專利名稱：鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)。
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(xiàn)較高頻率，但還是難以完全滿足射頻要求，如很難實現(xiàn)40GHz以上的特征頻率，而且先進工藝的研發(fā)成本也是非常高；化合物半導體可實現(xiàn)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(shù)化合物半導體有毒，限制了其應用。鍺硅異質(zhì)結(jié)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(fā)射區(qū)的載流子注入效率，增大器件的電流放大倍數(shù)；其次利用鍺硅基區(qū)的高摻雜，降低基區(qū)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(zhì)結(jié)雙極型晶體管已經(jīng)成為超高頻器件的主力軍?，F(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；所述基區(qū)由一鍺硅外延層組成，所述基區(qū)的第一側(cè)和所述發(fā)射區(qū)接觸、所述基區(qū)的第二側(cè)和所述集電區(qū)接觸。如圖1所示，現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布圖。圖1中所示基區(qū)坐標為從發(fā)射區(qū)到集電區(qū)間的剖面的橫坐標，A點為所述基區(qū)的第一側(cè)的坐標、B 點為所述基區(qū)的第二側(cè)的坐標、C點為所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間的鍺濃度峰值位置處的坐標?，F(xiàn)有第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布為三角形分布，從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的所述鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)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(qū)結(jié)構(gòu)中還摻入了硼雜質(zhì)，使整個基區(qū)為P型?，F(xiàn)有第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布為三角形分布，使基區(qū)引入了一個持續(xù)的內(nèi)建電場，產(chǎn)生一個使電子從發(fā)射極向集電極輸運的加速度，從而使基區(qū)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(qū)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(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的第二種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布圖。圖2中所示基區(qū)坐標為從發(fā)射區(qū)到集電區(qū)間的剖面的橫坐標，A點為所述基區(qū)的第一側(cè)的坐標、B 點為所述基區(qū)的第二側(cè)的坐標、C點為所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間的鍺濃度峰值位置處的坐標。現(xiàn)有第二種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布為梯形分布，從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的所述鍺濃度峰值位置處即C點到第二側(cè)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(xiàn)有第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有第二種基區(qū)結(jié)構(gòu)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(xiàn)有第二種基區(qū)結(jié)構(gòu)的內(nèi)建電場的范圍變得很短，電子在基區(qū)的加速不夠，達不到飽和速度，基區(qū)渡越時間就會增加，損失了截止頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，不僅能在基區(qū)內(nèi)形成持續(xù)的內(nèi)建電場、還能提高基區(qū)的鍺總體組分，從而能增加器件電流增益、提高基區(qū)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(fā)明提供一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；所述基區(qū)由一鍺硅外延層組成，所述基區(qū)的第一側(cè)和所述發(fā)射區(qū)接觸、所述基區(qū)的第二側(cè)和所述集電區(qū)接觸；所述基區(qū)的鍺分布結(jié)構(gòu)為在所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間包括一鍺濃度峰值；從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的所述鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)之間，所述鍺濃度線性減少。進一步的改進是，從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的第一側(cè)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(qū)的第一側(cè)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(qū)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(qū)的總寬度的3/5 1/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。進一步的改進是，從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處之間的所述鍺濃度的增加曲線為一梯度逐漸減小的弧線。從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處的寬度為所述基區(qū)的總寬度的3/5 4/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。本發(fā)明具有如下有益效果1、本發(fā)明基區(qū)結(jié)構(gòu)的從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處之間的鍺濃度逐漸增加，因為隨著鍺濃度逐漸增加，鍺硅外延層的帶隙寬度會逐漸減少，所以能在基區(qū)內(nèi)形成持續(xù)的內(nèi)建電場。由于本發(fā)明器件的基區(qū)內(nèi)形成了持續(xù)的內(nèi)建電場，故能使電子在基區(qū)內(nèi)輸運時得到加速，從而減少電子在基區(qū)的渡越時間，提高基區(qū)的截止頻率，改善器件的高頻特性。2、本發(fā)明基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺濃度的增加曲線為一梯度逐漸減小，故相對于現(xiàn)有第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺總體組分能夠得到提高，從而能增加器件電流增益。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的第一種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布圖；圖2是現(xiàn)有鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的第二種基區(qū)結(jié)構(gòu)的鍺分布圖；圖3是本發(fā)明實施例一的鍺分布圖；圖4是本發(fā)明實施例二的鍺分布圖。
具體實施例方式如圖3所示，是本發(fā)明實施例一的鍺分布圖。本發(fā)明實例一的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管為一 NPN晶體管，包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；所述基區(qū)由一鍺硅外延層組成，在所述鍺硅外延層中摻入了硼雜質(zhì)使基區(qū)為P型，所述硼雜質(zhì)的分布和濃度圖3中的虛線所示。 所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都為N型。所述基區(qū)的第一側(cè)和所述發(fā)射區(qū)接觸，接觸位置即為點A所示；所述基區(qū)的第二側(cè)和所述集電區(qū)接觸，接觸位置即為點B所示。所述基區(qū)的鍺分布結(jié)構(gòu)為在所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間包括一鍺濃度峰值，所述鍺濃度峰值位置即為點C所示。從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的第一側(cè)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；其中所述第一條直線和第二條直線的連接位置即為點D所示。從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述第一條直線和所述第二條直線的連接處的寬度即點A到點D間的寬度為所述基區(qū)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即點D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即點D到點C間的寬度為所述基區(qū)的總寬度的3/5 1/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。從所述基區(qū)的所述鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)之間即點C到點B之間，所述鍺濃度線性減少，該區(qū)間的鍺濃度下降的梯度較大。如圖4所示，是本發(fā)明實施例二的鍺分布圖。本發(fā)明實例一的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管為一 NPN晶體管，包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；所述基區(qū)由一鍺硅外延層組成，在所述鍺硅外延層中摻入了硼雜質(zhì)使基區(qū)為P型，所述硼雜質(zhì)的分布和濃度圖3中的虛線所示。 所述發(fā)射區(qū)和所述集電區(qū)都為N型。所述基區(qū)的第一側(cè)和所述發(fā)射區(qū)接觸，接觸位置即為點A所示；所述基區(qū)的第二側(cè)和所述集電區(qū)接觸，接觸位置即為點B所示。所述基區(qū)的鍺分布結(jié)構(gòu)為在所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間包括一鍺濃度峰值，所述鍺濃度峰值位置即為點C所示。從所述基區(qū)的第一側(cè)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為一梯度逐漸減小的弧線。從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處的寬度即點A到點C間的寬度為所述基區(qū)的總寬度的3/5 4/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。從所述基區(qū)的所述鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)之間即點C到點B之間，所述鍺濃度線性減少，該區(qū)間的鍺濃度下降的梯度較大。以上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管包括發(fā)射區(qū)、 基區(qū)和集電區(qū)；所述基區(qū)由一鍺硅外延層組成，所述基區(qū)的第一側(cè)和所述發(fā)射區(qū)接觸、所述基區(qū)的第二側(cè)和所述集電區(qū)接觸；其特征在于，所述基區(qū)的鍺分布結(jié)構(gòu)為在所述基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間包括一鍺濃度峰值；從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的所述鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)之間，所述鍺濃度線性減少。
2.如權利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)的第一側(cè)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。
3.如權利要求2所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于從所述基區(qū)的第一側(cè)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(qū)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(qū)的總寬度的3/5 1/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。
4.如權利要求1所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處之間的所述鍺濃度的增加曲線為一梯度逐漸減小的弧線。
5.如權利要求4所述的鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，其特征在于從所述基區(qū)的第一側(cè)到所述鍺濃度峰值位置處的寬度為所述基區(qū)的總寬度的3/5 4/5，所述鍺濃度的峰值為18% 25% (重量)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基區(qū)結(jié)構(gòu)，包括發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；基區(qū)由一鍺硅外延層組成，基區(qū)的第一側(cè)和發(fā)射區(qū)接觸、基區(qū)的第二側(cè)和集電區(qū)接觸?；鶇^(qū)的鍺分布結(jié)構(gòu)為在基區(qū)的第一側(cè)和第二側(cè)間包括一鍺濃度峰值；從基區(qū)的第一側(cè)到鍺濃度峰值位置處之間，鍺濃度逐漸增加，鍺濃度的增加曲線包括多個逐漸減少的梯度。從基區(qū)的鍺濃度峰值位置處到第二側(cè)之間，鍺濃度線性減少。本發(fā)明能在基區(qū)內(nèi)形成持續(xù)的內(nèi)建電場、并能提高基區(qū)的鍺總體組分，從而能在增加器件電流增益的同時、提高基區(qū)的截止頻率，改善器件的高頻特性。
文檔編號H01L29/737GK102412282SQ20111000671
公開日2012年4月11日 申請日期2011年1月13日 優(yōu)先權日2011年1月13日
發(fā)明者陳帆, 陳雄斌 申請人:上海華虹Nec電子有限公司