CN102104065B

CN102104065B - SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管

Info

Publication number: CN102104065B
Application number: CN2009102020102A
Authority: CN
Inventors: 钱文生; 刘冬华
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: CN102104065A

Abstract

本发明公开了一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，有源区由浅槽场氧隔离，包括集电区、基区、发射区，基区和集电区通过离子注入形成于有源区中并且横向连接，基区和集电区底部分别连结有N型埋层和P型埋层，N型埋层和P型埋层分别形成于基区和集电区相邻的浅槽底部。发射区形成于基区上部的部分区域并和集电区相隔一横向距离。集电区、基区都是通过其顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触引出，发射区通过顶部连接的重掺杂多晶硅引出。本发明的器件具有较小的面积和传导电阻，能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，无须额外的工艺条件即可实现为电路提供多一种器件选择，能降低生产成本。

Description

SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管。

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。SiGe HBT则是超高频器件的很好选择，首先其利用SiGe与Si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SiGe基区的高掺杂，降低基区电阻，提高特征频率；另外SiGe工艺基本与硅工艺相兼容，因此SiGe HBT已经成为超高频器件的主力军。

现有的SiGe HBT采用高掺杂的集电区埋层，以降低集电区电阻，另外采用深槽隔离降低集电区和衬底之间的寄生电容，改善HBT的频率特性。该器件工艺成熟可靠，但主要缺点有：1、集电区外延成本高；3、深槽隔离工艺复杂，而且成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，具有较小的面积和传导电阻。

为解决上述技术问题，本发明提供的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的有源区由浅槽场氧隔离，包括一集电区、一基区、一发射区。

有源区在横向上分成两部分区域，所述集电区由形成于有源区第一部分区域中的一P型杂质离子注入层构成，该离子注入层利用P阱中的抗穿通注入和阈值调节注入分两步注入形成，注入杂质为硼，第一步注入为抗穿通注入，剂量范围为5e11～5e13cm^-2、能量为25～200keV；第二步注入为阈值调节注入，剂量范围为1e11～1e13cm^-2、能量为5～25keV。所述集电区底部连接一P型埋层，所述P型埋层为形成于所述集电区旁侧的浅槽底部的P型离子注入层，所述集电区的P型埋层通过高剂量、低能量的P型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为硼。通过在所述P型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触引出所述集电区。

所述基区由形成于有源区第二部分区域中且位于所述集电区旁侧的一N型杂质离子注入层构成，该离子注入层利用N阱中的抗穿通注入和阈值调节注入分两步注入形成，注入杂质为磷或者砷：第一步注入为抗穿通注入，剂量范围为5e11～5e13cm^-2、能量为100～400keV；第二步注入为阈值调节注入，剂量范围为1e11～1e13cm^-2、能量为15～100keV。所述基区底部连接一N型埋层，所述N型埋层为形成于所述基区旁侧的浅槽底部的N型离子注入层，所述基区的N型埋层通过高剂量、低能量的N型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为磷。通过在所述N型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触引出所述基区。

所述发射区由形成于基区上部的部分区域的一P型杂质离子注入层构成，该离子注入层采用PMOS管的PLDD注入形成，该注入的杂质为硼或者二氟化硼，剂量范围为5e12～1e15cm^-2、能量为5～30keV，由所述发射区和所述集电区在横向相隔的距离构成所述基区的宽度；所述发射区通过在其顶部连接一P型重掺杂的多晶硅引出，该多晶硅采用SiGe HBT的发射极多晶硅形成条件形成，所述多晶硅的重掺杂通过MOSFET的P型的源漏注入来实现，所述P型的源漏注入分两步进行：第一步注入杂质为硼，剂量范围为1e12～1e14cm^-2、能量为10～30keV；第二步注入杂质为硼，剂量范围为1e14～5e15cm^-2、能量为5～10keV。

本发明的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP的器件，其制作涉及BiCMOS工艺中的埋层、PLDD注入、MOSFET的N型和P型源漏注入、以及HBT的发射极多晶硅，具有大于15电流放大系数和大于1Ghz特征频率，能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，无须额外的工艺条件即可实现为电路提供多一种器件选择，因此能降低生产成本；本发明采用了先进的深孔接触工艺(Deep Contact或者Deep CT)，从而使器件在保持性能不变查的同时而拥有较小的面积和传导电阻，也为进一步提高器件频率特性提供了可能。

附图说明

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是本发明的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管器件截面图；

图2A-图2F是本发明实施例的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管在制造过程中的器件截面图；

具体实施方式

如图1所示，是本发明的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管器件截面图，本发明提供的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的有源区通过浅槽场氧隔离即通过浅沟槽隔离，包括集电区、基区、发射区，有源区在横向上分成两部分区域，所述集电区由形成于有源区第一部分区域中的一P型杂质离子注入层构成，该P型杂质离子注入层利用P阱中的抗穿通注入和阈值调节注入来形成，注入的杂质为磷；所述集电区底部连接一P型埋层，所述P型埋层为形成于所述集电区旁侧的浅槽底部的P型离子注入层，所述P型埋层通过高剂量、低能量的P型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为硼。通过在所述P型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触并和金属层相连引出集电极。

所述基区由形成于有源区第二部分区域中且位于所述集电区旁侧的一N型杂质离子注入层构成，所述基区的N型杂质离子注入层利用N阱中的抗穿通注入和阈值调节注入来形成，注入的杂质为硼。所述基区底部连接一N型埋层，所述N型埋层为形成于所述基区旁侧的浅槽底部的N型离子注入层，所述基区的N型埋层通过高剂量、低能量的N型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为磷；通过在所述N型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触并和金属层Metal相连引出基极。

所述发射区，由形成于基区上部部分区域的一P型杂质离子注入层构成，所述发射区的P型杂质离子注入层采用PMOS管的PLDD注入形成，注入的杂质为硼或者二氟化硼，注入剂量和深度以满足PMOS管的性能为要求，由所述发射区和所述集电区在横向相隔的距离构成所述基区的宽度；所述发射区通过在其顶部连接一P型重掺杂多晶硅、接触以及金属层引出发射极。

如图2A-图2F所示，是本发明实施例的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管在制造过程中的器件截面图；本发明实施例的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法是在制造SiGe HBT时通过本发明利用SiGe HBT现有的工艺，在形成SiGe HBT时寄生形成本发明的横向型PNP三极管，包括如下步骤：

工艺步骤1：如图2A所示，选用轻掺杂的P型衬底硅片，用浅沟槽刻蚀作隔离工艺。在浅沟槽刻蚀之后，分别进行注入剂量为1e14～1e16cm^-2的高剂量、能量小于15keV低能量的N型和P型杂质注入用以形成N型埋层和P型埋层。然后利用P阱和N阱注入中的抗穿通注入和阈值调节注入来形成集电区和基区。而发射区P-2则是通过PLDD的注入来实现。

工艺步骤2：如图2B所示，淀积一层10纳米厚左右的第一层氧化层SiO2和30纳米左右的第一层多晶硅Poly；然后将在锗硅异质结三极管区域的所述第一层氧化层SiO2和多晶硅Poly刻蚀掉，而在本发明所述寄生横向型PNP三极管器件区域的所述氧化层SiO2和多晶硅Poly不刻蚀。进行锗硅外延生长，在锗硅异质结三极管器件形成区域，外延生长形成锗硅单晶；而在本发明所述寄生横向型PNP三极管的器件区域，外延形成的则是多晶硅；随后再分别淀积第二层氧化层SiO2和氮化硅SiN，其厚度均为20纳米。

工艺步骤3：如图2C所示，锗硅异质结三极管基区锗硅膜的刻蚀；本发明所述寄生横向型PNP三极管器件中发射极的连接区上的工艺步骤2所淀积的膜即第一层氧化层SiO2、第一层多晶硅Poly、第二层氧化层SiO2、氮化硅SiN将会在这次刻蚀中去除，从而打开连接孔。

工艺步骤4：如图2D所示，锗硅异质结三极管器件(SiGe HBT)的发射区窗口的刻蚀，在需要开口的区域将SiGe外延层上面的第二层氧化层SiO2和氮化硅SiN去除，从而露出SiGe层，该SiGe层在本发明实施例所述寄生横向型PNP三极管的器件区域为多晶硅。

工艺步骤5：如图2E所示，淀积一层200纳米左右厚度的第二层多晶硅Poly，在SiGe HBT区域其将用作发射区的形成；而在本发明所述寄生横向型PNP三极管的器件中，该第二层多晶硅Poly用来连接器件的发射极。对该第二层多晶硅Poly进行P型掺杂，该掺杂通过PMOS管的源漏注入实现。

工艺步骤6：如图2F所示，SiGe HBT发射极多晶硅刻蚀；本发明实施例所述寄生横向型PNP三极管器件中，用于连接器件发射极端的多晶硅之外区域被刻蚀；器件基本成型。

工艺步骤7：采用现有接触孔工艺和金属连线工艺实现对发射极的连接，而基极和集电极的连接采用深孔接触。本发明实施例所述寄生横向型PNP管最终形成。

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

1.一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：有源区由浅槽场氧隔离，包括一集电区、一基区、一发射区；

有源区在横向上分成两部分区域，所述集电区由形成于有源区第一部分区域中的一P型杂质离子注入层构成，所述集电区底部连接一P型埋层，所述P型埋层为形成于所述集电区旁侧的浅槽底部的P型离子注入层，通过在所述P型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触引出所述集电区；

所述基区由形成于有源区第二部分区域中且位于所述集电区旁侧的一N型杂质离子注入层构成，所述基区底部连接一N型埋层，所述N型埋层为形成于所述基区旁侧的浅槽底部的N型离子注入层，通过在所述N型埋层顶部对应的浅槽场氧中制作深孔接触引出所述基区；

所述发射区由形成于基区上部的部分区域的一P型杂质离子注入层构成，由所述发射区和所述集电区在横向相隔的距离构成所述基区的宽度，所述发射区通过在其顶部连接一P型重掺杂的多晶硅引出。

2.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述集电区的P型杂质离子注入层利用P阱中的抗穿通注入和阈值调节注入分两步注入形成，注入杂质为硼，第一步注入为抗穿通注入，剂量范围为5e11～5e13cm^-2、能量为25～200keV；第二步注入为阈值调节注入，剂量范围为1e11～1e13cm^-2、能量为5～25keV。

3.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述基区的N型杂质离子注入层利用N阱中的抗穿通注入和阈值调节注入分两步注入形成，注入杂质为磷或者砷：第一步注入为抗穿通注入，剂量范围为5e11～5e13cm^-2、能量为100～400keV；第二步注入为阈值调节注入，剂量范围为1e11～1e13cm^-2、能量为15～100keV。

4.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述发射区的P型杂质离子注入层采用PMOS管的PLDD注入形成，该注入的杂质为硼或者二氟化硼，剂量范围为5e12～1e15cm^-2、能量为5～30keV。

5.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述集电区的P型埋层通过高剂量、低能量的P型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为硼。

6.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述基区的N型埋层通过高剂量、低能量的N型离子注入形成，注入剂量为1e14～1e16cm^-2、能量小于15keV，注入杂质为磷。

7.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述发射区连接的多晶硅采用SiGe HBT的发射极多晶硅形成条件形成，所述多晶硅的重掺杂通过MOSFET的P型的源漏注入来实现，所述P型的源漏注入分两步进行：第一步注入杂质为硼，剂量范围为1e12～1e14cm^-2、能量为10～30keV；第二步注入杂质为硼，剂量范围为1e14～5e15cm^-2、能量为5～10keV。