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1、(10)申请公布号 CN 102412282 A (43)申请公布日 2012.04.11 C N 1 0 2 4 1 2 2 8 2 A *CN102412282A* (21)申请号 201110006712.0 (22)申请日 2011.01.13 H01L 29/737(2006.01) H01L 29/10(2006.01) (71)申请人上海华虹NEC电子有限公司 地址 201206 上海市浦东新区川桥路1188 号 (72)发明人陈帆 陈雄斌 (74)专利代理机构上海浦一知识产权代理有限 公司 31211 代理人丁纪铁 (54) 发明名称 锗硅异质结双极型晶体管的基区结构 (57)。
2、 摘要 本发明公开了一种锗硅异质结双极型晶体管 的基区结构，包括发射区、基区和集电区；基区由 一锗硅外延层组成，基区的第一侧和发射区接触、 基区的第二侧和集电区接触。基区的锗分布结构 为：在基区的第一侧和第二侧间包括一锗浓度峰 值；从基区的第一侧到锗浓度峰值位置处之间， 锗浓度逐渐增加，锗浓度的增加曲线包括多个逐 渐减少的梯度。从基区的锗浓度峰值位置处到第 二侧之间，锗浓度线性减少。本发明能在基区内形 成持续的内建电场、并能提高基区的锗总体组分， 从而能在增加器件电流增益的同时、提高基区的 截止频率，改善器件的高频特性。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发。
3、明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 102412294 A 1/1页 2 1.一种锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，锗硅异质结双极型晶体管包括发射区、 基区和集电区；所述基区由一锗硅外延层组成，所述基区的第一侧和所述发射区接触、所述 基区的第二侧和所述集电区接触；其特征在于，所述基区的锗分布结构为：在所述基区的 第一侧和第二侧间包括一锗浓度峰值；从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之 间，锗浓度逐渐增加，所述锗浓度的增加曲线包括多个逐渐减少的梯度；从所述基区的所述 锗浓度峰值位置处到第二侧之间，所述锗浓度线性减少。 2.如权利要求1所述的锗硅异质结双极型晶体。
4、管的基区结构，其特征在于：从所述基 区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间的所述锗浓度的增加曲线由相互连接且梯度值 都大于0的第一条直线和第二条直线组成，所述第一条直线和所述基区的第一侧相连、所 述第二条直线和所述锗浓度峰值位置处相连，所述第一条直线的梯度大于所述第二条直线 的梯度。 3.如权利要求2所述的锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，其特征在于：从所述基 区的第一侧到所述第一条直线和所述第二条直线的连接处的宽度为所述基区的总宽度的 1/53/5，所述第一条直线和所述第二条直线的连接处的锗浓度为1218(重量)； 从所述第一条直线和所述第二条直线的连接处到所述锗浓度峰值位置处的宽度为所述基 。
5、区的总宽度的3/51/5，所述锗浓度的峰值为1825(重量)。 4.如权利要求1所述的锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，其特征在于：从所述基 区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间的所述锗浓度的增加曲线为一梯度逐渐减小的 弧线。 5.如权利要求4所述的锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，其特征在于：从所述基 区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处的宽度为所述基区的总宽度的3/54/5，所述锗浓 度的峰值为1825(重量)。 权 利 要 求 书CN 102412282 A CN 102412294 A 1/3页 3 锗硅异质结双极型晶体管的基区结构 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体集成电路器件，特。
6、别是涉及一种锗硅异质结双极型晶体管 的基区结构。 背景技术 0002 在射频应用中，需要越来越高的器件特征频率，RFCMOS虽然在先进的工艺技术中 可实现较高频率，但还是难以完全满足射频要求，如很难实现40GHz以上的特征频率，而且 先进工艺的研发成本也是非常高；化合物半导体可实现非常高的特征频率器件，但由于材 料成本高、尺寸小的缺点，加上大多数化合物半导体有毒，限制了其应用。锗硅异质结双极 型晶体管(SiGe HBT)则是超高频器件的很好选择，首先其利用锗硅(SiGe)与硅(Si)的能 带差别，提高发射区的载流子注入效率，增大器件的电流放大倍数；其次利用锗硅基区的高 掺杂，降低基区电阻，提高。
7、特征频率；另外锗硅工艺基本与硅工艺相兼容，因此锗硅异质结 双极型晶体管已经成为超高频器件的主力军。 0003 现有锗硅异质结双极型晶体管包括发射区、基区和集电区；所述基区由一锗硅外 延层组成，所述基区的第一侧和所述发射区接触、所述基区的第二侧和所述集电区接触。 0004 如图1所示，现有锗硅异质结双极型晶体管的第一种基区结构的锗分布图。图1中 所示基区坐标为从发射区到集电区间的剖面的横坐标，A点为所述基区的第一侧的坐标、B 点为所述基区的第二侧的坐标、C点为所述基区的第一侧和第二侧间的锗浓度峰值位置处 的坐标。现有第一种基区结构的锗分布为三角形分布，从所述基区的第一侧到所述锗浓度 峰值位置处之。
8、间，锗浓度线性增加，分布曲线为一直线；从所述基区的所述锗浓度峰值位置 处到第二侧之间，所述锗浓度线性减少，分布曲线也为一直线。所述第一种基区结构中还掺 入了硼杂质，使整个基区为P型。 0005 现有第一种基区结构的锗分布为三角形分布，使基区引入了一个持续的内建电 场，产生一个使电子从发射极向集电极输运的加速度，从而使基区渡越时间减少，提高截止 频率(Ft)。但是这种三角形分布方式的锗组分总量最少，且基区头部即A点处的锗组分为 0，电流增益(Beta)就会很小，这样，要提高截止频率，就要牺牲一定电流增益；而要保证电 流增益足够大，则截止频率就提高不上去。 0006 如图2所示，现有锗硅异质结双极。
9、型晶体管的第二种基区结构的锗分布图。图2中 所示基区坐标为从发射区到集电区间的剖面的横坐标，A点为所述基区的第一侧的坐标、B 点为所述基区的第二侧的坐标、C点为所述基区的第一侧和第二侧间的锗浓度峰值位置处 的坐标。现有第二种基区结构的锗分布为梯形分布，从所述基区的第一侧即A点到所述锗 浓度峰值位置处即C点之间，锗浓度的分布曲线包括了一线性增加的直线，和一梯度为0、 浓度保持为峰值的直线；从所述基区的所述锗浓度峰值位置处即C点到第二侧即B点之间， 所述锗浓度线性减少，分布曲线也为一直线。 0007 相比于现有第一种基区结构，现有第二种基区结构的锗的梯形分布能使锗组分的 总量提高，从而使器件的电流。
10、增益就会增加。但是现有第二种基区结构的内建电场的范围 说 明 书CN 102412282 A CN 102412294 A 2/3页 4 变得很短，电子在基区的加速不够，达不到饱和速度，基区渡越时间就会增加，损失了截止 频率。 发明内容 0008 本发明所要解决的技术问题是提供一种锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，不 仅能在基区内形成持续的内建电场、还能提高基区的锗总体组分，从而能增加器件电流增 益、提高基区的截止频率，改善器件的高频特性。 0009 为解决上述技术问题，本发明提供一种锗硅异质结双极型晶体管的基区结构，锗 硅异质结双极型晶体管包括发射区、基区和集电区；所述基区由一锗硅外延层组成。
11、，所述基 区的第一侧和所述发射区接触、所述基区的第二侧和所述集电区接触；所述基区的锗分布 结构为：在所述基区的第一侧和第二侧间包括一锗浓度峰值；从所述基区的第一侧到所述 锗浓度峰值位置处之间，锗浓度逐渐增加，所述锗浓度的增加曲线包括多个逐渐减少的梯 度；从所述基区的所述锗浓度峰值位置处到第二侧之间，所述锗浓度线性减少。 0010 进一步的改进是，从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间的所述锗浓 度的增加曲线由相互连接且梯度值都大于0的第一条直线和第二条直线组成，所述第一条 直线和所述基区的第一侧相连、所述第二条直线和所述锗浓度峰值位置处相连，所述第一 条直线的梯度大于所述第二条直线的梯度。
12、。从所述基区的第一侧到所述第一条直线和所述 第二条直线的连接处的宽度为所述基区的总宽度的1/53/5，所述第一条直线和所述第 二条直线的连接处的锗浓度为1218(重量)；从所述第一条直线和所述第二条直线 的连接处到所述锗浓度峰值位置处的宽度为所述基区的总宽度的3/51/5，所述锗浓度 的峰值为1825(重量)。 0011 进一步的改进是，从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间的所述锗浓 度的增加曲线为一梯度逐渐减小的弧线。从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处的 宽度为所述基区的总宽度的3/54/5，所述锗浓度的峰值为1825(重量)。 0012 本发明具有如下有益效果： 0013 1。
13、、本发明基区结构的从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间的锗浓 度逐渐增加，因为随着锗浓度逐渐增加，锗硅外延层的带隙宽度会逐渐减少，所以能在基区 内形成持续的内建电场。由于本发明器件的基区内形成了持续的内建电场，故能使电子在 基区内输运时得到加速，从而减少电子在基区的渡越时间，提高基区的截止频率，改善器件 的高频特性。 0014 2、本发明基区结构的锗浓度的增加曲线为一梯度逐渐减小，故相对于现有第一种 基区结构，本发明基区结构的锗总体组分能够得到提高，从而能增加器件电流增益。 附图说明 0015 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 0016 图1是现有锗硅异质结双极型。
14、晶体管的第一种基区结构的锗分布图； 0017 图2是现有锗硅异质结双极型晶体管的第二种基区结构的锗分布图； 0018 图3是本发明实施例一的锗分布图； 0019 图4是本发明实施例二的锗分布图。 说 明 书CN 102412282 A CN 102412294 A 3/3页 5 具体实施方式 0020 如图3所示，是本发明实施例一的锗分布图。本发明实例一的锗硅异质结双极型 晶体管为一NPN晶体管，包括发射区、基区和集电区；所述基区由一锗硅外延层组成，在所 述锗硅外延层中掺入了硼杂质使基区为P型，所述硼杂质的分布和浓度图3中的虚线所示。 所述发射区和所述集电区都为N型。所述基区的第一侧和所述发射。
15、区接触，接触位置即为 点A所示；所述基区的第二侧和所述集电区接触，接触位置即为点B所示。所述基区的锗分 布结构为：在所述基区的第一侧和第二侧间包括一锗浓度峰值，所述锗浓度峰值位置即为 点C所示。从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间，锗浓度逐渐增加，所述锗浓 度的增加曲线由相互连接且梯度值都大于0的第一条直线和第二条直线组成，所述第一条 直线和所述基区的第一侧相连、所述第二条直线和所述锗浓度峰值位置处相连，所述第一 条直线的梯度大于所述第二条直线的梯度；其中所述第一条直线和第二条直线的连接位置 即为点D所示。从所述基区的第一侧到所述第一条直线和所述第二条直线的连接处的宽度 即点A到点D间。
16、的宽度为所述基区的总宽度的1/53/5，所述第一条直线和所述第二条 直线的连接处即点D的锗浓度为1218(重量)。从所述第一条直线和所述第二条 直线的连接处到所述锗浓度峰值位置处的宽度即点D到点C间的宽度为所述基区的总宽度 的3/51/5，所述锗浓度的峰值为1825(重量)。从所述基区的所述锗浓度峰值 位置处到第二侧之间即点C到点B之间，所述锗浓度线性减少，该区间的锗浓度下降的梯度 较大。 0021 如图4所示，是本发明实施例二的锗分布图。本发明实例一的锗硅异质结双极型 晶体管为一NPN晶体管，包括发射区、基区和集电区；所述基区由一锗硅外延层组成，在所 述锗硅外延层中掺入了硼杂质使基区为P型，。
17、所述硼杂质的分布和浓度图3中的虚线所示。 所述发射区和所述集电区都为N型。所述基区的第一侧和所述发射区接触，接触位置即为 点A所示；所述基区的第二侧和所述集电区接触，接触位置即为点B所示。所述基区的锗分 布结构为：在所述基区的第一侧和第二侧间包括一锗浓度峰值，所述锗浓度峰值位置即为 点C所示。从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处之间，锗浓度逐渐增加，所述锗浓 度的增加曲线为一梯度逐渐减小的弧线。从所述基区的第一侧到所述锗浓度峰值位置处的 宽度即点A到点C间的宽度为所述基区的总宽度的3/54/5，所述锗浓度的峰值为18 25(重量)。从所述基区的所述锗浓度峰值位置处到第二侧之间即点C到点B之间，所述 锗浓度线性减少，该区间的锗浓度下降的梯度较大。 0022 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书CN 102412282 A CN 102412294 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102412282 A CN 102412294 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102412282 A 。