專利名稱：SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包含SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的制造，晶體管包括諸如SiGeC異質(zhì)結(jié)雙極晶體管之類的雙極晶體管。
確切地說，本發(fā)明涉及到一種用非選擇性外延生長(zhǎng)方法來制造包含SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，此方法包括下列步驟在襯底上形成絕緣層，在絕緣層上提供包括導(dǎo)電層的層結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電層腐蝕一個(gè)晶體管區(qū)域窗口，在晶體管區(qū)域窗口內(nèi)淀積SiGe基區(qū)層，并包括用隨后要被腐蝕的絕緣體填充晶體管區(qū)域窗口的步驟。
以這種方式，本發(fā)明能夠涉及到使用非選擇性外延生長(zhǎng)的SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，本征SiGe基區(qū)層被生長(zhǎng)在窗口內(nèi)成為包含熱氧化物、硼摻雜的多晶硅、TEOS、以及非晶硅的疊層，其中，硼摻雜的多晶硅被用來形成非本征基區(qū)接觸。
從US-A-6169007可知這種工藝，US-A-6169007公開了一種制造自對(duì)準(zhǔn)非選擇性薄外延基區(qū)SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法，其中，采用了TEOS或甩涂玻璃二氧化硅回腐蝕。此文件中公開的制造方式試圖提供晶體管的制造，使之自對(duì)準(zhǔn)于單個(gè)掩模，因?yàn)檫@能夠得到器件面積較小而寄生問題降低了的晶體管。目前已知有二種不同的集成例如SiGe且包括SiGeC的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的集成方案。第一方案基于雙重多晶結(jié)構(gòu)，并采用基區(qū)多晶硅下方的空腔中的選擇性外延生長(zhǎng)以便形成非本征基區(qū)接觸。第二方案基于非選擇性即差分外延生長(zhǎng)，其中，多晶SiGe被生長(zhǎng)在結(jié)構(gòu)的場(chǎng)氧化物區(qū)上，且單晶SiGe被生長(zhǎng)在有源區(qū)中，非本征基區(qū)接觸由生長(zhǎng)在場(chǎng)氧化物上的多晶硅形成。
涉及到選擇性外延生長(zhǎng)的上述第一方案表現(xiàn)出不利的負(fù)載效應(yīng)。涉及到的化學(xué)濃度強(qiáng)烈地依賴于有源區(qū)的密度，且發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)速率可能響應(yīng)于電路布局而變化。這些問題通常不出現(xiàn)在非選擇性外延生長(zhǎng)中，因?yàn)榇松L(zhǎng)被安排發(fā)生在整個(gè)暴露的表面區(qū)上，亦即在場(chǎng)氧化物上和晶體管區(qū)域中暴露的單晶硅材料上。
雖然US-A-6169007的要點(diǎn)表現(xiàn)出晶體管尺寸較小和寄生電容較低的上述優(yōu)點(diǎn)，但還是表現(xiàn)出與所公開的制造技術(shù)有關(guān)的缺點(diǎn)。
確切地說，在這種已知的工藝中，為了防止SiGe基區(qū)層被其淀積之后的步驟氧化或損傷，采用了幾種犧牲層和保護(hù)性間隔。
本發(fā)明試圖提供一種制造包含非選擇性生長(zhǎng)的SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，此方法相對(duì)于已知的這種方法表現(xiàn)出一些優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如上所述的制造包含非選擇性生長(zhǎng)的SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，其中，在晶體管區(qū)域窗口的所述填充之前，氮化物層被形成作為晶體管區(qū)域窗口的內(nèi)層。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過氮化物層的特殊位置，晶體管區(qū)域窗口中的氮化物在絕緣體已經(jīng)被腐蝕之后仍然保留，并能夠用來防止SiGe基區(qū)層在隨后的制造步驟中被氧化或損傷。
權(quán)利要求2、3、4的特點(diǎn)證實(shí)這些優(yōu)點(diǎn)在于不必提供幾個(gè)犧牲層或保護(hù)性氮化物間隔，因?yàn)镾iGe基區(qū)層能夠被簡(jiǎn)單而有效地隔離。權(quán)利要求8的特點(diǎn)在這方面是特別有利的。
權(quán)利要求5的特點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于，不要求淀積和隨后腐蝕多個(gè)虛擬層，SiGeC的再氧化克服了對(duì)這些重復(fù)步驟的需要。
權(quán)利要求6的特點(diǎn)提供的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠提供容易地自對(duì)準(zhǔn)的選擇性注入的收集極，這使得正好在發(fā)射極下面的收集極的摻雜水平能夠被提高以改善RF性能。這種改善被有利地達(dá)到而無須提高之后制作的器件非本征部分的收集極摻雜水平。還用來有利地限制與非本征寄生有關(guān)的問題。
權(quán)利要求9、10、11的特點(diǎn)進(jìn)一步確認(rèn)了本發(fā)明在提供制造的簡(jiǎn)化和精度同時(shí)限制所需要的淀積次數(shù)方面的有利情況。
權(quán)利要求12的特點(diǎn)有利地協(xié)助了基區(qū)層與導(dǎo)電層的隔離。
權(quán)利要求13和15的特性的優(yōu)點(diǎn)在于，形成的結(jié)構(gòu)能夠表現(xiàn)出窄的但充分填充了的窗口。權(quán)利要求9的特點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)氮化物進(jìn)行腐蝕以形成L-間隔的方法能夠被用于形成選擇性注入的收集極的有關(guān)步驟中。
因此，從上面所述應(yīng)該理解的是，本發(fā)明提供了一種制造非選擇性生長(zhǎng)的SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法，其中，所有的接觸、發(fā)射極、基極、以及收集極都被完全自對(duì)準(zhǔn)于一個(gè)單一的掩模而制作。確切地說，選擇性注入的收集極也能夠被提供為自對(duì)準(zhǔn)于這一單個(gè)掩模。此結(jié)構(gòu)于是表現(xiàn)出能夠以特別有利的方式制造的比較小的晶體管面積。
下面參照附圖，僅僅用舉例的方法，來進(jìn)一步描述本發(fā)明，在這些附圖中

圖1-9示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的非選擇性生長(zhǎng)的SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造中的各個(gè)階段；而圖10-14示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的非選擇性生長(zhǎng)的SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造中的各個(gè)階段。
圖1示出了初始結(jié)構(gòu)，它包含表現(xiàn)出埋置收集極接觸10b的標(biāo)準(zhǔn)的BiCMOS p-摻雜的襯底10，N型收集極外延層10a、以及用來提供表面與埋置n層收集極接觸10b之間的接觸的n栓塞凹坑10c。最后以二個(gè)淺溝槽隔離區(qū)域20的形式提供了場(chǎng)隔離區(qū)。在襯底10的頂部上生長(zhǎng)熱氧化物層12，接著生長(zhǎng)由硼原位摻雜的多晶硅淀積層14、TEOS層16、以及非晶硅層18組成的疊層。
下面參照?qǐng)D2，此圖是有源區(qū)的放大細(xì)節(jié)，借助于通過形成在熱氧化物層12上的整個(gè)層狀疊層腐蝕一個(gè)阱而開出了晶體管區(qū)22。利用用來腐蝕通過非晶硅層18、TEOS層16、以及多晶硅層14的等離子體腐蝕步驟，完成了此步驟。熱氧化物12用作等離子體腐蝕的有效停止層。熱氧化物層12則需要用例如選擇性濕法腐蝕步驟來隨后清除。
本發(fā)明的一個(gè)重要特點(diǎn)在于，晶體管窗口區(qū)22被整個(gè)形成在淺溝槽區(qū)20的范圍內(nèi)，以便位于晶體管的有源區(qū)中。但除了初始的對(duì)準(zhǔn)容差之外，在有源區(qū)與晶體管區(qū)之間不要求其它的重疊。
為了清楚起見，以欠詳細(xì)的形式示出了參照?qǐng)D2的有源區(qū)放大細(xì)節(jié)所說明的襯底，以便強(qiáng)調(diào)重要的是晶體管窗口僅僅稍許小于被場(chǎng)氧化物中的窗口確定的有源區(qū)。
最好在濕法腐蝕薄的氧化物層12之前來進(jìn)行選擇性收集極注入。
如圖2所示形成晶體管窗口區(qū)22之后，利用差分外延生長(zhǎng)方法淀積SiGeC基區(qū)層24。在此工藝步驟中，非晶硅上層18用作籽晶層，使基區(qū)層的這些橫向部分26被形成為多晶SiGeC層。但在晶體管窗口區(qū)上，如參照?qǐng)D3所述，基區(qū)層包含外延SiGeC 28的區(qū)域。由于SiGeC在除了SiGeC層外延生長(zhǎng)于其上的暴露的單晶硅22的位置之外的各處被淀積成多晶形式，故出現(xiàn)這種情況。
作為本發(fā)明的一個(gè)重要步驟，利用氮化物層30來覆蓋基區(qū)層24，若認(rèn)為合適，則可以利用所述實(shí)施方案中未示出的薄的襯墊氧化物層將此氮化物層30分隔于基區(qū)層24。
在如圖4所示形成氮化物層30之后，用厚的化學(xué)氣相淀積(CVD)氧化物層32將其覆蓋。此層32被要求填充晶體管窗口區(qū)22，故最好高密度等離子體淀積(HDP)氧化物被用于層32，以便得到改進(jìn)了的臺(tái)階覆蓋。
下面參照?qǐng)D5，可以看到制造工藝中接下來的各個(gè)步驟涉及到用化學(xué)機(jī)械拋光方法從上述疊層結(jié)構(gòu)清除HDP氧化物32，使HDP氧化物32僅僅留在晶體管窗口區(qū)中。利用HDP氧化物32作為掩蔽層，對(duì)晶體管窗口區(qū)32外面的氮化物層30進(jìn)行腐蝕，以便達(dá)到圖5所示的結(jié)構(gòu)。隨后，HDP氧化物32從晶體管窗口區(qū)中被完全清除，同時(shí)利用剩下的氮化物層30作為掩蔽層，對(duì)基區(qū)層24的多晶SiGeC部分26進(jìn)行腐蝕，實(shí)際上是非晶硅層18。
于是達(dá)到圖6所示的結(jié)構(gòu)，具有形成結(jié)構(gòu)上層的TEOS層16，并具有基區(qū)層側(cè)壁部分24亦即形成在確定于晶體管窗口區(qū)內(nèi)的保護(hù)性氮化物層30的氮化物側(cè)面區(qū)的上部水平面以下的多晶SiGeC基區(qū)26的下部。
氮化物30然后被用作氧化步驟的掩模，其中，熱氧化物34被有利地形成在基區(qū)層24的多晶SiGeC部分26上。有利的是，本發(fā)明提供了頂部多晶SiGeC區(qū)域的再次氧化，而不要求淀積和腐蝕多個(gè)模擬層。
以這種方式提供這種保護(hù)性熱氧化物用來隔離基區(qū)層24的頂部，證明是一種避免提供現(xiàn)有技術(shù)所要求的不必要的犧牲層和氮化物間隔的特別有利的步驟。參照?qǐng)D7說明了這種結(jié)構(gòu)。接著，模擬間隔被用來形成圖8所示的L-間隔。然后淀積砷原位摻雜的多晶硅層36，以便形成發(fā)射極接觸，使剖面如圖8所示。
圖9示出了不包括金屬化的晶體管最終形式。
在發(fā)射極退火過程中，例如來自砷原位摻雜的多晶硅36的砷被擴(kuò)散，以便形成圖8和9所示的發(fā)射極38。
同時(shí)，來自硼原位摻雜的多晶硅14的硼跨越形成在多晶SiGeC基區(qū)26與外延SiGeC 28之間的邊界被擴(kuò)散，以便形成也示于圖9的非本征基區(qū)連接38a。
下面參照?qǐng)D10-14，示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的制造步驟。
首先參照?qǐng)D10，示出了作為二個(gè)實(shí)施方案的起點(diǎn)的襯底結(jié)構(gòu)，故此襯底在其上形成任何結(jié)構(gòu)之前相似于圖1所示前述實(shí)施方案的襯底。此襯底的構(gòu)造仍然是生長(zhǎng)在收集極接觸110b上且具有用來提供襯底表面與埋置的n層收集極接觸110b之間接觸的n-栓塞凹坑110c的n-摻雜的一種收集極外延層110a。淺溝槽隔離區(qū)120被形成在所示處。
下面參照?qǐng)D11，此變通實(shí)施方案的下一階段包含最好以生長(zhǎng)到深度為20nm范圍的熱氧化物的形式來形成絕緣層40。然后淀積深度約為200-300nm的最好是硼摻雜多晶硅的比較厚的導(dǎo)電層42，并在晶體管有源區(qū)上方的多晶硅層42中腐蝕出窗口44。在例如SiGeC基區(qū)層的外延生長(zhǎng)之前，可以按需要浸泡掉窗44內(nèi)的薄氧化物層40。
在此圖中，SiGeC基區(qū)層46與圖12所示以非選擇性外延方式生長(zhǎng)的覆蓋發(fā)射極的帽層一起被示出。此SiGeC基區(qū)層46和硅發(fā)射極帽層48不僅覆蓋多晶硅層42，而且還組成晶體管窗口44中的內(nèi)層。
然后在整個(gè)結(jié)構(gòu)上淀積氮化物50和氧化物52的疊層，但如此前所示第一實(shí)施方案那樣，可以利用化學(xué)機(jī)械拋光方法清除其上部區(qū)域。
接著，利用剩余的氧化物作為掩蔽層，從多晶硅42上方的區(qū)域腐蝕掉氮化物層50，以便達(dá)到圖12所示的結(jié)構(gòu)。
在此階段中，作為根據(jù)發(fā)射極帽層厚度和所需氧化物厚度的一種選項(xiàng)，可以用氧化物52和氮化物50作為掩蔽層來腐蝕SiGeC基區(qū)層46和硅發(fā)射極帽層48。若所需的氧化物厚度能夠僅僅由硅發(fā)射極帽形成，則最好在SiGeC基區(qū)層46上保留外延的硅發(fā)射極帽層48。但若硅發(fā)射極帽層48變薄，則通常最好與覆蓋多晶硅層42的SiGeC基區(qū)層46一起被清除。
在任何情況下，都可以浸泡掉HDP氧化物，且假設(shè)硅發(fā)射極帽層48與SiGeC基區(qū)層46二者已經(jīng)從多晶硅層42上被清除了，則達(dá)到的結(jié)構(gòu)如圖13所示，但其中熱氧化物層54已經(jīng)被生長(zhǎng)在多晶硅層42上，且直到相鄰剩余的氮化物層50。最好用低溫下的濕法氧化工藝來生長(zhǎng)此熱氧化物，從而盡量降低摻雜劑擴(kuò)散效應(yīng)同時(shí)仍然具有合理的氧化物生長(zhǎng)速率。借助于對(duì)硅表面進(jìn)行氧化來生長(zhǎng)所謂的熱氧化物二氧化硅?？梢杂眉冄鮋2、環(huán)境(干氧化)或在水蒸汽H2O中(濕氧化)完成這一點(diǎn)。后者的好處是，由于水或HO分子的尺寸更小，故通過已經(jīng)形成的二氧化硅層的擴(kuò)散快得多。因此，在給定的溫度下，濕氧化的生長(zhǎng)速率幾乎總是高于干氧化的生長(zhǎng)速率。二種方法的生長(zhǎng)速率都隨溫度的提高而增大。摻雜劑的擴(kuò)散是一種溫度激發(fā)的過程，意味著溫度越高，摻雜劑擴(kuò)散就越強(qiáng)。因此，為了得到合理的氧化物厚度同時(shí)得到有限度的摻雜劑的擴(kuò)散，在此情況下是硼的擴(kuò)散，最好采用濕氧化。
依賴于實(shí)際的發(fā)射極窗口因而也是對(duì)內(nèi)部間隔的要求，圖13所示的氮化物U形杯50可以被用來制造被清除或?qū)嶋H上被更薄的氮化物層取代的內(nèi)部L-間隔。若有需要，可以用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)來形成此內(nèi)部L-間隔。
在用早期實(shí)施方案對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加工的過程中，可以淀積n摻雜的層56并進(jìn)行快速熱退火，以便形成圖14所示的發(fā)射極區(qū)58。
然后可以繼續(xù)圖14所示的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)加工，并可以包括對(duì)基區(qū)多晶硅進(jìn)行圖形化、在發(fā)射極和基區(qū)多晶硅上以及在收集極凹坑上形成硅化物、以及然后用收尾互連完成此結(jié)構(gòu)。
在使所需加工步驟與先前討論的現(xiàn)有技術(shù)相比能夠進(jìn)一步減少方面，本發(fā)明的這一第二實(shí)施方案是特別有利的。
整個(gè)晶體管、非本征基區(qū)接觸、SIC、以及發(fā)射極于是能夠被自對(duì)準(zhǔn)于單個(gè)掩模而制作，并且限制對(duì)形成于晶體管窗口區(qū)域中各個(gè)層損傷的方式是一種有利的方式。
權(quán)利要求
1.一種用非選擇性外延生長(zhǎng)方法來制造包含SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，此方法包括下列步驟在襯底上形成絕緣層以及在絕緣層上提供包括導(dǎo)電層的層結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電層腐蝕一晶體管區(qū)域窗口，在晶體管區(qū)域窗口內(nèi)淀積SiGe基區(qū)層，并在上表面上形成絕緣體，以便填充晶體管區(qū)域窗口，其中，在填充步驟之前，氮化物層被形成作為晶體管區(qū)域窗口的內(nèi)層。
2.權(quán)利要求1所述的方法，還包括形成層狀結(jié)構(gòu)作為多層結(jié)構(gòu)的一部分，包括導(dǎo)電層之后形成的絕緣層，且其中，氮化物層被形成在SiGe基區(qū)層上。
3.權(quán)利要求2所述的方法，還包括清除形成在所述上表面上的所述絕緣體的上部并在使用形成在晶體管窗口區(qū)域內(nèi)的氮化物作為掩模的情況下腐蝕SiGe基區(qū)層的步驟。
4.權(quán)利要求3所述的方法，包括形成絕緣區(qū)以代替SiGe基區(qū)層的被腐蝕的上側(cè)壁區(qū)的步驟。
5.權(quán)利要求4所述的方法，還包括SiGe基區(qū)層的上側(cè)壁區(qū)的再氧化步驟。
6.前述各個(gè)權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中，在淀積SiGe基區(qū)層之前，選擇性收集極區(qū)被注入在與晶體管窗口區(qū)域?qū)?zhǔn)的襯底中。
7.權(quán)利要求2-5中任何一個(gè)所述的方法，其中，多層結(jié)構(gòu)包括TEOS層以及形成在導(dǎo)電層上的非晶硅。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述SiGe基區(qū)層被形成在晶體管區(qū)域窗口的內(nèi)壁上以及所述導(dǎo)電層上，且其中，硅發(fā)射極帽層被形成在SiGe基區(qū)層上，以使氮化物層被形成在硅發(fā)射極帽層上。
9.權(quán)利要求8所述的方法，還包括用形成來填充晶體管區(qū)域窗口的絕緣體作為掩模來腐蝕氮化物的步驟。
10.權(quán)利要求8或9所述的方法，還包括在使用形成來填充晶體管區(qū)域窗口的氧化物、和氮化物作為掩模的情況下腐蝕硅發(fā)射極帽層和SiGe基區(qū)層的步驟。
11.權(quán)利要求8或9所述的方法，還包括從離開晶體管區(qū)域窗口的區(qū)域清除硅發(fā)射極帽層和SiGe基區(qū)層的步驟。
12.權(quán)利要求10或11所述的方法，還包括在導(dǎo)電層上形成絕緣層的步驟。
13.前述各個(gè)權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中，填充晶體管區(qū)域窗口的絕緣體包含氧化物。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中，氧化物包含HDP氧化物。
15.前述各個(gè)權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的方法，其中，氮化物層被腐蝕形成晶體管窗口區(qū)域內(nèi)的L-間隔。
16.前述各個(gè)權(quán)利要求中任何一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其中，襯底上的絕緣層包含氧化物層。
17.前述各個(gè)權(quán)利要求中任何一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其中，導(dǎo)電層包含多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造包含非選擇性生長(zhǎng)的SiGe(C)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件的方法，此方法包括下列步驟在襯底上形成絕緣層(12，40)以及在絕緣層(12，40)上提供包括導(dǎo)電層(14，42)的層狀結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)電層(14，42)腐蝕一個(gè)晶體管區(qū)域窗口(12，44)，在晶體管區(qū)域窗口(22，44)的內(nèi)壁上淀積SiGe基區(qū)層(24，46)，以及在上表面上形成絕緣體(32，52)以便填充晶體管區(qū)域窗口，其中，在填充步驟之前，氮化物層(30，50)被形成作為晶體管區(qū)域窗口(22，44)的內(nèi)層。
文檔編號(hào)H01L29/732GK1656609SQ03812024
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
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