專利名稱：自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
平面硅雙極晶體管是構(gòu)建模擬集成電路的傳統(tǒng)器件，但由于硅材料在速度上的先天劣勢(shì)，歷史上高頻高速應(yīng)用領(lǐng)域一直由神化鎵等III-V族化合物半導(dǎo)體器件主宰。窄禁帶鍺硅合金作為基區(qū)材料引入硅雙極晶體管得到的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，在高頻性能上有了很大的提高，同時(shí)還保持了硅基技術(shù)成本較低的優(yōu)勢(shì)，因此已經(jīng)廣泛應(yīng)用于射頻、微波和高速半導(dǎo)體器件基區(qū)集成電路領(lǐng)域，并部分替代了神化鎵等化合物半導(dǎo)體技木。雙極晶體管的基極電阻Rb和集電極-基極電容CB。一直是制約器件高頻性能進(jìn)ー 步提高的主要寄生參數(shù)，其對(duì)器件高頻性能指標(biāo)的影響可用如下簡(jiǎn)化的表達(dá)式描述。Zmax= /Γ
VMRbCbc其中，fT和fmax分別表示器件的截止頻率和最高振蕩頻率。此外，Rb還是雙極晶體管熱噪聲的主要來(lái)源。因此，為了提高器件的高頻性能和改善器件的噪聲性能，減小Rb —直是雙極晶體管器件與エ藝優(yōu)化的重要任務(wù)之一。采用發(fā)射區(qū)-外基區(qū)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，即保證器件重?fù)诫s外基區(qū)與發(fā)射區(qū)的間距不取決于而且一般來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)小于光刻允許的最小線寬或最小套刻間距，是減小Rb的有效途徑之
O對(duì)于通過(guò)外延方式生長(zhǎng)鍺硅基區(qū)的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)的器件結(jié)構(gòu)滿足了較厚的重?fù)诫s外基區(qū)與發(fā)射區(qū)相對(duì)位置的自對(duì)準(zhǔn)要求，因而成為當(dāng)今高性能自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管エ藝的標(biāo)準(zhǔn)器件結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)這種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)器件結(jié)構(gòu)的エ藝方案大致可分為兩類。一類的特點(diǎn)是自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)形成于基區(qū)外延之后，主要是借助平坦化工藝實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。另ー類首先淀積重?fù)诫s的多晶抬升外基區(qū)，并利用光刻和刻蝕エ藝形成發(fā)射區(qū)窗ロ，然后再利用選擇性外延エ藝在已形成的發(fā)射區(qū)窗口內(nèi)生長(zhǎng)基區(qū)外延層并與事先形成的重?fù)诫s外基區(qū)多晶懸臂對(duì)接。以上兩類技術(shù)方案的共同缺點(diǎn)是エ藝都比較復(fù)雜，前者需要昂貴的專用平坦化設(shè)備及エ藝，后者由于其對(duì)器件性能起決定作用的基區(qū)需要采用エ藝較難控制的選擇性外延的方法來(lái)生長(zhǎng)，從而可能引起相關(guān)的エ藝質(zhì)量控制問(wèn)題，例如基區(qū)與預(yù)成形外基區(qū)之間通過(guò)選擇性外延生長(zhǎng)的連接基區(qū)中有可能出現(xiàn)空洞等缺陷的問(wèn)題。因此，到目前為止，自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的器件結(jié)構(gòu)及其エ藝實(shí)現(xiàn)方案仍有待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述的缺陷，本發(fā)明提出一種エ藝簡(jiǎn)單且基極電阻Rb更小的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。為達(dá)到上述目的，一方面，本發(fā)明提出一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，所述晶體管主要包括Si集電區(qū)、局部介質(zhì)區(qū)、Si集電區(qū)和局部介質(zhì)區(qū)上方的基區(qū)、基區(qū)上方的重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)、重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)表面的發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層、發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗口下的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)、基區(qū)表面的基區(qū)低電阻金屬硅化物層、基區(qū)低電阻金屬硅化物層上方的重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)、重?fù)诫s的多晶硅抬升外基區(qū)表面的外基區(qū)低電阻金屬硅化物層、接觸孔介質(zhì)層、發(fā)射極金屬電極以及基極金屬電極；其中，所述基區(qū)由單晶鍺硅基區(qū)和多晶鍺硅基區(qū)組成；所述發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)由L形氧化硅層和氮化硅內(nèi)側(cè)墻構(gòu)成，所述基區(qū)低電阻金屬硅化物層一直延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)。另ー方面，本發(fā)明提供一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，所述方法至少包括下述步驟2. I制備第一導(dǎo)電類型的Si外延層，在所得Si外延層中形成局部介質(zhì)區(qū)，Si外延層中未形成局部介質(zhì)區(qū)的部分為Si集電區(qū)；2. 2在所得結(jié)構(gòu)上方制備第二導(dǎo)電類型的鍺硅基區(qū)，在對(duì)應(yīng)Si集電區(qū)的位置形成單晶鍺硅基區(qū)，在對(duì)應(yīng)局部介質(zhì)區(qū)的位置形成多晶鍺硅基區(qū)；2. 3淀積或?yàn)R射第一金屬層；2. 4淀積第一多晶娃層,形成重?fù)诫s的第二導(dǎo)電類型的第一多晶娃層；在所述第ー多晶娃層上淀積第一氧化娃層；2. 5有選擇性地先后去掉第一氧化娃層、第一多晶娃層和第一金屬層的中間部分，形成第一窗ロ，露出單晶鍺硅基區(qū)表面的中間部分；剩余的第一多晶硅層形成多晶硅抬升外基區(qū)。 2. 6淀積第二氧化硅層；2. 7淀積氮化硅層，再利用各向異性刻蝕方法在第一窗口內(nèi)邊緣形成氮化硅內(nèi)側(cè)
-回；2. 8去除未被氮化硅側(cè)墻覆蓋的第二氧化硅層，形成L形氧化硅層以及由L形氧化硅層和氮化硅側(cè)墻構(gòu)成的發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)，打開(kāi)所述發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗ロ，露出單晶鍺硅基區(qū)表面的中間部分；2. 9淀積第二多晶硅層，并將所述第二多晶硅層重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型的多晶硅層；2. 10將部分第二多晶娃層和部分第一氧化娃層刻蝕掉,形成重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)；2. 11通過(guò)先淀積氧化硅層再進(jìn)行各向異性刻蝕方法在多晶硅發(fā)射區(qū)和剰余的第一氧化硅層外側(cè)制備得到氧化硅外側(cè)墻；2. 12在所得結(jié)構(gòu)上淀積或?yàn)R射第二金屬層；2. 13第一金屬層分別與其所接觸的多晶鍺硅基區(qū)、部分單晶鍺硅基區(qū)和多晶硅抬升外基區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到基區(qū)低電阻金屬硅化物層；第二金屬層與其所接觸的重?fù)诫s的多晶硅抬升外基區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到外基區(qū)低電阻金屬硅化物層，第二金屬層與其所接觸的多晶硅發(fā)射區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層；步驟2. 10形成的重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗ロ向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)；
2. 14淀積孔介質(zhì)層，制備接觸孔，引出發(fā)射極金屬電極和基極金屬電極。特別是，步驟2. I中在Si外延層中制備局部介質(zhì)區(qū)的方法為挖槽再填充介質(zhì)材料或局部氧化。特別是，步驟2. 3中第一金屬層的材質(zhì)為鈦、鈷或鎳中的ー種；步驟2. 12中第二金屬層的材質(zhì)為鈦、鈷或鎳中的ー種。特別是,步驟2. 6中第二氧化娃層的厚度為5nm至50nm之間。特別是，步驟2. 7中氮化硅內(nèi)側(cè)墻的形成方法是先淀積氮化硅再進(jìn)行各向異性刻蝕，所述側(cè)墻的寬度在IOnm到500nm之間。特別是，步驟2. 9中將所述多晶硅層重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型多晶硅層的方法為在 淀積多晶硅層過(guò)程中采用原位摻雜的方法，或者在淀積之后采用劑量大于IO1Vcm2的離子注入的方法；特別是，步驟2. 13中形成基區(qū)低電阻金屬硅化物層、外基區(qū)低電阻金屬硅化物層和發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物的方法為利用一次或者多次快速熱退火エ藝。特別是，步驟2. 13中重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗ロ向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)的方法為利用上述形成基區(qū)低電阻金屬硅化物層、外基區(qū)低電阻金屬硅化物層和發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物的一次或多次快速熱退火エ藝，或者利用在此之前或者之后的快速熱退火或者其他熱擴(kuò)散推進(jìn)エ藝。本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基區(qū)低電阻金屬硅化物層完全覆蓋多晶鍺硅基區(qū)表面和部分覆蓋單晶鍺硅基區(qū)表面并一直延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)，從而使得基區(qū)低電阻金屬硅化物層與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)的距離為(考慮到重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)中雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗口外擴(kuò)散形成重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)過(guò)程中的雜質(zhì)橫向擴(kuò)散，此距離應(yīng)略微小于)由L形氧化硅層和氮化硅內(nèi)側(cè)墻構(gòu)成的發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)的寬度，即L形氧化硅層厚度和氮化硅內(nèi)側(cè)墻寬度之和。可見(jiàn)，所述距離不受光刻最小套準(zhǔn)間距尺寸的限制，而且可以通過(guò)優(yōu)化工藝充分減小這一距離，即實(shí)現(xiàn)了自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管器件結(jié)構(gòu)，能夠有效減小器件的基極電阻。本發(fā)明器件的多晶硅抬升外基區(qū)20的摻雜即便采用離子注入的方式，離子注入引起的損傷區(qū)域也可以保證遠(yuǎn)離單晶鍺硅基區(qū)14的中間部分(通過(guò)限制離子注入的能量來(lái)控制注入深度)，況且該多晶硅抬升外基區(qū)還可以采用完全不引入注入損傷的原位摻雜，所以這種器件結(jié)構(gòu)有利于抑制雜質(zhì)的TED (瞬態(tài)增強(qiáng)擴(kuò)散)、盡量減小單晶鍺硅基區(qū)14中通過(guò)外延原位摻雜的雜質(zhì)由于其后熱開(kāi)銷引起的雜質(zhì)再分布，從而保證優(yōu)良的器件性能。由于上述延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)、與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)間距足夠小的基區(qū)低電阻金屬硅化物層的薄層電阻非常小，通常遠(yuǎn)小于重?fù)诫s鍺硅基區(qū)的薄層電阻，所以與通常的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管相比，本發(fā)明器件可以獲得更小的基極電阻Rb，從而能夠進(jìn)ー步提高器件的噪聲和射頻微波功率性能。由于除了基區(qū)低電阻金屬硅化物層還在多晶硅抬升外基區(qū)表面形成了外基區(qū)低電阻金屬硅化物層，以及還在多晶硅發(fā)射區(qū)表面形成了發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層，因此不僅能夠更進(jìn)一步減小基極電阻，而且發(fā)射極電阻也得以有效減小，從而能夠更進(jìn)ー步提高器件的噪聲和射頻微波功率性能。本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法由于是利用金屬硅化物エ藝來(lái)實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)器件結(jié)構(gòu)，因而無(wú)需采用通常的自對(duì)準(zhǔn)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備過(guò)程中必需的復(fù)雜エ藝步驟，可以有效降低エ藝復(fù)雜度和制造成本。


圖I 圖14為本發(fā)明的エ藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。如圖14所示，本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管主要包括Si集電區(qū)10、局部介質(zhì)區(qū)12、Si集電區(qū)10和局部介質(zhì)區(qū)12之上的基區(qū)、基區(qū)上方的重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)29和發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)、重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)29表面的發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層36、發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗口下的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38、基區(qū)表面的基區(qū)低電阻金屬娃化物層32、基區(qū)低電阻金屬娃化物層32上方的重?fù)诫s多晶娃抬 升外基區(qū)20、重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)20表面的外基區(qū)低電阻金屬硅化物層34、接觸孔介質(zhì)層40、發(fā)射極金屬電極42以及基極金屬電極44。其中，基區(qū)由單晶鍺硅基區(qū)14和多晶鍺硅基區(qū)16組成；發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)由L形氧化硅層25和氮化硅內(nèi)側(cè)墻26構(gòu)成?；鶇^(qū)低電阻金屬硅化物層32 —直延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)。優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，基區(qū)低電阻金屬硅化物層32完全覆蓋多晶鍺硅基區(qū)16，局部覆蓋單晶鍺硅基區(qū)14。本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)因?yàn)橛山饘賹?8經(jīng)過(guò)硅化反應(yīng)生成的基區(qū)低電阻金屬硅化物32 —直延伸到由L形氧化硅層25和氮化硅側(cè)墻26構(gòu)成的發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)的外偵牝從而使得基區(qū)低電阻金屬硅化物層32與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38的間距等于(考慮到形成重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38過(guò)程中雜質(zhì)的橫向擴(kuò)散效應(yīng)，應(yīng)該略小干)L形氧化硅層25的厚度和氮化硅側(cè)墻26的寬度之和。無(wú)論是L形氧化硅層25的厚度還是氮化硅側(cè)墻26的寬度都與光刻エ藝無(wú)關(guān)，因而可以不受限于而且可以遠(yuǎn)小于最小光刻套準(zhǔn)間距。所以，基區(qū)低電阻金屬硅化物層32與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38的間距就可以不受限于而且可以遠(yuǎn)小于最小光刻套準(zhǔn)間距。因此，本發(fā)明所提出的金屬硅化物自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的器件結(jié)構(gòu)屬于自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，因而相比背景技術(shù)所涉及的普通非自對(duì)準(zhǔn)器件結(jié)構(gòu)可以獲得更小的基極電阻Rb。即使是背景技術(shù)涉及到的自對(duì)準(zhǔn)器件，往往也只能保證重?fù)诫s鍺硅基區(qū)與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)之間的自對(duì)準(zhǔn)，而不能保證基區(qū)低電阻金屬硅化物層與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)間距的最小化，而本發(fā)明提出的器件結(jié)構(gòu)直接保證了基區(qū)低電阻金屬硅化物層32與重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38的自對(duì)準(zhǔn)及其間距的最小化，由于低電阻金屬硅化物層的薄層電阻通常遠(yuǎn)小于重?fù)诫s鍺硅基區(qū)的薄層電阻，因此即使相比于背景技術(shù)所涉及的自對(duì)準(zhǔn)器件，本發(fā)明提出的器件仍然可以進(jìn)ー步減小基極電阻Rb，進(jìn)而能夠進(jìn)ー步優(yōu)化器件的速度、噪聲和射頻微波功率性能。制備本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的步驟如下如圖I所示，在半導(dǎo)體襯底(圖中未畫)上面制備第一導(dǎo)電類型的Si外延層。為了減小基區(qū)與集電區(qū)之間的電容ら。，可通過(guò)挖淺槽再填充介質(zhì)材料的辦法或局部氧化的方法在Si外延層中的部分區(qū)域內(nèi)形成局部介質(zhì)區(qū)12。局部介質(zhì)區(qū)12 —般為氧化硅，但并不限于此。形成局部介質(zhì)區(qū)12之后的剰余的第一導(dǎo)電類型的Si外延層區(qū)域成為Si集電區(qū)10。如圖2所示，通過(guò)外延生長(zhǎng)和原位摻雜的方法形成第二導(dǎo)電類型的鍺硅基區(qū)，SP在Si集電區(qū)10上面得到第二導(dǎo)電類型的單晶鍺硅(一般是包含硅和鍺硅的多層外延材料)基區(qū)14，在局部介質(zhì)區(qū)12上面得到第二導(dǎo)電類型的多晶鍺硅(一般是包含硅和鍺硅的多層多晶材料)基區(qū)16。如圖3所示，淀積或?yàn)R射第一金屬層18，該金屬可以是但不限于是鈦、鈷或鎳，厚度在5nm到500nm之間。如圖4所示，淀積第一多晶硅層20，通過(guò)其后劑量大于IO1Vcm2的離子注入或在上述淀積過(guò)程中采用原位摻雜的方法將其重?fù)诫s為第二導(dǎo)電類型的第一多晶硅層20 ;在該第一多晶娃層20上淀積第一氧化娃層22 ；如圖5所不,通過(guò)光刻エ藝有選擇性地先后去掉第一氧化娃層22、第一多晶娃層20和第一金屬層18的中間部分,形成第一窗ロ 21,露出下面的單晶鍺娃基區(qū)14的中間部分。剰余的第一多晶硅層稱之為多晶硅抬升外基區(qū)。如圖6所示,淀積第二氧化娃層24,厚度在5nm到50nm之間。如圖7所示，通過(guò)先淀積ー層氮化硅、然后再利用各向異性刻蝕的方法在第一窗ロ 21的邊緣形成氮化硅內(nèi)側(cè)墻26，該氮化硅內(nèi)側(cè)墻26寬度在IOnm到500nm之間。如圖8所示，在氮化硅內(nèi)側(cè)墻26的掩蔽下，利用濕法腐蝕去除第二氧化硅層24未被氮化硅內(nèi)側(cè)墻26覆蓋的部分，形成由L形氧化硅層25以及由L形氧化硅層25和氮化硅內(nèi)側(cè)墻26構(gòu)成的發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)，打開(kāi)由發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗ロ，再次露出單晶鍺硅基區(qū)14的中間部分。如圖9所示，淀積第二多晶硅層28，并通過(guò)其后的劑量大于IO1Vcm2的離子注入或在上述淀積過(guò)程中采用原位摻雜的方法將其重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型的第二多晶硅層28。如圖10所不,通過(guò)光刻エ藝先后將部分多晶娃層28和部分第一氧化娃層22刻蝕掉，形成重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶娃發(fā)射區(qū)29。如圖11所示，通過(guò)先淀積ー層氧化硅、然后在利用各向異性刻蝕的方法形成氧化硅外側(cè)墻30。如圖12所示，淀積或?yàn)R射第二金屬層31，該金屬層的材質(zhì)可以是但不限于是鈦、鈷或鎳。如圖13所示，利用一次或多次快速熱退火エ藝，使第一金屬層18與下面接觸的部分單晶錯(cuò)娃基區(qū)14、多晶錯(cuò)娃基區(qū)16以及與上面接觸的多晶娃抬升外基區(qū)20發(fā)生娃化反應(yīng)，最終形成基區(qū)低電阻金屬硅化物層32，該基區(qū)低電阻金屬硅化物層32可以是但不限于鈦硅化物、鈷硅化物或鎳硅化物。第二金屬層31與其所接觸的重?fù)诫s的多晶硅抬升外基區(qū)20發(fā)生硅化反應(yīng)得到外基區(qū)低電阻金屬硅化物層34，第二金屬層31與其所接觸的多晶硅發(fā)射區(qū)29發(fā)生硅化反應(yīng)得到發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層36。 與此同時(shí)、或先于、或后于上述金屬硅化物エ藝，利用熱退火エ藝或者熱擴(kuò)散推進(jìn)エ藝使重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)29中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗ロ向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38。如圖14所示，可采用常規(guī)的半導(dǎo)體器件及其集成電路后道エ藝，包括接觸孔介質(zhì)層淀積、接觸孔光刻和刻蝕、以及互連金屬層濺射、光刻和刻蝕等等，最終完成器件制備的エ藝流程，其中40為接觸孔介質(zhì)層、42和44分別為發(fā)射極金屬電極和基極金屬電極?？紤]到本發(fā)明對(duì)集電極引出方式?jīng)]有任何限制，因此在以上具體實(shí)施方案エ藝流程圖中均未演示集電區(qū)的引出電極。實(shí)際上，如果襯底(圖中未畫出)是重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的Si晶圓的話，集電極可從重?fù)诫s的襯底背面引出；如果襯底是第二導(dǎo)電類型的Si晶圓的話，則集電極可通過(guò)在第二導(dǎo)電類型襯底上 面形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s埋層及重?fù)诫s集電極Sinker等常規(guī)エ藝，最終利用金屬連線從晶圓正面引出。本發(fā)明提出的器件制備エ藝非常簡(jiǎn)單，因此具備器件加工制造エ藝復(fù)雜度低、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選實(shí)施例如圖I至14所示，半導(dǎo)體襯底構(gòu)成的Si外延層中通過(guò)挖淺槽再填充介質(zhì)材料的辦法在表面形成局部介質(zhì)區(qū)12，沒(méi)有形成局部介質(zhì)區(qū)的部分形成了 Si集電區(qū)10。局部介質(zhì)區(qū)12的材質(zhì)為氧化硅。在Si集電區(qū)上面得到包含硅和鍺硅的多層外延材料的第二導(dǎo)電類型的單晶鍺硅基區(qū)14，在局部介質(zhì)區(qū)12上面得到包含硅和鍺硅的多層多晶材料的第二導(dǎo)電類型的多晶鍺硅基區(qū)16。濺射第一鈦金屬層18 ;淀積并原位摻雜得到重?fù)诫s的第二導(dǎo)電類型的第一多晶娃層20 ;在所得結(jié)構(gòu)上淀積第一氧化娃層22。通過(guò)光刻エ藝有選擇性地先后去掉第一氧化娃層22、第一多晶娃層20和第一鈦金屬層18的中間部分,打開(kāi)第一窗ロ 21,露出下面的單晶錯(cuò)娃基區(qū)14的中間部分。剩余的第一多晶娃層稱之為多晶娃抬升外基區(qū)。淀積IOnm厚的第二氧化硅層24。通過(guò)先淀積ー層氮化硅、然后再利用各向異性刻蝕的方法在窗ロ的邊緣形成氮化硅內(nèi)側(cè)墻26，該內(nèi)側(cè)墻寬度為lOOnm。在氮化硅內(nèi)側(cè)墻26的掩蔽下，利用濕法腐蝕去除第二氧化硅層24未被氮化硅內(nèi)側(cè)墻26覆蓋的部分，從而打開(kāi)發(fā)射區(qū)窗ロ，再次露出單晶鍺硅基區(qū)14的中間部分。淀積第ニ多晶硅層28，并通過(guò)其后的劑量為5 X IO1Vcm2的離子注入將其重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型的第二多晶娃層28。通過(guò)光刻エ藝先后將部分第二多晶娃層28和部分第一氧化娃層22刻蝕掉，形成重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶娃發(fā)射區(qū)29。通過(guò)先淀積氧化硅層再進(jìn)行各向異性刻蝕方法在多晶硅發(fā)射區(qū)29和剰余的第一氧化硅層22外側(cè)制備得到氧化硅外側(cè)墻30 ;在所得結(jié)構(gòu)上濺射第二鈦金屬層31。利用多次快速熱退火エ藝使第一金屬層18與下面接觸的部分單晶鍺硅基區(qū)14和多晶鍺硅基區(qū)16以及與上面接觸的多晶硅抬升外基區(qū)20發(fā)生硅化反應(yīng)，形成基區(qū)低電阻鈦硅化物層32。第二金屬層31與其所接觸的重?fù)诫s的多晶硅抬升外基區(qū)20發(fā)生硅化反應(yīng)得到外基區(qū)低電阻鈦硅化物層34，第二金屬層31與其所接觸的多晶硅發(fā)射區(qū)29發(fā)生硅化反應(yīng)得到發(fā)射區(qū)低電阻鈦硅化物層36。與此同時(shí)，利用熱退火エ藝使重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)29中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗ロ向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)38。淀積接觸孔介質(zhì)層40，進(jìn)行接觸孔光刻和刻蝕；完成互連金屬層濺射、光刻和刻蝕，形成發(fā)射極金屬電極42和基極金屬電極44。最終完成器件制備的エ藝流程。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
1.一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，所述晶體管主要包括Si集電區(qū)、局部介質(zhì)區(qū)、Si集電區(qū)和局部介質(zhì)區(qū)上方的基區(qū)、基區(qū)上方的重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)和發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)、重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)表面的發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層、發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗口下的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)、基區(qū)表面的基區(qū)低電阻金屬硅化物層、基區(qū)低電阻金屬硅化物層上方的重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)、重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)表面的外基區(qū)低電阻金屬硅化物層、接觸孔介質(zhì)層、發(fā)射極金屬電極以及基極金屬電極；其中，所述基區(qū)由單晶鍺硅基區(qū)和多晶鍺硅基區(qū)組成；所述發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)由L形氧化硅層和氮化硅內(nèi)側(cè)墻構(gòu)成，其特征在于所述基區(qū)低電阻金屬硅化物層一直延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)。
2.一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，所述方法至少包括下述步驟 2. I制備第一導(dǎo)電類型的Si外延層，在所得Si外延層中形成局部介質(zhì)區(qū)，Si外延層中未形成局部介質(zhì)區(qū)的部分為Si集電區(qū)； 2. 2在所得結(jié)構(gòu)上方制備第二導(dǎo)電類型的鍺硅基區(qū)，在對(duì)應(yīng)Si集電區(qū)的位置形成單晶鍺硅基區(qū)，在對(duì)應(yīng)局部介質(zhì)區(qū)的位置形成多晶鍺硅基區(qū)； 2. 3淀積或?yàn)R射第一金屬層； 2. 4淀積第一多晶娃層,形成重?fù)诫s的第二導(dǎo)電類型的第一多晶娃層；在所述第一多晶硅層上淀積第一氧化硅層； 2. 5有選擇性地先后去掉第一氧化娃層、第一多晶娃層和第一金屬層的中間部分,形成第一窗口，露出單晶鍺硅基區(qū)表面的中間部分；剩余的第一多晶硅層形成多晶硅抬升外基區(qū)。
2. 6淀積第二氧化硅層； 2. 7淀積氮化硅層，再利用各向異性刻蝕方法在第一窗口內(nèi)邊緣形成氮化硅內(nèi)側(cè)墻； 2. 8去除未被氮化硅側(cè)墻覆蓋的第二氧化硅層，形成L形氧化硅層以及由L形氧化硅層和氮化硅內(nèi)側(cè)墻構(gòu)成的發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)，打開(kāi)所述發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)圍成的發(fā)射區(qū)窗口，露出單晶鍺硅基區(qū)表面的中間部分； 2. 9淀積第二多晶硅層，并將所述第二多晶硅層重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型的多晶硅層； 2.10將部分第二多晶娃層和部分第一氧化娃層刻蝕掉,形成重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)； 2.11通過(guò)先淀積氧化硅層再進(jìn)行各向異性刻蝕方法在多晶硅發(fā)射區(qū)和剩余的第一氧化硅層外側(cè)制備得到氧化硅外側(cè)墻； 2.12在所得結(jié)構(gòu)上淀積或?yàn)R射第二金屬層； 2.13第一金屬層分別與其所接觸的多晶鍺硅基區(qū)、部分單晶鍺硅基區(qū)和多晶硅抬升外基區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到基區(qū)低電阻金屬硅化物層；第二金屬層與其所接觸的重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到外基區(qū)低電阻金屬硅化物層，第二金屬層與其所接觸的多晶硅發(fā)射區(qū)發(fā)生硅化反應(yīng)得到發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層；步驟2. 10形成的重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗口向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)； 2.14淀積孔介質(zhì)層，制備接觸孔，引出發(fā)射極金屬電極和基極金屬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. I中在Si外延層中制備局部介質(zhì)區(qū)的方法為挖槽再填充介質(zhì)材料或局部氧化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 3中第一金屬層的材質(zhì)為鈦、鈷或鎳中的一種；步驟2. 12中第二金屬層的材質(zhì)為鈦、鈷或鎳中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 6中第二氧化娃層的厚度為5nm至50nm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 7中氮化硅內(nèi)側(cè)墻的形成方法是先淀積氮化硅再進(jìn)行各向異性刻蝕，所述側(cè)墻的寬度在IOnm到500nm之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 9中將所述多晶硅層重?fù)诫s為第一導(dǎo)電類型多晶硅層的方法為在淀積多晶硅層過(guò)程中采用原位摻雜的方法，或者在淀積之后采用劑量大于IO1Vcm2的離子注入的方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 13中形成基區(qū)低電阻金屬硅化物層、外基區(qū)低電阻金屬硅化物層和發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物的方法為利用一次或者多次快速熱退火工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟2. 13中重?fù)诫s的第一導(dǎo)電類型的多晶硅發(fā)射區(qū)中的雜質(zhì)通過(guò)發(fā)射區(qū)窗口向下外擴(kuò)散形成第一導(dǎo)電類型的重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)的方法為利用上述形成基區(qū)低電阻金屬硅化物層、外基區(qū)低電阻金屬硅化物層和發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物的一次或多次快速熱退火工藝，或者利用在此之前或者之后的快速熱退火或者其他熱擴(kuò)散推進(jìn)工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，為解決現(xiàn)有產(chǎn)品基極電阻RB大等缺陷而設(shè)計(jì)。本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管主要包括Si集電區(qū)、局部介質(zhì)區(qū)、基區(qū)、基區(qū)低電阻金屬硅化物層、重?fù)诫s多晶硅抬升外基區(qū)、外基區(qū)低電阻金屬硅化物層、重?fù)诫s多晶硅發(fā)射區(qū)、發(fā)射區(qū)低電阻金屬硅化物層、發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)、重?fù)诫s單晶發(fā)射區(qū)?；鶇^(qū)低電阻金屬硅化物層延伸至發(fā)射區(qū)-基區(qū)隔離介質(zhì)區(qū)外側(cè)。本發(fā)明公開(kāi)一種自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管制備方法，用于制備上述雙極晶體管。本發(fā)明自對(duì)準(zhǔn)抬升外基區(qū)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制備方法有效地降低了基極電阻RB，工藝步驟簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102683395SQ20121016081
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者付軍, 劉志弘, 吳正立, 崔杰, 張偉, 李高慶, 王玉東, 趙悅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)