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sigesi异质结双极级海洋平台管的研制 0 sige材料外延方法 1957年，h.kromer提出，在宽范围内的勘探区，狭窄范围内的异质结晶管可能大大改善了晶体的特性。从这一理论的角度来看，sige技术成为si领域的研究热点。目前,SiGe材料的外延方法主要分为全片外延、差分外延和选择性外延。针对不同外延手段,SiGe HBT制造又分为台面结构制作方法和平面结构制作方法。与平面结构制作方法相比,台面结构制作方法简单,工艺步骤少,能快速检验材料质量,但制作的器件受发射区条宽限制,频率偏低。本文根据现有工艺条件,对台面结构SiGe HBT制作过程中的SiGe 材料外延生长、发射区台面腐蚀、多晶硅n型杂质掺杂及退火、金属硅化物制作等关键工艺进行了探究,掌握了工艺控制方法。 1 器件结构参数对区端面制件的影响 图1给出了多晶硅发射极SiGe HBT器件结构,主要工艺过程参考图2。在整个工艺流程中,发射区台面制作直接影响到发射区条宽与外基区表面状况,如果腐蚀不好会引起结漏电,多晶硅n型离子掺杂及退火工艺影响发射区杂质掺杂分布,进而影响器件直流特性,不同金属硅化物会导致接触电阻不同,影响器件射频特性,因此,掌握以上工艺控制方法对成功研制性能优良的SiGe HBT器件具有重要意义。 2 硅发射场的硅技术 2.1 外延工艺和工艺 针对多晶硅发射极台面SiGe HBT器件结构,采用低压化学气相淀积全片外延SiGe基区。其反应源为SiH4和GeH4,掺杂源为B2H6,生长温度为660 ℃左右,工作压力为66.5～133 Pa。外延工艺包括清洗和淀积两步。清洗包括入炉前清洗和入炉后原位清洁,入炉前清洗是为了去除沾污和自然氧化层,入炉后原位清洁是在H2中进行高温热处理,充分去除自然氧化层,之后完成淀积过程。将外延片进行XRD分析,分析图像如图3所示,从图3中可以看出Si峰谱线平滑,Si峰尖且半峰宽窄,表明Si外延材料晶格完整性很好,SiGe峰强度较大,半宽峰也相当窄,同时在Si峰与SiGe峰之间可以看到清晰的布拉格(Pendelossung)条纹,说明SiGe薄膜与Si接触面平直陡峭,外延薄膜质量高,处于完全应变状态。 2.2 带密封体系的koh/异丙醇同丙醇共聚反应sige的腐蚀 在Si/SiGe/Si异质结结构中,为了减小基区渡越时间,基区非常薄,只有几十纳米。如果采用干法刻蚀极易损伤外基区表面,因此在SiGe发射区台面制作过程中选择KOH质量为6 g、异丙醇体积为5 mL、水体积为20 mL的比例配制的腐蚀液,采用SiO2作掩蔽膜,在35 ℃,100 W超声条件下进行湿法腐蚀,具体工艺细节参考文献。腐蚀结果如图4所示。从图中可以看到发射区台面侧壁陡直光亮,没有钻蚀,但截面出现一定角度,这是KOH对不同晶向Si腐蚀速率不同所致。 2.3 si层残余分子磷注入条件的确定 在多晶硅发射极台面SiGe HBT结构中,在薄发射区与金属电极之间增加一层掺杂多晶硅来制作多晶硅发射极,根据界面类氧化层隧道理论模型,多晶硅与单晶硅界面间存在一层类氧化层,该层对空穴构成的势垒比对电子构成的势垒大得多,空穴在该类氧化层界面隧穿概率较小,基极电流减小,使得电流增益得以提高。多晶硅发射区掺杂磷与掺砷相比,其扩散速率与硼更接近。另外与相当数量的砷掺杂多晶硅相比,磷掺杂多晶硅方块电阻减小了35%,因此,选择多晶硅注入磷,退火后杂质迅速填满多晶硅,并以掺杂多晶硅为源向下面本征Si层扩散形成发射区。关于多晶硅注入条件的选择,由于SiGe HBT采用能带工程使得基区可以高掺杂,一般杂质浓度为1019～1020cm-3,为避免EB结两侧高掺杂引起结漏电,发射区杂质浓度确定为1018～1019cm-3,当杂质的注入能量、剂量过高时,注入产生的损伤较大,缺陷增多,复合电流变大,器件的直流增益减小,而杂质的注入能量、剂量太低,又将导致发射区不能提供足够的电子,使得EB结击穿电压低。为确定合适的注入条件,本文采用Tsuprem4工艺仿真软件对三种注入条件进行仿真,仿真结果如图5所示。由图5得出,在发射区Si层厚度40 nm、多晶硅厚度200 nm条件下,注入能量为60 keV,剂量为1×1016cm-2时,可达到设计要求。在注入能量60 keV、剂量5×1015cm-2条件下,发射区掺杂浓度(N)仅为1×1017cm-3。而当注入能量为70 keV、剂量为1×1016cm-2时,发射区掺杂浓度达1×1019cm-3,与基区掺杂浓度相当。除此之外,值得注意的是SiGe层对高温过程敏感,易于发生弛豫,采用快速退火工艺缩短高温热处理过程,退火条件为850 ℃,20 s。 2.4 sigehbt制作工艺 在SiGe HBT制作过程中,由于SiGe层存在应力,限制了工艺过程的热处理温度,使得注入