异质结双极型晶体管的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种异质结双极型晶体管的制作方法，涉及半导体微波器件的制作方法技术领域。所述方法通过调整多层低-高-低非均匀掺杂浓度和厚度的复合集电区，调节基极-集电区电场分布；优化匹配基极浓度和发射极浓度及对应厚度，利用寄生电阻形成一定程度上的负反馈；实施干法和湿法相结合腐蚀工艺、发射区侧棱工艺、发射区侧墙保护工艺和集电区横向钻蚀工艺等一整套针对性工艺技术，提高了发生Kirk效应的最大电流密度，降低了基极-集电区电容随偏压变化率，降低器件表面漏电和改善电流增益等，从而达到了提高双极型晶体管的功率、效率以及线性的目的。

【技术实现步骤摘要】
异质结双极型晶体管的制作方法
本专利技术涉及半导体微波器件的制作方法
，尤其涉及一种异质结双极型晶体管的制作方法。
技术介绍
随着人们对信息获取和处理的需求日益增强，推动相关通信系统不断升级换代，诸如无线LAN、WIFI、WIMAX和个人移动设备等，其性能不断得到提升和加强，目前3G个人移动设备已经上市，而4G则将要推出，因此对相关电路和器件的性能也提出了更高的要求。功率放大器是上述通信系统里核心电路，为了满足上述应用领域的技术要求，对功率、效率和线性度提出了更高的要求。目前，为了达到上述目标，主要从以下两个层面进行提升，其一是从电路系统方面，采用诸如功率回退、前馈和预失真以及线性化辅助电路等技术；其二是从有源器件方面出发，改善器件本身的输出功率、效率和线性。相比于其他的有源器件，异质结双极晶体管（HBT）由于具有功率密度大、工作效率高、线性度好和高频特性好等优势，占据了通信领域里的半壁江山。但是，为了满足通信技术日新月异的发展需求，进一步提升HBT器件性能，尤其是功率、效率和线性等方面的特性，就显得非常迫切。功率放大器通常其信号输出摆幅比较大，常导致大电流、低电压和低电流、高偏压下失真，进而影响其线性度。就其从HBT器件角度方面考虑，主要是电流增益（跨导）、CBC电容对其线性影响较大；不发生kirk效应的最大电流和适当的击穿电压以及热效应等决定着器件的输出功率；高增益，低损耗则是高效率的保证。目前，HBT器件方面的专利，大都集中于如何提高器件的饱和功率、高频特性以及提高器件稳定性等，关于提高线性、效率方面的并不多，本专利主要针对此问题提出了一种解决方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种异质结双极型晶体管的制作方法，所述方法通过优化外延材料结构和针对性的工艺，提高了双极型晶体管的线性、功率以及效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种异质结双极型晶体管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：1）在半绝缘衬底上生长外延材料结构，从下到上依次生长次集电极层、集电极层、基极层、发射极层以及发射极帽层，发射极层从下到上为宽带隙材料层和窄带隙材料层；2）在步骤1）中形成的外延材料结构的上表面通过光刻工艺和蒸发工艺，形成发射极欧姆接触电极；3）利用光刻胶保护步骤2）中形成的发射极欧姆接触电极，利用干法和湿法腐蚀相结合，腐蚀掉发射极欧姆接触电极以外的发射极帽层以及部分发射极层，直到发射极层的宽带隙材料层剩下一半厚度，实现发射极侧棱保护功能；4）在步骤3）的基础上，利用光刻工艺、湿法腐蚀工艺以及金属化工艺，在基极层的上表面形成基极金属欧姆接触电极；5）利用等离子PECVD系统在步骤4）后形成的器件的上表面形成发射极侧墙保护层；6）利用步骤5）中形成的发射极侧墙保护层和光刻胶一起保护双极型晶体管的有源区域，利用反应离子刻蚀工艺去掉有源区域以外区域的发射极侧墙保护层，并在有源区域以外的区域，利用高能离子注入机注入H+等离子，实现器件隔离；7）在步骤6）的基础上，利用光刻胶保护步骤6）中注入H+等离子的有源区域以外的区域，在有源区域采用湿法腐蚀，直到露出次集电极层，在次集电极层上形成集电极欧姆接触电极；8）利用等离子PECVD系统在步骤7）形成的器件的上表面形成电极保护层，借助光刻工艺、刻蚀工艺以及金属化工艺，实现发射极欧姆接触电极、基极金属欧姆接触电极以及集电极欧姆接触电极电镀加厚以及电极之间的互联；9）将步骤8）形成的器件的绝缘衬底上进行背面减薄和背面通孔工艺，完成双极型晶体管的制作。进一步的技术方案在于：所述集电极层为三层以上不同掺杂浓度和厚度的单层结构的组合，低、高掺杂浓度层交替设置。进一步的技术方案在于：所述集电极层从下到上为第一低掺杂浓度层、高掺杂浓度层和第二低掺杂浓度层。进一步的技术方案在于：所述发射极侧墙保护层以及电极保护层使用SIN薄膜介质。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法通过调整多层低-高-低非均匀掺杂和厚度的复合集电区，调节基极-集电区电场分布；优化匹配基极浓度和发射极浓度及对应厚度，利用寄生电阻形成一定程度上的负反馈；实施干法和湿法相结合腐蚀工艺、发射区侧棱工艺、发射区侧墙保护工艺和集电区横向钻蚀工艺等一整套针对性工艺技术，提高了发生Kirk效应的最大电流密度，降低了基极-集电区电容随偏压变化率，降低器件表面漏电和改善电流增益均匀性等，从而达到了提高双极型晶体管的功率、效率以及线性的目的。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术异质结双极型晶体管的外延材料结构示意图；图2是本专利技术在图1结构上实现发射极金属化后的示意图；图3是本专利技术图2工艺后腐蚀发射极台面直至预留侧棱处示意图；图4是本专利技术图3工艺后形成基极欧姆电极示意图；图5是本专利技术图4工艺后发射极侧墙形成示意图；图6是本专利技术图5工艺后离子注入隔离示意图；图7是本专利技术图6工艺后集电极腐蚀以及金属化示意图；图8是本专利技术图7工艺后SIN介质钝化和隔离示意图；图9是本专利技术图8工艺后开孔电镀互联示意图；图10是本专利技术图9工艺后背面减薄和通孔示意图；其中：1、半绝缘衬底2、次集电极层3、第一低掺杂浓度层4、高掺杂浓度层5、第二低掺杂浓度层6、基极层7、宽带隙材料层8、窄带隙材料层9、发射极帽层21、发射极欧姆接触电极22、基极金属欧姆接触电极23、发射极侧墙保护层24、有源区域以外区域25、集电极欧姆接触电极26、电极保护层。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术公开了一种异质结双极型晶体管的制作方法，具体包括以下步骤：1）在半绝缘衬底1上采用MOCVD系统生长异质结双极型晶体管（HBT）的外延材料结构，其结构如图1所示。制备过程为：在半绝缘GaAs衬底上使用MOCVD系统依次生长厚度500nm、浓度为4e18/cm3的N+GaAs次集电极层02，厚度200nm、浓度为3e16/cm3的N-GaAs第一低掺杂浓度层3，厚度100nm、浓度为5e17/cm3的N-GaAs高掺杂浓度层4，厚度700nm、浓度为3e16/cm3的N-GaAs第二低掺杂浓度层5(其中第一低掺杂浓度层3、高掺杂浓度层4和第二低掺杂浓度层5的厚度和浓度可调节，且不局限于三层结构，可以为三层以上的结构，所述集电极层为三层以上不同掺杂浓度和厚度的单层结构的组合，低、高掺杂浓度层交替设置)，厚度80nm、浓度为4e19/cm3的P+GaAs基极层6，厚度60nm、浓度为5e17/cm3的N-GaInP发射极宽带隙材料层7，厚度150nm、浓度为4e18/cm3的N-GaAs发射极窄带隙材料层，厚度100nm、浓度为2e19/cm3的N+InGaAs发射极帽层9；2）在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结双极型晶体管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：1）在半绝缘衬底（1）上生长外延材料结构，从下到上依次生长次集电极层（2）、集电极层、基极层（6）、发射极层以及发射极帽层（9），发射极层从下到上为宽带隙材料层（7）和窄带隙材料层（8）；2）在步骤1）中形成的外延材料结构的上表面通过光刻工艺和蒸发工艺，形成发射极欧姆接触电极（21）；3）利用光刻胶保护步骤2）中形成的发射极欧姆接触电极（21），利用干法和湿法腐蚀相结合，腐蚀掉发射极欧姆接触电极（21）以外的发射极帽层（9）以及部分发射极层，直到发射极层的宽带隙材料层（7）剩下一半厚度，实现发射极侧棱保护功能；4）在步骤3）的基础上，利用光刻工艺、湿法腐蚀工艺以及金属化工艺，在基极层（6）的上表面形成基极金属欧姆接触电极（22）；5）利用等离子PECVD系统在步骤4）后形成的器件的上表面形成发射极侧墙保护层（23）；6）利用步骤5）中形成的发射极侧墙保护层（23）和光刻胶一起保护双极型晶体管的有源区域，利用反应离子刻蚀工艺去掉有源区域以外区域（24）的发射极侧墙保护层，并在有源区域以外的区域，利用高能离子注入机注入H+等离子，实现器件隔离；7）在步骤6）的基础上，利用光刻胶保护步骤6）中注入H+等离子的有源区域以外的区域，在有源区域采用湿法腐蚀，直到露出次集电极层（2），在次集电极层（2）上形成集电极欧姆接触电极（25）；8）利用等离子PECVD系统在步骤7）形成的器件的上表面形成电极保护层（26），借助光刻工艺、刻蚀工艺以及金属化工艺，实现发射极欧姆接触电极（21）、基极金属欧姆接触电极（22）以及集电极欧姆接触电极（25）电镀加厚以及电极之间的互联；9）将步骤8）形成的器件的绝缘衬底（1）上进行背面减薄和背面通孔工艺，完成双极型晶体管的制作。...

【技术特征摘要】
1.一种异质结双极型晶体管的制作方法，其特征在于包括以下步骤：1）在半绝缘衬底（1）上生长外延材料结构，从下到上依次生长次集电极层（2）、集电极层、基极层（6）、发射极层以及发射极帽层（9），发射极层从下到上为宽带隙材料层（7）和窄带隙材料层（8）；2）在步骤1）中形成的外延材料结构的上表面通过光刻工艺和蒸发工艺，形成发射极欧姆接触电极（21）；3）利用光刻胶保护步骤2）中形成的发射极欧姆接触电极（21），利用干法和湿法腐蚀相结合，腐蚀掉发射极欧姆接触电极（21）以外的发射极帽层（9）以及部分发射极层，直到发射极层的宽带隙材料层（7）剩下一半厚度，实现发射极侧棱保护功能；4）在步骤3）的基础上，利用光刻工艺、湿法腐蚀工艺以及金属化工艺，在基极层（6）的上表面形成基极金属欧姆接触电极（22）；5）利用等离子PECVD系统在步骤4）后形成的器件的上表面形成发射极侧墙保护层（23）；6）利用步骤5）中形成的发射极侧墙保护层（23）和光刻胶一起保护双极型晶体管的有源区域，利用反应离子刻蚀工艺去掉有源区域以外区域（24）的发射极侧墙保护层，并在有源区域以外的区域，利用高能离子注入机注...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡道民，方家兴，默立冬，王绍东，汪江涛，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13