專利名稱：雙極晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極晶體管，尤其涉及一種具有與發(fā)射極自對(duì)準(zhǔn)的、具有硅化物區(qū)的突出的非本征基極和發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管。與不包括自對(duì)準(zhǔn)的硅化物和自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管相比，本發(fā)明的雙極晶體管呈現(xiàn)出減輕的寄生現(xiàn)象。本發(fā)明還涉及多種制造具有突出的非本征基極的雙極晶體管結(jié)構(gòu)的方法，其中所述基極具有與發(fā)射極自對(duì)準(zhǔn)的硅化物區(qū)和發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
背景技術(shù)：
截止頻率(fT)和最大振蕩頻率(fmax)是高速晶體管運(yùn)算速度的最具代表性的量度。因此，對(duì)高速晶體管的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作主要針對(duì)上述參數(shù)的最大化。因?yàn)榘l(fā)射極尺寸縮小來提高雙極晶體管的性能，所以寄生電阻和電容變大，且在決定晶體管運(yùn)算速度(即fT和fmax)的過程中更為重要。
對(duì)于小發(fā)射極來說，發(fā)射極觸點(diǎn)尺寸需較大，從而保持低接觸電阻和高電流工作能力。結(jié)果，發(fā)射極觸點(diǎn)區(qū)需要由光刻級(jí)的尺寸X來限定，如圖1所示，大于發(fā)射極的尺寸；圖1是使用現(xiàn)有技術(shù)的工藝制成的雙極晶體管剖面圖。這樣形成一種T形發(fā)射極，具有尺寸Y的超出的頂部區(qū)域，以防止突出的非本征基極硅化物邊緣延伸靠近且自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極邊緣，增加發(fā)射極和非本征基極之間的重疊區(qū)域。
硅化物延伸靠近發(fā)射極的局限性導(dǎo)致產(chǎn)生較高的基極電阻(Rb)。具體而言，電流必須對(duì)角線地穿過多晶硅到達(dá)硅化物邊緣，由于非硅化多晶硅的分量Rb(多)，導(dǎo)致產(chǎn)生較高的基極電阻，如圖1所示。Rb(多)可以高達(dá)總基極電阻的36％。此外，由于跨過隔離層TEOS的附加分量Ceb(TEOS)，發(fā)射極的超出頂部區(qū)域?qū)е庐a(chǎn)生更高的發(fā)射極-基極電容(Ceb)，如圖1所示。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的雙極晶體管的上述缺陷，需要開發(fā)一種新的、改進(jìn)的雙極晶體管，其中電阻和電容已經(jīng)充分減小，以便提高晶體管的高速性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高性能雙極晶體管，其中截止頻率(fT)和最大振蕩頻率(fmax)已經(jīng)優(yōu)化。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙極晶體管，其中寄生電阻和電容已經(jīng)充分減小。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙極晶體管，其中非本征基極硅化物以自對(duì)準(zhǔn)方式相對(duì)于發(fā)射極定位。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙極晶體管，其中基極電阻Rb的多晶硅分量Rb(多)明顯減小。
本發(fā)明的另一目的是提供一種雙極晶體管，其中發(fā)射極觸點(diǎn)邊界以自對(duì)準(zhǔn)方式由一個(gè)間隔件或雙間隔件限定。
在本發(fā)明中這些和其他目的及優(yōu)點(diǎn)是通過形成這樣一種雙極晶體管實(shí)現(xiàn)的，其中發(fā)射極區(qū)為塊形式，而非T形，現(xiàn)有技術(shù)通常就是這樣(見圖1)。塊狀發(fā)射極區(qū)允許非本征基極硅化物以自對(duì)準(zhǔn)的方式相對(duì)于發(fā)射極形成。這樣，基極電阻的多晶硅分量Rb(多)明顯減小，因?yàn)殡娏鞔怪钡卮┻^多晶硅，到達(dá)硅化物的邊緣。
此外，塊狀發(fā)射極區(qū)消除了橫跨隔離氧化物的發(fā)射極-基極寄生電容分量Ceb(TEOS)，如圖1所示。而且，在本發(fā)明中，塊狀發(fā)射極區(qū)可以硅化，從而進(jìn)一步減小發(fā)射極電阻Re。
提供具有塊狀發(fā)射極區(qū)的雙極晶體管的另一優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)射極觸點(diǎn)邊界可以利用一個(gè)間隔件或雙間隔件以自對(duì)準(zhǔn)的方式限定。而且，本發(fā)明提供的自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界具有與現(xiàn)有技術(shù)中光刻形成的觸點(diǎn)相同的尺寸(見圖1)。
這是關(guān)鍵的，因?yàn)殚g隔件在刻蝕步驟中作為刻蝕阻擋層，防止非本征基極區(qū)暴露在發(fā)射極觸點(diǎn)開口(CE)中，在觸點(diǎn)開口的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)過程中該開口可能在尺寸上大于發(fā)射極。而且，間隔件代替了如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中的隔離氧化物，在發(fā)射極和基極之間提供電隔離。在這種情況下，可以以自對(duì)準(zhǔn)的方式，以縮小的發(fā)射極尺寸同時(shí)保持發(fā)射極觸點(diǎn)尺寸不變地進(jìn)行硅化。本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了上述目的，同時(shí)通過以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，從而節(jié)省了光刻掩模。
本發(fā)明的第一方面涉及一種具有自對(duì)準(zhǔn)的硅化物(位于突出的非本征基極區(qū)上和塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)內(nèi))和自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管。具體而言，且從較寬的方面來說，本發(fā)明的雙極晶體管包含包含本征基極區(qū)和周圍突出的非本征基極區(qū)的基極區(qū)；位于所述本征基極區(qū)頂上且與之接觸的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；位于所述突出的非本征基極區(qū)上的第一硅化物層，所述第一硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；位于所述塊狀多晶硅發(fā)射極內(nèi)的第二硅化物層，所述第二硅化物層與第一硅化物層自對(duì)準(zhǔn)；位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
在本發(fā)明的第一方面，位于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)內(nèi)的所述第二硅化物層可以位于多晶硅發(fā)射極頂上或所述發(fā)射極區(qū)內(nèi)，較薄的保形多晶硅發(fā)射極頂上。
在本發(fā)明的第一方面，所述自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由單一一個(gè)寬間隔件限定，該間隔件位于所述突出的非本征基極區(qū)的一部分頂上，靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)。
在本發(fā)明的第一方面的另一實(shí)施例中，所述自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由兩個(gè)間隔件限定，該間隔件位于所述突出的非本征基極區(qū)的一部分頂上，靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射區(qū)域。
在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施例中，所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括發(fā)射極開口，該開口包括非凹入式的多晶硅發(fā)射極。
在本發(fā)明的第一方面的另一實(shí)施例中，所述塊狀多晶硅發(fā)射極包括位于所述發(fā)射極開口內(nèi)的側(cè)壁上的保形多晶硅層。
在本發(fā)明的第二方面，提供了一種具有位于所述突出的非本征基極區(qū)上的自對(duì)準(zhǔn)硅化物和自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管。具體而言，且在更寬的方面來說，本發(fā)明的雙極晶體管包含包含本征基極區(qū)和周圍的突出的非本征基極區(qū)的基極區(qū)；位于所述本征基極區(qū)頂上且與之接觸的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；位于所述突出的非本征基極區(qū)上的第一硅化物層，所述第一硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
在本發(fā)明的第二方面，所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括具有凹入的上表面的多晶硅發(fā)射極。在該實(shí)施例中，金屬插頭、或發(fā)射極觸點(diǎn)本身至少在所述下凹的多晶硅發(fā)射極頂上形成。在所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)沒有第二硅化物層。
在本發(fā)明的第二方面，所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由單一一個(gè)寬間隔件限定，該間隔件位于所述突出的非本征基極區(qū)的一部分頂上，靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)。
在本發(fā)明的第二方面的另一實(shí)施例中，所述自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由雙間隔件限定，該間隔件位于所述突出的非本征基極區(qū)的一部分頂上，靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射區(qū)域。
本發(fā)明的第三方面涉及一種制造具有自對(duì)準(zhǔn)硅化物和自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管的方法。在更寬的方面來說，本發(fā)明的方法包含在突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層中形成發(fā)射極開口，所述發(fā)射極開口具有限定發(fā)射極的最終尺寸且提供橫向的發(fā)射極-基極隔離的絕緣間隔件；在所述發(fā)射極開口中形成塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；去除所述電介質(zhì)，露出所述突出的非本征基極；對(duì)露出的所述突出的非本征基極圖案化；
在至少所述圖案化的突出的非本征基極上形成第一硅化物層，所述第一硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；在一部分所述圖案化的突出的非本征基極頂上形成自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由位于所述圖案化的突出的非本征基極的一部分頂上、且靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的一個(gè)寬間隔件形成。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由位于所述圖案化的突出的非本征基極的一部分頂上、且靠近所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的雙間隔件形成。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括具有與所述突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層的上表面共面的上表面的多晶硅發(fā)射極。在該實(shí)施例中，發(fā)射極多晶硅的上表面在所述突出的非本征基極的上表面上方。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括多晶硅發(fā)射極，該多晶硅發(fā)射極具有在所述突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層的上表面下方下凹的上表面。具體而言，所述下凹的多晶硅發(fā)射極的上表面在所述突出的非本征基極的上表面下方。在該實(shí)施例中，金屬插頭、或發(fā)射極觸點(diǎn)本身至少在所述下凹的多晶硅發(fā)射極頂上形成。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括在所述開口內(nèi)的側(cè)壁上形成的保形多晶硅層。


圖1是示出了具有T形發(fā)射極區(qū)的現(xiàn)有技術(shù)的雙極晶體管的示意圖(剖面圖)。
圖2A-2H是示出了在制造根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的雙極晶體管的過程中采用的加工步驟的示意圖(剖面圖)。
圖3是示出了本發(fā)明第二實(shí)施例的雙極晶體管的示意圖(剖面圖)。
圖4A-4D是示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的示意圖(剖面圖)。
圖5A-5F是示出了本發(fā)明第四實(shí)施例的示意圖(剖面圖)。
圖6A-6E是示出了本發(fā)明第五實(shí)施例的示意圖(剖面圖)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照本申請(qǐng)的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，本發(fā)明提供了具有自對(duì)準(zhǔn)的硅化物和自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管，及其制造方法。在附圖中，相同和/或相應(yīng)的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。
本發(fā)明的附圖示出了異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)區(qū)域。為清楚起見，在附圖中沒有示出CMOS器件區(qū)域和典型的BiCMOS結(jié)構(gòu)的其他區(qū)域。這些沒有示出的其他區(qū)域在所示的HBT區(qū)域外圍。此外，雖然示出了一個(gè)HBT器件區(qū)域，但本發(fā)明可以用于在一個(gè)基底上形成多個(gè)HBT。
首先參照?qǐng)D2A-2H，該圖示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，包括與最初的突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層共面的多晶硅發(fā)射極的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)，用于形成具有自對(duì)準(zhǔn)的硅化物和自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管。本發(fā)明的第一實(shí)施例包括首先提供圖2A所示的部分雙極晶體管結(jié)構(gòu)10。圖2A的部分雙極晶體管結(jié)構(gòu)10包含具有隔離區(qū)14的含硅基底12。
含硅基底12可包括任何包括硅的半導(dǎo)體材料?？梢杂糜诒景l(fā)明的含硅基底12的示例包括，但不限于Si，SiGe，SiGeC，SiC，絕緣體上硅，或絕緣體上SiGe。作為選擇，含硅基底12可以包括疊層結(jié)構(gòu)，其中Si層比如epi-Si或非晶Si在半導(dǎo)體基底頂上形成。含硅基底12可包括多個(gè)摻雜或阱區(qū)。含硅基底12也可包括集電極區(qū)18和集電極透過區(qū)16。
隔離區(qū)14可以是如圖所示的溝槽隔離區(qū)，或隔離區(qū)14可以是場氧化區(qū)域。當(dāng)采用溝槽隔離區(qū)時(shí)，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)形成溝槽隔離區(qū)，例如包括光刻、刻蝕、可選地形成襯層、溝槽填充和平面化。溝槽填料包括電介質(zhì)，比如高密度氧化物或四乙基原硅酸鹽(TEOS)。當(dāng)使用場氧化隔離區(qū)時(shí)，在形成此類隔離區(qū)時(shí)可以使用硅局部氧化的工藝。
所述部分雙極晶體管結(jié)構(gòu)10還包括圖案化的保護(hù)材料20，比如位于HBT器件區(qū)域的選定部分頂上的氧化物，氮化物，氧氮化物或其任意組合。圖案化的保護(hù)性材料20利用淀積或熱生長、光刻和刻蝕形成。在上述的多種材料中，推薦圖案化的保護(hù)材料20由氧化物形成。
此外，圖2A所示的部分雙極晶體管結(jié)構(gòu)10還包括基極區(qū)，該區(qū)包括本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)24。所述基極區(qū)使用低溫外延生長工藝形成，該工藝通常在約450℃至約700℃的溫度下進(jìn)行。本征基極22可包含Si、SiGe或Si和Ge的組合。本征基極部分22通常是單晶的，而非本征基極層24通常是多晶的Si或SiGe。
部分雙極晶體管結(jié)構(gòu)10還包括在電介質(zhì)層26和突出的非本征基極層24內(nèi)形成的發(fā)射極開口28。在發(fā)射極開口內(nèi)示出氧化層30和環(huán)形絕緣間隔件32。電介質(zhì)層26由氧化物、氮化物或氧氮化物形成。在上述電介質(zhì)材料中，推薦電介質(zhì)層26為氧化物。絕緣間隔件32由電介質(zhì)形成，比如氮化物或氧化物。
根據(jù)本發(fā)明，電介質(zhì)層26和下方的非本征基極層24形成突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層。在圖2A中，附圖標(biāo)記34指示突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層。在本發(fā)明中采用絕緣間隔件32來限定發(fā)射極的最終尺寸，并提供橫向的發(fā)射極-基極隔離。
然后，利用選擇的刻蝕工藝去除沒有被絕緣間隔件32保護(hù)的氧化層30的部分，形成直到下方本征基極22的直接開口。在形成到本征基極22的直接開口之后，通過普通的原位摻雜淀積工藝或淀積以及隨后的離子注入，在電介質(zhì)層26上在發(fā)射極開口28內(nèi)形成多晶硅發(fā)射極36。在圖2B中示出了生成的包括多晶硅發(fā)射極36的結(jié)構(gòu)。
接著，如圖2C所示，圖2B所示的多晶硅發(fā)射極36經(jīng)歷普通的平面化工藝，比如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。作為選擇，在形成圖2C所示的結(jié)構(gòu)時(shí)可以使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)深加工步驟。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，當(dāng)?shù)竭_(dá)電介質(zhì)層26的上表面時(shí)停止平面化或RIE深刻蝕過程。這樣，多晶硅發(fā)射極36具有與電介質(zhì)層26的上表面共面的上表面。應(yīng)當(dāng)指出，在圖2C中，形成塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)。所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)在圖2C中用附圖標(biāo)記38標(biāo)出。
在本發(fā)明的該實(shí)施例中，塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38包括平面化的多晶硅發(fā)射極36、絕緣間隔件32和氧化層30的未刻蝕部分。塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38具有與突出的非本征基極層24的內(nèi)邊緣24’接觸的外側(cè)壁40。
然后，利用與多晶硅或氮化物相比選擇性去除氧化物的刻蝕工藝從所述結(jié)構(gòu)去除絕緣層26，形成圖2D所示的結(jié)構(gòu)。所述去除工藝停止在突出的非本征基極層24的上表面頂上。
接著，通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕對(duì)突出的非本征基極層24圖案化，形成突出的非本征基極區(qū)27。在圖案化步驟之后，利用選擇性去除圖案化的保護(hù)材料20的刻蝕工藝去除圖案化的保護(hù)材料20。在圖2E中示出了生成的、包括突出的非本征基極區(qū)27在內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
然后，分別利用普通的硅化工藝，包括金屬硅化物的淀積，比如Ni，Pt，Co，或Ti，和退火，在突出的非本征基極區(qū)27的露出部分和多晶硅發(fā)射極36的上表面上方形成硅化物層44和45。在這種情況下，發(fā)射極的總電阻由于硅化物層45而減小。如圖2F所示，在非本征基極區(qū)27頂上的第一硅化物層44具有與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣40自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣44’。第二硅化物層45與第一硅化物層44自對(duì)準(zhǔn)。還應(yīng)指出的是，還在露出的半導(dǎo)體基底12頂上在集電極透過區(qū)16內(nèi)形成第三硅化物區(qū)域46。
圖2G示出了通過形成寬間隔件48以與發(fā)射極塊自對(duì)準(zhǔn)的方式形成發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。如圖所示，發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，即寬間隔件48位于突出的非本征基極區(qū)27的一些部分頂上，且它與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。寬間隔件48，通常是氧化物，通過淀積和刻蝕形成。寬間隔件48鄰近塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣40以及在硅化物層44頂上形成。
圖2H示出了在包括氮化物層54和摻雜的硅酸鹽玻璃層56的電介質(zhì)疊層淀積、平面化、以及觸點(diǎn)形成之后的結(jié)構(gòu)。摻雜的硅酸鹽玻璃可包括硼摻雜的硅酸鹽玻璃、磷摻雜的硅酸鹽玻璃、或硼-磷摻雜的硅酸鹽玻璃。所述淀積和平面化包括本領(lǐng)域公知的技術(shù)。觸點(diǎn)形成包括觸點(diǎn)金屬比如W，Ti，Cu，Ta等的光刻、刻蝕、淀積、和平面化。在本發(fā)明中此時(shí)形成的各觸點(diǎn)在圖2H中標(biāo)為60，62和64。觸點(diǎn)60表示發(fā)射極觸點(diǎn)，觸點(diǎn)62表示基極觸點(diǎn)，64表示集電極觸點(diǎn)。在本發(fā)明中，發(fā)射極觸點(diǎn)60具有大于塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的尺寸的尺寸。
具體而言，圖2H示出了本發(fā)明的雙極晶體管的基本結(jié)構(gòu)。如圖所示，雙極晶體管結(jié)構(gòu)包括包含本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)27的基極區(qū)。包含多晶硅發(fā)射極36和硅化物層45的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38位于基極區(qū)頂上且與之接觸；尤其是多晶硅發(fā)射極36直接接觸本征基極區(qū)22。多晶硅發(fā)射極36與突出的非本征基極區(qū)27通過氧化物30和間隔件32隔離。硅化物層44位于突出的非本征基極區(qū)27上。硅化物層44的內(nèi)邊緣與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38自對(duì)準(zhǔn)。硅化物45也與第一硅化物層44自對(duì)準(zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)還包括發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，該邊界為寬間隔件48的形式，位于圖案化的突出的非本征基極區(qū)27頂上。所述發(fā)射極觸點(diǎn)邊界與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。間隔件48具有足夠的寬度，以便為具有比多晶硅發(fā)射極36寬的尺寸的發(fā)射極觸點(diǎn)60提供發(fā)射極-基極隔離。
圖3示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例，其中在圖2A-2H中使用的單個(gè)寬間隔件48用雙間隔件代替。雙間隔件包括L形內(nèi)間隔件100和外間隔件102。雙間隔件通過如下方式形成其中通過淀積一個(gè)保形的第一電介質(zhì)層，淀積和RIE刻蝕第二電介質(zhì)層而形成間隔件102，以及RIE刻蝕第一電介質(zhì)層形成L形間隔件100。在形成圖3的實(shí)施例時(shí)，本發(fā)明此時(shí)形成雙間隔件，代替圖2H的實(shí)施例的寬間隔件48。所有其他工藝步驟與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同。
具體而言，圖3示出了本發(fā)明的另一雙極晶體管結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述雙極晶體管結(jié)構(gòu)包括包含本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)27的基極區(qū)。包含多晶硅發(fā)射極36和自對(duì)準(zhǔn)的硅化物層45在內(nèi)的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38位于基極區(qū)頂上且與之接觸；尤其是多晶硅發(fā)射極36與本征基極區(qū)22直接接觸。多晶硅發(fā)射極36通過氧化物30和間隔件32與突出的非本征基極區(qū)隔離。硅化物層44位于突出的非本征基極區(qū)27上。硅化物層44的內(nèi)邊緣與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38自對(duì)準(zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)還包括發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，該邊界為包含間隔件100和102的雙間隔件，位于圖案化的突出的非本征基極區(qū)27頂上。所述發(fā)射極觸點(diǎn)邊界與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。
圖4A-4D示出了本發(fā)明的第三實(shí)施例。在第三實(shí)施例中，下凹的發(fā)射極多晶硅和金屬插頭代替了第一實(shí)施例中描述的多晶硅發(fā)射極36(見圖2C)。在第三實(shí)施例中，在形成圖2B所示的結(jié)構(gòu)時(shí)使用的工藝步驟首先進(jìn)行。然后利用反應(yīng)離子刻蝕步驟或隨后是反應(yīng)離子刻蝕步驟的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)步驟，在圖案化的電介質(zhì)層26的上表面下方，使多晶硅發(fā)射極36下凹。在這種情況下，通過減小多晶硅發(fā)射極36的厚度，發(fā)射極的總電阻減小。在圖4A中示出了生成的包括下凹的多晶硅發(fā)射極36′的結(jié)構(gòu)。
接著，通過淀積和刻蝕或CMP在下凹的多晶硅發(fā)射極36′頂上形成金屬插頭106，如圖4B所示。金屬插頭由與形成圖2H所示的觸點(diǎn)時(shí)使用的相同或不同的金屬形成。
在形成金屬插頭106之后，去除圖案化的電介質(zhì)層26，利用光刻和反應(yīng)離子刻蝕在電介質(zhì)層20上對(duì)非本征基極層24圖案化和去除，形成突出的非本征基極區(qū)27。此后，在露出的非本征基極區(qū)27頂上形成自對(duì)準(zhǔn)的硅化物層44，如圖4C所示。應(yīng)當(dāng)指出的是，在塊狀發(fā)射極多晶硅區(qū)域27上沒有硅化物形成，因?yàn)楝F(xiàn)在頂層由金屬形成，而不是與第一實(shí)施例中一樣的多晶硅(見圖2F)。如第一實(shí)施例一樣，硅化物層46在集電極透過區(qū)16頂上形成。
其余加工步驟與第一實(shí)施例中的相同(圖2G和2H)。圖4D示出了本發(fā)明第三實(shí)施例的最終的雙極晶體管結(jié)構(gòu)。具體而言，圖4D示出了本發(fā)明的另一雙極晶體管結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述雙極晶體管結(jié)構(gòu)包括包含本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)27的基極區(qū)。包含薄的多晶硅發(fā)射極36′和金屬插頭106的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38位于所述基極區(qū)頂上且與之接觸；尤其是下凹的多晶硅發(fā)射極36′直接接觸本征基極區(qū)22。下凹的多晶硅發(fā)射極36′通過氧化物30和間隔件32與突出的非本征基極區(qū)隔離。金屬插頭106，位于下凹的多晶硅發(fā)射極36″頂上，通過間隔件32與突出的非本征基極區(qū)27隔離。硅化物層44位于突出的非本征基極區(qū)27上。硅化物層44的內(nèi)邊緣與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38自對(duì)準(zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)還包括發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，該邊界為寬間隔件48的形式，位于圖案化的突出的非本征基極區(qū)27頂上。所述發(fā)射極觸點(diǎn)邊界與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。
在圖4A-4D所示的實(shí)施例中，可以用雙間隔件代替寬間隔件，從而形成發(fā)射極的自對(duì)準(zhǔn)觸點(diǎn)邊界(見圖3)。
圖5A-5F示出了本發(fā)明第四實(shí)施例。在第四實(shí)施例中，多晶硅發(fā)射極36被下凹的多晶硅發(fā)射極36′代替，且使用氮化物插頭108。在附圖中，絕緣間隔件32示為氮化物間隔件；所以不存在在插頭和絕緣間隔件32之間示出的界面區(qū)域。在絕緣間隔件32不由氮化物形成的實(shí)施例中，界面將存在于絕緣間隔件32和氮化物插頭108之間。
首先參照?qǐng)D5A，其中示出了包括下凹的多晶硅發(fā)射極36′的結(jié)構(gòu)。所示結(jié)構(gòu)如上針對(duì)圖4A所述進(jìn)行制造。然后，通過淀積和深刻蝕或CMP在下凹的多晶硅發(fā)射極36′頂上的開口內(nèi)形成氮化物插頭108，形成圖5B所示的結(jié)構(gòu)。
圖5C示出了在去除電介質(zhì)層26、對(duì)非本征基極層24圖案化而形成突出的非本征基極區(qū)27、且在突出的非本征基極區(qū)27頂上形成硅化物層44之后的結(jié)構(gòu)；在本發(fā)明中此時(shí)還在集電極透過區(qū)16頂上形成硅化物層46。沒有在氮化物插頭108上形成硅化物。而且，在突出的非本征基極區(qū)24頂上形成的硅化物層44與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣40自對(duì)準(zhǔn)。
圖5D示出了在形成寬間隔件48之后的結(jié)構(gòu)。雖然示出了寬間隔件48，但該實(shí)施例還設(shè)想可以使用雙間隔件。圖5E示出了在去除氮化物插頭108，且如果存在，還去除氮化物間隔件之后的結(jié)構(gòu)。當(dāng)絕緣間隔件48不是由氮化物形成的時(shí)，該去除步驟僅去除氮化物插頭。通過與氧化物和多晶硅相比，選擇地去除氮化物的刻蝕工藝去除氮化物插頭，且如果存在，還去除氮化物間隔件32。如果不存在，通過淀積和刻蝕在發(fā)射極開口28內(nèi)形成環(huán)形氧化物間隔件33，而在非本征基極區(qū)27和多晶硅發(fā)射極36′之間形成隔離。
圖5F示出了包括上述多個(gè)觸點(diǎn)的最終結(jié)構(gòu)。圖5F所示的結(jié)構(gòu)使用結(jié)合圖2H所述的工藝步驟制成。具體而言，圖5F示出了本發(fā)明的另一種雙極晶體管結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述雙極晶體管結(jié)構(gòu)包括包含本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)27的基極區(qū)。包含薄的多晶硅發(fā)射極36′的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38位于所述基極區(qū)頂上且與之接觸；尤其是下凹的多晶硅發(fā)射極36′直接接觸本征基極區(qū)22。下凹的多晶硅發(fā)射極36′通過間隔件33與突出的非本征基極區(qū)27隔離。硅化物層44位于突出的非本征基極區(qū)27上。硅化物層44的內(nèi)邊緣與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38自對(duì)準(zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)還包括發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，該邊界為寬間隔件48的形式，位于圖案化的突出的非本征基極區(qū)27頂上。所述發(fā)射極觸點(diǎn)邊界與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。在該實(shí)施例中，發(fā)射極觸點(diǎn)60接觸下凹的多晶硅發(fā)射極36′的上表面。
圖6A-6E示出了本發(fā)明的第五實(shí)施例。在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，塊狀發(fā)射極多晶硅區(qū)域38包括保形的多晶硅發(fā)射極層36″。圖6A示出了在對(duì)圖2A所示的結(jié)構(gòu)淀積薄的保形多晶硅發(fā)射極層36″之后的結(jié)構(gòu)。薄的保形多晶硅發(fā)射極層36″由保形淀積工藝形成，比如化學(xué)氣相淀積。接著，通過淀積和深刻蝕或CMP在所述開口內(nèi)形成氧化物插頭110，形成圖6B所示的結(jié)構(gòu)。
圖6C示出了在通過深刻蝕或CMP工藝去除了發(fā)射極多晶硅層之后形成的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)指出的是，塊狀發(fā)射極多晶硅區(qū)域38包括薄的保形多晶硅發(fā)射極36″和氧化物插頭110。
圖6D示出了在去除圖案化的電介質(zhì)層26和氧化插頭110、圖案化非本征基極層24而形成突出的非本征基極區(qū)27、且在突出的非本征基極區(qū)27頂上形成硅化物層44和在塊狀多晶硅發(fā)射極38內(nèi)形成自對(duì)準(zhǔn)的硅化物插頭45’之后的結(jié)構(gòu)；在本發(fā)明中此時(shí)還在集電極透過區(qū)16頂上形成硅化物層46。在這種情況下，通過減小多晶硅發(fā)射極層36”和形成硅化物層45減小了發(fā)射極的總電阻。位于突出的非本征基極區(qū)27頂上的硅化物層44具有與塊狀多晶硅區(qū)域38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣。
圖6E示出了在形成自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界之后的結(jié)構(gòu)。在所示實(shí)施例中，在形成最終結(jié)構(gòu)中采用寬間隔件48。除使用寬間隔件48之外，本發(fā)明還設(shè)想了采用雙間隔件代替寬間隔件48的實(shí)施例。
具體而言，圖6E示出了本發(fā)明的另一雙極晶體管結(jié)構(gòu)。如圖所示，所述雙極晶體管結(jié)構(gòu)包括包含本征基極區(qū)22和周圍突出的非本征基極區(qū)27的基極區(qū)。包含薄的保形多晶硅發(fā)射極36”和硅化物插頭45’的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38位于所述基極區(qū)頂上且與之接觸；尤其是保形的多晶硅發(fā)射極36”直接接觸本征基極區(qū)22。多晶硅發(fā)射極36”通過氧化層30和間隔件32與突出的非本征基極區(qū)27隔離。硅化物層44位于突出的非本征基極區(qū)27上。硅化物層44的內(nèi)邊緣與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38自對(duì)準(zhǔn)。所述結(jié)構(gòu)還包括發(fā)射極觸點(diǎn)邊界，該邊界為寬間隔件48的形式，位于圖案化的突出的非本征基極區(qū)27頂上。所述發(fā)射極觸點(diǎn)邊界與塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)38的邊緣自對(duì)準(zhǔn)。寬間隔件48可以用雙間隔件代替。
在采用雙間隔件的上述任一實(shí)施例中，本發(fā)明還設(shè)想在形成觸點(diǎn)之前去除外間隔件102，留下內(nèi)部的L形間隔件100(見圖3)。
應(yīng)當(dāng)指出的是，下凹的多晶硅發(fā)射極36’的高度可以與在此具體公開和描述的不同。
雖然已經(jīng)針對(duì)優(yōu)選實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以作出形式和細(xì)節(jié)上的前述和其他變化，而沒有脫離本發(fā)明的主旨和范圍。所以，本發(fā)明不限于所述和所示的具體形式和細(xì)節(jié)，而是落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管，包含包含本征基極區(qū)和周圍突出的非本征基極區(qū)的基極區(qū)；位于所述本征基極區(qū)頂上且與之接觸的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；位于所述突出的非本征基極區(qū)上的第一硅化物層，所述第一硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；位于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)內(nèi)的第二硅化物層，所述第二硅化物層與所述第一硅化物層自對(duì)準(zhǔn)；以及位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
2.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述第二硅化物層位于所述多晶硅發(fā)射極頂上。
3.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述第二硅化物層位于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)內(nèi)和保形的多晶硅發(fā)射極頂上。
4.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括發(fā)射極多晶硅，該發(fā)射極多晶硅具有在所述突出的非本征基極的上表面上方的上表面。
5.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由間隔件限定。
6.如權(quán)利要求5所述的雙極晶體管，其特征在于所述間隔件在所述基極區(qū)和所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的多晶硅發(fā)射極之間提供隔離。
7.如權(quán)利要求5所述的雙極晶體管，其特征在于所述間隔件是寬間隔件、雙間隔件或L形間隔件。
8.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括限定所述發(fā)射極的最終尺寸并提供橫向的發(fā)射極-基極隔離的絕緣間隔件。
9.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于還包含直接位于所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界和所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)頂上的發(fā)射極觸點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的雙極晶體管，其特征在于所述發(fā)射極觸點(diǎn)具有大于塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的尺寸的尺寸。
11.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于還包含直接位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的基極觸點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求1所述的雙極晶體管，其特征在于還包含位于在所述晶體管下方的含硅基底表面上的硅化集電極透過區(qū)。
13.如權(quán)利要求12所述的雙極晶體管，其特征在于還包含在所述硅化集電極透過區(qū)頂上的集電極觸點(diǎn)。
14.一種雙極晶體管，包含包含本征基極區(qū)和周圍突出的非本征基極區(qū)的基極區(qū)；位于所述本征基極區(qū)頂上且與之接觸的塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；位于所述突出的非本征基極區(qū)上的硅化物層，所述硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；以及位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
15.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括下凹的發(fā)射極多晶硅，該下凹的發(fā)射極多晶硅具有包括在其上面的金屬插頭的上表面。
16.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括下凹的發(fā)射極多晶硅，該發(fā)射極多晶硅具有接觸重疊的發(fā)射極觸點(diǎn)的上表面。
17.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于所述自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極觸點(diǎn)邊界由間隔件限定。
18.如權(quán)利要求17所述的雙極晶體管，其特征在于所述間隔件在所述基極區(qū)和所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的多晶硅發(fā)射極之間提供隔離。
19.如權(quán)利要求17所述的雙極晶體管，其特征在于所述間隔件是寬間隔件、雙間隔件或L形間隔件。
20.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)包括限定所述發(fā)射極的最終尺寸并提供橫向的發(fā)射極-基極隔離的絕緣間隔件。
21.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于還包含直接位于所述自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界和所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)頂上的發(fā)射極觸點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求21所述的雙極晶體管，其特征在于所述發(fā)射極觸點(diǎn)具有大于塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)的尺寸的尺寸。
23.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于還包含直接位于所述突出的非本征基極區(qū)頂上的基極觸點(diǎn)。
24.如權(quán)利要求14所述的雙極晶體管，其特征在于還包含位于在所述晶體管下方的含硅基底表面上的集電極透過區(qū)。
25.如權(quán)利要求24所述的雙極晶體管，其特征在于所述集電極透過區(qū)是硅化的。
26.如權(quán)利要求25所述的雙極晶體管，其特征在于還包含在所述硅化的集電極透過區(qū)頂上的集電極觸點(diǎn)。
27.一種制造雙極晶體管的方法，包含步驟在突出的非本征基極/電介質(zhì)疊層中形成發(fā)射極開口，所述發(fā)射極開口具有限定發(fā)射極的最終尺寸且提供橫向發(fā)射極-基極隔離的絕緣間隔件；在所述發(fā)射極開口中形成塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)；去除所述電介質(zhì)，露出所述突出的非本征基極；對(duì)露出的所述突出的非本征基極圖案化；以及至少在所述圖案化的突出的非本征基極上形成第一硅化物層，所述第一硅化物層具有與所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)自對(duì)準(zhǔn)的內(nèi)邊緣；在一部分所述圖案化的突出的非本征基極頂上形成自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包含在位于所述塊狀多晶硅發(fā)射極區(qū)內(nèi)的多晶硅發(fā)射極的表面上形成第二硅化物層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有自對(duì)準(zhǔn)的突出的非本征基極硅化物和發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管。與不包括自對(duì)準(zhǔn)的硅化物和自對(duì)準(zhǔn)的發(fā)射極觸點(diǎn)邊界的雙極晶體管相比，本發(fā)明的雙極晶體管呈現(xiàn)出減輕的寄生現(xiàn)象。本發(fā)明還涉及制造本發(fā)明的雙極晶體管結(jié)構(gòu)的方法。在本發(fā)明的方法中，塊狀發(fā)射極多晶硅區(qū)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的T形發(fā)射極多晶硅。
文檔編號(hào)H01L29/417GK1624928SQ20041009258
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者瑪瓦恩·H.·卡特, 理查德·P.·沃朗特, 格利高里·弗里曼, 戴維·C.·阿爾格雷恩 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司