專(zhuān)利名稱(chēng)：鍺硅功率hbt、其制造方法及鍺硅功率hbt多指器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種鍺硅功率HBT。本發(fā)明還涉及所述鍺硅功率HBT的制作方法，以及由鍺硅功率HBT形成的鍺硅功率HBT多指器件。
背景技術(shù)：
常規(guī)的鍺硅HBT器件要求在一定的擊穿電壓下有盡可能高的截止頻率，主要影響截止頻率的是基區(qū)及基區(qū)-集電區(qū)結(jié)形成的耗盡區(qū)的渡越時(shí)間。截止頻率與渡越時(shí)間成反比，而渡越時(shí)間正比于基區(qū)及結(jié)耗盡區(qū)的寬度。結(jié)耗盡區(qū)寬度又與發(fā)射極到集電極的擊穿電壓成正比。所以，為了在相同的擊穿電壓下得到更高的截止頻率，需要基區(qū)寬度越窄越好。同時(shí)，發(fā)射區(qū)-基區(qū)結(jié)也需要較淺，以符合高頻要求。功率器件的要求則有所不同，它需要有足夠高的輸出功率以及功率增益。輸出功率與發(fā)射極的總面積成正比，為此通常采用多指結(jié)構(gòu)。而功率增益除了與截止頻率成正比夕卜，還與基區(qū)電阻及基區(qū)-集電區(qū)電容成反比。所以盡可能降低整個(gè)多指結(jié)構(gòu)基區(qū)電阻及基區(qū)-集電區(qū)電容是得到高增益并實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鍺硅功率HBT和鍺硅功率HBT多指器件，可降低基極-集電極介質(zhì)電容，最佳化大輸出功率器件的基極和/或集電極電阻，得到最大輸出功率及功率增益；為此，本發(fā)明還提供一種所述鍺硅功率HBT的制造方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的鍺硅功率HBT形成于P型硅襯底上，有源區(qū)由場(chǎng)氧隔離，所述三極管包括:一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于場(chǎng)氧隔離之間的N型外延中；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺娃層的摻雜濃度大于娃帽層的摻雜濃度；一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；位于基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一P型離子注入?yún)^(qū)。本發(fā)明還提供鍺硅功率HBT的制造方法，包括如下步驟:
步驟一，在P型硅襯底上進(jìn)行劑量為IO15CnT2 1016cnT2、能量為50keV IOOkeV的N型離子注入，再進(jìn)行高溫退火，溫度在1050°C 1150°C之間，退火時(shí)間在60分鐘以上，形成N型埋層；步驟二，在N型埋層上生長(zhǎng)厚度為0.8 μ m 2 μ m、摻雜濃度為IO15CnT3 IO16CnT3的低摻雜N型外延，；步驟三，在N型埋層上注入劑量為IO15CnT2 1016cnT2、能量為50keV IOOkeV的N型離子，形成第一 N型離子注入?yún)^(qū)；步驟四，在器件外圍距N型埋層0.5 5微米用于形成場(chǎng)氧的位置形成P型離子注入隔離區(qū)，在外基區(qū)用于形成場(chǎng)氧處的下方N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)；步驟五，進(jìn)行熱氧化形成場(chǎng)氧隔離，氧化層厚度在5000 15000埃；步驟六，在場(chǎng)氧隔離之間的N型外延中進(jìn)行選擇N型離子注入，形成低電阻底座的第二N型離子注入?yún)^(qū)；步驟七，淀積氧化硅和多晶硅，打開(kāi)需長(zhǎng)單晶的區(qū)域，用外延法生長(zhǎng)鍺硅外延層，該鍺硅外延層分為硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，其中鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼；所述硅緩沖層的厚度為100 300埃；所述鍺硅層的厚度為400 800埃，其中100 300埃摻雜硼，摻雜濃度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述硅帽層的厚度為300 500埃，其中摻雜濃度為 1015cm 3 1017cm 3 ；步驟八，在鍺硅外延層上淀積介質(zhì)膜，刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口 ；所述介質(zhì)膜為氧化硅，或氮化硅，或者氧化硅加氮化硅，或者氮氧化硅加氮化硅；步驟九，在有氧環(huán)境下快速退火形成5 10埃的氧化硅層，然后淀積在位摻雜多晶硅，并先后離子注入磷和砷，通過(guò)光刻刻蝕形成多晶硅發(fā)射極，并進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極多晶硅的外基區(qū)P型離子注入；步驟十，進(jìn)行退火推進(jìn)，溫度為900 1100°C，時(shí)間為10 100秒，將發(fā)射極多晶硅中的磷和砷推過(guò)硅帽層后進(jìn)入本征基區(qū)，形成深度在300 500埃的發(fā)射極-基極結(jié)；步驟十一，淀積硅化物合金層，采用接觸孔工藝和金屬連線(xiàn)工藝對(duì)發(fā)射極、基極和集電極進(jìn)行連接。本發(fā)明提供一種鍺硅功率HBT的多指器件，所述多指器件由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，包括兩個(gè)集電極，所述集電極分別位于多指器件的最外側(cè)，兩個(gè)集電極內(nèi)側(cè)包括至少兩個(gè)發(fā)射極，每個(gè)發(fā)射極的兩側(cè)各有一個(gè)基極；所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括:一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺娃層的摻雜濃度大于娃帽層的摻雜濃度；
一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)；所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)，所述P型離子注入?yún)^(qū)、第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)通過(guò)連續(xù)的N型埋層連接；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)相互隔離。本發(fā)明提供另一種鍺硅功率HBT的多指器件，所述多指器件由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，包括至少兩個(gè)集電極，相鄰的兩個(gè)集電極之間包括一個(gè)基極和兩個(gè)發(fā)射極，所述基極位于發(fā)射極的中間，多指器件的最外側(cè)為集電極；所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括:一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺娃層的摻雜濃度大于娃帽層的摻雜濃度；一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)；所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)，所述P型離子注入?yún)^(qū)、第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)通過(guò)連續(xù)的N型埋層連接；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)相互隔離。本發(fā)明提供再一種鍺硅功率HBT的多指器件，所述多指器件由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，包括至少兩個(gè)集電極，相鄰的兩個(gè)集電極之間包括一個(gè)基極和兩個(gè)發(fā)射極，所述基極位于發(fā)射極的中間，多指器件的最外側(cè)為集電極；所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括:一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度；一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺娃層的摻雜濃度大于娃帽層的摻雜濃度；一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)；所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有與P型硅襯底連接的P型離子注入?yún)^(qū)；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底接觸；P型離子注入?yún)^(qū)之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)、P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)分別通過(guò)非連續(xù)的N型埋層連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)不連通。本發(fā)明的有益效果在于:1、本發(fā)明綜合采用了低電阻的N型埋層通道、低摻雜的N型外延成長(zhǎng)單晶硅、選擇性N型離子注入形成的低電阻底座和高摻雜硼的鍺硅基區(qū)，大大降低了器件的基極和集電極電阻，以及基極-集電極結(jié)電容；2、本發(fā)明通過(guò)離子注入，在基極下場(chǎng)氧底部的N型外延層形成P型離子注入?yún)^(qū)，并使P型離子注入?yún)^(qū)與器件外面的P型離子注入隔離區(qū)不連通，可極大地降低由外基區(qū)多晶娃-場(chǎng)氧-N型外延形成的基極-集電極介質(zhì)電容；3、本發(fā)明的多指結(jié)構(gòu)可最佳化大輸出功率器件的基極和/或集電極電阻，以及基極-集電極結(jié)電容，得到最大輸出功率及功率增益，從而最佳化器件的直流和射頻性能，用作高速、高輸出功率、高增益電路中的功率放大器件。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:圖1-圖4是本發(fā)明實(shí)施例的鍺硅功率HBT單管在制造過(guò)程的器件截面示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的第一種鍺硅功率HBT多指器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例的第二種鍺硅功率HBT多指器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的第三種鍺硅功率HBT多指器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的鍺硅功率HBT的制造方法，包括如下步驟:步驟一，在P型硅襯底I上進(jìn)行高劑量(1015cm_2 1016cm_2)、中能量(50KeV IOOKeV)的N型離子注入，注入后進(jìn)行高溫退火，溫度在1050°C 1150°C之間，退火時(shí)間在60分鐘以上，形成低電阻的N型埋層2通道，注入離子最好是砷，它足夠重可防止在后續(xù)的退火工藝中進(jìn)一步擴(kuò)散，又不會(huì)對(duì)硅基產(chǎn)生顯著的損傷；步驟二，在N型埋層上進(jìn)行低N-摻雜的外延成長(zhǎng)，厚度在0.8 μ m 2.0 μ m之間，摻雜濃度在IO15CnT3 IO16CnT3 ；步驟三，在N型埋層上進(jìn)行高劑量(IO15CnT2 IO16CnT2)、中能量(50keV IOOkeV)的離子注入，注入離子最好是磷，形成連接N型埋層2的第一 N型離子注入?yún)^(qū)5 ；步驟四，在器件周?chē)?.5 μ m 5 μ m之外進(jìn)行中低劑量(1014cm_2 5 X 1015cm_2)、高能量(150keV 500keV)的P型離子注入，形成P型離子注入隔離區(qū)7對(duì)器件進(jìn)行結(jié)隔離；在外基區(qū)用于形成場(chǎng)氧處的下方N型外延3中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)11 ；步驟五，進(jìn)行熱氧化形成場(chǎng)氧4隔離，氧化層厚度在5000 15000埃，如圖1所示；步驟六，在場(chǎng)氧4隔離之間的發(fā)射極窗口下進(jìn)行選擇N型離子注入，形成低電阻底座的第二N型離子注入?yún)^(qū)6 ;步驟七，淀積氧化硅和多晶硅仔晶，用干刻和濕刻打開(kāi)需長(zhǎng)單晶的區(qū)域，然后用外延法生長(zhǎng)鍺硅外延層8 ;鍺硅外延層8可細(xì)分為三層，分別為硅緩沖層，鍺硅層，硅帽層，其中鍺硅層有高摻雜的硼而硅帽層有低摻雜的硼；其中，硅緩沖層為100 300埃，鍺硅層為400 800埃，其中100 300埃摻硼，摻雜濃度在2 X IO1W3 6 X IO19CnT3，硅帽層為300 500埃，硼摻雜濃度在IO15CnT3 1017cm_3，高硼摻雜濃度區(qū)必須與硅帽層位置恰當(dāng)，保證熱退火形成合適的發(fā)射極-基極結(jié)，如圖2所示；步驟八，在鍺硅外延層8上淀積介質(zhì)膜，刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口 ；所述介質(zhì)膜為氧化硅，或氮化硅，或者氧化硅加氮化硅，或者氮氧化硅加氮化硅；步驟九，在有氧環(huán)境下快速退火形成5 10埃的氧化硅層(圖3中未示出)，然后淀積在位摻雜多晶硅，并先后離子注入磷和砷，通過(guò)光刻刻蝕形成多晶硅發(fā)射極9和側(cè)墻，并進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極多晶硅的外基區(qū)P型離子注入10以降低基區(qū)電阻，如圖3所示；步驟十，進(jìn) 行退火推進(jìn)，溫度為900 1100°C，時(shí)間為10 100秒，將發(fā)射極多晶硅中的磷和砷推過(guò)硅帽層后進(jìn)入本征基區(qū)，形成深度在300 500埃的發(fā)射極-基極結(jié)；步驟十一，淀積硅化物合金層，采用接觸孔工藝和金屬連線(xiàn)工藝對(duì)發(fā)射極、基極和集電極進(jìn)行連接。通過(guò)上述方法制造的鍺硅功率HBT單管，如圖4所示，形成于P型硅襯底I上，有源區(qū)由場(chǎng)氧4隔離，所述三極管包括:一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底I上的N型埋層2、形成于N型埋層2上被場(chǎng)氧4隔離的N型外延3加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)5和第二 N型離子注入?yún)^(qū)6組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)5位于N型埋層2上的所述N型外延3中并和N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)6位于場(chǎng)氧4之間的N型外延3中；—基區(qū)，由形成于N型外延3上的鍺娃外延層8組成,其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧4上部且用于形成基區(qū)電極；一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅9中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)；距N型埋層2的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)7，所述P型離子注入隔離區(qū)7位于場(chǎng)氧4的下方且與場(chǎng)氧4和P型硅襯底I連接；位于基極下的場(chǎng)氧4底部的N型外延3中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)11。本發(fā)明的第一種鍺硅功率HBT的多指器件，圖5給出兩個(gè)發(fā)射極的兩指結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)集電極，所述集電極分別位于多指器件的最外側(cè)，兩個(gè)集電極內(nèi)側(cè)包括兩個(gè)發(fā)射極，每個(gè)發(fā)射極的兩側(cè)各有一個(gè)基極。這種鍺硅功率HBT的多指器件用鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的發(fā)射極E、基極B、集電極C可表示為CBEBE "BEBC，圖5是采用這種形式的最小多指結(jié)構(gòu)。所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)如前所示，在此不再贅述。
本發(fā)明的第二、三種鍺硅功率HBT的多指器件，圖6和圖7給出四個(gè)發(fā)射極的四指結(jié)構(gòu)，包括三個(gè)集電極和兩個(gè)基極，相鄰的兩個(gè)集電極之間包括一個(gè)基極和兩個(gè)發(fā)射極，所述基極位于發(fā)射極的中間，多指器件的最外側(cè)為集電極。這種鍺硅功率HBT的多指器件用鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的發(fā)射極E、基極B、集電極C可表示為CEBE…CEBEC，采用這種形式的最小結(jié)構(gòu)為兩指結(jié)構(gòu)CEBEC。所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)如前所示，在此不再贅述。前述三種多指器件中，多指器件基極下的場(chǎng)氧4底部形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)11，距N型埋層2的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)7，所述P型離子注入隔離區(qū)7位于場(chǎng)氧4的下方且與場(chǎng)氧4和P型硅襯底I連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)11和P型離子注入隔離區(qū)7不連通，這樣由P型多晶硅基極-場(chǎng)氧-N型外延形成的基極-集電極介質(zhì)電容可極大地降低。在前兩種多指器件中，所述P型離子注入?yún)^(qū)11、第一 N型離子注入?yún)^(qū)5和第二 N型離子注入?yún)^(qū)6通過(guò)連續(xù)的N型埋層2連接。第三種多指器件與第二種多指器件的不同之處在于，第三種多指器件中的N型埋層2為非連續(xù)的，P型離子注入?yún)^(qū)11之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)5和第二 N型離子注入?yún)^(qū)6、P型離子注入?yún)^(qū)11和P型離子注入隔離區(qū)7之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)5和第二 N型離子注入?yún)^(qū)6分別通過(guò)非連續(xù)的N型埋層2連接。本發(fā)明綜合采用了低電阻的N型埋層通道、低摻雜的N型外延成長(zhǎng)單晶硅、選擇性N型離子注入形成的低電阻底座和高摻雜硼的鍺硅基區(qū)，大大降低了器件的基極和集電極電阻，以及基極-集電極結(jié)電容；本發(fā)明通過(guò)離子注入，在基極下場(chǎng)氧底部的N型外延層形成P型離子注入?yún)^(qū)，并使P型離子注入?yún)^(qū)與器件外面的P型離子注入隔離區(qū)不連通，可極大地降低由外基區(qū)多晶硅-場(chǎng)氧-N型外延形成的基極-集電極介質(zhì)電容；本發(fā)明的多指結(jié)構(gòu)可最佳化大輸出功率器件的基極和/或集電極電阻，以及基極-集電極結(jié)電容，得到最大輸出功率及功率增益，從而最佳化器件的直流和射頻性能，用作高速、高輸出功率、高增益電路中的功率放大器件。

以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)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
1.一種鍺硅功率HBT，形成于P型硅襯底上，有源區(qū)由場(chǎng)氧隔離，其特征在于，所述三極管包括: 一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上并處于場(chǎng)氧隔離之間的N型外延中，用于將N型埋層引出到硅表面，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度； 一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺硅層的摻雜濃度大于硅帽層的摻雜濃度； 一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)； 距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；位于基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅功率HBT，其特征在于，所述N型埋層的注入離子為砷，注入劑量為IO15CnT2 1016cnT2，注入能量為50keV lOOkeV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅功率HBT，其特征在于，所述N型外延的摻雜濃度為IO15Cm 3 IO16Cm 3，厚度為 0.8 μ m 2 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅功率HBT，其特征在于，所述第一N型離子注入?yún)^(qū)的注入離子為磷，注入劑量為I O15CnT2 1016cnT2，注入能量為50keV lOOkeV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅功率HBT，其特征在于，所述場(chǎng)氧的氧化層厚度為5000 15000 埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺硅功率HBT，其特征在于，所述硅緩沖層的厚度為100 300埃；所述鍺硅層的厚度為400 800埃，其中100 300埃摻雜硼，摻雜濃度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述娃帽層的厚度為300 500埃,其中摻雜濃度為IO15CnT3 IO17Cm 3O
7.一種鍺硅功率HBT的制造方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一，在P型硅襯底上進(jìn)行劑量為IO15CnT2 IO16CnT2、能量為50keV IOOkeV的N型離子注入，再進(jìn)行高溫退火，溫度在1050°C 1150°C之間，退火時(shí)間在60分鐘以上，形成N型埋層； 步驟二，在N型埋層上生長(zhǎng)厚度為0.8 μ m 2 μ m、摻雜濃度為1015cm_3 1016cm_3的低摻雜N型外延，； 步驟三，在N型埋層上的N型外延層中注入劑量為IO15CnT2 IO16CnT2、能量為50keV IOOkeV的N型離子，形成第一 N型離子注入?yún)^(qū)； 步驟四，在器件外圍距N型埋層0.5 5微米用于形成場(chǎng)氧的位置形成P型離子注入隔離區(qū)，在外基區(qū)用于形成場(chǎng)氧處的下方N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)； 步驟五，進(jìn)行熱氧化形成場(chǎng)氧隔離，氧化層厚度在5000 15000埃；步驟六，在場(chǎng)氧隔離之間的N型外延中進(jìn)行選擇N型離子注入，形成低電阻底座的第二N型離子注入?yún)^(qū)； 步驟七，淀積氧化硅和多晶硅，打開(kāi)需長(zhǎng)單晶的區(qū)域，用外延法生長(zhǎng)鍺硅外延層，該鍺硅外延層分為硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，其中鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼；所述硅緩沖層的厚度為100 300埃；所述鍺硅層的厚度為400 800埃，其中100 300埃摻雜硼，摻雜濃度在2X IO19CnT3 6X IO19CnT3 ;所述硅帽層的厚度為300 500埃，其中摻雜濃度為IO15Cm 3 1017cm 3: 步驟八，在鍺硅外延層上淀積介質(zhì)膜，刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口 ；所述介質(zhì)膜為氧化硅，或氮化硅，或者氧化硅加氮化硅，或者氮氧化硅加氮化硅； 步驟九，在有氧環(huán)境下快速退火形成5 10埃的氧化硅層，然后淀積在位摻雜多晶硅，并先后離子注入磷和砷，通過(guò)光刻刻蝕形成多晶硅發(fā)射極，并進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)發(fā)射極多晶硅的外基區(qū)P型離子注入； 步驟十，進(jìn)行退火推進(jìn)，溫度為900 1100°C，時(shí)間為10 100秒，將發(fā)射極多晶硅中的磷和砷推過(guò)硅帽層后進(jìn)入本征基區(qū)，形成深度在300 500埃的發(fā)射極-基極結(jié)； 步驟十一，淀積硅化物合金層，采用接觸孔工藝和金屬連線(xiàn)工藝對(duì)發(fā)射極、基極和集電極進(jìn)行連接。
8.—種鍺硅功率HBT的多指器件，由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，其特征在于， 所述多指器件包括兩個(gè)集電極，所述集電極分別位于多指器件的最外側(cè)，兩個(gè)集電極內(nèi)側(cè)包括至少兩個(gè)發(fā)射極，每個(gè)`發(fā)射極的兩側(cè)各有一個(gè)基極； 所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括: 一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度； 一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺硅層的摻雜濃度大于硅帽層的摻雜濃度； 一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)； 所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)，所述P型離子注入?yún)^(qū)、第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)通過(guò)連續(xù)的N型埋層連接；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)相互隔離。
9.一種鍺硅功率HBT的多指器件，由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，其特征在于: 所述多指器件包括至少兩個(gè)集電極，相鄰的兩個(gè)集電極之間包括一個(gè)基極和兩個(gè)發(fā)射極，所述基極位于發(fā)射極的中間，多指器件的最外側(cè)為集電極； 所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括: 一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度； 一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺硅層的摻雜濃度大于硅帽層的摻雜濃度； 一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)； 所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有一 P型離子注入?yún)^(qū)，所述P型離子注入?yún)^(qū)、第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)通過(guò)連續(xù)的N型埋層連接；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)相互隔離。
10.一種鍺硅功率HB T的多指器件，由多個(gè)鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管單管組成，其特征在于: 所述多指器件包括至少兩個(gè)集電極，相鄰的兩個(gè)集電極之間包括一個(gè)基極和兩個(gè)發(fā)射極，所述基極位于發(fā)射極的中間，多指器件的最外側(cè)為集電極； 所述多指器件的單管結(jié)構(gòu)包括: 一集電區(qū)，由形成于P型硅襯底上的N型埋層、形成于N型埋層上被場(chǎng)氧隔離的N型外延加上第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)組成；所述第一 N型離子注入?yún)^(qū)位于N型埋層上的N型外延中并和所述N型埋層連接形成低電阻通道，所述第二 N型離子注入?yún)^(qū)位于發(fā)射極窗口下的N型外延中且與N型埋層連接；所述N型埋層的摻雜濃度大于所述N型外延的摻雜濃度； 一基區(qū)，由形成于N型外延上的鍺硅外延層組成，其包括一本征基區(qū)和一外基區(qū)，所述本征基區(qū)和集電區(qū)形成接觸，所述外基區(qū)形成于所述場(chǎng)氧上部且用于形成基區(qū)電極；所述鍺硅外延層包括硅緩沖層、鍺硅層和硅帽層，所述鍺硅層和硅帽層分別摻雜有硼，且鍺硅層的摻雜濃度大于硅帽層的摻雜濃度； 一發(fā)射區(qū)，由形成于本征基區(qū)上部的多晶硅組成，并和本征基區(qū)形成接觸，所述發(fā)射極多晶硅中進(jìn)行N型離子注入退火后形成發(fā)射極-基極結(jié)； 所述多指器件基極下的場(chǎng)氧底部的N型外延中形成有與P型硅襯底連接的P型離子注入?yún)^(qū)；距N型埋層的外圍0.5 5微米處形成有P型離子注入隔離區(qū)，所述P型離子注入隔離區(qū)位于場(chǎng)氧的下方且與場(chǎng)氧和P型硅襯底接觸；P型離子注入?yún)^(qū)之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)、P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)之間的第一 N型離子注入?yún)^(qū)和第二 N型離子注入?yún)^(qū)分別通過(guò)非連續(xù)的N型埋層連接；所述P型離子注入?yún)^(qū)和P型離子注入隔離區(qū)不連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍺硅功率HBT，由低摻雜N型外延工藝制備集電區(qū)C，它的底部由重N型摻雜的埋層引出；基區(qū)B由重?fù)诫s硼的鍺硅外延層組成；發(fā)射區(qū)E由淀積在基區(qū)上的介質(zhì)經(jīng)刻蝕形成窗口，再淀積N型摻雜的多晶硅形成；外基區(qū)多晶硅下的場(chǎng)氧底部通過(guò)P型離子注入和高溫退火，將N型外延轉(zhuǎn)化為P型單晶硅。本發(fā)明還公開(kāi)了鍺硅功率HBT多指器件，結(jié)構(gòu)采用CBEBE…BEBC或CEBECEBE…CEBEC的形式。本發(fā)明還公開(kāi)一種硅功率HBT的制造方法。本發(fā)明P型離子注入?yún)^(qū)與器件外面的P型離子注入隔離區(qū)不連通，極大地降低基極-集電極介質(zhì)電容；多指結(jié)構(gòu)可最佳化大輸出功率器件的基極和/或集電極電阻，以及基極-集電極結(jié)電容，得到最大輸出功率及功率增益。
文檔編號(hào)H01L29/737GK103107185SQ20111035567
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者周正良, 李 昊 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司