[发明专利]一种高频硅锗异质结双极晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种高频硅锗异质结双极晶体管及其制造方法，属于电子技术领域。在单晶Si衬底上淀积埋氧化层；在基极窗口所对应的集电区的位置进行硼离子注入，并执行快速退火操作以消除晶格损伤；在集电区的一端刻蚀出凹槽形成STI隔离区，淀积填充重掺杂的Si材料；在基区的Ge组分采用阶梯型分布；在单晶Si薄层上淀积N+多晶硅作为发射极；在多晶Si发射极层、单晶Si薄层和基区SiGe薄层的两侧覆盖一层Si₃N₄应力膜，在发射区和基区同时引入单轴应力；光刻集电极、发射极和基极以外的金属，形成引线。本发明中在发射区和基区同时引入了单轴压应力，提高了载流子的迁移率和器件的频率特性，满足太赫兹频段对核心器件性能的要求。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种高频硅锗异质结双极晶体管及其制造方法。

背景技术

随着集成电路不断向更小的工艺节点挺进，硅基有源器件的截止频率f_T和最大振荡频率f_max逐步进入太赫兹频段。和传统的III-V族半导体器件相比，硅基固态太赫兹器件具有成本低廉、易于量产，以及与超大规模集成电路工艺相兼容的技术优势，逐步引起了世界各国的重视。在0.1～1THz频段内，由于在SiGeBiCMOS基准电路和系统应用中显示了巨大潜力与技术优势，SiGeHBT成为了硅基高频集成电路的核心器件，因此国内外的研究机构和学者都致力于利用各种技术手段优化其频率性能，充分挖掘其在高频应用领域中的潜力。

SiGe异质结双极晶体管(HBT)是将硅基双极结型晶体管(BJT)的基区加入了少量的Ge组分。基区采用SiGe材料，显著的提高了器件性能，使得SiGeHBT成为高速应用中的标准双极晶体管。在成熟的硅工艺基础上开发出来的基于锗硅(SiGe)工艺异质结双极晶体管(HBT)利用了“能带工程”的优势，解决了提高放大倍数与提高频率特性的矛盾，但是仅仅依靠该技术来提高器件的性能是有一定限度的。

研究发现：应变Si技术可以提高载流子的迁移率，缩短载流子的渡越时间，有效地提高器件的性能。SOI技术不但可以减小PN结所产生的寄生电容效应、器件的功耗以及降低生产成本，还可以加快器件的工作速度、提高器件的抗辐射能力和晶圆的利用率。所以使用先进的硅基SOI工艺并不断缩小器件的特征尺寸，同时和应变Si技术相结合，可以大幅提高器件的频率、厄尔利电压以及击穿电压等关键性能参数。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高频硅锗异质结双极晶体管及其制造方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高频硅锗异质结双极晶体管制备方法，该方法为：在单晶Si衬底上淀积埋氧化层，使其和单晶Si衬底和集电区的Si材料组成SOI结构，也就是绝缘衬底上Si，其结构有三层，即在顶层Si材料和衬底Si材料之间引入一层绝缘层(绝大部分是SiO₂材料)；在基极窗口所对应的集电区的位置进行硼离子注入，并执行快速退火操作以消除晶格损伤；在集电区的一端刻蚀出一个凹槽形成STI隔离区，再次刻蚀出一个凹槽，淀积填充重掺杂的Si材料；在基区的Ge组分采用阶梯型分布；在基区上方淀积一层单晶Si薄层作为“盖帽层”；在单晶Si薄层上淀积N+多晶硅作为发射极；使用双频射频电源PECVD淀积高应力的覆盖层Si₃N₄材料，刻蚀出发射极窗口和基区窗口；应力引入之后执行镜像操作。

使用双频射频电源PECVD淀积高应力的覆盖层Si₃N₄材料，通过使用该方法很容易将自身的本征应力传递到硅沟道中去，施加的应力改变了器件的能带结构，增强载流子的迁移率，提升器件的性能。同时由于Si和Ge的晶格常数不同，使得本文设计的高频硅锗异质结双极晶体管又受到双轴应力的作用。