CN103137677B

CN103137677B - 锗硅hbt工艺中的寄生横向型pnp三极管及制造方法

Info

Publication number: CN103137677B
Application number: CN201110388960.6A
Authority: CN
Inventors: 陈帆; 陈雄斌; 薛恺; 周克然; 潘嘉; 李�昊; 蔡莹; 陈曦
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: CN103137677A

Abstract

本发明公开了一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，基区由形成于浅槽场氧底部的N阱组成；发射区由形成于N阱中的第一P型赝埋层组成；集电区由形成于浅槽场氧底部且位于N阱的侧面第二P型赝埋层组成。N型深阱位于浅槽场氧的底部并将基区、发射区和集电区都包围；N型赝埋层通过N型深阱和基区连接。发射极、集电极和基极都是通过形成于各赝埋层顶部的深孔接触引出。本发明还公开了一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。本发明能够有效缩小器件的面积且不占用有源区的面积，能减少集电极和基极端的连接电阻，能在保证器件的电流增益系数不受影响的条件下，显著的改善器件的频率特性。

Description

锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管及制造方法

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工艺中的寄生横向型PNP三极管；本发明还涉及一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。

背景技术

在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS虽然在先进的工艺技术中可实现较高频率，但还是难以完全满足射频要求，如很难实现40GHz以上的特征频率，而且先进工艺的研发成本也是非常高；化合物半导体可实现非常高的特征频率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺点，加上大多数化合物半导体有毒，限制了其应用。锗硅(SiGe)异质结双极晶体管(HBT)则是超高频器件的很好选择，首先其利用SiGe与硅(Si)的能带差别，提高发射区的载流子注入效率，增大器件的电流放大倍数；其次利用SiGe基区的高掺杂，降低基区电阻，提高特征频率；另外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力军。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(不小于1G赫兹)。

现有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。现有SiGe HBT中能采用寄生横向型PNP器件作为输出器件。现有SiGe HBT中的寄生横向型PNP器件工艺成熟可靠，但主要缺点有：集电区采用外延生长，外延成本高；深槽隔离工艺复杂，而且成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，能使器件的面积有效的缩小且不占用有源区的面积，能减少器件的基极和集电极的连接电阻，能提高器件的频率特性同时保持较高的器件电流增益系数。为此，本发明还提供一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离即有源区的隔离结构为浅沟槽隔离(STI)，包括：基区，由形成于所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中的N阱组成。发射区，由形成于所述N阱中的第一P型赝埋层组成；在所述第一P型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出发射极。集电区，由形成于所述浅槽场氧底部且位于所述N阱的侧面并和所述N阱的侧面相接触的第二P型赝埋层组成，所述发射区和所述集电区不接触且相隔一段横向距离；在所述第二P型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。一N型深阱，该N型深阱位于所述浅槽场氧的底部并将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围。N型赝埋层，所述N型赝埋层形成于所述浅槽场氧底部并位于所述集电区的外侧并和所述集电区相隔一横向距离；所述N型赝埋层和所述N型深阱相接触；在所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出基极。

为解决上述技术问题，本发明提供的锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法包括如下步骤：

步骤一、采用光刻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型离子注入同时形成第一P型赝埋层和第二P型赝埋层，所述第二P型赝埋层位于所述第一P型赝埋层的外侧且二者间相隔一段横向距离。

步骤三、在所述浅沟槽底部进行N型离子注入形成N型赝埋层，所述N型赝埋层位于所述第二P型赝埋层的外侧且和所述第二P型赝埋层相隔一横向距离。

步骤四、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。

步骤五、进行N型离子注入在所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中形成N阱，所述N阱将所述第一P型赝埋层包围，所述第二P型赝埋层位于所述N阱的侧面并和所述N阱的侧面相接触；由所述第一P型赝埋层组成发射区，由所述第二P型赝埋层组成集电区，由所述N阱组成基区。

步骤六、进行N型离子注入在所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中形成N型深阱，该N型深阱将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围；所述N型赝埋层和所述N型深阱相接触。

步骤七、在所述第一P型赝埋层、所述第二P型赝埋层和所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中分别形成深孔接触并分别引出发射极、集电极和基极。

进一步的改进是，步骤二中所述第一P型赝埋层和所述第二P型赝埋层的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，步骤三中所述N型赝埋层的N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、注入杂质为磷或砷。

进一步的改进是，步骤五中所述N阱的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e12cm^-2～1e14cm^-2、能量为100keV～400keV、注入杂质为磷或砷。

进一步的改进是，步骤六中所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e11cm^-2～1e13cm^-2、能量为500keV～3000keV、注入杂质为磷或砷。

本发明的集电区、发射区和基区都形成在浅槽场氧的底部，且都是通过深孔接触引出，能够有效缩小器件的面积且不占用有源区的面积。本发明的P型和N型赝埋层的设置能减少集电极和基极端的连接电阻。本发明能在保证器件的电流增益系数不受影响的条件下，显著的改善器件的频率特性。

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是本发明实施例的器件结构图；

图2-图5是本发明实施例方法的各步骤中的器件结构图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例的器件结构图。本发明实施例锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管形成于P型硅衬底1上，有源区由浅槽场氧4隔离即有源区的隔离结构为浅沟槽隔离(STI)，包括：

基区，由形成于所述浅槽场氧4底部的所述硅衬底1中的N阱5组成。

发射区，由形成于所述N阱5中的第一P型赝埋层2a组成；在所述第一P型赝埋层2a顶部的所述浅槽场氧4中形成有深孔接触7并引出发射极。

集电区，由形成于所述浅槽场氧4底部且位于所述N阱5的侧面并和所述N阱5的侧面相接触的第二P型赝埋层2b组成，所述发射区和所述集电区不接触且相隔一段横向距离；在所述第二P型赝埋层2b顶部的所述浅槽场氧4中形成有深孔接触7并引出集电极。

一N型深阱6，该N型深阱6位于所述浅槽场氧4的底部并将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围。所述N型深阱6用于实现器件的隔离。

N型赝埋层3，所述N型赝埋层3形成于所述浅槽场氧4底部并位于所述集电区的外侧并和所述集电区相隔一横向距离；所述N型赝埋层3和所述N型深阱6相接触，所述N型深阱6实现所述N型赝埋层3和所述基区间的连接。在所述N型赝埋层3顶部的所述浅槽场氧4中形成有深孔接触7并引出基极。最后通过金属层8实现器件的互连。

如图2至图5所示，是本发明实施例方法的各步骤中的器件结构图。本发明实施例锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法包括如下步骤：

步骤一、采用光刻刻蚀工艺在P型硅衬底1上形成有源区和浅沟槽。

步骤二、在所述浅沟槽底部进行P型离子注入同时形成第一P型赝埋层2a和第二P型赝埋层2b，所述第二P型赝埋层2b位于所述第一P型赝埋层2a的外侧且二者间相隔一段横向距离。所述第一P型赝埋层2a和所述第二P型赝埋层2b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、在所述浅沟槽底部进行N型离子注入形成N型赝埋层3，所述N型赝埋层3位于所述第二P型赝埋层2b的外侧且和所述第二P型赝埋层2b相隔一横向距离。所述N型赝埋层3的N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、注入杂质为磷或砷。

步骤四、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧4。

步骤五、进行N型离子注入在所述浅槽场氧4底部的所述硅衬底1中形成N阱5，所述N阱5将所述第一P型赝埋层2a包围，所述第二P型赝埋层2b位于所述N阱5的侧面并和所述N阱5的侧面相接触；由所述第一P型赝埋层2a组成发射区，由所述第二P型赝埋层2b组成集电区，由所述N阱5组成基区。所述N阱5的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e12cm^-2～1e14cm^-2、能量为100keV～400keV、注入杂质为磷或砷。

步骤六、进行N型离子注入在所述浅槽场氧4底部的所述硅衬底1中形成N型深阱6，该N型深阱6将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围并用于实现器件的隔离。所述N型赝埋层3和所述N型深阱6相接触，所述N型深阱6实现所述N型赝埋层3和所述基区间的连接。所述N型深阱6的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e11cm^-2～1e13cm^-2、能量为500keV～3000keV、注入杂质为磷或砷。

步骤七、在所述第一P型赝埋层2a、所述第二P型赝埋层2b和所述N型赝埋层3顶部的所述浅槽场氧4中分别形成深孔接触7并分别引出发射极、集电极和基极。

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

1.一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型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，包括：

基区，由形成于所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中的N阱组成；

发射区，由形成于所述N阱中的第一P型赝埋层组成；在所述第一P型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出发射极；

集电区，由形成于所述浅槽场氧底部且位于所述N阱的侧面并和所述N阱的侧面相接触的第二P型赝埋层组成，所述发射区和所述集电区不接触且相隔一段横向距离；在所述第二P型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；

一N型深阱，该N型深阱位于所述浅槽场氧的底部并将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围；

N型赝埋层，所述N型赝埋层形成于所述浅槽场氧底部并位于所述集电区的远离所述N阱的一侧并和所述集电区相隔一横向距离；所述N型赝埋层和所述N型深阱相接触；在所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出基极。

2.一种锗硅HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用光刻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型离子注入同时形成第一P型赝埋层和第二P型赝埋层，所述第二P型赝埋层和所述第一P型赝埋层相隔一段横向距离；

步骤三、在所述浅沟槽底部进行N型离子注入形成N型赝埋层，所述N型赝埋层位于所述第二P型赝埋层的远离所述第一P型赝埋层的一侧且和所述第二P型赝埋层相隔一横向距离；

步骤四、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧；

步骤五、进行N型离子注入在所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中形成N阱，所述N阱将所述第一P型赝埋层包围，所述第二P型赝埋层位于所述N阱的侧面并和所述N阱的侧面相接触；由所述第一P型赝埋层组成发射区，由所述第二P型赝埋层组成集电区，由所述N阱组成基区；

步骤六、进行N型离子注入在所述浅槽场氧底部的所述硅衬底中形成N型深阱，该N型深阱将所述基区、所述发射区和所述集电区都包围；所述N型赝埋层和所述N型深阱相接触；

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤二中所述第一P型赝埋层和所述第二P型赝埋层的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。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤三中所述N型赝埋层的N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、注入杂质为磷或砷。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤五中所述N阱的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e12cm^-2～1e14cm^-2、能量为100keV～400keV、注入杂质为磷或砷。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤六中所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入剂量为1e11cm^-2～1e13cm^-2、能量为500keV～3000keV、注入杂质为磷或砷。