專利名稱：包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管及其制備方法。
背景技術：
毫米波和THZ (太赫茲)應用將是未來無線技術發展的趨勢，如毫米波通信、THZ通信、THZ成像等。目前這些應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，而隨著技術的不斷進步，鍺硅器件及技術將成為三五族器件的競爭對手。鍺硅技術目前廣泛應用于通信、雷達及高速電路等各個方面。IBM商用鍺硅工藝Ft (截止頻率)已達到350GHz，歐洲IHP開發的鍺硅器件Fmax (最大頻率)在常溫下已達到500GHz。針對未來的毫米波和THZ應用，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構。現有產品通過將外基區嵌入在集電區內來降低TED (Transient enhanceddiffusion,瞬時增強擴散)效應，但存在著BC結(基極-集電極結)電容偏大的問題，影響了器件的性能。
發明內容
為了克服上述的缺陷，本發明提供一種BC結電容更小的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管及其制備方法。為達到上述目的，一方面，本發明提供一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，所述晶體管包括第一摻雜類型的集電區，位于所述集電區上的本征基區和埋氧層，位于所述基區上的發射極，位于所述發射極兩側的側墻，位于所述埋氧層上的第二摻雜類型的硅層，以及位于所述硅層上的外基區。
特別是，所述外基區的一部分位于所述側墻的下方。特別是，所述外基區在所述基區上產生應力。另一方面，本發明提供一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，所述方法的至少包括下述步驟4.1制備第一摻雜類型的集電區；在所述集電區上注入形成注氧層，高溫推進形成埋氧層；4. 2在所得結構上制備第二摻雜類型的基區；4.3在基區上淀積第一介質層；4. 4在第一介質層開設窗口 ；4. 5在所得結構上依次制備第一摻雜類型多晶層和第二介質層；4. 6光刻、刻蝕所述第二介質層和多晶層形成發射極，去掉第一介質層裸露的部分；4. 7淀積第三介質層，通過各向異性刻蝕在所得發射極結構的側面形成側墻結構；4. 8以上述所得的發射極和側墻結構作為掩蔽，刻蝕所得結構中未被覆蓋的基區，刻蝕厚度大于基區的厚度；距所述埋氧層IOnm至IOOnm時刻蝕停止，保留所述埋氧層上的硅層，對所述硅層進行第二摻雜類型注入；4. 9在所得結構上采用原位摻雜選擇性外延工藝制備第二摻雜類型的外基區；4. 10在外基區表面制備一層金屬娃化物結構；4. 11在所得結構上制備接觸孔，引出發射極電極和基區電極。特別是，步驟4. 2中制備基區的材質是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。特別是，步驟4. 3中第一介質層為復合介質層，所述復合介質層包括淀積在基區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中的多晶層是多晶硅層或是多晶鍺硅層；介質層是氧化硅或者是氣化娃。特別是，步驟4. 8中刻蝕的厚度在IOnm至2000nm之間；刻蝕基區時向側墻下方進行鉆蝕。特別是，步驟4. 9中的外基區使用選擇外延生長方法制備，外基區的材質是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管在外基區下加入埋氧層，降低了BC結電容，提高了器件性能。本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法實現了本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結構性能良好。
圖1 圖8為本發明優選實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合說明書附圖和優選實施例對本發明做詳細描述。優選實施例本發明嵌入式外延外基區雙極晶體管的制備方法至少包括下述步驟如圖1所示，制備第一摻雜類型的集電區101。在集電區101上注入形成注氧層，高溫推進形成埋氧層201。如圖2所示，在集電區101上外延生長一層摻雜基區102，基區為第二摻雜類型。基區102的材料是鍺硅。在基區102上淀積第一介質層。第一介質層的優選結構是一復合介質層，該復合介質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3所示，光刻、刻蝕氮化硅層106形成發射極窗口，然后選擇性腐蝕氧化硅層104，露出基區102單晶。選擇性腐蝕使用干法腐蝕。如圖4所不,淀積多晶層108和第二介質層110。其中，多晶層108是多晶娃層。多晶層108需要摻雜，摻雜方式是注入摻雜，雜質采用第一摻雜類型。介質層110是氧化硅層。如圖5所示，通過光刻、刻蝕第二介質層110和多晶層108形成發射極。去掉氧化硅層104和氮化硅層106裸露的部分，露出基區102單晶。如圖6所示，淀積第三介質層，通過各向異性刻蝕在所得發射極結構的側面形成側墻結構113。如圖7所示，以發射極結構為掩蔽，刻蝕外延基區102至集電區101，在距離埋氧層201上表面20nm處刻蝕停止，保留埋氧層201上的硅層，得到刻蝕區115。對所保留的硅層進行第二摻雜類型注入。采用這一結構的主要目的是在降低TED效應同時減小BC結電容。刻蝕最好有一定程度的鉆蝕，這樣可以進一步降低外基區電阻。如圖8所示，在刻蝕所得的結構上選擇性外延一層外基區120，原位摻雜。該外延層材料是鍺硅。雜質為第二摻雜類型。為降低外基區120電阻，摻雜濃度要盡量高，一般應在1E19 lE21cm_3。對于NPN器件，使用硼進行摻雜。在外基區表面制備一層金屬硅化物結構。然后在所得結構上制備接觸孔，引出發射極電極和基區電極。優選實施例二 制備第一摻雜類型的集電區101。在集電區101上注入形成注氧層，高溫推進形成埋氧層201。如圖2所示，在集電區101上外延生長一層摻雜基區102，基區為第二摻雜類型。基區102的材料是摻碳鍺硅。在基區102上淀積第一介質層。第一介質層的優選結構是一復合介質層，該復合介質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3所示，光刻、刻蝕氮化硅層106形成發射極窗口，然后選擇性腐蝕氧化硅層104，露出基區102單晶。 選擇性腐蝕使用濕法腐蝕。如圖4所不,淀積多晶層108和第二介質層110。其中，多晶層108是多晶錯娃層。多晶層108需要摻雜，摻雜方式是原位摻雜，雜質采用第一摻雜類型。介質層110是氮化硅層。如圖5所示，通過光刻、刻蝕第二介質層110和多晶層108形成發射極。去掉氧化硅層104和氮化硅層106裸露的部分，露出基區102單晶。如圖6所示，淀積第三介質層，通過各向異性刻蝕在所得發射極結構的側面形成側墻結構113。如圖7所示，以發射極結構為掩蔽，刻蝕外延基區102至集電區101，在距離埋氧層201上表面IOOnm處刻蝕停止，保留埋氧層201上的硅層，得到刻蝕區115。對所保留的硅層進行第二摻雜類型注入。采用這一方案的主要目的是在降低TED效應同時減小BC結電容。刻蝕最好有一定程度的鉆蝕，這樣可以進一步降低外基區電阻。如圖8所示，在刻蝕所得的結構上選擇性外延一層外基區120，原位摻雜。該外延層材料是硅。雜質為第二摻雜類型。為降低外基區120電阻，摻雜濃度要盡量高，一般應在1E19 lE21cnT3。對于NPN器件，摻雜材料為硼。在外基區表面制備一層金屬硅化物結構。然后在所得結構上制備接觸孔，引出發射極電極和基區電極。以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求所界定的保護范圍為準。
權利要求
1.一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，其特征在于所述晶體管包括第一摻雜類型的集電區，位于所述集電區上的本征基區和埋氧層，位于所述基區上的發射極，位于所述發射極兩側的側墻，位于所述埋氧層上的第二摻雜類型的硅層，以及位于所述硅層上的外基區。
2.根據權利要求1所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，其特征在于，所述外基區的一部分位于所述側墻的下方。
3.根據權利要求1所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，其特征在于，所述外基區在所述基區上產生應力。
4.一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，所述方法的至少包括下述步驟 4.1制備第一摻雜類型的集電區；在所述集電區上注入形成注氧層，高溫推進形成埋氧層； 4. 2在所得結構上制備第二摻雜類型的基區； 4. 3在基區上淀積第一介質層； 4. 4在第一介質層開設窗口 ； 4. 5在所得結構上依次制備第一摻雜類型多晶層和第二介質層； 4. 6光刻、刻蝕所述第二介質層和多晶層形成發射極,去掉第一介質層裸露的部分； 4. 7淀積第三介質層，通過各向異性刻蝕在所得發射極結構的側面形成側墻結構； 4. 8以上述所得的發射極和側墻結構作為掩蔽，刻蝕所得結構中未被覆蓋的基區，刻蝕厚度大于基區的厚度；距所述埋氧層IOnm至IOOnm時刻蝕停止，保留所述埋氧層上的硅層，對所述硅層進行第二摻雜類型注入； 4. 9在所得結構上采用原位摻雜選擇性外延工藝制備第二摻雜類型的外基區； 4. 10在外基區表面制備一層金屬娃化物結構； 4.11在所得結構上制備接觸孔，引出發射極電極和基區電極。
5.根據權利要求4所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟4. 2中制備基區的材質是硅、鍺硅或者摻碳鍺硅。
6.根據權利要求4所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟4. 3中第一介質層為復合介質層，所述復合介質層包括淀積在基區表面的氧化硅層和淀積在氧化硅層表面的氮化硅層。
7.根據權利要求4所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟4. 5中的多晶層是多晶硅層或是多晶鍺硅層；介質層是氧化硅或者是氮化硅。
8.根據權利要求4所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟4. 8中刻蝕的厚度在IOnm至2000nm之間；刻蝕基區時向側墻下方進行鉆蝕。
9.根據權利要求4所述的包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法，其特征在于，步驟4. 9中的外基區使用選擇外延生長方法制備，外基區的材質是硅，或者是鍺硅，或者是摻碳鍺硅；雜質的摻雜濃度在1E19 lE21cm_3。
全文摘要
本發明公開一種包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管及其制備方法，為解決現有產品BC結電容大的缺陷而設計。本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管包括集電區、本征基區、埋氧層、發射極、側墻、硅層，以及外基區。外基區的一部分位于側墻的下方。外基區在基區上產生應力。本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管在外基區下加入埋氧層，降低了BC結電容，提高了器件性能。本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管制備方法實現了本發明包含埋氧層的選擇外延外基區雙極晶體管，步驟簡練，成本低，操作簡易，所得結構性能良好。
文檔編號H01L21/331GK103035685SQ20121053545
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者王玉東, 付軍, 崔杰, 趙悅, 劉志弘, 張偉, 吳正立, 李高慶 申請人:清華大學