專(zhuān)利名稱(chēng)：BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管及制造方法
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三極管，本發(fā)明還涉及該BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管的制造方法。
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 HBT)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，比如具有不小于15 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三極管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(guò)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(guò)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(wèn)題是提供一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型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，能在不增加器件面積的情況下減小PNP器件的集電極電阻、提高PNP器件的增益、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三極管的制造方法，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(wèn)題，本發(fā)明提供的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧隔離，所述垂直寄生型PNP三極管包括一集電區(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?！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(guò)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)上方的一 P型離子注入層和一 P型多晶硅組成，直接通過(guò)一金屬接觸引出所述發(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(guò)在所述N型多晶硅上做金屬接觸引出基極。進(jìn)一步改進(jìn)是，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IellcnT2 kl3cnT2、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。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述贗埋層是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧填入前通過(guò)P型離子注入并進(jìn)行退火推進(jìn)形成，所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為lel4cm 2 lel6Cm_2、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)是，所述贗埋層的退火溫度為900°C 1000°C。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述基區(qū)是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧填入前通過(guò)N型離子注入形成，所述基區(qū)的N型離子注入要穿過(guò)所述有源區(qū)上的氮化硅硬質(zhì)掩模，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。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述氮化硅硬質(zhì)掩模的厚度為300埃 800埃。進(jìn)一步改進(jìn)是，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 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述發(fā)射區(qū)的所述P型多晶硅是在多晶硅中進(jìn)行P型離子注入形成，所述P型離子注入層通過(guò)對(duì)所述P型多晶硅進(jìn)行退火推進(jìn)使所述P型多晶硅中的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)中形成；所述P型多晶硅的P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于le15cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼，所述P型多晶硅的退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述P型多晶硅和所述N型多晶硅通過(guò)第一介質(zhì)層隔離，所述第一介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管的制造方法，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。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、在所述硅襯底上形成第一介質(zhì)層，刻蝕所述第一介質(zhì)層并在所述基區(qū)上方形成發(fā)射區(qū)窗口和基區(qū)引出區(qū)域；所述發(fā)射區(qū)窗口小于所述有源區(qū)大小，所述基區(qū)引出區(qū)域處于所述發(fā)射區(qū)窗口兩側(cè)并通過(guò)所述第一介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)窗口隔離。步驟八、在所述硅襯底上形成一多晶硅，并刻蝕所述多晶硅形成互相隔離的第一多晶硅和第二多晶硅，所述第一多晶硅形成于所述發(fā)射區(qū)窗口上、所述第二多晶硅形成于所述基區(qū)引出區(qū)域上。步驟九、對(duì)所述第一多晶硅進(jìn)行P型離子注入形成P型多晶硅，對(duì)所述第二多晶硅進(jìn)行N型離子注入形成N型多晶硅。步驟十、對(duì)所述硅襯底進(jìn)行退火推進(jìn)，退火時(shí)所述P型多晶硅的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)中形成P型離子注入層，由所述P型多晶硅和所述P型離子注入層組成發(fā)射區(qū)。步驟十一、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；在所述N型多晶硅的頂部形成金屬接觸引出基極；在所述P型多晶硅的頂部形成金屬接觸引出發(fā)射極。進(jìn)一步改進(jìn)是，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(guò)所述氮化硅硬質(zhì)掩模注入到所述有源區(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。進(jìn)一步改進(jìn)是，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 IeHcm2 lel6cm_2、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)是，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。進(jìn)一步改進(jìn)是，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。進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟七中所述第一介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟九中所述P型多晶硅的P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于lel5Cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼，步驟十中的退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒。進(jìn)一步改進(jìn)是，步驟九中所述N型多晶硅的N型離子注入的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。本發(fā)明的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，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)明器件通過(guò)采用先進(jìn)的重?fù)诫sP型贗埋層在所述集電區(qū)和集電區(qū)的引出端實(shí)現(xiàn)連接并引出集電極，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；本發(fā)明器件通過(guò)采用多晶硅發(fā)射極，能夠使器件的基極電流減小、而集電極電流不變，從而能夠提高PNP器件的電流增益。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三極管的結(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三極管在制造過(guò)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三極管的輸入特性曲線；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三極管的增益曲線；圖3C是本發(fā)明采用多晶硅接觸的發(fā)射極和現(xiàn)有的采用金屬接觸的發(fā)射極的發(fā)射結(jié)處的載流子濃度曲線比較圖。
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三極管的結(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三極管，形成于P型硅襯底1上并在所述P型硅襯底1上形成有N型深阱2，有源區(qū)由淺槽場(chǎng)氧3隔離即為淺溝槽隔離(STI)，所述垂直寄生型PNP三極管包括—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。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(guò)在所述第二有源區(qū)和第三有源區(qū)頂部形成金屬接觸14引出集電極。所述贗埋層6是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧3填入前通過(guò)P型離子注入并進(jìn)行退火推進(jìn)形成，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。所述贗埋層6的退火溫度為900°C 1000°C。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是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧3填入前通過(guò)N型離子注入形成，所述基區(qū)5的N型離子注入要穿過(guò)所述有源區(qū)上的氮化硅硬質(zhì)掩模，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le12cnT2 IeHcm 2。所述氮化硅硬質(zhì)掩模的厚度為300埃 800埃。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)5上方的一 P型離子注入層12和一 P型多晶硅11組成，直接通過(guò)一金屬接觸14引出所述發(fā)射極。所述發(fā)射區(qū)的所述P型多晶硅11是在多晶硅中進(jìn)行P型離子注入形成，所述P型離子注入層12通過(guò)對(duì)所述P型多晶硅11進(jìn)行退火推進(jìn)使所述P型多晶硅11中的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)5中形成；所述P型多晶硅11的 P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于lel5cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼，所述P型多晶硅11的退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒，所述P型多晶硅11的退火推進(jìn)的具體值和CMOS管的源漏注入的退火條件相同。一 N型多晶硅10，所述N型多晶硅10形成于所述基區(qū)5上部并和所述基區(qū)5相接觸，通過(guò)在所述N型多晶硅10上做金屬接觸14引出基極。所述N型多晶硅10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IeHcm2 le16cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。所述P型多晶硅11和所述N型多晶硅10通過(guò)第一介質(zhì)層隔離，所述第一介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。在所述N型多晶硅10、所述P型多晶硅11上形成有硅化物13，最后通過(guò)金屬連線15實(shí)現(xiàn)器件的互連。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三極管在制造過(guò)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三極管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，并進(jìn)行 N型離子注入形成N型深阱2?？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上生長(zhǎng)一氮化硅層、再通過(guò)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(guò)所述氮化硅硬質(zhì)掩模4注入到所述有源區(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161如!11_2 1616(^_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)。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，在所述硅襯底1上形成第一介質(zhì)層8，刻蝕所述第一介質(zhì)層 8并在所述基區(qū)5上方形成發(fā)射區(qū)窗口和基區(qū)引出區(qū)域；所述發(fā)射區(qū)窗口小于所述有源區(qū)大小，所述基區(qū)引出區(qū)域處于所述發(fā)射區(qū)窗口兩側(cè)并通過(guò)所述第一介質(zhì)層8和所述發(fā)射區(qū)窗口隔離。所述第一介質(zhì)層8為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。步驟八、如圖2F所示，在所述硅襯底1上形成一多晶硅9。如圖2G所示，刻蝕所述多晶硅9形成互相隔離的第一多晶硅和第二多晶硅，所述第一多晶硅形成于所述發(fā)射區(qū)窗口上、所述第二多晶硅形成于所述基區(qū)引出區(qū)域上。步驟九、如圖2G所示，對(duì)所述第一多晶硅進(jìn)行P型離子注入形成P型多晶硅11，對(duì)所述第二多晶硅進(jìn)行N型離子注入形成N型多晶硅10。所述P型多晶硅11的P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于lel5cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼。所述N型多晶硅10的N型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 le16cm_2、 能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。步驟十、如圖2G所示，對(duì)所述硅襯底1進(jìn)行退火推進(jìn)，退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒，所述退火推進(jìn)的具體值和CMOS管的源漏注入的退火條件相同，退火時(shí)所述P型多晶硅11的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)5中形成P型離子注入層12，由所述P型多晶硅11和所述P型離子注入層12組成發(fā)射區(qū)。步驟十一、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14引出集電極；在所述N型多晶硅10的頂部形成金屬接觸14引出基極；在所述P型多晶硅11 的頂部形成金屬接觸14引出發(fā)射極。其中，在所述N型多晶硅10、所述P型多晶硅11上還形成有硅化物13，最后通過(guò)金屬連線15實(shí)現(xiàn)器件的互連。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)的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T(mén)CAD模擬的本發(fā)明實(shí)施例的BiCMOS工藝中的垂直寄生型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。另外，多晶硅發(fā)射極使PNP管的增益提高；而其他特性，比如輸入特性卻不會(huì)受影響。相對(duì)于現(xiàn)有的單晶硅發(fā)射極，多晶硅發(fā)射極可以使基極電流減小，而集電極電流不變，從而可以使PNP的電流增益得到提高。如圖3C所示，是本發(fā)明采用多晶硅接觸的發(fā)射極和現(xiàn)有的采用金屬接觸的發(fā)射極的發(fā)射結(jié)處的載流子濃度曲線比較圖，其中所述發(fā)射結(jié)出的載流子為少數(shù)載流子，在本實(shí)施例中少數(shù)載流子為電子?？梢钥闯?，同樣的發(fā)射結(jié)寬度，采用金屬接觸(點(diǎn)劃線)的電子濃度(在發(fā)射結(jié)內(nèi)為少子)梯度較大，而采用多晶硅接觸(實(shí)線)的電子濃度梯度較小。即采用多晶硅接觸的發(fā)射極流向基極的電流小于采用金屬接觸的發(fā)射極流向基極的電流。即采用多晶硅接觸的發(fā)射極具有較大的電流增益。以上通過(guò)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。
權(quán)利要求
1.一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，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三極管包括一集電區(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(guò)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)上方的一 P型離子注入層和一P型多晶硅組成，直接通過(guò)一金屬接觸引出所述發(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(guò)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BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于各所述有源區(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 5el3cnT2、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三極管，其特征在于所述贗埋層是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧填入前通過(guò)P型離子注入并進(jìn)行退火推進(jìn)形成，所述贗埋層的P型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcnT2 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3所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于所述贗埋層的退火溫度為900°C 1000°C。
5.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于所述基區(qū)是在淺溝槽形成后、淺槽場(chǎng)氧填入前通過(guò)N型離子注入形成，所述基區(qū)的N型離子注入要穿過(guò)所述有源區(qū)上的氮化硅硬質(zhì)掩模，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。
6.如權(quán)利要求5所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于所述氮化硅硬質(zhì)掩模的厚度為300埃 800埃。
7.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，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IeHcnT2 lel6Cm_2、 能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為砷或磷。
8.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于所述發(fā)射區(qū)的所述P型多晶硅是在多晶硅中進(jìn)行P型離子注入形成，所述P型離子注入層通過(guò)對(duì)所述P型多晶硅進(jìn)行退火推進(jìn)使所述P型多晶硅中的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)中形成；所述P型多晶硅的P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于lel5Cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼，所述P型多晶硅的退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒。
9.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，其特征在于所述P 型多晶硅和所述N型多晶硅通過(guò)第一介質(zhì)層隔離，所述第一介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。
10.一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管的制造方法，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、在所述硅襯底上形成第一介質(zhì)層，刻蝕所述第一介質(zhì)層并在所述基區(qū)上方形成發(fā)射區(qū)窗口和基區(qū)引出區(qū)域；所述發(fā)射區(qū)窗口小于所述有源區(qū)大小，所述基區(qū)引出區(qū)域處于所述發(fā)射區(qū)窗口兩側(cè)并通過(guò)所述第一介質(zhì)層和所述發(fā)射區(qū)窗口隔離；步驟八、在所述硅襯底上形成一多晶硅，并刻蝕所述多晶硅形成互相隔離的第一多晶硅和第二多晶硅，所述第一多晶硅形成于所述發(fā)射區(qū)窗口上、所述第二多晶硅形成于所述基區(qū)引出區(qū)域上；步驟九、對(duì)所述第一多晶硅進(jìn)行P型離子注入形成P型多晶硅，對(duì)所述第二多晶硅進(jìn)行 N型離子注入形成N型多晶硅；步驟十、對(duì)所述硅襯底進(jìn)行退火推進(jìn)，退火時(shí)所述P型多晶硅的P型離子推進(jìn)到所述基區(qū)中形成P型離子注入層，由所述P型多晶硅和所述P型離子注入層組成發(fā)射區(qū)；步驟十一、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；在所述N 型多晶硅的頂部形成金屬接觸引出基極；在所述P型多晶硅的頂部形成金屬接觸引出發(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(guò)所述氮化硅硬質(zhì)掩模注入到所述有源區(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le12cnT2 IeHcnT20
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 9001100°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 lel3cnT2、注入能量為30keV lOOkeV。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟七中所述第一介質(zhì)層為氧化硅、氮化硅、氧化硅加氮化硅或氮氧化硅加氮化硅。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟九中所述P型多晶硅的P型離子注入工藝條件為注入劑量為大于lel5cm_2、注入能量為3keV 15keV、注入雜質(zhì)為硼或二氟化硼，步驟十中的退火推進(jìn)的溫度為950°C 1050°C、時(shí)間為5秒 20秒。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟九中所述N型多晶硅的N型離子注入的工藝條件為注入劑量為IeHcm 2 lel6cnT2、能量為150keV 200keV、注入雜質(zhì)為石申或磷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管，集電區(qū)形成于第一有源區(qū)中，贗埋層形成于淺槽場(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(guò)贗埋層實(shí)現(xiàn)集電區(qū)和其相鄰有源區(qū)相連接，通過(guò)在相鄰有源區(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)上部并引出基極。發(fā)射區(qū)由形成于基區(qū)上方的P型離子注入層和P型多晶硅組成。本發(fā)明還公開(kāi)了一種BiCMOS工藝中的垂直寄生型PNP三極管的制造方法。本發(fā)明能用作高速、高增益BiCMOS電路中的輸出器件，為電路提供多一種器件選擇，能減小PNP管的集電極電阻、提高器件的頻率性能、多晶硅發(fā)射極還能提高器件的增益，還能夠降低生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01L29/06GK102569371SQ20101058912
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者劉冬華, 周正良, 董金珠, 錢(qián)文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司