一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管及其制造方法。銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管從下至上依次包括襯底、重摻雜次集電極區(qū)層、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層、輕摻雜集電區(qū)層、基區(qū)層、輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層和重摻雜發(fā)射帽層。本發(fā)明能夠有效提高異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的線性度和可靠性。
【專利說明】
一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管及其制造方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管技術領域，尤其涉及一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管及其制造方法。
【背景技術】
[0002]異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)具有良好的功率附加效率(PAE)和噪聲系數(shù)特性，其特征頻率ft高，高的基極摻雜將導致大的fmax和高的厄利電壓(Early Voltage)，可控的高擊穿電壓將產(chǎn)生大功率密度，低的“knee”電壓可產(chǎn)生大的功率效率。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管其制備技術，特別是外延生長技術促進了異質(zhì)結(jié)雙極晶體管這一類半導體器件的發(fā)展和應用。
[0003]目前，常用的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管為鋁鎵砷(AlGaAs)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，但是鋁鎵砷異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的線性度不及離子注入的MESFET(場效應管)，其熱穩(wěn)定性及可靠性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有鋁鎵砷異質(zhì)結(jié)雙極晶體管線性度低，可靠性較差的技術問題，提供了一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管及其制造方法，其能夠有效提高異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的線性度和可靠性。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn):
本發(fā)明的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，從下至上依次包括襯底、重摻雜次集電極區(qū)層、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層、輕摻雜集電區(qū)層、基區(qū)層、輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層和重摻雜發(fā)射帽層。
[0006]現(xiàn)有的鋁鎵砷(AlGaAs)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的結(jié)構中的發(fā)射區(qū)包括AlGaAs層和漸變層，漸變層包括分開的組成結(jié)和電氣結(jié)兩個結(jié)，組成結(jié)的位置對工藝過程控制有著主要影響，但電氣結(jié)的位置對ON電壓控制有著重要的影響。本發(fā)明的發(fā)射區(qū)層采用InGaP層替代AlGaAs層及漸變層，使得組成結(jié)和電氣結(jié)合二為一，InGaP層采用3.0E17 cm—3 Si摻雜的N+，并且保持晶格配備。InGaP層同時作為基極漏電流的勢皇以及發(fā)射極邊(InGaP Ledge)鈍化，從而降低了 Ι/f噪聲、提高了線性度和器件的可靠性。
[OOO7 ] InGaP選擇性的濕法刻蝕可以形成較薄的基極，從而提高其特征頻率f t。InGaP選擇性的濕法刻蝕也可以導致可靠的制造工藝，從而提高產(chǎn)率，降低成本以及提供額外的功能并改善電路性能。
[0008]作為優(yōu)選，所述輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層厚度為470-530埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為2.8E17 cm—3-3.2E17 cm—3。
[0009]作為優(yōu)選，所述重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層厚度為180-220埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E18 Cnf3。
[0010]作為優(yōu)選，所述輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層的極邊鈍化，輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層臺面邊緣和基區(qū)層邊緣之間的距離為0.5-1μπι。降低了 Ι/f噪聲和提高了器件的可靠性。
[0011]作為優(yōu)選，銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面設有氮化硅鈍化保護薄膜。使得晶體管免受外界環(huán)境的污染與損傷，并且隔絕外界的水氣。
[0012]作為優(yōu)選，所述重摻雜次集電極區(qū)層從下至上依次包括第一次集電極區(qū)層和第二次集電極區(qū)層，第一次集電極區(qū)層為1800-2200埃米厚度無摻雜的AlGaAs層，第二次集電極區(qū)層為5300-5700埃米厚度的GaAs層，第二次集電極區(qū)層采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0E18 cm—3。
[0013]作為優(yōu)選，所述輕摻雜集電區(qū)層從下至上依次包括第一集電極區(qū)層、第二集電極區(qū)層和第三集電極區(qū)層，第一集電極區(qū)層為480-520埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為4.0E18 cm—3-7.0E18 cm—3;第二集電極區(qū)層為2800-3200埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為3.8E16 cm—[4.2E16 cm—3;第三集電極區(qū)層為7000-7600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為1.3E16 cm—3_1.7E16 cnf3。
[0014]作為優(yōu)選，所述基區(qū)層為1100-1200埃米厚度的GaAs層，采用C摻雜的P+，摻雜濃度為3.8E19 cm—3-4.2E19 cm—3。
[0015]作為優(yōu)選，所述重摻雜發(fā)射帽層從下至上依次包括第一發(fā)射帽層、第二發(fā)射帽層和第三發(fā)射帽層，第一發(fā)射帽層為1200-1600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0E18 cm—3;第二發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm—3，In的濃度小于68%;第三發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm—3，In的濃度為60%_68%。
[0016]本發(fā)明的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的制造方法，包括以下步驟:
S1:在半絕緣襯底上生長外延材料結(jié)構，外延材料結(jié)構包括從下至上依次生長的重摻雜次集電極區(qū)層、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層、輕摻雜集電區(qū)層、基區(qū)層和輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層和重摻雜發(fā)射帽層；
S2:在重摻雜發(fā)射帽層上形成發(fā)射極歐姆接觸，在基區(qū)層上形成基極歐姆接觸，在重摻雜次集電極區(qū)層上形成集電極歐姆接觸；
S3:運用等離子增強化學氣相沉積方法沉積氮化硅于銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面形成氮化娃鈍化保護薄膜。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:(I)發(fā)射區(qū)層采用InGaP層，作為基極漏電流的勢皇以及發(fā)射極邊(InGaP Ledge)鈍化，蝕刻終止層采用InGaP層，從而降低了Ι/f噪聲、提高了線性度和器件的可靠性。(2)銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管具有高能密度，功率附加效率(PAE)，良好的線性度以及理想的OFF狀態(tài)漏電流。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構示意圖；
圖2是本發(fā)明從下至上各層的材料結(jié)構表；
圖3是鋁鎵砷異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的結(jié)構框圖；
圖4是本發(fā)明的結(jié)構框圖。
[0019]圖中:1、重摻雜次集電極區(qū)層，2、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層，3、輕摻雜集電區(qū)層，
4、基區(qū)層，5、輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層，6、重摻雜發(fā)射帽層，7、氮化硅鈍化保護薄膜，8、發(fā)射極歐姆接觸，9、基極歐姆接觸，1、集電極歐姆接觸。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
[0021]實施例:本實施例的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，如圖1所示，從下至上依次包括襯底、重摻雜次集電極區(qū)層1、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層2、輕摻雜集電區(qū)層3、基區(qū)層4、輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層5和重摻雜發(fā)射帽層6，重摻雜發(fā)射帽層6上設有發(fā)射極歐姆接觸8，基區(qū)層4上設有基極歐姆接觸9，重摻雜次集電極區(qū)層I上設有集電極歐姆接觸10，輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層5的極邊鈍化，輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層臺面邊緣和基區(qū)層邊緣之間的距離為
0.5-1μπι，銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面設有氮化硅鈍化保護薄膜7。
[0022]如圖2所示，襯底為半絕緣砷化鎵襯底，可以使用眾所周知的晶體生長技術如提拉法或布里奇曼法形成；
重摻雜次集電極區(qū)層I重摻雜次集電極區(qū)層從下至上依次包括第一次集電極區(qū)層和第二次集電極區(qū)層，第一次集電極區(qū)層為2000埃米厚度無摻雜的AlGaAs層，Al的濃度為80%;第二次集電極區(qū)層為5500埃米厚度的GaAs層，第二次集電極區(qū)層采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0Ε18 cm—3;
重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層2厚度為200埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0Ε18cm—3，并且保持晶格配備；
輕摻雜集電區(qū)層3從下至上依次包括第一集電極區(qū)層、第二集電極區(qū)層和第三集電極區(qū)層，第一集電極區(qū)層為500埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為4.0Ε18 cm—3_7.0E18 cm—3;第二集電極區(qū)層為3000埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為4.0E16 cm—3;第三集電極區(qū)層為7000-7600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為1.5E16 cm—3;
基區(qū)層4為1100-1200埃米厚度的GaAs層，采用C摻雜的P+，摻雜濃度為4.0E19 cm—3;
輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層5厚度為500埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為3.0E17 cm—3，并且保持晶格配備；
重摻雜發(fā)射帽層6從下至上依次包括第一發(fā)射帽層、第二發(fā)射帽層和第三發(fā)射帽層，第一發(fā)射帽層為1200-1600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0E18 cnf3;第二發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm一3，In的濃度線性分級0-68%;第三發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm—3，In的濃度為60%-68%。
[0023]如圖3所示，現(xiàn)有的鋁鎵砷(AlGaAs)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的結(jié)構中的發(fā)射區(qū)包括AlGaAs層和漸變層，漸變層包括分開的組成結(jié)和電氣結(jié)兩個結(jié)，組成結(jié)的位置對工藝過程控制有著主要影響，但電氣結(jié)的位置對ON電壓控制有著重要的影響。如圖4所示，本發(fā)明的銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的發(fā)射區(qū)層采用一個厚度為500埃米的InGaP層替代AlGaAs層及漸變層，使得組成結(jié)和電氣結(jié)合二為一，InGaP層采用3.0E17 cm—3 Si摻雜的N+，并且保持晶格配備，InGaP層同時作為基極漏電流的勢皇以及發(fā)射極邊(InGaP Ledge)鈍化，從而降低了 I /f噪聲、提高了線性度和器件的可靠性。
[0024]輕摻雜集電區(qū)層可用來控制器件的擊穿電壓;基區(qū)層的摻雜濃度和厚度用來控制電流增益;重摻雜發(fā)射帽層用來降低發(fā)射極的接觸電阻(Re)，從而可形成歐姆接觸;氮化硅鈍化保護薄膜使得晶體管免受外界環(huán)境的污染與損傷，并且隔絕外界的水氣。
[0025]為了保持器件的長期可靠性，如圖1所示，輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層的發(fā)射極邊寬度D(即輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層臺面邊緣和基區(qū)層邊緣之間的距離)為0.S-1lMi13InGaP選擇性的濕法刻蝕可以形成較薄的基極，從而提高其特征頻率ftdnGaP選擇性的濕法刻蝕也可以導致可靠的制造工藝，從而提高產(chǎn)率，降低成本以及提供額外的功能并改善電路性能。
[0026]本實施例的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的制造方法，包括以下步驟:
S1:在半絕緣襯底上生長外延材料結(jié)構，外延材料結(jié)構包括從下至上依次生長的重摻雜次集電極區(qū)層、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層、輕摻雜集電區(qū)層、基區(qū)層和輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層和重摻雜發(fā)射帽層；外延材料結(jié)構采用金屬有機化學汽相沉積法(MOCVD)生長技術生長；
S2:在重摻雜發(fā)射帽層上形成發(fā)射極歐姆接觸，在基區(qū)層上形成基極歐姆接觸，在重摻雜次集電極區(qū)層上形成集電極歐姆接觸；
S3:運用等離子增強化學氣相沉積方法沉積氮化硅于銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面形成氮化娃鈍化保護薄膜。
[0027]主要工藝包括:
平臺隔離工藝:隔離技術其功能在于定義出元件有效工作區(qū)，可隔離不同元件，或是不同電極(如集電極和發(fā)射極)之間的漏電。
[0028]歐姆接觸工藝:歐姆接觸制程的目的在于降低電極金屬及半導體覆蓋材料(cap)之間的接觸阻抗，可降低元件電極的寄生阻抗，有效提高訊號的還原度以及操作頻率。歐姆接觸制程包括下列各項:光刻，電子束蒸發(fā)電極，金屬剝離制程以及快速升溫退火。
[0029]保護層沉積與濕法蝕刻工藝:運用等離子增強化學氣相沉積(Plasma-EnhancedChemical Vapor Deposit1n，簡稱PECVD)方法沉積氮化娃于元件表面以保護元件，免受外界環(huán)境的污染與損傷，并且隔絕外界的水氣保護層沉積與開孔濕法蝕刻制程，由于氮化硅保護層必須能達到保護的功能，又不至于讓元件表面承受太大的應力，因此如何在制程上找出最佳化的鍍膜條件，便成為此一最重要的關鍵工藝。
[0030]電鍍金工藝:先濺射金，然后電鍍金層做為支持層，以便形成聯(lián)接。
【主權項】
1.一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:從下至上依次包括襯底、重摻雜次集電極區(qū)層(I)、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層(2)、輕摻雜集電區(qū)層(3)、基區(qū)層(4)、輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層(5)和重摻雜發(fā)射帽層(6)。2.根據(jù)權利要求1所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層(5)厚度為470-530埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為2.8E17 cm—3_3.2E17cm—303.根據(jù)權利要求1所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層(2)厚度為180-220埃米，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E18 cm—3。4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層(5)的極邊鈍化，輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層(5)臺面邊緣和基區(qū)層(4)邊緣之間的距離為0.5-1μηι。5.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面設有氮化硅鈍化保護薄膜(7)。6.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述重摻雜次集電極區(qū)層(I)從下至上依次包括第一次集電極區(qū)層和第二次集電極區(qū)層，第一次集電極區(qū)層為1800-2200埃米厚度無摻雜的AlGaAs層，第二次集電極區(qū)層為5300-5700埃米厚度的GaAs層，第二次集電極區(qū)層采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0Ε18 cm—3。7.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述輕摻雜集電區(qū)層(3)從下至上依次包括第一集電極區(qū)層、第二集電極區(qū)層和第三集電極區(qū)層，第一集電極區(qū)層為480-520埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度為4.0E18cm—3-7.0E18 cm—3;第二集電極區(qū)層為2800-3200埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為3.8E16 cm—3-4.2E16 cm—3;第三集電極區(qū)層為7000-7600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N，摻雜濃度為 1.3E16 cm—3-1.7E16 cm—3。8.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述基區(qū)層(4)為1100-1200埃米厚度的GaAs層，采用C摻雜的P+，摻雜濃度為3.8E19 cm—3_4.2E19cm—309.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其特征在于:所述重摻雜發(fā)射帽層(6)從下至上依次包括第一發(fā)射帽層、第二發(fā)射帽層和第三發(fā)射帽層，第一發(fā)射帽層為1200-1600埃米厚度的GaAs層，采用Si摻雜的N+，摻雜濃度大于4.0E18 cm—3;第二發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm—3，In的濃度小于68%;第三發(fā)射帽層為400-500埃米厚度的InGaAs層，采用Te摻雜的N+，摻雜濃度大于1.0E19 cm—3，In的濃度為60%-68%o10.—種銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: SI:在半絕緣襯底上生長外延材料結(jié)構，外延材料結(jié)構包括從下至上依次生長的重摻雜次集電極區(qū)層、重摻雜銦鎵磷蝕刻終止層、輕摻雜集電區(qū)層、基區(qū)層和輕摻雜銦鎵磷發(fā)射區(qū)層和重摻雜發(fā)射帽層； S2:在重摻雜發(fā)射帽層上形成發(fā)射極歐姆接觸，在基區(qū)層上形成基極歐姆接觸，在重摻雜次集電極區(qū)層上形成集電極歐姆接觸； S3:運用等離子增強化學氣相沉積方法沉積氮化硅于銦鎵磷異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管表面 形成氮化娃鈍化保護薄膜。
【文檔編號】H01L21/331GK105870166SQ201610253781
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】汪耀祖
【申請人】杭州立昂東芯微電子有限公司