双极性三极管器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双极性三极管器件，该双极性三极管器件包括衬底、外延层和双极性三极管；双极性三极管包括：由轻掺杂的N‑型单晶硅外延层组成的集电区；由掺杂碳原子的P型单晶硅锗合金组成的基区，P型单晶硅锗合金中锗的含量沿第一方向由零递增至第一阈值后再递减为零；由重掺杂的N+型单晶硅组成的发射区；金属电极，包括集电极、基极和发射极；衬底为重掺杂的P+型单晶硅衬底；外延层包括沿第一方向层叠设置的轻掺杂的P‑型单晶硅外延层和重掺杂的N+型单晶硅外延层，集电区位于在N+型单晶硅外延层上，以使P+型单晶硅衬底与集电区之间形成反向PN结隔离。本实施例的双极性三极管器件具有较高的电流增益以及较好的隔离效果。

Bipolar triode device

【技术实现步骤摘要】
双极性三极管器件
本技术属于半导体
，尤其涉及一种双极性三极管器件。
技术介绍
随着半导体制造业的迅速发展，芯片上集成的晶体管的数量越来越多，电路的速度也越来越快。而双极性三极管由于其既具有CMOS工艺的优点，又具有良好的高频性能，并且制备成本低、噪声性能优，成为半导体行业常用的电子器件。现有的双极性三极管一般采用纯硅基区，或以一定比例均匀掺杂的硅锗合金的基区，电流增益不够大，且现有的双极性三极管与其他器件的隔离效果不好。因此，亟需一种可以提高电流增益且隔离效果较好的双极性三极管。
技术实现思路
本技术实施例提供一种双极性三极管器件，能够实现双极性三极管器件的较高的电流增益以及较好的隔离效果。一方面，本技术提供了一种双极性三极管器件，包括衬底和沿第一方向依次层叠设置在衬底上的外延层和双极性三极管；双极性三极管包括：集电区，由轻掺杂的N-型单晶硅外延层组成；基区，沿第一方向上层叠设置于集电区背离衬底的一侧，基区由掺杂碳原子的P型单晶硅锗合金组成，P型单晶硅锗合金中锗的含量沿第一方向由零递增至第一阈值后再递减为零；发射区，沿第一方向层叠设置于基区背离衬底的一侧，由重掺杂的N+型单晶硅组成；金属电极，包括集电极、基极和发射极，集电极与集电区电连接，基极与基区电连接，发射极与发射区电连接；衬底为重掺杂的P+型单晶硅衬底，外延层包括轻掺杂的P-型单晶硅外延层和重掺杂的N+型单晶硅外延层，集电区位于在N+型单晶硅外延层上，以使P+型单晶硅衬底与集电区之间形成反向PN结隔离。根据本技术的一个方面，进一步包括：第一边缘隔离区，设置在双极性三极管的周侧，第一边缘隔离区包括沿第一方向设置的第一凹槽，第一凹槽由N-型单晶硅外延层延伸至衬底，第一凹槽内填充有多晶硅，第一凹槽的内表面设置有氧化层以包围所述多晶硅。根据本技术的一个方面，进一步包括：第二边缘隔离区，在第一方向上第二边缘隔离区位于第一边缘隔离区的背离衬底的一侧，且一部分对应第一边缘隔离区、另一部分位于基区与集电区之间设置；第二边缘隔离区包括沿第一方向设置的第二凹槽，第二凹槽内填充有高密度等离子氧化层，第二凹槽的内表面设置有氧化层以包围高密度等离子氧化层，第二边缘隔离区的背离衬底的表面与集电区齐平。根据本技术的一个方面，第一凹槽的深度为6微米～10微米，第二凹槽的深度为0.4微米～0.6微米，第一凹槽内的氧化层的厚度为800埃～1200埃，第二凹槽内的氧化层的厚度为100埃～300埃，多晶硅层的厚度大于第一凹槽的宽度的一半，高密度等离子氧化层的厚度大于第二凹槽的宽度的一半。根据本技术的一个方面，第一阈值是P型单晶硅锗合金中锗原子与硅原子的个数比，第一阈值的取值范围为30％～50％。根据本技术的一个方面，P型单晶硅锗合金中碳原子的掺杂含量为0.1％～0.2％，掺杂量为碳原子与硅原子的个数比。根据本技术的一个方面，基区的单晶硅锗合金的厚度为100埃～300埃，P型单晶硅锗合金的掺杂浓度为1E18cm-3量级。根据本技术的一个方面，P+型单晶硅衬底的厚度为600微米～800微米，P-型单晶硅外延层的厚度为2微米～4微米，P-型单晶硅外延层的掺杂浓度为1E16cm-3量级；N+型单晶硅外延层的厚度为2微米～4微米，N+型单晶硅外延层的掺杂浓度为1E19cm-3量级；N-型单晶硅外延层的厚度为2微米～4微米，N-型单晶硅外延层的掺杂浓度为1E16cm-3量级。根据本技术的一个方面，双极性三极管还包括：基极引出区，设置在基区和发射区的周侧，且与基区、发射区和集电区电接触，基极设置于基极引出区上，通过基极引出区与基区电连接，基极引出区由具有掺杂浓度梯度的P+型单晶硅组成，基极引出区的厚度为1微米～2微米；发射极引出区，沿第一方向层叠设置在发射区背离衬底的一侧，且与发射极电接触，发射极设置于发射极引出区上，通过发射极引出区与发射区电连接，发射极引出区由N+型多晶硅组成，发射极引出区的厚度为1000埃～3000埃；集电极引出区，设置于集电区的一侧，且集电区的一侧电接触，集电极设置在集电极引出区上，通过集电极引出区与集电区电连接，集电极引出区由具有掺杂浓度梯度的N+型单晶硅组成，集电极引出区的厚度为2微米～4微米。根据本技术的一个方面，金属电极的材料包括钛及铜中的至少一种。本技术实施例的双极性三极管器件，将双极性三极管层叠设置在衬底上，在集电区与P+型单晶硅衬底之间形成反向的PN结，从发射极经发射区和基区通向集电区的电流由于存在反向PN结，不会向下流向衬底的底部，会直接由集电区通向集电极。此外，基区由掺杂碳原子的P型单晶硅锗合金组成，所述P型单晶硅锗合金中锗的含量沿所述第一方向由零递增至第一阈值后再递减为零，已达到释放晶格失配并调节不同层的能带宽度以实现能带剪裁，从而使得电子在基区移动时产生加速效应，提高电流增益，且在单晶硅锗合金中掺杂碳原子可以填补原子间的间隙，从而有效阻止后续热过程中基区中的锗和杂质原子的移动。本实施例的三极管器件具有较高的电流增益，且通过反向PN结的设置于其他器件隔离，隔离效果好，可靠性强。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的一种双极性三极管器件的结构示意图；图2是本技术实施例提供的一种双极性三极管器件的制备方法流程图；图3是本技术实施例提供的另一种双极性三极管器件的制备方法流程图。具体实施方式下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本技术，并不被配置为限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。为了更好的理解本技术，下面结合图1和图2根据本技术的双极性三极管器件进行详细描述。需要说明的是，本申请中，提及的P+型单晶硅是指在单晶硅上重度掺杂硼元素形成的单晶硅，P-型单晶硅是指在单晶硅上轻度掺杂硼元素形成的单晶硅，N+型单晶硅是指在单晶硅上重度掺杂磷元素和/或砷元素形成的单晶硅，N-型单晶硅是指在单晶硅上轻度掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极性三极管器件，其特征在于，包括衬底和沿第一方向依次层叠设置在所述衬底上的外延层和双极性三极管；所述双极性三极管包括：集电区，由轻掺杂的N‑型单晶硅外延层组成；基区，沿所述第一方向上层叠设置于所述集电区背离所述衬底的一侧，所述基区由掺杂碳原子的P型单晶硅锗合金组成，所述P型单晶硅锗合金中锗的含量沿所述第一方向由零递增至第一阈值后再递减为零；发射区，沿所述第一方向层叠设置于所述基区背离所述衬底的一侧，由重掺杂的N+型单晶硅组成；金属电极，包括集电极、基极和发射极，所述集电极与所述集电区电连接，所述基极与所述基区电连接，所述发射极与所述发射区电连接；所述衬底为重掺杂的P+型单晶硅衬底，所述外延层包括沿第一方向依次层叠设置的轻掺杂的P‑型单晶硅外延层和重掺杂的N+型单晶硅外延层，所述集电区位于在所述N+型单晶硅外延层上，以使所述P+型单晶硅衬底与所述集电区之间形成反向PN结隔离。

【技术特征摘要】
1.一种双极性三极管器件，其特征在于，包括衬底和沿第一方向依次层叠设置在所述衬底上的外延层和双极性三极管；所述双极性三极管包括：集电区，由轻掺杂的N-型单晶硅外延层组成；基区，沿所述第一方向上层叠设置于所述集电区背离所述衬底的一侧，所述基区由掺杂碳原子的P型单晶硅锗合金组成，所述P型单晶硅锗合金中锗的含量沿所述第一方向由零递增至第一阈值后再递减为零；发射区，沿所述第一方向层叠设置于所述基区背离所述衬底的一侧，由重掺杂的N+型单晶硅组成；金属电极，包括集电极、基极和发射极，所述集电极与所述集电区电连接，所述基极与所述基区电连接，所述发射极与所述发射区电连接；所述衬底为重掺杂的P+型单晶硅衬底，所述外延层包括沿第一方向依次层叠设置的轻掺杂的P-型单晶硅外延层和重掺杂的N+型单晶硅外延层，所述集电区位于在所述N+型单晶硅外延层上，以使所述P+型单晶硅衬底与所述集电区之间形成反向PN结隔离。2.根据权利要求1所述的双极性三极管器件，其特征在于，进一步包括：第一边缘隔离区，设置在所述双极性三极管的周侧，所述第一边缘隔离区包括沿所述第一方向设置的第一凹槽，所述第一凹槽由所述N-型单晶硅外延层延伸至所述衬底，所述第一凹槽内填充有多晶硅，所述第一凹槽的内表面设置有氧化层以包围所述多晶硅。3.根据权利要求2所述的双极性三极管器件，其特征在于，进一步包括：第二边缘隔离区，在所述第一方向上所述第二边缘隔离区位于所述第一边缘隔离区的背离所述衬底的一侧，且一部分对应所述第一边缘隔离区、另一部分位于所述基区与所述集电区之间设置；所述第二边缘隔离区包括沿所述第一方向设置的第二凹槽，所述第二凹槽内填充有高密度等离子氧化层，所述第二凹槽的内表面设置有氧化层以包围所述高密度等离子氧化层，所述第二边缘隔离区的背离所述衬底的表面与所述集电区齐平。4.根据权利要求3所述的双极性三极管器件，其特征在于，所述第一凹槽的深度为6微米～10微米，所述第二凹槽的深度为0.4微米～0.6微米，所述第一凹槽内的所述氧化层的厚度为800埃～1200埃，所述第二凹槽内的所述氧化层的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙澜，章剑锋，刘宗华，
申请(专利权)人：瑞能半导体科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江西,36