全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管及制备方法技术

一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管及制备方法，在N‑Si衬底两端形成STI隔离区；掺杂As形成N+亚集电区；在衬底表面淀积绝缘介质；外延一层本征单晶硅层作为集电区；非选择性外延Si缓冲层、掺C的Si1‑xGex层、Si帽层；在Si帽层上面依次淀积氧化层‑氮化层‑氧化层；选择性注入集电极；生长发射极内侧墙；淀积多晶硅发射极；生长发射极外侧墙；在非选择性外延层结构的两端采用嵌入式SiGe技术选择性外延Si1‑yGey层；采用发射极作掩膜淀积抬升的多晶硅非本征基区；刻蚀以定义基极和发射极的位置；淀积硅化物形成发射极、基极和集电极接触。本发明专利技术提高载流子的迁移率，提高器件工作速和集电区击穿电压，降低有源区的沟道宽度，缩小器件横向尺寸，抑制电流集边效应。

【技术实现步骤摘要】
全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管及制备方法
本专利技术涉及半导体集成电路
，尤其涉及一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着硅基电路进入毫米波应用领域，如60GHz高速通信系统，77GHz汽车雷达系统和94GHz成像系统等汽车工业、5G无线和光纤通信、射频及军事应用领域，对SiGeBiCMOS(硅锗双极CMOS)高性能和低功耗方面的要求越来越高。硅工艺技术适于大规模、高集成的电路应用，由于与硅基工艺完全兼容，在现有的CMOS工艺中上嵌入SiGe双极工艺模块制作的SiGeBiCMOS器件在器件理论和工艺技术上都已经十分成熟。SiGe异质结双极晶体管(HBT)是将Si基双极结型晶体管(BJT)的基区加入了少量的Ge组分。基区采用SiGe材料，显著的提高了器件性能，使得SiGeHBT已成为高速应用中的标准双极晶体管。超高频半导体器件的两个关键指标是截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)。在硅基应变技术可以有效的提高晶体管的迁移率，从而提高器件的性能，目前已成为高速/高性能半导体器件和集成电路重要的研究领域和发展方向之一。硅基小尺寸SiGeHBT在0.3-1THz频段内具有比较优异的性能，所以从工艺技术的角度考虑，完全可以将单轴应力引入到小尺寸SiGeHBT的器件结构中，进而可以合理改变器件的能带结构与材料物理参数，进一步提高器件的高频特性。单轴应变的引入，还可以进一步提高击穿电场(电压)，即在高速的同时还可以实现高压大功率，满足太赫兹频段SOC系统对器件性能的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种降低电流集边效应、提高器件工作速度、提高集电区击穿电压的可工作于太赫兹频段的全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管及制备方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本专利技术所述晶体管选取N-掺杂的单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底的两端形成STI隔离区结构；采用高剂量的As原子掺杂形成N+亚集电区；在衬底表面淀积绝缘介质用以定义有源区位置，然后外延一层本征单晶硅层作为集电区；在氧化层-本征硅层-氧化层结合的器件表面，采用非选择性淀积的方法分别外延Si缓冲层、掺C的P型双轴应变Si1-xGex层、Si帽层；在Si帽层上依次淀积氧化层-氮化层-氧化层的结构，刻蚀后定义发射极位置；利用自对准工艺选择性注入集电极，以抑制基区中硼的扩散；在氧化层-氮化层-氧化层结构中光刻发射极接触孔并形成发射极内侧墙；随后淀积多晶硅发射极并刻蚀；在刻蚀好的发射极周围淀积发射极外侧墙；刻蚀余下的氧化层-氮化层-氧化层结构，并采用发射极作掩膜的自对准工艺在单晶Si缓冲层-应变Si1-xGex层-Si帽层结构的两端采用嵌入式SiGe技术选择性外延Si1-yGey层；再一次采用发射极作掩膜在非发射极区域淀积抬升的多晶硅非本征基区；刻蚀以定义基极和发射极的位置并形成侧墙氧化层以隔离基区和集电区；淀积硅化物分别形成发射极、基极和集电极接触。其中，所述的复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管采用非选择性外延生长Si缓冲层—应变Si1-xGex层-Si帽层结构，该方法可实现器件的全平面化，和已有的BiCMOS工艺完全兼容，同时也可以实现大规模集成。所述的单晶Si缓冲层-应变Si1-xGex层-Si帽层结构的两端采用嵌入SiGe工艺选择性外延的Si1-yGey层，由于和基区Si1-xGex材料以及发射区、集电区Si材料晶格的差异，在器件的集电区、基区和发射区同时引入应变，特别在基区，形成了双轴和单轴的复合应变。所述的嵌入式SiGe技术选择性外延Si1-yGey层，有效的降低了有源区的沟道宽度，缩小了器件横向尺寸的同时，也抑制了大电流下的电流集边效应，最终使得该器件可工作在太赫兹频段。本专利技术所述一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管制备方法，制备步骤如下：步骤1，选取单晶硅掺杂浓度为1015cm-3的N型Si为初始材料，作为衬底；步骤2，在单晶Si衬底上的两端形成STI结构；步骤3，注入高剂量的As原子形成N+亚集电区；步骤4，在衬底表面淀积绝缘介质-硅氧化层；步骤5，光刻硅氧化层，以定义集电区位置；步骤6，在定义的集电区位置，选择性外延本征硅层，作为集电区；步骤7，在氧化层-本征硅层-氧化层结合的器件表面，采用非选择性淀积的方法分别外延Si缓冲层、掺C的P型双轴应变Si1-xGex层、Si帽层；步骤8，在Si帽层上面依次淀积氧化层-氮化层-氧化层结构；步骤9，光刻氧化层-氮化层-氧化层结构，以定义发射极位置；步骤10，采用自对准工艺选择性注入集电极，该结构可以有效地抑制基区中硼的扩散；步骤11，在氧化层-氮化层-氧化层结构中外延氧化层并光刻，以形成发射极内侧墙；步骤12，淀积N+多晶硅层并光刻，以形成N+多晶硅发射极；步骤13，在器件表面淀积一层氧化层并光刻，以形成发射极内侧墙；步骤14，刻蚀氧化层-氮化层-氧化层结构；步骤14，采用发射极作掩膜的自对准工艺在单晶Si缓冲层-应变Si1-xGex层-Si帽层结构的两端采用嵌入式SiGe技术选择性外延Si1-yGey层；步骤15，再一次采用发射极作掩膜的自对准工艺在非发射极区域淀积抬升的多晶硅非本征基区；步骤16，光刻抬升的多晶硅非本征基区以定义器件基区的结构；步骤17，选择性外延基区/集电区边墙氧化层；步骤18，淀积并光刻硅化物，以定义发射极接触、基极接触和集电极接触。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：将成熟的BiCMOS工艺与SiGe技术以及“硅基应变技术”这三者有机结合，通过在发射区、基区和集电区区域同时引入单轴应力来形成一种新的太赫兹频段下的全平面复合应变Si/SiGeHBT新结构，每个区域所施加的单轴应力均可以大幅提高纵向少数载流子的迁移率，从而提高器件的高频特性；尤其在集电区，应力的引入可以提高集电结的击穿电压，进而提高器件的功率特性；同时嵌入式SiGe技术的引入有效的降低了有源区的沟道宽度，缩小了器件横向尺寸的同时，也抑制了大电流下的电流集边效应，可实现混合高压高速器件的集成。附图说明图1是本专利技术双极晶体管的剖面示意图。图2a—图2q为本专利技术双极晶体管的制备方法示意图。附图标号：100-N-Si衬底、101-STI结构、102-N+亚集电区、103-硅氧化层、104-集电区窗口、105-本征集电区、106-非选择性外延Si缓冲层、107-非选择性外延掺C的P型应变Si1-xGex层、108-非选择性外延Si帽层、109-氧化层、110-氮化层、111-氧化层、112-发射极位置、113-SIC结构、114-发射极内侧墙、115-N+多晶硅发射极、116-发射极外侧墙、117-刻蚀后的发射极侧墙、118-选择性外延嵌入式Si1-yGey层、119-抬升非本征基区、120-基区/集电区边墙氧化层、121-发射极接触、122-基极接触、123-集电极接触。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本专利技术所述晶体管选取N-掺杂的单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底的两端形成STI隔离区结构；采用高剂量的As掺杂形成N+亚集电区；在衬底表面淀积绝缘介质用以定义有源区位置；然后外延一层本征单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管，其特征在于：所述晶体管选取N‑掺杂的单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底的两端形成STI隔离区结构；采用高剂量的As原子掺杂形成N+亚集电区；在衬底表面淀积绝缘介质用以定义有源区位置，然后外延一层本征单晶硅层作为集电区；在氧化层‑本征硅层‑氧化层结合的器件表面，采用非选择性淀积的方法分别外延Si缓冲层、掺C的P型双轴应变Si1‑xGex层、Si帽层；在Si帽层上依次淀积氧化层‑氮化层‑氧化层的结构，刻蚀后定义发射极位置；利用自对准工艺选择性注入集电极，以抑制基区中硼的扩散；在氧化层‑氮化层‑氧化层结构中光刻发射极接触孔并形成发射极内侧墙；随后淀积多晶硅发射极并刻蚀；在刻蚀好的发射极周围淀积发射极外侧墙；刻蚀余下的氧化层‑氮化层‑氧化层结构，并采用发射极作掩膜的自对准工艺在单晶Si缓冲层‑应变Si1‑xGex层‑Si帽层结构的两端采用嵌入式SiGe技术选择性外延Si1‑yGey层；再一次采用发射极作掩膜在非发射极区域淀积抬升的多晶硅非本征基区；刻蚀以定义基极和发射极的位置并形成侧墙氧化层以隔离基区和集电区；淀积硅化物分别形成发射极、基极和集电极接触。...

【技术特征摘要】
1.一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管，其特征在于：所述晶体管选取N-掺杂的单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底的两端形成STI隔离区结构；采用高剂量的As原子掺杂形成N+亚集电区；在衬底表面淀积绝缘介质用以定义有源区位置，然后外延一层本征单晶硅层作为集电区；在氧化层-本征硅层-氧化层结合的器件表面，采用非选择性淀积的方法分别外延Si缓冲层、掺C的P型双轴应变Si1-xGex层、Si帽层；在Si帽层上依次淀积氧化层-氮化层-氧化层的结构，刻蚀后定义发射极位置；利用自对准工艺选择性注入集电极，以抑制基区中硼的扩散；在氧化层-氮化层-氧化层结构中光刻发射极接触孔并形成发射极内侧墙；随后淀积多晶硅发射极并刻蚀；在刻蚀好的发射极周围淀积发射极外侧墙；刻蚀余下的氧化层-氮化层-氧化层结构，并采用发射极作掩膜的自对准工艺在单晶Si缓冲层-应变Si1-xGex层-Si帽层结构的两端采用嵌入式SiGe技术选择性外延Si1-yGey层；再一次采用发射极作掩膜在非发射极区域淀积抬升的多晶硅非本征基区；刻蚀以定义基极和发射极的位置并形成侧墙氧化层以隔离基区和集电区；淀积硅化物分别形成发射极、基极和集电极接触。2.一种全平面太赫兹复合应变Si/SiGe异质结双极晶体管制备方法，其特征在于，所述制备步骤如下：步骤1，选取单晶硅掺杂浓度为1015cm-3的N型Si为初始材料，作为衬底；步骤2，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春宇，杜会静，王冠宇，徐超，孙继浩，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13