专利名称：锗硅异质结双极型晶体管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种锗硅(SiGe)异质结双极型晶体管(HBT)。本发明还涉及锗硅异质结双极型晶体管的制造方法。
背景技术：
由于现代通信对高频带下高性能、低噪声和低成本的RF组件的需求，现有的Si材料器件无法满足性能规格、输出功率和线性度新的要求，功率SiGe HBT则在更高、更宽的频段的功放中发挥重要作用。与砷化镓器件相比，虽然SiGe HBT在频率上还处劣势，但SiGe HBT凭着更好的热导率和良好的衬底机械性能，较好地解决了功放的散热问题，SiGe HBT还具有更好的线性度、更高集成度；SiGe HBT仍然属于硅基技术，和CMOS工艺有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工艺为功放与逻辑控制电路的集成提供极大的便利，也降低了工艺成本。
国际上目前已经广泛采用SiGe HBT作为高频大功率功放器件应用于无线通讯产品，如手机中的功率放大器和低噪声放大器等。为了提高射频功率放大器的输出功率，在器件正常工作范围内通过提高工作电流和提高工作电压都是有效的方式。通过各种工艺设计和器件设计来减小锗硅HBT的集电区电阻对降低功耗和提高器件的最高振荡频率也至关重要。同时，减小器件的尺寸对提高集成电路的集成度和减小一些寄生参数(如基区电阻、 集电区电阻、电容等)、提高器件的性能也是重要的手段。对于用于锗硅HBT，高耐压器件可使电路在相同功率下获得较小电流，从而降低功耗，因而需求广泛。因此在如何保持器件的特征频率的同时进一步提高SiGe HBT耐压越来越成为锗硅HBT器件的研究热点。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅异质结双极型晶体管，能改善集电区的电场分布，提高集电区和基区之间的结击穿电压从而提高器件的击穿电压，能缩小器件的面积，减少基区和集电区的结电容并提闻器件的频率特性。为此，本发明还提供一种错娃异质结双极型晶体管的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅异质结双极型晶体管形成于硅衬底上， 有源区由浅槽场氧隔离，锗硅异质结双极型晶体管包括
集电区，由形成于所述有源区中的一 N型离子注入区组成，所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度、且所述集电区横向延伸进入所述有源区周侧的浅槽场氧底部。
赝埋层，由形成于所述有源区周侧的浅槽场氧底部的N型离子注入区组成，所述赝埋层和所述有源区的边缘相隔一段距离并和所述集电区的延伸部分在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触，该深孔接触引出集电极。
多晶硅场板，形成于所述有源区周侧的所述浅槽场氧的上，所述多晶硅场板覆盖的区域包括所述集电区的延伸到所述浅槽场氧底部的部分以及所述赝埋层的一部分；在所述多晶硅场板上方形成有金属接触，该金属接触和所述集电极相连。
基区，由形成 于所述有源区上的P型锗硅外延层组成，所述基区在所述有源区的表面和所述集电区相接触。
发射区，由形成于所述基区上部的N型多晶硅组成，所述发射区和所述基区相接触，所述发射区的尺寸小于所述基区的尺寸；在所述发射区的顶部形成有金属接触，该金属接触和所述发射区接触并引出发射极。
和所述发射区相接触的所述基区为本征基区，所述本征基区外侧的所述基区为外基区，所述外基区的掺杂浓度大于所述本征基区的掺杂浓度；在所述外基区的顶部形成有金属接触，该金属接触和所述外基区接触并引出基极。
进一步的改进是，在所述发射区的侧面、所述基区的侧面和所述多晶硅场板的侧面都形成有侧墙。
为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅异质结双极型晶体管的制造方法包括如下步骤
步骤一、在硅衬底上形成浅沟槽和有源区。
步骤二、在所述有源区周侧的所述浅沟槽的底部的进行N型离子注入形成赝埋层，所述赝埋层和所述有源区的边缘相隔一横向距离。
步骤三、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。
步骤四、在所述有源区中进行N型离子注入形成集电区，所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度、且所述集电区横向延伸进入所述有源区周侧的所述浅槽场氧底部并和所述赝埋层形成接触。
步骤五、在所述硅衬底正面淀积一层多晶硅并刻蚀形成多晶硅场板，所述多晶硅场板位于所述有源区周侧的所述浅槽场氧的上，所述多晶硅场板覆盖的区域包括所述集电区的延伸到所述浅槽场氧底部的部分以及所述赝埋层的一部分。
步骤六、在所述有源区上方形成基区，所述基区由一 P型硅锗外延层刻蚀后形成， 所述基区和所述集电区形成接触。
步骤七、在所述基区上方形成发射区，所述发射区由N型多晶硅刻蚀后形成；所述发射区的尺寸小于所述基区的尺寸，且所述发射区位于所述基区的中央区域的上方；所述发射区和所述基区形成接触；和所述发射区相接触的所述基区为本征基区，所述本征基区外侧的为外基区。
步骤八、采用离子注入工艺在所述外基区中掺入P型杂质。
步骤九、在所述赝埋层顶部的浅槽场氧中形成深孔接触引出所述集电极；在所述多晶硅场板的顶部形成金属接触并将该金属接触和所述集电极相连；在所述发射区顶部形成金属接触引出发射极；在所述外基区的顶部形成金属接触引出基极。
进一步的改进是，步骤二中所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为注入杂质为磷，注入剂量IeHcnT2 lel6cnT2，注入能量为2KeV 50KeV。
进一步的改 进是，步骤四中所述集电区的N型离子注入工艺条件为注入杂质为磷或砷，注入剂量2el2cnT2 5el4cnT2，注入能量为30KeV 350KeV。
进一步的改进是，步骤六中形成所述基区前还包括形成基区窗口的步骤，先在所述硅衬底上淀积第一介质层，再刻蚀所述第一介质层形成所述基区窗口，所述基区窗口位于所述有源区的上方且所述基区窗口的尺寸大于等于所述有源区的尺寸，所述基区窗口定义出所述集电区和所述基区的接触区域。
进一步的改进是，步骤七中形成所述发射区前还包括形成发射区窗口的步骤，先在所述硅衬底上淀积第二介质层，所述第二介质层和所述锗硅外延层相接触；刻蚀所述第二介质层形成发射区窗口，所述发射区窗口位于所述基区的正上方且比所述基区的尺寸要小；所述发射区窗口定义出所述基区和所述发射区的接触区域。
本发明具有如下有益效果
1、本发明的通过将集电区延伸到有源区周侧的浅槽场氧的底部，能是集电区和基区的结的耗尽区域由一维变化为二维，即耗尽区即有向衬底底部方向的纵向展宽，又有向沿着浅槽场氧的底部方向的横向展宽，二维的集电区和基区的结的耗尽区域结构能使集电区和基区结击穿电压提高，从而提高整个器件的击穿电压。
2、本发明通过在浅槽场氧上方设置一多晶硅场板，该多晶硅场板将集电区的横向区域覆盖，能够使集电区的电场分布得到改善，从而进一步的提高器件的击穿电压。
3、本发明是通过形成于有源区周侧的浅槽场氧底部的赝埋层来和集电区相连通过一深孔接触来引出集电极的，相对于现有技术中通过一埋层连接到和集电区相邻的有源区中并在相邻的有源区中形成金属接触来引出集电极的结构，本发明能极大地缩减器件尺寸和面积。
4、本发明引出集电极的深孔接触距离器件的集电区很近，能减少集电极电阻和集电极的寄生电容，从而能提高器件的频率特性。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明
图1是本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管的结构示意图2A-图2E是本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管的制造方法的各步骤中的器件结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管的结构示意图。本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管形成于P型硅衬底101上，有源区由浅槽场氧201隔离，锗硅异质结双极型晶体管包括
集电区202，由形成于所述有源区中的一 N型离子注入区组成，所述集电区202深度大于所述浅槽场氧201底部的深度、且所述集电区202横向延伸进入所述有源区周侧的浅槽场氧201底部。
赝埋层107，由形成于所述有源区周侧的浅槽场氧201底部的N型离子注入区组成，所述赝埋层107和所述有源区的边缘相隔一段距离并和所述集电区202的延伸部分在所述浅槽场氧201底部相接触，在所述赝埋层107顶部的所述浅槽场氧201中形成有深孔接触601，该深孔接触601引出集电极。
多晶硅场板301，形成于所述有源区周侧的所述浅槽场氧201的上，所述多晶硅场板301覆盖的区域包括所述集电区202的延伸到所述浅槽场氧201底部的部分以及所述赝埋层107的一部分；在所述多晶硅场板301上方形成有金属接触602，该金属接触602和所述集 电极相连。所述多晶硅场板301能和CMOS工艺中的多晶硅栅工艺条件相同，二者能集成在一起同时形成。
基区403，由形成于所述有源区上的P型锗硅外延层组成，所述基区403在所述有源区的表面和所述集电区202相接触。
发射区402，由形成于所述基区403上部的N型多晶硅组成，所述发射区402和所述基区403相接触，所述发射区402的尺寸小于所述基区403的尺寸。所述发射区402和所述基区403的接触区域由第二介质层401刻蚀后形成的发射区窗口定义。本发明实施例中所述第二介质层401为一二氧化硅层。在所述发射区402的顶部形成有金属接触602，该金属接触602和所述发射区402接触并引出发射极。
和所述发射区402相接触的所述基区403为本征基区，所述本征基区外侧的所述基区403为外基区，所述外基区的掺杂浓度大于所述本征基区的掺杂浓度；在所述外基区的顶部形成有金属接触602，该金属接触602和所述外基区接触并引出基极。在所述发射区 402的侧面、所述基区403的侧面和所述多晶硅场板301的侧面都形成有侧墙501、502和 503。在器件的顶层形成有金属层603,该金属层603实现器件的互连。
如图2A至图2E所示，是本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管的制造方法的各步骤中的器件结构示意图。本发明实施例锗硅异质结双极型晶体管的制造方法包括如下步骤
步骤一、如图2A所示，采用光刻刻蚀工艺在硅衬底101上形成浅沟槽和有源区。刻蚀时所述有源区上方用硬质掩模层做保护，所述硬质掩模层包括氧化层102、氮化层103和氧化层104。
如图2A所示，形成所述浅沟槽之后，淀积一层氧化物并刻蚀，在所述浅沟槽的内侧面形成氧化物侧壁105，所述浅沟槽的底部表面还保留一层氧化物106.
步骤二、如图2A所示 ，在所述有源区周侧的所述浅沟槽的底部的进行N型离子注入形成赝埋层107，所述赝埋层107和所述有源区的边缘相隔一横向距离。所述赝埋层107 注入区域由光刻胶进行定义。所述赝埋层107的N型离子注入工艺条件为注入杂质为磷， 注入剂量IeHcnT2 lel6cnT2，注入能量为2KeV 50KeV。
步骤三、如图2B所示，在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧201。
步骤四、如图2C所示，在所述有源区中进行N型离子注入形成集电区202，所述集电区202深度大于所述浅槽场氧201底部的深度、且所述集电区202横向延伸进入所述有源区周侧的所述浅槽场氧201底部并和所述赝埋层107形成接触。所述集电区202的N 型离子注入工艺条件为注入杂质为磷或砷，注入剂量2el2Cm_2 5e14cm_2，注入能量为 30KeV 350KeVo
步骤五、如图2C所示，在所述硅衬底101正面淀积一层多晶硅并刻蚀形成多晶硅场板301，所述多晶硅场板301位于所述有源区周侧的所述浅槽场氧201的上，所述多晶硅场板301覆盖的区域包括所述集电区202的延伸到所述浅槽场氧201底部的部分以及所述赝埋层107的一部分。所述多晶硅场板301能和CMOS工艺中的多晶硅栅工艺条件相同，二者能集成在一起同时形成。
步骤六、如图2D所示,先在所述娃衬底101上淀积第一介质层,再刻蚀所述第一介质层形成所述基区窗口，所述基区窗口位于所述有源区的上方且所述基区窗口的尺寸大于等于所述有源区的尺寸，所述基区窗口定义出所述集电区202和所述基区403的接触区域。
在所述述硅衬底101的正面形成一 P型硅锗外延层，刻蚀所述硅锗外延层形成基区403。所述基区403位于所述有源区上方并在所述基区窗口定义的区域和所述集电区202 形成接触。
步骤七、如图2D所示，在所述硅衬底101上淀积第二介质层401，所述第二介质层 401为一氧化物介质层。所述第二介质层401和所述锗硅外延层相接触；刻蚀所述第二介质层401形成发射区窗口，所述发射区窗口位于所述基区403的正上方且比所述基区403的尺寸要小；所述发射区窗口定义出所述基区403和所述发射区402的接触区域。
在所述硅衬底101的正面淀积一层N型多晶硅，在所述发射区窗口的区域内所述 N型多晶硅和所述基区403相接触。采用离子注入工艺对所述N型多晶硅进行掺杂并采用热退火工艺进行激活，所述N型多晶硅的离子注入的工艺条件为注入杂质为磷或砷，注入剂量大于2el5Cm_2，注入能量由所述N型多晶硅的厚度决定，不能穿透所述N型多晶硅。
如图2D所示，采用光刻工艺用光刻胶定义出发射区的形成区域，以所述光刻胶为掩模将所述发射区的区域外部的所述N型多晶硅402和所述第二介质层401都去除，最后形成如图2D所示的发射区402。所述发射区402的尺寸小于所述基区403的尺寸，且所述发射区402位于所述基区403的中央区域的上方；所述发射区402和所述基区403形成接触；和所述发射区402相接触的所述基区403为本征基区，所述本征基区外侧的为外基区。
步骤八、如图2D所示，采用离子注入工艺在所述外基区中掺入P型杂质。
如图2E所示，先在所述硅衬底101的正面淀积一层氧化物介质层，采用全面刻蚀工艺对该氧化物介质层进行刻蚀，所述硅衬底101上方的平面处的氧化物介质层都被去除，而在所述发射区402的侧面、所述基区403的侧面和所述多晶硅场板301的侧面都形成有侧墙501、502和503。
步骤九、如图1所示，在所述赝埋层107顶部的浅槽场氧201中形成深孔接触601 引出所述集电极；在所述多晶硅场板301的顶部形成金属接触602并将该金 属接触602和所述集电极相连；在所述发射区402顶部形成金属接触602引出发射极；在所述外基区的顶部形成金属接触602引出基极。在器件的顶层形成金属层603实现器件的互连。
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，本领域的技术人员还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
1.一种锗硅异质结双极型晶体管，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其特征在于，锗硅异质结双极型晶体管包括 集电区，由形成于所述有源区中的一 N型离子注入区组成，所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度、且所述集电区横向延伸进入所述有源区周侧的浅槽场氧底部； 赝埋层，由形成于所述有源区周侧的浅槽场氧底部的N型离子注入区组成，所述赝埋层和所述有源区的边缘相隔一段距离并和所述集电区的延伸部分在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触，该深孔接触引出集电极； 多晶硅场板，形成于所述有源区周侧的所述浅槽场氧的上，所述多晶硅场板覆盖的区域包括所述集电区的延伸到所述浅槽场氧底部的部分以及所述赝埋层的一部分；在所述多晶硅场板上方形成有金属接触，该金属接触和所述集电极相连； 基区，由形成于所述有源区上的P型锗硅外延层组成，所述基区在所述有源区的表面和所述集电区相接触； 发射区，由形成于所述基区上部的N型多晶硅组成，所述发射区和所述基区相接触，所述发射区的尺寸小于所述基区的尺寸；在所述发射区的顶部形成有金属接触，该金属接触和所述发射区接触并引出发射极； 和所述发射区相接触的所述基区为本征基区，所述本征基区外侧的所述基区为外基区，所述外基区的掺杂浓度大于所述本征基区的掺杂浓度；在所述外基区的顶部形成有金属接触，该金属接触和所述外基区接触并引出基极。
2.如权利要求1所述的锗硅异质结双极型晶体管，其特征在于在所述发射区的侧面、所述基区的侧面和所述多晶硅场板的侧面都形成有侧墙。
3.—种锗硅异质结双极型晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一、在硅衬底上形成浅沟槽和有源区； 步骤二、在所述有源区周侧的所述浅沟槽的底部的进行N型离子注入形成赝埋层，所述赝埋层和所述有源区的边缘相隔一横向距离； 步骤三、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧； 步骤四、在所述有源区中进行N型离子注入形成集电区，所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度、且所述集电区横向延伸进入所述有源区周侧的所述浅槽场氧底部并和所述赝埋层形成接触； 步骤五、在所述硅衬底正面淀积一层多晶硅并刻蚀形成多晶硅场板，所述多晶硅场板位于所述有源区周侧的所述浅槽场氧的上，所述多晶硅场板覆盖的区域包括所述集电区的延伸到所述浅槽场氧底部的部分以及所述赝埋层的一部分； 步骤六、在所述有源区上方形成基区，所述基区由一 P型硅锗外延层刻蚀后形成，所述基区和所述集电区形成接触； 步骤七、在所述基区上方形成发射区，所述发射区由N型多晶硅刻蚀后形成；所述发射区的尺寸小于所述基区的尺寸，且所述发射区位于所述基区的中央区域的上方；所述发射区和所述基区形成接触；和所述发射区相接触的所述基区为本征基区，所述本征基区外侧的为外基区； 步骤八、采用离子注入工艺在所述外基区中掺入P型杂质； 步骤九、在所述赝埋层顶部的浅槽场氧中形成深孔接触引出所述集电极；在所述多晶硅场板的顶部形成金属接触并将该金属接触和所述集电极相连；在所述发射区顶部形成金属接触引出发射极；在所述外基区的顶部形成金属接触引出基极。
4.如权利要求3所述的锗硅异质结双极型晶体管的制造方法，其特征在于步骤二中所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为注入杂质为磷，注入剂量lel4cm_2 lel6cm_2，注入能量为2KeV 50KeV。
5.如权利要求3所述的锗硅HBT器件的制造方法，其特征在于步骤四中所述集电区的N型离子注入工艺条件为注入杂质为磷或砷，注入剂量2el2Cm_2 5e14cm_2，注入能量为 30KeV 350KeV。
6.如权利要求3所述的锗硅HBT器件的制造方法，其特征在于步骤六中形成所述基区前还包括形成基区窗口的步骤，先在所述硅衬底上淀积第一介质层，再刻蚀所述第一介质层形成所述基区窗口，所述基区窗口位于所述有源区的上方且所述基区窗口的尺寸大于等于所述有源区的尺寸，所述基区窗口定义出所述集电区和所述基区的接触区域。
7.如权利要求3所述的锗硅HBT器件的制造方法，其特征在于步骤七中形成所述发射区前还包括形成发射区窗口的步骤，先在所述硅衬底上淀积第二介质层，所述第二介质层和所述锗硅外延层相接触；刻蚀所述第二介质层形成发射区窗口，所述发射区窗口位于所述基区的正上方且比所述基区的尺寸要小；所述发射区窗口定义出所述基区和所述发射区的接触区域。
全文摘要
本发明公开了一种锗硅异质结双极型晶体管，集电区由形成于有源区中并横向延伸到有源区周侧的浅槽场氧底部。集电极通过赝埋层和深孔接触引出。有源区周侧的浅槽场氧上形成有多晶硅场板，多晶硅场板覆盖的区域包括集电区的延伸部分以及赝埋层的一部分；在多晶硅场板上方形成有金属接触并和集电极相连。本发明的集电区和基区的结的耗尽区域为二维结构，加上多晶硅场板能够使集电区的电场分布得到改善，能提高器件的击穿电压。本发明还能缩减器件尺寸和面积，能减少器件的寄生电阻和电容，能提高器件的频率特性。本发明还公开了一种锗硅异质结双极型晶体管的制造方法。
文档编号H01L29/737GK103050518SQ20121000411
公开日2013年4月17日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者刘冬华, 石晶, 段文婷, 钱文生, 胡君 申请人:上海华虹Nec电子有限公司