专利名称：包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管及其制备方法。
背景技术：
毫米波和THZ (太赫兹)应用将是未来无线技术发展的趋势，如毫米波通信、THZ通信、THZ成像等。目前这些应用主要依靠三五族器件完成，其存在低集成度、高成本等缺点，而随着技术的不断进步，锗硅器件及技术将成为三五族器件的竞争对手。锗硅技术目前广泛应用于通信、雷达及高速电路等各个方面。IBM商用锗硅工艺Ft (截止频率)已达到350GHz，欧洲IHP开发的锗硅器件Fmax (最大频率)在常温下已达到500GHz。针对未来的毫米波和THZ应用，锗硅器件的性能仍需要不断提升，这就需要新型的锗硅器件结构。现有产品通过将外基区嵌入在集电区内来降低TED (Transient enhanceddiffusion,瞬时增强扩散)效应，但存在着BC结(基极-集电极结)电容偏大的问题，影响了器件的性能。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种BC结电容更小的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管及其制备方法。为达到上述目的，一方面，本发明提供一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，所述晶体管包括第一掺杂类型的集电区，位于所述集电区上的本征基区和埋氧层，位于所述基区上的发射极，位于所述发射极两侧的侧墙，位于所述埋氧层上的第二掺杂类型的硅层，以及位于所述硅层上的外基区。
特别是，所述外基区的一部分位于所述侧墙的下方。特别是，所述外基区在所述基区上产生应力。另一方面，本发明提供一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，所述方法的至少包括下述步骤4.1制备第一掺杂类型的集电区；在所述集电区上注入形成注氧层，高温推进形成埋氧层；4. 2在所得结构上制备第二掺杂类型的基区；4.3在基区上淀积第一介质层；4. 4在第一介质层开设窗口 ；4. 5在所得结构上依次制备第一掺杂类型多晶层和第二介质层；4. 6光刻、刻蚀所述第二介质层和多晶层形成发射极，去掉第一介质层裸露的部分；4. 7淀积第三介质层，通过各向异性刻蚀在所得发射极结构的侧面形成侧墙结构；4. 8以上述所得的发射极和侧墙结构作为掩蔽，刻蚀所得结构中未被覆盖的基区，刻蚀厚度大于基区的厚度；距所述埋氧层IOnm至IOOnm时刻蚀停止，保留所述埋氧层上的硅层，对所述硅层进行第二掺杂类型注入；4. 9在所得结构上采用原位掺杂选择性外延工艺制备第二掺杂类型的外基区；4. 10在外基区表面制备一层金属娃化物结构；4. 11在所得结构上制备接触孔，引出发射极电极和基区电极。特别是，步骤4. 2中制备基区的材质是硅、锗硅或者掺碳锗硅。特别是，步骤4. 3中第一介质层为复合介质层，所述复合介质层包括淀积在基区表面的氧化硅层和淀积在氧化硅层表面的氮化硅层。特别是，步骤4.5中的多晶层是多晶硅层或是多晶锗硅层；介质层是氧化硅或者是氣化娃。特别是，步骤4. 8中刻蚀的厚度在IOnm至2000nm之间；刻蚀基区时向侧墙下方进行钻蚀。特别是，步骤4. 9中的外基区使用选择外延生长方法制备，外基区的材质是硅，或者是锗硅，或者是掺碳锗硅；杂质的掺杂浓度在1E19 lE21cm_3。本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管在外基区下加入埋氧层，降低了BC结电容，提高了器件性能。本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法实现了本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，步骤简练，成本低，操作简易，所得结构性能良好。
图1 图8为本发明优选实施例结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图和优选实施例对本发明做详细描述。优选实施例本发明嵌入式外延外基区双极晶体管的制备方法至少包括下述步骤如图1所示，制备第一掺杂类型的集电区101。在集电区101上注入形成注氧层，高温推进形成埋氧层201。如图2所示，在集电区101上外延生长一层掺杂基区102，基区为第二掺杂类型。基区102的材料是锗硅。在基区102上淀积第一介质层。第一介质层的优选结构是一复合介质层，该复合介质层从下到上依次氧化硅层104和氮化硅层106，其中，氧化硅为刻蚀停止层。如图3所示，光刻、刻蚀氮化硅层106形成发射极窗口，然后选择性腐蚀氧化硅层104，露出基区102单晶。选择性腐蚀使用干法腐蚀。如图4所不,淀积多晶层108和第二介质层110。其中，多晶层108是多晶娃层。多晶层108需要掺杂，掺杂方式是注入掺杂，杂质采用第一掺杂类型。介质层110是氧化硅层。如图5所示，通过光刻、刻蚀第二介质层110和多晶层108形成发射极。去掉氧化硅层104和氮化硅层106裸露的部分，露出基区102单晶。如图6所示，淀积第三介质层，通过各向异性刻蚀在所得发射极结构的侧面形成侧墙结构113。如图7所示，以发射极结构为掩蔽，刻蚀外延基区102至集电区101，在距离埋氧层201上表面20nm处刻蚀停止，保留埋氧层201上的硅层，得到刻蚀区115。对所保留的硅层进行第二掺杂类型注入。采用这一结构的主要目的是在降低TED效应同时减小BC结电容。刻蚀最好有一定程度的钻蚀，这样可以进一步降低外基区电阻。如图8所示，在刻蚀所得的结构上选择性外延一层外基区120，原位掺杂。该外延层材料是锗硅。杂质为第二掺杂类型。为降低外基区120电阻，掺杂浓度要尽量高，一般应在1E19 lE21cm_3。对于NPN器件，使用硼进行掺杂。在外基区表面制备一层金属硅化物结构。然后在所得结构上制备接触孔，引出发射极电极和基区电极。优选实施例二 制备第一掺杂类型的集电区101。在集电区101上注入形成注氧层，高温推进形成埋氧层201。如图2所示，在集电区101上外延生长一层掺杂基区102，基区为第二掺杂类型。基区102的材料是掺碳锗硅。在基区102上淀积第一介质层。第一介质层的优选结构是一复合介质层，该复合介质层从下到上依次氧化硅层104和氮化硅层106，其中，氧化硅为刻
蚀停止层。如图3所示，光刻、刻蚀氮化硅层106形成发射极窗口，然后选择性腐蚀氧化硅层104，露出基区102单晶。 选择性腐蚀使用湿法腐蚀。如图4所不,淀积多晶层108和第二介质层110。其中，多晶层108是多晶错娃层。多晶层108需要掺杂，掺杂方式是原位掺杂，杂质采用第一掺杂类型。介质层110是氮化硅层。如图5所示，通过光刻、刻蚀第二介质层110和多晶层108形成发射极。去掉氧化硅层104和氮化硅层106裸露的部分，露出基区102单晶。如图6所示，淀积第三介质层，通过各向异性刻蚀在所得发射极结构的侧面形成侧墙结构113。如图7所示，以发射极结构为掩蔽，刻蚀外延基区102至集电区101，在距离埋氧层201上表面IOOnm处刻蚀停止，保留埋氧层201上的硅层，得到刻蚀区115。对所保留的硅层进行第二掺杂类型注入。采用这一方案的主要目的是在降低TED效应同时减小BC结电容。刻蚀最好有一定程度的钻蚀，这样可以进一步降低外基区电阻。如图8所示，在刻蚀所得的结构上选择性外延一层外基区120，原位掺杂。该外延层材料是硅。杂质为第二掺杂类型。为降低外基区120电阻，掺杂浓度要尽量高，一般应在1E19 lE21cnT3。对于NPN器件，掺杂材料为硼。在外基区表面制备一层金属硅化物结构。然后在所得结构上制备接触孔，引出发射极电极和基区电极。以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
权利要求
1.一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，其特征在于所述晶体管包括第一掺杂类型的集电区，位于所述集电区上的本征基区和埋氧层，位于所述基区上的发射极，位于所述发射极两侧的侧墙，位于所述埋氧层上的第二掺杂类型的硅层，以及位于所述硅层上的外基区。
2.根据权利要求1所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，其特征在于，所述外基区的一部分位于所述侧墙的下方。
3.根据权利要求1所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，其特征在于，所述外基区在所述基区上产生应力。
4.一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，所述方法的至少包括下述步骤 4.1制备第一掺杂类型的集电区；在所述集电区上注入形成注氧层，高温推进形成埋氧层； 4. 2在所得结构上制备第二掺杂类型的基区； 4. 3在基区上淀积第一介质层； 4. 4在第一介质层开设窗口 ； 4. 5在所得结构上依次制备第一掺杂类型多晶层和第二介质层； 4. 6光刻、刻蚀所述第二介质层和多晶层形成发射极,去掉第一介质层裸露的部分； 4. 7淀积第三介质层，通过各向异性刻蚀在所得发射极结构的侧面形成侧墙结构； 4. 8以上述所得的发射极和侧墙结构作为掩蔽，刻蚀所得结构中未被覆盖的基区，刻蚀厚度大于基区的厚度；距所述埋氧层IOnm至IOOnm时刻蚀停止，保留所述埋氧层上的硅层，对所述硅层进行第二掺杂类型注入； 4. 9在所得结构上采用原位掺杂选择性外延工艺制备第二掺杂类型的外基区； 4. 10在外基区表面制备一层金属娃化物结构； 4.11在所得结构上制备接触孔，引出发射极电极和基区电极。
5.根据权利要求4所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，步骤4. 2中制备基区的材质是硅、锗硅或者掺碳锗硅。
6.根据权利要求4所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，步骤4. 3中第一介质层为复合介质层，所述复合介质层包括淀积在基区表面的氧化硅层和淀积在氧化硅层表面的氮化硅层。
7.根据权利要求4所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，步骤4. 5中的多晶层是多晶硅层或是多晶锗硅层；介质层是氧化硅或者是氮化硅。
8.根据权利要求4所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，步骤4. 8中刻蚀的厚度在IOnm至2000nm之间；刻蚀基区时向侧墙下方进行钻蚀。
9.根据权利要求4所述的包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法，其特征在于，步骤4. 9中的外基区使用选择外延生长方法制备，外基区的材质是硅，或者是锗硅，或者是掺碳锗硅；杂质的掺杂浓度在1E19 lE21cm_3。
全文摘要
本发明公开一种包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管及其制备方法，为解决现有产品BC结电容大的缺陷而设计。本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管包括集电区、本征基区、埋氧层、发射极、侧墙、硅层，以及外基区。外基区的一部分位于侧墙的下方。外基区在基区上产生应力。本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管在外基区下加入埋氧层，降低了BC结电容，提高了器件性能。本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管制备方法实现了本发明包含埋氧层的选择外延外基区双极晶体管，步骤简练，成本低，操作简易，所得结构性能良好。
文档编号H01L21/331GK103035685SQ20121053545
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王玉东, 付军, 崔杰, 赵悦, 刘志弘, 张伟, 吴正立, 李高庆 申请人:清华大学