锗硅功率HBT、其制造方法及锗硅功率HBT多指器件技术

本发明专利技术公开了一种锗硅功率HBT，由低掺杂N型外延工艺制备集电区C，它的底部由重N型掺杂的埋层引出；基区B由重掺杂硼的锗硅外延层组成；发射区E由淀积在基区上的介质经刻蚀形成窗口，再淀积N型掺杂的多晶硅形成；外基区多晶硅下的场氧底部通过P型离子注入和高温退火，将N型外延转化为P型单晶硅。本发明专利技术还公开了锗硅功率HBT多指器件，结构采用CBEBE…BEBC或CEBECEBE…CEBEC的形式。本发明专利技术还公开一种硅功率HBT的制造方法。本发明专利技术P型离子注入区与器件外面的P型离子注入隔离区不连通，极大地降低基极-集电极介质电容；多指结构可最佳化大输出功率器件的基极和/或集电极电阻，以及基极-集电极结电容，得到最大输出功率及功率增益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种锗硅功率HBT。本专利技术还涉及所述锗硅功率HBT的制作方法，以及由锗硅功率HBT形成的锗硅功率HBT多指器件。
技术介绍
常规的锗硅HBT器件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，为了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，它需要有足够高的输出功率以及功率增益。输出功率与发射极的总面积成正比，为此通常采用多指结构。而功率增益除了与截止频率成正比夕卜，还与基区电阻及基区-集电区电容成反比。所以尽可能降低整个多指结构基区电阻及基区-集电区电容是得到高增益并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功率HBT和锗硅功率HBT多指器件，可降低基极-集电极介质电容，最佳化大输出功率器件的基极和/或集电极电阻，得到最大输出功率及功率增益；为此，本专利技术还提供一种所述锗硅功率HBT的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术的锗硅功率HBT形成于P型硅衬底上，有源区由场氧隔离，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型埋层上被场氧隔离的N型外延加上第一 N型离子注入区和第二 N型离子注入区组成；所述第一 N型离子注入区位于N型埋层上的N型外延中并和所述N型埋层连接形成低电阻通道，所述第二 N型离子注入区位于场氧隔离之间的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，且锗娃层的掺杂浓度大于娃帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，并和本征基区形成接触，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；距N型埋层的外围0.5 5微米处形成有P型离子注入隔离区，所述P型离子注入隔离区位于场氧的下方且与场氧和P型硅衬底连接；位于基极下的场氧底部的N型外延中形成有一P型离子注入区。本专利技术还提供锗硅功率HBT的制造方法，包括如下步骤:步骤一，在P型硅衬底上进行剂量为IO15CnT2 1016cnT2、能量为50keV IOOkeV的N型离子注入，再进行高温退火，温度在1050°C 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型埋层上生长厚度为0.8 μ m 2 μ m、掺杂浓度为IO15CnT3 IO16CnT3的低掺杂N型外延，；步骤三，在N型埋层上注入剂量为IO15CnT2 1016cnT2、能量为50keV IOOkeV的N型离子，形成第一 N型离子注入区；步骤四，在器件外围距N型埋层0.5 5微米用于形成场氧的位置形成P型离子注入隔离区，在外基区用于形成场氧处的下方N型外延中形成有一 P型离子注入区；步骤五，进行热氧化形成场氧隔离，氧化层厚度在5000 15000埃；步骤六，在场氧隔离之间的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N型离子注入区；步骤七，淀积氧化硅和多晶硅，打开需长单晶的区域，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 ；步骤八，在锗硅外延层上淀积介质膜，刻蚀形成发射区窗口 ；所述介质膜为氧化硅，或氮化硅，或者氧化硅加氮化硅，或者氮氧化硅加氮化硅；步骤九，在有氧环境下快速退火形成5 10埃的氧化硅层，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；步骤十，进行退火推进，温度为900 1100°C，时间为10 100秒，将发射极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；步骤十一，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。本专利技术提供一种锗硅功率HBT的多指器件，所述多指器件由多个锗硅异质结双极晶体管单管组成，包括两个集电极，所述集电极分别位于多指器件的最外侧，两个集电极内侧包括至少两个发射极，每个发射极的两侧各有一个基极；所述多指器件的单管结构包括:一集电区，由形成于P型硅衬底上的N型埋层、形成于N型埋层上被场氧隔离的N型外延加上第一 N型离子注入区和第二 N型离子注入区组成；所述第一 N型离子注入区位于N型埋层上的N型外延中并和所述N型埋层连接形成低电阻通道，所述第二 N型离子注入区位于发射极窗口下的N型外延中且与N型埋层连接；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，且锗娃层的掺杂浓度大于娃帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，并和本征基区形成接触，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；所述多指器件基极下的场氧底部的N型外延中形成有一 P型离子注入区，所述P型离子注入区、第一 N型离子注入区和第二 N型离子注入区通过连续的N型埋层连接；距N型埋层的外围0.5 5微米处形成有P型离子注入隔离区，所述P型离子注入隔离区位于场氧的下方且与场氧和P型硅衬底连接；所述P型离子注入区和P型离子注入隔离区相互隔离。本专利技术提供另一种锗硅功率HBT的多指器件，所述多指器件由多个锗硅异质结双极晶体管单管组成，包括至少两个集电极，相邻的两个集电极之间包括一个基极和两个发射极，所述基极位于发射极的中间，多指器件的最外侧为集电极；所述多指器件的单管结构包括:一集电区，由形成于P型硅衬底上的N型埋层、形成于N型埋层上被场氧隔离的N型外延加上第一 N型离子注入区和第二 N型离子注入区组成；所述第一 N型离子注入区位于N型埋层上的N型外延中并和所述N型埋层连接形成低电阻通道，所述第二 N型离子注入区位于发射极窗口下的N型外延中且与N型埋层连接；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，且锗娃层的掺杂浓度大于娃帽层的掺杂浓度；一发射区，由形成于本征基区上部的多晶硅组成，并和本征基区形成接触，所述发射极多晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗硅功率HBT，形成于P型硅衬底上，有源区由场氧隔离，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型埋层上被场氧隔离的N型外延加上第一N型离子注入区和第二N型离子注入区组成；所述第一N型离子注入区位于N型埋层上并处于场氧隔离之间的N型外延中，用于将N型埋层引出到硅表面，所述第二N型离子注入区位于发射极窗口下的N型外延中且与N型埋层连接；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，并和本征基区形成接触，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；距N型埋层的外围0.5～5微米处形成有P型离子注入隔离区，所述P型离子注入隔离区位于场氧的下方且与场氧和P型硅衬底连接；位于基极下的场氧底部的N型外延中形成有一P型离子注入区。

【技术特征摘要】

【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：上海;31