專利名稱：SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
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)中可實現(xiàn)較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實現(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，加上大多數(shù)化合物半導(dǎo)體有毒，限制了其應(yīng)用。硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(SiGe HBT)則是超高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與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。
常規(guī)的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。該器件工藝成熟可靠，但主要缺點有:1、集電區(qū)外延成本高；3、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SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，它可以有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，包括以下步驟:步驟一、采用深阱注入與襯底隔離以減小集電區(qū)漏電流；步驟二、制作N型和P型贗埋層和摻雜集電區(qū)，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質(zhì)，經(jīng)過熱處理后雜質(zhì)的擴(kuò)散，形成N和P型贗埋層；步驟三、利用P型襯底形成P型集電區(qū)，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟四、硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGeHBT集電區(qū)形成N型基區(qū)，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟五、利用硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT外延P型硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe基區(qū)形成發(fā)射區(qū)，并由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT基區(qū)引出。
本發(fā)明的有益效果在于:深阱自隔離結(jié)構(gòu)可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
步驟一中深阱注入雜質(zhì)為磷,注入劑量為Ie14 5e15cnT2，注入能量為500kev 3000kev ；P阱注入雜質(zhì)為硼，注入劑量為Ie12 5e13，注入能量為200kev 500kev。
步驟二中N型和P型贗埋層，PBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小于15keV低能量的P型注入，注入的雜質(zhì)為硼或氟化硼，作為P型集電區(qū)的連接；NBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小于15keV低能量的N型注入，注入的雜質(zhì)為磷，作為N型基區(qū)的連接。
步驟三中集電區(qū)和基區(qū):P型集電區(qū)利用P型襯底形成#型基區(qū)由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT集電區(qū)形成，注入的雜質(zhì)為N型的磷或砷，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
步驟四中發(fā)射區(qū):由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT外延P型SiGe基區(qū)形成，注入雜質(zhì)為硼或氟化硼，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
步驟五中集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)引出:集電區(qū)和基區(qū)由深接觸孔引出，發(fā)射區(qū)通過硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT基區(qū)引出。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的自隔離型垂直寄生PNP器件結(jié)構(gòu)示意圖2是寄生PNP管工作于正向放大區(qū)時輸出特性曲線示意圖2(a)是寄生PNP管工作于正向放大區(qū)時輸出特性曲線示意圖2(b)是未采用深阱自隔離結(jié)構(gòu)的寄生PNP管工作于正向放大區(qū)時，集電極電流IC和基極電流IB與基極-發(fā)射極電壓VBE的關(guān)系示意圖3 (a)是淺槽刻蝕、贗埋層(Pseudo Buried Layer)注入、淺槽填充之后的器件截面圖3(b)是N型深阱、P阱注入之后的器件截面圖3(c)是SiGe HBT集電區(qū)注入之后的器件截面圖3(d)是鍺硅外延之后的器件截面圖3(e)是接觸孔引出之后的器件截面圖。
附圖中附圖標(biāo)記說明:
1-P型襯底，2-淺槽隔離，3-P型贗埋層，4-N型贗埋層，5_N型深阱注入，6_P阱注入，7-SiGe HBT集電區(qū)注入，8_SiGe外延，9-深接觸孔，10-接觸孔，11-金屬連線，具體實施方式
本發(fā)明提出一種SiGe HBT工藝中的自隔離型垂直寄生PNP的器件，可用作高速、高增益HBT電路中的輸出器件，采用深阱注入與襯底隔離以減小集電區(qū)漏電流，無需額外的工藝條件即可實現(xiàn)為電路提供多一種器件選擇。其制作涉及SiGe HBT工藝中的贗埋層(Pseudo Buried Layer), SiGe外延以及HBT的發(fā)射集多晶娃。
PNP三極管的三個極端分別是基極(Base),發(fā)射極(Emitter)和集電極(Collector)。本發(fā)明的寄生PNP器件結(jié)構(gòu)如圖一所示，集電區(qū)利用P型襯底形成；N型基區(qū)由SiGe HBT集電區(qū)形成，發(fā)射區(qū)由SiGe HBT外延P型SiGe基區(qū)形成，集電區(qū)和基區(qū)均由贗埋層通過深接觸孔引出，發(fā)射極由SiGe HBT基區(qū)引出。
本發(fā)明的具體技術(shù)方案:
1.采用深阱注入與襯底隔離以減小集電區(qū)漏電流；
2.器件中沒有高能量的N/P阱注入和集電區(qū)外延層，取而代之的是制作N型和P型贗埋層(Pseudo Buried Layer)和摻雜集電區(qū)；
3.在淺槽隔離底部高劑量(Ie14 Ie16CnT2)、低能量(小于15keV)地注入硼離子或磷離子雜質(zhì)，經(jīng)過熱處理后雜質(zhì)的擴(kuò)散，形成N和P型贗埋層(NBL和PBL)；
4.P型集電區(qū)利用P型襯底形成，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；
5.N型基區(qū)由SiGe HBT集電區(qū)形成，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；
6.發(fā)射區(qū)的形成利用的是SiGe HBT外延P型SiGe基區(qū)，并由其引出。
該寄生PNP管輸出特性曲線良好，如圖2 (a)，厄利電壓達(dá)到了較高水平。
圖2(a)寄生PNP管工作于正向放大區(qū)時輸出特性曲線(VC為集電極電壓，IC為集電極電流)
圖2(b)未采用深阱自隔離結(jié)構(gòu)的寄生PNP管工作于正向放大區(qū)時，集電極電流IC和基極電流IB與基極-發(fā)射極電壓VBE的關(guān)系(以上電流電壓值均取絕對值)
由于該PNP管集電區(qū)由襯底形成，未采用深阱自隔離集電極漏電流較大，如圖2 (b)所示，而本發(fā)明提出的深阱自隔離結(jié)構(gòu)可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性倉泛。
本發(fā)明垂直寄生PNP的主要工藝步驟:
工藝步驟1:選用輕摻雜的P型襯底硅片1，用淺溝槽刻蝕作隔離工藝，在淺溝槽2刻蝕之后，分別進(jìn)行高劑量(Ie14 Ie16CnT2)、低能量(小于15keV)的N型和P型雜質(zhì)注入用以形成贗埋層(Pseudo Buried Layer) (NBL和PBL) (4，3)，其分別對應(yīng)本發(fā)明中PNP管的基區(qū)和集電區(qū)引出端，然后用二氧化硅填充淺槽(如圖3(a)所示)。
工藝步驟2:進(jìn)行N型深阱5注入及P阱6注入，(如圖3(b)所示)。
工藝步驟3:在有源區(qū)進(jìn)行SiGe HBT的集電區(qū)注入作為該PNP管的基區(qū)，(如圖3(c)所示)。
工藝步驟4:在有源區(qū)上方進(jìn)行SiGe外延，(如圖3(d)所示)。
工藝步驟5:穿過STI由深接觸孔引出N型贗埋層4和P型贗埋層3分別作為基極和集電極，發(fā)射極由SiGe HBT基區(qū)8引出，器件最后成型(如圖3(e)所示)。
本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、采用深阱注入與襯底隔離以減小集電區(qū)漏電流； 步驟二、制作N型和P型贗埋層和摻雜集電區(qū)，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質(zhì)，經(jīng)過熱處理后雜質(zhì)的擴(kuò)散，形成N和P型贗埋層； 步驟三、利用P型襯底形成P型集電區(qū)，由P型贗埋層通過深接觸孔引出； 步驟四、硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT集電區(qū)形成N型基區(qū)，由N型贗埋層通過深接觸孔弓I出； 步驟五、利用硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT外延P型硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe基區(qū)形成發(fā)射區(qū)，并由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT基區(qū)引出。
2.如權(quán)利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于， 步驟一中深阱注入雜質(zhì)為磷，注入劑量為Ie14 5e15Cm_2，注入能量為500kev 3000kev ；P阱注入雜質(zhì)為硼，注入劑量為Ie12 5e13，注入能量為200kev 500kev。
3.如權(quán)利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于， 步驟二中N型和P型贗埋層，PBL通過Ie14 le16cm_2高劑量、小于15keV低能量的P型注入，注入的雜質(zhì)為硼或氟化硼，作為P型集電區(qū)的連接；NBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小于15keV低能量的N型注入，注入的雜質(zhì)為磷，作為N型基區(qū)的連接。
4.如權(quán)利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于， 步驟三中集電區(qū)和基區(qū):p型集電區(qū)利用P型襯底形成；N型基區(qū)由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT集電區(qū)形成，注入的雜質(zhì)為N型的磷或砷，注入劑量為5en 5e13，注入能量為 50kev 500kev。
5.如權(quán)利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于， 步驟四中發(fā)射區(qū):由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT外延P型SiGe基區(qū)形成，注入雜質(zhì)為硼或氟化硼，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
6.如權(quán)利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，其特征在于， 步驟五中集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)引出:集電區(qū)和基區(qū)由深接觸孔引出，發(fā)射區(qū)通過硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT基區(qū)引出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的制造方法，包括以下步驟步驟一、采用深阱注入與襯底隔離以減小集電區(qū)漏電流；步驟二、制作N型和P型贗埋層和摻雜集電區(qū)，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質(zhì)，經(jīng)過熱處理后雜質(zhì)的擴(kuò)散，形成N和P型贗埋層；步驟三、利用P型襯底形成P型集電區(qū)，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟四、硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT集電區(qū)形成N型基區(qū)，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟五、利用硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT外延P型SiGe基區(qū)形成發(fā)射區(qū)，并由硅鍺異質(zhì)結(jié)雙極晶體管SiGe HBT基區(qū)引出。本發(fā)明可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
文檔編號H01L21/331GK103137471SQ20111037707
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者韓峰, 劉冬華, 段文婷, 錢文生, 胡君, 石晶 申請人:上海華虹Nec電子有限公司