CN102412286B - 一种高速锗硅hbt器件结构及其制造方法 - Google Patents

一种高速锗硅hbt器件结构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速锗硅HBT器件结构，包括：P型衬底上形成有集电区和浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离位于集电区两侧；其中，基区和外延介质层非对称的分布于所述集电区和浅沟槽隔离上方，所述基区与外延介质层相邻且部分基区位于所述外延介质层上方，所述基区与外延介质层两侧具有基区隔离侧墙；发射区和发射区介质层位于所述基区上方，所述发射区与发射区介质层相邻且部分发射区位于所述发射区介质层上方，所述发射区与发射区介质层两侧具有发射区隔离侧墙；所述基区、发射区和集电区分别通过接触孔引出连接金属连线。本发明的高速锗硅HBT器件结构及其制造方法能缩小器件面积，能减小基区-集电区的结电容，降低工艺制造成本。

Description

一种高速锗硅HBT器件结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种高速锗硅HBT器件结构。本发明还涉及一种高速锗硅HBT器件结构的制造方法。
背景技术
由于现代通信对高频带下高性能、低噪声和低成本的RF组件的需求，传统的Si材料器件无法满足性能规格、输出功率和线性度新的要求，功率SiGe HBT(硅锗异质结双极晶体管)则在更高、更宽的频段的功放中发挥重要作用。SiGe HBT与砷化镓器件相比，虽然在频率上还处劣势，但SiGeHBT凭着更好的热导率和良好的衬底机械性能，较好地解决了功放的散热问题，SiGe HBT还具有更好的线性度、更高集成度；SiGe HBT仍然属于硅基技术和CMOS(金属氧化物半导体)工艺有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工艺为功放与逻辑控制电路的集成提供极大的便利，也降低了工艺成本。
国际上目前已经广泛采用SiGe HBT作为高频大功率功放器件应用于无线通讯产品，如手机中的功率放大器和低噪声放大器等。为了提高射频功率放大器的输出功率，在器件正常工作范围内通过提高工作电流和提高工作电压都是有效的方式。通过各种工艺设计和器件设计来减小锗硅HBT的集电区电阻对降低功耗和提高器件的最高振荡频率也至关重要。同时，减小器件的尺寸对提高集成电路的集成度和减小一些寄生参数(如基区电阻、集电区电阻、电容等)、提高器件的性能也是重要的手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高速锗硅HBT器件结构能缩小器件面积，能减小基区-集电区的结电容，降低工艺制造成本。本发明还提供了一种高速锗硅HBT器件结构的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明的高速锗硅HBT器件结构，包括：P型衬底上形成有集电区和浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离位于集电区两侧；其中：基区和外延介质层非对称的分布所述集电区和浅沟槽隔离上方，所述基区与外延介质层相邻且部分基区位于所述外延介质层上方，所述基区与外延介质层两侧具有基区隔离侧墙；发射区和发射区介质层位于所述基区上方，所述发射区与发射区介质层相邻且部分发射区位于所述发射区介质层上方，所述发射区与发射区介质层两侧具有发射区隔离侧墙；所述基区、发射区和集电区分别通过接触孔引出连接金属连线。
所述集电区具有磷或砷杂质。
所述外延隔离介质层厚度为50埃至300埃。
所述发射区具有磷或砷杂质。
所述基区具有硼或二氟化硼杂质。
本发明高速锗硅HBT器件结构的制造方法，包括：
(1)在P型衬底上制作浅沟槽隔离，在浅沟槽隔离中填充氧化物，形成场氧；
(2)注入形成集电区，淀积二氧化硅作为介质层；
(3)刻蚀去除部分介质层，生长锗硅外延层；
(4)再次淀积二氧化硅作为介质层，刻蚀去除部分介质层，淀积发射区多晶硅，注入磷或砷杂质，刻蚀形成发射区和发射区介质层；
(5)对锗硅外延层注入硼或二氟化硼，刻蚀形成基区和外延介质层；
(6)制作发射区隔离侧墙和基区隔离侧墙；
(7)将基区、发射区和集电区分别通过接触孔引出连接金属连线。
实施步骤(2)时，注入杂质为磷或砷，剂量为1e12cm-2至5e14cm-2，能量为20KeV至400KeV。
实施步骤(2)时，淀积外延介质层厚度为50埃至300埃。
实施步骤(4)时，注入磷或砷杂质的剂量为5e14cm-2至1e16cm-2，能量为20KeV至400KeV。
实施步骤(5)时，注入硼或二氟化硼的剂量为5e14cm-2至1e16cm-2，能量为5KeV至20KeV。
本发明的高速锗硅HBT器件结构及其制造方法，采用集电区的引出不再使用埋层，而是直接在有源区表面的一边采用接触孔引出。同时基区的电极引出也改为单边而非双边对称。这种设计缩小了器件面积，减小了基区-集电区的结电容。在集电极本发明的高速锗硅HBT器件弃用常规器件中均匀的NBL，弃用N型外延基区而采用注入的方式来制作此高速锗硅HBT的集电区。由于不再使用埋层，深槽隔离也不需要在本器件中使用，能再缩小器件尺寸的同时，使工艺成本降低。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明器件结构的示意图。
图2是本发明制造方法的流程图。
图3是本发明制造方法的示意图一，其显示实施步骤(1)后形成的器件。
图4是本发明制造方法的示意图二，其显示实施步骤(2)后形成的器件。
图5是本发明制造方法的示意图二，其显示实施步骤(3)后形成的器件。
图6是本发明制造方法的示意图二，其显示实施步骤(4)后形成的器件。
图7是本发明制造方法的示意图二，其显示实施步骤(5)后形成的器件。
附图标记说明
101是硅衬底
102是浅沟槽隔离
201是集电区
202是介质层
302是锗硅外延层
401是发射区介质层
402发射区
501外延介质层
502是基区
601发射区隔离侧墙
602基区隔离侧墙
701接触孔
702金属连线
具体实施方式
如图1所示，本发明的高速锗硅HBT器件结构，包括：
P型衬底101上形成有集电区201和浅沟槽隔离102，所述浅沟槽隔离102位于集电区201两侧；其中：
基区502和外延介质层501非对称的分布于所述集电区201和浅沟槽隔离102上方，所述基区502与外延介质层501相邻且部分基区502位于所述外延介质层501上方，所述基区502与外延介质层501两侧具有基区隔离侧墙602；发射区402和发射区介质层401位于所述基区502上方，所述发射区与发射区介质层相邻且部分发射区位于所述发射区介质层上方，所述发射区402与发射区介质层401两侧具有发射区隔离侧墙601；所述基区502、发射区402和集电区201分别通过接触孔701引出连接金属连线702。
如图2所示，本发明高速锗硅HBT器件结构的制造方法，包括：
(1)如图3所示，在P型衬底101上制作浅沟槽隔离102，在浅沟槽隔离102中填充氧化物，形成场氧；
(2)如图4所示，注入形成集电区201，淀积二氧化硅作为介质层202；
(3)如图5所示，刻蚀去除部分介质层202，生长锗硅外延层302；
(4)如图6所示，再次淀积二氧化硅作为介质层，刻蚀去除部分介质层，淀积发射区多晶硅，注入磷或砷杂质，刻蚀形成发射区402和发射区介质层401；
(5)如图7所示，对锗硅外延层302注入硼或二氟化硼，刻蚀形成基区502和外延介质层501；
(6)制作发射区隔离侧墙601和基区隔离侧墙602；
(7)将基区502、发射区402和集电区201分别通过接触孔701引出连接金属连线702，形成如图1所示器件。
以上通过具体实施方式和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 (9)

1.一种高速锗硅HBT器件结构，包括：P型衬底上形成有集电区和浅沟槽隔离，所述浅沟槽隔离位于集电区两侧；其特征是：
基区和外延介质层非对称的分布于所述集电区和浅沟槽隔离上方，所述基区与外延介质层相邻且部分基区位于所述外延介质层上方，所述基区与外延介质层两侧具有基区隔离侧墙；发射区和发射区介质层位于所述基区上方，所述发射区与发射区介质层相邻且部分发射区位于所述发射区介质层上方，所述发射区与发射区介质层两侧具有发射区隔离侧墙；所述集电区由P型硅衬底注入磷或砷杂质形成，所述基区、发射区和集电区分别通过接触孔引出连接金属连线；
所述非对称的分布是指所述基区部分位于所述集电区一侧浅沟槽隔离的上方，所述基区其余部分位于所述集电区上方，所述基区两侧的外延介质层的厚度不同，其中一侧的外延介质层位于浅沟槽隔离的上方，另一侧的外延介质层位于所述集电区的上方。
2.如权利要求1所述的高速锗硅HBT器件结构，其特征是：所述外延隔离介质层厚度为50埃至300埃。
3.如权利要求1所述的高速锗硅HBT器件结构，其特征是：所述发射区具有磷或砷杂质。
4.如权利要求1所述的高速锗硅HBT器件结构，其特征是：所述基区具有硼或二氟化硼杂质。
5.一种高速锗硅HBT器件结构的制造方法，其特征是，包括：
（1）在P型衬底上制作浅沟槽隔离，在浅沟槽隔离中填充氧化物，形成场氧；
（2）注入为磷或砷杂质形成集电区，淀积二氧化硅作为介质层；
（3）刻蚀去除部分介质层，在预留的基区窗口两侧经刻蚀预留厚度不同的外延介质层，生长锗硅外延层；
（4）再次淀积二氧化硅作为介质层，刻蚀去除部分介质层，淀积发射区多晶硅，注入磷或砷杂质，刻蚀形成发射区和发射区介质层；
（5）对锗硅外延层注入硼或二氟化硼，刻蚀形成基区以及厚度不同的外延介质层，形成的基区部分位于浅沟槽隔离的上方，其余位于集电区的上方；
（6）制作发射区隔离侧墙和基区隔离侧墙；
（7）将基区、发射区和集电区分别通过接触孔引出连接金属连线。
6.如权利要求5所述的制造方法，其特征是：实施步骤（2）时，剂量为1e12cm-2至5e14cm-2，能量为20KeV至400KeV。
7.如权利要求5所述的制造方法，其特征是：实施步骤（2）时，淀积外延介质层厚度为50埃至300埃。
8.如权利要求5所述的制造方法，其特征是：实施步骤（4）时，注入磷或砷杂质的剂量为5e14cm-2至1e16cm-2，能量为20KeV至400KeV。
9.如权利要求5所述的制造方法，其特征是：实施步骤（5）时，注入硼或二氟化硼的剂量为5e14cm-2至1e16cm-2，能量为5KeV至20KeV。
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