异质结双极晶体管装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种异质结双极晶体管（HBT）装置及其制造方法。异质结双极晶体管（HBT）装置包括：设置在结晶硅层中的n型集电极区域；包括硼掺杂的硅锗晶体的p型本征基极，硼掺杂的硅锗晶体设置在由浅沟槽隔离体（STI）划界的下层结晶Si层的顶表面上，并在下层结晶Si层与浅沟槽隔离体（STI）的界面上形成有角度的小面；富Ge的结晶硅锗层，其设置在p型本征基极的有角度的小面上，而不设置在p型本征基极的顶表面上；以及n型结晶发射极，其设置在p型本征基极的顶表面上，而不在p型本征基极的有角度的小面上。

【技术实现步骤摘要】
异质结双极晶体管装置及其制造方法
本公开总体涉及一种结构和一种制造异质结双极晶体管（HBT）的方法，该异质结双极晶体管通过减少集电极-基极电容而提供高速运转。HBT的示例实施例可包括p型本征基极，该p型本征基极包括硼掺杂的硅锗（B+掺杂Si1-x1Gex1）外延晶体和富锗结晶Si1-x2Gex2层外延层，该硼掺杂的硅锗外延晶体设置在下面的结晶Si层（其由浅沟槽隔离体（STI）划界）的顶表面上并在下面的结晶硅层与浅沟槽隔离体（STI）的界面上形成有角度的小面，该富锗结晶Si1-x2Gex2层外延层设置在该有角度的小面上。更具体地，B+掺杂Si1-x1Gex1外延晶体可影响硼从外延晶体向外扩散。又更具体地，“环绕”B+掺杂Si1-x1Gex1外延晶体的p型本征基极的富锗结晶Si1-x2Gex2外延层可用作对于硼沿着具有有角度的小面的界面区域从非本征基极层进入HBT的结晶本征区域的阻挡。
技术介绍
异质结双极晶体管（HBT）包括例如硅/硅锗（Si/SiGe）异质结，其为高频下的运行提供较高传导。异质结双极晶体管的Si/SiGe异质结通过在结晶Si基板上外延生长结晶SiGe层来形成。因为结晶Si基板和结晶SiGe层由与常规光刻工艺相适应的材料制成，所以异质结双极晶体管可以以低成本和高产出制造。Si/Si1-xGex异质结双极晶体管还提供连续调整异质结的能带隙的能力，因为Si和Ge可以实质上以任意百分比固体溶解在彼此之中。图1为示出npn型Si/Si1-xGexHBT100的截面图。集电极区域105形成在结晶硅基板层102的上部中，该上部中央地设置在装置隔离浅沟槽隔离体104之间。结晶硅基板层102外延生长，而例如为磷或砷（P，As）的n型杂质在外延生长期间或通过后续的离子注入而被引入结晶硅基板层102的上部中。n型杂质在硅晶体中形成n型掺杂的区域，其作为HBT的n型结晶集电极区域105。未掺杂Si1-xGex层120通过含硅气体（例如硅烷（SiH4））和含锗气体（例如锗烷（GeH4））的混合物的外延生长而形成在n型结晶集电极区域105上方。p型掺杂结晶p+Si1-xGex层125外延生长在未掺杂Si1-xGex层120上，以在n型结晶集电极区域105上方形成HBT的本征基极。将包含p型杂质硼（B）的另一种气体（例如硼烷（BH4））添加至含硅和含锗的气体中，用于p型掺杂结晶p+Si1-xGex层125的外延生长。形成HBT的本征基极的p型掺杂结晶p+Si1-xGex层125电连接至HBT的非本征基极层128。未掺杂结晶硅盖130外延生长在p型掺杂结晶p+Si1-xGex层125的本征基极上方。同时，未掺杂结晶硅盖130分别与p型掺杂和未掺杂的结晶Si1-xGex层125、120形成Si/Si1-xGex异质结。参考图1，发射极开口形成在未掺杂硅盖130的中央部分之上，穿过非本征基极层128和绝缘层140。发射极开口可衬有绝缘侧壁137。使用含硅气体和含磷气体或含砷气体，将包括例如为磷或砷（P，As）的n型杂质的n型掺杂非结晶多晶硅135沉积在发射极开口中以及在未掺杂硅盖130上方。加热该结构（导致n型掺杂非结晶多晶硅135的磷或砷（P，As）扩散进入未掺杂结晶硅盖130的中央部分），以形成HBT的n型扩散掺杂结晶发射极。随后，n型掺杂非结晶多晶硅135可被图案化，蚀刻以及热退火，以形成发射极引线电极135。应注意的是，图1的异质结双极晶体管的发射极/基极/集电极结不是通过Si/SiGe晶体的边界彼此隔开，而是通过掺杂杂质的浓度分布而彼此隔开。仍然存在改进异质结双极晶体管（HBT）的高速运行的需要。
技术实现思路
考虑到前述内容，本公开的示例实施例可提供一种异质结双极晶体管（HBT）装置，其包括设置在由浅沟槽隔离体（STI）划界的结晶硅基板层中的n型掺杂硅（Si）集电极区域。HBT还可包括p型本征基极，该本征基极包括硼掺杂的硅锗（B+掺杂Si1-x1Gex1）晶体，其设置在结晶Si基板层的顶表面上并在结晶Si基板层与STI的界面上形成有角度的小面。HBT还可包括富Ge的结晶Si1-x2Gex2层，其设置在有角度的小面上，而不设置在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面上。最后，HBT可包括n型扩散掺杂的Si结晶发射极，其设置在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面上而不在有角度的小面上。另一示例实施例可包括异质结双极晶体管（HBT）装置，其包括设置在由浅沟槽隔离体（STI）划界的结晶硅（Si）层中的n型集电极区域。HBT还可包括p型本征基极，该本征基极包括硼掺杂的含碳硅锗（B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy）晶体，其设置在结晶Si层的顶表面上并在结晶Si层与STI的界面上形成有角度的小面。HBT还可包括富Ge的结晶Si1-x2Gex2层，其设置在B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的有角度的小面上而不在顶表面上。最后，HBT可包括n型扩散掺杂的Si结晶发射极，其设置在B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的顶表面上而不在有角度的小面上。又一示例实施例可提供一种制造异质结双极晶体管（HBT）装置的方法，其包括在由浅沟槽隔离体（STI）划界的结晶硅（Si）层中形成n型集电极区域。该方法还可包括在结晶Si层的顶表面上外延生长包括硼掺杂的硅锗（B+掺杂Si1-x1Gex1）晶体的p型本征基极，其中B+掺杂Si1-x1Gex1晶体在结晶Si层与STI的界面上形成有角度的小面。该方法可包括在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面上，而不是在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的有角度的小面上沉积牺牲层。该方法可又进一步包括在牺牲层上以及在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的有角度的小面上外延生长富Ge的结晶Si1-x2Gex2层。该方法可又进一步包括在富Ge的结晶Si1-x2Gex2层上外延生长包括高度B+掺杂的结晶Si层的p型非本征基极层。该方法可又进一步包括蚀刻发射极开口穿过至少高度B+掺杂的结晶Si层、富Ge的结晶Si1-x2Gex2层和牺牲层的中央部分至B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面。最后，该方法可包括在发射极开口中，在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面上形成n型扩散掺杂的Si结晶发射极。又一示例实施例可提供一种制造异质结双极晶体管（HBT）装置的方法，其包括在由浅沟槽隔离体（STI）划界的结晶硅（Si）层中形成n型集电极区域。该方法还可包括在结晶Si层的顶表面上外延生长包括硼掺杂的硅锗（B+掺杂Si1-x1Gex1）晶体的p型本征基极，其中B+掺杂Si1-x1Gex1晶体形成设置在结晶Si层与STI的界面上的有角度的小面。该方法还可包括在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的顶表面上，而不是在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的有角度的小面上沉积牺牲层。该方法由可进一步包括在牺牲层上以及在B+掺杂Si1-x1Gex1晶体的有角度的小面上外延生长富Ge的结晶Si1-x2Gex2层。该方法又可进一步包括在富Ge的结晶Si1-x2Gex2层上外延生长包括高度B+掺杂的结晶Si层的p型非本征基极层。该方法又可进一步包括在高度B+掺杂的结晶Si层上形成绝缘层。该方法又可进一步包括蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结双极晶体管装置，包括：n型集电极区域，设置在由浅沟槽隔离体划界的结晶基板层中；p型本征基极，包括硅锗（SiGe）晶体，该硅锗晶体设置在所述结晶基板层的顶表面上并在所述结晶基板层与所述浅沟槽隔离体的界面上形成有角度的小面；富Ge的SiGe结晶层，设置在所述SiGe晶体的所述有角度的小面上，而不设置在所述SiGe晶体的顶表面上；以及n型扩散掺杂的结晶发射极，设置在所述SiGe晶体的所述顶表面上，而不设置在所述SiGe晶体的所述有角度的小面上。

【技术特征摘要】
2012.11.30 US 13/689,8381.一种异质结双极晶体管装置，包括：n型集电极区域，设置在由浅沟槽隔离体划界的结晶基板层中；p型本征基极，包括硅锗(SiGe)晶体，该硅锗晶体设置在所述结晶基板层的顶表面上并在所述结晶基板层与所述浅沟槽隔离体的界面上形成有角度的小面；富Ge的Si1-x2Gex2结晶层，设置在所述硅锗晶体的所述有角度的小面上，而不设置在所述硅锗晶体的顶表面上；以及n型扩散掺杂的结晶发射极，设置在所述硅锗晶体的所述顶表面上，而不设置在所述硅锗晶体的所述有角度的小面上。2.如权利要求1所述的异质结双极晶体管装置，所述p型本征基极包括B+掺杂Si1-x1Gex1晶体，所述B+掺杂Si1-x1Gex1晶体中的Ge摩尔分数x1在10％至40％的范围内。3.如权利要求2所述的异质结双极晶体管装置，所述p型本征基极还包含碳(C)以形成B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体，所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体中的碳摩尔分数y在0.01％至0.10％的范围内。4.如权利要求2所述的异质结双极晶体管装置，所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层中的Ge摩尔分数x2大于或等于所述B+掺杂Si1-x1Gex1晶体中的所述Ge摩尔分数x1。5.如权利要求1所述的异质结双极晶体管装置，还包括设置在所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层上的p型非本征基极层，所述p型非本征基极层包括高度B+掺杂的结晶Si层和高度B+掺杂的结晶Si1-x3Gex3层中之一，所述高度B+掺杂的结晶Si1-x3Gex3层中的Ge摩尔分数x3达到40％。6.如权利要求5所述的异质结双极晶体管装置，还包括绝缘层，该绝缘层设置在所述p型非本征基极层上而不设置在所述p型本征基极的顶表面之上。7.如权利要求5所述的异质结双极晶体管装置，还包括：n型发射极引线，设置在所述n型扩散掺杂的结晶发射极上；以及绝缘侧壁，其使得设置在所述p型本征基极的所述顶表面之上的所述n型扩散掺杂的结晶发射极和所述发射极引线与设置在所述p型本征基极的所述有角度的小面之上的所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层、所述p型非本征基极层、和所述绝缘层绝缘。8.如权利要求7所述的异质结双极晶体管装置，所述n型发射极引线、所述n型扩散掺杂的结晶发射极和所述n型集电极区域包括磷(P)和砷(As)中的一种的n型杂质。9.一种异质结双极晶体管(HBT)装置，包括：n型集电极区域，设置在由浅沟槽隔离体(STIs)划界的结晶硅(Si)层中；p型本征基极，包括B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体，该B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体设置在所述结晶硅层的顶表面上并在所述结晶硅层与所述浅沟槽隔离体的界面上形成有角度的小面；富Ge的结晶Si1-x2Gex2层，设置在所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的所述有角度的小面上，而不设置在所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的顶表面上；以及n型扩散掺杂的Si结晶发射极，设置在所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的所述顶表面上，而不设置在所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体的所述有角度的小面上。10.如权利要求9所述的异质结双极晶体管装置，所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体中的Ge摩尔分数x1在10％至40％的范围内，而所述B+掺杂Si1-x1-yGex1Cy晶体中的碳摩尔分数y在0.01％至0.10％的范围内。11.如权利要求9所述的异质结双极晶体管装置，所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层还包含碳(C)以形成富Ge的结晶Si1-x2-yGex2Cy层，所述富Ge的结晶Si1-x2-yGex2Cy层中的碳摩尔分数y达到0.10％。12.如权利要求9所述的异质结双极晶体管装置，还包括设置在所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层上的p型非本征基极层，所述p型非本征基极层包括高度B+掺杂的结晶Si层和高度B+掺杂的结晶Si1-x3Gex3层之一，所述高度B+掺杂的结晶Si1-x3Gex3层中Ge摩尔分数x3达到40％。13.如权利要求12所述的异质结双极晶体管装置，还包括绝缘层，该绝缘层设置在所述p型非本征基极层上，而不设置在所述p型本征基极的顶表面之上。14.如权利要求13所述的异质结双极晶体管装置，还包括：n型发射极引线，设置在所述n型扩散掺杂的Si结晶发射极上；以及绝缘侧壁，其使得设置在所述p型本征基极的所述顶表面之上的所述n型扩散掺杂的Si结晶发射极和所述发射极引线与设置在所述p型本征基极的所述有角度的小面之上的所述富Ge的结晶Si1-x2Gex2层、所述p型非本征基极层、和所述绝缘层绝缘。15.一种制造异质结双极晶体管装置的方法，包括：在由浅沟槽隔离体(STIs)划界的结晶硅(Si)层中形成n型集电极区域；在所述结晶硅层的顶表面上外延生长p型本征基极，该p型本征基极包括B+...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA卡米洛卡斯蒂洛，JB约翰逊，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US