第３０卷第５期２００７年１０月
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姚飞。，薛春来，成步文，王启明
（中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室，北京１０００８３）
摘要：分别在高掺杂的Ｓｌ村底和ｓＯＩ村底上用超高真空化学汽相淀积（ｕＨＶ／ＣｖＤ）系统生长了ｓｌ【ｋ／ｓｉ外延材料，并采用２脚的工艺制备出ＳｊＧｔ／ｓｉＨＥｒｒ（ＨｅｔｅｒｏｓｔｒｔｌｃｔｕｒｅＢｌｐｏｌａｒｎａｎｓｉｓｔｏｒ）．使用晶体管图示仪测量晶体管的特性．性能测试表明，在ｓｏＩ衬底上获得了直流增益口大于３００的ｓｍＨＢＴ，但ｓ０Ｉ村底上的ＳｉＧｅＨＢＴ表现出较严重的自热效应．此外，使用Ａｌ电极制备的ＨＢＴ具有大于ｏ．３ｖ的开启电压，而使用ＴｉＡｕ电极的Ｈ盯开启电压远小于该值．对不同衬底上研制的不同电极的ＳｉＧｅＨＢｌ、的直流特性进行了比较．并对产生不同特性的原因进行了分析． 关键词：ｓｉ基半导体器件；ｓ｜ＧｅＨＢＴ；ｓｏＩ衬底；电极；特性曲线｝直流增益口
中图分类号：ＴＮ３２５文献标识码：Ａ文章编号：１００５－９４９０（２００７）０５—１５２
９－０３
ＳｉＧｅ／ＳｉＨＢＴ在基区中引入Ｇｅ元素，形成的ＳｉＧｅ合金基区相对于发射区和收集区具有窄的带隙，从而可以大幅度提高发射区的注人效率，使其频率特性和噪声特性得到很大改善［１＿３］，可以用于研制高速器件和电路．同时ｓｉＧｅＨＢＴ能与现有Ｓｉ工艺相兼容，与Ⅲ一Ｖ族高速器件和电路相比具有明显的价格优势．因此，ＳｉＧｅＨＢｌ’及其电路在无线通信和高速光纤通信领域具有广泛的应用前景，成为近年研究的热点‘蜘．
１器件的研制
选用了两种衬底材料来生长ＳｉＧｅ／Ｓｉ外延材料，一种是ｓＯＩ衬底，其Ｓｉｑ埋层上的有源Ｓｉ层为ｎ型高掺杂层，另一种是ｎ型Ｓｉ衬底，由于衬底掺杂浓度不高，我们用离子注入的方法在其表面形成了一层高掺杂的ｎ＋层作为ＳｉＧｅＨＢＴ的收集区欧
收稿日期：２００６—１１一０８
基金项目：９７３课题资助（ｚ００６（圈０２踟２、２００７ｃＢ６１３４０４）；９８３课题赞助（２００６ＡＡ０３２４１５）；国家自然科学基金资助（６０６７６０。５，６０３３６０ｌｏ）作者简介：姚飞（１９７９一），女，博士研究生，主要研究方向为颞ＧｅＨＥｆｒ高频电路及其与Ｓｉ基探测器的集成，
ｓｉｎｄｙ—ｙｆ＠ｒｅｄ．ｓＥＭＬＡＣ．ｃＮ．
成步文（１９６７一），男，副研究员，主要研究方向为Ｓ１ＧｅＨＰｆｒ及其与ｓｌ基探测器的集成．
万方数据
１５３０电子器件第３０卷
姆接触层．
ＳｉＧｅ／Ｓｉ外延材料采用自主研制的超高真空低压化学气相淀积设备进行生长，分别在两种衬底上一次性外延生长Ｓｉ集电区、本征的ＳｉＧｅ下隔离区、Ｐ型掺杂的ＳｉＧｅ基区、ＳｉＧｅ上隔离区、ｓｌ发射区以及发射区欧姆接触层．外延层的结构参数见表１．
表ｌｓｉＧｅ肿外延材料的结构
区域名称材料名层厚／ｍ渗杂量／ｃｆｎ－３
发射区欧姆接触层ｎ＋一ｓｉ１００５×１０”
发射区ｎ－Ｓｉ１００２×ｌＯ“
上隔离区卜ｓｉＧｅ９不掺杂
基区ｐ＋一ＳｉＧｔ３０２×１０１９下隔离区ｉ—ＳＧｔ６不掺杂三七的花怎样制成干茶
收集区ｌ卜Ｓｌ６００ｌ×１０１７
衬底
器件的制作采用常规的光刻工艺．首先采用湿法腐蚀形成发射区台面，由于基区很薄，必须选用合适的腐蚀液，使其对Ｓｉ和ｓｉＧｅ的腐蚀具有很大的选择性，使腐蚀到达Ｓｉ发射区与ｓｊＧｅ基区的界面时自停止．选用ＫＯＨ：ＫｚＣｒｚｏ：丙醇：水一３０ｇ：１．２ｇ：３０ｍｌ：１２０ｍ１的腐蚀液进行腐蚀，该腐蚀液在３０℃时对Ｓｉ和ｓｉＧｅ的腐蚀比为２０：１．然后用干法刻蚀方法刻蚀出基区台面，刻蚀基区层和收集区层直到衬底，到达高掺杂的ｎ＋欧姆接触层．最后用溅射和带胶剥离工艺制备ＴｉＡｕ金属合金电极，或用蒸发和湿法腐蚀工艺制备Ａｌ金属电极，这样形成了双台面结构的ｓｉＧｅＨＢＴ器件．我们制备了四类ＳｉＧｅＨＢＴ器件进行对比，它们的外延材料结构完全一样，只是衬底和电极材料不同，它们分别是：ＳＯＩ衬底Ａ１电极器件、ｓｉ村底ＡＩ电极器件、ＳＯＩ衬底ＴｉＡｕ电极器件、ｓｉ衬底Ｔ认ｕ电极器件．器件的结构如图１所示
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翻收集匡Ｉ鼷豳ｌ衬底
图１双台面ＳｌＧｅＨＢＴ剖面囤
２测试结果与分析汽车取力器
用晶体管图示仪对四种器件进行测试，测试的｝Ｖ特性曲线结果如图２所示．图２（ａ）和图２（ｃ）分别示出了ｎ＋衬底上以金属Ａｌ和Ｔ认ｕ为电极所制备的ｓｉＧｅＨＢＴ的特性曲线．图２（ｂ）和图２（ｄ）分别示出了ＳｏＩ衬底上以金属Ａｌ和ＴｉＡｕ为电极所制备的ＳｉＧｔＨＢＴ的特性曲线．首先从图２（ｂ）可以看出，在ＳＯＩ衬底上获得了直流增益口大于３００的ＳｉＧｅＨＢ工在ＳＯＩ衬底上的ＳｉＧｅＨ矾’出现明显的自热效应．而ｎ＋衬底ＳｉＧｅＨＢＴ，直流增益虽然不高（大于１００），但其工作范围大，曲线分布均匀．两种金属制备的电极对器件特性的影响主要体现在开启电压上．下面对四种器件显示的不同特性进行分析．
（ａ）ｎ＋一ｓｌ村底Ａ１电极（ｂ）Ｓ０１种底Ａ１电极
（ｃ）一一Ｓｉ村底ＴｉＡｕ电极（ｄ）ＳＯＩ村底ＴｉＡｕ电极图２不同衬底和不同电极工艺制造的ＳＧｅＨ酣的｝Ｖ特性首先讨论相同衬底上以不同金属作为电极的ＳｉＧｅＨＢＴ的特性上的差异
．如图２（ａ）和图２（ｃ）中所示，ｎ＋衬底上的ＳｉＧｅＨＢＴ的直流增益都超过１００，且工作范围大、曲线分布均匀．Ａｌ电极和ＴｉＡｕ电极的ｓｉＧｅＨＢＴ的不同之处在于开启特性有区别．图２（ａ）中，Ａｌ电极的ｓｉＧｅＨＢｌ、存在较大的开启电压，大约为０．３Ｖ，而图２（ｃ）中ＴｉＡｕ电极的ＳｉＧｅＨＢＴ开启电压则明显很小．如图２（ｂ）和图２（ｄ）中所示，ＳＯｌ衬底上的ＳｉＧｅＨＢＴ的特性曲线基本相似，但可以看出Ａｌ金属电极的ＳｉＧｅＨＢＴ的开启电压较大，约为ｏ．６Ｖ，而ＴｉＡｕ电极的ＳｉＧｅＨＢＴ的开启电压则小于ｏ．３ｖ＋这一点同ｎ＋衬底上制作的Ａ１电极ＳｉＧｅＨＢＴ相同．可见，相同衬底上分别用Ａｌ和ＴｉＡｕ制备电极对ＳｉＧｅＨＢＴ的主要影响是对其开启特性的影响．这主要是源自于Ａ１和Ｔｉ与半导体衬底之间的接触特性的差别．如果欧姆接触层的载流子浓度不是足够高，则形成不了好的欧姆接触，而是存在一定的肖特基势垒．特别是对于Ａｌ与ｎ型Ｓｉ问的接触，比较容易形成接触势垒，影响器件的性能．以上的实验结果表明，Ｔｉ与Ｓｉ的
万方数据
第５期姚飞，薛春来等：ＳＯＩ衬底和ｎ＋衬底上ｓｉＧｅＨＢＴ的研制１５３１
欧姆接触明显好于Ａ１与Ｓｉ的欧姆接触．
下面比较两种衬底对器件特性的影响．从图２（ｂ）可以看出，ｓ０１衬底上以舢为电极的ｓｉＧｅ
Ｈ时的电流增益超过３００．而ＳＯＩ衬底上以ｎＡｕ为电极的ＳｉＧｅ｝Ⅱ玎的电流增益也超过２００（见图２（ｄ）），它们均明显高于ｎ斗衬底上两种金属电极的ｓｉＧｅ唧ｒ的电流增益．可以推断ｓＯＩ衬底上外延的材料层的质量明显优于ｎ十衬底上外延的材料层的质量．这是因为在准备衬底过程中，原始ｎ衬底掺杂浓度不够高，不能形成良好的集电极接触，因而通过离子注入来增加ｎ斗衬底的掺杂浓度．在注入的过程中对基片造成了一定的损伤，虽然注入后进行了高温快速退火，还是存在部分的缺陷没有完全恢复，所以在后续的外延生长中，这些衬底中的缺陷必然在外延过程中增多，使外延材料的特性受到影响，进而影响了所制备的ＳｉＧｅⅫ玎的电流放大特性．
比较ＳＯＩ衬底和ｎ＋衬底上的器件，其特性曲线的形状也有明显的不同．可以看出ｎ＋衬底上ＳｉＧｅＨＢＴ的特性曲线在放大区基本平行，间隔均匀．由此可知ｎ＋衬底上的ｓｉＧｅＨＢＴ器件放大特性在各个电流值基本保持恒定，在很大的范围内基本一致．而对于ＳＯＩ衬底上的ＳｉＧｅＨＢＴ器件，则可以看出，在器件的放大区，随着电压的增加，电流反而有减小的趋势，这与衬底的热导率有关峥“，ＳＯＩ村底的热导率小于ｎ＋村底，所以ＳＯＩ衬底上的ｓｉＧｅＨＢＴ的自热效应更为明显；从图中还可以看出随着基极电流（毛）的增大，曲线间隔减小，在电流达到一定程度时则出现限流效应．这说明，电流增益在小电流条件下较大，随着电流的进一步增大，电流增益反而减小．这种现象可以解释为受大注入势垒效应影响［８］，当然也与热效应有关．
３结论
使用自主研发的ＵＨｖ／ＣⅥ）设备在ｓ０１衬底和ｎ＋衬底上生长了ＳｉＧｅ／Ｓｉ外延材料，并利用２胂的工艺，使用不同的电极制备了ｓｉＧｅＨＢＴ器件，且对其Ｆｙ特性进行了测试和分析，结果表明，离子注人会对衬底造成一定程度的损伤，影响外延材料的质量，由此对器件的性能带来负面影响；对于ＳＯＩ衬底，由于其中Ｓｉ０２绝缘层的存在，其导热效果比Ｓｉ衬底的差，使得ｓＯＩ称底上的ｓｉＧｅＨＢＴ的自热效应比较明显；采用Ａｌ作为电极，器件具有一定的开启电压，而采用ＴｉＡｕ电极的器件，开启电压则明显减小．这是由于不同金属与衬底半导体之间具有不同的接触特性．
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万方数据
SOI衬底和n+衬底上SiGe HBT的研制
作者：姚飞， 薛春来， 成步文， 王启明， YAO Fei， XUE Chun-lai， CHENG Bu-wen， WANG Qi-ming
作者单位：中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室，北京,100083
刊名：
电子器件
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ELECTRON DEVICES
冰醋酸溶液年，卷(期)：2007，30(5)
引用次数：0次
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下载时间：2010年4月26日
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