專利名稱：一種晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件技術(shù)，特別涉及一種晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
在O. 5至6太赫茲(THzJP IO12赫茲)頻率體系，成像和光譜系統(tǒng)在安全、衛(wèi)生、遙感和基礎(chǔ)科學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。太赫茲波在水中具有很強(qiáng)的衰減強(qiáng)度，但對生物組織具有較大的穿透深度，而不會對生物組織造成損害。因此，他們特別適合于涉及透過不透明的物體進(jìn)行低風(fēng)險成像的安全應(yīng)用，比如透過衣服、牙齒、紙張、塑料和陶瓷材料的成像。太赫茲波在衛(wèi)生應(yīng)用中也非常理想，比如皮膚癌的早期診斷。因此，近來已經(jīng)對許多涉及安全、醫(yī)藥、生物分析、用于環(huán)境監(jiān)測的遙感和減輕自然災(zāi)害的社會基礎(chǔ)應(yīng)用進(jìn)行了廣泛地研究。憑借其高頻率，太赫茲波也同樣適用于極限寬帶通信。然而，到目前為止，太赫茲頻段區(qū)域在日常中的應(yīng)用卻非常少。這就導(dǎo)致了 “太赫茲空隙”(THz gap)這一表述的出現(xiàn)，它不精確地描述了缺乏足夠的技術(shù)，來有效地彌合低于ITHz的微波頻率和高于6THz的光頻率之間的頻段，特別是，在這個特定的頻率范圍內(nèi)缺乏具有有用功率水平的實(shí)際源?，F(xiàn)在，半導(dǎo)體電子和激光光學(xué)元件從各自相反的方向來縮小這個太赫茲空隙。先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，包括硅-互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Silicon-CMOS)、鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(SiGe HBT)和化合物半導(dǎo)體HEMT器件(高電子遷移率晶體管)，極大地促進(jìn)了毫米波技術(shù)的發(fā)展。然而，通過最強(qiáng)大的和具有成本效益的SiGe HBT技術(shù)預(yù)計(jì)可達(dá)到的頻率在目前約為O. 5THz。在光學(xué)領(lǐng)域，依靠從良好定義的電子態(tài)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)代固態(tài)激光器，在打破6THz壁壘時，遇到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@樣的頻率的光能量等于室溫下熱波動的能量，即kT = 26毫電子伏特(meV)。目前，可以通過無源器件，比如頻率乘法器，進(jìn)入THz頻段。然而，這樣的器件普遍具有顯著的功率損耗，這導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中使用這些器件時功率和系統(tǒng)體積比將不切實(shí)際的小。因此，小而高效的有源THz器件是唯一的解決辦法。真空電子器件，包括速調(diào)管，已被視為一種用于彌合THz空隙的方式。這種器件或許可以應(yīng)用到軍事和航空航天領(lǐng)域，但可以預(yù)見，其大尺寸、顯著的能量消耗和糟糕的可靠性，將阻礙它們向安全衛(wèi)生等廣闊的民用領(lǐng)域滲透。因此，基于先進(jìn)半導(dǎo)體的固態(tài)電子器件是唯一能用于我們?nèi)粘Ｉ畹?，特別是使用電池供電的便攜式太赫茲系統(tǒng)。在ITHz運(yùn)行的基于CMOS的解決方案需要具有10納米(nm)溝道長度的晶體管。然而，在這個柵極長度，由于量子隧道效應(yīng)，晶體管會輸出非常低的功率。憑借優(yōu)越的跨導(dǎo)和噪聲特性，SiGe HBT技術(shù)被普遍認(rèn)為給新興的高頻率市場提供了最強(qiáng)大的和具有成本效益的解決方案。目前，SiGe HBT的基礎(chǔ)技術(shù)是通過化學(xué)氣相沉積(CVD)的SiGe。目前最先進(jìn)的SiGe HBT在室溫下具有O. 4THz的截止頻率。正在進(jìn)行的名為“D0TFIVE”的歐洲FP7計(jì)劃，包括主要的歐洲半導(dǎo)體企業(yè)，試圖在2013年推出O. 5THz的SiGe HBT技術(shù)。值得注意是，在D0TFIVE計(jì)劃中，用于O. 325THz的完整的頻率乘法器鏈的電路設(shè)計(jì)代表了目前的最高發(fā)展水平，但這不但是一個非常有損耗的方法，也還未能進(jìn)入THz空隙。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，SiGe HBT可以在外延的金屬硅化物上通過原子層外延(ALE)法形成超薄(例如，小于或者等于IOnm)半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)。應(yīng)力工程可以應(yīng)用于HBT部分區(qū)域或全部區(qū)域上，用來提高橫向空穴和縱向電子導(dǎo)電。SiGe HBT具有倒置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并通過減少寄生效應(yīng)、并為關(guān)鍵的基區(qū)形貌控制提供更好的熱處理預(yù)算，從而得到最大化的頻率性能?？梢酝ㄟ^采用ALE技術(shù)，在預(yù)先外延形成的金屬硅化物上外延形成發(fā)射區(qū)、在發(fā)射區(qū)上外延形成基區(qū)，然后在基區(qū)上外延形成集電區(qū)，來制備得到倒置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。采用新的接觸方式，以在某些或所有的HBT引出端中提供極低的接觸電阻。SiGe HBT可以采用適合于工業(yè)化生產(chǎn)的CMOS技術(shù)制備。在一個實(shí)施例中，一個HBT包括生長在半導(dǎo)體襯底上的超薄單晶外延金屬硅化物層，其厚度為IOnm或更薄，在該金屬硅化物層上形成單晶硅發(fā)射極，在發(fā)射極上形成基極，基極具有約IOnm或更小的寬度；并在基極上形成單晶硅集電極。該HBT具有集電極更靠近HBT表面的倒置結(jié)構(gòu)。 在進(jìn)一步的實(shí)施例中，發(fā)射極是碳摻雜的。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，單晶外延金屬硅化物是在Si (100)襯底上的超薄外延NiSi2膜。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，發(fā)射極和集電極分別具有約IOnm或更薄的厚度。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，發(fā)射極、基極和集電極中的至少一個通過至少一個ALE過程形成。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，基極包括鍺化硅(SiGe)。HBT進(jìn)一步包括在發(fā)射極、基極和集電極上分別具有金屬硅化物接觸，并且金屬硅化物接觸具有非常低的約45毫歐·厘米的電阻率。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，集電極在傳輸方向上進(jìn)行應(yīng)力處理以提高電子遷移率。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，集電極為輕摻雜的娃且在表面有金屬娃化物層。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，基極進(jìn)行應(yīng)力處理，以增強(qiáng)在基極的橫向空穴和縱向電子傳導(dǎo)，并在另外一個方向上進(jìn)行進(jìn)一步的形變處理。在一個實(shí)施例中，一種HBT的制造方法包含以下步驟在半導(dǎo)體襯底上外延生長單晶金屬硅化物層，且該金屬硅化物層具有IOnm或更薄的厚度；在所述金屬硅化物層上外延生長單晶娃發(fā)射極；在發(fā)射極上外延生長SiGe基極；在SiGe基極上外延生長單晶娃集電極。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，金屬硅化物層是通過固態(tài)反應(yīng)(SSR)過程生長在Si (100)上的NiSi2，該方法包括濺射沉積一層約等于2納米厚的Ni膜和快速熱處理。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，發(fā)射極使用ALE過程生長，并在ALE過程中進(jìn)行原位碳摻雜。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，在ALE過程中使用從激光源發(fā)出的光子，幫助從襯底表面釋放氫原子。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，硅發(fā)射極層與SiGe基極層均進(jìn)行了應(yīng)變處理，并且SiGe基極層在多個方向上進(jìn)行了應(yīng)變處理。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，由于倒置結(jié)構(gòu)，機(jī)械應(yīng)力從HBT頂部表面施加到集電極層上。


圖1是根據(jù)一個實(shí)施例的SiGe HBT器件的橫截面示意圖；圖2是根據(jù)一個實(shí)施例的SiGe HBT器件制備方法的流程圖；
圖3a至3h是根據(jù)一個實(shí)施例的SiGe HBT器件制備方法各步驟對應(yīng)的橫截面示意圖；圖4A是根據(jù)一個實(shí)施例的使用SSR在Si (100)上生長6nm厚的外延NiSi2的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像。圖4B是使用分子束外延在NiSi2上生長IOnm厚的外延Si的RHEED圖像。圖5是根據(jù)一個實(shí)施例的為大注入工作優(yōu)化的SiGe HBT的工作頻率(fT)與集電極電流密度Jc之間關(guān)系的仿真結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供了一種新型、能夠從微波方向滲透到太赫茲空隙(THz gap)頻段工作的“倒置”鍺硅異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(SiGe HBT)器件。通過采用與材料、工藝技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)有關(guān)的革命性薄膜技術(shù)創(chuàng)新，比如，在Si上采用固態(tài)反應(yīng)(SSR)外延生長NiSi2以及在NiSi2上采用原子層外延法生長Si等，進(jìn)行制備SiGe HBT，該HBT器件能工作在太赫茲空隙頻段中。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的倒置HBT 100的橫截面示意圖。如圖1所示，該倒置HBT 100包含位于半導(dǎo)體(如，硅)襯底101上的外延層110、位于外延層110上的發(fā)射極120、位于發(fā)射極120上的基極130、和位于基極層上的集電極140。因此，倒置HBT 100中的發(fā)射極120、基極130和集電極140的順序與傳統(tǒng)的雙極型晶體管中的順序是相反的。這種布局的一個好處是，與傳統(tǒng)的雙極型晶體管中發(fā)射極引出端在集電極-發(fā)射極(CE)結(jié)構(gòu)中接地不一樣，本實(shí)施例HBT 100中的發(fā)射極靠近襯底101中的低電勢區(qū)域。另一方面，集電極接近HBT 100的頂部或表面102，因此，集電極更接近或直接和與HBT相連的電路金屬層(圖中未示出)接觸，并且易于從器件頂部接入。其結(jié)果是，使得寄生效應(yīng)的影響(特別是，集電極-基極電容Cb。)顯著減少，從而能實(shí)現(xiàn)在性能上的增益。在一個實(shí)施例中，外延層110包含異相外延生長過程中所形成的單晶硅化物，發(fā)射極包含外延生長硅。在改進(jìn)的實(shí)施例中，發(fā)射極包含碳摻雜硅(Si (C))，該碳摻雜硅具有比硅(Si)更大的能帶隙，可以實(shí)現(xiàn)更加增強(qiáng)的載流子注入。由于能夠在其上形成良好的異質(zhì)外延娃(Si)或鍺化娃(SiGe)的基極,外延娃發(fā)射極能夠帶來良好的高頻性能。在一個實(shí)施例中，基極通過原子層外延(ALE)方法制備，其寬度w可以非常薄，從而使基極傳輸時間不會顯著地限制HBT的性能。這樣的“倒置雙極型”結(jié)構(gòu)能夠允許對集電極進(jìn)行簡單的摻雜優(yōu)化，以便可以形成特殊的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使器件能在更高的電流密度下工作，以達(dá)到更高的頻率極限。此外，該倒置結(jié)構(gòu)能夠大大簡化對在太赫茲頻段工作很重要的形變的施加。在一個實(shí)施例中，外延層110包含外延金屬硅化物，該金屬硅化物具有約50歐姆/方塊的薄層電阻，以便使載流子渡越時間和串聯(lián)電阻最小化，并改善散熱管理。在一個實(shí)施例中，基極層包含Si或SiGe。通過形成具有SiGe的基極可以獲得更高的工作頻率。雖然硅基極也是可行的，但是下面的討論將主要集中在具有SiGe基極層的HBT 100，并且下面以SiGe HBT 100代替HBT100。在一個實(shí)施例中，基極層采用應(yīng)力工程增強(qiáng)基底中橫向空穴和縱向電子的傳導(dǎo)。在一個實(shí)施例中，除了采用進(jìn)行應(yīng)力處理的SiGe層之外，在另外一個方向施加壓力，以便更大幅度地改善器件的性能。已經(jīng)發(fā)展成熟的應(yīng)力技術(shù)，比如異質(zhì)結(jié)外延處理和氮化硅拉伸及壓縮應(yīng)力，已被廣泛應(yīng)用在最先進(jìn)的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)中，同樣也可用于本發(fā)明討論的應(yīng)力應(yīng)用中。在一個實(shí)施例中，SiGe HBT 100的基極130包含非本 征基極區(qū)130a和本征基極區(qū)130b。在一個實(shí)施例中，本征基極區(qū)的厚度約為IOnm或者更薄。為了避免如此薄的本征基極區(qū)而導(dǎo)致的不必要的高電阻，發(fā)射極條帶120被做得非常狹窄(比如，約20納米或更窄)，HBT 100可以具有多個發(fā)射極條帶以優(yōu)化性能。在一個實(shí)施例中，發(fā)射極使用電子束光刻或者浸潤式光刻技術(shù)進(jìn)行圖案化，以獲得高分辨率。在一個實(shí)施例中，集電極包含娃,并進(jìn)行了應(yīng)力處理。在一個實(shí)施例中，集電極為輕摻雜的娃且在上表面有金屬娃化物層，并在傳輸方向上進(jìn)行了應(yīng)力處理，以提高電子遷移率。倒置的接近表面102的集電極區(qū)域結(jié)構(gòu)方便進(jìn)行應(yīng)力的施加和控制。在一個實(shí)施例中，在集電極頂部的硅化物接觸區(qū)150的尺寸可以與集電極一樣大，以便使接觸電阻最小化。在一個實(shí)施例中，SiGe HBT 100還包含在其引出端的低電阻率接觸區(qū)150。例如，可以是在發(fā)射極和基極具有極低接觸電阻(例如，低于IO-8Qcm2),和在集電極具有極低肖特基勢壘(SBH)(例如，約為O.1eV)的鎳硅(NiSi)接觸區(qū)。在一個實(shí)施例中，采用先進(jìn)的ALE和外延硅化物技術(shù)制造工作頻率超過ITHz的高性能HBT。在如此高的頻率下，應(yīng)特別注意使所有包括內(nèi)部的和外部的的寄生元件最小化，如果不是這樣的話，將給有源器件帶來不利影響。每次沉積一個原子層的ALE處理，確保在低溫沉積過程中一層中的原子最終沉積在正確的晶格位置。因此，與需要非常高沉積溫度的傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積(CVD)相比，ALE不需要額外的高溫步驟。與也能達(dá)到原子級沉積控制的分子束外延(MBE)相比，ALE有利于獲得在實(shí)際太赫茲元件中非常期望實(shí)現(xiàn)的狹窄的分布形貌。在一個實(shí)施例中，超高真空(UHV)ALE用于生長碳摻雜硅(以Si(C)表示)發(fā)射極、鍺硅基極和硅集電極。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的SiGe HBT制備過程200的流程圖。圖3a至3h是SiGe HBT制備過程200中各步驟對應(yīng)的橫截面圖。如圖2和3a所示，提供半導(dǎo)體襯底301 (步驟201)。半導(dǎo)體襯底101可以是硅襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。如圖2和3b所示，通過異質(zhì)結(jié)外延工藝在半導(dǎo)體襯底上生長單晶金屬硅化物層110(步驟210)。該外延硅化物層110取代傳統(tǒng)上使用的厚的做為子集電極的高摻雜硅層，具有適合于太赫茲頻率工作的50 Ω以下的薄層電阻。由于硅化物層可以非常薄(SlOnm)，因此與子發(fā)射極的任何側(cè)壁相連的寄生邊緣電容會大大減小。在一個實(shí)施例中，外延硅化層110是采用固態(tài)反應(yīng)(SSR)工藝生長在硅襯底100上的超薄NiSi2薄膜。在一個實(shí)施例中，SSR過程首先以濺射方式沉積一層約2納米厚的Ni膜，接著在約700°C溫度下進(jìn)行簡短熱處理。如圖4A所示，在Si(IOO)上生長的6納米厚的外延NiSi2膜的厚度是均勻的，并在原子層級別具有尖銳的界面和光滑的表面。此外，該膜具有非常低的電阻率，例如，45μ Ω-cm，或約單位面積75 Ω的薄層電阻。如圖2和3c所示，碳摻雜硅(Si (C))發(fā)射極120和SiGe基極130采用ALE工藝被連續(xù)地形成在外延硅化物層110上(分別對應(yīng)步驟220和230)。在ALE工藝中，可以實(shí)現(xiàn)單原子層精度的厚度和成分控制，不同的化學(xué)物質(zhì)和材料也能迅速地進(jìn)行處理。發(fā)射極120進(jìn)行原位摻雜，以實(shí)現(xiàn)原子層級別的陡峭的雜質(zhì)分布。具有單原子層控制能力的ALE工藝通常依賴于兩個前驅(qū)體的循環(huán)處理，以形成AxBy型二元化合物，如II1-V或I1-VI族半導(dǎo)體。ALE工藝230的關(guān)鍵特征是自限制性，該特性通過在超高真空(UHV)環(huán)境，低于400°C的溫度下的化學(xué)吸附過程實(shí)現(xiàn)。以這種方式，可以在每個周期中生長出成分A或B中的至多一個單層，且與生長周期的長度無關(guān)。對于單元素的硅膜的生長，循環(huán)處理可以通過使用六氯化二硅(Si2Cl6)和六氫化二硅(Si2H6)實(shí)現(xiàn)。然而，這個過程并不是真正的自限制，因?yàn)樵?00°C以上Si2H6很容易分解。就這一點(diǎn)而言，基極130中鍺硅合金的ALE預(yù)期會更加困難，因?yàn)橹T如鍺甲烷(GeH4)或六氫化二鍺(Ge2H6)的鍺前驅(qū)體易于在更低的溫度下分解。為了實(shí)現(xiàn)原子層級別的自限制生長，需要在低的溫度下進(jìn)行生長工藝。低溫生長的一個挑 戰(zhàn)是從正在生長的硅表面進(jìn)行氫原子的脫附，為后續(xù)的硅吸附和沉積留有余地。使用光子或等離子體可以幫助釋放氫原子，從而實(shí)現(xiàn)硅原子層外延。為了避免等離子體誘導(dǎo)損傷，可以采用光子方法進(jìn)行Si和SiGe的外延，以實(shí)現(xiàn)單原子層控制。帶有外部激光源的常規(guī)超高真空ALE或ALD系統(tǒng)可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的ALE工藝。如圖2所示，過程200進(jìn)一步包括對Si發(fā)射極120 (步驟225)和SiGe基極130 (步驟235)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)力處理，以縮短渡越時間，實(shí)現(xiàn)工作頻率(fT)大于1.1太赫茲的SiGe HBT0通過在異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中引入單軸和雙軸應(yīng)力的組合，載流子遷移率以及受載流子遷移率影響的器件的工作頻率可以顯著地增加。這可以通過內(nèi)在的異質(zhì)結(jié)外延生長和外在的應(yīng)變層沉積來實(shí)現(xiàn)。同樣地，眾所周知，異質(zhì)結(jié)有利于載流子的注入和載流子的輸運(yùn)。正如在CMOS技術(shù)中的成功應(yīng)用一樣，使用應(yīng)變層進(jìn)行應(yīng)力處理可以為載流子遷移率增強(qiáng)提供更大的自由度。如圖2和3d所示，硅層140通過異質(zhì)結(jié)外延工藝形成(步驟240)。為了保持不同層之間陡峭的摻雜分布，并以形成一個NPN HBT為例，在ALE工藝過程中發(fā)射極120，基極130和集電極140分別進(jìn)行N型、P型和N型原位摻雜。對于根據(jù)一個實(shí)施例的NPN HBT,在正常工作期間，基極和發(fā)射極之間的偏壓(Vbe)是正的，基極和集電極之間的偏壓(Vbc)是負(fù)的。如圖2、3e至3f所示，在步驟145中對發(fā)射極120、基極130和集電極140進(jìn)行圖案化和蝕刻，以形成發(fā)射極120、基極130和集電極140。如圖3g所示，淀積絕緣介電層103，然后平坦化，接著在絕緣介電層103內(nèi)形成接觸孔。接觸孔160用于隨后在發(fā)射極、基極和集電極上形成接觸區(qū)。如圖2和3h所示，在發(fā)射極、基極和集電極上形成接觸區(qū)(步驟250)。在一個實(shí)施例中，可以采用傳統(tǒng)的自對準(zhǔn)CMOS工藝形成硅化鎳(NiSi)接觸區(qū)，無需額外的光刻掩模。發(fā)射極和基極之間具有超低的接觸電阻(例如，低于10_8 Ω cm2)，采用在CMOS研究中開發(fā)的金屬-半導(dǎo)體接觸雜質(zhì)分離(DS :dopant segregation)技術(shù),集電極的金屬半導(dǎo)體接觸可以達(dá)到非常低的肖特基勢壘高度(SBH)(例如，約為0. leV)。這將進(jìn)一步提高SiGe HBT100的頻率性能。到目前為止，在傳統(tǒng)的HBT研究中電接觸區(qū)很少受到關(guān)注?？紤]到HBT的結(jié)構(gòu)約束條件及其相關(guān)工藝，通常的重?fù)诫s技術(shù)和具有低接觸電阻的適當(dāng)金屬選擇不容易實(shí)現(xiàn)，因此，對于THz器件，接觸區(qū)成為一個重要問題。為了減小所有三個引出端的接觸電阻，可以采用諸如雜質(zhì)分離的技術(shù)來改變金屬硅化物和半導(dǎo)體之間的肖特基勢壘高度。因此，SiGe HBT通過原子層外延(ALE)形成，具體地說，在外延金屬硅化物上形成超薄(例如，小于10納米)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。在HBT—些或所有區(qū)域上施加應(yīng)力技術(shù)，使得橫向空穴和縱向電子傳導(dǎo)能力同時增強(qiáng)。SiGeHBT具有倒置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并通過減少寄生效應(yīng)及為關(guān)鍵的基區(qū)形貌和分布控制提供更好的熱預(yù)算，獲得最大化的頻率性能。采用新的接觸策略，以在某些或所有的HBT引出端中得到極低的接觸電阻。因此，能在太赫茲頻段工作的良好的倒置SiGe HBT可以采用基于半導(dǎo)體的工藝來制作，采用ALE工藝在單晶硅化物膜上形成S1、SiGe和碳摻雜硅Si (C)結(jié)構(gòu)?；蛘撸肿邮庋?MBE)也可用于半導(dǎo)體的生長。外延NiSi2膜所獲得的表面與界面性能對促進(jìn)各種Si或SiGe膜上的外延很重要。例如，如圖4B中的反射高能電子衍射(ReflectionHigh-Energy Electron Diffraction,簡稱 “RHEED”)圖像顯不，10 納米厚的外延 Si 可以在380°C下在外延附3“膜上生長得到。雖然沒有作精心的表面處理，生長表面的質(zhì)量已經(jīng)比較合理。圖5是基于本發(fā)明一個實(shí)施例的為大注入工作條件優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果SiGe HBT的工作頻率(fT)與集電極電流密度Jc之間關(guān)系的曲線圖。SiGe HBT的性能優(yōu)勢主要來自于SiGe較小的能帶隙以及能帶隙梯度導(dǎo)致的載流子縱向電場加速。但是，對基極電阻很重要的縱向電子遷移率和橫向空穴遷移率，僅有極小的改進(jìn)。另一方面，在CMOS技術(shù)里，90納米以下CMOS的關(guān)鍵性能增強(qiáng)因子是通過應(yīng)力工程實(shí)現(xiàn)的橫向場遷移率增強(qiáng)。在一個實(shí)施例中，能帶隙工程和遷移率工程相結(jié)合，進(jìn)一步改善HBT的性能。例如，額外的應(yīng)力處理可用于改善橫向空穴遷移率，從而減小限制SiGe HBT最 大工作頻率的基極電阻。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，其特征在于，包含位于半導(dǎo)體襯底上超薄單晶外延金屬硅化物層；形成在所述金屬硅化物層上的單晶硅發(fā)射極；形成在所述發(fā)射極上的基極；和形成在所述基極上的單晶硅集電極；其中，所述晶體管具有集電極更靠近晶體管表面的倒置結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述單晶外延金屬硅化物是位于Si襯底上的超薄外延NiSi2膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述超薄單晶外延金屬硅化物層厚度小于或者等于10納米，所述基極具有小于或者等于10納米的寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述發(fā)射極是碳摻雜的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述發(fā)射極和所述集電極的厚度均小于或者等于10納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述發(fā)射極、所述基極和所述集電極中至少一個通過至少一個ALE工藝形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述基極包含鍺化硅SiGe。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，進(jìn)一步在所述發(fā)射極、所述基極和所述集電極上分別包含金屬硅化物接觸區(qū)；所述金屬硅化物接觸區(qū)具有非常低的45微歐姆·厘米的電阻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述集電極在載流子輸運(yùn)方向進(jìn)行應(yīng)變處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述集電極為輕摻雜的硅且在上表面有金屬娃化物層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其特征在于，所述基極進(jìn)行應(yīng)變處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的晶體管，其特征在于，所述基極進(jìn)一步在一個額外的方向進(jìn)行應(yīng)變處理。
13.一種晶體管的制造方法，其特征在于，包含以下步驟在半導(dǎo)體襯底上外延生長單晶金屬硅化物層；在所述金屬硅化物層上外延生長單晶硅發(fā)射極；在所述發(fā)射極上外延生長基極；在所述基極上外延生長單晶硅集電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述晶體管的制造方法，其特征在于，所述金屬硅化物層是采用固態(tài)反應(yīng)SSR工藝生長在Si上的NiSi2膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述晶體管的制造方法，其特征在于，所述SSR處理包含以下子步驟濺射沉積厚度小于或者等于2納米的Ni膜；熱處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述晶體管的制造方法，其特征在于，所述發(fā)射極通過ALE工藝生長。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述晶體管的制造方法，其特征在于，所述發(fā)射極在ALE工藝過程中進(jìn)行原位碳摻雜。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述晶體管的制造方法，其特征在于，在ALE工藝過程中，采用從激光源發(fā)出的光子幫助釋放襯底表面的氫原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述晶體管的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包含以下步驟對Si 發(fā)射極層進(jìn)行應(yīng)變處理。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述晶體管的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包含以下步驟對 SiGe基極層在多個方向進(jìn)行應(yīng)變處理。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述晶體管的制造方法，其特征在于，進(jìn)一步包含以下步驟對集電極層從所述晶體管的頂部表面施加機(jī)械應(yīng)力。
全文摘要
晶體管具有倒置異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其中，在形成基極層和集電極層之前形成發(fā)射極層。通過為關(guān)鍵的基區(qū)形貌和摻雜分布控制提供更好的熱預(yù)算，可以獲得更高的截止頻率(fT)；通過最小化集電區(qū)和基區(qū)的接觸面積，可以顯著減少寄生電容、提高最高振蕩頻率(fmax)。這樣可以顯著提高晶體管的頻率特性。這種倒置的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可以采用ALE工藝通過在預(yù)先形成的外延單晶金屬硅化物上形成發(fā)射極層，在發(fā)射極層上形成基極層，在基極層上形成集電極層制備得到。
文檔編號H01L29/417GK103000674SQ20121054437
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者吳東平, 付超超, 張世理, 張衛(wèi) 申請人:復(fù)旦大學(xué)