CN103107188B - 一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构，包括：集电区上方形成有基区、N型膺埋层和浅沟槽隔离，浅沟槽隔离位于N型膺埋层上方；集电区上形成有金属硅化物通过接触孔连接金属连线；N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线；发射区形成在基区和浅沟槽隔离上方，发射区上方形成有金属硅化物；其中，发射区上方的金属氧化物位于发射区上方两侧边缘且与发射区相邻，其通过接触孔引出连接金属连线；二氧化硅介质层位于发射区的上方，N型多晶硅层位于二氧化硅介质层上方。本发明还涉及一种所述寄生PNP器件结构的制造方法。本发明的寄生PNP器件结构与传统寄生PNP器件比较能提高电流增益效果，能用作高速、高增益射频电路中的输出器件。

Description

一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构。本发明还涉及一种SiGe HBT工艺中寄生PNP器件结构的制造方法。
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(或锗硅碳)异质结三极管(SiGe or SiGeC HBT)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SiGeHBT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(不小于15)和截止频率。
常规的SiGe HBT采用高掺杂的集电区埋层，以降低集电区电阻，另外采用深槽隔离降低集电区和衬底之间的寄生电容，改善HBT的频率特性。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、深槽隔离工艺复杂，而且成本较高；3.电流增益效果有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构与传统寄生PNP器件比较能提高电流增益效果。并且，其能用作高速、高增益射频电路中的输出器件，无需额外的工艺条件即能为射频电路提供多一种器件选择。
为解决上述技术问题，本发明的寄生PNP器件结构，包括：
集电区上方形成有基区、N型膺埋层和浅沟槽隔离，浅沟槽隔离位于N型膺埋层上方，基区与N型膺埋层以及浅沟槽隔离相邻；集电区上方形成有金属硅化物通过接触孔连接金属连线；N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线；发射区形成在基区和浅沟槽隔离上方，发射区上方形成有金属硅化物，发射区和其上方的金属硅化物两侧具有第一隔离侧墙；
其中，发射区上方的金属氧化物位于发射区上方两侧边缘且与发射区相邻，其通过接触孔引出连接金属连线，发射区上方的金属氧化物之间形成有二氧化硅介质层、N型多晶硅层和第二隔离侧墙；二氧化硅介质层位于发射区的上方，N型多晶硅层位于二氧化硅介质层上方，第二隔离侧墙位于二氧化硅介质层和N型多晶硅层两侧。
所述N型膺埋层具有磷杂质。
所述基区具有磷或砷杂质。
本发明的寄生PNP器件结构的制造方法，包括：
(1)在P型衬底上制作浅沟槽隔离，注入N型杂质形成膺埋层；
(2)进行N型杂质注入形成基区，P型衬底作为集电区；
(3)生长锗硅外延层作为发射区；
(4)生长二氧化硅介质层，淀积N型多晶硅层；
(5)刻蚀N型多晶硅层、二氧化硅介质层和锗硅外延层；
(6)在集电区和发射区上方制作金属硅化物，制作隔离侧墙；
(7)将N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线，将金属硅化物通过接触孔引出连接金属连线。
实施步骤(1)时，注入N型杂质剂量为114cm-2至116cm-2，能量小于15keV。
实施步骤(2)时，注入磷或砷杂质，剂量为112cm-2至114cm-2，能量为50keV至350keV。
本发明的BETA(即电流增益)提高的物理机理如图11所示，提高三极管的电流增益一个有效的方式就是降低基极电流。对PNP管来说，基极电流主要有基区扩散进发射区的空穴所形成的扩散电流决定，它的值与空穴在发射区的浓度梯度成正比。因此，通过增加发射区厚度能有效地减小空穴在发射区的浓度梯度。
本发明的寄生PNP器件结构借助SiGe HBT的发射区多晶硅作为阻挡层，防止在PNP三极管的发射区形成金属硅化物，提高了发射区的厚度，使电流增益提高了50％以上，能用作高速、高增益射频电路中的输出器件，无需额外的工艺条件即能为射频电路提供多一种器件选择。
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是一种传统寄生PNP器件结构的示意图
图2是本发明寄生PNP器件结构的示意图。
图3是本发明寄生PNP器件和传统寄生PNP器件的性能比较仿真示意图。
图4是本发明寄生PNP器件结构制造方法的流程图。
图5是本发明制造方的示意图一，显示步骤(1)形成的器件结构。
图6是本发明制造方的示意图二，显示步骤(2)形成的器件结构。
图7是本发明制造方的示意图三，显示步骤(3)形成的器件结构。
图8是本发明制造方的示意图四，显示步骤(4)形成的器件结构。
图9是本发明制造方的示意图五，显示步骤(5)形成的器件结构。
图10是本发明制造方的示意图五，显示步骤(6)形成的器件结构。
图11是本发明电流增益提高的物理机理示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明寄生PNP器件结构，包括：
集电区上方形成有基区、N型膺埋层和浅沟槽隔离，浅沟槽隔离位于N型膺埋层上方，基区与N型膺埋层以及浅沟槽隔离相邻；集电区上方形成有金属硅化物通过接触孔连接金属连线；N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线；发射区形成在基区和浅沟槽隔离上方，发射区上方形成有金属硅化物，发射区和其上方的金属硅化物两侧具有第一隔离侧墙；
其中，发射区上方的金属氧化物位于发射区上方两侧边缘且与发射区相邻，其通过接触孔引出连接金属连线，发射区上方的金属氧化物之间形成有二氧化硅介质层、N型多晶硅层和第二隔离侧墙；二氧化硅介质层位于发射区的上方，N型多晶硅层位于二氧化硅介质层上方，第二隔离侧墙位于二氧化硅介质层和N型多晶硅层两侧。
如图4所示，本发明寄生PNP器件结构的制造方法，包括：
(1)如图5所示，在P型衬底上制作浅沟槽隔离，注入N型杂质形成膺埋层；
(2)如图6所示，进行N型杂质注入形成基区，P型衬底作为集电区；
(3)如图7所示，生长锗硅外延层作为发射区；
(4)如图8所示，生长二氧化硅介质层，淀积N型多晶硅层；
(5)如图9所示，刻蚀N型多晶硅层、二氧化硅介质层和锗硅外延层；
(6)如图10所示，在集电区和发射区上方制作金属硅化物，制作第一隔离侧墙和第二隔离侧墙；
(7)将N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线，将金属硅化物通过接触孔引出连接金属连线，形成如图2所示器件。
以上通过具体实施方式和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 (6)

1.一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构，包括：集电区其上方形成有基区、N型膺埋层和浅沟槽隔离，浅沟槽隔离位于N型膺埋层上方，基区与N型膺埋层以及浅沟槽隔离相邻；集电区上形成有金属硅化物，该金属硅化物通过接触孔连接金属连线；N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线；发射区形成在基区和浅沟槽隔离上方，发射区上方形成有金属硅化物，发射区和其上方的金属硅化物两侧具有第一隔离侧墙；其特征是：
发射区上方的金属硅化物位于发射区上方两侧边缘且与发射区相邻，其通过接触孔引出连接金属连线，发射区上方的金属硅化物之间形成有二氧化硅介质层、N型多晶硅层和第二隔离侧墙；二氧化硅介质层位于发射区的上方，N型多晶硅层位于二氧化硅介质层上方，第二隔离侧墙位于二氧化硅介质层和N型多晶硅层两侧。
2.如权利要求1所述的寄生PNP器件结构，其特征是：所述N型膺埋层具有磷杂质。
3.如权利要求1所述的寄生PNP器件结构，其特征是：所述基区具有磷或砷杂质。
4.一种SiGe HBT工艺中的寄生PNP器件结构的制造方法，其特征是，包括：
(1)在P型衬底上制作浅沟槽隔离，注入N型杂质形成膺埋层；
(2)进行N型杂质注入形成基区，P型衬底作为集电区；
(3)生长锗硅外延层作为发射区；
(4)生长二氧化硅介质层，淀积N型多晶硅层；
(5)刻蚀N型多晶硅层、二氧化硅介质层和锗硅外延层；
(6)在集电区和发射区上方制作金属硅化物，制作隔离侧墙；
(7)将N型膺埋层通过深接触孔引出连接金属连线，将金属硅化物通过接触孔引出连接金属连线。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征是：实施步骤(1)时，注入N型杂质剂量为114cm-2至116cm-2,能量小于15keV。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征是：实施步骤(2)时，注入磷或砷杂质，剂量为112cm-2至114cm-2,能量为50keV至350keV。
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