CN102376757B

CN102376757B - SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件及制造方法

Info

Publication number: CN102376757B
Application number: CN 201010251571
Authority: CN
Inventors: 钱文生; 刘冬华; 段文婷
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: CN102376757A

Abstract

本发明公开了一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，有源区由浅槽场氧隔离，包括：一基区、一N型埋层、一发射区、一集电区。基区的纵向深度大于浅槽场氧底部的深度且基区在横向上覆盖了至少两个相邻的有源区。N型埋层形成于和基区相邻的浅槽场氧的底部并和基区形成接触并通过在N型埋层顶部的浅槽场氧中做深孔接触引出基极。发射区和集电区分别由形成于基区所覆盖的不同有源区上的P型锗硅外延层组成。本发明还公开了一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法。本发明能用作高速、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。

Description

SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件；本发明还涉及一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法。

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。锗硅异质结三极管(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流之一。

现有SiGe HBT采用高掺杂的集电区埋层，以降低集电区电阻，采用高浓度高能量N型注入，连接集电区埋层，形成集电极引出端(collector pick-up)。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。集电区埋层上外延中低掺杂的集电区，在位P型掺杂的SiGe外延形成基区，然后重N型掺杂多晶硅构成发射极，最终完成HBT 的制作。现有SiGe HBT制作工艺成熟可靠，但主要缺点有：1、集电区外延成本高；2、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工艺中的横向型寄生PNP器件，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；本发明还提供该SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其中所述硅衬底为一P型硅衬底，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱由一N型离子注入区组成，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。所述横向型寄生PNP器件包括：

一基区，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区在横向上覆盖了至少两个相邻的由所述浅槽场氧隔离的所述有源区。所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。

一N型埋层，由形成于和所述基区相邻的所述浅槽场氧的底部的N型离子注入区组成，所述N型埋层和所述基区形成接触并通过在所述N型埋层顶部的所述浅槽场氧中做深孔接触引出基极。所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

一发射区，由形成于所述基区所覆盖的一个所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述发射区和所述基区形成接触并通过形成于所述发射区顶部的金属接触引出发射极；

一集电区，由形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述集电区和所述基区形成接触并通过形成于所述集电区顶部的金属接触引出集电极。所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm^-2～5e15cm^-2。

为解决上述技术问题，本发明提供一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽。所述硅衬底为P型硅衬底，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱在形成所述浅沟槽后在所述P型硅衬底上进行一N型离子注入形成的，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。

步骤二、在所述硅衬底上的选定区域进行N型离子注入形成基区；所述基区的纵向深度大于所述浅沟槽底部的深度，所述基区在横向上覆盖了至少两个相邻的由所述浅沟槽隔离的所述有源区。形成所述基区的N型离子注入采用SiGe HBT的集电极注入的工艺条件，该工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

步骤三、在和所述基区相邻的所述浅沟槽的底部进行N型离子注入形成N型埋层，所述N型埋层。形成所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

步骤四、进行退火工艺，所述N型埋层横向和纵向扩散进入所述有源区中并和相邻的所述基区形成接触。

步骤五、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。

步骤六、在所述硅衬底上形成一P型锗硅外延层，刻蚀所述P型锗硅外延层并使所述P型锗硅外延层只保留在所述基区所覆盖的所述有源区上；将形成于所述基区所覆盖的一个所述有源区上的P型锗硅外延层作为发射区；将形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的所述有源区上的一P型锗硅外延层作为集电区。所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用SiGe HBT的基区形成工艺生长，并且采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm^-2～5e15cm^-2。

步骤七、在所述N型埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出基极；在所述集电区上形成一金属接触引出集电极；在所述发射区形成一金属接触引出发射极。

本发明器件能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，本发明器件能得到大于10的增益；并且无须额外的工艺条件仅利用现有SiGe HBT的工艺条件即可实现，为电路提供多一种器件选择。

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是本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的结构示意图；

图2A-图2B是本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法的各步骤中的器件结构示意图；

图3A是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的Gummel曲线；

图3B是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的增益曲线。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例SiGe HBT工艺中的一个横向型寄生PNP器件的结构示意图。本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，形成于P型硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离即图1所示的浅槽隔离，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱由一N型离子注入区组成，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。所述横向型寄生PNP器件包括：

一基区，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述N型离子注入区即图1所示的锗硅三极管的集电区N型注入，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区在横向上覆盖了3个相邻的所述有源区，所述3个相邻的所述有源区由2个所述浅槽场氧隔离的。所述基区的N型离子注入采用了锗硅三极管的集电区N型注入的工艺条件，该工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量为50kev～500kev、剂量为 5e11cm^-2～5e13cm^-2。

一N型埋层，由形成于和所述基区相邻的所述浅槽场氧即图1所示的浅槽隔离的底部的N型离子注入区组成，所述N型埋层和所述基区形成接触并通过在所述N型埋层顶部的所述浅槽场氧中做深孔接触引出基极。图1中的所述N型埋层包括了两部分，该两部分分别处于所述基区两侧的所述浅槽场氧的底部并分别引出一个基极。所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量小于15keV。

一发射区，由形成于所述基区所覆盖的一个所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述P型锗硅外延层即图1中所示的P型锗硅，所述发射区和所述基区形成接触并通过形成于所述发射区顶部的金属接触引出发射极。

一集电区，由形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述集电区和所述基区形成接触并通过形成于所述集电区顶部的金属接触引出集电极。图1所示的集电区包括了两个覆盖在有源区上的P型锗硅外延层并各引出了一个集电极。所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm^-2～5e15cm^-2。

如图2A-图2B所示，是本发明实施例SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法的各步骤中的器件结构示意图。本发明实施例SiGeHBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法，包括如下步骤：

步骤一、如图2A所示，采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽。所述硅衬底为P型硅衬底，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱在形成所述浅沟槽后在所述P型硅衬底上进行一N型离子注入形成的，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。

步骤二、如图2A所示，在所述硅衬底上的选定区域进行N型离子注入形成基区；所述基区的纵向深度大于所述浅沟槽底部的深度，所述基区在横向上覆盖了3个相邻的所述有源区，所述3个相邻的有源区由2个所述浅沟槽进行隔离。形成所述基区的N型离子注入采用SiGe HBT的集电极注入的工艺条件，该工艺条件为：注入杂质为P或As、注入剂量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

步骤三、如图2A所示，在和所述基区相邻的2个所述浅沟槽的底部进行N型离子注入形成N型埋层，共形成了2个N型埋层。形成所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量小于15keV。

步骤四、如图2A所示，进行退火工艺，所述N型埋层横向和纵向扩散进入所述有源区中并和相邻的所述基区形成接触。

步骤五、如图2A所示，在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧即图2A中所示的浅槽隔离。

步骤六、如图2B所示，在所述硅衬底上形成一P型锗硅外延层，刻蚀所述P型锗硅外延层并使所述P型锗硅外延层只保留在所述基区所覆盖的3个所述有源区上；将形成于所述基区所覆盖的一个所述有源区上的P 型锗硅外延层作为发射区；将形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的另二个所述有源区上的P型锗硅外延层作为集电区。所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用SiGe HBT的基区形成工艺生长，并且采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入剂量为2kev～30kev、剂量为5e14cm^-2～5e15cm^-2。

步骤七、如图1所示，在所述N型埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出基极；在所述集电区上形成一金属接触引出集电极；在所述发射区形成一金属接触引出发射极。

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工艺中的横向型寄生PNP器件，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其特征在于，所述横向型寄生PNP器件包括：

一基区，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区在横向上覆盖了至少两个相邻的所述有源区；

一N型埋层，由形成于和所述基区相邻的所述浅槽场氧的底部的N型离子注入区组成，所述N型埋层和所述基区形成接触并通过在所述N型埋层顶部的所述浅槽场氧中做深孔接触引出基极；

一集电区，由形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述集电区和所述基区形成接触并通过形成于所述集电区顶部的金属接触引出集电极。

2.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

3.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述硅衬底为一P型硅衬底，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱由一N型离子注入区组成，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。

4.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

5.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm^-2～5e15cm^-2。

6.一种SiGe HBT工艺中的横向型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽；

步骤二、在所述硅衬底上的选定区域进行N型离子注入形成基区；所述基区的纵向深度大于所述浅沟槽底部的深度，所述基区在横向上覆盖了至少两个相邻的所述有源区；

步骤三、在和所述基区相邻的所述浅沟槽的底部进行N型离子注入形成N型埋层；

步骤四、进行退火工艺，所述N型埋层横向和纵向扩散进入所述有源区中并和相邻的所述基区形成接触；

步骤五、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧；

步骤六、在所述硅衬底上形成一P型锗硅外延层，刻蚀所述P型锗硅外延层并使所述P型锗硅外延层只保留在所述基区所覆盖的所述有源区上；将形成于所述基区所覆盖的一个所述有源区上的P型锗硅外延层作为发射区；将形成于所述基区所覆盖且和所述发射区相邻的所述有源区上的一P型锗硅外延层作为集电区；

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤一中所述硅衬底为P型硅衬底，在所述P型硅衬底上还形成有一N型深阱，所述N型深阱在形成所述浅沟槽后在所述P型硅衬底上进行一N型离子注入形成的，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～3000kev、剂量为1e14cm^-2～5e15cm^-2。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤二中形成所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤三中形成所述N型埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P或As、注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤六中所述发射区和所述集电区的P型锗硅外延层采用离子注入工艺进行掺杂，掺杂工艺条件为：注入杂质为B或BF₂、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14～5e15cm^-2。