CN100533762C - 非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及其制备工艺 - Google Patents

非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了属于半导体器件及其制备技术领域的一种非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及其制备工艺。该异质结晶体管包括Si衬底形成的集电极，SiGe层基区和外基区，以及多晶Si发射极。在发射极和基极间设置侧墙结构层，抬高外基区层，其侧墙结构层防止发射极和基极间漏电，本发明采用抬高外基区工艺以外延方式生长外基区的非自对准技术，克服原有的锗硅异质结晶体管工艺中外基区注入工艺导致发射区窗口下的本征基区的硼增强扩散严重，从而引起基区变宽，掺杂改变，而降低器件的fT和fmax等参数的不足，使得器件的直流和高频特性有很大提升。

Description

非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及其制备工艺
技术领域
本发明属于半导体器件及其制备技术领域，特别涉及一种非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及其制备工艺。
背景技术
SiGe异质结晶体管因其优异的高频性能和较低的成本优势，逐渐应用于微波电路领域。SiGe异质结晶体管因在基区引入外延锗硅合金减少了基区的带隙宽度，从而使得器件的直流和高频特性有很大提升。
在原有的锗硅异质结晶体管工艺中，外基区采用注入工艺，注入产生的缺陷会导致发射区窗口下的本征基区的硼增强扩散严重，从而引起基区变宽，掺杂改变，而降低器件的fT和fmax等参数。如果完全解决这一问题，就需要改变外基区形成工艺。本发明所采用的抬高外基区工艺以外延方式生长外基区来完全避开本征基区硼的增强扩散效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管及制备工艺，其特征在于，所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管包括Si衬底12形成的集电极，基区SiGe层14，外基区导电层30，以及多晶硅层18形成的发射极；该晶体管结构是在Si衬底12上外延生长SiGe层14，在SiGe层14上面中央沉积T形多晶硅层18，在T形多晶硅层18的竖臂周围为氧化硅第一电介质层16，在T形多晶硅层18上表面为硅化物层36，在氧化硅第一电介质层16、T形多晶硅层18和硅化物层36形成的柱状复合层周围由薄第三电介质层24和第四电介质层26依次叠置形成直角三角形侧墙结构层，在SiGe层14上面和直角三角形侧墙结构层下部生长一层锗硅层或单晶硅层30，由第五电介质层组成的斜三角形侧墙结构层34附着在直角三角形侧墙结构层上，然后在单晶硅层或锗硅层30上面和斜三角形侧墙结构层34下部淀积硅化物层36。
所述电介质层为氧化硅或氮化硅。
所述硅化物为钛硅化物、钴硅化物或镍硅化物。
所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺步骤如下：
1)在Si衬底12上外延生长SiGe层14，然后生长氧化硅第一电介质层16，然后光刻刻蚀形成氧化硅第一电介质层16中间开口的光刻图形；
2)在上述光刻图形上淀积一多晶硅层18，在多晶硅层18的上面淀积第二电介质层22，然后光刻刻蚀形成在SiGe层14中部的柱状复合层20，第二电介质层22的作用是在选择外延时阻挡发射极多晶硅层18上再生成多晶层；
3)继续淀积一薄第三电介质层24，然后淀积一覆盖均匀的第四电介质层26，各向异性刻蚀第四电介质层26形成侧墙结构层28，薄第三电介质层24的作用是在刻蚀过程中作阻挡层，以防止下层单晶层受到刻蚀损伤；
4)用干法或湿法刻蚀，选择性刻蚀去除暴露在外面的薄第三电介质层24，得到由薄第三电介质层24和侧墙结构层28组成的直角三角形侧墙结构层，刻蚀时应确保SiGe层14和第二电介质层22受到的损伤最小；
5)在基区SiGe层14的外基区位置和直角三角形侧墙结构层下部选择性外延生长一锗硅层或单晶硅层30，并采用原位掺杂或者离子注入掺杂，此时，在直角三角形侧墙结构层和第二电介质层22上不会生成单晶或者多晶层；所述锗硅层或单晶硅层30作为异质结晶体管的外基区；
6)淀积一层覆盖均匀的第五电介质层32，并进行各向异性刻蚀形成斜三角形侧墙结构层34，以防止在之后形成硅化物的过程中发射极和基极间漏电；
7)选择性刻蚀掉多晶硅层18上的第二电介质层22，应确保多晶硅层18受到的损伤最小；
8)在外基区锗硅层或单晶硅层30和发射区多晶硅层18上形成硅化物结构36，所述硅化物的作用是降低电极接触电阻。
所述选择性刻蚀，是指刻蚀相对于一种材料而言对其他材料的刻蚀速率较低。
本发明的有益效果是采用抬高外基区工艺以外延方式生长外基区的非自对准技术，制备抬高外基区锗硅异质结晶体管。克服原有的锗硅异质结晶体管工艺中外基区注入工艺导致发射区窗口下的本征基区的硼增强扩散严重，从而引起基区变宽，掺杂改变，而降低器件的fT和fmax等参数的不足，使得器件的直流和高频特性有很大提升。
附图说明
图1～图10为非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺流程图。
具体实施方式
所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺步骤如下：
1)在Si衬底12上外延生长SiGe层14，然后生长氧化硅第一电介质层16，然后光刻刻蚀形成氧化硅第一电介质层16中间开口的光刻图形(如图1所示)。
2)在图1所示的光刻图形上淀积一多晶硅层18，在多晶硅层18的上面淀积第二电介质层22，然后光刻刻蚀形成在SiGe层14中部的柱状复合层20(如图2所示)，第二电介质层22的作用是在选择外延时阻挡发射极多晶硅层18上再生成多晶层。
3)继续淀积一薄第三电介质层24(如氧化硅)，然后淀积一覆盖均匀的第四电介质层26(如图3所示)，各向异性刻蚀第四电介质层26形成侧墙结构28(如图4所示)，薄第三电介质层24的作用是在刻蚀过程中作阻挡层，以防止下层单晶层受到刻蚀损伤。
4)用干法或湿法刻蚀，选择性刻蚀去除暴露在外面的薄第三电介质层24，得到由薄第三电介质层24和侧墙结构层28组成的直角三角形侧墙结构层(如图5所示)，刻蚀时应确保SiGe层14和第二电介质层22受到的损伤最小。
5)在基区SiGe层14的外基区位置和直角三角形侧墙结构层下部选择性外延生长一层锗硅层或单晶硅层30，并采用原位掺杂或者离子注入掺杂，此时，在直角三角形侧墙结构层和第二电介质层22上不会生成单晶或者多晶层；所述锗硅层或单晶硅层30作为异质结晶体管的外基区(如图6所示)。
6)淀积一层覆盖均匀的第五电介质层32，并进行各向异性刻蚀形成斜三角形侧墙结构层34(如图8所示)，以防止在之后形成硅化物的过程中发射极和基极间漏电(如图7所示)。
7)选择性刻蚀掉多晶硅层18上的第二电介质层22(如图9所示)，应确保多晶硅层18受到的损伤最小。
8)在外基区锗硅层或单晶硅层30和发射区多晶硅层18上形成硅化物结构36，该硅化物可以采用钛硅化物，也可以采用其他类型的硅化物。硅化物的作用是降低电极接触电阻(如图10所示)。
所述原位掺杂指在多晶或单晶形成过程中通过引入掺杂气体源直接对多晶或单晶进行掺杂。
所述离子注入掺杂为多晶或单晶生长形成后，对其进行离子注入后经退火激活的掺杂工艺。
所述选择性刻蚀，是指刻蚀相对于一种材料而言对其他材料的刻蚀速率较低。
所述各向异性刻蚀，是指刻蚀中的侧向刻蚀量要小于纵向刻蚀量。
所述非自对准工艺，是指发射区与外基区的间距是由光刻尺寸决定的工艺流程。

Claims (5)

1.一种非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管，其特征在于，所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管包括Si衬底(12)形成的集电极，基区SiGe层(14)，外基区导电层(30)，以及多晶硅层(18)形成的发射极；该晶体管结构是在Si衬底(12)上外延生长SiGe层(14)，在SiGe层(14)上面中央沉积T形多晶硅层(18)，在T形多晶硅层(18)的竖臂周围为氧化硅第一电介质层(16)，在T形多晶硅层(18)上表面为硅化物层(36)，在氧化硅第一电介质层(16)、T形多晶硅层(18)和硅化物层(36)形成的柱状复合层周围由薄第三电介质层(24)和第四电介质层(26)依次叠置形成直角三角形侧墙结构层，在SiGe层(14)上面和直角三角形侧墙结构层下部生长一层锗硅层或单晶硅层(30)，由第五电介质层(32)组成的斜三角形侧墙结构层(34)附着在直角三角形侧墙结构层上，然后在单晶硅层或锗硅层(30)上面和斜三角形侧墙结构层(34)下部淀积硅化物层(36)。
2.根据权利要求1所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管，其特征在于，所述电介质层为氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管，其特征在于，所述硅化物为钛硅化物、钴硅化物或镍硅化物。
4.一种非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺，其特征在于，所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺步骤如下：
1)在Si衬底(12)上外延生长SiGe层(14)，然后生长氧化硅第一电介质层(16)，然后光刻刻蚀形成氧化硅第一电介质层(16)中间开口的光刻图形；
2)在上述光刻图形上淀积一多晶硅层(18)，在多晶硅层(18)的上面淀积第二电介质层(22)，然后光刻刻蚀形成在SiGe层(14)中部的柱状复合层(20)，第二电介质层(22)的作用是在选择外延时阻挡发射极多晶硅层(18)上再生成多晶层；
3)继续淀积一薄第三电介质层(24)，然后淀积一覆盖均匀的第四电介质层(26)，各向异性刻蚀第四电介质层(26)形成侧墙结构层(28)，薄第三电介质层(24)的作用是在刻蚀过程中作阻挡层，以防止下层单晶层受到刻蚀损伤；
4)用干法或湿法刻蚀，选择性刻蚀去除暴露在外面的薄第三电介质层(24)，得到由薄第三电介质层(24)和侧墙结构层(28)组成的直角三角形侧墙结构层，刻蚀时应确保SiGe层(14)和第二电介质层(22)受到的损伤最小；
5)在基区SiGe层(14)的外基区位置和直角三角形侧墙结构层下部选择性外延生长一层锗硅层或单晶硅层(30)，并采用原位掺杂或者离子注入掺杂，此时，在直角三角形侧墙结构层和第二电介质层(22)上不会生成单晶或者多晶层；所述锗硅层或单晶硅层(30)作为异质结晶体管的外基区；
6)淀积一层覆盖均匀的第五电介质层(32)，并进行各向异性刻蚀形成斜三角形侧墙结构层(34)，以防止在之后形成硅化物的过程中发射极和基极间漏电；
7)选择性刻蚀掉多晶硅层(18)上的第二电介质层(22)，应确保多晶硅层(18)受到的损伤最小；
8)在外基区锗硅层或单晶硅层(30)和发射区多晶硅层(18)上形成硅化物结构(36)，所述硅化物的作用是降低电极接触电阻。
5.根据权利要求4所述非自对准抬高外基区锗硅异质结晶体管的制备工艺，其特征在于，所述选择性刻蚀，是指刻蚀相对于一种材料而言对其他材料的刻蚀速率较低。
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