專利名稱：BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)及制造方法
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，特別是涉及一種BiCMOS工藝中的寄生PIN 器件組合結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還涉及一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有BiCMOS工藝中的雙極型晶體管(Bipolar Transistor)采用高摻雜的集電區(qū)埋層，以降低集電區(qū)電阻，采用高濃度高能量N型注入，連接集電區(qū)埋層，形成集電極引出端(collector pick-up)。集電區(qū)埋層上外延中低摻雜的集電區(qū)，在位P型摻雜的外延形成基區(qū)，然后N型重?fù)诫s多晶硅構(gòu)成發(fā)射極，最終完成Bipolar Transistor的制作。

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PIN器件組合結(jié)構(gòu)， 能夠降低寄生PIN器件的插入損耗、襯底電流、增加器件的正向電流，具有較高的器件隔離度，無需額外的工藝條件就可以實(shí)現(xiàn)為電路提供多一種器件選擇；本發(fā)明還提供了一種 BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法，利用BiCMOS工藝中現(xiàn)有工藝條件就能實(shí)現(xiàn)，無需額外增加工藝條件，也能夠降低成本。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)， 所述寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)是由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成，各所述寄生PIN器件形成于一 P型硅襯底上，有源區(qū)通過淺溝槽隔離氧化層進(jìn)行隔離，各所述寄生PIN器件包括一 N 型區(qū)，由形成于所述淺溝槽隔離氧化層底部并橫向延伸進(jìn)入所述有源區(qū)的一N型贗埋層組成，通過在所述淺溝槽隔離氧化層中做接觸孔并填入金屬引出所述N型區(qū)；一 I型區(qū)，是由形成于有源區(qū)中的N型集電極注入?yún)^(qū)組成，和延伸入所述有源區(qū)的所述N型區(qū)相接觸；一 P 型區(qū)，由形成于所述有源區(qū)表面上的摻有P型雜質(zhì)的本征基區(qū)外延層并進(jìn)行外基區(qū)注入組成，和所述I型區(qū)相接觸，所述P型區(qū)通過在其上部形成一金屬接觸引出。各所述寄生PIN 器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接，從而實(shí)現(xiàn)由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成的所述寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步改進(jìn)是，所述N型贗埋層的雜質(zhì)濃度范圍為lel9Cm_3 le21Cm_3，通過在所述淺溝槽隔離氧化層底部進(jìn)行離子注入形成，該離子注入的注入劑量為IeHcm 2 leiecnT2、注入能量小于30KeV、注入雜質(zhì)為磷或砷或銻。所述P型區(qū)的本征基區(qū)外延層為P 型摻雜的硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延，所述P型摻雜的雜質(zhì)濃度范圍為lel9Cm_3 le21cm-3,是通過在位P型摻雜和外基區(qū)離子注入形成，所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、注入劑量為lel4cm 2 kl5cm_2、注入能量為IeV 30KeV。所述I型區(qū)的集電極注入?yún)^(qū)的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2cnT2 lel5cnT2、注入能量為IOOKeV 2000KeV。通過控制各所述有源區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁垢魉黾纳鶳IN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟步驟一、利用淺溝槽刻蝕工藝在一 P型硅襯底上形成淺溝槽，并由所述淺溝槽隔離出有源區(qū)。步驟二、通過在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型贗埋層離子注入形成各寄生PIN器件的N 型區(qū)。所述N型贗埋層離子注入的注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、注入能量小于30KeV、 注入雜質(zhì)為磷或砷或銻。步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺溝槽隔離氧化層。步驟四、在有源區(qū)中進(jìn)行P型的集電極注入形成各所述寄生PIN器件的I型區(qū)。所述集電極注入的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2CnT2 lel5CnT2、注入能量為 IOOKeV 2000KeV。步驟五、對(duì)所述硅襯底進(jìn)行熱退火，各所述寄生PIN器件的N型區(qū)在退火過程中縱向擴(kuò)散和橫向擴(kuò)散并延伸進(jìn)入所述有源區(qū)并和各所述寄生PIN器件的I型區(qū)形成接觸、同時(shí)和相鄰的所述寄生PIN器件的N型區(qū)形成互相連接。步驟六、在所述硅襯底表面上形成一本征基區(qū)外延層，在各所述寄生PIN器件對(duì)應(yīng)的有源區(qū)上定義離子注入窗口、通過所述離子注入窗口對(duì)形成于各所述有源區(qū)表面上的所述本征基區(qū)外延層進(jìn)行P型的外基區(qū)離子注入形成各所述寄生PIN器件的P型區(qū)，各所述寄生PIN器件的P型區(qū)和各所述寄生PIN器件的I型區(qū)形成接觸。所述本征基區(qū)外延層為在位P型摻雜的硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延，所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、注入劑量為IeHcm 2 5el5cnT2、注入能量為IeV 30KeV。步驟七、在各所述寄生PIN器件的N型區(qū)上部的所述淺溝槽隔離氧化層中形成深阱接觸引出各所述寄生PIN器件的N型區(qū)，在各所述寄生PIN器件的P型區(qū)上部做金屬接觸引出各所述寄生PIN器件的P型區(qū)。進(jìn)一步改進(jìn)是，通過控制各所述有源區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁垢魉黾纳鶳IN器件的N 型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接。本發(fā)明具有如下的有益效果1、本發(fā)明BiCMOS工藝中的寄生PIN器件具有較低插入損耗和較高隔離度，無需額外的工藝條件就可以實(shí)現(xiàn)為電路提供多一種器件選擇，能廣泛應(yīng)用在微波開關(guān)，微波調(diào)制， 限幅及數(shù)字移相等微波控制電路中，也可用于射頻開關(guān)，低頻整流等領(lǐng)域。本發(fā)明制造方法利用BiCMOS工藝中現(xiàn)有工藝條件如贗埋層離子注入、集電極注入、本征基區(qū)外延生長(zhǎng)和外基區(qū)離子注入等就能實(shí)現(xiàn)，無需額外增加工藝條件，從而也能夠降低成本。2、本發(fā)明BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)能夠降低襯底電流。本發(fā)明是通過有效控制有源區(qū)的寬度及長(zhǎng)度，保證各N型區(qū)的N型膺埋層向中間擴(kuò)散并能形成各相鄰N型區(qū)互相連接，并且達(dá)到一定濃度。相比于各相鄰N型區(qū)不互相連接的組合結(jié)構(gòu)，本發(fā)明組合結(jié)構(gòu)能夠降低寄生PIN器件與襯底形成的寄生PNP器件的放大系數(shù)，從而降低器件的的襯底電流。3、本發(fā)明BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)是通過多個(gè)單元并聯(lián)，能增加寄生PIN器件的有效面積，從而能降低寄生PIN器件的插入損耗。4、本發(fā)明BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)由于采用多個(gè)并聯(lián)后，寄生PIN 器件的周長(zhǎng)面積比增加，由于電流的趨邊效應(yīng)，能夠增加器件的正向電流。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A-圖2D是本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法中各步驟的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)示意圖，所述寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)是由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成，各所述寄生PIN器件形成于一 P 型硅襯底上，有源區(qū)通過淺溝槽隔離氧化層進(jìn)行隔離，各所述寄生PIN器件包括一 N型區(qū)， 由形成于所述淺溝槽隔離氧化層底部并橫向延伸進(jìn)入所述有源區(qū)的一N型贗埋層組成，通過在所述淺溝槽隔離氧化層中做接觸孔并填入金屬引出所述N型區(qū)。所述N型贗埋層的雜質(zhì)濃度范圍為lelQcnT3 le21Cnr3，通過在所述淺溝槽隔離氧化層底部進(jìn)行離子注入形成， 該離子注入的注入劑量為IeHcm 2 lel6cm_2、注入能量小于30KeV、注入雜質(zhì)為磷或砷或銻。一 I型區(qū)，是由形成于有源區(qū)中的N型集電極注入?yún)^(qū)組成，和延伸入所述有源區(qū)的所述 N型區(qū)相接觸。所述I型區(qū)的集電極注入?yún)^(qū)的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2Cnr2 lel5CnT2、注入能量為IOOKeV 2000KeV。一 P型區(qū)，由形成于所述有源區(qū)表面上的摻有P 型雜質(zhì)的本征基區(qū)外延層組成，和所述I型區(qū)相接觸，所述P型區(qū)通過在其上部形成一金屬接觸引出。所述P型區(qū)的本征基區(qū)外延層為P型摻雜的硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延， 所述P型摻雜的雜質(zhì)濃度范圍為lel9cnT3 le21CnT3，是通過在位P型摻雜和外基區(qū)離子注入形成，所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、注入劑量為IeHcnT2 5el5CnT2、 注入能量為IeV 30KeV。所述外基區(qū)離子注入的區(qū)域即圖1所示的外基區(qū)注入?yún)^(qū)。各所述寄生PIN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生 PIN器件間的互相連接，從而實(shí)現(xiàn)由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成的所述寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)。通過控制各所述有源區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁垢魉黾纳鶳IN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接。如圖2A-圖2D所示，是本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法中各步驟的器件結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟步驟一、如圖2A所示，利用淺溝槽刻蝕工藝在輕摻雜的P型硅襯底上形成淺溝槽。步驟二、如圖2A所示，通過在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型的贗埋層離子注入形成各寄生PIN器件的N型贗埋層，并以各寄生PIN器件的N型贗埋層作為各寄生PIN器件的N 型區(qū)。所述贗埋層離子注入的注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、注入能量小于30KeV、注入雜質(zhì)為磷或砷或銻。步驟三、如圖2A所示，在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺溝槽隔離氧化層。步驟四、如圖2B所示，所述淺溝槽隔離氧化層在所述P型襯底上隔離出有源區(qū)。在所述有源區(qū)中進(jìn)行N型的集電極注入形成集電極注入?yún)^(qū)，以各所述集電極注入?yún)^(qū)作為各所述寄生PIN器件的I型區(qū)。所述集電極注入的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2Cm_2
6lel5cnT2、注入能量為 IOOKeV 2000KeV。 步驟五、如圖2B所示，對(duì)所述P型硅襯底進(jìn)行熱退火，各所述集電極注入?yún)^(qū)和各所述寄生PIN器件的N型贗埋層在退火過程中會(huì)進(jìn)行縱向擴(kuò)散和橫向擴(kuò)散，各所述N型贗埋層還會(huì)延伸進(jìn)入所述有源區(qū)中并和各所述集電極注入?yún)^(qū)相接觸、同時(shí)和相鄰的所述寄生 PIN器件的N型贗埋層形成互相連接。從而形成所述寄生PIN器件的N型區(qū)互連的結(jié)構(gòu)。
步驟六、如圖2C所示，在所述P型硅襯底表面形成一本征基區(qū)外延層，所述本征基區(qū)外延層為硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延。如圖2D所示，在各所述寄生PIN器件對(duì)應(yīng)的有源區(qū)表面定義離子注入窗口，通過所述離子注入窗口對(duì)形成于各所述有源區(qū)表面上的所述本征基區(qū)外延層進(jìn)行P型的外基區(qū)離子注入形成各所述寄生PIN器件的P型區(qū)，各所述寄生PIN器件的P型區(qū)和各所述寄生PIN器件的I型區(qū)形成接觸。所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、注入劑量為lel4cm 2 kl5cm_2、注入能量為IeV 30KeV。所述外基區(qū)離子注入的區(qū)域即圖2D所示的外基區(qū)注入?yún)^(qū)。步驟七、如圖1所示，在各所述寄生PIN器件的N型區(qū)上部的所述淺溝槽隔離氧化層中形成深阱接觸引出各所述寄生PIN器件的N型區(qū)，在各所述寄生PIN器件的P型區(qū)上部做金屬接觸引出各所述寄生PIN器件的P型區(qū)。以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對(duì)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(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)，其特征在于寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)是由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成，各所述寄生PIN器件形成于一 P型硅襯底上，有源區(qū)通過淺溝槽隔離氧化層進(jìn)行隔離，各所述寄生PIN器件包括一 N型區(qū)，由形成于所述淺溝槽隔離氧化層底部并橫向延伸進(jìn)入所述有源區(qū)的一 N型贗埋層組成，通過在所述淺溝槽隔離氧化層中做接觸孔并填入金屬引出所述N型區(qū)；一 I型區(qū)，是由形成于有源區(qū)中的N型集電極注入?yún)^(qū)組成，和延伸入所述有源區(qū)的所述 N型區(qū)相接觸；一P型區(qū)，由形成于所述有源區(qū)表面上的摻有P型雜質(zhì)的本征基區(qū)外延層組成，和所述 I型區(qū)相接觸，所述P型區(qū)通過在其上部形成一金屬接觸引出；各所述寄生PIN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接，從而實(shí)現(xiàn)由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成的所述寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生PIN器件，其特征在于所述N型贗埋層的雜質(zhì)濃度范圍為lel9CnT3 le21CnT3，通過在所述淺溝槽隔離氧化層底部進(jìn)行離子注入形成，該離子注入的注入劑量為IeHcm 2 lel6Cm_2、注入能量小于30KeV、注入雜質(zhì)為磷或石申或銻。
3.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生PIN器件，其特征在于所述P型區(qū)的本征基區(qū)外延層為P型摻雜的硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延，所述P型摻雜的雜質(zhì)濃度范圍為lel9cm-3 le21cm-3，是通過在位P型摻雜和外基區(qū)離子注入形成，所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、注入劑量為IeHcm 2 kl5cm_2、注入能量為IeV 30KeVo
4.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生PIN器件，其特征在于所述I型區(qū)的集電極注入?yún)^(qū)的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2cnT2 lel5cnT2、注入能量為IOOKeV 2000KeVo
5.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生PIN器件，其特征在于通過控制各所述有源區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁垢魉黾纳鶳IN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接。
6.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、利用淺溝槽刻蝕工藝在一 P型硅襯底上形成淺溝槽，并由所述淺溝槽隔離出有源區(qū)；步驟二、通過在所述淺溝槽底部進(jìn)行N型贗埋層離子注入形成各寄生PIN器件的N型區(qū)；步驟三、在所述淺溝槽中填入氧化硅形成淺溝槽隔離氧化層；步驟四、在有源區(qū)中進(jìn)行P型的集電極注入形成各所述寄生PIN器件的I型區(qū)；步驟五、對(duì)所述硅襯底進(jìn)行熱退火，各所述寄生PIN器件的N型區(qū)在退火過程中縱向擴(kuò)散和橫向擴(kuò)散并延伸進(jìn)入所述有源區(qū)并和各所述寄生PIN器件的I型區(qū)形成接觸、同時(shí)和相鄰的所述寄生PIN器件的N型區(qū)形成互相連接；步驟六、在所述硅襯底表面上形成一本征基區(qū)外延層，在各所述寄生PIN器件對(duì)應(yīng)的有源區(qū)上定義離子注入窗口、通過所述離子注入窗口對(duì)形成于各所述有源區(qū)表面上的所述本征基區(qū)外延層進(jìn)行P型的外基區(qū)離子注入形成各所述寄生PIN器件的P型區(qū)，各所述寄生PIN器件的P型區(qū)和各所述寄生PIN器件的I型區(qū)形成接觸；步驟七、在各所述寄生PIN器件的N型區(qū)上部的所述淺溝槽隔離氧化層中形成深阱接觸引出各所述寄生PIN器件的N型區(qū)，在各所述寄生PIN器件的P型區(qū)上部做金屬接觸引出各所述寄生PIN器件的P型區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于步驟二中所述N型贗埋層離子注入的注入劑量為IeHcm 2 lel6cnT2、注入能量小于30KeV、注入雜質(zhì)為磷或砷或銻。
8.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于步驟四中所述集電極注入的注入雜質(zhì)為磷或砷、注入劑量為lel2cnT2 lel5cnT2、注入能量為IOOKeV 2000KeV。
9.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于步驟六中所述本征基區(qū)外延層為在位P型摻雜的硅外延、或鍺硅外延、或鍺硅碳外延，所述外基區(qū)離子注入的注入雜質(zhì)為硼或氟化硼、 注入劑量為IeHcnT2 5el5cnT2、注入能量為2KeV 30KeV。
10.如權(quán)利要求6所述方法，其特征在于通過控制各所述有源區(qū)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁垢魉黾纳鶳IN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入所述有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)各相鄰的所述寄生PIN器件間的互相連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)，寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)是由多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)而成，各寄生PIN器件包括一N型區(qū)、一I型區(qū)、一P型區(qū)。N型區(qū)由形成于淺溝槽隔離底部的一N型贗埋層組成。I型區(qū)由形成于有源區(qū)中的N型集電極注入?yún)^(qū)組成。P型區(qū)由形成于有源區(qū)表面上本征基區(qū)外延層并進(jìn)行外基區(qū)注入組成。各寄生PIN器件的N型區(qū)都擴(kuò)散進(jìn)入有源區(qū)并實(shí)現(xiàn)互相連接，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)寄生PIN器件并聯(lián)。本發(fā)明還公開了一種BiCMOS工藝中的寄生PIN器件組合結(jié)構(gòu)的制造方法。本發(fā)明能夠降低器件的插入損耗、襯底電流、增加器件的正向電流，具有較高的器件隔離度，無需額外的工藝條件就可以實(shí)現(xiàn)為電路提供多一種器件選擇。
文檔編號(hào)H01L27/06GK102386183SQ20101027011
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉冬華, 胡君, 錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司