[發明專利]具有最佳鍺分布的硅鍺雙級晶體管

有效

• 申請號: 01803892.1
• 申請日: 2001-01-08
• 公開（公告）號: CN1395745A
• 公開（公告）日: 2003-02-05
• 發明（設計）人: W·克賴恩;R·拉奇納;W·莫爾齊
• 申請（專利權）人: 因芬尼昂技術股份公司
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 程天正,張志醒

本發明涉及硅鍺雙極晶體管，其鍺濃度分布被最佳化，以便減小與工作點有關的電流放大系數變化。

硅鍺雙極晶體管，簡稱SiGeBT，是硅雙極晶體管的進一步發展，并且其特征為在高頻波段不尋常的效率。

在這種SiGeBT中有目的地使基極區及鄰接的發射極區的邊緣區與鍺(Ge)形成合金。在應用合適的鍺分布的情況下，在晶體管的該區內在價帶和導帶之間的能帶寬度起較小的作用，以致載流子較快地通過基極區。因此，SiGeBT具有極高的極限頻率并特別適合于高頻應用。這種SiGeBT例如可從F.Crabbe等人的IEEE?Electron?DeviceLetters(IEEE電子器件通訊)、卷4，1993年獲悉。

通常在SiGeBT中提供具有重量百分比為10到25％的Ge的基極區。從發射極到基極的鍺濃度的過渡或者是不連貫的，或近似為線性上升分布。關于SiGeBT的高頻特性，具有近似線性上升的Ge濃度分布被證明是最佳的。

該濃度分布的缺點是：電流放大系數強烈地依賴于各自流過的集電極電流。該缺點歸因于：晶體管的電流放大系數與發射極/基極-pn結的空間電荷區(簡稱EB空間電荷區)的狀態有關。其中下述兩個因素是主要的：

其一，晶體管的電流放大系數隨基極電荷上升而下降，該基極電荷由空間電荷區的狀態決定。

其二，電流放大系數與基極、尤其與EB空間電荷區的基極側界區的能帶寬度是呈負指數關系。

隨著基極-發射極電壓上升，EB空間電荷區的基極側界區將會向發射體方向轉移，因此一方面基極電荷上升，而另一方面在該界區基于Ge濃度下降而使能帶寬度增大。兩效應導致電流放大系數強烈下降。

因為隨著基極-發射極電壓上升，集電極電流也上升，所以電流放大系數直接與晶體管集電極電流或工作點有關，并且隨著集電極電流上升而強烈下降。這種關系是不希望的，因為由此使晶體管線性變壞或限制晶體管的動態范圍。

本發明的任務是降低SiGeBT的這個電流放大系數與工作點有關的變化。

根據本發明該任務通過按照權利要求1所述的硅-鍺晶體管來解決。

在本發明的晶體管中，在EB空間電荷區的周圍的狹窄區域，Ge濃度分布偏離了其Ge濃度近似線性上升的通常Ge濃度分布。根據本發明，Ge合金是如此制作的，以致在EB空間電荷區的基極側界區移動的情況下，進一步補償引起電流放大系數改變的一些因素。

在集電極方向鍺濃度上升愈少，以及在集電極方向該上升移動愈多，則電流放大系數的變化愈小。在本發明的Ge摻雜分布情況下，在EB空間電荷區面對相鄰區的周圍，Ge濃度朝基極方向稍微強烈上升或下降。

本發明的有利擴展在從屬權利要求內給出。

在本發明的有利擴展中，在EB空間電荷區周圍，Ge濃度恒定保持在合適水平。

在本發明另一有利擴展中，Ge分布是如此形成的，以致在EB空間電荷區的周圍Ge的濃度下降。這時，濃度下降是如此選擇的，使得最佳地補償與工作點有關的電流放大系數的變化。

在本發明中，以有利方式減少了在SiGeBT的額定電流放大系數方面受制造條件約束的元件參數差異。

SiGeBT的額定電流放大系數大多都有較大波動的依據是：由于不可避免的制造公差，發射極-基極pn結相對于Ge濃度分布的準確位置是隨晶體管而不同的。在本發明的鍺分布形狀的情況下，這種受制造技術約束的變化將導致比現有技術的SiGeBT更小的額定電流放大系數變化。

本發明的另一優點是：由于在發射極-基極-pn結區內Ge濃度是有目的地變化，或使該區內的Ge濃度同最大Ge含量進行匹配，所以額定電流放大系數是可非常準確地調整的。

因為只在Ge濃度分布線性上升的較小區域內改變，所以通過本發明的Ge分布造形，SiGeBT的高頻特性只有不重要的變化。

依靠兩個實施例參考附圖詳細說明本發明如下，即：

圖1示出了具有最佳化Ge分布的SiGeBT的概略結構，

圖2示出了根據本發明的Ge分布與現有技術的Ge分布比較，

圖3概略示出了對圖2所示的Ge分布而計算的電流放大系數與集電極電流密度的關系。

在圖1透視地描繪了SiGeBT半導體以及在繪圖平面內描繪了本發明的Ge分布。

在硅襯底7上形成與p摻雜的基極區2相接的n摻雜發射極區1，隨后又跟隨n摻雜的集電極區3。在發射極區1和基極區2之間存在EB空間電荷區4，在基極區2和集電極區3之間存在基極-集電極空間電荷區5。

在基極區2和在相接的發射極1的邊緣內，晶體管是與Ge制成合金。對本發明的兩實施例示出了沿著晶體管的Ge濃度分布6。