專利名稱：鍺硅hbt工藝中的寄生橫向型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，特別是涉及一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管；本發(fā)明還涉及一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法。
背景技術(shù)：
在射頻應(yīng)用中，需要越來越高的器件特征頻率，RFCMOS雖然在先進(jìn)的工藝技術(shù)中可實(shí)現(xiàn)較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實(shí)現(xiàn)40GHz以上的特征頻率，而且先進(jìn)工藝的研發(fā)成本也是非常高；化合物半導(dǎo)體可實(shí)現(xiàn)非常高的特征頻率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺點(diǎn)，加上大多數(shù)化合物半導(dǎo)體有毒，限制了其應(yīng)用。鍺硅(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)則是超高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與硅(Si)的能帶差別，提高發(fā)射區(qū)的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數(shù)；其次利用SiGe基區(qū)的高摻雜，降低基區(qū)電阻，提高特征頻率；另外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力軍。在這種背景下，其對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)(不小于15)和截止頻率(不小于IG赫茲)。
現(xiàn)有SiGe HBT采用高摻雜的集電區(qū)埋層，以降低集電區(qū)電阻，另外采用深槽隔離降低集電區(qū)和襯底之間的寄生電容，改善HBT的頻率特性。現(xiàn)有SiGe HBT中能采用寄生橫向型PNP器件作為輸出器件?，F(xiàn)有SiGe HBT中的寄生橫向型PNP器件工藝成熟可靠，但主要缺點(diǎn)有:集電區(qū)采用外延生長，外延成本高；深槽隔離工藝復(fù)雜，而且成本較高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管，能使器件的面積有效的縮小且不占用有源區(qū)的面積，能減少器件的基極和集電極的連接電阻，能提高器件的頻率特性同時(shí)保持較高的器件電流增益系數(shù)。為此，本發(fā)明還提供一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離即有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)，包括:基區(qū)，由形成于所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中的N阱組成。發(fā)射區(qū)，由形成于所述N阱中的第一 P型贗埋層組成；在所述第一 P型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出發(fā)射極。集電區(qū)，由形成于所述淺槽場氧底部且位于所述N阱的側(cè)面并和所述N阱的側(cè)面相接觸的第二 P型贗埋層組成，所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)不接觸且相隔一段橫向距離；在所述第二P型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出集電極。一N型深阱，該N型深阱位于所述淺槽場氧的底部并將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍。N型贗埋層，所述N型贗埋層形成于所述淺槽場氧底部并位于所述集電區(qū)的外側(cè)并和所述集電區(qū)相隔一橫向距離；所述N型贗埋層和所述N型深阱相接觸；在所述N型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出基極。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法包括如下步驟:
步驟一、采用光刻刻蝕工藝在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽。
步驟二、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入同時(shí)形成第一 P型贗埋層和第二 P型贗埋層，所述第二 P型贗埋層位于所述第一 P型贗埋層的外側(cè)且二者間相隔一段橫向距離。
步驟三、在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型離子注入形成N型贗埋層，所述N型贗埋層位于所述第二 P型贗埋層的外側(cè)且和所述第二 P型贗埋層相隔一橫向距離。
步驟四、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧。
步驟五、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中形成N阱，所述N阱將所述第一 P型贗埋層包圍，所述第二 P型贗埋層位于所述N阱的側(cè)面并和所述N阱的側(cè)面相接觸；由所述第一 P型贗埋層組成發(fā)射區(qū)，由所述第二 P型贗埋層組成集電區(qū)，由所述N阱組成基區(qū)。
步驟六、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中形成N型深阱，該N型深阱將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍；所述N型贗埋層和所述N型深阱相接觸。
步驟七、在所述第一 P型贗埋層、所述第二 P型贗埋層和所述N型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中分別形成深孔接觸并分別引出發(fā)射極、集電極和基極。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中所述第一 P型贗埋層和所述第二 P型贗埋層的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。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中所述N型贗埋層的N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)為磷或砷。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中所述N阱的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為lel2cm 2 lel4cm 2、能量為IOOkeV 400keV、注入雜質(zhì)為憐或砷。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六中所述N型深阱的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IellcnT2 lel3cnT2、能量為500keV 3000keV、注入雜質(zhì)為磷或砷。
本發(fā)明的集電區(qū)、發(fā)射區(qū)和基區(qū)都形成在淺槽場氧的底部，且都是通過深孔接觸引出，能夠有效縮小器件的面積且不占用有源區(qū)的面積。本發(fā)明的P型和N型贗埋層的設(shè)置能減少集電極和基極端的連接電阻。本發(fā)明能在保證器件的電流增益系數(shù)不受影響的條件下，顯著的改善器件的頻率特性。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)圖2-圖5是本發(fā)明實(shí)施例方法的各步驟中的器件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管形成于P型硅襯底I上，有源區(qū)由淺槽場氧4隔離即有源區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)，包括:
基區(qū)，由形成于所述淺槽場氧4底部的所述硅襯底I中的N阱5組成。
發(fā)射區(qū)，由形成于所述N阱5中的第一 P型贗埋層2a組成；在所述第一 P型贗埋層2a頂部的所述淺槽場氧4中形成有深孔接觸7并引出發(fā)射極。
集電區(qū)，由形成于所述淺槽場氧4底部且位于所述N阱5的側(cè)面并和所述N阱5的側(cè)面相接觸的第二P型贗埋層2b組成，所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)不接觸且相隔一段橫向距離；在所述第二 P型贗埋層2b頂部的所述淺槽場氧4中形成有深孔接觸7并引出集電極。
一 N型深阱6，該N型深阱6位于所述淺槽場氧4的底部并將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍。所述N型深阱6用于實(shí)現(xiàn)器件的隔離。
N型贗埋層3，所述N型贗埋層3形成于所述淺槽場氧4底部并位于所述集電區(qū)的外側(cè)并和所述集電區(qū)相隔一橫向距離；所述N型贗埋層3和所述N型深阱6相接觸，所述N型深阱6實(shí)現(xiàn)所述N型贗埋層3和所述基區(qū)間的連接。在所述N型贗埋層3頂部的所述淺槽場氧4中形成有深孔接觸7并引出基極。最后通過金屬層8實(shí)現(xiàn)器件的互連。
如圖2至圖5所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的各步驟中的器件結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明實(shí)施例鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法包括如下步驟:
步驟一、采用光刻刻蝕工藝在P型硅襯底I上形成有源區(qū)和淺溝槽。
步驟二、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入同時(shí)形成第一 P型贗埋層2a和第二P型贗埋層2b，所述第二 P型贗埋層2b位于所述第一 P型贗埋層2a的外側(cè)且二者間相隔一段橫向距離。所述第一 P型贗埋層2a和所述第二 P型贗埋層2b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。
步驟三、在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型離子注入形成N型贗埋層3，所述N型贗埋層3位于所述第二 P型贗埋層2b的外側(cè)且和所述第二 P型贗埋層2b相隔一橫向距離。所述N型贗埋層3的N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)為磷或砷。
步驟四、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧4。
步驟五、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧4底部的所述硅襯底I中形成N阱5，所述N阱5將所述第一 P型贗埋層2a包圍，所述第二 P型贗埋層2b位于所述N阱5的側(cè)面并和所述N阱5的側(cè)面相接觸；由所述第一 P型贗埋層2a組成發(fā)射區(qū)，由所述第二 P型贗埋層2b組成集電區(qū)，由所述N阱5組成基區(qū)。所述N阱5的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為lel2cnT2 lel4cnT2、能量為IOOkeV 400keV、注入雜質(zhì)為磷或砷。
步驟六、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧4底部的所述硅襯底I中形成N型深阱6，該N型深阱6將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍并用于實(shí)現(xiàn)器件的隔離。所述N型贗埋層3和所述N型深阱6相接觸，所述N型深阱6實(shí)現(xiàn)所述N型贗埋層3和所述基區(qū)間的連接。所述N型深阱6的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為lellcnT2 lel3cnT2、能量為500keV 3000keV、注入雜質(zhì)為磷或砷。
步驟七、在所述第一 P型贗埋層2a、所述第二 P型贗埋層2b和所述N型贗埋層3頂部的所述淺槽場氧4中分別形成深孔接觸7并分別引出發(fā)射極、集電極和基極。
以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(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HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管，形成于硅襯底上，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，其特征在于，包括: 基區(qū)，由形成于所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中的N阱組成； 發(fā)射區(qū)，由形成于所述N阱中的第一 P型贗埋層組成；在所述第一 P型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出發(fā)射極； 集電區(qū)，由形成于所述淺槽場氧底部且位于所述N阱的側(cè)面并和所述N阱的側(cè)面相接觸的第二 P型贗埋層組成，所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)不接觸且相隔一段橫向距離；在所述第二 P型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出集電極； 一 N型深阱，該N型深阱位于所述淺槽場氧的底部并將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍； N型贗埋層，所述N型贗埋層形成于所述淺槽場氧底部并位于所述集電區(qū)的外側(cè)并和所述集電區(qū)相隔一橫向距離；所述N型贗埋層和所述N型深阱相接觸；在所述N型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中形成有深孔接觸并引出基極。
2.一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、采用光刻刻蝕工藝在硅襯底上形成有源區(qū)和淺溝槽； 步驟二、在所述淺溝槽底部進(jìn)行P型離子注入同時(shí)形成第一 P型贗埋層和第二 P型贗埋層，所述第二 P型贗埋層位于所述第一 P型贗埋層的外側(cè)且二者間相隔一段橫向距離；步驟三、在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型離子注入形成N型贗埋層，所述N型贗埋層位于所述第二 P型贗埋層的外側(cè)且和所述第二 P型贗埋層相隔一橫向距離； 步驟四、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺槽場氧； 步驟五、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中形成N阱，所述N阱將所述第一 P型贗埋層包圍，所述第二 P型贗埋層位于所述N阱的側(cè)面并和所述N阱的側(cè)面相接觸；由所述第一 P型贗埋層組成發(fā)射區(qū)，由所述第二 P型贗埋層組成集電區(qū)，由所述N阱組成基區(qū)； 步驟六、進(jìn)行N型離子注入在所述淺槽場氧底部的所述硅襯底中形成N型深阱，該N型深阱將所述基區(qū)、所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都包圍；所述N型贗埋層和所述N型深阱相接觸； 步驟七、在所述第一 P型贗埋層、所述第二 P型贗埋層和所述N型贗埋層頂部的所述淺槽場氧中分別形成深孔接觸并分別引出發(fā)射極、集電極和基極。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟二中所述第一P型贗埋層和所述第二P型贗埋層的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2所述的方法，其特征在于:步驟三中所述N型贗埋層的N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)為磷或砷。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟五中所述N阱的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為lel2cnT2 lel4cnT2、能量為IOOkeV 400keV、注入雜質(zhì)為磷或砷。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟六中所述N型深阱的N型離子注入的工藝條件為:注入劑量為IellcnT2 lel3cnT2、能量為500keV 3000keV、注入雜質(zhì)為磷或砷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管，基區(qū)由形成于淺槽場氧底部的N阱組成；發(fā)射區(qū)由形成于N阱中的第一P型贗埋層組成；集電區(qū)由形成于淺槽場氧底部且位于N阱的側(cè)面第二P型贗埋層組成。N型深阱位于淺槽場氧的底部并將基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)都包圍；N型贗埋層通過N型深阱和基區(qū)連接。發(fā)射極、集電極和基極都是通過形成于各贗埋層頂部的深孔接觸引出。本發(fā)明還公開了一種鍺硅HBT工藝中的寄生橫向型PNP三極管的制造方法。本發(fā)明能夠有效縮小器件的面積且不占用有源區(qū)的面積，能減少集電極和基極端的連接電阻，能在保證器件的電流增益系數(shù)不受影響的條件下，顯著的改善器件的頻率特性。
文檔編號H01L29/737GK103137677SQ201110388960
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者陳帆, 陳雄斌, 薛愷, 周克然, 潘嘉, 李 昊, 蔡瑩, 陳曦 申請人:上海華虹Nec電子有限公司