專利名稱：異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的結(jié)構(gòu)及方法
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造領(lǐng)域。
2、現(xiàn)有技術(shù)GaAs基器件可給無線電通信應(yīng)用的功率和放大需要提供改良的線性和功率效率。表現(xiàn)出高的功率密度性能的鎵-砷(“GaAs”)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(“HBT”)的特殊意義是，使它們以低成本和高功率放大適用于CDMA、TDMA與GSM無線電通信的器件中。與常規(guī)硅雙極晶體管相比，在速率、頻率響應(yīng)和擊穿方面NPN砷化鎵HBT具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。由于砷化鎵的某種優(yōu)點(diǎn)，例如大的能帶隙和高的電子遷移率，砷化鎵NPN HBT可具有更高的擊穿、速率和頻率特性。與具有1.1eV的硅相比，砷化鎵具有1.424eV的能帶隙，并且與800-2000cm2/(V-sec)的硅相比，其電子遷移率大約為5000-8000cm2/(V-sec)。結(jié)果，與硅器件的頻率和輸入功率相比，GaAs器件可達(dá)到顯著大的增益帶寬乘積和擊穿。
已知由于穿過P-N界面的多數(shù)載流子的擴(kuò)散，當(dāng)NPN砷化鎵HBT是非活性的時，在P-N、集電極-基極的結(jié)中存在空間電荷層。不施加電壓時，空間電荷層的寬度，即“耗盡區(qū)”相對較窄。而且，多數(shù)載流子的遷移而導(dǎo)致的穿過耗盡區(qū)的電場相對較弱。但是，當(dāng)對集電極-基極結(jié)施加反向電壓時，即當(dāng)集電極-基極結(jié)反向偏置時，電場增強(qiáng)，耗盡區(qū)相應(yīng)的變寬，其耗盡區(qū)的邊緣一步步延伸至集電極中。電場的強(qiáng)度與集電極耗盡區(qū)的寬度直接與施加的反向電壓有關(guān)。
此外已知從發(fā)射極注入到基極中的電子通過電場加速穿過耗盡區(qū)到達(dá)集中它們的集電極。穿過耗盡區(qū)的電場強(qiáng)度取決于移動通過集電極-基極結(jié)的電子的能量。因此，如果升高施加于結(jié)的反向電壓，電場得到增強(qiáng)，并且電子能量相應(yīng)增加。
某種電壓通常指“擊穿電壓”，通過集電極-基極結(jié)的多個電子通過碰撞得到足夠的能量，在耗盡區(qū)中產(chǎn)生電子空穴對。產(chǎn)生碰撞的空穴和電子影響反向電流，即從集電極流向基極的電流，并且快速的增加反向電流的結(jié)果。提供不超過器件的最大功率耗散額度，由于電流的快速增大而產(chǎn)生的“擊穿”不一定導(dǎo)致HBT的災(zāi)難性故障。但是，產(chǎn)生的熱量和溫度升高的結(jié)果可威脅器件的運(yùn)行。
現(xiàn)在參照

圖1，說明了使用常規(guī)制造方法制造的NPN砷化鎵HBT。砷化鎵(“GaAs”)HBT100包括發(fā)射極接觸120、基極接觸122和124，以及集電極接觸126。此外，GaAs HBT100包括發(fā)射極蓋118、發(fā)射極蓋116、發(fā)射極114和基極112。在典型的GaAs HBT中，例如，當(dāng)發(fā)射極蓋116為摻雜了近似5×1018cm-3的硅的砷化鎵時，發(fā)射極蓋118為摻雜大約1×1019cm-3的碲的銦砷化鎵(“InGaAs”)。發(fā)射極114可包括摻雜了3×1017cm-3的相對低濃度的硅的砷化鋁鎵(“AlGaAs”)或磷化銦鎵(“InGaP”)?；鶚O112可以是例如摻雜了4×1019cm-3的碳的砷化鎵。
繼續(xù)如圖1所示，GaAs HBT100進(jìn)一步包括集電極130和子集電極110。依照常規(guī)制造方法，集電極130包括均勻地和輕微地?fù)诫s了1×1016cm-3的硅的砷化鎵。在集電極130下面就是子集電極110，其也為砷化鎵。但是，子集電極110摻雜了非常高濃度的硅，一般在5×1018cm-3的范圍。在GaAs HBT 100中，集電極層130可以是0.3微米到2.0微米的厚度之間，子集電極110可以是在0.3微米和2.0微米的厚度之間。
如上所討論的，當(dāng)NPN砷化鎵HBT處于激活方式時，由于由施加的電壓產(chǎn)生的電場，集電極-基極結(jié)的耗盡區(qū)變寬。因此，當(dāng)向GaAs HBT100施加電壓時，最初在基極112和集電極130之間的P-N結(jié)形成的窄耗盡區(qū)變寬。此外，由于集電極電壓逐漸變大，耗盡區(qū)的邊緣更深的延伸至集電極130中，并且在足夠高的電壓下，耗盡區(qū)最后到達(dá)子集電極110。但是，已知由于子集電極110顯著的高摻雜級，子集電極110的耗盡過程非常緩慢。取決于集電極130的厚度和摻雜級，此時或者當(dāng)耗盡區(qū)侵入到子集電極110之后，在靠近集電極130和子集電極110之間的界面的耗盡區(qū)的邊緣處產(chǎn)生擊穿電壓。
由于耗盡區(qū)延伸穿過集電極130并且到達(dá)集電極-子集電極界面的結(jié)果，靠近重?fù)诫s的子集電極110形成強(qiáng)電場。強(qiáng)電場引起絲化現(xiàn)象(filamentation)，簡單陳述一下絲化現(xiàn)象是與器件內(nèi)局部溫度一同顯著增加的、小區(qū)域中引起高功率耗散的局部電流。理論上來說，例如通過來自重?fù)诫s的子集電極中的例如硅的摻雜物的沉淀在子集電極區(qū)中的局部不均勻性、通過晶體中的自然缺陷，或者通過器件中的內(nèi)部熱梯度，引起絲化現(xiàn)象。與絲化現(xiàn)象的精確機(jī)理無關(guān)，最終導(dǎo)致過早的故障失效。
因此本領(lǐng)域需要用來可最小化絲化現(xiàn)象的可能性以增強(qiáng)器件的操作條件的制造砷化鎵HBT的方法。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法和結(jié)構(gòu)。在一個實(shí)施例中，本發(fā)明導(dǎo)致具有防止耗盡區(qū)到達(dá)子集電極附近的集電極的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(“HBT”)，由此防止在集電極和子集電極之間的結(jié)處的強(qiáng)電場的形成，并且由此抑制子集電極中的絲化現(xiàn)象。
依照本發(fā)明的一個實(shí)施例，形成重?fù)诫s的子集電極。重?fù)诫s的子集電極可包括，例如，摻雜高濃度硅的砷化鎵。接著，在重?fù)诫s的子集電極上制造集電極，其中集電極包括鄰近子集電極的中等摻雜(medium-doped)的集電極層和中等摻雜的集電極層之上的低摻雜的集電極層。中等摻雜的集電極層和低摻雜的集電極層可包括摻雜硅的砷化鎵，例如，在中等摻雜的集電極層情形中為近似5×1016cm-3和近似1×1018cm-3之間，在低摻雜集電極層中情形為近似1×1016cm-3和近似3×1018cm-3之間。
依照一個實(shí)施例，集電極可進(jìn)一步包括在低摻雜的集電極層上的中等/高摻雜的(medium/high-doped)集電極層，中等/高摻雜的集電極層可包括摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的砷化鎵。因此，在集電極上生長基極，在基極上淀積發(fā)射極。HBT的集電極阻止耗盡區(qū)到達(dá)不過度阻止耗盡區(qū)擴(kuò)展的子集電極。結(jié)果，防止了子集電極中的絲化現(xiàn)象，但是可用特殊電路優(yōu)化HBT的性能。
此外，在可制造HBT結(jié)構(gòu)中，集電極包括鄰近重?fù)诫s的子集電極的中等摻雜的集電極層。集電極還包括在中等摻雜的集電極層上的低摻雜的集電極層。HBT進(jìn)一步包括在低摻雜的集電極層上的基極和基極上的發(fā)射極。最終HBT結(jié)構(gòu)中阻止耗盡區(qū)到達(dá)子集電極，防止子集電極中產(chǎn)生絲化現(xiàn)象。
附圖簡介圖1描述了使用常規(guī)方法制造的HBT的某些特征的截面圖；圖2描述了依照本發(fā)明的一個實(shí)施例制造的HBT的某些特征的截面圖；圖3描述了依照本發(fā)明的一個實(shí)施例的制造的HBT的某些特征的截面圖4描述了依照本發(fā)明的一個實(shí)施例制造的HBT的某些特征的截面圖；圖5示出了描述開始執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例的某些實(shí)施步驟的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明目的在于異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法和結(jié)構(gòu)。以下的說明包含與本發(fā)明的實(shí)施過程相關(guān)的具體信息。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明可以不同于本申請中具體討論的方法來實(shí)施。此外，為了不模糊發(fā)明，不討論本發(fā)明的某些具體細(xì)節(jié)。
本申請的附圖及其詳細(xì)說明目的僅是示例性本發(fā)明的實(shí)施例。為了簡便，本發(fā)明的其他實(shí)施例不在本申請中具體描述并且不通過本附圖具體說明。
參照圖2，其示出示例性HBT200。HBT200是依照發(fā)明的一個實(shí)施例制造的NPN砷化鎵(“GaAs”)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(“HBT”)。為了不模糊發(fā)明，圖2中省去了某些細(xì)節(jié)和特征，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解這樣額外的細(xì)節(jié)和特征是顯而易見的。如圖所示，HBT200包括子集電極210、集電極230、基極212、發(fā)射極層214、第一發(fā)射極蓋216和第二發(fā)射極蓋218。集電極230由兩個分離的層構(gòu)成，即低摻雜的集電極層234和中等摻雜的集電極層232。示例性HBT200還包括發(fā)射極接觸220、基極接觸222和224，以及集電極接觸226。
隨示例性HBT200，在本實(shí)施例中，子集電極210是高摻雜N+埋層，其提供了自集電極230至集電極接觸226的低電阻電路徑。子集電極210包括GaAs，其可摻雜例如近似1×1018cm-3和近似6×1018cm-3之間的硅。子集電極210的厚度在近似0.5微米到近似1.0微米之間。示例性HBT200中的基極212也摻雜例如近似1×1019cm-3和近似6×1019cm-3之間的碳，將其制成P+型基極。一般的，基極212的厚度在近似500到近似1500之間。
如圖2所示，位于基極212頂面之上是發(fā)射極214，其可包含例如磷化銦鎵(“InGaP”)或砷化鋁鎵(“AlGaAs”)二者之一。近似于200到700厚度的發(fā)射極214可摻雜近似3×1017cm-3的硅，將發(fā)射極214制成n型發(fā)射極。在發(fā)射極214頂面上形成的是第一發(fā)射極蓋216和第二發(fā)射極蓋218。在本實(shí)施例中，第一發(fā)射極蓋216包括摻雜了近似4×1018cm-3的硅的GaAs，并且其厚度為近似1500，同時第二發(fā)射極蓋218包括摻雜了近似1×1019cm-3到近似4×1019cm-3的硅或碲二者之一的砷化銦鎵(“InGaAs”)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解用于示例的HBT200的活性區(qū)直接位于第一發(fā)射極蓋216的下面的區(qū)域，即活性區(qū)的寬度等于發(fā)射極蓋216的寬度?？墒牵绢I(lǐng)域技術(shù)人員也可以理解，如所示，發(fā)射極214延伸超過活性區(qū)直到例如在那里作為基極212上的電學(xué)非活性鈍化層的HBT的基極接觸。
本實(shí)施例中，示例性HBT200中的集電極230包括低摻雜的集電極層234和中等摻雜的集電極層232。低摻雜的集電極層234包括摻雜了近似1×1016cm-3的硅的GaAs。低摻雜的集電極層234可具有近似0.5微米到近似1.0微米的厚度。位于低摻雜的集電極層234下面的是中等摻雜的集電極層232。中等摻雜的集電極層232也是摻雜了硅的GaAs，但是具有相對高的摻雜級。本實(shí)施例中，中等摻雜的集電極層232摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅。中等摻雜的集電極層232的厚度可在近似1000到近似5000之間。以其特定摻雜級優(yōu)選每個均勻摻雜的集電極層?？尚纬苫颉吧L”低摻雜的集電極層234和中等摻雜的集電極層232，并且以本領(lǐng)域公知的任何適當(dāng)?shù)姆椒〒诫s，例如通過分子束外延工藝(“MBE”)或有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積工藝(“MOCVD”)。
如圖2所示，將低摻雜的集電極層234置于示例性HBT200中的基極212下面，使得它們之間的界面為集電極-基極結(jié)。因此，應(yīng)注意的是由n型發(fā)射極214、p型基極212和n型集電極230，包括低摻雜的集電極層234和中等摻雜的集電極層232，構(gòu)成了示例性的HBT200的NPN部件。
隨圖2，應(yīng)注意，而不是在常規(guī)的砷化鎵HBT中作為具有均勻地和輕微地?fù)诫s的集電極(例如圖1中的GaAs HBT)，本實(shí)施例導(dǎo)致的HBT，其中集電極包括低摻雜的和中等摻雜的集電極層，即集電極230包括低摻雜的集電極層234和中等摻雜的集電極層232，其中每個集電極層以彼此不同的摻雜濃度均勻地?fù)诫s。中等摻雜的集電極232的目的在于阻止耗盡區(qū)的過度的變寬而進(jìn)入子集電極210的附近，并且阻止高強(qiáng)度的電場位于低摻雜的集電極和擊穿電壓下的高摻雜的子集電極的界面附近。
如本領(lǐng)域公知以及上面討論的，鄰近高摻雜的子集電極210的強(qiáng)電場可在子集電極210中產(chǎn)生絲化現(xiàn)象，并且導(dǎo)致過早的器件失效。但是，為了加速電子穿過耗盡區(qū)的目的，強(qiáng)電場是所期望的，其可增強(qiáng)HBT的性能。由于可減小集電極-基極結(jié)電容，寬耗盡區(qū)也是所期望的。通過將中等摻雜的集電極層232置于低摻雜的集電極層234和高摻雜的子集電極210之間，本發(fā)明阻止了擊穿電壓時耗盡區(qū)太靠近子集電極，因此阻止了絲化現(xiàn)象。同時，可設(shè)計中等摻雜的集電極層232的摻雜輪廓和厚度，使得耗盡區(qū)的擴(kuò)展不被過度阻礙。理想的是具有可達(dá)到的擊穿電壓，例如，當(dāng)耗盡區(qū)延伸到至中等摻雜的集電極層232的大約3/4的情形時。因此，圖2描述了具有兩個層的集電極的示例性NPN砷化鎵HBT結(jié)構(gòu)，其中中等摻雜的集電極層夾在低摻雜的集電極層和高摻雜的子集電極之間，并且其中中等摻雜的集電極層阻止耗盡區(qū)太靠近子集電極，同時允許耗盡區(qū)充分的擴(kuò)展，最終導(dǎo)致優(yōu)越的HBT性能。
現(xiàn)在參照圖3，描述了按照一個實(shí)施例制造的示例性HBT結(jié)構(gòu)300。示例性HBT結(jié)構(gòu)300，與圖2中的示例性HBT結(jié)構(gòu)200相似，是NPN砷化鎵HBT。應(yīng)注意的是，除其集電極之外，即集電極330，示例性HBT結(jié)構(gòu)300與圖2示例性結(jié)構(gòu)200是相同的。如此，除了集電極330之外，示例性結(jié)構(gòu)300的各種部件，具有與示例性HBT結(jié)構(gòu)200的對應(yīng)部分相同的特性、構(gòu)成和功能。
簡單的說，示例性HBT結(jié)構(gòu)300包括子集電極310、基極312、發(fā)射極314、第一發(fā)射極蓋316和第二發(fā)射極蓋318，其分別等同于示例性HBT結(jié)構(gòu)200中的子集電極210、基極212、發(fā)射極214、第一發(fā)射極蓋216和第二發(fā)射極蓋218。而且，示例性HBT結(jié)構(gòu)300的發(fā)射極接觸320、基極接觸322和324，以及集電極接觸326分別等同于示例性HBT結(jié)構(gòu)200中的發(fā)射極接觸220、基極接觸222和224，以及集電極接觸226。
隨圖3，子集電極310包括高摻雜了例如近似1×1018cm-3到近似5×1018cm-3的硅的砷化鎵，子集電極310可具有0.5微米到1.0微米的厚度。如所示，集電極330包括三個不同的層，名為中等摻雜的集電極層332、低摻雜的集電極層334和中等/低摻雜的集電極層336。本實(shí)施例中，中等摻雜的集電極層332包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的砷化鎵，低摻雜的集電極層334為摻雜了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的砷化鎵，中等/低摻雜的集電極層336為摻雜了近似2×1016cm-3到近似5×1016cm-3的硅的砷化鎵。中等摻雜的集電極層332的厚度可為近似1000到近似5000之間，低摻雜的集電極層334的厚度可為近似0.5微米到近似1.0微米之間，以及中等低摻雜的集電極層336可以是近似500。
本實(shí)施例中，中等摻雜的集電極層332的作用是在擊穿電壓之前阻止耗盡區(qū)侵入到子集電極310中。如已討論的，如果耗盡區(qū)的邊緣太靠近子集電極，由于強(qiáng)電場的作用可產(chǎn)生絲化現(xiàn)象，導(dǎo)致過早的器件失效。因此，通過將中等摻雜的集電極層332放置到低摻雜的集電極層334和重?fù)诫s的子集電極310之間，以及通過控制中等摻雜的集電極層332的摻雜輪廓和厚度，本發(fā)明導(dǎo)致優(yōu)越的HBT結(jié)構(gòu)，其中顯著減小了絲化現(xiàn)象的可能性和過早的器件失效。當(dāng)耗盡區(qū)延伸至大約中等摻雜的集電極層332的3/4時，達(dá)到所期望的擊穿電壓。
隨圖3，具有直接位于基極312下面的中等/低摻雜的集電極層336的目的是阻止基極延展，或者“kirk”效應(yīng)。當(dāng)集電極電流升高至進(jìn)入耗盡區(qū)的電子數(shù)量超過本底的摻雜級的級別時，發(fā)生基極延展。其結(jié)果是耗盡區(qū)延展至集電極，增加了基極的寬度。最終，基極延展導(dǎo)致電流增益的下降。通過將中等/低摻雜的集電極層336直接置于基極312的下面，即位于集電極-基極結(jié)，并且通過控制中等/低摻雜集電極層336的摻雜輪廓和厚度，集電極-基極結(jié)的電場得到限制，可阻止基極延展。
因此，圖3描述了具有三層集電極的示例性NPN砷化鎵HBT結(jié)構(gòu)，其中中等摻雜的集電極層夾在低摻雜的集電極層和重?fù)诫s的子集電極之間，以阻止耗盡區(qū)擴(kuò)展至子集電極和產(chǎn)生絲化現(xiàn)象。但是，中等摻雜的集電極層的摻雜輪廓使得允許耗盡區(qū)充分?jǐn)U展以增強(qiáng)晶體管的性能。圖3中描述的HBT進(jìn)一步包括直接位于基極下的中等/低摻雜的集電極層，其限制了集電極-基極界面的電場以阻止基極延展，并且因此優(yōu)化了HBT的增益。
圖4描述了按照實(shí)施例制造的示例性HBT結(jié)構(gòu)400。示例性HBT結(jié)構(gòu)400是與圖2中示例性HBT結(jié)構(gòu)200相似的NPN砷化鎵HBT。除了其集電極，即集電極430，應(yīng)注意的是示例性HBT結(jié)構(gòu)400與圖2的示例性結(jié)構(gòu)200是相同的。如此，除了集電極430之外，示例性結(jié)構(gòu)400的各種部件具有與示例性HBT結(jié)構(gòu)200的對應(yīng)部分相同的特性、構(gòu)成和功能。
因此，示例性HBT結(jié)構(gòu)400包括子集電極410、基極412、發(fā)射極414、第一發(fā)射極蓋416和第二發(fā)射極蓋418，其分別等同于示例性HBT結(jié)構(gòu)200中的子集電極210、基極212、發(fā)射極214、第一發(fā)射極蓋216和第二發(fā)射極蓋218。而且，示例性HBT結(jié)構(gòu)400的發(fā)射極接觸420、基極接觸422和424，以及集電極接觸426分別等同于示例性HBT結(jié)構(gòu)200中的發(fā)射極接觸220、基極接觸222和224，以及集電極接觸226。
隨圖4，子集電極410包括高摻雜了例如近似1×1018cm-3到近似5×1018cm-3的硅的砷化鎵，子集電極410可具有0.5微米到1.0微米的厚度。如所示，集電極430包括三個不同的層，名為中等摻雜的集電極層432、低摻雜的p型集電極層434和中等/高摻雜的集電極層436。本實(shí)施例中，中等摻雜的集電極層432包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的砷化鎵，并且位于鄰近重?fù)诫s的子集電極層410。在基極412和集電極430之間的界面是中等/高摻雜的集電極層436，其為摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的砷化鎵。中等摻雜的集電極層432的厚度為近似1000到近似5000之間，，中等/高摻雜的集電極層436的厚度近似500。
此外，如圖4所示，夾在中等摻雜的集電極層432和中等/高摻雜的集電極層436之間的是低摻雜的p型集電極層434，其也包括砷化鎵。但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不像本申請中遇到的任何集電極層，低摻雜的p型集電極層434是摻雜了p型摻雜物，例如碳。低摻雜的p型集電極層434可摻雜具有近似1×1015cm-3到近似5×1015cm-3的碳。除碳以外的其它適合的摻雜物可用來摻雜低摻雜的p型集電極層434，包括鎂或錳。低摻雜的p型集電極層434的厚度可為近似0.1微米到近似0.5微米之間。
在未描述的一個實(shí)施例中，集電極430可包括四個分離的集電極層，其中中等摻雜的集電極層432位于子集電極410之上，并且中等/高摻雜的集電極層436位于基極436和集電極430之間的界面。在中等摻雜的集電極層432和中等/高摻雜的集電極層436之間可以放置兩個低摻雜的集電極層。將兩個低摻雜的集電極層中的第一層置于中等摻雜的集電極層432之上，并且可包括摻雜了近似1×1016cm-3的硅的砷化鎵。本實(shí)施例中第二低摻雜的集電極層置于第一低摻雜的集電極層和中等/高摻雜的集電極層436之間，并且可為摻雜了近似5×1015cm-3的碳的砷化鎵。本實(shí)施例中第一和第二低摻雜的集電極層可具有近似0.1微米到0.5微米的厚度。
圖4描述的實(shí)施例中，通過在擊穿電壓之前阻止耗盡區(qū)到達(dá)子集電極410，中等摻雜的集電極層432防止了重?fù)诫s的子集電極410中絲化現(xiàn)象的產(chǎn)生。當(dāng)耗盡區(qū)延伸到中等摻雜的集電極層432中的3/4時，可達(dá)到所期望的擊穿電壓。而且，中等/高摻雜的集電極層436的作用是通過改變集電極-基極界面的電場，防止基極延展，因此改進(jìn)了HBT的增益。
中等/高摻雜的集電極層436的存在，與低摻雜的集電極層相反，在集電極-基極的界面可阻止所期望的耗盡區(qū)擴(kuò)展。如上所述，在重?fù)诫s的區(qū)中，例如中等/高摻雜的集電極層436中，耗盡區(qū)的擴(kuò)展發(fā)生的更慢。因此，本實(shí)施例中，低摻雜的p型集電極層434的作用是通過促進(jìn)耗盡區(qū)的擴(kuò)展來“補(bǔ)償”n型中等/高摻雜的集電極層436。并且通過促進(jìn)耗盡區(qū)的擴(kuò)展，低摻雜的p型集電極層434改進(jìn)了HBT的性能，對器件來說，包括升高了擊穿電壓和降低了電容。
因此，圖4描述了具有三層集電極的示例性NPN砷化鎵HBT結(jié)構(gòu)，其中中等摻雜的集電極層夾在低摻雜的p型集電極層和重?fù)诫s的子集電極之間，以防止耗盡區(qū)過度擴(kuò)展和產(chǎn)生絲化現(xiàn)象或者局部的高電流密度峰值。但是，低摻雜的p型集電極的摻雜輪廓允許耗盡區(qū)充分?jǐn)U展來增強(qiáng)晶體管的性能。圖4中描述的HBT進(jìn)一步包括鄰近基極的中等/高摻雜的集電極層，其限制集電極-基極界面的電場以防止基極延展并且因此優(yōu)化HBT的增益。
圖5示出了依照一個實(shí)施例描述制造NPN砷化鎵HBT500(“工藝500”)的示例性工藝的流程圖。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的某些細(xì)節(jié)和步驟從工藝500中省去。例如，如本領(lǐng)域公知的，一個步驟可由一個或多個子步驟構(gòu)成，或者涉及專門的設(shè)備。工藝500從步驟500開始，接著是在砷化鎵襯底上形成N+子集電極的步驟502。子集電極摻雜了硅，并且例如由本領(lǐng)域公知的MBE或MOCVD技術(shù)形成。子集電極的硅摻雜級可近似為1×1018cm-3到近似5×1018cm-3。
在502步驟形成了子集電極之后，工藝500繼續(xù)進(jìn)行形成集電極的步驟504。本實(shí)施例中，集電極包括兩個分離的層，都通過MBE或MOCVD工藝淀積。第一集電極層包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的砷化鎵。該第一層直接淀積在步驟502中形成的重?fù)诫s的子集電極的頂面上，可近似為1000到5000的厚度。隨著第一集電極層的淀積，淀積第二集電極層，該第二層包括摻雜了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的砷化鎵。第二集電極層可近似為1.0微米的厚度。
步驟504的結(jié)果是，本實(shí)施例中的集電極由兩層構(gòu)成—第一層鄰近子集電極并且為中等摻雜，同時第二層為低摻雜。通常第二層為n型集電極；但是，一個實(shí)施例中，第二層是p型集電極。另一實(shí)施例中，步驟504包括低摻雜的集電極層頂面上的第三集電極層的淀積，第三集電極層也是由摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的砷化鎵。該第三集電極層是指中等/高摻雜的集電極層，并且可近似為100到500的厚度。
在步驟504中制造了集電極之后，工藝500繼續(xù)進(jìn)行淀積基極層的步驟506，其具有近似為500到近似1500的厚度?；鶚O層可包含摻雜了近似為4×1019cm-3的碳的砷化鎵。接著，在步驟508，淀積摻雜了近似3×1017cm-3的硅的包括InGaP或GaAs之一的發(fā)射極層。接著是步驟510，在發(fā)射極層頂面上淀積包括摻雜了近似為4×1018cm-3的硅的砷化鎵的第一發(fā)射極蓋層，接著淀積包括摻雜了近似為1×1019cm-3的硅的砷化鎵的第二發(fā)射極蓋層。以本領(lǐng)域公知的方法形成這些層中的每一層，即基極層、發(fā)射極層和第一與第二發(fā)射極蓋層，例如通過MBE或MOCVD工藝。
在工藝500的步驟512中，在第二發(fā)射極蓋層上圖形化發(fā)射極接觸，并且直接置于HBT的激活區(qū)上。繼續(xù)工藝500，在步驟514中，掩膜臺面并且向下蝕刻到n型發(fā)射極層，以及在基極層中圖形化基極接觸。由此，步驟516中，掩膜臺面并且進(jìn)一步向下蝕刻到子集電極。在一個實(shí)施例中，僅僅向下蝕刻臺面到集電極。同樣在步驟516中，隨著臺面的蝕刻，在子集電極上圖形化集電極接觸。以本領(lǐng)域公知的方法進(jìn)行各種掩膜和蝕刻的步驟。在步驟518結(jié)束制造NPN砷化鎵HBT的示例性工藝500。
通過上述詳細(xì)的公開可以理解，本發(fā)明提供了用來制造異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法，在異質(zhì)結(jié)雙極晶體管中，集電極包含多個不同摻雜的集電極層以防止器件中絲化現(xiàn)象或局部電流的產(chǎn)生。一個實(shí)施例中，鄰近重?fù)诫s的子集電極的中等摻雜的集電極層的形成阻止耗盡區(qū)的擴(kuò)展，使得在耗盡區(qū)到達(dá)子集電極之前達(dá)到擊穿電壓。盡管本發(fā)明被描述為應(yīng)用于砷化鎵NPN HBT的構(gòu)造，本發(fā)明可應(yīng)用于相似于期望的減小PNP器件中的絲化現(xiàn)象的情況，或任何其它類型的HBT器件，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。
從發(fā)明的上述描述中表明，不脫離本發(fā)明的范圍，可以使用各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的理念。而且，在具體參照某一實(shí)施例描述本發(fā)明的同時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解形式上和細(xì)節(jié)上的改變都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，可以理解其他類型的摻雜物例如碲和硒可以替代硅用來摻雜各個集電極層。因此，可以理解所描述的實(shí)施例在各個方面都是說明性的而不是限制性的。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這里描述的具體實(shí)施例，而是適于不脫離本發(fā)明范圍的許多重新排列、變形和置換。
因此，已經(jīng)描述了用于異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法和結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種制造HBT的方法，所述方法包括以下步驟形成子集電極；在所述子集電極上制造集電極，所述集電極包括直接鄰近所述子集電極的中等摻雜的集電極層和直接位于所述中等摻雜的集電極層之上的低摻雜的集電極層，所述低摻雜的集電極層至少具有和所述中等摻雜的集電極層一樣的厚度；在所述集電極上生長基極；在所述基極上淀積發(fā)射極。
2.如權(quán)利要求1的所述方法，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的GaAs。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層具有近似1000到近似5000的厚度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的GaAs。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層具有近似0.5微米到近似1.0微米之間的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述集電極進(jìn)一步包括淀積在所述低摻雜的集電極層和所述基極之間的中等/高摻雜的集電極層。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層包括摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的GaAs。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層具有近似100到近似500之間的厚度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1015cm-3到近似5×1015cm-3的碳的GaAs。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子集電極包括摻雜了近似5×1018cm-3硅的GaAs。
權(quán)利要求
1.一種制造HBT的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟形成子集電極；在所述子集電極上制造集電極，所述集電極包括鄰近所述子集電極的中等摻雜的集電極層和在所述中等摻雜的集電極層之上的低摻雜的集電極層；在所述集電極上生長基極；在所述基極上淀積發(fā)射極。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的GaAs。
3.如權(quán)利要求2的方法，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層具有近似1000到近似5000的厚度。
4.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的GaAs。
5.如權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層具有近似0.5微米到近似1.0微米之間的厚度。
6.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述集電極進(jìn)一步包括淀積在所述低摻雜的集電極層和所述基極之間的中等/高摻雜的集電極層。
7.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層包括摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的GaAs。
8.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層具有近似100到近似500之間的厚度。
9.如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1015cm-3到近似5×1015cm-3的碳的GaAs。
10.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述子集電極包括摻雜了近似5×1018cm-3硅的GaAs。
11.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述基極包括摻雜了近似4×1019cm-3碳的GaAs。
12.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述發(fā)射極包括選擇由InGaP和GaAs構(gòu)成的組的材料。
13.如權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述發(fā)射極摻雜了近似3×1017cm-3的硅。
14.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括以下步驟形成第一和第二發(fā)射極蓋層；在所述發(fā)射極、所述基極和所述集電極上圖形化金屬接觸。
15.一種HBT結(jié)構(gòu)，包括子集電極；集電極，所述集電極包括鄰近所述子集電極中等摻雜的集電極層，以及在所述中等摻雜的集電極層上的低摻雜的集電極層；所述集電極上的基極；所述基極上的發(fā)射極。
16.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層包括摻雜了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm3的硅的GaAs。
17.如權(quán)利要求16的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中等摻雜的集電極層具有近似1000到近似5000的厚度。
18.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的GaAs。
19.如權(quán)利要求18的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述低摻雜的集電極層具有近似0.5微米到近似1.0微米的厚度。
20.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集電極還包括在低摻雜的集電極層和所述基極之間的中等/高摻雜的集電極層。
21.如權(quán)利要求20的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層包括摻雜了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的GaAs。
22.如權(quán)利要求21的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中等/高摻雜的集電極層具有近似100到近似500的厚度。
23.如權(quán)利要求22的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述低摻雜的集電極層包括摻雜了近似1×1015cm-3到近似5×1015cm-3的碳的GaAs。
24.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述子集電極包括摻雜了近似5×1018cm-3硅的GaAs。
25.如權(quán)利要求14的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基極包括摻雜了近似4×1019cm3碳的GaAs。
26.如權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)射極包括選自由InGaP和GaAs構(gòu)成的組的材料。
27.如權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)射極摻雜了近似3×1017cm-3的硅。
28.如權(quán)利要求15所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括第一和第二發(fā)射極蓋層；所述發(fā)射極、所述基極和所述集電極上的觸點(diǎn)。
全文摘要
按照一個公開的實(shí)施例，形成重?fù)诫s的子集電極(210)。接著，在重?fù)诫s的子集電極(210)之上制造集電極(230)，其中集電極(230)包括鄰近子集電極(210)的中等摻雜的集電極層(232)和在中等摻雜的集電極層(232)上面的低摻雜的集電極層(234)。中等摻雜的集電極層(232)和低摻雜的集電極層(234)包括分別摻雜了近似5×10
文檔編號H01L29/737GK1628383SQ02825577
公開日2005年6月15日 申請日期2002年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者R·S·伯頓, A·薩梅利斯, H·育西克 申請人:空間工程股份有限公司