鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，是在犧牲介質(zhì)層淀積和基區(qū)窗口打開(kāi)后，形成一個(gè)側(cè)墻并進(jìn)行高劑量的離子注入，它可以和從重?fù)诫s的基區(qū)多晶硅擴(kuò)散到有源區(qū)的較淺的外基區(qū)重?fù)诫s一起形成分級(jí)的外基區(qū)摻雜區(qū)。在發(fā)射極窗口形成后，進(jìn)行小劑量低能量的選擇性集電區(qū)離子注入。由于上面的兩次離子注入都是自對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行的，在分別降低外基區(qū)電阻和集電區(qū)電阻的同時(shí)，可以控制基區(qū)-集電區(qū)電容為最低，這樣可極大地提高器件的射頻特性，如特征頻率、功率增益等，工藝流程簡(jiǎn)單易于實(shí)施。
【專利說(shuō)明】鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是指一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制 造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻電路應(yīng)用需要有較高特征頻率和擊穿電壓的乘積的器件，這一需求主要來(lái)自 兩個(gè)方面，一是射頻應(yīng)用本身需要較高特征頻率的器件，二是為驅(qū)動(dòng)射頻器件中進(jìn)行內(nèi)匹 配的電容和電感，需要較高的工作電壓和工作電流，而工作電壓主要由器件的擊穿電壓決 定。小柵寬的CMOS器件可以達(dá)到200GHz以上的特征頻率，但其擊穿電壓和相應(yīng)的工作電 壓較低，用CMOS設(shè)計(jì)射頻電路是有挑戰(zhàn)性的；相比之下，鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（HBT: HeterojunctionBipolarTransistor)器件則在相同的特征頻率下有大致2倍的工作電 壓，用它設(shè)計(jì)射頻電路有優(yōu)勢(shì)；如何在不明顯增加工藝成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加特征頻率 和擊穿電壓的乘積是鍺硅HBT研發(fā)的一個(gè)重要的努力方向。
[0003] 常規(guī)的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其制造方法大致包含如下 步驟：在P型基板Γ、N型埋層2'、低摻雜N型外延3'及集電極引出端5'完成后，生長(zhǎng)場(chǎng) 氧4'或用淺槽作為隔離，在基區(qū)有源區(qū)的中心離子注入形成選擇性集電區(qū)6'，隨后淀積一 層氧化硅和一層無(wú)定形硅，光刻和干法刻蝕無(wú)定形硅打開(kāi)基區(qū)有源區(qū)；濕法去除露出的氧 化硅并清洗硅表面，進(jìn)行鍺硅外延層7'的生長(zhǎng)；淀積介質(zhì)疊層，光刻和刻蝕打開(kāi)外基區(qū)；淀 積介質(zhì)并回刻形成側(cè)墻9' ；淀積外基區(qū)多晶硅11'，回刻多晶硅使表面在介質(zhì)疊層下，進(jìn)行 大劑量小能量P型離子注入以形成重?fù)诫s的外基區(qū)多晶硅；淀積氧化硅介質(zhì)層12'，通過(guò)化 學(xué)機(jī)械研磨進(jìn)行表面平坦化，在外基區(qū)有氧化硅；干法刻蝕其它區(qū)域的多晶硅而形成基區(qū)， 隨后用濕法去除底層氧化硅而部分存留基區(qū)多晶硅；淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回 刻形成ONO側(cè)墻13'，濕法去除ONO側(cè)墻的外部及底部氧化硅層，淀積發(fā)射極多晶硅15'，發(fā) 射極多晶硅是N型重?fù)诫s的，光刻和刻蝕形成發(fā)射極，再淀積氧化硅并回刻形成發(fā)射極側(cè) 墻16'，快速熱退火激活和擴(kuò)散摻雜質(zhì)，這樣器件就形成了。
[0004] 上述制造方法，由于光刻套準(zhǔn)精度，選擇性發(fā)射極離子注入?yún)^(qū)6'比發(fā)射極窗口要 大，這樣會(huì)降低和外基區(qū)17'的距離從而增大基區(qū)-集電區(qū)的電容，而為降低外基區(qū)電阻而 增大基區(qū)多晶硅的P型離子注入劑量也受到基區(qū)-集電區(qū)電容增大的限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法。
[0006] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，包含如 下工藝步驟：
[0007] 第1步，在輕摻雜P型襯底上形成N型埋層，再生長(zhǎng)N型外延區(qū)；在外延區(qū)內(nèi)形成 淺槽隔離，用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道；
[0008] 第2步，在基區(qū)有源區(qū)的中心離子注入形成選擇性集電區(qū)，再用低溫外延生長(zhǎng)鍺 硅層，光刻和干刻去除基區(qū)以外的鍺硅層，形成內(nèi)外鍺硅基區(qū)；
[0009] 第3步，淀積介質(zhì)疊層，光刻和刻蝕打開(kāi)外基區(qū)；
[0010] 第4步，淀積介質(zhì)并回刻，形成側(cè)墻；
[0011] 第5步，利用自對(duì)準(zhǔn)外基區(qū)窗口進(jìn)行P型離子注入形成重?fù)诫s外基區(qū)；
[0012] 第6步，濕法去除側(cè)墻后，淀積外基區(qū)多晶硅；
[0013] 第7步，回刻外基區(qū)多晶硅，再進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的外基區(qū)多晶硅；
[0014] 第8步，淀積氧化硅介質(zhì)層并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化；
[0015] 第9步，以外基區(qū)上的氧化硅介質(zhì)層作為阻擋層，進(jìn)行多晶硅干法刻蝕，并用濕法 去除外延上的氧化硅層，外基區(qū)多晶硅上的氧化硅層保留；
[0016] 第10步，淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回刻形成側(cè)墻，利用光刻膠打開(kāi)窗 口，進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極窗口的選擇性集電區(qū)離子注入；
[0017] 第11步，濕法去除側(cè)墻外部及底部的氧化硅層，淀積發(fā)射極多晶硅；
[0018] 第12步，光刻及刻蝕形成發(fā)射極，再淀積介質(zhì)層，快速熱退火后回刻介質(zhì)層形成 側(cè)墻。
[0019] 進(jìn)一步地，所述第1步中，形成電下沉通道的N型離子注入的雜質(zhì)為磷，注入能量 為50?150KeV，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0020] 進(jìn)一步地，所述第2步中，選擇性集電區(qū)的離子注入的雜質(zhì)為磷，注入能量為 100?300KeV，注入劑量為IO12?IO13CM'
[0021] 進(jìn)一步地，所述第3步中，介質(zhì)疊層優(yōu)選地從下至上依次為氧化硅-多晶硅-氧化 硅，優(yōu)選地各層厚度對(duì)應(yīng)依次為150-2500-500A。
[0022] 進(jìn)一步地，所述第5步中，外基區(qū)的離子注入為硼，注入能量為5?20KeV，注入劑 量為IO15 ?3x1015CM_2。
[0023] 進(jìn)一步地，所述第7步中，回刻外基區(qū)多晶硅至其表面位于介質(zhì)疊層以下；外基區(qū) 多晶硅的注入雜質(zhì)離子為硼，注入能量為30KeV以下，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0024] 進(jìn)一步地，所述第8步中，化學(xué)機(jī)械研磨使外基區(qū)保留有氧化硅，其他區(qū)域停留在 多晶娃上。
[0025] 進(jìn)一步地，所述第10步中，選擇性集電區(qū)的離子注入雜質(zhì)為磷，注入能量為50? IOOKeV,注入劑量為IO12?IO13CM'
[0026] 進(jìn)一步地，所述第11步中，或者在淀積發(fā)射極多晶硅之前先進(jìn)行快速熱氧化形成 薄氧化硅后再淀積發(fā)射極多晶硅；淀積的發(fā)射極多晶硅為N型重?fù)诫s，雜質(zhì)離子優(yōu)選地是 砷，體濃度為IO2ciCiT3以上。
[0027]進(jìn)一步地，所述第12步中，快速熱退火的溫度為1000?KKTC，時(shí)間為5?30秒。
[0028] 本發(fā)明所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，在外基區(qū)相距一個(gè)側(cè)墻的間距 的外面，增加一個(gè)高摻雜的P型區(qū)，用于降低外基區(qū)的電阻，由于這一區(qū)域離發(fā)射極窗口較 遠(yuǎn)，而不會(huì)增加基極-集電極電容；同時(shí)靠近基極-集電極耗盡區(qū)的選擇性集電極離子注入 是自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極窗口的，在同樣降低集電極電阻的情況下，可進(jìn)一步拉大高摻雜的選擇性 集電區(qū)和外基區(qū)的距離，從而降低基極-集電極電容。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是傳統(tǒng)鍺硅HBT的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是傳統(tǒng)鍺硅HBT制造工藝流程圖；
[0031] 圖3?14是本發(fā)明工藝個(gè)步驟示意圖；
[0032] 圖15是本發(fā)明工藝流程圖。
[0033] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0034]1是P型硅襯底，2是重?fù)诫sN型埋層，3是N型外延，4是STI，5是N型重?fù)诫s下沉 通道，6是N型選擇性離子注入，7是鍺硅外延，8是介質(zhì)疊層，9是犧牲側(cè)墻，10是外基區(qū)外 側(cè)P型低電阻區(qū)，11是外基區(qū)多晶硅，12是基區(qū)上層氧化硅，13是基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間側(cè)墻， 14是集電極選擇性離子注入，15是多晶硅發(fā)射極，16是多晶硅發(fā)射極側(cè)墻，17是外基區(qū)。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 本發(fā)明所述的一種鍺硅HBT制造方法，包含如下工藝步驟：
[0036] 第1步，如圖3所示，在輕摻雜P型襯底1上形成N型埋層2,再生長(zhǎng)N型外延區(qū) 3;在外延區(qū)3內(nèi)形成淺槽隔離4,用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道 5;形成電下沉通道5的N型離子注入的雜質(zhì)為磷，注入能量為50?150KeV，注入劑量為 IO15 ?IO16CM'
[0037] 第2步，如圖4所示，在基區(qū)有源區(qū)的中心離子注入形成選擇性集電區(qū)6,再用低溫 外延生長(zhǎng)鍺硅層，光刻和干刻去除基區(qū)以外的鍺硅層，形成內(nèi)外鍺硅基區(qū)7;選擇性集電區(qū) 的離子注入的雜質(zhì)為磷，注入能量為100?300KeV，注入劑量為IO12?1013CM_2。
[0038] 第3步，如圖5所示，淀積介質(zhì)疊層8,較佳地為氧化硅-多晶硅-氧化硅的疊層， 厚度依次為15〇A、2500A、500A。光刻和刻蝕打開(kāi)外基區(qū)。
[0039] 第4步，如圖6所示，淀積介質(zhì)并回刻，形成側(cè)墻9。
[0040] 第5步，如圖7所示，利用自對(duì)準(zhǔn)外基區(qū)窗口進(jìn)行P型離子注入形成重?fù)诫s外基 區(qū)(外基區(qū)10在圖8中示出）；外基區(qū)的離子注入為硼，注入能量為5?20KeV，注入劑量為 IO15 ?3x1015CM-2。
[0041] 第6步，如圖8所不，濕法去除側(cè)墻9后，淀積外基區(qū)多晶娃11。
[0042] 第7步，如圖9所示，回刻外基區(qū)多晶硅11，再進(jìn)行離子注入形成重?fù)诫s的外基區(qū) 多晶硅；回刻外基區(qū)多晶硅至其表面位于介質(zhì)疊層以下；外基區(qū)多晶硅的注入雜質(zhì)離子為 硼，注入能量為30KeV以下，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0043] 第8步，如圖10所示，淀積氧化硅介質(zhì)層12并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化；化學(xué)機(jī) 械研磨使外基區(qū)保留有氧化硅，其他區(qū)域停留在多晶硅上。
[0044] 第9步，如圖11所示，以外基區(qū)上的氧化硅介質(zhì)層12作為阻擋層，進(jìn)行多晶硅干 法刻蝕，并用濕法去除外延3上的氧化硅層12,外基區(qū)多晶硅11上的氧化硅層12保留。
[0045] 第10步，如圖12所示，淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回刻形成側(cè)墻，利用光 刻膠打開(kāi)窗口，進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極窗口的選擇性集電區(qū)離子注入(選擇性集電區(qū)14在圖13 中示出）;選擇性集電區(qū)的離子注入雜質(zhì)為磷，注入能量為50?lOOKeV，注入劑量為IO12? IO13CM'
[0046] 第11步，如圖13所示，濕法去除側(cè)墻外部及底部的氧化硅層，淀積發(fā)射極多晶硅； 或者在淀積發(fā)射極多晶硅之前先進(jìn)行快速熱氧化形成薄氧化硅后再淀積發(fā)射極多晶硅；淀 積的發(fā)射極多晶硅為N型重?fù)诫s，雜質(zhì)離子優(yōu)選地是砷，體濃度為IO2tlCiT3以上。
[0047] 第12步，光刻及刻蝕形成發(fā)射極，再淀積介質(zhì)層，快速熱退火后回刻介質(zhì)層形成 偵衫嗇?？焖贌嵬嘶鸬臏囟葹?000?ll〇〇°C，時(shí)間為5?30秒。器件最終完成如圖14所 /Jn〇
[0048] 以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái) 說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同 替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；包含如下工藝步驟： 第1步，在輕慘雜P型襯底上形成N型埋層，再生長(zhǎng)N型外延區(qū)；在外延區(qū)內(nèi)形成淺槽 隔離，用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道； 第2步，在基區(qū)有源區(qū)的中也離子注入形成選擇性集電區(qū)，再用低溫外延生長(zhǎng)錯(cuò)娃層， 光刻和干刻去除基區(qū)W外的錯(cuò)娃層，形成內(nèi)外錯(cuò)娃基區(qū)； 第3步，淀積介質(zhì)疊層，光刻和刻蝕打開(kāi)外基區(qū)； 第4步，淀積介質(zhì)并回刻，形成側(cè)墻； 第5步，利用自對(duì)準(zhǔn)外基區(qū)窗口進(jìn)行P型離子注入形成重慘雜外基區(qū)； 第6步，濕法去除側(cè)墻后，淀積外基區(qū)多晶娃； 第7步，回刻外基區(qū)多晶娃，再進(jìn)行離子注入形成重慘雜的外基區(qū)多晶娃； 第8步，淀積氧化娃介質(zhì)層并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨平坦化； 第9步，W外基區(qū)上的氧化娃介質(zhì)層作為阻擋層，進(jìn)行多晶娃干法刻蝕，并用濕法去除 外延上的氧化娃層，外基區(qū)多晶娃上的氧化娃層保留； 第10步，淀積氧化娃-氮化娃-氧化娃疊層，回刻形成側(cè)墻，利用光刻膠打開(kāi)窗口，進(jìn) 行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極窗口的選擇性集電區(qū)離子注入； 第11步，濕法去除側(cè)墻外部及底部的氧化娃層，淀積發(fā)射極多晶娃； 第12步，光刻及刻蝕形成發(fā)射極，再淀積介質(zhì)層，快速熱退火后回刻介質(zhì)層形成側(cè)墻。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 1步中，形成電下沉通道的N型離子注入的雜質(zhì)為磯，注入能量為50?150KeV，注入劑量為 1〇15 ?1〇i6cm-2。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第2 步中，選擇性集電區(qū)的離子注入的雜質(zhì)為磯，注入能量為100?300KeV，注入劑量為1〇12? 10"CM_2。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 3步中，介質(zhì)疊層優(yōu)選地從下至上依次為氧化娃-多晶娃-氧化娃，優(yōu)選地各層厚度對(duì)應(yīng)依 次為巧oA、巧OOA、500A。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第5 步中，外基區(qū)的離子注入為測(cè)，注入能量為5?20KeV，注入劑量為10"?3x1〇i 5CM^。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第7 步中，回刻外基區(qū)多晶娃至其表面位于介質(zhì)疊層W下；外基區(qū)多晶娃的注入雜質(zhì)離子為測(cè)， 注入能量為30KeV W下，注入劑量為10"?1〇i6cM^2。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于：所述第8 步中，化學(xué)機(jī)械研磨使外基區(qū)保留有氧化娃，其他區(qū)域停留在多晶娃上。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 10步中，選擇性集電區(qū)的離子注入雜質(zhì)為磯，注入能量為50?lOOKeV，注入劑量為1〇12? 10"CM_2。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 11步中，或者在淀積發(fā)射極多晶娃之前先進(jìn)行快速熱氧化形成薄氧化娃后再淀積發(fā)射極多 晶娃；淀積的發(fā)射極多晶娃為N型重慘雜，雜質(zhì)離子優(yōu)選地是神，體濃度為102化礦3 w上。
10.如權(quán)利要求1所述的一種錯(cuò)娃異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 12步中，快速熱退火的溫度為1000?llOOC，時(shí)間為5?30砂。
【文檔編號(hào)】H01L21/331GK104425244SQ201310365041
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】周正良, 陳曦, 潘嘉 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司