选的，所述发射极多晶硅中注入的离子为砷和/或磷。本发明的有益效果在于I、本发明综合采用了低电阻的赝埋层通道，接触孔和深接触孔的金属硅化物接触，以及高掺杂硼的锗硅基区，降低了集电极-基极结RC延迟从而大大降低基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间，进而提高了器件工作截止频率；深接触孔金属硅化物避免了硅氧化物的生成，降低了电路断路的风险，提高器件的可靠性；2、本发明的硼高掺杂锗硅层相对硅帽层位置适当，并且发射区多晶硅的离子注入剂量和能量优化和/或结合多晶硅在位掺杂，最终器件经热退火扩散并激活，可形成较低离子浓度的发射极-基极结，提高了结的击 穿电压；3、本发明发射极-基极结远离发射极窗口并形成于含锗的区域内，提升了器件的
线性度；另外，基极-集电极结同样形成于含锗的区域内，进一步提高了器件的输出功率增.、/■
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下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明图I是本发明实施例的有赝埋层的锗硅HBT器件的结构示意图；图2-图4是本发明实施例的有赝埋层的锗硅HBT制造过程中的器件截面示意图。
具体实施例方式如图I所示，本发明实施例的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的器件，有源区由浅槽场氧即图I中的浅沟槽隔离层105隔离，包括集电区、赝埋层、基区和发射区。—集电区，由形成于浅沟槽隔离层105之间的第一离子注入区102和形成于有源区和浅沟槽隔离层105边缘的第二离子注入区103组成，所述第一离子注入区102和第二离子注入区103均为N型。第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速器件，第一离子注入区102的注入剂量较高、能量较低；第二次离子注入形成高压器件，第二离子注入区103的注入剂量较低、能量较高。一赝埋层104，由形成于有源区两侧的浅沟槽隔离层105底部的第三离子注入区组成，所述赝埋层104为N型，赝埋层与集电区形成连接；所述赝埋层104与浅沟槽隔离层105接触处形成有金属硅化物107，通过在所述金属硅化物107顶部的浅沟槽隔离层105形成的集电极深接触孔110引出集电区电极。所述赝埋层104的掺杂浓度大于集电区的掺杂浓度，其离子注入剂量为IO15 1016cm_2、注入能量为50 lOOkeV，注入离子为磷和/或砷。一基区，包括一本征基区和一外基区，所述本征基区由形成于集电区上部且和集电区接触的P型锗硅外延层113组成，所述外基区包括形成于浅沟槽隔离层105上部且和本征基区接触的外基区多晶硅106、位于外基区多晶硅106上部且与其接触的金属硅化物107，通过金属硅化物107顶部形成的基极接触孔111引出基区电极。其中，所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼；所述硅缓冲层为50 300埃，锗硅层为400 800埃，其中20 200埃掺硼，掺杂浓度在2X IO19 6X 1019cm_3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 IO17Cm 3O一发射区，由形成于本征基区上部的N型发射极多晶硅114组成，并与本征基区形成接触。所述发射区位置和大小由一发射区窗口进行定义，所述发射区窗口的位置和大小由发射区内部介质115进行定义。所述发射极多晶硅114中注入的N型离子为砷和/或磷。发射区电极通过发射极多晶硅114上的发射极接触孔112引出。上述结构中，在所述外基区多晶硅106和发射极多晶硅114的侧面形成有侧墙108。如图2至图4所示，是本发明实施例制造过程中的器件结构示意图。本发明实施例的制造方法包括以下步骤 第I步，在P型硅衬底101上形成浅沟槽隔离层105 ；第2步，在浅沟槽隔离层105底部注入剂量为IO15 1016cnT2、能量为50 IOOkeV
的N型离子形成N型赝埋层104，注入离子为磷和/或砷；第3步，在有源区进行N型离子注入形成集电区；所述集电区的形成包括两次离子注入，第一次离子注入工艺与高速器件的N型集电极离子注入工艺相同，注入剂量较高、能量较低；第二次离子注入工艺与高压器件的N型集电极离子注入工艺相同，注入剂量较低、能量较高；第4步，在集电区上部淀积氧化硅和多晶硅层，通过干刻和湿刻打开需要长单晶的区域，然后外延生长锗硅外延层113，所述锗硅外延层113分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼；所述硅缓冲层为50 300埃，锗硅层为400 800埃，其中20 200埃掺硼，掺杂浓度在2 X IO19 6 X IO19CnT3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 IO17CnT3 ；第5步，淀积一介质膜层，所述介质膜层为氧化硅或者氮氧化硅或者氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅，刻蚀介质膜层形成发射区窗口，其上淀积发射极多晶硅114 ；也可以在有氧的环境下通过快速退火形成5 10埃的氧化层，再淀积多晶硅，光刻刻蚀形成多晶发射极；多晶硅可以是非掺杂的，也可以是在位N型掺杂的；第6步，对发射极多晶硅114进行N型离子注入，注入离子为砷和/或磷，刻蚀形成发射极，并对锗硅外基区多晶硅进行P型离子注入；第7步，对注入杂质进行退火激活，退火温度在900 1100°C，退火时间在5 100秒，将重掺杂的N型发射极多晶硅作为扩散源推进到基区形成100 500埃的浅结，即发射极-基极结，同时基区和集电区通过热退火激活和扩散，形成基极-集电极结； 第8步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，生成发射极多晶硅侧墙108和基极多晶硅侧墙108 ；第9步，进行深接触孔光刻、干法刻蚀及湿法刻蚀，打开需要生长金属硅化物的区域；第10步，在浅沟槽隔离层105底部深接触孔110打开的区域以及锗硅外基区多晶硅106上生成金属硅化物107，依次淀积氧化硅介质109，形成接触孔、深接触孔和金属连线。在上述步骤中，所述第2步和第3步之间进行高温退火，温度在900 1100°C，退火时间在10 60秒钟。本发明综合采用了低电阻的赝埋层通道，接触孔和深接触孔的金属硅化物接触，以及高掺杂硼的锗硅基区，降低了集电极-基极结RC延迟从而大大降低基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间，进而提高了器件工作截止频率；深接触孔金属硅化物避免了硅氧化物的生成，降低了电路断路的风险，提高器件的可靠性。其次，本发明的硼高掺杂锗硅层相对硅帽层位置适当，并且发射区在位掺杂多晶硅离子的注入剂量和能量优化，最终器件经热退火扩散并激活，可形成较低离子浓度的发射极-基极结，提高了结的击穿电压。最后，本发明发射极-基极结远离发射极窗口并形成于含锗的区域内，提升了器件的线性度；另外，基极-集电极结同样形成于含锗的区域内，进一步提高了器件的输出功率增益。本发明最小化寄生电阻和电容，器件的直流和射频性能得到最佳化。以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。·
权利要求
1.一种有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 第I步，在P型硅衬底上形成浅槽； 第2步，在浅槽底部注入N型离子形成N型赝埋层； 第3步，在有源区进行N型离子注入形成集电区； 第4步,外延生长锗娃外延层； 第5步，淀积介质膜层，刻蚀形成发射区窗口，其上淀积发射极多晶硅； 第6步，对发射极多晶硅进行N型离子注入，刻蚀形成发射极，并对锗硅外基区多晶硅进行P型离子注入； 第7步，对注入杂质进行退火激活； 第8步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，生成发射极多晶硅侧墙和基极多晶硅侧墙； 第9步，进行深接触孔光刻、干法刻蚀及湿法刻蚀，打开需要生长金属硅化物的区域；第10步，在浅槽底部深接触孔打开的区域以及锗硅外基区多晶硅上生成金属硅化物，依次淀积氧化硅介质，形成接触孔、深接触孔和金属连线。
2.根据权利要求I所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，其特征在于，第3步中所述集电区的形成包括两次离子注入，第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速器件的集电区；第二次离子注入形成高压器件的集电区。
3.根据权利要求I所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，其特征在于，第5步中所述介质膜层为氧化硅或者氮氧化硅或者氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅。
4.根据权利要求I所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，其特征在于，所述第2步和第3步之间进行高温退火，温度在900 1100°C，退火时间在10 60秒钟。
5.根据权利要求I所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的制造方法，其特征在于，第7步中退火温度在900 1100°C，退火时间在5 100秒。
6.根据权利要求I所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法所制造的器件，其特征在于，有源区由浅槽场氧隔离，包括 一集电区，包括高速器件的集电区和高压器件的集电区，所述高速器件的集电区由形成于浅槽之间有源区内的第一离子注入区加上形成于有源区和浅槽边缘的第二离子注入区组成，高压器件的集电区由形成于有源区和浅槽边缘的第二离子注入区组成，所述第一离子注入区和第二离子注入区均为N型； 一赝埋层，由形成于有源区两侧的浅槽底部的第三离子注入区组成，所述赝埋层为N型，赝埋层与集电区形成连接；所述赝埋层与浅槽接触处形成有金属硅化物，通过在所述金属硅化物顶部的浅槽形成的深接触孔引出集电区电极； 一基区，包括一本征基区和一外基区，所述本征基区由形成于集电区上部且和集电区接触的P型锗硅外延层组成，所述外基区包括形成于浅槽上部且和本征基区接触的外基区多晶硅、位于外基区多晶硅上部且与其接触的金属硅化物，通过金属硅化物顶部形成的接触孔引出基区电极； 一发射区，由形成于本征基区上部的N型发射极多晶硅组成，并与本征基区形成接触。
7.根据权利要求6所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法所制造的器件，其特征在于，所述外基区多晶硅和发射极多晶硅的外侧形成有侧墙。
8.根据权利要求6所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法所制造的器件，其特征在于，所述N型赝埋层的离子注入剂量为IO15 1016πΓ2、注入能量为50 IOOkeV,注入离子为磷和/或砷。
9.根据权利要求6所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法所制造的器件，其特征在于，所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼；所述硅缓冲层为50 300埃，锗硅层为400 800埃，其中20 200埃掺硼，掺杂浓度在2X IO19 6X 1019cm_3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 IO17Cm 3O
10.根据权利要求6所述的有赝埋层的锗硅HBT降低集电极电阻的方法所制造的器件，其特征在于，所述发射极多晶硅中注入的离子为砷和/或磷。
全文摘要
本发明公开了一种有赝埋层的锗硅HBT器件，集电区由形成于浅槽之间的第一N型离子注入区、形成于第一离子注入区中的第二N型离子注入区组成；N型赝埋层形成于有源区两侧的浅槽底部，赝埋层与浅槽接触处形成有金属硅化物；本征基区由锗硅外延层组成，外基区包括形成于浅槽上部且和本征基区接触的外基区多晶硅、位于外基区多晶硅上部且与其接触的金属硅化物；发射区由形成于本征基区上部与本征基区形成接触的N型发射极多晶硅组成。本发明还公开了一种器件的制造方法。本发明降低了基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间，提高了器件工作截止频率；深接触孔金属硅化物避免了硅氧化物的生成，降低了电路断路的风险，提高器件的可靠性。
文档编号H01L21/768GK102956480SQ20111025420
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者周正良, 周克然 申请人:上海华虹Nec电子有限公司