CN103066118B - 锗硅hbt工艺中垂直寄生型pnp三极管及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，在基区的周侧的浅槽场氧中形成一和基区相接触的槽，槽的深度小于等于基区的深度，在槽中填充有多晶硅并在多晶硅中掺入了N型杂质，由掺入N型杂质的多晶硅形成外基区，外基区和基区在基区的侧面相接触，在外基区上形成有金属接触并引出基极。本发明还公开了一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法。本发明能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，为电路提供多一种器件选择，能有效地缩小器件面积、减小器件的寄生效应、减小PNP管的集电极电阻、提高器件的性能；本发明方法无须额外的工艺条件，能够降低生产成本。

Description

锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管及制作方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，本发明还涉及一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法。

背景技术

在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率。在BiCMOS工艺技术中，NPN三极管，特别是锗硅(SiGe)异质结三极管(HBT)或者锗硅碳异质结三极管(SiGeC HBT)则是超高频器件的很好选择。并且SiGe工艺基本与硅工艺相兼容，因此SiGe HBT已经成为超高频器件的主流之一。在这种背景下，其对输出器件的要求也相应地提高，比如具有一定的电流增益系数和截止频率。

现有技术中输出器件能采用垂直型寄生PNP三极管，现有BiCMOS工艺中垂直寄生型PNP器件的集电极的引出通常先由一形成于浅槽隔离(STI)即浅槽场氧底部的埋层或阱和器件的集电区相接触并将集电区引出到和集电区相邻的另一个有源区中、通过在该另一个有源区中形成金属接触引出集电极。这样的做法是由其器件的垂直结构特点所决定的。其缺点是器件面积大，集电极的连接电阻大。由于现有技术中的集电极的引出要通过一和集电区相邻的另一个有源区来实现、且该另一个有源区和集电区间需要用STI或者其他场氧来隔离，这样就大大限制了器件尺寸的进一步缩小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，为电路提供多一种器件选择，能有效地缩小器件面积、减小器件的寄生效应、减小PNP管的集电极电阻、提高器件的性能；本发明还提供一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，无须额外的工艺条件，能够降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离。

PNP三极管的基区由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成；在所述基区的周侧的所述浅槽场氧中形成一和所述基区相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了N型杂质，由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触，在所述外基区上形成有金属接触并引出基极。

所述PNP三极管的集电区由形成于所述有源区中的一P型离子注入区组成，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度；所述基区位于所述集电区上部并和所述集电区相接触。

所述PNP三极管还包括一赝埋层，由形成于所述集电区周侧的所述浅槽场氧底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层和所述集电区在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出集电极。

所述PNP三极管的发射区由形成于所述有源区表面的且为P型掺杂的锗硅层组成；所述发射区和所述基区形成接触，在所述发射区顶部形成有金属接触并引出发射极。

进一步的改进是，所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法包括如下步骤：

步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽。

步骤二、在所述浅沟槽底部进行P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、在所述有源区进行N型离子注入形成基区；所述基区的深度小于所述浅沟槽的底部深度。

步骤五、在所述有源区中进行P型离子注入形成集电区，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度，所述集电区在底部和所述赝埋层形成接触；所述集电区的顶部和所述基区形成接触。

步骤六、在所述有源区和所述浅槽场氧上形成介质氧化层。

步骤七、用光刻胶定义图形，所述光刻胶在所述基区和后续要形成的发射区的接触区域处、以及后续要形成的所述槽的区域处形成窗口；所述基区和所述发射区的接触区域位于所述有源区上方且小于等于所述有源区的大小，所述槽的形成区域为所述基区周侧的所述浅槽场氧中。

步骤八、采用干法加湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶形成的窗口下方的所述介质氧化层，并进行过量刻蚀将所述槽的形成区域的所述浅槽场氧刻蚀掉并形成所述槽；所述槽和所述基区的侧面相接触，所述槽的深度小于等于所述基区的深度。

步骤九、在形成所述槽后的所述硅衬底的正面淀积锗硅层并采用离子注入工艺进行P型掺杂；在所述锗硅层上形成第二介质层。

步骤十、采用光刻刻蚀工艺，将所述有源区外部的所述第二介质层和所述锗硅层去除，位于所述有源区表面的所述锗硅层组成发射区。

步骤十一、在形成所述发射区后的所述硅衬底的正面淀积多晶硅，所述多晶硅将所述槽完全填充，所述第二介质层将所述发射区和所述多晶硅隔离。

步骤十二、对所述多晶硅进行刻蚀，使所述多晶硅只保留于所述槽中，采用光刻胶定义图形，对所述槽中的所述多晶硅进行N型离子注入，由所述槽中且掺入N型杂质的所述多晶硅形成所述外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触。

步骤十三、在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极；在所述外基区的顶部形成金属接触引出基极；在所述发射区的顶部形成金属接触引出发射极。

进一步的改进是，步骤八中所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

进一步的改进是，步骤四中所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷或者砷、能量条件为100Kev～300Kev、剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

进一步的改进是，步骤二中所述赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量为小于15keV、注入杂质为硼或二氟化硼。

进一步的改进是，步骤五中所述集电区的P型离子注入采用锗硅HBT工艺中CMOS P阱注入工艺。

进一步的改进是，步骤九中所述锗硅层的掺杂工艺采用锗硅HBT工艺中的NPN三极管的外基区P+注入工艺。

进一步的改进是，步骤十二中所述外基区的N型离子注入采用锗硅HBT工艺中NPN的发射区多晶硅的N+注入。

本发明锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，为电路提供多一种器件选择。由于采用了先进的深孔接触工艺，其与P型赝埋层的工艺相配合，且此结构将PNP的基区进行侧向连出，极大地节省了PNP三极管有源区的面积，改善了PNP三极管的寄生效应，减小了PNP三极管的集电极电阻，提高器件的性能。本发明的制作方法能和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的工艺集成，从而能降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的结构示意图；

图2-图9是本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管在制造过程中的结构示意图；

图10是TCAD模拟的本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的输入特性曲线；

图11是TCAD模拟的本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的增益曲线。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的结构示意图。本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧1隔离。

PNP三极管的基区3由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成。所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷或者砷、能量条件为100Kev～300Kev、剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

在所述基区3的周侧的所述浅槽场氧1中形成一和所述基区3相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧1都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区3的深度，较佳为，所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了N型杂质，填充所述多晶硅的工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的发射极多晶硅工艺相同、掺杂工艺也相同，两者能集成在一块同时形成。由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区8，所述外基区8和所述基区3在所述基区3的侧面相接触，在所述外基区8上形成有金属接触10并引出基极。

所述PNP三极管的集电区4由形成于所述有源区中的一P型离子注入区组成，所述集电区的P型离子注入采用锗硅HBT工艺中CMOS P阱注入工艺。所述集电区4的深度大于或等于所述浅槽场氧1的底部深度；所述基区3位于所述集电区4上部并和所述集电区4相接触。

所述PNP三极管还包括一赝埋层2，由形成于所述集电区4周侧的所述浅槽场氧1底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量为小于15keV、注入杂质为硼或二氟化硼。所述赝埋层2和所述集电区4在所述浅槽场氧1底部相接触，在所述赝埋层2顶部的所述浅槽场氧1中形成有深孔接触9并引出集电极。

所述PNP三极管的发射区6由形成于所述有源区表面的且为P型掺杂的锗硅层组成；所述发射区6的锗硅层工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的基极锗硅单晶工艺相同，能同时形成，无需多加光刻版；所述发射区6的锗硅层的掺杂工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的外基区P+注入工艺相同。所述发射区6和所述基区3形成接触，在所述发射区6顶部形成有金属接触10并引出发射极。金属层11将器件引出并实现互连。

如图2至图9所示，是本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管在制造过程中的结构示意图。本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法包括如下步骤：

步骤一、如图2所示，采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽。

步骤二、如图2所示，在所述浅沟槽底部进行P型离子注入形成赝埋层2。所述赝埋层2的P型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量为小于15keV、注入杂质为硼或二氟化硼。

步骤三、如图2所示，在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧1。

步骤四、如图3所示，在所述有源区进行N型离子注入形成基区3；所述基区3的深度小于所述浅沟槽的底部深度。所述基区3的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷或者砷、能量条件为100Kev～300Kev、剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

步骤五、如图3所示，在所述有源区中进行P型离子注入形成集电区4，所述集电区4的深度大于或等于所述浅槽场氧1的底部深度，所述集电区4在底部和所述赝埋层2形成接触；所述集电区4的顶部和所述基区3形成接触。所述集电区4的P型离子注入采用锗硅HBT工艺中CMOS P阱注入工艺。

步骤六、如图4所示，在所述有源区和所述浅槽场氧1上形成介质氧化层5。所述介质氧化层5的厚度为300埃至2000埃。

步骤七、如图5所示，用光刻胶定义图形，所述光刻胶在所述基区3和后续要形成的发射区6的接触区域处、以及后续要形成的所述槽的区域处形成窗口；所述基区3和所述发射区6的接触区域位于所述有源区上方且小于等于所述有源区的大小，所述槽的形成区域为所述基区3周侧的所述浅槽场氧1中。

步骤八、如图5所示，采用干法加湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶形成的窗口下方的所述介质氧化层5，并进行过量刻蚀将所述槽的形成区域的所述浅槽场氧1刻蚀掉并形成所述槽；所述槽和所述基区3的侧面相接触，所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

步骤九、如图6所示，在形成所述槽后的所述硅衬底的正面淀积锗硅层6并采用离子注入工艺进行P型掺杂；所述锗硅层6的工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的基极锗硅单晶工艺相同，能同时形成，无需多加光刻版；所述锗硅层6的掺杂工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的外基区P+注入工艺相同。

在所述锗硅层6上形成第二介质层7。所述第二介质层7能为氧化膜，氮化膜，无定形多晶硅及其该三种膜之间的组合。

步骤十、如图7所示，采用光刻刻蚀工艺，将所述有源区外部的所述第二介质层7和所述锗硅层6去除，位于所述有源区表面的所述锗硅层6组成发射区6。同时位于所述有源区外部的所述介质氧化层5也被去除。

步骤十一、如图8所示，在形成所述发射区6后的所述硅衬底的正面淀积多晶硅8，所述多晶硅8将所述槽完全填充，所述第二介质层7将所述发射区6和所述多晶硅8隔离。所述多晶硅8的淀积工艺和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的发射极多晶硅淀积工艺相同两者能集成在一块同时形成。

步骤十二、如图9所示，对所述多晶硅8进行刻蚀，使所述多晶硅8只保留于所述槽中，采用光刻胶定义图形，对所述槽中的所述多晶硅8进行N型离子注入，由所述槽中且掺入N型杂质的所述多晶硅8形成所述外基区3，所述外基区3和所述基区3在所述基区3的侧面相接触。所述多晶硅8的N型离子注入和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的发射极多晶硅N型离子注入工艺相同两者能集成在一块同时形成。

步骤十三、如图1所示，在所述赝埋层2顶部的所述浅槽场氧1中形成深孔接触9引出集电极；在所述外基区3的顶部形成金属接触10引出基极；在所述发射区6的顶部形成金属接触10引出发射极。最后形成金属层11将器件引出。

如图10和图11所示，分别是TCAD模拟的本发明实施例锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的输入特性曲线和增益曲线。从中可以看出，由于采用了先进的深孔接触工艺与P型赝埋层直接接触，来引出本器件的集电极，器件的面积与现有技术相比有效的减小了。并且由于引出位置到集电区的距离缩短，加上高掺杂的P型赝埋层，集电极的电阻也随之有效地减小，从而有助与提高器件的频率特性。而其他特性，比如输入特性和电流增益，却不会受影响，电流增益能保持在20以上。

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。

Claims (9)

1.一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其特征在于：

PNP三极管的基区由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成；在所述基区的周侧的所述浅槽场氧中形成一和所述基区相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了N型杂质，由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触，在所述外基区上形成有金属接触并引出基极；

所述PNP三极管的集电区由形成于所述有源区中的一P型离子注入区组成，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度；所述基区位于所述集电区上部并和所述集电区相接触；

所述PNP三极管还包括一赝埋层，由形成于所述集电区周侧的所述浅槽场氧底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层和所述集电区在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出集电极；

所述PNP三极管的发射区由形成于所述有源区表面的且为P型掺杂的锗硅层组成；所述发射区和所述基区形成接触，在所述发射区顶部形成有金属接触并引出发射极。

2.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，其特征在于：所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

3.一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征 在于，包括如下步骤：

步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽；

步骤二、在所述浅沟槽底部进行P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、在所述有源区进行N型离子注入形成基区；所述基区的深度小于所述浅沟槽的底部深度；

步骤五、在所述有源区中进行P型离子注入形成集电区，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度，所述集电区在底部和所述赝埋层形成接触；所述集电区的顶部和所述基区形成接触；

步骤六、在所述有源区和所述浅槽场氧上形成介质氧化层；

步骤七、用光刻胶定义图形，所述光刻胶在所述基区和后续要形成的发射区的接触区域处、以及后续要形成的所述槽的区域处形成窗口；所述基区和所述发射区的接触区域位于所述有源区上方且小于等于所述有源区的大小，所述槽的形成区域为所述基区周侧的所述浅槽场氧中；

步骤八、采用干法加湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶形成的窗口下方的所述介质氧化层，并进行过量刻蚀将所述槽的形成区域的所述浅槽场氧刻蚀掉并形成所述槽；所述槽和所述基区的侧面相接触，所述槽的深度小于等于所述基区的深度；

步骤九、在形成所述槽后的所述硅衬底的正面淀积锗硅层并采用离子注入工艺进行P型掺杂；在所述锗硅层上形成第二介质层；

步骤十、采用光刻刻蚀工艺，将所述有源区外部的所述第二介质层和所述锗硅层去除，位于所述有源区表面的所述锗硅层组成发射区；

步骤十一、在形成所述发射区后的所述硅衬底的正面淀积多晶硅，所述多晶硅将所述槽完全填充，所述第二介质层将所述发射区和所述多晶硅隔离；

步骤十二、对所述多晶硅进行刻蚀，使所述多晶硅只保留于所述槽中，采用光刻胶定义图形，对所述槽中的所述多晶硅进行N型离子注入，由所述槽中且掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触；

步骤十三、在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极；在所述外基区的顶部形成金属接触引出基极；在所述发射区的顶部形成金属接触引出发射极。

4.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于：步骤八中所述槽的深度为500埃～1500埃、宽度为0.2微米～0.4微米。

5.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于：步骤四中所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为磷或者砷、能量条件为100Kev～300Kev、剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

6.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于：步骤二中所述赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2、能量为小于15keV、注入杂质为硼或二氟化硼。

7.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制 作方法，其特征在于：步骤五中所述集电区的P型离子注入采用锗硅HBT工艺中CMOS P阱注入工艺。

8.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于：步骤九中所述锗硅层的掺杂工艺采用锗硅HBT工艺中的NPN三极管的外基区P+注入工艺。

9.如权利要求3所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于：步骤十二中所述外基区的N型离子注入采用锗硅HBT工艺中NPN的发射区多晶硅的N+注入。