SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法
2023-08-02 20:51:11 3
專利名稱：SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的製造方法。
背景技術：
在射頻應用中，需要越來越高的器件特徵頻率，RFCMOS雖然在先進的工藝技術中可實現較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實現40GHz以上的特徵頻率，而且先進工藝的研發成本也是非常高；化合物半導體可實現非常高的特徵頻率器件，但由於材料成本高、尺寸小的缺點，加上大多數化合物半導體有毒，限制了其應用。矽鍺異質結雙極電晶體(SiGe HBT)則是超高頻器件的很好選擇，首先其利用SiGe與Si的能帶差別，提高發射區的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數；其次利用SiGe基區的高摻雜，降低基區電阻，提高特徵頻率；另外SiGe工藝基本與矽工藝相兼容，因此SiGe HBT已經成為超高頻器件的主力軍。
常規的SiGe HBT採用高摻雜的集電區埋層，以降低集電區電阻，另外採用深槽隔離降低集電區和襯底之間的寄生電容，改善HBT的頻率特性。該器件工藝成熟可靠，但主要缺點有:1、集電區外延成本高；3、深槽隔離工藝複雜，而且成本較高；發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，它可以有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
為了解決以上技術問題，本發明提供了一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，包括以下步驟:步驟一、採用深阱注入與襯底隔離以減小集電區漏電流；步驟二、製作N型和P型贗埋層和摻雜集電區，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質，經過熱處理後雜質的擴散，形成N和P型贗埋層；步驟三、利用P型襯底形成P型集電區，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟四、矽鍺異質結雙極電晶體SiGeHBT集電區形成N型基區，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟五、利用矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT外延P型矽鍺異質結雙極電晶體SiGe基區形成發射區，並由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT基區引出。
本發明的有益效果在於:深阱自隔離結構可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
步驟一中深阱注入雜質為磷,注入劑量為Ie14 5e15cnT2，注入能量為500kev 3000kev ；P阱注入雜質為硼，注入劑量為Ie12 5e13，注入能量為200kev 500kev。
步驟二中N型和P型贗埋層，PBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小於15keV低能量的P型注入，注入的雜質為硼或氟化硼，作為P型集電區的連接；NBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小於15keV低能量的N型注入，注入的雜質為磷，作為N型基區的連接。
步驟三中集電區和基區:P型集電區利用P型襯底形成#型基區由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT集電區形成，注入的雜質為N型的磷或砷，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
步驟四中發射區:由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT外延P型SiGe基區形成，注入雜質為硼或氟化硼，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
步驟五中集電區、基區和發射區引出:集電區和基區由深接觸孔引出，發射區通過矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT基區引出。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1是本發明的自隔離型垂直寄生PNP器件結構示意圖2是寄生PNP管工作於正向放大區時輸出特性曲線示意圖2(a)是寄生PNP管工作於正向放大區時輸出特性曲線示意圖2(b)是未採用深阱自隔離結構的寄生PNP管工作於正向放大區時，集電極電流IC和基極電流IB與基極-發射極電壓VBE的關係示意圖3 (a)是淺槽刻蝕、贗埋層(Pseudo Buried Layer)注入、淺槽填充之後的器件截面圖3(b)是N型深阱、P阱注入之後的器件截面圖3(c)是SiGe HBT集電區注入之後的器件截面圖3(d)是鍺矽外延之後的器件截面圖3(e)是接觸孔引出之後的器件截面圖。
附圖中附圖標記說明:
1-P型襯底，2-淺槽隔離，3-P型贗埋層，4-N型贗埋層，5_N型深阱注入，6_P阱注入，7-SiGe HBT集電區注入，8_SiGe外延，9-深接觸孔，10-接觸孔，11-金屬連線，具體實施方式
本發明提出一種SiGe HBT工藝中的自隔離型垂直寄生PNP的器件，可用作高速、高增益HBT電路中的輸出器件，採用深阱注入與襯底隔離以減小集電區漏電流，無需額外的工藝條件即可實現為電路提供多一種器件選擇。其製作涉及SiGe HBT工藝中的贗埋層(Pseudo Buried Layer), SiGe外延以及HBT的發射集多晶娃。
PNP三極體的三個極端分別是基極(Base),發射極(Emitter)和集電極(Collector)。本發明的寄生PNP器件結構如圖一所示，集電區利用P型襯底形成；N型基區由SiGe HBT集電區形成，發射區由SiGe HBT外延P型SiGe基區形成，集電區和基區均由贗埋層通過深接觸孔引出，發射極由SiGe HBT基區引出。
本發明的具體技術方案:
1.採用深阱注入與襯底隔離以減小集電區漏電流；
2.器件中沒有高能量的N/P阱注入和集電區外延層，取而代之的是製作N型和P型贗埋層(Pseudo Buried Layer)和摻雜集電區；
3.在淺槽隔離底部高劑量(Ie14 Ie16CnT2)、低能量(小於15keV)地注入硼離子或磷離子雜質，經過熱處理後雜質的擴散，形成N和P型贗埋層(NBL和PBL)；
4.P型集電區利用P型襯底形成，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；
5.N型基區由SiGe HBT集電區形成，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；
6.發射區的形成利用的是SiGe HBT外延P型SiGe基區，並由其引出。
該寄生PNP管輸出特性曲線良好，如圖2 (a)，厄利電壓達到了較高水平。
圖2(a)寄生PNP管工作於正向放大區時輸出特性曲線(VC為集電極電壓，IC為集電極電流)
圖2(b)未採用深阱自隔離結構的寄生PNP管工作於正向放大區時，集電極電流IC和基極電流IB與基極-發射極電壓VBE的關係(以上電流電壓值均取絕對值)
由於該PNP管集電區由襯底形成，未採用深阱自隔離集電極漏電流較大，如圖2 (b)所示，而本發明提出的深阱自隔離結構可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性倉泛。
本發明垂直寄生PNP的主要工藝步驟:
工藝步驟1:選用輕摻雜的P型襯底矽片1，用淺溝槽刻蝕作隔離工藝，在淺溝槽2刻蝕之後，分別進行高劑量(Ie14 Ie16CnT2)、低能量(小於15keV)的N型和P型雜質注入用以形成贗埋層(Pseudo Buried Layer) (NBL和PBL) (4，3)，其分別對應本發明中PNP管的基區和集電區引出端，然後用二氧化矽填充淺槽(如圖3(a)所示)。
工藝步驟2:進行N型深阱5注入及P阱6注入，(如圖3(b)所示)。
工藝步驟3:在有源區進行SiGe HBT的集電區注入作為該PNP管的基區，(如圖3(c)所示)。
工藝步驟4:在有源區上方進行SiGe外延，(如圖3(d)所示)。
工藝步驟5:穿過STI由深接觸孔引出N型贗埋層4和P型贗埋層3分別作為基極和集電極，發射極由SiGe HBT基區8引出，器件最後成型(如圖3(e)所示)。
本發明並不限於上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在於為了描述和說明本發明涉及的技術方案。基於本發明啟示的顯而易見的變換或替代也應當被認為落入本發明的保護範圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發明的最佳實施方法，以使得本領域的普通技術人員能夠應用本發明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發明的目的。
權利要求
1.一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟一、採用深阱注入與襯底隔離以減小集電區漏電流； 步驟二、製作N型和P型贗埋層和摻雜集電區，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質，經過熱處理後雜質的擴散，形成N和P型贗埋層； 步驟三、利用P型襯底形成P型集電區，由P型贗埋層通過深接觸孔引出； 步驟四、矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT集電區形成N型基區，由N型贗埋層通過深接觸孔弓I出； 步驟五、利用矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT外延P型矽鍺異質結雙極電晶體SiGe基區形成發射區，並由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT基區引出。
2.如權利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於， 步驟一中深阱注入雜質為磷，注入劑量為Ie14 5e15Cm_2，注入能量為500kev 3000kev ；P阱注入雜質為硼，注入劑量為Ie12 5e13，注入能量為200kev 500kev。
3.如權利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於， 步驟二中N型和P型贗埋層，PBL通過Ie14 le16cm_2高劑量、小於15keV低能量的P型注入，注入的雜質為硼或氟化硼，作為P型集電區的連接；NBL通過Ie14 Ie16CnT2高劑量、小於15keV低能量的N型注入，注入的雜質為磷，作為N型基區的連接。
4.如權利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於， 步驟三中集電區和基區:p型集電區利用P型襯底形成；N型基區由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT集電區形成，注入的雜質為N型的磷或砷，注入劑量為5en 5e13，注入能量為 50kev 500kev。
5.如權利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於， 步驟四中發射區:由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT外延P型SiGe基區形成，注入雜質為硼或氟化硼，注入劑量為5en 5e13，注入能量為50kev 500kev。
6.如權利要求1所述的SiGeHBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，其特徵在於， 步驟五中集電區、基區和發射區引出:集電區和基區由深接觸孔引出，發射區通過矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT基區引出。
全文摘要
本發明公開了一種SiGe HBT工藝中的自隔離型寄生PNP器件的製造方法，包括以下步驟步驟一、採用深阱注入與襯底隔離以減小集電區漏電流；步驟二、製作N型和P型贗埋層和摻雜集電區，在淺槽隔離底部高劑量、低能量地注入硼離子或磷離子雜質，經過熱處理後雜質的擴散，形成N和P型贗埋層；步驟三、利用P型襯底形成P型集電區，由P型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟四、矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT集電區形成N型基區，由N型贗埋層通過深接觸孔引出；步驟五、利用矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT外延P型SiGe基區形成發射區，並由矽鍺異質結雙極電晶體SiGe HBT基區引出。本發明可有效減小集電極漏電流，大大改善了器件性能。
文檔編號H01L21/331GK103137471SQ20111037707
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者韓峰, 劉冬華, 段文婷, 錢文生, 胡君, 石晶 申請人:上海華虹Nec電子有限公司