一种SiGe BiCMOS工艺中保护HBT有源区的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件和集成电路技术领域，特别涉及SiGe BiCMOS制造工艺。
【背景技术】
[0002]在通常的SiGe BiCMOS工艺中，一般有三种工艺实现模式，第一种工艺模式可以称为SiGe HBT的基区先于CMOS栅多晶硅模式，在这种情况下，SiGe HBT双极器件结构基本上完全形成后再用保护层保护起来，再进行CMOS工艺流程，这种流程的缺点是双极的SiGeHBT工艺的热循环过程比CMOS工艺多，容易导致SiGe HBT本征基区的扩散和宽度增大。第二种工艺模式被称为SiGe HBT的基区后于CMOS栅多晶硅模式，在这种情况下，CMOS结构基本上完全形成后再用保护层覆盖并保护起来，然后再进行双极SiGe HBT工艺，这种模式CMOS将承受更多的工艺热循环过程，将受到SiGe HBT本征基区淀积以及SiGe HBT结构形成的热处理影响，由于SiGe HBT基区一般只有数十纳米，其中的锗和硼分布比较精细，本身的热处理温度和时间都比较有限，这种模式成为现在主要的SiGe BiCMOS工艺。第三种是在CMOS栅源漏形成过程中进行双极SiGe HBT器件基区外延，外基区等工艺，这个过程中CMOS与SiGe HBT的热循环处理是共享的，虽然热处理过程比较接近，但工艺复杂度增加。
[0003]在主流的SiGe HBT的基区后于CMOS栅多晶硅的工艺模式里，常常在制作CMOS过程中，需要对SiGe HBT进行保护，这种保护需要尽可能与CMOS流程兼容，以减少成本提高效率，其中以在CMOS栅多晶硅及其氧化层SPACER形成过程中的保护是比较关键的步骤，其原因是在亚微米及纳米级CMOS器件结构中，栅介质非常薄，常常只有几个纳米，从兼容性和便利性考虑此时的SiGe HBT有源区纵向结构与CMOS的有源区是非常近似的，有的工艺甚至是相同的膜层结构，此时SiGe HBT有源区保护氧化层厚度与CMOS栅介质厚度非常接近，当在光刻和刻蚀CMOS多晶栅时，传统的做法是直接只保留CMOS的栅多晶硅，或者有一定的多晶硅Dummy图形来填充和提高图形密度，其余区域，包括SiGe HBT区域的多晶硅都全部刻蚀掉，在这种刻蚀过程中需要干法刻蚀设备既要很好的刻蚀材料的选择性，又需要很好的干法刻蚀各向异性，以保证后续的氧化层SPACER侧墙良好的形成及临界尺寸CD的精确控制。而且干法刻蚀选择比与干法刻蚀各向异性一般是存在矛盾的，一旦干法刻蚀设备选择比性能下降或者菜单优化不足够好，并且干法刻蚀的终点检测不好，那么在干法刻蚀大面积的多晶时就容易将很薄的CMOS栅介质层过刻蚀而损伤到栅介质下面的硅表面层，这对SiGe HBT的有源区硅表面也会同样受到损伤，这对SiGe HBT几乎是致命的问题，因为此时的SiGe HBT有源区是后面将要生长SiGe HBT的SiGe基区的区域，将导致SiGe基区外延产生严重的缺陷，致使SiGe HBT电流增益下降，漏电流增加，甚至丧失掉功能。同样，在传统的大面积多晶硅刻蚀后形成氧化层SPACER时，也很容易过刻蚀，此时干法刻蚀几乎很难检测到刻蚀终点，因为一般的氧化层SPACER大面积的刻蚀区域都是与被刻蚀材料相同的氧化层材料，多晶硅条所占面积非常小，这个时候干法刻蚀机也很容易过刻蚀而损伤到CMOS区栅多晶硅、源漏区以及最重要的SiGe HBT预留给SiGe基区外延的有源区，这同样也会导致SiGe HBT丧失功能。
[0004]针对这种氧化层SPACER大面积的刻蚀在干法刻蚀设备性能较差，刻蚀工艺菜单优化不是很好情况下，SiGe HBT面临失去功能或者降低性能，降低成品率的情况下，本发明提供了一种SiGe BiCMOS工艺中保护HBT有源区的方法来解决和改善这个问题。
【发明内容】
[0005]本发明解决上述技术问题的技术方案是，发明了一种SiGe BiCMOS工艺中保护HBT有源区的方法，包括以下工艺步骤:
[0006]1)硅片准备
[0007]按行业通用SiGe BiCMOS工艺方法准备硅片，要求此硅片已经完成SiGe HBT埋层、外延、L0C0S或STI隔离结构，SiGe HBT深槽结构，SiGe HBT集电极穿透掺杂，打开CMOS有源区窗口。此时SiGe HBT有源区，即SiGe HBT有源基区和集电极区窗口残留氧化层不超过10nm或者与CMOS有源区窗口同样地完全打开，再进行CMOS有源区栅介质氧化生长，此时SiGe HBT有源区，包括SiGe HBT有源基区和集电极区氧化层厚度与CMOS有源区栅介质厚度相当，然后进行CMOS栅多晶硅生长。
[0008]2)在完成上述第1)步骤的硅片上，特别设计光刻版，所述光刻版除了通常SiGeBiCMOS工艺情况下保留CMOS的栅多晶硅外，还保留SiGe HBT有源基区和集电区多晶娃，并且还保留距离CMOS区栅多晶硅、CMOS有源区及CMOS衬底区域大于等于一个工艺最小临界尺寸以外的其他区域多晶硅的版图，如图1(a)中所示的版面示意图。且应当选取适当的保留距离使得被刻蚀的多晶图形密度在35%?65%范围，所述适当的保留距离是由图形密度和“最小临界尺寸”限制其范围。这可以使得本次工艺及后续工艺中无论是刻蚀多晶硅还是氧化层，都能较好地找到干法刻蚀终点。形成的结构为:在CMOS有源区的纵轴位置为CMOS栅多晶硅条，CMOS栅多晶硅条两端突出于CMOS有源区的矩形外，在CMOS有源区以及CMOS栅多晶硅条突出于CMOS有源区的矩形外的部分构成的几何图形外围包裹一圈相似几何图形的结构，该外围几何图形的结构从左到右依次为CMOS衬底和SiGe HBT区域。
[0009]3)在完成上述步骤2)栅多晶硅刻蚀后，按行业通行去除光刻胶程序将光刻胶去除干净，然后进行氧化层SPACER淀积与干法回刻。在栅多晶台阶处形成氧化层SPACER。
[0010]4)在完成上述步骤3)基础上，增加一次光刻版，光刻版的形状与步骤2)形成的版图相似，光刻版上多晶硅不被刻蚀面积区域大于等于上述步骤2)形成的多晶硅版图，在最夕卜围的CMOS衬底区域相连的多晶硅区域同时被光刻版覆盖，如图1(b)中所示的版面示意图，形成的CMOS多晶硅区域一个工艺最小临界尺寸以外的其他区域多晶硅刻蚀掉，经刻蚀后形成一个环绕CMOS的多晶娃圈，如图1(c)所不的版面不意图。多晶娃圈、棚■多晶娃条及源漏有源区的厚度一样，所形成结构的剖面图如图1(d)所示。
[0011]5)在完成上述步骤4)基础上，后续步骤与通常的SiGe BiCMOS工艺相同。
[0012]图2为未优化工艺流程示意图，图2(b)与图1(b)不同的是只有除了 CMOS区原有栅多晶硅保护起来，其余区域多晶硅全部刻蚀掉的情况。图2(c)是没有保护多晶台阶处氧化层SPACER不脱落的多晶硅圈情况示意图，所形成结构的剖面图如图2 (d)所示。图2 (c)这种情况是本发明技术方案所需要避免的。
[0013]由于本发明的一种SiGe BiCMOS工艺中保护HBT有源区的方法采用了上述技术方案，具有以下有益效果:
[0014]1)本方案相对于通常SiGe BiCMOS工艺增加了一张光刻版，虽然在工艺程序上增加了步骤耗时，但却同时增加了工艺加工余度，放宽了 SiGe HBT有源区的工艺窗口，降低了对干法刻蚀设备性能的苛刻要求；
[0015]2)可以提高SiGe BiCMOS中SiGe HBT工艺稳定性和成品率，间接降低工艺成本，提高了工艺效益。
【附图说明】
[0016]图1为本发明工艺流程不意图；
[0017]图1(a)为光刻CMOS栅多晶硅版图示意图，图中阴影斜线区是多晶不刻蚀区域；
[0018]图1 (b)为采用特别设计光刻版做完CMOS栅多晶硅氧化层SPACER后去掉CMOS区之外多晶硅的版图示意图，阴影斜线区是多晶不刻蚀区域；
[0019]图1 (c)为采用特别设计光刻版做完CMOS栅多晶硅刻蚀与CMOS栅多晶硅氧化层SPACER回刻后的硅片表面图形示意图；
[0020]图1 (d)为图1 (c)的剖面示意图；
[0021]图2为未优化工艺流程示意图；
[0022]图2(a)为光刻CMOS栅多晶硅版图示意图，图中阴影斜线区是多晶不刻蚀区域；
[0023]图2 (b)为采用未优化光刻版做完CMOS栅多晶硅氧化层SPACER后去掉CM