锗硅hbt工艺中的横向寄生pnp器件及制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件，具有由发射区窗口介质和发射极多晶硅形成的阻挡区，降低了基区扩散电流，发射区和集电区之间由锗硅窗口介质和锗硅多晶硅形成的隔离区，隔离区下由N型外延组成基区，基区有集电极下沉通道连接。本发明所述的锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件，其俯视图为多边形，发射极中心形成多边形环，降低基极电流，发射极和集电极之间用锗硅介质层做隔离，提高了发射极面积及降低基区宽度，提高了器件的直流方法倍数。本发明还公开了所述锗硅HBT器件的制造工艺方法。
【专利说明】锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件及制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，具体是指一种锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件，本发明还涉及所述器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]常规的锗硅HBT工艺中的横向寄生型PNP三极管，它的基本器件结构如图1所示，由一个P型的高掺杂的环形有源区9为发射极，中间有一多边形的区域(发射区9之间的区域)，上有介质层11及多晶硅8来阻挡P型离子注入；基极是一 N型的外延区，下面有N型埋层2为低电阻的通道，并由外圈的N型电下沉通道5连接到硅表面；集电极为一 P型轻掺杂区6 ;发射区9和集电区6之间由场氧4或浅沟槽为隔离。这样形成的器件的发射区9是多边形的外环，其有效发射极面积是图1中区域9超过隔离氧化硅的部分，基区是L形的，这样发射极面积较小，基区较宽，这两个因素都会降低从发射极扩散到集电极的电流，这样横向PNP的直流放大倍数Hfe会较低，一般在25以下。但对某些应用，Hfe在必须在50以上，这样原设计的器件应用会受到很大限制。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于提供一种锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件，以降低基极电流，提高器件直流放大倍数或者器件的截止频率。
[0004]本发明所要解决的另一技术问题在于提供所述锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件的制造方法。
[0005]为解决上述问题，本发明所述的锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件，结构为:
[0006]发射区，在器件的俯视角度上是一个P型重掺杂的的多边形环，在环形发射区的中间是一个由锗硅HBT的发射极窗口介质及多晶硅的形成的多边形阻挡；
[0007]基区，是由N型埋层上的低掺杂的N型外延层组成，并由埋层和基区下沉通道引出；
[0008]集电区，由低掺杂的P型离子注入区及重掺杂引出区组成，集电区上方的硅表面覆盖金属硅化物；
[0009]在N型外延层表面,发射区和集电区之间的外延表面具有介质层及锗娃外延作隔离，集电区和基区之间用浅沟槽或场氧隔离；环形发射区及环形发射区的包围区域覆盖锗硅外延，环形发射区包围区域的锗硅外延上方依次覆盖有介质层、多晶硅及金属硅化物；基区下沉通道上方的硅表面依次覆盖多晶硅及金属硅化物；发射区上方的锗硅外延上也覆盖金属娃化物；
[0010]整个器件表面具有层间介质，各接触孔分别穿通层间介质接触到所述基区下沉通道、集电区以及发射区上方锗硅外延上的金属硅化物，将寄生PNP管的基区、集电区以及发射区引出，形成所述寄生PNP管的基极、集电极及发射极。
[0011]进一步地，所述的横向寄生PNP器件在俯视角度上是同心的多边形，较佳地是八边形。
[0012]本发明所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件的制造方法，包括如下步骤:
[0013]第I步，在P型硅衬底上形成重掺杂的N型埋层，并进行高温长时间推进；
[0014]第2步，在N型埋层上生长轻掺杂的N型外延层；
[0015]第3步，再N型外延层上形成浅沟槽或者场氧隔离区；
[0016]第4步，离子注入重掺杂的N型下沉电连接通道弓I出N型埋层，及离子注入轻掺杂的P型集电区，然后进行一次高温推进；
[0017]第5步,在N型外延表面淀积锗娃窗口介质，优选地介质材料是一层氧化娃和一层多晶硅，光刻和干刻打开锗硅窗口，生长锗硅外延层，在窗口打开的有源区形成单晶硅，而其它区域则形成多晶硅；
[0018]第6步，光刻和干刻形成横向寄生PNP的发射区以及有源区外的用于和接触孔连接的引出区域；
[0019]第7步，光刻和干刻形成寄生PNP发射极中心的阻挡区及基区的多晶硅；并在光刻胶去除前进行低能量高剂量的P型离子注入；
[0020]第8步，快速热退火激活注入的杂质离子，再形成金属硅化物，器件表面淀积层间介质，并依次形成接触孔和金属连线完成对发射极、基极和集电极的连接。
[0021]进一步地，所述第I步中N型埋层的注入离子是砷，注入剂量为IO15?1016cm_2、能量为50?IOOkeV ;所述高温推进的温度在1000?1150°C，时间在30?300分钟。
[0022]进一步地，所述第2步中N型外延的掺杂离子为磷，体浓度在5xl015?2xl016cm_3。
[0023]进一步地，所述第4步中N型下沉电连接通道的注入离子为磷，注入剂量为IO15?IO16CnT2,注入能量为50?IOOkeV ；P型轻掺杂离子注入为硼，注入剂量为5xl012?5xl013cnT2，注入能量为30?200keV ;高温推进的温度在950?1050°C，时间在30?60分钟。
[0024]进一步地，所述第7步中低能量高剂量的P型离子注入为硼，注入剂量为IxlO15Cm-2以上，注入能量为5?35KeV。
[0025]进一步地，所述第8步中快速退火工艺为温度在950?1100°C，时间在10?60秒。
[0026]本发明所述的锗硅HBT工艺中横向寄生PNP器件，通过在发射极中心形成以多边形的环，降低基区通过发射区的扩散电流，发射区和集电区之间用锗硅介质层代替场氧区作为隔离，提高发射极面积及降低基区宽度，即增加了集电极电流，提高了所述寄生PNP器件的直流放大倍数Hfe，也提高了器件的截止频率。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是常规的横向寄生PNP管的剖面图；
[0028]图2?9是本发明制造工艺步骤说明；
[0029]图10是本发明器件的俯视图；
[0030]图11是本发明制造工艺流程图。
[0031]附图标记说明
[0032]I是衬底，2是埋层，3是N型外延，4是场氧，5是基区下沉通道，6是集电区，7是锗组成，集电区6上方的娃表面覆盖金属娃化
环形发射区的包围区域覆盖锗硅外延7，且盖有介质层11及多晶娃8、金属娃化物10 ；?及金属娃化物10 ；发射区9上方的锗娃外
！孔13分别穿通层间介质12接触到所述基十延7上的金属硅化物10，将寄生？册管的:生管的基极、集电极及发射极。
明，在器件的俯视角度上，本发明是呈多边&区6位于外圈，集电区与发射区之间是多勺区域及发射区阻挡层。环形的结构在图9
&先结合附图2?9所示说明如下:
底1上，用离子注入的方式选择性地形成~力，剂量为1015挪—2以上，然后进行长时间高硅，氧化硅的厚度在200?600埃，多晶硅的厚度在300?600埃，光刻和干刻打开发射区窗口，生长锗硅外延层7，在窗口打开的有源区形成单晶硅，而其它区域则形成多晶硅。
[0047]第6步，如图7所示，光刻和干刻形成锗硅HBT的内外基区，横向寄生PNP的发射区以及有源区外的用于和接触孔连接的引出区域。
[0048]第7步，如图8所示，淀积锗硅HBT NPN管的发射极窗口介质11，同时，在PNP的基区有源区打开锗硅HBT的发射极窗口，后淀积锗硅HBT的发射极多晶硅8，光刻和干刻形成PNP发射极中心的阻挡区多晶硅8及基区的多晶硅8引出区，并在光刻胶去除前进行低能量高剂量的P型离子注入，形成发射区9及集电区6的重掺杂引出。
[0049]第8步，快速热退火激活注入的杂质离子，温度在950?1100°C，时间在10?60秒钟；再形成金属硅化物10，淀积层间介质并依次形成接触孔13和金属连线(附图未示出)完成对发射极、基极和集电极的连接。最终器件的完成图如图9所示，器件表面的金属连线图中未示出。
[0050]以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种锗硅耶I工艺中的横向寄生？册器件，其特征在于:包含: 发射区，在器件的俯视角度上是一个？型重掺杂的的多边形环，在环形发射区的中间是一个由锗硅耶I的发射极窗口介质及多晶硅的形成的多边形阻挡； 基区，是由~型埋层上的低掺杂的~型外延层组成，并由埋层和基区下沉通道引出；集电区，由低掺杂的？型离子注入区及重掺杂引出区组成，集电区上方的硅表面覆盖金属娃化物； 在~型外延层表面，发射区和集电区之间的外延表面由介质层及锗硅外延作隔离，集电区和基区之间用浅沟槽或场氧隔离；环形发射区及环形发射区的包围区域覆盖锗硅外延，，且环形发射区包围区域的锗硅外延上方依次覆盖有介质层及多晶硅，多晶硅上覆盖金属硅化物；基区下沉通道上方的硅表面依次覆盖多晶硅及金属硅化物；发射区上方的锗硅外延上也覆盖金属硅化物； 整个器件表面具有层间介质，各接触孔分别穿通层间介质接触到所述基区下沉通道、集电区以及发射区上方锗娃外延上的金属硅化物，将寄生管的基区、集电区以及发射区引出，形成所述寄生管的基极、集电极及发射极。
2.如权利要求1所述的锗硅工艺中的横向寄生？册器件，其特征在于:所述的横向寄生？册器件在俯视角度上是同心的多边形，常见为八边形。
3.根据权利要求1所述的锗硅耶1工艺中的横向寄生？册器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 第1步，在？型硅衬底上形成重掺杂的~型埋层，并进行高温长时间推进； 第2步，在~型埋层上生长轻掺杂的~型外延层； 第3步，再~型外延层上形成浅沟槽或者场氧隔离区； 第4步，离子注入重掺杂的~型下沉电连接通道引出~型埋层，及离子注入轻掺杂的？型集电区，然后进行一次高温推进； 第5步，在~型外延表面淀积锗硅窗口介质，光刻和干刻打开锗硅窗口，生长锗硅外延层，在窗口打开的有源区形成单晶硅，而其它区域则形成多晶硅； 第6步，光刻和干刻形成横向寄生？册的发射区以及有源区外的用于和接触孔连接的引出区域； 第7步，光刻和干刻形成寄生？册发射极中心的阻挡区及基区的多晶硅，并在光刻胶去除前进行低能量高剂量的？型离子注入； 第8步，快速热退火激活注入的杂质离子，再形成金属硅化物，器件表面淀积层间介质，并依次形成接触孔和金属连线完成对发射极、基极和集电极的连接。
4.根据权利要求3所述的锗硅耶1工艺中的横向寄生？册器件的制造方法，其特征在于:所述第1步中~型埋层的注入离子是砷，注入剂量为1015~1016挪—2、能量为50~100^ ；所述高温推进的温度在1000~11501，时间在30~300分钟。
5.根据权利要求3所述的锗硅耶1工艺中的横向寄生？册器件的制造方法，其特征在于:所述第2步中~型外延的掺杂离子为磷，体浓度在5x10“~
6.根据权利要求3所述的锗硅耶1工艺中的横向寄生？册器件的制造方法，其特征在于:所述第4步中~型下沉电连接通道的注入离子为磷，注入剂量为1015~10160！11—2，注入能量为50~1001^67 ；？型轻掺杂离子注入为硼，注入剂量为5x10”~511013。111—2，注入能量为30~200keV ;高温推进的温度在950~1050°C，时间在30~60分钟。
7.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件的制造方法，其特征在于:所述第5步中较佳地介质材料是一层氧化娃和一层多晶娃。
8.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件的制造方法，其特征在于:所述第7步中低能量高剂量的P型离子注入为硼，注入剂量为lX1015cm_2以上，注入能量为5~35KeV0
9.根据权利要求3所述的锗硅HBT工艺中的横向寄生PNP器件的制造方法，其特征在于:所述第8步中快速退火工艺为温度在950~1100°C，时间在10~60秒。
【文档编号】H01L29/08GK103839985SQ201210487432
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月26日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】周正良, 陈曦 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司