铟增强的双极晶体管制造技术

描述通过在晶体管的基极中加入铟来改进双极高频硅晶体管性能的方法。不是采用铟取代硼、以高β和高基极电阻为代价来提高β－厄雷电压乘积，而是将独立的硼、铟掺杂分布结合在基极中。晶体管既保留了纯粹硼基极晶体管的大部分特性，又因铟分布的加入而改善一些参数。这种“双面”或“加入铟”的晶体管展示了提高的β－厄雷电压乘积，抑制了集电极－基极电容摆动，降低了β的温度依赖性，还保留了纯粹硼基极晶体管的优点。为收到满意效果，必须以这样的方式把铟分布包含在硼分布范围内，使得β和有效基极宽度基本上不受影响，否则将破坏高频性能。还给出双极高频硅ＮＰＮ晶体管的典型制造工艺，并有因附加的铟注入而改善的参数的记录。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅双极晶体管，特别是用于移动电信的低压高频晶体管。现代电信系统中，采用双极晶体管的集成电路发挥着重要作用。所述电路多数用于模拟功能，例如切换电流和电压，以及用于高频无线功能(混合器、功放器、检波器等)。对于移动电信应用(例如手机)，所述电路工作在低电源电压(<3.5V>下，以便节省能量并且能够利用电池工作。为使晶体管有良好的高频性能，基极必须非常窄。从物理及实用观点看，出现一些问题。基极的掺杂必须小心翼翼以取得合适的β(电流增益)，发射极-基极结的掺杂度不能太高(否则，会造成低的BVebo)，而为了避免穿通击穿，又要求基极有足够的掺杂来承受加在其上的电压，同时，应该有高厄雷电压，低基极阻抗等。通常通过硼离子注入形成基极。对于薄的基极，搀杂的最好形状是盒状，但在离子注入的情况下通常获得光滑、几乎半三角形的形状。解决外形问题的比较先进的方法是外延淀积出现场(in-situ)掺杂的基极层，从而得到盒状外形结构。然而这将仅仅改善上述参数的中一部分。在基极中利用Si1-xGex(0＜x＜0.2)作为材料能进一步改进外延基极晶体管。SiGe基极晶体管属异质结双极晶体管(HBT)。SiGe和Si的带隙差别用来进一步缩小基极宽度，同时保持合理的β和基极电阻，以便提高晶体管的高频性能。SiGe基极还可以具有增大的β-厄雷电压乘积(hFE-VA)以及减小的hFE对温度的依赖性。铟的合理的低扩散系数及注入特性适合用于窄掺杂层。铟是p掺杂物，可取代硼用于双极晶体管的基极。与硼最有意思的不同之处是铟具有作为“非浅”受主的特性。在典型晶体管工作温度下，只有很小部分的铟受主状态离子化或呈活性(称为“杂质冻结”[1])。结果，有效Gummel数减少，电流增益增大。另一有趣的方面是，铟基极比较不易受反偏置的集电极-基极结(正常工作态)引起的基极宽度调节(即厄雷效应)的影响，因为集电极-基极耗尽区的铟受主状态会离子化并阻止准中性基极被反偏置结耗尽。这样会减小基极-集电极结的与电压相关的电容变化，对高频传输特性的非线性产生影响。所有双极硅晶体管的β都有相当高的正温度系数，即β随温度升高而增大。对温度的这种关系给电路设计带来诸多困难和牺牲。另外，双极电源设备中，若该系数为正，会产生热不稳定问题，通常用镇流发射极电阻解决该问题，但却是以降低性能并增大成本为代价。既然高温时更多受主状态会离子化，在基极中使用铟的双极晶体管的β对温度的依赖性降低，因此提高了有效的基极掺杂。这样便降低了β随温度增加的幅度。Ham和Kizilyalli的美国专利第5,681,763号中描述了具备掺杂铟的基极的双极晶体管的制造方法。在该专利中详述了在基极中掺杂铟和硼(主要是为了提高晶体管的厄雷电压)，但未讨论将这两种成分结合后的效果，虽然文中在制做流程和权利要求1中有所提及，即，基极中掺杂铟时，亦可掺杂硼。所述专利中铟剂量范围(1×1012-1×1015cm-2)太大。高掺杂度的铟属深层杂质，形成基极重组电流，导致晶体管漏电和低的低电流β。剂量范围应低于1×1014cm-2以抑制这种效应。铟掺杂度高时，硼和铟都会出现瞬时增强扩散(TED)，完全破坏所有优点。具备注入铟的基极的双极晶体管通过0.5μm和0.25μmBiCMOS技术进行实验[2、3]。最有意义的改进是厄雷电压的增加，提高了β-厄雷电压乘积(hFE×VA乘积)。然而，β和基极电阻增大了不止十倍。这使得该设备在实际无线电路设计中的应用多多少少有些不可能。在电信应用的高频双极晶体管中，最好采用50-150范围内的β因数。[2]中，β从120增大到1600，[3]中，β从120增大到1300。很高的铟浓度可降低β，却导致基极少数载流子的严重重组。低基极电阻(RB)是一个非常重要的参数。它影响到fmax(∝1/√RB)(后者是重要的高频参数)，和设备(∝√RB)的噪音。与类似的硼基极晶体管相比，[2]中的基极电阻增加近20倍，[3]中近14倍。因此，仍然需要有一种方法来改进双极高频硅晶体管的性能，能提高β厄雷电压，又不致使β和/或基极电阻太大。本专利技术代之以提出将基极中的硼和铟的参杂分布组合起来，以便获得这样的晶体管它保留硼基极晶体管的大部分特性同时具有因为加入的铟而得到改善的一些特性。这种“双分布”或“铟增强”的晶体管将呈现提高的β-厄雷电压乘积和低的β对温度的依赖性，然而却保留硼基极晶体管的优良特性。为了这种晶体管能令人满意地工作，必须以这样的方式在硼分布中包含铟分布，即，β和有效的基极宽度不受显著影响，否则将降低低频和高频特性。独立权利要求1、9和10以及从属权利要求2-8陈述了根据本专利技术的方法。独立权利要求11陈述了根据本专利技术的双极硅高频晶体管。附图说明图1示意地说明建立n型阱和绝缘后的包含器件区和集电极接点的衬底；图2示意地说明淀积了氮化物，利用E/B掩模、E/B蚀刻，去除光阻材料和氧化物蚀刻后的衬底；图3图解说明基极多晶硅层的淀积和B或BF2注入；图4图解说明具有涂敷的四乙氧基硅烷(TEOS)并利用发射极掩模(随后被去除)蚀刻后的基极多晶硅层；图5图解说明涂敷的基极氧化物和小剂量硼的基极注入；图6图解说明淀积隔离层氮化物的步骤；图7图解说明隔离氮化物层蚀刻后形成的隔离层以及注入磷(单载流子注入(SCI))和铟的步骤；图8图解说明去除氧化物和淀积多晶硅后的衬底、注入砷、掩蔽、蚀刻和去除掩模；图9图解说明配备有用于进行高温热处理的薄氧化物和氮化物层的衬底；图10图解说明硅化物形成步骤后的衬底；图11图解说明金属化后成品结构的一部分；以及图12图解说明作为所施加的电压的函数的集电极-基极电容。详细描述美国专利号5,681,763中所描述的实施方案涉及简单的单-多晶硅双极晶体管。在本说明书中，实施方案将展示一种描述展示了具备内隔离层的先进的双-多晶硅晶体管。为了降低不必要的副作用，只将铟精确的注入发射极开口，利用内隔离层做挡板(可能需要用于其他结构部分的掩模)自对准，这样铟便只能注入晶体管中预定的确切位置，否则可能降低其他晶体管参数。将铟注入现有高频双极晶体管的流程并不复杂。离子化注入的标准方法还包括必要的化学物品，用于结合普通搀杂物B、BF2、As、P和Sb注入铟。铟的注入可与基极离子化同一步骤进行，或者在铟注入后硼注入前进行单独的热处理步骤，以降低增强的硼扩散。铟注入也可稍后与SCI注入同步骤进行(用于先进的工艺中局部增大内基极下的搀杂度，从而降低高电流效应，增大器件的fT)。铟剂量应非常低(与硼注入相同数量级)，但因为低离子化，活性搀杂的附加增长低，结果导致β和基极电阻实质等同于纯硼晶体管。选择注入能量使得成品的铟分布存在于硼分布所决定的区域，因此没有使基极宽度向集电极区扩展。为了提高厄雷电压，必须这样设置、使得搀杂剂存在于集电极-基极耗尽区，后者靠近反向偏置的集电极-基极结。厄雷电压随加入的铟而增大，因为集电极-基极耗尽区的铟受主状态将离子化并阻止准中性基极被反偏置结耗尽。换句话说，有效搀杂作为反向偏压的函数而增加，从而补偿基极的耗尽，并降低厄雷电压效应。最终，(硼分布中)铟的存在还将降低穿通窄基极区的敏感性。另外，温度升高时，更多的铟将离子化(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅双极晶体管中获得提高的β－厄雷电压乘积和低温度依赖性的方法，其特征在于包括以下步骤：在硅双极晶体管的基极电极中以双分布形式组合硼和铟的掺杂分布，以便在硼掺杂分布内形成铟掺杂分布，使得所述β和有效基极宽基本上不受影响，从而保持所需 的β值和基极电阻以及所需的高频特性。

【技术特征摘要】
SE 1999-10-8 9903629-51.一种在硅双极晶体管中获得提高的β-厄雷电压乘积和低温度依赖性的方法，其特征在于包括以下步骤在硅双极晶体管的基极电极中以双分布形式组合硼和铟的掺杂分布，以便在硼掺杂分布内形成铟掺杂分布，使得所述β和有效基极宽基本上不受影响，从而保持所需的β值和基极电阻以及所需的高频特性。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤当按照标准制造工艺步骤对所述基极电极碱性离子注入时，在对应的工艺步骤中注入所述基极电极的铟掺杂分布。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在所述铟分布注入后、进行所述硼分布注入之前，进行单独的热处理步骤，以减小增强的硼扩散。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在工艺流程中，在进行SCI注入的同时进行铟分布注入，以便局部提高外部基极电极下的掺杂度，削弱高电流效应，提高所述器件的高频参数ft。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在形成内部隔离层(24)后进行所述铟分布注入，从而当把铟注入到所述基极区时进一步限制注入口。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：T约翰松，H诺尔斯特伦，
申请(专利权)人：因芬尼昂技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]