CN102386219B - SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，包括基区、集电区和发射区。基区形成有源区中且基区底部延伸进入浅槽场氧的底部；集电区由形成于基区左右两侧的浅槽场氧的底部的并和基区相连接的两个P型赝埋层组成。基区通过N型深阱和二个N型赝埋层相连通，N型赝埋层形成于浅槽场氧的底部并和P型赝埋层相隔一距离。通过深孔接触和P型赝埋层、N型赝埋层相连接分别引出集电极和基极。发射区有形成于有源区上的P型锗硅外延层组成。本发明公开了一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。本发明能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，能有效缩小器件面积、提高器件的频率特性。

Description

SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管及制造方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管；本发明还涉及一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。 

背景技术

在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS虽然在先进的工艺技术中可实现较高频率，但还是难以完全满足射频要求，如很难实现40GHz以上的特征频率，而且先进工艺的研发成本也是非常高；化合物半导体可实现非常高的特征频率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺点，加上大多数化合物半导体有毒，限制了其应用。锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)则是超高频器件的很好选择，首先其利用锗硅(SiGe)与硅(Si)的能带差别，提高发射区的载流子注入效率，增大器件的电流放大倍数；其次利用SiGe基区的高掺杂，降低基区电阻，提高特征频率；另外SiGe工艺基本与硅工艺相兼容，因此SiGe HBT已经成为超高频器件的主力军。 

现有SiGe HBT采用高掺杂的集电区埋层，以降低集电区电阻，另外采用深槽隔离降低集电区和衬底之间的寄生电容，改善HBT的频率特性。该器件工艺成熟可靠，但主要缺点有：1、集电区外延成本高；2、深槽隔离工艺复杂，而且成本较高。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，能用作高速、高增益异质结双极晶体管(HBT)电路中的输出器件，能有效地缩小器件面积、降低器件的寄生电阻、提高器件的频率特性；为此，本发明还提供一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管形成于P型硅衬底上的N型深阱中，有源区由浅槽场氧隔离即浅沟槽隔离(STI)，所述N型深阱由一N型离子注入区组成，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm^-2～5e14cm^-2。所述寄生横向型PNP三极管包括： 

一基区，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区的底部在横向上延伸进入所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部。所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。 

一集电区，由形成于所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部的两个P型赝埋层组成，两个所述P型赝埋层各自位于所述基区左侧或右侧的所述浅槽场氧的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层为P型离子注入区，各所述P型赝埋层的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧的宽度，各所述P型赝埋层都和其旁侧的所述基区延伸进入所述浅槽场氧的底部的部分相连接形成所述集电区和所述基区的接触，通过在各所述P型赝埋层顶部的 所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极。所述P型赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

二个N型赝埋层，各所述N型赝埋层各自位于所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部且呈对称结构、且和所述基区左右两侧的所述P型赝埋层相隔一距离，各所述N型赝埋层为N型离子注入区，各所述N型赝埋层的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧的宽度，各所述N型赝埋层通过所述N型深阱和所述基区形成通路并通过在各所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中做深孔接触引出基极。所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

一发射区，由形成于所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述发射区和所述基区形成接触并通过形成于所述发射区顶部的金属接触引出发射极。 

为解决上述技术问题，本发明提供的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法包括如下步骤： 

步骤一、采用刻蚀工艺在P型硅衬底上进行N型离子注入形成N型深阱，形成有源区和浅沟槽。所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm^-2～5e14cm^-2。 

步骤二、在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行P型离子注入形成两个P型赝埋层，两个所述P型赝埋层各自位于所述有源区左侧或右侧的所述浅沟槽的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层的宽度小于所述浅沟槽的宽度且所述有源区边缘相隔一距离。形成各所述P型赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂 量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

步骤三、在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行N型离子注入形成两个呈对称结构的N型赝埋层；各所述N型赝埋层各自位于所述有源区左右两侧的所述浅槽场氧的底部、且和所述有源区左右两侧的所述P型赝埋层相隔一距离，各所述N型赝埋层的宽度小于所述浅沟槽的宽度，各所述P型赝埋层位于靠近所述有源区的一端、各所述N型赝埋层位于远离所述有源区的一端。所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

步骤四、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。 

步骤五、在所述有源区中进行N型离子注入形成基区，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区的底部在横向上延伸进入所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部。所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。 

步骤六、在所述P型硅衬底上形成一P型锗硅外延层并刻蚀所述有源区外部的所述P型锗硅外延层，以保留于所述有源区上部的所述P型锗硅外延层作为所述发射区。

步骤七、在所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出基极；在所述P型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极；在所述发射区形成一金属接触引出发射极。 

本发明能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，器件的最大电流增益能达到20以上；本发明通过先进的深孔接触工艺与N型赝埋层、P 型赝埋层直接接触，来引出本器件的集电极和基极，器件的面积与现有结构相比有效的减小了；由于N型赝埋层、P型赝埋层是高浓度参杂，寄生的电阻也随之减小，从而能提高器件的频率特性；本发明较易实现器件的电流增益的调节，如即可以通过调节基区N型离子注入剂量来调节，也可以通过所述基区的底部延伸进入所述浅槽场氧的底部的距离来调节，从而能够得到大于20的较高的电流增益。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 

图1是本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管结构示意图； 

图2～图5是本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法的各步骤中器件的结构图； 

图6A是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管输入特性曲线； 

图6B是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管电流增益曲线。 

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管结构示意图。本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管形成于P型硅衬底1上的N型深阱2中，有源区由浅槽场氧3隔离，所述N型深阱2由一N型离子注入区组成，所述N型深阱2的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12 cm^-2～5e14cm^-2。所述寄生横向型PNP三极管包括： 

一基区6，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述基区6的纵向深度大于所述浅槽场氧3底部的深度，所述基区6的底部在横向上延伸进入所述基区6左右两侧的所述浅槽场氧3的底部。所述基区6的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。 

一集电区，由形成于所述基区6左右两侧的所述浅槽场氧3的底部的两个P型赝埋层4组成，两个所述P型赝埋层4各自位于所述基区6左侧或右侧的所述浅槽场氧3的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层4为P型离子注入区，各所述P型赝埋层4的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧3的宽度，各所述P型赝埋层4都和其旁侧的所述基区6延伸进入所述浅槽场氧3的底部的部分相连接形成所述集电区和所述基区6的接触，通过在各所述P型赝埋层4顶部的所述浅槽场氧3中形成深孔接触8引出集电极。所述P型赝埋层4的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

二个N型赝埋层5，各所述N型赝埋层5各自位于所述基区6左右两侧的所述浅槽场氧3的底部且呈对称结构、且和所述基区6左右两侧的所述P型赝埋层4相隔一距离，各所述N型赝埋层5为N型离子注入区，各所述N型赝埋层5的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧3的宽度，各所述N型赝埋层5通过所述N型深阱2和所述基区6形成通路并通过在各所述N型赝埋层5顶部的所述浅槽场氧3中做深孔接触8引出基极。所述N型赝埋层5的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量 为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

一发射区7，由形成于所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述发射区7和所述基区6形成接触并通过形成于所述发射区顶部的金属接触9引出发射极。金属连线10用于和各金属接触9、深孔接触8连接，实现电路的互连。 

如图2至图5所示，是本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法的各步骤中器件的结构图。本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法包括如下步骤： 

步骤一、如图2所示，采用刻蚀工艺在P型硅衬底1上进行N型离子注入形成N型深阱2，形成有源区和浅沟槽。所述N型深阱2的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm^-2～5e14cm^-2。 

步骤二、如图3所示，在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行P型离子注入形成两个P型赝埋层4，两个所述P型赝埋层4各自位于所述有源区左侧或右侧的所述浅沟槽的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层4的宽度小于所述浅沟槽的宽度且所述有源区边缘相隔一距离。形成各所述P型赝埋层4的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

步骤三、如图3所示，在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行N型离子注入形成两个呈对称结构的N型赝埋层5；各所述N型赝埋层5各自位于所述有源区左右两侧的所述浅槽场氧的底部、且和所述有源区左右两侧的所述P型赝埋层4相隔一距离，各所述N型赝埋层5 的宽度小于所述浅沟槽的宽度，各所述P型赝埋层4位于靠近所述有源区的一端、各所述N型赝埋层5位于远离所述有源区的一端。所述N型赝埋层5的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。 

步骤四、如图3所示，在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧3。 

步骤五、如图4所示，在所述有源区中进行N型离子注入形成基区6，所述基区6的纵向深度大于所述浅槽场氧3底部的深度，所述基区6的底部在横向上延伸进入所述基区6左右两侧的所述浅槽场氧3的底部。所述基区6的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。 

步骤六、如图5所示，在所述P型硅衬底1上形成一P型锗硅外延层并刻蚀所述有源区外部的所述P型锗硅外延层，以保留于所述有源区上部的所述P型锗硅外延层作为所述发射区7。 

步骤七、如图1所示，在所述N型赝埋层5顶部的所述浅槽场氧3中形成深孔接触8引出基极；在所述P型赝埋层4顶部的所述浅槽场氧3中形成深孔接触8引出集电极；在所述发射区形成一金属接触9引出发射极。最后形成金属连线10实现和各金属接触9、深孔接触8连接并实现电路的互连。 

本发明实施例能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，器件的最大电流增益能达到20以上。本发明实施例通过先进的深孔接触工艺与N型赝埋层、P型赝埋层直接接触，来引出本器件的集电极和基极，器件的面积与现有结构相比有效的减小了。由于N型赝埋层、P型赝埋层是高浓 度参杂，寄生的电阻也随之减小，从而能提高器件的频率特性。如图6A所示，是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管输入特性曲线；可以看出器件具有较小的基极和集电极的寄生电阻，从而能提高器件的频率特性。另外，本发明实施例较易实现器件的电流增益的调节，如即可以通过调节基区N型离子注入剂量来调节，也可以通过所述基区的底部延伸进入所述浅槽场氧的底部的距离来调节，从而能够得到大于20的较高的电流增益。如图6B所示，是TCAD模拟的本发明实施例SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管电流增益曲线。可以看出，本发明实施例器件的电流增益大于20

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述寄生横向型PNP三极管形成于P型硅衬底上的N型深阱中，有源区由浅槽场氧隔离，包括：

一基区，由形成于所述有源区中的N型离子注入区组成，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区的底部在横向上延伸进入所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部；

一集电区，由形成于所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部的两个P型赝埋层组成，两个所述P型赝埋层各自位于所述基区左侧或右侧的所述浅槽场氧的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层为P型离子注入区，各所述P型赝埋层的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧的宽度，各所述P型赝埋层都和其旁侧的所述基区延伸进入所述浅槽场氧的底部的部分相连接形成所述集电区和所述基区的接触，通过在各所述P型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极；

二个N型赝埋层，各所述N型赝埋层各自位于所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部且呈对称结构、且和所述基区左右两侧的所述P型赝埋层相隔一距离，各所述N型赝埋层为N型离子注入区，各所述N型赝埋层的宽度小于其顶部的所述浅槽场氧的宽度，各所述N型赝埋层通过所述N型深阱和所述基区形成通路并通过在各所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中做深孔接触引出基极；

一发射区，由形成于所述有源区上的一P型锗硅外延层组成，所述发射区和所述基区形成接触并通过形成于所述发射区顶部的金属接触引出发射极。

2.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

3.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述N型深阱由一N型离子注入区组成，所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm^-2～5e14cm^-2。

4.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

5.如权利要求1所述的SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管，其特征在于：所述P型赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

6.一种SiGe HBT工艺中的寄生横向型PNP三极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、采用刻蚀工艺在P型硅衬底上进行N型离子注入形成N型深阱，形成有源区和浅沟槽；

步骤二、在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行P型离子注入形成两个P型赝埋层，两个所述P型赝埋层各自位于所述有源区左侧或右侧的所述浅沟槽的底部且呈对称结构，各所述P型赝埋层的宽度小于所述浅沟槽的宽度且所述有源区边缘相隔一距离；

步骤三、在所述有源区左右两侧的所述浅沟槽底部选定区域进行N型离子注入形成两个呈对称结构的N型赝埋层；各所述N型赝埋层各自位于所述有源区左右两侧的所述浅沟槽的底部、且和所述有源区左右两侧的所述P型赝埋层相隔一距离，各所述N型赝埋层的宽度小于所述浅沟槽的宽度，各所述P型赝埋层位于靠近所述有源区的一端、各所述N型赝埋层位于远离所述有源区的一端；

步骤四、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧；

步骤五、在所述有源区中进行N型离子注入形成基区，所述基区的纵向深度大于所述浅槽场氧底部的深度，所述基区的底部在横向上延伸进入所述基区左右两侧的所述浅槽场氧的底部；

步骤六、在所述P型硅衬底上形成一P型锗硅外延层并刻蚀所述有源区外部的所述P型锗硅外延层，以保留于所述有源区上部的所述P型锗硅外延层作为发射区；

步骤七、在所述N型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出基极；在所述P型赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成深孔接触引出集电极；在所述发射区形成一金属接触引出发射极。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤一中所述N型深阱的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为500kev～2000kev、剂量为1e12cm^-2～5e14cm^-2。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤二中形成各所述P型赝埋层的P型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤三中所述N型赝埋层的N型离子注入的工艺条件为：注入能量小于15keV、注入剂量为1e14cm^-2～1e16cm^-2。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤五中所述基区的N型离子注入的工艺条件为：注入杂质为P、注入能量为50kev～500kev、剂量为5e11cm^-2～5e13cm^-2。

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