[发明专利]具有双极晶体管的半导体器件和制造这种器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有衬底和包含双极晶体管的硅半导体主体的半导体器件，该双极晶体管具有发射极区、基极区和集电极区，所述各区域通过提供适当的掺杂原子而分别是n型导电性的、P型导电性的和n型导电性的，其中所述基极区包括硅和锗的混合晶体，一个硅的中间区把所述基极区与所述发射极区分隔开，所述硅的中间区具有比所述发射极层的掺杂浓度低的掺杂浓度并且其厚度小于发射极区的厚度，并且所述发射极区包括一个含有硅和锗的混合晶体的子区域，所述子区域位于所述发射极区的远离所述中间区的一侧。这种其中的发射极包括单晶区域的器件适合于高频应用。本发明还涉及一种制造这种器件的方法。通过在外延生长处理中形成发射极区能够容易地获得单晶发射极区。

背景技术

这种器件和方法从2004年7月6日公开的美国专利US6,759,696中是已知的。在所述文献中，披露了基极区和发射极区被原位掺杂，即在它们的外延生长期间分别通过硼和磷原子进行掺杂。所述基极区提供有硅和锗的混合晶体以便改进速度。所述(单晶)发射极区的表面部分提供有硅和锗的混合晶体，后一材料具有比包括硅的其余发射极区高的本征载流子浓度，并且所述硅-锗区域位于耗尽区域外侧并且被掺杂以便发生俄歇(Auger)复合。这样，就可获得允许通过基极电流非常精确地调节电流放大的快速双极晶体管。所述已知器件的缺点是对于需要很高f_T(＝截止频率)的一些应用需要改进其速度。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种开头段落中所述种类的器件，其具有改进的高频性能。

为了实现这一目的，根据本发明，一种在开头段落中提及类型的器件的特征在于：所述包括硅和锗的混合晶体的子区域基本上穿过整个发射极区延伸直到与中间区接触，并且所述发射极区的掺杂原子是砷原子。本发明是基于下面的意外的察觉。首先，与在硅中的扩散速度相比，N型掺杂剂的更具体地扩散在包括硅和锗的混合晶体的材料中好象是被提高了。因此，通过将硅-锗子区域定位直到所述中间区，就可获得所述N型掺杂的陡峭截面分布。这种陡峭截面分布允许晶体管的更加快速的响应速度，因此允许改进高频性能。上面的效果对于砷原子比对于磷看来似乎是大得多的。因此在根据本发明的器件中能够可观地增加f_T。

在这方面的最佳结果是对于发射极区的锗含量位于大约20到100at.％(原子百分比，以下用“原子％”表示)之间而获得的。实际上，适当的锗含量在于大约40原子％。应当注意对于本发明的效果并不需要锗含量在贯穿整个发射极区的范围内都是同样较高的。然而，均匀的锗含量不仅有效而且容易实现，因为在外延生长期间的气相条件最容易被保持恒定。

在原位掺杂发射极区，即硅和锗的混合晶体区域在气体类似PH₃的条件下被外延生长的情况下，可获得本发明的效果。然而，在一个最佳实施例中通过离子注入将砷原子提供在发射极区中。如果注入的砷原子被置于更加远离与所述中间区接触的接面的区域中，则可获得在与在包含中间区的硅中的扩散延迟结合的在硅-锗区域中的扩散增强的整体效果，即在与中间区的接面处或在中间区内部的接面处获得砷原子的非常陡峭的截面分布。

此外，以这种方法，砷注入的范围缺陷的末端被保持在距基极-发射极结的安全距离之外。优选的是，所述范围损害的末端被保持在距所述基极-发射极结例如20nm的距离。这允许硅-锗区域应力的最佳缓和，接着允许较高的锗含量。后者意味着砷原子的扩散的增强是最大的。此外，范围损害的末端还提高了砷原子的扩散。在适当的热处理(例如快速热退火处理)之后，在发射极区中就可获得最后非常陡峭的砷截面分布，其直到会达到与中间区接触的接面或者直到略微在中间区内部。

本发明还认识到，与在中间区的硼在硅中的扩散相比，掺杂有硼的P型区域中的硅-锗会延迟硼扩散。因此，在根据本发明的器件中，不仅发射极的N型截面分布具有非常陡峭的变化，而且基极区的P型截面分布也具有非常陡峭的变化。后者还促成了所述高频性能，并且因此促成较高的f_T。在一个有利实施例中，所述基极区被掺杂有硼并且提供有碳原子，其中碳原子的浓度至少与硼原子的浓度相当。已经发现碳原子的存在也会延迟硼扩散，因此还有助于提高硼迁移的陡度并因此有助于晶体管的速度。此外，在所述浓度范围中的碳原子不会不利地影响双极晶体管的任何其它性能。