锗硅异质结双极型三极管功率器件及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种锗硅异质结双极型三极管功率器件，包括：一集电区，由N型埋层、N型外延加上第一离子注入区和第二离子注入区组成；所述N型埋层的掺杂浓度大于所述N型外延的掺杂浓度；一基区，由形成于N型外延上的锗硅外延层组成，包括硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，锗硅层和硅帽层分别掺杂有硼，且锗硅层的掺杂浓度大于硅帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，和本征基区形成接触，多晶硅中进行N型离子注入退火后形成发射极-基极结。本发明专利技术还公开了一种所述三极管的制造方法。本发明专利技术提高器件的击穿电压、输出功率增益和工作频率，并降低集电极的电阻、集电极-基极电容、外基区串联电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种锗硅异质结双极型三极管功率器件。本专利技术还涉及所述锗硅异质结双极型三极管功率器件的制作方法。
技术介绍
常规的锗硅异质结双极型三极管要求在一定的击穿电压下有尽可能高的截止频率，主要影响截止频率的是基区及基区-集电区结形成的耗尽区的渡越时间。截止频率与渡越时间成反比，而渡越时间正比于基区及结耗尽区的宽度。结耗尽区宽度又与发射极到集电极的击穿电压成正比。所以，为在相同的击穿电压下得到更高的截止频率，需要基区宽度越窄越好。同时，发射区-基区结也需要较浅，以符合高频要求。功率器件的要求则有所不同，需要有足够的功率增益。功率增益除了与截止频率成正比外，还与基区电阻及基区-集电区结电容成反比。所以降低基区电阻及基区-集电区结电容是得到高增益的关键。另外，为得到高输出功率，功率管面积都很大，而发射极-基极都是重掺杂的，与器件面积成正比的隧穿漏电而非结的雪崩效应决定了器件的击穿电压，而较低的击穿电压会引起较高的漏电流。如何解决这些问题是功率器件实现工业应用的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种锗硅异质结双极型三极管功率器件，可以提高发射极-基极结的击穿电压和器件的输出功率增益，并且降低集电极电阻、集电极-基极电容和外基区串联电阻；为此，本专利技术还提供一种所述锗硅异质结双极型三极管功率器件的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术的锗硅异质结双极型三极管功率器件，形成于P型硅衬底上，有源区由场氧区隔离，所述三极管包括一集电区，由形成于P型硅衬底上的N型埋层、形成于N型埋层上被场氧区隔离的N型外延加上第一离子注入区和第二离子注入区组成；所述第一离子注入区位于N型埋层上并和所述N型外延形成连接，所述第二离子注入区位于场氧区之间的N型外延中；所述N型埋层的掺杂浓度大于所述N型外延的掺杂浓度；一基区，由形成于N型外延上的锗硅外延层组成，其包括一本征基区和一外基区，所述本征基区和集电区形成接触，所述外基区形成于所述场氧区上部且用于形成基区电极；所述锗硅外延层包括硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，所述锗硅层和硅帽层分别掺杂有硼，且锗硅层的掺杂浓度大于硅帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，和所述本征基区形成接触，所述多晶硅中进行N型离子注入退火后形成发射极-基极结。优选的，所述N型埋层的离子注入剂量为IO15CnT2 1016cm_2，注入能量为50KeV IOOKeV,所注入的离子为砷。优选的，所述第一离子注入区的注入剂量为IO15cnT2 1016cm_2，注入能量为50KeV IOOKeV,所注入的离子为磷。优选的，所述N型外延的离子注入剂量为IO15cnT3 1016cm_3，N型外延的厚度为O.8 μ m 2 μ m0优选的所述第二离子注入区为选择性N型离子注入。·优选的，所述硅缓冲层的厚度为100 300埃；所述锗硅层的厚度为400 800埃，其中100 300埃掺杂硼，掺杂浓度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT2 ;所述硅帽层的厚度为300 500埃，其中掺杂浓度为IO15CnT3 1017cnT3。优选的，所述发射极-基极结的深度为300 500埃。本专利技术还提供所述锗硅异质结双极型三极管功率器件的制造方法，包括如下步骤步骤一，在P型硅衬康上进行注入剂量为IO15CnT2 1016cnT2，注入能量为50KeV IOOKeV的N型离子注入，再进行高温退火，退火温度在1050 1150°C之间，退火时间在60分钟以上，形成N型埋层；步骤二，在N型埋层上进行厚度为O. 8 μ m 2 μ m、掺杂浓度为1015cm_3 1016cm_3的低N-掺杂外延生长，并通过热氧化形成场氧区隔离；步骤三，在N型埋层上进行注入剂量为IO15CnT2 1016cnT2，注入能量为50KeV IOOKeV的N型离子注入，形成第一离子注入区；步骤四，在隔离区之间的N型外延中进行选择N型离子注入，形成低电阻底座的第二离子注入区；步骤五，用外延法生长锗硅外延层，该锗硅外延层分为硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，其中锗硅层和硅帽层分别掺杂有硼；所述硅缓冲层的厚度为100 300埃；所述锗硅层的厚度为400 800埃，其中100 300埃掺杂硼，掺杂浓度在2 X 1019cm_3 6 X IO1W3 ；所述硅帽层的厚度为300 500埃，其中掺杂浓度为IO15CnT3 IO17CnT3 ；步骤六，在锗硅外延层上淀积介质膜，刻蚀形成发射区窗口 ；步骤七，在有氧环境下快速退火形成一厚度小于10埃的氧化层，然后淀积在位掺杂多晶硅，并先后离子注入磷和砷，通过光刻刻蚀形成多晶硅发射极，并进行自对准发射极多晶硅的外基区P型离子注入以降低基区电阻；步骤八，进行退火推进，温度为900 1100°C，时间为10 100秒，将多晶硅中的磷和砷推过硅帽层后进入本征基区，形成深度在300 500埃的发射极-基极结；步骤九，淀积硅化物合金层，采用接触孔工艺和金属连线工艺对发射极、基极和集电极进行连接。其中优选的，步骤六中介质膜为氧化硅或氮化硅或者氧化硅加氮化硅或者氮氧化硅加氮化硅。本专利技术的有益效果在于I、本专利技术通过增加锗硅基区硅帽层的厚度，并将硼高掺杂浓度区相对硅帽层恰当放置，以及发射区的在位掺杂多晶硅浓度及离子注入剂量的优化，最终器件经热退火扩散并激活，可形成较低离子浓度的发射极-基极结，从而提高结的击穿电压；2、本专利技术综合采用了低电阻的埋层通道，选择性N型离子注入形成的低电阻底座，以及高掺杂硼的锗硅基区，有效地增大了的发射极窗口下有电操作性能的器件的面积与总面积之比，大大提高了在同样面积下器件的输出功率增益，并保持了高工作频率；3、本专利技术采用了低电阻的埋层通道和选择性N型离子注入形成的低电阻底座，可大大降低集电极的电阻；外基区由高掺杂硼的氧化层扩散进入硅单晶，可有效地降低外基区的串联电阻，同时由于扩散较浅，与准自对准结构相比，基极-集电极电容会小得多；同时，自对准的器件结构降低了外基区到发射极窗口的距离，进一步降低了外基区的串联电阻；4、将发射极-基极结远离发射极窗口并形成于含锗的区域内，可提升器件的线性度；另外，将基极-集电极结同样形成于含锗的区域内，可进一步提高器件的输出功率增益。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图I是本专利技术实施例的锗硅异质结双极型三极管功率器件的结构示意图；图2-图4是本专利技术实施例的锗硅异质结双极型三极管功率器件制造过程中的器件截面示意图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术实施例的锗硅异质结双极型三极管功率器件，形成于P型硅衬底I上，有源区由场氧区4隔离，所述三极管包括一集电区，由形成于P型硅衬底I上的N型埋层2、形成于N型埋层2上被场氧区4隔离的N型外延3加上第一离子注入区5和第二离子注入区6组成；所述第一离子注入区5位于N型埋层2上并和所述N型外延3形成连接，所述第二离子注入区6位于场氧区4之间的N型外延3中；所述N型埋层2的掺杂浓度大于所述N型外延3的掺杂浓度；—基区，由形成于N型外延3上的锗娃外延层7组成,其包括一本征基区和一外基区，所述本征基区和集电区形成接触，所述外基区形成于所述场氧区4上部且用于形成基区电极；所述锗硅外延层7包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗硅异质结双极型三极管功率器件，形成于P型硅衬底上，有源区由场氧区隔离，其特征在于，所述三极管包括：一集电区，由形成于P型硅衬底上的N型埋层、形成于N型埋层上被场氧区隔离的N型外延加上第一离子注入区和第二离子注入区组成；所述第一离子注入区位于N型埋层上并和所述N型外延形成连接，所述第二离子注入区位于场氧区之间的N型外延中；所述N型埋层的掺杂浓度大于所述N型外延的掺杂浓度；一基区，由形成于N型外延上的锗硅外延层组成，其包括一本征基区和一外基区，所述本征基区和集电区形成接触，所述外基区形成于所述场氧区上部且用于形成基区电极；所述锗硅外延层包括硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，所述锗硅层和硅帽层分别掺杂有硼，且锗硅层的掺杂浓度大于硅帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，和所述本征基区形成接触，所述发射极多晶硅中进行N型离子注入退火后形成发射极？基极结。

【技术特征摘要】
1.一种锗硅异质结双极型三极管功率器件，形成于P型硅衬底上，有源区由场氧区隔离，其特征在于，所述三极管包括 一集电区，由形成于P型硅衬底上的N型埋层、形成于N型埋层上被场氧区隔离的N型外延加上第一离子注入区和第二离子注入区组成；所述第一离子注入区位于N型埋层上并和所述N型外延形成连接，所述第二离子注入区位于场氧区之间的N型外延中；所述N型埋层的掺杂浓度大于所述N型外延的掺杂浓度； 一基区，由形成于N型外延上的锗硅外延层组成，其包括一本征基区和一外基区，所述本征基区和集电区形成接触，所述外基区形成于所述场氧区上部且用于形成基区电极；所述锗硅外延层包括硅缓冲层、锗硅层和硅帽层，所述锗硅层和硅帽层分别掺杂有硼，且锗硅层的掺杂浓度大于硅帽层的掺杂浓度； 一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，和所述本征基区形成接触，所述发射极多晶硅中进行N型离子注入退火后形成发射极-基极结。2.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功率器件，其特征在于所述N型埋层的离子注入剂量为IO15CnT2 1016cm_2，注入能量为50KeV IOOKeV,所注入的离子为砷。3.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功率器件，其特征在于所述第一离子注入区的注入剂量为IO15CnT2 1016cm_2，注入能量为50KeV lOOKeV，所注入的离子为磷。4.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功率器件，其特征在于所述N型外延的离子注入剂量为IO15CnT3 IO16CnT3, N型外延的厚度为O. 8 μ m 2 μ m。5.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功率器件，其特征在于所述第二离子注入区为选择性N型离子注入。6.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功率器件，其特征在于所述硅缓冲层的厚度为100 300埃；所述锗硅层的厚度为400 800埃，其中100 300埃掺杂硼，掺杂浓度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述硅帽层的厚度为300 500埃，其中掺杂浓度为 1015cm 3 1017cm 3。7.根据权利要求I所述的锗硅异质结双极型三极管功...

【专利技术属性】
技术研发人员：周正良，李昊，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：