專利名稱：SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管中的遷移率增強(qiáng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SiGe基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，且更具體地，涉及由于遷移率 增強(qiáng)而具有改善的性能的SiGe基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。本發(fā)明還涉及制作這 種SiGe基雙極晶體管的方法。
背景技術(shù)：
在目前工藝水平的SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)器件中，基極材料 是通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或分子束外延(MBE)外延沉積的，作為制造 工藝相對(duì)早的前端(front-end-of-line， FEOL)月莫。這提供了在合金和摻雜劑 的兩方面調(diào)整特定基極分布的可能性，并允許具有鍺和碳的硅合金的假晶生 長(zhǎng)，這可以用于改善HBT器件的性能。
具體地，將替代的鍺結(jié)合到硅晶格中而在材料中產(chǎn)生壓應(yīng)變，因?yàn)镚e 原子需要更大的原子間隔。這也降低了材料的能帶。在一些SiGe基異質(zhì)結(jié) 雙極晶體管(HBT)器件中，Ge含量在整個(gè)基極區(qū)域上而陡然增加到一個(gè) 常量(單矩形分布)或其部分上陡然增加到一個(gè)常量(臺(tái)階分布)。在"漸 變"SiGe HBT器件中，基極區(qū)域中的Ge含量不是常量，而是從發(fā)射極-基 極結(jié)附近的低Ge含量增加到深入到基極區(qū)域中的高Ge含量，因此產(chǎn)生漂 移電場(chǎng)，在電子流動(dòng)的方向上具有降低的帶隙。從HBT器件的發(fā)射極注入 的電子由于在發(fā)射極-基極結(jié)的低Ge含量而面對(duì)降低的注入勢(shì)壘，并然后由 于深入基極區(qū)域的增加的Ge含量在基極區(qū)域上經(jīng)歷加速電場(chǎng)。在反射極-基極結(jié)的低Ge含量增加到基極中的電子注入，因此增加電流增益。在基極 區(qū)域中的Ge漸變具有在器件上加速電子輸運(yùn)的效果，導(dǎo)致通過基極的降低 的渡越時(shí)間，這在將器件調(diào)節(jié)到高速性能上特別重要。這樣期望的Ge漸變 可以在SiGe膜沉積中通過Ge前驅(qū)體流的隨時(shí)間變化的設(shè)計(jì)而容易地產(chǎn)生。
然而，當(dāng)在假晶生長(zhǎng)的SiGe膜中的應(yīng)變達(dá)到臨界水平時(shí)，由于SiGe膜 厚度的增加或者Ge含量的增加，該應(yīng)變不再能通過儲(chǔ)存在扭曲的SiGe晶體 結(jié)構(gòu)中的彈性能容納。而是，部分的應(yīng)變將通過在異質(zhì)結(jié)界面中產(chǎn)生失配位
5錯(cuò)而被弛豫。因此，對(duì)于特定Ge含量的SiGe膜，存在"臨界厚度"，該臨 界厚度定義為SiGe膜的假晶生長(zhǎng)的最大厚度，在該臨界厚度之下，由Si和 Ge之間的晶格失配引起的應(yīng)變由儲(chǔ)存在晶格扭曲中的彈性能容納,而在該 臨界厚度之上，部分的應(yīng)變通過異質(zhì)結(jié)界面中產(chǎn)生失配位錯(cuò)而被弛豫。類似 地，對(duì)于特定厚度的SiGe膜，存在"臨界Ge含量"，其定義為能夠結(jié)合到 假晶SiGe膜中的最大鍺含量，在該臨界Ge含量之下，由Si和Ge之間的晶 格失配引起的應(yīng)變由儲(chǔ)存在晶格扭曲中的彈性能容納，而在該臨界Ge含量 之上，部分應(yīng)變通過異質(zhì)結(jié)界面中產(chǎn)生失配位錯(cuò)而被弛豫。
源自應(yīng)變弛豫的位錯(cuò)缺陷是電活性的并能引起增加的載流子散射、載流 子陷阱、以及載流子復(fù)合。因此，在過去，Ge含量和SiGe基極層的總厚度 被仔細(xì)地設(shè)計(jì)以不超過臨界值，從而避免器件結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)缺陷的形成。
SiGe HBT器件在垂直和橫向兩個(gè)方向的最近迅猛的比例縮小已經(jīng)導(dǎo)致 器件尺寸的顯著減小，包括基極層厚度的顯著減小。此外，最近的高頻測(cè)量 顯示通過高性能HBT (例如，具有不超過約100nm的厚度)的超薄基極層 的載流子輸運(yùn)已經(jīng)達(dá)到在當(dāng)前迅猛的Ge漸變的飽和速率。換言之，在超薄 基極層中的增加的Ge漸變沒有產(chǎn)生載流子速率的進(jìn)一步改善。
結(jié)果，目前技術(shù)SiGe基HBT器件(見Khater et al., "SiGe HBT Technology with fMax/fT=350/300 GHz and Gate Delay Below 3.3 ps," IEEE Electron Devices Meeting, IEDM Technical Digest, 13-15 December 2004, pp. 247-250 ) 具有遠(yuǎn)小于臨界值的Ge含量和厚度的基極層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明意在通過增加HBT器件的基極區(qū)域中的雙軸應(yīng)變來進(jìn)一步改善 當(dāng)前可獲得的SiGe基HBT器件的性能，.這又增加了基極區(qū)域的載流子遷移率。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)盡管當(dāng)前可獲得的HBT器件的超薄基極層的Ge含量進(jìn)一步 增加沒有進(jìn)一步增加載流子速率，但其可以引起基極區(qū)域附近的雙軸應(yīng)變的 增加，即，沿平行于基板表面的方向(即，橫向方向)增加的壓應(yīng)變，以及 沿垂直于基板表面的方向(即，垂直方向)的增加的拉應(yīng)變，其起到增加橫 向流動(dòng)通過基極區(qū)域的空穴和垂直穿過基極區(qū)域的電子的遷移率的作用。
因?yàn)檩d流子的基極-渡越時(shí)間不僅依賴于載流子速率，還依賴于載流子遷移率，當(dāng)前可獲得的SiGe基HBT器件的載流子基極-渡越時(shí)間能通過增 加這種HBT的超薄基極層的Ge含量到接近臨界值而進(jìn)一步增加。
此外，SiGe基HBT器件的基極電阻也依賴于載流子遷移率，所以基極 層Ge含量增加到接近臨界值也能用于降低基極電阻。
一方面，本發(fā)明涉及包含集電極區(qū)域、基極區(qū)域、非本征基極區(qū)域、以 及發(fā)射極區(qū)域的HBT器件。HBT器件的基極區(qū)域包括超薄含SiGe層，即， 具有不超過約100畫的厚度。臨界鍺含量可以是為這種超薄含SiGe層基于 其厚度而預(yù)定的，且該含SiGe層被布置和構(gòu)建使得其具有不小于預(yù)定臨界 鍺含量的約80%的平均鍺含量的鍺含量分布。
優(yōu)選地，在超薄含SiGe層中的平均鍺含量不小于預(yù)定臨界鍺含量的90 %,更優(yōu)選地不小于預(yù)定臨界鍺含量的95%,且依然更加優(yōu)選地不小于預(yù)定 臨界鍺含量的99% 。更優(yōu)選地，超薄含SiGe層中的平均鍺含量基本等于(即， 有± 0.1 %的誤差)預(yù)定臨界鍺含量。
超薄含SiGe層的臨界鍺含量能通過各種常規(guī)已知的方法容易地計(jì)算， 如在下文所詳細(xì)描述的，且本發(fā)明為了控制含SiGe層中的實(shí)際鍺含量選擇 平均計(jì)算的臨界鍺含量，以使得最小化產(chǎn)生位錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，對(duì)于約50 nm 厚的含SiGe層，計(jì)算的臨界鍺含量在約16 atomic %到18 atomic %之間，而 選擇平均值17 atomic。/。作為本發(fā)明中的預(yù)定的臨界鍺含量。對(duì)于另一個(gè)實(shí) 例，100 nm厚的含SiGe層的計(jì)算的臨界鍺含量在約9 atomic %到約11 atomic %之間，而選擇平均值10atomicM作為對(duì)于本發(fā)明的實(shí)踐的預(yù)定的臨界鍺含 量。
本發(fā)明的超薄含SiGe層可以具有平坦的Ge含量分布(即，在整個(gè)含 SiGe層上提供基本均一的Ge含量)，多臺(tái)階Ge含量分布(即，在整個(gè)含 SiGe層上提供均一Ge含量的多個(gè)平臺(tái))，或漸變Ge含量分布(即，Ge含 量在含SiGe層中變化)。這里使用的術(shù)語"Ge含量分布"或"鍺含量分布" 指的是結(jié)構(gòu)中的鍺含量作為結(jié)構(gòu)的厚度或深度的函^t的圖。優(yōu)選地，超薄含 SiGe層具有漸變的Ge含量分布，其可以具有任何合適的形狀，規(guī)則的或不 規(guī)則的。例如，這種超薄含SiGe層可以具有三角形Ge含量分布，或梯形 Ge含量分布。
對(duì)于簡(jiǎn)單的(即，臺(tái)階的)或復(fù)雜的(漸變的)含SiGe層，"平均Ge 含量"這樣來確定，首先通過在整個(gè)含SiGe層上對(duì)Ge含量積分，即，以便確定層中總的或積分的Ge含量，并然后將積分的Ge含量除以層的厚度。 發(fā)現(xiàn)SiGe基HBT在完成HBT器件所需的進(jìn)一步的高溫工藝步驟中是穩(wěn)定 的，只要這種SiGe基HBT器件的基極層中的平均Ge含量保持在對(duì)應(yīng)于基 極層的厚度的臨界Ge含量之下或等于該臨界Ge含量。臨界Ge含量例如能 從Matthew/Blackeslee線(MBL )而容易地確定，這在下文更詳細(xì)地描述。 而且，某些沉積技術(shù)，比如超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)和高溫烘培 條件的遠(yuǎn)程等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(RPCVD)，允許含SiGe層以非常 接近(大于95 % )于臨界Ge含量的平均Ge含量沉積。
另一方面，本發(fā)明涉及包括具有不大于50nm的厚度和從約16.5 atomic %到約17.5 atomic。/。的范圍的平均鍺含量的鍺含量分布的含SiGe層的異質(zhì) 結(jié)雙極晶體管。
又一方面，本發(fā)明涉及一種提高具有超薄含SiGe基極層的異質(zhì)結(jié)雙極 晶體管的載流子遷移率的方法，而沒有改變基極層的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電場(chǎng)。含 SiGe層的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電場(chǎng)依賴于含SiGe層中的Ge的漸變速率或Ge含量分 布的形狀，但不依賴于絕對(duì)的Ge含量。
因此，在整個(gè)超薄含SiGe基極層上的Ge含量的均勻的增加能用于達(dá)到 基極層中的接近臨界Ge含量，因此最大化基極層中的雙軸應(yīng)變和載流子遷 移率，但不改變Ge漸變速率和Ge含量分布的形狀并因此保持基極層中的 相同的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電場(chǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的方法包括 測(cè)量含SiGe基極層的厚度； 基于含SiGe基極層的厚度計(jì)算臨界鍺含量；
測(cè)量含SiGe基極層中的鍺含量以確定所述含SiGe基極層的鍺含
量；以及
通過以足夠的量均勻地增加含SiGe基極層的鍺含量來改變含SiGe 基極層的鍺含量分布，以使改變的鍺含量分布具有不小于計(jì)算的臨界鍺含量 的約80%。
又一方面，本發(fā)明提供制作高效SiGe基HBT器件的方法，通過 確定SiGe基HBT器件的含SiGe基極層的設(shè)計(jì)厚度和設(shè)計(jì)鍺分布，其 中所述設(shè)計(jì)厚度不高于約100 nm;
基于設(shè)計(jì)厚度計(jì)算臨界鍺含量并基于設(shè)計(jì)鍺分布和臨界鍺含量計(jì)算平均鍺含量，其中所述平均鍺含量不小于臨界鍺含量的80%; 在半導(dǎo)體基板中形成HBT器件的集電極；
在集電極上沉積含SiGe基極層，該含SiGe層具有設(shè)計(jì)厚度、設(shè)計(jì)鍺分 布，和計(jì)算的平均鍺含量；以及
形成HBT器件的非本征基極和發(fā)射極。
設(shè)計(jì)厚度和設(shè)計(jì)鍺分布能容易地通過理論能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算和柱狀基極分 布比例縮放(scaling)來確定，它們?cè)诒绢I(lǐng)域中是已知的并因此不在這里詳 細(xì)描述。優(yōu)選地，設(shè)計(jì)鍺分布在基極層上提供鍺漸變，其在整個(gè)基極層上建 立用于加速載流子的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電場(chǎng)。
本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從隨后的公開和所附的權(quán)利要求變得 更加充分地清晰。


圖1示出示例性現(xiàn)有技術(shù)SiGe基HBT器件的截面圖。
圖2示出SiGe基HBT器件的兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的基極Ge含量分布。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與具有現(xiàn)有技術(shù)的基極Ge含量分
布作比較，高效SiGe HBT器件的改善的基極Ge含量分布。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與具有現(xiàn)有技術(shù)的基極Ge含量分
布作比較，高效SiGe HBT器件的另 一個(gè)改善的基極Ge含量分布。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，與具有現(xiàn)有技術(shù)的基極Ge含量分
布作比較，高效SiGe HBT器件的有一個(gè)改善的基極Ge含量分布。
圖6示出用于基于含SiGe層厚度而確定其臨界Ge含量的
Matthews-Blakeslee曲纟戔。
具體實(shí)施例方式
圖1示出具有深溝槽隔離和T形發(fā)射極的典型SiGe基HBT。特別地， 圖1包括半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10,該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少包括位于兩個(gè)淺溝槽隔離區(qū)域 14R和14L之間的發(fā)射極12。圖中由14L代表的左手側(cè)的淺溝槽隔離區(qū)域 具有從淺溝槽的底壁表面延伸的深溝槽16。圖1示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)也包括第 一外延硅層18、 SiGe基極20、以及第二外延硅層22,它們位于溝槽隔離區(qū) 域和發(fā)射極12的頂上。圖1所示的結(jié)構(gòu)還包括非本征基極24和氧化物層26,
9該非本征基極24和氧化物層26構(gòu)圖為暴露位于SiGe基極20之上的第二外 延硅層22的表面。氮化物間隙壁28位于氧化物層26和非本征基極24的側(cè) 壁上。T形發(fā)射極30存在于圖1所示的結(jié)構(gòu)中。
圖1所示的HBT利用本領(lǐng)域已知的常規(guī)雙極工藝技術(shù)來制作。例如， 異質(zhì)結(jié)含Si基極，特別是包括SiGe，外延生長(zhǎng)在由隔離氧化物圍繞的集電 極基座上。
在外延生長(zhǎng)過程中，復(fù)雜的硼、鍺、和碳含量分布(具有指數(shù)的或多項(xiàng) 式的斜率)能通過前驅(qū)體流的時(shí)間依賴工藝容易地產(chǎn)生。漸變的鍺含量分布 對(duì)于產(chǎn)生內(nèi)置漂移電場(chǎng)是期望的，該內(nèi)置漂移電場(chǎng)在整個(gè)晶體管的否則為中 性的基極區(qū)域上加速載流子,因此顯著減少渡越時(shí)間。
盡管常規(guī)SiGe基HBT器件中的鍺含量分布和鍺漸變過去由SiGe基極 層的臨界厚度和臨界鍺含量所限定，SiGe HBT器件的最近的迅猛的按比例 縮小已經(jīng)導(dǎo)致器件尺寸的顯著減少，包括基極層厚度的顯著減少。此外，因 為最近的研究顯示載流子輸運(yùn)通過超薄基極層已經(jīng)達(dá)到當(dāng)今適中Ge漸變的 飽和速率并顯示超薄基極層中增加的Ge漸變沒有產(chǎn)生載流子速率的進(jìn)一步 的改善，當(dāng)前可獲得的SiGe基HBT器件具有遠(yuǎn)低于臨界值的基極Ge含量。
圖2示出在當(dāng)前可獲得的SiGe基HBT器件中的兩個(gè)示例性漸變Ge分 布。這兩個(gè)漸變的Ge分布的平均Ge含量(分別為XAI和XA2)遠(yuǎn)低于這些 器件的超薄SiGe基極層的臨界Ge含量(Xc )。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)盡管當(dāng)前可獲得的SiGe基HBT器件的超薄基極層的Ge含 量的進(jìn)一步增加沒有進(jìn)一步增加載流子速率，但其可以導(dǎo)致基極區(qū)域附近的 雙軸應(yīng)變的增加，因此提高基極區(qū)域中的載流子遷移率并減少載流子基極渡 越時(shí)間以及SiGe基HBT器件中的基極電阻。
因此，本發(fā)明利用SiGe HBT的超薄基極區(qū)域中的接近臨界平均Ge含 量，以增加載流子遷移率并進(jìn)一步減少基極電阻和通過中性基極區(qū)域的載流 子渡越時(shí)間。本發(fā)明描述的方法能用于修改并改善現(xiàn)有SiGe HBT器件的性 能，或從頭開始制作高效SiGe HBT器件。
為了保持通過現(xiàn)有的SiGe HBT的超薄基極區(qū)域中的漸變Ge含量所產(chǎn) 生相同的漂移電場(chǎng)，本發(fā)明提出對(duì)現(xiàn)有SiGe HBT的修改，通過以足夠的量 均勻地增加現(xiàn)有HBT器件的SiGe基極層中的鍺含量，使得SiGe基極層的 平均鍺含量接近于臨界鍺含量的80%,或者至少在其附近。
10圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的漸變Ge含量分布14，其通過均勻 地增加具有超薄基極區(qū)域的現(xiàn)有SiGe HBT器件的漸變Ge含量分布12中的 Ge含量而產(chǎn)生。增加的Ge含量稱為Ax，且新的漸變Ge含量分布14的平 均Ge含量(xA)比現(xiàn)有技術(shù)Ge含量分布12中的平均Ge含量(未示出) 明顯更接近于臨界Ge含量(Xc)。
類似地，圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的漸變的Ge含量分布24， 其通過均勻地增加(以Ax)具有超薄區(qū)域的現(xiàn)有SiGe HBT器件的現(xiàn)有技術(shù) 漸變Ge含量分布22中的Ge含量而產(chǎn)生。在新的漸變Ge含量24的平均 Ge含量(XA )比現(xiàn)有技術(shù)的Ge含量分布22中的平均Ge含量(未示出) 明顯更接近于臨界鍺含量(Xc)。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)漸變Ge含量分布34，其 通過均勻地以Ax增加現(xiàn)有SiGe HBT的超薄SiGe基極區(qū)域中和與超薄SiGe 基極相接的兩個(gè)外延硅層(即，圖1的層18和22)中的Ge含量而產(chǎn)生。 Ge含量在兩個(gè)外延硅層中增加由圖5中的斜坡36a和36b顯示，且在新的 漸變Ge含量分布34中的平均Ge含量(XA )比現(xiàn)有技術(shù)Ge含量分布32 中的平均Ge含量(未示出)明顯更接近于臨界鍺含量(Xc)。
因此，Ge含量的增加可以或者僅限定于超薄SiGe基極區(qū)域，使得與這 種超薄SiGe基底相接的外延硅層基本由硅構(gòu)成，其中存在很少或沒有Ge, 或者其也可以延伸至相接的外延硅層，形成延伸的SiGe外延基極區(qū)域。
本發(fā)明提供一種方法以提高SiGe基HBT器件中的載流子遷移率，同時(shí) 減少晶體管的基極電阻。按照本發(fā)明，通過改變HBT器件的超薄基底區(qū)域 中的Ge分布而獲得載流子遷移率增強(qiáng)，而沒有負(fù)面地影響典型地與雙極晶 體管相關(guān)的漂移電場(chǎng)。
更具體地，本發(fā)明提供其中SiGe HBT器件的超薄基極區(qū)域中的Ge含 量分布被改變以提供橫向壓應(yīng)變和垂直拉應(yīng)變的同時(shí)施加的方法。本發(fā)明描 述的該Ge含量分布的改變沒有負(fù)面地影響，或明顯地改變由超薄基底區(qū)域 中的Ge漸變的量產(chǎn)生的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電場(chǎng)。通過對(duì)基極Ge含量分布增加均 一量的附加Ge并增加超薄基極層中的平均Ge含量到接近臨界值，內(nèi)部的 雙軸層應(yīng)變能被大大提高至弛豫的明顯的和亞穩(wěn)臨界點(diǎn)。
特定厚度的SiGe基極層的臨界Ge含量能容易地由各種方法確定，如由 下列描述的，J. C. Bean等，"GexSii—x/Si Strained-Layer Superlattice Grown byMolecular Beam Epitaxy," J. Vac. Sci. TECHNOL., Vol. A2, No. 2, pp. 436-440 (1984); J. H. van derMerwe, "Crystal Interfaces. Part L Semi-Infinite Crystals," J. Appl. PHYS.， Vol. 34, No. 1, pp. 117-122 (1963); J. M. Matthews and A. E. Blakeslee, "Defects in Epitaxial Multilayers I. Misfit Dislocations in Layers," J. CRYSTAL GROWTH, Vol. 27, pp. 118-125 (1974); S. S. Iyer等， "Heterojunction Bipolar Transistors Using Si-Ge Alloys," IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. 36， No. 10 (October 1989); R. H. M. van der leur等，"Critical Thickness for Pseudomorphic Growth of Si/Ge Alloys and Superlattice，" J. APPL. PHYS.， Vol. 64， No. 5， pp. 3043-3050 (15 September 1988);和D. C. Houghton等，"Equilibrium Critical Thickness for SiNxGex Strained Layers on (100) Si," APPL. PHYS. LETT.， Vol. 56, No. 5， pp. 460-462 (29 January 1990).
圖6示出Ma他ews-Blakeslee曲線，其中將含SiGe膜的臨界厚度與其中 的Ge含量相關(guān)聯(lián)，其能容易地用于確定在給定SiGe膜的特定厚度下的臨界 Ge含量。
由于使用的不同模型和考慮的不同參數(shù)，通過使用不同方法計(jì)算的臨界 Ge含量可以彼此稍微不同。本發(fā)明選擇平均計(jì)算臨界鍺含量來控制含SiGe 層中的實(shí)際鍺含量。例如，對(duì)于約50 nm厚的含SiGe層，計(jì)算的臨界鍺含 量在約16 atomic %到約18 atomic %之間，同時(shí)選擇17 atomic %的值作為本 發(fā)明中的預(yù)定的臨界鍺含量。對(duì)于另一個(gè)實(shí)例，100 nm厚的含SiGe層的計(jì) 算的臨界鍺含量在約9 atomic %到11 atomic %之間，且選擇10 atomic %的值 作為本發(fā)明的實(shí)踐所預(yù)定的臨界鍺含量。
優(yōu)選地，具有接近臨界Ge含量的超薄SiGe基極層由化學(xué)氣相沉積 (CVD )假晶生長(zhǎng)，其具有良好建立的工藝控制且被證明了可重復(fù)性并適于 批量加工和大規(guī)模制造。另外，CVD工藝不需要等離子體處理，且除了能 帶結(jié)構(gòu)的微小改變之外，置換的Ge原子是電不活潑的，并保證在基極層中 的超低污染水平。
人員應(yīng)該理解的是可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行前述和其它的改變，而不偏離本 發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明旨在不限于描述和圖示的具體的形式和細(xì) 節(jié)，而是落在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括集電極區(qū)域、基極區(qū)域、非本征基極區(qū)域、以及發(fā)射極區(qū)域，其中所述基極區(qū)域包括含SiGe層，其中所述含SiGe層具有不大于約100nm的厚度和與所述厚度相關(guān)的預(yù)定臨界鍺含量，以及其中所述含SiGe層具有不小于預(yù)定臨界鍺含量的約80％的平均鍺含量的鍺含量分布。
2. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含SiGe層的鍺含 量分布是臺(tái)階式的或漸變的，且其中所述含SiGe層中的平均鍺含量通過在 整個(gè)含SiGe層上對(duì)鍺含量積分，以確定層內(nèi)的積分鍺含量，并且將所述積 分鍺含量除以所述層的厚度而確定。
3. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含Si(]e層中的平 均鍺含量不小于所述預(yù)定臨界鍺含量的約90% 。
4. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含SiGe層中的平 均鍺含量不小于所述預(yù)定臨界鍺含量的約95 % 。
5. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含SiGe層中的平 均鍺含量不小于所述預(yù)定臨界鍺含量的約99% 。
6. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含Si(]e層中的平 均鍺含量本質(zhì)上等于所述預(yù)定臨界鍺含量。
7. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含SiGe層的預(yù)定 臨界鍺含量不小于約10 atomic % 。
8. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述含SiGe層具有不 大于約50nm的厚度，且其中所述含SiGe層的預(yù)定臨界鍺含量不小于約17 atomic % 。
9. 如權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述基極區(qū)域包括兩個(gè) 外延半導(dǎo)體層，且其中所述含SiGe層夾置在所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體 層都本質(zhì)上由硅構(gòu)成。
11. 一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括具有不大于約50 nm的厚度和從約 16.5 atomic。/。到約17.5 atomic %范圍的平均鍺含量的鍺含量分布的含SiGe 基極層。
12. —種提高具有不大于約100 nm的厚度的含SiGe基極層的異質(zhì)結(jié)雙 極晶體管的載流子遷移率的方法，同時(shí)沒有改變所述基極層的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)漂移電 場(chǎng)，包括測(cè)量所述含SiGe基極層的厚度；基于所述含SiGe基極層的厚度計(jì)算臨界鍺含量；測(cè)量所述含SiGe基極層中的鍺含量以確定所述含SiGe基極層的鍺含量 分布；以及通過以足夠的量均勻地增加所述含SiGe基極層中的鍺含量來改變所述 含SiGe層的鍺含量分布，以使得改變的鍺含量分布具有不小于所述計(jì)算的 臨界鍺含量的約80%。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述改變的鍺含量分布具有不小于 所述計(jì)算的臨界鍺含量的約90%的平均鍺含量。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述改變的鍺含量分布具有不小于 所述計(jì)算的臨界鍺含量的約95 %的平均鍺含量。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述改變的鍺含量分布具有不小于 所述計(jì)算的臨界鍺含量的約99 %的平均鍺含量。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述改變的鍺含量分布具有本質(zhì)上 等于所述計(jì)算的臨界鍺含量的平均鍺含量。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述含SiGe層具有漸變的或臺(tái)階 式的鍺含量分布，且其中所述平均鍺含量通過在整個(gè)含SiGe基極層上對(duì)鍺 含量積分，以確定積分鍺含量，并且將所述積分鍺含量除以所迷含SiGe基 極層的厚度而確定。
18. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述含SiGe基極層的計(jì)算的臨界 鍺含量不小于約10atomic%。
19. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述含SiGe層具有不大于約50nm 的厚度，且其中所述含SiGe層的計(jì)算的臨界鍺含量不小于約17atomic%。
20. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述異質(zhì)結(jié)雙極晶體管還包括兩個(gè) 外延半導(dǎo)體層，且其中所示含SiGe基極層夾置在所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層之 間。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層的鍺含量在 所述含SiGe基極層中的鍺含量分布改變之后保持不變。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層的鍺含量以 如所述含SiGe基極層中的相同的量均勻地增加。
23. —種制作具有含SiGe基極層的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法，包括 對(duì)于所述SiGe基HBT器件的含SiGe基極層確定設(shè)計(jì)厚度和設(shè)計(jì)鍺分布，其中所述設(shè)計(jì)厚度不大于約100nm;基于所述設(shè)計(jì)厚度計(jì)算臨界鍺含量并基于所述設(shè)計(jì)鍺分布和所述臨界 鍺含量計(jì)算平均鍺含量，其中所述平均鍺含量不小于所述臨界鍺含量的80%;在半導(dǎo)體基板中形成所述SiGe基HBT器件的集電極； 在所述集電極上方沉積含SiGe基極層，所述含SiGe基極層具有所述設(shè) 計(jì)厚度、所述設(shè)計(jì)鍺分布、以及所述計(jì)算的平均鍺含量；以及 形成所述SiGe基HBT器件的非本征基極和發(fā)射極。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述含SiGe基極層的平均鍺含量 不小于所述計(jì)算的臨界鍺含量的約95%。
25. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述含SiGe基極層的計(jì)算的臨界 鍺含量不小于約10 atomic % 。
26. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述含SiGe基極層的設(shè)計(jì)厚度不 大于約50 nm，且其中所述含SiGe層的計(jì)算的臨界鍺含量不小于約17 atomic %。
27. 如權(quán)利要求23所述的方法，還包括沉積兩個(gè)外延半導(dǎo)體層的步驟， 其中所述含SiGe基極層夾置在所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層之間。
28. 如^L利要求27所述的方法，其中所述兩個(gè)外延半導(dǎo)體層都本質(zhì)上由 硅構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有其中有含SiGe層的基極區(qū)域的高效異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)。含SiGe層不超過約100nm厚并具有預(yù)定的臨界鍺含量。含SiGe層還具有不小于預(yù)定臨界鍺含量的80％的平均鍺含量。本發(fā)明還涉及提高具有含SiGe層基極層的HBT中的載流子遷移率的方法，該方法通過均勻增加基極層中的鍺含量使得其中的平均鍺含量不小于臨界鍺含量的80％，臨界鍺含量是基于基極層的厚度計(jì)算的，假設(shè)基極層不大于100nm厚。
文檔編號(hào)H01L21/331GK101589460SQ200680031187
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者托馬斯·N·亞當(dāng), 杜里塞蒂·奇達(dá)姆巴拉奧 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司