[發明專利]一種化合物半導體晶圓結構

有效

• 申請號: 201210195095.8
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN103489860A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 林正國;李思儒;許榮豪;蔡緒孝
• 申請（專利權）人: 穩懋半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L27/06
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明涉及一種化合物半導體晶圓結構，尤其涉及一種整合異質接面雙極晶體管(heterojunction?bipolar?transistor；HBT)、場效晶體管(field?effect?transistor；FET)以與門流管晶體管(Thyristor)磊晶結構于單一晶圓，可應用于靜電防護(Electrostatic?Discharge,ESD)系統的化合物半導體晶圓結構。

背景技術

當人體碰觸集成電路時，人體上累積的靜電會經由集成電路的接腳進入電路中，再經由集成電路接地放電，放電過程會在短短幾百奈秒(ns)時間產生數安培的瞬間電流，造成集成電路組件功能異常或損毀，因此在集成電路中通常需要設計一靜電防護系統以保護電路中的組件。

在化合物半導體單一晶圓制程中，受限于磊晶層的設計，在靜電防護的設計方面，傳統上多是使用pn接面二極管或蕭基二極管(Schottky?diode)，在實際應用上，通常是在晶元上先制作多個二極管，再將這些二極管串接使用，因此需占據較大晶圓面積，且二極管的導通電壓較小，靜電防護能力因此受到限制。

硅控整流器(silicon-controlled?rectifier；SCR)為閘流管晶體管(Thyristor)的一種，其結構為pnpn結構，廣泛應用于硅晶圓制程。硅控整流器具有高導通電壓，而當組件進入導通狀態時則具有一低持有電壓(holding?voltage)，應用于靜電防護電路時可將系統電壓箝制在很低的電壓準位，使內部電路可以有效地被保護住，具有良好的靜電防護效能。

目前在化合物半導體晶圓結構方面，為了提高組件積集度，已逐漸采用一種稱為BiFET/BiHEMT的結構，亦即一種異質接面雙極晶體管(HBT)與場效晶體管/高電子遷移率晶體管(FET/HEMT)的垂直堆棧結構，可以將HBT與FET/HEMT組件整合于同一芯片上；由于HBT具有npn或pnp接面結構，而FET/HEMT可為n型或p型，因此，如能在BiFET/BiHEMT結構中形成硅控整流器所需的pnpn結構，即可將硅控整流器與BiFET/BiHEMT結構加以整合，能更加提高單一晶圓的應用范圍，同時可大幅改善靜電防護能力。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種化合物半導體晶圓結構，其是在一BiFET結構中插入一n型摻雜蝕刻終止層以及一p型插入層，藉以整合場效晶體管(FET)、異質接面雙極晶體管(HBT)以與門流管晶體管(Thyristor)的磊晶結構于一化合物半導體晶圓結構中；其中該閘流管晶體管可應于靜電保護系統(ESD)，可大幅縮小傳統利用二極管的靜電保護電路晶圓使用面積，并進一步提升靜電保護能力，大幅增進產品競爭力。

為達上述目的，本發明提供一種化合物半導體晶圓結構，包含一基板、一場效晶體管磊晶結構、一n型摻雜蝕刻終止層、一p型插入層以及一異質接面雙極晶體管結構，其中該場效晶體管磊晶結構位于該基板之上，包含一通道層以及一n型摻雜層，其中該n型摻雜層位于該通道層之上，可用以制作n型場效晶體管；該異質接面雙極晶體管磊晶結構由下而上依序包含一次集極層、一集極層、一基極層以及一射極層，其中該次集極層、該集極層以及該射極層為一n型摻雜層而該基極層為一p型摻雜層，從而構成一npn型異質接面雙極晶體管磊晶結構；其中該場效晶體管磊晶結構、該n型摻雜蝕刻終止層、該p型插入層以及該異質接面雙極晶體管磊晶結構的次集極層、集極層與基極層可構成一具有pnpn型接面結構的閘流管晶體管(Thyristor)磊晶結構。

于實施時，前述結構中之n型摻雜蝕刻終止層由磷化銦鎵(InGaP)所構成，其摻雜濃度為大于等于1×10¹⁵且小于等于1×10²²cm^-3，且其厚度為介于至之間。

于實施時，前述結構中之p型插入層可包含一至數層p型摻雜層，其中兩兩相鄰的p型摻雜層其摻雜濃度不同，該p型插入層每一層摻雜濃度為大于等于1×10¹⁵cm^-3且小于等于1×10²²cm^-3，且其每一層厚度為介于至之間。

于實施時，前述結構中之p型插入層可包含一p+型摻雜層以及一p-型摻雜層，其中該p+型摻雜層為一高濃度p型摻雜層，而該p-型摻雜層為一低濃度p型摻雜層，該p-型摻雜層位于該p+型摻雜層之上。

于實施時，前述p+型摻雜層以及p-型摻雜層由砷化鎵(GaAs)所構成。