專利名稱：雙極晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制造方法，特別涉及提高電流特性線性度的對(duì)策。


圖10是顯示現(xiàn)有HBT結(jié)構(gòu)的剖面圖。如該圖所示、在以(001)面為主面的Si襯底500的上部，用外延生長法、離子注入法等方法導(dǎo)入深1μm含磷等N型雜質(zhì)的反向阱(Retrograde well)501。并設(shè)置氧化硅埋入淺溝503和由未摻雜多晶硅膜505及包圍著它的氧化硅膜506組成的深溝504作為元件隔離。各溝503、504的深度分別是0.35μm、2μm左右。
在Si襯底500內(nèi)被溝槽503夾持的區(qū)域上設(shè)有集電極層502，在Si襯底500內(nèi)由淺溝503與集電極層502隔離的區(qū)域內(nèi)設(shè)有N+集電極引出層507、以通過反向阱501與集電極層502的電極接觸。
在Si襯底500上設(shè)置有厚約30nm的第一堆積氧化膜508、它具有集電極開口部510，在Si襯底500上面內(nèi)暴露于集電極開口部510的部分上設(shè)有Si/Si1-xGex疊層511、Si1-xGex層厚約60nm摻P型雜質(zhì)、Si膜厚約10nm。而且、在Si/Si1-xGex層511的中央部分(后面將敘述的基極開口部518的下方區(qū)域)的下部將起到內(nèi)部基極519的功能。Si/Si1-xGex層511中央部的上部起到發(fā)射極層的功能。
在Si/Si1-xGex層511和第一堆積氧化膜508上設(shè)置有厚約30nm的腐蝕停止用第二堆積氧化膜512，在第二堆積氧化膜512上、形成基極連接用開口部514及基極開口部518。而且、設(shè)有填埋基極連接用開口部514并延伸到第二堆積氧化膜512上的厚約150nm P+多晶硅層515和第三堆積氧化膜517。由所述Si/Si1-xGex層511內(nèi)除基極開口部518的下方區(qū)域以外的部分和P+多晶硅層515構(gòu)成外部基極516。
還有，在P+多晶硅層515及第三堆積氧化膜517內(nèi)、位置在第二堆積氧化膜512的基極開口部518上方的部分被開口、在P+多晶硅層515的側(cè)面上形成厚約30nm的第四堆積氧化膜520，進(jìn)一步在第四堆積氧化膜520上設(shè)有由厚約100nm多晶硅組成的側(cè)壁521。而且設(shè)有填埋基極開口部518并延伸到第三堆積氧化膜517上的N+多晶硅層529、該N+多晶硅層529起到發(fā)射極引出電極的功能。所述第四堆積氧化膜520使P+多晶硅層515和N+多晶硅層529電氣絕緣的同時(shí)、也阻止從P+多晶硅層515向N+多晶硅層529的雜質(zhì)擴(kuò)散。還有、由第三堆積氧化膜517使P+多晶硅層515的上面與N+多晶硅層529絕緣。
進(jìn)一步、在集電極引出層507、P+多晶硅層515及N+多晶硅層529的表面上分別形成Ti硅化物層524，N+多晶硅層529和P+多晶硅層515的外側(cè)面由側(cè)壁523覆蓋。還有、襯底全體被層間絕緣膜525覆蓋，貫通間絕緣膜525分別形成到達(dá)N+集電極引出層507、P+多晶硅層515和N+多晶硅層529上的Ti硅化物層524的連接孔，P+多晶硅層515是外部基極的一部分、N+多晶硅層529上的Ti硅化物層524是發(fā)射極引出電極。而且、設(shè)置有填埋各接觸孔的W針型接點(diǎn)526和與各W針型接點(diǎn)526連接的、延伸到層間絕緣膜525上的金屬布線527。
但是、在所述現(xiàn)有的HBT或SiGe-BiCMOS中存在以下的缺點(diǎn)。
圖11(a)顯示現(xiàn)有HBT中的基極電流、集電極電流對(duì)基極·發(fā)射極電壓的依賴關(guān)系即所謂的Gummel特性。在該圖中橫軸表示基極·發(fā)射極電壓(V)、縱軸表示基極電流或者集電極電流(A)(對(duì)數(shù)值)。如該圖所示，在基極·發(fā)射極電壓低的區(qū)域內(nèi)集電極電流特性線和基極電流特性線的平行關(guān)系失效、基極電流過剩。也就是說、在HBT低偏壓區(qū)域有電流特性線性度惡化這樣的缺點(diǎn)。
究其原因、其一是在第二堆積氧化膜112正下方的Si層區(qū)域上產(chǎn)生過剩的復(fù)合電流。而且、考慮產(chǎn)生過剩復(fù)合電流的原因可能是因?yàn)樵赟i層PN結(jié)處產(chǎn)生的耗盡層的形狀不好造成的。
圖12(a)、(b)示出將現(xiàn)有的HBT發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)放大的剖視圖以及沿發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)剖面硼的濃度分布圖。如圖12(a)所示、Si/Si1-xGex層511順序疊層設(shè)置有SiGe襯墊層(Spacer Layer)551、P型傾斜SiGe基極層(Base Layer)552、未摻雜的Si蓋層(Cap Layer)553，SiGe襯墊層551是Ge含量為15％的未摻雜SiGe，SiGe基極層552是下端Ge含量為15％上端為0中間幾乎連續(xù)變化、同時(shí)含有高濃度硼的P型傾斜SiGe基極層。而且、Si蓋層553中基極開口部518的正下方與N+多晶硅層529(發(fā)射極引出電極)連接的區(qū)域內(nèi)、由N+多晶硅層529高濃度磷擴(kuò)散形成N型發(fā)射極擴(kuò)散層553a。Si蓋層511中包圍發(fā)射極擴(kuò)散層553a的周邊層553b(特別是它的下部)區(qū)內(nèi)含有從傾斜SiGe層552擴(kuò)散來的硼、周邊層553b成為P型。因此、在Si蓋層551中發(fā)射極擴(kuò)散層553a和周邊層553b之間存在PN結(jié)，耗盡層554在該P(yáng)N結(jié)部的冶金學(xué)PN結(jié)面的兩側(cè)擴(kuò)展。這時(shí)、耗盡層554中位于Si蓋層551上部的部分寬度擴(kuò)大。其結(jié)果是由于在耗盡層554內(nèi)復(fù)合載流子產(chǎn)生的復(fù)合電流增大、就產(chǎn)生了圖11(a)所示的電流特性線性度惡化。
設(shè)PN結(jié)面積為S、耗盡層寬度為W、復(fù)合幾率為U、電子電荷為q，根據(jù)S.M.Sze“physics of semiconductor devices”，John wiley &sons，Inc.，1981，pp.89-94復(fù)合電流Irec由下式表示Irec＝∫q·U·dx(x＝0～W)這里、復(fù)合幾率U由耗盡層中含有的深能級(jí)的密度、能級(jí)深度、俘獲截面積等參數(shù)決定。該式表明從耗盡層一方的耗盡層端(圖12(a)所示的第一耗盡層端)到另一方的耗盡層端(圖12(a)所示的第二耗盡層端)中間存在的深雜質(zhì)能級(jí)成為復(fù)合中心，耗盡層的寬度(從第一耗盡層端到第二耗盡層端的距離)越寬、復(fù)合電流就越多。
就是說、如圖12(a)所示，在所述現(xiàn)有的雙極晶體管中、由于在PN結(jié)區(qū)存在的耗盡層554中在Si蓋層551的上部存在的部分特別擴(kuò)大，因而復(fù)合電流Irec就增大。
本發(fā)明的目的是基于上述考察、改善HBT中Si蓋層中的雜質(zhì)濃度分布、從而提供電流特性線性度良好的雙極晶體管及其制造方法。
本發(fā)明中，為了以減低耗盡層寬度的辦法減少復(fù)合電流Irec采用了以下措施。
本發(fā)明的雙極晶體管具備第1半導(dǎo)體層、第2半導(dǎo)體層、第3半導(dǎo)體層、絕緣膜、開口部和發(fā)射極引出電極；第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層設(shè)在所述第1半導(dǎo)體層上、含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層，第3半導(dǎo)體層設(shè)在所述第2半導(dǎo)體層上、由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成，絕緣膜設(shè)在所述第3半導(dǎo)體層上，開口部設(shè)在所述絕緣膜上并到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層，發(fā)射極引出電極由導(dǎo)體材料構(gòu)成、填埋所述絕緣膜開口部并與所述第3半導(dǎo)體層接觸；所述第3半導(dǎo)體層具有位于所述開口部下方的第1導(dǎo)電型發(fā)射極擴(kuò)散層和位于該發(fā)射極擴(kuò)散層側(cè)方區(qū)域、至少其上部含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的周邊層。
由此、因?yàn)樵诘?半導(dǎo)體層的上部、在含高濃度第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的發(fā)射極擴(kuò)散層與含高濃度第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的第3半導(dǎo)體層之間形成了PN結(jié)，在PN結(jié)處形成的耗盡層的寬度變窄、載流子在耗盡層內(nèi)復(fù)合的量就減少。復(fù)合電流減少的結(jié)果就改善了異質(zhì)結(jié)雙極晶體管電流特性的線性度。
所述絕緣膜由摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的氧化硅膜構(gòu)成、至少在所述第3半導(dǎo)體層上部的一部分上含有從所述絕緣膜擴(kuò)散的第2導(dǎo)電型雜質(zhì)。
更具備多晶硅膜，它與所述第3半導(dǎo)體層中位于所述墊在底下的絕緣膜外方部分相連接并延伸到所述絕緣膜上、摻雜有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、起到基極引出電極的功能。從所述多晶硅膜通過所述絕緣膜能夠?qū)⒌?導(dǎo)電型雜質(zhì)擴(kuò)散到所述第3半導(dǎo)體層上部的至少一部分上。
由于所述第3半導(dǎo)體層的發(fā)射極擴(kuò)散層中的第1導(dǎo)電型雜質(zhì)是從所述發(fā)射極引出電極擴(kuò)散得到的、就能夠利用第3半導(dǎo)體層內(nèi)導(dǎo)電類型的反轉(zhuǎn)獲得發(fā)射極擴(kuò)散層。
由于所述的襯底采用Si襯底、所述第1半導(dǎo)體層用Si層、所述第2半導(dǎo)體層用SiGe或SiGeC層、所述第3半導(dǎo)體層用Si層，這樣、都用Si工藝形成，能夠容易的得到SiGe-HBT。
本發(fā)明的第1雙極晶體管包含如下工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層。(b)在所述第2半導(dǎo)體層上、用外延生長法形成第3半導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成、至少在它的上部含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)。(c)在所述工程(b)后、在襯底上堆積絕緣膜的工程。(d)在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層的開口部的工程。(e)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方的區(qū)域上導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程。
采用這種方法、在第3半導(dǎo)體層內(nèi)利用in-Situ摻雜能夠高精度控制在第3半導(dǎo)體層上部摻雜的第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度。
本發(fā)明的第2雙極晶體管制造方法包含以下工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層。(b)在所述第2半導(dǎo)體層上用外延生長法形成第3半導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成。(c)在所述工程(b)后，在襯底上堆積含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)絕緣膜的工程。(d)在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層開口部的工程。(e)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方區(qū)域上導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程。由所述工程(c)后的處理、從所述絕緣膜在所述第3半導(dǎo)體層的上部摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的方法。
采用這種方法、能夠用比較簡單的工程在第3半導(dǎo)體層的上部摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)。
本發(fā)明的第3雙極晶體管制造方法、包含以下各工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含第1導(dǎo)電雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電雜質(zhì)、構(gòu)成基極層。(b)在所述第2半導(dǎo)體層上用外延生長法形成第3半導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成。(c)在所述工程(b)后、在襯底上堆積絕緣膜的工程。(d)在襯底上堆積含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的導(dǎo)體膜后、在該導(dǎo)體膜上形成到達(dá)所述絕緣膜的開口部的工程。(e)形成覆蓋所述第1導(dǎo)體膜開口部的、由絕緣材料組成的側(cè)壁的工程。(f)在所述工程(e)后、在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層的開口部的工程。(g)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程。由所述工程(d)后的處理、通過所述絕緣膜從所述導(dǎo)體膜在所述第3半導(dǎo)體層的上部摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的方法。
采用這種方法、因?yàn)榈?半導(dǎo)體層的上部中能夠僅僅在除構(gòu)成發(fā)射極擴(kuò)散層的區(qū)域外的區(qū)域上摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)，因而能夠與發(fā)射極擴(kuò)散層的第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度分開、自由的設(shè)定第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度。
在所述工程(f)后所述工程(g)前、進(jìn)一步包含在襯底上堆積與所述導(dǎo)體膜不同的另一種導(dǎo)體膜后，將該另外的導(dǎo)體膜圖形化形成填埋所述絕緣膜開口部并延伸到所述絕緣膜上的含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的發(fā)射極引出電極的工程，由此、利用雙多晶硅工程也能夠形成HBT。
圖2(a)、(b)是顯示將圖1中發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)部放大的剖面圖以及沿發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)附近剖面硼的濃度分布圖。
圖3(a)、(b)是顯示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中、在集電極開口部上形成Si/Si1-XGeX層工程的剖面圖。
圖4(a)、(b)是顯示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中，在P+多晶硅層中形成基極開口部工程的剖面圖。
圖5(a)、(b)是顯示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中，在基極開口部形成N+多晶硅層工程的剖面圖。
圖6(a)、(b)是顯示第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中，將P+多晶硅的端部圖形化工程的剖面圖。
圖7(a)、(b)是第1實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中的圖，它是在圖3(b)所示工程中、將發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)的構(gòu)造放大顯示的部分剖面圖、以及沿它的剖面硼的濃度分布圖。
圖8(a)、(b)是第2實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中的圖，它是在圖4(a)所示工程中、將發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)的構(gòu)造放大顯示的部分剖面圖、以及沿它的剖面硼的濃度分布圖。
圖9(a)、(b)是第3實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置制造工程中的圖，它是在圖4(a)所示工程中、將發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)的構(gòu)造放大顯示的部分剖面圖、以及沿它的剖面硼濃度的分布圖。
圖10是顯示現(xiàn)有HBT構(gòu)造的剖面圖。
圖11(a)、(b)顯示現(xiàn)有的雙極晶體管和由第3實(shí)施方式形成的本發(fā)明的HBT的基極電流、集電極電流對(duì)基極·發(fā)射極電壓的依存性。
圖12(a)、(b)是顯示現(xiàn)有HBT發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)放大的部分剖面圖、以及沿發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)附近剖面硼的濃度分布。
圖13是顯示作為本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)變形例的半導(dǎo)體裝置的雙極晶體管結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如該圖所示、在以(001)面為主面的Si襯底100的上部用外延生長法、離子注入法等方法導(dǎo)入磷等N型雜質(zhì)，構(gòu)成深1μm的含N型雜質(zhì)的反向阱101。Si襯底100表面附近區(qū)域內(nèi)N型雜質(zhì)的濃度調(diào)整在1×1017atoms·cm-3左右。還有、為了元件隔離設(shè)置了由氧化硅填埋的淺溝103和由未摻雜多晶硅膜105及包圍它的氧化硅膜106構(gòu)成的深溝104。溝槽103、104的深度分別是0.35μm、2μm左右。
在Si襯底100內(nèi)被溝槽103挾持的區(qū)域內(nèi)設(shè)有集電極層102，在Si襯底100中由淺溝103而與集電極層102隔離的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有N+集電極引出層107、N+集電極引出層通過反向阱101與集電極層102的電極接觸。
還有、在Si襯底100上設(shè)有厚約30nm的第1堆積氧化膜108、第1堆積氧化膜108具有集電極開口部110，在Si襯底100的上面暴露在集電極開口部110的部分上、設(shè)有由摻雜P型雜質(zhì)厚約80nmSi1-XGeX層和厚約40nm的Si膜疊層生長形成的Si/Si1-XGeX層111。該Si/Si1-XGeX層111由選擇生長形成、它僅形成在Si襯底100中暴露在集電極開口部110的部分上。而且、Si/Si1-XGeX層111的中央部(后面將敘述的基極開口部118的下方區(qū)域)的下部起到內(nèi)部基極119的功能。還有、Si/Si1-XGeX層111中央部的上部起到發(fā)射極層的功能。Si/Si1-XGeX層111的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在后面敘述。還有、在Si/Si1-XGeX層111及反向阱101的表面部上由硼的離子注入形成外部基極注入?yún)^(qū)Rii，作為外部基極注入?yún)^(qū)域Rii的一部分在反向阱101的表面部上形成濃度3×1017atoms·cm-3左右的結(jié)漏電防止層113。
在Si/Si1-XGeX層111及第1堆積氧化膜108上設(shè)有厚約30nm的腐蝕停止用第2堆積氧化膜112，在第2堆積氧化膜112上形成基極接合用開口部114及基極開口部118。而且、設(shè)有厚約150nm的P+多晶硅層115和第3堆積氧化膜117、P+多晶硅層115填埋基極接合用開口部114并延伸到第2堆積氧化膜112上。由所述Si/Si1-XGeX層111中除基極開口部118下方區(qū)域外的剩余部分和P+多晶硅層115構(gòu)成外部基極116。
還有、P+多晶硅層115及第3堆積氧化膜117中位于第2堆積氧化膜112的基極開口部118上方的部分被開口，在P+多晶硅的側(cè)面上形成厚約30nm的第4堆積氧化膜120，進(jìn)一步、在第4堆積氧化膜120上設(shè)有由厚約100nm多晶硅組成的側(cè)壁121。而且、設(shè)有N+多晶硅層129、它填埋基極開口部118并延伸到第3堆積氧化膜117上，N+多晶硅層129起到發(fā)射極引出電極的功能。所述第4堆積氧化膜120使P+多晶硅層115和N+多晶硅層129電氣絕緣，與此同時(shí)、也阻止從P+多晶硅層115向N+多晶硅層129的雜質(zhì)擴(kuò)散。還有、第3堆積氧化膜117使P+多晶硅層115的上面與N+多晶硅層129絕緣。進(jìn)一步、N+多晶硅層129和P+多晶硅層115的外側(cè)面由側(cè)壁123覆蓋。
進(jìn)一步，在集電極引出層107、P+多晶硅層115及N+多晶硅層129的表面上分別形成Ti硅化物層124。
還有、襯底全體被層間絕緣膜125覆蓋，貫通層間絕緣膜125分別形成到達(dá)N+集電極引出層107、外部基極一部分的P+多晶硅層115及發(fā)射極引出電極的N+多晶硅層129上的Ti硅化物層124上的連接孔。而且、設(shè)置有填埋各連接孔的W針形接點(diǎn)126和與各W針形接點(diǎn)126連接并延伸到層間絕緣膜125上的金屬布線127。
這里，圖2(a)、(b)是將圖1中的發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)部分放大的剖面圖、以及沿發(fā)射極·基極結(jié)附近剖面硼的濃度分布。如圖2(a)所示、Si/Si1-XGeX層111順序疊層設(shè)置Ge含量15％、未摻雜的厚約40nm的SiGe襯墊層151，下端Ge含量15％、上端為0的幾乎連續(xù)變化的、含濃度為4×1018atoms·cm-3硼的、厚度為40nm的傾斜SiGe基極層152和部分摻雜硼的、厚約40nm的Si蓋層153。而且，在Si蓋層153中與N+多晶硅層129(發(fā)射極引出電極)相接的區(qū)域上由N+多晶硅層129高濃度磷的擴(kuò)散形成N型發(fā)射極擴(kuò)散層153a。在發(fā)射極擴(kuò)散層153a上摻雜磷、磷的濃度分布是沿襯底的深度方向從1×1020atoms·cm-3到1×1017atoms·cm-3左右。
還有，如圖2(b)所示在Si蓋層153的上部摻雜有濃度為1×1018atoms·cm-3的硼，在Si蓋層153的下部由于從傾斜SiGe基極層152的擴(kuò)散摻雜有濃度約2×1018atoms·cm-3的硼。另一方面，在Si蓋層153的中間部分幾乎沒有摻雜硼。而且、在發(fā)射極擴(kuò)散層153a與包圍它的周邊層153b之間形成PN結(jié)，并在從第1耗盡層端到第2耗盡層端范圍內(nèi)形成耗盡層154、耗盡層154的第1耗盡層端和第2耗盡層端之間下挾持著它的治金學(xué)PN結(jié)面。這時(shí)，耗盡層154中接近第2堆積氧化膜112部分的形狀與現(xiàn)有HBT耗盡層554(參照?qǐng)D12(a))的形狀相比向中央一側(cè)偏移。
這樣、采用本發(fā)明的SiGe-HBT，如圖2(a)所示、由于在Si蓋層153的上部(第2堆積氧化膜122正下方向區(qū)域)摻雜了高濃度的硼，耗盡層154的寬度(從第1耗盡層端到第2耗盡層端的距離)、特別是在Si蓋層153上部耗盡層的寬度縮小。其結(jié)果是在耗盡層154內(nèi)載流子擴(kuò)散、復(fù)合的量減少，復(fù)合電流減小。
圖11(b)示出用后面將敘述的第3實(shí)施方式形成的本發(fā)明的HBT的基極電流、集電極電流對(duì)基極·發(fā)射極電壓的依賴關(guān)系(Gummel特性)。在該圖中、橫軸表示基極·發(fā)射電壓(V)、縱軸表示基極電流或者集電極電流(A)(對(duì)數(shù)值)。如該圖所示、從低偏壓到高偏壓很寬的區(qū)域內(nèi)基極電流特性線和集電極電流特性線維持良好的平行關(guān)系，它表明得到了線性度良好的HBT。
因此、采用本發(fā)明，如圖2(a)所示、由于在Si蓋層153的上部摻雜了較高濃度的硼，能夠抑制耗盡層的擴(kuò)展。其結(jié)果是能夠抑制因在耗盡層內(nèi)載流子復(fù)合引起的復(fù)合電流，改善(Gummel特性)，因而能夠得到線性度良好的HBT。
還有，由于硼摻雜有可能減少在Si蓋層153上端部與第2堆積氧化膜112的界面處的界面能級(jí)，界面能級(jí)的減少也能夠?qū)Ω纳艸BT的線性度做出貢獻(xiàn)。在同質(zhì)Si雙極晶體管中、進(jìn)行較高溫度下的熱處理(例如900℃)的退火能夠容易的減少第2堆積氧化膜112與Si蓋層153的界面能級(jí)，但是，在SiGe-HBT中、由于難于進(jìn)行需要的高溫?zé)崽幚?，用硼摻雜實(shí)現(xiàn)降低界面能級(jí)是一種理想的方法。而且、由于降低了界面能級(jí)密度就能減小上式中的復(fù)合幾率U，就能更進(jìn)一步減少復(fù)合電流。
此外，我們示出了上述各層厚度的典型值，根據(jù)HBT的種類和用途能夠選用適當(dāng)?shù)暮穸取?br> 下面、就與為實(shí)現(xiàn)圖1、圖2(a)所示結(jié)構(gòu)的制造方法相關(guān)的各實(shí)施方式進(jìn)行說明。第1實(shí)施方式首先，參照?qǐng)D3(a)～圖6(b)說明第1實(shí)施方式中HBT制造工程的基本流程。
首先、是圖3(a)所示工程，在(001)面為主面的Si襯底100的上部一面摻雜N型雜質(zhì)一面外延生長Si單晶層，或者在外延生長后進(jìn)行高能離子注入形成深約1μm的N型反向阱(retrograde well)101。但是、也可以不進(jìn)行外延生長，在Si襯底100的一部分上進(jìn)行離子注入形成反向阱101。這時(shí)、由于Si襯底100表面附近區(qū)域?qū)⒊蔀镠BT的集電極層、將其N型雜質(zhì)的濃度預(yù)先調(diào)整到1×1017atoms·cm-3左右。
其次、為了元件隔離、形成填埋氧化硅的淺溝103和深溝104，深溝104由未摻雜多晶硅膜105及包圍它的氧化硅膜106構(gòu)成。各溝槽103、104的深度分別是0.35μm和2μm左右。在Si襯底100內(nèi)被淺溝103之間挾持的區(qū)域就成為集電極層102。還有、在Si襯底100內(nèi)被淺溝103與集電極層102隔離的區(qū)域內(nèi)、形成與集電極電極接觸的N+集電極引出層107。
然后、采用標(biāo)準(zhǔn)的制造方法，形成CMOS器件各MISFET基本結(jié)構(gòu)的各柵絕緣膜、柵電極、源、漏區(qū)域等，這些過程圖中未示出。
再次，是圖3(b)所示工程，用四乙氧基硅烷(TEOS)和氧在680℃下進(jìn)行化學(xué)氣相生長(CVD)、在晶片上形成厚約30nm的第1堆積氧化膜108，然后、用氟酸等的濕法腐蝕在第1堆積氧化膜108上形成寬度比有源區(qū)寬的集電極開口部110。也就是說、由于形成的集電極開口部110包含了淺溝103和Si襯底100表面部的邊界、集電極開口部110的寬度比有源區(qū)的寬度要寬。集電極開口部110的寬度自身與現(xiàn)有HBT的大體相同，但是由于兩淺溝103間隔比現(xiàn)有HBT的窄，其結(jié)果是集電極開口部110的寬度就比有源區(qū)的寬度寬。
再次、用氨水和過氧化氫水的混合液處理Si襯底100暴露在集電極開口部110中的部分，在這部分上形成厚約1nm的保護(hù)氧化膜，以這種狀態(tài)將晶片放入U(xiǎn)HV-CVD裝置的腔室內(nèi)。而且在放入后在氫氣氛中進(jìn)行熱處理去除保護(hù)氧化膜，然后、在550℃的溫度下，適當(dāng)利用含乙硅烷(Si2H6)、鍺烷(GeH4)、摻雜用的乙硼烷(B2H6)等的氣體，用后面敘述的各實(shí)施方式的方法在Si襯底100暴露在集電極開口部110部分的表面上、外延生長厚約80nm的Si1-XGeX層。而且在形成Si1-XGeX層后、在連續(xù)供給腔室內(nèi)的氣體中停止供給鍺烷，加之適當(dāng)利用乙硼烷、在Si襯底100內(nèi)在Si1-XGeX層上外延生長厚約40nm的Si層，由Si1-XGeX層和Si層形成Si/Si1-XGeX層111。
再次、是圖4(a)所示的工程，在晶片上形成膜厚30nm的第2堆積氧化膜112構(gòu)成腐蝕停止膜，然后、用設(shè)在第2堆積氧化膜112上的抗蝕劑掩膜Rel對(duì)第2堆積氧化膜112進(jìn)行干法刻蝕使之圖形化，形成基極接合用開口部114。這時(shí)、Si/Si1-XGeX層111的中央部被第2堆積氧化膜覆蓋，在基極接合用開口部114處Si/Si1-XGeX層111的周邊部和第1堆積氧化膜108的一部分暴露出來。其次、用在形成基極接合用開口部114時(shí)用過的抗蝕劑掩膜Rel進(jìn)行硼(B)等P型雜質(zhì)的離子注入形成跨越Si/Si1-XGeX層111及反向阱101表面部分的外部基極注入?yún)^(qū)Rii。這時(shí)、作為外部基極注入?yún)^(qū)域Rii的一部分，在反向阱101的表面部上形成了濃度為3×1017atoms·cm-3的結(jié)漏電防止層113。
再次，是圖4(b)所示的工程，用CVD法在晶片上堆積1×1020atoms·cm-3以上高濃度摻雜、厚約150nm的P+多晶硅層115，接著、堆積厚約100nm的第3堆積氧化膜117。其次，用干法刻蝕法將第3堆積氧化膜117和P+多晶硅層115圖形化，在第3堆積氧化膜117和P+多晶硅層115的中央部上形成到達(dá)第2堆積氧化膜112的基極開口部118。該基極開口部118比第2堆積氧化膜112的中央部小、基極開口部118不跨過基極接合用開口部114。由該工程形成由P+多晶硅層115和Si/Si1-XGeX層111除中央部外的其余部分構(gòu)成的外部基極116。
再次、是圖5(a)所示的工程，用CVD方法在晶片整個(gè)面上堆積厚約30nm的堆積氧化膜和厚約150nm的多晶硅膜。而且、用各向異性干法刻蝕將堆積氧化膜及多晶硅膜腐蝕，在P+多晶硅層115及第3堆積氧化膜117的側(cè)面上形成側(cè)壁121、側(cè)壁121由挾持著第4堆積氧化膜120的多晶硅組成。其次、用氟酸等進(jìn)行濕法腐蝕，除去第2堆積氧化膜112及第4堆積氧化膜120中暴露的部分。這時(shí)、在基極開口部118中、Si/Si1-XGeX層111上部的Si層暴露出來。還有、由于濕法腐蝕是各向同性腐蝕、第2堆積氧化膜112及第4堆積氧化膜120橫向也被腐蝕，基極開口部118的尺寸就擴(kuò)大了。也就是說、由這時(shí)濕法腐蝕的量決定基極開口的寬度。在該濕法腐蝕時(shí)、即使在第1堆積氧化膜108上付著有SiGe小島111，由于Si襯底100中N+集電極引出層107等被P+多晶硅層115等覆蓋、Si襯底100的表面并不暴露出來。
再次、是圖5(b)所示的工程，堆積厚約250nm的N+多晶硅層129后、用干法刻蝕法將N+多晶硅層129圖形化、形成發(fā)射極引出電極。這時(shí)、因?yàn)镻+多晶硅層115的外側(cè)未被圖形化，在側(cè)方上未形成由多晶硅組成的側(cè)壁。還有、由于N+集電極引出層107等的表面沒有因N+多晶硅129的過腐蝕而被腐蝕，所以在Si襯底100的表面上也沒形成凹凸。
再次、是圖6(a)所示工程，用干法刻蝕將第3堆積氧化膜117、P+多晶硅層115及第2堆積氧化膜112圖形化，從而決定外部基極116的形狀。
再次、是圖6(b)所示的工程，在晶片上形成厚約120nm的堆積氧化膜后、進(jìn)行干法刻蝕，在N+多晶硅層129和P+多晶硅層115的側(cè)面上形成側(cè)壁123。由這時(shí)的干法刻蝕(過腐蝕)將第1堆積氧化膜108暴露出的部分除去，使N+多晶硅層129、P+多晶硅層115及N+集電極引出層107的表面暴露出來。
進(jìn)一步、為得到圖1所示的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行以下的處理。首先、用濺射法在晶片整個(gè)面上堆積厚約40nm的Ti膜，進(jìn)行675℃、30秒的RTA(快速退火)，由此在N+多晶硅層129、P+多晶硅層115及N+集電極引出層107暴露部分的表面上形成Ti硅化物層124。然后、選擇性的僅僅除去Ti膜未反應(yīng)部分后，進(jìn)行退火使Ti硅化物層124的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
再次、在晶片整個(gè)面上形成層間絕緣膜125，貫通層間絕緣膜125形成到達(dá)N+多晶硅層129、P+多晶硅層115及N+集電極引出層107上的Ti硅化物層124的連接孔。而且、用W膜填埋各連接孔內(nèi)形成W針形接點(diǎn)126后，在晶片整個(gè)面上堆積鋁合金膜，將鋁合金膜圖形化，形成與各W針形接點(diǎn)126連接并延伸到層間絕緣膜125上的金屬布線127。
由以上工程、就形成了具有圖1所示結(jié)構(gòu)的HBT，就是說、形成了具有由N型Si組成的集電極、由P+型Si1-XGeX組成的基極和由N+型Si組成的發(fā)射極的HBT。此外、Si/Si1-XGeX層111中的Si層由于從N+多晶硅層129的高濃度N型雜質(zhì)(磷等)的擴(kuò)散變成為N+型Si層。
再次、參照?qǐng)D7(a)、(b)就本實(shí)施方式中具有特點(diǎn)的Si/Si1-XGeX層111的形成工程作一說明。圖7(a)、(b)是將所述制造工程中圖3(b)所示工程的發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)的結(jié)構(gòu)放大的部分剖面圖、以及沿其剖面硼的濃度分布圖。
首先，用氨水和過氧化氫水的混合液處理Si襯底100暴露在集電極開口部中的部分，在這部分上形成厚約1nm左右的保護(hù)氧化膜，在這種狀態(tài)下將晶片送入U(xiǎn)HV-CVD裝置的腔室內(nèi)。而且、在將晶片送入腔室內(nèi)后、在真空氣氛下將晶片在850℃下加熱2分鐘，去除保護(hù)性氧化膜。其次、在腔室內(nèi)使晶片溫度降到550℃，乙硅烷(Si2H6)和鍺烷(GeH4)的流量分別為0.02l/min和0.03l/min、壓力為0.067Pa，在這種狀態(tài)下維持2分40秒，在晶片上形成厚約40nm的未摻雜SiGe襯墊層151。這時(shí)、SiGe襯墊層151的生長速度約為15nm/min。
接著、繼續(xù)維持腔室內(nèi)的溫度、壓力以及乙硅烷(Si2H6)的流量、將濃度5％的氫稀釋乙硼烷(B2H6)以流量4sccm導(dǎo)入腔室內(nèi)。而且在4分鐘內(nèi)使鍺烷(GeH4)的流量從0.03l/min連續(xù)變化到0l/min、外延生長厚度約40nm的傾斜SiGe基極層152、混晶Si1-XGeX中的Ge含量X從15％變到0％。這時(shí)，傾斜SiGe基極層152的平均生長速度是10nm/min、硼的濃度約為4×1018atoms·cm-3。
再次、維持腔室內(nèi)的溫度、壓力及乙硅烷(Si2H6)的流量不變、不流通鍺烷(GeH4)、停止氫稀釋乙硼烷(B2H6)的供給，在這種狀態(tài)下維持15分鐘，外延生長厚約30nm的未摻雜Si層161。這時(shí)、未摻雜Si層161的生長速度約為2nm/min。
然后、再一次以流量0.001 l/min向腔室內(nèi)流通濃度5％的氫稀釋乙硼烷(B2H6)，維持這種狀態(tài)5分鐘，外延生長厚約10nm的摻雜Si層162。這時(shí)、摻雜Si層162的生長速度約為2nm/min、硼濃度約為1×1018atom·cm-3。
所述工程完成后、由未摻雜Si層161和摻雜Si層162形成Si蓋層153。還有、由SiGe襯墊底151、傾斜SiGe基極層152和Si蓋層153形成Si/Si1-XGeX層111。
圖7(b)示出在Si/Si1-XGeX層111剛形成后熱處理前硼濃度的分布圖。這種狀態(tài)下、僅僅在傾斜SiGe基極層152和Si蓋層153中的摻雜Si層162呈現(xiàn)出高濃度硼存在的陡峻的濃度分布圖。
而且、由于以后各工程中有熱處理加入，在傾斜SiGe基極層152和Si蓋層153中的摻雜Si層162中摻雜的硼擴(kuò)散，最終得到圖2(b)所示的硼濃度分布圖。
本實(shí)施方式中、在Si蓋層形成時(shí)摻雜硼，它的特征是由in-situ摻雜進(jìn)行CVD。而且、由于本實(shí)施方式中采用in-situ摻雜，能夠以較高精度控制在Si蓋層153上部摻雜的硼濃度。第2實(shí)施方式本實(shí)施方式中、基本的HBT制造工程的流程與第1實(shí)施方式中說明過的圖2(a)～圖6(b)所顯示的一樣。
本實(shí)施方式中、其特征是圖4(a)所示工程按以下方法進(jìn)行。圖8(a)、(b)是將所述制造工程中圖4(a)所示工程中發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)放大的部分剖面圖、以及沿它的剖面硼的濃度分布圖。
本實(shí)施方式中、按第1實(shí)施方式中已說明的方法進(jìn)行處理，在集電極層102上形成厚約40nm的未摻雜SiGe襯墊層151和厚約40nm含硼濃度約為4×1018atoms·cm-3的傾斜SiGe基極層152。
其次、維持腔室內(nèi)的溫度、壓力及乙硅烷(Si2H6)的流量與傾斜SiGe基極層152形成時(shí)一樣，不再流通鍺烷(GeH4)、停止氫稀釋乙硼烷(B2H6)的供給，將這種狀態(tài)維持20分鐘，外延生長厚約40nm的Si蓋層153。
再次、代替第1實(shí)施方式中的第2堆積氧化膜112、在Si蓋層153上堆積由硼摻雜氧化硅膜(BSG膜)組成的第2堆積氧化膜171。這時(shí)、在常壓CVD裝置的腔室內(nèi)，將晶片升溫到400℃后、在常壓下，通入流量為1.5l/min的四乙氧基硅烷(TEOS)、流量為1.5l/min的三乙氧基硼(TEB)、流量為7.5l/min的含85g/Nm3濃度臭氧的O2、流量為18.0l/min的N2，維持這種狀態(tài)15秒，形成含3wt％硼的、厚約30nm的第2堆積氧化膜171。
圖8(b)是顯示這種情況下縱斷面上硼的濃度分布圖。這種狀態(tài)下、雖然Si蓋層153內(nèi)沒有摻雜硼，由于后工程中的熱處理、第2堆積氧化膜171中的硼擴(kuò)散到Si蓋層153的上部，最終的得到圖2(a)所示的硼濃度分布圖。
然后、與圖4(a)所示工程一樣，在第2堆積氧化膜171上形成基極連接用開口部114，進(jìn)行圖4(b)～圖6(b)所示工程，得到具有圖1所示結(jié)構(gòu)的HBT。
當(dāng)然、在PNP雙極晶體管中第2堆積氧化膜171應(yīng)使用PSG膜。
采用本實(shí)施方式、能夠用比較簡單的工程在Si蓋層153內(nèi)摻雜硼。特別是它有可能降低Si蓋層153的上端部中與第2堆積氧化膜112界面處的界面能級(jí)。第3實(shí)施方式本實(shí)施方式中基本的HBT制造工程的流程也與第1實(shí)施方式中已說明的與圖2(a)～圖6(b)所示一樣。
本實(shí)施方式中的特點(diǎn)是圖4(a)、(b)所示的工程按以下方法進(jìn)行。圖9(a)、(b)示出將所述制造工程中圖4(a)、(b)所示的發(fā)射極·基極結(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)放大的部分剖面圖、及沿剖面硼的濃度分布圖。
本實(shí)施方式中、進(jìn)行與第1實(shí)施方式說明的同樣的處理，在集電極層102上形成厚約40nm的未摻雜SiGe襯墊層151，厚約40nm的含濃度4×1018atoms·cm-3硼的傾斜SiGe基極層152。
其次、維持腔室內(nèi)的溫度、壓力及乙硅烷(Si2H6)的流量與形成傾斜SiGe基極層152時(shí)一樣，不流通鍺烷(GeH4)、停止氫稀釋乙硼烷(B2H6)的供給、將這種狀態(tài)維持20分鐘，外延生長厚約40nm的Si蓋層153。
再次、進(jìn)行與第1實(shí)施方式幾乎相同的處理，在晶片上形成第2堆積氧化膜112構(gòu)成腐蝕停止層。這時(shí)、本實(shí)施方式中第2堆積氧化膜112的厚度為10nm。
再次、采用第1實(shí)施方式中說明過的處理、由第2堆積氧化膜112的圖形化形成基極連接用開口部114，用在形成基極連接用開口部114時(shí)使用過的抗蝕劑掩膜進(jìn)行硼(B)離子注入。
再次、如圖4(b)所示工程中說明過的那樣、用CVD法在晶片上堆積厚約150nm的P+多晶硅層115，本實(shí)施方式中P+多晶硅115中硼的濃度大于2×1020atoms·cm-3。這一硼濃度能夠在堆積未摻雜多晶硅膜后，在加速電壓約8keV、劑量約5×1015atoms s·cm-2的條件下在多晶硅膜上進(jìn)行硼離子注入實(shí)現(xiàn)。但是，也可以在多晶硅膜堆積時(shí)進(jìn)行in-situ摻雜。接著、進(jìn)行與第1實(shí)施方式同樣的處理、堆積第3堆積氧化硅膜117(參照?qǐng)D4(b))，由第3堆積氧化膜117和P+多晶硅層115的圖形化進(jìn)而形成基極開口部118，形成由P+多晶硅層115和除Si/Si1-XGeX層111中央部外的其它部分構(gòu)成外部基極116(參照?qǐng)D4(b))。
圖9(b)示出此時(shí)沿縱斷面硼的濃度分布圖。在這種狀態(tài)下、雖然在Si蓋層153內(nèi)沒有摻雜硼，僅僅在被第2堆積氧化膜112隔開的P+多晶硅層115(外部基極層116的一部分)內(nèi)摻雜了高濃度硼，但是由于以后工程的熱處理、P+多晶硅層115中的硼通過第2堆積氧化膜112擴(kuò)散到Si蓋層153的上部，最終得到圖2(a)所示的硼濃度分布圖。
然后、進(jìn)行圖5(a)～圖6(b)所示的工程，得到具有圖1結(jié)構(gòu)的HBT。
采用本實(shí)施方式、由于是在形成了基極開口部118的狀態(tài)下從P+多晶硅層115向Si蓋層153的上部摻雜硼的，因而能夠僅僅在除Si蓋層153中基極開口部118正下方區(qū)域以外的區(qū)域?qū)肱?，而基極開口部118正下方的區(qū)域正是發(fā)射極擴(kuò)散層115a，這樣、就不需要考慮與發(fā)射極擴(kuò)散層153a內(nèi)摻雜磷的濃度關(guān)系。因此、能夠?qū)i蓋層153上部硼的濃度調(diào)整到最理想的濃度，這是它的優(yōu)點(diǎn)。其他實(shí)施方式在上述各實(shí)施方式中、我們就本發(fā)明適用于雙多晶硅型HBT的情況作了說明，但是、本發(fā)明并不僅限于這樣的實(shí)施方式，第1、第2實(shí)施方式也適用于單多晶硅型HBT。那種情況時(shí)、不設(shè)N+多晶硅層115，采用將Si/Si1-XGeX層111延伸到第1堆積氧化膜108上的結(jié)構(gòu)，將第2堆積氧化膜112中包圍基極開口部118部分以外的部分除去就可以。這時(shí)Si/Si1-XGeX層111中位在第1堆積氧化膜108上的部分不是單晶、而采用多晶結(jié)構(gòu)，由于這一部分是作為外部基極功能的部分、簡單的作為電阻的功能就可以，對(duì)作為HBT的工作和特性不產(chǎn)生不良的影響。
如圖2(b)所示，通過擴(kuò)散向Si蓋層153的下部摻雜硼，在各實(shí)施方式中，也可通過in-situ摻雜向Si蓋層153的下部摻雜硼。
此外、在所述各實(shí)施方式中，雖然是以NPN型HBT為例做了說明，本發(fā)明當(dāng)然也適應(yīng)于PNP型的HBT。那種情況時(shí)、HBT各部分的導(dǎo)電類型、HBT各部分摻雜雜質(zhì)的導(dǎo)電類型需采用與所述各實(shí)施方式相反的導(dǎo)電類型。
還有、本發(fā)明的SiGe-HBT和Si-CMOS FET能夠形成在同一Si襯底上，能夠得到所謂的BiCMOS器件。
代替所述各實(shí)施方式中的SiGe襯墊層、傾斜SiGe基極層也可以設(shè)置SiGeC襯墊層、傾斜SiGeC基極層。
第1～第3實(shí)施方式中的Si/Si1-XGeX層111也可以延伸到第1堆積氧化膜108上。結(jié)構(gòu)的變形例圖1所示的結(jié)構(gòu)中、用Si1-XGeX層(0≤X＜1＝構(gòu)成基極層，也可以用Si1-X-yGeXCy層(0≤x，y＜1＝和Si1-yCy層(0≤y＜1＝代替Si1-XGeX層構(gòu)成基極層。還有、發(fā)射極和集電極中至少某一個(gè)也可以由Si1-XGeX層、Si1-X-yGeXCy層或者Si1-yCy層構(gòu)成。
圖13是與用Si1-X-yGeXCy層代替基本結(jié)構(gòu)中的Si1-XGeX層變形例相關(guān)的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的剖面圖。在這種變形例中HBT的結(jié)構(gòu)與所述圖1示出的HBT結(jié)構(gòu)幾乎相同，僅在以下幾點(diǎn)不同。
在Si襯底100上面中暴露在集電極開口部110的部分上設(shè)有由摻雜P型雜質(zhì)、厚約80nm的Si1-X-yGeXCy層和厚約40nm的Si膜疊層而成的Si/Si1-X-yGeXCy層211。該Si/Si1-X-yGeXCy層211用選擇生長法僅僅形成在Si襯底100中暴露在集電極開口部110的部分上。而且、Si/Si1-X-yGeXCy層211的中央部(后面敘述的基極開口部118的下方區(qū)域)的下部起到內(nèi)部基極219的功能。還有、Si/Si1-XGeXCy層211中央部的上部起到發(fā)射極層的功能。Si/Si1-XGeXCy層211的詳細(xì)結(jié)構(gòu)可以適用已經(jīng)說明的第1～第3實(shí)施方式那樣的雜質(zhì)分布圖。還有、用硼離子注入法形成跨越Si/Si1-XGeXCy層211及反向阱101表面部的外部基極注入?yún)^(qū)Rii。在Si/Si1-XGeXCy層211及第1堆積氧化膜108上設(shè)有厚約30nm的腐蝕停止用第2堆積氧化膜112，在第2堆積氧化膜112上形成基極連接用開口部114及基極開口部118。而且、設(shè)有填埋基極連接用開口部114并延伸到第2堆積氧化膜112上的厚約150nm的P+多晶硅層115和第3堆積氧化膜117。由所述Si/Si1-XGeXCy層211中除去基極開口部118下方區(qū)域的部分和P+多晶硅層115構(gòu)成外部基極216。
圖13中所示的其他部件因與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同，付以與圖1相同的符號(hào)、省略說明。制造工程中、代替第1～第3實(shí)施方式中Si1-XGeX層外延生長、進(jìn)行Si/Si1-X-yGeXCy層的外延生長。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置被應(yīng)用于搭載在電子機(jī)器上的雙極晶體管等器件，特別是應(yīng)用于處理高頻信號(hào)的器件。
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管，它具備第1半導(dǎo)體層、第2半導(dǎo)體層、第3半導(dǎo)體層、絕緣膜、開口部和發(fā)射極引出電極；所述第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含有第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，所述第2半導(dǎo)體層設(shè)在所述第1半導(dǎo)體層上、含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層，所述第3半導(dǎo)體層設(shè)在所述第2半導(dǎo)體層上、由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成，所述絕緣膜設(shè)置在所述第3半導(dǎo)體層上，開口部設(shè)置在所述絕緣膜上并到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層，發(fā)射極引出電極由導(dǎo)體材料構(gòu)成、填埋所述絕緣膜開口部并與所述第3半導(dǎo)體層接觸；所述第3半導(dǎo)體層具有位于所述開口部下方的第1導(dǎo)電型發(fā)射極擴(kuò)散層和位于該發(fā)射極擴(kuò)散層側(cè)方區(qū)域、至少其上部含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的周邊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極晶體管、其特征在于所述絕緣膜由摻雜有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)的氧化硅膜構(gòu)成，所述第3半導(dǎo)體層上部中至少一部分上包含的第2導(dǎo)電型雜質(zhì)是從所述絕緣膜擴(kuò)散獲得的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極晶體管、其特征在于該雙極晶體管還具備多晶硅膜，它與位于所述第3半導(dǎo)體層中所述墊在其下部絕緣膜外方的部分相連接、而且、它設(shè)置的延伸到所述絕緣膜上、摻雜有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、起到基極引出電極的功能。至少在所述第3半導(dǎo)體層上部的一部分上含有的第2導(dǎo)電型雜質(zhì)是從所述多晶硅膜通過所述絕緣膜擴(kuò)散而得到的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一權(quán)利要求所述雙極晶體管，其特征在于所述第3半導(dǎo)體層的發(fā)射極擴(kuò)散層中的第1導(dǎo)電型雜質(zhì)是從所述發(fā)射極引出電極擴(kuò)散得到的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一權(quán)利要求所述雙極晶體管，其特征在于所述襯底是硅襯底，所述第1半導(dǎo)體層是Si層，所述第2半導(dǎo)體層是SiGe層或者SiGeC層，所述第3半導(dǎo)體層是Si層。
6.一種雙極晶體管的制造方法，它包含以下工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層；(b)在所述第2半導(dǎo)體層上用外延生長法形成第3半導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料構(gòu)成、至少在它的上部含有第2導(dǎo)電型雜質(zhì)；(c)在所述工程(b)后、在襯底上堆積絕緣膜的工程；(d)在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層開口部的工程；(e)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方的區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程。
7.一種雙極晶體管的制造方法，其特征在于它包含以下工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、包含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層；(b)在所述第2半導(dǎo)體層上用外延生長法形成第3半導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成；(c)在所述工程(b)后、在襯底上堆積含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)絕緣膜的工程；(d)在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層開口部的工程；(e)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方的區(qū)域內(nèi)、導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程；由所述工程(c)后的處理，從所述絕緣膜在所述第3半導(dǎo)體層的上部摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)。
8.一種雙極晶體管的制造方法，其特征在于它包含以下工程(a)在第1半導(dǎo)體層上形成第2半導(dǎo)體層的工程，第1半導(dǎo)體層設(shè)在襯底上、包含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成集電極層，第2半導(dǎo)體層含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)、構(gòu)成基極層；(b)在所述第2半導(dǎo)體層上用外延生長法形成第3半體導(dǎo)體層的工程，第3半導(dǎo)體層由與所述第2半導(dǎo)體層禁帶寬度不同的材料組成；(c)在所述工程(b)后、在襯底上堆積絕緣膜的工程；(d)在襯底上堆積含第2導(dǎo)電型雜質(zhì)導(dǎo)體膜后、在該導(dǎo)體膜上形成達(dá)到所述絕緣膜的開口部的工程；(e)形成覆蓋所述第1導(dǎo)體膜開口部的側(cè)面、由絕緣材料組成的側(cè)壁的工程；(f)在所述工程(e)后、在所述絕緣膜上形成到達(dá)所述第3半導(dǎo)體層的開口部的工程；(g)在所述第3半導(dǎo)體層中位于所述開口部下方的區(qū)域內(nèi)導(dǎo)入第1導(dǎo)電型雜質(zhì)、形成發(fā)射極擴(kuò)散層的工程；由所述工程(d)后的處理、通過所述絕緣膜從所述導(dǎo)電膜在所述第3半導(dǎo)體層的上部摻雜第2導(dǎo)電型雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙極晶體管制造方法，其特征在于該方法還包括在所述工程(f)后、所述工程(g)前，在襯底上堆積與所述導(dǎo)體膜不同的導(dǎo)體膜后、將該不同的導(dǎo)體膜圖形化、形成填埋所述絕緣膜開口部并延伸到所述絕緣膜上、含第1導(dǎo)電型雜質(zhì)的發(fā)射極引出電極的工程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新型雙極晶體管及其制造方法。在Si襯底的集電極層102上，順序外延生長SiGe襯墊層151、含硼的傾斜SiGe基極層152和Si蓋層153。在Si蓋層153上形成具有基極開口部118的第2堆積氧化膜112和填埋基極開口部并構(gòu)成發(fā)射極引出電極的P
文檔編號(hào)H01L29/737GK1398432SQ01801372
公開日2003年2月19日 申請(qǐng)日期2001年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者淺井明, 大西照人, 高木剛 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社