专利名称：超高压锗硅hbt晶体管器件的结构及制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及超高压锗硅HBT晶体管器件的结构及制备方法。
背景技术：
由于现代通信对高频带下高性能、低噪声和低成本的射频组件的需求，传统的硅 (Si)材料器件已无法满足性能规格、输出功率和线性度的要求，功率锗硅异质结双极型晶体管(SiGe HBT)则在更高、更宽的频段的功放中发挥重要作用。与砷化镓器件相比，SiGe HBT虽然在频率上还处劣势，但凭着更好的热导率和良好的衬底机械性能，较好地解决了功放的散热问题。此外，SiGe HBT还具有更好的线性度、更高集成度。由于SiGe HBT仍然属于硅基技术，因此和CMOS工艺有良好的兼容性，SiGe BiCMOS工艺为功放与逻辑控制电路的集成提供了极大的便利，也降低了工艺成本。国际上目前已经广泛采用SiGe HBT作为高频大功率功放器件应用于无线通讯产品，如手机中的功率放大器和低噪声放大器等。为了提高射频功率放大器的输出功率，在器件正常工作范围内，提高工作电流和提高工作电压都是有效的方式。对于锗硅HBT而言，高耐压器件可使电路在相同功率下获得较小电流，从而降低功耗，因而需求广泛，因此，如何在保持器件的特征频率的同时，进一步提高SiGe HBT耐压，越来越成为锗硅HBT器件的研
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发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，它可以在保持SiGe HBT器件特征频率的同时，提高器件的击穿电压。为解决上述技术问题，本发明的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、集电区、锗硅基区和发射区；所述集电区两侧分别连接有一个N埋层，该N埋层位于P埋层旁，且该N埋层上连接有一个深阱接触孔；N埋层和P埋层上方有浅沟槽隔离结构，该浅沟槽隔离结构中包含有多晶硅场板，该多晶硅场板通过金属引线与锗硅基区连接； 锗硅基区和发射区的电极通过普通接触孔弓I出。本发明要解决的另一技术问题是提供上述结构的超高压锗硅HBT晶体管器件的制备方法。为解决上述技术问题，本发明的超高压锗硅HBT晶体管器件的制备方法，包括以下步骤1)通过光刻和离子注入工艺，在衬底上形成N埋层和P埋层；2)光刻浅槽隔离结构，并依次淀积底部隔离介质和掺杂多晶硅；3)刻蚀多晶硅，形成多晶硅场板；4)淀积隔离介质层，将多晶硅场板埋于隔离介质层内部；5)通过离子注入工艺形成N型掺杂集电区；
6)依次淀积锗硅外延基区和N型掺杂的发射极多晶硅；7)刻蚀接触孔，引出集电区、基区和发射区的电极。与传统结构的超高压锗硅HBT晶体管器件相比，本发明具有以下优点和有益效果1.本发明弃用了传统超高压锗硅HBT晶体管器件中均勻的N型埋层，只在锗硅 HBT有源区两侧的场氧区下面制作N型重掺杂的赝埋层，并通过在场氧区刻蚀深接触孔，直接连接赝埋层，引出集电区，如此就不再需要使用有源区来实现埋层电极的引出，从而极大地缩减了器件的尺寸和面积。2.本发明通过将集电区划分为轻掺杂区和重掺杂区，将传统HBT的集电区/基区 (BC)结的一维耗尽模式改变为既有向衬底方向的纵向展宽，又有向赝埋层方向的横向延伸的二维分部模式，从而提高了 BC结之间的结击穿电压，进而提高了 HBT器件的击穿电压。3.本发明引入了基区场板，改善了集电区的电场分布，从而在不改变集电区厚度和掺杂浓度的情况下，提高了超高压锗硅HBT器件的击穿电压。
图1是本发明实施例的超高压SiGe HBT器件的结构示意图。图2是本发明实施例的超高压SiGe HBT器件的制备工艺流程图。
具体实施例方式为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下本实施例的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构如图1所示，该结构的具体制备工艺步骤如下步骤1，利用有源区光刻，在P型衬底上刻蚀出浅槽，然后分别利用N型和P型赝埋层的光罩进行赝埋层的注入，形成N埋层和P埋层，如图2 (a)所示。其中，N埋层中注入的是磷或砷，注入的剂量范围为1E14 lE16cm_2，注入的能量范围为2 50KeV。P埋层中注入的是硼或氟化硼，注入的剂量范围为1E14 lE16cnT2，注入的能量范围2 30KeV。由于赝埋层离子注入能量较低，其与衬底的结面积较小，因此，赝埋层与衬底的寄生电容较小，不需要再采用深槽隔离技术。步骤2，依次淀积底部隔离介质氧化硅和掺杂多晶硅，然后进行化学机械研磨，将顶部的氧化硅磨平，露出多晶硅，接着进行多晶硅的刻蚀，将表面多晶硅刻除，如图2(b)所示。掺杂多晶硅可掺杂P型杂质(例如硼或氟化硼)，也可掺杂N型杂质(例如磷或砷)，杂质的体浓度为1. 0E18 1. 0E21atoms/cm3。步骤3，进行多晶硅的过刻蚀，使得多晶硅的高度低于硅衬底表面，如图2(c)所示。步骤4，去除多晶硅上面的氧化硅，如图2(d)所示。步骤5，通过光刻工艺，定义出多晶硅场板的位置，将不需要的多晶硅刻除，如图 2(e)所示。
步骤6，淀积氧化硅隔离介质层，将槽填满，使掺杂多晶硅埋于隔离介质层内部，见图2(f)中的浅沟槽隔离结构。步骤7，通过腐蚀去除大部分有源区上的硬掩膜层，在两侧赝埋层之间的区域(包括有源区和部分场氧下区域)注入低剂量(1. OEll 1. 0E13atoms/cm2)的磷离子，其他HBT 区域注入中剂量(1. 0E13 1. 0E15atoms/cm2)的磷离子，形成集电区；然后淀积锗硅外延层，作为器件的基区，如图2(g)所示。步骤8，淀积氧化物介质层，打开发射区窗口后，淀积在位N型掺杂的多晶硅发射极，再注入N型杂质砷或磷，注入浓度要大于或等于2E15cnT2，注入能量由发射极厚度决定。 然后光刻、刻蚀多晶硅，形成发射极和隔离介质层，如图2(h)所示。步骤9，刻蚀深阱接触孔，在接触孔内生长过渡金属层Ti/TiN (钛/氮化钛)，填入金属钨，并进行化学机械抛光，形成深阱接触孔，连接N埋层和P埋层，弓丨出赝埋层所连接的集电区；该深阱接触孔距离器件很近，从而避免了过大的集电极电阻，也减小了集电极的寄生电容。同时，用传统的接触孔引出基区和发射区；集电区、基区和发射区的三个电极再使用金属引线引出，多晶硅场板和基区则通过金属引线连接在一起，如图2(i)所示。
权利要求
1.超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、集电区、锗硅基区和发射区，锗硅基区和发射区的电极通过接触孔引出；其特征在于，所述集电区两侧分别连接有一个N埋层，该N埋层位于P埋层旁，且该N埋层上连接有一个深阱接触孔；N埋层和P埋层上方有浅沟槽隔离结构，该浅沟槽隔离结构中包含有多晶硅场板，该多晶硅场板通过金属引线与锗硅基区连接。
2.根据权利要求1所述的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，其特征在于，在锗硅基区下方、两N埋层之间的倒T型集电区为N型轻掺杂区，其余集电区为N型重掺杂。
3.根据权利要求2所述的超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，其特征在于，轻掺杂集电区的杂质离子浓度为1.0E11 1.0E13atOmS/Cm2，重掺杂集电区的杂质离子浓度为 1. 0E13 1. 0E15atoms/cm2。
4.权利要求1所述结构的HBT晶体管器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤1)通过光刻和离子注入工艺，在衬底上形成N埋层和P埋层；2)光刻浅槽隔离结构，并依次淀积底部隔离介质和掺杂多晶硅；3)刻蚀多晶硅，形成多晶硅场板；4)淀积隔离介质层，将多晶硅场板埋于隔离介质层内部；5)通过离子注入工艺形成N型掺杂集电区；6)依次淀积锗硅外延基区和N型掺杂的发射极多晶硅；7)刻蚀接触孔，引出集电区、基区和发射区的电极。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)，所述N埋层中注入的是磷或砷， 注入剂量为1E14 IEiecnT2，注入能量为2 50KeV ；所述P埋层中注入的是硼或氟化硼， 注入剂量为1E14 lE16cnT2，注入能量为2 30KeV。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)，所述多晶硅中掺杂的杂质的体浓度为 1E18 lE21atoms/cm3。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤幻，在锗硅外延基区下方、两N埋层之间的倒T型集电区进行轻掺杂，其余集电区进行重掺杂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，轻掺杂集电区的杂质离子注入剂量为1. OEll 1. 0E13atoms/cm2，重掺杂集电区的杂质离子注入剂量为1. 0E13 1. 0E15atoms/2cm ο
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤6)，所述发射极多晶硅中的杂质浓度大于或等于2E15cnT2。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤7)，所述接触孔内生长有钛/氮化钛层，并填入了金属钨。
全文摘要
本发明公开了一种超高压锗硅HBT晶体管器件的结构，包括衬底、两个P埋层、两个N埋层、浅沟槽隔离结构、集电区、锗硅基区、发射区、接触孔和深阱接触孔，N埋层分别连接在集电区两侧，并与深阱接触孔连接，以引出集电区；浅沟槽隔离结构中制作有与锗硅基区连接的多晶硅场板。本发明还公开了上述结构的锗硅HBT的制备方法。本发明通过在有源区两侧制作N型重掺杂赝埋层，在场氧区引入基区场板，并将集电区划分为轻掺杂和重掺杂区，通过深接触孔引出，不仅大大缩减了器件的尺寸，而且改善了集电区的电场分布，提高了BC结击穿电压，进而提高了锗硅HBT器件的击穿电压。
文档编号H01L29/08GK102522425SQ20111044034
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者刘冬华, 段文婷, 石晶, 胡君, 董金珠, 钱文生, 韩峰 申请人:上海华虹Nec电子有限公司