CN102522425B - 超高压锗硅hbt晶体管器件的结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、两个N埋层、浅沟槽隔离结构、集电区、锗硅基区、发射区、接触孔和深阱接触孔，N埋层分别连接在集电区两侧，并与深阱接触孔连接，以引出集电区；浅沟槽隔离结构中制作有与锗硅基区连接的多晶硅场板。本发明还公开了上述结构的锗硅HBT的制备方法。本发明通过在有源区两侧制作N型重掺杂埋层，在场氧区引入基区场板，并将集电区划分为轻掺杂和重掺杂区，通过深接触孔引出，不仅大大缩减了器件的尺寸，而且改善了集电区的电场分布，提高了BC结击穿电压，进而提高了锗硅HBT器件的击穿电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及超高压锗硅HBT晶体管器件的结构及制备方法。
背景技术
由于现代通信对高频带下高性能、低噪声和低成本的射频组件的需求，传统的硅（Si）材料器件已无法满足性能规格、输出功率和线性度的要求，功率锗硅异质结双极型晶体管（SiGe HBT）则在更高、更宽的频段的功放中发挥重要作用。与砷化镓器件相比，SiGe HBT虽然在频率上还处劣势，但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。此外，SiGe HBT还具有更好的线性度、更高集成度。由于SiGe HBT仍然属于硅基技术，因此和CMOS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了极大的便利，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，提高工作电流和提高工作电压都是有效的方式。对于锗硅HBT而言，高耐压器件可使电路在相同功率下获得较小电流，从而降低功耗，因而需求广泛，因此，如何在保持器件的特征频率的同时，进一步提高SiGe HBT耐压，越来越成为锗硅HBT器件的研究热点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，它可以在保持SiGe HBT器件特征频率的同时，提高器件的击穿电压。
为解决上述技术问题，本发明的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、集电区、锗硅基区和发射区；所述集电区两侧分别连接有一个N埋层，该N埋层位于P埋层旁，且该N埋层上连接有一个深阱接触孔；N埋层和P埋层上方有浅沟槽隔离结构，该浅沟槽隔离结构中包含有多晶硅场板，该多晶硅场板通过金属引线与锗硅基区连接；锗硅基区和发射区的电极通过普通接触孔引出。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述结构的超高压锗硅HBT晶体管器件的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的超高压锗硅HBT晶体管器件的制备方法，包括以下步骤：
1）通过光刻和离子注入工艺，在衬底上形成N埋层和P埋层；
2）光刻浅槽隔离结构，并依次淀积底部隔离介质和掺杂多晶硅；
3）刻蚀多晶硅，形成多晶硅场板；
4）淀积隔离介质层，将多晶硅场板埋于隔离介质层内部；
5）通过离子注入工艺形成N型掺杂集电区；
6）依次淀积锗硅外延基区和N型掺杂的发射极多晶硅；
7）刻蚀接触孔，引出集电区、基区和发射区的电极。
与传统结构的超高压锗硅HBT晶体管器件相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明弃用了传统超高压锗硅HBT晶体管器件中均匀的N型埋层，只在锗硅HBT有源区两侧的场氧区下面制作N型重掺杂的埋层，并通过在场氧区刻蚀深接触孔，直接连接埋层，引出集电区，如此就不再需要使用有源区来实现埋层电极的引出，从而极大地缩减了器件的尺寸和面积。
2.本发明通过将集电区划分为轻掺杂区和重掺杂区，将传统HBT的集电区/基区（BC）结的一维耗尽模式改变为既有向衬底方向的纵向展宽，又有向埋层方向的横向延伸的二维分部模式，从而提高了BC结之间的结击穿电压，进而提高了HBT器件的击穿电压。
3.本发明引入了基区场板，改善了集电区的电场分布，从而在不改变集电区厚度和掺杂浓度的情况下，提高了超高压锗硅HBT器件的击穿电压。
附图说明
图1是本发明实施例的超高压SiGe HBT器件的结构示意图。
图2是本发明实施例的超高压SiGe HBT器件的制备工艺流程图。
具体实施方式
为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：
本实施例的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构如图1所示，该结构的具体制备工艺步骤如下：
步骤1，利用有源区光刻，在P型衬底上刻蚀出浅槽，然后分别利用N型和P型埋层的光罩进行埋层的注入，形成N埋层和P埋层，如图2（a）所示。
其中，N埋层中注入的是磷或砷，注入的剂量范围为1E14～1E16cm-2，注入的能量范围为2～50KeV。P埋层中注入的是硼或氟化硼，注入的剂量范围为1E14～1E16cm-2，注入的能量范围2～30KeV。由于埋层离子注入能量较低，其与衬底的结面积较小，因此，埋层与衬底的寄生电容较小，不需要再采用深槽隔离技术。
步骤2，依次淀积底部隔离介质氧化硅和掺杂多晶硅，然后进行化学机械研磨，将顶部的氧化硅磨平，露出多晶硅，接着进行多晶硅的刻蚀，将表面多晶硅刻除，如图2（b）所示。
掺杂多晶硅可掺杂P型杂质（例如硼或氟化硼），也可掺杂N型杂质（例如磷或砷），杂质的体浓度为1.0E18～1.0E21 atoms/cm3。
步骤3，进行多晶硅的过刻蚀，使得多晶硅的高度低于硅衬底表面，如图2（c）所示。
步骤4，去除多晶硅上面的氧化硅，如图2（d）所示。
步骤5，通过光刻工艺，定义出多晶硅场板的位置，将不需要的多晶硅刻除，如图2（e）所示。
步骤6，淀积氧化硅隔离介质层，将槽填满，使掺杂多晶硅埋于隔离介质层内部，见图2（f）中的浅沟槽隔离结构。
步骤7，通过腐蚀去除大部分有源区上的硬掩膜层，在两侧埋层之间的区域（包括有源区和部分场氧下区域）注入低剂量（1.0E11～1.0E13 atoms/cm2）的磷离子，其他HBT区域注入中剂量（1.0E13～1.0E15 atoms/cm2）的磷离子，形成集电区；然后淀积锗硅外延层，作为器件的基区，如图2（g）所示。
步骤8，淀积氧化物介质层，打开发射区窗口后，淀积在位N型掺杂的多晶硅发射极，再注入N型杂质砷或磷，注入浓度要大于或等于2E15cm-2，注入能量由发射极厚度决定。然后光刻、刻蚀多晶硅，形成发射极和隔离介质层，如图2（h）所示。
步骤9，刻蚀深阱接触孔，在接触孔内生长过渡金属层Ti/TiN（钛/氮化钛），填入金属钨，并进行化学机械抛光，形成深阱接触孔，连接N埋层和P埋层，引出埋层所连接的集电区；该深阱接触孔距离器件很近，从而避免了过大的集电极电阻，也减小了集电极的寄生电容。同时，用传统的接触孔引出基区和发射区；集电区、基区和发射区的三个电极再使用金属引线引出，多晶硅场板和基区则通过金属引线连接在一起，如图2(i)所示。
Claims (10)
1.超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、集电区、锗硅基区和发射区，锗硅基区和发射区的电极通过接触孔引出；其特征在于，所述集电区两侧分别连接有一个N埋层，该N埋层位于P埋层旁，且该N埋层上连接有一个深阱接触孔；N埋层和P埋层上方有浅沟槽隔离结构，该浅沟槽隔离结构中包含有多晶硅场板，该多晶硅场板通过金属引线与锗硅基区连接。
2.根据权利要求1所述的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，其特征在于，在锗硅基区下方、两N埋层之间的倒T型集电区为N型轻掺杂区，其余集电区为N型重掺杂。
3.根据权利要求2所述的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，其特征在于，轻掺杂集电区的杂质离子浓度为1.0E11～1.0E13atoms/cm2，重掺杂集电区的杂质离子浓度为1.0E13～1.0E15atoms/cm2。
4.权利要求1所述结构的HBT晶体管器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过光刻和离子注入工艺，在衬底上形成N埋层和P埋层；
2)光刻浅槽隔离结构，并依次淀积底部隔离介质和掺杂多晶硅；
3)刻蚀多晶硅，形成多晶硅场板；
4)淀积隔离介质层，将多晶硅场板埋于隔离介质层内部；
5)通过离子注入工艺形成N型掺杂集电区；
6)依次淀积锗硅外延基区和N型掺杂的发射极多晶硅；
7)刻蚀接触孔，引出集电区、基区和发射区的电极。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述N埋层中注入的是磷或砷，注入剂量为1E14～1E16cm-2，注入能量为2～50KeV；所述P埋层中注入的是硼或氟化硼，注入剂量为1E14～1E16cm-2，注入能量为2～30KeV。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)，所述多晶硅中掺杂的杂质的体浓度为1E18～1E21atoms/cm3。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤5)，在锗硅外延基区下方、两N埋层之间的倒T型集电区进行轻掺杂，其余集电区进行重掺杂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，轻掺杂集电区的杂质离子注入剂量为1.0E11～1.0E13atoms/cm2，重掺杂集电区的杂质离子注入剂量为1.0E13～1.0E15atoms/cm2。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤6)，所述发射极多晶硅中的杂质浓度大于或等于2E15cm-2。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤7)，所述接触孔内生长有钛/氮化钛层，并填入了金属钨。
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