專利名稱：BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容；此外， 本發(fā)明還涉及該BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造工藝方法。
背景技術(shù)：
可變電容是一種電容值可變的電子器件，它的值由加載在兩端的電壓或者電流來 控制?？勺冸娙莸闹饕獞?yīng)用是在所謂的電壓可控振蕩器(VCO)。比如，電壓控制振蕩器應(yīng)用 在需要可變的頻率的電路中，或者一個(gè)信號(hào)需要同步到一個(gè)參考信號(hào)上去。目前許多可變電容已經(jīng)被開除來，并且有的已經(jīng)成功地應(yīng)用在集成電路技術(shù)中。 比如，CMOS和BiCMOS中的pn- 二極管，肖特基二極管的可變電容的集成依賴于集成電路技 術(shù)的能力。通常高射頻應(yīng)用需要集成這種器件，比如BiCMOS技術(shù)(雙極CMOS，由雙極型門 電路和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體門電路構(gòu)成，將雙極工藝和CMOS工藝兼容)。但在這種技術(shù) 中，可變電容不是一種標(biāo)準(zhǔn)的器件。通常是建議用三極管的基極-集電極的結(jié)電容來用作 可變電容。一個(gè)器件用作可變電容，一般來說必須滿足以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，甚至兩個(gè)或 者更多(1)高度的可調(diào)性，通常3個(gè)數(shù)量級(jí)或者更高；(2)品質(zhì)因子，即Q，必須高，通常20 個(gè)數(shù)量級(jí)或者更高；(3)器件必須展現(xiàn)線性度。許多以前已知的可變電容并不能符合上述要求。比如傳統(tǒng)的基極-集電極結(jié)可變 電容依賴于NPN三極管的基極-集電極雜質(zhì)分布，但它并沒有針對(duì)可變電容的可調(diào)性進(jìn)行 優(yōu)化，或者線性度不好。又如傳統(tǒng)的MOS可變電容可調(diào)性高，然而現(xiàn)在通常需要更高的可調(diào) 性?？v觀上述傳統(tǒng)可變電容的缺點(diǎn)，仍然持續(xù)地需要提供一種新的、改善過的既能滿 足上述要求又能整合到BiCMOS技術(shù)中的器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，它具有高 可調(diào)性、高線性度和高品質(zhì)因子，易于集成到現(xiàn)有的BiCMOS工藝中去。為此還提供這種可 變電容的制造方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，它包含以下 部分(a)襯底材料，包含N型的集電極區(qū)，該集電極區(qū)疊加在同導(dǎo)電類型的次集電極 區(qū)；相應(yīng)的集電極區(qū)上有多個(gè)隔離區(qū)；(b)N型穿通注入?yún)^(qū)，位于至少一對(duì)隔離區(qū)之間，并連接次集電極區(qū)；(c)覆蓋在襯底材料之上的鍺硅外延層，它包含非本征基區(qū)，導(dǎo)電類型是P型；該 鍺硅外延層覆蓋在不包括穿通注入?yún)^(qū)的區(qū)域；(d)位于襯底上部的銦注入集電極區(qū)，位于非本征基區(qū)與次集電極區(qū)之間。
所述的隔離區(qū)是STI (淺溝槽隔離)或者LOCOS (選擇性氧化)或其它隔離方式。所述的銦注入集電極區(qū)沒有和所述非本征基區(qū)直接接觸。所述銦注入集電極區(qū)與次集電極區(qū)之間有磷注入集電極區(qū)。此外，本發(fā)明還提供上述BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，包括如下步 驟步驟1，在襯底較低的部分形成次集電極區(qū)；
步驟2，在襯底的上部形成一系列的隔離區(qū)；步驟3，通過銦注入在襯底上部形成集電極區(qū)；步驟4，在至少一對(duì)隔離區(qū)之間形成穿通注入?yún)^(qū)，用于連接次集電極區(qū)；步驟5，在集電極區(qū)上面形成鍺硅外延層和非本征基區(qū)，該鍺硅外延層不覆蓋穿通 注入?yún)^(qū)。步驟1中通過注入磷離子形成次集電極區(qū)，其中磷的劑量是1E13到1E16，注入能 量從250keV到300keV。在所述注入磷離子之后加一次退火來激活注入的離子，退火溫度為 950度到1020度，時(shí)間為10秒鐘。步驟2中所述的隔離區(qū)是STI或者L0C0S。步驟3通過銦和磷注入在所述次集電極區(qū)上面依次疊加形成磷注入集電極區(qū)和 銦注入集電極區(qū)，該磷注入集電極區(qū)位于該銦注入集電極區(qū)與該次集電極區(qū)之間。所述銦 注入中銦的劑量為1E13到1E14，注入能量為30keV到IOOkeV ；所述磷注入中磷的劑量為 1E12到1E13，注入能量為200keV。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明所展現(xiàn)的基于BiCMOS技術(shù)的 新型基極-集電極準(zhǔn)高突變結(jié)可變電容具有高可調(diào)性，高線性度和高品質(zhì)因子等優(yōu)點(diǎn)，這 是傳統(tǒng)的類似結(jié)型可變電容所不具備的。同時(shí)這種結(jié)型可變電容也與現(xiàn)有的BiCMOS技術(shù) 相兼容，在提高器件性能的同時(shí)并未增加工藝的復(fù)雜性和額外的生產(chǎn)成本。


圖1是本發(fā)明步驟1完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明步驟2完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明步驟3完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明步驟4完成后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明步驟5完成后的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1是次集電極區(qū)；2是注入的磷離子，用于形成次集電極區(qū)1 ；3是隔離區(qū)；4 是集電極區(qū)，由磷注入形成；5是集電極區(qū)，由銦注入形成；6是穿通注入?yún)^(qū)，連接次集電極 區(qū)1 ；7是鍺硅外延層；8是非本征基區(qū)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。在BiCMOS制造工藝中，以兼容的工藝條件，通過銦注入到集電極區(qū)域，本發(fā)明提 供了一種新型的結(jié)型可變電容。這種可變電容具有比傳統(tǒng)可變電容更多的優(yōu)點(diǎn)，更多地符 合高性能可變電容的要求。其相關(guān)的制造方法，沒有與現(xiàn)BiCMOS工藝不兼容之處，且該方法工藝步驟簡單，成本較低，其主要步驟在于步驟1，在硅襯底材料上注入磷離子2，在襯底較低的部分形成次集電極區(qū)1， 其導(dǎo)電類型為N型(如圖1所示)；其中磷的劑量可以是1E13到1E16，注入能量可以從 250keV(千電子伏特)到300keV ；注入之后可以加一次退火來激活注入的離子，退火采用的 溫度大約為950°C到1020°C，時(shí)間大約10秒鐘；步驟2，在襯底上部形成一系列的隔離區(qū)3，例如STI (淺溝槽隔離)或者LOCOS (選 擇性氧化)或其它隔離方式(如圖2所示)；如采用STI，STI的深度為3000埃到4000 埃，側(cè)邊傾斜角從80度到88度左右，填充的電介質(zhì)材料是二氧化硅，填充方法采用傳統(tǒng)的 HDPCVD (高密度等離子體化學(xué)氣相淀積)；如采用L0C0S，則其厚度為3500埃左右；步驟3，通過銦和磷注入在次集電極區(qū)1上面依次疊加形成集電極區(qū)4 (由磷注入 形成)和集電極區(qū)5 (由銦注入形成)(如圖3所示)；該步驟用銦注入來控制形成集電極區(qū) 5是該基極-集電極準(zhǔn)高突變結(jié)可變電容制造方法的關(guān)鍵步驟；其中，銦的劑量選擇從1E13 到1E14，注入能量從30keV到IOOkeV ；而磷的劑量選擇是從1E12到1E13，注入能量大約為 200keV ；步驟4，在至少一對(duì)隔離區(qū)3之間形成穿通注入?yún)^(qū)6，用于連接次集電極區(qū)1 (如 圖4所示)；穿通注入采用磷注入，可以分兩次進(jìn)行，一次注入的較深，一次注入的較淺，它 們的注入能量可以分別采用250keV和IOOkeV ；注入的劑量則盡可能高，以減小鏈接的電阻 值；步驟5，在集電極區(qū)5上面形成鍺硅外延層7和P型非本征基區(qū)8，鍺硅外延層7包 含非本征基區(qū)8，導(dǎo)電類型是P型，這層鍺硅外延層7不覆蓋穿通注入?yún)^(qū)6，同時(shí)集電極區(qū)5 沒有和非本征基區(qū)8直接接觸(如圖5所示)；非本征基區(qū)8摻雜的雜質(zhì)是硼，或者其它P型 雜質(zhì)，體濃度大約為5E20每立方厘米；摻雜的方式可以選擇在位摻雜(in-situ doping)， 也可以選擇注入的方式；鍺的含量可以從到10%。如圖5所示，本發(fā)明的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容是一種由異質(zhì)結(jié)三極管的基區(qū) 和集電區(qū)構(gòu)成的準(zhǔn)高突變結(jié)可變電容，它包含以下部分(a)襯底材料，包含N型的集電極區(qū)，集電極區(qū)4和集電極區(qū)5疊加在同導(dǎo)電類型 次集電極區(qū)1 ；相應(yīng)的集電區(qū)上有許多隔離區(qū)3，這些隔離區(qū)3可以是STI或者L0C0S，以及 其他。(b)N型穿通注入?yún)^(qū)6，位于至少一對(duì)隔離區(qū)3之間，并連接次集電極區(qū)1。(c)覆蓋在襯底材料之上的鍺硅外延層7，它包含非本征基區(qū)8，導(dǎo)電類型是P型 (與集電極區(qū)的摻雜類型相反)；這層鍺硅外延層7只是部分地覆蓋在不包括穿通注入?yún)^(qū)6 的區(qū)域。(d)集電極區(qū)4 (由磷注入形成)和集電極區(qū)5 (由銦注入形成)，位于非本征基區(qū) 8與次集電極區(qū)1之間，集電極區(qū)4位于集電極區(qū)5與次集電極區(qū)1之間，集電極區(qū)5沒有 和非本征基區(qū)8直接接觸。由銦注入形成的集電極區(qū)5是形成準(zhǔn)高突變結(jié)可變電容的重要 組成部分。
權(quán)利要求
一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，其特征在于，它包含以下部分(a)襯底材料，包含N型的集電極區(qū)，該集電極區(qū)疊加在同導(dǎo)電類型的次集電極區(qū)；相應(yīng)的集電極區(qū)上有多個(gè)隔離區(qū)；(b)N型穿通注入?yún)^(qū)，位于至少一對(duì)隔離區(qū)之間，并連接次集電極區(qū)；(c)覆蓋在襯底材料之上的鍺硅外延層，它包含非本征基區(qū)，導(dǎo)電類型是P型；該鍺硅外延層覆蓋在不包括穿通注入?yún)^(qū)的區(qū)域；(d)位于襯底上部的銦注入集電極區(qū)，位于非本征基區(qū)與次集電極區(qū)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，其特征在于，所述的隔離區(qū)采用 淺溝槽隔離或者選擇性氧化隔離。
3.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，其特征在于，所述的銦注入集電 極區(qū)沒有和所述非本征基區(qū)直接接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，其特征在于，所述銦注入集電極 區(qū)與次集電極區(qū)之間有磷注入集電極區(qū)。
5.一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1，在襯底較低的部分形成次集電極區(qū)；步驟2，在襯底的上部形成一系列的隔離區(qū)；步驟3，通過銦注入在襯底上部形成集電極區(qū)；步驟4，在至少一對(duì)隔離區(qū)之間形成穿通注入?yún)^(qū)，用于連接次集電極區(qū)；步驟5，在集電極區(qū)上面形成鍺硅外延層和非本征基區(qū)，該鍺硅外延層不覆蓋穿通注入?yún)^(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，步驟1 中通過注入磷離子形成次集電極區(qū)，其中磷的劑量是1E13到1E16，注入能量從250keV到 300keVo
7.如權(quán)利要求6所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，在所述 注入磷離子之后加一次退火來激活注入的離子，退火溫度為950度到1020度，時(shí)間為10秒鐘。
8.如權(quán)利要求5所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，步驟2 中所述的隔離區(qū)采用淺溝槽隔離或者選擇性氧化隔離。
9.如權(quán)利要求5所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，步驟3 通過銦和磷注入在所述次集電極區(qū)上面依次疊加形成磷注入集電極區(qū)和銦注入集電極區(qū)， 該磷注入集電極區(qū)位于該銦注入集電極區(qū)與該次集電極區(qū)之間。
10.如權(quán)利要求9所述的BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法，其特征在于，所述 銦注入中銦的劑量為1E13到1E14，注入能量為30keV到IOOkeV ；所述磷注入中磷的劑量為 1E12到1E13，注入能量為200keV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容，它包含以下部分(a)襯底材料，包含N型的集電極區(qū)，該集電極區(qū)疊加在同導(dǎo)電類型的次集電極區(qū)；相應(yīng)的集電極區(qū)上有多個(gè)隔離區(qū)；(b)N型穿通注入?yún)^(qū)，位于至少一對(duì)隔離區(qū)之間，并連接次集電極區(qū)；(c)覆蓋在襯底材料之上的鍺硅外延層，它包含非本征基區(qū)，導(dǎo)電類型是P型；該鍺硅外延層覆蓋在不包括穿通注入?yún)^(qū)的區(qū)域；(d)位于襯底上部的銦注入集電極區(qū)，位于非本征基區(qū)與次集電極區(qū)之間。此外，本發(fā)明還公開了該BiCMOS半導(dǎo)體結(jié)型可變電容的制造方法。本發(fā)明的可變電容具有高可調(diào)性、高線性度和高品質(zhì)因子，且易于集成到現(xiàn)有的BiCMOS工藝中去。
文檔編號(hào)H01L21/331GK101964365SQ20091005763
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者劉冬華, 胡君, 錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司