用于HBT的鍺硅外延工藝優(yōu)化.pdf

1、以SiGe作為BiCMOS基區(qū)的異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)技術(shù)現(xiàn)在逐漸變成了很多新產(chǎn)品應用的重要技術(shù)，而且SiGeHBT已經(jīng)融入了很多針對通訊產(chǎn)品的半導體公司的技術(shù)發(fā)展方向。但由于器件的需要，作為基區(qū)的SiGe外延生長必須在較低溫度下進行，這導致其相對于常規(guī)的高溫外延工藝較難控制，因此深入的研究和優(yōu)化用于HBT的鍺硅外延工藝就顯得非常重要。 本工作首先對表征SiGe外延材料特性的多種儀器進行了比較，通過比較得出，利用橢偏儀表征

2、SiGe膜厚較準確，用XRD表征鍺組分較準確，同時利用四探針表征方塊電阻以及利用表面顆粒測試儀和目檢表征SiGe缺陷較為方便和經(jīng)濟。 隨后通過理論與實際相結(jié)合，在不同的工藝參數(shù)的條件下(包括不同的壓力、溫度、氫氣流量、硅烷和鍺烷流量)生長鍺硅。通過實驗設(shè)計方法，運用較少的實驗次數(shù)，對所得到的單一組分的鍺硅工藝的各種性質(zhì)(包括膜厚、組分、結(jié)晶質(zhì)量、顆粒以及方塊電阻)進行分析和預測，并從實驗中得出： (1)硅覆蓋層和鍺硅的厚

3、度與壓力變化幾乎無關(guān)，與下層反應的Gert4流量無關(guān)，受Sill4流量影響較小。但當氫氣的流量上升，膜厚顯著下降，而當溫度上升，膜厚則顯著上升。鍺硅層也有相同的響應。這是因為在低溫領(lǐng)域淀積速率不受氣體傳輸所影響。鍺硅的反應活化能比硅的略高，說明在生長SiGe時還需要更多的能量來分解Gert4。 (2)而鍺硅中的鍺組分隨壓力和氫氣增加只有輕微的上升，而當Sill4上升時下降，當GeH4上升時上升。同時Ge％與Gert4／(SiH4

4、+GeH4)為線性關(guān)系，而且當溫度上升時，Ge％下降，這可能是因為SiH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合力比起GeH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合力強，當溫度上升時這種差異明顯加大，更多的SiH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合，而GeH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合比低溫時更少了，從而使得Ge的組分隨溫度上升而減少。同時，Ge％與GeH4／(SiH4+GeH4)的關(guān)系曲線的斜率隨著溫度上升而變緩，這也可能是因為SiH4生成的活性基團

5、與硅片表面的結(jié)合力比GeH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合力強，隨著溫度的上升GeH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合變得更弱，從而使得當增加溫度時，鍺組分隨著Gert4增加的速度變慢。Ge％／(1．Ge％)與GeH4／Sill4也為線性關(guān)系。 (3)當溫度升高時淀積速率上升，當Ge／I-12比率上升時，淀積速率也隨之線性上升，但當Ge／H2增加至一定程度的時候，鍺硅的淀積速率上升也趨于緩和。這是因為，隨著Ge／H2比率上升，更多

6、的鍺被表面吸附使得淀積速率上升，但當繼續(xù)增加的時候，因為SiH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合力比起GeH4生成的活性基團與硅片表面的結(jié)合力強，并不是所有的GeH4生成的活性基團能被表面吸附，從而使得淀積速率上升速度趨于緩和。 (4)對于鍺硅的半高寬來說一般要求越窄愈好，而半高寬受氫氣流量影響最大。 (5)方塊電阻與壓力、SiH4、GeH4流量幾乎無關(guān)，當氫氣流量上升時方塊電阻劇烈上升，而當溫度下降時，方塊電阻緩慢下降。

7、硅覆蓋層中的硼摻雜量隨著溫度上升而下降，可能是因為溫度上升時表面會有更多的通過SiH4、GeH4、H2分解出的H吸附，增強了2BH3'-->B'+3H'的逆反應，使得生成摻雜的硼變少，從而影響了硅覆蓋層中的硼摻雜量。另外，當B2H6／I-12上升時電阻率下降，也就是說B2H6／H2上升時，更多的B2H6被分解成硼摻入硅中。 (6)表面顆粒受氫氣流量的影響最大。當氫氣增加時有利于減少表面的顆粒。因為當氫氣的流量增加時，硅烷和鍺烷的

8、分壓下降，分壓下降有利于更完美的結(jié)晶生長。 基于單一組分鍺硅工藝的優(yōu)化工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量)，在制品上采用了漸變Ge組分同時硼濃度變化的鍺硅工藝。表面到硼峰值濃度的距離為200A，在靠近EB處的硼的濃度為3E18atom／cm3，而硼峰值濃度為3E19atom／cm3，鍺的組分分布為梯形分布，在CB端組分從0％逐漸變化為12％，這段區(qū)域大約為300A，然后在500A的范圍內(nèi)保持Ge％的組分為12％，然后逐漸變化為3％，最終

9、迅速變化為0％。各鍺組分變化片斷之間沒有明顯的突變性的差別，都是連續(xù)性變化。 在0．35um的BiCMOS工藝中使用SiGe作為基區(qū)，形成異質(zhì)結(jié)。同時將SiGe中的硼濃度做了±10％的分組實驗，并選取了電流增益β、VSE和擊穿電壓BVcEo、BVcso、BVEBo進行了分析，從中可以得出： (1)通過SiGe的工藝在各測試圖形中都達到60左右的電流增益，且各腔的工藝都較穩(wěn)定。 (2)VBE在120uA下可以穩(wěn)定在