SiGe异质结双极晶体管的发射极制作工艺方法

摘要

本发明公开了一种SiGe异质结双极晶体管的发射极制作工艺方法，包括如下步骤：(1)采用原位掺杂生长多晶，该原位掺杂的多晶以As和P作为掺杂元素一起掺杂；(2)多晶生长完成后，冲水擦片进行清洗；(3)表面淀积一层氧化膜；(4)注入As和P；(5)去除表面的氧化膜；(6)快速热退火充分激活掺杂元素，将充分激活的多晶作为发射极。本发明在传统的SiGe异质结双极晶体管的E-B结(发射极-基极)基础上，通过优化发射极工艺，进一步提高发射效率，改善放大系数。

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种SiGe异质结双极晶体管的发射极制作工艺方法。

背景技术

在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS(射频互补金属氧化物半导体)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。SiGe HBT(SiGe异质结双极晶体管)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。

在SiGe HBT的核心是做大三极管的放大系数，常规的方法是通过优化E-B结(发射极-基极)改善发射效率，以及减少在基区的复合来实现的。在考虑到实际应用有最小BVCEO(晶体管基极开路时，集电极至发射极的反向击穿电压)的要求，因此通过工艺优化减少基区复合是受到一定限制的。

常规的SiGe HBT提高E-B结发射效率的方法一般都是仅仅依靠引入锗的能带间隙比较小，通过把结的位置准确做在含有锗的区间内来实现。对于发射极多晶的优化基本空白，或者采用原位掺杂，或者采用一次注入的方法来实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种经济的高增益SiGe HBT(SiGe异质结双极晶体管)的发射极制作工艺方法，在传统的HBT E-B结基础上，通过优化发射极工艺，进一步提高发射效率，改善放大系数。

为解决上述技术问题，本发明提供一种SiGe异质结双极晶体管的发射极制作工艺方法，包括如下步骤：

(1)采用原位掺杂生长多晶，该原位掺杂的多晶以As和P作为掺杂元素一起掺杂；

(2)多晶生长完成后，冲水擦片进行清洗；

(3)表面淀积一层氧化膜；

(4)注入As和P；

(5)去除表面的氧化膜；

(6)快速热退火充分激活掺杂元素，将充分激活的多晶作为发射极。

步骤(1)中所述原位掺杂的掺杂浓度为As或者P 1E19～1E21，所述多晶厚度在2000～3000埃。

步骤(3)和步骤(5)中所述氧化膜的厚度为50～200埃。

步骤(4)中，所述注入As和P的面密度在1E15到1E16之间，注入能量在50k～120kev。步骤(4)中，首先进行As注入，然后进行P注入。

步骤(5)中，采用湿法刻蚀去除表面的氧化膜。

步骤(6)中所述快速热退火的温度在950℃～1050℃。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提出一种经济的高增益SiGe HBT的发射极制作工艺，在传统的HBT E-B结基础上，通过工艺优化发射极工艺，从实际的结果来看，采用本发明原位掺杂+As注入+P注入的条件也比普通的原位掺杂，或者原位掺杂+As的条件理想。放大系数有了较大的提高，同时均匀性也有了较大的改善，从而进一步提高并改善发射效率。

附图说明

图1是As和P的掺杂浓度曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明一种SiGe异质结双极晶体管的发射极制作工艺方法采用原位掺杂生长多晶，同时辅以多次注入并充分激活的多晶作为发射极，优化发射极的掺杂工艺以改善发射效率以及均匀性，该方法具体包括如下步骤：

1、多晶生长，采用原位掺杂，原位掺杂的多晶以As和P作为掺杂元素一起掺杂，掺杂浓度为As或者P 1E19～1E21，生长的多晶厚度在2000～3000埃。

2、多晶生长完成后，冲水擦片进行清洗。

3、表面淀积一层50～200埃的常压或者减压二氧化硅膜。

4、注入As和P；首先进行As注入，然后进行P的注入；注入的面密度在1E15到1E16之间，能量大约在50k～120kev。

5、通过湿法刻蚀去除表面的氧化膜。

6、快速热退火充分激活掺杂元素，温度在950℃～1050℃，将充分激活的多晶作为发射极。

本发明通过调整发射极多晶掺杂工艺来实现提高发射效率。多晶采用重As原位掺杂的基础上，在多晶生长完成后，继续进行As的大剂量注入和P的大剂量注入，以及其他N型掺杂元素的大剂量注入，其效果是相比单纯的原位掺杂或者单纯的注入，其体浓度大约有3～5倍的提高。此体浓度的整体提高，相当于提高了发射极与基极的掺杂浓度比，因此可以改善发射效率。同时由于不同掺杂元素的扩散系数不同，通过采用合理的注入能量和剂量，能够进一步优化掺杂的整体形貌。在此作进一步阐述。

以As与P为例，由于As比P扩散慢，因此往往P会比As扩散的快。对比As，P一同掺杂与只进行As掺杂的情况。首先As掺杂由于扩散比较慢，因此从掺杂峰值向E-B结扩散得比较慢，浓度掉的非常快，考虑工艺的均匀性，多晶厚度会有一定差异，因此对E-B结在E(发射极)一侧的浓度差异非常大，导致发射结的特性均匀性较差，发射效率比较难控制，从而导致放大系数均匀性较差。而如果采用As加P掺杂，由于P扩散比较快，因此其浓度随深度变化比较小，通俗地说就是掉的比较慢，比较平缓，因此其浓度随深度的变化相对比较小。因此其能够帮助改善工艺的均匀性。同时由于有As的存在，它扩散慢，在多晶中的体浓度容易保持在高位，对改善发射效率有帮助(参考如图1所示的掺杂浓度曲线)。

从图1中可以比较直观地看到，在掺杂峰值的左边，单纯的P掺杂在多晶中浓度大约在7E20左右，单纯的As掺杂在多晶中浓度大约在3E20左右，两者相加大约在1E21，相比单一掺杂，体浓度有了一定的增加。同时，在掺杂峰值的右边，As的浓度掉得非常快，在大约30nm不到的距离内，浓度掉了两个量级，而在同样的距离内，P的浓度大约只掉了一个量级。

从实际的结果来看，采用本发明原位掺杂+As注入+P注入的条件也比普通的原位掺杂，或者原位掺杂+As的条件理想。放大系数有了较大的提高，同时均匀性也有了较大的改善，具体见表1和表2。

表1

表2