SiGe:C npn电晶体异质接面双极性晶体管（HBT）是BiCMOS IC 中针对高速类比和混合讯号应用的核心技术，它具有以下特性︰基极中少数固有电子高度的机动性、SiGe:C能使偏移所提供的附加性能增强，以及利用硼轻松取得清晰的p型外形。

另一方面，高速互补（npn与pnp电晶体）技术（CBiCMOS）要求pnp与npn HBT具有相似的性能。先对SiGe pnp基极外形中所做的平衡措施进行识别[1]，以免造成少数载波的传输性能下降。但由于常见掺杂质（如磷和砷）在较大程度上分离的状况，n型SiGe基极掺杂工程技术目前仍是一项挑战。

针对此挑战，因此提出了使用标准和原子层掺杂（ALD）技术的掺杂工程技术概论，并显示了与硼对等的掺杂外形可透过使用ALD的砷和磷来取得。

实验

SiGe︰C 磊晶

减压化学气相沉积技术（RPCVD）使用于SOI图案基版上沉积SiGe:C薄膜。 SiH4、GeH4和甲基矽甲烷气体分别用于矽、锗和碳。 AsH3和PH3是杂性气体，通常，氢气和氮气中的沉积压力均为 40Torr。

增长顺序为︰在一个矽缓冲薄膜层上覆盖约25奈米浓度倾斜的SiGe:C层（锗莫尔定律为0至16％）、约30奈米浓度的SiGe:C基极层，以及一个会在600℃时增加的浓度为0.2％的碳层。杂质透过共同沉积（标准型）或ALD覆盖杂区、20奈米浓度的SiGe隔离薄膜层（无杂质）导入基极中，最后在 650℃的氢气中沉积矽保护层。

在ALD制程中，增长过程会受到中断，气体转化为氮气，而且表面也会暴露在PH3或AsH3中。可以对暴露的时间和温度进行调整，以获取所需的杂质量。 SiGe:C隔离层会在氮气中继续增长。可调整SiH4/GeH4莫尔比例以保持平整的锗外形。 SIMS用来确定SiGe:C和杂质的外形。

《图一 磷掺杂在550℃氮气中增长的SIMS外形》

标准掺杂

在550℃的氢气中使用PH3进行标准掺杂，会形成约20nm/dec的较大陡度磷外形，而降低SiGe:C隔离层的增长温度也不实际，因为氢气表面钝化会大幅降低成长率和合成率。

然而根据业界研究指出[2]，当温度较低时，氮气中的SiGe外延会比氢气中的成长率高。在类似的增长温度下会出现更大程度的磷合成和更清晰的峰值浓度，如(图一)。然而，陡度也会对后掺杂过程带来负面影响，并产生相似长度的过渡时间。此外，如果在杂制程结束后继续增长，则GeH4会受到很大抑制，这是第一次发现GeH4抑制。

在杂过程中提升SiH4/GeH4莫尔分率会降低抑制水准，然而，一般认为该过程无法顺利进行。在基极外型中添加其他势垒会对厄利电压和截止频率产生很大影响。 Murota早先发现氢气中添加的SiGe中的PH3将会导致SiH4抑制[3]。在氮气中，由于缺少氢气，可能会导致GeH4与SiH4对比出现更大的抑制。

由于砷杂具有更低的扩散率，所以与磷相比它具有更大的优势。然而，沉积过程会在图案基片上进行，导致基极窗口单晶 epi 中的最小杂质合成，同时大多数的砷也会被合成至多晶矽层中。而化学加载效应是砷优先移植的原因所在。

《图二 在500℃氮气中增长的SiGe:C隔离层的磷ALD的SIMS外形》

ALD原子层掺杂

Tillack et al[4] 深入研究了硼和磷的ALD制程，在所用的方法中，暴露时间和温度分别设置为60秒和550℃，以取得中间的E19/cm3峰值浓度。 SiGe:C隔离层会在600至500℃的在温度范围内增长，以监控隔离效应。温度高于550℃时，陡度会增至36nm/dec；温度降至500℃时，陡度则为6nm/dec；(图三)显示了具有分别在500℃和650℃时增长的SiGe隔离层和矽保护层的ALD制程的基极外形，以及三个只在制程吞吐率方面略有下降的连续进程的制程再现性。

除碳之外，砷的 ALD 会以与磷相同的形式执行；(图四)显示了双层上的SIMS外形，其中SiGe隔离层的增长温度为530至500℃。不同于标准掺杂的是，砷的ALD会导致基极窗口中进行更大程度的砷合成，这些窗口具有约4E19/cm3的峰值浓度以及多晶矽面中更高的合成率，另一方面也证实了标准掺杂过程中的化学加载效应。砷外形的陡度与磷相似，同时也注意到SiGe隔离层中轻微的SiH4抑制和表面上大量累积的砷。

《图三 在500℃和530℃氮气中增长的SiGe隔离层的砷ALD的SIMS外形》

结论

标准和ALD掺杂制程可优化SiGe基极层中的n型掺杂外形，ALD显示了陡度范围在6nm/dec以内的磷和砷的最佳剖面图，以下将于这些剖面图中提供后发射布植退火效应的对比结果，以及DC和RF性能。

---本文作者皆任职于NS美国国家半导体---

＜参考资料︰

[1] G. Zhang, J.D. Cressler, G. Niu, A. Pinto, Solid-Sate Electronics, 44, 1949-1956 (2000) ;

[2] P.Meunier-Beillard, M. Caymax, K.Van Nieuwenhuysen, G. Boumen. B. Brijs, M. Hopstaken, L. Greenen, W. Vandervorst , Applied Surface Science, 224, 31-35 (2004) ；

[3] J. Murota, M. Sakuraba, B. Tillack, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 809, (2004)；

[4] B. Tillack, Y. Yamamoto, D. Bolze, B. Heneman, H. Ruker, D. Knoll, D. Wolansky. J. Murota, W. Mehr, , Extended Abstracts of the 2005 International SiGe Technology and Device Meeting, p. 25J-2。 ＞