CN102543726B - 高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，其集电区的形成方法为：在三极管有源区打开后渐变深度的多次注入集电区N型杂质，然后通过快速热退火使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布。该方法能有效降低集电区的总体电阻，与高成本的外延层集电区性能相一致，采用该方法制造的高压锗硅异质结双极晶体管成本低、且性能高。

Description

高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，尤其是一种高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法。
背景技术
随着锗硅(SiGe)工艺的日益成熟，射频电路集成也越来越普遍，射频接受、射频发射以及开关等都趋向集成，因此放大接受信号的低噪声放大器(LNA)和放大发射信号的功率放大器(PA)都应制作在同一芯片上，因此要求在同一套SiGe工艺平台上仅改变版图即可设计出高击穿电压的高压锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)，以满足不同放大器的需求。
常规的高压三极管集电区制作工艺采用高成本的集电区外延层生长，且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)。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。该器件工艺成熟可靠，但主要缺点有：1、集电区外延成本高；2、collector pick-up的形成靠高剂量、大能量的离子注入，才能将集电区埋层引出，因此所占器件面积很大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低成本、高性能的高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，使器件中没有高成本集电区外延层，采用多次渐变深度集电区注入，形成均匀的集电区N型杂质分布，有效的降低了集电区的总体电阻，与高成本的外延层集电区性能相一致。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，包括形成集电区、基区和发射区；其集电区的形成方法为：在三极管有源区打开后渐变深度的多次注入集电区N型杂质，然后通过快速热退火使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布。
该方法具体包括如下步骤：
步骤一、在P型硅衬底上形成场氧区沟槽和有源区；
步骤二、在所述有源区两侧的场氧区底部进行N型离子注入形成赝埋层；
步骤三、在所述场氧区沟槽中填入氧化硅形成场氧区；
步骤四、在所述有源区中进行渐变深度的多次N型离子注入形成集电区；然后再进行快速热退火工艺，使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布；
步骤五、形成基区；
步骤六、形成发射区；
步骤七、在所述赝埋层顶部的场氧区中形成深孔接触引出集电区电极。
步骤二具体为：首先，用光刻胶定义赝埋层区域，通过光刻胶形成的赝埋层保护窗口在有源区两侧的场氧区底部进行N型离子注入，通过注入离子的横向扩散，交汇于有源区，形成赝埋层；所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为：当注入杂质为磷时，注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为3KeV～20keV；当注入杂质为砷时，注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为5KeV～40keV。
步骤四中，所述渐变深度的多次N型离子注入的注入次数为3～5次，每次注入能量呈递减趋势；当注入杂质为磷时，每次注入能量为50～500kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2；当注入杂质为砷时，每次注入能量为100～800kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2。
步骤四中，所述快速热退火工艺的工艺条件为：温度为990～1060℃；时间为5秒到30秒。
步骤七中，所述深孔接触通过在所述赝埋层顶部的场氧区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。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种经济的、高性能的高压锗硅异质结双极晶体管制作工艺，采用多次渐变深度集电区注入，形成均匀的集电区N型杂质分布，有效的降低了集电区的总体电阻，与高成本的外延层集电区性能相一致。
附图说明
图1是本发明中采用多次渐变深度集电区注入的示意图；
图2是采用本发明方法形成的高压锗硅异质结双极晶体管的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，采用本发明方法制造的高压锗硅异质结双极晶体管器件中没有集电区埋层和集电区外延层，取而代之的是制作N型膺埋层(PseudoBuried Layer)和掺杂集电区。在HBT两侧的浅槽隔离高剂量、低能量地注入磷离子或砷离子，通过磷或砷的横向扩散，交汇于有源区，形成埋层。然后通过腐蚀去除大部分有源区上的硬掩模层(Hard Mask)，在全部的三极管区域注入中低剂量的磷离子或砷离子，形成集电区。
如图1所示，本发明采用多次渐变深度集电区注入，低成本高性能的高压三极管集电区工艺，在三极管有源区打开后渐变深度的多次注入集电区N型杂质；注入次数为3～5次，每次注入能量呈递减趋势；当注入杂质为磷时，每次注入能量为50～500kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2；当注入杂质为砷时，每次注入能量为100～800kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2；形成均匀的集电区N型杂质分布，有效的降低了集电区的总体电阻，与高成本的外延层集电区性能相一致。
本发明不再通过高浓度高能量N型注入制作集电极引出端，而是通过在场氧中刻出深阱接触孔，填入Ti/TiN过渡金属层以及金属W，接触膺埋层，实现集电极的引出。该接触孔距离器件基区很近，避免了过大的集电极电阻，也减小了集电极的寄生电容。
下面举一实施例来详细说明本发明高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，该方法主要包括如下步骤：
步骤一、在P型硅衬底上形成场氧区沟槽和有源区。
步骤二、形成N+赝埋层。首先，用光刻定义赝埋层区域，即用光刻胶形成所述赝埋层离子注入时赝埋层保护窗口。通过所述光刻胶形成的所述赝埋层保护窗口在所述有源区两侧的场氧区底部进行N型离子注入，通过注入离子的横向扩散，交汇于有源区，形成所述N+赝埋层。所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为：高剂量、低能量地注入磷离子或砷离子。当注入杂质为磷时，注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为3KeV～20keV；当注入杂质为砷时,注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为5KeV～40keV。
步骤三、在所述场氧区沟槽中填入氧化硅形成场氧区。
步骤四、形成集电区。首先，通过腐蚀去除大部分有源区上的硬掩模层(HardMask)，即打开三极管有源区形成集电区保护窗口，然后如图1所示，在三极管有源区打开后采用渐变深度的多次注入集电区N型杂质(注入次数为3～5次，每次注入能量呈递减趋势；当注入杂质为磷时，每次注入能量为50～500kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2；当注入杂质为砷时，每次注入能量为100～800kev，每次注入剂量为5e11/cm2～1e12/cm2)，形成集电区。所述集电区深度大于所述场氧区底部的深度、且所述集电区和所述赝埋层形成良好接触。然后再进行快速热退火工艺(采用温度：990～1060℃；时间：5秒到30秒)，使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布(见图2)，有效的降低了集电区的总体电阻，与高成本的外延层集电区性能相一致。
步骤五、按本领域常规方法形成基区。首先，形成基区窗口介质层；其次，形成基区窗口；然后，形成锗硅基区。
步骤六、按本领域常规方法形成发射区。首先，形成发射区窗口介质层；其次，形成发射区窗口；再进行N型多晶硅生长并刻蚀形成N+多晶硅发射区。然后制作所述发射区的氧化硅侧墙，所述氧化硅侧墙能避免发射区硅化物和外基区上硅化物的短路。
步骤七、在所述赝埋层顶部的场氧区中刻蚀形成深孔接触引出所述集电区电极。所述深孔接触是通过在所述赝埋层顶部的场氧区中开一深孔并在所述深孔中淀积钛/氮化钛阻挡金属层后、再填入钨形成的，该深孔接触接触膺埋层，实现集电极的引出。该深孔接触距离器件基区很近，避免了过大的集电极电阻，也减小了集电极的寄生电容。该方法还包括形成所述外基区、发射区的接触孔的工艺，以及其它后道工艺，形成最终的高压锗硅异质结双极晶体管，见图2。

Claims (5)

1.一种高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，包括形成集电区、基区和发射区；其特征在于，其集电区的形成方法为：在三极管有源区打开后渐变深度的多次注入集电区N型杂质，然后通过快速热退火使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布，该制造方法具体包括如下步骤：
步骤一、在P型硅衬底上形成场氧区沟槽和有源区；
步骤二、在所述有源区两侧的场氧区底部进行N型离子注入形成赝埋层；
步骤三、在所述场氧区沟槽中填入氧化硅形成场氧区；
步骤四、在所述有源区中进行渐变深度的多次N型离子注入形成集电区；然后再进行快速热退火工艺，使多次注入的N型杂质连成一片，形成均匀的N型集电区杂质分布；
步骤五、形成基区；
步骤六、形成发射区；
步骤七、在所述赝埋层顶部的场氧区中形成深孔接触引出集电区电极。
2.如权利要求1所述的高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，其特征在于，步骤二具体为：首先，用光刻胶定义赝埋层区域，通过光刻胶形成的赝埋层保护窗口在有源区两侧的场氧区底部进行N型离子注入，通过注入离子的横向扩散，交汇于有源区，形成赝埋层；所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为：当注入杂质为磷时，注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为3KeV～20keV；当注入杂质为砷时，注入剂量为3e14/cm2～5e15/cm2，注入能量为5KeV～40keV。
3.如权利要求1所述的高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，其特征在于，步骤四中，所述渐变深度的多次N型离子注入的注入次数为3～5次，每次注入能量呈递减趋势；当注入杂质为磷时，每次注入能量为50～500kev，每次注入剂量为5e11cm2～1e12/cm2；当注入杂质为砷时，每次注入能量为100～800kev，每次注入剂量为5e11cm2～1e12/cm2。
4.如权利要求1所述的高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，其特征在于，步骤四中，所述快速热退火工艺的工艺条件为：温度为990～1060℃；时间为5秒到30秒。
5.如权利要求1所述的高压锗硅异质结双极晶体管的制造方法，其特征在于：步骤七中，所述深孔接触通过在所述赝埋层顶部的场氧区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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