專利名稱：SiGe-HBT晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子與固體電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種SiGe異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(SiGe-HBT)及其制備方法。
背景技術(shù)：
異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)利用能帶工程從根本上克服了常規(guī)雙極結(jié)型晶體管 (Bipolar Junction Transistor, BJT)所存在的內(nèi)在矛盾，即提高放大系數(shù)與提高特征頻率的矛盾，因此HBT可以實(shí)現(xiàn)超高頻率和超高速。而且SiGe技術(shù)與先進(jìn)的CMOS工藝完全兼容，所以就形成了 SiGe-BiCMOS技術(shù)，這相應(yīng)地推動(dòng)著微波、射頻通信技術(shù)的快速發(fā)展。然而，由于影響HBT器件的物理特性非常之多=Early效應(yīng)(和偏置相關(guān))、高注入效應(yīng)、外延層電阻及其載流子飽和效應(yīng)、基區(qū)電荷復(fù)合、Kirk效應(yīng)、基區(qū)弱非線性電流、雪崩擊穿效應(yīng)、電荷存儲(chǔ)、基底效應(yīng)、基-集和基-射結(jié)耗散電容、基區(qū)電阻電流密度升高和電導(dǎo)率調(diào)制效應(yīng)、本征基區(qū)高頻分布效應(yīng)(趨膚和超相移)、自熱、熱噪聲、散彈噪聲、Ι/f噪聲和非本征區(qū)的各種寄生效應(yīng)以及Ge組分分布引起的各種效應(yīng)等，而且HBT器件各部分(發(fā)射極、基極、集電極)的設(shè)計(jì)規(guī)則相當(dāng)之多。這無(wú)疑給HBT器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)， 如何在眾多性能之間取舍、權(quán)衡一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。微波功率管要獲得較大的功率輸出，必須具有較高的工作電壓和較大的集電極交流電流，要得到高的擊穿電壓和大的集電極電流，對(duì)于集電極外延層材料參數(shù)的選取恰恰是相反的。要獲得較高的功率增益要求器件必須具有較高的特征頻率fT，對(duì)于微波功率晶體管在窄基區(qū)時(shí)，它的特征頻率主要由集電極空間電荷區(qū)渡越時(shí)間所決定，所以在滿足集電極基極擊穿電壓的前提下，盡可能選取薄外延層并使空間電荷區(qū)全部耗。雙極器件中常用擴(kuò)散保護(hù)環(huán)，浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)，場(chǎng)板，腐蝕成形結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)來(lái)提高電壓，但腐蝕成型需精密控制腐蝕的深度及其在平面結(jié)中的位置，因此比較難形成，而結(jié)終端擴(kuò)展形成的漏電較大，也較少使用。因此，目前雙極器件，尤其是雙極射頻功率晶體管中主要采用擴(kuò)散保護(hù)環(huán)，浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)以及場(chǎng)板技術(shù)，但擴(kuò)散保護(hù)環(huán)，浮空?qǐng)鱿蕲h(huán)增加了結(jié)面積，增大了集電結(jié)電容和漏電流，限制了射頻功率管的截止頻率，減小了功率增益，這個(gè)矛盾與提高擊穿電壓是不可調(diào)和的。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使SiGe晶體管能穩(wěn)定的工作及提高其擊穿電壓，一般將集電區(qū)設(shè)計(jì)成兩層結(jié)構(gòu)，即在高摻雜集電區(qū)和基區(qū)之間插入一層低摻雜層。一種SiGe晶體管及其制造方法對(duì)集電極區(qū)域進(jìn)行摻雜的實(shí)例見(jiàn)于CN101937846A，器件具體結(jié)構(gòu)如圖1所示， 發(fā)明名稱為“一種SiGe晶體管及其制造方法”，公開(kāi)的對(duì)集電極區(qū)域進(jìn)行摻雜的步驟包括 第一離子注入步驟，用于形成第一摻雜濃度的第一集電極區(qū)域Cl ；以及第二離子注入步驟用于形成具有第二摻雜濃度的第二集電極區(qū)域C2 ；且第一集電極區(qū)域Cl和第二集電極區(qū)域C2重疊布置以構(gòu)成集電極區(qū)域，并且第二集電極區(qū)域C2形成在第一集電極區(qū)域Cl之上，并且第二摻雜濃度大于第一摻雜濃度。但是，該發(fā)明存在的主要缺點(diǎn)為當(dāng)集電區(qū)完全耗盡時(shí)，較寬的低摻雜集電區(qū)會(huì)使載流子渡越空間電荷區(qū)的時(shí)間增大，從而導(dǎo)致特征頻率降低。鑒于此，怎樣在保證不犧牲渡越時(shí)間、截止頻率以及最大振蕩頻率的情況下，提高基極-集電極擊穿電壓，或者在保證擊穿電壓不惡化的情況下，增加集電區(qū)摻雜濃度，怎樣提高空間電荷區(qū)渡越時(shí)間和截止頻率，實(shí)已成為本領(lǐng)域從業(yè)者亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種SiGe-HBT晶體管及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中，在提高基極-集電極擊穿電壓時(shí)導(dǎo)致特征頻率降低，或在增加集電區(qū)摻雜濃度、提高特征頻率以及提高空間電荷區(qū)渡越時(shí)間時(shí)導(dǎo)致的擊穿電壓惡化的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種SiGe-HBT晶體管的制備方法， 包括提供一半導(dǎo)體襯底，在該襯底上制備出次集電區(qū)，并在所述次集電區(qū)上形成藉由淺槽隔離區(qū)隔離出的集電區(qū)；依據(jù)預(yù)設(shè)的集電區(qū)和基區(qū)的摻雜濃度確定出空間電荷區(qū)的寬度及其在所述集電區(qū)中的位置；利用離子注入技術(shù)在所述的集電區(qū)和空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的P+層與N+層組成的疊層；在所述集電區(qū)上制備包括本征SiGe層、基區(qū)P-SiGe = C層、以及重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層的基區(qū)，以在所述集電區(qū)和基區(qū)的接觸界面形成一集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)， 且在所述P+多晶硅外基區(qū)層上制備出發(fā)射極蓋帽層和發(fā)射區(qū)；分別在所述的基區(qū)、發(fā)射區(qū)、次集電區(qū)分別上制備出基極接觸、發(fā)射極接觸、集電極接觸?？蛇x地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層中注入的離子為磷或砷。可選地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述N+層中注入的離子為硼。可選地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，其特征在于，所述摻雜濃度值范圍為IO17CnT3 1018cm_3，且所述摻雜濃度值呈高斯分布?？蛇x地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層或N+層的摻雜濃度值小于基區(qū)P-SiGe C層的摻雜濃度值?？蛇x地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層或N+層的摻雜濃度值大于集電區(qū)的摻雜濃度值。可選地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述P+層和N+層的厚度為IOnm 90nm。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種Sife-HBT晶體管結(jié)構(gòu)，包括次集電區(qū)及形成于所述次集電區(qū)上且由淺槽隔離區(qū)隔離出的集電區(qū)，且所述次集電區(qū)上形成有集電極接觸；基區(qū)，形成于所述集電區(qū)之上，包括本征SiGe層、重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層以及位于所述的本征SiGe層和重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層之間的基區(qū)P_SiGe:C層，所述集電區(qū)和基區(qū)的接觸界面形成有一集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)，且所述重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層上形成有基極接觸；發(fā)射區(qū)，形成于所述P+多晶硅外基區(qū)層和發(fā)射極蓋帽層上，且形成有發(fā)射極接觸；所述的集電區(qū)和空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成有摻雜濃度相等的P+層與N+層組成
的疊層?？蛇x地，所述SiGe-HBT晶體管集電區(qū)中，所述P+層中注入的離子為磷或砷?？蛇x地，所述SiGe-HBT晶體管集電區(qū)中，所述N+層中注入的離子為硼?？蛇x地，所述P+層與N+層的摻雜濃度值范圍為IO17CnT3 1018cnT3，且所述摻雜濃度值呈高斯分布。可選地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層或N+層的摻雜濃度值小于基區(qū)P-SiGe C層的摻雜濃度值?？蛇x地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層或N+層的摻雜濃度值大于集電區(qū)的摻雜濃度值。可選地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述P+層或N+層的厚度為IOnm 90nmo如上所述，本發(fā)明的一種SiGe異質(zhì)結(jié)雙晶體管及其制備方法，具有以下有益效果本發(fā)明通過(guò)在所述的集電區(qū)和空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的P+層與N+層組成的疊層值，不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況。由于電子速度飽和效應(yīng)，只要電子在到達(dá)勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)峰值之前，已經(jīng)到達(dá)最大動(dòng)能，即便是在增加電場(chǎng)強(qiáng)度，其速度也基本不改變，此結(jié)構(gòu)可以將電場(chǎng)峰值推在最大電子動(dòng)能之后。即電子在到達(dá)電場(chǎng)峰值時(shí)就已經(jīng)速度飽和，所以它不在依賴電場(chǎng)強(qiáng)度而變化，這樣就顯著減少了電離碰撞的幾率，從而提升基極-集電極雪崩擊穿電壓。換個(gè)角度，在保持擊穿電壓不變的情況下，適當(dāng)增加集電區(qū)摻雜濃度，高的摻雜濃度使空間電荷區(qū)變窄，即可提高特征頻率fT，而且較薄的集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)又可抑制雪崩擊穿效應(yīng)，由此形成了良性循環(huán)。


圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的一種SiGe-HB T晶i體管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2a,2c及2d顯示為本發(fā)明制備SiGe-HBT晶體管的不同步驟中所形成的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2b顯示為本發(fā)明所要制備的SiGe-HB T晶體管中集電結(jié)空間電荷區(qū)的位置示意圖。
元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
11次集電區(qū)
12深槽隔離區(qū)
13淺槽隔離區(qū)
14集電區(qū)
15集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)
16基區(qū)160本征 SiGe 層161基區(qū) P-SiGe: C162重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)17N+-Si 層18P+-Si 層19發(fā)射極蓋帽層20集電極接觸21基極接觸22發(fā)射區(qū)23發(fā)射極接觸24空間隔離區(qū)
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū) 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí) 施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離 本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。請(qǐng)參閱圖加至圖2d。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為ー種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明提供的ー種SiGe-HBT晶體管及其制備方 法，為了示出的方便附圖并未按照比例繪制，特此述明。實(shí)施例一對(duì)照附圖2a_2d對(duì)本發(fā)明提供的ー種SiGe-HBT晶體管的制備方法做進(jìn)ー步的解 釋和說(shuō)明。首先，如圖加所示的結(jié)構(gòu)是使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)エ藝手段來(lái)制備 的，所述的材料也是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)材料。例如，一般SiGe異質(zhì)結(jié)雙晶體管 制作在半導(dǎo)體襯底上(圖中未示出)，襯底材料選自Si、Ge、GeSi中的ー種，但不限于這些 材料。襯底可以選用N型或P型襯底，這取決于制作的器件的類型。在圖加中的結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)上形成的次集電區(qū)11，次集電 區(qū)11采用常規(guī)的離子注入或外延生長(zhǎng)的エ藝以形成，然后在所述次集電區(qū)11和深槽隔離 12上形成淺槽隔離區(qū)13。在淺槽隔離區(qū)13形成后，采用離子注入或激活退火方法在雙極 器件區(qū)即兩個(gè)淺槽隔離區(qū)13之間形成集電區(qū)14。其中，在半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)上形 成的用來(lái)隔離次集電區(qū)11的深槽隔離區(qū)12和用來(lái)隔離集電區(qū)14的淺槽隔離區(qū)13所采用 的エ藝是常規(guī)的光刻、腐蝕和溝槽隔離填充。接著在次集電區(qū)11上制備集電極接觸20。其次，依據(jù)預(yù)設(shè)的集電區(qū)及基區(qū)的摻雜濃度確定出空間電荷區(qū)的寬度及其在集電 區(qū)中的位置。如圖2b所示，集電區(qū)14為η型區(qū)，有均勻施主雜質(zhì)濃度ND，基區(qū)16為ρ型區(qū)，有均勻受主雜質(zhì)濃度Na。集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)15(也稱作勢(shì)壘區(qū))的寬度為、 =Xn+Xp，Xn為η型區(qū)的空間電荷區(qū)寬度，)(ρ為P型區(qū)空間電荷區(qū)寬度，且由于半導(dǎo)體滿足電中性條件，空間電荷區(qū)15內(nèi)正負(fù)電荷總量相等，即NAX)(P = N11XXn,可以看到空間電荷區(qū)15 的寬度與其所在區(qū)的雜質(zhì)濃度成反比。雜質(zhì)濃度高的一邊空間電荷區(qū)寬度小，雜質(zhì)濃度低的一邊空間電荷區(qū)寬度大。依據(jù)以下公式計(jì)算出空間電荷區(qū)的寬度最大電場(chǎng)強(qiáng)度忒(1)接觸電勢(shì)差=⑵ 空間電荷區(qū)寬度& =Xn=,
產(chǎn)說(shuō)；(3)
\ qND其中，電荷量q = 1. 6 X 10_19C，真空介電常數(shù)ε ^ = 8. 85 X 10_14F/Cm，硅的介電常數(shù)、=11. 9，Nd表示施主雜質(zhì)濃度，\表示空間電荷區(qū)寬度，Xn表示η型區(qū)的空間電荷區(qū)寬度。從上式可以看出(1)單邊突變結(jié)的接觸電勢(shì)差Vd隨著低摻雜一邊的雜質(zhì)濃度的增加而增高。(2)單邊突變結(jié)的空間電荷區(qū)寬度隨雜質(zhì)濃度增大而下降?？臻g電荷區(qū)幾乎全部在輕摻雜的一邊，因而能帶彎曲主要發(fā)生于這一區(qū)域。本發(fā)明中涉及到的基極-集電極ρ+η突變結(jié)，Na遠(yuǎn)大于Nd，則Xn遠(yuǎn)大于Xp,即基區(qū) 16中電荷密度很大，使空間電荷區(qū)的擴(kuò)散幾乎都發(fā)生在集電區(qū)14中，因而推出Xd ^ Xn0空間電荷區(qū)的寬度及在集電區(qū)的位置如圖2b所示(為便于閱圖或理解，圖中示出的空間電荷區(qū)15是理想的矩形狀)。再次，如圖2c所示(為便于閱圖或理解，圖中示出的N+層17與P+層18是理想的矩形狀)。根據(jù)上一步所確定的空間電荷區(qū)15在集電區(qū)14的位置，利用離子注入技術(shù)在所述的集電區(qū)14和空間電荷區(qū)15重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的N+層17與P+層18組成的疊層，且所述疊層中N+層17與P+層18的順序可以互換。所述P+層18中注入的離子為磷或砷，所述N+層17中注入的離子為硼，并且所述P+層18和N+層17的摻雜濃度值范圍為IO17CnT3 1018cm_3，且摻雜濃度值呈高斯分布。根據(jù)空間電荷區(qū)15的寬度可以調(diào)節(jié)P+ 層18和N+層17的厚度，范圍為IOnm 90nm。在所述的集電區(qū)14和空間電荷區(qū)15重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的N+層17與 P+層18組成的疊層，這種結(jié)構(gòu)不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況。由于電子速度飽和效應(yīng)，只要電子在到達(dá)勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)峰值之前，已經(jīng)到達(dá)最大動(dòng)能，即便是在增加電場(chǎng)強(qiáng)度，其速度也基本不改變，因此，本發(fā)明的方案可以將電場(chǎng)峰值推在最大電子動(dòng)能之后，也即電子在到達(dá)電場(chǎng)峰值時(shí)就已經(jīng)速度飽和，所以它不在依賴電場(chǎng)強(qiáng)度而變化，這樣就顯著減少了電離碰撞的幾率，從而提升基極-集電極結(jié)的雪崩擊穿電壓，或在保持穿電壓不變的情況下，適當(dāng)增加集電區(qū)14的摻雜濃度，高的摻雜使空間電荷區(qū)15變窄，即可提高特征頻率fT，而且較薄的空間電荷區(qū)15又可抑制雪崩擊穿效應(yīng)， 由此形成了良性循環(huán)。最后，如圖2d所示。在所述集電區(qū)14及淺槽隔離區(qū)13上制備包括本征SiGe層 160(由于本征SiGe層160的厚度較薄，一般研究者在定量研究、分析SiGe HBT頻率等特性時(shí)均忽略本征層的存在)、基區(qū)P-SiGe = C層161 (C摻雜的P-SiGe)、以及重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層162的基區(qū)16，且在所述P+多晶硅外基區(qū)層162上制備基極接觸21 ；其中，由于基區(qū)16是重?fù)诫s，熱處理過(guò)程會(huì)引起基區(qū)16中的離子例如B(硼)向集電區(qū)14擴(kuò)散，導(dǎo)致異質(zhì)結(jié)和Pn結(jié)不重合，器件性能嚴(yán)重退化，為了抑制這種情況的發(fā)生，研究人員普遍采用的方法是在異質(zhì)集電結(jié)界面添加一層薄的本征SiGe層160，所述本征SiGe層160能有效地阻擋基區(qū)16硼離子向集電區(qū)14的擴(kuò)散。本發(fā)明結(jié)構(gòu)中引入本征SiGe層160，采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)工藝，例如超高真空化學(xué)氣象淀積(UHV/CVD)。此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)中還引入了發(fā)射極蓋帽層19，用來(lái)控制發(fā)射區(qū)22的側(cè)向腐蝕。然后在發(fā)射極蓋帽層19上形成發(fā)射區(qū) 22和發(fā)射極接觸23，且發(fā)射區(qū)22與基區(qū)16之間形成空間隔離區(qū)對(duì)，采用常規(guī)的光刻和腐蝕工藝形成發(fā)射區(qū)22的結(jié)構(gòu)，如圖2d所示。具體地，所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法中，所述N+層17或P+層18的摻雜濃度值小于基區(qū)P-SiGe = C層161的摻雜濃度值，且所述N+層17或P+層18的摻雜濃度值大于集電區(qū)14的摻雜濃度值。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在本實(shí)施例中以NPN型SiGe-HBT晶體管為示例說(shuō)明了本發(fā)明的制備方法，但是本發(fā)明的方案同樣適用于PNP型SiGe-HBT晶體管。本實(shí)施例中，SiGe異質(zhì)結(jié)雙晶體管的制備方法通過(guò)采用離子注入技術(shù)，在集電區(qū)與空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的P+層與N+層組成的疊層，所述P+層或N+層的摻雜濃度值呈高斯分布，且其濃度值小于基區(qū)的摻雜濃度值，大于集電區(qū)的摻雜濃度值。 該方案不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況，在保證不犧牲渡越時(shí)間、截止頻率以及最大振蕩頻率的情況下，提高基極-集電極擊穿電壓，或者在保證擊穿電壓不惡化的情況下，增加集電區(qū)摻雜濃度，提高空間電荷區(qū)渡越時(shí)間和截止頻率。實(shí)施例二本發(fā)明還提供一種SiGe-HBT晶體管結(jié)構(gòu)，如圖2d所示，包括由深槽隔離12隔離出的次集電區(qū)11，及形成于所述次集電區(qū)11上且由淺槽隔離區(qū)13隔離出的集電區(qū)14，且所述次集電區(qū)上形成有集電極接觸20?；鶇^(qū)16，形成于所述集電區(qū)14及淺槽隔離區(qū)13之上，包括本征SiGe層160、重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層162以及位于所述的本征SiGe層160和重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層162之間的基區(qū)P-SiGe = C層161，所述集電區(qū)14和基區(qū)16的接觸界面形成有一集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)15，且所述P+多晶硅外基區(qū)層162層上形成有基極接觸21。發(fā)射區(qū)22，形成于所述P+多晶硅外基區(qū)層162和發(fā)射極蓋帽層19之上，且形成有發(fā)射極接觸23，且發(fā)射區(qū)22與重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層162之間有空間隔離區(qū)M。具體地，所述P+層18中注入的離子為磷或砷，所述N+層17中注入的離子為硼；所述N+層17和P+層18的摻雜濃度值范圍為IO17 1018cm_3，且所述摻雜濃度值呈高斯分布； 所述N+層17或P+層18的摻雜濃度值小于基區(qū)P_SiGe:C層161的摻雜濃度值；所述N+層 17或P+層18的摻雜濃度值大于集電區(qū)14的摻雜濃度值。進(jìn)一步具體地，根據(jù)分布在集電區(qū)14中的空間電荷區(qū)15的寬度可以調(diào)節(jié)所述N+層17或P+層18的厚度，范圍為IOnm到 90nmo所述P+層或N+層組成的疊層結(jié)構(gòu)不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況，在保證不犧牲渡越時(shí)間、截止頻率以及最大振蕩頻率的情況下，提高基極-集電極擊穿電壓，或者在保證擊穿電壓不惡化的情況下，增加集電區(qū)摻雜濃度，提高空間電荷區(qū)渡越時(shí)間和截止頻率。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，在本實(shí)施例中以 NPN型SiGe-HBT晶體管為示例說(shuō)明了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明的方案同樣適用于PNP型 SiGe-HBT晶體管。綜上所述，本發(fā)明通過(guò)采用離子注入技術(shù)，在空間電荷區(qū)域中先注入硼形成一道 N+層，然后在N+層上方注入磷或砷形成一道P+層，且P+層濃度值與N+層濃度值相同，且呈高斯分布，厚度在十到幾十納米(具體厚度根據(jù)耗盡層寬度調(diào)節(jié))。這種結(jié)構(gòu)不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況。由于電子速度飽和效應(yīng)，只要電子在到達(dá)勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)峰值之前，已經(jīng)到達(dá)最大動(dòng)能，即便是在增加電場(chǎng)強(qiáng)度，其速度也基本不改變，因此，本發(fā)明的方案可以將電場(chǎng)峰值推在最大電子動(dòng)能之后，也即電子在到達(dá)電場(chǎng)峰值時(shí)就已經(jīng)速度飽和，所以它不在依賴電場(chǎng)強(qiáng)度而變化，這樣就顯著減少了電離碰撞的幾率，從而提升基極-集電極結(jié)的雪崩擊穿電壓，或在保持穿電壓不變的情況下，適當(dāng)增加集電區(qū)的摻雜濃度，高的摻雜使空間電荷區(qū)變窄，即可提高特征頻率fT，而且較薄的空間電荷區(qū)又可抑制雪崩擊穿效應(yīng)，由此形成了良性循環(huán)。上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，包括提供一半導(dǎo)體襯底，在該襯底上制備出次集電區(qū)，并在所述次集電區(qū)上形成藉由淺槽隔離區(qū)隔離出的集電區(qū)；依據(jù)預(yù)設(shè)的集電區(qū)和基區(qū)的摻雜濃度確定出空間電荷區(qū)的寬度及其在所述集電區(qū)中的位置；利用離子注入技術(shù)在所述的集電區(qū)和空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的P+ 層與N+層組成的疊層；在所述集電區(qū)上制備包括本征SiGe層、基區(qū)P-SiGe = C層、以及重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層的基區(qū)，以在所述集電區(qū)和基區(qū)的接觸界面形成一集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)，且在所述P+多晶硅外基區(qū)層上制備出發(fā)射極蓋帽層和發(fā)射區(qū)；分別在所述的基區(qū)、發(fā)射區(qū)、次集電區(qū)分別上制備出基極接觸、發(fā)射極接觸、集電極接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述P+層中注入的離子為磷或砷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述N+層中注入的離子為硼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述摻雜濃度值范圍為IO17CnT3 1018cm_3，且所述摻雜濃度值呈高斯分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述P+層或N+層的摻雜濃度值小于基區(qū)P_SiGe:C層的摻雜濃度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述P+層或N+層的摻雜濃度值大于集電區(qū)的摻雜濃度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SiGe-HBT晶體管的制備方法，其特征在于，所述P+層和N+層的厚度為IOnm 90nm。
8.—種SiGe-HBT晶體管，其特征在于，包括次集電區(qū)及形成于所述次集電區(qū)上且由淺槽隔離區(qū)隔離出的集電區(qū)，且所述次集電區(qū)上形成有集電極接觸；基區(qū)，形成于所述集電區(qū)之上，包括本征SiGe層、重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層以及位于所述的本征SiGe層和重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層之間的基區(qū)P_SiGe:C層，所述集電區(qū)和基區(qū)的接觸界面形成有一集電極-基極結(jié)空間電荷區(qū)，且所述重?fù)诫s的P+多晶硅外基區(qū)層上形成有基極接觸；發(fā)射區(qū)，形成于所述P+多晶硅外基區(qū)層和發(fā)射極蓋帽層上，且形成有發(fā)射極接觸； 所述的集電區(qū)和空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成有摻雜濃度相等的P+層與N+層組成的疊層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述P+層中注入的離子為磷或砷。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述N+層中注入的離子為硼。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述P+層和N+層的摻雜濃度值范圍為IO17CnT3 1018cm_3，且所述摻雜濃度值呈高斯分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述P+層或N+層的摻雜濃度值小于基區(qū)P_SiGe:C層的摻雜濃度值。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述P+層或N+層的摻雜濃度值大于集電區(qū)的摻雜濃度值。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的SiGe-HBT晶體管，其特征在于，所述P+層或N+層的厚度為 IOnm 90nmo
全文摘要
本發(fā)明提供一種SiGe-HBT晶體管及其制備方法，屬于微電子與固體電子領(lǐng)域。該SiGe異質(zhì)結(jié)雙晶體管的制備方法通過(guò)采用離子注入技術(shù)，在集電區(qū)與空間電荷區(qū)重疊區(qū)域中形成摻雜濃度相等的P+層與N+層組成的疊層，所述P+層或N+層的摻雜濃度值呈高斯分布，且其濃度值小于基區(qū)的摻雜濃度值，大于集電區(qū)的摻雜濃度值。本發(fā)明的方案不僅可以改變局部勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)值大小，還可以改變勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)的分布情況，在保證不犧牲渡越時(shí)間、截止頻率以及最大振蕩頻率的情況下，提高基極-集電極擊穿電壓，或者在保證擊穿電壓不惡化的情況下，增加集電區(qū)摻雜濃度，提高空間電荷區(qū)渡越時(shí)間和截止頻率。
文檔編號(hào)H01L21/331GK102569069SQ201210062609
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者伍青青, 余濤, 柴展, 羅杰馨, 陳靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所