專利名稱：具有最佳鍺分布的硅鍺雙級(jí)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(diǎn)有關(guān)的電流放大系數(shù)變化。
硅鍺雙極晶體管，簡(jiǎn)稱SiGeBT，是硅雙極晶體管的進(jìn)一步發(fā)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(qū)及鄰接的發(fā)射極區(qū)的邊緣區(qū)與鍺(Ge)形成合金。在應(yīng)用合適的鍺分布的情況下，在晶體管的該區(qū)內(nèi)在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能帶寬度起較小的作用，以致載流子較快地通過(guò)基極區(qū)。因此，SiGeBT具有極高的極限頻率并特別適合于高頻應(yīng)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(qū)。從發(fā)射極到基極的鍺濃度的過(guò)渡或者是不連貫的，或近似為線性上升分布。關(guān)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(diǎn)是電流放大系數(shù)強(qiáng)烈地依賴于各自流過(guò)的集電極電流。該缺點(diǎn)歸因于晶體管的電流放大系數(shù)與發(fā)射極/基極-pn結(jié)的空間電荷區(qū)(簡(jiǎn)稱EB空間電荷區(qū))的狀態(tài)有關(guān)。其中下述兩個(gè)因素是主要的其一，晶體管的電流放大系數(shù)隨基極電荷上升而下降，該基極電荷由空間電荷區(qū)的狀態(tài)決定。
其二，電流放大系數(shù)與基極、尤其與EB空間電荷區(qū)的基極側(cè)界區(qū)的能帶寬度是呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。
隨著基極-發(fā)射極電壓上升，EB空間電荷區(qū)的基極側(cè)界區(qū)將會(huì)向發(fā)射體方向轉(zhuǎn)移，因此一方面基極電荷上升，而另一方面在該界區(qū)基于Ge濃度下降而使能帶寬度增大。兩效應(yīng)導(dǎo)致電流放大系數(shù)強(qiáng)烈下降。
因?yàn)殡S著基極-發(fā)射極電壓上升，集電極電流也上升，所以電流放大系數(shù)直接與晶體管集電極電流或工作點(diǎn)有關(guān)，并且隨著集電極電流上升而強(qiáng)烈下降。這種關(guān)系是不希望的，因?yàn)橛纱耸咕w管線性變壞或限制晶體管的動(dòng)態(tài)范圍。
本發(fā)明的任務(wù)是降低SiGeBT的這個(gè)電流放大系數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)的變化。
根據(jù)本發(fā)明該任務(wù)通過(guò)按照權(quán)利要求1所述的硅-鍺晶體管來(lái)解決。
在本發(fā)明的晶體管中，在EB空間電荷區(qū)的周圍的狹窄區(qū)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(jù)本發(fā)明，Ge合金是如此制作的，以致在EB空間電荷區(qū)的基極側(cè)界區(qū)移動(dòng)的情況下，進(jìn)一步補(bǔ)償引起電流放大系數(shù)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(dòng)愈多，則電流放大系數(shù)的變化愈小。在本發(fā)明的Ge摻雜分布情況下，在EB空間電荷區(qū)面對(duì)相鄰區(qū)的周圍，Ge濃度朝基極方向稍微強(qiáng)烈上升或下降。
本發(fā)明的有利擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求內(nèi)給出。
在本發(fā)明的有利擴(kuò)展中，在EB空間電荷區(qū)周圍，Ge濃度恒定保持在合適水平。
在本發(fā)明另一有利擴(kuò)展中，Ge分布是如此形成的，以致在EB空間電荷區(qū)的周圍Ge的濃度下降。這時(shí)，濃度下降是如此選擇的，使得最佳地補(bǔ)償與工作點(diǎn)有關(guān)的電流放大系數(shù)的變化。
在本發(fā)明中，以有利方式減少了在SiGeBT的額定電流放大系數(shù)方面受制造條件約束的元件參數(shù)差異。
SiGeBT的額定電流放大系數(shù)大多都有較大波動(dòng)的依據(jù)是由于不可避免的制造公差，發(fā)射極-基極pn結(jié)相對(duì)于Ge濃度分布的準(zhǔn)確位置是隨晶體管而不同的。在本發(fā)明的鍺分布形狀的情況下，這種受制造技術(shù)約束的變化將導(dǎo)致比現(xiàn)有技術(shù)的SiGeBT更小的額定電流放大系數(shù)變化。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是由于在發(fā)射極-基極-pn結(jié)區(qū)內(nèi)Ge濃度是有目的地變化，或使該區(qū)內(nèi)的Ge濃度同最大Ge含量進(jìn)行匹配，所以額定電流放大系數(shù)是可非常準(zhǔn)確地調(diào)整的。
因?yàn)橹辉贕e濃度分布線性上升的較小區(qū)域內(nèi)改變，所以通過(guò)本發(fā)明的Ge分布造形，SiGeBT的高頻特性只有不重要的變化。
依靠?jī)蓚€(gè)實(shí)施例參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明如下，即

圖1示出了具有最佳化Ge分布的SiGeBT的概略結(jié)構(gòu)，
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的Ge分布與現(xiàn)有技術(shù)的Ge分布比較，圖3概略示出了對(duì)圖2所示的Ge分布而計(jì)算的電流放大系數(shù)與集電極電流密度的關(guān)系。
在圖1透視地描繪了SiGeBT半導(dǎo)體以及在繪圖平面內(nèi)描繪了本發(fā)明的Ge分布。
在硅襯底7上形成與p摻雜的基極區(qū)2相接的n摻雜發(fā)射極區(qū)1，隨后又跟隨n摻雜的集電極區(qū)3。在發(fā)射極區(qū)1和基極區(qū)2之間存在EB空間電荷區(qū)4，在基極區(qū)2和集電極區(qū)3之間存在基極-集電極空間電荷區(qū)5。
在基極區(qū)2和在相接的發(fā)射極1的邊緣內(nèi)，晶體管是與Ge制成合金。對(duì)本發(fā)明的兩實(shí)施例示出了沿著晶體管的Ge濃度分布6。
Ge濃度6在發(fā)射極區(qū)內(nèi)朝基極方向首先上升。根據(jù)本發(fā)明，在基極和發(fā)射極之間的結(jié)區(qū)，其間存在空間電荷區(qū)4，且濃度分布6偏離了線性依賴關(guān)系。尤其在該結(jié)區(qū)內(nèi)，Ge濃度向著基極2的方向下降。
圖2示出了3種Ge濃度分布，對(duì)此計(jì)算了電流放大系數(shù)與集電極電流的關(guān)系。分布10示出了在發(fā)射極1和基極之間具有Ge線性分布的現(xiàn)有技術(shù)。在本發(fā)明的分布8情況下，在EB空間電荷區(qū)4周圍的Ge濃度分布顯示為一平臺(tái)。Ge濃度在該區(qū)為常量。本發(fā)明的分布9顯示所謂“負(fù)分級(jí)的分布”，其中在EB空間電荷區(qū)周圍的Ge濃度朝基極方向下降。這時(shí)，分布8的平臺(tái)高度或分布9的發(fā)射體-基極區(qū)的濃度最小值是同基極2內(nèi)的進(jìn)一步Ge濃度分布和在集電極3內(nèi)的最高Ge含量相匹配的。
在圖3描繪了從模擬計(jì)算得到的電流放大系數(shù)與在圖2示出的Ge分布的集電極電流的關(guān)系。
屬于Ge分布10的、描繪現(xiàn)有技術(shù)的電流放大系數(shù)曲線11在所示的間隔內(nèi)相對(duì)于電流放大系數(shù)最大值的變化超過(guò)50％。相反，本發(fā)明的Ge分布8的電流放大系數(shù)曲線12或分布9的曲線13通常顯示一個(gè)極其微小的變化區(qū)。這里，所示區(qū)域的電流放大系數(shù)相對(duì)于電流放大系數(shù)最高值的變化小于30％。
在其作用方面，本發(fā)明的Ge分布8和9的主要不同之處是在于最高放大系數(shù)那邊的、電流放大系數(shù)的下降與集電電極電流密度的關(guān)系。這里，分布9顯示有特殊的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橄鄳?yīng)的電流放大系數(shù)曲線13具有最小的下降，而且受改變的集電極電流的影響也最小。
正如已經(jīng)說(shuō)明的那樣，有利的、微不足道的電流放大系數(shù)的變化是基于在EB空間電荷區(qū)周圍的能帶間距的變化。在本發(fā)明的晶體管中，該變化可借助合適的Ge濃度分布達(dá)到。
電流放大系數(shù)微不足道的變化也可以通過(guò)另一用于以相同方式改變能帶間距的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如這是半導(dǎo)體襯底另外的摻雜或應(yīng)力。
權(quán)利要求
1.硅-鍺雙極晶體管，其中，在硅襯底(7)內(nèi)形成第一n摻雜發(fā)射極區(qū)1和與其相接的第二p摻雜的基極區(qū)(2)和與其相接的第三n摻雜的集電極區(qū)(3)，在發(fā)射極區(qū)(1)和基極區(qū)(2)之間形成第一空間電荷區(qū)(4)，以及在基極區(qū)(2)和集電極區(qū)(3)之間形成第二空間電荷區(qū)(5)，其中，基極區(qū)(2)和相鄰的發(fā)射極區(qū)(1)的邊緣區(qū)與鍺形成合金，發(fā)射極區(qū)(1)的鍺濃度(6)朝基極區(qū)(2)方向上升，第一空間電荷區(qū)(4)所在的結(jié)區(qū)內(nèi)的鍺濃度比發(fā)射區(qū)(1)稍微強(qiáng)烈地上升或下降，而基極區(qū)(2)內(nèi)的鍺濃度(6)比結(jié)區(qū)首先更強(qiáng)烈地上升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅-鍺雙極晶體管，其中，第一空間電荷區(qū)(4)所在的結(jié)區(qū)內(nèi)的鍺濃度(6)是常量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅-鍺雙極晶體管，其中，第一空間電荷區(qū)(4)所在的結(jié)區(qū)內(nèi)的鍺濃度(6)線性下降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3所述的硅-鍺雙極晶體管，其中，發(fā)射極區(qū)(1)和集電極區(qū)(3)被p摻雜，而基極區(qū)(2)被n摻雜。
全文摘要
本發(fā)明描繪了一種硅－鍺雙極晶體管，其中，在硅襯底(7)上形成第一n摻雜發(fā)射極區(qū)(1)和與其相接的第二p摻雜基極區(qū)(2)以及與其相接的第三n摻雜集電極區(qū)(3)。
文檔編號(hào)H01L29/02GK1395745SQ01803892
公開(kāi)日2003年2月5日 申請(qǐng)日期2001年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月20日
發(fā)明者W·克賴恩, R·拉奇納, W·莫爾齊 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司