避免热逸溃的双极晶体管制造技术

一种双极晶体管，包括一个集电极区（５），一个连接集电极区（５）的基极区（６），一个连接基极区（６）的发射极区（８），一个发射极电极（１３），一个基极电极（７），至少一个颗粒状金属－介电材料的第一、第二电阻层（１２、１６）。第一电阻层（１２）置于发射极区（８）和发射电极（８）之间，第二电阻层（１６）置于基极区（６）和基极电极（７）之间。颗粒状金属－介电材料的电阻通过金属颗粒和介电基质的体积比来大范围调节。这样允许电阻层具有足够大的垂直电阻，以避免减小厚度时的热逸溃。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及双极晶体管，尤其涉及稳流电阻器嵌入其中以避免热逸溃(thermal runaway)的双极晶体管。
技术介绍
升高双极晶体管的结温度经常导致热逸溃。由于半导体的负热阻系数，增加结温度时增加了发射极和基极的电流。由于正反馈，发射极和基极的电流的增加导致了结温度的进一步增加。这经常导致双极晶体管的热逸溃和损坏。热逸溃是研制多触点(multi-fingers)HBT(异质结双极晶体管)最严重的问题之一。Chang-Woo Kim等人在文献“功率异质结双极晶体管中依赖于发射极指形和衬底结构的热学行为”，IEEETransactions on Electron Devices，vol.45，No.6，June，1998，描述了多触点HBT的热学行为。包括有行列排列的HBT阵列的多触点HBT，高度地集成在半导体衬底上。HBT的集电极，发射极和基极分别地互相连接，使得多触点HBT作为一个单双极晶体管。尽管多触点HBT具有大输出电流的优点，由于高集成密度导致的输出电流大和冷却效率低，使得它经常遭受热逸溃。为了避免热逸溃，必须仔细设计多触点HBT。在双极晶体管的发射极和/或基极连接稳流电阻器是避免热逸溃的有效技术。一种包括双极晶体管和连接在它上面的稳流电阻器的双极晶体管电路公开于文献“多触点HBT中用于均匀温度分布的稳流电阻器设计研究”，Suzuki et al.，p.68，proceedings of 2002 GeneralConference of the Institute of Electronics，Information，andCommunication Engineers。稳流电阻器作为发射极电流和基极电流的负反馈，从而有效地避免了热逸溃。J.K.Twynam等在“应用高热阻系数的n-AlGaAs发射极稳流电阻器的AlGaAs/GaAs功率HBT的热稳定”International Journal ofSolid-State Electronics，vol.38，No.9，pp.1657-1661，Sept.，1995，公开了一种HBT，用一种包括n-AlGaAs层的发射极作为稳流电阻器。n-AlGaAs稳流电阻器层有效地减小了晶体管和稳流电阻器集成所需的尺寸。然而，为了提供足够大的电阻以避免热逸溃，不可避免地要增加n-AlGaAs稳流电阻器层的厚度。例如，该文献公开的n-AlGaAs稳流电阻器层的厚度为370nm，这种厚度在商业上不能够获得。
技术实现思路
总体上，本专利技术涉及一种对嵌入稳流电阻器的双极晶体管的改进。详细地，本专利技术的一个目的是提供一种减小稳流电阻器层厚度的双极晶体管。本专利技术的另一个目的是提供一种含有稳流电阻器的双极晶体管，用于提高该双极晶体管的RF特性。本专利技术的一个方面，双极晶体管包括一个集电极区，一个连接集电极区的基极区，一个连接基极区的发射极区，一个发射极电极，一个基极电极，至少一个颗粒状金属-介电材料的第一、第二电阻层。第一电阻层置于发射极区和发射电极之间，第二电阻层置于基极区和基极电极之间。颗粒状金属-介电材料的电阻通过金属颗粒和介电基质(dielectric matrix)的体积比来大范围调节。这样允许电阻层具有足够大的垂直电阻，以避免减小厚度时的热逸溃。在双极晶体管包括第一电阻层的情况下，该双极晶体管优选包括一种置于第一电阻层和发射极区之间的电极薄膜，以便电极薄膜和电阻层形成欧姆接触。接着，双极晶体管优选包括一种置于第二电阻层和基极区之间的电极薄膜，以便当该双极晶体管在基极电极和基极区之间包括第二电阻层时，电极薄膜和和电阻层形成欧姆接触。包括在电阻层中的介电基质优选由相对介电常数等于或大于10的高k值材料形成，更优地，等于或大于100。介电基质可以包括钙钛矿氧化物，氧化钽或二氧化铪。为了提高双极晶体管的RF特性，例如RF增益，电阻层的电阻温度系数为正是有利的。发射极区的带隙优选要比基极区要大。本专利技术的另一个方面，一个多触点双极晶体管包括在一个衬底上制作多个双极晶体管。多个双极晶体管中每一个都包含一个集电极区，一个连接集电极区的基极区，一个连接基极区的发射极区，一个发射极电极，一个基极电极，以及至少一个颗粒状金属-介电材料的第一、第二电阻层。第一电阻层置于发射极区和发射电极之间，第二电阻层置于基极区和基极电极之间。仍然在本发面的另一方面，一种制作双极晶体管的半导体结构包括一个半导体衬底，一种在半导体衬底上半导体外延层，以及一种放置在并覆盖半导体外延层的颗粒状金属-介电材料。电阻层优选包括相对介电常数等于或大于10的介电基质。另外，电阻层的电阻温度系数优选为正。半导体外延层可以包括在半导体衬底上具有第一导电类型的第一半导体薄膜，在第一半导体薄膜上具有第二导电类型的第二半导体薄膜，以及具有第一导电类型的第三半导体薄膜。第三半导体薄膜的带隙比第二半导体薄膜要大。半导体优选包括一种置于半导体外延层和电阻层之间的金属或合金电极层，电极层和电阻层形成欧姆接触。仍然在本发面的另一方面，一种制作双极晶体管的方法包括形成一个集电极区；形成一个连接集电极区的基极区；形成一个连接基极区的发射极区；形成一个发射极电极； 形成一个基极电极；以及形成至少一个颗粒状金属-介电材料的第一、第二电阻层，第一电阻层置于发射极区和发射电极之间，第二电阻层置于基极区和基极电极之间。附图说明图1是本专利技术第一实施例的一种双极晶体管剖视图；图2-图8是第一实施例中图解双极晶体管制作过程的剖视图；图9是集成有第一实施例的双极晶体管的多触点HBT平面图；图10是本专利技术第二实施例的一种双极晶体管剖视图；图11-图15是本专利技术第二实施例中图解双极晶体管制作过程的剖视图；以及图16是第一、第二实施例中双极晶体管修改的剖视图。具体实施例方式本专利技术的优选实施例将在下面根据附图详细描述。第一实施例本专利技术的第一实施例中，如图1所示，一种NPN型异质结双极晶体管1形成于一种本征GaAs衬底2上。该异质结双极晶体管1包括带隙比基极大的发射极。一个集电极接触层3置于衬底2上。集电极接触层3由重掺杂n型GaAs薄膜形成。集电极接触层3的一部分覆盖了集电极电极4，该电极包括一系列的导电层一层AuGe层，一层Ni层，一层Au层(未示出)。集电极电极4与集电极接触层3在AuGe层上接触，在集电极接触层3与集电极电极4之间形成欧姆接触。一个集电极层5置于集电极接触层3上。集电极层5包括一种n型GaAs薄膜。一个基极层6置于集电极层5上。基极层6包括重掺杂的p型GaAs薄膜。基极层6的一部分覆盖了基极电极7，该电极包括一系列金属层一层Pt层，一层Ti层，一层Au层(未示出)。基极电极7与基极层6在Pt层上接触，在基极层6和基极电极7之间形成欧姆接触。一个发射极层8置于基极层6上。发射极层8包括一种n型InGaP薄膜。发射极层8的带隙比基极层6的大，该基极层6包括重掺杂的p型GaAs薄膜。第一、第二发射极接触层9，10依次放置并覆盖发射极层8。第一发射极接触层9包括重掺杂的n型GaAs薄膜，第二发射极接触层10包括重掺杂的n型InGaAs薄膜。一个欧姆电极层11置于第二发射极接触层10上。欧姆电极层11包括一系列金属或合金层一层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极晶体管包括：一个集电极区；一个连接所述集电极区的基极区；一个连接所述基极区的发射极区；一个发射极电极；一个基极电极；以及颗粒状金属－介电合成物的第一和第二电阻层中的至少一个，其中所述第 一电阻层置于所述发射极区和发射电极之间，所述第二电阻层置于所述基极区和基极电极之间。

【技术特征摘要】
JP 2002-8-6 229132/20021.一种双极晶体管包括一个集电极区；一个连接所述集电极区的基极区；一个连接所述基极区的发射极区；一个发射极电极；一个基极电极；以及颗粒状金属-介电合成物的第一和第二电阻层中的至少一个，其中所述第一电阻层置于所述发射极区和发射电极之间，所述第二电阻层置于所述基极区和基极电极之间。2.根据权利要求1的双极晶体管，进一步包括一个置于所述第一电阻层和发射极区之间的电极薄膜，其中所述电极薄膜和电阻层形成欧姆接触。3.根据权利要求1的双极晶体管，进一步包括一个置于所述第二电阻层和基极区之间的电极薄膜，其中所述电极薄膜和电阻层形成欧姆接触。4.根据权利要求1的双极晶体管，其中所述电阻层包括一种介电基质；分布于所述介电基质中的金属颗粒，其中所述介电基质的相对介电常数等于或大于10。5.根据权利要求1的双极晶体管，其中所述电阻层具有足够避免所述双极晶体管的热逸溃的垂直电阻。6.根据权利要求1的双极晶体管，其中所述电阻层的电阻率温度系数为正。7.根据权利要求1的双极晶体管，其中所述发射极区的带隙比所述基极区的带隙要大。8.一种多触点双极晶体管包括在一个衬底上制作的多个双极晶体管，其中多个双极晶体管中的每一个都包括一个集电极区；一个连接所述集电极区的基极区；一个连接所述基极区的发射极区；一个发射极电极；一个基极电极；以及颗粒状金属-介电合成物的第一和第二电阻层中的至少一个，所述第一电阻层置于所述发射极区和发射电极之间，所述第二电阻层置于所述基极区和基极电极之间。9.根据权利要求8的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：本诚和彦，内田和男，加藤修一，森崎弘，野崎真次，一户隆久，
申请(专利权)人：明科有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]