The reliability physics of SiGe hetero-junction bipolar transistors

The reliability degradation phenomena in the SiGe hetero-junction bipolar transistor (HBT) are investigated in this review. In the case of the SiGe HBT the decrease of the current gain, the degradation of the AC characteristics, and the offset voltage are frequently observed, which are attributed to the emitter-base reverse bias voltage stress, the transient enhanced diffusion, and the deterioration of the base-collector junction due to the fluctuation in fabrication process, respectively. The reverse-bias stress on the emitter-base junction causes the recombination current to rise, increasing the base current and degrading the current gain, because hot carriers formed by the high electric field at the junction periphery generate charged traps at the silicon-oxide interface and within the oxide region. Because of the enhanced diffusion of the dopants in the intrinsic base induced by the extrinsic base implantation, the shorter distance between the emitter-base junction and the extrinsic base than a critical measure leads to the reduction of the cut-off frequency ($f_t$) of the device. If the energy of the extrinsic base implantation is insufficient, the turn-on voltage of the collector-base junction becomes low, in the result, the offset voltage appears on the current-voltage curve.

실리콘-게르마늄 이종접합 바이폴라 트랜지스터의 신뢰성 현상

실리콘-게르마늄 이종접합 바이폴라 트랜지스터 (SiGe HBT)에서 발생하는 신뢰성 열화 현상을 고찰하였다. SiGe HBT의 경우에 전류이득 감소, AC특성 저하, 오프셋 전압이 자주 관찰되는데 그 원인으로는 각각 에미터-베이스 역 바이어스 전압 스트레스, 과도촉진확산 (transient enhanced diffusion), 공정 변동 (fluctuation)에 따른 베이스-콜렉터 접합 특성 저하를 들 수 있다. 에미터-베이스 접합에 역 바이어스 전압 스트레스가 걸리면 에미터-베이스 접합면의 테두리 부분에서 높은 에너지를 가지는 전자와 정공들이 생성되고, 이들 전자와 정공들이 실리콘-산화막 계면 및 산화막 내부에 전하를 띈 트랩을 생성하기 때문에 재결합에 의한 베이스 누설전류가 증가하여 소자의 전류이득은 크게 감소하게 된다. 에미터-베이스 접합과 외부 베이스의 거리가 임계 값보다 짧을 때에는 소자의 차단주파수($f_t$)가 감소하게 되는데 이것은 외부 베이스 이온주입에 의하여 내부 베이스 내의 도펀트의 확산이 촉진되어 나타나는 현상이다. 외부 베이스 이온주입 에너지가 충분하지 않은 경우에는 콜렉터-베이스 접합의 턴온 전압이 감소하여 전류-전압 특성 곡선에서 오프셋 전압이 발생하게 된다.