[发明专利]异质结双极晶体管装置及其制造方法

说明书

技术领域

本公开总体涉及一种结构和一种制造异质结双极晶体管（HBT）的方法，该异质结双极晶体管通过减少集电极-基极电容而提供高速运转。HBT的示例实施例可包括p型本征基极，该p型本征基极包括硼掺杂的硅锗（B⁺掺杂Si_1-x1Ge_x1）外延晶体和富锗结晶Si_1-x2Ge_x2层外延层，该硼掺杂的硅锗外延晶体设置在下面的结晶Si层（其由浅沟槽隔离体（STI）划界）的顶表面上并在下面的结晶硅层与浅沟槽隔离体（STI）的界面上形成有角度的小面，该富锗结晶Si_1-x2Ge_x2层外延层设置在该有角度的小面上。更具体地，B⁺掺杂Si_1-x1Ge_x1外延晶体可影响硼从外延晶体向外扩散。又更具体地，“环绕”B⁺掺杂Si_1-x1Ge_x1外延晶体的p型本征基极的富锗结晶Si_1-x2Ge_x2外延层可用作对于硼沿着具有有角度的小面的界面区域从非本征基极层进入HBT的结晶本征区域的阻挡。

背景技术

异质结双极晶体管（HBT）包括例如硅/硅锗（Si/SiGe）异质结，其为高频下的运行提供较高传导。异质结双极晶体管的Si/SiGe异质结通过在结晶Si基板上外延生长结晶SiGe层来形成。因为结晶Si基板和结晶SiGe层由与常规光刻工艺相适应的材料制成，所以异质结双极晶体管可以以低成本和高产出制造。Si/Si_1-xGe_x异质结双极晶体管还提供连续调整异质结的能带隙的能力，因为Si和Ge可以实质上以任意百分比固体溶解在彼此之中。

图1为示出npn型Si/Si_1-xGe_x HBT100的截面图。集电极区域105形成在结晶硅基板层102的上部中，该上部中央地设置在装置隔离浅沟槽隔离体104之间。结晶硅基板层102外延生长，而例如为磷或砷（P，As）的n型杂质在外延生长期间或通过后续的离子注入而被引入结晶硅基板层102的上部中。n型杂质在硅晶体中形成n型掺杂的区域，其作为HBT的n型结晶集电极区域105。

未掺杂Si_1-xGe_x层120通过含硅气体（例如硅烷（SiH₄））和含锗气体（例如锗烷（GeH₄））的混合物的外延生长而形成在n型结晶集电极区域105上方。p型掺杂结晶p⁺Si_1-xGe_x层125外延生长在未掺杂Si_1-xGe_x层120上，以在n型结晶集电极区域105上方形成HBT的本征基极。将包含p型杂质硼（B）的另一种气体（例如硼烷（BH₄））添加至含硅和含锗的气体中，用于p型掺杂结晶p⁺Si_1-xGe_x层125的外延生长。形成HBT的本征基极的p型掺杂结晶p⁺Si_1-xGe_x层125电连接至HBT的非本征基极层128。

未掺杂结晶硅盖130外延生长在p型掺杂结晶p⁺Si_1-xGe_x层125的本征基极上方。同时，未掺杂结晶硅盖130分别与p型掺杂和未掺杂的结晶Si_1-xGe_x层125、120形成Si/Si_1-xGe_x异质结。

参考图1，发射极开口形成在未掺杂硅盖130的中央部分之上，穿过非本征基极层128和绝缘层140。发射极开口可衬有绝缘侧壁137。使用含硅气体和含磷气体或含砷气体，将包括例如为磷或砷（P，As）的n型杂质的n型掺杂非结晶多晶硅135沉积在发射极开口中以及在未掺杂硅盖130上方。加热该结构（导致n型掺杂非结晶多晶硅135的磷或砷（P，As）扩散进入未掺杂结晶硅盖130的中央部分），以形成HBT的n型扩散掺杂结晶发射极。随后，n型掺杂非结晶多晶硅135可被图案化，蚀刻以及热退火，以形成发射极引线电极135。