锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，通过采用具有正梯形形状的锗硅生长前定义窗口，能使发射区的锗硅层为多晶结构，从而能提高发射区的掺杂浓度，提高器件的发射效率以及器件的放大系数和增加器件的截止频率。本发明专利技术采用了先进的深孔接触工艺和P型赝埋层的工艺，且基区采用侧向连出的结构，能极大地节省有源区的面积，改善器件的寄生效应，减小器件集电极电阻，提高器件的性能。有源区的宽度能够做到0.3微米至0.4微米之间，能使得器件的寄生NPN的放大系数降低。本发明专利技术还公开了一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，能和锗硅HBT工艺中的NPN三极管的工艺集成，并降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，本专利技术还涉及一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法。
技术介绍
在射频产品的实际应用中，需要越来越高的器件特征频率。NPN三极管，特别是锗硅(SiGe)异质结三极管(HBT)或者锗硅碳(SiGeC)异质结三极管是超高频器件的很好选择。并且SiGe工艺基本与硅工艺相兼容，因此SiGe HBT已经成为超高频器件的主流之一。在这种背景下，其对输出器件的要求也相应地提高，比如具有一定的电流增益系数(不小于15)和截止频率。对于双极型场效应晶体管(BiCMOS)工艺来说，作为NPN器件即锗硅异质结NPN三极管的互补，PNP器件也非常重要。PNP器件通常分为横向PNP与纵向PNP两种。其中纵向PNP器件的性能较高，也是在高性能应用中所需要的。但是纵向PNP器件和NPN器件的集成的难度较大，甚至无法进行集成。而横向PNP器件的性能较差，但是器件的集成比较容易。现有PNP三极管的发射区的锗硅单晶形成工艺和现有锗硅异质结NPN三极管的基区的锗硅单晶形成工艺相同并且是同时形成。现有PNP三极管的引出基区的多晶硅采用现有锗硅异质结NPN三极管的发射区的多晶硅的工艺。但是对现有PNP三极管的器件特性进行验证发现，其性能并不理想，放大系数比较小，截止频率也较低。其主要原因是所述发射区的实际掺杂水平较低。现有PNP三极管的所述发射区的掺杂是通过注入来进行，并且和现有锗硅异质结NPN三极管的外基区注入共享即采用相同工艺同时注入形成。由于现有锗硅异质结NPN三极管的锗硅的厚度非常薄，因此其外基区注入能量也非常小，只有5KEV 10KEV。由于现有PNP三极管的发射区为共享现有NPN三极管的基区的锗硅单晶，为了降低现有NPN三极管的基区宽度，提高NPN的性能，因此锗硅单晶中掺杂含有一定浓度的碳。这些碳能够抑制硼的扩散。因此导致现有PNP三极管的所述发射区的掺杂尽管剂量很大，但是因为能量很小，无法打穿这一层锗硅合金中的碳层，导致绝大多数的硼被抑制在发射区的锗硅单晶非常靠近表面的区域。而又因为现有PNP三极管的发射区在后续工艺过程中需要生长一层金属硅化物，因此导致发射区的锗硅单晶的表面重参杂的区域掺杂被消耗大部分，从而使现有PNP三极管的发射系数很低并导致器件放大系数较低，截止频率也不够高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，无需多加光刻版，使发射区的锗硅层为多晶结构，能提高PNP三极管的发射区的掺杂浓度，从而提高器件的发射效率以及器件的放大系数，并能增加器件的截止频率；能用作高速、高增益HBT电路中的输出器件，为电路提供多一种器件选择；能有效地缩小器件面积、减小器件的寄生效应、减小PNP管的集电极电阻、提高器件的性能；本专利技术还提供一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法,无须额外的工艺条件,能够降低生产成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，包括:一集电区，由形成于所述有源区中的一 P型离子注入区组成，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度。一赝埋层，由形成于所述集电区周侧的所述浅槽场氧底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层和所述集电区在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出集电极。一基区，由形成于所述有源区中的一 N型离子注入区组成，所述基区位于所述集电区上部并和所述集电区相接触；在所述基区的周侧的所述浅槽场氧中形成一和所述基区相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了 N型杂质，由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触，在所述外基区上形成有金属接触并引出基极。一锗硅生长前定义窗口，由形成于所述有源区上方的第一介质层定义而成，所述锗硅生长前定义窗口位于所述有源区的正上方、所述锗硅生长前定义窗口区域的所述第一介质层被去除而将形成于所述有源区中的所述基区露出；所述锗硅生长前定义窗口的尺寸小于所述有源区尺寸、且所述锗硅生长前定义窗口的尺寸为0.1微米 0.3微米；所述锗硅生长前定义窗口的剖面结构呈一上边小于等于底边的正梯形、且该正梯形的底边和侧边的夹角为70度 90度。一发射区，由填充于所述锗硅生长前定义窗口中且还延伸到所述锗硅生长前定义窗口外侧的所述第一介质层上的且为P型掺杂的锗硅层组成，该锗硅层的厚度为0.05微米 0.2微米并层多晶结构；所述发射区在所述锗硅生长前定义窗口底部和所述基区相接触；在所述发射区顶部形成有金属接触并引出发射极。进一步的改进，所述槽的深度为500埃 1500埃、宽度为0.2微米 0.4微米。进一步的改进，所述第一介质层为氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的复合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的复合膜。为解决上述技术问题，本专利技术提供的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法包括如下步骤:步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽。步骤二、在所述浅沟槽底部进行P型离子注入形成赝埋层。步骤三、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧。步骤四、在所述有源区进行N型离子注入形成基区；所述基区的深度小于所述浅沟槽的底部深度。步骤五、在所述有源区中进行P型离子注入形成集电区，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度，所述集电区的底部延伸到所述浅槽场氧底部并和所述赝埋层形成接触；所述集电区的顶部和所述基区形成接触。步骤六、在所述有源区和所述浅槽场氧上形成第一介质层。步骤七、用光刻胶定义图形，所述光刻胶在所述基区和后续要形成的发射区的接触区域处、以及后续要形成的所述槽的区域处形成窗口 ；所述基区和所述发射区的接触区域位于所述有源区上方且小于等于所述有源区的大小，所述槽的形成区域为所述基区周侧的所述浅槽场氧中。步骤八、采用干法加湿法刻蚀工艺刻蚀所述光刻胶形成的窗口下方的所述第一介质层；刻蚀后，在所述有源区上方形成锗硅生长前定义窗口，所述锗硅生长前定义窗口的尺寸小于所述有源区尺寸、且所述锗硅生长前定义窗口的尺寸为0.1微米 0.3微米；所述锗硅生长前定义窗口的剖面结构呈一上边小于等于底边的正梯形、且该正梯形的底边和侧边的夹角为70度 90度；并进行过量刻蚀将所述槽的形成区域的所述浅槽场氧刻蚀掉并形成所述槽；所述槽和所述基区的侧面相接触，所述槽的深度小于等于所述基区的深度。步骤九、在形成所述锗硅生长前定义窗口和所述槽后的所述硅衬底的正面淀积厚度为0.05微米 0.2微米的锗硅层，所述锗硅层完全填充所述锗硅生长前定义窗口、且填充于所述锗硅生长前定义窗口中的所述锗硅层为多晶硅结构，采用离子注入工艺对所述锗硅层进行P型掺杂；在所述锗硅层上形成第二介质层。步骤十、采用光刻刻蚀工艺，将所述有源区外部的所述第二介质层和所述锗硅层去除，位于所述有源区上方的所述锗硅层组成发射区。步骤十一、在形成所述发射区后的所述硅衬底的正面淀积多晶硅，所述多晶硅将所述槽完全填充，所述第二介质层将所述发射区和所述多晶硅隔离。步骤十二、对所述多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其特征在于，包括：一集电区，由形成于所述有源区中的一P型离子注入区组成，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度；一赝埋层，由形成于所述集电区周侧的所述浅槽场氧底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层和所述集电区在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出集电极；一基区，由形成于所述有源区中的一N型离子注入区组成，所述基区位于所述集电区上部并和所述集电区相接触；在所述基区的周侧的所述浅槽场氧中形成一和所述基区相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了N型杂质，由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触，在所述外基区上形成有金属接触并引出基极；一锗硅生长前定义窗口，由形成于所述有源区上方的第一介质层定义而成，所述锗硅生长前定义窗口位于所述有源区的正上方、所述锗硅生长前定义窗口区域的所述第一介质层被去除而将形成于所述有源区中的所述基区露出；所述锗硅生长前定义窗口的尺寸小于所述有源区尺寸、且所述锗硅生长前定义窗口的尺寸为0.1微米～0.3微米；所述锗硅生长前定义窗口的剖面结构呈一上边小于等于底边的正梯形、且该正梯形的底边和侧边的夹角为70度～90度；一发射区，由填充于所述锗硅生长前定义窗口中且还延伸到所述锗硅生长前定义窗口外侧的所述第一介质层上的且为P型掺杂的锗硅层组成，该锗硅层的厚度为0.05微米～0.2微米并层多晶结构；所述发射区在所述锗硅生长前定义窗口底部和所述基区相接触；在所述发射区顶部形成有金属接触并引出发射极。...

【技术特征摘要】
1.一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，形成于硅衬底上，有源区由浅槽场氧隔离，其特征在于，包括: 一集电区，由形成于所述有源区中的一 P型离子注入区组成，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度； 一赝埋层，由形成于所述集电区周侧的所述浅槽场氧底部的P型离子注入区组成，所述赝埋层和所述集电区在所述浅槽场氧底部相接触，在所述赝埋层顶部的所述浅槽场氧中形成有深孔接触并引出集电极； 一基区，由形成于所述有源区中的一 N型离子注入区组成，所述基区位于所述集电区上部并和所述集电区相接触；在所述基区的周侧的所述浅槽场氧中形成一和所述基区相接触的槽，位于所述槽中的所述浅槽场氧都被去除，所述槽的深度小于等于所述基区的深度，在所述槽中填充有多晶硅并在所述多晶硅中掺入了 N型杂质，由掺入N型杂质的所述多晶硅形成外基区，所述外基区和所述基区在所述基区的侧面相接触，在所述外基区上形成有金属接触并引出基极； 一锗硅生长前定义窗口，由形成于所述有源区上方的第一介质层定义而成，所述锗硅生长前定义窗口位于所述有源区的正上方、所述锗硅生长前定义窗口区域的所述第一介质层被去除而将形成于所述有源区中的所述基区露出；所述锗硅生长前定义窗口的尺寸小于所述有源区尺寸、且所述锗硅生长前定义窗口的尺寸为0.1微米 0.3微米；所述锗硅生长前定义窗口的剖面结构呈一上边小于等于底边的正梯形、且该正梯形的底边和侧边的夹角为70度 90度； 一发射区，由填充于所述锗硅生长前定义窗口中且还延伸到所述锗硅生长前定义窗口外侧的所述第一介质层上的且为P型掺杂的锗硅层组成，该锗硅层的厚度为0.05微米 0.2微米并层多晶结构；所述发射区在所述锗硅生长前定义窗口底部和所述基区相接触；在所述发射区顶部形成有金属接触并引出发射极。2.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，其特征在于:所述槽的深度为500埃 1500埃、宽`度为0.2微米 0.4微米。3.如权利要求1所述的锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管，其特征在于:所述第一介质层为氧化膜，氮化膜，氧化膜和氮化膜的复合膜，氧化膜和氮化膜和多晶硅的复合膜。4.一种锗硅HBT工艺中垂直寄生型PNP三极管的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤一、采用刻蚀工艺在硅衬底上形成有源区和浅沟槽； 步骤二、在所述浅沟槽底部进行P型离子注入形成赝埋层； 步骤三、在所述浅沟槽中填入氧化硅形成浅槽场氧； 步骤四、在所述有源区进行N型离子注入形成基区；所述基区的深度小于所述浅沟槽的底部深度； 步骤五、在所述有源区中进行P型离子注入形成集电区，所述集电区的深度大于或等于所述浅槽场氧的底部深度，所述集电区的底部延伸到所述浅槽场氧底部并和所述赝埋层形成接触；所述集电区的顶部和所述基区形成接触； 步骤六、在所述有源区和所述浅槽场氧上形成第一介质层； 步骤七、用光刻胶定义图形，所述光刻胶在所述基区和后续要形成的发射区的接触区域处、以及后续要形成的所述槽的区域处形成窗口 ；所述基区和所述发射区的接触区域位于所述有源...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈帆，陈雄斌，薛恺，周克然，潘嘉，李昊，蔡莹，陈曦，
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