SiGe异质结双极晶体管研究——一种平面集成多晶发射极SiGe异质结晶体管部分工艺因素影响的研究

摘要

随着现代移动通信以及微波通信的发展，人们对半导体器件的高频以及低噪声等性能要求日益提高。传统的硅材料器件已经无法满足这些性能上新的要求，而GaAs 器件虽然可以满足这些性能，不过它的高成本也让人望而却步。锗硅异质结双极晶体管的高频以及噪声性能大大优于硅双极晶体管，可媲美 GaAs 器件，而且它还可以与传统的硅工艺兼容，大大降低制造成本，所以锗硅异质结双极晶体管在未来的移动通信等领域具有非常广阔的应用前景。 本文的一个重点是对锗硅异质结双极晶体管的器件结构做了分类介绍并对器件结构设计进行系统的整理总结。 本文的另一个重点是通过仿真以及实验分别验证了砷在 810℃的低温工艺下的激活率跟 1000℃下一致，在锗硅基区中掺杂碳对硼扩散的抑制作用以及采用选择性集电极注入提高器件性能的作用。 最后本文用软件对 SiGe HBT 的结构和性能进行了模拟，并结合实际的工艺条件对器件结构进行优化设计。研制了一种平面集成多晶发射极锗硅异质结晶体管。经测量，在室温下它的电流增益β大于 1 500，最大达到 2 800，其 V<,ceo> 为 5 V，厄利电压 V<,A> 大于 10v，βV<,A> 乘积达到 15 000以上。这种器件对多晶硅发射极砷杂质浓度分布十分敏感。优化后再次流片，得到器件增益为 160，V<,A> 为 180V，βV<,A>乘积达到 28 800，跟台积电的 SiGeHBT 相比，我们研制的器件直流增益略大，厄利电压则是它的一半，具有一定的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略表

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第一章绪论

1.1引言

1.2 SiGe HBT的研究历史

1.3 SiGe HBT的国外研究状况

1.4 SiGe HBT的国内研究状况

1.5 SiGe HBT的研究意义和研究趋势

1.6本课题的主要工作

第二章SiGe HBT的理论基础

2.1 SiGe异质结的性质

2.1.1 SiGe合金的晶格常数与界面晶格失配

2.1.2 SiGe合金的禁带宽度

2.1.3 SiGe合金的介电常数

2.1.4 SiGe合金的有效态密度

2.1.5 SiGe合金载流子的迁移率

2.1.6 Si、Ge以及SiGe合金的能带结构

2.2 SiGeC的性质

2.2.1 Si1-x-yGexCy的应变补偿特性

2.2.2 SiGeC的能带偏移和带隙

2.2.3 SiGeC层的生长

2.3 SiGe HBT器件原理

2.3.1直流特性

2.3.2交流特性

2.3.3噪声特征

2.3.4fT和BVCEO、VA的制约关系

2.4本章小结

第三章器件结构的设计

3.1器件结构分类

3.1.1 DBAG结构

3.1.2 IBM结构

3.1.3台面结构

3.1.4平面结构

3.1.5台面自对准结构

3.1.6平面自对准结构

3.1.7超自对准结构

3.2器件结构纵向设计

3.2.1发射区设计

3.2.2基区设计

3.2.3集电区设计

3.3器件结构横向尺寸设计

3.4 SiGe HBT的尺寸缩小与寄生效应

3.4.1 SiGe HBT的纵向尺寸缩小

3.4.2 SiGe HBT的横向尺寸缩小

3.4.3横向尺寸缩小与纵向尺寸缩小的结合

3.5本章小结

第四章工艺仿真与实验

4.1发射极As激活的仿真与流片

4.1.1器件仿真

4.1.2流片验证

4.2 SiGeC的仿真与流片

4.2.1器件仿真

4.2.2流片验证

4.3选择性集电极注入(SIC)

4.4本章小结

第五章一种SiGe HBT器件的优化设计

5.1工艺仿真

5.2器件结构设计

5.3 SiGe HBT器件的主要工艺流程

5.4流片结果

5.5分析讨论

5.6优化后再次流片

5.7本章小结

第六章结论

致谢

附录

参考文献

附件