[發(fā)明專利]鍺硅HBT器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110317251.9
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102412283A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉冬華;胡君;段文婷;石晶;錢文生
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 上海浦一知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體集成電路器件，特別是涉及一種鍺硅HBT(SiGe?HBT)器件。

背景技術

在射頻(RF，radio?frequency)應用中，需要越來越高的器件特征頻率(cutoff?frequency，即截止頻率)。

RF?CMOS工藝雖可實現(xiàn)較高頻率，但仍難以完全滿足射頻要求，如很難實現(xiàn)40GHz以上的特征頻率，而且其成本非常高。

化合物半導體(compound?semiconductor)可實現(xiàn)非常高的特征頻率，但存在材料成本高、尺寸小的缺點，加上大多數(shù)化合物半導體有毒，限制了其應用。

HBT(heterojunction?bipolar?transistor，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)則是超高頻器件的很好選擇。HBT由寬禁帶的發(fā)射區(qū)，重摻雜、帶隙較小的基區(qū)和寬禁帶的集電區(qū)材料組成。例如，發(fā)射區(qū)由硅構(gòu)成、基區(qū)由鍺硅構(gòu)成、集電區(qū)由硅構(gòu)成的鍺硅HBT。鍺硅HBT的基區(qū)能帶間隙比發(fā)射區(qū)小，提高了發(fā)射區(qū)的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數(shù)；并且利用基區(qū)的高摻雜，降低基區(qū)電阻，提高特征頻率；另外與硅集成電路工藝高度兼容，因此鍺硅HBT已經(jīng)成為超高頻器件的主力軍。

請參閱圖1a，這是一種現(xiàn)有的鍺硅HBT的示意圖。硅襯底11中具有埋層13、隔離結(jié)構(gòu)14和集電區(qū)16。其中，埋層11在硅襯底11的內(nèi)部(不在表面)。隔離結(jié)構(gòu)14為介質(zhì)，且其底部在埋層13之中。集電區(qū)16在隔離結(jié)構(gòu)14之間，且其底部也在埋層13之中。硅襯底11之上具有表面隔離結(jié)構(gòu)15(介質(zhì))和鍺硅基區(qū)外延層18。其中，表面隔離結(jié)構(gòu)15在隔離結(jié)構(gòu)14之上。鍺硅基區(qū)外延層18在集電區(qū)16、隔離結(jié)構(gòu)14和表面隔離結(jié)構(gòu)15之上。鍺硅基區(qū)外延層18在硅材料(集電區(qū)16)之上的部分為單晶材料，稱為單晶鍺硅基區(qū)外延層18a；鍺硅基區(qū)外延層18在非硅材料(隔離結(jié)構(gòu)14、表面隔離結(jié)構(gòu)15)之上的部分為多晶材料，稱為多晶鍺硅基區(qū)外延層18b。在單晶鍺硅基區(qū)外延層18a之上具有發(fā)射極20，發(fā)射極20通常為多晶硅材料，且呈現(xiàn)上寬下窄的T型結(jié)構(gòu)。在T形發(fā)射極20的肩膀部位下方、且在單晶鍺硅基區(qū)外延層18a的上方具有介質(zhì)19。在單晶鍺硅基區(qū)外延層18a之上、且在介質(zhì)19和發(fā)射極20的兩側(cè)具有側(cè)壁21(介質(zhì))。

所述鍺硅基區(qū)外延層18(包括單晶鍺硅基區(qū)外延層18a和多晶鍺硅基區(qū)外延層18b)具體又包括三層，如圖1b所示，自上而下分別是：覆蓋層181、鍺硅層182和緩沖層183。

請參閱圖2b，現(xiàn)有的鍺硅HBT器件中，覆蓋層181為n型摻雜的硅材料。鍺硅層182為鍺硅材料，自上而下分為四個部分，分別是第一n型摻雜、p型摻雜、第二n型摻雜、未摻雜，在圖2b中分別標為①、②、③、④。所述第一n型摻雜部分及其下方的p型摻雜部分之間的分界線稱為EB結(jié)，就是發(fā)射區(qū)20和基區(qū)18之間的PN結(jié)。圖2b中未表現(xiàn)出CB結(jié)，即集電區(qū)16和基區(qū)18之間的PN結(jié)，這將由集電區(qū)16中的n型雜質(zhì)擴散到鍺硅基區(qū)外延層18來實現(xiàn)。鍺硅基區(qū)外延層18中EB結(jié)與CB結(jié)之間的部分是實際的基區(qū)。緩沖層183為不摻雜的硅材料。

現(xiàn)有的鍺硅HBT器件的制造方法包括如下步驟：

第1步，在硅襯底11中刻蝕出溝槽，就是圖1中隔離結(jié)構(gòu)14的位置，例如采用淺槽隔離(STI)工藝。

第2步，在所刻蝕溝槽的底部通過離子注入工藝形成埋層13，此時埋層可能為兩個獨立的部分，再經(jīng)過退火工藝，使埋層13在硅襯底11的中間相連接。

第3步，以介質(zhì)材料填充所刻蝕溝槽，例如采用STI工藝。

第4步，在硅襯底11中且在隔離結(jié)構(gòu)14之間以離子注入工藝注入n型雜質(zhì)形成集電區(qū)16。

第5步，在硅襯底11的表面淀積一層介質(zhì)，并通過光刻和刻蝕工藝在所淀積的介質(zhì)層上形成基區(qū)窗口，就是圖1中鍺硅基區(qū)外延層18與硅襯底11(集電區(qū)16)和隔離結(jié)構(gòu)14相接觸的部位，殘留的介質(zhì)作為表面隔離結(jié)構(gòu)15。

第6步，在硅片表面通過外延工藝生長出鍺硅基區(qū)外延層18，外延工藝中摻雜p型雜質(zhì)(例如硼)，該鍺硅基區(qū)外延層18與硅(即集電區(qū)16)相接觸的部位形成了單晶鍺硅基區(qū)外延層18a，該鍺硅基區(qū)外延層18與非硅材料相接觸的部位(例如與介質(zhì)材料相接觸的部位)形成了多晶鍺硅基區(qū)外延層18b。

第7步，在單晶鍺硅基區(qū)外延層18a之上淀積一層介質(zhì)層，并通過光刻和刻蝕工藝形成發(fā)射極窗口，即圖1中T形發(fā)射極20的底部位置。