CN102738159B - 一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及制备方法 - Google Patents

一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件制备方法,首先制备SOI衬底,在衬底上刻蚀双极器件区域,在该区域利用化学汽相淀积(CVD)方法和自对准工艺制备双多晶SiGe HBT器件,接着光刻MOS有源区,在该区域连续生长Si缓冲层、应变SiGe层、本征Si层,分别形成NMOS和PMOS器件有源区,在NMOS和PMOS器件有源区淀积SiO2和多晶硅,通过刻蚀制备长度为22~350nm的伪栅,采用自对准工艺形成NMOS和PMOS器件的轻掺杂源漏(LDD)和源漏,然后去除伪栅,制备形成栅介质氧化镧(La2O3)和金属钨(W)形成栅极,最后金属化,光刻引线,构成BiCMOS集成电路。本发明的制备过程采用自对准工艺,MOS结构中采用了轻掺杂源漏(LDD)结构,有效地抑制了热载流子对器件性能的影响,提高了器件的可靠性。

Description

一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及制备方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路技术领域,尤其涉及一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及制备方法。
背景技术
半导体集成电路技术是高科技和信息产业的核心技术,已成为衡量一个国家科学技术水平、综合国力和国防力量的重要标志,而以集成电路为代表的微电子技术则是半导体技术的关键。半导体产业是国家的基础性产业,其之所以发展得如此之快,除了技术本身对经济发展的巨大贡献之外,还与它广泛的应用性有关。
英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)于1965年提出了“摩尔定律”,该定理指出:集成电路芯片上的晶体管数目,约每18个月增加1倍,性能也提升1倍。多年来,世界半导体产业始终遵循着这条定律不断地向前发展,尤其是Si基集成电路技术,发展至今,全世界数以万亿美元的设备和技术投入,已使Si基工艺形成了非常强大的产业能力。2004年2月23日英特尔首席执行官克莱格·贝瑞特在东京举行的全球信息峰会上表示,摩尔定律将在未来15到20年依然有效,然而推动摩尔定律继续前进的技术动力是:不断缩小芯片的特征尺寸。目前,国外45nm技术已经进入规模生产阶段,32nm技术处在导入期,按照国际半导体技术发展路线图ITRS,下一个节点是22nm。
不过,随着集成电路技术的继续发展,芯片的特征尺寸不断缩小,在Si芯片制造工业微型化进程中面临着材料物理属性,制造工艺技术,器件结构等方面极限的挑战。比如当特征尺寸小于100nm以下时由于隧穿漏电流和可靠性等问题,传统的栅介质材料SiO2无法满足低功耗的要求;纳米器件的短沟道效应和窄沟道效应越发明显,严重影响了器件性能;传统的光刻技术无法满足日益缩小的光刻精度。因此传统Si基工艺器件越来越难以满足设计的需要。
为了满足半导体技术的进一步发展需要,大量的研究人员在新结构、新材料以及新工艺方面的进行了深入的研究,并在某些领域的应用取得了很大进展。这些新结构和新材料对器件性能有较大的提高,可以满足集成电路技术继续符合“摩尔定理”迅速发展的需要。
因此,目前工业界在制造大规模集成电路尤其是数模混合集成电路时,仍然采用Si BiCMOS或者SiGe BiCMOS技术(Si BiCMOS为Si双极晶体管BJT+Si CMOS,SiGe BiCMOS为SiGe异质结双极晶体管HBT+Si CMOS)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及制备方法,以实现器件与集成电路性能的最优化。
本发明的目的在于提供一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件,所述BiCMOS集成器件为双多晶SiGe HBT器件,应变SiGe平面沟道NMOS器件和应变SiGe平面沟道PMOS器件。
进一步,NMOS器件导电沟道为应变SiGe材料,沿沟道方向为张应变。
进一步,所述SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。
进一步,所述三种器件为全平面结构。
进一步,PMOS器件采用量子阱结构。
本发明的另一目的在于提供一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件的制备方法,包括如下步骤:
第一步、选取两片N型掺杂的Si片,其中两片掺杂浓度均为1~5×1015cm-3,对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.5~1μm;将其中的一片作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢,将另一片作为下层的基体材料;采用化学机械抛光(CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光;
第二步、将两片Si片氧化层相对置于超高真空环境中在350~480℃的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100~200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100~200nm的Si材料,并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底;
第三步、在衬底表面热氧化一层厚度为300~500nm的SiO2层,光刻隔离区域,利用干法刻蚀工艺,在深槽隔离区域刻蚀出深度为3~5μm的深槽;利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在深槽内填充SiO2,用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离;
第四步、光刻HBT器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2~3μm的深槽,将中间的氧化层刻透;在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1016~1×1017cm-3的Si层,厚度为2~3μm,作为集电区;
第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在外延Si层表面淀积一层厚度为500~700nm的SiO2层,光刻集电极接触区窗口,对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019~1×1020cm-3,形成集电极接触区域,再将衬底在950~1100℃温度下,退火15~120s,进行杂质激活;
第六步、刻蚀掉衬底表面的氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积二层材料:第一层为SiO2层,厚度为20~40nm;第二层为P型Poly-Si层,厚度为200~400nm,掺杂浓度为1×1020~1×1021cm-3
第七步、光刻Poly-Si,形成外基区,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为200~400nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
第八步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,淀积一SiN层,厚度为50~100nm,光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;再利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为10~20nm,干法刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
第九步、利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为15~25%,掺杂浓度为5×1018~5×1019cm-3,厚度为20~60nm;
第十步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为200~400nm,再对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,形成发射极;
第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积SiO2层,在950~1100℃温度下,退火15~120s,进行杂质激活;
第十二步、光刻MOS有源区,利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100~140nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在该浅槽中连续生长三层材料:第一层是厚度为80~120nm的N型Si缓冲层,该层掺杂浓度为1~5×1015cm-3;第二层是厚度为10~15nm的N型SiGe外延层,该层Ge组分为15~30%,掺杂浓度为1~5×1016cm-3;第三层是厚度为3~5nm的本征弛豫Si层;
第十三步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在外延材料表面淀积一层厚度为300~500nm的SiO2层;光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到1~5×1017cm-3;光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为1~5×1017cm-3
第十四步、利用湿法刻蚀,刻蚀掉表面的SiO2层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为3~5nm的SiN层作为栅介质和一层厚度为300~500nm的本征Poly-Si层,光刻Poly-Si栅和栅介质,形成22~350nm长的伪栅;
第十五步、利用离子注入,分别对NMOS器件有源区和PMOS器件有源区进行N型和P型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)和P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度均为1~5×1018cm-3
第十六步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为5~15nm的SiO2层,利用干法刻蚀工艺,刻蚀掉表面的SiO2层,保留Poly-Si栅和栅介质侧面的SiO2,形成侧墙;
第十七步、光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;将衬底在950~1100℃温度下,退火15~120s,进行杂质激活;
第十八步、用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,厚度为300~500nm,利用化学机械抛光(CMP)技术,将SiO2平坦化到栅极表面;
第十九步、利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印,在衬底表面生长一层厚度为2~5nm的氧化镧(La2O3);在衬底表面溅射一层金属钨(W),最后利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去;
第二十步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,表面生长一层SiO2层,并光刻引线孔;
第二十一步、金属化、光刻引线,形成漏极、源极和栅极以及发射极、基极、集电极金属引线,构成MOS导电沟道为22~350nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件。
进一步,该制备方法中双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件制造过程中所涉及的最高温度根据所涉及的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定,最高温度小于等于800℃。
进一步,基区厚度根据第九步SiGe的外延层厚度来决定,取20~60nm。
本发明的另一目的在于提供一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成电路的制备方法,包括如下步骤:
步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为:
(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;
(1b)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为下层的基体材料;
(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理;
(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面氧化层相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合;
(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构;
步骤2,深槽隔离制备的实现方法为:
(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面生长一层厚度为300nm的SiO2层;
(2b)光刻深槽隔离区域;
(2c)在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为3μm的深槽;
(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积SiO2,并将深槽内填满;
(2e)用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离;
步骤3,HBT器件集电极接触区制备的实现方法为:
(3a)光刻HBT器件有源区;
(3b)利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2μm的深槽,将中间的氧化层刻透;
(3c)在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1016cm-3的Si层,厚度为2μm,作为集电区;
(3d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面应淀积一层厚度为500nm的SiO2层;
(3e)光刻集电极接触区窗口;
(3f)对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极接触区域;
(3g)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活;
步骤4,基区接触制备的实现方法为:
(4a)刻蚀掉衬底表面氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为20nm的SiO2层;
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层P型Poly-Si层,作为基区接触区,该层厚度为200nm,掺杂浓度为1×1020cm-3
(4c)光刻Poly-Si,形成外基区,在600℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为200nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
(4d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为50nm;
(4e)光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;
(4f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiN层,厚度为10nm;
步骤5,基区材料制备的实现方法为:
(5a)利用干法,刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
(5b)利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域;
(5c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3,厚度为20nm;
步骤6,发射区制备的实现方法为:
(6a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为200nm;
(6b)对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,在950℃温度下退火120s,激活杂质,形成发射极;
步骤7,MOS有源区制备的实现方法为:
(7a)光刻MOS有源区;
(7b)利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm的浅槽;
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽中生长厚度为80nm的N型Si缓冲层,该层掺杂浓度为1×1015cm-3
(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为10nm的N型SiGe外延层,该层Ge组分为15%,掺杂浓度为1×1016cm-3
(7e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为3nm的本征弛豫型Si帽层;
步骤8,NMOS器件和PMOS器件形成的实现方法为:
(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底上生长一层300nm的SiO2
(8b)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到1×1017cm-3
(8c)光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为1×1017cm-3
(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层厚度为3nm的SiN层;
(8e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiN层上生长一层300nm的多晶硅;
(8f)光刻Poly-Si栅和栅介质,形成22nm长的伪栅;
(8g)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8h)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8i)在衬底表面,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,生长一层SiO2,厚度为10nm,随后利用干法刻蚀工艺光刻掉多余的SiO2,保留栅极侧壁SiO2,形成侧墙;
(8j)光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;
(8k)光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;
(8l)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活;
步骤9,栅制备的实现方法为:
(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2层,SiO2厚度为300nm厚度;
(9b)利用化学机械抛光(CMP)方法,对表面进行平坦化至栅极水平;
(9c)利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印;
(9d)在衬底表面生长一层厚度为2nm的氧化镧(La2O3);
(9e)在衬底表面溅射一层金属钨(W);
(9f)利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去;
步骤10,构成BiCMOS集成电路的实现方法为:
(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层SiO2层;
(10b)光刻引线孔;
(10c)金属化;
(10d)光刻引线,形成漏极、源极和栅极,以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线,构成MOS导电沟道为22nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路。
本发明具有如下优点:
1.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件结构中采用了轻掺杂源漏(LDD)结构,有效地抑制了热载流子对器件性能的影响;
2.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件在PMOS器件结构中都采用了量子阱结构,能有效地把空穴限制在SiGe层内,减少了界面散射,提高了器件的频率、电流驱动能力等电学性能;
3.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件采用了高K栅介质,提高了MOS器件的栅控能力,增强了器件的电学性能;
4.本发明制备双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件过程中涉及的最高温度为800℃,低于引起应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温度,因此该制备方法能有效地保持应变SiGe沟道应力,提高集成电路的性能;
5.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS中,在制备NMOS器件和PMOS器件栅电极时采用了金属栅镶嵌工艺(damascene process),该工艺中使用了金属钨(W)作为金属电极,降低了栅电极的电阻,提高了器件设计的灵活性和可靠性;
6.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件,在SiGe HBT器件的制备过程中,采用全自对准工艺,有效地减小了寄生电阻与电容,提高了器件的电流与频率特性;
7.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件,SiGe HBT器件的发射极、基极采用多晶,多晶可以部分制作在氧化层上面,减小了器件有源区的面积,从而减小器件尺寸,提高电路的集成度;
8.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件中采用了SOI衬底,降低MOS器件与电路的功耗和开启电压,提高了器件与电路的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供制备双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路制备方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件,所述BiCMOS集成器件的为双多晶SiGe HBT器件,应变SiGe平面沟道NMOS器件和应变SiGe平面沟道PMOS器件。
作为本发明实施例的一优化方案,NMOS器件导电沟道为应变SiGe材料,沿沟道方向为张应变。
作为本发明实施例的一优化方案,所述SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。
作为本发明实施例的一优化方案,所述三种器件为全平面结构。
作为本发明实施例的一优化方案,PMOS器件采用量子阱结构。
以下参照附图1,对本发明方法制备双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件的加工流程图作进一步详细描述。
实施例1:制备沟道长度为22nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下:
步骤1,SOI衬底材料制备。
(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;
(1b)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为下层的基体材料;
(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理;
(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面氧化层相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合;
(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。
步骤2,深槽隔离制备。
(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面生长一层厚度为300nm的SiO2层;
(2b)光刻深槽隔离区域;
(2c)在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为3μm的深槽;
(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积SiO2,并将深槽内填满;
(2e)用化学机械抛光化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离。
步骤3,HBT器件集电极接触区制备。
(3a)光刻HBT器件有源区;
(3b)利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2μm的深槽,将中间的氧化层刻透;
(3c)在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1016cm-3的Si层,厚度为2μm,作为集电区;
(3d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面应淀积一层厚度为500nm的SiO2层;
(3e)光刻集电极接触区窗口;
(3f)对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极接触区域;
(3g)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活。
步骤4,基区接触制备。
(4a)刻蚀掉衬底表面氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为20nm的SiO2层;
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层P型Poly-Si层,作为基区接触区,该层厚度为200nm,掺杂浓度为1×1020cm-3
(4c)光刻Poly-Si,形成外基区,在600℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为200nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
(4d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为50nm;
(4e)光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;
(4f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiN层,厚度为10nm。
步骤5,基区材料制备。
(5a)利用干法,刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
(5b)利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域;
(5c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3,厚度为20nm。
步骤6,发射区制备。
(6a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为200nm;
(6b)对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,在950℃温度下退火120s,激活杂质,形成发射极。
步骤7,MOS有源区制备。
(7a)光刻MOS有源区;
(7b)利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm的浅槽;
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽中生长厚度为80nm的N型Si缓冲层,该层掺杂浓度为1×1015cm-3
(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为10nm的N型SiGe外延层,该层Ge组分为15%,掺杂浓度为1×1016cm-3
(7e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为3nm的本征弛豫型Si帽层。
步骤8,NMOS器件和PMOS器件形成。
(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底上生长一层300nm的SiO2
(8b)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到1×1017cm-3
(8c)光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为1×1017cm-3
(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层厚度为3nm的SiN层;
(8e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiN层上生长一层300nm的多晶硅;
(8f)光刻Poly-Si栅和栅介质,形成22nm长的伪栅;
(8g)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8h)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8i)在衬底表面,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,生长一层SiO2,厚度为10nm,随后利用干法刻蚀工艺光刻掉多余的SiO2,保留栅极侧壁SiO2,形成侧墙;
(8j)光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;
(8k)光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;
(8l)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活。
步骤9,栅制备。
(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2层,SiO2厚度为300nm厚度;
(9b)利用化学机械抛光(CMP)方法,对表面进行平坦化至栅极水平;
(9c)利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印;
(9d)在衬底表面生长一层厚度为2nm的氧化镧(La2O3);
(9e)在衬底表面溅射一层金属钨(W);
(9f)利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去。
步骤10,构成BiCMOS集成电路。
(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层SiO2层;
(10b)光刻引线孔;
(10c)金属化;
(10d)光刻引线,形成漏极、源极和栅极,以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线,构成MOS导电沟道为22nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路。
实施例2:制备沟道长度为130nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下:
步骤1,SOI衬底材料制备。
(1a)选取N型掺杂浓度为3×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.7μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;
(1b)选取N型掺杂浓度为3×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.7μm,作为下层的基体材料;
(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理;
(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面氧化层相对紧贴,置于超高真空环境中在420℃温度下实现键合;
(1e)将键合后的基片温度升高150℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留150nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。
步骤2,深槽隔离制备。
(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在外延Si层表面生长一层厚度为400nm的SiO2层;
(2b)光刻深槽隔离区域;
(2c)在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为4μm的深槽;
(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积SiO2,并将深槽内填满;
(2e)用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离。
步骤3,HBT器件集电极接触区制备。
(3a)光刻HBT器件有源区;
(3b)利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2.5μm的深槽,将中间的氧化层刻透;
(3c)在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为5×1016cm-3的Si层,厚度为2.5μm,作为集电区;
(3d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在外延Si层表面应淀积一层厚度为600nm的SiO2层;
(3e)光刻集电极接触区窗口;
(3f)对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为5×1019cm-3,形成集电极接触区域;
(3g)将衬底在1000℃温度下,退火60s,进行杂质激活。
步骤4,基区接触制备。
(4a)刻蚀掉衬底表面氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为30nm的SiO2层;
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层P型Poly-Si层,作为基区接触区,该层厚度为300nm,掺杂浓度为5×1020cm-3
(4c)光刻Poly-Si,形成外基区,在700℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为300nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
(4d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为80nm;
(4e)光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;
(4f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层SiN层,厚度为15nm。
步骤5,基区材料制备。
(5a)利用干法,刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
(5b)利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域;
(5c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为20%,掺杂浓度为1×1019cm-3,厚度为40nm。
步骤6,发射区制备。
(6a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为300nm;
(6b)对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,在1000℃温度下退火60s,激活杂质,形成发射极。
步骤7,MOS有源区制备。
(7a)光刻MOS有源区;
(7b)利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm的浅槽;
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在浅槽中生长厚度为100nm的N型Si缓冲层,该层掺杂浓度为3×1015cm-3
(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为12nm的N型SiGe外延层,该层Ge组分为20%,掺杂浓度为3×1016cm-3
(7e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面生长厚度为4nm的本征弛豫型Si帽层。
步骤8,NMOS器件和PMOS器件形成。
(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底上生长一层400nm的SiO2
(8b)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到3×1017cm-3
(8c)光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为3×1017cm-3
(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在表面生长一层厚度为4nm的SiN层;
(8e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在SiN层上生长一层400nm的多晶硅;
(8f)光刻Poly-Si栅和栅介质,形成130nm长的伪栅;
(8g)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD),掺杂浓度为3×1018cm-3
(8h)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度为3×1018cm-3
(8i)在衬底表面,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,生长一层SiO2,厚度为15nm,随后利用干法刻蚀工艺光刻掉多余的SiO2,保留栅极侧壁SiO2,形成侧墙;
(8j)光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;
(8k)光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;
(8l)将衬底在1000℃温度下,退火60s,进行杂质激活。
步骤9,栅制备。
(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层SiO2层,SiO2厚度为400nm厚度;
(9b)利用化学机械抛光(CMP)方法,对表面进行平坦化至栅极水平;
(9c)利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印;
(9d)在衬底表面生长一层厚度为4nm的氧化镧(La2O3);
(9e)在衬底表面溅射一层金属钨(W);
(9f)利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去。
步骤10,构成BiCMOS集成电路。
(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在表面生长一层SiO2层;
(10b)光刻引线孔;
(10c)金属化;
(10d)光刻引线,形成漏极、源极和栅极,以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线,构成MOS导电沟道为130nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路。
实施例3:制备沟道长度为350nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下:
步骤1,SOI衬底材料制备。
(1a)选取N型掺杂浓度为5×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;
(1b)选取N型掺杂浓度为5×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为下层的基体材料;
(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层有源层基体材料表面进行抛光处理;
(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面氧化层相对紧贴,置于超高真空环境中在480℃温度下实现键合;
(1e)将键合后的基片温度升高100℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留200nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。
步骤2,深槽隔离制备。
(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在外延Si层表面生长一层厚度为500nm的SiO2层;
(2b)光刻深槽隔离区域;
(2c)在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μm的深槽;
(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积SiO2,并将深槽内填满;
(2e)用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离。
步骤3,HBT器件集电极接触区制备。
(3a)光刻双极器件有源区;
(3b)利用干法刻蚀工艺,在双极器件有源区,刻蚀出深度为3μm的深槽,将中间的氧化层刻透;
(3c)在双极器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1017cm-3的Si层,厚度为3μm,作为集电区;
(3d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在外延Si层表面应淀积一层厚度为700nm的SiO2层;
(3e)光刻集电极接触区窗口;
(3f)对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1020cm-3,形成集电极接触区域;
(3g)将衬底在1100℃温度下,退火15s,进行杂质激活。
步骤4,基区接触制备。
(4a)刻蚀掉衬底表面氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为40nm的SiO2层;
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层P型Poly-Si层,作为基区接触区,该层厚度为400nm,掺杂浓度为1×1021cm-3
(4c)光刻Poly-Si,形成外基区,在800℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为400nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
(4d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为100nm;
(4e)光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;
(4f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层SiN层,厚度为20nm。
步骤5,基区材料制备。
(5a)利用干法,刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
(5b)利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域;
(5c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为25%,掺杂浓度为5×1019cm-3,厚度为60nm。
步骤6,发射区制备。
(6a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为400nm;
(6b)对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,在1100℃温度下退火15s,激活杂质,形成发射极。
步骤7,MOS有源区制备。
(7a)光刻MOS有源区;
(7b)利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm的浅槽;
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在浅槽中生长厚度为120nm的N型Si缓冲层,该层掺杂浓度为5×1015cm-3
(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在衬底表面生长厚度为15nm的N型SiGe外延层,该层Ge组分为30%,掺杂浓度为5×1016cm-3
(7e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在衬底表面生长厚度为5nm的本征弛豫型Si帽层。
步骤8,NMOS器件和PMOS器件形成。
(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底上生长一层500nm的SiO2;
(8b)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到5×1017cm-3
(8c)光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为5×1017cm-3
(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在表面生长一层厚度为5nm的SiN层;
(8e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在SiN层上生长一层500nm的多晶硅;
(8f)光刻Poly-Si栅和栅介质,形成350nm长的伪栅;
(8g)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD),掺杂浓度为5×1018cm-3
(8h)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度为5×1018cm-3
(8i)在衬底表面,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,生长一层SiO2,厚度为5nm,随后利用干法刻蚀工艺光刻掉多余的SiO2,保留栅极侧壁SiO2,形成侧墙;
(8j)光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;
(8k)光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;
(8l)将衬底在1100℃温度下,退火15s,进行杂质激活。
步骤9,栅制备。
(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层SiO2层,SiO2厚度为500nm厚度;
(9b)利用化学机械抛光(CMP)方法,对表面进行平坦化至栅极水平;
(9c)利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印;
(9d)在衬底表面生长一层厚度为5nm的氧化镧(La2O3);
(9e)在衬底表面溅射一层金属钨(W);
(9f)利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去。
步骤10,构成BiCMOS集成电路。
(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在表面生长一层SiO2层;
(10b)光刻引线孔;
(10c)金属化;
(10d)光刻引线,形成漏极、源极和栅极,以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线,构成MOS导电沟道为350nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路。
本发明实施例提供的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件制备方法具有如下优点:
1.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件结构中采用了轻掺杂源漏(LDD)结构,有效地抑制了热载流子对器件性能的影响;
2.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件在PMOS器件结构中都采用了量子阱结构,能有效地把空穴限制在SiGe层内,减少了界面散射,提高了器件的频率、电流驱动能力等电学性能;
3.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件采用了高K栅介质,提高了MOS器件的栅控能力,增强了器件的电学性能;
4.本发明制备双多晶应变SiGe平面BiCMOS器件过程中涉及的最高温度为800℃,低于引起应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温度,因此该制备方法能有效地保持应变SiGe沟道应力,提高集成电路的性能;
5.本发明制备的双多晶应变SiGe平面BiCMOS中,在制备NMOS器件和PMOS器件栅电极时采用了金属栅镶嵌工艺(damascene process),该工艺中使用了金属钨(W)作为金属电极,降低了栅电极的电阻,提高了器件设计的灵活性和可靠性;
6.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件,在SiGe HBT器件的制备过程中,采用全自对准工艺,有效地减小了寄生电阻与电容,提高了器件的电流与频率特性;
7.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件,SiGe HBT器件的发射极、基极采用多晶,多晶可以部分制作在氧化层上面,减小了器件有源区的面积,从而减小器件尺寸,提高电路的集成度;
8.本发明制备的应变SiGe回型沟道Si基BiCMOS集成器件中采用了SOI衬底,降低MOS器件与电路的功耗和开启电压,提高了器件与电路的可靠性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
第一步、选取两片N型掺杂的Si片,其中两片掺杂浓度均为1×1015cm-3~5×1015cm-3,对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm~1μm;将其中的一片作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢,将另一片作为下层的基体材料;采用化学机械抛光(CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光;
第二步、将两片Si片氧化层相对置于超高真空环境中在350~480℃的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100~200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100~200nm的Si材料,并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底;
第三步、在衬底表面热氧化一层厚度为300μm~500nm的SiO2层,光刻隔离区域,利用干法刻蚀工艺,在深槽隔离区域刻蚀出深度为3μm~5μm的深槽;利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃~800℃,在深槽内填充SiO2,用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离;
第四步、光刻HBT器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2μm~3μm的深槽,将中间的氧化层刻透;在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1017cm-3的Si层,厚度为2μm~3μm,作为集电区;
第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃~800℃,在外延Si层表面淀积一层厚度为500nm~700nm的SiO2层,光刻集电极接触区窗口,对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1020cm-3,形成集电极接触区域,再将衬底在950℃~1100℃温度下,退火15s~120s,进行杂质激活;
第六步、刻蚀掉衬底表面的氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积二层材料:第一层为SiO2层,厚度为20nm~40nm;第二层为P型Poly-Si层,厚度为200nm~400nm,掺杂浓度为1×1020cm-3~1×1021cm-3
第七步、光刻Poly-Si,形成外基区,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为200~400nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
第八步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,淀积一SiN层,厚度为50nm~100nm,光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;再利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为10nm~20nm,干法刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
第九步、利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~750℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为15%~25%,掺杂浓度为5×1018cm-3~5×1019cm-3,厚度为20nm~60nm;
第十步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为200nm~400nm,再对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,形成发射极;
第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,在衬底表面淀积SiO2层,在950℃~1100℃温度下,退火15s~120s,进行杂质激活;
第十二步、光刻MOS有源区,利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm~140nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~750℃,在该浅槽中连续生长三层材料:第一层是厚度为80nm~120nm的N型Si缓冲层,N型Si缓冲层掺杂浓度为1×1015cm-3~5×1015cm-3;第二层是厚度为10nm~15nm的N型SiGe外延层,N型SiGe外延层Ge组分为15%~30%,掺杂浓度为1×1016cm-3~5×1016cm-3;第三层是厚度为3nm~5nm的本征弛豫Si层;
第十三步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在外延材料表面淀积一层厚度为300nm~500nm的SiO2层;光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到1×1017cm-3~5×1017cm-3;光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1017cm-3
第十四步、利用湿法刻蚀,刻蚀掉表面的SiO2层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为3nm~5nm的SiN层作为栅介质和一层厚度为300nm~500nm的本征Poly-Si层,光刻Poly-Si栅和栅介质,形成22nm~350nm长的伪栅;
第十五步、利用离子注入,分别对NMOS器件有源区和PMOS器件有源区进行N型和P型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)和P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度均为1×1018cm-3~5×1018cm-3
第十六步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为5nm~15nm的SiO2层,利用干法刻蚀工艺,刻蚀掉表面的SiO2层,保留Poly-Si栅和栅介质侧面的SiO2,形成侧墙;
第十七步、光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;将衬底在950℃~1100℃温度下,退火15s~120s,进行杂质激活;
第十八步、用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,厚度为300nm~500nm,利用化学机械抛光(CMP)技术,将SiO2平坦化到栅极表面;
第十九步、利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印,在衬底表面生长一层厚度为2nm~5nm的氧化镧(La2O3);在衬底表面溅射一层金属钨(W),最后利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的金属钨(W)及氧化镧(La2O3)除去;
第二十步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,表面生长一层SiO2层,并光刻引线孔;
第二十一步、金属化、光刻引线,形成漏极、源极和栅极以及发射极、基极、集电极金属引线,构成MOS导电沟道为22nm~350nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,该制备方法中双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件制造过程中所涉及的最高温度根据所涉及的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定,最高温度小于等于800℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,基区厚度根据第九步SiGe的外延层厚度来决定,取20nm~60nm。
4.一种双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成电路的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为:
(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;
(1b)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为下层的基体材料;
(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理;
(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面氧化层相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合;
(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构;
步骤2,深槽隔离制备的实现方法为:
(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面生长一层厚度为300nm的SiO2层;
(2b)光刻深槽隔离区域;
(2c)在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为3μm的深槽;
(2d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积SiO2,并将深槽内填满;
(2e)用化学机械抛光(CMP)方法,去除表面多余的氧化层,形成深槽隔离;
步骤3,HBT器件集电极接触区制备的实现方法为:
(3a)光刻HBT器件有源区;
(3b)利用干法刻蚀工艺,在HBT器件有源区,刻蚀出深度为2μm的深槽,将中间的氧化层刻透;
(3c)在HBT器件有源区外延生长一层掺杂浓度为1×1016cm-3的Si层,厚度为2μm,作为集电区;
(3d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在外延Si层表面应淀积一层厚度为500nm的SiO2层;
(3e)光刻集电极接触区窗口;
(3f)对衬底进行磷注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极接触区域;
(3g)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活;
步骤4,基区接触制备的实现方法为:
(4a)刻蚀掉衬底表面氧化层,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为20nm的SiO2层;
(4b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层P型Poly-Si层,作为基区接触区,P型Poly-Si层厚度为200nm,掺杂浓度为1×1020cm-3
(4c)光刻Poly-Si,形成外基区,在600℃,在衬底表面淀积SiO2层,厚度为200nm,利用化学机械抛光(CMP)的方法去除Poly-Si表面的SiO2
(4d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一SiN层,厚度为50nm;
(4e)光刻发射区窗口,刻蚀掉发射区窗口内的SiN层和Poly-Si层;
(4f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiN层,厚度为10nm;
步骤5,基区材料制备的实现方法为:
(5a)利用干法,刻蚀掉发射窗SiN,形成侧墙;
(5b)利用湿法刻蚀,对窗口内SiO2层进行过腐蚀,形成基区区域;
(5c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在基区区域选择性生长SiGe基区,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3,厚度为20nm;
步骤6,发射区制备的实现方法为:
(6a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积Poly-Si,厚度为200nm;
(6b)对衬底进行磷注入,并利用化学机械抛光(CMP)去除发射极接触孔区域以外表面的Poly-Si,在950℃温度下退火120s,激活杂质,形成发射极;
步骤7,MOS有源区制备的实现方法为:
(7a)光刻MOS有源区;
(7b)利用干法刻蚀工艺,在MOS有源区刻蚀出深度为100nm的浅槽;
(7c)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽中生长厚度为80nm的N型Si缓冲层,N型Si缓冲层掺杂浓度为1×1015cm-3
(7d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为10nm的N型SiGe外延层,N型SiGe外延层Ge组分为15%,掺杂浓度为1×1016cm-3
(7e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面生长厚度为3nm的本征弛豫型Si帽层;
步骤8,NMOS器件和PMOS器件形成的实现方法为:
(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底上生长一层300nm的SiO2
(8b)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行N型离子注入,使其掺杂浓度达到1×1017cm-3
(8c)光刻NMOS器件有源区,利用离子注入工艺对NMOS器件区域进行P型离子注入,形成NMOS器件有源区P阱,P阱掺杂浓度为1×1017cm-3
(8d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层厚度为3nm的SiN层;
(8e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiN层上生长一层300nm的多晶硅;
(8f)光刻Poly-Si栅和栅介质,形成22nm长的伪栅;
(8g)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成N型轻掺杂源漏结构(N-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8h)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成P型轻掺杂源漏结构(P-LDD),掺杂浓度为1×1018cm-3
(8i)在衬底表面,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,生长一层SiO2,厚度为10nm,随后利用干法刻蚀工艺光刻掉多余的SiO2,保留栅极侧壁SiO2,形成侧墙;
(8j)光刻出PMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成PMOS器件的源漏区;
(8k)光刻出NMOS器件有源区,利用离子注入技术自对准形成NMOS器件的源漏区;
(8l)将衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活;
步骤9,栅制备的实现方法为:
(9a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2层,SiO2厚度为300nm厚度;
(9b)利用化学机械抛光(CMP)方法,对表面进行平坦化至栅极水平;
(9c)利用湿法刻蚀将伪栅极完全去除,留下氧化层上的栅堆叠的自对准压印;
(9d)在衬底表面生长一层厚度为2nm的氧化镧(La2O3);
(9e)在衬底表面溅射一层金属钨(W);
(9f)利用化学机械抛光(CMP)技术将栅极区域以外的钨(W)及氧化镧(La2O3)除去;
步骤10,构成BiCMOS集成电路的实现方法为:
(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在表面生长一层SiO2层;
(10b)光刻引线孔;
(10c)金属化;
(10d)光刻引线,形成漏极、源极和栅极,以及双极晶体管发射极、基极和集电极金属引线,构成MOS导电沟道为22nm的双多晶应变SiGe平面BiCMOS集成器件及电路。
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