CN106409890B - 鳍式双极结型晶体管的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在半导体衬底表面形成集电极鳍、基极鳍和发射极鳍，基极鳍位于集电极鳍和发射极鳍之间，所述集电极鳍、基极鳍和发射极鳍彼此平行；在所述基极鳍表面形成基极外延层；在所述集电极鳍表面形成集电极外延层；在所述基极鳍和基极外延层中掺杂基极鳍离子；在所述集电极鳍和集电极外延层中掺杂集电极鳍离子；在所述发射极鳍中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部，所述第一发射极离子位于第二发射极离子的底部，且所述第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度。所述鳍式双极结型晶体管的形成方法提高了鳍式双极结型晶体管的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种鳍式双极结型晶体管的形成方法。
背景技术
双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)又称为半导体三极管，它是由两个彼此紧邻且背对背的PN结结合构成的，分为PNP和NPN两种组合结构。双极结型晶体管具有三个极：集电极，发射极和基极。双极结型晶体管有放大信号的作用，主要依靠发射极电流能够通过基区传输到达集电区而实现的。双极型晶体管因为能够放大信号、较好的功率控制、高速工作以及耐久能力，因而得到了广泛的应用。
MOS晶体管是现代集成电路中最重要的元件之一。MOS晶体管通过施加电压而调节通过沟道的电流来产生开关信号。
通常，双极结型晶体管和MOS晶体管集成在一起构成半导体器件。
随着半导体技术的发展，传统的平面式的MOS晶体管对沟道电流的控制能力变弱，造成严重的漏电流。鳍式场效应晶体管(Fin FET)是一种新兴的多栅器件，它一般包括凸出于半导体衬底表面的鳍部，覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁的栅极结构，位于栅极结构一侧鳍部内的源区和栅极结构另一侧鳍部内的漏区。鳍式场效应晶体管因可以大幅度改善电路并减少漏电流而替代平面式的MOS晶体管。
为了使得制备双极结型晶体管的工艺与制备鳍式场效应晶体管的工艺相兼容，现有技术中采用制备鳍式双极结型晶体管并将鳍式双极结型晶体管和鳍式场效应晶体管集成在一起。
但是，随着特征尺寸进一步缩小，现有技术形成的鳍式双极结型晶体管的性能较差。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，提高鳍式双极结型晶体管的性能。
为解决上述问题，本发明提供一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成集电极鳍、基极鳍和发射极鳍，基极鳍位于集电极鳍和发射极鳍之间，所述集电极鳍、基极鳍和发射极鳍彼此平行；在所述基极鳍表面形成基极外延层；在所述集电极鳍表面形成集电极外延层；在所述基极鳍和基极外延层中掺杂基极鳍离子；在所述集电极鳍和集电极外延层中掺杂集电极鳍离子；在所述发射极鳍中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部，所述第一发射极离子位于第二发射极离子的底部，且所述第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度。
可选的，所述基极鳍围绕发射极鳍，所述集电极鳍围绕所述基极鳍。
可选的，当所述基极鳍的数量为多个时，所述多个基极鳍彼此平行；当所述集电极鳍的数量为多个时，所述多个集电极鳍彼此平行；当所述发射极鳍的数量为多个时，所述多个发射极鳍彼此平行。
可选的，所述鳍式双极结型晶体管为PNP型鳍式双极结型晶体管。
可选的，所述第二发射极离子的浓度为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2；所述第一发射极离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。
可选的，所述第一发射极离子和第二发射极离子为P型离子。
可选的，对所述发射极鳍掺杂第一发射极离子的工艺为第一发射极离子注入工艺；对所述发射极鳍掺杂第二发射极离子的工艺为第二发射极离子注入工艺。
可选的，所述第一发射极离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
可选的，所述第一发射极离子注入工艺采用的离子为BF2离子，注入能量为8KeV～15KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
可选的，所述第二发射极离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为1KeV～3KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
可选的，所述第二发射极离子注入工艺采用的离子为BF2离子，注入能量为4KeV～7KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
可选的，所述集电极外延层的材料为锗化硅；所述基极外延层的材料为碳化硅。
可选的，所述基极鳍离子为N型离子；所述集电极鳍离子为P型离子。
可选的，所述基极鳍离子的浓度为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2；所述集电极鳍离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。
可选的，对所述基极鳍和基极外延层掺杂基极鳍离子的工艺为基极鳍离子注入工艺；对所述集电极鳍和集电极外延层掺杂集电极鳍离子的工艺为集电极鳍离子注入工艺。
可选的，所述基极鳍离子注入工艺采用的离子为P离子，注入能量为6KeV～10KeV，注入剂量为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度。
可选的，所述集电极鳍离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度。
可选的，所述半导体衬底包括第一阱区和与第一阱区在水平方向相连接的第二阱区，所述第二阱区和第一阱区中掺杂的离子类型相反，所述集电极鳍位于第一阱区表面，且集电极鳍离子与第一阱区中掺杂的离子类型相同，所述基极鳍和所述发射极鳍位于第二阱区表面。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供的鳍式双极结型晶体管的形成方法，采用在发射极鳍中形成第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部且第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度，所述第二发射极离子能够降低后续在发射极鳍顶部表面形成的电极与发射极鳍之间的接触势垒。
进一步的，当所述发射极鳍的数量为多个时，由于在所述发射极鳍表面无需形成发射极外延层，可以有效的避免因需要形成发射极外延层而导致相邻发射极外延层之间连接的现象，从而有效的避免了通过发射极鳍的总电流减小以及鳍式双极结型晶体管稳定性下降的问题。
附图说明
图1至图3为本发明一实施例中鳍式双极结型晶体管形成过程的示意图；
图4至图9为本发明另一实施例中鳍式双极结型晶体管形成过程的示意图。
具体实施方式
随着特征尺寸进一步缩小，现有技术形成的鳍式双极结型晶体管的性能较差。
本发明一实施例提供一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，参考图1至图3，图2为沿着图1中Y1-Y2轴线的剖面图，图3为在图2基础上形成的示意图，包括：提供半导体衬底100；在所述半导体衬底100表面形成多个平行的发射极鳍110、多个平行的基极鳍120和多个平行的集电极鳍130，所述多个基极鳍120围绕所述多个发射极鳍110，所述多个集电极鳍130围绕所述多个基极鳍120，且发射极鳍110、基极鳍120和集电极鳍130彼此平行；在所述发射极鳍110表面形成发射极外延层111；在所述基极鳍120表面形成基极外延层121；在所述集电极鳍130表面形成集电极外延层131。
所述半导体衬底100中包括阱区101，所述阱区101包括第一阱区1011和与第一阱区1011在水平方向相连接的第二阱区1012，所述集电极鳍130位第一阱区1011表面，所述基极鳍120和发射极鳍110位于第二阱区1012表面。所述半导体衬底100表面还具有隔离结构102，隔离结构102的表面低于发射极鳍110、基极鳍120和集电极鳍130的顶部表面，隔离结构102用于电学隔离发射极鳍110、基极鳍120和集电极鳍130。
由于所述发射极外延层111的面积较大，所述发射极外延层111能够降低后续在发射极外延层111顶部表面形成的电极与发射极鳍110之间的电阻。当所述鳍式双极结型晶体管为PNP型鳍式双极结型晶体管时，所述发射极外延层111的材料为锗化硅。
研究发现，上述方法形成的鳍式双极结型晶体管依然存在性能和可靠性差的原因在于：
所述发射极鳍位于半导体衬底的中心区域，相对于发射极鳍在半导体衬底的位置，基极鳍和集电极鳍位于半导体衬底***的区域。在形成发射极外延层、基极外延层和集电极外延层的过程中，用于形成发射极外延层、基极外延层和集电极外延层的各前驱体气体的分布均有共同的特点：在半导体衬底中心区域上方的前驱体气体密度大于在半导体衬底***区域上方的前驱体气体密度，故形成发射极外延层的速率较大，使得相邻的发射极外延层很容易相互连接。另一方面，由于经过图1中Y1-Y2轴线的剖面中的发射极鳍的数量较多，导致相邻发射极外延层发生连接的概率较大，只要在一处发生相邻发射极外延层连接的现象，就会加快形成发射极外延层的速率，可能导致整个发射极外延层连接。又一方面，当所述鳍式双极结型晶体管为PNP型鳍式双极结型晶体管时，发射极外延层的材料为锗化硅，锗化硅在不同方向生长的速率有差异，发射极外延层在垂直于发射极鳍侧壁方向的剖面形状为六角形，使得相邻的发射极外延层很容易相互连接。相邻发射极外延层连接导致以下弊端：使得通过发射极鳍的总电流减小；不能控制不同鳍式双极结型晶体管中发射极外延层连接的状况，造成鳍式双极结型晶体管性能的稳定性变差。
在此基础上，本发明另一实施例提供一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面形成集电极鳍、基极鳍和多个平行的发射极鳍，基极鳍位于集电极鳍和所述多个发射极鳍之间，所述集电极鳍、基极鳍和发射极鳍彼此平行；在所述基极鳍表面形成基极外延层；在所述集电极鳍表面形成集电极外延层；在所述基极鳍和基极外延层中掺杂基极鳍离子；在所述集电极鳍和集电极外延层中掺杂集电极鳍离子；在所述发射极鳍中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部，所述第一发射极离子位于第二发射极离子的底部，且所述第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度。
相比前述实施例，由于采用在发射极鳍中形成第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部且第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度，所述第二发射极离子能够降低后续在发射极鳍顶部表面形成的电极与发射极鳍之间的接触势垒。另外，由于在所述发射极鳍表面无需形成发射极外延层，可以有效的避免因需要形成发射极外延层而导致相邻发射极外延层之间连接的现象，从而有效的避免了通过发射极鳍的总电流减小以及鳍式双极结型晶体管稳定性下降的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
结合参考图4和图5，其中，图5为沿着图4中Y3-Y4轴线的剖面图，提供半导体衬底200；在所述半导体衬底200表面形成集电极鳍230、基极鳍220和发射极鳍210，基极鳍220位于集电极鳍230和发射极鳍210之间，所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230彼此平行。
所述基极鳍220的数量为一个或多个；所述集电极鳍230的数量为一个或多个，所述发射极鳍210的数量为一个或多个。当所述基极鳍220的数量为多个时，各个基极鳍220彼此平行；当所述集电极鳍230的数量为多个时，各个集电极鳍230彼此平行，当所述发射极鳍210的数量为多个时，各个发射极鳍210彼此平行。
本实施例中，所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的排布为:基极鳍220围绕发射极鳍210，集电极鳍230围绕基极鳍220，该排布的方式使得集电极鳍210能够从各个方向收集电流，通过集电极鳍210的总电流较大，减小漏电流；在另一个实施例中，所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的排布为：基极鳍220只位于发射极鳍210的一侧，集电极鳍230只位于基极鳍220的一侧，基极鳍220位于发射极鳍210和发射极鳍210之间。
本实施例中，以形成PNP型鳍式双极型晶体管为例说明，在其它实施例中，也可以形成NPN型鳍式双极型晶体管。
所述半导体衬底200为后续形成鳍式双极结型晶体管提供工艺平台。
所述半导体衬底200可以是单晶硅，多晶硅或非晶硅；半导体衬底200也可以是硅、锗、锗化硅、砷化镓等半导体材料；所述半导体衬底200可以是体材料，也可以是复合结构，如绝缘体上硅；所述半导体衬底200还可以是其它半导体材料，这里不再一一举例。本实施例中，所述半导体衬底200的材料为硅。
所述半导体衬底200中具有阱区201，所述阱区201包括第一阱区2011和与第一阱区2011在水平方向相连接的第二阱区2012，所述第二阱区2012和第一阱区2011中掺杂的离子类型相反。
所述第一阱区2011和第二阱区2012的作用为：第一阱区2011与后续形成的集电极鳍相连，共同构成集电区；第二阱区2012与后续形成的基极鳍和发射极鳍相连，第二阱区2012与基极鳍共同构成基区。
本实施例中，由于所述鳍式双极结型晶体管的类型为PNP型，所以第一阱区2011为P阱，第二阱区2012为N阱。
本实施例中，所述第一阱区2011和第二阱区2012中掺杂有离子。
其中，所述第一阱区2011中掺杂有P型离子，如B离子或In离子。本实施例中，第一阱区2011中掺杂的P型离子为B离子。第一阱区2011中掺杂的P型离子的浓度为1E13atom/cm2～1E14atom/cm2。
其中，所述第二阱区2012中掺杂有N型离子，如P(磷)离子或As离子，本实施例中，第二阱区2012中中掺杂的N型离子为P离子。第二阱区2012中掺杂的N型离子的浓度为1E13atom/cm2～1E14atom/cm2。
形成所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的作用为：所述发射极鳍210用于形成后续发射区的一部分，所述基极鳍220用于形成后续基区的一部分，所述集电极鳍230用于形成集电区，且使得形成的鳍式双极结型晶体管的工艺能够与鳍式场效应晶体管的工艺相兼容。
本实施例中，所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的材料为硅；在其它实施例中，所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230可以选择其它半导体材料。
所述发射极鳍210与基极鳍220均位于第二阱区2012表面，使得发射极鳍210和基极鳍220均与第二阱区2012电学连接；所述集电极鳍230位于第一阱区2011表面，使得集电极鳍230与第一阱区2011电学连接。
形成所述发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的步骤为：在半导体衬底200表面形成鳍部材料层(未图示)；在所述鳍部材料层表面形成图案化的光刻胶，所述图案化的光刻胶定义出发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的位置；以所述图案化的光刻胶为掩膜，刻蚀所述鳍部材料层直至暴露出半导体衬底200表面，形成发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230。
本实施例中，在通过图4中Y3-Y4轴线的剖面中，以所述发射极鳍210的数量为7个、基极鳍220的数量为3个、集电极鳍230的数量为3个作为示例，并不代表实际工艺中通过Y3-Y4轴线发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的个数。实际工艺中，在通过Y3-Y4轴线的剖面中，可以根据情况选择合适数量的发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230。
需要说明的是，鳍式双极结型晶体管的放大倍数为通过发射极鳍210的总电流与通过基极鳍220的总电流的比值，为了使得鳍式双极结型晶体管的放大倍数较大，在通过Y3-Y4轴线的剖面中，发射极鳍210的数量大于基极鳍220的数量。且针对集电极鳍230的分布，需要保证集电区的面积较大，故将集电极鳍230分布在半导体衬底200的***区域，对于集电极鳍230的数量，考虑到减小制作成本的因素，在通过Y3-Y4轴线的剖面中，选择集电极鳍230的数量小于发射极鳍210的数量。
所述半导体衬底200表面还具有隔离结构202，隔离结构202的表面低于发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230的顶部表面，隔离结构202用于电学隔离发射极鳍210、基极鳍220和集电极鳍230。
参考图6，在所述基极鳍220表面形成基极外延层221；在所述集电极鳍230表面形成集电极外延层231。
形成所述基极外延层221的作用为：由于基极外延层221的面积较大，所述基极外延层221能够降低基极鳍220与后续在基极外延层221表面形成的电极之间的电阻。
形成所述集电极外延层231的作用为：由于集电极外延层231的面积较大，所述基极外延层221能够降低集电极鳍230与后续在集电极外延层231表面形成的电极之间的电阻。
本实施例中，由于用于形成的鳍式双极结型晶体管的类型为PNP型，因此，选择所述基极外延层221的材料为碳化硅，所述集电极外延层231的材料为锗化硅。在其它实施例中，基极外延层221的材料可以为其它材料，所述集电极外延层231的材料可以为其它材料。
可以先形成基极外延层221，后形成集电极外延层231；也可以先形成集电极外延层231，后形成基极外延层221。本实施例中，先形成基极外延层221，后形成集电极外延层231。
在形成基极外延层221时，需要形成第一阻挡层(未图示)，所述第一阻挡层暴露出全部数量的基极鳍220，针对每个基极鳍220，所述第一阻挡层可以暴露出各个基极鳍220的部分面积，也可以暴露出各个基极鳍220的全部面积，本实施例中，针对每个基极鳍220，所述第一阻挡层暴露出各个基极鳍220的部分面积。另外，所述第一阻挡层覆盖集电极鳍230和发射极鳍210。所述第一阻挡层用以在形成基极外延层221时保护集电极鳍230和发射极鳍210。形成基极外延层221后，将所述第一阻挡层去除。
本实施例中，所述第一阻挡层的材料为氮化硅，在其它实施例中，所述第一阻挡层的材料可以为其它材料。
形成基极外延层221的方法为外延生长工艺。
本实施例中，所述基极外延层221的材料为碳化硅，外延生长基极外延层221的具体工艺参数为：采用的气体为SiH4、CH4和H2，SiH4的流量为800sccm～1000sccm，CH4的流量为800sccm～1000sccm，H2的流量为50sccm～1000sccm，腔室压强为5mtorr～50mtorr，温度为500摄氏度～800摄氏度。
在形成集电极外延层231时，需要形成第二阻挡层(为图示)，所述第二阻挡层暴露出全部数量的集电极鳍230，针对每个集电极鳍230，所述第二阻挡层可以暴露出各个集电极鳍230的部分面积，也可以暴露出各个集电极鳍230的全部面积，本实施例中，针对每个集电极鳍230，所述第二阻挡层暴露出各个集电极鳍230的全部面积。另外，所述第二阻挡层覆盖基极鳍220和发射极鳍210。所述第二阻挡层用以在形成集电极外延层231时保护基极鳍220和发射极鳍210。形成集电极外延层231后，将所述第二阻挡层去除。
本实施例中，所述第二阻挡层的材料为氮化硅，在其它实施例中，所述第二阻挡层的材料可以为其它材料。
形成集电极外延层231的方法为外延生长工艺。
本实施例中，所述集电极外延层231的材料为锗化硅，外延生长集电极外延层231的具体工艺参数为：采用的气体为GeH4、SiH4和H2，GeH4的流量为800sccm～1000sccm，SiH4的流量为800sccm～1000sccm，H2的流量为50sccm～1000sccm，腔室压强为5mtorr～50mtorr，温度为500摄氏度～800摄氏度。
参考图7，在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子222，；在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子232。
所述基极鳍离子222的作用为：降低基极鳍220和基极外延层221的电阻；所述集电极鳍离子232的作用为：降低集电极鳍230和集电极外延层231的电阻。
所述基极鳍离子222的浓度为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2；所述集电极鳍离子232的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。
本实施例中，先在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子222，然后在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子232。在其它实施例中，可以先在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子232，然后在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子222。本实施例中，采用基极鳍离子注入工艺在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子222，所述基极鳍离子222为N型离子，如P或As。在一个具体的实施例中，所述基极鳍离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为P离子，注入能量为6KeV～10KeV，注入剂量为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度，所述注入角度为与半导体衬底200法线方向之间的夹角。
需要说明的是，本实施例中，所述基极鳍离子222被注入在整个基极鳍220和基极外延层221中；在其它实施例中，基极鳍离子222可以注入在部分基极鳍220和基极外延层221中，在后续退火处理的过程中，所述基极鳍离子222扩散后分布在整个基极鳍220和基极外延层221中。
在其它实施例中，可以在外延生长所述基极外延层221的同时原位掺杂所述基极鳍离子222，在后续退火处理的过程中，所述基极鳍离子222扩散进入整个基极鳍220中。
本实施例中，采用集电极鳍离子注入工艺在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子232，所述集电极鳍离子232为P型离子，如B或In。在一个具体的实施例中，所述集电极鳍离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度，所述注入角度为与半导体衬底200法线方向之间的夹角。
需要说明的是，本实施例中，所述集电极鳍离子232被注入在整个集电极鳍230和集电极外延层231中；在其它实施例中，所述集电极鳍离子232可以注入在部分集电极鳍230和部分集电极外延层231中，在后续退火处理的过程中，所述集电极鳍离子232扩散后分布在整个集电极鳍230和集电极外延层231中。
在其它实施例中，可以在外延生长所述集电极外延层231的同时原位掺杂所述集电极鳍离子232，在后续退火处理的过程中，所述集电极鳍离子232扩散进入整个集电极鳍230中。
另需说明的是，鳍式双极结型晶体管具有基区和集电区，本实施例中，所述第二阱区2012、掺杂基极鳍离子222的基极鳍220和基极外延层221构成鳍式双极结型晶体管的基区，所述第一阱区2011、掺杂有集电极鳍离子232的集电极鳍230和集电极外延层231和构成鳍式双极结型晶体管的集电区。
需要说明的是，在本发明中，可以在基极鳍220表面不形成基极外延层221，而是在基极鳍220中掺杂第一基极鳍离子和第二基极鳍离子，第二基极鳍离子位于基极鳍220的顶部，第一基极鳍离子位于第二基极鳍离子的底部，且第二基极鳍离子的浓度大于第一基极鳍离子的浓度。在一个具体的实施例中，所述第二基极鳍离子的浓度为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，所述第一基极鳍离子的浓度为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2。所述第二基极鳍离子和第一基极鳍离子的作用为：降低基极鳍220的电阻，且在基极鳍220中形成浓度梯度，降低基极鳍220和后续在基极鳍220表面形成的电极之间的接触势垒。
在本发明中，可以在集电极鳍230表面不形成集电极外延层231，而是在集电极鳍230中掺杂第一集电极鳍离子和第二集电极鳍离子，第二集电极鳍离子位于集电极鳍230的顶部，第一集电极鳍离子位于第二集电极鳍离子的底部，且第二集电极鳍离子的浓度大于第一集电极鳍的浓度。在一个具体的实施例中，所述第二集电极鳍离子的浓度为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，所述第一集电极鳍离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。所述第二集电极鳍离子和第一集电极鳍离子的作用为：降低集电极鳍230的电阻，且在集电极鳍230中形成浓度梯度，降低集电极鳍230和后续在集电极鳍230表面形成的电极之间的接触势垒。
参考图8，在所述发射极鳍210中掺杂第一发射极离子，形成第一发射极离子区211；在所述发射极鳍210中掺杂第二发射极离子，形成第二发射极离子区212，所述第二发射极离子区212位于发射极鳍210的顶部，所述第一发射极离子区211位于第二发射极离子区212的底部，所述第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度。
所述第一发射极离子的作用为：使得掺杂有第一发射极离子的发射极鳍210和第二阱区2012之间形成PN结。所述第二发射极离子的作用为：使得在发射极鳍210中形成浓度梯度，降低发射极鳍210和后续在发射极鳍210表面形成的电极之间的接触势垒。
本实施例中，由于无需在发射极鳍210表面形成发射极外延层，可以有效的避免因需要形成发射极外延层而导致的发射极外延层之间连接的现象，有效的避免了发射极鳍中电流的减小以及鳍式双极结型晶体管稳定性下降的问题。
另外，采用在发射极鳍210中形成第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍210的顶部且第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度，由于在所述发射极鳍210中形成浓度梯度，能够降低后续在发射极鳍210顶部表面形成的电极与发射极鳍210之间的接触势垒。
采用第一发射极离子注入工艺在发射极鳍210中掺杂第一发射极离子，采用第二发射极离子注入工艺在发射极鳍210中掺杂第二发射极离子，本实施例中，先进行第二发射极离子注入工艺，后进行第一发射极离子注入工艺；在其它实施例中，可以先进行第一发射极离子注入工艺，后进行第二发射极离子注入工艺。
本实施例中，由于用于形成的鳍式双极结型晶体管的类型为PNP型，因此，第一发射极离子和第二发射极离子为P型离子，如B或In，所述第一发射极离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，所述第二发射极离子的浓度为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2。
在一个具体的实施例中，所述第一发射极离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度；在另一个具体的实施例中，所述第一发射极离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为BF2离子，注入能量为8KeV～15KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度。所述注入角度为与半导体衬底200法线之间的夹角。
在一个具体的实施例中，所述第二发射极离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为B离子，注入能量为1KeV～3KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度；在另一个具体的实施例中，所述第二发射极离子注入工艺的工艺参数为：采用的离子为BF2离子，注入能量为4KeV～7KeV，1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0摄氏度～7摄氏度。所述注入角度为与半导体衬底200法线之间的夹角。
本实施例中，所述第一发射极离子被注入到第二发射极离子区212底部的发射极鳍210区域的整个体积；在其它实施例中，所述第一发射极离子注入到第二发射极离子区212底部的发射极鳍210区域的部分体积中。当第一发射极离子注入到第二发射极离子区212底部的发射极鳍210区域的部分体积中，后续经过退火处理后，所述第一发射极离子会扩散，并在第二发射极离子区212底部的发射极鳍210区域中均有分布。
需要说明的是，鳍式双极结型晶体管具有发射区，本实施例中，掺杂第一发射极离子和第二发射极离子的发射极鳍210构成鳍式双极结型晶体管的发射区。
需要说明的是，本实施例中，先在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子，在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子，然后在所述发射极鳍210中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子；在其它实施例中，可以先在所述发射极鳍210中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子，然后在所述基极鳍220和基极外延层221中掺杂基极鳍离子，在所述集电极鳍230和集电极外延层231中掺杂集电极鳍离子。或者，当所述集电极鳍离子浓度和所述第一发射极离子相同时，可以同时掺杂集电极鳍离子和第一发射极离子。或者，当所述第一集电极鳍离子浓度和所述第一发射极离子相同时，可以同时掺杂第一集电极鳍离子和第一发射极离子；当所述第二集电极鳍离子的浓度和第二发射极离子的浓度相同时，可以同时掺杂第二集电极鳍离子和第二发射极离子。
本实施例中，还包括：完成掺杂基极鳍离子、集电极鳍离子、第一发射极离子和第二发射极离子后，对掺杂的各离子一并进行退火处理，以激活掺杂离子。在其它实施例中，可以是：完成掺杂基极鳍离子后进行退火处理，且完成掺杂集电极鳍离子后进行退火处理，且完成第一发射极离子和第二发射极离子后进行退火处理。
参考图9，在所述发射极鳍210顶部表面、基极外延层221顶部表面和集电极外延层231顶部表面形成电极240；
所述电极240用于传输电学信号。
所述电极240的材料为金属，如铜、铝或钨。本实施例中，所述电极240的材料为钨。
所述电极240的形成工艺为沉积工艺，例如物理气相沉积，所述电极240的形成工艺还可以为电镀工艺，在此不再赘述。
综上所述，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供的鳍式双极结型晶体管的形成方法，采用在发射极鳍中形成第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部且第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度，所述第二发射极离子能够降低后续在发射极鳍顶部表面形成的电极与发射极鳍之间的接触势垒。
进一步的，当所述发射极鳍的数量为多个时，由于在所述发射极鳍表面无需形成发射极外延层，可以有效的避免因需要形成发射极外延层而导致相邻发射极外延层之间连接的现象，从而有效的避免了通过发射极鳍的总电流减小以及鳍式双极结型晶体管稳定性下降的问题。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (18)
1.一种鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底表面形成集电极鳍、基极鳍和发射极鳍，基极鳍位于集电极鳍和发射极鳍之间，所述集电极鳍、基极鳍和发射极鳍彼此平行；
在所述基极鳍表面形成基极外延层；
在所述集电极鳍表面形成集电极外延层；
在所述基极鳍和基极外延层中掺杂基极鳍离子；
在所述集电极鳍和集电极外延层中掺杂集电极鳍离子；
在所述发射极鳍中掺杂第一发射极离子和第二发射极离子，所述第二发射极离子位于发射极鳍的顶部，所述第一发射极离子位于第二发射极离子的底部，且所述第二发射极离子的浓度大于第一发射极离子的浓度。
2.根据权利要求1所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述基极鳍围绕发射极鳍，所述集电极鳍围绕所述基极鳍。
3.根据权利要求1所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，当所述基极鳍的数量为多个时，所述多个基极鳍彼此平行；当所述集电极鳍的数量为多个时，所述多个集电极鳍彼此平行；当所述发射极鳍的数量为多个时，所述多个发射极鳍彼此平行。
4.根据权利要求1所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述鳍式双极结型晶体管为PNP型鳍式双极结型晶体管。
5.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二发射极离子的浓度为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2；所述第一发射极离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。
6.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一发射极离子和第二发射极离子为P型离子。
7.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，对所述发射极鳍掺杂第一发射极离子的工艺为第一发射极离子注入工艺；对所述发射极鳍掺杂第二发射极离子的工艺为第二发射极离子注入工艺。
8.根据权利要求7所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一发射极离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
9.根据权利要求7所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一发射极离子注入工艺采用的离子为BF2离子，注入能量为8KeV～15KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
10.根据权利要求7所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二发射极离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为1KeV～3KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
11.根据权利要求7所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二发射极离子注入工艺采用的离子为BF2离子，注入能量为4KeV～7KeV，注入剂量为1E15atom/cm2～3E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
12.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述集电极外延层的材料为锗化硅；所述基极外延层的材料为碳化硅。
13.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述基极鳍离子为N型离子；所述集电极鳍离子为P型离子。
14.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述基极鳍离子的浓度为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2；所述集电极鳍离子的浓度为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2。
15.根据权利要求4所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，对所述基极鳍和基极外延层掺杂基极鳍离子的工艺为基极鳍离子注入工艺；对所述集电极鳍和集电极外延层掺杂集电极鳍离子的工艺为集电极鳍离子注入工艺。
16.根据权利要求15所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述基极鳍离子注入工艺采用的离子为P离子，注入能量为6KeV～10KeV，注入剂量为5E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
17.根据权利要求15所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述集电极鳍离子注入工艺采用的离子为B离子，注入能量为3KeV～5KeV，注入剂量为3E14atom/cm2～1E15atom/cm2，注入角度为0度～7度。
18.根据权利要求1所述的鳍式双极结型晶体管的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底包括第一阱区和与第一阱区在水平方向相连接的第二阱区，所述第二阱区和第一阱区中掺杂的离子类型相反，所述集电极鳍位于第一阱区表面，且集电极鳍离子与第一阱区中掺杂的离子类型相同，所述基极鳍和所述发射极鳍位于第二阱区表面。
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2015
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