摘要
与传统的硅基双极晶体管相比，SiGe异质结双极晶体管具有高速、高频性能；与Ⅲ-V族化合物半导体器件相比，SiGe异质结双极晶体管具有低成本、导热性能好以及易于与CMOS工艺相兼容的优点。引入应变Si技术和SOI技术可以进一步提升器件的性能，因此本文将应变Si技术和SOI技术相结合设计出应变硅发射极SOISiGeHBT器件结构，并对其进行仿真分析。 基于SiGeHBT的工作原理和硅基应变技术原理，本文首先设计一种表面覆盖氮化物应力膜的应变硅SOISiGe异质结双极晶体管结构，通过在器件结构的表面淀积一层Si3N4，使其在基区引入单轴压应力，增强载流子的迁移率，进而提高器件的频率性能。讨论了不同的埋氧化层厚度和有无氮化膜对SOISiGeHBT器件性能的影响。仿真结果表明，当基区Ge组分为17%到30%的阶梯型分布且埋氧化层厚度由90nm增加到190nm时，器件的截止频率fT提高56GHz，最高振荡频率fmax提高68GHz。当埋氧化层厚度设置为190nm时，与无氮化膜的器件结构相比，有氮化膜的器件结构的电流增益β略微有所下降，厄尔利电压VA增加1.4V，β×VA优值增加0.02×105V，击穿电压BVCEO增加很小，基本不变，截止频率fT提高38GHz，最高振荡频率fmax提高44GHz。 进一步，考虑到与CMOS工艺的兼容性以及频率特性，设计一种应变硅折叠集电区SOISiGeHBT器件结构并讨论了不同厚度的氮化膜对器件性能的影响。仿真结果表明，在基区Ge组分为阶梯型分布且埋氧化层厚度为190nm的情况下，当氮化膜厚度从20nm增加到60nm时，SOISiGeHBT器件的电流增益β减小10，厄尔利电压VA增加14.8V，β×VA优值增加0.23×105V，击穿电压BVCEO略微增加，截止频率fT增加134GHz，最高振荡频率fmax增加179GHz。 总体来说，通过在器件表面引入Si3N4应力膜，本文设计的SOISiGeHBT器件较之于常规的SOISiGeHBT，可以较好和45~65nm工艺节点的应变SiCMOS工艺相兼容，对Si/SiGeBiCMOS的电路设计和工艺集成也可提供一定的参考。
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