超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應變硅異質結雙極晶體管，尤其是同時具有大電流增益和高擊穿電壓的超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管。所述晶體管采用SiGe虛擬襯底結構，并在弛豫SiGe集電區(qū)中引入n型柱區(qū)和p型柱區(qū)交替排列的超結結構，其上分別外延生長應變SiGe基區(qū)和應變Si發(fā)射區(qū)。所述晶體管在弛豫SiGe集電區(qū)上外延生長應變SiGe基區(qū)可有效提高SiGe基區(qū)內Ge含量，增大發(fā)射區(qū)和基區(qū)間的帶隙差，從而達到提高發(fā)射效率、增大器件電流增益的目的。同時，所述晶體管在集電區(qū)采用超結結構，可引入橫向電場，改善集電區(qū)電場分布，從而達到提高器件擊穿電壓的目的。與常規(guī)的功率異質結雙極晶體管相比，所述晶體管在保持優(yōu)異高頻特性的同時電流增益更大，擊穿電壓更高，可有效拓展異質結雙極晶體管在射頻和微波功率領域的應用。
【專利說明】超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及應變硅異質結雙極晶體管，特別是用于功率放大器、GPS導航定位系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)自動監(jiān)測等大功率射頻和微波領域的具有高擊穿電壓大電流增益的超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管。
【背景技術】
[0002]SiGe異質結雙極晶體管(heterojunction bipolar transistor,HBT)在具有高電流處理能力、大電流增益和高厄利電壓的同時，還具有優(yōu)異的高頻特性，現(xiàn)已廣泛應用于移動電話系統(tǒng)、藍牙、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、相控陣天線系統(tǒng)、汽車雷達等射頻和微波電路中。特別是隨著第四代SiGe工藝的全面提升，SiGe HBT將在毫米波雷達、Gb/s級無線局域網(WLAN)以及100Gb/S以太網等亞太赫茲(>500GHz)應用領域中扮演越來越重要的角色。
[0003]SiGe HBT采用“能帶工程”在基區(qū)引入Ge組分，使基區(qū)禁帶寬度小于發(fā)射區(qū)禁帶寬度，此時注入效率不再單純由發(fā)射區(qū)和基區(qū)摻雜濃度比來決定，而主要由發(fā)射區(qū)和基區(qū)的禁帶能量差來決定，因此器件可獲得更高的電流增益，同時可采用基區(qū)重摻雜以獲得更好的頻率特性。然而，常規(guī)SiGe HBT通常生長在Si襯底上，對于一定厚度的基區(qū)，隨著Ge組分的增加，基區(qū)禁帶 過其臨界應力時，Si原子和Ge原子將產生失配錯位進而導致晶格缺陷，退化器件性能，因此器件電流增益的提高將受到限制。此外，隨著SiGe HBT特征頻率的提高，器件的擊穿電壓隨之下降，從而導致器件的輸出功率和射頻系統(tǒng)的信噪比降低，這嚴重限制了 SiGe HBT的微波功率應用。因此，如何設計一種面向微波大功率領域應用的兼具大電流增益、高擊穿電壓的功率SiGe HBT具有重要的理論和實際意義。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明公開了一種超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶管。
[0005]一種超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管，其特征在于:
[0006]包括SiGe虛擬襯底(10)，弛豫SipyGey次集電區(qū)(11)，弛豫SipyGey集電區(qū)(12)，超結η型柱區(qū)(13)，超結P型柱區(qū)(14)，本征應變SihGex緩沖層(15)，應變SipxGex基區(qū)
(16)，應變Si發(fā)射區(qū)(18)；
[0007]所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)位于所述弛豫Si^yGey集電區(qū)
(12)內且對應多晶硅層(19)正下方的集電區(qū)區(qū)域為所述超結η型柱區(qū)；
[0008]所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)在保證其對應應多晶硅層(19)正下方的集電區(qū)區(qū)域內為超結η型柱區(qū)的同時，所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)沿器件橫向方向交替排列；
[0009]所述應變SihGex基區(qū)(16)中的Ge組分含量χ大于所述弛豫Si^yGey次集電區(qū)
(11)和所述弛豫SipyGey集電區(qū)(12)中的Ge組分含量y，且y>0。
[0010]優(yōu)選地，所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)寬度和濃度均相等，且所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)的寬度大于或等于位于二氧化硅(SiO2)層(20)之間的多晶硅(poly)層(19)的寬度，濃度小于或等于弛豫Si^yGey集電區(qū)(12)的雜質濃度。
[0011]優(yōu)選地，所述晶體管的應變SihGex基區(qū)(16)中的Ge組分含量χ大于或等于0.3，且弛豫SipyGey次集電區(qū)(11)和弛豫Si^Gey集電區(qū)(12)中的Ge組分含量y需滿足0〈y〈x。
[0012]該晶體管采用“應變硅技術”直接生長在SiGe虛擬襯底上，同時發(fā)射區(qū)采用拉應變Si材料、基區(qū)采用壓應變SiGe材料來調節(jié)應力實現(xiàn)發(fā)射區(qū)與基區(qū)界面處的晶格匹配，進而很好地解決了上述Ge組分與SiGe層臨界厚度之間的矛盾，與同等條件下生長在Si襯底上的常規(guī)SiGe HBT相比，采用虛擬襯底技術可使應變硅HBT實現(xiàn)更高的基區(qū)Ge組分，為器件電流增益的大幅提升帶來可能。
[0013]此外，該晶體管在集電區(qū)引入交替分布的超結η型柱區(qū)和超結P型柱區(qū)，相鄰η型柱區(qū)和P型柱區(qū)產生的耗盡層將引入橫向電場，改善集電區(qū)電場分布，從而顯著提高器件的擊穿電壓。
[0014]與常規(guī)SiGe HBT相比，本發(fā)明的超結集電區(qū)應變硅HBT同時具有大電流增益和高擊穿電壓特性，且具有較好的頻率特性，適用于射頻微波大功率應用領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]結合附圖所進行的下列描述，可進一步理解本發(fā)明的目的和優(yōu)點。在這些附圖中:
[0016]圖1示例了本發(fā)明實施例的幾何結構平面圖；
[0017]圖2示例了本發(fā)明實施例的電流增益隨集電極電流的變化關系；
[0018]圖3示例了本發(fā)明實施例對功率器件集電區(qū)電場分布的改善；
[0019]圖4不例了本發(fā)明實施例對功率器件擊穿電壓BVceq的改善；
[0020]圖5示例了本發(fā)明實施例對功率器件擊穿電壓BVero的改善；
[0021]圖6示例了本發(fā)明實施例的特征頻率隨集電極電流的變化關系。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明實施例以單指超結集電區(qū)應變硅HBT為例，對本
【發(fā)明內容】
進行具體表述。本發(fā)明涉及領域并不限制于此。
[0023]實施示例:
[0024]SiGe HBT的電流增益β主要由發(fā)射區(qū)和基區(qū)的禁帶能量差決定，β的表達式可表示為:
[0025]
【權利要求】
1.一種超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管，其特征在于: 包括SiGe虛擬襯底(10)，弛豫SipyGey次集電區(qū)(11)，弛豫Si^yGey集電區(qū)(12)，超結η型柱區(qū)(13)，超結P型柱區(qū)(14)，本征應變SihGex緩沖層(15)，應變SipxGex基區(qū)(16)，應變Si發(fā)射區(qū)(18)； 所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)位于所述弛豫SipyGey集電區(qū)(12)內且對應多晶硅層(19)正下方的集電區(qū)區(qū)域為所述超結η型柱區(qū)； 所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)在保證其對應應多晶硅層(19)正下方的集電區(qū)區(qū)域內為超結η型柱區(qū)的同時，所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)沿器件橫向方向交替排列； 所述應變SihGex基區(qū)(16)中的Ge組分含量χ大于所述弛豫Si^yGey次集電區(qū)(11)和所述弛豫Si^Gey集電區(qū)(12)中的Ge組分含量y，且y>0。
2.根據(jù)權利要求1所述的超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管，其特征在于:所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)寬度和濃度均相等，且所述超結η型柱區(qū)(13)和所述超結P型柱區(qū)(14)的寬度大于或等于位于二氧化硅層(20)之間的多晶硅層(19)的寬度，濃度小于或等于弛豫Sii_yGey集電區(qū)(12)的雜質濃度。
3.根據(jù)權利要求1所述的超結集電區(qū)應變硅異質結雙極晶體管，其特征在于:所述應變SihGex基區(qū)(16)中的Ge組分含量χ大于或等于0.3。
【文檔編號】H01L29/08GK103943670SQ201410146902
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月12日 優(yōu)先權日:2014年4月12日
【發(fā)明者】金冬月, 胡瑞心, 張萬榮, 王肖, 付強, 魯東 申請人:北京工業(yè)大學