專利名稱：具有最小寄生現(xiàn)象的晶體管結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到雙極晶體管(BJT)，更確切地說(shuō)是涉及到呈現(xiàn)較少不利寄生效應(yīng)和改進(jìn)了的性能的BJT結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
雙極晶體管在電學(xué)上可以被想象成背對(duì)背的二個(gè)二極管。電流從發(fā)射區(qū)通過(guò)基區(qū)流入到收集極中。當(dāng)沒(méi)有電流流到基區(qū)時(shí)，晶體管被關(guān)斷。當(dāng)晶體管被開(kāi)通時(shí)，電流就流動(dòng)。僅僅需要小的電流來(lái)開(kāi)通基區(qū)而足以使電流能夠流過(guò)整個(gè)晶體管。
大多數(shù)雙極晶體管由NPN晶體管來(lái)設(shè)計(jì)。NPN分別表示發(fā)射極、基極、以及收集極的導(dǎo)電類型。雙極晶體管的特點(diǎn)是快速的開(kāi)關(guān)速度。雙極晶體管的速度和性能取決于許多因素，包括垂直基極摻雜膜厚度(基極寬度)、基極電阻(Rb)、以及收集極-基極電容(Ccb)。截止頻率(fT)和最高振蕩頻率(fmax)是高速晶體管工作速度的最有代表性的度量標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)高速晶體管的設(shè)計(jì)和優(yōu)化努力大部分都指向上述參數(shù)的最大化。
借助于減小從發(fā)射極通過(guò)基極到收集極的尺寸，通過(guò)垂直按比例縮小器件，能夠改善是為器件中電流增益度量標(biāo)準(zhǔn)的截止頻率(fT)。借助于使器件在較高的電流下工作，也可以提高截止頻率(fT)。實(shí)現(xiàn)較高電流的一種方法是橫向按比例縮小器件，其中發(fā)射極具有較小的橫向尺寸。橫向按比例縮小提供了高的電流密度而無(wú)須提高通過(guò)器件的絕對(duì)電流；因此，使器件能夠在甚至更高的截止頻率(fT)下工作。此外，還可以借助于提高收集極中的摻雜劑數(shù)量以便抵消Kirk效應(yīng)，來(lái)提高截止頻率(fT)。
可以提高截止頻率(fT)的上述各種修正，也可能增大器件中的寄生效應(yīng)，對(duì)最高振蕩頻率(fmax)造成不利的影響。也稱為功率增益為1時(shí)的截止頻率的最高振蕩頻率(fmax)，是與作為電流增益度量的截止頻率(fT)相反的功率增益的度量。術(shù)語(yǔ)“器件的寄生元件”被定義為理想NPN器件與在提供理想器件的實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程中產(chǎn)生的任何額外數(shù)值之間的差異。器件的寄生效應(yīng)可以包括基極電阻(Rb)、收集極電阻(Rc)、收集極-發(fā)射極電容(Cce)、收集極-基極電容(Ccb)、以及收集極-襯底電容(Ccs)的寄生部分。除了上述各種寄生現(xiàn)象之外，發(fā)射極-基極電容(Ccb)和發(fā)射極電阻(Re)也可以對(duì)截止頻率(fT)和最高振蕩頻率(fmax)有不利影響，特別是在小電流下更是如此。
目前在PNP器件中，能夠利用現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置來(lái)降低一個(gè)或幾個(gè)寄生元件，但不利的代價(jià)是增大了其它的寄生效應(yīng)，導(dǎo)致器件整個(gè)性能下降。例如，參照?qǐng)D1所示的現(xiàn)有技術(shù)NPN BJT(雙極結(jié)晶體管)結(jié)構(gòu)，給定發(fā)射極區(qū)尺寸的寄生基極電阻的減小涉及到借助于減小間隔層14的寬度來(lái)形成緊鄰器件本征部分16的非本征基極15。術(shù)語(yǔ)“器件的本征部分”意味著形成NPN雙極晶體管的NP和PN結(jié)的器件部分，例如包括本征發(fā)射極、本征基極、以及本征收集極。器件的非本征部分提供了到器件本征部分的電連接。利用非本征基極15緊鄰本征基極，可以降低基極電阻(Rb)。但使非本征基極15緊鄰器件的本征部分16卻增大了由高摻雜的非本征基極15與收集極底座區(qū)17之間的相互作用所產(chǎn)生的寄生收集極-基極電容(Ccb)。借助于降低緊鄰收集極底座17的非本征基極15部分中的摻雜劑，可以盡可能減小寄生的收集極-基極電容(Ccb)，但降低非本征基極區(qū)15中的摻雜劑卻不利地增大了寄生基極電阻(Rb)。因此，在收集極-基極電容(Ccb)與基極電阻(Rb)的寄生元件之間存在著折中。
仍然參照?qǐng)D1所示的現(xiàn)有技術(shù)晶體管結(jié)構(gòu)，寄生發(fā)射極-基極電容(Ceb)不利地存在于發(fā)射極18的接觸焊點(diǎn)19與非本征基極15之間。接觸焊點(diǎn)19是發(fā)射極的一部分，它延伸并重疊在部分非本征基極區(qū)15上表面上。在現(xiàn)有技術(shù)晶體管中，為了確保對(duì)發(fā)射極18的電接觸，接觸焊點(diǎn)部分19是必需的。接觸焊點(diǎn)19還由于增大了發(fā)射極18的非本征部分而沒(méi)有同時(shí)產(chǎn)生對(duì)非本征基極15的電短路而不利地提供了寄生發(fā)射極電阻(Re)，特別是在加工過(guò)程中接觸不對(duì)準(zhǔn)的情況下更是如此。此外，發(fā)射極18的接觸焊點(diǎn)部分19由于延伸在部分非本征基極15的頂部上，導(dǎo)致未被硅化的非本征基極15的高阻區(qū)22，從而增大了寄生基極電阻(Rb)。
美國(guó)專利申請(qǐng)No.2003/0057458提供了一種具有淺結(jié)凸起的非本征基極的現(xiàn)有技術(shù)NPN晶體管，其中，增大收集極底座與非本征基極之間的距離，減小了收集極-基極電容(Ccb)，但不利地傾向于增大寄生基極電阻(Rb)。此外，發(fā)射極包含重疊部分非本征基極的發(fā)射極接觸焊點(diǎn)。
美國(guó)專利No.6346453提供了另一種具有包括發(fā)射極接觸焊點(diǎn)部分的發(fā)射極的晶體管，不利地產(chǎn)生了增大的寄生發(fā)射極-基極電容(Ceb)和增大的發(fā)射極電阻(Re)。此外，美國(guó)專利No.6346453所公開(kāi)的發(fā)射極的部分接觸焊點(diǎn)區(qū)被定位成重疊非本征基極，其中，非本征基極的非硅化部分進(jìn)一步增大了寄生基極電阻(Rb)。
美國(guó)專利No.5962880提供了現(xiàn)有技術(shù)晶體管的另一例子，它具有大的發(fā)射極結(jié)構(gòu)且進(jìn)一步將大的隔離間隔層組合在發(fā)射極與基極之間，因而產(chǎn)生了一種其中能夠減小基極電阻(Rb)、發(fā)射極-基極電容(Ceb)、以及發(fā)射極電阻(Rb)的寄生部分的器件。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)雙極晶體管所示的缺點(diǎn)，對(duì)于開(kāi)發(fā)一種其中可以同時(shí)降低結(jié)構(gòu)的寄生效應(yīng)(電阻和電容)以便改善晶體管的高速性能的新的改進(jìn)了的雙極晶體管，存在著需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高性能的雙極晶體管，它具有降低了的寄生效應(yīng)，從而提供優(yōu)化了的截止頻率和最高振蕩頻率。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用來(lái)制作新的NPN晶體管器件結(jié)構(gòu)的方法，此結(jié)構(gòu)同時(shí)將諸如基極電阻(Rb)、收集極電阻(Rc)、發(fā)射極電阻(Re)、發(fā)射極-基極電容(Ceb)、收集極-發(fā)射極電容(Cce)、收集極-基極電容(Ccb)、以及收集極-襯底電容(Ccs)之類的寄生效應(yīng)減為最小。
在本發(fā)明中，借助于形成發(fā)射區(qū)被凹陷的雙極晶體管以減小發(fā)射極非本征部分并減小基極/發(fā)射極間隔層的寬度而達(dá)到了這些和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)。將發(fā)射極凹陷到非本征基極區(qū)水平表面以下，顯著地減小了寄生的發(fā)射極-基極電容(Ceb)和發(fā)射極串聯(lián)電阻(Re)。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的雙極晶體管包含發(fā)射極，它包含非本征發(fā)射極部分和本征發(fā)射極部分；基極，它包含與本征發(fā)射極部分電接觸的本征基極部分和與本征基極部分電接觸并被發(fā)射極/基極間隔層電隔離于發(fā)射極部分的非本征基極部分，其中，發(fā)射極被凹陷到非本征基極部分頂部表面以下；收集極，它與本征基極部分電接觸。
本發(fā)明的另一情況是一種生產(chǎn)上述具有凹陷發(fā)射極的晶體管結(jié)構(gòu)的方法。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的方法包含形成收集極；在收集極上形成本征基極；形成一組被發(fā)射極溝道分隔開(kāi)的非本征基極區(qū)，此發(fā)射極溝道暴露本征基極的上表面；在各個(gè)非本征基極區(qū)的垂直表面上形成隔離間隔層；在發(fā)射極溝道內(nèi)形成發(fā)射極，其中，發(fā)射極被凹陷到非本征基極區(qū)頂部表面以下；至少在非本征基極區(qū)和發(fā)射極的頂部上形成隔離疊層；
在隔離疊層頂部形成介質(zhì)層；提供通過(guò)此介質(zhì)層和隔離疊層的發(fā)射極通道，以便暴露發(fā)射極和部分非本征基極區(qū)；以及在發(fā)射極通道內(nèi)形成接觸隔離間隔，以便提供發(fā)射極和非本征基極區(qū)之間的電隔離，其中，部分發(fā)射極仍然被暴露。
本發(fā)明的另一情況是一種包含硅化了的非本征基極區(qū)的雙極晶體管，其中，硅化了的區(qū)域位于非本征基極區(qū)的基本上整個(gè)水平表面上且鄰近發(fā)射極基極隔離間隔。對(duì)非本征基極區(qū)的基本上整個(gè)水平表面的硅化，降低了器件的寄生基極電阻(Rb)。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的雙極晶體管包含發(fā)射極；基極，它包含與發(fā)射極電接觸的本征基極部分和與本征基極部分電接觸并被發(fā)射極/基極間隔電隔離于發(fā)射極的非本征基極部分，其中，非本征基極部分的上表面被硅化至發(fā)射極/基極間隔；收集極，它與本征基極部分電接觸。
本發(fā)明的另一情況是一種生產(chǎn)上述具有整個(gè)硅化了的非本征基極區(qū)的晶體管結(jié)構(gòu)的方法。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的方法包含形成收集極；在收集極上形成本征基極；形成被發(fā)射極溝道分隔開(kāi)的多個(gè)非本征基極區(qū)，此發(fā)射極溝道暴露本征基極的上表面；在各個(gè)非本征基極區(qū)的垂直表面上形成發(fā)射極/基極間隔；在發(fā)射極溝道內(nèi)形成發(fā)射極；至少在非本征基極區(qū)和發(fā)射極上形成硅化物接觸，其中，非本征基極區(qū)的頂部表面被硅化至發(fā)射極/基極間隔；至少在非本征基極區(qū)和發(fā)射極頂部形成隔離疊層；在隔離疊層頂部形成介質(zhì)層；提供通過(guò)此介質(zhì)層和隔離疊層的通道，以便暴露發(fā)射極和部分非本征基極區(qū)；以及在通道內(nèi)形成接觸隔離間隔，以便提供發(fā)射極和非本征基極區(qū)之間的電隔離，其中，部分發(fā)射極仍然被暴露。
本發(fā)明的另一情況是一種將收集極-基極電容(Ccb)減為最小的雙極晶體管。具體地說(shuō)，借助于減小底座注入?yún)^(qū)27的面積，而降低了收集極-基極電容的本征分量(Ccb，int)，且借助于減小基極接觸窗口(BX)的長(zhǎng)度，使基極接觸窗口(BX)的面積小于器件的有源區(qū)(RX)，可以降低收集極-基極電容的非本征分量(Ccb，ext)。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的雙極晶體管結(jié)構(gòu)包含發(fā)射極；基極，它包含與發(fā)射極電接觸的本征基極部分和與本征基極部分電接觸并被電隔離于發(fā)射極的非本征基極部分；收集極，它包含被非本征收集極環(huán)繞的本征收集極部分，此本征收集極部分與本征基極部分電接觸，其中，雙極晶體管的有源區(qū)包含至少本征收集極部分和本征基極部分；以及位于非本征收集極與非本征基極之間的基極窗口介質(zhì)，其中，基極窗口介質(zhì)延伸到雙極晶體管的有源區(qū)中。
本發(fā)明的另一情況是一種生產(chǎn)上述具有非本征基極與收集極之間的基極窗口介質(zhì)層的晶體管結(jié)構(gòu)的方法。一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明的方法包含在襯底第二導(dǎo)電性部分頂部上，形成第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)的含硅層；在第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層中，形成至少二個(gè)隔離區(qū)，其中，有源區(qū)被確定在至少二個(gè)隔離區(qū)之間；在第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層以及至少二個(gè)隔離區(qū)的頂部上，形成基極窗口介質(zhì)層；其中，基極窗口介質(zhì)層延伸至有源區(qū)內(nèi)；形成一組第一導(dǎo)電性非本征基極區(qū)，各個(gè)第一導(dǎo)電性外延基極區(qū)被發(fā)射極溝道分隔，此發(fā)射極溝道暴露部分第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層；在發(fā)射極溝道內(nèi)形成第二導(dǎo)電性的發(fā)射極，其中，第二導(dǎo)電性的發(fā)射極與第一導(dǎo)電性的非本征基極區(qū)被發(fā)射極/基極隔離間隔分隔；以及提供了至器件有源區(qū)的電連接。
此外，利用低介電常數(shù)材料作為深溝槽的填充劑，可以減小收集極-襯底電容(Ccs)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙極晶體管的剖面圖。
圖2剖面圖示出了本發(fā)明的雙極晶體管的一個(gè)實(shí)施方案，它包含凹陷了的發(fā)射極、窄的底座摻雜收集極區(qū)、以及整個(gè)硅化了的非本征基極區(qū)。
圖3剖面圖示出了本發(fā)明的雙極晶體管的另一實(shí)施方案，它包含延伸到雙極晶體管有源區(qū)中的基極窗口介質(zhì)。
圖4(a)-19(a)剖面圖示出了用來(lái)生產(chǎn)圖2所示雙極晶體管的各個(gè)加工步驟。
圖4(b)-19(b)剖面圖示出了用來(lái)生產(chǎn)圖3所示雙極晶體管的各個(gè)加工步驟。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的是一種具有改進(jìn)了的最高振蕩頻率(fmax)的雙極晶體管以及制造具有改進(jìn)了的最高振蕩頻率(fmax)的雙極晶體管的方法，現(xiàn)在參照本申請(qǐng)的附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在附圖中示出了單個(gè)雙極器件區(qū)域。可以理解的是，其它的雙極器件區(qū)域以及數(shù)字邏輯電路(未示出)可以被制作在附圖所示的雙極器件區(qū)域附近。在各個(gè)附圖中，相似或相當(dāng)?shù)脑上嗨频膮⒖继?hào)表示。
參照?qǐng)D2，示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，提供了一種雙極晶體管，它具有凹陷的發(fā)射極20和優(yōu)化的發(fā)射極-基極間隔14(以下稱為發(fā)射極/基極間隔)。凹陷的發(fā)射極20降低了發(fā)射極電阻(Re)和發(fā)射極-基極電容(Ceb)。優(yōu)化的發(fā)射極/基極間隔14使得非本征基極區(qū)15能夠比先前在現(xiàn)有技術(shù)雙極晶體管中更靠近器件的本征部分90。術(shù)語(yǔ)“器件的本征部分”意味著形成NPN雙極晶體管的NP和PN結(jié)的器件部分，例如，包括本征發(fā)射極、本征基極、以及本征收集極。摻雜劑和SiGe分布也可以被選擇來(lái)提供PNP器件。因此，PNP和NPN器件都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。器件的非本征部分提供了到器件本征部分的電連接。優(yōu)化的發(fā)射極/基極間隔14借助于減小從非本征基極流到本征基極的電流幅度而降低了基極電阻(Rb)，同時(shí)確保使發(fā)射極基極擊穿和泄漏被減為最小。
由于凹陷的發(fā)射極20顯著地減小了發(fā)射極-基極電容(Ceb)，故非本征基極15可以被置于更靠近器件的本征部分90而不增大器件的總電容。圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)晶體管要求發(fā)射極18具有其一部分重疊非本征基極區(qū)15的寬的接觸焊點(diǎn)19。此接觸焊點(diǎn)19包括用作隨后形成的互連通道的接觸表面的部分，并被設(shè)計(jì)來(lái)避免將發(fā)射極18短路到非本征基極15?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2，與現(xiàn)有技術(shù)晶體管形成對(duì)照，本發(fā)明的發(fā)射極20可以被凹陷到非本征基極部分15以下；因此消除了現(xiàn)有技術(shù)晶體管中使用的接觸焊點(diǎn)，從而降低了發(fā)射極電阻(Re)和發(fā)射極-基極電容(Ceb)。
仍然參照?qǐng)D2，借助于減小發(fā)射極18的頂部表面與發(fā)射極的本征部分之間的距離而減小發(fā)射極的非本征部分，發(fā)射極電阻(Re)被減小了。術(shù)語(yǔ)“發(fā)射極的本征部分”意味著直接接觸本征基極的發(fā)射極結(jié)構(gòu)部分，其中從發(fā)射極擴(kuò)散到基極中的摻雜劑形成NP結(jié)。提供電流到NP結(jié)的發(fā)射極的其余部分是“非本征部分”。圖2所示的凹陷的發(fā)射極20可以具有至少比圖1所示現(xiàn)有技術(shù)晶體管的高度D1小50％的垂直高度D2。凹陷的發(fā)射極20的發(fā)射極高度最好約為600-1000埃。
如上所述，發(fā)射極20的凹陷降低了發(fā)射極-基極電容(Ceb)。在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)晶體管中，寄生電容被形成在發(fā)射極18與非本征基極15之間。發(fā)射極18與非本征基極15用作電容器平板，而發(fā)射極/基極隔離間隔14和發(fā)射極焊點(diǎn)接觸/非本征基極介質(zhì)13用作電容器介質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，如圖2所示，利用凹陷的發(fā)射極20，消除了形成在現(xiàn)有技術(shù)晶體管的發(fā)射極接觸焊點(diǎn)19與非本征基極15之間的發(fā)射極-基極電容(Ceb)部分。
此外，借助于使發(fā)射極20凹陷到非本征基極區(qū)15的垂直高度以下，能夠進(jìn)一步降低發(fā)射極-基極電容(Ceb)；從而減小用作電容器介質(zhì)的發(fā)射極/基極間隔14的(沿垂直方向測(cè)得的)長(zhǎng)度。借助于減小用作電容器介質(zhì)的發(fā)射極/基極間隔14部分，寄生的發(fā)射極-基極電容(Ceb)就被減小了?？梢杂米麟娙萜鹘橘|(zhì)的發(fā)射極/基極間隔14的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于凹陷的發(fā)射極20的高度，可以約為600-1000埃。
發(fā)射極-基極電容(Ceb)的降低，歸咎于凹陷的發(fā)射極20使非本征基極15能夠被移動(dòng)到比先前在現(xiàn)有技術(shù)晶體管中可能做到的更靠近器件的本征部分90而不增大器件的總寄生電容。在一個(gè)實(shí)施方案中，借助于減小發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1，非本征基極15可以被移動(dòng)到更靠近器件的本征部分。只要不出現(xiàn)發(fā)射極基極泄漏和發(fā)射極基極擊穿，發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1最好約為300埃。發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1可以約為400-800埃。因此，非本征基極15的邊沿與發(fā)射極窗口34的邊沿之間的距離約為400-800埃。
雖然減小發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1可能增大發(fā)射極20與非本征基極15之間的電容，但歸咎于發(fā)射極/基極間隔的寬度W1減小的發(fā)射極-基極電容(Ceb)的增大，被歸咎于凹陷的發(fā)射極20的發(fā)射極-基極電容(Ceb)的降低更多地補(bǔ)償。此外，由于使非本征基極15更靠近收集極底座摻雜劑區(qū)域27而可能出現(xiàn)的收集極-基極電容(Ccb)的增大被歸咎于凹陷的發(fā)射極20的發(fā)射極-基極電容(Ceb)的降低更多地補(bǔ)償。因此，借助于減小器件的非本征基極15與本征部分90之間的距離(以及到收集極底座摻雜劑區(qū)域27的距離)，可以降低基極電阻(Rb)，而不以可能降低性能的方式顯著地影響器件的總電容。
仍然參照?qǐng)D2，借助于對(duì)非本征基極15的頂部表面進(jìn)行硅化，可以進(jìn)一步降低雙極晶體管的寄生基極電阻(Rb)，其中的硅化物材料21延伸到發(fā)射極/基極間隔14。由于硅化物材料的電阻比下方非本征基極15至少小一個(gè)數(shù)量級(jí)，故硅化物層21提供了到器件本征部分90的低阻電流路徑。
再參照?qǐng)D1，在現(xiàn)有技術(shù)晶體管中，發(fā)射極18的接觸焊點(diǎn)部分19延伸在部分非本征基極15上，其中的接觸焊點(diǎn)部分19阻礙了下方非本征基極15部分被硅化。因此，現(xiàn)有技術(shù)的晶體管在無(wú)法被硅化的發(fā)射極18接觸焊點(diǎn)19的下方具有非本征基極15的高阻部分22。再參照?qǐng)D2，借助于對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)晶體管的非本征基極15處的高阻部分進(jìn)行硅化，本發(fā)明顯著地降低了現(xiàn)有晶體管中固有的基極電阻(Rb)。
本發(fā)明的另一情況是，借助于犧牲性高質(zhì)量氧化物改善非本征基極15與外延SiGe基極層23之間界面的質(zhì)量，可以進(jìn)一步降低基極電阻(Rb)。術(shù)語(yǔ)“高質(zhì)量氧化物”意味著熱生長(zhǎng)的氧化物層，其中的氧化物對(duì)諸如表面沾污之類的雜質(zhì)進(jìn)行吸雜。借助于清除高質(zhì)量的氧化物，被吸收的雜質(zhì)也被清除，從而提供了原始的表面。
本發(fā)明雙極晶體管結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施方案的另一情況是，可以降低收集極電阻(Rc)而不對(duì)收集極-基極電容(Ccb)造成不利影響。參照?qǐng)D2，晶體管的本征部分90可以通過(guò)收集極底座摻雜劑區(qū)域27被電連接到子收集極24。此子收集極24是襯底的重?fù)诫s低阻部分。收集極底座區(qū)域27被形成在位于子收集極24頂部的導(dǎo)電性較低的外延生長(zhǎng)的含硅層25(也稱為收集極)中。
借助于提高收集極底座摻雜劑區(qū)域27的子收集極24側(cè)中的摻雜劑濃度，可以降低收集極電阻(Rc)，從而增加到達(dá)子收集極24的載流子。由于提高了的摻雜劑濃度位于與收集極的本征側(cè)相反的更靠近收集極的子收集極部分24，故不顯著地增大收集極-基極電容(Ccb)。
借助于減小其中形成收集極底座摻雜劑區(qū)域27的外延含硅層25的厚度T1，收集極電阻(Rc)被進(jìn)一步降低。外延含硅層25的厚度T1的減小，縮短了從器件本征部分90到收集極接觸28的電流路徑，因而降低了收集極電阻(Rc)的寄生部分。
借助于減小收集極底座摻雜劑區(qū)域27的面積，可以減小收集極-基極電容(Ccb)的本征分量。例如，如圖2所示，借助于提供窄薄的收集極底座摻雜劑分布，能夠減小收集極底座摻雜劑區(qū)域27的面積?，F(xiàn)有技術(shù)的雙極晶體管典型地包括相似于圖1所示收集極底座17的更寬的收集極摻雜劑分布。雖然借助于使底座區(qū)域27變窄而增大了收集極電阻，但這一增大被由于減薄外延區(qū)25而得到的收集極電阻(Rc)的相應(yīng)降低更多地補(bǔ)償。因此，能夠降低收集極-基極電容(Ccb)而不犧牲收集極電阻(Rc)。
參照?qǐng)D3，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，借助于將介質(zhì)層引入到器件的有源區(qū)(Rx)中，可以進(jìn)一步減小收集極-基極電容(Ccb)，其中，介質(zhì)層位于非本征基極15和外延SiGe基極層23下方。此介質(zhì)層最好可以是提供基極接觸窗口(Bx)的基極窗口介質(zhì)32和33?；鶚O窗口介質(zhì)32和33最好延伸到器件的有源區(qū)(Rx)中，其中基極接觸窗口(Bx)的寬度小于有源區(qū)(Rx)。有源區(qū)(Rx)包括至少器件的本征部分，且位于各個(gè)隔離區(qū)31之間。
由于額外的介質(zhì)增大了將收集極分隔于非本征基極15與外延SiGe基極層23的組合的距離，故基極窗口介質(zhì)層32和33降低了收集極-基極電容(Ccb)?？梢杂冒枷莸陌l(fā)射極20或不用凹陷的發(fā)射極20來(lái)實(shí)現(xiàn)基極窗口介質(zhì)層32和33到器件有源區(qū)(Rx)中的延伸?？梢杂猛耆杌姆潜菊骰鶚O區(qū)或不用完全硅化的非本征基極區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)基極窗口介質(zhì)層32和33到器件有源區(qū)(Rx)中的延伸。
本發(fā)明的另一情況是，借助于組合低介電常數(shù)介質(zhì)材料作為深溝槽(未示出)介質(zhì)填料，可以降低收集極-襯底電容(Ccs)。溝槽的深度可以約為2-8微米，最好約為4-6微米。
下面在圖4-19中來(lái)描述圖2和3所示的雙極晶體管的制造方法，其中，圖4(a)-19(a)示出了制作圖2所示雙極晶體管的方法，而圖4(b)-19(b)示出了制作圖3所示雙極晶體管的方法。
首先參照?qǐng)D4(a)，提供了含硅的襯底，其中，含硅襯底的上表面被重?fù)诫s，以便產(chǎn)生低阻子收集極區(qū)24。此處所用的術(shù)語(yǔ)“含硅”表示包括硅的任何半導(dǎo)體材料。示例性例子包括但不局限于Si、SiGe、SiGeC、SiC。
子收集極24可以被摻雜，以便提供n+型硅。最好可以用元素周期表的V族元素來(lái)對(duì)子收集極區(qū)24進(jìn)行摻雜，這些元素包括但不局限于砷(As)、銻(Sb)、或磷(P)。摻雜劑濃度可以約為每立方厘米1020-1021原子?？梢杂贸Ｒ?guī)離子注入工藝或原位摻雜方法對(duì)子收集極區(qū)24進(jìn)行摻雜。子收集極24可以具有各種厚度，但厚度最好約為0.5-2.0微米。
然后在子收集極區(qū)24頂部形成外延生長(zhǎng)的含硅層25。最好用典型地在大約450-700℃的溫度下執(zhí)行的低溫外延生長(zhǎng)工藝來(lái)形成此外延生長(zhǎng)的含硅層25。此外延生長(zhǎng)的含硅層25最好不被有意地?fù)诫s。此外延生長(zhǎng)的含硅層典型地被n型摻雜劑自摻雜，此n型摻雜劑包括但不局限于砷(As)、銻(Sb)、或磷(P)。摻雜劑濃度最好被限制為低于每立方厘米1015原子，最好低于每立方厘米1014原子。為了盡量減小收集極電阻(Rc)的寄生部分，外延生長(zhǎng)的含硅層25的厚度T1可以小于大約0.6微米，最好約為0.3-0.5微米。
外延生長(zhǎng)的含硅層25的厚度設(shè)定了稍后形成的底座收集極區(qū)27離器件頂部表面的深度，且更重要的是從本征基極到子收集極24的尺寸，因而包含非本征收集極區(qū)的大的組成部分。借助于減小外延生長(zhǎng)的含硅層25的厚度，可以降低收集極電阻。
仍然參照?qǐng)D4(a)，然后用常規(guī)工藝步驟形成隔離區(qū)31亦即淺溝槽隔離(STI)區(qū)。借助于用諸如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或等離子體腐蝕之類的常規(guī)干法腐蝕工藝將溝槽腐蝕到外延生長(zhǎng)的含硅層25中，可以形成此STI區(qū)?？梢杂美缪趸锏某Ｒ?guī)襯里材料對(duì)溝槽可選地進(jìn)行襯里，然后利用CVD或另一相似的淀積工藝，用多晶硅或其它相似的STI介質(zhì)材料來(lái)填充溝槽。在淀積之后，STI介質(zhì)可以被可選地致密化。諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之類的常規(guī)整平工藝可以被可選地用來(lái)提供平坦的結(jié)構(gòu)?；蛘?，隔離區(qū)31可以是場(chǎng)隔離區(qū)?？梢杂镁植抗柩趸に噥?lái)形成場(chǎng)隔離區(qū)。
在形成隔離區(qū)31之后，收集極底座摻雜劑區(qū)域27可以被引入到外延生長(zhǎng)的含硅層25中，其中，收集極底座摻雜劑形成了基極收集極結(jié)，并將電流傳導(dǎo)到子收集極24。收集極摻雜必需足夠高，以便在器件工作過(guò)程中降低也稱為基極外推效應(yīng)的Kirk效應(yīng)。利用圖形化的阻擋掩模來(lái)暴露注入的選定區(qū)域，收集極底座摻雜劑區(qū)域27可以被選擇性地注入在二個(gè)隔離區(qū)31之間的外延生長(zhǎng)硅層25內(nèi)?？梢杂贸Ｒ?guī)的光刻和腐蝕工藝來(lái)形成此阻擋掩模，其中，阻擋掩模中的窗口與隨后注入的收集極底座摻雜劑區(qū)域27對(duì)應(yīng)，且寬度約為0.2-0.8微米。
可以對(duì)收集極底座摻雜劑區(qū)域27進(jìn)行摻雜，以便產(chǎn)生n-型含硅區(qū)。收集極底座摻雜劑區(qū)域27的寬度最好足夠窄，以便降低寄生的收集極-基極電容(Ccb)，且摻雜濃度最好足夠高，以便在器件工作過(guò)程中限制基極加寬和確保低的收集極電阻(Rc)。最好用包括第一淺注入和第二較深注入的二步離子注入工藝來(lái)形成底座區(qū)域，其中，第一淺注入包含低能低濃度注入，以便避免影響收集極基極電容(Ccb)，第二較深的注入包含高能高濃度注入，以便降低在底座收集極區(qū)27最鄰近下方子收集極24的部分處的收集極電阻(Rc)。
在本發(fā)明中，利用其中采用諸如As或Sb之類的n型摻雜劑的常規(guī)離子注入工藝來(lái)形成收集極底座摻雜劑區(qū)域27。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，收集極底座摻雜劑區(qū)域27的淺注入由Sb組成。由于Sb導(dǎo)致最窄的原始注入分布以及其擴(kuò)散比As更不容易得多且比P顯著地更不容易，故Sb是優(yōu)選的。用約為每平方厘米2×1011-1×1013原子的離子注入劑量和約為20-150keV的能量，來(lái)形成淺注入?yún)^(qū)。更優(yōu)選的是，用約為每平方厘米5×1011-5×1012原子的Sb離子劑量和約為30-50keV的能量，來(lái)形成收集極底座摻雜劑區(qū)域27的淺注入?yún)^(qū)。
根據(jù)本發(fā)明，靠近本征基極的底座收集極區(qū)域27的寬度小于大約0.8微米。更優(yōu)選的是，靠近本征基極的底座收集極區(qū)域27的寬度約為0.1-0.5微米。借助于產(chǎn)生減小了面積的底座收集極區(qū)27，可以將收集極-基極電容(Ccb)的寄生部分減為最小。
形成最靠近子收集極區(qū)24的收集極底座摻雜劑區(qū)域27的第二較深的注入包含約為每立方厘米1016原子的注入濃度。
可以省略收集極底座摻雜劑區(qū)域27。此外，可以僅僅用深注入來(lái)實(shí)施收集極底座摻雜劑區(qū)域27，其中可以省略淺注入。在一個(gè)實(shí)施方案中，利用僅僅包含深注入的收集極摻雜區(qū)域，可以改善收集極基極擊穿電壓。
收集極穿通區(qū)12可以被形成在與器件本征部分90所在的外延生長(zhǎng)含硅層25部分相反的外延生長(zhǎng)含硅層25部分中。收集極穿通區(qū)12提供了隨后形成的收集極互連的接觸表面，且最好包含相似于子收集極區(qū)24的摻雜劑類型和摻雜劑濃度。
在下一個(gè)工藝步驟中，能夠提供腐蝕停止作用的氧化物或其它相似材料的腐蝕停止層32被淀積或生長(zhǎng)跨越在外延生長(zhǎng)的含硅層25的頂部表面和隔離區(qū)31的頂部表面上。此腐蝕停止層32最好是厚度約為10-50nm的二氧化硅(SiO2)。隨后可以在腐蝕停止介質(zhì)層32頂部淀積籽晶層33，但此籽晶層33可以被省略。籽晶層33最好可以包含多晶硅或非晶硅，且厚度約為10-100nm。
然后可以用常規(guī)光刻和腐蝕技術(shù)來(lái)清除部分籽晶層33和腐蝕停止介質(zhì)32。被清除的部分籽晶層33和腐蝕停止介質(zhì)32在隨后成為雙極晶體管本征部分的部分外延生長(zhǎng)的含硅層25上提供了基極窗口(Bx)。此外，基極窗口(Bx)還可以暴露部分隔離區(qū)31。腐蝕停止介質(zhì)32和籽晶層33保留在收集極穿通區(qū)上。此保留的腐蝕停止介質(zhì)32和籽晶層33隨后可以被清除。
參照?qǐng)D4(a)，對(duì)應(yīng)于諸如圖2所示器件的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的基極窗口(Bx)的寬度約為0.5-1微米?，F(xiàn)在參照?qǐng)D4(b)，在對(duì)應(yīng)于圖3所示器件的本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，基極窗口(Bx)的寬度小于器件有源區(qū)(Rx)的寬度。此有源區(qū)(Rx)包括器件的本征部分，并被此處圖4(a)所述形成的隔離區(qū)31側(cè)翼包圍?；鶚O窗口(Bx)的寬度最好約為0.3-0.5微米，其中，包含二氧化硅腐蝕停止介質(zhì)32和/或多晶硅籽晶層33的部分基極窗口介質(zhì)32和33橫向延伸超過(guò)隔離區(qū)31進(jìn)入到器件的有源區(qū)(Rx)中。有源區(qū)(Rx)的寬度約為0.3-0.8微米，優(yōu)選為小于0.6微米。
如圖4(b)所示將部分基極窗口介質(zhì)32和33引入到器件的有源區(qū)(Rx)中，使介質(zhì)材料位于部分非本征收集極與隨后形成的非本征基極區(qū)之間。借助于增大分隔上述基極區(qū)和收集極區(qū)的介質(zhì)材料的厚度，降低了收集極-基極電容(Ccb)。
參照?qǐng)D5(a)，外延硅鍺(SiGe)層23被生長(zhǎng)在圖4(a)所示結(jié)構(gòu)上表面的頂部。最好用溫度約為450-700℃的低溫外延生長(zhǎng)工藝來(lái)生長(zhǎng)此外延硅鍺(SiGe)層23。或者，多晶硅鍺(poly-SiGe)可以被形成為重疊隔離區(qū)31，只要外延SiGe被形成在其中形成器件本征部分的外延生長(zhǎng)含硅層25區(qū)域的頂部即可。外延生長(zhǎng)的SiGe層23可以被p型摻雜，其中的p型摻雜劑可以包含元素周期表的IIIA族元素，優(yōu)選為硼(B)。低溫SiGe外延層被摻雜成符合本征基極所希望的摻雜劑濃度和類型。
由于在外延含硅層25上形成外延SiGe與在隔離區(qū)31的氧化物上形成外延SiGe之間的生長(zhǎng)差別，故在SiGe外延層23中與外延生長(zhǎng)含硅層25和溝槽隔離區(qū)31的各個(gè)界面重疊處形成了缺失區(qū)(divot)35。
圖5(b)表示了此工藝步驟，此時(shí)基極窗口(Bx)的橫向尺寸小于器件的有源區(qū)Rx。在此實(shí)施方案中，各個(gè)缺失區(qū)35的頂點(diǎn)與基極窗口介質(zhì)32和33的端部對(duì)準(zhǔn)。將基極窗口介質(zhì)材料引入到器件的有源區(qū)(Rx)中，與其中基極窗口(Bx)不小于有源區(qū)(Rx)的器件中的SiGe外延層23的寬度W3相比，減小了其中形成器件本征部分90的SiGe外延層23的寬度W2。將基極窗口(Bx)減小到器件有源區(qū)(Rx)以內(nèi)，降低了摻雜劑從非本征基極15進(jìn)入缺失區(qū)35并沿硅到隔離區(qū)界面的外擴(kuò)散。對(duì)這一擴(kuò)散的抑制，降低了非本征收集極-基極電容(Ccb，int)。
參照?qǐng)D6(a)和6(b)，犧牲氧化物膜36然后被淀積在SiGe外延層23頂部上。最好可以用高壓氧化工藝來(lái)形成此犧牲氧化物膜36。或者，可以利用溫度約為700-740℃的低循環(huán)熱氧化來(lái)形成氧化物膜36。氧化物膜36的典型厚度約為5-20nm。犧牲氧化物膜36的質(zhì)量影響著SiGe外延層23與隨后形成的非本征基極區(qū)15之間的界面。高質(zhì)量的犧牲氧化物膜36改善了SiGe外延層/非本征基極界面，并降低了基極電阻(Rb)。此高質(zhì)量的犧牲氧化物膜36是一種熱生長(zhǎng)的氧化物層，它對(duì)諸如沾污之類的收質(zhì)進(jìn)行吸雜。借助于清除高質(zhì)量的犧牲氧化物膜36，被吸收的雜質(zhì)也被清除，從而提供原始的表面。
參照?qǐng)D7(a)，在下一工藝步驟中，非本征基極區(qū)15被形成在外延生長(zhǎng)的SiGe層23頂部上。首先，用常規(guī)光刻和腐蝕工藝步驟，從外延生長(zhǎng)的SiGe層23的上表面清除部分犧牲氧化物膜36。在清除部分犧牲氧化物膜36之后，將形成凸起的非本征基極區(qū)15的非本征層或膜，被淀積在器件的上表面上。此非本征層可以是重?fù)诫s的多晶硅或非晶硅，并可以被原位摻雜或不被原位摻雜。此非本征層的摻雜劑類型可以與外延生長(zhǎng)的SiGe層的導(dǎo)電類型相同。對(duì)于NPN晶體管，摻雜劑典型為硼。此非本征層的厚度典型地約為100-650nm。在淀積之后，非本征層或膜被腐蝕和整平，以便形成非本征基極區(qū)15。在進(jìn)一步的加工步驟中，發(fā)射極溝道34被形成，且將各個(gè)非本征基極區(qū)分隔開(kāi)。
然后，介質(zhì)間隔14和37被形成為緊靠非本征基極15的側(cè)壁。用常規(guī)淀積和腐蝕工藝步驟來(lái)形成此介質(zhì)間隔14和37。此介質(zhì)間隔14和37可以由氧化物、氮化物、或氮氧化物材料組成，最好由Si3N4組成。以下稱為發(fā)射極/基極間隔14的將非本征基極15分隔于隨后形成的發(fā)射極的介質(zhì)間隔14，其寬度W1典型地可以約為400-800埃。在一個(gè)實(shí)施方案中，發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1可以約為300?；蛞韵?，將非本征基極15置于比先前在現(xiàn)有技術(shù)晶體管中所能夠做到的更緊靠器件的本征部分90，只要避免發(fā)射極-基極泄漏和發(fā)射極-基極擊穿即可。
在形成介質(zhì)間隔14和37之后，非本征基極隔離膜38可以被形成在非本征基極15頂部。此非本征基極隔離膜38可以包含氧化物、氮化物、以及氮氧化物材料，最好是由原硅酸四乙酯(TEOS)前體形成的二氧化硅。圖7(b)表示了上述各個(gè)工藝步驟，此時(shí)基極窗口Bx的橫向尺寸小于器件的有源區(qū)Rx。
參照?qǐng)D8(a)和8(b)，多晶硅或非晶硅膜39可以分別被滿鋪淀積在圖7(a)和7(b)所示器件的頂部表面上。此多晶硅或非晶硅膜39的厚度可以約為30-200nm。此多晶硅或非晶硅膜39可以被原位摻雜或被離子注入摻雜。摻雜劑最好是原位摻雜的磷(P)，與要求較高溫度來(lái)使摻雜劑稍許擴(kuò)散到外延形成的SiGe層23中的砷(As)或銻(Sb)相反，磷(P)使所要求的溫度降為最低。圖8(b)表示了這一工藝步驟，此時(shí)基極窗口(Bx)的橫向尺寸小于器件的有源區(qū)(Rx)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9(a)，在下一工藝步驟中，用包括但不局限于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的常規(guī)整平工藝，對(duì)多晶硅或非晶硅膜39進(jìn)行整平。多晶硅或非晶硅膜39被整平到直至非本征基極隔離介質(zhì)38的上表面被暴露，形成與非本征基極隔離介質(zhì)38的表面共平面的發(fā)射極栓塞40。如圖9(a)所示，多晶硅或非晶硅膜39的其余部分保留在側(cè)翼包圍凸起的非本征基極區(qū)的器件區(qū)上?；蛘撸梢杂梅磻?yīng)離子刻蝕方法來(lái)整平多晶硅或非晶硅膜39。圖9(b)表示了當(dāng)基極窗口(Bx)的橫向尺寸小于器件的有源區(qū)(Rx)時(shí)的這一工藝步驟。
參照?qǐng)D10(a)和10(b)，在下一工藝步驟中，發(fā)射極栓塞40被凹陷，以便形成凹陷的發(fā)射極20，其中，發(fā)射極被凹陷到非本征基極區(qū)15的頂部表面以下?？梢杂冒ǖ痪窒抻诟煞ǜg和濕法腐蝕工藝的常規(guī)腐蝕工藝來(lái)凹陷發(fā)射極栓塞。此腐蝕工藝最好是反應(yīng)離子刻蝕工藝，此工藝使用對(duì)非本征基極隔離介質(zhì)38的二氧化硅和腐蝕停止層36的二氧化硅有選擇性的凹陷多晶硅發(fā)射極栓塞的腐蝕化學(xué)物質(zhì)。此腐蝕化學(xué)物質(zhì)可以包含KOH。圖10(b)表示了當(dāng)基極窗口(Bx)的橫向尺寸小于器件的有源區(qū)(Rx)時(shí)的這一工藝步驟。
由于在外延生長(zhǎng)的含硅材料上生長(zhǎng)的多晶硅與在氧化物材料上生長(zhǎng)的多晶硅之間的生長(zhǎng)差別，故發(fā)射極溝道34內(nèi)的多晶硅比生長(zhǎng)在隔離區(qū)31頂部上的多晶硅更厚。因此，隔離區(qū)31頂部上的多晶硅層39在發(fā)射極凹陷腐蝕過(guò)程中可以被完全清除，而部分發(fā)射極栓塞40保留下來(lái)，形成凹陷的發(fā)射極20。由于凹陷的發(fā)射極20被形成在由隨后成為非本征基極區(qū)15的層形成的發(fā)射極溝道34內(nèi)，故凹陷的發(fā)射極20自對(duì)準(zhǔn)于非本征基極15。發(fā)射極/基極間隔14將凹陷的發(fā)射極20與非本征基極15分隔開(kāi)。
凹陷的非本征發(fā)射極20的垂直高度可以約為50-500nm，優(yōu)選約為60-80nm。發(fā)射極20的凹陷，減小了發(fā)射極的非本征部分，因而縮短了到發(fā)射極本征部分的電流路徑，從而將發(fā)射極電阻(Re)減為最小。非本征發(fā)射極20的凹陷還將發(fā)射極-基極電容(Ceb)顯著地降低到了能夠得到減小了的發(fā)射極/基極間隔14寬度W1的水平而對(duì)器件的總性能沒(méi)有不利的影響。。發(fā)射極/基極間隔14的寬度W1的減小，使非本征基極15更靠近本征基極，因而減小了基極電阻(Rb)。
參照?qǐng)D11(a)和11(b)，在下一工藝步驟中，用常規(guī)的選擇性腐蝕方法，發(fā)射極基極隔離介質(zhì)38和腐蝕停止層36被從非本征基極15的頂部表面和外延生長(zhǎng)的SiGe層23的頂部表面清除。最好在對(duì)介質(zhì)間隔14和37的Si3N4和n型摻雜的外延生長(zhǎng)SiGe層23有選擇性的條件下腐蝕TEOS二氧化硅發(fā)射極基極隔離介質(zhì)38和二氧化硅腐蝕停止層36。此腐蝕工藝可以包括濕法和干法工藝，最好是反應(yīng)離子刻蝕。
然后，最好用原硅酸四乙酯(TEOS)前體，在包括非本征基極區(qū)15的暴露表面和外延生長(zhǎng)的SiGe層23的暴露表面的器件表面頂部上，共形生長(zhǎng)硬掩模氧化物層40?；蛘?，可以用常規(guī)低溫?zé)嵘L(zhǎng)或包括但不局限于化學(xué)氣相淀積以及等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積的低溫淀積工藝，來(lái)形成硬掩模氧化物層40。術(shù)語(yǔ)“低溫”意味著約為450-500℃的溫度。
在多晶硅淀積之后，光抗蝕劑阻擋掩模41被形成為對(duì)準(zhǔn)于位于非本征基極區(qū)15外側(cè)壁上的介質(zhì)間隔37。具體地說(shuō)，光抗蝕劑阻擋掩模41的形成以在整個(gè)結(jié)構(gòu)上滿鋪淀積光抗蝕劑層開(kāi)始。此光抗蝕劑層然后被選擇性地曝光并顯影，以便對(duì)硬掩模41進(jìn)行圖形化，保護(hù)襯底的至少一個(gè)第一區(qū)域而暴露襯底的至少一個(gè)第二區(qū)域。然后對(duì)器件的暴露區(qū)域進(jìn)行加工，同時(shí)保護(hù)光抗蝕劑阻擋掩模41下方的區(qū)域。
在形成光抗蝕劑阻擋掩模41之后，在對(duì)介質(zhì)間隔37和下方外延生長(zhǎng)的SiGe層23有選擇性的條件下腐蝕硬掩模氧化物層40的暴露區(qū)。最好用對(duì)介質(zhì)間隔14的Si3N4和光抗蝕劑硬掩模41有選擇性的腐蝕化學(xué)物質(zhì)由反應(yīng)離子刻蝕來(lái)腐蝕氧化物硬掩模層40的暴露區(qū)。
在下一工藝步驟中，用最好包含HF的化學(xué)剝離方法來(lái)清除光抗蝕劑阻擋掩模41。在清除光抗蝕劑阻擋掩模41之后，外延生長(zhǎng)的SiGe層23的暴露部分被腐蝕，將下方的腐蝕停止層32暴露，其中，氧化物硬掩模層40的剩余部分保護(hù)了下方的非本征基極區(qū)15。用反應(yīng)離子刻蝕方法，采用對(duì)下方二氧化硅腐蝕停止層32有選擇性的腐蝕化學(xué)劑來(lái)清除外延生長(zhǎng)的SiGe層23的暴露部分。
然后，如圖12(a)和12(b)所示，用常規(guī)的選擇性腐蝕工藝清除氧化物硬掩模40的其余部分，以便暴露非本征基極15的頂部表面，其中介質(zhì)間隔14和37的部分44垂直延伸超過(guò)非本征基極15的頂部表面。最好在對(duì)多晶硅籽晶層33有選擇性的條件下清除氧化物硬掩模40的TEOS氧化物。然后，在對(duì)二氧化硅腐蝕停止層32、SiGe非本征基極區(qū)15、以及介質(zhì)間隔14和37的Si3N4有選擇性的條件下腐蝕多晶硅籽晶層33。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13(a)和13(b)，絕緣間隔42和43被形成在介質(zhì)間隔14和37上。絕緣間隔42和43可以被用來(lái)確保隨后形成的硅化物接觸不將非本征基極區(qū)15短路到發(fā)射極20。當(dāng)形成硅化鎳接觸時(shí)，最好采用絕緣間隔42和43。例如當(dāng)采用硅化鈷時(shí)，可以省略絕緣間隔42和43。
外絕緣間隔42被形成為緊靠外介質(zhì)間隔37和外延生長(zhǎng)的SiGe層23的外側(cè)壁。內(nèi)絕緣間隔43被形成為緊靠延伸超過(guò)本征基極區(qū)15頂部表面的介質(zhì)間隔部分44的內(nèi)側(cè)壁。間隔材料可以包含諸如氮化物、氧化物、氮氧化物、或它們的組合之類的介質(zhì)，最好是Si3N4?？梢杂贸Ｒ?guī)的淀積和腐蝕工藝來(lái)形成絕緣間隔42和43。外絕緣間隔42的寬度可以約為22.5-27.5nm。內(nèi)絕緣間隔43的寬度可以約為22.5-27.5nm。絕緣帽也被形成在凹陷的發(fā)射極20頂部，其中，絕緣帽限制了發(fā)射極摻雜劑在發(fā)射極摻雜劑推進(jìn)退火過(guò)程中的外擴(kuò)散。發(fā)射極20頂部上的絕緣帽(未示出)最好是諸如Si3N4的氮化物。
在下一工藝步驟中，用大約1000℃溫度下的快速熱退火工藝來(lái)進(jìn)行大約10秒鐘的常規(guī)發(fā)射極摻雜劑推進(jìn)退火。在發(fā)射極推進(jìn)退火過(guò)程中，摻雜劑從發(fā)射極20擴(kuò)散進(jìn)入到下方的基極材料部分中，其中，擴(kuò)散的摻雜劑產(chǎn)生本征發(fā)射極。n型摻雜劑最好擴(kuò)散進(jìn)入到部分下方p型SiGe基極材料中，形成n型本征發(fā)射極。在發(fā)射極推進(jìn)退火之后，發(fā)射極頂部的帽層被清除。然后，可以選擇性地腐蝕氧化物腐蝕停止層32，以便暴露其上可以隨后形成硅化物層28的收集極的穿通部分12。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14(a)和14(b)，在下一工藝步驟中，硅化物接觸21、28、45被提供在收集極穿通12、非本征基極區(qū)15、以及凹陷的發(fā)射極20的頂部。硅化物的形成典型地要求將諸如Ni、Co、Ti之類的難熔金屬淀積到含硅材料的表面上。由于硅化物不形成在分隔收集極、發(fā)射極、以及基極區(qū)的絕緣間隔上，故間隔14、37、42、43確保了硅化物接觸不短路收集極、發(fā)射極、以及基極區(qū)。在金屬淀積之后，用諸如但不局限于快速熱退火的常規(guī)工藝對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火步驟。在熱退火過(guò)程中，淀積的金屬與硅發(fā)生反應(yīng)，形成金屬的硅化物。
與發(fā)射極、基極、以及收集極接觸的硅化物的形成減小了發(fā)射極電阻(Re)、基極電阻(Rb)、以及收集極電阻(Rc)的寄生部分。與相似于圖1所示現(xiàn)有技術(shù)晶體管結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明借助于對(duì)非本征基極區(qū)15的基本上整個(gè)上表面進(jìn)行硅化而進(jìn)一步減小了基極電阻(Rb)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D15(a)和15(b)，諸如氧化物、氮化物、以及氮氧化物之類的絕緣材料的隔離疊層49，被淀積在圖14(a)所示結(jié)構(gòu)的頂部表面上。隔離疊層49最好包含形成在隔離氧化物層46頂部的隔離氮化物層47。隔離氧化物層46可以包含用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)從原硅酸四乙酯(TEOS)前體形成的二氧化硅?；蛘撸梢杂玫蜏氐矸e和熱生長(zhǎng)工藝來(lái)形成隔離氧化物層46。隔離氧化物層46的厚度可以約為40-60nm。
可以用包括但不局限于化學(xué)氣相淀積(CVD)和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)的常規(guī)淀積工藝將隔離氮化物層47淀積在隔離氧化物層46頂部。隔離氮化物層47的厚度可以約為80-120nm。
然后，通過(guò)甩涂或相似的工藝，將光抗蝕劑層48涂敷在隔離疊層49頂部。然后對(duì)光抗蝕劑層48進(jìn)行圖形化和顯影，以便暴露重疊器件本征部分90的部分隔離疊層49。
參照?qǐng)D16(a)和16(b)，用選擇性腐蝕工藝，最好是反應(yīng)離子刻蝕工藝，清除隔離疊層49的暴露部分，其中，剩余光抗蝕劑48下方的隔離疊層49部分被保護(hù)。最好用對(duì)圖形化的光抗蝕劑48和下方二氧化硅隔離氧化物層46有選擇性的腐蝕化學(xué)過(guò)程來(lái)清除暴露的隔離多晶硅層47。然后，最好用對(duì)圖形化的光抗蝕劑48、Si3N4間隔14和42、以及多晶硅凹陷非本征發(fā)射極20有選擇性的腐蝕化學(xué)過(guò)程來(lái)清除二氧化硅隔離氧化物層46。凹陷51可以被形成在凹陷發(fā)射極20二側(cè)上的被腐蝕的隔離疊層與間隔14和42之間。然后用濕法化學(xué)剝離方法清除圖形化的光抗蝕劑48。
現(xiàn)在參照?qǐng)D17(a)和17(b)，接觸隔離間隔60被形成，以便填充凹陷51并確保隨后形成的發(fā)射極互連63不將凹陷的發(fā)射極20短路到非本征基極區(qū)15。最好是Si3N4的絕緣材料層被首先淀積在包括凹陷51的圖16(a)和16(b)所示的結(jié)構(gòu)的頂部表面上。然后用常規(guī)光刻和腐蝕工藝對(duì)絕緣材料層進(jìn)行腐蝕，以便提供填充凹陷51的接觸隔離間隔60，同時(shí)確保產(chǎn)生最窄的發(fā)射極接觸區(qū)。接觸隔離間隔60還將非本征基極15的頂部表面電隔離于隨后形成的發(fā)射極互連63。凹陷的發(fā)射極20接觸表面的寬度W4可以約為60-200nm，最好為100nm。
參照?qǐng)D18(a)和18(b)，在形成接觸隔離間隔60之后，介質(zhì)材料層被滿鋪淀積在整個(gè)襯底上，并被整平。滿鋪介質(zhì)層61可以選自諸如SiO2、Si3N4、SiOxNy、SiC、SiCO、SiCOH、SiCH的化合物之類的含硅材料；一些或全部Si被Ge取代的上述含硅材料；摻碳的氧化物；無(wú)機(jī)氧化物；無(wú)機(jī)聚合物；混合聚合物；諸如聚酰亞胺或SiLKTM之類的有機(jī)聚合物；其它的含碳材料；諸如甩涂玻璃和倍半硅氧烷基材料；以及也稱為非晶氫化碳的類金剛石碳(DLC)。滿鋪介質(zhì)61的其它選擇包括多孔形式的或在加工過(guò)程中改變成多孔或從多孔和/或可滲透改變成無(wú)孔和/或不可滲透的形式的任何上述材料。
可以用包括但不局限于從溶液甩涂、從溶液噴涂、化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)、濺射淀積、反應(yīng)濺射淀積、離子束淀積、以及蒸發(fā)的本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員眾所周知的各種方法，來(lái)形成滿鋪介質(zhì)層61。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，介質(zhì)層61包含甩涂玻璃，最優(yōu)選是硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。
仍然參照?qǐng)D18(a)和18(b)，淀積的介質(zhì)61被圖形化并腐蝕，以便形成到達(dá)凹陷的發(fā)射極20的發(fā)射極接觸通道62。由于隔離疊層49和接觸隔離間隔60將非本征基極區(qū)15隔離于隨后形成在發(fā)射極接觸通道62中的發(fā)射極互連63，故發(fā)射極接觸通道62的寬度W5可以大于凹陷的發(fā)射極20接觸表面的寬度W4。
在形成發(fā)射極接觸通道62之后，借助于用諸如CVD或電鍍之類的常規(guī)工藝將導(dǎo)電金屬淀積到發(fā)射極接觸通道62中而形成發(fā)射極互連63。此導(dǎo)電金屬可以包括但不局限于鎢、銅、鋁、銀、金、以及它們的合金。在下一工藝步驟中，如圖19(a)和19(b)所示，用常規(guī)工藝步驟形成到收集極接觸硅化物28的收集極區(qū)互連64以及到非本征基極硅化物21的基極區(qū)互連65。
雖然用其優(yōu)選實(shí)施方案已經(jīng)具體描述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以理解的是，可以作出形式和細(xì)節(jié)方面的上述和其它的改變而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思與范圍。因此認(rèn)為本發(fā)明不局限于所述的準(zhǔn)確形式和細(xì)節(jié)，而是包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙極晶體管，它包含發(fā)射極，它包含本征發(fā)射極部分和非本征發(fā)射極部分；基極，它包含與所述本征發(fā)射極部分電接觸的本征基極部分以及與所述本征基極部分電接觸并被發(fā)射極/基極間隔電隔離于所述非本征發(fā)射極部分的非本征基極部分，其中，所述非本征發(fā)射極部分被凹陷到所述非本征基極部分的上表面以下；以及收集極，它與所述本征基極部分電接觸。
2.權(quán)利要求1的雙極晶體管，其中，所述非本征基極部分包含被硅化至所述發(fā)射極/基極間隔的上表面。
3.權(quán)利要求1的雙極晶體管，其中，所述收集極還包含垂直方向窄的底座摻雜劑區(qū)域。
4.權(quán)利要求1的雙極晶體管，其中，各個(gè)所述發(fā)射極/基極間隔的寬度約為22.5-27.5nm。
5.一種雙極晶體管，它包含發(fā)射極；基極，它包含與所述發(fā)射極電接觸的本征基極部分以及與所述本征基極部分電接觸并被發(fā)射極/基極間隔電隔離于所述發(fā)射極的非本征基極部分，其中，所述非本征基極部分的上表面被硅化至所述發(fā)射極/基極間隔；以及收集極，它與所述本征基極部分電接觸。
6.權(quán)利要求5的雙極晶體管，其中，所述發(fā)射極被凹陷到所述非本征基極部分的所述上表面以下。
7.一種雙極晶體管，它包含發(fā)射極；基極，它包含與所述發(fā)射極電接觸的本征基極部分以及與所述本征基極部分電接觸并被電隔離于所述發(fā)射極的非本征基極部分；收集極，它包含被非本征收集極環(huán)繞的本征收集極部分，所述本征收集極部分與所述本征基極部分電接觸，其中，所述雙極晶體管的有源區(qū)包含至少所述本征收集極部分和所述本征基極部分；以及位于所述非本征收集極與所述非本征基極部分之間的基極窗口介質(zhì)，其中，所述基極窗口介質(zhì)延伸到所述雙極晶體管的所述有源區(qū)中。
8.權(quán)利要求7的雙極晶體管，其中，所述發(fā)射極被凹陷到所述非本征基極部分的上表面以下。
9.權(quán)利要求7的雙極晶體管，其中，所述硅化物區(qū)基本上覆蓋所述非本征基極部分的整個(gè)表面。
10.權(quán)利要求7的雙極晶體管，其中，所述收集極還包含窄的底座注入?yún)^(qū)，其中，所述窄的底座注入?yún)^(qū)在緊靠所述非本征收集極處具有峰值摻雜劑濃度。
11.一種制作雙極晶體管的方法，包括下列步驟形成收集極；在所述收集極上形成本征基極；形成被發(fā)射極溝道分隔開(kāi)的多個(gè)非本征基極區(qū)，所述發(fā)射極溝道暴露所述本征基極的上表面；在各個(gè)所述非本征基極區(qū)的垂直表面上形成發(fā)射極/基極間隔；在所述發(fā)射極溝道內(nèi)形成發(fā)射極，其中，所述發(fā)射極被凹陷到所述非本征基極區(qū)的上表面以下；至少在所述非本征基極區(qū)和所述發(fā)射極的頂部上形成隔離疊層；在所述隔離疊層頂部形成介質(zhì)層；提供通過(guò)所述介質(zhì)層和所述隔離疊層的發(fā)射極通道，以便暴露所述發(fā)射極和部分所述非本征基極區(qū)；以及在所述發(fā)射極通道內(nèi)形成接觸隔離間隔，以便提供所述凹陷的發(fā)射極與所述非本征基極區(qū)之間的電隔離，其中，部分所述凹陷的發(fā)射極仍然被暴露。
12.權(quán)利要求11的方法，還包含提供到所述發(fā)射極、所述非本征基極區(qū)、以及所述收集極的電連接。
13.權(quán)利要求11的方法，其中，所述在所述發(fā)射極溝道中形成所述發(fā)射極包含在至少所述發(fā)射極溝道頂部淀積多晶硅層；將所述多晶硅層整平成與所述非本征基極區(qū)的水平表面共平面；以及用選擇性腐蝕方法，使所述多晶硅層凹陷。
14.權(quán)利要求11的方法，其中，所述發(fā)射極的上表面和所述非本征基極區(qū)的水平表面被硅化，其中，所述硅化物區(qū)延伸到所述發(fā)射極/基極間隔。
15.權(quán)利要求11的方法，其中，所述收集極還包含底座摻雜劑區(qū)域，通過(guò)在約為30-50keV的能量下以約為每平方厘米2×1011-1×1013原子的濃度注入n型摻雜劑，形成所述底座摻雜劑區(qū)域。
16.一種制作雙極晶體管的方法，包括下列步驟形成收集極；在所述收集極上形成本征基極；形成被發(fā)射極溝道分隔開(kāi)的多個(gè)非本征基極區(qū)，所述發(fā)射極溝道暴露所述本征基極的上表面；在各個(gè)所述非本征基極區(qū)的垂直表面上形成發(fā)射極/基極間隔；在所述發(fā)射極溝道內(nèi)形成發(fā)射極；至少在所述非本征基極和所述發(fā)射極上形成硅化物接觸，其中，所述非本征基極的頂部表面被硅化至所述發(fā)射極/基極間隔；至少在所述非本征基極區(qū)和所述發(fā)射極頂部形成隔離疊層；在所述隔離疊層頂部形成介質(zhì)層；提供通過(guò)所述介質(zhì)層和所述隔離疊層的通道，以便暴露所述發(fā)射極和部分所述非本征基極區(qū)；以及在所述通道內(nèi)形成接觸隔離間隔，以便提供所述發(fā)射極與所述非本征基極區(qū)之間的電隔離，其中，部分所述發(fā)射極仍然被暴露。
17.一種制作雙極晶體管的方法，包括下列步驟在襯底第二導(dǎo)電性部分頂部上，形成第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)的含硅層；在所述第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層中，形成至少二個(gè)隔離區(qū)，其中，有源區(qū)被形成在所述至少二個(gè)隔離區(qū)之間；在所述第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層以及所述至少二個(gè)隔離區(qū)的頂部上，形成基極窗口介質(zhì)層；其中，所述基極窗口介質(zhì)層在所述有源區(qū)內(nèi)；形成多個(gè)第一導(dǎo)電性非本征基極區(qū)，所述第一導(dǎo)電性非本征基極區(qū)的各個(gè)第一導(dǎo)電性外延基極區(qū)被發(fā)射極溝道分隔，所述發(fā)射極溝道暴露部分所述第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層；以及在所述發(fā)射極溝道內(nèi)形成第二導(dǎo)電性的發(fā)射極，其中，所述發(fā)射極被發(fā)射極/基極間隔分隔于所述第一導(dǎo)電性的非本征基極區(qū)。
18.權(quán)利要求17的方法，其中，所述第一導(dǎo)電性的外延生長(zhǎng)含硅層的厚度小于大約0.6微米。
19.權(quán)利要求17的方法，其中，所述發(fā)射極被凹陷到所述第一導(dǎo)電性非本征基極區(qū)組的水平表面以下。
20.權(quán)利要求17的方法，其中，所述第一導(dǎo)電性非本征基極區(qū)組的所述水平表面被硅化至所述發(fā)射極/基極隔離間隔。
全文摘要
提供了一種寄生現(xiàn)象被減為最小的晶體管，此晶體管包括在本征發(fā)射極部分頂部具有凹陷的非本征發(fā)射極部分的發(fā)射極；包括基極，此基極包含與本征發(fā)射極部分電接觸的本征基極部分和與本征基極部分電接觸并被一組發(fā)射極/基極間隔電隔離于凹陷的非本征發(fā)射極部分的非本征基極部分；以及包括與本征基極部分電接觸的收集極。此晶體管還可以包括頂部表面整個(gè)被硅化至發(fā)射極/基極間隔的非本征基極。此外，此晶體管可以包括晶體管有源區(qū)內(nèi)的基極窗口。還提供了制作上述晶體管的各種方法。
文檔編號(hào)H01L29/72GK1661810SQ200510052428
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者戴維·R·格林伯格, 鄭淑珍 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司