專利名稱：一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。本發(fā)明還涉及一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信對(duì)高頻帶下高性能、低噪聲和低成本的RF(射頻)組件的需求，傳統(tǒng)的Si (硅)材料器件無(wú)法滿足性能規(guī)格、輸出功率和線性度新的要求，功率SiGe HBT (硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)在更高、更寬的頻段的功放中發(fā)揮重要作用。與砷化鎵器件相比，雖然在頻率上還處劣勢(shì)，但SiGe HBT憑著更好的熱導(dǎo)率和良好的襯底機(jī)械性能,較好地解決了功放的散熱問(wèn)題，SiGe HBT還具有更好的線性度、更高集成度；SiGe HBT仍然屬于硅基技術(shù)和CMOS工藝有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工藝為功放與邏輯控制電路的集成提供極大的便利，也降低了工藝成本。國(guó)際上目前已經(jīng)廣泛采用SiGe HBT作為高頻大功率功放器件應(yīng)用于無(wú)線通訊產(chǎn)品，如手機(jī)中的功率放大器和低噪聲放大器等。為了提高射頻功率放大器的輸出功率，在器件正常工作范圍內(nèi)通過(guò)提高工作電流和提高工作電壓都是有效的方式。對(duì)于用于鍺硅HBT，高耐壓器件可使電路在相同功率下獲得較小電流，從而降低功耗，因而需求廣泛。因此在如何保持器件的特征頻率的同時(shí)進(jìn)一步提高SiGe HBT耐壓越來(lái)越成為鍺硅HBT器件的研究執(zhí)占。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管能提高器件的擊穿電壓。為此，本發(fā)明還提供了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括:P型襯底中形成有匹配層，膺埋層和集電區(qū)形成于匹配層上方，場(chǎng)氧區(qū)形成于膺埋層和部分集電區(qū)的上方，膺埋層和場(chǎng)氧區(qū)位于集電區(qū)兩側(cè)；氧化硅層形成于場(chǎng)氧區(qū)上方，多晶娃層形成于氧化娃層上方，基區(qū)形成于集電區(qū)和多晶娃層上方；氧化娃介質(zhì)層形成于基區(qū)上方，氮化娃介質(zhì)層形成于氧化娃介質(zhì)層上方，發(fā)射區(qū)形成于基區(qū)和氮化娃介質(zhì)層上方，隔離側(cè)墻形成于氧化硅介質(zhì)層、氮化硅介質(zhì)層和發(fā)射區(qū)的兩側(cè)；膺埋層通過(guò)深接觸孔引出，深接觸孔中具有鈦層或氮化鈦層，填有金屬鎢。所述膺埋層具有磷雜質(zhì)。所述匹配層具有與所述集電區(qū)相反類型的雜質(zhì)。所述集電區(qū)具有磷或砷雜質(zhì)。所述氧化硅層厚度為100埃至500埃。所述多晶硅層厚度為200埃至1500埃。所述發(fā)射區(qū)具有砷或磷雜質(zhì)。所述基區(qū)具有摻硼的鍺硅雜質(zhì)。
所述基區(qū)底部的寬度大于等于集電區(qū)頂部的寬度。所述發(fā)射區(qū)底部的寬度小于集電區(qū)頂部的寬度。所述深接觸孔中鈦層厚度為100埃至500埃，氮化鈦層厚度為50埃至500埃。本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法，包括:(I)在P型襯底上刻蝕溝槽；(2)在溝槽底部注入形成膺埋層；(3)在溝槽中填入氧化硅形成場(chǎng)氧區(qū)，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在膺埋層和有源區(qū)下方注入形成匹配層；(4)光刻、注入P型雜、熱推進(jìn)形成集電區(qū)；(5)淀積氧化硅層，淀積多晶硅層，光刻、刻蝕打開(kāi)基區(qū)窗口 ；(6)生長(zhǎng)摻硼的鍺硅外延；(7)刻蝕形成基區(qū)；(8)淀積氧化硅介質(zhì)層，淀積氮化硅介質(zhì)層，光刻、刻蝕打開(kāi)發(fā)射區(qū)窗口 ；(9)淀積在位N型摻雜的多晶硅，注入N型雜質(zhì)，光刻、刻蝕形成發(fā)射區(qū)；(10)制作隔離側(cè)墻；(11)刻蝕深接觸孔，深接觸孔內(nèi)淀積鈦層或氮化鈦層，填入金屬鎢，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，引出膺埋層。其中，實(shí)施步驟(2)時(shí)，注入磷雜質(zhì)，劑量為Ie14CnT2至le16Cm_2，能量為2KeV至50KeVo其中，實(shí)施步驟⑷時(shí)，注入雜質(zhì)為砷或磷。其中，實(shí)施步驟(5)時(shí)，淀積氧化硅層厚度為100埃至500埃，淀積多晶硅層厚度為200埃至1500埃。其中，實(shí)施步驟(9)時(shí)，注入N型雜質(zhì)為砷或磷，劑量大于le15Cm_2。其中，實(shí)施步驟(11)時(shí)，采用PVD (物理氣相沉積)或CVD (化學(xué)氣相沉積)方式，淀積鈦層厚度為100埃至500埃，淀積氮化鈦層厚度為50埃至500埃。本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管不需要改變集電區(qū)的厚度和摻雜濃度，通過(guò)增加贗埋層和匹配層來(lái)提高器件的擊穿電壓。該器件棄用常規(guī)器件中均勻的NBL，在SiGe HBT有源區(qū)兩側(cè)的場(chǎng)氧區(qū)下面制作贗埋層，贗埋層作N型重?fù)诫s，在場(chǎng)氧區(qū)刻深孔接觸，直接連接贗埋層引出集電區(qū)，不再需要使用有源區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)埋層的電極引出，極大地縮減了器件尺寸和面積。在器件兩側(cè)贗埋層之間的集電區(qū)和部分場(chǎng)氧下區(qū)域作輕摻雜，通過(guò)提高集電區(qū)/基區(qū)(BC結(jié))之間的結(jié)擊穿電壓來(lái)提高器件的擊穿電壓BVCE0。本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管改變了傳統(tǒng)HBT BC結(jié)的一維耗盡區(qū)模式，改變?yōu)閮删S分布，既有向襯底方向的縱向展寬，又有向贗埋層方向的橫向延伸，匹配層的加入使得場(chǎng)氧下輕摻雜區(qū)域在BC結(jié)擊穿前全部耗盡，起到分壓作用，能提高器件的擊穿電壓。本發(fā)明采用場(chǎng)氧區(qū)的深接觸孔引出贗埋層作為集電極，避免了常規(guī)器件采用N-sinker (N型埋層)所造成的器件面積過(guò)大的問(wèn)題，同時(shí)還減小了集電極的寄生電阻。


下面結(jié)合附圖與具體實(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)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的示意圖。圖2是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管耗盡區(qū)分布示意圖一，顯示反向偏壓較小時(shí)器件的耗盡區(qū)分布。圖3是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管耗盡區(qū)分布示意圖二，顯示反向偏壓較大時(shí)器件的耗盡區(qū)分布。、圖4是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法的流程圖。圖5是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一 ，顯示實(shí)施步驟(I)后形成的器件。圖6是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(2)后形成的器件。圖7是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(3)后形成的器件。圖8是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(4)后形成的器件。圖9是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(5)后形成的器件。圖10是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(6)后形成的器件。圖11是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(7)后形成的器件。圖12是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(8)后形成的器件。圖13是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(9)后形成的器件。圖14是本發(fā)明鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法示意圖一，顯示實(shí)施步驟(10)后形成的器件。附圖標(biāo)記說(shuō)明101是P型襯底102是場(chǎng)氧區(qū)103是贗埋層104是 匹配層105是集電區(qū)106是氧化硅層107是多晶硅層108是基區(qū)109是氧化硅介質(zhì)層110是氮化硅介質(zhì)層111是發(fā)射區(qū)112隔離側(cè)墻.
113是深接觸孔114是有源區(qū)115是鍺硅外延。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括:P型襯底101中形成有匹配層104，膺埋層103和集電區(qū)105形成于匹配層104上方，場(chǎng)氧區(qū)102形成于膺埋層103和部分集電區(qū)105的上方，膺埋層103和場(chǎng)氧區(qū)102位于集電區(qū)105兩側(cè)；氧化娃層106形成于場(chǎng)氧區(qū)102上方,多晶娃層107形成于氧化娃層106上方，基區(qū)108形成于集電區(qū)105、場(chǎng)氧區(qū)102和多晶娃層107上方；氧化娃介質(zhì)層109形成于基區(qū)108上方,氮化娃介質(zhì)層110形成于氧化娃介質(zhì)層109上方,發(fā)射區(qū)111形成于基區(qū)108和氮化娃介質(zhì)層110上方，隔離側(cè)墻112形成于氧化娃介質(zhì)層109、氮化娃介質(zhì)層110和發(fā)射區(qū)111的兩側(cè)；膺埋層103通過(guò)深接觸孔113引出，深接觸孔113中具有鈦層或氮化鈦層，填有金屬鎢。本發(fā)明采用在常規(guī)SiGe HBT增加贗埋層103和匹配層104，增加了器件的擊穿電壓，并使得器件的擊穿不再單純由縱向BC結(jié)的耗盡區(qū)決定，而是依靠橫向耗盡區(qū)分壓。如圖2所示，當(dāng)反向偏壓較小時(shí)，CB結(jié)和匹配層104位置都出現(xiàn)耗盡區(qū)。如圖3所示，隨著反向電壓的加大，橫向耗盡區(qū)會(huì)在BC結(jié)擊穿前夾斷。由于反向偏壓大部分落在橫向耗盡區(qū)，所以器件的擊穿電壓將大大高于BC結(jié)的擊穿電壓，本發(fā)明能在不改變集電區(qū)的深度和摻雜濃度提高BVCEO。如圖4所示，本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制造方法，包括:(I)如圖5所示，在P型襯底101上刻蝕溝槽；(2)如圖6所示，在溝槽底部注入形成膺埋層103 ；(3)如圖7所示，在溝槽中填入氧化硅形成場(chǎng)氧區(qū)102，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在膺埋層103和有源區(qū)114下方注入形成匹配層104 ；(4)如圖8所示，光刻、注入P型雜、熱推進(jìn)形成集電區(qū)105;(5)如圖9所不,淀積氧化娃層106,淀積多晶娃層107,光刻、刻蝕打開(kāi)基區(qū)108窗Π ；(6)如圖10所示，生長(zhǎng)摻硼的鍺硅外延115 ；(7)如圖11所示，刻蝕形成基區(qū)108 ；(8)如圖12所示，淀積氧化硅介質(zhì)層109，淀積氮化硅介質(zhì)層110，光刻、刻蝕打開(kāi)發(fā)射區(qū)111窗口 ；(9)如圖13所示，淀積在位N型摻雜的多晶硅，注入N型雜質(zhì)，光刻、刻蝕形成發(fā)射區(qū) 111 ;(10)如圖14所示，制作隔離側(cè)墻112 ；(11)刻蝕深接觸孔113，深接觸孔113內(nèi)淀積鈦層或氮化鈦層，填入金屬鎢，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，引出膺埋層103，形成如圖1所示器件。以上通過(guò)具體實(shí)施方式
和實(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
1.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是，包括:p型襯底中形成有匹配層，膺埋層和集電區(qū)形成于匹配層上方，場(chǎng)氧區(qū)形成于膺埋層和部分集電區(qū)的上方，膺埋層和場(chǎng)氧區(qū)位于集電區(qū)兩側(cè)；氧化硅層形成于場(chǎng)氧區(qū)上方，多晶硅層形成于氧化硅層上方，基區(qū)形成于集電區(qū)和多晶娃層上方；氧化娃介質(zhì)層形成于基區(qū)上方，氮化娃介質(zhì)層形成于氧化娃介質(zhì)層上方，發(fā)射區(qū)形成于基區(qū)和氮化硅介質(zhì)層上方，隔離側(cè)墻形成于氧化硅介質(zhì)層、氮化硅介質(zhì)層和發(fā)射區(qū)的兩側(cè)；膺埋層通過(guò)深接觸孔弓I出，深接觸孔中具有鈦層或氮化鈦層，填有金屬鎢。
2.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述膺埋層具有磷雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述匹配層具有與所述集電區(qū)相反類型的雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述集電區(qū)具有磷或砷雜質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述氧化硅層厚度為100埃至500埃。
6.如權(quán)利要求1所述的 鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述多晶硅層厚度為200埃至1500埃。
7.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述發(fā)射區(qū)具有砷或磷雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述基區(qū)具有摻硼的鍺硅雜質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述基區(qū)底部的寬度大于等于集電區(qū)頂部的寬度。
10.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述發(fā)射區(qū)底部的寬度小于集電區(qū)頂部的寬度。
11.如權(quán)利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征是:所述深接觸孔中鈦層厚度為100埃至500埃，氮化鈦層厚度為50埃至500埃。
12.—種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，其特征是，包括: (1)在P型襯底上刻蝕溝槽； (2)在溝槽底部注入形成膺埋層； (3)在溝槽中填入氧化硅形成場(chǎng)氧區(qū)，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，在膺埋層和有源區(qū)下方注入形成匹配層； (4)光刻、注入P型雜、熱推進(jìn)形成集電區(qū)； (5)淀積氧化硅層，淀積多晶硅層，光刻、刻蝕打開(kāi)基區(qū)窗口； (6)生長(zhǎng)摻硼的鍺硅外延； (7)刻蝕形成基區(qū)； (8)淀積氧化硅介質(zhì)層，淀積氮化硅介質(zhì)層，光刻、刻蝕打開(kāi)發(fā)射區(qū)窗口； (9)淀積在位N型摻雜的多晶硅，注入N型雜質(zhì)，光刻、刻蝕形成發(fā)射區(qū)； (10)制作隔離側(cè)墻； (11)刻蝕深接觸孔，深接觸孔內(nèi)淀積鈦層或氮化鈦層，填入金屬鎢，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，引出膺埋層。
13.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征是:實(shí)施步驟⑵時(shí)，注入磷雜質(zhì)，劑量為Ie14CnT2 至 Ie1W2,能量為 2KeV 至 50KeV。
14.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征是:實(shí)施步驟(4)時(shí)，注入雜質(zhì)為砷或磷。
15.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征是:實(shí)施步驟(5)時(shí)，淀積氧化硅層厚度為100埃至500埃，淀積多晶硅層厚度為200埃至1500埃。
16.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征是:實(shí)施步驟(9)時(shí)，注入N型雜質(zhì)為砷或磷，劑量大于le15cm_2。
17.如權(quán)利要求12所述的制造方法，其特征是:實(shí)施步驟(11)時(shí)，采用物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積方式，淀積鈦層厚度為100埃至500埃，淀積氮化鈦層厚度為50埃至500埃。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括P型襯底中形成有匹配層，膺埋層和集電區(qū)形成于匹配層上方，場(chǎng)氧區(qū)形成于膺埋層和部分集電區(qū)的上方，膺埋層和場(chǎng)氧區(qū)位于集電區(qū)兩側(cè)；氧化硅層形成于場(chǎng)氧區(qū)上方，多晶硅層形成于氧化硅層上方，基區(qū)形成于集電區(qū)和多晶硅層上方；氧化硅介質(zhì)層形成于基區(qū)上方，氮化硅介質(zhì)層形成于氧化硅介質(zhì)層上方，發(fā)射區(qū)形成于基區(qū)和氮化硅介質(zhì)層上方，隔離側(cè)墻形成于氧化硅介質(zhì)層、氮化硅介質(zhì)層和發(fā)射區(qū)的兩側(cè)；膺埋層通過(guò)深接觸孔引出，深接觸孔中具有鈦層或氮化鈦層，填有金屬鎢。本發(fā)明還公開(kāi)了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。本發(fā)明的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管能提高器件的擊穿電壓。
文檔編號(hào)H01L29/06GK103137676SQ201110377060
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者胡君, 石晶, 錢文生, 劉冬華, 段文婷, 陳帆, 邱慈云 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司