專利名稱：BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造器件，特別是涉及一種BiCMOS工藝中的寄 生垂直型PNP器件。
背景技術(shù)：
在射頻應用中，需要越來越高的器件特征頻率。在BICMOS工藝技術(shù)中，NPN三極 管，特別是鍺硅異質(zhì)結(jié)三極管(SiGe HBT)或者鍺硅碳異質(zhì)結(jié)三極管(SiGeC HBT)是超高頻 器件的很好選擇。并且SiGe工藝基本與硅工藝相兼容，因此SiGe HBT已經(jīng)成為超高頻器 件的主流之一?，F(xiàn)有的BiCMOS工藝中的垂直型寄生PNP三極管，集電極的引出通常需要經(jīng)過淺槽 隔離(STI)底下的埋層或者阱和與之相連的有源區(qū)來實現(xiàn)。這樣的做法是由其器件的垂直 結(jié)構(gòu)特點所決定的。其缺點是器件面積大，集電極的連接電阻大。而且引出集電極的有源 區(qū)的存在及其與PNP管的集電區(qū)之間必須有STI或者其他場氧來隔離，這也限制了器件尺 寸的進一步縮小。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件，能 用作BiCMOS高頻電路中的輸出器件，具有較小的面積和傳導電阻。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件的有源 區(qū)由淺槽場氧隔離，包括一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的一 P型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，集電極是通過一深 孔接觸引出，所述集電區(qū)底部連接一 P型埋層，所述P型埋層是通過離子注入形成于所述 集電區(qū)兩側(cè)的淺槽底部，通過在所述P型埋層頂部對應的淺槽場氧中制作深孔并填入金屬 形成連接所述P型埋層的所述深孔接觸；所述P型埋層離子注入的劑量為lel4 IeiecnT2 的、能量為小于45keV。—基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)連接的一 N型雜質(zhì)離子注入層 構(gòu)成。一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部的一 P型外延層構(gòu)成，所述發(fā)射區(qū)直接通過一 金屬接觸引出。所述基區(qū)上部的P型外延層部分反型為N型，用作所述基區(qū)的連接。本發(fā)明能用作BiCMOS高頻電路中的輸出器件。另外本發(fā)明采用了先進的深孔接 觸工藝來與所述集電區(qū)的P型埋層直接接觸從而引出本發(fā)明器件的集電極，使得本發(fā)明器 件的面積與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比能夠有效的減??；并且由于集電極的引出位置到集電區(qū)的距離縮 短，寄生的電阻也隨之減小，從而有助于提高器件的頻率特性；而其他特性，比如電流增益， 卻不會受影響。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是本發(fā)明實施例的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-圖2F是本發(fā)明實施例的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件在制造過程 中的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，為本發(fā)明實施例的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件結(jié)構(gòu)示意 圖，有源區(qū)由淺槽場氧隔離即圖1中所示淺溝槽隔離，包括一集電區(qū)201，由形成于有源區(qū)中的一 P型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，該P型雜質(zhì)離子 注入層采用MOSFET中的P阱注入實現(xiàn)，也可以只采用P阱中的抗穿通注入和閾值調(diào)節(jié)注 入；所述集電區(qū)201底部連接一 P型埋層101，所述P型埋層101是通過離子注入形成于所 述集電區(qū)201兩側(cè)的淺槽底部，該P型埋層離子注入的劑量為lel4 IeiecnT2的、能量為小 于45keV ；通過在所述P型埋層頂部對應的淺槽場氧中制作深孔接觸引出所述集電區(qū)201， 深孔接觸頂部連接一金屬連線形成集電極。一基區(qū)301，由形成于所述集電區(qū)201上部并和所述集電區(qū)201連接的一 N型雜質(zhì) 離子注入層構(gòu)成，該離子注入采用NMOS管的NLDD注入來實現(xiàn)。一發(fā)射區(qū)602，由形成于所述基區(qū)301上部的一 P型外延層構(gòu)成，該P型外延層為 硅外延層、鍺硅外延層或者鍺硅碳外延層，該P型外延層采用P型摻雜的NPN三極管基區(qū)外 延層工藝實現(xiàn)，為形成于有源區(qū)的具有單晶結(jié)構(gòu)的外延層，形成后再通過P型雜質(zhì)注入來 進行重摻雜，所述發(fā)射區(qū)直接通過一金屬接觸引出。所述基區(qū)301上部的P型外延層部分反型為N型用作所述基區(qū)的連接，最后形成 N型的多晶硅層601并連接一金屬接觸引出所述基區(qū)。用于形成所述基區(qū)連接的所述P型 外延層為硅外延層、鍺硅外延層或者鍺硅碳外延層，是通過P型摻雜的NPN三極管基區(qū)外延 層工藝實現(xiàn)，為形成于場氧或者多晶硅上面具有多晶硅結(jié)構(gòu)的外延層，所述P型外延層反 型為N型的方法為在所述P型外延層上面淀積一層多晶硅，該層多晶硅可以是N型在位摻 雜，或者不摻雜；然后進行N型源漏的重型摻雜注入；并利用雜質(zhì)在多晶硅中的高溫快速擴 散特性，借助熱退火推進雜質(zhì)均勻分布整個多晶硅，而使原來是P型硅外延層或者鍺硅或 者鍺硅碳外延層反型為N型，實現(xiàn)與N型基區(qū)的連接。如圖2A-圖2F所示，為本發(fā)明實施例的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件在 制造過程中的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括如下步驟工藝步驟1 如圖2A所示，選用輕摻雜的P型襯底硅片，用淺溝槽刻蝕作隔離工 藝。在淺溝槽刻蝕之后，進行P型雜質(zhì)注入以形成低阻區(qū)101也即為埋層，注入的劑量為 lel4 lel6Cm_2。在本發(fā)明所設(shè)計的寄生垂直型PNP管中，低阻區(qū)101可以有效地實現(xiàn)集 電區(qū)的低阻連接。工藝步驟2 如圖2B所示，在淺溝槽隔離和埋層101形成之后，進行P阱注入或其 中的抗穿通注入和閾值調(diào)節(jié)注入形成集電區(qū)201。然后進行熱退火，低阻區(qū)101在退火過程 中的縱向和橫向擴散將使兩個注入?yún)^(qū)擴散進有源區(qū)，實現(xiàn)與有源區(qū)的有效連接，這有助于 減少基區(qū)的連接電阻。工藝步驟3 如圖2C所示，對P型集電區(qū)201進行NLDD的注入，形成基區(qū)301，注 入?yún)^(qū)的大小用光阻定義。
工藝步驟4 如圖2D所示，淀積一層氧化膜404和多晶硅，多晶硅也可以不淀積， 然后進行刻蝕將集電區(qū)201打開。在對硅表面進行預清潔之后進行硅外延層、鍺硅外延層 或者鍺硅碳外延層的生長。在單晶硅表面外延生長的結(jié)果是形成硅單晶401 ；而在其他區(qū) 域，外延生長所形成的是多晶硅402。工藝步驟5 如圖2E所示，淀積一層10 50納米氧化層501和10 50納米左 右的氮化硅502，然后刻蝕?？涛g之后，僅留下圖2E中所示的氧化層501和氮化硅502所在 區(qū)域，從而實現(xiàn)PNP管的發(fā)射區(qū)401與隨后淀積的150 350納米多晶硅503的隔離。氧 化層501和氮化硅502所覆蓋的區(qū)域可以與有源區(qū)201 —樣大小或者比有源區(qū)小，也可以 比有源區(qū)大，但不能大太多。這層多晶硅材料可以是N型在位摻雜，所摻雜質(zhì)為磷或者砷。 也可以淀積時不攙雜，而是通過淀積好之后的N型注入來改變其形態(tài)和減小其電阻。圖2E 所示通過N型的注入來摻雜。此N型注入可以是單獨的對此多晶硅的注入，也可以在NMOS 的源漏注入時一起注入，或者兩個注入都注入到這個多晶硅區(qū)域。摻雜區(qū)域可用光阻來定 義；僅僅這個寄生垂直型PNP而言，也可以不用光阻，對這個區(qū)域進行普注。工藝步驟6 如圖2F所示，刻蝕多晶硅刻蝕和電介質(zhì)層即氮化硅502和氧化層 501，打開寄生垂直型PNP管的的發(fā)射區(qū)602，刻蝕后氮化硅502和氧化層501只保留發(fā)射區(qū) 兩邊的區(qū)域部分即電介質(zhì)層氮化硅603和氧化層604，實現(xiàn)其與多晶硅的隔離?？涛g同時 也保留了用于連接基極的多晶硅?？涛g完成之后，光阻去除之前，進行通過P型注入來重摻 雜，注入的雜質(zhì)是硼，也可以是氟化硼及銦，這步注入可以采用NPN三極管的非本征基區(qū)注 入工藝。之后進行熱處理。這一步對實現(xiàn)基區(qū)的連接至關(guān)重要。這一步熱處理必須通過多 晶硅中雜質(zhì)的快速擴散實現(xiàn)P型外延多晶硅即圖2E中的多晶硅402的完全反型，并橫向少 量推進硅單晶外延層即圖2E中的單晶硅401中，從而最終形成發(fā)射區(qū)602和完整的N型基 區(qū)連接多晶硅601。這樣就實現(xiàn)了 N型多晶硅601和N型基區(qū)301的連接。同時由于工藝 步驟3中的NLDD摻雜濃度比發(fā)射區(qū)的摻雜濃度淡，這樣發(fā)射極/基極PN結(jié)在縱向推進到 LDD區(qū)域。工藝步驟7 如圖1所示，形成基極、發(fā)射極的金屬接觸，形成集電極深孔接觸，從 而形成本發(fā)明所設(shè)計的寄生垂直型PNP管。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限 制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件，其特征在于，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的一 P型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，集電極是通過一深孔接 觸引出，所述集電區(qū)底部連接一 P型埋層，所述P型埋層是通過離子注入形成于所述集電區(qū) 兩側(cè)的淺槽底部，通過在所述P型埋層頂部對應的淺槽場氧中制作深孔并填入金屬形成連 接所述P型埋層的所述深孔接觸；一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)連接的一N型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部的一 P型外延層構(gòu)成，所述發(fā)射區(qū)直接通過一金屬 接觸引出；所述基區(qū)上部的P型外延層部分反型為N型，用作所述基區(qū)的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件，其特征在于所述集電 區(qū)的P型埋層離子注入的劑量為lel4 IeiecnT2的、能量為小于45keV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BiCMOS工藝中的寄生垂直型PNP器件，有源區(qū)由淺槽場氧隔離，包括一集電區(qū)，由形成于有源區(qū)中的一P型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成，所述集電區(qū)底部連接一P型埋層，所述P型埋層是通過離子注入形成于所述集電區(qū)兩側(cè)的淺槽底部，通過在所述P型埋層頂部對應的淺槽場氧中制作深孔接觸引出集電極；一基區(qū)，由形成于所述集電區(qū)上部并和所述集電區(qū)連接的一N型雜質(zhì)離子注入層構(gòu)成；一發(fā)射區(qū)，由形成于所述基區(qū)上部的一P型外延層構(gòu)成，發(fā)射區(qū)直接通過一金屬接觸引出；所述基區(qū)上部的P型外延層部分反型為N型，用作所述基區(qū)的連接。本發(fā)明能用作BiCMOS高頻電路中的輸出器件，具有較小的面積和傳導電阻。
文檔編號H01L29/732GK102117827SQ20091020206
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉冬華, 朱東園, 胡君, 范永潔, 邱慈云, 錢文生 申請人:上海華虹Nec電子有限公司