專利名稱：嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
毫米波和THZ應(yīng)用將是未來無線技術(shù)發(fā)展的趨勢，如毫米波通信、THZ通信、THZ成像等。目前這些應(yīng)用主要依靠三五族器件完成，其存在低集成度、高成本等缺點，而隨著技術(shù)的不斷進步，鍺硅器件及技術(shù)將成為三五族器件的競爭對手。鍺硅技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于通信、雷達及高速電路等各個方面。IBM商用鍺硅エ藝Ft已達到350GHz，歐洲IHP開發(fā)的鍺硅器件Fmax在常溫下已達到500GHz。針對未來的毫米波和THZ應(yīng)用，鍺硅器件的性能仍需要不斷提升，這就需要新型的鍺硅器件結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)雙極晶體管的外基區(qū)通常采用注入的方式進行加工，所得結(jié)構(gòu)的性能有缺陷，例如TED (Transient enhanced diffusion,瞬時增強擴散)效應(yīng)等問題會降低器件的微波性能。ー些新型的鍺硅雙極器件采用抬升基區(qū)的方法進行制備，但是所得結(jié)構(gòu)中側(cè)墻下的外基區(qū)電阻會較大，從而降低了器件微波性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述的缺陷，本發(fā)明提供一種避免TED效應(yīng)的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管。為達到上述目的，一方面，本發(fā)明提供ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、所述集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及在所述發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，所述外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延エ藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。特別是，所述外基區(qū)的一部分位于所述側(cè)墻的下方。特別是，所述外基區(qū)在所述基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力。另ー方面，本發(fā)明提供ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，所述方法的至少包括下述步驟4. I在第一摻雜類型的襯底上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)；4. 2在所得結(jié)構(gòu)上制備第一摻雜類型的集電區(qū)；4. 3在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)；4. 4在所得結(jié)構(gòu)上依次淀積第一氧化硅層、氮化硅層和第二氧化硅層；4. 5在第二氧化硅層和氮化硅層上開設(shè)窗ロ ；4. 6去除窗口中的第一氧化硅層，暴露基區(qū)，形成發(fā)射極窗ロ ；4. 7注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)；4. 8在所得結(jié)構(gòu)上淀積多晶層；4. 9對所得結(jié)構(gòu)進行平坦化加工，暴露第二氧化硅層；
4. 10去除第二氧化硅層和未被多晶層覆蓋的氮化硅層；4. 11在多晶層的側(cè)面制備第一側(cè)墻，去除未被第一側(cè)墻覆蓋的第一氧化硅層；4. 12刻蝕未被覆蓋的基區(qū)部分，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度；4. 13在基區(qū)被刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的外基區(qū)；4. 14淀積介質(zhì)層，在第一側(cè)墻的外側(cè)形成第二側(cè)墻；4. 15在所得結(jié)構(gòu)上淀積金屬層，在外基區(qū)形成金屬硅化物，在多晶層上形成形成金屬娃化物；4. 16在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。特別是，步驟4. 3中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅或者是鍺硅。特別是，步驟4. 12中刻蝕基區(qū)時向側(cè)墻下方進行鉆蝕。特別是，步驟4. 13中的外基區(qū)使用外延生長方法制備，外基區(qū)的材質(zhì)是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質(zhì)的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。特別是，步驟4. 15中淀積的金屬是鈦、鈷或鎳中的ー種。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的設(shè)置有嵌入式外延基區(qū)，避免了 TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法采用自對準方案實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。


圖I 圖16為本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明做詳細描述。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及在發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延エ藝生長而成，而且嵌入在集電區(qū)內(nèi)。優(yōu)選結(jié)構(gòu)是外基區(qū)的一部分位于側(cè)墻的下方，即在制備該結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生一定的鉆蝕。而且外基區(qū)在基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力可令器件性能更好。本發(fā)明不限于硅雙極晶體管，其它材料可以是鍺硅、三五族等。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的設(shè)置有嵌入式外延基區(qū)，避免了 TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。優(yōu)選實施例本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法至少包括下述步驟如圖I至圖3所示，在第一摻雜類型的襯底201上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)202。在埋層集電區(qū)202上制備第一摻雜類型的集電區(qū)101。如圖4所示，制備第一摻雜類型的集電區(qū)101。在集電區(qū)101上外延生長ー層摻雜基區(qū)102，基區(qū)為第二摻雜類型?；鶇^(qū)102可以是硅，也可以是鍺硅。在基區(qū)102上淀積介質(zhì)層，從下到上依次第ー氧化娃層104、氮化娃層106和第二氧化娃層108。其中，第二氧化硅層108是刻蝕停止層，保護外延基區(qū)102不被刻蝕等エ藝所損傷。
如圖5所不,對第二氧化娃層108和氮化娃層106進行光刻、刻蝕,開設(shè)一個窗ロ。如圖6所示，使用選擇性干法刻蝕或者濕法腐蝕的方法在第一氧化硅104上開設(shè)窗ロ，形成發(fā)射極窗ロ。如圖7和圖8所示，注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)203。如圖9所示，在所得結(jié)構(gòu)上淀積第一多晶層110，第一多晶層110填在發(fā)射極窗ロ中，而且第一多晶層110還覆蓋了所得結(jié)構(gòu)的表面。
如圖10所示，去除第一多晶層110的表層，平坦化至第二氧化硅層108的位置。然后采用CMP(Chemical Mechanical Planarization化學(xué)機械平坦化)或者是回刻的方法刻蝕掉外圍的介質(zhì)層。如圖11所示，使用選擇性刻蝕的方法，去除未被第一多晶層110覆蓋的第二氧化娃層108和氮化娃層106。如圖12所示，在所得結(jié)構(gòu)上淀積ー層氮化硅介質(zhì)，刻蝕形成第一側(cè)墻112結(jié)構(gòu) ’然后刻蝕掉未被第一側(cè)墻112覆蓋的第一氧化娃層104部分。如圖13所示，刻蝕外基區(qū)102至集電區(qū)101，形成刻蝕結(jié)構(gòu)114。采用這一方案的主要目的是降低TED效應(yīng)。為降低外基區(qū)電阻，刻蝕厚度大于外延基區(qū)102層厚度。最好有一定程度的鉆蝕，這樣可以進一歩降低外基區(qū)電阻。在刻蝕過程中，發(fā)射極上的第一多晶層的表面也會被刻蝕掉一部分。如圖14所示，選擇性外延一層外基區(qū)120，原位摻雜。該外延層可以是硅，也可以是鍺硅。為降低外基區(qū)120電阻，摻雜濃度要盡量高，一般應(yīng)在1E19 lE21cm_3。發(fā)射極上也會淀積上ー層第二多晶層118。如圖15所示，淀積介質(zhì)層，如氮化硅介質(zhì)層，在第一側(cè)墻112的位置處刻蝕形成第ニ側(cè)墻113。如圖16所示，在所得結(jié)構(gòu)上淀積金屬層，在外基區(qū)120上形成金屬硅化物124，在第二多晶層118上形成形成金屬硅化物124。在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、埋層集電區(qū)上的集電區(qū)、所述集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及在所述發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻，其特征在于，所述外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延工藝生長而成，而且嵌入在所述集電區(qū)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，其特征在于，所述外基區(qū)的一部分位于所述側(cè)墻的下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，其特征在于，所述外基區(qū)在所述基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力。
4.一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，所述方法的至少包括下述步驟 4. I在第一摻雜類型的襯底上注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，經(jīng)過推進形成重摻雜的埋層集電區(qū)； 4. 2在所得結(jié)構(gòu)上制備第一摻雜類型的集電區(qū)； 4. 3在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)； 4. 4在所得結(jié)構(gòu)上依次淀積第一氧化硅層、氮化硅層和第二氧化硅層； 4. 5在第二氧化娃層和氮化娃層上開設(shè)窗口 ； 4. 6去除窗口中的第一氧化娃層,暴露基區(qū),形成發(fā)射極窗口 ； 4. 7注入第一摻雜類型的雜質(zhì)，形成選擇性注入集電區(qū)； 4. 8在所得結(jié)構(gòu)上淀積多晶層； 4. 9對所得結(jié)構(gòu)進行平坦化加工，暴露第二氧化硅層； 4. 10去除第二氧化硅層和未被多晶層覆蓋的氮化硅層； 4. 11在多晶層的側(cè)面制備第一側(cè)墻，去除未被第一側(cè)墻覆蓋的第一氧化硅層； 4. 12刻蝕未被覆蓋的基區(qū)部分，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度； 4.13在基區(qū)被刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的外基區(qū)； 4.14淀積介質(zhì)層，在第一側(cè)墻的外側(cè)形成第二側(cè)墻； 4.15在所得結(jié)構(gòu)上淀積金屬層，在外基區(qū)形成金屬硅化物，在多晶層上形成形成金屬硅化物； 4.16在所得結(jié)構(gòu)上制備接觸孔，引出發(fā)射極電極和基區(qū)電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 3中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅或者是鍺硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 12中刻蝕基區(qū)時向側(cè)墻下方進行鉆蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 13中的外基區(qū)使用外延生長方法制備，外基區(qū)的材質(zhì)是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質(zhì)的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法，其特征在于，步驟4. 15中淀積的金屬是鈦、鈷或鎳中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，為解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在TED效應(yīng)問題而設(shè)計。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括重摻雜的埋層集電區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)、外基區(qū)、發(fā)射極以及側(cè)墻，外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延工藝生長而成，而且嵌入在集電區(qū)內(nèi)。外基區(qū)的一部分位于側(cè)墻的下方。外基區(qū)在基區(qū)上產(chǎn)生應(yīng)力。本發(fā)明提供一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管避免了TED效應(yīng)，同時也降低了器件的外基區(qū)電阻，使器件的性能得到提升。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管的制備方法實現(xiàn)了上述嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。
文檔編號H01L21/331GK102664191SQ201210153269
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者付軍, 劉志弘, 吳正立, 崔杰, 張偉, 李高慶, 王玉東, 許平, 趙悅 申請人:清華大學(xué)