CN102044560B - 超高频硅锗异质结双极晶体管 - Google Patents

超高频硅锗异质结双极晶体管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高频硅锗异质结双极晶体管，包括有一集电区、一基区和一发射区。集电区通过离子注入工艺形成于一N型深阱中，N型深阱是通过在硅半导体衬底上通过N型杂质离子注入形成的。集电区两侧由场氧化层隔离，在场氧化层中用刻蚀工艺开口形成一场氧化层深阱，一集电极通过氧化层深阱接触而引出。基区包括一本征基区和一外基区，由硅锗外延层形成，本征基区和集电区相连接。发射区形成于所述本征基区上并和所述本征基区相连接，由多晶硅外延层形成。本发明能大幅度的减少器件的面积，能够减少工艺成本。

Description

超高频硅锗异质结双极晶体管
技术领域
本发明涉及一种半导体制造工艺，尤其是涉及一种超高频硅锗异质结双极晶体管及其制造工艺
背景技术
在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS虽然在先进的工艺技术中可实现较高频率，但还是难以完全满足射频要求，如很难实现40GHz以上的特征频率，而且先进工艺的研发成本也是非常高。化合物半导体可实现非常高的特征频率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺点，加上大多数化合物半导体有毒，限制了其应用。硅锗异质结双极晶体管则是超高频器件的很好选择，首先其利用硅锗与硅的能带差别，提高发射区的载流子注入效率，增大器件的电流放大倍数；其次利用硅锗基区的高掺杂，降低基区电阻，提高特征频率；另外硅锗工艺基本与硅工艺相兼容，工艺成本不高。因此硅锗异质结双极晶体管已经成为超高频器件的主力军。
如图1所示，传统的硅锗异质结双极晶体管采用高掺杂的集电极埋层即为图1中所示N+埋层，外延中低掺杂的集电区即为图1中所示外延集电区，高浓度高能量N型注入形成集电极引出端即为图1中所示N+集电极，硅锗外延形成基区即图1中所示本征基区，然后重N型掺杂多晶硅构成发射极，最终完成硅锗异质结双极晶体管的制作。该器件工艺成熟可靠，但主要缺点有：1、集电区外延成本高；2、集电极引出端的形成靠高剂量、大能量的离子注入，才能将集电区埋层引出，因此所占器件面积很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超高频硅锗异质结双极晶体管，能减少制造工艺成本低、减少器件占用面积的优点。
为解决上述技术问题，本发明的超高频硅锗异质结双极晶体管，包括有一集电区、一基区和一发射区。所述集电区通过离子注入工艺形成于一N型深阱中，所述N型深阱是通过在硅半导体衬底上通过N型杂质离子注入形成的。所述集电区两侧由场氧化层隔离，在场氧化层中用刻蚀工艺开口形成一场氧化层深阱，一集电极通过氧化层深阱接触而引出。所述场氧化层深阱在刻蚀后用自对准方法注入高浓度的N型杂质，形成一集电极欧姆接触。所述基区，包括一本征基区和一外基区，由硅锗外延层形成，所述本征基区和所述集电区相连接，所述外基区用于形成基区电极。所述发射区，形成于所述本征基区上并和所述本征基区相连接，由多晶硅外延层形成。
本发明的有益效果为：和常规的硅锗异质结双极晶体管相比，本发明通过取消高掺杂N集电区埋层、高浓度高能量N型注入形成集电极引出端，而采用高掺杂N型深阱注入和在场氧化层深阱中形成集电极接触，大幅度减小了硅锗异质结双极晶体管的面积；本发明取消了成本较高的集电区外延工艺，而用离子注入工艺形成集电区，同时本发明也节约了深槽隔离工艺，减少了工艺成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1是传统硅锗异质结双极晶体管剖面示意图；
图2是本发明具有对称集电区结构的硅锗异质结双极晶体管剖面示意图；
图3是本发明具有非对称集电区结构的硅锗异质结双极晶体管剖面示意图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明具有对称集电区结构的硅锗异质结双极晶体管剖面示意图。包含：一集电区、一基区和一发射区。
所述集电区，通过离子注入工艺形成于一N型深阱中，所述N型深阱是通过在硅半导体衬底上注入N型杂质离子而形成的，所述N型深阱杂质离子能够选择磷、砷或锑，注入剂量范围为1e13～1e15cm-2，注入能量范围200keV～1000KeV。所述集电区两侧由场氧化层隔离，在场氧化层中用刻蚀工艺开口形成一场氧化层深阱，一集电极通过氧化层深阱接触而引出；所述场氧化层深阱在刻蚀后用自对准方法注入高浓度的N型杂质，形成一集电极欧姆接触，在所述场氧化层深阱中采用钛/氮化钛过渡金属和金属钨填入，金属层淀积能采用PVD或CVD方式，钛/氮化钛的厚度范围分别为100～500埃和50～500埃。
所述基区，包括一本征基区和一外基区，由硅锗外延层形成，所述本征基区和所述集电区相连接，所述外基区用于形成基区电极。所述基区是通过光刻工艺定义其窗口位置及其大小的，在定义所述基区窗口时采用到两层薄膜材料，这两层薄膜材料的刻蚀速率相差很大，为了保护集电区和基区之间的界面，第一层薄膜通常选择氧化硅，第二层薄膜能选择多晶硅或者氮化硅，第一层薄膜厚度为100～500埃，第二层薄膜厚度为200～1000埃。利用光刻工艺制作所述基区窗口时，先刻蚀所述第二层薄膜，完好地停止在所述第一层薄膜上，然后带光刻胶进行N型离子注入形成所述集电区，该注入可以是一次注入也可以是多次注入，需保证因注入而形成的所述集电区与所述N型深阱区相连，注入杂质选择磷、砷或者锑，注入剂量由器件击穿电压和特征频率要求决定。
所述发射区，形成于所述本征基区上并和所述本征基区相连接，由多晶硅外延层形成。
一层间膜(图中未绘出)淀积在所述硅锗异质结双极晶体管器件层与金属层间，用做器件与金属连线间的隔离。集电极、发射极、基极都要通过在层间膜做接触孔而实现器件的集电区、发射区、基区和相对应的金属层间的连接。集电极所述对应的集电极深阱包括所述场氧化层深阱和层间膜深阱，所述集电极深阱的深度由场氧化层厚度和金属/半导体层间膜的厚度决定。
如图2、3所示，所述N型深阱在所述硅锗异质结双极晶体管中能够采用对称注入或非对称，要求能完全覆盖集电极和集电区。其中图2为本发明具有对称集电区结构的硅锗异质结双极晶体管剖面示意图。图3是本发明具有非对称集电区结构的硅锗异质结双极晶体管剖面示意图。
本发明实施例的主要工艺步骤为：
1、有源区的定义与制作；
2、深N阱的注入与扩散；
3、淀积氧化硅和多晶硅介质层，定义并刻蚀出基区窗口；
4、外延生长硅锗基区，在位进行P型掺杂；
5、硅锗多晶刻蚀，保留内外基区；
6、淀积氧化硅和氮化硅介质层，定义和刻蚀发射极窗口；
7、外延生长多晶硅发射极，并进行N型离子注入；
8、刻蚀多晶硅发射极；
9、外基区自对准P型离子注入；
10、层间膜淀积；
11、集电极深槽接触孔和普通接触孔刻蚀；
12、常规后道工艺。
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。

Claims (7)

1.一种超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：包含：
一集电区，通过离子注入工艺形成于一N型深阱中，所述N型深阱是通过在硅半导体衬底上注入N型杂质离子而形成的，所述集电区两侧由场氧化层隔离，在场氧化层中用刻蚀工艺开口形成一场氧化层深阱，一集电极通过氧化层深阱接触而引出；
一基区，包括一本征基区和一外基区，由硅锗外延层形成，所述本征基区和所述集电区相连接，所述外基区用于形成基区电极；
一发射区，形成于所述本征基区上并和所述本征基区相连接，由多晶硅外延层形成。
2.如权利要求1所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：所述N型深阱杂质离子能够选择磷、砷或锑，注入剂量范围为1e13～1e15cm-2，注入能量范围200keV～1000KeV。
3.如权利要求1所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：所述N型深阱在超高频硅锗异质结双极晶体管中能够采用对称注入或非对称，要求能完全覆盖集电极和集电区。
4.如权利要求1所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：所述场氧化层深阱在刻蚀后用自对准方法注入高浓度的N型杂质，形成一集电极欧姆接触。
5.如权利要求1或4所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：在所述场氧化层深阱中采用钛/氮化钛过渡金属和金属钨填入，金属层淀积能采用PVD或CVD方式，钛/氮化钛的厚度范围分别为100～500埃和50～500埃。
6.如权利要求1所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：所述基区是通过光刻工艺定义其窗口位置及其大小的，在定义所述基区窗口时采用到两层薄膜材料，这两层薄膜材料的刻蚀速率相差很大，为了保护集电区和基区之间的界面，第一层薄膜选择氧化硅，第二层薄膜能选择多晶硅或者氮化硅，第一层薄膜厚度为100～500埃，第二层薄膜厚度为200～1000埃。
7.如权利要求6所述的超高频硅锗异质结双极晶体管，其特征在于：利用光刻工艺制作所述基区窗口时，先刻蚀所述第二层薄膜，完好地停止在所述第一层薄膜上，然后带光刻胶进行N型离子注入形成所述集电区，该注入是一次注入或者多次注入，需保证因注入而形成的所述集电区与所述N型深阱区相连，注入杂质选择磷、砷或者锑，注入剂量由器件击穿电压和特征频率要求决定。
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