专利名称：双极性晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明系关于一种双极性晶体管，而且，本发明系关于一种制造双极性晶体管的方法。
双极性晶体管一般由两个在半导体晶体接近放置的pn接点构成，在此情况下，两个n-掺杂区域由一个p-掺杂区域彼此电绝缘<一般称为npn晶体管>，或是两个p-掺杂区域由一个n-掺杂区域彼此电绝缘<一般称为pnp晶体管>。三种不同掺杂的区域被指定为射极<E>、基极<B>及集极<C>。双极性晶体管已被知晓一段长时间且以多种方式被使用。差异与一般称的个别晶体管，其意欲被用于装设在印刷电路板会其类似物上且被容纳于其自己的外框内，及一般称的积体晶体管，其与其它半导体组件一起于共同半导体载体<一般称为基材>上制造。
双极性晶体管的最大振动频率fmax系正比于fT的平方根除以8πRBCBC，其中RB为基极电阻，CBC为基极-集极电容，且fT为跳变频率。所以为得到高的振动频率，希望减少基极电阻，双极性晶体管的基极电阻由连接区域的电阻及基极掺杂分布的薄膜电阻决定，此薄膜电阻，一般称为夹止，与已知均匀基极掺杂的基极厚度成反比，然而，基极厚度的增加导致基极少数载体的传送时间之加长。
在均匀基极掺杂高于5 1018的增加使射极-基极接点的击穿电压减少至非常低的值且同时增加基极-射极消耗层的电容。进一步减少基极夹止电阻的已知方法为轻掺杂<1 1018)磊晶射极之使用，轻射极掺杂允许基极可实际被掺杂至1×1020而不会使射极-基极接点的阻障能力减少。与发射器相较，因增加的基极电荷，此种晶体管的电流增益为太低，但此可由于基极使用锗而被补偿。
用于制造具磊晶射极结构的先前观念被说明及叙述于如Behammer等，固态电子，41卷，8期，1105-1110页<1997>或J.Schiz等IEEE<1997>，ISBN，7803-4135-X，255-260页。
第14标地显示一种根据Behammer等的出版物之简单化方式的双极性晶体管，首先该双极性晶体管具集极102，其在硅基材或是在硅磊晶层上形成。该SiGe基极104<p-掺杂>被提供于集极102<n-掺杂>上，且n-形式射极106被提供于基极104上。一种p-形式植入以与该集极102、基极104及n-形式射极106侧壁相邻的方式排列，该植入产生至该p-掺杂基极的接触点，对p-形式植入108的连接，金属层110被提供，其藉由一般俗称的侧壁间隔物112与n+-形式射极114绝缘，该n+-形式射极114依次放置于n-形式射极106上。整个双极性晶体管由绝缘116及绝缘层118与其它组件绝缘。
根据Behammer等的出版物，示于第14图的双极性晶体管可在一般称的”全部磊晶”的协助下被制造，然而，在此实例中，干蚀刻于基极连接区域被作动。
第15标地显示一种根据J.Schiz等的出版物之简单化方式的双极性晶体管，该双极性晶体管100同样地具集极102，其在硅基材或是在硅磊晶层上形成。该SiGe基极104<p-掺杂>被提供于集极102<n-掺杂>上且n--形式射极106被提供于基极104上。一种p+-掺杂多晶硅层120以与基极104及n--形式射极106侧壁相邻的方式排列，该多晶硅层产生至该p-掺杂基极的接触点。由排列的侧壁间隔物122限制的n+-形式射极114被置于n--形式射极106上方。整个双极性晶体管由绝缘116及绝缘层118再次与其它组件绝缘。
根据J.Schiz等的出版物的双极性晶体管必须藉由光技术产生侧壁间隔物122，且厚度少于200微米的结果一般为不可能的，然而，此种厚度的侧壁间隔物122产生显著增加的寄生电容。
第14及15图所示的双极性晶体管所共有的共同特性为一般称的”联结植入”(接触植入)在射极区域外被进行以减少基极连接电阻。在Harame等的进一步出版物，Trans.ED第42卷，第3期，469-482页，其中的第3图说明植入损伤、点状缺陷，其一般在此种植入的情况下产生，及亦在于硅基极上干蚀刻的情况下产生。
即使假设点状缺陷未延伸进入有效基极区域，存在的点状缺陷仍然造成掺杂硼进入附近SiGe基极104的不正常高扩散。为预防此种掺杂扩散，侧壁间隔物无法被制造的任意薄。为保持点状缺陷远离基极，约150奈米或更大的侧壁间隔物是必须的，然而，其增加联结电阻及基极-集极电容。对侧壁间隔物完全被省略及植入被额外被额外作动进入该连接区域的情况，功能成份无法被预期，而且，在高于550℃期间的后续温度阶段，因点状缺陷仍存在，基极分布被大为增宽。
所以，本发明目的为提供一种双极性晶体管及其制造方法，其显著降低或完全避免所列出的困难。特别是，本发明目的为提供一种双极性晶体管，其具低基极连接电阻及低缺陷密度。
此目的可藉由根据申请专利范围第1项的制造双极性晶体管的方法及根据申请专利范围第10项的双极性晶体管而达到，本发明的其它较佳具体实施例、细节及方向可由子申请专利范围、叙述及相关图标知道。
本发明提供一种制造双极性晶体管，特别是npn双极性晶体管的方法，其具下列步骤a)一种具集极、基极及轻掺杂射极的半导体基材被提供；b)一种屏蔽被供应至该轻掺杂射极层；c)该轻掺杂射极层在屏蔽协助下被湿化学蚀刻，由此形成一种轻掺杂射极；d)基极连接在基极的未覆盖区域上形成；e)该屏蔽被移除及高度掺杂射极被形成。
而且，本发明提供一种具半导体基材、集极、基极、轻掺杂射极及高度掺杂射极的双极性晶体管，特别是npn双极性晶体管.根据本发明的双极性晶体管特征在于至该基板的连接基本上以平行于该轻掺杂射极的方式被定位且藉由侧壁间隔物或pn接合与该轻掺杂射极分隔。
根据本发明方法使得制造一种具低基极连接电阻、低缺陷密度及改良的可缩放性的双极性晶体管为可行。在此情况下要了解可缩放性系指射极窗的侧壁缩放及基极宽度(低温度预算)的垂直缩放，在基极区域，该温度预算可被保持为低的因不需要植入以减少该基极连接电阻。而且，伴随点状缺陷的困难被大部份避免.
根据一个较佳具体实施例，高度掺杂的硅-锗基极被用做基极。在基极锗的使用使可确保双极性晶体管的足够电流增益，仅管有增加的基极电荷。
该基极较佳为具20至50奈米的厚度及超过2 1015每立方公分的掺杂，特别是p+-形式掺杂。而且，该轻掺杂射极较佳为具50至150奈米的厚度及少于2 1018每立方公分的n--形式掺杂。
根据进一步较佳具体实施例，该屏蔽包括氧化物层、硅化物层及氮化物层。在此情况下，较佳为氧化物层(氧化物终止层)在CVD方法协助下被施用于轻掺杂射极层。该终止层的厚度较佳为具5至30奈米。一种具100至1000奈米的厚度的较佳p+-掺杂非晶硅层被施用于该氧化物层。之后为具20至50奈米厚度的氮化物，此氮化物系藉由溅镀方法沉积。包括氮化物及非晶硅层的该合并层可接着藉由光技术由干蚀刻被型式化至射极窗的宽度。在此情况下，该氧化物层被用做蚀刻终止层，因非晶硅可关于氧化物被高选择性地蚀刻(＞10)，该氧化物接着由HF被移除。
更佳为该轻掺杂射极层使用碱性蚀刻剂(特别是KOH、氯及/或乙烯二胺)被湿化学地蚀刻，使用碱性蚀刻剂(特别是KOH、氯及/或乙烯二胺)的湿化学蚀刻具蚀刻被在n-形式及p-形式硅间选择性地作动之优点。因而该轻掺杂射极层可关于基极被选择性地型式化。而且，在此情况下，湿化学蚀刻具在其下的基极没有任何缺陷产生之优点。
根据进一步较佳具体实施例，该轻掺杂射极层在基极上形成做为基本上单晶质层且湿化学蚀刻终止于在该基本上单晶质层的(111)面。使用KOH或氯的湿化学蚀刻特别是具蚀刻终止于(111)表面(其沿在(100)表面的(110)边缘过切期间形成)之优点，此亦为在半导体晶圆习常平的及基材位向。
根据进一步较佳具体实施例，一种侧壁间隔物，较佳为氮化物间隔物在该屏蔽的侧壁的湿化学蚀刻前被产生。
根据进一步较佳具体实施例，一种侧壁间隔物，较佳为氮化物间隔物，在该屏蔽的侧壁的基极连接及轻掺杂射极形成前被产生。在此情况下，为避免在基极上的干蚀刻，首先较佳为5至50奈米的氮化物层被沉积及而后氧化物间隔物藉由干蚀刻被制造。该氮化物再较佳为藉由磷酸选择性地关于该氧化物被湿化学地被移除，且结果为仅由氧化物间隔物保护的氮化物层区域被留下。若氧化物间隔物接着使用HF被移除，这些氮化物层的区域形成侧壁间隔物。
根据进一步较佳具体实施例，该基极连接系藉由在基极的未覆盖区域上的差别磊晶而形成。在此情况下，特佳为高掺杂(＞1 1020)，特别是p+-掺杂，基极连接被做为该基极连接。在此情况下，选择性的磊晶较佳为在约该基极本身亦被制造(如约800℃)的温度下被作动。因此，在此情况下，掺杂分布未被显著加宽。
根据进一步较佳具体实施例，一种侧壁间隔物，特别是氮化物间隔物，在该射极窗的侧壁上的高掺杂射极形成前被产生。
本发明参考图式详细说明于下，其中第1至9图显示一种根据本发明方法第一具体实施例的图标说明。
第10至13图显示一种根据本发明方法第二具体实施例的图标说明。
第14标地说明一种根据Behammer等的出版物之简单化方式的双极性晶体管，及第15标地说明一种根据J.Schiz等的出版物之简单化方式的双极性晶体管。
下文的第1至9图显示一种根据本发明方法第一具体实施例的图标说明。依据根据本发明方法的步骤a)，一种具集极12、基极14及轻掺杂射极16的硅基材10被提供，为确保该集极12的电连接，该集极12与埋藏层11接触。而且，一种绝缘17，在本实例一种LOCOS绝缘，及一种一般称的”信道终止层”18于绝缘17下方被提供以绝缘之后的双极性晶体管。
由具埋藏层11的硅基材10进行，该集极12如藉由选择性的磊晶于该埋藏层11上产生。在此实例中，该集极12由一种绝缘层19(如TEOS层)被侧壁地围绕。之后，一种高掺杂硅-锗基极14及一种轻掺杂射极层16被沉积，如藉由差别磊晶。该基极14较佳为具20至50奈米的厚度及超过2 1019每立方公分的p+-形式掺杂，该轻掺杂射极16具50至150奈米的厚度及少于2 1018每立方公分的n--形式掺杂。所得结果示于第1图。
一种CVD氧化物终止层20被接着沉积，在此情况下，该氧化物终止层20的厚度为在5及30奈米间，该沉积在如600℃的温度下作动。一种高掺杂(p+)非晶硅层21接着被沉积，在此实例中，该非晶硅层21的厚度为在100及1000奈米间，，该沉积在如550℃的温度下作动。而且，一种具厚度约35奈米的经溅镀的氮化物层22被施用。
之后，该氮化物层22及该非晶硅层21藉由光技术由干蚀刻被型式化至射极窗的宽度。在此实例中，该氧化物层20被用做蚀刻终止层，因非晶硅可关于氧化物被高选择性地蚀刻(＞10)，该氧化物20接着由HF被移除。所得结果示于第2图。
根据本发明方法的一个基本部份现在包括藉由湿蚀刻型式化在该基极14上的该轻掺杂射极层16。在此实例中，包括氧化物层20、非晶硅层21及氮化物层22的该层堆栈用做型式化的屏蔽。在此实例中，该轻掺杂射极层16较佳为使用KOH或氯被湿化学地蚀刻，使用KOH或氯的湿化学蚀刻具KOH或氯在n-形式及p-形式硅间选择性地蚀刻之优点。因而该轻掺杂射极层16可关于基极14及已型式化的非晶硅层2 1被选择性地型式化。而且，在此情况下，使用KOH或氯的湿化学蚀刻具在其下的基极14没有任何缺陷产生之优点。
因该轻掺杂射极层16在基极14上被形成做为基本上单晶质层，使用KOH或氯的湿化学蚀刻终止于在其沿在(100)表面的(110)边缘过切期间形成的(111)面。此亦为在半导体晶圆习常平的及基材位向。由(111)面侧壁地围绕的(亦高至角落区域)的该轻掺杂射极层16以此种方式形成。所得结果示于第3图。
该轻掺杂射极的侧壁再以氮化物间隔物23绝缘，在此情况下，为避免在该基极14上的干蚀刻，首先具厚度为5及50奈米间的氮化物层23被沉积及而后氧化物间隔物24藉由氧化物沉积(如TEOS)被型式化及接着干蚀刻。所得结果示于第4图。为简化原因，侧壁地围绕该轻掺杂射极层16的该(111)终止面不再说明于第4图及后续图式。
之后，该氮化物层23较佳为藉由磷酸选择性地关于该氧化物24被湿化学地被移除，且结果为仅由氧化物间隔物24保护的该氮化物层23区域被留下。该氧化物间隔物24接着使用HF被移除，且结果为由该氧化物间隔物保护的该氮化物层的该区域形成侧壁间隔物23。所得结果示于第5图。
之后，该基极连接25系藉由在基极的未覆盖区域上的差别磊晶而形成。在此情况下，特佳为高掺杂(＞1 1020)，特别是p+-掺杂，基极连接25被做为该基极连接。在此情况下，选择性的磊晶较佳为在约该基极14本身亦被制造(如约800℃)的温度下被作动。因此，在此情况下，掺杂分布未被显著加宽。所得结果示于第6图。
至该基极的该连接25因而被定位为基本上平行于该轻掺杂射极层16，亦即该基极14与该基极连接25接触的基本接触面积被定位为平行于该轻掺杂射极层16与该基极14接触的接触面积。在此情况下，该基极连接25藉由该侧壁间隔物23与该轻掺杂射极分隔。因该基极连接25的单晶质区域基本上无缺陷，可使该侧壁间隔物23非常薄。
如第7图所示，一种CVD氧化物层26被接着沉积及平面化，在此情况下，在射极窗上方的该残留氮化物层22被光。接着此之后为在射极窗的牺牲层的自行对准移除，在此情况下，该非晶硅层21藉由干蚀刻在射极窗被移除，该例如CVD氧化物层20再次被用做蚀刻终止层(第8图)。
在该氧化物20使用HF同样地由湿蚀刻被移除后，该n+射极覆晶27被沉积及型式化。该基极接触28及该集极接触29接着以习知方式被制造。所得结果示于第9图。
相对于根据如第14图所示的先前技艺的双极性晶体管，如第9图所示的根据本发明的双极性晶体管具持续向下至该基极且至少部份由基本上单晶质基极连接25所围绕。在根据如第14图所示的先前技艺的双极性晶体管之情况，该单晶质p+-掺杂区域终止与该n-形式射极的位准及到达该基极下方，然而在如第9图所示的根据本发明的双极性晶体管之情况，绝缘开始于在该基极下方边缘且该基极连接25的单晶质区域可靠地位于该基极上方边缘。因至该基极14的该单晶质基极连接25基本上无缺陷，可使该侧壁间隔物23非常薄。
下文的第10至13图显示一种根据本发明方法第二具体实施例的图标说明。在此情况下，第二具体实施例的第一方法步骤对应于已叙述于第1及2图的方法步骤，以省略重复。
在该氮化物层22及该非晶硅层21藉由干蚀刻被型式化后，一种氮化物间隔物30在该氮化物层22及在该非晶硅层21的侧壁产生.在此实例中，该氧化物层20再次被用做蚀刻终止层。所得结果示于第10图。取代包括硅及四氮化三硅的层堆栈，亦可使用不由四氮化三硅所组成的屏蔽。此可具仅两个材料必须选择性地关于另一个被蚀刻的优点。该氧化物20接着由HF被移除。
之后，必须藉由湿蚀刻型式化在该基极14上方的该轻掺杂射极16。在此实例中，包括氧化物层20、非晶硅层21及氮化物层22的该层堆栈用做进行型式化的屏蔽。在此实例中，该轻掺杂射极层16再次较佳为使用KOH或氯被湿化学地蚀刻。因该轻掺杂射极层16在基极14上被形成做为基本上单晶质层，使用KOH或氯的湿化学蚀刻终止于在其沿在(100)表面的(110)边缘过切期间形成的(111)面。所得结果示于第11图。
之后，该基极连接25系藉由在基极的未覆盖区域上的差别磊晶而形成。在此情况下，特佳为高掺杂(＞1 1020)，特别是p+-掺杂，该基极连接25被做为该基极连接。该选择性的磊晶较佳为在约该基极14本身亦被制造(如约800℃)的温度下被作动。因此，在此情况下，掺杂分布未被显著加宽。因在此具体实施例中，该侧壁间隔物30未存在于该轻掺杂射极层16的区域，至该基极14的该连接25由pn接合与该轻掺杂射极层16分隔。
一种CVD氧化物层26被接着沉积及平面化，在此情况下，在射极窗上方的该残留氮化物层22被 光。接着此之后为在射极窗的牺牲层的自行对准移除，在此情况下，该非晶硅层21藉由干蚀刻在射极窗被移除，该例如CVD氧化物层20再次被用做蚀刻终止层。所得结果示于第12图。
进一步的侧壁间隔物31(如氮化物间隔物)再被制造以确保在该基极连接25及该n+射极间的足够距离仍被产生。在该氧化物20使用HF同样地由湿蚀刻被移除后，该n+射极覆晶27被沉积及型式化。所得结果示于第13图。
相对于根据如第15图所示的先前技艺的双极性晶体管，在如第13图所示的根据本发明的双极性晶体管的情况，一部份该基极连接25为基本上单晶质的及形成与该轻掺杂射极16的该(111)终止表面的pn接合。在根据第15图所示的先前技艺的双极性晶体管之情况，该侧壁间隔物必须藉由光技术产生，且厚度少于200微米的结果一般为不可能的，此造成更高的寄生电容。在如第13图所示的根据本发明的双极性晶体管的情况，该向内指向的该侧壁间隔物31可以自行对准的方式被引入已存在的该射极洞且因而可被做的非常薄，如比50奈米更薄。
权利要求
1.一种制造双极性晶体管，特别是npn双极性晶体管的方法，其具下列步骤a)一种具集极、基极及轻掺杂射极层的半导体基材被提供；b)一种屏蔽被供应至该轻掺杂射极层；c)该轻掺杂射极层在屏蔽协助下被湿化学蚀刻，由此形成一种轻掺杂射极；d)基极连接在该基极的未覆盖区域上形成；e)该屏蔽被移除及高度掺杂射极被形成。
2.根据申请专利范围第1项的方法，其特征在于一种高度掺杂的硅-锗基极被用做该基极。
3.根据申请专利范围第1或2项的方法，其特征在于该屏蔽包括氧化物层、硅化物层及氮化物层。
4.根据先前申请专利范围其中一项的方法，其特征在于该轻掺杂射极层使用碱性蚀刻剂，特别是KOH、氯及/或乙烯二胺，被湿化学地蚀刻。
5.根据先前申请专利范围其中一项的方法，其特征在于该轻掺杂射极层在基极上形成做为基本上单晶质层且湿化学蚀刻终止于在该基本上单晶质层的(111)面。
6.根据先前申请专利范围其中一项的方法，其特征在于一侧壁间隔物，较佳为氮化物间隔物，系在该屏蔽的侧壁的湿化学蚀刻前被产生。
7.根据申请专利范围第1至5项其中一项的方法，其特征在于一侧壁间隔物，较佳为氮化物间隔物，系在该屏蔽的侧壁的基极连接及轻掺杂射极形成前被产生。
8.根据先前申请专利范围其中一项的方法，其特征在于该基极连接系藉由在基极的未覆盖区域上的选择磊晶而形成。
9.根据先前申请专利范围其中一项的方法，其特征在于一侧壁间隔物，较佳为氮化物间隔物，系在该射极窗的侧壁上的高掺杂射极形成前被产生。
10.一种双极性晶体管，特别是npn双极性晶体管，其具半导体基材(10)、集极(12)、基极(14)、轻掺杂射极(16)及高度掺杂射极(27)，其特征在于至该基极(14)的该连接(25)基本上以平行于该轻掺杂射极(16)的方式被定位且藉由侧壁间隔物(23)或pn接合与该轻掺杂射极(16)分隔。
11.根据申请专利范围第8项的双极性晶体管，其特征在于该基极(14)被设计为高度掺杂的硅-锗基极。
12.根据申请专利范围第8或9项的双极性晶体管，其特征在于该基极(14)具一掺杂，特别是一种超过2×1019每立方公分的p+-形式掺杂。
13.根据申请专利范围第8至10项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该轻掺杂射极(16)具一掺杂，特别是一少于2×1018每立方公分的n-形式掺杂。
14.根据申请专利范围第8至11项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该轻掺杂射极(16)被设计为基本上单晶质层且由(111)面侧壁地围绕。
15.根据申请专利范围第8至12项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该侧壁间隔物(23)被设计为一氮化物间隔物。
16.根据申请专利范围第8至13项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该基极连接(25)至少在一些区域为单晶质层设计。
17.根据申请专利范围第8至14项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该基极连接(25)为一高度掺杂，特别是p+掺杂，的基极连接。
18.根据申请专利范围第8至16项其中一项的双极性晶体管，其特征在于该集极(12)与埋藏层(11)接触。
全文摘要
根据本发明方法使制造一种具低基极连接电阻、低缺陷密度及改良的可缩放性的双极性晶体管为可行。在此情况下要了解可缩放性系指射极窗的侧壁缩放及基极宽度(低温度预算)的垂直缩放，在基极区域，该温度预算可被保持为低的，因不需要植入以减少该基极连接电阻。而且，伴随点状缺陷的困难被大部分避免。
文档编号H01L29/737GK1518773SQ02804518
公开日2004年8月4日 申请日期2002年2月4日 优先权日2001年2月2日
发明者M·弗拉诺斯, T·梅斯特, H·谢弗, R·斯坦尔, M 弗拉诺斯, 固, 苟 申请人:因芬尼昂技术股份公司