專利名稱：鍺硅hbt工藝中垂直寄生型pnp三極管及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，本發(fā)明還涉及一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法。
背景技術(shù)：
在射頻產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用中，需要越來越高的器件特征頻率。NPN三極管，特別是鍺硅(SiGe)異質(zhì)結(jié)三極管(HBT)或者鍺硅碳(SiGeC)異質(zhì)結(jié)三極管是超高頻器件的很好選擇。并且SiGe工藝基本與硅工藝相兼容，因此SiGe HBT已經(jīng)成為超高頻器件的主流之一。在這種背景下，其對輸出器件的要求也相應(yīng)地提高，比如具有一定的電流增益系數(shù)(不小于15)和截止頻率。對于雙極型場效應(yīng)晶體管(BiCMOS)工藝來說，作為NPN器件即鍺硅異質(zhì)結(jié)NPN三極管的互補(bǔ)，PNP器件也非常重要。PNP器件通常分為橫向PNP與縱向PNP兩種。其中縱向PNP器件的性能較高，也是在高性能應(yīng)用中所需要的。但是縱向PNP器件和NPN器件的集成的難度較大，甚至無法進(jìn)行集成。而橫向PNP器件的性能較差，但是器件的集成比較容易?，F(xiàn)有PNP三極管的發(fā)射區(qū)的鍺硅單晶形成工藝和現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)NPN三極管的基區(qū)的鍺硅單晶形成工藝相同并且是同時(shí)形成?，F(xiàn)有PNP三極管的引出基區(qū)的多晶硅采用現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)NPN三極管的發(fā)射區(qū)的多晶硅的工藝。但是對現(xiàn)有PNP三極管的器件特性進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，其性能并不理想，放大系數(shù)比較小，截止頻率也較低。其主要原因是所述發(fā)射區(qū)的實(shí)際摻雜水平較低?，F(xiàn)有PNP三極管的所述發(fā)射區(qū)的摻雜是通過注入來進(jìn)行，并且和現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)NPN三極管的外基區(qū)注入共享即采用相同工藝同時(shí)注入形成。由于現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)NPN三極管的鍺硅的厚度非常薄，因此其外基區(qū)注入能量也非常小，只有5KEV 10KEV。由于現(xiàn)有PNP三極管的發(fā)射區(qū)為共享現(xiàn)有NPN三極管的基區(qū)的鍺硅單晶，為了降低現(xiàn)有NPN三極管的基區(qū)寬度，提高NPN的性能，因此鍺硅單晶中摻雜含有一定濃度的碳。這些碳能夠抑制硼的擴(kuò)散。因此導(dǎo)致現(xiàn)有PNP三極管的所述發(fā)射區(qū)的摻雜盡管劑量很大，但是因?yàn)槟芰亢苄?，無法打穿這一層鍺硅合金中的碳層，導(dǎo)致絕大多數(shù)的硼被抑制在發(fā)射區(qū)的鍺硅單晶非?？拷砻娴膮^(qū)域。而又因?yàn)楝F(xiàn)有PNP三極管的發(fā)射區(qū)在后續(xù)工藝過程中需要生長一層金屬硅化物，因此導(dǎo)致發(fā)射區(qū)的鍺硅單晶的表面重參雜的區(qū)域摻雜被消耗大部分，從而使現(xiàn)有PNP三極管的發(fā)射系數(shù)很低并導(dǎo)致器件放大系數(shù)較低，截止頻率也不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，無需多加光刻版，使發(fā)射區(qū)的鍺硅層為多晶結(jié)構(gòu)，能提高PNP三極管的發(fā)射區(qū)的摻雜濃度，從而提高器件的發(fā)射效率以及器件的放大系數(shù)，并能增加器件的截止頻率；能用作高速、高增益HBT電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇；能有效地縮小器件面積、減小器件的寄生效應(yīng)、減小PNP管的集電極電阻、提高器件的性能；本發(fā)明還提供一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法,無須額外的工藝條件,能夠降低生產(chǎn)成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括:一集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)的深度大于或等于所述淺槽場氧的底部深度。一贗埋層，由形成于所述集電區(qū)周側(cè)的所述淺槽場氧底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層和所述集電區(qū)在所述淺槽場氧底部相接觸，在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出集電極。一基區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述基區(qū)位于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)相接觸；在所述基區(qū)的周側(cè)的所述淺槽場氧中形成一和所述基區(qū)相接觸的槽，位于所述槽中的所述淺槽場氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基區(qū)的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中摻入了 N型雜質(zhì)，由摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅形成外基區(qū)，所述外基區(qū)和所述基區(qū)在所述基區(qū)的側(cè)面相接觸，在所述外基區(qū)上形成有金屬接觸并引出基極。一鍺硅生長前定義窗口，由形成于所述有源區(qū)上方的第一介質(zhì)層定義而成，所述鍺硅生長前定義窗口位于所述有源區(qū)的正上方、所述鍺硅生長前定義窗口區(qū)域的所述第一介質(zhì)層被去除而將形成于所述有源區(qū)中的所述基區(qū)露出；所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為0.1微米 0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度。一發(fā)射區(qū)，由填充于所述鍺硅生長前定義窗口中且還延伸到所述鍺硅生長前定義窗口外側(cè)的所述第一介質(zhì)層上的且為P型摻雜的鍺硅層組成，該鍺硅層的厚度為0.05微米 0.2微米并層多晶結(jié)構(gòu)；所述發(fā)射區(qū)在所述鍺硅生長前定義窗口底部和所述基區(qū)相接觸；在所述發(fā)射區(qū)頂部形成有金屬接觸并引出發(fā)射極。進(jìn)一步的改進(jìn)，所述槽的深度為500埃 1500埃、寬度為0.2微米 0.4微米。進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一介質(zhì)層為氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的復(fù)合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的復(fù)合膜。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法包括如下步驟:步驟一、采用刻蝕工藝在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽。步驟二、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層。步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧。步驟四、在所述有源區(qū)進(jìn)行N型離子注入形成基區(qū)；所述基區(qū)的深度小于所述淺溝槽的底部深度。步驟五、在所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成集電區(qū)，所述集電區(qū)的深度大于或等于所述淺槽場氧的底部深度，所述集電區(qū)的底部延伸到所述淺槽場氧底部并和所述贗埋層形成接觸；所述集電區(qū)的頂部和所述基區(qū)形成接觸。步驟六、在所述有源區(qū)和所述淺槽場氧上形成第一介質(zhì)層。步驟七、用光刻膠定義圖形，所述光刻膠在所述基區(qū)和后續(xù)要形成的發(fā)射區(qū)的接觸區(qū)域處、以及后續(xù)要形成的所述槽的區(qū)域處形成窗口 ；所述基區(qū)和所述發(fā)射區(qū)的接觸區(qū)域位于所述有源區(qū)上方且小于等于所述有源區(qū)的大小，所述槽的形成區(qū)域?yàn)樗龌鶇^(qū)周側(cè)的所述淺槽場氧中。步驟八、采用干法加濕法刻蝕工藝刻蝕所述光刻膠形成的窗口下方的所述第一介質(zhì)層；刻蝕后，在所述有源區(qū)上方形成鍺硅生長前定義窗口，所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為0.1微米 0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度；并進(jìn)行過量刻蝕將所述槽的形成區(qū)域的所述淺槽場氧刻蝕掉并形成所述槽；所述槽和所述基區(qū)的側(cè)面相接觸，所述槽的深度小于等于所述基區(qū)的深度。步驟九、在形成所述鍺硅生長前定義窗口和所述槽后的所述硅襯底的正面淀積厚度為0.05微米 0.2微米的鍺硅層，所述鍺硅層完全填充所述鍺硅生長前定義窗口、且填充于所述鍺硅生長前定義窗口中的所述鍺硅層為多晶硅結(jié)構(gòu)，采用離子注入工藝對所述鍺硅層進(jìn)行P型摻雜；在所述鍺硅層上形成第二介質(zhì)層。步驟十、采用光刻刻蝕工藝，將所述有源區(qū)外部的所述第二介質(zhì)層和所述鍺硅層去除，位于所述有源區(qū)上方的所述鍺硅層組成發(fā)射區(qū)。步驟十一、在形成所述發(fā)射區(qū)后的所述硅襯底的正面淀積多晶硅，所述多晶硅將所述槽完全填充，所述第二介質(zhì)層將所述發(fā)射區(qū)和所述多晶硅隔離。步驟十二、對所述多晶硅進(jìn)行刻蝕，使所述多晶硅只保留于所述槽中，采用光刻膠定義圖形，對所述槽中的所述多晶硅進(jìn)行N型離子注入，由所述槽中且摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅形成所述外基區(qū)，所述外基區(qū)和所述基區(qū)在所述基區(qū)的側(cè)面相接觸。步驟十三、在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成深孔接觸引出集電極；在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸引出基極；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸引出發(fā)射極。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟六中所述第一介質(zhì)層為氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的復(fù)合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的復(fù)合膜，所述第一介質(zhì)層的厚度為300埃 2000埃。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟九中所述鍺硅層的摻雜工藝采用鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的外基區(qū)P+注入工藝。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟八中所述槽的深度為500埃 1500埃、寬度為0.2微米 0.4微米。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟十二中所述外基區(qū)的N型離子注入采用鍺硅HBT工藝中NPN的發(fā)射區(qū)多晶硅的N+注入。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟二中所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IeHcnT2 lel6cnT2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。進(jìn)一步改進(jìn)為，步驟五中所述集電區(qū)的P型離子注入采用鍺硅HBT工藝中CMOS P阱注入工藝。本發(fā)明鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管能用作高速、高增益HBT電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇。本發(fā)明無需多加光刻版，通過采用具有正梯形形狀的鍺硅生長前定義窗口、并且結(jié)合鍺硅生長前定義窗口的尺寸和發(fā)射區(qū)的鍺硅層的厚度，能使發(fā)射區(qū)的錯(cuò)娃層為多晶結(jié)構(gòu)，從而能提聞PNP 二極管的發(fā)射區(qū)的慘雜濃度，從而提聞器件的發(fā)射效率以及器件的放大系數(shù)，并能增加器件的截止頻率；由于采用了先進(jìn)的深孔接觸工藝，其與P型贗埋層的工藝相配合，且此結(jié)構(gòu)將PNP的基區(qū)進(jìn)行側(cè)向連出，極大地節(jié)省了 PNP三極管有源區(qū)的面積，改善了 PNP三極管的寄生效應(yīng)，減小了 PNP三極管的集電極電阻，提高器件的性能；有源區(qū)的寬度能夠做到0.3微米至0.4微米之間，能使得本發(fā)明器件的寄生NPN的放大系數(shù)降低。本發(fā)明的制作方法能和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的工藝集成,從而能降低生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:圖1是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2-圖9是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管在制造過程中的結(jié)構(gòu)不意圖；圖10是TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的輸入特性曲線；圖11是TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的增益曲線。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧I隔離。PNP三極管的基區(qū)3由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成。所述基區(qū)的N型離子注入的工藝條件為:注入雜質(zhì)為磷或者砷、能量條件為IOOKev 300Kev、劑量為 lel4cm 2 lel6cm 2。在所述基區(qū)3的周側(cè)的所述淺槽場氧I中形成一和所述基區(qū)3相接觸的槽，位于所述槽中的所述淺槽場氧I都被去除，所述槽的深度小于等于所述基區(qū)3的深度，較佳為，所述槽的深度為500埃 1500埃、寬度為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摻入了 N型雜質(zhì)，填充所述多晶硅的工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的發(fā)射極多晶硅工藝相同、摻雜工藝也相同，兩者能集成在一塊同時(shí)形成。由摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅形成外基區(qū)8，所述外基區(qū)8和所述基區(qū)3在所述基區(qū)3的側(cè)面相接觸，在所述外基區(qū)8上形成有金屬接觸10并引出基極。所述PNP三極管的集電區(qū)4由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)的P型離子注入采用鍺硅HBT工藝中CMOS P阱注入工藝。所述集電區(qū)4的深度大于或等于所述淺槽場氧I的底部深度；所述基區(qū)3位于所述集電區(qū)4上部并和所述集電區(qū)4相接觸。所述PNP三極管還包括一贗埋層2，由形成于所述集電區(qū)4周側(cè)的所述淺槽場氧I底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IeHcnT2 1θ16θπΓ2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為 硼或二氟化硼。所述贗埋層2和所述集電區(qū)4在所述淺槽場氧I底部相接觸，在所述贗埋層2頂部的所述淺槽場氧I中形成有深孔接觸9并引出集電極。
所述PNP三極管還包括一鍺硅生長前定義窗口，由形成于所述有源區(qū)上方的第一介質(zhì)層5定義而成，所述鍺硅生長前定義窗口位于所述有源區(qū)的正上方、所述鍺硅生長前定義窗口區(qū)域的所述第一介質(zhì)層5被去除而將形成于所述有源區(qū)中的所述基區(qū)3露出；所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為
0.1微米 0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度。所述第一介質(zhì)層5為氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的復(fù)合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的復(fù)合膜，厚度在300埃至2000埃之間。所述PNP三極管的發(fā)射區(qū)6由填充于所述鍺硅生長前定義窗口中且還延伸到所述鍺硅生長前定義窗口外側(cè)的所述第一介質(zhì)層5上的且為P型摻雜的鍺硅層組成。所述發(fā)射區(qū)6的鍺硅層工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的基極鍺硅單晶工藝相同，能同時(shí)形成，無需多加光刻版，所述鍺硅層的厚度為0.05微米 0.2微米，該厚度的鍺硅層形成于所述鍺硅生長前定義窗口中時(shí)，由于所述鍺硅生長前定義窗口的寬度較小，鍺硅外延生長時(shí)形成于所述鍺硅生長前定義窗口的鍺硅層會受到所述鍺硅生長前定義窗口的側(cè)面的所述第一介質(zhì)層5的影響而全部為多晶硅結(jié)構(gòu)。所述發(fā)射區(qū)6的鍺硅層的摻雜工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的外基區(qū)P+注入工藝相同。在所述鍺硅層中也能摻入碳雜質(zhì)。所述發(fā)射區(qū)6和所述基區(qū)3形成接觸，在所述發(fā)射區(qū)6頂部形成有金屬接觸10并引出發(fā)射極。金屬層11將器件引出并實(shí)現(xiàn)互連。如圖2至圖9所示，是本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管在制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法包括如下步驟:步驟一、如圖2所示，采用刻蝕工藝在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽。步驟二、如圖2所示，在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層2。所述贗埋層2的P型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IeHcnT2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。步驟三、如圖2所示，在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧I。步驟四、如圖3所示，在所述有源區(qū)進(jìn)行N型離子注入形成基區(qū)3 ;所述基區(qū)3的深度小于所述淺溝槽的底部深度。所述基區(qū)3的N型離子注入的工藝條件為:注入雜質(zhì)為憐或者砷、能量條件為IOOKev 300Kev、劑量為IeHcnT2 lel6cnT2。步驟五、如圖3所示，在所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成集電區(qū)4，所述集電區(qū)4的深度大于或等于所述淺槽場氧I的底部深度，所述集電區(qū)4在底部和所述贗埋層2形成接觸；所述集電區(qū)4的頂部和所述基區(qū)3形成接觸。所述集電區(qū)4的P型離子注入采用鍺硅HBT工藝中CMOS P阱注入工藝。步驟六、如圖4所示，在所述有源區(qū)和所述淺槽場氧I上形成第一介質(zhì)層5。所述第一介質(zhì)層5的厚度為300埃至2000埃。步驟七、如圖5所示，用光刻膠定義圖形，所述光刻膠在所述基區(qū)3和后續(xù)要形成的發(fā)射區(qū)6的接觸區(qū)域處、以及后續(xù)要形成的所述槽的區(qū)域處形成窗口 ；所述基區(qū)3和所述發(fā)射區(qū)6的接觸區(qū)域位于所述有源區(qū)上方且小于等于所述有源區(qū)的大小，所述槽的形成區(qū)域?yàn)樗龌鶇^(qū)3周側(cè)的所述淺槽場氧I中。
步驟八、如圖5所示，采用干法加濕法刻蝕工藝刻蝕所述光刻膠形成的窗口下方的所述第一介質(zhì)層5 ;刻蝕后，在所述有源區(qū)上方形成鍺硅生長前定義窗口，所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為0.1微米
0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度，圖5中顯示的所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)的正梯形為一上邊和底邊相等、底部和側(cè)邊垂直的矩形。進(jìn)行過量刻蝕將所述槽的形成區(qū)域的所述淺槽場氧I刻蝕掉并形成所述槽；所述槽和所述基區(qū)3的側(cè)面相接觸，所述槽的深度為500埃 1500埃、寬度為0.2微米 0.4微米。步驟九、如圖6所示，在形成所述鍺硅生長前定義窗口和所述槽后的所述硅襯底的正面淀積厚度為0.05微米 0.2微米的鍺硅層6，所述鍺硅層6完全填充所述鍺硅生長前定義窗口、且填充于所述鍺硅生長前定義窗口中的所述鍺硅層6為多晶硅結(jié)構(gòu)，采用離子注入工藝對所述鍺硅層6進(jìn)行P型摻雜。所述鍺硅層6的工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的基極鍺硅單晶工藝相同，能同時(shí)形成，無需多加光刻版·，具有0.05微米 0.2微米的厚度的鍺硅層形成于所述鍺硅生長前定義窗口中時(shí)，由于所述鍺硅生長前定義窗口的寬度較小，鍺硅外延生長時(shí)形成于所述鍺硅生長前定義窗口的鍺硅層會受到所述鍺硅生長前定義窗口的側(cè)面的所述第一介質(zhì)層5的影響而全部為多晶娃結(jié)構(gòu)。所述鍺硅層6中也能摻入碳雜質(zhì)。所述鍺硅層6的P型雜質(zhì)的摻雜工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的外基區(qū)P+注入工藝相同。由于所述鍺硅層6多晶硅結(jié)構(gòu)，即使在所述鍺硅層6中摻入碳雜質(zhì)后，P型雜質(zhì)也能良好的注入到整個(gè)鍺硅層6中，從而能大大提高鍺硅層6中的濃度。在所述鍺硅層6上形成第二介質(zhì)層7。所述第二介質(zhì)層7能為氧化膜，氮化膜，無定形多晶硅及其該三種膜之間的組合。步驟十、如圖7所示，采用光刻刻蝕工藝，將所述有源區(qū)外部的所述第二介質(zhì)層7和所述鍺硅層6去除，位于所述有源區(qū)上的所述鍺硅層6組成發(fā)射區(qū)6，所述發(fā)射區(qū)6在所述鍺硅生長前定義窗口底部和所述基區(qū)3相接觸。同時(shí)位于所述有源區(qū)外部的所述第一介質(zhì)層5也被去除。步驟十一、如圖8所示，在形成所述發(fā)射區(qū)6后的所述硅襯底的正面淀積多晶硅8，所述多晶硅8將所述槽完全填充，所述第二介質(zhì)層7將所述發(fā)射區(qū)6和所述多晶硅8隔離。所述多晶硅8的淀積工藝和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的發(fā)射極多晶硅淀積工藝相同兩者能集成在一塊同時(shí)形成。步驟十二、如圖9所示，對所述多晶硅8進(jìn)行刻蝕，使所述多晶硅8只保留于所述槽中，采用光刻膠定義圖形，對所述槽中的所述多晶硅8進(jìn)行N型離子注入，由所述槽中且摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅8形成所述外基區(qū)3，所述外基區(qū)3和所述基區(qū)3在所述基區(qū)3的側(cè)面相接觸。所述多晶硅8的N型離子注入和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的發(fā)射極多晶硅N型離子注入工藝相同兩者能集成在一塊同時(shí)形成。步驟十三、如圖1所示，在所述贗埋層2頂部的所述淺槽場氧I中形成深孔接觸9引出集電極；在所述外基區(qū)3的頂部形成金屬接觸10引出基極；在所述發(fā)射區(qū)6的頂部形成金屬接觸10引出發(fā)射極。最后形成金屬層11將器件引出。如圖10和圖11所示，分別是TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的輸入特性曲線和增益曲線。從中可以看出，由于采用了先進(jìn)的深孔接觸工藝與P型贗埋層直接接觸，來引出本器件的集電極，器件的面積與現(xiàn)有技術(shù)相比有效的減小了。并且由于引出位置到集電區(qū)的距離縮短，加上高摻雜的P型贗埋層，集電極的電阻也隨之有效地減小，從而有助與提高器件的頻率特性。而其他特性，比如輸入特性和電流增益，卻不會受影響，電流增益能保持在20以上。以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，其特征在于，包括: 一集電區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述集電區(qū)的深度大于或等于所述淺槽場氧的底部深度； 一贗埋層，由形成于所述集電區(qū)周側(cè)的所述淺槽場氧底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層和所述集電區(qū)在所述淺槽場氧底部相接觸，在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出集電極； 一基區(qū)，由形成于所述有源區(qū)中的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成，所述基區(qū)位于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)相接觸；在所述基區(qū)的周側(cè)的所述淺槽場氧中形成一和所述基區(qū)相接觸的槽，位于所述槽中的所述淺槽場氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基區(qū)的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中摻入了 N型雜質(zhì)，由摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅形成外基區(qū)，所述外基區(qū)和所述基區(qū)在所述基區(qū)的側(cè)面相接觸，在所述外基區(qū)上形成有金屬接觸并引出基極； 一鍺硅生長前定義窗口，由形成于所述有源區(qū)上方的第一介質(zhì)層定義而成，所述鍺硅生長前定義窗口位于所述有源區(qū)的正上方、所述鍺硅生長前定義窗口區(qū)域的所述第一介質(zhì)層被去除而將形成于所述有源區(qū)中的所述基區(qū)露出；所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為0.1微米 0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度； 一發(fā)射區(qū)，由填充于所述鍺硅生長前定義窗口中且還延伸到所述鍺硅生長前定義窗口外側(cè)的所述第一介質(zhì)層上的且為P型摻雜的鍺硅層組成，該鍺硅層的厚度為0.05微米 0.2微米并層多晶結(jié)構(gòu)；所述發(fā)射區(qū)在所述鍺硅生長前定義窗口底部和所述基區(qū)相接觸；在所述發(fā)射區(qū)頂部形成有金屬接觸并引出發(fā)射極。
2.如權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，其特征在于:所述槽的深度為500埃 1500埃、寬`度為0.2微米 0.4微米。
3.如權(quán)利要求1所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，其特征在于:所述第一介質(zhì)層為氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的復(fù)合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的復(fù)合膜。
4.一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、采用刻蝕工藝在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽； 步驟二、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層； 步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧； 步驟四、在所述有源區(qū)進(jìn)行N型離子注入形成基區(qū)；所述基區(qū)的深度小于所述淺溝槽的底部深度； 步驟五、在所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成集電區(qū)，所述集電區(qū)的深度大于或等于所述淺槽場氧的底部深度，所述集電區(qū)的底部延伸到所述淺槽場氧底部并和所述贗埋層形成接觸；所述集電區(qū)的頂部和所述基區(qū)形成接觸； 步驟六、在所述有源區(qū)和所述淺槽場氧上形成第一介質(zhì)層； 步驟七、用光刻膠定義圖形，所述光刻膠在所述基區(qū)和后續(xù)要形成的發(fā)射區(qū)的接觸區(qū)域處、以及后續(xù)要形成的所述槽的區(qū)域處形成窗口 ；所述基區(qū)和所述發(fā)射區(qū)的接觸區(qū)域位于所述有源區(qū)上方且小于等于所述有源區(qū)的大小，所述槽的形成區(qū)域?yàn)樗龌鶇^(qū)周側(cè)的所述淺槽場氧中； 步驟八、采用干法加濕法刻蝕工藝刻蝕所述光刻膠形成的窗口下方的所述第一介質(zhì)層；刻蝕后，在所述有源區(qū)上方形成鍺硅生長前定義窗口，所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸小于所述有源區(qū)尺寸、且所述鍺硅生長前定義窗口的尺寸為0.1微米 0.3微米；所述鍺硅生長前定義窗口的剖面結(jié)構(gòu)呈一上邊小于等于底邊的正梯形、且該正梯形的底邊和側(cè)邊的夾角為70度 90度；并進(jìn)行過量刻蝕將所述槽的形成區(qū)域的所述淺槽場氧刻蝕掉并形成所述槽；所述槽和所述基區(qū)的側(cè)面相接觸，所述槽的深度小于等于所述基區(qū)的深度； 步驟九、在形成所述鍺硅生長前定義窗口和所述槽后的所述硅襯底的正面淀積厚度為.0.05微米 0.2微米的鍺硅層，所述鍺硅層完全填充所述鍺硅生長前定義窗口、且填充于所述鍺硅生長前定義窗口中的所述鍺硅層為多晶硅結(jié)構(gòu)，采用離子注入工藝對所述鍺硅層進(jìn)行P型摻雜；在所述鍺硅層上形成第二介質(zhì)層； 步驟十、采用光刻刻蝕工藝，將所述有源區(qū)外部的所述第二介質(zhì)層和所述鍺硅層去除，位于所述有源區(qū)上方的所述鍺硅層組成發(fā)射區(qū)； 步驟十一、在形成所述發(fā)射區(qū)后的所述硅襯底的正面淀積多晶硅，所述多晶硅將所述槽完全填充，所述第二介質(zhì)層將所述發(fā)射區(qū)和所述多晶硅隔離； 步驟十二、對所述多晶硅進(jìn)行刻蝕，使所述多晶硅只保留于所述槽中，采用光刻膠定義圖形，對所述槽中的所述多晶硅進(jìn)行N型離子注入，由所述槽中且摻入N型雜質(zhì)的所述多晶硅形成所述外基區(qū)，所述外基區(qū)和所述基區(qū)在所述基區(qū)的側(cè)面相接觸； 步驟十三、在所述贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成深孔接觸引出集電極；在所述外基區(qū)的頂部形成金屬接觸引出基極；在所述發(fā)射區(qū)的頂部形成金屬接觸引出發(fā)射極。
5.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制造方法，其特征在于:步驟六中所述第一介質(zhì)層為氧化膜,氮化膜,氧化膜和氮化膜的復(fù)合膜，氧化膜和氮化膜和多晶娃的復(fù)合膜，所述第一介質(zhì)層的厚度為300埃 2000埃。
6.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制造方法，其特征在于:步驟九中所述鍺硅層的摻雜工藝采用鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的外基區(qū)P+注入工藝。
7.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法，其特征在于:步驟八中所述槽的深度為500埃 1500埃、寬度為0.2微米 0.4微米。
8.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制造方法，其特征在于:步驟十二中所述外基區(qū)的N型離子注入采用鍺硅HBT工藝中NPN的發(fā)射區(qū)多晶硅的N+注入。
9.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法，其特征在于:步驟二中所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IeHcnT2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。
10.如權(quán)利要求4所述的鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法，其特征在于:步驟五中所述集電區(qū)的P型離子注入采用鍺硅HBT工藝中CMOS P阱注入工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管，通過采用具有正梯形形狀的鍺硅生長前定義窗口，能使發(fā)射區(qū)的鍺硅層為多晶結(jié)構(gòu)，從而能提高發(fā)射區(qū)的摻雜濃度，提高器件的發(fā)射效率以及器件的放大系數(shù)和增加器件的截止頻率。本發(fā)明采用了先進(jìn)的深孔接觸工藝和P型贗埋層的工藝，且基區(qū)采用側(cè)向連出的結(jié)構(gòu)，能極大地節(jié)省有源區(qū)的面積，改善器件的寄生效應(yīng)，減小器件集電極電阻，提高器件的性能。有源區(qū)的寬度能夠做到0.3微米至0.4微米之間，能使得器件的寄生NPN的放大系數(shù)降低。本發(fā)明還公開了一種鍺硅HBT工藝中垂直寄生型PNP三極管的制作方法，能和鍺硅HBT工藝中的NPN三極管的工藝集成，并降低生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L29/737GK103117301SQ20111036389
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者陳帆, 陳雄斌, 薛愷, 周克然, 潘嘉, 李 昊, 蔡瑩, 陳曦 申請人:上海華虹Nec電子有限公司