[发明专利]SiGe异质结双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种SiGe异质结双极晶体管（HBT），特别涉及一种提高SiGe异质结双极晶体管器件性能的基区锗含量分布方法。

背景技术

SiGe HBT以“能带工程”为基础，是目前国内外研究的重点器件之一。SiGe异质结晶体管中基区掺入锗组分后，可以调节器件基区锗组分来获得较高的电流增益。另外，当锗掺入基区后，器件的厄尔利电压增加；同时禁带宽度的减小使基区中感应出电场，减小了基区渡越时间，从而提高了器件的截止频率。因此，SiGe异质结晶体管具有高频率，低功耗，低噪声等特点，并且能与传统Si工艺及CMOS工艺相兼容的优点。

现有技术的SiGe异质结晶体管基区锗含量分布常采用矩形分布，三角形以及梯形分布的方法。这些分布方式在基区锗组分总含量相同的情况下，虽然能够获得较高的电流增益β，但会损失很多的厄尔利电压V_A，从而极大减少厄尔利电压积βV_A。同时，伴随着温度的变化，其电流增益的温度稳定性波动较大。另外，现有技术中为提高器件击穿电压BV_CEO，常以损失较大的特征频率f_T。

为了不增加基区锗总含量导致SiGe层到达临界厚度，从而发生弛豫的现象。因此，本发明希望提出一种基区锗含量分布的方法，在基区锗组分总含量相同的条件下，提高SiGe HBT器件的电流增益温度稳定系数以及厄尔利电压V_A，从而提高厄尔利电压积βV_A。同时，希望在不损失太多特征频率f_T的情况下，提高击穿电压BV_CEO，以提高器件的品质因子。

图1示出了现有技术的SiGe异质结晶体管基区锗含量分布的三个示例，这三个示例分为矩形分布2，三角形分布4，以及梯形分布6。为保证基区掺入锗的总含量相同，因此三个示例中的锗含量可设定如下：

现有技术中矩形锗含量分布方式2示例中锗组分为12%；现有技术中三角形锗含量分布方式4示例中的锗组分为靠近发射极一侧基区的锗含量X₀为6%，靠近集电极基区的锗含量X_Wb为18%；现有技术中梯形锗含量分布方式6示例中锗组分设定为靠近发射极一侧基区的锗含量X₀为6%，梯形拐点处Y₀处于基区位置为2W_b/3，靠近集电极基区的锗含量X_Wb为15%。

尽管现有技术中矩形锗含量分布2可获得很高的电流增益，但由于基区不存在渐变的锗含量分布，缺少了内置漂移电场。该内置漂移电场能够在基极区域加速载流子的输运，从而减少基区渡越时间提高器件的特征频率。因此，示例中矩形分布2器件的特征频率以及厄尔利电压最小。

为了保持现有技术SiGe HBT渐变锗含量产生的漂移电场，本发明提出了对现有SiGeHBT基区锗含量分布方法的修改，该方法能够改善现有SiGe HBT器件的性能。

发明内容

本发明旨在通过改变SiGe HBT基区锗含量分布来改善器件电流增益的温度稳定性，并提高器件的厄尔利电压积βV_A以及品质因子f_T*BV_CEO。

为了达到上述目的，本发明一种SiGe异质结双极晶体管包括集电极区域，基极区域，发射极区域，其特征在于：所述基极区域包含SiGe层的锗含量分布为阶梯式递增分布方式，SiGe层的平均锗含量不超过20%。；

所述基极区域包含SiGe层分为第一阶区8，梯度区10，以及第二阶区12；

所述第一阶区8的锗含量大于0，锗含量值恒定，并且锗含量值不超过12%；

所述第一阶区8的宽度大于0，且小于基区宽度的50%；

所述梯度区10的锗含量分布为线性递增分布，锗含量起始值等于第一阶区8的锗含量值；

所述梯度区的宽度大于0，且小于基区宽度的50%；

所述第二阶区12的锗含量值大于第一阶区8锗含量值，锗含量值恒定；

第二阶区12的锗含量值不超过30%；

所述第二阶区12宽度大于0，且小于基区宽度的50%。

有益效果

图3示出了本发明SiGe HBT器件基区锗含量阶梯式分布在不同温度下电流增益的TCAD特性曲线，与现有技术基区锗含量分布相比，本发明器件的电流增益β对温度敏感性降低了。