專利名稱：BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件及制造方法
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BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，本發(fā)明還涉及該BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造方法。
背景技術(shù)：
在射頻應(yīng)用中，需要越來(lái)越高的器件特征頻率。在BiCMOS工藝技術(shù)中，NPN三極管，特別是鍺硅異質(zhì)結(jié)三極管(SiGe)或者鍺硅碳異質(zhì)結(jié)三極管(SiGeC HBT)則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(duì)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)和截止頻率?，F(xiàn)有技術(shù)中輸出器件能采用垂直型寄生PNP三極管，現(xiàn)有BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的集電極的引出通常先由一形成于淺槽隔離(STI)即淺槽場(chǎng)氧底部的埋層或阱和器件的集電區(qū)相接觸并將集電區(qū)引出到和集電區(qū)相鄰的另一個(gè)有源區(qū)中、通過在該另一個(gè)有源區(qū)中形成金屬接觸引出集電極。這樣的做法是由其器件的垂直結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。其缺點(diǎn)是器件面積大，集電極的連接電阻大。由于現(xiàn)有技術(shù)中的集電極的引出要通過一和集電區(qū)相鄰的另一個(gè)有源區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)、且該另一個(gè)有源區(qū)和集電區(qū)間需要用STI或者其他場(chǎng)氧來(lái)隔離，這樣就大大限制了器件尺寸的進(jìn)一步縮小。

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BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，能用作高速、高增益BiCMOS電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇，能在不增加器件面積的情況下、減小PNP管的集電極電阻、提高器件的性能；本發(fā)明還提供該BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造方法，無(wú)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BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧隔離，其中所述有源區(qū)包括多個(gè)，所述垂直寄生型PNP器件包括一集電區(qū)，在各所述有源區(qū)中形成有P型離子注入?yún)^(qū)，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧的底部深度并且相互連接，所述集電區(qū)由形成于第一有源區(qū)中的一P型離子注入?yún)^(qū)組成。各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)的注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑量為IellcnT2 5el3cnT2、注入能量為IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為5elIcnT2 lel3cm_2、注入能量為30keV lOOkeV?！I埋層，由形成于所述集電區(qū)兩側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層橫向延伸進(jìn)入所述第一有源區(qū)并和所述集電區(qū)形成接觸。所述贗埋層還橫向延伸進(jìn)入第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中并和所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中的P型離子注入?yún)^(qū)形成接觸。所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺槽場(chǎng)氧的所述有源區(qū)。通過在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成
5金屬接觸引出集電極。所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 IeiecnT2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中還形成有P型重?fù)诫s區(qū)，所述P型重?fù)诫s區(qū)和所述集電極的金屬接觸形成歐姆接觸。一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)相接觸的一 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 lel2cnT2 lel4cnT2。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部并和所述基區(qū)相接觸的一 P型鍺硅外延層組成，直接通過一金屬接觸引出發(fā)射極。所述發(fā)射區(qū)的大小小于所述有源區(qū)的大小，所述發(fā)射區(qū)的大小由第一介質(zhì)層上形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，所述第一介質(zhì)層形成于所述硅襯底上，通過刻蝕部分位于所述硅襯底的所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)。所述發(fā)射區(qū)的P型鍺硅外延層采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為5eHcm2 kl5cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。一 N型多晶硅，所述N型多晶硅形成于所述基區(qū)上部并和所述基區(qū)相接觸，通過在所述N型多晶硅上做金屬接觸引出基極。所述N型多晶硅通過第二介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)相隔離。所述N型多晶硅采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為 IeHcnT2 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造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。刻蝕工藝采用氮化硅硬質(zhì)掩模，所述氮化硅硬質(zhì)掩模的形成方法為首先在所述硅襯底上生長(zhǎng)一氮化硅層、再通過光刻刻蝕工藝將要形成所述淺溝槽的區(qū)域的所述氮化硅去除、使所述氮化硅硬質(zhì)掩模只覆蓋于所述硅襯底的各所述有源區(qū)表面上。步驟二、在第一有源區(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。所述基區(qū)的N型離子注入是穿過所述氮化硅硬質(zhì)掩模注入到所述第一有源區(qū)中，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 lel2cnT2 lel4cnT2。步驟三、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層。所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。步驟四、進(jìn)行退火工藝，所述贗埋層橫向和縱向擴(kuò)散進(jìn)入所述第一有源區(qū)、第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中，所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺溝槽的所述有源區(qū)。所述退火的工藝條件為溫度為900°C 1100°C，時(shí)間為10分鐘 100分鐘。步驟五、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場(chǎng)氧；步驟六、在各所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)的深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧的底部深度并和所述贗埋層形成接觸，所述第一有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)組成集電區(qū)。各所述有源區(qū)的P型離子注入采用現(xiàn)有的CMOSP阱注入工藝，注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑
6量為IellcnT2 5el3cm_2、注入能量為IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為5ellcm_2 lel3cnT2、注入能量為 30keV lOOkeV。步驟七、形成發(fā)射區(qū)，通過在所述第一有源區(qū)上方生長(zhǎng)一 P型鍺硅外延層并刻蝕形成，所述發(fā)射區(qū)的大小小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)相接觸。所述P型鍺硅外延層采用SiGe HBT的鍺硅外延層工藝形成并用SiGeHBT的非本征基區(qū)的重?fù)诫sP型注入進(jìn)行摻雜，所述P型鍺硅外延層的離子注入工藝即SiGe HBT的非本征基區(qū)的重?fù)诫sP型注入的工藝條件為注入劑量為5eHCm 2 5e15cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。所述發(fā)射區(qū)的位置和大小通過一第一介質(zhì)層形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，包括步驟在所述硅襯底上形成所述第一介質(zhì)層；刻蝕位于所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)；在所述硅襯底的所述基區(qū)窗口和所述第一介質(zhì)層上生長(zhǎng)一P型鍺硅外延層并刻蝕形成所述發(fā)射區(qū)， 形成于所述基區(qū)窗口內(nèi)的所述P型鍺硅外延層和所述基區(qū)形成接觸，形成于所述基區(qū)窗口外的所述P型鍺硅外延層的尺寸小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)通過所述第一介質(zhì)層隔1 °步驟八、在所述基區(qū)上部形成N型多晶硅，所述N型多晶硅和所述基區(qū)相接觸。形成所述N型多晶硅時(shí)包括如下步驟在所述硅襯底上形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層，使所述第二介質(zhì)層包裹住所述發(fā)射區(qū)且包裹區(qū)域要小于所述第一有源區(qū)的尺寸，所述包裹區(qū)域外的所述第二介質(zhì)層全部去除；淀積所述N型多晶硅，使所述N型多晶硅和所述基區(qū)相接觸并通過所述第二介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)相隔離。所述N型多晶硅采用SiGeHBT 的發(fā)射極多晶硅工藝形成，采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為 IeHcnT2 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。步驟九、在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸引出集電極；形成基區(qū)的金屬接觸引出基極；形成發(fā)射區(qū)的金屬接觸引出發(fā)射極。其中，在形成所述集電極的金屬接觸前還包括在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中形成P型重?fù)诫s區(qū)的步驟，所述P型重?fù)诫s區(qū)摻雜濃度滿足和所述集電極的金屬接觸形成歐姆接觸的要求。本發(fā)明的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，具有較大的電流放大系數(shù)和較好的頻率特性，能用作高速、高增益BiCMOS電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇； 本發(fā)明器件通過采用先進(jìn)的重?fù)诫sP型贗埋層引出集電極，能在不增加器件的面積的情況下有效的減少器件的集電極的電阻、能提高器件的頻率特性同時(shí)保持器件的輸入特性和電流增益不受影響。本發(fā)明的制造方法采用現(xiàn)有BiCMOS工藝條件，能降低生產(chǎn)成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-圖2G是本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件在制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A是TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的輸入特性曲線；圖;3B是TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的增
7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BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，形成于硅襯底1上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧3隔離，其中所述有源區(qū)包括多個(gè)，所述垂直寄生型PNP器件包括一集電區(qū)，在各所述有源區(qū)中形成有P型離子注入?yún)^(qū)7，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)7深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧3的底部深度并且相互連接，所述集電區(qū)由形成于第一有源區(qū)中的一 P型離子注入?yún)^(qū)7組成。各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)7的注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑量為IellcnT2 5el3Cm_2、注入能量為IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為5elIcnT2 lel3cnT2、注入能量為30keV lOOkeV。一贗埋層6，由形成于所述集電區(qū)兩側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧3底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層6橫向延伸進(jìn)入所述第一有源區(qū)并和所述集電區(qū)形成接觸。所述贗埋層 6還橫向延伸進(jìn)入第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中并和所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中的P型離子注入?yún)^(qū)7形成接觸。所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺槽場(chǎng)氧3的所述有源區(qū)。通過在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸13引出集電極。所述贗埋層6的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中還形成有P型重?fù)诫s區(qū)12，所述P型重?fù)诫s區(qū)12和所述集電極的金屬接觸 13形成歐姆接觸。一基區(qū)5，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)相接觸的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成。所述基區(qū)5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 lel2cnT2 lel4cnT2。一發(fā)射區(qū)9，由形成于所述基區(qū)5上部并和所述基區(qū)5相接觸的一 P型鍺硅外延層組成，直接通過一金屬接觸13引出發(fā)射極。所述發(fā)射區(qū)9的大小小于所述有源區(qū)的大小，所述發(fā)射區(qū)的大小由第一介質(zhì)層8上形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，所述第一介質(zhì)層8形成于所述硅襯底1上，通過刻蝕部分位于所述硅襯底1的所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層8形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)。所述發(fā)射區(qū)9的P型鍺硅外延層采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為5eHCm2 kl5cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。一 N型多晶硅11，所述N型多晶硅11形成于所述基區(qū)5上部并和所述基區(qū)5相接觸，通過在所述N型多晶硅11上做金屬接觸13引出基極。所述N型多晶硅11通過第二介質(zhì)層10和所述發(fā)射區(qū)9相隔離。所述N型多晶硅11采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。如圖2A-圖2G所示，為本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件在制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造方法包括如下工藝步驟步驟一、如圖2A所示，采用刻蝕工藝在硅襯底1上形成有源區(qū)和淺溝槽3a?？涛g工藝采用氮化硅硬質(zhì)掩模4，所述氮化硅硬質(zhì)掩模4的形成方法為首先在所述硅襯底1上生
8長(zhǎng)一氮化硅層、再通過光刻刻蝕工藝將要形成所述淺溝槽3a的區(qū)域的所述氮化硅層去除、 使所述氮化硅硬質(zhì)掩模4只覆蓋于所述硅襯底1的各所述有源區(qū)表面上。其中所述氮化硅硬質(zhì)掩模4的厚度為300埃 800埃。步驟二、如圖2B所示，在第一有源區(qū)進(jìn)行N型離子注入形成基區(qū)5。所述基區(qū)5的深度小于所述淺溝槽3a的底部深度。所述基區(qū)5的N型離子注入是穿過所述氮化硅硬質(zhì)掩模4注入到所述第一有源區(qū)中，所述基區(qū)5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lel2cnT2 lel4cnT2。
步驟三、如圖2C所示，在所述淺溝槽3a底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層6。所述贗埋層6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。步驟四、如圖2D所示，進(jìn)行退火工藝，所述贗埋層6橫向和縱向擴(kuò)散進(jìn)入所述第一有源區(qū)、第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中，所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺溝槽3a的所述有源區(qū)。所述退火的工藝條件為 溫度為9001100°C，時(shí)間為10分鐘 100分鐘。步驟五、如圖2E所示，去除所述氮化硅硬質(zhì)掩模4并在所述淺溝槽3a中填入氧化硅形成淺槽場(chǎng)氧3。步驟六、如圖2E所示，在各所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成各所述有源區(qū)的 P型離子注入?yún)^(qū)7，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)7的深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧3的底部深度并和所述贗埋層6形成接觸，所述第一有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)7組成集電區(qū)。 各所述有源區(qū)的P型離子注入采用現(xiàn)有的CMOSP阱注入工藝，注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑量為IellcnT2 5el3cnT2、注入能量為IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為 5elIcnT2 lel3cm_2、注入能量為 30keV IOOkeV。步驟七、如圖2F所示，形成發(fā)射區(qū)9，通過在所述第一有源區(qū)上方生長(zhǎng)一 P型鍺硅外延層并刻蝕形成，所述發(fā)射區(qū)9的大小小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)5相接觸。所述P型鍺硅外延層采用SiGe HBT的鍺硅外延層工藝形成并采用SiGe HBT的非本征基區(qū)的重?fù)诫sP型注入進(jìn)行摻雜，所述P型鍺硅外延層的離子注入工藝即SiGe HBT的非本征基區(qū)的重?fù)诫sP型注入的工藝條件為注入劑量為5el4Cm_2 5e15cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。所述發(fā)射區(qū)9的位置和大小通過一第一介質(zhì)層8形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，包括步驟在所述硅襯底1上形成所述第一介質(zhì)層8 ；刻蝕位于所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層8形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)；在所述硅襯底1的所述基區(qū)窗口和所述第一介質(zhì)層8上生長(zhǎng)一 P型鍺硅外延層并刻蝕形成所述發(fā)射區(qū)9，形成于所述基區(qū)窗口內(nèi)的所述P型鍺硅外延層和所述基區(qū)形成接觸，形成于所述基區(qū)窗口外的所述P型鍺硅外延層的尺寸小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)通過所述第一介質(zhì)層隔離。 步驟八、如圖2F、圖2G所示，在所述基區(qū)5上部形成N型多晶硅11，所述N型多晶硅11和所述基區(qū)5相接觸。形成所述N型多晶硅11時(shí)包括如下步驟在所述硅襯底1上形成第二介質(zhì)層10，所述第二介質(zhì)層10能為氧化硅、氮化硅、或氧化硅加氮化硅；刻蝕所述第二介質(zhì)層10，使所述第二介質(zhì)層10包裹住所述發(fā)射區(qū)9且包裹區(qū)域要小于所述第一有源區(qū)的尺寸，所述包裹區(qū)域外的所述第二介質(zhì)層10全部去除；淀積所述N型多晶硅11并刻蝕所述發(fā)射區(qū)9頂部的所述第二介質(zhì)層10和所述N型多晶硅11，使所述N型多晶硅11和所述基區(qū)5相接觸并通過所述第二介質(zhì)層10和所述發(fā)射區(qū)9相隔離。所述N型多晶硅11采用SiGe HBT的發(fā)射極多晶硅工藝形成，采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。步驟九、如圖1所示，在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸13引出集電極；形成基區(qū)5的金屬接觸13引出基極；形成發(fā)射區(qū)9的金屬接觸13引出發(fā)射極。其中，在形成所述集電極的金屬接觸前還包括在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中形成P型重?fù)诫s區(qū)12的步驟，所述P型重?fù)诫s區(qū)12摻雜濃度滿足和所述集電極的金屬接觸形成歐姆接觸的要求。如圖3A和;3B所示，分別為TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件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)的重?fù)诫sP型贗埋層來(lái)引出集電極，能在不增加器件的面積的情況下，有效地減少集電極的電阻，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(huì)受影響，電流增益能保持在20以上。如圖3A和;3B所示，分別為TCAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件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(lái)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(huì)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(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)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。
10
權(quán)利要求
1.一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧隔離，其特征在于，所述垂直寄生型PNP器件包括一集電區(qū)，在各所述有源區(qū)中形成有P型離子注入?yún)^(qū)，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧的底部深度并且相互連接，所述集電區(qū)由形成于第一有源區(qū)中的一P型離子注入?yún)^(qū)組成；一贗埋層，由形成于所述集電區(qū)兩側(cè)的所述淺槽場(chǎng)氧底部的P型離子注入?yún)^(qū)組成，所述贗埋層橫向延伸進(jìn)入所述第一有源區(qū)并和所述集電區(qū)形成接觸；所述贗埋層還橫向延伸進(jìn)入第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中并和所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中的P型離子注入?yún)^(qū)形成接觸，所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺槽場(chǎng)氧的所述有源區(qū)；通過在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸引出集電極；一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)相接觸的一 N型離子注入?yún)^(qū)組成；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部并和所述基區(qū)相接觸的一 P型鍺硅外延層組成，直接通過一金屬接觸引出發(fā)射極；一 N型多晶硅，所述N型多晶硅形成于所述基區(qū)上部并和所述基區(qū)相接觸，通過在所述 N型多晶硅上做金屬接觸引出基極。
2.如權(quán)利要求1所述的BiMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)的注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑量為lellcnT2 kl3cnT2、注入能量為IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為MllcnT2 lel3cnT2、注入能量為 30keV IOOkeV0
3.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。
4.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述基區(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 lel2cnT2 lel4cnT2。
5.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述發(fā)射區(qū)的P型鍺硅外延層采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為kl4cm2 kl5cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。
6.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述N型多晶硅采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為leHCm2 le16Cm_2jg 量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。
7.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述發(fā)射區(qū)的大小小于所述有源區(qū)的大小，所述發(fā)射區(qū)的大小由第一介質(zhì)層上形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，所述第一介質(zhì)層形成于所述硅襯底上，通過刻蝕部分位于所述硅襯底的所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于所述N型多晶硅通過第二介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)相隔離。
9.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，其特征在于在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中還形成有P型重?fù)诫s區(qū)，所述P型重?fù)诫s區(qū)和所述集電極的金屬接觸形成歐姆接觸。
10.一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造方法，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、在第一有源區(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；步驟三、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入形成贗埋層；步驟四、進(jìn)行退火工藝，所述贗埋層橫向和縱向擴(kuò)散進(jìn)入所述第一有源區(qū)、第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中，所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)為位于所述第一有源區(qū)兩側(cè)并和所述第一有源區(qū)隔離有所述淺溝槽的所述有源區(qū)；步驟五、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場(chǎng)氧；步驟六、在各所述有源區(qū)中進(jìn)行P型離子注入形成各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)，各所述有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)的深度大于或等于所述淺槽場(chǎng)氧的底部深度并和所述贗埋層形成接觸，所述第一有源區(qū)的P型離子注入?yún)^(qū)組成集電區(qū)；步驟七、形成發(fā)射區(qū)，通過在所述第一有源區(qū)上方生長(zhǎng)一 P型鍺硅外延層并刻蝕形成， 所述發(fā)射區(qū)的大小小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)相接觸；步驟八、在所述基區(qū)上部形成N型多晶硅，所述N型多晶硅和所述基區(qū)相接觸；步驟九、在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸引出集電極；形成基區(qū)的金屬接觸引出基極；形成發(fā)射區(qū)的金屬接觸引出發(fā)射極。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟一中的刻蝕工藝采用氮化硅硬質(zhì)掩模，所述氮化硅硬質(zhì)掩模形成于所述硅襯底的各所述有源區(qū)表面上，步驟二中的所述基區(qū)的N型離子注入是穿過所述氮化硅硬質(zhì)掩模注入到所述第一有源區(qū)中，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 lel2cnT2 lel4cnT2。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟三中所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、能量為小于15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟四中的退火的工藝條件為溫度為 900°C 1100°C，時(shí)間為10分鐘 100分鐘。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟六中各所述有源區(qū)的P型離子注入的注入雜質(zhì)為硼，分兩步注入實(shí)現(xiàn)第一步注入劑量為lellcnT2 5el3Cm_2、注入能量為 IOOkeV 300keV ；第二步注入劑量為5elIcnT2 lel3cm_2、注入能量為30keV IOOkeV。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟七中的所述發(fā)射區(qū)的位置和大小通過一第一介質(zhì)層形成的基區(qū)窗口進(jìn)行定義，包括步驟在所述硅襯底上形成所述第一介質(zhì)層；刻蝕位于所述第一有源區(qū)上方的部分所述第一介質(zhì)層形成所述基區(qū)窗口，所述基區(qū)窗口位于所述第一有源區(qū)上并小于所述第一有源區(qū)；在所述硅襯底的所述基區(qū)窗口和所述第一介質(zhì)層上生長(zhǎng)一 P型鍺硅外延層并刻蝕形成所述發(fā)射區(qū)，形成于所述基區(qū)窗口內(nèi)的所述P型鍺硅外延層和所述基區(qū)形成接觸，形成于所述基區(qū)窗口外的所述P型鍺硅外延層的尺寸小于所述第一有源區(qū)并和所述基區(qū)通過所述第一介質(zhì)層隔離；所述發(fā)射區(qū)的P型鍺硅外延層采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為5eHCm 2 kl5cm_2、能量為小于lOkeV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟八中形成所述N型多晶硅時(shí)包括如下步驟在所述硅襯底上形成第二介質(zhì)層；刻蝕所述第二介質(zhì)層，使所述第二介質(zhì)層包裹住所述發(fā)射區(qū)且包裹區(qū)域要小于所述第一有源區(qū)的尺寸，所述包裹區(qū)域外的所述第二介質(zhì)層全部去除；淀積所述N型多晶硅，使所述N型多晶硅和所述基區(qū)相接觸并通過所述第二介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)相隔離。
17.如權(quán)利要求10或16所述的方法，其特征在于所述N型多晶硅采用離子注入工藝進(jìn)行摻雜，摻雜工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 le16cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟九中還包括在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)中形成P型重?fù)诫s區(qū)的步驟，所述P型重?fù)诫s區(qū)摻雜濃度滿足和所述集電極的金屬接觸形成歐姆接觸的要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件，包括集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)以及贗埋層、N型多晶硅。集電區(qū)形成于第一有源區(qū)中，贗埋層形成于集電區(qū)兩側(cè)的淺槽場(chǎng)氧底部并橫向延伸進(jìn)入第一有源區(qū)并和集電區(qū)形成接觸，通過贗埋層實(shí)現(xiàn)集電區(qū)和其相鄰的第二、第三有源區(qū)相連接，通過在第二、第三有源區(qū)的頂部形成金屬接觸引出集電極。N型多晶硅形成于基區(qū)上部并和基區(qū)相接觸，通過在N型多晶硅上做金屬接觸引出基極。本發(fā)明還公開了一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP器件的制造方法。本發(fā)明器件能用作高速、高增益BiCMOS電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇，能在不增加器件面積的情況下減小集電極電阻、提高器件的性能。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102403343SQ20101027545
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉冬華, 錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司