一种应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法

专利名称：一种应变SiGe HBT垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法。
背景技术：
半导体集成电路是电子工业的基础，人们对电子工业的巨大需求，促使该领域的发展十分迅速。在过去的几十年中，电子工业的迅猛发展对社会发展及国民经济产生了巨大的影响。目前，电子工业已成为世界上规模最大的工业，在全球市场中占据着很大的份额，产值已经超过了 10000亿美元。SiCMOS集成电路具有低功耗、高集成度、低噪声和高可靠性等优点，在半导体集成电路产业中占据了支配地位。然而随着集成电路规模的进一步增大、器件特征尺寸的减小、 集成度和复杂性的增加，尤其是器件特征尺寸进入纳米尺度以后，SiCMOS器件的材料、物理特征的局限性逐步显现了出来，限制了 Si集成电路及其制造工艺的进一步发展。尽管微电子学在化合物半导体和其它新材料方面的研究及在某些领域的应用取得了很大进展，但远不具备替代硅基工艺的条件。而且根据科学技术的发展规律，一种新的技术从诞生到成为主力技术一般需要二三十年的时间。所以，为了满足传统性能提高的需要，增强SiCMOS的性能被认为是微电子工业的发展方向。采用应变Si、SiGe技术是通过在传统的体Si器件中弓I入应力来改善迁移率，提高器件性能。可使硅片生产的产品性能提高30% 60%，而工艺复杂度和成本却只增加1% 3%。对现有的许多集成电路生产线而言，如果采用应变SiGe材料不但可以在基本不增加投资的情况下使生产出来的Si CMOS集成电路芯片性能明显改善，而且还可以大大延长花费巨额投资建成的集成电路生产线的使用年限。

发明内容
本发明提供的制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法，以实现利用应变SiGe材料在垂直方向电子迁移率和水平方向空穴迁移率高于弛豫Si的特点，在低温工艺下，制造出性能增强的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。本发明的目的在于提供一种应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件，所述双应变平面BiCMOS集成器件采用应变SiGe垂直沟道NMOS器件、应变SiGe平面沟道PMOS器件以及双多晶SiGe HBT器件。进一步、所述NMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为张应变。进一步、所述PMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为压应变。进一步、所述NMOS器件导电沟道为回型，且沟道方向与衬底表面垂直。进一步、SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅材料。进一步、SiGe HBT器件的基区采用SiGe材料制备。本发明的另一目的在于提供一种应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件的制备方法，包括如下步骤第一步、选取掺杂浓度为5 X IO14 5 X IO15CnT3的P型Si片作为衬底；第二步、在衬底表面热氧化一厚度为300 500nm的SiO2层，光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在800 950°C，退火30 90min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域；第三步、去除表面多余的氧化层，利用化学汽相淀积(CV D)的方法，在600 750 °C，衬底上生长Si外延层，厚度为2 3iim，N型掺杂，掺杂浓度为I X IO16 I X IO17CnT3,作为集电区；第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为10(T200nm的SiN层；光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域，在衬底表面生长三层材料第一层是SiGe层，Ge组分为15 25%，厚度为2(T60nm，P型掺杂，掺杂浓度为5 X IO18 5 X 1019cnT3，作为基区；第二层是未掺杂的本征Si层，厚度为l(T20nm ;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层，厚度为200 300nm，作为基极和发射区；第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为IOOlOOnm的SiN层；光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5 u m的深槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在深槽内填充SiO2 ；第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，再利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为100 200鹽的SiN层；光刻集电区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为18(T300nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ;第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiOjP SiN层，再利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800 °C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为IOOlOOnm的SiN层；光刻基区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215^325nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ；第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为30(T500nm的SiO2层；光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X IO19 I X IO20Cm-3,形成基极接触区域；第九步、光刻发射区域，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为I X IO17 5 X IO17CnT3,形成发射区；第十步、光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为1父1019 1\102°011-3，形成集电极接触区域。并对衬底在950 1100°C温度下，退火15 120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT器件；第^^一步、光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为0. 7 I. 4 ii m的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在浅槽中连续生长五层材料第一层是厚度为0. 5 I. 0 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为5 X IO19 I X 102°cm_3，作为NMOS器件漏区；第二层是厚度为3 5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；第三层是厚度为22 45nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5X 1017cnT3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为20 30%的梯度分布，作为NMOS器件沟道区；第四层是厚度为3 5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I 5 X 1018cnT3，Ge组分为为20 30%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；第五层是厚度为200 400nm的N型Si层，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO2tlCnT3，作为NMOS器件源区；第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 780V，在衬底表面淀积一层SiO2,光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在PMOS器件有源区生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X 1017cnT3，Ge组分为10 30%，厚度为10 20nm,最后生长一本征弛豫Si帽层，厚度为3 5nm,将沟槽填满,形成PMOS器件有源区；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2 ；第十三步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为
0.4 0. 6 ii m的漏沟槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780V，在衬底表面淀积一层SiO2，形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2,利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，淀积掺杂浓度为I 5X102°cm_3的N型Ploy-Si，将沟槽填满，化学机械抛光(CMP)方法去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ；第十四步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 4 0. 6 ii m的栅沟槽；利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在衬底表面淀积一层厚度为5 Snm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层，然后利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I 5X 102°cm_3的N型Poly-Si，将NMOS器件栅沟槽填满，再去除掉NMOS器件栅沟槽以外表面部分Poly-Si和HfO2,形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ；第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2，光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层厚度为10 15nm的SiO2和一层厚度为200 300nm的Poly-Si，光刻Poly-Si和SiO2，形成PMOS器件虚栅JtPMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为I 5X IO18CnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；第十六步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面上淀积一层厚度为3 5nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2，形成PMOS器件栅电极侧墙；再对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到5 X IO19 I X IO20Cm-3 ；第十七步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为I. 5^5nm ;用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面金属，以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件；第十八步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积SiO2层，光刻引线孔，金属化，溅射金属，光刻引线，构成导电沟道为22 45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件。进一步、所述NMOS器件沟道长度根据第i^一步淀积的P型应变SiGe层厚度确定，取22 45nm，PMOS器件沟道长度由光刻工艺控制。进一步、该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第十八步中的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定，最高温度小于等于780°C。进一步、基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定，取20 60nm。本发明的另一目的在于提供一种应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成电路的制 备方法，包括如下步骤步骤I，外延生长的实现方法为(Ia)选取掺杂浓度为5 X IO14CnT3的P型Si片，作为衬底；(Ib)在衬底表面热氧化一层厚度为300nm的SiO2层；(Ic)光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在800°C，退火90min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域；(Id)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2 ii m的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO16CnT3 ；(Ie)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(If)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(Ig)光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域；(Ih)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ；(Ii)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度IOnm的未掺杂的本征Si层；(Ij)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层；步骤2，器件深槽隔离制备的实现方法为(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(2c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的浅槽；(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离；步骤3，集电极浅槽隔离制备的实现方法为(3a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；
(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(3c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(3d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽；(3e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离；步骤4，基极浅槽隔离制备的实现方法为
(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(4d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离；步骤5，SiGe HBT形成的实现方法为(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(5c)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成基极；(5d)光刻发射区，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为I X IO17Cm-3,形成发射区；(5e)光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成集电极；(5f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT ；步骤6，MOS器件有源区制备的实现方法为 (6a)光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为I. 92iim的深槽；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为I. 0 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为5 X 1019cm_3，作为NMOS器件漏区；(6c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为45nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5X1016cm_3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为30%，作为NMOS器件沟道区；(6e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为30%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为400nm的N型Si层，掺杂浓度为5 X 1019CnT3，作为NMOS器件源区；(6g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(6h)光刻PMOS器件有源区利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1016Cm_3，Ge组分为10%，厚度为20nm ；(6i)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长 一本征弛豫Si帽层,厚度为5nm,形成N讲；(6j)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2 ；步骤7，NMOS器件漏连接制备的实现方法为(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；(7b)光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 y m的漏沟槽；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2，形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2 ；(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的N型Ploy-SiJf NMOS器件漏沟槽填满；(7e)利用化学机械抛光(CMP)方法，去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；(7f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ；步骤8，NMOS器件形成的实现方法为(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；(8b)光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 ii m的栅沟槽；(8c)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积一层厚度为5nm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的N型Poly-SiJf NMOS器件栅沟槽填满；(8e)再去除掉NMOS器件栅沟槽表面的部分Poly-Si和HfO2层，形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；(8f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；步骤9，PMOS器件虚栅和源漏制备的实现方法为(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2 ；(9b)光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOnm的SiO2 ；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 Poly-Si ；(9d)光刻Poly-Si和SiO2,形成PMOS器件虚栅；(9e)对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为I X IO18CnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(9f)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面上淀积一层厚度为3nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2,形成PMOS器件栅电极侧墙；(9g)对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到5 X IO19CnT3 ； 步骤10，PMOS器件形成的实现方法为(I Oa)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；(IOb)湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；(IOc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为5nm ；(IOd)用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面
金属；(IOe)以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件；步骤11，构成BiCMOS集成电路的实现方法为(Ila)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层；(Ilb)光刻引线孔;(Ilc)金属化；(Ild)溅射金属，光刻引线，形成MOS器件漏极、源极和栅极金属引线以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线，构成导电沟道为45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。本发明具有如下优点:I.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件中，充分利用了应变SiGe材料应力的各相异性的特性，在水平方向引入压应变，提高了 PMOS器件空穴迁移率；在垂直方向引入张应变，提高了 NMOS器件电子迁移率，因此，该器件频率与电流驱动能力等性能高于同尺寸的弛豫Si CMOS器件；2.本发明在制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中，采用选择性外延技术，分别在NMOS器件和PMOS器件有源区选择性生长应变SiGe材料，提高了器件设计的灵活性，增强了 CMOS器件与集成电路电学性能；3.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件的沟道方向为垂直方向，沟道为化学汽相淀积(CVD)方法制备的应变SiGe层，SiGe层的厚度即为NMOS器件的沟道长度，因此，在NMOS器件的制备中避开了小尺寸栅极的光刻，减少了工艺复杂度，降低了成本；4.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件的沟道为回型，即一个栅在沟槽中能够控制四面的沟道，因此，该器件在有限的区域内增加了沟道的宽度，从而提高了器件的电流驱动能力，增加了集成电路的集成度，降低了集成电路单位面积的制造成本；5.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件沟道Ge组分呈梯度变化，因此可在沟道方向产生一个加速电子输运的自建电场，增强了沟道的载流子输运能力，从而提高了应变SiGe NMOS器件的频率特性与电流驱动能力；6.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质，提高了 NMOS器件的栅控能力，增强了 NMOS器件的电学性倉泛;
7.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，PMOS器件为量子阱器件，即应变SiGe沟道层处于Si帽层和体Si层之间，与表面沟道器件相比，该器件能有效地降低沟道界面散射，提高了器件电学特性；同时，量子阱可以使热电子注入栅介质中的问题得到改善，增加了器件和电路的可靠性；8.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，PMOS器件采用SiON代替传统的纯SiO2做栅介质，不仅增强了器件的可靠性，而且利用栅介质介电常数的变化，提高了器件的栅控能力；9.本发明在制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中涉及的最高温度为800°C，低于引起应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温度，因此该制备方法能有效地保持应变SiGe沟道应力，提高集成电路的性能；10.本发明制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中，PMOS器件采用了金属栅镶嵌工艺(damascene process)制备栅电极,该栅电极为金属W-TiN复合结构，由于下层的TiN与应变Si和应变SiGe材料功函数差较小，改善了器件的电学特性，上层的W贝U可以降低栅电极的电阻，实现了栅电极的优化。


图I是本发明提供的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路制备方法的实现流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明实施例提供了一种应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件，所述双应变平面BiCMOS集成器件采用应变SiGe垂直沟道NMOS器件、应变SiGe平面沟道PMOS器件以及双多晶SiGe HBT。作为本发明实施例的一优化方案，所述NMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为张应变。
作为本发明实施例的一优化方案，所述PMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为压应变。作为本发明实施例的一优化方案，所述NMOS器件导电沟道为回型，且沟道方向与衬底表面垂直。作为本发明实施例的一优化方案，SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅材料。作为本发明实施例的一优化方案，SiGe HBT器件的基区采用SiGe材料制备。以下参照附图1，对本发明应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路制备的工艺流程作进一步详细描述。实施例I :制备导电沟道为45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路，具体步骤如下
步骤I，外延生长。(Ia)选取掺杂浓度为5 X IO14CnT3的P型Si片，作为衬底；(Ib)在衬底表面热氧化一层厚度为300nm的SiO2层；(Ic)光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在800°C，退火90min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域；(Id)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2 ii m的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO16CnT3 ；(Ie)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(If)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(Ig)光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域；(Ih)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ；(Ii)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度IOnm的未掺杂的本征Si层；(Ij)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层。步骤2，器件深槽隔离制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(2c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5i!m的浅槽；(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离。步骤3，集电极浅槽隔离制备。(3a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；
(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(3c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(3d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽；(3e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。步骤4，基极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm 的 SiN 层；(4d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离。步骤5，SiGe HBT 形成。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(5c)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成基极；(5d)光刻发射区，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为I X IO17Cm-3,形成发射区；(5e)光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X IO19CnT3,形成集电极；(5f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤6，MOS器件有源区制备。 (6a)光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为I. 92iim的深槽；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为I. Oiim的N型Si外延层，掺杂浓度为5 X 1019cm_3，作为NMOS器件漏区；(6c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为45nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5X1016cm_3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为30%，作为NMOS器件沟道区；(6e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为30%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为400nm的N型Si层，掺杂浓度为5 X 1019CnT3，作为NMOS器件源区；(6g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(6h)光刻PMOS器件有源区利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1016cm_3，Ge组分为10%，厚度为20nm ；(6i)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长 一本征弛豫Si帽层,厚度为5nm,形成N讲；(6j)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2。步骤7，NMOS器件漏连接制备。(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；(7b)光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 ii m的漏沟槽；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2，形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2 ；(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的N型Ploy-SiJf NMOS器件漏沟槽填满；(7e)利用化学机械抛光(CMP)方法，去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；(7f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN。步骤8，NMOS器件形成。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；(8b)光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 ii m的栅沟槽；(8c)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积一层厚度为5nm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X 102°cm_3的N型Poly-SiJf NMOS器件栅沟槽填满；(8e)再去除掉NMOS器件栅沟槽表面的部分Poly-Si和HfO2层，形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；(8f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的SiO2和SiN层。步骤9，PMOS器件虚栅和源漏制备。(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2 ；(9b)光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOnm的SiO2 ；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 Poly-Si ；(9d)光刻Poly-Si和SiO2，形成PMOS器件虚栅；(9e)对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为I X IO18CnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(9f)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面上淀积一层厚度为3nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2，形成PMOS器件栅电极侧
工回;(9g)对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区， 使源漏区掺杂浓度达到5 X IO19CnT3。步骤10，PMOS器件形成。(IOa)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；(IOb)湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；(IOc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为5nm ；(IOd)用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面
金属；(IOe)以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件。步骤11，构成BiCMOS集成电路。(Ila)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层；(Ilb)光刻引线孔；(Ilc)金属化；(Ild)溅射金属，光刻引线，形成MOS器件漏极、源极和栅极金属引线以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线，构成导电沟道为45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。实施例2 :制备导电沟道为应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路，具体步骤如下步骤I,外延生长。(Ia)选取掺杂浓度为I X IO15CnT3的P型Si片，作为衬底；(Ib)在衬底表面热氧化一层厚度为400nm的SiO2层；(Ic)光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在900°C，退火60min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域；(Id)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2. 5iim的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为5X IO16CnT3;(Ie)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；
(If)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(Ig)光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域；(Ih)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底上生长一层厚度为40nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为20%，掺杂浓度为I X1019cm_3 ；(Ii)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底上生长一层厚度15nm的未掺杂的本征Si层； (Ij)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底上生长一层厚度240nm的未掺杂的本征Poly-Si层。步骤2，器件深槽隔离制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(2c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的浅槽；(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离。步骤3，集电极浅槽隔离制备。(3a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(3c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(3d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为240nm的浅槽；(3e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。步骤4，基极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm 的 SiO2 层；(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为150nm 的 SiN 层；(4d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为260nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离。步骤5，SiGe HBT 形成。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为400nm 的 SiO2 层；(5c)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使接触区掺杂浓度为5 X IO19CnT3,形成基极；(5d)光刻发射区，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为3X1017CnT3，形成发射区；(5e)光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为5 X IO19CnT3,形成集电极；(5f)对衬底在1000°C温度下，退火60s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤6，MOS器件有源区制备。
(6a)光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为I. 52iim的深槽；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为0. 8 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为8 X 1019cm_3，作为NMOS器件漏区；(6c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为4nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为3X 1018cnT3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；
(6d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为30nm的P型应变SiGe层4，掺杂浓度为I X IO1W, Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为20%，作为NMOS器件沟道区；(6e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为4nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为3 X 1018cm_3，Ge组分为20%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为300nm的N型Si层，掺杂浓度为8 X IO19CnT3，作为NMOS器件源区；(6g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(6h)光刻PMOS器件有源区利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在PMOS器件有源区选择性生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为IX 1017cm_3，Ge组分为20%，厚度为15nm ；(6i)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在700°C，在PMOS器件有源区选择性生长一本征弛豫Si帽层,厚度为4nm,形成N讲；(6j)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2。步骤7，NMOS器件漏连接制备。(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；(7b)光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 5 y m的漏沟槽；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积一层SiO2，形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2 ；(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为3 X 102°cm_3的N型Ploy-Si，将NMOS器件漏沟槽填满；(7e)利用化学机械抛光(CMP)方法，去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；(7f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN。步骤8，NMOS器件形成。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；(8b)光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 5 y m的栅沟槽；
(8c)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在350°C，在衬底表面淀积一层厚度为6nm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700 °C，在衬底表面淀积掺杂浓度为3 X 102°cm_3的N型Poly-Si，将NMOS器件栅沟槽填满；(8e)再去除掉NMOS器件栅沟槽表面的部分Poly-Si和HfO2层，形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；(8f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的SiO2和SiN层。步骤9，PMOS器件虚栅和源漏制备。(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2 ；(9b)光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为12nm的SiO2 ；(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积一层厚度为240nm的 Poly-Si ；(9d)光刻Poly-Si和SiO2,形成PMOS器件虚栅；(9e)对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为3X IO18CnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(9f)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面上淀积一层厚度为4nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2，形成PMOS器件栅电极侧
工回;(9g)对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到8 X IO19CnT3。步骤10，PMOS器件形成。(IOa)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；(IOb)湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；(IOc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为3nm ；(IOd)用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面
金属；(IOe)以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件。步骤11，构成BiCMOS集成电路。(Ila)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在700°C，在衬底表面淀积SiO2层；(Ilb)光刻引线孔;(Ilc)金属化；(Ild)溅射金属，光刻引线，形成MOS器件漏极、源极和栅极金属引线以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线，构成导电沟道为30nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。实施例3 :制备导电沟道为22nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电 路，具体步骤如下步骤I,外延生长。(Ia)选取掺杂浓度为5 X IO15CnT3的P型Si片，作为衬底；(Ib)在衬底表面热氧化一层厚度为500nm的SiO2层；(Ic)光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在950°C，退火30min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域；(Id)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在上层Si材料上生长一层厚度为3 ii m的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为I X IO17CnT3 ；(Ie)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(If)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(Ig)光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域；(Ih)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在衬底上生长一层厚度为60nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为25%，掺杂浓度为5 X1019cm_3 ；(Ii)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在衬底上生长一层厚度20nm的未掺杂的本征Si层；(Ij)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在衬底上生长一层厚度300nm的未掺杂的本征Poly-Si层。步骤2，器件深槽隔离制备。(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(2c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5pm的浅槽；(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离。步骤3，集电极浅槽隔离制备。(3a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层；(3c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(3d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为300nm的浅槽；(3e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离。步骤4，基极浅槽隔离制备。(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm 的 SiO2 层； (4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm 的 SiN 层；(4d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为325nm的浅槽；(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在800°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离。步骤5，SiGe HBT 形成。(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层；(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在800°C，在衬底表面淀积一层厚度为500nm 的 SiO2 层；(5c)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基接触区掺杂浓度为I X 102°cnT3,形成基极；(5d)光刻发射区，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为5X1017cm_3，形成发射区；(5e)光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为I X 102°cnT3,形成集电极；(5f)对衬底在1100°C温度下，退火15s，进行杂质激活，形成SiGe HBT0步骤6，MOS器件有源区制备。 (6a)光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为I. 02iim的深槽；(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为0. 5 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为I X 102°cm_3，作为NMOS器件漏区；(6c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为3nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为22nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为25%，作为NMOS器件沟道区；
(6e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为3nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I X 1018cm_3，Ge组分为25%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；(6f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为200nm的N型Si层，掺杂浓度为I X 102°cm_3，作为NMOS器件源区；(6g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在780V，在衬底表面淀积一层SiO2 ；(6h)光刻PMOS器件有源区利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在PMOS器件有源区选择性生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X 1017cm_3，Ge组分为30%，厚度为IOnm ；(6i)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在750°C，在PMOS器件有源区选择性生长一本征弛豫Si帽层,厚度为3nm,形成N讲；
(6j)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2。步骤7，NMOS器件漏连接制备。(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；(7b)光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 4 y m的漏沟槽；(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积一层SiO2，形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2 ；(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为5 X 102°cm_3的N型Ploy-Si，将NMOS器件漏沟槽填满；(7e)利用化学机械抛光(CMP)方法，去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；(7f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN。步骤8，NMOS器件形成。(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；(8b)光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 4 y m的栅沟槽；(8c)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在400°C，在衬底表面淀积一层厚度为8nm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层；(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为5 X 102°cm_3的N型Poly-Si，将NMOS器件栅沟槽填满；(8e)再去除掉NMOS器件栅沟槽表面的部分Poly-Si和HfO2层，形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；(8f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的SiO2和SiN层。步骤9，PMOS器件虚栅和源漏制备。(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2 ；(9b)光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积一层厚度为15nm的SiO2 ；
(9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm的 Poly-Si ；(9d)光刻Poly-Si和SiO2,形成PMOS器件虚栅；(9e)对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为5X IO18CnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)；(9f)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面上淀积一层厚度为3nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2，形成PMOS器件栅电极侧
工回;(9g)对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到lX102°cm_3。步骤10，PMOS器件形成。 (IOa)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；(IOb)湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；(IOc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为I. 5nm ；(IOd)用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面
金属；(IOe)以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件。步骤11，构成BiCMOS集成电路。(Ila)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在780°C，在衬底表面淀积SiO2层；(Ilb)光刻引线孔;(Ilc)金属化；(Ild)溅射金属，光刻引线，形成MOS器件漏极、源极和栅极金属引线以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线，构成导电沟道为22nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。本发明实施例提供的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法具有如下优点I.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件中，充分利用了应变SiGe材料应力的各相异性的特性，在水平方向引入压应变，提高了 PMOS器件空穴迁移率；在垂直方向引入张应变，提高了 NMOS器件电子迁移率，因此，该器件频率与电流驱动能力等性能高于同尺寸的弛豫Si CMOS器件；2.本发明在制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中，采用选择性外延技术，分别在NMOS器件和PMOS器件有源区选择性生长应变SiGe材料，提高了器件设计的灵活性，增强了 CMOS器件与集成电路电学性能；3.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件的沟道方向为垂直方向，沟道为化学汽相淀积(CVD)方法制备的应变SiGe层，SiGe层的厚度即为NMOS器件的沟道长度，因此，在NMOS器件的制备中避开了小尺寸栅极的光刻，减少了工艺复杂度，降低了成本；4.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件的沟道为回型，即一个栅在沟槽中能够控制四面的沟道，因此，该器件在有限的区域内增加了沟道的宽度，从而提高了器件的电流驱动能力，增加了集成电路的集成度，降低了集成电路单位面积的制造成本；5.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件沟道Ge组分呈梯度变化，因此可在沟道方向产生一个加速电子输运的自建电场，增强了沟道的载流子输运能力，从而提高了应变SiGe NMOS器件的频率特性与电流驱动能力；6.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，NMOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质，提高了 NMOS器件的栅控能力，增强了 NMOS器件的电学性倉泛;
7.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，PMOS器件为量子阱器件，即应变SiGe沟道层处于Si帽层和体Si层之间，与表面沟道器件相比，该器件能有效地降低沟道界面散射，提高了器件电学特性；同时，量子阱可以使热电子注入栅介质中的问题得到改善，增加了器件和电路的可靠性；8.本发明制备的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件结构中，PMOS器件采用SiON代替传统的纯SiO2做栅介质，不仅增强了器件的可靠性，而且利用栅介质介电常数的变化，提高了器件的栅控能力；9.本发明在制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中涉及的最高温度为800°C，低于引起应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温度，因此该制备方法能有效地保持应变SiGe沟道应力，提高集成电路的性能；10.本发明制备应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件过程中，PMOS器件采用了金属栅镶嵌工艺(damascene process)制备栅电极,该栅电极为金属W-TiN复合结构，由于下层的TiN与应变Si和应变SiGe材料功函数差较小，改善了器件的电学特性，上层的W贝U可以降低栅电极的电阻，实现了栅电极的优化。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种应变SiGe HBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，所述双应变平面BiCMOS集成器件采用应变SiGe垂直沟道NMOS器件、应变SiGe平面沟道PMOS器件以及双多晶SiGeHBT器件。
2.根据权利要求I所述的应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，所述NMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为张应变。
3.根据权利要求I所述的应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，所述PMOS器件导电沟道为应变SiGe材料，沿沟道方向为压应变。
4.根据权利要求I所述的应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，所述NMOS器件导电沟道为回型，且沟道方向与衬底表面垂直。
5.根据权利要求I所述的应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，SiGeHBT器件的发射极和基极采用多晶硅材料。
6.根据权利要求I所述的应变SiGeHBT垂直沟道BiCMOS集成器件，其特征在于，SiGeHBT器件的基区采用SiGe材料制备。
7.一种应变SiGe HBT垂直沟道BiCMOS集成器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 第一步、选取掺杂浓度为5 X IO14 5 X IO15CnT3的P型Si片作为衬底； 第二步、在衬底表面热氧化一厚度为300 500nm的SiO2层，光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在800 950°C，退火30 90min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域； 第三步、去除表面多余的氧化层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，衬底上生长Si外延层，厚度为2 3 ii m，N型掺杂，掺杂浓度为I X IO16 I X 1017cm_3，作为集电区； 第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为IOOlOOnm的SiN层；光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域，在衬底表面生长三层材料第一层是SiGe层，Ge组分为15 25%，厚度为2(T60nm，P型掺杂，掺杂浓度为5 X IO18 5 X 1019cnT3，作为基区；第二层是未掺杂的本征Si层，厚度为l(T20nm ;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层，厚度为200 300nm，作为基极和发射区； 第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为10(T200nm的SiN层；光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5 u m的深槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在深槽内填充SiO2 ； 第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，再利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为100 200鹽的SiN层；光刻集电区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为18(T300nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ; 第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，再利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 800°C，在衬底表面淀积一层厚度为20(T300nm的SiO2层和一层厚度为100 200鹽的SiN层；光刻基区浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215 325nm的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 800°C，在浅槽内填充SiO2 ; 第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 8000C，在衬底表面淀积一层厚度为30(T500nm的SiO2层；光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使基极接触区掺杂浓度为I X IO19 I X IO20Cm-3,形成基极接触区域； 第九步、光刻发射区域，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为IX IO17 5 X IO17CnT3,形成发射区； 第十步、光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为1父1019 1\102°011-3，形成集电极接触区域。并对衬底在950 1100°C温度下，退火15 120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT器件； 第H^一步、光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为0. 7 I. 4 iim的浅槽，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在浅槽中连续生长五层材料第一层是厚度为0. 5 I. 0 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为5X IO19 I X 102°cm_3，作为NMOS器件漏区；第二层是厚度为3 5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I 5X 1018cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；第三层是厚度为22 45nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5X 1017cnT3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为20 30%的梯度分布，作为NMOS器件沟道区；第四层是厚度为3 5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为I 5 X 1018cnT3，Ge组分为为20 30%，作为NMOS器件的第二 N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层；第五层是厚度为200 400nm的N型Si层，掺杂浓度为5 X IO19 I X IO2tlCnT3，作为NMOS器件源区； 第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2，光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600 750°C，在PMOS器件有源区生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X IO16 5 X 1017cnT3，Ge组分为10 30%，厚度为10 20nm,最后生长一本征弛豫Si帽层，厚度为3 5nm,将沟槽填满,形成PMOS器件有源区；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2 ； 第十三步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层；光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 4 0. 6iim的漏沟槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2,形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2,保留漏沟槽侧壁的SiO2,利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，淀积掺杂浓度为I 5X102°cm_3的N型Ploy-Si，将沟槽填满，化学机械抛光(CMP)方法去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ； 第十四步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层；光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0.4 0. 6 ii m的栅沟槽；利用 原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300 400°C，在衬底表面淀积一层厚度为5 Snm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层，然后利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I 5 X 102°cm_3的N型Poly-Si，将NMOS器件栅沟槽填满，再去除掉NMOS器件栅沟槽以外表面部分Poly-Si和HfO2,形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件；利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ；第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层SiO2,光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积一层厚度为10 15nm的SiO2和一层厚度为200 300nm的Poly-Si，光刻Poly-Si和SiO2,形成PMOS器件虚栅；对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为I 5 X IO18cnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)； 第十六步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面上淀积一层厚度为3 5nm的SiO2,干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2,形成PMOS器件栅电极侧墙；再对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到5 X IO19 I X IO20Cm-3 ； 第十七步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀工艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅；湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽；利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 .780°C，在衬底表面淀积一层SiON，厚度为I. 5^5nm ;用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面金属，以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件； 第十八步、利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600 780°C，在衬底表面淀积SiO2层，光刻引线孔，金属化，溅射金属，光刻引线，构成导电沟道为22 45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述NMOS器件沟道长度根据第十一步淀积的P型应变SiGe层厚度确定，取22 45nm，PMOS器件沟道长度由光刻工艺控制。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第十八步中的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定，最高温度小于等于780°C。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定，取20 60nm。
11.一种应变SiGe HBT垂直沟道BiCMOS集成电路的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I，外延生长的实现方法为 (Ia)选取掺杂浓度为5 X IO14CnT3的P型Si片，作为衬底； (Ib)在衬底表面热氧化一层厚度为300nm的SiO2层； (Ic)光刻埋层区域，对埋层区域进行N型杂质的注入，并在800°C，退火90min激活杂质，形成N型重掺杂埋层区域； (Id)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在上层Si材料上生长一层厚度为2 u m的N型外延Si层，作为集电区，该层掺杂浓度为IXlO16cnT3 ； (Ie)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (If)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (Ig)光刻基区，利用干法刻蚀，刻蚀出深度为200nm的基区区域； (Ih)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层，作为基区，该层Ge组分为15%，掺杂浓度为5 X IO18CnT3 ； (Ii)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度IOnm的未掺杂的本征Si层； (Ij)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层； 步骤2，器件深槽隔离制备的实现方法为 (2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (2c)光刻器件间深槽隔离区域，在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5i!m的浅槽； (2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在深槽内填充SiO2，形成器件深槽隔离； 步骤3，集电极浅槽隔离制备的实现方法为 (3a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (3c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (3d)光刻集电极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为ISOnm的浅槽； (3e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成集电极浅槽隔离； 步骤4，基极浅槽隔离制备的实现方法为 (4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2 层； (4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为IOOnm的SiN 层； (4d)光刻基极浅槽隔离区域，在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽； (4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在浅槽内填充SiO2，形成基极浅槽隔离； 步骤5，SiGe HBT形成的实现方法为 (5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； (5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2 层； (5c)光刻基极区域，对该区域进行P型杂质注入，使接触区掺杂浓度为IX IO19cnT3，形成基极； (5d)光刻发射区，对该区域进行N型杂质注入，使掺杂浓度为I X IO17Cm-3,形成发射 区； (5e)光刻集电极区域，并利用化学机械抛光(CMP)的方法，去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层，对该区域进行N型杂质注入，使集电极接触区掺杂浓度为.1 X IO19CnT3,形成集电极； (5f)对衬底在950°C温度下，退火120s，进行杂质激活，形成SiGe HBT ； 步骤6，MOS器件有源区制备的实现方法为 (6a)光刻NMOS器件有源区，利用干法刻蚀工艺，在NMOS器件有源区刻蚀出深度为.1.92iim的深槽； (6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为I. 0 ii m的N型Si外延层，掺杂浓度为5 X 1019cm_3，作为NMOS器件漏区； (6c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5X1017cm_3，Ge组分为10%，作为NMOS器件的第一N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层； (6d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为45nm的P型应变SiGe层，掺杂浓度为5X1016cm_3，Ge组分为梯度分布，下层为10%，上层为30%，作为NMOS器件沟道区； (6e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为5nm的N型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X IO1W, Ge组分为30%，作为NMOS器件的第二N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)层； (6f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在NMOS器件有源区选择性生长厚度为400nm的N型Si层，掺杂浓度为5 X IO19CnT3，作为NMOS器件源区； (6g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2 ； (6h)光刻PMOS器件有源区利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长一 N型应变SiGe层，掺杂浓度为5 X 1016cnT3，Ge组分为10%，厚度为20nm ；(6i)利用化学汽相淀积(CVD)的方法，在600°C，在PMOS器件有源区选择性生长一本征弛豫Si帽层，厚度为5nm，形成N阱； (6j)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2 ； 步骤7，NMOS器件漏连接制备的实现方法为 (7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，形成阻挡层； (7b)光刻NMOS器件漏沟槽，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 ii m的漏沟槽； (7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积一层SiO2,形成NMOS器件漏沟槽侧壁隔离，干法刻蚀掉表面的SiO2，保留漏沟槽侧壁的SiO2 ； (7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X IO2tlCnT3的N型Ploy-SiJf NMOS器件漏沟槽填满； (7e)利用化学机械抛光(CMP)方法，去除衬底表面多余Ploy-Si，形成NMOS器件漏连接区； (7f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的层SiO2和SiN ； 步骤8，NMOS器件形成的实现方法为 (8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积一层SiO2和一层SiN，再次形成阻挡层； (8b)光刻NMOS器件栅窗口，利用干法刻蚀工艺，刻蚀出深度为0. 6 ii m的栅沟槽；(8c)利用原子层化学汽相淀积(ALCVD)方法，在300°C，在衬底表面淀积ー层厚度为5nm的HfO2,形成NMOS器件栅介质层； (8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积掺杂浓度为I X IO2tlCnT3的N型Poly-SiJf NMOS器件栅沟槽填满； (8e)再去除掉NMOS器件栅沟槽表面的部分Poly-Si和HfiO2层，形成NMOS器件栅、源区，最终形成NMOS器件； (8f)利用湿法腐蚀，刻蚀掉表面的SiO2和SiN层； 步骤9，PMOS器件虚栅和源漏制备的实现方法为 (9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在NMOS器件有源区表面淀积ー层SiO2 ； (9b)光刻PMOS器件有源区，利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积ー层厚度为IOnm的SiO2 ； (9c)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积ー层厚度为200nm的Poly-Si ； (9d)光刻Poly-Si和SiO2,形成PMOS器件虚栅； (9e)对PMOS器件进行P型离子注入，形成掺杂浓度为I X IO18cnT3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)； (9f)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面上淀积ー层厚度为3nm的SiO2，干法刻蚀掉衬底表面上的SiO2，保留Ploy-Si侧壁的SiO2，形成PMOS器件栅电极侧J回； (9g)对PMOS器件有源区进行P型离子注入，自对准生成PMOS器件的源区和漏区，使源漏区掺杂浓度达到5 X IO19CnT3 ； 步骤10，PMOS器件形成的实现方法为 (IOa)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层，用化学机械抛光(CMP)方法平整表面，再用干法刻蚀エ艺刻蚀表面SiO2至虚栅上表面，露出虚栅； (IOb)湿法刻蚀虚栅，在栅电极处形成一个凹槽； (IOc)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积ー层SiON，厚度为5nm ； (IOd)用物理气相沉积(PVD)淀积W-TiN复合栅，用化学机械抛光(CMP)去掉表面金属； (IOe)以W-TiN作为化学机械抛光(CMP)的终止层，从而形成栅极，最终形成PMOS器件； 步骤11，构成BiCMOS集成电路的实现方法为 (Ila)利用化学汽相淀积(CVD)方法，在600°C，在衬底表面淀积SiO2层； (Ilb)光刻引线孔； (Ilc)金属化； (Ild)溅射金属，光刻引线，形成MOS器件漏极、源极和栅极金属引线以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线，构成导电沟道为45nm的应变SiGe HBT、垂直沟道BiCMOS集成器件及电路。
全文摘要
本发明公开了一种应变SiGe HBT垂直沟道BiCMOS集成器件及制备方法，首先在Si衬底片上制备埋层，生长N-Si作为双极器件集电区，光刻基区，在基区区域生长P-SiGe、i-Si、i-Poly-Si，制备深槽隔离，形成发射极、基极和集电极，形成SiGe HBT器件；在衬底NMOS器件和PMOS器件有源区上分别生长N型Si外延层、N型应变SiGe层、P型应变SiGe层、N型应变SiGe层、N型Si层等，在NMOS器件有源区制备漏极、栅极和源区，完成NMOS器件制备；在PMOS器件有源区制备虚栅极，形成PMOS器件源、漏；刻蚀虚栅，完成PMOS器件制备，形成BiCMOS集成器件及电路；本发明充分利用应变SiGe材料在垂直方向电子迁移率和水平方向空穴迁移率高于弛豫Si的特点，在低温工艺下，制造出性能增强的应变SiGeHBT、垂直沟道BiCMOS集成电路。
文档编号H01L21/8249GK102800672SQ20121024437
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者宋建军, 胡辉勇, 舒斌, 王海栋, 张鹤鸣, 宣荣喜, 郝跃 申请人:西安电子科技大学