异质结双极晶体管的结构及方法技术

按照一个公开的实施例，形成重掺杂的子集电极（２１０）。接着，在重掺杂的子集电极（２１０）之上制造集电极（２３０），其中集电极（２３０）包括邻近子集电极（２１０）的中等掺杂的集电极层（２３２）和在中等掺杂的集电极层（２３２）上面的低掺杂的集电极层（２３４）。中等掺杂的集电极层（２３２）和低掺杂的集电极层（２３４）包括分别掺杂了近似５×１０↑［１６］ｃｍ↑［－３］到近似１×１０↑［１８］ｃｍ↑［－３］的硅的ＧａＡｓ，和掺杂了近似１×１０↑［１６］ｃｍ↑［－３］到近似３×１０↑［１６］ｃｍ↑［－３］的硅的ＧａＡｓ。此后，在集电极（２３０）上生长基极（２１２），在基极（２１２）上淀积发射极（２１４）。ＨＢＴ的集电极（２３０）防止耗尽区到达不过度阻止耗尽区扩展的子集电极（２１０）。结果，阻止了子集电极（２１０）中的丝化现象，但是ＨＢＴ的性能保持最优化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1、专利
本专利技术通常涉及半导体器件的制造领域。更具体的，本专利技术涉及异质结双极晶体管的制造领域。2、现有技术GaAs基器件可给无线电通信应用的功率和放大需要提供改良的线性和功率效率。表现出高的功率密度性能的镓-砷(“GaAs”)异质结双极晶体管(“HBT”)的特殊意义是，使它们以低成本和高功率放大适用于CDMA、TDMA与GSM无线电通信的器件中。与常规硅双极晶体管相比，在速率、频率响应和击穿方面NPN砷化镓HBT具有显著的优点。由于砷化镓的某种优点，例如大的能带隙和高的电子迁移率，砷化镓NPN HBT可具有更高的击穿、速率和频率特性。与具有1.1eV的硅相比，砷化镓具有1.424eV的能带隙，并且与800-2000cm2/(V-sec)的硅相比，其电子迁移率大约为5000-8000cm2/(V-sec)。结果，与硅器件的频率和输入功率相比，GaAs器件可达到显著大的增益带宽乘积和击穿。已知由于穿过P-N界面的多数载流子的扩散，当NPN砷化镓HBT是非活性的时，在P-N、集电极-基极的结中存在空间电荷层。不施加电压时，空间电荷层的宽度，即“耗尽区”相对较窄。而且，多数载流子的迁移而导致的穿过耗尽区的电场相对较弱。但是，当对集电极-基极结施加反向电压时，即当集电极-基极结反向偏置时，电场增强，耗尽区相应的变宽，其耗尽区的边缘一步步延伸至集电极中。电场的强度与集电极耗尽区的宽度直接与施加的反向电压有关。此外已知从发射极注入到基极中的电子通过电场加速穿过耗尽区到达集中它们的集电极。穿过耗尽区的电场强度取决于移动通过集电极-基极结的电子的能量。因此，如果升高施加于结的反向电压，电场得到增强，并且电子能量相应增加。某种电压通常指“击穿电压”，通过集电极-基极结的多个电子通过碰撞得到足够的能量，在耗尽区中产生电子空穴对。产生碰撞的空穴和电子影响反向电流，即从集电极流向基极的电流，并且快速的增加反向电流的结果。提供不超过器件的最大功率耗散额度，由于电流的快速增大而产生的“击穿”不一定导致HBT的灾难性故障。但是，产生的热量和温度升高的结果可威胁器件的运行。现在参照附图说明图1，说明了使用常规制造方法制造的NPN砷化镓HBT。砷化镓(“GaAs”)HBT100包括发射极接触120、基极接触122和124，以及集电极接触126。此外，GaAs HBT100包括发射极盖118、发射极盖116、发射极114和基极112。在典型的GaAs HBT中，例如，当发射极盖116为掺杂了近似5×1018cm-3的硅的砷化镓时，发射极盖118为掺杂大约1×1019cm-3的碲的铟砷化镓(“InGaAs”)。发射极114可包括掺杂了3×1017cm-3的相对低浓度的硅的砷化铝镓(“AlGaAs”)或磷化铟镓(“InGaP”)。基极112可以是例如掺杂了4×1019cm-3的碳的砷化镓。继续如图1所示，GaAs HBT100进一步包括集电极130和子集电极110。依照常规制造方法，集电极130包括均匀地和轻微地掺杂了1×1016cm-3的硅的砷化镓。在集电极130下面就是子集电极110，其也为砷化镓。但是，子集电极110掺杂了非常高浓度的硅，一般在5×1018cm-3的范围。在GaAs HBT 100中，集电极层130可以是0.3微米到2.0微米的厚度之间，子集电极110可以是在0.3微米和2.0微米的厚度之间。如上所讨论的，当NPN砷化镓HBT处于激活方式时，由于由施加的电压产生的电场，集电极-基极结的耗尽区变宽。因此，当向GaAs HBT100施加电压时，最初在基极112和集电极130之间的P-N结形成的窄耗尽区变宽。此外，由于集电极电压逐渐变大，耗尽区的边缘更深的延伸至集电极130中，并且在足够高的电压下，耗尽区最后到达子集电极110。但是，已知由于子集电极110显著的高掺杂级，子集电极110的耗尽过程非常缓慢。取决于集电极130的厚度和掺杂级，此时或者当耗尽区侵入到子集电极110之后，在靠近集电极130和子集电极110之间的界面的耗尽区的边缘处产生击穿电压。由于耗尽区延伸穿过集电极130并且到达集电极-子集电极界面的结果，靠近重掺杂的子集电极110形成强电场。强电场引起丝化现象(filamentation)，简单陈述一下丝化现象是与器件内局部温度一同显著增加的、小区域中引起高功率耗散的局部电流。理论上来说，例如通过来自重掺杂的子集电极中的例如硅的掺杂物的沉淀在子集电极区中的局部不均匀性、通过晶体中的自然缺陷，或者通过器件中的内部热梯度，引起丝化现象。与丝化现象的精确机理无关，最终导致过早的故障失效。因此本领域需要用来可最小化丝化现象的可能性以增强器件的操作条件的制造砷化镓HBT的方法。专利技术概述本专利技术的目的在于异质结双极晶体管的方法和结构。在一个实施例中，本专利技术导致具有防止耗尽区到达子集电极附近的集电极的异质结双极晶体管(“HBT”)，由此防止在集电极和子集电极之间的结处的强电场的形成，并且由此抑制子集电极中的丝化现象。依照本专利技术的一个实施例，形成重掺杂的子集电极。重掺杂的子集电极可包括，例如，掺杂高浓度硅的砷化镓。接着，在重掺杂的子集电极上制造集电极，其中集电极包括邻近子集电极的中等掺杂(medium-doped)的集电极层和中等掺杂的集电极层之上的低掺杂的集电极层。中等掺杂的集电极层和低掺杂的集电极层可包括掺杂硅的砷化镓，例如，在中等掺杂的集电极层情形中为近似5×1016cm-3和近似1×1018cm-3之间，在低掺杂集电极层中情形为近似1×1016cm-3和近似3×1018cm-3之间。依照一个实施例，集电极可进一步包括在低掺杂的集电极层上的中等/高掺杂的(medium/high-doped)集电极层，中等/高掺杂的集电极层可包括掺杂了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的砷化镓。因此，在集电极上生长基极，在基极上淀积发射极。HBT的集电极阻止耗尽区到达不过度阻止耗尽区扩展的子集电极。结果，防止了子集电极中的丝化现象，但是可用特殊电路优化HBT的性能。此外，在可制造HBT结构中，集电极包括邻近重掺杂的子集电极的中等掺杂的集电极层。集电极还包括在中等掺杂的集电极层上的低掺杂的集电极层。HBT进一步包括在低掺杂的集电极层上的基极和基极上的发射极。最终HBT结构中阻止耗尽区到达子集电极，防止子集电极中产生丝化现象。附图简介图1描述了使用常规方法制造的HBT的某些特征的截面图；图2描述了依照本专利技术的一个实施例制造的HBT的某些特征的截面图；图3描述了依照本专利技术的一个实施例的制造的HBT的某些特征的截面图4描述了依照本专利技术的一个实施例制造的HBT的某些特征的截面图；图5示出了描述开始执行本专利技术的实施例的某些实施步骤的流程图。专利技术的详细说明本专利技术目的在于异质结双极晶体管的方法和结构。以下的说明包含与本专利技术的实施过程相关的具体信息。本领域技术人员可以理解本专利技术可以不同于本申请中具体讨论的方法来实施。此外，为了不模糊专利技术，不讨论本专利技术的某些具体细节。本申请的附图及其详细说明目的仅是示例性本专利技术的实施例。为了简便，本专利技术的其他实施例不在本申请中具体描述并且不通过本附图具体说明。参照图2，其示出示例性HB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造ＨＢＴ的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：形成子集电极；在所述子集电极上制造集电极，所述集电极包括邻近所述子集电极的中等掺杂的集电极层和在所述中等掺杂的集电极层之上的低掺杂的集电极层；在所述集电极上生长 基极；在所述基极上淀积发射极。

【技术特征摘要】
US 2001-12-27 10/034,8801.一种制造HBT的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤形成子集电极；在所述子集电极上制造集电极，所述集电极包括邻近所述子集电极的中等掺杂的集电极层和在所述中等掺杂的集电极层之上的低掺杂的集电极层；在所述集电极上生长基极；在所述基极上淀积发射极。2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述中等掺杂的集电极层包括掺杂了近似5×1016cm-3到近似1×1018cm-3的硅的GaAs。3.如权利要求2的方法，其特征在于，所述中等掺杂的集电极层具有近似1000到近似5000的厚度。4.如权利要求1的方法，其特征在于，所述低掺杂的集电极层包括掺杂了近似1×1016cm-3到近似3×1016cm-3的硅的GaAs。5.如权利要求4的方法，其特征在于，所述低掺杂的集电极层具有近似0.5微米到近似1.0微米之间的厚度。6.如权利要求1的方法，其特征在于，所述集电极进一步包括淀积在所述低掺杂的集电极层和所述基极之间的中等/高掺杂的集电极层。7.如权利要求6的方法，其特征在于，所述中等/高掺杂的集电极层包括掺杂了近似2×1016cm-3到近似3×1018cm-3的硅的GaAs。8.如权利要求7的方法，其特征在于，所述中等/高掺杂的集电极层具有近似100到近似500之间的厚度。9.如权利要求8的方法，其特征在于，所述低掺杂的集电极层包括掺杂了近似1×1015cm-3到近似5×1015cm-3的碳的GaAs。10.如权利要求1的方法，其特征在于，所述子集电极包括掺杂了近似5×1018cm-3硅的GaAs。11.如权利要求1的方法，其特征在于，所述基极包括掺杂了近似4×1019cm-3碳的GaAs。12.如权利要求1的方法，其特征在于，所述发射极包括选择由InGaP和GaAs构成的组的材料。13.如权利要求12的方法，其特征在于，所述发射极掺杂了近似3×1017cm-3的硅。14.如权利要求1的方法，其特征在于，还包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：RS伯顿，A萨梅利斯，H育西克，
申请(专利权)人：空间工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]