鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法，是在犧牲介質層淀積和基區窗口打開后，形成一個側墻并進行高劑量的離子注入，它可以和從重摻雜的基區多晶硅擴散到有源區的較淺的外基區重摻雜一起形成分級的外基區摻雜區。在發射極窗口形成后，進行小劑量低能量的選擇性集電區離子注入。由于上面的兩次離子注入都是自對準進行的，在分別降低外基區電阻和集電區電阻的同時，可以控制基區-集電區電容為最低，這樣可極大地提高器件的射頻特性，如特征頻率、功率增益等，工藝流程簡單易于實施。
【專利說明】鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別是指一種鍺硅異質結雙極型晶體管制 造方法。
【背景技術】
[0002] 射頻電路應用需要有較高特征頻率和擊穿電壓的乘積的器件，這一需求主要來自 兩個方面，一是射頻應用本身需要較高特征頻率的器件，二是為驅動射頻器件中進行內匹 配的電容和電感，需要較高的工作電壓和工作電流，而工作電壓主要由器件的擊穿電壓決 定。小柵寬的CMOS器件可以達到200GHz以上的特征頻率，但其擊穿電壓和相應的工作電 壓較低，用CMOS設計射頻電路是有挑戰性的；相比之下，鍺硅異質結雙極型晶體管（HBT: HeterojunctionBipolarTransistor)器件則在相同的特征頻率下有大致2倍的工作電 壓，用它設計射頻電路有優勢；如何在不明顯增加工藝成本的基礎上，進一步增加特征頻率 和擊穿電壓的乘積是鍺硅HBT研發的一個重要的努力方向。
[0003] 常規的鍺硅異質結雙極型晶體管，其結構如圖1所示，其制造方法大致包含如下 步驟：在P型基板Γ、N型埋層2'、低摻雜N型外延3'及集電極引出端5'完成后，生長場 氧4'或用淺槽作為隔離，在基區有源區的中心離子注入形成選擇性集電區6'，隨后淀積一 層氧化硅和一層無定形硅，光刻和干法刻蝕無定形硅打開基區有源區；濕法去除露出的氧 化硅并清洗硅表面，進行鍺硅外延層7'的生長；淀積介質疊層，光刻和刻蝕打開外基區；淀 積介質并回刻形成側墻9' ；淀積外基區多晶硅11'，回刻多晶硅使表面在介質疊層下，進行 大劑量小能量P型離子注入以形成重摻雜的外基區多晶硅；淀積氧化硅介質層12'，通過化 學機械研磨進行表面平坦化，在外基區有氧化硅；干法刻蝕其它區域的多晶硅而形成基區， 隨后用濕法去除底層氧化硅而部分存留基區多晶硅；淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回 刻形成ONO側墻13'，濕法去除ONO側墻的外部及底部氧化硅層，淀積發射極多晶硅15'，發 射極多晶硅是N型重摻雜的，光刻和刻蝕形成發射極，再淀積氧化硅并回刻形成發射極側 墻16'，快速熱退火激活和擴散摻雜質，這樣器件就形成了。
[0004] 上述制造方法，由于光刻套準精度，選擇性發射極離子注入區6'比發射極窗口要 大，這樣會降低和外基區17'的距離從而增大基區-集電區的電容，而為降低外基區電阻而 增大基區多晶硅的P型離子注入劑量也受到基區-集電區電容增大的限制。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題在于提供一種鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法。
[0006] 為解決上述問題，本發明所述的一種鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法，包含如 下工藝步驟：
[0007] 第1步，在輕摻雜P型襯底上形成N型埋層，再生長N型外延區；在外延區內形成 淺槽隔離，用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道；
[0008] 第2步，在基區有源區的中心離子注入形成選擇性集電區，再用低溫外延生長鍺 硅層，光刻和干刻去除基區以外的鍺硅層，形成內外鍺硅基區；
[0009] 第3步，淀積介質疊層，光刻和刻蝕打開外基區；
[0010] 第4步，淀積介質并回刻，形成側墻；
[0011] 第5步，利用自對準外基區窗口進行P型離子注入形成重摻雜外基區；
[0012] 第6步，濕法去除側墻后，淀積外基區多晶硅；
[0013] 第7步，回刻外基區多晶硅，再進行離子注入形成重摻雜的外基區多晶硅；
[0014] 第8步，淀積氧化硅介質層并進行化學機械研磨平坦化；
[0015] 第9步，以外基區上的氧化硅介質層作為阻擋層，進行多晶硅干法刻蝕，并用濕法 去除外延上的氧化硅層，外基區多晶硅上的氧化硅層保留；
[0016] 第10步，淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回刻形成側墻，利用光刻膠打開窗 口，進行自對準發射極窗口的選擇性集電區離子注入；
[0017] 第11步，濕法去除側墻外部及底部的氧化硅層，淀積發射極多晶硅；
[0018] 第12步，光刻及刻蝕形成發射極，再淀積介質層，快速熱退火后回刻介質層形成 側墻。
[0019] 進一步地，所述第1步中，形成電下沉通道的N型離子注入的雜質為磷，注入能量 為50?150KeV，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0020] 進一步地，所述第2步中，選擇性集電區的離子注入的雜質為磷，注入能量為 100?300KeV，注入劑量為IO12?IO13CM'
[0021] 進一步地，所述第3步中，介質疊層優選地從下至上依次為氧化硅-多晶硅-氧化 硅，優選地各層厚度對應依次為150-2500-500A。
[0022] 進一步地，所述第5步中，外基區的離子注入為硼，注入能量為5?20KeV，注入劑 量為IO15 ?3x1015CM_2。
[0023] 進一步地，所述第7步中，回刻外基區多晶硅至其表面位于介質疊層以下；外基區 多晶硅的注入雜質離子為硼，注入能量為30KeV以下，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0024] 進一步地，所述第8步中，化學機械研磨使外基區保留有氧化硅，其他區域停留在 多晶娃上。
[0025] 進一步地，所述第10步中，選擇性集電區的離子注入雜質為磷，注入能量為50? IOOKeV,注入劑量為IO12?IO13CM'
[0026] 進一步地，所述第11步中，或者在淀積發射極多晶硅之前先進行快速熱氧化形成 薄氧化硅后再淀積發射極多晶硅；淀積的發射極多晶硅為N型重摻雜，雜質離子優選地是 砷，體濃度為IO2ciCiT3以上。
[0027]進一步地，所述第12步中，快速熱退火的溫度為1000?KKTC，時間為5?30秒。
[0028] 本發明所述的鍺硅異質結雙極型晶體管制造方法，在外基區相距一個側墻的間距 的外面，增加一個高摻雜的P型區，用于降低外基區的電阻，由于這一區域離發射極窗口較 遠，而不會增加基極-集電極電容；同時靠近基極-集電極耗盡區的選擇性集電極離子注入 是自對準發射極窗口的，在同樣降低集電極電阻的情況下，可進一步拉大高摻雜的選擇性 集電區和外基區的距離，從而降低基極-集電極電容。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029] 圖1是傳統鍺硅HBT的結構示意圖；
[0030] 圖2是傳統鍺硅HBT制造工藝流程圖；
[0031] 圖3?14是本發明工藝個步驟示意圖；
[0032] 圖15是本發明工藝流程圖。
[0033] 附圖標記說明
[0034]1是P型硅襯底，2是重摻雜N型埋層，3是N型外延，4是STI，5是N型重摻雜下沉 通道，6是N型選擇性離子注入，7是鍺硅外延，8是介質疊層，9是犧牲側墻，10是外基區外 側P型低電阻區，11是外基區多晶硅，12是基區上層氧化硅，13是基區和發射區之間側墻， 14是集電極選擇性離子注入，15是多晶硅發射極，16是多晶硅發射極側墻，17是外基區。
【具體實施方式】
[0035] 本發明所述的一種鍺硅HBT制造方法，包含如下工藝步驟：
[0036] 第1步，如圖3所示，在輕摻雜P型襯底1上形成N型埋層2,再生長N型外延區 3;在外延區3內形成淺槽隔離4,用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道 5;形成電下沉通道5的N型離子注入的雜質為磷，注入能量為50?150KeV，注入劑量為 IO15 ?IO16CM'
[0037] 第2步，如圖4所示，在基區有源區的中心離子注入形成選擇性集電區6,再用低溫 外延生長鍺硅層，光刻和干刻去除基區以外的鍺硅層，形成內外鍺硅基區7;選擇性集電區 的離子注入的雜質為磷，注入能量為100?300KeV，注入劑量為IO12?1013CM_2。
[0038] 第3步，如圖5所示，淀積介質疊層8,較佳地為氧化硅-多晶硅-氧化硅的疊層， 厚度依次為15〇A、2500A、500A。光刻和刻蝕打開外基區。
[0039] 第4步，如圖6所示，淀積介質并回刻，形成側墻9。
[0040] 第5步，如圖7所示，利用自對準外基區窗口進行P型離子注入形成重摻雜外基 區(外基區10在圖8中示出）；外基區的離子注入為硼，注入能量為5?20KeV，注入劑量為 IO15 ?3x1015CM-2。
[0041] 第6步，如圖8所不，濕法去除側墻9后，淀積外基區多晶娃11。
[0042] 第7步，如圖9所示，回刻外基區多晶硅11，再進行離子注入形成重摻雜的外基區 多晶硅；回刻外基區多晶硅至其表面位于介質疊層以下；外基區多晶硅的注入雜質離子為 硼，注入能量為30KeV以下，注入劑量為IO15?IO16CM'
[0043] 第8步，如圖10所示，淀積氧化硅介質層12并進行化學機械研磨平坦化；化學機 械研磨使外基區保留有氧化硅，其他區域停留在多晶硅上。
[0044] 第9步，如圖11所示，以外基區上的氧化硅介質層12作為阻擋層，進行多晶硅干 法刻蝕，并用濕法去除外延3上的氧化硅層12,外基區多晶硅11上的氧化硅層12保留。
[0045] 第10步，如圖12所示，淀積氧化硅-氮化硅-氧化硅疊層，回刻形成側墻，利用光 刻膠打開窗口，進行自對準發射極窗口的選擇性集電區離子注入(選擇性集電區14在圖13 中示出）;選擇性集電區的離子注入雜質為磷，注入能量為50?lOOKeV，注入劑量為IO12? IO13CM'
[0046] 第11步，如圖13所示，濕法去除側墻外部及底部的氧化硅層，淀積發射極多晶硅； 或者在淀積發射極多晶硅之前先進行快速熱氧化形成薄氧化硅后再淀積發射極多晶硅；淀 積的發射極多晶硅為N型重摻雜，雜質離子優選地是砷，體濃度為IO2tlCiT3以上。
[0047] 第12步，光刻及刻蝕形成發射極，再淀積介質層，快速熱退火后回刻介質層形成 偵衫嗇。快速熱退火的溫度為1000?ll〇〇°C，時間為5?30秒。器件最終完成如圖14所 /Jn〇
[0048] 以上僅為本發明的優選實施例，并不用于限定本發明。對于本領域的技術人員來 說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同 替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；包含如下工藝步驟： 第1步，在輕慘雜P型襯底上形成N型埋層，再生長N型外延區；在外延區內形成淺槽 隔離，用N型離子注入在集電極的引出端形成低電阻下沉通道； 第2步，在基區有源區的中也離子注入形成選擇性集電區，再用低溫外延生長錯娃層， 光刻和干刻去除基區W外的錯娃層，形成內外錯娃基區； 第3步，淀積介質疊層，光刻和刻蝕打開外基區； 第4步，淀積介質并回刻，形成側墻； 第5步，利用自對準外基區窗口進行P型離子注入形成重慘雜外基區； 第6步，濕法去除側墻后，淀積外基區多晶娃； 第7步，回刻外基區多晶娃，再進行離子注入形成重慘雜的外基區多晶娃； 第8步，淀積氧化娃介質層并進行化學機械研磨平坦化； 第9步，W外基區上的氧化娃介質層作為阻擋層，進行多晶娃干法刻蝕，并用濕法去除 外延上的氧化娃層，外基區多晶娃上的氧化娃層保留； 第10步，淀積氧化娃-氮化娃-氧化娃疊層，回刻形成側墻，利用光刻膠打開窗口，進 行自對準發射極窗口的選擇性集電區離子注入； 第11步，濕法去除側墻外部及底部的氧化娃層，淀積發射極多晶娃； 第12步，光刻及刻蝕形成發射極，再淀積介質層，快速熱退火后回刻介質層形成側墻。
2. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 1步中，形成電下沉通道的N型離子注入的雜質為磯，注入能量為50?150KeV，注入劑量為 1〇15 ?1〇i6cm-2。
3. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第2 步中，選擇性集電區的離子注入的雜質為磯，注入能量為100?300KeV，注入劑量為1〇12? 10"CM_2。
4. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 3步中，介質疊層優選地從下至上依次為氧化娃-多晶娃-氧化娃，優選地各層厚度對應依 次為巧oA、巧OOA、500A。
5. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第5 步中，外基區的離子注入為測，注入能量為5?20KeV，注入劑量為10"?3x1〇i 5CM^。
6. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第7 步中，回刻外基區多晶娃至其表面位于介質疊層W下；外基區多晶娃的注入雜質離子為測， 注入能量為30KeV W下，注入劑量為10"?1〇i6cM^2。
7. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于：所述第8 步中，化學機械研磨使外基區保留有氧化娃，其他區域停留在多晶娃上。
8. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 10步中，選擇性集電區的離子注入雜質為磯，注入能量為50?lOOKeV，注入劑量為1〇12? 10"CM_2。
9. 如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 11步中，或者在淀積發射極多晶娃之前先進行快速熱氧化形成薄氧化娃后再淀積發射極多 晶娃；淀積的發射極多晶娃為N型重慘雜，雜質離子優選地是神，體濃度為102化礦3 w上。
10.如權利要求1所述的一種錯娃異質結雙極型晶體管制造方法，其特征在于；所述第 12步中，快速熱退火的溫度為1000?llOOC，時間為5?30砂。
【文檔編號】H01L21/331GK104425244SQ201310365041
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】周正良, 陳曦, 潘嘉 申請人:上海華虹宏力半導體制造有限公司