專利名稱：雙極晶體管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有基板和包含一個雙極晶體管的半導體主體 的半導體器件，該雙極晶體管有第一導電類型的發射極區域、與第一
導電類型相反的第二導電類型的基極區以及所述第一導電類型的集 電極區，發射極區域包含一個提供了一個隔離層的臺面形發射極連接 區域，以及鄰近該隔離層的包含多晶硅的導電區域的基極連接區。這
樣的晶體管非常適于形成RF (射頻)電路。本發明還涉及制造這樣 器件的方法。
背景技術：
從美國專利US-B-6， 440， 810中可以知道這樣的器件和方法。所 述文獻描述了一種有雙極晶體管的半導體器件，該雙極晶體管包含有 臺面形發射極連接區域的發射極區域，在其周圍形成一個隔離層，基 極連接區域包括位于鄰近隔離層的一個多晶硅的導電區域。通過在包 含多晶硅導電層的層結構上開口，在開口的壁上和開口的底部的鄰近 部分提供隔離層，并在那里形成一個同樣的多晶硅發射極連接區域， 來形成晶體管的發射極。半導體主體是一個與其中包含的摻雜物相反 的導電類型，通過所述的摻雜物原子的向外擴散，在半導體主體的底 部形成一個實際的發射極區域。為了防止位于在多晶硅層中的開口下 面的半導體主體部分在所述的開口蝕刻過程中被影響到和/或者變得 粗糙，在多晶硅層和半導體層的底部之間提供一個氧化層作為蝕刻停 止層。當蝕刻到氧化層時，可以停止多晶硅層的蝕刻，在開口內的氧 化層可以很容易地和有選擇性地被再次去除。在發射極連接區外面， 通過適合的熱處理可以再次去除薄的氧化層，同時至少通過分解所述 層來消除所述層不需要的電絕緣特性。
由于絕緣層必須非常的薄，不然就難以通過熱處理的方法再次
將其分解，因此，已知晶體管的一個缺點是它非常難以制造。分解一 個厚氧化層所需要的熱處理溫度會導致晶體管的摻雜分布由于熱擴 散而移動。這和獲得一個有良好RF特性的晶體管的目的相矛盾，因 為這樣的晶體管必須有很小的橫向尺寸。這不但適用于晶體管自身， 而且還適用于它的子區域，特別適用于它的摻雜分布。在局部提供一 個厚的絕緣層，也就是大約在發射極連接區域的位置形成一個厚的絕 緣層，在這個方面沒有什么用處。如果這樣，由于在需要(局部)去 除絕緣層的地方能夠接觸到絕緣層，因此將不再需要用以分解絕緣層 的熱處理，但是，在局部提供這樣一個層就必須使用定位公差，其結 果是諸如器件的基極和發射極(連接區域)之間的間隔之類的這些子 區域的最小尺寸就會再次增加。后者與所針對的目的不一致。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一個具有雙極晶體管的半導體器件， 該半導體器件不存在上述的問題并因此易于制造，但卻擁有卓越的
RF特性。
為了達到該目的，背景技術中提及的種類的半導體器件所擁有 的特征是基極連接區域包含一個另外的導電區域，其位于基極區和多 晶硅導電區域之間并由這樣一種材料制成，多晶硅的導電區域相對于 該材料是可選擇性地蝕刻的。
本發明首先基于這樣的理解如果基極區連接區域包含所述導 電區域之外另外的導電區域，相對于另外的導電區域，該導電區域是 可以選擇性地蝕刻的，因為這樣的另外的導電區域在基極區連接區域 的出現可能不是缺陷，甚至可能是一個重要的優點，所以不需要熱處 理。而且，本發明還基于這樣的理解在發射極連接區域的這樣的區 域結構和物質特性在形成發射連接區域和發射極區域方面也是有用 的。在這個方面的另外一個因素是例如利用所述的隔離層可以很容易 地防止發射極(連接區域)和基極(連接區域)之間的短路。在靠近 開口的壁部和在與壁部連接的底部部分上提供隔離層之前，通過去除 在硅層開口中的導電層，可以很容易地防止短路。
因此， 一方面，可以很容易地制造按照本發明的器件，另一方 面，可以很容易地實現卓越的RF特性。
在按照本發明半導體器件的一個優選實施例中，所述另外的導 電區域的材料相對于基極區的材料是選擇性地可蝕刻的。 一方面，這 允許使用相對厚的所述另外的導電區域，另一方面，可以很容易地防 止在另外的半導體區域下面的半導體主體變粗糙。
在一個有利的實施例中，所述另外的導電區域包含一個金屬氮 化物、金屬碳化物、金屬硅化物或金屬氧化物。在所述的材料范圍內
能夠找到有理想特性的合適材料。例如， 一種合適的材料是TaN，多 晶硅相對于該材料可以很容易地有選擇性地被蝕刻掉。例如，其他合 適的材料是導電材料，這些導電材料還適于在諸如TiN、 TaC和TiSi2 之類的CMOS器件中作為所謂的金屬門電極。按照本發明的器件的一 個重要優點是它可以有一個比已知器件有更低接觸電阻和/或更低串 聯電阻的基極連接區域。通過注意其他的導電層材料的操作功能可以 部分地實現該優點。例如，適合于此目的的材料可以是PtSi和Mo0x。 當金屬硅化物用作所述另外的導電區域時，通過對與鄰近的硅 區域作用形成金屬硅化物的金屬層進行沉積，從而很有利地形成金屬 硅化物。
優選地，臺面形發射極連接區域有一個在絕緣區域上延伸的T 形截面，該絕緣區域在導電區域上形成。由于這樣的結構能夠使用非 常小的發射極區域，同時，在另一方面，發射極連接區域的受限(串 聯)電阻是可能的，所以這樣的結構是非常有吸引力的。關于RF特 性，這是有積極作用的。
在一個有利的變化中，基極區包含一個埋置在半導體主體中高 摻雜子區域，從投影圖上看，該子區域鄰近發射極連接區域的上部的 外側。由于所述另外的導電區域(和導電區域)(充分地)延伸到臺 面型發射極連接區域的底部，因此，在注入的情況下，用有T形截面 的臺面型發射極連接區域作為掩模能夠實現在基極區摻雜的另外的 局部增加。畢竟，由于例如以金屬硅化物形式存在的所述的另外的導 電層在T形臺面下延伸，所以不管注入區域與T形臺面底部之間略微
大的距離，基極區的連接電阻可以仍然相對較小。
優選地，除了雙極晶體管之外，該器件包含場效應晶體管，通 過層結構形成場效應晶體管的門電極，該層結構還用于形成多晶硅的
所述導電區域和所述另外的導電區域。在這樣的Bi(C)M0S結構/工藝 中可以有利地實現RF電路。本質上，在按照本發明的器件中的基極 區連接區域的結構說明它與(C)MOS工藝非常一致。當然，在這種情 況下，Bi(C)M0S工藝中的應用相對容易。按照本發明的器件的另一 個優點是它可以有相對厚的基極連接區域，在該區域中，(較薄的) 金屬層或金屬性層被相對厚的多晶硅層覆蓋。這樣，金屬層被保護得 相當好，從而，器件的其他部件或部分不容易被形成金屬層部分的金 屬原子污染。
按照本發明的一種制造半導體器件的方法，該半導體器件具有
基板和包含雙極晶體管的半導體主體，該雙極晶體管有第一導電類型
的發射極區域，與第一導電類型相反的第二導電類型的基極區以及所 述第一導電類型的集電極區，用臺面型發射極連接區域形成該發射極
區域，通過隔離層將該臺面型發射極連接區域與由多晶硅導電區域構 成的基極連接區域隔開，該方法的特征是基極區連接區域是用另外的 導電區域形成的，該另外的導電區域是在基極區和多晶硅導電區域之 間形成的并為其選擇一種材料，多晶硅導電區域相對于該材料是選擇 性地可蝕刻的。這樣，可以以簡單的方式獲得按照本發明的器件。
優選地，為所述另外的導電區域選擇了相對于基極區的材料是 選擇性地可蝕刻的材料。
在一個有利的實施例中，在半導體主體的表面形成基極區，把 多晶硅導電層沉積在形成于半導體主體表面上的另外的導電層上，之 后，用針對所述另外的導電層所選擇的蝕刻劑在所述的導電層上蝕刻 出開口。在導電層中形成開口后，用針對基極區所選擇的蝕刻劑優選 地蝕刻掉那里的所述另外的導電層。
更進一步的變化的特征是，在靠開口的壁部和在開口底部與壁 部連接的部分上形成隔離層之后，在所述的開口中形成多晶硅的發射 極連接區域。在這種情況下，優選地通過發射極連接區域的合適原子
向外擴散到下面的基極區的更低摻雜部分，形成實際的發射極區域。 然而，還可以經由開口的底部形成發射極區域，例如，通過氣相摻雜 的方法，從而只形成發射極區域。
優選地，發射極連接區域以T形截面被形成并被布置成在開口 的旁邊沿著導電區域頂部上的絕緣區域上面延伸。這樣配置的發射極 連接區域可以用作用于通過離子注入形成基極區更高摻雜的子區域 的掩模。
將參照實施例和附圖更詳細地解釋本發明，其中
圖1-6是垂直于按照本發明器件厚度方向的示意性剖面圖，示
出了關于利用按照本發明的方法的連續制造階段。
這些圖不是按照比例繪制的，為了能夠清楚地表達，有些尺寸
被放大了。盡可能地用同一數字表示同樣的區域或部分。
具體實施例方式
圖1-6是垂直于按照本發明器件厚度方向的示意性剖面圖，示 出了關于利用按照本發明方法的連續制造階段。至少充分完全的本例 的器件10 (見圖6)包含一個半導體主體11，在該例中，該半導體 主體具有在其上提供的一個N型硅基板12和一個半導體層結構以及 一個雙極晶體管。(在本例中)分離的晶體管有一個N型發射極區域 1、 一個P型基極區2以及一個N型集電極區3，其分別被提供了第 一、第二和第三連接導體100、 200、 300。基極區2包含一個鍺含量 為20at.。/。的鍺硅混合晶體，在該例中，摻雜濃度范圍為lX1018at/cm3 (原子/cm3)至5X1019at/cra3。層狀區域21、 22位于基極區的兩側， 作為過渡層并具有較低的摻雜濃度，例如，在1X10"at/cn)3至IX 10"at/cm3的范圍內。通過向外擴散和過摻雜在過渡層22上形成發射 極區域l。在本例中，集電極3和發射極1包含硅。而且，集電極3 可能是(與本例不同)由所謂漂移區的低摻雜部分和位于鄰近基板的 位置的高摻雜部分組成。在本例中的發射極區域1和基極區2的連接
導體100、 200包含一種硅化物，例如硅化鎳或硅化鈷，而在本例中 的集電極區3的連接導體300包含鋁。在本例中發射極連接區域1A 包含一個多晶硅區域，并利用隔離層4與基極連接區域2A (電)隔 離。
按照本發明，基極連接區域2A由多晶硅導電區域2AA以及除此 之外的一個其他的在下面的導電區域組成，在本例中，該另外一個區 域為氮化鉭，相對于該區域，多晶硅區域2AA可以被選擇性地蝕刻。 在本例中，發射極連接區域1A是T形的(見剖面圖)，其T形臂在 位于多晶硅區域2AA上的絕緣區域5上延伸。由于所述的導電區域 2AA和所述的其他的導電區域2AB延伸至隔離層，因此基極2經過基 極連接區域2A的電連接的接觸電阻和串聯電阻相對較低。T形臺面 1A的功能是作為掩模以形成更高摻雜的子區域2C，其通過離子注入 的方法在基極區2上形成。由于上文已討論過的原因，并不反對所述 區域2C與T形臺面隔開。
本例的器件10的橫向尺寸是I,XIO拜。發射極區域1的摻雜 濃度大約是102°at/cm3，厚度大約是10nm。由于有鄰近的過渡層21、 22，基極區2的厚度大約是20mn。由如下方法例如按照本發明的方 法來制造本例的器件10。
起始點(見圖1)是一個N型硅基板12，在本例中所謂的STI (=Shallow Trench Isolation,淺槽隔離)區域16、 17在其上形 成。為了簡化起見，基板12下面的部分沒有在附圖中表示出來。通 過外延附生的方式，首先在基板12上沉積P型層21、 2、 22，中間 層由SiGe組成，外面兩層由Si組成。像上文指出的那樣選擇摻雜濃 度和厚度。隨后，提供另外一個層結構，例如，在另一個沉積器件中， 該結構接連地包含氮化鉭導電層2AB、高摻雜多晶硅層2AA和二氧化 硅絕緣層5。優選地，濺射法或MOCVD (= Metal Organic Chemical Vapor D印osition，金屬有機化學氣相沉積法)被用作沉積方法，例 如，在本例中用以沉積導電層2AB，而通過CVD (二 Chemical Vapor D印osition，化學氣相沉積法)形成多晶硅層2AA和絕緣層，所述層 的厚度分別為10nm、 lOOnm和50nm。
隨后(見圖2)，利用光刻掩膜M在絕緣層5和多晶硅層2AA 中蝕刻出一個開口 6。例如，這可以利用干法蝕刻過程來完成。在所 述過程中，氮化鉭層2AB作為蝕刻停止層。
此后(見圖3)，通過另外的蝕刻過程，例如干法或濕法化學蝕 刻過程，相對于硅層22選擇性地蝕刻掉氮化鉭層2AB。
在去除掩模M (見圖4)后，在開口6中形成隔離層4，在本例 中，隔離層由10nra的二氧化硅薄層41和50nm-100nra的氮化硅薄層 42兩個薄層組成。這兩層被均勻的涂抹，隨后，通過各向異性蝕刻 過程去除其中的平坦部分。
此后(見圖5)，用N型多晶硅層1A填充開口 6。通過CVD過 程形成所述層。對最終形成的結構進行熱處理，通過由于過渡層22 內的發射極連接區域1A內的N型雜質的向外擴散產生的局部過摻雜 來形成發射極區域1。
從而(見圖6)，在保持T形截面的同時，利用光刻和蝕刻技術 形成發射極連接區域1A的圖案。T形的底部寬度大約是200nm，以及 T形的頂部寬度大約是500nm。此后，用T形連接區域1A作為掩模， 利用P型離子注入法形成基極區的高摻雜區域2C。注意到，實際上 在該階段，與圖中所示相反的是，光阻掩模仍然會出現在T形臺面上， 在該情況下，所述的離子注入將發生在圖5和圖6所示的制造階段之 間。 一方面，光阻掩模保護發射極連接區域1A不會受到離子注入， 另一方面，可以在去除所述掩模之后的步驟中形成金屬硅化物層 100、 200。
最后，通過沉積鎳或鈷金屬層來形成連接導體100、 200，通過 硅化處理將該金屬層轉化為硅化鎳或硅化鈷100、 200。在該例子中， 基板12的背面與鋁相接觸，從而形成集電極區3的連接導體300。 集電極區3還可以通過一個連接區域和一個連接導體與半導體主體 11的上表面相接觸。在執行諸如鋸切或蝕刻方法之類的分離方法之 后，就可以獲得按照本發明的單個器件10。
在不脫離本發明領域的情況下，本領域技術人員可以實現多種 變化和修改，因此，本發明并不局限于這里討論的實施例。因此，除
了適用于分離的半導體器件之外，本發明還非常適用于諸如(BI)COMS (=(Bipolar)Complementary Metal Oxide Semiconductor, 雙極互 補金屬氧化物半導體)IC (^Integrated Circuit,集成電路)之類 的集成半導體器件。實際上，本例中描述的晶體管的結構和制造方法 非常適用于ic。
此外，應當注意到，除了STI隔離區域，還可以利用通過LOCOS (=Local Oxidation Of Silicon,硅局部氧化)技術獲得的其他 隔離區域。
關于按照本發明的方法還可以實現很多變化和修改。 本發明不但非常適用于離散的晶體管，還非常適用于IC,更適
用于所謂的Bi(C)M0S IC。本發明還非常適用于包含系統硅作為材料
的器件。
權利要求
1.一種半導體器件(10)，其有一個基板(12)和一個包含雙極晶體管的半導體主體(11)，該雙極晶體管有第一導電類型的發射極區域(1)，與第一導電類型相反的第二導電類型的基極區(2)以及所述第一導電類型的集電極區(3)，該發射極區域(1)包含被提供了隔離層(4)的臺面型發射極連接區域(1A)，以及鄰近隔離層的包含一個多晶硅導電區域(2AA)的基極連接區域(2A)，該半導體器件的特征是基極連接區域(2A)包含一個另外的導電區域(2AB)，其位于多晶硅導電區域(2AA)和基極區(2)之間并由這樣一種材料制成，多晶硅導電區域相對于該材料是選擇性地可蝕刻的。
2. 按照權利要求l所述的半導體器件(10)，其特征是相對于 基極區(2)的材料，所述另外的導電區域(2AB)的材料是選擇性地 可蝕刻的。
3. 按照權利要求1或2所述的半導體器件(10)，其特征是所 述另外的導電區域(2AB)包含一種金屬氮化物、金屬碳化物、金屬 硅化物或金屬氧化物。
4. 按照權利要求1、 2或3所述的半導體器件(10)，其特征 是臺面型發射極連接區域有一個T形橫截面，該T形橫截面在導電區 域(2AA)頂部上形成的絕緣區域(5)上延伸。
5. 按照之前任何一項權利要求所述的半導體器件(10)，其特 征是基極區(2)包含一個埋置在半導體主體(11)中的高摻雜子區 域(2C)，從投影圖上看，該子區域鄰近發射極連接區域(1A)上部 的外側。
6. 按照之前任何一項權利要求所述的半導體器件(10)，其特征是除了包含雙極晶體管之外該器件還包含場效應晶體管，該場效應 晶體管的門電極是通過層結構形成的，該層結構還用以形成多晶硅的所述導電區域(2AA)和所述另外的導電區域(2AB)。
7. 按照之前任何一項權利要求所述的半導體器件，其特征是所 述晶體管是異質結晶體管。
8. —種制造半導體器件(10)的方法，該半導體器件具有基板 (12)和包括一個雙極晶體管的半導體主體(li)，該雙極晶體管具有第一導電類型的發射極區域(1)，與第一導電類型相反的第二導 電類型的基極區(2)以及所述第一導電類型的集電極區(3)，該發 射極區域(1)形成有臺面型發射極連接區域(1A)，通過隔離層(4) 將該臺面型發射極連接區域(1A)和由多晶硅的導電區域(2AA)制 成的基極區連接區域(2A)隔離開，該方法特征是由另外的導電區域 (2AB)形成基極連接區域(2A)，該另外的導電區域形成在多晶硅 的導電區域(2AA)和基極區(2)之間并為其選擇這樣一種材料，多 晶硅的導電區域(2AA)相對于該材料是選擇性地可蝕刻的。
9. 按照權利要求8所述的方法，其特征是為所述另外的導電區 域(2AB)選擇一種相對于基極區(2)的材料是選擇性地可蝕刻的材 料。
10. 按照權利要求8或9所述的方法，其特征是在半導體主體 (11)的表面上形成基極區(2)，以及在半導體主體(11)的表面上形成的另外的導電層(2AB)上沉積多晶硅的導電層(2AA)，在此 之后，通過針對所述另外的導電層(2AB)所選擇的蝕刻劑在所述導 電層(2AA)中蝕刻出開口 (6)。
11. 按照權利要求10所述的方法，其特征是在導電層(2AA) 中形成開口 (6)之后，通過針對基極區(2)所選擇的蝕刻劑蝕刻掉那里的所述另外的導電層(2AB)。
12. 按照權利要求11所述的方法，其特征是在靠開口 (6)的 壁部和在開口 (6)底部與所述壁部連接的部分上形成隔離層(4)之 后，在所述的開口 (6)中形成多晶硅的發射極連接區域(1A)。
13. 按照權利要求12所述的方法，其特征是發射極連接區域 (1A)以T形截面被形成并被布置成在開口的旁邊沿著導電層(2AA)頂部上的絕緣區域(5)上面延伸。
14. 按照權利要求13所述的方法，其特征是基極區(2)被提 供了一個更高摻雜的子區域(2C)，從投影圖上看，該子區域鄰近發 射極連接區域(1A)的外側。
全文摘要
本發明提供了一種雙極晶體管及其制造方法，涉及一種具有基板(12)和包含一個雙極晶體管的半導體主體(11)的半導體器件，該雙極晶體管有包含第一連接導體、第二連接導體和第三連接導體的發射極區域(1)、基極區(2)和集電極區(3)，發射極區域(1)包含一個被提供了一個隔離層(4)的臺面形發射極連接區域(1A)，以及鄰近隔離層的包含多晶硅的導電區域(2AA)的基極連接區域(2A)。在按照本發明的器件中，基極連接區域(2A)包含另外的導電區域(2AB)，其位于多晶硅的導電區域(2AA)和基極區(2)之間并由這樣一種材料制成，多晶硅的導電區域(2AA)相對于該材料是選擇性地可蝕刻的。通過按照本發明的方法，這樣的器件(10)非常易于制造，該器件的雙極晶體管擁有卓越的RF特性。
文檔編號H01L29/732GK101208802SQ200680023063
公開日2008年6月25日 申請日期2006年6月20日 優先權日2005年6月27日
發明者埃爾文·海曾, 弗朗索瓦·納耶, 約斯特·梅拉伊 申請人:Nxp股份有限公司