CN102412280A - 锗硅hbt工艺中的横向型寄生pnp器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，形成于P型硅衬底上的N型深阱中。基区形成于第一有源区中，集电区形成于第一有源区左右两侧的第一邻近有源区中，基区和集电区都延伸到各相邻的浅槽场氧底部中并在两者之间的浅槽场氧底部形成接触。在集电区外侧的浅槽场氧底部形成有N型赝埋层，N型赝埋层和集电区相隔一横向距离、通过N型深阱和基区相连接，通过在N型赝埋层顶部的浅槽场氧中形成的深孔接触引出基极。形成于基区顶部的P型锗硅外延层组成发射区。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，能有效缩小器件面积、提高器件的性能。

Description

锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路器件，特别是涉及一种锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件。
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(SiGeHBT)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(collectorpick-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锗硅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，能有效缩小器件面积、提高器件的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件形成于P型硅衬底上的N型深阱中，有源区由浅槽场氧隔离，所述横向型寄生PNP器件包括：
一基区，由形成于第一有源区中的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，所述基区的底部在横向上延伸进入第一邻近浅槽场氧的底部，所述第一邻近浅槽场氧为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区相邻接的所述浅槽场氧。所述基区的N型离子注入采用锗硅HBT集电区的注入工艺，其工艺条件为：注入杂质为磷、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm-2～5e13cm-2。
一集电区，由形成于第一邻近有源区中的P阱组成，所述第一邻近有源区为位于所述第一有源区的左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧的有源区；所述集电区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述集电区的底部在横向上延伸进入所述集电区左右两侧的所述浅槽场氧的底部，所述集电区和所述基区在所述第一邻近浅槽场氧底部形成接触；通过形成于所述集电区顶部的金属接触引出集电极。所述P阱通过P型离子注入形成，注入杂质为硼，分两步注入实现：第一步注入剂量为1e11cm-2～5e13cm-2、注入能量为100keV～300keV；第二步注入剂量为5e11cm-2～1e13cm-2、注入能量为30keV～100keV。
一发射区，由形成于所述第一有源区上的一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。所述发射区的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：注入杂质为硼或二氟化硼、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm-2～5e15cm-2。
一N型赝埋层，由形成于第二邻近浅槽场氧底部的N型离子注入区组成，所述第二邻近浅槽场氧为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧和所述第一邻近有源区；所述N型赝埋层和所述集电区相隔一横向距离；所述N型赝埋层通过所述N型深阱和所述基区相连接，通过在所述N型赝埋层顶部的所述第二邻近浅槽场氧中形成的深孔接触引出基极。所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：能量小于15keV、注入剂量为1e14cm-2～1e16cm-2。所述深孔接触和所述N型赝埋层相接触，是通过在所述N型赝埋层顶部的所述第二邻近浅槽场氧中开一深孔并在所述深孔中淀积钛/氮化钛阻挡金属层后、再填入钨形成。
上述结构中所述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：注入杂质为磷、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm-2～5e14cm-2。
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。本发明由于采用先进的深孔接触工艺与N型赝埋层直接接触，来引出本器件的基极，能有效缩小器件的面积；并且由于N型赝埋层是高浓度参杂，寄生的电阻也随之减小，从而有助与提高器件的频率特性。本发明器件结构也方便实现器件的电流增益的调节，如能通过调节基区的N型离子注入或调节所述P阱底部边缘和第一有源区间的横向距离来调节器件的电流增益。本发明器件的制造涉及锗硅HBT工艺中埋层、锗硅外延层、深孔接触等，方便实现锗硅HBT工艺中器件的集成。
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是本发明实施例锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件结构示意图；
图2A-图2D是本发明实施例锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件在制造过程中的结构示意图；
图3A是TCAD模拟的本发明实施例的BiCMOS工艺中垂直寄生型PNP器件的输入特性曲线；
图3B是TCAD模拟的本发明实施例的BiCMOS工艺中垂直寄生型PNP器件的增益曲线。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件结构示意图，本发明实施例锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件形成于P型硅衬底1上的N型深阱2中，所述N型深阱2由一N型离子注入区组成，所述N型深阱2的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm-2～5e14cm-2，有源区由浅槽场氧3隔离。所述横向型寄生PNP器件包括：
一基区6，由形成于第一有源区中的N型离子注入区组成，所述基区6的纵向深度大于所述浅槽场氧3底部的深度，所述基区6的底部在横向上延伸进入第一邻近浅槽场氧3的底部，所述第一邻近浅槽场氧3为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区相邻接的所述浅槽场氧3。所述基区6的N型离子注入采用锗硅HBT集电区的注入工艺，其工艺条件为：注入杂质为磷、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm-2～5e13cm-2。
一集电区5，由形成于第一邻近有源区中的P阱组成，所述第一邻近有源区为位于所述第一有源区的左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧3的有源区；所述集电区5的纵向深度大于所述浅槽场氧3底部的深度，所述集电区5的底部在横向上延伸进入所述集电区5左右两侧的所述浅槽场氧3的底部，所述集电区5和所述基区6在所述第一邻近浅槽场氧3底部形成接触；通过形成于所述集电区5顶部的金属接触9引出集电极。所述P阱通过P型离子注入形成，注入杂质为硼，分两步注入实现：第一步注入剂量为1e11cm-2～5e13cm-2、注入能量为100keV～300keV；第二步注入剂量为5e11cm-2～1e13cm-2、注入能量为30keV～100keV。
一发射区7，由形成于所述第一有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述发射区7和所述基区5形成接触并通过形成于所述发射区7顶部的金属接触9引出发射极。所述发射区7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：注入杂质为硼或二氟化硼、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm-2～5e15cm-2。
一N型赝埋层4，由形成于第二邻近浅槽场氧3底部的N型离子注入区组成，所述第二邻近浅槽场氧3为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧3和所述第一邻近有源区；所述N型赝埋层4和所述集电区5相隔一横向距离；所述N型赝埋层4通过所述N型深阱2和所述基区6相连接，通过在所述N型赝埋层4顶部的所述第二邻近浅槽场氧3中形成的深孔接触8引出基极。所述N型赝埋层4的N型离子注入的工艺条件为：能量小于15keV、注入剂量为1e14cm-2～1e16cm-2。所述深孔接触8和所述N型赝埋层4相接触，是通过在所述N型赝埋层4顶部的所述第二邻近浅槽场氧3中开一深孔并在所述深孔中淀积钛/氮化钛阻挡金属层后、再填入钨形成。
如图2A至图2D所示，是本发明实施例锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件在制造过程中的结构示意图。本发明实施例锗硅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1、如图2A所示，选用P型硅衬底1，进行N型深阱注入形成N型深阱2，所述N型深阱2的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm-2～5e14cm-2。；通过刻蚀形成浅沟槽3a(STI)和有源区，图2A中共显示了3个有源区，其中第一有源区为处于中间位置的有源区；第一邻近有源区为处于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区隔离有一个浅沟槽3a的有源区，所述第一邻近有源区共有2个。第一邻近浅沟槽3a为处于所述第一有源区和所述第一邻近有源区间的浅沟槽3a，共有两个。第二邻近浅沟槽3a为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅沟槽3a和所述第一邻近有源区的浅沟槽3a，共有两个。
步骤2、如图2B所示，在所述第二邻近浅沟槽3a底部进行N型离子注入形成N型赝埋层4。所述N型赝埋层4和第一邻近有源区相隔一横向距离。所述N型赝埋层4的N型离子注入的工艺条件为：能量小于15keV、注入剂量为1e14cm-2～1e16cm-2。
步骤3、如图2C所示，在所述第一邻近有源区中进行P阱的P型离子注入形成P阱，由所述P阱组成集电区5。在所述第一有源区中进行N型离子注入形成基区6，所述集电区5和所述基区6的纵向深度大于所述浅槽场氧3底部的深度，所述基区6的底部在横向上延伸进入第一邻近浅槽场氧3的底部并和延伸进入所述第一邻近浅槽场氧3的底部的所述集电区5形成接触。所述P阱的P型离子注入的工艺条件为：注入杂质为硼，分两步注入实现：第一步注入剂量为1e11cm-2～5e13cm-2、注入能量为100keV～300keV；第二步注入剂量为5e11cm-2～1e13cm-2、注入能量为30keV～100keV。所述基区6的N型离子注入采用锗硅HBT集电区的注入工艺，其工艺条件为：注入杂质为磷、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm-2～5e13cm-2。
步骤4、如图2D所示，在所述P型硅衬底1上形成一P型锗硅外延层，然后刻蚀通过去除所述第一有源区上部区域以外的所述P型锗硅外延层，以最后形成于所述第一有源区上的一P型锗硅外延层组成所述发射区7。所述发射区7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：注入杂质为硼或二氟化硼、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm-2～5e15cm-2。
步骤5、在所述发射区7的顶部形成金属接触9引出发射极，在所述集电区5的顶部形成金属接触9引出集电极。在所述N型赝埋层4顶部的所述第二邻近浅槽场氧3中形成的深孔接触8引出基极。
如图3A和3B所示，分别为TCAD模拟的本发明实施例的BiCMOS工艺中垂直寄生型PNP器件的输入特性曲线和增益曲线。从中可以看出，由于采用了先进的深孔接触工艺与N型赝埋层直接接触，来引出本器件的基极，器件的面积与现有技术相比有效的减小了。并且由于N型赝埋层是高浓度掺杂，寄生电阻也随之有效地减小，从而有助与提高器件的频率特性。而其他特性，比如电流增益，能很方便地通过调节基区的N型离子注入或调节所述P阱底部边缘和第一有源区间的横向距离来调节。根据TCAD模拟结果，优化条件下，最大电流增益可以达到20以上。
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)

1.一种锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，形成于P型硅衬底上的N型深阱中，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，由形成于第一有源区中的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，所述基区的底部在横向上延伸进入第一邻近浅槽场氧的底部，所述第一邻近浅槽场氧为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区相邻接的所述浅槽场氧；
一集电区，由形成于第一邻近有源区中的P阱组成，所述第一邻近有源区为位于所述第一有源区的左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧的有源区；所述集电区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述集电区的底部在横向上延伸进入所述集电区左右两侧的所述浅槽场氧的底部，所述集电区和所述基区在所述第一邻近浅槽场氧底部形成接触；通过形成于所述集电区顶部的金属接触引出集电极；
一发射区，由形成于所述第一有源区上的一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N型赝埋层，由形成于第二邻近浅槽场氧底部的N型离子注入区组成，所述第二邻近浅槽场氧为位于所述第一有源区左右两侧并和所述第一有源区隔离有所述第一邻近浅槽场氧和所述第一邻近有源区；所述N型赝埋层和所述集电区相隔一横向距离；所述N型赝埋层通过所述N型深阱和所述基区相连接，通过在所述N型赝埋层顶部的所述第二邻近浅槽场氧中形成的深孔接触引出基极。
2.如权利要求1所述的锗硅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：注入杂质为磷、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm-2～5e13cm-2。
3.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：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：注入杂质为磷、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm-2～5e14cm-2。
4.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：能量小于15keV、注入剂量为1e14cm-2～1e16cm-2。
5.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述发射区的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：注入杂质为硼或二氟化硼、注入能量为2kev～30kev、剂量为5e14cm-2～5e15cm-2。
6.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述P阱通过P型离子注入形成，注入杂质为硼，分两步注入实现：第一步注入剂量为1e11cm-2～5e13cm-2、注入能量为100keV～300keV；第二步注入剂量为5e11cm-2～1e13cm-2、注入能量为30keV～100keV。
7.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中的横向型寄生PNP器件，其特征在于：所述深孔接触和所述N型赝埋层相接触，是通过在所述N型赝埋层顶部的所述第二邻近浅槽场氧中开一深孔并在所述深孔中淀积钛/氮化钛阻挡金属层后、再填入钨形成。
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