DE19617030C2 - Si / SiGe heterobipolar transistor with highly doped SiGe spacer - Google Patents

Si / SiGe heterobipolar transistor with highly doped SiGe spacer

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    • H01L29/7378—Vertical transistors comprising lattice mismatched active layers, e.g. SiGe strained layer transistors

Description

Die Erfindung betrifft einen Heterobipolartransistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heterobipolar transistor the preamble of claim 1.

Derartige Hetero-Bipolartransistoren (HBT) finden Verwen­ dung in schnellen analogen und digitalen Schaltungen auf SiGe-Basis. Anwendungsbeispiele sind die Mobilkommunika­ tion und die Sensorik, z. B. Abstandswarnradarsysteme.Such hetero-bipolar transistors (HBT) are used in fast analog and digital circuits SiGe base. Mobile communications are examples of applications tion and the sensors, z. B. Distance warning radar systems.

Für die genannten Verwendungen werden HBT's mit hohen ma­ ximalen Schwingungsfrequenzen benötigt. HBT's with high ma ximal vibration frequencies required.  

Dies ist nach heutigem Kenntnisstand nur mit Transistoren möglich, die eine breite und niedrig dotierte Kollektor­ zone besitzen. Die Leistungsfähigkeit derartiger Transi­ storen wird jedoch durch den sog. Kirk-Effekt begrenzt. Der Kirk-Effekt bewirkt, daß durch den Elektronenfluß von der Basis in den Kollektor eine Verbreiterung der Basis stattfindet und dadurch die Basistransitzeit erhöht wird.According to current knowledge, this is only possible with transistors possible which is a wide and low doped collector own zone. The performance of such transis interfere, however, is limited by the so-called Kirk effect. The Kirk effect causes the electron flow from the base in the collector a widening of the base takes place, thereby increasing the base transit time.

Um den Kirk-Effekt zu vermindern ist es bekannt, eine hochdotierte n-Zone in den ansonsten niedrig dotierten Kollektorbereich einzubauen. Dies ist z. B. bei Si-Bipolar­ transistoren ohne Heterostruktur realisiert worden (EP-A 0 628 215).In order to reduce the Kirk effect, it is known to have a highly doped n-zone in the otherwise low doped Install the collector area. This is e.g. B. at Si bipolar transistors without heterostructure have been realized (EP-A 0 628 215).

Ohne den Kirk-Effekt zu berücksichtigen, zeigen einige Schriften (US-5,177,583, US-5,302,841, US-5,323,032 und Ugajin et al., IEEE Trans. Electr. Dev., Vol. 41, No. 3, March 1994, p.427-432) den Aufbau einiger HBT's, in denen Varianten im Ge-Gehalt der Basis und unterschiedliche Do­ tierkonzentrationen in Kollektor, Basis und Emitter ausge­ führt sind.Without considering the Kirk effect, some show Writings (US-5,177,583, US-5,302,841, US-5,323,032 and Ugajin et al., IEEE Trans. Electr. Dev., Vol. 41, No. 3, March 1994, p.427-432) the construction of some HBT's in which Variants in the Ge content of the base and different Thurs animal concentrations in the collector, base and emitter leads are.

Desweiteren ist es bekannt, Si/SiGe HBT's mit einer do­ tierten Siliciumschicht als Teil des Kollektors und mit einer undotierten, dünnen SiGe-Schicht zwischen Basis und Kollektor herzustellen, um die Entstehung einer parasitä­ ren Barriere zu vermeiden (Schüppen et al. IEDM 1995, S. 743). Diese undotierte SiGe-Schicht wird durch den Kirk- Effekt jedoch bereits bei niedrigen Stromdichten zur feld­ freien Zone und vergrößert die Basistransitzeit.Furthermore, it is known to use Si / SiGe HBT's with a do tated silicon layer as part of the collector and with an undoped, thin SiGe layer between the base and Manufacture collector to prevent the emergence of a parasitic avoid barriers (Schüppen et al. IEDM 1995, p. 743). This undoped SiGe layer is Effect, however, even at low current densities to the field free zone and increases the base transit time.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde einen He­ terobipolartransistor mit niedrig dotiertem Kollektor an­ zugeben, bei dem das Auftreten des Kirk-Effekts zu höheren Stromdichten verschoben wird und eine Steigerung der Tran­ sitfrequenz und der maximalen Schwingungsfrequenz des Transistors erreicht wird.The invention is therefore based on the object a He terobipolar transistor with a low doped collector admit that the appearance of the Kirk effect is higher Current densities are shifted and an increase in tran sit frequency and the maximum oscillation frequency of the Transistor is reached.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteil­ hafte Weiterbildungen und/oder Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This problem is solved by the in the characteristic Part of claim 1 specified features. Advantage  harsh further training and / or refinements are the See subclaims.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch eine dünne hoch­ dotierte SiGe-Spacerschicht am Ende der feldfreien Basis des Transistors eine Zone mit hoher elektrischer Feld­ stärke entsteht. Dadurch werden die Ladungsträger von der Basis rasch in den Kollektor beschleunigt. Da die Dotie­ rung des SiGe-Spacers sehr hoch ist, kann sie erst bei hö­ heren Strömen vom Ladungsträgerfluß überkompensiert werden als dies bei bisherigen Lösungen der Fall ist. Die Verbreiterung der Basis, die durch die Überkompensation verursacht wird, wird dadurch zu höheren Strömen verscho­ ben. Dies ergibt eine beträchtliche Steigerung der rele­ vanten Kenngrößen Transitfrequenz und maximale Schwin­ gungsfrequenz des Transistors.The invention has the advantage that a thin high doped SiGe spacer layer at the end of the field-free base a high electrical field zone of the transistor strength arises. This removes the charge carriers from the Base quickly accelerated into the collector. Because the dotie If the SiGe spacer is very high, it can only be higher currents from the charge carrier flow are overcompensated than is the case with previous solutions. The Widening of the base caused by overcompensation is caused to be shifted to higher currents ben. This results in a significant increase in rele The parameters of transit frequency and maximum vibra frequency of the transistor.

Ein weiterer Vorteil des angegebenen HBT's besteht darin, daß die hochdotierte SiGe-Spacerschicht dem Entstehen ei­ ner parasitären Barriere am Basis-Kollektorübergang entge­ genwirkt.Another advantage of the specified HBT is that that the highly doped SiGe spacer layer ei a parasitic barrier at the base-collector transition acted.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben unter Bezugnahme auf eine schemati­ sche Zeichnung.The invention is based on an embodiment described for example with reference to a schematic drawing.

In Fig. 1 ist ein z. B. npn-SiGe-HBT dargestellt, bei dem auf einem Si-Substrat 1 eine Schichtenfolge ausIn Fig. 1 is a z. B. npn-SiGe-HBT shown, in which a layer sequence on a Si substrate 1

  • - einer n-dotierten Si-Kollektorschicht 2 mit einer Schichtdicke von 300 nm und einer Sb-Dotierkonzen­ tration von 5 . 1016 cm-3 - An n-doped Si collector layer 2 with a layer thickness of 300 nm and an Sb doping concentration of 5. 10 16 cm -3
  • - einer n-dotierten SiGe-Spacerschicht 3 mit einer Schichtdicke von 7 nm und einer Sb-Dotierkonzentra­ tion von 1018 cm-3 - An n-doped SiGe spacer layer 3 with a layer thickness of 7 nm and an Sb doping concentration of 10 18 cm -3
  • - einer p-dotierten SiGe-Basisschicht 4 mit einer Schichtdicke von 25 nm und einer B-Dotierkonzentra­ tion von 8 . 1019 cm-3 - A p-doped SiGe base layer 4 with a layer thickness of 25 nm and a B-doping concentration of 8. 10 19 cm -3
  • - einer undotierten SiGe-Schicht 5 mit einer Schichtdicke von 2 nm,an undoped SiGe layer 5 with a layer thickness of 2 nm,
  • - einer n-dotierten Si-Emitterschicht 6 mit einer Schichtdicke von 50 nm und einer Sb-Dotierkonzen­ tration von 1,5 . 1018 cm-3, und- An n-doped Si emitter layer 6 with a layer thickness of 50 nm and an Sb doping concentration of 1.5. 10 18 cm -3 , and
  • - einer n-dotierten Si-Emitterkontaktschicht 7 mit einer Schichtdicke von 230 nm und einer Sb- Dotierkonzentration von 2 . 1020 cm-3,
    aufgewachsen ist.    an n-doped Si emitter contact layer 7 with a layer thickness of 230 nm and an Sb doping concentration of 2. 10 20 cm -3 ,
    grew up.
  • - Mit einer mit einer derartigen Schichtenfolge hergestell­ ter HBT werden Transitfrequenzen von 50 GHz und maximale Schwingungsfrequenzen von 110 GHz erreicht.
    Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Ausführungsbei­ spiel begrenzt, sondern auf HBTs mit anderen Schichtenfol­ gen, anderen Dotierungen und Schichtdimensionierungen an­ wendbar, insbesondere auch auf einen p-n-p HBT.    - With a HBT manufactured with such a layer sequence, transit frequencies of 50 GHz and maximum vibration frequencies of 110 GHz are achieved.
    The invention is not limited to the specified exemplary embodiment, but can be used on HBTs with different layer sequences, different doping and layer dimensions, in particular also on a pnp HBT.

Claims (7)

1. Heterobipolartransistor mit mindestens einer Si/SiGe- Heterostruktur, dadurch gekennzeichnet.
  • 1. daß der Kollektor aus einer gering dotierten Silicium-Schicht (2) aus einem ersten Leitfähig­ keitstyp besteht,
  • 2. daß die Basis aus einer hochdotierten SiGe-Schicht (4) aus einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufgebaut ist, auf die eine undotierte SiGe-Schicht (5) aufgewachsen ist,
  • 3. daß der Emitter aus einer hochdotierten Silicium- Schicht (6) aus einem ersten Leitfähigkeitstyp und einer darauf abgeschiedenen Silicium- Emitterkontaktschicht (7) besteht, und
  • 4. daß zwischen Kollektor und Basis eine SiGe- Spacerschicht (3) eingebracht ist, die eine höhere Dotierkonzentration aus einem ersten Leitfähigkeitstyp als der Kollektor besitzt.
1. Heterobipolar transistor with at least one Si / SiGe heterostructure, characterized .
  • 1. that the collector consists of a lightly doped silicon layer ( 2 ) of a first conductivity type,
  • 2. that the base is composed of a highly doped SiGe layer ( 4 ) of a second conductivity type, on which an undoped SiGe layer ( 5 ) has grown,
  • 3. that the emitter consists of a highly doped silicon layer ( 6 ) of a first conductivity type and a silicon emitter contact layer ( 7 ) deposited thereon, and
  • 4. that a SiGe spacer layer ( 3 ) is introduced between the collector and the base, which has a higher doping concentration of a first conductivity type than the collector.
2. Heterobipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die SiGe-Spacerschicht (3) eine n- Dotierkonzentration von 1018cm-3 besitzt.2. Heterobipolar transistor according to claim 1, characterized in that the SiGe spacer layer ( 3 ) has an n-doping concentration of 10 18 cm -3 . 3. Heterobipolartransistor nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die SiGe-Spacerschicht (3) mit Sb dotiert ist.3. Heterobipolar transistor according to claim 2, characterized in that the SiGe spacer layer ( 3 ) is doped with Sb. 4. Heterobipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die SiGe-Spacerschicht (3) eine Schichtdicke von weniger als 10 nm besitzt.4. Heterobipolar transistor according to claim 1, characterized in that the SiGe spacer layer ( 3 ) has a layer thickness of less than 10 nm. 5. Heterobipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Silicium-Kollektorschicht (2) ca. 300 nm dick ist.5. Heterobipolar transistor according to claim 1, characterized in that the silicon collector layer ( 2 ) is approximately 300 nm thick. 6. Heterobipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die n-Dotierkonzentration der Siilicium- Kollektorschicht (2) etwa 1016cm-3 beträgt.6. Heterobipolar transistor according to claim 1, characterized in that the n-doping concentration of the silicon collector layer ( 2 ) is approximately 10 16 cm -3 . 7. Heterobipolartransistor nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Silicium-Kollektorschicht (2) mit Sb dotiert ist.7. heterobipolar transistor according to claim 6, characterized in that the silicon collector layer ( 2 ) is doped with Sb.
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