CN102231379B - SiGe异质结双极晶体管多指结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiGe异质结双极晶体管多指结构，由多个SiGe异质结双极晶体管单体组成，所述多指结构为C/BEBC/BEBC/BEBC/…/C。其中CBEBC表示一个SiGe异质结双极晶体管单体，包括：集电区、基区和发射区。所述集电区由形成于有源区中的N型杂质离子注入层构成，底部连接由两个N型赝埋层连接而形成的埋层，所述两个赝埋层通过在有源区两侧的浅槽底部注入N型杂质离子形成；通过在所述两个赝埋层上的场氧中制作深槽接触引出两个集电极；本发明能减少结电容、降低集电极输出电阻、改善频率特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种SiGe异质结双极晶体管多指结构。
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。
如图1所示，现有的SiGe HBT多采用多指结构(multi-finger)以提高电流的驱动能力，其实现方法为以发射极与(或)集电极为中心，两边对称排布，其排布方式为C/BE/BE/BE/B/…C，B为相邻的两个管子的发射极共用，在多指结构的两端各保留一个集电极，集电极之间通过贯通于整个多指结构下的埋层连接，最终完成多指结构HBT的制作。如图2所示，为现有SiGe HBT多指结构的单体结构示意图，包括了集电区114、基区111、发射区110。集电区114为形成于N型高掺杂埋层102上的中低掺杂的N型外延层，通过衬底101上的N型高掺杂埋层102和有源区中的N型高掺杂集电极引出端(collector pick-up)104以及在层间膜105上的深阱接触106连接到金属电极107，N型高掺杂集电极引出端104是通过高剂量、大能量的离子注入形成，N型高掺杂集电极引出端104区域面积较大，因此集电极带来的电容(侧面)比较大。集电区114两侧由浅槽氧化层103进行隔离，由于埋层102面积较大，为了减小集电区和衬底间寄生电容，在器件之间还需在浅槽隔离底部加一个深槽115并填入多晶硅进行隔离。基区111为在位P型掺杂的SiGe外延层，所述基区111通过多晶硅层108接电极引出，所述多晶硅层108底下为氧化硅介质层113。发射区110由一N型重掺杂多晶硅构成，形成于所述基区111上，发射极110的侧壁生长有氧化硅侧壁112，发射区110和所述基区111的接触面大小由氧化硅介质层109形成的窗口决定，在发射区窗口打开时可选择中心集电区局部离子注入，调节SiGe异质结双极晶体管的击穿电压和特征频率。基于频率特性的考虑，当采用多指结构以提高电流的驱动能力时，集电极必须放在整个结构的最外面，如图1所示。
这种多指结构成熟可靠，普遍应用，但主要缺点是：整个多指器件范围内需要有大面积的埋层作为集电极的连接和引出，因此会导致较大的结电容，影响器件的速度。同时由于整个多指结构发射极多，集电极少，电流在埋层以及集电极非常集中，必须把集电结做得很大以防止电流密度过大，因此进一步增大了电容。同理多指结构三极管往往只有两端有两个集电极而不会引入多个集电极以避免增大结面积影响速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SiGe异质结双极晶体管多指结构，能减少电容、降低集电极输出电阻、改善频率特性。
为解决上述技术问题，本发明提供的SiGe异质结双极晶体管多指结构，由多个SiGe异质结双极晶体管单体组成，用SiGe异质结双极晶体管的发射极E、基极B、集电极C表示所述多指结构为C/BEBC/BEBC/BEBC/…/C，其中CBEBC表示一个SiGe异质结双极晶体管单体，C为相邻的两个SiGe异质结双极晶体管单体共用。SiGe异质结双极晶体管单体的有源区由浅槽场氧隔离，包括：一集电区，由形成于有源区中的N型杂质离子注入层构成，底部连接由两个N型赝埋层连接而形成的埋层，所述两个赝埋层通过在有源区两侧的浅槽底部注入N型杂质离子形成；通过在所述两个赝埋层上的场氧中制作深槽接触引出两个集电极；一基区，由形成于所述集电区上的P型SiGe外延层构成，通过两侧与其相连一多晶硅上制作金属接触引出两个基极；一发射区，由形成于所述基区上的N型多晶硅构成，直接在所述发射区上做金属接触引出一个发射极。
所述两个赝埋层的注入杂质为磷、剂量为1e14～1e16cm-2、能量为2～50KeV。所述两个赝埋层注入时，有源区顶部用硬掩模层、其侧部用侧墙做掩模保护有源区，防止所述两个赝埋层的杂质注入到有源区。所述硬掩模层由第一层氧化膜-第二层氮化膜-第三层氧化膜构成，总的厚度由膺埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，第一层氧化膜、第二层氮化膜、第三层氧化膜的厚度范围分别为
所述侧墙的厚度由膺埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，厚度范围
在有源区宽度小于0.5微米时，所述两个赝埋层通过横向扩散而交汇于有源区，形成所述集电区的埋层；在有源区大于0.5微米时，在有源区内和所述两个赝埋层相同深度处注入与所述膺埋层导电类型相同的杂质，连接所述两个膺埋层，形成所述集电区的埋层。
所述集电区的N型杂质离子注入的杂质为磷，注入剂量为5e12～1e14cm-2，在去除所述硬掩模层的第三层氧化膜后在全部的SiGe异质结双极晶体管区域进行注入。所述集电区的深槽接触是在深槽中填入钛-氮化钛过渡金属层以及金属钨形成。由所述赝埋层和金属接触直接形成集电极的欧姆接触，也能在所述集电区的深槽刻蚀后在所述深槽底部自对准注入N型杂质，实现集电极的欧姆接触。金属层淀积采用PVD或CVD方式，钛、氮化钛的厚度范围分别为
深槽的深度由所述浅槽深度加上金属与半导体间的层间膜厚度决定。
在定义所述基区窗口时采用两种刻蚀速率相差很大的材料，为了保护集电区和基区间的界面，第一层薄膜为氧化硅，第二层薄膜为多晶硅或者氮化硅。第一层薄膜厚度
第二层薄膜厚度
利用光刻打开所述基区窗口时，先刻蚀所述第二层薄膜，完好地停止在第一层薄膜上，然后带光刻胶进行所述集电区的N型埋层离子注入。
本发明具有如下的有益效果：由于重参杂的埋层只在沟槽隔离处注入，因此结的整体电容会小很多。同时多指结构的重复性结构由C/BE/BE/BE/BE/…C改为C/BEBC/BEBC/BEBC/…C，在整个多指结构中多次出现集电极，平均每个发射极可以配备一个集电极，因此单个集电极和埋层的电流密度大大减小，同时电流通过集电极引出需要走过的路径从原来的跨越整个多指结构到优化后的不超过一个重复单元距离，因此电阻也大大减小，对改善频率特性有较大的帮助，而且并不增加整个的多指结构的面积。
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是现有SiGe HBT多指结构示意图；
图2是现有SiGe HBT多指结构的单体结构示意图；
图3是本发明SiGe异质结双极晶体管多指结构示意图；
图4是本发明SiGe异质结双极晶体管多指结构的单体结构示意图。
具体实施方式
如图3所示，为本发明SiGe异质结双极晶体管多指结构示意图，由多个SiGe异质结双极晶体管单体组成，用SiGe异质结双极晶体管的发射极E、基极B、集电极C表示所述多指结构为C/BEBC/BEBC/BEBC/…/C，其中CBEBC表示一个SiGe异质结双极晶体管单体，C为相邻的两个SiGe异质结双极晶体管单体共用。
如图4所示，为本发明SiGe异质结双极晶体管多指结构的单体结构示意图。SiGe异质结双极晶体管单体的有源区由浅槽场氧隔离，包括：一集电区214，由形成于有源区中的N型杂质离子注入层构成，底部连接由两个N型赝埋层202连接而形成的埋层，所述两个赝埋层202通过在有源区两侧的浅槽底部注入N型杂质离子形成；通过在所述两个赝埋层上的场氧203中制作深槽接触204引出两个集电极，最后和金属层207相连；一基区211，由形成于所述集电区214上的P型SiGe外延层构成，通过两侧与所述基区相连一多晶硅208上制作金属接触引出两个基极；一发射区210，由形成于所述基区上的N型多晶硅构成，直接在所述发射区上做金属接触206引出一个发射极。
所述两个赝埋层202的注入杂质为磷、剂量为1e14～1e16cm-2、能量为2～50KeV。所述两个赝埋层202注入时，有源区顶部用硬掩模层、其侧部用侧墙做掩模保护有源区，防止所述两个赝埋层202的杂质注入到有源区。所述硬掩模层由第一层氧化膜-第二层氮化膜-第三层氧化膜构成，总的厚度由膺埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，第一层氧化膜、第二层氮化膜、第三层氧化膜的厚度范围分别为
所述侧墙的厚度由膺埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，厚度范围
在有源区较小时，所述两个赝埋层202通过横向扩散而交汇于有源区，形成所述集电区的埋层；在有源区较大时，在有源区内和所述两个赝埋层相同深度处注入与所述膺埋层202导电类型相同的杂质，连接所述两个膺埋层202，形成所述集电区的埋层。
所述集电区214的N型杂质离子注入的杂质为磷，注入剂量为5e12～1e14cm-2，在去除所述硬掩模层的第三层氧化膜后在全部的SiGe异质结双极晶体管区域进行注入。所述集电区214的深槽接触204是在深槽中填入钛-氮化钛过渡金属层以及金属钨形成。由所述赝埋层202和金属接触直接形成集电极的欧姆接触，也能在所述集电区214的深槽刻蚀后在所述深槽底部自对准注入N型杂质，实现集电极的欧姆接触。金属层淀积采用PVD或CVD方式，钛、氮化钛的厚度范围分别为
深槽的深度由所述浅槽深度加上金属与半导体间的层间膜205厚度决定。
在定义所述基区窗口时采用两种刻蚀速率相差很大的材料，为了保护集电区和基区间的界面，第一层薄膜213为氧化硅，第二层薄膜208为多晶硅或者氮化硅。第一层薄膜厚度第二层薄膜厚度
利用光刻打开所述基区窗口时，先刻蚀所述第二层薄膜208，完好地停止在第一层薄膜213上，然后带光刻胶进行所述集电区214的N型埋层离子注入。
本发明的深槽接触204相比现有的有源区扩散性集电极104，节约了很多的面积。同时由于集电极的引入在浅槽场氧内，不会有较大的集电极电容，因此为了提高电流驱动能力采用多指结构时，可以增加集电极的数目，一方面降低了电流通路的距离，另一方面减小了集电极电流密度，帮助减小面积。
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 (14)
1.一种SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述多指结构由多个SiGe异质结双极晶体管单体组成，用SiGe异质结双极晶体管的发射极E、基极B、集电极C表示所述多指结构为C/BEBC/BEBC/BEBC/…/C，其中CBEBC表示一个SiGe异质结双极晶体管单体，C为相邻的两个SiGe异质结双极晶体管单体共用；所述SiGe异质结双极晶体管单体的有源区由浅槽场氧隔离，包括：
一集电区，由形成于有源区中的N型杂质离子注入层构成，底部连接由两个N型赝埋层连接而形成的埋层，所述两个赝埋层通过在有源区两侧的浅槽底部注入N型杂质离子形成；通过在所述两个赝埋层上的场氧中制作深槽接触引出两个集电极；
一基区，由形成于所述集电区上的P型SiGe外延层构成，通过两侧与所述基区相连一多晶硅上制作金属接触引出两个基极；
一发射区，由形成于所述基区上的N型多晶硅构成，直接在所述发射区上做金属接触引出一个发射极。
2.如权利要求1所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述两个赝埋层的注入杂质为磷、剂量为1e14～1e16cm-2、能量为2～50KeV。
3.如权利要求1或2所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述两个赝埋层注入时，有源区顶部用硬掩模层、其侧部用侧墙做掩模保护有源区，防止所述两个赝埋层的杂质注入到有源区。
4.如权利要求3所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在 于：所述硬掩模层由第一层氧化膜-第二层氮化膜-第三层氧化膜构成，总的厚度由赝埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，第一层氧化膜、第二层氮化膜、第三层氧化膜的厚度范围分别为、 
、 
、 
；所述侧墙的厚度由赝埋层离子注入能量决定，以注入不穿透硬掩模层为准，厚度范围 。
5.如权利要求1所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述集电区的N型杂质离子注入的杂质为磷，注入剂量为5e12～1e14cm-2。
6.如权利要求3所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述集电区的N型杂质离子注入是在去除所述硬掩模层的第三层氧化膜后在全部的SiGe异质结双极晶体管区域进行。
7.如权利要求1所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述两个赝埋层通过横向扩散而交汇于有源区，形成所述集电区的埋层。
8.如权利要求1或7所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：在有源区内和所述两个赝埋层相同深度处注入与所述赝埋层导电类型相同的杂质，连接所述两个赝埋层，形成所述集电区的埋层。
9.如权利要求1所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：所述集电区的深槽接触是在深槽中填入钛-氮化钛过渡金属层以及金属钨形成。
10.如权利要求1或9所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：由所述赝埋层和金属接触直接形成集电极的欧姆接触。
11.如权利要求1或9所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：在所述集电区的深槽刻蚀后在所述深槽底部自对准注入N型杂质，实现集电极的欧姆接触。
12.如权利要求9所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：金属层淀积采用PVD或CVD方式，钛、氮化钛的厚度范围分别为 
、 ，深槽的深度由所述浅槽深度加上金属与半导体间的层间膜厚度决定。
13.如权利要求1所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：在定义所述基区窗口时采用两种刻蚀速率相差很大的材料，为了保护集电区和基区间的界面，第一层薄膜为氧化硅，第二层薄膜为多晶硅或者氮化硅，第一层薄膜厚度 
，第二层薄膜厚度 
。
14.如权利要求13所述的SiGe异质结双极晶体管多指结构，其特征在于：利用光刻打开所述基区窗口时，先刻蚀所述第二层薄膜，完好地停止在第一层薄膜上，然后带光刻胶进行所述集电区的N型埋层离子注入。
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