发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅异质结双极晶体管,能够减小器件尺寸、减小集电极的寄生电阻、提高器件的特征频率,能简化工艺流程、减少光刻版的使用、降低工艺成本,能实现工艺尺寸的精确控制。为此,本发明还要提供一种锗硅异质结双极晶体管的制造方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的锗硅异质结双极晶体管形成于P型硅衬底上,有源区由浅槽场氧隔离,所述锗硅异质结双极晶体管包括:
一集电区,由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成,所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度。
一赝埋层,由形成于所述有源区周围的浅槽场氧底部的N型离子注入区组成,所述赝埋层在所述有源区的底部边缘和所述集电区形成连接,通过在所述赝埋层顶部的浅槽场氧形成的深孔接触引出集电极。
一P型锗硅外延层,形成于所述硅衬底的所述有源区和所述浅槽场氧上;在所述P型锗硅外延层上依次形成有硼硅玻璃和氮化硅层。
一发射极窗口,通过刻蚀部分所述硼硅玻璃和所述氮化硅层形成,所述发射极窗口位于所述有源区上方的中间区域且所述发射极窗口的尺寸小于所述有源区的尺寸;在所述发射极窗口的内侧壁上形成有内侧墙。
所述P型锗硅外延层分成三个区域,位于所述所述发射极窗口正下方且未被所述内侧墙覆盖的区域为区域一、被所述内侧墙覆盖的区域为区域二、位于所述发射极窗口外部的区域为区域三;所述区域三中的P型锗硅外延层的掺杂杂质还包括由其顶部的所述硼硅玻璃中经退火推进形成的P型杂质;所述区域三中的P型锗硅外延层掺杂浓度大于所述区域二中的P型锗硅外延层掺杂浓度、所述区域二中的P型锗硅外延层掺杂浓度大于所述区域一中的P型锗硅外延层掺杂浓度;所述区域一中的P型锗硅外延层形成本征基区,所述区域三中的P型锗硅外延层形成外基区,所述区域二的P型锗硅外延层为所述本征基区和所述外基区间的连接区;通过在所述外基区的上部形成的金属接触引出基极。
一发射区,由完全填充于形成有所述内侧墙的所述发射极窗口内并在顶部延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层上的N型多晶硅组成;通过在所述发射区的上部形成的金属接触引出发射极。
更进一步的改进是,所述集电区的N型离子注入工艺条件为:注入杂质为磷,分三步注入形成,第一步注入能量为10keV~60keV;第二步注入能量为60keV~150keV;第三步注入能量为150keV~400keV;上述各步中注入能量和注入剂量的具体值由所述锗硅异质结双极晶体管的特性进行调整。
更进一步的改进是,所述赝埋层是在浅沟槽形成后、浅槽场氧填入前通过N型离子注入并进行退火推进形成,所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为:注入剂量1e14cm-2~1e16cm-2,注入能量2KeV~30KeV。
更进一步的改进是,所述硼硅玻璃的厚度为50埃~500埃;所述氮化硅层的厚度为50埃~500埃。
更进一步的改进是,所述内侧墙为氧化硅内侧墙,通过在所述发射极窗口形成后淀积厚度为300埃~3000埃的所述氧化硅、再进行各向异性刻蚀形成所述内侧墙。
更进一步的改进是,所述发射区的N型多晶硅的厚度为1000埃~3000埃,所述N型多晶硅通过在位掺杂,掺杂杂质为磷或砷,浓度为1e19cm-3~1e21cm-3;或者,所述N型多晶硅通过非掺杂的多晶硅并进行N型离子注入进行掺杂,注入杂质是磷或砷、注入剂量5e14cm-2~1e16cm-2、注入能量为2keV~20keV。
为解决上述技术问题,本发明提供的锗硅异质结双极晶体管的制造方法包括如下步骤:
步骤一、在P型硅衬底上形成浅沟槽和有源区。
步骤二、在所述有源区周围的浅沟槽底部的进行N型离子注入形成赝埋层。
步骤三、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。
步骤四、在所述有源区中进行N型离子注入形成集电区,所述集电区深度大于所述浅槽场氧底部的深度,所述集电区在所述有源区的底部边缘和所述赝埋层形成连接。
步骤五、在所述硅衬底表面进行外延生长P型锗硅外延层;在所述P型锗硅外延层上依次形成硼硅玻璃和氮化硅层。
步骤六、刻蚀部分所述氮化硅层和所述硼硅玻璃形成发射极窗口,所述发射极窗口的位于所述有源区上方的中间区域且所述发射极窗口的尺寸小于所述有源区的尺寸。
步骤七、进行退火推进,使位于所述发射极窗口外部的所述硼硅玻璃的P型杂质推进到其底部的所述P型锗硅外延层中。
步骤八、在所述发射极窗口的内侧壁形成内侧墙;所述P型锗硅外延层被分成三个区域,位于所述所述发射极窗口正下方且未被所述内侧墙覆盖的区域为区域一、被所述内侧墙覆盖的区域为区域二、位于所述发射极窗口外部的区域为区域三;所述区域一中的所述P型锗硅外延层为本征基区。
步骤九、在所述硅衬底表面形成N型多晶硅,所述N型多晶硅完全填充所述发射极窗口并延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层上。
步骤十、刻蚀形成发射区和外基区;所述发射区由刻蚀后的N型多晶硅组成,所述刻蚀后的N型多晶硅包括完全填充于所述发射极窗口内并在顶部延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层上的部分,所述发射区的尺寸小于所述有源区的尺寸;所述外基区由刻蚀后的所述区域三中的所述P型锗硅外延层组成,所述外基区的尺寸大于所述有源区的尺寸。
步骤十一、在所述赝埋层顶部的浅槽场氧中形成深孔接触引出所述集电极,在所述发射区的上部形成金属接触引出发射极;在所述外基区的上部形成金属接触引出基极。
更进一步的改进是,步骤二中所述赝埋层的N型离子注入工艺条件为:注入剂量1e14cm-2~1e16cm-2,注入能量2KeV~30KeV。
更进一步的改进是,步骤四中所述集电区的N型离子注入工艺条件为:注入杂质为磷,分三步注入形成,第一步注入能量为10keV~60keV;第二步注入能量为60keV~150keV;第三步注入能量为150keV~400keV;上述各步中注入能量和注入剂量的具体值由所述锗硅异质结双极晶体管的特性进行调整。
更进一步的改进是,步骤五中所述硼硅玻璃的厚度为50埃~500埃;所述氮化硅层的厚度为50埃~500埃。
更进一步的改进是,步骤八中所述内侧墙为氧化硅内侧墙,通过在所述发射极窗口形成后淀积厚度为300埃~3000埃的所述氧化硅、再进行各向异性刻蚀形成所述内侧墙。
更进一步的改进是,步骤九中所述N型多晶硅的厚度为1000埃~3000埃,所述N型多晶硅通过在位掺杂,掺杂杂质为磷或砷,浓度为1e19cm-3~1e21cm-3;或者,所述N型多晶硅通过非掺杂的多晶硅并进行N型离子注入进行掺杂,注入杂质是磷或砷、注入剂量5e14cm-2~1e16cm-2、注入能量为2keV~20keV。
本发明具有如下的有益效果:
一、本发明的集电区没有N型埋层和N型外延层;采用浅沟槽隔离技术(STI)即浅槽场氧隔离;采用在STI底部的N型注入所形成的赝埋层(Pseudo Buried Layer),从而能简化工艺流程。
二、本发明采用深接触孔与赝埋层接触,实现对集电极的引出,从而能减小的器件尺寸、减小集电极的寄生电阻、提高的特征频率,
三、本发明省略了现有技术中的深沟槽隔离工艺,能进一步简化工艺流程。
三、发射极窗口及其内侧墙的使用使本发明的发射区不需要光刻版、而采用自对准工艺就能形成,不仅能使发射区的尺寸受到良好的控制、实现发射区多晶硅和基区外延层的精准接触,形成稳定而均匀的发射极-基极P-N结,相对于现有技术还能减少光刻版、从而能降低工艺成本。
四、本发明的外基区和发射区多晶硅的隔离采用硼硅玻璃和氮化硅的内侧墙工艺,还能缩小外基区到本征基区的距离,即所述内侧墙底部的区域二中的尺寸相对于现有技术要减少,且该尺寸均匀和工艺能精确控制。
五、本发明的外基区采用重掺杂的硼硅玻璃并进行退火扩散形成,工艺简单。
具体实施方式
如图1所示,是本发明实施例锗硅异质结双极晶体管结构示意图,本发明实施例锗硅异质结双极晶体管形成于P型硅衬底1上,有源区由浅槽场氧3隔离,所述锗硅异质结双极晶体管包括:
一集电区4,由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成,所述集电区4深度大于所述浅槽场氧3底部的深度。所述集电区4的N型离子注入工艺条件为:注入杂质为磷,分三步注入形成,第一步注入能量为10keV~60keV;第二步注入能量为60keV~150keV;第三步注入能量为150keV~400keV;上述各步中注入能量和注入剂量的具体值由所述锗硅异质结双极晶体管的特性进行调整。
一赝埋层2,由形成于所述有源区周围的浅槽场氧3底部的N型离子注入区组成,所述赝埋层2在所述有源区的底部边缘和所述集电区4形成连接,通过在所述赝埋层2顶部的浅槽场氧3形成的深孔接触10引出集电极。所述赝埋层2是在浅沟槽3A形成后、浅槽场氧3填入前通过N型离子注入并进行退火推进形成,所述赝埋层2的N型离子注入工艺条件为:注入剂量1e14cm-2~1e16cm-2,注入能量2KeV~30KeV。
一P型锗硅外延层,形成于所述硅衬底1的所述有源区和所述浅槽场氧3上;在所述P型锗硅外延层上依次形成有硼硅玻璃6和氮化硅层7。所述硼硅玻璃6的厚度为50埃~500埃;所述氮化硅层7的厚度为50埃~500埃。
一发射极窗口,通过刻蚀部分所述硼硅玻璃6和所述氮化硅层7形成,所述发射极窗口位于所述有源区上方的中间区域且所述发射极窗口的尺寸小于所述有源区的尺寸;在所述发射极窗口的内侧壁上形成有内侧墙8。所述内侧墙8为氧化硅内侧墙8,通过在所述发射极窗口形成后淀积厚度为300埃~3000埃的所述氧化硅、再进行各向异性刻蚀形成所述内侧墙8。
所述P型锗硅外延层分成三个区域,位于所述所述发射极窗口正下方且未被所述内侧墙8覆盖的区域为区域一、被所述内侧墙8覆盖的区域为区域二、位于所述发射极窗口外部的区域为区域三;所述区域三中的P型锗硅外延层的掺杂杂质还包括由其顶部的所述硼硅玻璃6中经退火推进形成的P型杂质;所述区域三中的P型锗硅外延层掺杂浓度大于所述区域二中的P型锗硅外延层掺杂浓度、所述区域二中的P型锗硅外延层掺杂浓度大于所述区域一中的P型锗硅外延层掺杂浓度;所述区域一中的P型锗硅外延层形成本征基区5A,所述区域三中的P型锗硅外延层形成外基区5B,所述区域二的P型锗硅外延层为所述本征基区5A和所述外基区5B间的连接区;通过在所述外基区5B的上部形成的金属接触11引出基极。
一发射区9,由完全填充于形成有所述内侧墙8的所述发射极窗口内并在顶部延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层7上的N型多晶硅组成;通过在所述发射区9的上部形成的金属接触11引出发射极。最后通过金属层12实现器件的互连。所述发射区9的N型多晶硅的厚度为1000埃~3000埃,所述N型多晶硅通过在位掺杂,掺杂杂质为磷或砷,浓度为1e19cm-3~1e21cm-3;或者,所述N型多晶硅通过非掺杂的多晶硅并进行N型离子注入进行掺杂,注入杂质是磷或砷、注入剂量5e14cm-2~1e16cm-2、注入能量为2keV~20keV。
如图2A至图2H所示,是本发明实施例制造方法各步骤中的锗硅异质结双极晶体管结构示意图。本发明实施例锗硅异质结双极晶体管的制造方法包括如下步骤:
步骤一、如图2A所示,在P型硅衬底1上通过光刻刻蚀形成浅沟槽3A和有源区。刻蚀时在所述有源区上方形成有氮化硅硬质掩模层3B。
步骤二、如图2A所示,在所述有源区周围的浅沟槽3A底部的进行N型离子注入形成赝埋层2。所述氮化硅硬质掩模层3B在离子注入时作为有源区的阻挡层。所述赝埋层2的N型离子注入工艺条件为:注入剂量1e14cm-2~1e16cm-2,注入能量2KeV~30KeV。
步骤三、如图2B所示,在所述浅沟槽3A中填入氧化硅形成浅槽场氧3。
步骤四、如图2B所示,在所述有源区中进行N型离子注入形成集电区4,所述集电区4深度大于所述浅槽场氧3底部的深度,所述集电区4在所述有源区的底部边缘和所述赝埋层2形成连接。所述集电区4的N型离子注入工艺条件为:注入杂质为磷,分三步注入形成,第一步注入能量为10keV~60keV;第二步注入能量为60keV~150keV;第三步注入能量为150keV~400keV;上述各步中注入能量和注入剂量的具体值由所述锗硅异质结双极晶体管的特性进行调整。
步骤五、如图2C所示,在所述硅衬底1表面进行外延生长P型锗硅外延层5;在所述P型锗硅外延层5上依次形成硼硅玻璃6和氮化硅层7。所述硼硅玻璃6的厚度为50埃~500埃;所述氮化硅层7的厚度为50埃~500埃。
步骤六、如图2D所示,刻蚀部分所述氮化硅层7和所述硼硅玻璃6形成发射极窗口,所述发射极窗口的位于所述有源区上方的中间区域且所述发射极窗口的尺寸小于所述有源区的尺寸。
步骤七、如图2E所示,进行退火推进,使位于所述发射极窗口外部的所述硼硅玻璃6的P型杂质推进到其底部的所述P型锗硅外延层5中。退火推进时,所述硼硅玻璃6的P型杂质推进还会继续推进到所述发射极窗口外部的所述P型锗硅外延层5底部的有源区中。
步骤八、如图2F所示,在所述发射极窗口的内侧壁形成内侧墙8;所述P型锗硅外延层5被分成三个区域,位于所述所述发射极窗口正下方且未被所述内侧墙8覆盖的区域为区域一、被所述内侧墙8覆盖的区域为区域二、位于所述发射极窗口外部的区域为区域三;所述区域一中的所述P型锗硅外延层5为本征基区5A。所述内侧墙8为氧化硅内侧墙,通过在所述发射极窗口形成后淀积厚度为300埃~3000埃的所述氧化硅、再进行各向异性刻蚀形成所述内侧墙8。
步骤九、如图2G所示,在所述硅衬底1表面形成N型多晶硅9A,所述N型多晶硅9A完全填充所述发射极窗口并延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层7上。所述N型多晶硅的厚度为1000埃~3000埃,所述N型多晶硅通过在位掺杂,掺杂杂质为磷或砷,浓度为1e19cm-3~1e21cm-3;或者,所述N型多晶硅通过非掺杂的多晶硅并进行N型离子注入进行掺杂,注入杂质是磷或砷、注入剂量5e14cm-2~1e16cm-2、注入能量为2keV~20keV。
步骤十、如图2H所示,刻蚀形成发射区9和外基区5B;所述发射区9由刻蚀后的N型多晶硅9A组成,所述刻蚀后的N型多晶硅9A包括完全填充于所述发射极窗口内并在顶部延伸到所述发射极窗口外部的氮化硅层7上的部分,所述发射区9的尺寸小于所述有源区的尺寸;所述外基区5B由刻蚀后的所述区域三中的所述P型锗硅外延层5组成,所述外基区5B的尺寸大于所述有源区的尺寸,所述外基区5B也能包括所述区域三中的所述P型锗硅外延层5底部的通过退火时形成于所述有源区中的P型杂质区。
步骤十一、如图1所示,在所述赝埋层2顶部的浅槽场氧3中形成深孔接触10引出所述集电极,在所述发射区9的上部形成金属接触11引出发射极;在所述外基区5B的上部形成金属接触11引出基极。并形成金属层12实现器件的互连。
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。