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)明涉及一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(lái)無(wú)線技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，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(diǎn)，而隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，鍺硅器件及技術(shù)將成為三五族器件的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。鍺硅技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)及高速電路等各個(gè)方面。IBM商用鍺硅工藝Ft已達(dá)到350GHz，歐洲IHP開(kāi)發(fā)的鍺硅器件Fmax在常溫下已達(dá)到500GHz。針對(duì)未來(lái)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(jìn)行加工，所得結(jié)構(gòu)的性能有缺陷，例如TED (Transient enhanced diffusion,瞬時(shí)增強(qiáng)擴(kuò)散)效應(yīng)等問(wèn)題會(huì)降低器件的微波性能。一些新型的鍺硅雙極器件采用抬升基區(qū)的方法進(jìn)行制備，但是所得結(jié)構(gòu)中側(cè)墻下的外基區(qū)電阻會(huì)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(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括集電區(qū)、所述集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、所述基區(qū)上的發(fā)射極、以及所述發(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工藝生長(zhǎng)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。另一方面，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，所述方法的至少包括下述步驟4. I制備第一摻雜類型的集電區(qū)；4. 2在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)；4.3在基區(qū)上依次制備第一介質(zhì)層；4. 4光刻、刻蝕去除所述第一介質(zhì)層的裸露部分形成犧牲發(fā)射極；4. 5刻蝕未被犧牲發(fā)射極覆蓋的基區(qū)，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度；4. 6在刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的外基區(qū)；4. 7淀積第二介質(zhì)層形成平坦表面，暴露犧牲發(fā)射極的上表面；4. 8去除部分表層犧牲發(fā)射極，得到窗口 ；在所述窗口的內(nèi)側(cè)壁制備內(nèi)側(cè)墻結(jié)構(gòu)；4. 9去除未被內(nèi)側(cè)墻覆蓋的犧牲發(fā)射極；4. 10淀積多晶層；4. 11去除步驟4. 10中的多晶層和步驟4. 7中第二介質(zhì)層的邊緣部分，形成發(fā)射極；4. 12在外基區(qū)和發(fā)射極表面淀積金屬，形成金屬娃化物；4. 13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. 2中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。
特別是，步驟4. 3中第一介質(zhì)層為復(fù)合介質(zhì)層，所述復(fù)合介質(zhì)層包括淀積在基區(qū)表面的氧化硅層和淀積在氧化硅層表面的氮化硅層。特別是，步驟4. 5中刻蝕基區(qū)時(shí)向側(cè)墻下方進(jìn)行鉆蝕。特別是，步驟4. 6中的外基區(qū)使用外延生長(zhǎng)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. 12中淀積的金屬是鈦、鈷或鎳中的一種。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(shí)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(duì)準(zhǔn)方案實(shí)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(jiǎn)練，成本低，操作簡(jiǎn)易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。


圖I 圖10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(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括集電區(qū)、集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、基區(qū)上的發(fā)射極、以及發(fā)射極兩側(cè)的側(cè)墻。其中，外基區(qū)采用原位摻雜選擇性外延工藝生長(zhǎng)而成，而且嵌入在所述集電區(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(shí)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，此時(shí)器件性能更加。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(shí)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(shí)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(zhǎng)一層摻雜基區(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，介質(zhì)層優(yōu)選為復(fù)合介質(zhì)層。復(fù)合介質(zhì)層從下到上依次氧化硅層104和氮化硅層106。其中，氧化硅為刻蝕停止層。如圖2所示，對(duì)氮化硅層106和氧化硅層104進(jìn)行光刻、刻蝕，形成犧牲發(fā)射極。如圖3所示，刻蝕外延基區(qū)102至集電區(qū)101，形成刻蝕結(jié)構(gòu)110。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(jìn)一步降低外基區(qū)電阻。如圖4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)電阻，摻雜濃度要盡量高，一般應(yīng)在1E19 lE21cm_3。如圖5所示，淀積氧化硅層112，采用CMP或者回刻的方法進(jìn)行平坦化，將犧牲發(fā)射極的氮化娃層106暴露出來(lái)。如圖6所示，濕法腐蝕掉犧牲發(fā)射極的氮化硅層106，然后淀積一層氮化硅，各向異性刻蝕成內(nèi)側(cè)墻114。如圖7所示，選擇性干法刻蝕或者濕法腐蝕掉發(fā)射極窗口沒(méi)有被內(nèi)側(cè)墻114覆蓋的氧化硅層104。如圖8所示，在所得結(jié)構(gòu)上淀積多晶層124。如圖9所示，依次對(duì)多晶層124和氧化硅層112進(jìn)行光刻、刻蝕，形成發(fā)射極。
如圖10所示，在外基區(qū)120和發(fā)射極表面淀積金屬，經(jīng)過(guò)退火形成金屬硅化物結(jié)構(gòu)128。所淀積的金屬可以是鈦、鈷或鎳中的一種，但不限于以上金屬。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(shí)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(jiǎn)練，成本低，操作簡(jiǎn)易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.ー種嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管，至少包括集電區(qū)、所述集電區(qū)上的基區(qū)和外基區(qū)、所述基區(qū)上的發(fā)射極、以及所述發(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エ藝生長(zhǎng)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.ー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制備第一摻雜類型的集電區(qū)； 4. 2在所得結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的基區(qū)； 4. 3在基區(qū)上依次制備第一介質(zhì)層； 4. 4光刻、刻蝕去除所述第一介質(zhì)層的裸露部分形成犧牲發(fā)射極； 4. 5刻蝕未被犧牲發(fā)射極覆蓋的基區(qū)，刻蝕厚度大于基區(qū)的厚度； 4. 6在刻蝕所得的結(jié)構(gòu)上制備第二摻雜類型的外基區(qū)； 4. 7淀積第二介質(zhì)層形成平坦表面，暴露犧牲發(fā)射極的上表面； 4. 8去除部分表層犧牲發(fā)射極，得到窗ロ ；在所述窗ロ的內(nèi)側(cè)壁制備內(nèi)側(cè)墻結(jié)構(gòu)； 4. 9去除未被內(nèi)側(cè)墻覆蓋的犧牲發(fā)射極； 4. 10淀積多晶層； 4. 11去除步驟4. 10中的多晶層和步驟4. 7中第二介質(zhì)層的邊緣部分，形成發(fā)射極； 4.12在外基區(qū)和發(fā)射極表面淀積金屬，形成金屬硅化物； 4.13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，其特征在干，步驟4. 2中制備基區(qū)的材質(zhì)是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。
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，其特征在干，步驟4. 3中第一介質(zhì)層為復(fù)合介質(zhì)層，所述復(fù)合介質(zhì)層包括淀積在基區(qū)表面的氧化硅層和淀積在氧化娃層表面的氮化娃層。
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，其特征在干，步驟4. 5中刻蝕基區(qū)時(shí)向側(cè)墻下方進(jìn)行鉆蝕。
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，其特征在干，步驟4. 6中的外基區(qū)使用外延生長(zhǎng)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。
9.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，其特征在干，步驟4. 12中淀積的金屬是鈦、鈷或鎳中的ー種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)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(wèn)題而設(shè)計(jì)。本發(fā)明嵌入式外延外基區(qū)雙極晶體管至少包括集電區(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工藝生長(zhǎng)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(shí)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(shí)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(jiǎn)練，成本低，操作簡(jiǎn)易，所得結(jié)構(gòu)性能良好。
文檔編號(hào)H01L29/732GK102651384SQ201210153410
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:清華大學(xué)