[发明专利]锗硅异质结双极晶体管及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种锗硅异质结双极晶体管。本发明还涉及一种锗硅异质结双极晶体管的制造方法。

背景技术

在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS虽然在先进的工艺技术中可实现较高频率，但还是难以完全满足射频要求，如很难实现40GHz以上的特征频率，而且先进工艺的研发成本也是非常高；化合物半导体可实现非常高的特征频率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺点，加上大多数化合物半导体有毒，限制了其应用。锗硅(SiGe)异质结双极晶体管(HBT)则是超高频器件的很好选择，首先其利用SiGe与Si的能带差别，提高发射区的载流子注入效率，增大器件的电流放大倍数；其次利用SiGe基区的高掺杂，降低基区电阻，提高特征频率；另外SiGe工艺基本与硅工艺相兼容，因此SiGe HBT已经成为超高频器件的主力军。

为了最大化器件性能和集成度以及最小化功耗，越来越多的应用希望能够把三极管和场效应管结合，形成BiCMOS工艺。既利用了场效应管高集成度，低功耗的优点，又利用了三极管高速度，高增益的特点。

现有三极管中有比较好性能的类型为异质结三极管，而能够和CMOS兼容的为SiGe异质结三极管，因此更为重要。为了提高器件的性能，现有锗硅异质结三极管往往非常薄，尤其是锗硅基区宽度，往往小于800埃的厚度。同时还掺入碳元素以进一步抑制基区硼参杂在高温下的扩散导致的基区展宽。这是因为基区只有在足够薄的情况下，器件的工作截止频率才有可能达到比较理想的值。但是由于器件的基区非常薄，容易导致器件的波动比较大，片内均匀性以及片间均匀性比较差。如图1所示，是现有锗硅异质结双极晶体管的结构示意图；图1中显示了现有锗硅异质结双极晶体管的基区和发射区的结构。基区由由下往上依次形成于有源区表面的硅缓冲层1、锗硅单晶层2和硅帽层3组成；所述硅缓冲层1和所述硅帽层3为本征硅，所述硅缓冲层1和形成于所述有源区中的集电区接触，所述硅缓冲层1和所述硅帽层3的厚度在满足使所述锗硅单晶层不产生晶格失配的条件下越小越好。所述锗硅单晶层2中掺入有中性的碳杂质和P型杂质。在所述硅帽层3上形成有一发射区窗口，所述发射区窗口由发射区窗口介质层5刻蚀后形成的，所述发射所区窗口露出述硅帽层3。

在所述发射区窗口中填充有N型多晶硅6，该N型多晶硅6的顶部还延伸到所述发射区窗口外的所述发射区窗口介质层5上；在所述发射区窗口底部所述硅帽层3和所述N型多晶硅6相接触，所述N型多晶硅6中的N型杂质会扩散到所述硅帽层3中形成一N型掺杂区4。由所述N型多晶硅6和所述硅帽层3的N型掺杂区4一起组成发射区。在所述硅帽层3和所述N型多晶硅6的交界面处，存在着界面态，由于所述发射区还延伸到所述硅帽3中，而所述硅帽层3的N型掺杂区4为从而所述N型多晶硅6中的N型杂质扩散后得到，故N型掺杂区4的很薄，这样界面态对器件性能的影响很大，电流放大能力beta可以从正常值波动2～4倍，无法进行量产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅异质结双极晶体管，能减少基区和发射区的交界面的界面态对器件的性能的影响，使器件的电流放大能力保持稳定，能实现量产。本发明还提供一种锗硅异质结双极晶体管的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种锗硅异质结双极晶体管，在有源区表面由下往上依次形成有硅缓冲层、锗硅单晶层和硅帽层；所述锗硅单晶层中掺入有中性的碳杂质和P型杂质。所述硅帽层上形成有一发射区窗口，所述发射区窗口由发射区窗口介质层刻蚀后形成的，所述发射区窗口露出所述硅帽层。在所述发射区窗口中填充有N型多晶硅，该N型多晶硅的顶部还延伸到所述发射区窗口外的所述发射区窗口介质层上。在所述发射区窗口底部所述硅帽层和所述N型多晶硅相接触，在所述硅帽层和所述N型多晶硅的接触面的正下方、且深度为50埃到100埃的所述硅帽层中掺入有N型杂质，其它区域的所述硅帽层为本征硅；在所述硅帽层的N型掺杂区的底部到所述硅帽层和所述锗硅单晶层的接触面之间的距离在满足使所述锗硅单晶层不产生晶格失配的条件下越小越好。所述硅缓冲层为本征硅，所述硅缓冲层和形成于所述有源区中的集电区接触，所述硅缓冲层的厚度在满足使所述锗硅单晶层不产生晶格失配的条件下越小越好。由所述硅缓冲层、所述锗硅单晶层和所述硅帽层中的本征硅部分组成基区；由所述硅帽层的N型掺杂区和所述N型多晶硅组成发射区。

进一步的改进是，所述基区的厚度为200埃至800埃，所述硅缓冲层的厚度为50埃至200埃，所述硅帽层的厚度为100埃至300埃。