[發明專利]鍺硅異質結雙極型晶體管的基區結構

有效

• 申請號: 201110006712.0
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102412282A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 陳帆;陳雄斌
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;H01L29/10
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 丁紀鐵

技術領域

本發明涉及一種半導體集成電路器件，特別是涉及一種鍺硅異質結雙極型晶體管的基區結構。

背景技術

在射頻應用中，需要越來越高的器件特征頻率，RFCMOS雖然在先進的工藝技術中可實現較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實現40GHz以上的特征頻率，而且先進工藝的研發成本也是非常高；化合物半導體可實現非常高的特征頻率器件，但由于材料成本高、尺寸小的缺點，加上大多數化合物半導體有毒，限制了其應用。鍺硅異質結雙極型晶體管(SiGe?HBT)則是超高頻器件的很好選擇，首先其利用鍺硅(SiGe)與硅(Si)的能帶差別，提高發射區的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數；其次利用鍺硅基區的高摻雜，降低基區電阻，提高特征頻率；另外鍺硅工藝基本與硅工藝相兼容，因此鍺硅異質結雙極型晶體管已經成為超高頻器件的主力軍。

現有鍺硅異質結雙極型晶體管包括發射區、基區和集電區；所述基區由一鍺硅外延層組成，所述基區的第一側和所述發射區接觸、所述基區的第二側和所述集電區接觸。

如圖1所示，現有鍺硅異質結雙極型晶體管的第一種基區結構的鍺分布圖。圖1中所示基區坐標為從發射區到集電區間的剖面的橫坐標，A點為所述基區的第一側的坐標、B點為所述基區的第二側的坐標、C點為所述基區的第一側和第二側間的鍺濃度峰值位置處的坐標。現有第一種基區結構的鍺分布為三角形分布，從所述基區的第一側到所述鍺濃度峰值位置處之間，鍺濃度線性增加，分布曲線為一直線；從所述基區的所述鍺濃度峰值位置處到第二側之間，所述鍺濃度線性減少，分布曲線也為一直線。所述第一種基區結構中還摻入了硼雜質，使整個基區為P型。

現有第一種基區結構的鍺分布為三角形分布，使基區引入了一個持續的內建電場，產生一個使電子從發射極向集電極輸運的加速度，從而使基區渡越時間減少，提高截止頻率(Ft)。但是這種三角形分布方式的鍺組分總量最少，且基區頭部即A點處的鍺組分為0，電流增益(Beta)就會很小，這樣，要提高截止頻率，就要犧牲一定電流增益；而要保證電流增益足夠大，則截止頻率就提高不上去。

如圖2所示，現有鍺硅異質結雙極型晶體管的第二種基區結構的鍺分布圖。圖2中所示基區坐標為從發射區到集電區間的剖面的橫坐標，A點為所述基區的第一側的坐標、B點為所述基區的第二側的坐標、C點為所述基區的第一側和第二側間的鍺濃度峰值位置處的坐標。現有第二種基區結構的鍺分布為梯形分布，從所述基區的第一側即A點到所述鍺濃度峰值位置處即C點之間，鍺濃度的分布曲線包括了一線性增加的直線，和一梯度為0、濃度保持為峰值的直線；從所述基區的所述鍺濃度峰值位置處即C點到第二側即B點之間，所述鍺濃度線性減少，分布曲線也為一直線。

相比于現有第一種基區結構，現有第二種基區結構的鍺的梯形分布能使鍺組分的總量提高，從而使器件的電流增益就會增加。但是現有第二種基區結構的內建電場的范圍變得很短，電子在基區的加速不夠，達不到飽和速度，基區渡越時間就會增加，損失了截止頻率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鍺硅異質結雙極型晶體管的基區結構，不僅能在基區內形成持續的內建電場、還能提高基區的鍺總體組分，從而能增加器件電流增益、提高基區的截止頻率，改善器件的高頻特性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種鍺硅異質結雙極型晶體管的基區結構，鍺硅異質結雙極型晶體管包括發射區、基區和集電區；所述基區由一鍺硅外延層組成，所述基區的第一側和所述發射區接觸、所述基區的第二側和所述集電區接觸；所述基區的鍺分布結構為：在所述基區的第一側和第二側間包括一鍺濃度峰值；從所述基區的第一側到所述鍺濃度峰值位置處之間，鍺濃度逐漸增加，所述鍺濃度的增加曲線包括多個逐漸減少的梯度；從所述基區的所述鍺濃度峰值位置處到第二側之間，所述鍺濃度線性減少。

進一步的改進是，從所述基區的第一側到所述鍺濃度峰值位置處之間的所述鍺濃度的增加曲線由相互連接且梯度值都大于0的第一條直線和第二條直線組成，所述第一條直線和所述基區的第一側相連、所述第二條直線和所述鍺濃度峰值位置處相連，所述第一條直線的梯度大于所述第二條直線的梯度。從所述基區的第一側到所述第一條直線和所述第二條直線的連接處的寬度為所述基區的總寬度的1/5～3/5，所述第一條直線和所述第二條直線的連接處的鍺濃度為12％～18％(重量)；從所述第一條直線和所述第二條直線的連接處到所述鍺濃度峰值位置處的寬度為所述基區的總寬度的3/5～1/5，所述鍺濃度的峰值為18％～25％(重量)。