[发明专利]一种双多晶平面SOI BiCMOS集成器件及制备方法

权利要求书

1.一种双多晶平面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，NMOS器件为应变Si平面沟道，PMOS器件为应变SiGe平面沟道，双极器件为SOI双多晶SiGe HBT器件。

2.根据权利要求1所述的双多晶平面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，所述NMOS器件的导电沟道是张应变Si材料，其导电沟道为平面沟道。

3.根据权利要求1所述的双多晶平面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，所述PMOS器件的导电沟道是压应变SiGe材料，其导电沟道为平面沟道。

4.根据权利要求1所述的双多晶平面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，SiGe HBT器件的发射极和基极采用多晶硅接触。

5.根据权利要求1所述的双多晶平面SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，SiGe HBT器件的基区为应变SiGe材料。

6.根据权利要求1所述的应变Si垂直沟道SOI BiCMOS集成器件，其特征在于，SiGe HBT器件的采用SOI衬底制备。

7.一种双多晶平面SOI BiCMOS集成器件的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

第一步、选取氧化层厚度为300～400nm，上层Si厚度为100～150nm，N型掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁷cm^-3的SOI衬底片；

第二步、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；

第三步、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；

第五步、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；

第七步、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；

第八步、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；

第九步、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SiGe、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1.5～2.5μm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PMOS器件区域，利用干法刻蚀工艺，在PMOS器件有源区，刻蚀出深度为200～400nm的深槽，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三层材料：第一层是厚度为200～400nm的N型Si缓冲层，掺杂浓度为0.5～5×10¹⁷cm^-3，第二层是厚度为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；第三层是厚度为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；

第十二步、光刻场氧区，利用干法刻蚀工艺，在场氧区刻蚀出深度为0.3～0.5μm的浅槽；再利用化学汽相淀积（CVD）方法，在600～800℃，在浅槽内填充SiO₂；最后，用化学机械抛光（CMP）方法，除去多余的氧化层，形成浅槽隔离；

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MOS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，形成电极金属接触；溅射金属，光刻引线，构成MOS器件导电沟道为22～45nm的双多晶平面SOI BiCMOS集成器件。