[发明专利]异质结双极型晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及异质结双极型晶体管以及，更具体地说，涉及具有显示出减小的延迟时间的发射极的异质结双极型晶体管结构以及制造该结构的方法。

背景技术

随着硅锗(SiGe)异质结双极型晶体管(HBT)的开关速度接近并超过350GHz，该HBT器件的基极渡越时间在约100fs的范围内。该器件的发射极延迟时间典型的小于基极渡越时间。然而，随着基极尺寸的缩小，发射极渡越时间成为总HBT正向渡越时间的增加的部分。在不远的未来，发射极延迟时间会变得和基极渡越时间一样，并会严重限制晶体管的AC性能。因此，现有技术需要显示出减小的发射极渡越时间的SiGe HBT，以获得改善的总正向渡越时间和改善的开关速度的性能。

发明内容

通过上面描述，本发明公开了异质结双极型晶体管(HBT)，其结合具有递变的锗浓度分布的硅锗发射极层用于减小发射极延迟时间，并因此增加了截止频率(f_T)和最大振荡频率(f_MAX)。

本发明的HBT结构的实施例包括第一导电型单晶硅锗发射极层(例如，用n型掺杂剂，例如砷(As)，磷(P)，或锑(Sb)掺杂的发射极层)。HBT结构还包括邻近发射极层的第一侧(如，在发射极层下面)的第二导电型单晶基极层(例如，用p型掺杂剂，例如硼(B)掺杂的基极层)和邻近发射极层的第二侧(例如，在发射极层上面)的第一导电型多晶硅电极(例如，用n型掺杂剂掺杂的多晶硅电极)。

更具体地说，本发明的HBT结构的发射极层包括邻近基极层的耗尽区和在耗尽区和多晶硅电极之间的中性区。发射极层还包括锗。发射极层中的锗的浓度是递变的以使其在邻近基极层的第一侧和邻近多晶硅电极的第二侧之间增加。预期各种递变的锗浓度的分布。例如，锗浓度的梯度可以线性的增加并且范围从邻近基极层的约0％到邻近多晶硅电极的10％和40％之间(例如，优选地到约30％但不大于40％)。锗浓度的梯度可以指数的增加并且范围从邻近基极层的约0％到邻近多晶硅电极的10％和40％之间(例如，优选地到约30％但不大于40％)。作为选择，锗浓度在邻近基极层处稳定在约0％，并在邻近多晶硅电极处从约0％上升到10％和40％之间。通过穿过发射极层以递变的浓度引入锗在发射极层的中性区中形成了准漂移场。该准漂移场降低了中性区的发射极延迟时间以增加截止频率(f_T)。通过经过中性区的价带隙梯度引起准漂移场，以加速从基极层穿过发射极层的少数载流子(例如，空穴)的运动，其增加了截止频率(f_T)。

本发明的形成异质结双极型晶体管结构的方法的实施例包括在第二导电型衬底(例如，p型衬底)中形成第一导电型集电极层(例如，在p型衬底上用n型掺杂剂，例如砷(As)，磷(P)，或锑(Sb)掺杂的硅集电极层)。然后，在集电极层上沉积单晶硅层(例如，通过低温热外延(LTE)工艺或分子束外延(MBE))。

在该沉积工艺时，首先在集电极层上沉积纯硅缓冲层。之后，在硅层的下部分引入锗。具体地说，以锗浓度快速上升(例如，到达约40％的最大值)引入锗。上升阶段后，引入硅层的下部分的锗的浓度会维持一段时间，之后开始缓慢的下降到约0％的锗。另外，在硅层的下部分中引入锗的下降开始后和结束前，可以在该硅层的下部分中同时引入第二导电型掺杂剂(例如，p型掺杂剂，例如，硼(B))。用于硅层的下部分的上述沉积工艺有效地形成了本发明的HBT的第二导电型基极层(例如，p型基极层)。

在掺杂硅层的下部分(例如，用p型掺杂剂)以及锗浓度下降后，继续硅层的沉积以形成硅层的上部分。在沉积硅层的该上部分时，再次引入锗。具体地说，在硅层的上部分中引入锗以使锗的浓度递变。例如，随着硅被沉积，锗浓度会线性地增加(如，从邻近基极层的约0％稳定地上升到在上部分的顶表面的10％和40％之间)。随着硅层被沉积，锗浓度会指数地增加(例如，缓慢地并随后很快地从邻近基极层的约0％上升到在上部分的顶表面的10％和40％之间)。作为选择，锗浓度在邻近基极层保持在约0％并随后从约0％上升到在上部分的顶表面的10％和40％之间。