專利名稱：自對準(zhǔn)雙極晶體管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，具體涉及一種雙極晶體管及其制作方法。
背景技術(shù)：
在信息技術(shù)高速發(fā)展中，Bipolar雙極集成電路具有CMOS電路不可取代的優(yōu)勢而 被設(shè)計(jì)者們廣泛使用。它的優(yōu)勢表現(xiàn)在于雙極集成電路速度高，跨導(dǎo)大，輸出阻抗大，大電 流特性好，而且與傳統(tǒng)CMOS工藝可集成后的BiCMOS工藝更是被廣泛使用在高速膨脹的消 費(fèi)電子類以及無線通信領(lǐng)域的射頻/中頻部分?；贗C快速發(fā)展的不同需求，目前已開發(fā) 的基于Si-Bipolar，SiGe-Bipolar以及相應(yīng)與CMOS工藝兼容的BiCMOS工藝已可以涵蓋大 部分的無線通信市場的需求，它的應(yīng)用頻率范圍可涵蓋高至 25GHz。而在Bipolar的器件 設(shè)計(jì)中，自對準(zhǔn)的Bipolar器件相對于非自對準(zhǔn)工藝形成的Bipolar器件而言，由于其未摻 雜的基區(qū)連接區(qū)尺寸是由內(nèi)側(cè)墻形成工藝決定，而非發(fā)射極光刻工藝決定，因此其不受光 刻套準(zhǔn)偏差限制，對稱性好，尺寸也相對較小，相應(yīng)的寄生效應(yīng)降低，因此表現(xiàn)出更優(yōu)越的 器件性能。傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)的Bipolar雙極晶體管如圖1所示，主要由本征集電極區(qū)3，本征基 區(qū)6a和多晶發(fā)射極區(qū)7組成，還包括基區(qū)連接區(qū)6b，重?fù)诫s外基區(qū)6c，發(fā)射極與基極連接 區(qū)的隔離介質(zhì)層9，發(fā)射極與基極的隔離側(cè)墻8，硅化物區(qū)12等其他部分，這些區(qū)域的特征 及尺寸不同程度的影響器件的性能；比如基區(qū)/集電極區(qū)/發(fā)射極的寬度以及摻雜濃度以 及發(fā)射極內(nèi)原位摻雜/注入雜質(zhì)在熱預(yù)算后與基區(qū)摻雜的雜質(zhì)的實(shí)際交匯面所形成的真 正的EB結(jié)的位置都是與放大倍數(shù)，擊穿電壓，截止頻率等器件性能直接相關(guān)的參數(shù)；寄生 的電容電阻產(chǎn)生的滯后效應(yīng)會降低器件的最高截止頻率等。圖1所示的基于現(xiàn)有的工藝所制備自對準(zhǔn)的Bipolar雙極晶體管存在以下問題 由于不同器件發(fā)射極窗口即本征基區(qū)6a的橫向尺寸(暫定為χ)大小不同，一定厚度(y) 的多晶發(fā)射極生長時(shí)，受隔離介質(zhì)窗口高度(ζ)的影響；對x<2y的器件，發(fā)射極窗口上方 有效的多晶發(fā)射極厚度約為y+z，而對χ > 2y的器件，發(fā)射極窗口正上方的有效多晶發(fā)射及 厚度為y，而在靠近隔離介質(zhì)9的多晶發(fā)射極厚度為y+z，整個(gè)器件的發(fā)射極窗口內(nèi)厚度均 一性差。而為優(yōu)化器件EB結(jié)，提高器件RF性能，多晶發(fā)射極的形成通常是在摻雜或未摻雜 的多晶硅上重?fù)诫s注入形成。由于不同尺寸器件發(fā)射極窗口多晶發(fā)射極厚度不同，其器件 性能最佳的EB結(jié)的位置所要求的注入能量和劑量會存在差異。即在同樣的發(fā)射極注入條 件下，不同發(fā)射極窗口尺寸的器件并不能同時(shí)達(dá)到器件性能的最優(yōu)化。當(dāng)一個(gè)窗口尺寸的 器件的性能得到滿足時(shí)，其他窗口尺寸的器件可能工作在臨界區(qū)。從而使得結(jié)合不同窗口 尺寸器件的電路產(chǎn)品量產(chǎn)窗口小，量產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自對準(zhǔn)雙極晶體管，它可以解決不同發(fā)射 極窗口尺寸的器件發(fā)射極厚度不同所帶來的注入摻雜后雜質(zhì)濃度的分布不一致所導(dǎo)致的各器件性能不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化的問題。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自對準(zhǔn)雙極晶體管，包括低阻集電極 區(qū)，低阻集電極區(qū)上方有本征集電極區(qū)，本征集電極區(qū)上方有本征基區(qū)和位于本征集區(qū)兩 側(cè)的基區(qū)連接區(qū)，基區(qū)連接區(qū)外側(cè)為重?fù)酵饣鶇^(qū)，基區(qū)連接區(qū)上方有內(nèi)側(cè)墻，內(nèi)側(cè)墻外側(cè)有 介質(zhì)膜隔離層，內(nèi)側(cè)墻包圍發(fā)射極；在外基區(qū)的多晶硅層、多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上 有金屬硅化物，在硅表面淀積有介質(zhì)層，在介質(zhì)中有接觸孔；所述外基區(qū)硅化物區(qū)離本征基 區(qū)的尺寸為介質(zhì)隔離區(qū)的寬度和內(nèi)側(cè)墻寬度之和；發(fā)射極上表面平整；介質(zhì)膜隔離層同時(shí) 作為器件發(fā)射極與外基區(qū)之間的側(cè)墻隔離。本發(fā)明的有益效果在于解決不同發(fā)射極窗口尺寸的器件發(fā)射極厚度不同所帶來 的注入摻雜后雜質(zhì)濃度的分布不一致所導(dǎo)致的各器件性能不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)化的問題。本 發(fā)明還消除了連接區(qū)基區(qū)與發(fā)射極之間垂直方向上的耦合電容，提高器件性能；降低器件 工藝復(fù)雜度，減免了額外的側(cè)墻工藝。減少了本征基區(qū)外非硅化物的基區(qū)的寬度，降低了基 區(qū)寄生電阻，提高器件性能。本發(fā)明還提供了上述自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟步驟一、在準(zhǔn)備好的硅片上淀積介質(zhì)膜；已準(zhǔn)備好的硅片是指在襯底上形成好低 阻集電極區(qū)，本征集電極區(qū)和基區(qū)以及襯底隔離相關(guān)工序。其中基區(qū)已采用常規(guī)的自對準(zhǔn) Bipolar工藝的做法，實(shí)現(xiàn)了外基區(qū)的重?fù)诫s；步驟二、在硅片上刻蝕出一發(fā)射極窗口 ；步驟三、內(nèi)側(cè)墻介質(zhì)膜淀積；步驟四、內(nèi)側(cè)墻介質(zhì)膜刻蝕；步驟五、在發(fā)射極窗口上淀積多晶發(fā)射極；步驟六、對硅片表面進(jìn)行平坦化處理，研磨至介質(zhì)層時(shí)停止；步驟七、多晶發(fā)射極無光罩注入摻雜；步驟八、定義帶連接區(qū)的多晶發(fā)射極，刻蝕到基區(qū)多晶硅時(shí)停止；步驟九、光刻刻蝕定義外基區(qū)；步驟十、在外基區(qū)的多晶硅層，多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上形成金屬硅化物， 之后在硅表面淀積介質(zhì)，在介質(zhì)中形成接觸孔。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-1是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟一所述在已準(zhǔn)備 好的硅片上生長介質(zhì)膜9后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3-2是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟二所述在采用光 刻或刻蝕工藝所述在硅片上刻蝕出一窗口后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-3是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟三所述在內(nèi)側(cè)墻 介質(zhì)膜淀積后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-4是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟四所述在內(nèi)側(cè)墻形成后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-5是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟五所述在淀積多 晶發(fā)射極后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-6是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟六所述在化學(xué)機(jī) 械研磨多晶硅發(fā)射極后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-7是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟八所述在發(fā)射極 光罩定義后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-8是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟九所述在光刻刻 蝕外基區(qū)后形成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-9是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法中步驟十所述在外基區(qū) 的多晶硅層，多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上形成金屬硅化物，之后在硅表面淀積介質(zhì)，在 介質(zhì)中形成接觸孔的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述自對準(zhǔn)雙極晶體管制作方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提供的雙極自對準(zhǔn)工藝中多晶硅發(fā)射極的制備方法以及利用此方法實(shí) 現(xiàn)的自對準(zhǔn)雙極晶體管的結(jié)構(gòu)如圖2所示，如圖3-1至3-9所示，本發(fā)明所述雙極自對準(zhǔn)工藝中多晶硅發(fā)射極的制備方法，具 體的實(shí)施步驟如下1.在已準(zhǔn)備好的硅片上淀積介質(zhì)膜9 (結(jié)構(gòu)如圖3. 1)。已準(zhǔn)備好的硅片是指在襯 底上形成好低阻集電極區(qū)，本征集電極區(qū)和基區(qū)以及襯底隔離相關(guān)工序。其中基區(qū)已采用 常規(guī)的自對準(zhǔn)Bipolar工藝的做法，實(shí)現(xiàn)了外基區(qū)的重?fù)诫s；介質(zhì)膜淀積這步工藝可以采 用PVD/CVD方式實(shí)現(xiàn)。所述的介質(zhì)膜為氧化膜，氧化膜/氮化膜，氧化膜/氮氧化膜等復(fù)合 膜。2.采用光刻或刻蝕工藝在硅片上刻蝕出一窗口。對于復(fù)合介質(zhì)膜，刻蝕上層介質(zhì) 膜，停在氧化膜上，對于單層氧化膜，干刻刻蝕部分氧化膜，以保證窗口上方還有剩余的氧 化膜保護(hù)本征基區(qū)；3.內(nèi)側(cè)墻介質(zhì)膜淀積。此介質(zhì)膜可以為氮化膜，或者是氮氧化膜。4.刻蝕形成內(nèi)側(cè)墻，停在本征基區(qū)內(nèi)剩余的氧化膜上，并采用濕法最終去除窗口 內(nèi)氧化膜。5.在發(fā)射極窗口上淀積多晶發(fā)射極7，多晶發(fā)射極淀積厚度要高于介質(zhì)層9的高 度，而介質(zhì)層9的高度要高于最終形成的器件所要求的多晶發(fā)射極的厚度。6.采用化學(xué)機(jī)械研磨工藝對硅片表面進(jìn)行平坦化處理，研磨至介質(zhì)層9時(shí)停止。7.多晶發(fā)射極無光罩注入摻雜。8.采用光刻刻蝕工藝(和傳統(tǒng)自對準(zhǔn)Bipolar工藝中發(fā)射極光刻所用光罩一樣) 定義帶連接區(qū)的多晶發(fā)射極?？涛g到基區(qū)多晶硅時(shí)停止。9.采用光刻刻蝕工藝定義外基區(qū)，切斷器件之間的互聯(lián)的外基區(qū)。10.在外基區(qū)的多晶硅層6d，多晶硅發(fā)射極7和集電極引出區(qū)3上形成金屬硅化 物12，之后在硅表面淀積介質(zhì)11，在介質(zhì)中形成接觸孔10。
本發(fā)明所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)，無介質(zhì)隔離墻垂直方向上基區(qū)與發(fā)射極之 間的耦合電容。并且無額外的側(cè)墻保護(hù)工藝。本征基區(qū)外無硅化物區(qū)域的寬度為介質(zhì)隔離 區(qū)的寬度和內(nèi)側(cè)墻寬度之和。本發(fā)明所公布的自對準(zhǔn)Bipolar雙極晶體管結(jié)構(gòu)如圖2所示包括低阻集電極區(qū) 4，本征集電極區(qū)3，本征基區(qū)6a，基區(qū)連接區(qū)6b，重?fù)酵饣鶇^(qū)6c，內(nèi)側(cè)墻13，介質(zhì)隔離層9， 發(fā)射極7，硅化物12。本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)為發(fā)射極窗口打開后，生長足夠厚的多晶硅發(fā)射極，利用CMP工藝，磨去過多地多晶 硅，停在用作發(fā)射極窗口打開的介質(zhì)材料上，使得不同窗口尺寸的器件其多晶硅發(fā)射極的 厚度一致，去除注入所帶來的plug in效應(yīng)。它的優(yōu)點(diǎn)在于在不增加光罩的基礎(chǔ)上，利用 CMP工藝使不同發(fā)射極窗口尺寸的Bipolar器件實(shí)現(xiàn)相同厚度的多晶硅發(fā)射極，從而同時(shí) 實(shí)現(xiàn)不同發(fā)射極窗口尺寸器件性能的最佳化，增加器件性能窗口。發(fā)射極上表面平整，有利于后續(xù)的光刻工藝。利用傳統(tǒng)Bipolar自對準(zhǔn)工藝中的多晶硅發(fā)射極光刻，形成介質(zhì)隔離區(qū)9，在與傳 統(tǒng)工藝相同的發(fā)射極窗口和多晶硅發(fā)射極尺寸設(shè)計(jì)下，未重?fù)竭B接區(qū)的寬度與傳統(tǒng)工藝一 樣，僅為內(nèi)側(cè)墻的寬度，即未改變傳統(tǒng)工藝的已有的外基區(qū)與本征基區(qū)之間的連接區(qū)特性。由于利用多晶硅發(fā)射極光刻形成的連接區(qū)9有足夠的高度和寬度，已完全隔離了 外基區(qū)與多晶硅發(fā)射極，因此本發(fā)明公布的結(jié)構(gòu)不需要額外的側(cè)墻工藝。由于采用CMP方案后，多晶硅發(fā)射極為I型而非傳統(tǒng)的T型，其僅存在于發(fā)射極窗 口內(nèi)，介質(zhì)隔離墻上方?jīng)]有多晶硅發(fā)射極，因此無寄生在傳統(tǒng)器件介質(zhì)隔離墻上下的發(fā)射 極/基極垂直方向上的耦合電容，提高器件射頻性能。與傳統(tǒng)的Bipolar自對準(zhǔn)工藝不同，由于不需要額外的側(cè)墻工藝，本發(fā)明公布的 硅化物外基區(qū)至本征基區(qū)間的距離僅為連接區(qū)和介質(zhì)隔離墻的寬度，而非傳統(tǒng)器件中連接 區(qū)與介質(zhì)隔離墻以及發(fā)射極側(cè)墻寬度之和，因此，減小了器件尺寸，提高集成度，同時(shí)降低 了基區(qū)寄生電阻，提高器件的RF性能。本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式
的描述旨在于為了描 述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為 落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí)施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的 目的。
權(quán)利要求
1.一種自對準(zhǔn)雙極晶體管，其特征在于，包括低阻集電極區(qū)，低阻集電極區(qū)上方有本征集電極區(qū)，本征集電極區(qū)上方有本征基區(qū)和 位于本征集區(qū)兩側(cè)的基區(qū)連接區(qū)，基區(qū)連接區(qū)外側(cè)為重?fù)酵饣鶇^(qū)，基區(qū)連接區(qū)上方有內(nèi)側(cè) 墻，內(nèi)側(cè)墻外側(cè)有介質(zhì)膜隔離層，內(nèi)側(cè)墻包圍發(fā)射極；在外基區(qū)的多晶硅層、多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上有金屬硅化物，在硅表面淀積 有介質(zhì)層，在介質(zhì)中有接觸孔；所述外基區(qū)硅化物區(qū)離本征基區(qū)的尺寸為介質(zhì)隔離區(qū)的寬度和內(nèi)側(cè)墻寬度之和； 發(fā)射極上表面平整；介質(zhì)膜隔離層同時(shí)作為器件發(fā)射極與外基區(qū)之間的側(cè)墻隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管，其特征在于，所述本征基區(qū)的主要成分包 括硅或硅鍺或硅鍺碳。
3.如權(quán)利要求1所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管，其特征在于，所述介質(zhì)膜為氧化膜，或氧化 膜/氮化膜或氧化膜/氮氧化膜復(fù)合膜。
4.如權(quán)利要求1所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、在已準(zhǔn)備好的硅片上淀積介質(zhì)膜； 步驟二、在硅片上刻蝕出一發(fā)射極窗口 ； 步驟三、內(nèi)側(cè)墻介質(zhì)膜淀積步驟四、刻蝕形成內(nèi)側(cè)墻；停在本征基區(qū)內(nèi)剩余的氧化膜上，并采用濕法最終去除窗口 內(nèi)氧化膜；步驟五、在發(fā)射極窗口上淀積多晶發(fā)射極；步驟六、對硅片表面進(jìn)行平坦化處理，研磨至介質(zhì)層時(shí)停止；步驟七、多晶發(fā)射極無光罩注入摻雜；步驟八、定義帶連接區(qū)的多晶發(fā)射極，刻蝕到基區(qū)多晶硅時(shí)停止； 步驟九、光刻刻蝕定義外基區(qū)；步驟十、在外基區(qū)的多晶硅層，多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上形成金屬硅化物，之后 在硅表面淀積介質(zhì)，在介質(zhì)中形成接觸孔。
5.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述已準(zhǔn)備 好的硅片是指在襯底上形成好低阻集電極區(qū)，本征集電極區(qū)和基區(qū)以及襯底隔離相關(guān)工 序；其中基區(qū)已采用自對準(zhǔn)雙極工藝的做法，實(shí)現(xiàn)了外基區(qū)的重?fù)诫s。
6.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟一 中介質(zhì)膜可以為氧化膜或氧化膜/氮化膜或氧化膜/氮氧化膜復(fù)合膜。
7.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟一 中采用物理氣相淀積PVD或化學(xué)氣相淀積CVD的方式淀積介質(zhì)膜。
8.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟二 中，如果介質(zhì)膜為復(fù)合膜，則刻蝕上層介質(zhì)膜，停在氧化膜上；如果介質(zhì)膜為單層氧化膜，干刻刻蝕部分氧化膜，然后用濕法刻蝕去除剩余氧化膜。
9.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟三 中介質(zhì)膜可以為氮化膜或氮氧化膜。
10.如權(quán)利要求4所述的自對準(zhǔn)雙極晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，所述步驟四 中，內(nèi)側(cè)墻刻蝕停在步驟二刻蝕完后本征基區(qū)內(nèi)剩余的氧化膜上，并采用濕法最終去除窗 口內(nèi)氧化膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自對準(zhǔn)雙極晶體管及其制作方法，包括低阻集電極區(qū)，低阻集電極區(qū)上方有本征集電極區(qū)，本征集電極區(qū)上方有本征基區(qū)和位于本征集區(qū)兩側(cè)的基區(qū)連接區(qū)，基區(qū)連接區(qū)外側(cè)為重?fù)酵饣鶇^(qū)，基區(qū)連接區(qū)上方有內(nèi)側(cè)墻，內(nèi)側(cè)墻外側(cè)有介質(zhì)膜隔離層，內(nèi)側(cè)墻包圍發(fā)射極；在外基區(qū)的多晶硅層、多晶硅發(fā)射極和集電極引出區(qū)上有金屬硅化物，在硅表面淀積有介質(zhì)層，在介質(zhì)中有接觸孔；所述外基區(qū)硅化物區(qū)離本征基區(qū)的尺寸為介質(zhì)隔離區(qū)的寬度和內(nèi)側(cè)墻寬度之和；發(fā)射極上表面平整；介質(zhì)膜隔離層同時(shí)作為器件發(fā)射極與外基區(qū)之間的側(cè)墻隔離。本發(fā)明解決不同發(fā)射極窗口尺寸的器件發(fā)射極厚度不同所帶來的注入摻雜后雜質(zhì)濃度的分布不一致導(dǎo)致的各器件性能不能同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的問題。
文檔編號H01L21/28GK102130152SQ20101002729
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者張海芳, 徐炯 , 范永潔, 陳帆 申請人:上海華虹Nec電子有限公司