一种基于晶面选择的双多晶SOIBICMOS集成器件及制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210244532.0

申请日:

2012.07.16

公开号:

CN102820296A

公开日:

2012.12.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01L 27/06申请日:20120716|||公开

IPC分类号:

H01L27/06; H01L21/8249

主分类号:

H01L27/06

申请人:

西安电子科技大学

发明人:

胡辉勇; 张鹤鸣; 周春宇; 宣荣喜; 宋建军; 吕懿; 舒斌; 郝跃

地址:

710065 陕西省西安市雁塔区太白南路2号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明公开了一种基于晶面选择的双多晶SOI?BiCMOS集成器件及制备方法,制备SOI衬底;生长N-Si作为双极器件集电区,光刻基区,在基区区域生长P-SiGe、i-Si、i-Poly-Si,形成发射极、基极和集电极,形成SiGe?HBT器件;NMOS器件区刻蚀深槽,选择性生长应变Si外延层,制备NMOS器件;PMOS器件有源区,选择生长应变SiGe外延层,制备PMOS器件;制成?SOI?BiCMOS集成器件及电路。本发明充分利用Si材料电子迁移率高于体Si材料和压应变SiGe材料空穴迁移率高于体Si材料以及迁移率各向异性的特点,基于SOI衬底,制备出性能增强的SOI?BiCMOS集成电路。

权利要求书

1.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于,NMOS器件为应变Si平面沟道器件,PMOS器件为应变SiGe平面沟道器件,双极器件为双多晶SOI SiGe HBT。2.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于,NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料,NMOS器件的导电沟道为平面沟道。3.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于,PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料,PMOS器件的导电沟道为平面沟道。4.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于,NMOS器件和PMOS器件的晶面不同,其中NMOS器件的晶面为(100),PMOS器件的晶面为(110)。5.根据权利要求1所述的基于自对准工艺的三多晶SOI SiGe HBT集成器件,其特征在于,SiGe HBT器件采用SOI衬底。6.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,其特征在于,SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。7.根据权利要求1所述的应变Si垂直沟道SOI BiCMOS集成器件,SiGeHBT器件的基区为应变SiGe材料。8.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件的制备方法,包括如下步骤:第一步、选取两片Si片,一块是N型掺杂浓度为1~5×1015cm-3的Si(110)衬底片,作为上层基体材料,另一块是P型掺杂浓度为1~5×1015cm-3的Si(100)衬底片,作为下层基体材料;对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.5~1μm,采用化学机械抛光(CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光;第二步、对上层基体材料中注入氢,并将两片Si片氧化层相对置于超高真空环境中在350~480℃的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100~200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100~200nm的Si材料,并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底;第三步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~750℃,在衬底上生长Si外延层,厚度为250~300nm,N型掺杂,掺杂浓度为1×1016~1×1017cm-3,作为集电区;第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域,在衬底表面生长三层材料:第一层是SiGe层,Ge组分为15~25%,厚度为20~60nm,P型掺杂,掺杂浓度为5×1018~5×1019cm-3,作为基区;第二层是未掺杂的本征Si层,厚度为10~20nm;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层,厚度为200~300nm,作为基极和发射区;第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μm的深槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在深槽内填充SiO2;第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻集电区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180~300nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在浅槽内填充SiO2;第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻基区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215~325nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在浅槽内填充SiO2;第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为300~500nm的SiO2层;光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使基极接触区掺杂浓度为1×1019~1×1020cm-3,形成基极接触区域;第九步、光刻发射区域,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为1×1017~5×1017cm-3,形成发射区;第十步、光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019~1×1020cm-3,形成集电极接触区域;并对衬底在950~1100℃温度下,退火15~120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT器件;第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7~2.9μm的深槽,将中间的氧化层刻透;利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在(100)晶面衬底的NMOS器件有源区上选择性外延生长四层材料:第一层是厚度为200~400nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1~5×1015cm-3;第二层是厚度为1.3~2.1nm的P型SiGe渐变层,该层底部Ge组分是0%,顶部Ge组分是15~25%,掺杂浓度为1~5×1015cm-3;第三层是Ge组分为15~25%,厚度为200~400nm的P型SiGe层,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3;第四层是厚度为8~20nm的P型应变Si层,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3,作为NMOS器件的沟道;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2;第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在PMOS器件有源区上选择性外延生长两层材料:第一层是厚度为8~20nm的N型SiGe应变层,Ge组分是15~25%,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3,作为PMOS器件的沟道;第二层是厚度为3~5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2;第十三步、在300~400℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为6~10nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质,再利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在栅介质层上淀积一层厚度为100~500nm的本征Poly-SiGe作为栅电极,Ge组分为10~30%;光刻NMOS和PMOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极;第十四步、光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为1~5×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域;光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1~5×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域;第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在整个衬底上淀积一厚度为3~5nm的SiO2层,用干法刻蚀掉这层SiO2,形成NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙;第十六步、光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源区、漏区和栅极;光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源区、漏区和栅极;第十七步、在整个衬底上用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,淀积300~500nm厚的SiO2层;光刻出引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成MOS器件和双极器件电极金属接触;溅射金属,光刻引线,构成导电沟道为22~45nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件。9.根据权利要求8所述的方法,其中,MOS器件的沟道长度取22~45nm。10.根据权利要求8所述的制备方法,其中,基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定,取20~60nm。11.根据权利要求8所述的方法,该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第十七步中的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定,最高温度小于等于800℃。12.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成电路的制备方法,包括如下步骤:步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为:(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢;(1b)选取P型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为下层的基体材料;(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理;(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合;(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构;步骤2,外延材料制备的实现方法为:(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在上层Si材料上生长一层厚度为250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为1×1016cm-3;(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层;(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层;(2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域;(2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层,作为基区,该层Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3;(2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度10nm的未掺杂的本征Si层;(2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层;步骤3,器件深槽隔离制备的实现方法为:(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层;(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层;(3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5um的浅槽;(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离;步骤4,集电极浅槽隔离制备的实现方法为:(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层;(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层;(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层;(4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180nm的浅槽;(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成集电极浅槽隔离;步骤5,基极浅槽隔离制备的实现方法为:(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层;(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层;(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层;(5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽;(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成基极浅槽隔离;步骤6,SiGe HBT形成的实现方法为:(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层;(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层;(6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成基极;(6d)光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为1×1017cm-3,形成发射区;(6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极;(6f)对衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT;步骤7,NMOS器件有源区制备的实现方法为:(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2;(7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7μm的深槽,将氧化层刻透;(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度为200nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1×1015cm-3;(7d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,P型缓冲层上生长一层厚度为1.3μm的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为15%,掺杂浓度为1×1015cm-3;(7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长一层厚度为200nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3;(7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiGe层上生长一层厚度为20nm的应变Si层,掺杂浓度为5×1016cm-3,作为NMOS器件的沟道;(7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2;步骤8,PMOS器件有源区制备的实现方法为:(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2;(8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Si缓冲层上生长一层厚度为20nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3;(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在应变SiGe层上生长一层厚度为5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区;(8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2;步骤9,MOS器件栅极与轻掺杂源漏(LDD)制备的实现方法为:(9a)在300℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为6nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质;(9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在栅介质层上淀积一层本征的Poly-SiGe,厚度为100nm,Ge组分为10%;(9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极;(9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域;(9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域;步骤10,MOS器件形成的实现方法为:(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积一厚度为3nm的SiO2层;(10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO2,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙;(10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源、漏区和栅极;(10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源、漏区和栅极;步骤11,构成BiCMOS集成电路的实现方法为:(11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积300nm厚的SiO2层;(11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触;(11c)溅射金属,光刻引线,形成MOS器件的漏电极、源电极、栅电极,以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为22nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。

说明书

一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域,尤其涉及一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备方法。 

背景技术

在信息技术高度发展的当代,以集成电路为代表的微电子技术是信息技术的关键。集成电路作为人类历史上发展最快、影响最大、应用最广泛的技术,其已成为衡量一个国家科学技术水平、综合国力和国防力量的重要标志。 

对微电子产业发展产生巨大影响的“摩尔定律”指出:集成电路芯片上的晶体管数目,约每18个月增加1倍,性能也提升1倍。40多年来,世界微电子产业始终按照这条定律不断地向前发展,电路规模已由最初的小规模发展到现在的超大规模。Si材料以其优异的性能,在微电子产业中一直占据着重要的地位,而以Si材料为基础的CMOS集成电路以低功耗、低噪声、高输入阻抗、高集成度、可靠性好等优点在集成电路领域中占据着主导地位。 

随着器件特征尺寸的逐步减小,尤其是进入纳米尺度以后,微电子技术的发展越来越逼近材料、技术、器件的极限,面临着巨大的挑战。当器件特征尺寸缩小到65纳米以后,MOS器件中的短沟效应、强场效应、量子效应、寄生参量的影响、工艺参数涨落等问题对器件泄漏电流、亚阈特性、开态、关态电流等性能的影响越来越突出;而且随着无线移动通信的飞速发展,对器件和集成电路的性能,如频率特性、噪声特性、封装面积、功耗和成本等提出了更高的要求,传统硅基工艺制备的器件和集成电路越来越无法满足新型、高速电子系统的需求。 

CMOS集成电路的一个重要性能指标,是NMOS和PMOS器件的驱动能力,而电子和空穴的迁移率分别是决定其驱动能力的关键因素之一。为了提高NMOS器件和PMOS器件的性能进而提高CMOS集成电路的性能,两种载流子的迁移率都应当尽可能地高。 

早在上世纪五十年代,就已经研究发现在硅材料上施加应力,会改变电子和空穴的迁移率,从而改变半导体材料上所制备的NMOS和PMOS器件的性能。但电子和空穴并不总是对同种应力做出相同的反应。同时,在相同的晶面上制备NMOS器件和PMOS器件,它们的迁移率并不能同时达到最优。 

SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜,SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点;实现了集成电路中元器件的介质隔离,彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应;采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势,因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。此外,SOI材料还被用来制造MEMS光开关,如利用体硅机械加工技术。 

由于Si材料载流子材料迁移率较低,所以采用Si BiCMOS技术制造的集成电路性能,尤其是频率性能,受到了极大的限制;而对于SiGe BiCMOS技术,虽然双极晶体管采用了SiGe HBT,但是对于制约BiCMOS集成电路频率特性提升的单极器件仍采用Si CMOS,所以这些都限制BiCMOS集成电路性能地进一步提升。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备方法,以实现利用张应变Si材料电子迁移率高于体Si材料和压应变SiGe 材料空穴迁移率高于体Si材料以及迁移率各向异性的特点,基于SOI衬底,制备出性能增强的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路制备方法。 

本发明的目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,NMOS器件为应变Si平面沟道器件,PMOS器件为应变SiGe平面沟道器件,双极器件为双多晶SOI SiGe HBT。 

进一步、NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料,NMOS器件的导电沟道为平面沟道。 

进一步、PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料,PMOS器件的导电沟道为平面沟道。 

进一步、NMOS器件和PMOS器件的晶面不同,其中NMOS器件的晶面为(100),PMOS器件的晶面为(110)。 

进一步、SiGe HBT器件采用SOI衬底。 

进一步、SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。 

进一步、SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。 

本发明的另一目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件的制备方法,包括如下步骤: 

第一步、选取两片Si片,一块是N型掺杂浓度为1~5×1015cm-3的Si(110)衬底片,作为上层基体材料,另一块是P型掺杂浓度为1~5×1015cm-3的Si(100)衬底片,作为下层基体材料,对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.5~1μm,采用化学机械抛光(CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光; 

第二步、对上层基体材料中注入氢,并将两片Si片氧化层相对置于超高真 空环境中在350~480℃的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100~200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100~200nm的Si材料,并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底; 

第三步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~750℃,在衬底上生长Si外延层,厚度为250~300nm,N型掺杂,掺杂浓度为1×1016~1×1017cm-3,作为集电区; 

第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域,在衬底表面生长三层材料:第一层是SiGe层,Ge组分为15~25%,厚度为20~60nm,P型掺杂,掺杂浓度为5×1018~5×1019cm-3,作为基区;第二层是未掺杂的本征Si层,厚度为10~20nm;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层,厚度为200~300nm,作为基极和发射区; 

第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μm的深槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在深槽内填充SiO2; 

第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻集电区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180~300nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在浅槽内填充SiO2; 

第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD) 的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200~300nm的SiO2层和一层厚度为100~200nm的SiN层;光刻基区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215~325nm的浅槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在浅槽内填充SiO2; 

第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层厚度为300~500nm的SiO2层;光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使基极接触区掺杂浓度为1×1019~1×1020cm-3,形成基极接触区域; 

第九步、光刻发射区域,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为1×1017~5×1017cm-3,形成发射区; 

第十步、光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019~1×1020cm-3,形成集电极接触区域;并对衬底在950~1100℃温度下,退火15~120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT器件; 

第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7~2.9μm的深槽,将中间的氧化层刻透;利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在(100)晶面衬底的NMOS器件有源区上选择性外延生长四层材料:第一层是厚度为200~400nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1~5×1015cm-3;第二层是厚度为1.3~2.1nm的P型SiGe渐变层,该层底部Ge组分是0%,顶部Ge组分是15~25%,掺杂浓度为1~5×1015cm-3;第三层是Ge组分为15~25%,厚度为200~400nm的P型SiGe层,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3;第四层是厚度为8~20nm的P型应变Si层,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3,作为NMOS器件的沟道;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2; 

第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在衬底表面淀积一层SiO2,光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在PMOS器件有源区上选择性外延生长两层材料:第一层是厚度为8~20nm的N型SiGe应变层,Ge组分是15~25%,掺杂浓度为0.5~5×1017cm-3,作为PMOS器件的沟道;第二层是厚度为3~5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2; 

第十三步、在300~400℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为6~10nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质,再利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~750℃,在栅介质层上淀积一层厚度为100~500nm的本征Poly-SiGe作为栅电极,Ge组分为10~30%;光刻NMOS和PMOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 

第十四步、光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为1~5×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域;光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1~5×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域; 

第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,在整个衬底上淀积一厚度为3~5nm的SiO2层,用干法刻蚀掉这层SiO2,形成NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 

第十六步、光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源区、漏区和栅极;光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源区、漏区和栅极; 

第十七步、在整个衬底上用化学汽相淀积(CVD)方法,在600~800℃,淀积300~500nm厚的SiO2层;光刻出引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属 钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成MOS器件和双极器件电极金属接触;溅射金属,光刻引线,构成导电沟道为22~45nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件。 

进一步、其中,MOS器件的沟道长度取22~45nm。 

进一步、其中,基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定,取20~60nm。 

进一步、该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第十七步中的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定,最高温度小于等于800℃。 

本发明的另一目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成电路的制备方法,包括如下步骤: 

步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为: 

(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; 

(1b)选取P型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为下层的基体材料; 

(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理; 

(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合; 

(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断 裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构; 

步骤2,外延材料制备的实现方法为: 

(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在上层Si材料上生长一层厚度为250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为1×1016cm-3; 

(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; 

(2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层,作为基区,该层Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3; 

(2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度10nm的未掺杂的本征Si层; 

(2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层; 

步骤3,器件深槽隔离制备的实现方法为: 

(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一 层厚度为100nm的SiN层; 

(3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5um的浅槽; 

(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离; 

步骤4,集电极浅槽隔离制备的实现方法为: 

(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180nm的浅槽; 

(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成集电极浅槽隔离; 

步骤5,基极浅槽隔离制备的实现方法为: 

(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽; 

(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成基极浅槽隔离; 

步骤6,SiGe HBT形成的实现方法为: 

(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层; 

(6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成基极; 

(6d)光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为1×1017cm-3,形成发射区; 

(6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极; 

(6f)对衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT; 

步骤7,NMOS器件有源区制备的实现方法为: 

(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7μm的深槽,将氧化层刻透; 

(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度为200nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1×1015cm-3; 

(7d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,P型缓冲层上生长一层厚度为1.3μm的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为15%,掺杂浓度为1×1015cm-3; 

(7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长一层厚度为200nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3; 

(7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiGe层上生长一层厚度为20nm的应变Si层,掺杂浓度为5×1016cm-3,作为NMOS器件的沟道; 

(7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2; 

步骤8,PMOS器件有源区制备的实现方法为: 

(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Si缓冲层上生长一层厚度为20nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3; 

(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在应变SiGe层上生长一层厚度为5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区; 

(8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2; 

步骤9,MOS器件栅极与轻掺杂源漏(LDD)制备的实现方法为: 

(9a)在300℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为6nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质; 

(9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在栅介质层上淀积一层本征的Poly-SiGe,厚度为100nm,Ge组分为10%; 

(9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 

(9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域; 

(9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域; 

步骤10,MOS器件形成的实现方法为: 

(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积一厚度为3nm的SiO2层; 

(10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO2,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 

(10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源、漏区和栅极; 

(10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源、漏区和栅极; 

步骤11,构成BiCMOS集成电路的实现方法为: 

(11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积300nm厚的SiO2层; 

(11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触; 

(11c)溅射金属,光刻引线,形成MOS器件的漏电极、源电极、栅电极,以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为22nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。 

本发明具有如下优点:

1.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路中,采用了混合晶面衬底技术,即在同一个衬底片上分布有(100)和(110)这两种晶面,在(100)晶面上电子迁移率最高,而对于空穴,(110)晶面上最高,为(100)晶面上的2.5倍,本发明结合了载流子迁移率同时达到最高的两种晶面,能在不降低一种类型器件的载流子的迁移率的情况下,提高另一种类型器件的载流子的迁移率; 

2.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,采用选择性外延技术,分别在NMOS器件和PMOS器件有源区选择性生长张应变Si和压应变SiGe材料,使NMOS器件和PMOS器件频率性能和电流驱动能力等电学性能能够获得同时提升,从而CMOS器件与集成电路性能获得了增强; 

3.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件结构中MOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质,提高了MOS器件的栅控能力,增强了MOS器件的电学性能; 

4.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件结构中PMOS器件为量子阱器件,即应变SiGe沟道层处于Si帽层和体Si层之间,与表面沟道器件相比,该器件能有效地降低沟道界面散射,提高了器件电学特性;同时,量子阱可以使热电子注入栅介质中的问题得到改善,增加了器件和电路的可靠性; 

5.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件工艺中,采用Poly-SiGe材料作为栅电极,其功函数随Ge组分的变化而变化,通过调节Poly-SiGe中Ge组分,实现CMOS阈值电压可连续调整,减少了工艺步骤,降低了工艺难度; 

6.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件过程中涉及的最高温度为800℃,低于引起应变Si和应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温度,因此该制备方法能有效地保持应变Si和应变SiGe沟道应力,提高集成电路的性能。 

附图说明

图1是本发明提供的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路制备方法的实现流程图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供了一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,NMOS器件为应变Si平面沟道器件,PMOS器件为应变SiGe平面沟道器件,双极器件为双多晶SOI SiGe HBT。 

作为本发明实施例的一优化方案,NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料,NMOS器件的导电沟道为平面沟道。 

作为本发明实施例的一优化方案,PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料,PMOS器件的导电沟道为平面沟道。 

作为本发明实施例的一优化方案,NMOS器件和PMOS器件的晶面不同,其中NMOS器件的晶面为(100),PMOS器件的晶面为(110)。 

作为本发明实施例的一优化方案,SiGe HBT器件采用SOI衬底。 

作为本发明实施例的一优化方案,SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。 

作为本发明实施例的一优化方案,SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。 

以下参照附图1,对本发明基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路制备的工艺流程作进一步详细描述。 

实施例1:制备22nm基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下: 

步骤1,SOI衬底材料制备。 

(1a)选取N型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; 

(1b)选取P型掺杂浓度为1×1015cm-3的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.5μm,作为下层的基体材料; 

(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理; 

(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴,置于超高真空环境中在350℃温度下实现键合; 

(1e)将键合后的基片温度升高200℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂, 对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。 

步骤2,外延材料制备。 

(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在上层Si材料上生长一层厚度为250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为1×1016cm-3; 

(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; 

(2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe层,作为基区,该层Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1018cm-3; 

(2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度10nm的未掺杂的本征Si层; 

(2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底上生长一层厚度200nm的未掺杂的本征Poly-Si层。 

步骤3,器件深槽隔离制备。 

(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5um的浅槽; 

(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离。 

步骤4,集电极浅槽隔离制备。 

(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的SiN层; 

(4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180nm的浅槽; 

(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成集电极浅槽隔离。 

步骤5,基极浅槽隔离制备。 

(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiO2层; 

(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一 层厚度为100nm的SiN层; 

(5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽; 

(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在浅槽内填充SiO2,形成基极浅槽隔离。 

步骤6,SiGe HBT形成。 

(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层; 

(6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成基极; 

(6d)光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为1×1017cm-3,形成发射区; 

(6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1019cm-3,形成集电极; 

(6f)对衬底在950℃温度下,退火120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT。 

步骤7,NMOS器件有源区制备。 

(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源 区,刻蚀出深度为1.7μm的深槽,将氧化层刻透; 

(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度为200nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1×1015cm-3; 

(7d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,P型缓冲层上生长一层厚度为1.3μm的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为15%,掺杂浓度为1×1015cm-3; 

(7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长一层厚度为200nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3; 

(7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在SiGe层上生长一层厚度为20nm的应变Si层,掺杂浓度为5×1016cm-3,作为NMOS器件的沟道; 

(7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤8,PMOS器件有源区制备。 

(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在Si缓冲层上生长一层厚度为20nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为5×1016cm-3; 

(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600℃,在应变SiGe层上生长一层厚度为5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区; 

(8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤9,MOS器件栅极与轻掺杂源漏(LDD)制备。 

(9a)在300℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为6nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质; 

(9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在栅介质层上淀积一层本征的Poly-SiGe,厚度为100nm,Ge组分为10%; 

(9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 

(9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域; 

(9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域。 

步骤10,MOS器件形成。 

(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积一厚度为3nm的SiO2层; 

(10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO2,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 

(10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源、漏区和栅极; 

(10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源、漏区和栅极。 

步骤11,构成BiCMOS集成电路。 

(11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在600℃,在整个衬底上淀积300nm 厚的SiO2层; 

(11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触; 

(11c)溅射金属,光刻引线,形成MOS器件的漏电极、源电极、栅电极,以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为22nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。 

实施例2:制备30nm基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下: 

步骤1,SOI衬底材料制备。 

(1a)选取N型掺杂浓度为3×1015cm-3的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.75μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; 

(1b)选取P型掺杂浓度为3×1015cm-3的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化层厚度为0.75μm,作为下层的基体材料; 

(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层有源层基体材料表面进行抛光处理; 

(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴,置于超高真空环境中在400℃温度下实现键合; 

(1e)将键合后的基片温度升高150℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留150nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。 

步骤2,外延材料制备。 

(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在上层Si材料上生长一层厚度为250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为5×1016cm-3; 

(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为240nm的SiO2层; 

(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为150nm的SiN层; 

(2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; 

(2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底上生长一层厚度为40nm的SiGe层,作为基区,该层Ge组分为20%,掺杂浓度为1×1019cm-3; 

(2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底上生长一层厚度15nm的未掺杂的本征Si层; 

(2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底上生长一层厚度240nm的未掺杂的本征Poly-Si层。 

步骤3,器件深槽隔离制备。 

(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为240nm的SiO2层; 

(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为150nm的SiN层; 

(3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μm的浅槽; 

(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离。 

步骤4,集电极浅槽隔离制备。 

(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为240nm的SiO2层; 

(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为150nm的SiN层; 

(4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为240nm的浅槽; 

(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在浅槽内填充SiO2,形成集电极浅槽隔离。 

步骤5,基极浅槽隔离制备。 

(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为240nm的SiO2层; 

(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为150nm的SiN层; 

(5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为260nm的浅槽; 

(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在浅槽内填充SiO2, 形成基极浅槽隔离。 

步骤6,SiGe HBT形成。 

(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在衬底表面淀积一层厚度为400nm的SiO2层; 

(6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为5×1019cm-3,形成基极; 

(6d)光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为3×1017cm-3,形成发射区; 

(6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为5×1019cm-3,形成集电极; 

(6f)对衬底在1000℃温度下,退火60s,进行杂质激活,形成SiGe HBT。 

步骤7,NMOS器件有源区制备。 

(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为2.3μm的深槽,将氧化层刻透; 

(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度为300nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为3×1015cm-3; 

(7d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,P型缓冲层上生长 一层厚度为1.7μm的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为20%,掺杂浓度为3×1015cm-3; 

(7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长一层厚度为300nm的P型SiGe层,Ge组分为20%,掺杂浓度为1×1017cm-3; 

(7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在SiGe层上生长一层厚度为15nm的应变Si层,掺杂浓度为1×1017cm-3,作为NMOS器件的沟道; 

(7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤8,PMOS器件有源区制备。 

(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在Si缓冲层上生长一层厚度为15nm的P型SiGe层,Ge组分为20%,掺杂浓度为1×1017cm-3; 

(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在700℃,在应变SiGe层上生长一层厚度为4nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区; 

(8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤9,MOS器件栅极与轻掺杂源漏(LDD)制备。 

(9a)在350℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为8nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质; 

(9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在栅介质层上淀积一 层本征的Poly-SiGe,厚度为300nm,Ge组分为20%; 

(9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 

(9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为3×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域; 

(9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为3×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域。 

步骤10,MOS器件形成。 

(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在整个衬底上淀积一厚度为4nm的SiO2层; 

(10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO2,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 

(10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源、漏区和栅极; 

(10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源、漏区和栅极。 

步骤11,构成BiCMOS集成电路。 

(11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在700℃,在整个衬底上淀积400nm厚的SiO2层; 

(11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触; 

(11c)溅射金属,光刻引线,分别形成MOS器件的漏电极、源电极、栅 电极,以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为30nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。 

实施例3:制备45nm基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,具体步骤如下: 

步骤1,SOI衬底材料制备。 

(1a)选取N型掺杂浓度为5×1015cm-3的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; 

(1b)选取P型掺杂浓度为5×1015cm-3的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化层厚度为1μm,作为下层的基体材料; 

(1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层层和注入氢后的上层基体材料表面进行抛光处理; 

(1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO2相对紧贴,置于超高真空环境中在480℃温度下实现键合; 

(1e)将键合后的基片温度升高100℃,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留200nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI结构。 

步骤2,外延材料制备。 

(2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在上层Si材料上生长一层厚度为300nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为1×1017cm-3; 

(2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一 层厚度为300nm的SiO2层; 

(2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiN层; 

(2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; 

(2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在衬底上生长一层厚度为60nm的SiGe层,作为基区,该层Ge组分为25%,掺杂浓度为5×1019cm-3; 

(2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在衬底上生长一层厚度20nm的未掺杂的本征Si层; 

(2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在衬底上生长一层厚度300nm的未掺杂的本征Poly-Si层。 

步骤3,器件深槽隔离制备。 

(3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层; 

(3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiN层; 

(3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5μm的浅槽; 

(3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在深槽内填充SiO2,形成器件深槽隔离。 

步骤4,集电极浅槽隔离制备。 

(4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层; 

(4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiN层; 

(4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为300nm的浅槽; 

(4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在浅槽内填充SiO2,形成集电极浅槽隔离。 

步骤5,基极浅槽隔离制备。 

(5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的SiO2层; 

(5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的SiN层; 

(5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为325nm的浅槽; 

(5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在浅槽内填充SiO2,形成基极浅槽隔离。 

步骤6,SiGe HBT形成。 

(6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO2和SiN层; 

(6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在800℃,在衬底表面淀积一层厚度为500nm的SiO2层; 

(6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为1×1020cm-3,形成基极; 

(6d);光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为5×1017cm-3,形成发射区; 

(6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为1×1020cm-3,形成集电极; 

(6f)对衬底在1100℃温度下,退火15s,进行杂质激活,形成SiGe HBT。 

步骤7,NMOS器件有源区制备。 

(7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为2.9μm的深槽,将氧化层刻透; 

(7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度为400nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为5×1015cm-3; 

(7d)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,P型缓冲层上生长一层厚度为2.1μm的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为25%,掺杂浓度为5×1015cm-3; 

(7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长一层厚度为400nm的P型SiGe层,Ge组分为25%,掺杂浓 度为5×1017cm-3; 

(7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在SiGe层上生长一层厚度为8nm的应变Si层,掺杂浓度为5×1017cm-3,作为NMOS器件的沟道; 

(7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤8,PMOS器件有源区制备。 

(8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在衬底表面淀积一层SiO2; 

(8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在Si缓冲层上生长一层厚度为8nm的P型SiGe层,Ge组分为25%,掺杂浓度为5×1017cm-3; 

(8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在750℃,在应变SiGe层上生长一层厚度为3nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区; 

(8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO2。 

步骤9,MOS器件栅极与LDD制备。 

(9a)在400℃,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积HfO2层,厚度为10nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质; 

(9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在750℃,在栅介质层上淀积一层本征的Poly-SiGe,厚度为500nm,Ge组分为30%; 

(9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 

(9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为5×1018cm-3的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域; 

(9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为5×1018cm-3的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域。 

步骤10,MOS器件形成。 

(10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在整个衬底上淀积一厚度为5nm的SiO2层; 

(10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO2,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 

(10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS器件的源、漏区和栅极; 

(10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS器件的源、漏区和栅极。 

步骤11,构成BiCMOS集成电路。 

(11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在800℃,在整个衬底上淀积500nm厚的SiO2层; 

(11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触; 

(11c)溅射金属,光刻引线,形成MOS器件的漏电极、源电极、栅电极,以及双极晶体管发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为45nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。 

本发明实施例提供的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备方法具有如下优点: 

1.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路中,采用了混合晶面衬底技术,即在同一个衬底片上分布有(100)和(110)这两种晶面,在(100)晶面上电子迁移率最高,而对于空穴,(110)晶面上最高,为(100)晶面上的2.5倍,本发明结合了载流子迁移率同时达到最高的两种晶面,能在不降低一种类型器件的载流子的迁移率的情况下,提高另一种类型器件的载流子的迁移率; 

2.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,采用选择性外延技术,分别在NMOS器件和PMOS器件有源区选择性生长张应变Si和压应变SiGe材料,使NMOS器件和PMOS器件频率性能和电流驱动能力等电学性能能够获得同时提升,从而CMOS器件与集成电路性能获得了增强; 

3.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件结构中MOS器件采用了高K值的HfO2作为栅介质,提高了MOS器件的栅控能力,增强了MOS器件的电学性能; 

4.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件结构中PMOS器件为量子阱器件,即应变SiGe沟道层处于Si帽层和体Si层之间,与表面沟道器件相比,该器件能有效地降低沟道界面散射,提高了器件电学特性;同时,量子阱可以使热电子注入栅介质中的问题得到改善,增加了器件和电路的可靠性; 

5.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件工艺中,采用Poly-SiGe材料作为栅电极,其功函数随Ge组分的变化而变化,通过调节Poly-SiGe中Ge组分,实现CMOS阈值电压可连续调整,减少了工艺步骤,降低了工艺难度; 

6.本发明制备的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件过程中涉及的最高温度为800℃,低于引起应变Si和应变SiGe沟道应力弛豫的工艺温 度,因此该制备方法能有效地保持应变Si和应变SiGe沟道应力,提高集成电路的性能。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。 

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1、(10)申请公布号 CN 102820296 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 2 0 2 9 6 A *CN102820296A* (21)申请号 201210244532.0 (22)申请日 2012.07.16 H01L 27/06(2006.01) H01L 21/8249(2006.01) (71)申请人西安电子科技大学 地址 710065 陕西省西安市雁塔区太白南路 2号 (72)发明人胡辉勇 张鹤鸣 周春宇 宣荣喜 宋建军 吕懿 舒斌 郝跃 (54) 发明名称 一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成 器件及制备方法 (57) 摘要 本。

2、发明公开了一种基于晶面选择的双多晶 SOI BiCMOS集成器件及制备方法,制备SOI衬底; 生长N-Si作为双极器件集电区,光刻基区,在基 区区域生长P-SiGe、i-Si、i-Poly-Si,形成发射 极、基极和集电极,形成SiGe HBT器件;NMOS器 件区刻蚀深槽,选择性生长应变Si外延层,制备 NMOS器件;PMOS器件有源区,选择生长应变SiGe 外延层,制备PMOS器件;制成 SOI BiCMOS集成器 件及电路。本发明充分利用Si材料电子迁移率高 于体Si材料和压应变SiGe材料空穴迁移率高于 体Si材料以及迁移率各向异性的特点,基于SOI 衬底,制备出性能增强的SOI Bi。

3、CMOS集成电路。 (51)Int.Cl. 权利要求书6页 说明书17页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 6 页 说明书 17 页 附图 1 页 1/6页 2 1.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于,NMOS器件为应变Si 平面沟道器件,PMOS器件为应变SiGe平面沟道器件,双极器件为双多晶SOI SiGe HBT。 2.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于, NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料,NMOS器件的导电沟道为平面沟道。 3.根据权利要求1所述的基于晶面选。

4、择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在于, PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料,PMOS器件的导电沟道为平面沟道。 4.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件,其特征在 于,NMOS器件和PMOS器件的晶面不同,其中NMOS器件的晶面为(100),PMOS器件的晶面为 (110)。 5.根据权利要求1所述的基于自对准工艺的三多晶SOI SiGe HBT集成器件,其特征在 于,SiGe HBT器件采用SOI衬底。 6.根据权利要求1所述的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路,其特征 在于,SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶。

5、硅接触。 7.根据权利要求1所述的应变Si垂直沟道SOI BiCMOS集成器件,SiGeHBT器件的基 区为应变SiGe材料。 8.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件的制备方法,包括如下步骤: 第一步、选取两片Si片,一块是N型掺杂浓度为1510 15 cm -3 的Si(110)衬底片, 作为上层基体材料,另一块是P型掺杂浓度为1510 15 cm -3 的Si(100)衬底片,作为下 层基体材料;对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.51m,采用化学机械抛光(CMP) 工艺对两个氧化层表面进行抛光; 第二步、对上层基体材料中注入氢,并将两片Si片氧化层相对置于超高真空。

6、环境中在 350480的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100200,使上层基体材料 在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100200nm的Si材料,并在 其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底; 第三步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600750,在衬底上生长Si外延层,厚 度为250300nm,N型掺杂,掺杂浓度为110 16 110 17 cm -3 ,作为集电区; 第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600800,在衬底表面淀积一层厚度为 200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm的SiN层;光刻基区,利用干法刻。

7、蚀,刻蚀出 深度为200nm的基区区域,在衬底表面生长三层材料:第一层是SiGe层,Ge组分为1525%, 厚度为2060nm,P型掺杂,掺杂浓度为510 18 510 19 cm -3 ,作为基区;第二层是未掺杂的 本征Si层,厚度为1020nm;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层,厚度为200300nm,作为 基极和发射区; 第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600800,在衬底表面淀积一层厚度为 200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm的SiN层;光刻器件间深槽隔离区域,在深槽 隔离区域干法刻蚀出深度为5m的深槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在6008。

8、00, 在深槽内填充SiO 2 ; 第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在 600800,在衬底表面淀积一层厚度为200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm的 SiN层;光刻集电区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180300nm的浅槽, 权 利 要 求 书CN 102820296 A 2/6页 3 利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在浅槽内填充SiO 2 ; 第七步、用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在 600800,在衬底表面淀积一层厚度为200300nm。

9、的SiO 2 层和一层厚度为100200nm的 SiN层;光刻基区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215325nm的浅槽,利 用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在浅槽内填充SiO 2 ; 第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600 800,在衬底表面淀积一层厚度为300500nm的SiO 2 层;光刻基极区域,对该区域进行P型 杂质注入,使基极接触区掺杂浓度为110 19 110 20 cm -3 ,形成基极接触区域; 第九步、光刻发射区域,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为110 17 510 17 cm -3 ,。

10、形成发射区; 第十步、光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本 征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为 110 19 110 20 cm -3 ,形成集电极接触区域;并对衬底在9501100温度下,退火15 120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT器件; 第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在衬底表面淀积一层SiO 2 , 光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7 2.9m的深槽,将中间的氧化层刻透;利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600750,在 (。

11、100)晶面衬底的NMOS器件有源区上选择性外延生长四层材料:第一层是厚度为200 400nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1510 15 cm -3 ;第二层是厚度为1.32.1nm的P型 SiGe渐变层,该层底部Ge组分是0,顶部Ge组分是1525%,掺杂浓度为1510 15 cm -3 ; 第三层是Ge组分为1525%,厚度为200400nm的P型SiGe层,掺杂浓度为0.5 510 17 cm -3 ;第四层是厚度为820nm的P型应变Si层,掺杂浓度为0.5510 17 cm -3 ,作 为NMOS器件的沟道;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 第十二步、利用化学汽相淀积(CV。

12、D)方法,在600800,在衬底表面淀积一层SiO 2 , 光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600750,在PMOS器件有源区上 选择性外延生长两层材料:第一层是厚度为820nm的N型SiGe应变层,Ge组分是15 25%,掺杂浓度为0.5510 17 cm -3 ,作为PMOS器件的沟道;第二层是厚度为35nm的本 征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 第十三步、在300400,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀积 HfO 2 层,厚度为610nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质,再利用化学汽相淀。

13、积(CVD) 方法,在600750,在栅介质层上淀积一层厚度为100500nm的本征Poly-SiGe作为 栅电极,Ge组分为1030%;光刻NMOS和PMOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 第十四步、光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓 度为1510 18 cm -3 的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域;光刻PMOS器件有源区,对PMOS 器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1510 18 cm -3 的P型轻掺杂源漏结构 (P-LDD)区域; 第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在整个衬底上淀积一厚度为 35nm的SiO 。

14、2 层,用干法刻蚀掉这层SiO 2 ,形成NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 第十六步、光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成 权 利 要 求 书CN 102820296 A 3/6页 4 NMOS器件的源区、漏区和栅极;光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注 入,自对准生成PMOS器件的源区、漏区和栅极; 第十七步、在整个衬底上用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,淀积300 500nm厚的SiO 2 层;光刻出引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形 成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成MOS器件和双极器。

15、件电极金属接触;溅射金属, 光刻引线,构成导电沟道为2245nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件。 9.根据权利要求8所述的方法,其中,MOS器件的沟道长度取2245nm。 10.根据权利要求8所述的制备方法,其中,基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来 决定,取2060nm。 11.根据权利要求8所述的方法,该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第 十七步中的化学汽相淀积(CVD)工艺温度决定,最高温度小于等于800。 12.一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成电路的制备方法,包括如下步骤: 步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为: (1a)选取N型掺杂浓度。

16、为110 15 cm -3 的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化,氧化 层厚度为0.5m,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; (1b)选取P型掺杂浓度为110 15 cm -3 的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化,氧化 层厚度为0.5m,作为下层的基体材料; (1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体材料表面进行 抛光处理; (1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO 2 相对紧贴,置于超高真空环境中在 350温度下实现键合; (1e)将键合后的基片温度升高200,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层基 体材料多余的部分进行剥离。

17、,保留100nm的Si材料,并在该断裂表面进行化学机械抛光 (CMP),形成SOI结构; 步骤2,外延材料制备的实现方法为: (2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在上层Si材料上生长一层厚度为 250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为110 16 cm -3 ; (2b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 SiO 2 层; (2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的 SiN层; (2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; (2e)利用化学汽相淀积(C。

18、VD)的方法,在600,在衬底上生长一层厚度为20nm的SiGe 层,作为基区,该层Ge组分为15,掺杂浓度为510 18 cm -3 ; (2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底上生长一层厚度10nm的未掺 杂的本征Si层; (2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底上生长一层厚度200nm的未掺 杂的本征Poly-Si层; 步骤3,器件深槽隔离制备的实现方法为: 权 利 要 求 书CN 102820296 A 4/6页 5 (3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 SiO 2 层; (3b)利用化学汽相淀积(。

19、CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的 SiN层; (3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5um的浅槽; (3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在深槽内填充SiO 2 ,形成器件深槽隔离; 步骤4,集电极浅槽隔离制备的实现方法为: (4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层; (4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 SiO 2 层; (4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的 SiN层; (4d)光刻集电极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域。

20、干法刻蚀出深度为180nm的浅槽; (4e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在浅槽内填充SiO 2 ,形成集电极浅槽隔 离; 步骤5,基极浅槽隔离制备的实现方法为: (5a)用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层; (5b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为200nm的 SiO 2 层; (5c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为100nm的 SiN层; (5d)光刻基极浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215nm的浅槽; (5e)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在浅槽内填充SiO 2 ,形成基。

21、极浅槽隔离; 步骤6,SiGe HBT形成的实现方法为: (6a)用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层; (6b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为300nm的 SiO 2 层; (6c)光刻基极区域,对该区域进行P型杂质注入,使接触区掺杂浓度为110 19 cm -3 ,形 成基极; (6d)光刻发射区,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为110 17 cm -3 ,形成发射 区; (6e)光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的本 征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为 110 。

22、19 cm -3 ,形成集电极; (6f)对衬底在950温度下,退火120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT; 步骤7,NMOS器件有源区制备的实现方法为: (7a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在衬底表面淀积一层SiO 2 ; (7b)光刻NMOS器件有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为 1.7m的深槽,将氧化层刻透; 权 利 要 求 书CN 102820296 A 5/6页 6 (7c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在深槽内沿(100)晶面生长一层厚度 为200nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为110 15 cm -3 ; (7d)利用化。

23、学汽相淀积(CVD)的方法,在600,P型缓冲层上生长一层厚度为1.3m 的P型Ge组分梯形分布的SiGe,底部Ge组分为0%,顶部为15%,掺杂浓度为110 15 cm -3 ; (7e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在Ge组分梯形分布的SiGe层上生长 一层厚度为200nm的P型SiGe层,Ge组分为15,掺杂浓度为510 16 cm -3 ; (7f)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在SiGe层上生长一层厚度为20nm的应 变Si层,掺杂浓度为510 16 cm -3 ,作为NMOS器件的沟道; (7g)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 步骤8,PMOS。

24、器件有源区制备的实现方法为: (8a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在衬底表面淀积一层SiO 2 ; (8b)光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在Si缓冲层上 生长一层厚度为20nm的P型SiGe层,Ge组分为15%,掺杂浓度为510 16 cm -3 ; (8c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在应变SiGe层上生长一层厚度为5nm 的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区; (8d)利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 步骤9,MOS器件栅极与轻掺杂源漏(LDD)制备的实现方法为: (9a)在300,在有源区上用原子层化学汽相。

25、淀积(ALCVD)的方法淀积HfO 2 层,厚度为 6nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质; (9b)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在栅介质层上淀积一层本征的 Poly-SiGe,厚度为100nm,Ge组分为10%; (9c)光刻MOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; (9d)光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺杂浓度为 110 18 cm -3 的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域; (9e)光刻PMOS器件有源区,对PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为 110 18 cm -3 的P型轻掺杂源漏结构(P-LDD)区域; 步骤。

26、10,MOS器件形成的实现方法为: (10a)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在整个衬底上淀积一厚度为3nm的SiO 2 层; (10b)利用干法刻蚀工艺,蚀掉这层SiO 2 ,保留NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; (10c)光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成NMOS 器件的源、漏区和栅极; (10d)光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准生成PMOS 器件的源、漏区和栅极; 步骤11,构成BiCMOS集成电路的实现方法为: (11a)用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在整个衬底上淀积300nm厚的SiO 。

27、2 层; (11b)光刻引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属钛(Ti),合金,自对准形成金属硅化 物,清洗表面多余的金属,形成器件金属接触; (11c)溅射金属,光刻引线,形成MOS器件的漏电极、源电极、栅电极,以及双极晶体管 权 利 要 求 书CN 102820296 A 6/6页 7 发射极、基极、集电极金属引线,最终构成导电沟道为22nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路。 权 利 要 求 书CN 102820296 A 1/17页 8 一种基于晶面选择的双多晶 SOI BiCMOS 集成器件及制备 方法 技术领域 0001 本发明属于半导体集成电路技术领域,尤其涉及。

28、一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备方法。 背景技术 0002 在信息技术高度发展的当代,以集成电路为代表的微电子技术是信息技术的关 键。集成电路作为人类历史上发展最快、影响最大、应用最广泛的技术,其已成为衡量一个 国家科学技术水平、综合国力和国防力量的重要标志。 0003 对微电子产业发展产生巨大影响的“摩尔定律”指出:集成电路芯片上的晶体管数 目,约每18个月增加1倍,性能也提升1倍。40多年来,世界微电子产业始终按照这条定律 不断地向前发展,电路规模已由最初的小规模发展到现在的超大规模。Si材料以其优异的 性能,在微电子产业中一直占据着重要的地位,而以Si材料为基础。

29、的CMOS集成电路以低功 耗、低噪声、高输入阻抗、高集成度、可靠性好等优点在集成电路领域中占据着主导地位。 0004 随着器件特征尺寸的逐步减小,尤其是进入纳米尺度以后,微电子技术的发展越 来越逼近材料、技术、器件的极限,面临着巨大的挑战。当器件特征尺寸缩小到65纳米以 后,MOS器件中的短沟效应、强场效应、量子效应、寄生参量的影响、工艺参数涨落等问题对 器件泄漏电流、亚阈特性、开态、关态电流等性能的影响越来越突出;而且随着无线移动通 信的飞速发展,对器件和集成电路的性能,如频率特性、噪声特性、封装面积、功耗和成本等 提出了更高的要求,传统硅基工艺制备的器件和集成电路越来越无法满足新型、高速电。

30、子 系统的需求。 0005 CMOS集成电路的一个重要性能指标,是NMOS和PMOS器件的驱动能力,而电子和空 穴的迁移率分别是决定其驱动能力的关键因素之一。为了提高NMOS器件和PMOS器件的性 能进而提高CMOS集成电路的性能,两种载流子的迁移率都应当尽可能地高。 0006 早在上世纪五十年代,就已经研究发现在硅材料上施加应力,会改变电子和空穴 的迁移率,从而改变半导体材料上所制备的NMOS和PMOS器件的性能。但电子和空穴并不 总是对同种应力做出相同的反应。同时,在相同的晶面上制备NMOS器件和PMOS器件,它们 的迁移率并不能同时达到最优。 0007 SOI(Silicon-On-In。

31、sulator,绝缘衬底上的硅)技术是在顶层硅和背衬底之间 引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜,SOI材料具有了体硅所无法比拟 的优点;实现了集成电路中元器件的介质隔离,彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效 应;采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟 道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势,因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的 低压、低功耗集成电路的主流技术。此外,SOI材料还被用来制造MEMS光开关,如利用体硅 机械加工技术。 0008 由于Si材料载流子材料迁移率较低,所以采用Si BiCMOS技术制造的集成电路性 说 明 书C。

32、N 102820296 A 2/17页 9 能,尤其是频率性能,受到了极大的限制;而对于SiGe BiCMOS技术,虽然双极晶体管采用 了SiGe HBT,但是对于制约BiCMOS集成电路频率特性提升的单极器件仍采用Si CMOS,所 以这些都限制BiCMOS集成电路性能地进一步提升。 发明内容 0009 本发明的目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及制备 方法,以实现利用张应变Si材料电子迁移率高于体Si材料和压应变SiGe 材料空穴迁移率 高于体Si材料以及迁移率各向异性的特点,基于SOI衬底,制备出性能增强的基于晶面选 择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及。

33、电路制备方法。 0010 本发明的目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件及电路, NMOS器件为应变Si平面沟道器件,PMOS器件为应变SiGe平面沟道器件,双极器件为双多 晶SOI SiGe HBT。 0011 进一步、NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料,NMOS器件的导电沟道为平面沟 道。 0012 进一步、PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料,PMOS器件的导电沟道为平面沟 道。 0013 进一步、NMOS器件和PMOS器件的晶面不同,其中NMOS器件的晶面为(100),PMOS 器件的晶面为(110)。 0014 进一步、SiGe HBT器件采用SO。

34、I衬底。 0015 进一步、SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。 0016 进一步、SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。 0017 本发明的另一目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件的 制备方法,包括如下步骤: 0018 第一步、选取两片Si片,一块是N型掺杂浓度为1510 15 cm -3 的Si(110)衬底 片,作为上层基体材料,另一块是P型掺杂浓度为1510 15 cm -3 的Si(100)衬底片,作 为下层基体材料,对两片Si片表面进行氧化,氧化层厚度为0.51m,采用化学机械抛光 (CMP)工艺对两个氧化层表面进行抛光; 0019。

35、 第二步、对上层基体材料中注入氢,并将两片Si片氧化层相对置于超高真 空环 境中在350480的温度下实现键合;将键合后的Si片温度升高100200,使上层基 体材料在注入的氢处断裂,对上层基体材料多余的部分进行剥离,保留100200nm的Si材 料,并在其断裂表面进行化学机械抛光(CMP),形成SOI衬底; 0020 第三步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600750,在衬底上生长Si外延 层,厚度为250300nm,N型掺杂,掺杂浓度为110 16 110 17 cm -3 ,作为集电区; 0021 第四步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600800,在衬底表面淀积一层 厚度为。

36、200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm的SiN层;光刻基区,利用干法刻蚀, 刻蚀出深度为200nm的基区区域,在衬底表面生长三层材料:第一层是SiGe层,Ge组分为 1525,厚度为2060nm,P型掺杂,掺杂浓度为510 18 510 19 cm -3 ,作为基区;第二层是 未掺杂的本征Si层,厚度为1020nm;第三层是未掺杂的本征Poly-Si层,厚度为200 300nm,作为基极和发射区; 说 明 书CN 102820296 A 3/17页 10 0022 第五步、利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600800,在衬底表面淀积一层厚 度为200300nm的SiO。

37、 2 层和一层厚度为100200nm的SiN层;光刻器件间深槽隔离区域, 在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5m的深槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600 800,在深槽内填充SiO 2 ; 0023 第六步、用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD)的方法, 在600800,在衬底表面淀积一层厚度为200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm 的SiN层;光刻集电区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为180300nm的浅 槽,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在浅槽内填充SiO 2 ; 0024 第七步、用湿法刻蚀掉表面的S。

38、iO 2 和SiN层,再利用化学汽相淀积(CVD) 的方法, 在600800,在衬底表面淀积一层厚度为200300nm的SiO 2 层和一层厚度为100200nm 的SiN层;光刻基区浅槽隔离区域,在浅槽隔离区域干法刻蚀出深度为215325nm的浅槽, 利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在浅槽内填充SiO 2 ; 0025 第八步、用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层,利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在 600800,在衬底表面淀积一层厚度为300500nm的SiO 2 层;光刻基极区域,对该区域 进行P型杂质注入,使基极接触区掺杂浓度为110 19 110 20 cm -。

39、3 ,形成基极接触区域; 0026 第九步、光刻发射区域,对该区域进行N型杂质注入,使掺杂浓度为110 17 510 17 cm -3 ,形成发射区; 0027 第十步、光刻集电极区域,并利用化学机械抛光(CMP)的方法,去除集电极区域的 本征Si层和本征Poly-Si层,对该区域进行N型杂质注入,使集电极接触区掺杂浓度为 110 19 110 20 cm -3 ,形成集电极接触区域;并对衬底在9501100温度下,退火15 120s,进行杂质激活,形成SiGe HBT器件; 0028 第十一步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在衬底表面淀积一层 SiO 2 ,光刻NMOS器件。

40、有源区,利用干法刻蚀工艺,在NMOS器件有源区,刻蚀出深度为1.7 2.9m的深槽,将中间的氧化层刻透;利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600750,在 (100)晶面衬底的NMOS器件有源区上选择性外延生长四层材料:第一层是厚度为200 400nm的P型Si缓冲层,掺杂浓度为1510 15 cm -3 ;第二层是厚度为1.32.1nm的 P型SiGe渐变层,该层底部Ge组分是0,顶部Ge组分是1525,掺杂浓度为1 510 15 cm -3 ;第三层是Ge组分为1525,厚度为200400nm的P型SiGe层,掺杂浓 度为0.5510 17 cm -3 ;第四层是厚度为820nm的P型应变。

41、Si层,掺杂浓度为0.5 510 17 cm -3 ,作为NMOS器件的沟道;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 0029 第十二步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在衬底表面淀积一层 SiO 2 ,光刻PMOS器件区域,利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600750,在PMOS器件有 源区上选择性外延生长两层材料:第一层是厚度为820nm的N型SiGe应变层,Ge组分 是1525,掺杂浓度为0.5510 17 cm -3 ,作为PMOS器件的沟道;第二层是厚度为3 5nm的本征弛豫Si帽层,形成PMOS器件有源区;利用湿法腐蚀,刻蚀掉表面的层SiO 2 ; 0030 。

42、第十三步、在300400,在有源区上用原子层化学汽相淀积(ALCVD)的方法淀 积HfO 2 层,厚度为610nm,作为NMOS器件和PMOS器件的栅介质,再利用化学汽相淀积 (CVD)方法,在600750,在栅介质层上淀积一层厚度为100500nm的本征Poly-SiGe 作为栅电极,Ge组分为1030%;光刻NMOS和PMOS器件栅介质与栅多晶,形成栅极; 说 明 书CN 102820296 A 10 4/17页 11 0031 第十四步、光刻NMOS器件有源区,对NMOS器件有源区进行N型离子注入,形成掺 杂浓度为1510 18 cm -3 的N型轻掺杂源漏结构(N-LDD)区域;光刻P。

43、MOS器件有源区,对 PMOS器件有源区进行P型离子注入,形成掺杂浓度为1510 18 cm -3 的P型轻掺杂源漏结 构(P-LDD)区域; 0032 第十五步、利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600800,在整个衬底上淀积一厚 度为35nm的SiO 2 层,用干法刻蚀掉这层SiO 2 ,形成NMOS器件和PMOS器件栅极侧墙; 0033 第十六步、光刻NMOS器件有源区,在NMOS器件有源区进行N型离子注入,自对准 生成NMOS器件的源区、漏区和栅极;光刻PMOS器件有源区,在PMOS器件有源区进行N型离 子注入,自对准生成PMOS器件的源区、漏区和栅极; 0034 第十七步、在整个衬底。

44、上用化学汽相淀积(C VD)方法,在600800,淀积300 500nm厚的SiO 2 层;光刻出引线窗口,在整个衬底上溅射一层金属 钛(Ti),合金,自对准形 成金属硅化物,清洗表面多余的金属,形成MOS器件和双极器件电极金属接触;溅射金属, 光刻引线,构成导电沟道为2245nm的基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成器件。 0035 进一步、其中,MOS器件的沟道长度取2245nm。 0036 进一步、其中,基区厚度根据第四步SiGe的外延层厚度来决定,取2060nm。 0037 进一步、该制备方法中所涉及的最高温度根据第四步到第十七步中的化学汽相淀 积(CVD)工艺温度决定,最高温。

45、度小于等于800。 0038 本发明的另一目的在于提供一种基于晶面选择的双多晶SOI BiCMOS集成电路的 制备方法,包括如下步骤: 0039 步骤1,SOI衬底材料制备的实现方法为: 0040 (1a)选取N型掺杂浓度为110 15 cm -3 的Si片,晶面为(110),对其表面进行氧化, 氧化层厚度为0.5m,作为上层的基体材料,并在该基体材料中注入氢; 0041 (1b)选取P型掺杂浓度为110 15 cm -3 的Si片,晶面为(100),对其表面进行氧化, 氧化层厚度为0.5m,作为下层的基体材料; 0042 (1c)采用化学机械抛光(CMP)工艺,分别对下层和注入氢后的上层基体。

46、材料表面 进行抛光处理; 0043 (1d)将抛光处理后的下层和上层基体材料表面SiO 2 相对紧贴,置于超高真空环境 中在350温度下实现键合; 0044 (1e)将键合后的基片温度升高200,使上层基体材料在注入的氢处断裂,对上层 基体材料多余的部分进行剥离,保留100nm的Si材料,并在该断 裂表面进行化学机械抛光 (CMP),形成SOI结构; 0045 步骤2,外延材料制备的实现方法为: 0046 (2a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在上层Si材料上生长一层厚度 为250nm的N型外延Si层,作为集电区,该层掺杂浓度为110 16 cm -3 ; 0047 (2b)利用。

47、化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为 200nm的SiO 2 层; 0048 (2c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为 100nm的SiN层; 0049 (2d)光刻基区,利用干法刻蚀,刻蚀出深度为200nm的基区区域; 说 明 书CN 102820296 A 11 5/17页 12 0050 (2e)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底上生长一层厚度为20nm的 SiGe层,作为基区,该层Ge组分为15,掺杂浓度为510 18 cm -3 ; 0051 (2f)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底上生。

48、长一层厚度10nm的 未掺杂的本征Si层; 0052 (2g)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底上生长一层厚度200nm的 未掺杂的本征Poly-Si层; 0053 步骤3,器件深槽隔离制备的实现方法为: 0054 (3a)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为 200nm的SiO 2 层; 0055 (3b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一 层厚度为 100nm的SiN层; 0056 (3c)光刻器件间深槽隔离区域,在深槽隔离区域干法刻蚀出深度为5um的浅槽; 0057 (3d)利用化学汽相淀积(CVD)方法,在600,在深槽内填充SiO 2 ,形成器件深槽 隔离; 0058 步骤4,集电极浅槽隔离制备的实现方法为: 0059 (4a)用湿法刻蚀掉表面的SiO 2 和SiN层; 0060 (4b)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600,在衬底表面淀积一层厚度为 200nm的SiO 2 层; 0061 (4c)利用化学汽相淀积(CVD)的方法,在600。

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