专利名称：一种三极管基区结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种三极管基区结构。
背景技术：
晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电流放大，它 是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。
三极管基本结构如图1所示，是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结， 两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区12，两侧部分是发射区11和集电区 13，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相应的电极，分别为基极b、发射极e和集电 极c。发射区11和基区12之间的PN结叫发射结41，集电区13和基区12之间的PN结叫 集电极42。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区〃 发射〃 的是空穴， 其移动方向与电流方向一致；NPN型三极管发射区〃 发射〃 的是自由电子，其移动方向与 电流方向相反。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没 有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已 经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例(信号从基极输入，从集 电极输出，发射极接地)，当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小 的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集 电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流 的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的电流放大作用。 电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极 电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将AIc/AIb的比值称为 晶体三极管的电流放大倍数，用符号"P "表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一 个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管的作用我们 分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只 是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数P 。当 三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流P倍的电流， 即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起 集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关，配合其它 元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。 锗硅(Si^xGex)是硅和锗通过共价键结合形成的半导体化合物，是这两种元素无 限互溶的替位式固溶体。锗硅一般有非晶、多晶、单晶和超晶格四种形态，其中单晶锗硅的 主要应用之一就是作为异质结双极晶体管(Hetero-junction Bipolar Transistor, HBT) 的基区，应用于具有高频、高速需求的无线通讯、卫星及光通讯等领域。锗硅与硅的晶格常 数很接近，在硅中掺入一定比例x的锗形成Si^xGex化合物，可使其带隙变窄，以这种材料 作为基区，以硅作为发射区就能制成宽带隙发射区异质结晶体管。利用硅/锗硅HBT基区Sil-xGex带隙窄，且价带上移变窄的特性，基区空穴向发射区扩散比电子从发射区扩散到 基区遇到更高的势垒，使得异质结比同质结的电子、空穴注入比大很多，因而大大提高了晶 体管的电流增益。因此，可以通过改变Si卜,Ge,基区锗组分调节电流增益，而不再受到基区 掺杂的影响。而在满足一定放大系数的前提下，基区可以重掺杂，而且可以做得较薄，以减 少载流子的基区渡越时间，从而使器件具有较高的特征频率。对于基区锗组分x而言，x越 大发射结两边的带隙差越大，而电流增益将随带隙差的增大以指数增大。但是锗组分x并 非可以任意增大，因为随着x的增大，Si卜,Ge,化合物的晶格失配就会增加。晶格失配会产 生应变，形成失配错位，使器件的性能退化，这可以通过在锗硅中掺入适量碳(C)元素而得 以改善。目前业界采用的外延设备多为单片反应腔进行制造锗硅或锗硅炭材料，但是由于 锗硅之间存在晶格失配问题，在单晶硅(集电极)上生长的材料极易出现材质不均而导致 质量不稳定，进而影响器件整体性能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的在集电极上生长锗硅层或锗硅炭层存在锗硅之间晶 格失配的问题，本发明提供一种锗硅之间无晶格失配的基极结构。 为了实现上述目的，本发明提出一种三极管基区结构，所述三极管包括发射区、基
区和集电区，所述基区位于所述发射区和所述集电区之间，所述基区包括从集电区一侧到
发射区一侧依次形成的无掺杂多晶硅层、锗硅层或锗硅炭层以及掺杂多晶硅层，其中所述
无掺杂多晶硅层和所述集电区相连，所述掺杂多晶硅层和所述发射区相连。 可选的，所述无掺杂多晶硅层的厚度范围为0. 1纳米至10000微米。 可选的，所述锗硅炭层或所述锗硅层的厚度范围为0. 1纳米至10000微米。 可选的，所述掺杂多晶硅层的厚度范围为0. 1纳米至10000微米。 可选的，所述掺杂多晶硅层的杂质浓度的范围为1^至le^个/立方厘米。 可选的，所述掺杂多晶硅层的杂质为硼或磷。 本发明一种三极管基区结构的有益技术效果为本发明在基极的锗硅层或锗硅炭 层和集电极之间加入一无掺杂多晶硅层，从而使得锗硅层或锗硅炭层在无掺杂多晶硅层上 淀积，而在无掺杂多晶硅层上生长的外延由于无掺杂多晶硅的晶向多样性，因此不易出现 晶格适配问题；另外在锗硅层或锗硅炭层多生长一层掺杂多晶硅层，降低了基极电阻，从而 提高了器件的性能。
图1为现有技术的三极管基本结构； 图2为本发明一种三极管基区结构的示意图。
具体实施例方式
下面，结合附图对本发明做进一步的说明。 本发明提出的一种三极管基区结构，所述三极管包括发射区、基区和集电区，所述 基区位于所述发射区和所述集电区之间。下面，请参考图2，图2为本发明一种三极管基区 结构的示意图，从图上可以看出，所述基区包括从集电区一侧到发射区一侧依次形成的无掺杂多晶硅层31、锗硅层或锗硅炭层32以及掺杂多晶硅层33，其中所述无掺杂多晶硅层31 和所述集电区相连，所述掺杂多晶硅层33和所述发射区相连。所述无掺杂多晶硅层的厚度 范围为0. 1纳米至10000微米，所述锗硅炭层或所述锗硅层的厚度范围为0. 1纳米至10000 微米，所述掺杂多晶硅层的厚度范围为O. l纳米至10000微米，所述掺杂多晶硅层的杂质浓 度的范围为1^至le^个/立方厘米，所述掺杂多晶硅层的所掺的杂质为硼或磷。
下面，请参考几个具体的实施例。 所述无掺杂多晶硅层的厚度为l纳米，所述锗硅炭层的厚度为100纳米，所述掺杂 多晶硅层的厚度为IO纳米，对应的所述掺杂多晶硅层的杂质浓度为le"个/立方厘米，所 述掺杂多晶硅层的所掺的杂质为砷； 所述无掺杂多晶硅层的厚度为l纳米，所述锗硅层的厚度为100纳米，所述掺杂多 晶硅层的厚度为IO纳米，对应的所述掺杂多晶硅层的杂质浓度为le"个/立方厘米，所述 掺杂多晶硅层的所掺的杂质为磷； 所述无掺杂多晶硅层的厚度为l纳米，所述锗硅层的厚度为100纳米，所述掺杂多 晶硅层的厚度为IO纳米，对应的所述掺杂多晶硅层的杂质浓度为le"个/立方厘米，所述 掺杂多晶硅层的所掺的杂质为硼。 本发明提出的三极管基区结构的制作过程非常的便捷，现有技术中，是在集电区 上直接生长锗硅层或锗硅炭层作为基区，由于集电区为单晶硅，单晶硅的晶向非常的单一， 因此在单晶硅上生长的材料极易出现材质不均而引起晶格失配的问题。因而在本发明的制 作工艺中，先在单晶硅上生长一层无掺杂多晶硅层，因为作为衬底的多晶硅的晶向多样性， 因此在无掺杂的多晶硅上生长的外延不易出现晶格适配问题。之后，在无掺杂多晶硅层上 生长锗硅层或锗硅炭层，最后在锗硅层或锗硅炭层上再生长一层含有杂质为硼或磷的多晶 硅层，这样做的目的是降低基极的电阻，从而提高器件的性能，当然，正如上一段所述，掺杂 多晶硅层的杂质浓度的范围可以控制在le1至162°个/立方厘米，这视实际情况而定。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所述技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因 此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种三极管基区结构，所述三极管包括发射区、基区和集电区，所述基区位于所述发射区和所述集电区之间，其特征在于所述基区包括从集电区一侧到发射区一侧依次形成的无掺杂多晶硅层、锗硅层或锗硅炭层以及掺杂多晶硅层，其中所述无掺杂多晶硅层和所述集电区相连，所述掺杂多晶硅层和所述发射区相连。
2. 根据权利要求1所述的一种三极管基区结构，其特征在于所述无掺杂多晶硅层的厚 度范围为0. 1纳米至10000微米。
3. 根据权利要求1所述的一种三极管基区结构，其特征在于所述锗硅层或锗硅炭层的 厚度范围为0. 1纳米至10000微米。
4. 根据权利要求1所述的一种三极管基区结构，其特征在于所述掺杂多晶硅层的厚度 范围为0. 1纳米至10000微米。
5. 根据权利要求1所述的一种三极管基区结构，其特征在于所述掺杂多晶硅层的杂质 浓度的范围为le1至le2°个/立方厘米。
6. 根据权利要求1所述的一种三极管基区结构，其特征在于所述掺杂多晶硅层的杂质 为硼或磷。
全文摘要
本发明提供一种三极管基区结构，所述三极管包括发射区、基区和集电区，所述基区位于所述发射区和所述集电区之间，所述基区包括从集电区一侧到发射区一侧依次形成的无掺杂多晶硅层、锗硅层或锗硅炭层以及掺杂多晶硅层，其中所述无掺杂多晶硅层和所述集电区相连，所述掺杂多晶硅层和所述发射区相连。本发明在基区的锗硅层或锗硅炭层和集电区之间，淀积一层无掺杂多晶硅层，从而改善了在集电极上生长锗硅层或锗硅炭层而导致的锗硅之间的晶格失配的问题，有利于后续光刻工艺的对准操作。
文档编号H01L21/331GK101710589SQ200910199970
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者朱骏 申请人:上海集成电路研发中心有限公司