专利名称：半导体器件和生产这种器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种具有衬底和半导体主体的半导体器件，该器件 包括具有依次排列的集电极区域、基极区域和发射极区域的双极晶体
管，其中，半导体主体包括突出的台面，至少集电极区域的一部分和
基极区域的一部分出现在这个台面内，这个台面被绝缘区域包围。这
种器件，特别是被构建为HBT (Heterojunction Bipolar Transistor,异
质结双极晶体管)时，非常适合于高频放大器应用。本发明还涉及生 产这种器件的方法。
背景技术：
可以从2006年3月7日公开的美国专利文献USP 7,008,851中 知道这种器件。该文献中描述的双极晶体管包括一个台面，集电极区 域的一部分和基极区域的一部分位于这个台面内。另外在衬底中还具 有形成晶体管的子集电极的区域。所述台面包括形成了所述集电极区 域部分的n型外延硅层和包括锗的p型外延层，在这个p型外延层内 形成了基极区域。台面被绝缘层所包围，所述绝缘层被这样形成包 围台面的凹槽(所谓的浅沟槽)的壁被涂覆了二氧化硅绝缘层，而且 随后用氧化物填充了这个凹槽。
己知器件的缺点在于其高频特性需要改进。另外，已知器件的 生产相当复杂。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种在开篇中提到的类型的器 件，这种器件没有上述的缺点，或者至少改善了上述缺点，这种器件 特别快，而且易于生产。
根据本发明，在开篇中提到的用于这种目的的器件的特征在于该半导体器件还包括场效应晶体管，该场效应晶体管具有源极区域、
漏极区域、插入式沟道区域(interposed channel region)以及叠加栅 极电介质和栅极区域，栅极区域形成了场效应晶体管的最的部分，台
面的高度高于栅极区域的高度。本发明首先基于以下认知在还包括
一个或多个场效应晶体管的器件内生成具有台面的双极晶体管带来
了主要的优点，例如，由于采用了(C)MOS技术而使生产成本降低。
本发明还基于以下认知双极晶体管的高频特性可以以以下方式改
进，即，双极晶体管的台面制作得比场效应晶体管的最高点高。为了 使双极晶体管更快，希望在生产过程中采用嵌入类型技术和牺牲发射 极区域。下文将对此进行详细的解释。采用所述嵌入类型技术意味着
采用一个或多个CMP (Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛 光)工艺步骤。由于台面的高度高于场效应晶体管的高度，因此，由 于场效应晶体管需要不被这种情况下的CMP步骤所损坏，所以在所 述CMP步骤中，场效应晶体管己经出现。更早地生产场效应晶体管 具有以下效果在这个步骤没有出现的双极晶体管不会受到特别是在 形成栅极电介质和形成场效应晶体管的栅极区域中出现的相对高温 等级的不利影响。这也有利于双极晶体管的高频特性。
在优选的实施例中，台面的高度至少要比栅极区域的高度高 10%。假设高度上存在这种差别，则非常可能在台面上通过例如CVD (Chemical Vapor Deposition,化学汽相沉积)均匀地沉积绝缘层(例 如，二氧化硅层)，而没有之后的用来使结构平坦的CMP步骤，这 个步骤会对已经出现的场效应晶体管的部分产生损坏。优选地，台面 的高度要比栅极区域的高度至少高50%，但不比栅极区域的高度高 100%以上。在选择的高度差不导致其他的缺点(例如，当这些高度 处于互相之间高度差别比较大时不易形成接触)的情况下，以CMP 工艺中的这种方式可以产生好的结果。
在一个重要的实施例中，用导电多晶硅区域覆盖绝缘区域，该 导电多晶硅区域毗邻基极区域并形成了它的连接区域(由外在的基极 区域所表示)。这使得尤其可以提供具有非常小的、实质上相等的横 向尺寸的集电极区域、基极区域和发射极区域，这又有利于高频特性。
7从而，优选地，发射极区域被隔离物包围，而且，当从投影上看时， 与台面实质上一致。从投影上看，在一个有利的改进中导电多晶硅区 域显示与基极区域没有重叠或只有略微的重叠。从而，在基极连接区 域(或外在基极区域)和集电极区域之间基本上不存在(寄生)电容。 这改善了高频特性。由于根据本发明的其中采用了嵌入类型技术和牺 牲发射极区域的生产方法，所有这些有益效果都是可能的。
优选地，绝缘区域包括包围了这个台面的另一个台面。这意味 着一个厚又宽的绝缘区域可以包围这个台面，其附带的优点如上所
述。而且，由此，基极连接区域还可以具有比较大的尺寸，这又对双 极晶体管的速度有贡献。
在一个有利的改进中，用覆盖层来覆盖场效应晶体管和半导体
主体位于台面外的部分的表面，该覆盖层起成核层和保护层的作用。 这样的层可以具有(例如)多层结构，并包括(例如)氧化硅和氮化 硅层。
一个有利实施例的特征在于在半导体主体中出现了凹陷的半导 体区域，台面位于该半导体区域上，该半导体区域形成了集电极区域 的一部分或集电极区域的连接区域。于是，这样的区域组成了双极晶 体管的所谓的子集电极，可以具有比台面自身更大的表面面积，使得 集电极区域电连接区域可以和基极区域以及发射极区域的电连接区 域位于半导体主体的同一侧。
优选地，该器件包括第一导电类型的场效应晶体管和相对于第 一导电类型的第二导电类型的场效应晶体管，凹陷的半导体区域形成 了多个这种凹陷的半导体区域的部分，在这种凹陷的半导体区域的部 分中，形成了两种导电类型中的一种导电类型的场效应晶体管。如果
用p型衬底形成这种BiCMOS(双极CMOS)，也会在其中形成NMOS 晶体管，反过来，可以在n型凹陷半导体区域之中/之上形成PMOS 晶体管和NPN双极晶体管。
根据本发明， 一种生产半导体器件的方法，这种半导体器件具 有衬底和半导体主体，该器件包括具有集电极区域、基极区域和发射 极区域的双极晶体管，其中，半导体主体被提供有从其突出的台面，在这个台面内，至少按顺序形成了基极区域和集电极区域的一部分， 这个台面被绝缘区域包围，其特征在于该半导体器件还被提供有场 效应晶体管，该场效应晶体管具有源极区域、漏极区域、插入式沟道 区域、叠加的栅极电介质以及栅极区域，其中，栅极区域形成了场效 应晶体管的最高部分，给予台面比栅极区域的高度高的高度。
在根据本发明的方法的优选实施例中，在双极晶体管形成之前 至少执行那些形成场效应晶体管并确定场效应晶体管的最终高度的 工艺步骤。这意味着场效应晶体管不会受到CMP工艺的不利影响， CMP工艺被优选地用来形成双极晶体管/台面周围的绝缘区域。在这 些被认为用来确定高度的步骤中，尤其是一层的沉积，所述层通常包 括导电多晶硅，由该层形成了栅极区域。在这个步骤之前必须是形成 电绝缘层，通常是通过硅的热氧化而形成，由电绝缘层形成了栅极电 介质区域。如果需要的话，在生产工艺的稍后步骤中可执行生产场效 应晶体管的其他步骤，即双极晶体管在其中已经被(实质上)完全形 成的阶段。这种步骤包括对所述层形成图案以及形成源极区域和漏极 区域，可能包括所述导电区域的硅化。从而，优选地，在半导体主体 的表面上提供了第一层结构，这种结构至少包括由其形成了栅极电介 质的第一层和由其形成了栅极区域的第二层。
在一个主要实施例中，在单一外延工艺中形成了提供有半导体 层结构的台面，所述层结构依次包括形成了集电极区域的所述部分 的第一半导体层和形成了基极区域的第二半导体层，从而，通过在其 上局部地提供掩模，之后通过蚀刻去除半导体层结构位于掩模外的部 分，在半导体层结构中形成了所述台面。因此，由生产双极晶体管而 导致的热负载相对较低，这增大了这种晶体管的速度。
优选地，通过在形成台面之后形成的结构上沉积绝缘层来形成 绝缘区域，据此，通过化学机械抛光对这个结构进行平坦化。在其一 个有利的改进中，随后对绝缘区域进行回蚀，回蚀到基极区域的下侧， 从而，通过形成基极连接区域的方式在绝缘区域上沉积导电多晶硅 层。在半导体层结构上优选地形成了层结构，该层结构包括一个或多 个牺牲层，在制造台面的过程中，在牺牲层外产生了牺牲区域。在去除所述牺牲区域之后，可以容易地形成发射极区域。
从而，在有利的改进中，在对绝缘区域进行回蚀之前或者在沉 积导电性多晶硅层之后，去除牺牲层，靠着这样生成的空间的壁来提 供隔离物，从而，在其上以图案的形式提供了另一个导电多晶硅层， 使得它形成了发射极区域。
优选地，在己经形成发射极区域之后，通过掩模和蚀刻的方法， 在台面周围形成了另一个台面，另一个台面包括绝缘区域，该绝缘区 域具有位于其上的基极连接区域。从而，绝缘区域可以具有相对大的尺寸。
在有利的实施例中，可以将隔离物构建为双隔离物，在回蚀绝 缘区域之后和提供导电性多晶硅层之前，去除外部的隔离物。由此， 基极区域和它的连接区域只有很小的重叠。
参照两个实施例和附图，对本发明进行详细解释，其中
图l至图IO在垂直于厚度方向截取的截面中示意地示出了根据 本发明的器件处于采用根据本发明方法进行其制造的连续阶段中的 第一示例，以及
图11和图12在垂直于厚度方向截取的截面中示意地示出了根 据本发明的器件处于采用根据本发明的可替换方法进行其制造的连 续阶段中的第二示例。
这些图不是按照真实比例绘制的，为了清楚起见，特别放大了 厚度方向上的尺寸。尽可能地给相应的区域相同的参考标号， 一般用 相同方向的阴影线来覆盖相同传导类型的区域。
具体实施例方式
图i至图io是在垂直于厚度方向截取的截面中示意地示出了根
据本发明的处于采用根据本发明方法进行其制造的连续阶段中的器 件的第一示例。
起始点是p型硅衬底11 (见图1)。如果需要的话，可以在衬
10底11上沉积外延硅层。然后，提供(例如，光致抗蚀剂的)掩模(图 中未示出)，通过这个掩模，采用n型离子(诸如砷离子)注入方法
可以形成凹陷的n型半导体区域20。在去除掩模后，以类似的方式 形成STI (Shallow Trench Isolation,浅沟槽隔离)形式的绝缘区域 21。随后，通过热氧化(例如，IOO(TC)，在半导体主体l的清洁表 面上提供硅氧化层，对该氧化层形成图案，以形成栅极介电区域7。 现在沉积导电多晶硅层，用这个层形成栅极区域8。上述区域形成了 场效应晶体管的一部分，场效应晶体管反过来是器件10的一部分。 在这个示例中，完成作为主要部分的场效应晶体管，在图l右侧部分 中示意地示出了两个这种晶体管(在这种情况下是腿0S)。左手侧 晶体管和右手侧晶体管各自的源极区域和漏极区域以及共用的源极/
漏极区域没有在视图中示出。在任何一侧中对栅极区域8提供隔离 物。在整个结构上以图案的方式提供覆盖层12。这个层包括氧化硅 层和氮化硅层的堆叠，这里，这个堆叠层不只是作为随后的外延步骤 中的成核层，还作为之前形成的MOS晶体管的保护层。
随后(见图2)，在单一外延工艺中提供了半导体层结构，其依 次包括n型硅层22和p型硅锗层33。通过经外延生长炉输送的气 体的组分变化这种简单的方式来适应这种导电类型和组分。牺牲层结 构依次包括(二)氧化硅层55、氮化硅层66以及随后通过CVD提供 在半导体层结构上的(二)氧化硅层77。在这个结构的顶部以图案 的形式提供掩模M(在这种情况下是光致抗蚀剂)。
随后(见图3 )，通过蚀刻的方法(例如，RIE( Reactive Ion Etching ， 反应离子蚀刻)或其他干法蚀刻工艺)在这种(半导体)层结构中形 成台面5，从而，形成了要生成的双极晶体管的集电极区域2，在集 电极区域2上有基极区域3。在基极区域3上存在包括层55、 66和 77的部分的牺牲区域9。继续进行蚀刻，向下蚀刻到凹陷区域20的 硅表面和向下蚀刻到覆盖层12。
然后(见图4)，去除掩模M，在这个结构上沉积电绝缘层16 (在这种情况下为HDP (High Density Plasma，高密度等离子体)) 二氧化硅。在本例中，在这个沉积之前是氮化硅薄层26的沉积(在
11这种情况下通过CVD)。这个层可以作为蚀刻停止层。
随后(见图5)，通过CMP方式对生成的结构进行平坦化。
然后(见图6)，在台面5的任一侧对绝缘层16进行回蚀，大 概回蚀到基极区域3 (的下侧)。然后，通过蚀刻去除薄绝缘层26 的暴露部分，即牺牲区域9的上部77 (包括氧化物)。
随后(见图7)，沉积导电多晶硅层13 (在这种情况下是p型)， 在其上采用CMP对生成的结构进行平坦化。然后，通过湿法热氧化， 将硅层13的上侧转化为二氧化硅绝缘区域23。
此后(见图8)，在几个(选择性)蚀刻步骤中去除牺牲区域9 的剩余部分。这提供了具有凹穴的结构，其中，通过均匀层沉积形成 了隔离物17 (在这种情况下为氮化硅)，然后，通过各向异性蚀刻 去除其水平部分。然后，沉积多晶硅层4，并对其形成图案，所述层 在隔离物17之间的凹穴中形成了双极晶体管的外延/单晶硅发射极 区域4。
随后(见图9)，发射极区域4用作掩模，通过蚀刻去除发射极 区域4外面的绝缘区域23，从而暴露出基极连接区域3A。然后，通 过具有掩模(例如由光致抗蚀剂制成)(未示出)的蚀刻在台面5 的周围形成另一个台面15，从而由绝缘层16形成围绕双极晶体管的 绝缘区域6。
然后(见图10)，通过蚀刻去除在形成另一个台面15过程中暴 露的覆盖层12的部分，于是，发射极区域4和基极连接区域3A都被 提供了各自的硅区域28、 29 (例如硅化镍或硅化钴)。同时，对(多 个)场效应晶体管的源极和漏极区域以及栅极区域提供硅化金属区域 38、 39。在已经提供了另一个绝缘层46、 56以及已经通过光刻对其 形成合适的开口之后，在其中提供了电连接88，通过该电连接，可 以对双极晶体管和场效应晶体管进行电连接。
图11和图12在垂直于厚度方向截取的截面中示意地示出了根 据本发明的器件处于釆用根据本发明的改进方法进行其制造的连续 相关阶段中的第二示例。
图11示出了怎样在牺牲区域9的两侧中的任何一侧形成双隔离物17，例如，氮化硅的隔离物17A和氧化硅的隔离物17B。例如，这是在对应于图2的生产阶段中发生的。在这种情况下，这个掩模首先被用来蚀刻牺牲层，蚀刻在进行到半导体层结构时停止。然后，以相同的方式，以那样的顺序形成隔离物17A、 17B，从而，在半导体层结构中继续进行台面5的蚀刻。可以将这种情况下的掩模选为比第一个实例中的略小。尽管如此，这样形成的台面5还可以具有与第一示例中相同的横向尺寸。
在沉积多晶硅层13 (见图12)以形成基极连接区域3A之前，现在通过(选择性)蚀刻去除最外侧的隔离物17B。于是，多晶硅层13与基极区域3有略微的重叠，使得一方面可以制成外在的基极(连接)区域3A的低电阻，同时另一方面可以避免绝缘层16在回蚀中抵达很低的水平，这会产生集电极区域2和基极连接区域3A之间的寄生电容，对双极晶体管的速度有不利的影响。
通过在二氧化硅绝缘层16的期望水平处形成了 (例如)氮化硅蚀刻停止层，可以提供第二示例的可替换示例。这可以通过具有合适选择的注入能量的氮离子的离子注入来实现。为了保护基极区域3(和集电极区域2)不受这个注入的影响，对台面5提供了掩模。例如，通过牺牲区域9的暴露导电部分被用电化学的方式提供了期望厚度的金属层，可以实现这个掩模的自记录(self-registering)形成。如果需要的话，在执行用来形成所述掩模的电化学生长工艺之前，首先可以以自记录的方式对(例如)多晶硅牺牲层9的部分提供导电金属硅化物。
本发明不局限于给出的实施例，在本发明的范围内，本领域的技术人员可以做出很多修改和变化。因此，可以采用在示例中没有提到的厚度、(半)导体材料或组成成分。而且，所有釆用的导电类型可以同时被它们的相对物所代替。可以以可替换的方式来执行本发明的不同的工艺步骤，从而，可以可替换地用汽相沉积来形成通过离子沉积得到的氧化层。
还应当注意的是，除了发射极区域位于上侧这样的双极晶体管之外，可替换地，还可以采用相反的结构。那么，集电极区域会位于
13台面的上侧，而发射极区域位于台面的下侧。
最后，应当注意的是，根据本发明的器件和方法的使用不局限于IC (集成电路)，还可以很好地应用于(半)分立器件。而且，还可以将其他的(半导体)元件集成到所述的半导体主体中。
权利要求
1. 一种具有衬底(11)和半导体主体(1)的半导体器件(10)，该器件包括双极晶体管，该双极晶体管具有依次排列的集电极区域(2)、基极区域(3)和发射极区域(4)，其中，半导体主体(1)包括突出的台面(5)，在该台面内至少存在集电极区域(2)的一部分和基极区域(3)的一部分，并且该台面(5)被绝缘区域(6)包围，所述半导体器件(10)特征在于还包括场效应晶体管，该场效应晶体管具有源极区域、漏极区域、插入式沟道区域、叠加栅极电介质(7)和栅极区域(8)，所述栅极区域(8)形成了场效应晶体管的最高部分，台面(5)的高度高于栅极区域(8)的高度。
2. 根据权利要求l所述的半导体器件(10)，其特征在于台面 (5)的高度至少比栅极区域(8)的高度高10%。
3. 根据权利要求l或2所述的半导体器件(10)，其特征在于， 台面(5)的高度至少比栅极区域(8)的高度高50%，但不比栅极区 域(8)的高度高100%以上。
4. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件(10)，其特 征在于，用导电区域覆盖绝缘区域(6)的上侧，所述导电区域优选 地包括多晶硅，所述导电区域毗邻基极区域(3)，并形成了基极区 域的连接区域(3A)。
5. 根据权利要求4所述的半导体器件(10)，其特征在于，发 射极区域(4)被隔离物包围，并且当从投影上看时，发射极区域(4) 实质上与台面(5) —致。
6. 根据权利要求4或5所述的半导体器件(10)，其特征在于， 当从投影上看时，导电多晶硅区域(3A)与基极区域(3)只有略微的重叠。
7. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件(10)，其特征在于，绝缘区域(6)形成了包围台面(5)的另一个台面(15)。
8. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件(10)，其特 征在于，用覆盖层(12)覆盖场效应晶体管和半导体主体(1)位于 台面(5)外面的部分的表面，所述覆盖层起成核层和保护层的作用。
9. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件(10)，其特 征在于，在半导体主体(1)中存在凹陷的半导体区域(20)，所述 台面(5)位于凹陷的半导体区域(20)上，凹陷的半导体区域(20) 形成了集电极区域(2)的一部分或形成了集电极区域的连接区域。
10. 根据权利要求9所述的半导体器件(10)，其特征在于， 所述器件包括第一导电类型的场效应晶体管以及与第一导电类型相 对的第二导电类型的场效应晶体管，凹陷的半导体区域(20)形成了 多个这种凹陷的半导体区域(20)的部分，在所述凹陷的半导体区域(20)的部分中形成了两种导电类型中的一个导电类型的场效应晶体 管。
11. 根据任何一项前述权利要求所述的半导体器件(10)，其 特征在于，双极晶体管包括异质结双极晶体管。
12. —种生产半导体器件(10)的方法，这种半导体器件具有 衬底(11)和半导体主体(1)，该半导体器件包括双极晶体管，该 双极晶体管具有依次排列的集电极区域(2)、基极区域(3)和发射 极区域(4)，其中，半导体主体(1)被提供台面(5)，在所述台 面内至少形成了基极区域(3)和集电极区域(2)的一部分，所述台 面(5)被绝缘区域(6)包围，其特征在于该半导体器件还被提供有场效应晶体管，该场效应晶体管具有源极区域、漏极区域、插入式 沟道区域、叠加的栅极电介质(7)以及栅极区域(8)，其中，栅极区域(8)形成了场效应晶体管的最高部分，给予台面(5)比栅极区 域(8)的高度高的高度。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在形成双极晶 体管之前，至少执行用来形成场效应晶体管并确定场效应晶体管最终 高度的那些工艺步骤。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于在半导体主体(1) 的表面上提供第一层结构，这种结构至少包括形成栅极电介质(7) 的第一层和形成栅极区域(8)的第二层。
15. 根据权利要求12、 13或14所述的方法，其特征在于，通 过在单一外延工艺中提供了半导体层结构而形成了台面(5)，所述 结构包括依次排列的第一半导体层(22)和第二半导体层(33)，由 第一半导体层(22)形成了集电极区域(2)的所述部分，由第二半 导体层(33)形成了基极区域(3)，于是，通过在其上局部地提供 掩模(M)，在所述的半导体层结构中形成了台面(5)，此后，通过 蚀刻去除了所述半导体层结构位于掩模(M)外的部分。
16. 根据权利要求12、 13、 14或15所述的方法，其特征在于， 在形成台面(5)之后产生的结构上沉积绝缘层(16)来形成所述绝 缘区域(6)，从而通过化学机械抛光来使所述结构平坦化。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，对绝缘区域(6) 进行回蚀，直至基极区域(3)的下侧，从而，在绝缘区域(6)上沉 积导电多晶硅层(13)，通过这个导电多晶硅层(13)形成基极连接 区域(3A)。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述半导体层结构上提供有包括一个或多个牺牲层(55、 66、 77)的层结构，在 制造台面(5)的过程中通过所述层结构生成牺牲区域(9)。
19. 根据要求要求18所述的方法，其特征在于，在回蚀绝缘区 域(6)之前或在沉积导电多晶硅层(13)之后去除牺牲层(9)，紧 靠这样产生的空间的壁来提供隔离物(17)，从而，在其上以图案的 形式提供了另一个导电多晶硅层(44),使得它形成了发射极区域(4)。
20. 根据要求要求19所述的方法，其特征在于，在己经形成发 射极区域(4)之后通过掩模和蚀刻在台面(5)周围形成另一个台面(15)，所述另一个台面(15)包括基极连接区域(3A)位于其上的 绝缘区域(6)。
21. 根据权利要求19或20所述的方法，其特征在于，将隔离 物(17)构建为双隔离物(17A， 17B)，在对绝缘区域(6)进行回 蚀之后并且在提供导电多晶硅层(13)之前，去除最外边的隔离物(17B)。
全文摘要
本发明涉及一种具有衬底(11)和半导体主体(1)的半导体器件(10)，该器件包括具有依次排列的集电极区域(2)、基极区域(3)和发射极区域(4)的双极晶体管，其中，半导体主体包括突出的台面(5)，该台面至少包括基极区域(3)和集电极区域(2)的一部分，该台面被绝缘区域(6)包围。根据本发明，半导体器件(10)还包括场效应晶体管，该场效应晶体管具有源极区域、漏极区域、插入式沟道区域、叠加栅极电介质(7)和栅极区域(8)，所述栅极区域(8)形成了场效应晶体管的最高部分，台面(5)的高度高于栅极区域(8)的高度。通过根据本发明的方法，可以便宜而又容易地生产这种器件，这种双极晶体管可以具有良好的高频特性。
文档编号H01L27/06GK101467254SQ200780022094
公开日2009年6月24日 申请日期2007年6月12日 优先权日2006年6月14日
发明者L·J·蔡, 埃尔文·海曾, 安德列亚斯·M·皮翁特克, 斯特凡·范胡林布罗伊科, 约斯特·梅拉伊, 约翰内斯·J·T·M·东科尔斯, 菲利皮·默尼耶-尼拉尔德, 韦伯·D·范诺尔特 申请人:Nxp股份有限公司;校际微电子中心