CN103094102A

CN103094102A - 去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法

Info

Publication number: CN103094102A
Application number: CN2011103442950A
Authority: CN
Inventors: 周正良; 周克然
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: CN103094102B

Abstract

本发明公开了一种去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，生长基区锗硅外延层后，在基区锗硅外延层上生长一层氧化膜，然后通过干法刻蚀氧化膜和锗硅外延层形成双极型晶体管的基极，采用湿法清晰去除基极上面的氧化膜，再淀积由氧化膜和氮化膜组成的介质膜，刻蚀介质膜形成发射极窗口，在其上淀积发射极多晶硅并进行离子注入，刻蚀形成发射极。本发明利用形成发射极窗口的介质层填充了外基区多晶硅两侧的端面，从而阻止了发射极多晶硅刻蚀时在基极多晶硅两侧的残留，解决了发射极多晶硅刻蚀残留的问题，从而解决了基极和集电极漏电的风险，降低了基极多晶硅和深接触孔的距离，提高了器件的集成度。

Description

去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法。

背景技术

高性能双极型晶体管需要做成垂直的结构以得到较好的直流特性和射频特性。在现有的带深接触孔的晶体管制造工艺中，由于基极多晶硅是和发射极窗口介质叠在一起刻蚀的，整个叠层厚而且截面很直，随后淀积发射极多晶硅，这样在基极多晶硅的端面上，发射极多晶硅很直很厚，刻蚀后会形成多晶硅侧墙，这一侧墙很难通过工艺优化来清除，而且这一侧墙是D形的，在后续的氧化硅淀积和侧墙刻蚀时，其上的氧化硅会被干刻全部清除掉，从而无法形成介质侧墙。这样金属硅化物就会形成在基极多晶硅端面上，造成和集电极连接的深接触孔的漏电甚至短路，影响器件的正常工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，可以解决发射极多晶硅刻蚀的残留问题，消除基极和集电极漏电的可能性。

为解决上述技术问题，本发明的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，包括如下步骤：

第1步，在P型硅衬底上形成浅槽隔离，并在浅槽底部注入N型离子形成N型赝埋层；

第2步，在有源区进行N型离子注入形成集电区；

第3步，淀积氧化硅和多晶硅，通过干刻和湿刻形成基区窗口，生长锗硅外延层；在锗硅外延层上淀积一层氧化膜，通过干法刻蚀形成覆盖有氧化膜的基区；

第4步，湿法清洗基区上的氧化膜，在基区和场氧隔离上淀积一层介质膜，刻蚀介质膜形成发射区窗口，其上淀积发射极多晶硅；

第5步，对发射极多晶硅进行N型离子注入，刻蚀发射极多晶硅和介质膜，形成发射极，并在基区多晶硅的末端形成介质膜侧墙；

第6步，进行自对准发射极多晶硅的锗硅外基区多晶硅P型离子注入；

第7步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，形成发射极多晶硅侧墙；

第8步，对注入杂质进行退火推进，形成发射极-基极结和基极-集电极结；

第9步，进行深接触孔光刻、干法刻蚀及湿法刻蚀，打开需要生长金属硅化物的区域，在浅槽底部深接触孔打开的区域以及锗硅外基区多晶硅上生成金属硅化物；

第10步，依次淀积接触孔介质，形成接触孔、深接触孔和金属连线连接基极、发射极和集电极。

其中，第1步中进行高剂量、低能量的N型离子注入，其中注入离子为磷和/或砷，注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2，注入能量为5～15keV。

进一步地，所述第1步和第2步之间进行高温退火，温度在900～1100℃，退火时间在10～60分钟。

其中，第2步中所述集电区的形成包括两次N型离子注入，第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速器件的集电区；第二次离子注入形成高压器件的集电区。

其中，第3步中的所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼，硅缓冲层为50～300埃，锗硅层为400～800埃，其中20～300埃掺硼，掺杂浓度在2×10¹⁹～6×10¹⁹cm^-3，硅帽层为100～500埃，掺杂浓度在10¹⁵～10¹⁷cm^-3；所述的氧化膜为100～300埃。

其中，第4步中所述的介质膜为氧化膜，或者氮氧化膜，或者氧化膜加氮化膜，或者氮氧化膜加氮化膜。优选的，所述介质膜为氧化膜加氮化膜，氧化膜和氮化膜的厚度均为100～300埃，其中氧化膜淀积在基区和场氧隔离上，氮化膜淀积在氧化膜上。

进一步地，第4步中可以在有氧的环境下通过快速退火形成5～10埃的氧化层，再淀积多晶硅；多晶硅是非掺杂的，或者是在位掺杂的。

其中，第5步中所述发射极多晶硅中注入的离子为砷和磷，其中先注入磷，再注入砷，磷的注入剂量为10¹⁴～10¹⁵cm^-2，能量为30～80keV，砷的注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2，能量为50～100keV。

其中，第7步中退火温度在900～1100℃，退火时间在5～100秒。

本发明的有益效果在于，通过工艺次序的调整，利用形成发射极窗口的介质层填充了锗硅外基区两侧的区域，从而阻止了发射极多晶硅刻蚀时在基极多晶硅两侧的残留。本发明解决了发射极多晶硅刻蚀残留的问题，从而减小了基极和集电极漏电的风险，进而可以缩短基极多晶硅和深接触孔的距离，提高基极和集电极的击穿电压以及器件的集成度。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1-图6是本发明实施例的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法中的器件截面示意图；

图7是本发明去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法的流程图。

具体实施方式

利用本发明中去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法生产的双极性晶体管结构如图6所示，有源区由浅槽场氧即图1中的浅沟槽隔离层105隔离，包括集电区、赝埋层、基区和发射区。

如图1至图6所示，是本发明实施例制造过程中的器件结构示意图。本发明实施例的方法，如图7所示，包括以下步骤：

第1步，在P型硅衬底101上形成浅沟槽隔离层105，并在浅沟槽隔离层105底部注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2、能量为5～15keV的N型离子形成N型赝埋层104，注入离子为磷和/或砷，如图1所示；

第2步，在有源区进行N型离子注入形成集电区；所述集电区由形成于浅沟槽隔离层105之间的第一离子注入区102和形成于有源区和浅沟槽隔离层105边缘的第二离子注入区103组成，第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速NPN器件，第一离子注入区102的注入剂量较高、能量较低；第二次离子注入形成高压NPN器件，第二离子注入区103的注入剂量较低、能量较高；

第3步，在集电区上部淀积氧化硅和多晶硅层，通过干刻和湿刻打开需要长单晶的区域，然后外延生长锗硅外延层，所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼；所述硅缓冲层为50～300埃，锗硅层为400～800埃，其中20～300埃掺硼，掺杂浓度在2×10¹⁹～6×10¹⁹cm^-3，硅帽层为100～500埃，掺杂浓度在10¹⁵～10¹⁷cm^-3；

第4步，在锗硅外延层上淀积一层100～300埃的氧化膜115，如图2所示；

第5步，通过干法刻蚀氧化膜115和锗硅外延层形成覆盖有氧化膜115的基区；所述基区包括一本征基区和一外基区，所述本征基区由形成于集电区上部且和集电区接触的P型锗硅外延层113组成，所述外基区包括形成于浅沟槽隔离层105上部且和本征基区接触的外基区多晶硅106，如图3所示；

第6步，湿法清洗去除基区上的氧化膜115，在基区和浅沟槽隔离层105上淀积一层介质膜，刻蚀介质膜形成发射区窗口，在发射区窗口上淀积发射极多晶硅114，也可以在有氧的环境下通过快速退火形成5～10埃的氧化层，再淀积多晶硅；多晶硅可以是非掺杂的，也可以是在位N型掺杂的；所述介质膜为氧化膜115加氮化膜116，氧化膜115和氮化膜116的厚度均为100～300埃，其中氧化膜115淀积在基区和浅沟槽隔离层105上，氮化膜116淀积在氧化膜115上；当然，所述介质膜也可以为一层氧化膜，或者氮氧化膜，或者氮氧化膜加氮化膜，如图4所示；

第7步，对发射极多晶硅114进行N型离子注入，注入离子为砷和磷，其中先注入磷，再注入砷，磷的注入剂量为10¹⁴～10¹⁵cm^-2，能量为30～80keV，砷的注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2，能量为50～100keV，当然也可以只注入磷，或者只注入砷；刻蚀浅沟槽隔离层105和外基区多晶硅106上的发射极多晶硅和氧化膜115加氮化膜116，形成发射极，而在外基区多晶硅106外侧的位置，发射极多晶硅会完全刻蚀掉，留下介质膜成为基极多晶硅侧墙108，如图5所示；

第8步，发射极多晶硅刻蚀完成后带光胶进行自对准发射极多晶硅的外基区P型离子注入以降低基区电阻；

第9步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，形成发射极多晶硅侧墙108；

第10步，对注入杂质进行退火推进，退火温度在900～1100℃，退火时间在5～100秒，将重掺杂的N型发射极多晶硅114作为扩散源推进到基区形成100～500埃的浅结，即发射极-基极结，同时基区和集电区通过热退火激活和扩散，形成基极-集电极结；

第11步，进行深接触孔光刻、干法刻蚀及湿法刻蚀，打开需要生长金属硅化物的区域，在浅沟槽隔离层105底部深接触孔110打开的区域以及锗硅外基区多晶硅106上生成金属硅化物107，依次淀积氧化硅介质109，形成接触孔、深接触孔和金属连线，如图6所示。

在上述步骤中，所述第1步和第2步之间进行高温退火，温度在900～1100℃，退火时间在10～60分钟。

在本发明中，N型赝埋层104与集电区形成连接，与浅沟槽隔离层105接触处形成有金属硅化物107，通过在所述金属硅化物107顶部的浅沟槽隔离层105形成的集电极深接触孔110引出集电区电极。所述N型赝埋层104的掺杂浓度大于集电区的掺杂浓度。

基区通过与外基区多晶硅106上部接触的金属硅化物107顶部形成的基极接触孔111引出基区电极。

发射区，由形成于本征基区上部的N型发射极多晶硅114组成，并与本征基区形成接触。所述发射区位置和大小由一发射区窗口进行定义，所述发射区窗口的位置和大小由发射区内部介质115、116定义。发射区电极通过发射极多晶硅114上的发射极接触孔112引出。

本发明改进后的锗硅异质结双极型三极管器件结构与现有器件结构区别在于外基区多晶硅两侧的区域，由于改进了器件的工艺顺序，巧妙利用了形成发射极窗口的两层介质膜填充了外基区多晶硅两侧的区域，避免了外基区多晶硅两侧的区域发射极多晶硅的残留，从而减小了基极和集电极漏电的风险，提高了基极和集电极的击穿电压。

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

1.一种去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第2步，在有源区进行N型离子注入形成集电区；

第7步，淀积氧化膜进行反向刻蚀，形成发射极多晶硅侧墙；

第10步，依次淀积接触孔介质，形成接触孔、深接触孔，用金属连线连接基极、发射极和集电极。

2.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第1步中进行高剂量、低能量的N型离子注入，其中注入离子为磷和/或砷，注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2，注入能量为5～15keV。

3.根据权利要求2所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，所述第1步和第2步之间进行高温退火，温度在900～1100℃，退火时间在10～60分钟。

4.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第2步中所述集电区的形成包括两次N型离子注入，第一次离子注入和第二次离子注入工艺一起共同形成高速器件的集电区；第二次离子注入形成高压器件的集电区。

5.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第3步中的所述锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层有高掺杂的硼，硅帽层有低掺杂的硼，硅缓冲层为50～300埃，锗硅层为400～800埃，其中20～300埃掺硼，掺杂浓度在2×10¹⁹～6×10¹⁹cm^-3，硅帽层为100～500埃，掺杂浓度在10¹⁵～10¹⁷cm^-3；所述的氧化膜为100～300埃。

6.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第4步中所述的介质膜为氧化膜，或者氮氧化膜，或者氧化膜加氮化膜，或者氮氧化膜加氮化膜。

7.根据权利要求6所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，所述介质膜为氧化膜加氮化膜，氧化膜和氮化膜的厚度均为100～300埃，其中氧化膜淀积在基区和场氧隔离上，氮化膜淀积在氧化膜上。

8.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第4步中可以在有氧的环境下通过快速退火形成5～10埃的氧化层，再淀积多晶硅；多晶硅是非掺杂的，或者是在位掺杂的。

9.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第5步中所述发射极多晶硅中注入的离子为砷和磷，其中先注入剂量为10¹⁴～10¹⁵cm^-2、能量为30～80keV的磷，再注入剂量为10¹⁵～10¹⁶cm^-2、能量为50～100keV的砷。

10.根据权利要求1所述的去除双极型晶体管工艺中发射极多晶硅刻蚀残留的方法，其特征在于，第7步中退火温度在900～1100℃，退火时间在5～100秒。