[发明专利]具有最佳锗分布的硅锗双级晶体管

说明书

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。