专利名称：锗硅hbt工艺中的横向寄生型pnp器件及制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件。本发明还涉及所述锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法。
背景技术：
常规的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP三极管，它的集电区是由高剂量、低能量的硼注入加一次退火推进杂质和/或加上传统的CMOS P阱注入形成的，故掺杂浓度较高，同时发射极上有金属硅化物使发射区扩散长度较短导致基区扩散电流较大。为了使器件有适当的直流电流放大倍数，通常需要降低基区浓度和厚度来增加集电区扩散电流，而这样形成的三极管的厄利电压很低，而且器件主要参数的一致性也会很差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，可用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，可以减小基极电流，提高器件的直流电流放大倍数和厄利电压；为此，本发明还提供一种所述锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法。为解决上述技术问题，本发明的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，有源区由浅槽场氧隔离，包括集电区、基区和发射区；其中，集电区，包括形成于有源区两侧的浅槽底部的P型埋层、形成于浅槽底部且与P型埋层连接的P型杂质离子注入层，所述P型埋层与基区在横向相隔的距离大于I微米，所述集电区通过在P型埋层顶部对应的浅槽中的深接触孔引出；基区，由形成于有源区上部的N型杂质离子注入层构成；发射区，由形成于基区的N型杂质离子注入层之上的P型锗硅外延层和形成于浅槽顶部与P型锗硅外延层相接的多晶硅层构成，所述发射区通过多晶硅层顶部的金属硅化物层上的接触孔引出；所述P型锗硅外延层的上部具有一阻止锗硅金属硅化的硅化物阻挡层。进一步地，还包括一外基区，所述外基区由形成于有源区两侧的浅槽底部的N型埋层，及形成于基区底部的一 N型深阱注入层组成，N型埋层与集电区的P型埋层之间有一横向距离，所述N型深阱注入层与N型埋层相连，所述基区通过在N型埋层顶部对应的浅槽中的深接触孔引出。本发明还提供一种锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，包括如下步骤第I步，在硅衬底上形成有源区和浅槽；第2步，通过在浅槽底部注入P型离子形成P型埋层；第3步，通过在浅槽底部注入N型离子形成N型埋层；第4步，在P型埋层到有源区的边沿进行P型杂质离子注入形成集电区的P型杂质离子注入层，所述P型杂质离子注入采用CMOS中P阱注入工艺，利用退火工艺使集电区的P型埋层横向扩散到有源区并和基区相连接；第5步，在有源区上方进行N型杂质离子注入形成基区的N型杂质离子注入层，并在底部进行离子注入形成N型深阱注入层，使N型深阱注入层与N型埋层相连；第6步，在基区上部淀积介质层和多晶硅层，光刻和刻蚀打开大于有源区的窗口，生长锗硅外延层，对锗硅外延层注入P型杂质离子进行重掺杂形成发射区；第7步，退火激活注入的杂质离子；第8步，进行硅化物阻挡层的淀积、光刻和刻蚀，位于有源区上的硅化物阻挡层阻止有源区生成金属硅化物，而有源区外的多晶硅层生成金属硅化物层；再依次形成接触孔、深接触孔和金属连线对发射极、基极和集电极的连接。
优选的，所述P型埋层的注入离子为硼，注入剂量为IO14 1016cm_2、能量小于15keV ;所述N型埋层的注入离子为砷，注入剂量为IO15 1016cnT2、能量为50 IOOkeV ;所述N型深阱注入层的注入离子为磷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为500 1500keV。所述P型杂质离子注入层采用CMOS中P阱注入工艺形成，注入离子为硼，注入条件为低剂量IO13 1014cm_2、中等能量100 150keVo优选的，所述N型杂质离子注入层通过三步形成，注入离子为磷或砷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为100 300keV ;其中，第一步进行离子注入；第二步淀积一介质膜，所述介质膜为氧化硅或氮化硅或氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅，刻蚀介质膜形成基区开口 ；第三步进行离子注入；所述第一步离子注入和第三步离子注入与锗硅工艺中共同形成高速NPN管集电区的两次离子注入方式相同，所述第三步离子注入与锗硅工艺中形成高压NPN管集电区的离子注入方式相同。优选的，所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，锗硅层有高掺杂的硼而硅帽层有低掺杂的硼，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 IO19cnT3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 IO1W0优选的，锗硅外延层的P型离子注入剂量为IO15 1016cm_2、能量小于15keV，注入离子为硼。优选的，第7步中的退火工艺为温度在900 1100°C，时间在10 60秒钟。本发明的有益效果在于I、本发明形成发射极离子浓度高于基极，基极离子浓度高于集电极并且集电极的末端有较高浓度的横向寄生型PNP器件，从而提高横向寄生型PNP器件的性能；集电极末端的P型埋层在减小深孔接触电阻的同时还可以降低寄生NPN器件的性能；2、本发明有源区上的P型锗硅外延层通过P型注入重掺杂形成发射极，其中心有源区用硅化物阻挡层隔开，形成无金属硅化物的锗硅，可以减少金属硅化物对硅的损失，提高发射极的厚度，可降低基极扩散电流，提高器件的直流电流放大倍数。
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是本发明实施例的横向寄生型PNP器件的结构示意图；图2-图4是本发明实施例的横向寄生型PNP器件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，本发明实施例的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，有源区由浅槽场氧即图I中的浅沟槽隔离层108隔离，包括集电区、基区、发射区和外隔离区。集电区，包括形成于有源区两侧的浅槽底部的P型埋层107、形成于浅槽底部且与P型埋层107连接的P型杂质离子注入层106，所述P型埋层107与基区在横向相隔的距离大于I微米，所述集电区通过在P型埋层107顶部对应的浅槽中的深接触孔114引出。基区，由形成于有源区上部的N型杂质离子注入层构成。所述N型杂质离子注入层包括形成于浅沟槽隔离层108之间的有源区内的第一 N型离子注入层103、形成于有源区和浅槽边缘的第二 N型离子注入层104。发射区，由形成于基区的N型杂质离子注入层之上的P型锗硅外延层110和形成 于浅槽顶部与P型锗硅外延层110相接的多晶硅层109构成，所述发射区通过多晶硅层109顶部的金属硅化物层111上的接触孔115引出；所述P型锗硅外延层110的上部具有一阻止锗硅金属硅化的硅化物阻挡层112。外基区由形成于有源区两侧的浅槽底部的N型埋层105、形成于基区底部的一 N型深阱注入层102构成，所述N型埋层105与集电区的P型埋层107之间有一横向距离。所述N型深阱注入层102与N型埋层105相连，所述基区通过在N型埋层105顶部对应的浅槽中的深接触孔113引出。外隔离区由与外基区N型埋层105外面相隔一横向距离的环形P型埋层构成，图I中没有示出。锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，如图2至4所示，包括如下步骤第I步，在P型硅衬底101上形成有源区和浅沟槽隔离层108 ；第2步，通过在浅槽底部注入P型离子形成P型埋层107，所述P型埋层107的注入离子为硼，注入剂量为IO14 1016cm_2、能量小于15keV ；第3步，通过在浅槽底部注入N型离子形成N型埋层105，所述N型埋层105的注入离子为砷，注入剂量为IO15 1016cm_2、能量为50 IOOkeV,它足够重可防止在后续的退火工艺的进一步扩散，又不会对硅基产生显著的损伤；第4步，在P型埋层107和有源区的边沿进行P型杂质离子注入形成集电区的P型杂质离子注入层106，所述P型杂质离子注入采用CMOS中P阱注入工艺；第5步，在有源区上方进行N型杂质离子注入形成基区的N型杂质离子注入层，并在底部进行离子注入形成N型深阱注入层102，使N型深阱注入层102与N型埋层105相连；所述N型深阱注入层102的注入离子为磷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为500 1500keV ；第6步，在基区上部淀积介质层和多晶硅层，光刻和刻蚀打开大于有源区的窗口，生长锗硅外延层110，所述锗硅外延层110分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，锗硅层有高掺杂的硼而硅帽层有低掺杂的硼，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IO16 1017cm_3 ;所述介质层为氧化硅，或氮化硅，或氧化硅加氮化硅，或者氮氧化硅加氮化硅；
第7步，对锗硅外延层110注入P型杂质离子进行重掺杂形成发射区，P型离子注入剂量为IO15 1016cm_2、能量小于15keV，注入离子为硼；第8步,通过一次热退火,温度为900 1100摄氏度，时间为10 60秒钟,将重掺杂的P型单晶锗硅作为扩散源推进到基区形成浅结，结的深度在300 500埃，即发射极；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9步，进行硅化物阻挡层的淀积、光刻和刻蚀，硅化物阻挡层112保护有源区以阻止其生成金属硅化物，而有源区外位于浅沟槽隔离层108上的的多晶硅层109上部生成金属硅化物层111 ;再依次形成接触孔115、深接触孔113、114和金属连线对发射极、基极和集电极的连接，发射极由有源区外的锗硅多晶硅形成的金属硅化物与常规接触孔115连接 形成，而基区和集电区则由重掺杂的N型埋层105和P型埋层107通过深接触孔113、114连接来实现。其中，所述P型杂质离子注入层采用CMOS中P阱注入工艺形成，注入离子为硼，注入条件为低剂量IO13 1014cnT2、中等能量100 150keV。由于集电区的掺杂浓度偏高，为使横向寄生型PNP管的厄利电压足够高，基区的掺杂浓度不能太低，要比集电区的掺杂浓度高，这就需要采用较高的离子注入浓度，本实施例采用锗硅工艺中用于形成高压和高速NPN管集电区的离子注入制作横向寄生型PNP管的N型基区。所述N型基区通过三步形成，注入离子为磷或砷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为100 300keV。其中，第一步进行离子注入层103，离子的注入剂量较大、能量较低；第二步淀积一介质膜，所述介质膜为氧化硅或氮化硅或氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅，刻蚀介质膜形成基区开口 ；第三步进行离子注入层104，离子的注入剂量较低，能量较大。所述第一步离子注入和第三步离子注入与锗硅工艺中共同形成高速NPN管集电区的两次离子注入方式相同，所述第三步离子注入与锗硅工艺中形成高压NPN管集电区的离子注入方式相同。本发明中，集电区综合采用了 P型埋层的注入，同时加上传统的CMOS P阱(低剂量、中等能量离子)注入并退火进行杂质推进构成有浓度梯度的集电极，采用锗硅工艺中用于形成高压NPN管集电区的离子注入和形成高速NPN管集电区的离子注入构成横向寄生型PNP管的N型基极，以及在有源区上没有形成金属硅化物的单晶锗硅外延层并P型注入重掺杂形成发射极，这样使得发射极离子浓度高于基极，基极离子浓度高于集电极并且集电极的末端有较高浓度的横向寄生型PNP器件，从而提高横向寄生型PNP器件的性能；集电极末端的P型埋层在减小深孔接触电阻的同时还可以降低寄生NPN器件的性能。本发明由与基区相隔大于I微米的P型埋层且同时集电区加上传统的CMOS (低剂量、中等能量离子)注入的P阱并退火进行杂质推进构成集电极，这样形成的基极-集电极耗尽区靠集电极区的浓度就较低，在器件正常工作状态时的基极-集电极反偏时就不会造成基区调制变窄。本发明有源区上的P型锗硅外延层通过P型注入重掺杂形成发射极，其中心用硅化物阻挡层隔开，形成无金属硅化物的锗硅，以补偿较浓的基区掺杂对PNP管直流电流放大倍数的降低，可以减少金属硅化物对硅的损失，提高发射极的厚度，可降低基极扩散电流，提高器件的直流电流放大倍数。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
1.一种锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，其特征在于，有源区由浅槽场氧隔离，包括集电区、基区和发射区；其中， 集电区，包括形成于有源区两侧的浅槽底部的P型埋层、形成于浅槽底部且与P型埋层连接的P型杂质离子注入层，所述P型埋层与基区在横向相隔的距离大于I微米，所述集电区通过在P型埋层顶部对应的浅槽中的深接触孔引出； 基区，由形成于有源区上部的N型杂质离子注入层构成； 发射区，由形成于基区的N型杂质离子注入层之上的P型锗硅外延层和形成于浅槽顶部与P型锗硅外延层相接的多晶硅层构成，所述发射区通过多晶硅层顶部的金属硅化物层上的接触孔引出；所述P型锗硅外延层的上部具有一阻止锗硅金属硅化的硅化物阻挡层。
2.根据权利要求I所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，其特征在于还包括一外基区，所述外基区由形成于有源区两侧的浅槽底部的N型埋层，及形成于基区底部的一 N型深阱注入层组成，N型埋层与集电区的P型埋层之间有一横向距离，所述N型深阱 注入层与N型埋层相连，所述基区通过在N型埋层顶部对应的浅槽中的深接触孔弓I出。
3.根据权利要求I所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 第I步，在硅衬底上形成有源区和浅槽； 第2步，通过在浅槽底部注入P型离子形成P型埋层； 第3步，通过在浅槽底部注入N型离子形成N型埋层； 第4步，在P型埋层到有源区的边沿进行P型杂质离子注入形成集电区的P型杂质离子注入层，所述P型杂质离子注入采用CMOS中P阱注入工艺； 第5步，在有源区上方进行N型杂质离子注入形成基区的N型杂质离子注入层，并在底部进行离子注入形成N型深阱注入层，使N型深阱注入层与N型埋层相连； 第6步，在基区上部淀积介质层和多晶硅层，光刻和刻蚀打开大于有源区的窗口，生长锗硅外延层，对锗硅外延层注入P型杂质离子进行重掺杂形成发射区； 第7步，退火激活注入的杂质离子； 第8步，进行硅化物阻挡层的淀积、光刻和刻蚀，位于有源区上的硅化物阻挡层阻止有源区生成金属硅化物，有源区外的多晶硅层生成金属硅化物层；再依次形成接触孔、深接触孔和金属连线对发射极、基极和集电极的连接。
4.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征在于所述P型埋层的注入离子为硼，注入剂量为IO14 1016cm_2、能量小于15keV ;所述N型埋层的注入离子为砷，注入剂量为IO15 1016cnT2、能量为50 IOOkeV ;所述N型深阱注入层的注入离子为磷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为500 1500keV。
5.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征在于所述P型杂质离子注入层采用CMOS中P阱注入工艺形成，注入离子为硼，注入剂量为IO13 1014cm_2、能量为 100 150keVo
6.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征在于所述N型杂质离子注入层通过三步形成，注入离子为磷或砷，注入剂量为IO14 1015cm_2、能量为100 300keV ;其中，第一步进行离子注入；第二步淀积一介质膜，所述介质膜为氧化硅或氮化硅或氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅，刻蚀介质膜形成基区开口 ；第三步进行离子注入；所述第一步离子注入和第三步离子注入与锗硅工艺中共同形成高速NPN管集电区的两次离子注入方式相同，所述第三步离子注入与锗硅工艺中形成高压NPN管集电区的离子注入方式相同。
7.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，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，锗硅层有高掺杂的硼而硅帽层有低掺杂的硼，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 1019cnT3，硅帽层为100 500埃，掺杂浓度在IO15 1017cnT3。
8.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征在于锗硅外延层的P型离子注入剂量为IO15 1016cm_2、能量小于15keV，注入离子为硼。
9.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件的制造方法，其特征 在于所述第7步中的退火工艺为温度在900 1100°C，时间在10 60秒钟。
全文摘要
本发明公开了一种锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP器件，有源区由浅槽场氧隔离，集电区包括形成于有源区两侧的浅槽底部的P型埋层、形成于浅槽底部且与P型埋层连接的P型杂质离子注入层，P型埋层与基区在横向相隔的距离大于1微米；基区由形成于有源区上部的N型杂质离子注入层构成；发射区由形成于基区的N型杂质离子注入层之上的P型锗硅外延层和形成于浅槽顶部与P型锗硅外延层相接的多晶硅层构成，所述P型锗硅外延层的上部具有一硅化物阻挡层。本发明还公开了一种所述PNP器件的制造方法。本发明提高了PNP器件的性能，发射区形成无金属硅化物的锗硅，减少金属硅化物对硅的损失，提高发射区的厚度，降低基极扩散电流，提高直流电流放大倍数。
文档编号H01L29/36GK102969349SQ20111025610
公开日2013年3月13日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者周正良, 周克然 申请人:上海华虹Nec电子有限公司