CN102412149B - 低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，包括以下步骤：步骤一、锗硅异质结双极晶体管的发射极采用多晶硅层，对发射极作掺杂后进行快速热退火，对杂质进行扩散再分布；步骤二、对多晶硅发射极作中高剂量的大原子杂质的预非晶化离子注入，并快速退火，实现非晶化的发射极再结晶，生成单晶层，使得发射区/基区结由单晶硅/单晶锗硅构成；步骤三、预非晶化离子注入后需立即进行快速热退火，对非晶化的发射极作再结晶处理。本发明可以减小由于多晶硅发射极所引起的噪声，改善器件的噪声特性。

Description

低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造方法，具体涉及一种锗硅异质结双极晶体管制作方法。

背景技术

锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）有一个很重要的应用领域就是低噪声放大器，充分发挥锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）的低噪声优势，但由于锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）一般都采用多晶硅发射极，这样比较容易在发射极/基区结处形成晶体缺陷和表面态，噪声器件的1/f噪声增加，从而增加了器件的白噪声。但发射极不能采用硅单晶层，因为发射极中的N型杂质不能在硅单晶层中形成较均匀分布，这样就会减小载流子由发射区向基区的注入效率，造成HBT的低电流放大倍数。因此低噪声和高电流放大倍数就成了锗硅HBT器件性能参数中的一对矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，它可以减小由于多晶硅发射极所引起的噪声，改善器件的噪声特性。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，包括以下步骤：

步骤一、锗硅异质结双极晶体管的发射极采用多晶硅层，对发射极作掺杂后进行快速热退火，对杂质进行扩散再分布；

步骤二、对多晶硅发射极作中高剂量的大原子杂质的预非晶化离子注入，并立即进行快速退火，实现非晶化的发射极再结晶，生成单晶层，使得发射区/基区结由单晶硅/单晶锗硅构成。

本发明的有益效果在于：使得在发射区与基区界面处的多晶硅层在很大程度转变成单晶层，降低了发射区/基区的缺陷密度和表面态，改善器件的噪声特性。由于预非晶化离子注入实在多晶硅发射极杂质完成再分布以后进行的，其对发射极杂质的最终分布几乎没有影响，也就是说，本发明的锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）的直流和射频特性并不会因为噪声特性的改善而下降。

优选的，步骤一中，其掺杂可采用生长在位掺杂、生长在位掺杂加上离子注入或者只有离子注入。

优选的，步骤二中，预非晶化离子注入的杂质可以是锗原子或硅原子，也可以是其它大原子杂质。

优选的，步骤二中，预非晶化离子注入的剂量范围为1×10¹⁴cm^-25×10¹⁵cm^-2。

优选的，步骤二中，预非晶化离子注入的能量根据多晶硅发射极厚度而定，以离子注入的杂质峰值位于多晶硅与锗硅基区界面为条件。

优选的，步骤二中，退火温度大于1000℃。

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说明。

图1是本发明实施例所述在P型衬底上光刻、刻蚀场氧区步骤的示意图；

图2是本发明实施例所述光刻定义N+赝埋层区域步骤的示意图；

图3是本发明实施例所述重掺杂N型杂质，形成赝埋层。向场氧区填入氧化硅，并化学机械抛光步骤的示意图；

图4是本发明实施例所述光刻定义N-集电区步骤的示意图；

图5是本发明实施例所述通过离子注入P型杂质并热推阱，形成沟道区，沟道区与埋层相互重叠步骤的示意图；

图6是本发明实施例所述淀积氧化硅层105和多晶硅层106，并光刻、刻蚀形成基区窗口步骤的示意图；

图7是本发明实施例所述外延生长掺硼SiGe基区107步骤的示意图；

图8是本发明实施例所述多晶锗硅基区及介质层的光刻与刻蚀步骤的示意图；

图9是本发明实施例所述淀积介质层氧化硅108和氮化硅109，并光刻、刻蚀形成发射区窗口步骤的示意图；

图10是本发明实施例所述对多晶硅发射极110进行大原子杂质的预非晶化离子注入，并快速退火再结晶步骤的示意图；

图11是本发明实施例所述淀积多晶硅发射极110，光刻、刻蚀多晶硅发射极和介质层步骤的示意图；

图12是本发明实施例所述淀积氧化硅层，并干刻形成发射极侧墙111步骤的示意图；

图13是本发明实施例所述刻蚀深接触孔112，填入金属钨，引出赝埋层步骤的示意图；

具体实施方式

本发明中，锗硅HBT的发射极还是采用常规的多晶硅薄膜，但在对多晶硅发射极进行离子注入掺杂并作快速热退火杂质再分布后，对多晶硅发射极进行预非晶化离子注入（PAI），并快速退火（RTA），实现非晶化的发射极再结晶，生成单晶层，使得发射区/基区结由单晶硅/单晶锗硅构成，改善器件的噪声特性。因为发射极内杂质的扩散再分布已经在PAI之前完成，PAI及RTA再结晶不会影响发射区的杂质分布，也就不会改变HBT的电流放大系数。

低噪声锗硅HBT的制作工艺，可以包括以下步骤：

1.锗硅HBT的发射极采用多晶硅层，其掺杂可采用生长在位掺杂、生长在位掺杂加上离子注入或者只有离子注入，对发射极作掺杂后进行快速热退火，对杂质进行扩散再分布；

2.对多晶硅发射极作中高剂量的大原子杂质的预非晶化离子注入（PAI），并快速退火（RTA），实现非晶化的发射极再结晶，生成单晶层，使得发射区/基区结由单晶硅/单晶锗硅构成，改善器件的噪声特性；

3.预非晶化离子注入的杂质可以是锗原子或硅原子，也可以是其它大原子杂质；

4.预非晶化离子注入的剂量范围为1×10¹⁴cm^-2～5×10¹⁵cm^-2；

5.预非晶化离子注入的能量根据多晶硅发射极厚度而定，以离子注入的杂质峰值位于多晶硅与锗硅基区界面为最佳条件；

6.预非晶化离子注入后需立即进行快速热退火，对非晶化的发射极作再结晶处理，退火温度应大于1000℃。

本发明在对锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）的多晶硅发射极进行离子注入掺杂，并退火实现杂质再分布后，对多晶硅发射极作预非晶化离子注入，并快速热退火，进行再结晶，使得在发射区与基区界面处的多晶硅层在很大程度转变成单晶层，降低了发射区/基区的缺陷密度和表面态，改善器件的噪声特性。由于预非晶化离子注入实在多晶硅发射极杂质完成再分布以后进行的，其对发射极杂质的最终分布几乎没有影响，也就是说，本发明的锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）的直流和射频特性并不会因为噪声特性的改善而下降。

具体来讲，本发明低噪声锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）的制作流程可以包括以下步骤：

1.在P型衬底101上制作浅沟槽；

2.制作浅沟槽内侧氧化硅侧墙；

3.离子注入N型杂质，形成重掺杂赝埋层103；

4.往浅槽内填入氧化硅，形成场氧102；

5.大能量N型杂质形成轻掺杂集电区104，如需要实现器件高频率，可在本征基区下的局部集电区进行高剂量的N型杂质离子注入；

6.淀积氧化硅105和多晶硅层106；

7.光刻、刻蚀形成基区窗口；

8.外延生长P型SiGe基区107；

9.刻蚀多晶硅基区和介质层；

10.淀积氧化硅108和氮化硅层109；

11.光刻、刻蚀发射极窗口；

12.淀积多晶硅发射极110，并注入重掺杂N型杂质，快速热退火作杂质再分布；

13.对多晶硅发射极110进行大原子杂质的预非晶化离子注入，并快速退火再结晶；

14.刻蚀发射极和介质层；

15.注入P型杂质到外基区；

16.制作发射极氧化硅侧墙111；

17.硅化物形成；

18.常规接触孔形成；

19.深槽接触孔112形成；

20.后道工艺。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (6)

1.一种低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、锗硅异质结双极晶体管的发射极采用多晶硅层，对发射极作掺杂后进行快速热退火，对杂质进行扩散再分布；

步骤二、对多晶硅发射极作中高剂量的大原子杂质的预非晶化离子注入，并立即进行快速退火，实现非晶化的发射极再结晶，生成单晶层，使得发射区/基区结由单晶硅/单晶锗硅构成。

2.如权利要求1所述的低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，步骤一中，其掺杂可采用生长在位掺杂、生长在位掺杂加上离子注入或者只有离子注入。

3.如权利要求1所述的低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，步骤二中，预非晶化离子注入的杂质可以是锗原子或硅原子，也可以是其它大原子杂质。

4.如权利要求1所述的低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，步骤二中，预非晶化离子注入的剂量范围为1×10¹⁴cm^-2～5×10¹⁵cm^-2。

5.如权利要求1所述的低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，步骤二中，预非晶化离子注入的能量根据多晶硅发射极厚度而定，以离子注入的杂质峰值位于多晶硅与锗硅基区界面为条件。

6.如权利要求1所述的低噪声的锗硅异质结双极晶体管制作方法，其特征在于，步骤二中，退火温度大于1000℃。

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