[发明专利]SiGe-HBT晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子学技术领域，特别是涉及一种SiGe异质结双极型晶体管(SiGe-HBT)及其制备方法。

背景技术

异质结双极型晶体管(HBT)利用能带工程从根本上克服了常规双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)所存在的内在矛盾，即提高放大系数与提高特征频率的矛盾，因此HBT可以实现超高频率和超高速。而且SiGe技术与先进的CMOS工艺完全兼容，所以就形成了SiGe-BiCMOS技术，这相应地推动着微波、射频通信技术的快速发展。

然而，由于影响HBT器件的物理特性非常之多：Early效应(和偏置相关)、高注入效应、外延层电阻及其载流子饱和效应、基区电荷复合、Kirk效应、基区弱非线性电流、雪崩击穿效应、电荷存储、基底效应、基-集和基-射结耗散电容、基区电阻电流密度升高和电导率调制效应、本征基区高频分布效应(趋肤和超相移)、自热、热噪声、散弹噪声、1/f噪声和非本征区的各种寄生效应以及Ge组分分布引起的各种效应等，而且HBT器件各部分(发射极、基极、集电极)的设计规则相当之多。这无疑给HBT器件结构的优化带来了巨大挑战，如何在众多性能之间取舍、权衡一直是人们关注的热点。

微波功率管要获得较大的功率输出，必须具有较高的工作电压和较大的集电极交流电流，要得到高的击穿电压和大的集电极电流，对于集电极外延层材料参数的选取恰恰是相反的。要获得较高的功率增益要求器件必须具有较高的特征频率f_T，对于微波功率晶体管在窄基区时，它的特征频率主要由集电极空间电荷区渡越时间所决定，所以在满足集电极基极击穿电压的前提下，尽可能选取薄外延层并使空间电荷区全部耗。

双极器件中常用扩散保护环，浮空场限环，场板，腐蚀成形结终端扩展技术来提高电压，但腐蚀成型需精密控制腐蚀的深度及其在平面结中的位置，因此比较难形成，而结终端扩展形成的漏电较大，也较少使用。因此，目前双极器件，尤其是双极射频功率晶体管中主要采用扩散保护环，浮空场限环以及场板技术，但扩散保护环，浮空场限环增加了结面积，增大了集电结电容和漏电流，限制了射频功率管的截止频率，减小了功率增益，这个矛盾与提高击穿电压是不可调和的。

在现有技术中，为了使SiGe晶体管能稳定的工作及提高其击穿电压，一般将集电区设计成两层结构，即在高掺杂集电区和基区之间插入一层低掺杂层。一种SiGe晶体管及其制造方法对集电极区域进行掺杂的实例见于CN101937846A，器件具体结构如图1所示，发明名称为“一种SiGe晶体管及其制造方法”，公开的对集电极区域进行掺杂的步骤包括：第一离子注入步骤，用于形成第一掺杂浓度的第一集电极区域C1；以及第二离子注入步骤用于形成具有第二掺杂浓度的第二集电极区域C2；且第一集电极区域C1和第二集电极区域C2重叠布置以构成集电极区域，并且第二集电极区域C2形成在第一集电极区域C1之上，并且第二掺杂浓度大于第一掺杂浓度。但是，该发明存在的主要缺点为：当集电区完全耗尽时，较宽的低掺杂集电区会使载流子渡越空间电荷区的时间增大，从而导致特征频率降低。

鉴于此，怎样在保证不牺牲渡越时间、截止频率以及最大振荡频率的情况下，提高基极-集电极击穿电压，或者在保证击穿电压不恶化的情况下，增加集电区掺杂浓度，怎样提高空间电荷区渡越时间和截止频率，实已成为本领域从业者亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SiGe-HBT晶体管及其制备方法，用于解决现有技术中，在提高基极-集电极击穿电压时导致特征频率降低，或在增加集电区掺杂浓度、提高特征频率以及提高空间电荷区渡越时间时导致的击穿电压恶化的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种SiGe-HBT晶体管的制备方法，包括：

提供一半导体衬底，在该衬底上制备出次集电区，并在所述次集电区上形成藉由浅槽隔离区隔离出的集电区；

依据预设的集电区和基区的掺杂浓度确定出空间电荷区的宽度及其在所述集电区中的位置；

利用离子注入技术在所述的集电区和空间电荷区重叠区域中形成掺杂浓度相等的P⁺层与N⁺层组成的叠层；

在所述集电区上制备包括本征SiGe层、基区P-SiGe:C层、以及重掺杂的P⁺多晶硅外基区层的基区，以在所述集电区和基区的接触界面形成一集电极-基极结空间电荷区，且在所述P⁺多晶硅外基区层上制备出发射极盖帽层和发射区；