专利名称：具有最佳锗分布的硅锗双级晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅锗双极晶体管，其锗浓度分布被最佳化，以便减小与工作点有关的电流放大系数变化。
硅锗双极晶体管，简称SiGeBT，是硅双极晶体管的进一步发展，并且其特征为在高频波段不寻常的效率。
在这种SiGeBT中有目的地使基极区及邻接的发射极区的边缘区与锗(Ge)形成合金。在应用合适的锗分布的情况下，在晶体管的该区内在价带和导带之间的能带宽度起较小的作用，以致载流子较快地通过基极区。因此，SiGeBT具有极高的极限频率并特别适合于高频应用。这种SiGeBT例如可从F.Crabbe等人的IEEE Electron DeviceLetters(IEEE电子器件通讯)、卷4，1993年获悉。
通常在SiGeBT中提供具有重量百分比为10到25％的Ge的基极区。从发射极到基极的锗浓度的过渡或者是不连贯的，或近似为线性上升分布。关于SiGeBT的高频特性，具有近似线性上升的Ge浓度分布被证明是最佳的。
该浓度分布的缺点是电流放大系数强烈地依赖于各自流过的集电极电流。该缺点归因于晶体管的电流放大系数与发射极/基极-pn结的空间电荷区(简称EB空间电荷区)的状态有关。其中下述两个因素是主要的其一，晶体管的电流放大系数随基极电荷上升而下降，该基极电荷由空间电荷区的状态决定。
其二，电流放大系数与基极、尤其与EB空间电荷区的基极侧界区的能带宽度是呈负指数关系。
随着基极-发射极电压上升，EB空间电荷区的基极侧界区将会向发射体方向转移，因此一方面基极电荷上升，而另一方面在该界区基于Ge浓度下降而使能带宽度增大。两效应导致电流放大系数强烈下降。
因为随着基极-发射极电压上升，集电极电流也上升，所以电流放大系数直接与晶体管集电极电流或工作点有关，并且随着集电极电流上升而强烈下降。这种关系是不希望的，因为由此使晶体管线性变坏或限制晶体管的动态范围。
本发明的任务是降低SiGeBT的这个电流放大系数与工作点有关的变化。
根据本发明该任务通过按照权利要求1所述的硅-锗晶体管来解决。
在本发明的晶体管中，在EB空间电荷区的周围的狭窄区域，Ge浓度分布偏离了其Ge浓度近似线性上升的通常Ge浓度分布。根据本发明，Ge合金是如此制作的，以致在EB空间电荷区的基极侧界区移动的情况下，进一步补偿引起电流放大系数改变的一些因素。
在集电极方向锗浓度上升愈少，以及在集电极方向该上升移动愈多，则电流放大系数的变化愈小。在本发明的Ge掺杂分布情况下，在EB空间电荷区面对相邻区的周围，Ge浓度朝基极方向稍微强烈上升或下降。
本发明的有利扩展在从属权利要求内给出。
在本发明的有利扩展中，在EB空间电荷区周围，Ge浓度恒定保持在合适水平。
在本发明另一有利扩展中，Ge分布是如此形成的，以致在EB空间电荷区的周围Ge的浓度下降。这时，浓度下降是如此选择的，使得最佳地补偿与工作点有关的电流放大系数的变化。
在本发明中，以有利方式减少了在SiGeBT的额定电流放大系数方面受制造条件约束的元件参数差异。
SiGeBT的额定电流放大系数大多都有较大波动的依据是由于不可避免的制造公差，发射极-基极pn结相对于Ge浓度分布的准确位置是随晶体管而不同的。在本发明的锗分布形状的情况下，这种受制造技术约束的变化将导致比现有技术的SiGeBT更小的额定电流放大系数变化。
本发明的另一优点是由于在发射极-基极-pn结区内Ge浓度是有目的地变化，或使该区内的Ge浓度同最大Ge含量进行匹配，所以额定电流放大系数是可非常准确地调整的。
因为只在Ge浓度分布线性上升的较小区域内改变，所以通过本发明的Ge分布造形，SiGeBT的高频特性只有不重要的变化。
依靠两个实施例参考附图详细说明本发明如下，即
图1示出了具有最佳化Ge分布的SiGeBT的概略结构，
图2示出了根据本发明的Ge分布与现有技术的Ge分布比较，图3概略示出了对图2所示的Ge分布而计算的电流放大系数与集电极电流密度的关系。
在图1透视地描绘了SiGeBT半导体以及在绘图平面内描绘了本发明的Ge分布。
在硅衬底7上形成与p掺杂的基极区2相接的n掺杂发射极区1，随后又跟随n掺杂的集电极区3。在发射极区1和基极区2之间存在EB空间电荷区4，在基极区2和集电极区3之间存在基极-集电极空间电荷区5。
在基极区2和在相接的发射极1的边缘内，晶体管是与Ge制成合金。对本发明的两实施例示出了沿着晶体管的Ge浓度分布6。
Ge浓度6在发射极区内朝基极方向首先上升。根据本发明，在基极和发射极之间的结区，其间存在空间电荷区4，且浓度分布6偏离了线性依赖关系。尤其在该结区内，Ge浓度向着基极2的方向下降。
图2示出了3种Ge浓度分布，对此计算了电流放大系数与集电极电流的关系。分布10示出了在发射极1和基极之间具有Ge线性分布的现有技术。在本发明的分布8情况下，在EB空间电荷区4周围的Ge浓度分布显示为一平台。Ge浓度在该区为常量。本发明的分布9显示所谓“负分级的分布”，其中在EB空间电荷区周围的Ge浓度朝基极方向下降。这时，分布8的平台高度或分布9的发射体-基极区的浓度最小值是同基极2内的进一步Ge浓度分布和在集电极3内的最高Ge含量相匹配的。
在图3描绘了从模拟计算得到的电流放大系数与在图2示出的Ge分布的集电极电流的关系。
属于Ge分布10的、描绘现有技术的电流放大系数曲线11在所示的间隔内相对于电流放大系数最大值的变化超过50％。相反，本发明的Ge分布8的电流放大系数曲线12或分布9的曲线13通常显示一个极其微小的变化区。这里，所示区域的电流放大系数相对于电流放大系数最高值的变化小于30％。
在其作用方面，本发明的Ge分布8和9的主要不同之处是在于最高放大系数那边的、电流放大系数的下降与集电电极电流密度的关系。这里，分布9显示有特殊的优点，因为相应的电流放大系数曲线13具有最小的下降，而且受改变的集电极电流的影响也最小。
正如已经说明的那样，有利的、微不足道的电流放大系数的变化是基于在EB空间电荷区周围的能带间距的变化。在本发明的晶体管中，该变化可借助合适的Ge浓度分布达到。
电流放大系数微不足道的变化也可以通过另一用于以相同方式改变能带间距的装置来实现。例如这是半导体衬底另外的掺杂或应力。
权利要求
1.硅-锗双极晶体管，其中，在硅衬底(7)内形成第一n掺杂发射极区1和与其相接的第二p掺杂的基极区(2)和与其相接的第三n掺杂的集电极区(3)，在发射极区(1)和基极区(2)之间形成第一空间电荷区(4)，以及在基极区(2)和集电极区(3)之间形成第二空间电荷区(5)，其中，基极区(2)和相邻的发射极区(1)的边缘区与锗形成合金，发射极区(1)的锗浓度(6)朝基极区(2)方向上升，第一空间电荷区(4)所在的结区内的锗浓度比发射区(1)稍微强烈地上升或下降，而基极区(2)内的锗浓度(6)比结区首先更强烈地上升。
2.根据权利要求1所述的硅-锗双极晶体管，其中，第一空间电荷区(4)所在的结区内的锗浓度(6)是常量。
3.根据权利要求1所述的硅-锗双极晶体管，其中，第一空间电荷区(4)所在的结区内的锗浓度(6)线性下降。
4.根据权利要求1到3所述的硅-锗双极晶体管，其中，发射极区(1)和集电极区(3)被p掺杂，而基极区(2)被n掺杂。
全文摘要
本发明描绘了一种硅－锗双极晶体管，其中，在硅衬底(7)上形成第一n掺杂发射极区(1)和与其相接的第二p掺杂基极区(2)以及与其相接的第三n掺杂集电极区(3)。
文档编号H01L29/02GK1395745SQ01803892
公开日2003年2月5日 申请日期2001年1月8日 优先权日2000年1月20日
发明者W·克赖恩, R·拉奇纳, W·莫尔齐 申请人:因芬尼昂技术股份公司