[發明專利]一種晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201210544375.5
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103000674B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 吳東平;付超超;張世理;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417;H01L29/43;H01L21/28
• 代理公司: 上海晨皓知識產權代理事務所(普通合伙)31260
• 代理人: 盧剛

技術領域

本發明涉及電子器件技術，特別涉及一種晶體管及其制造方法。

背景技術

在0.5至6太赫茲(THz，即10¹²赫茲)頻率體系，成像和光譜系統在安全、衛生、遙感和基礎科學等領域具有重要的應用。太赫茲波在水中具有很強的衰減強度，但對生物組織具有較大的穿透深度，而不會對生物組織造成損害。因此，他們特別適合于涉及透過不透明的物體進行低風險成像的安全應用，比如透過衣服、牙齒、紙張、塑料和陶瓷材料的成像。太赫茲波在衛生應用中也非常理想，比如皮膚癌的早期診斷。因此，近來已經對許多涉及安全、醫藥、生物分析、用于環境監測的遙感和減輕自然災害的社會基礎應用進行了廣泛地研究。憑借其高頻率，太赫茲波也同樣適用于極限寬帶通信。

然而，到目前為止，太赫茲頻段區域在日常中的應用卻非常少。這就導致了“太赫茲空隙”(THz?gap)這一表述的出現，它不精確地描述了缺乏足夠的技術，來有效地彌合低于1THz的微波頻率和高于6THz的光頻率之間的頻段，特別是，在這個特定的頻率范圍內缺乏具有有用功率水平的實際源。現在，半導體電子和激光光學元件從各自相反的方向來縮小這個太赫茲空隙。先進的半導體技術，包括硅-互補金屬氧化物半導體(Silicon-CMOS)、鍺硅異質結雙極型晶體管(SiGe?HBT)和化合物半導體HEMT器件(高電子遷移率晶體管)，極大地促進了毫米波技術的發展。然而，通過最強大的和具有成本效益的SiGe?HBT技術預計可達到的頻率在目前約為0.5THz。在光學領域，依靠從良好定義的電子態轉換的現代固態激光器，在打破6THz壁壘時，遇到了嚴重的挑戰，因為這樣的頻率的光能量等于室溫下熱波動的能量，即kT＝26毫電子伏特(meV)。

目前，可以通過無源器件，比如頻率乘法器，進入THz頻段。然而，這樣的器件普遍具有顯著的功率損耗，這導致在實際應用中使用這些器件時功率和系統體積比將不切實際的小。因此，小而高效的有源THz器件是唯一的解決辦法。真空電子器件，包括速調管，已被視為一種用于彌合THz空隙的方式。這種器件或許可以應用到軍事和航空航天領域，但可以預見，其大尺寸、顯著的能量消耗和糟糕的可靠性，將阻礙它們向安全衛生等廣闊的民用領域滲透。因此，基于先進半導體的固態電子器件是唯一能用于我們日常生活的，特別是使用電池供電的便攜式太赫茲系統。

在1THz運行的基于CMOS的解決方案需要具有10納米(nm)溝道長度的晶體管。然而，在這個柵極長度，由于量子隧道效應，晶體管會輸出非常低的功率。憑借優越的跨導和噪聲特性，SiGe?HBT技術被普遍認為給新興的高頻率市場提供了最強大的和具有成本效益的解決方案。目前，SiGe?HBT的基礎技術是通過化學氣相沉積(CVD)的SiGe。目前最先進的SiGe?HBT在室溫下具有0.4THz的截止頻率。正在進行的名為“DOTFIVE”的歐洲FP7計劃，包括主要的歐洲半導體企業，試圖在2013年推出0.5THz的SiGe?HBT技術。值得注意是，在DOTFIVE計劃中，用于0.325THz的完整的頻率乘法器鏈的電路設計代表了目前的最高發展水平，但這不但是一個非常有損耗的方法，也還未能進入THz空隙。

發明內容

在一個實施例中，SiGe?HBT可以在外延的金屬硅化物上通過原子層外延(ALE)法形成超薄(例如，小于或者等于10nm)半導體的異質結。應力工程可以應用于HBT部分區域或全部區域上，用來提高橫向空穴和縱向電子導電。SiGe?HBT具有倒置異質結結構，并通過減少寄生效應、并為關鍵的基區形貌控制提供更好的熱處理預算，從而得到最大化的頻率性能。可以通過采用ALE技術，在預先外延形成的金屬硅化物上外延形成發射區、在發射區上外延形成基區，然后在基區上外延形成集電區，來制備得到倒置異質結結構。采用新的接觸方式，以在某些或所有的HBT引出端中提供極低的接觸電阻。

SiGe?HBT可以采用適合于工業化生產的CMOS技術制備。

在一個實施例中，一個HBT包括生長在半導體襯底上的超薄單晶外延金屬硅化物層，其厚度為10nm或更薄，在該金屬硅化物層上形成單晶硅發射極，在發射極上形成基極，基極具有約10nm或更小的寬度；并在基極上形成單晶硅集電極。該HBT具有集電極更靠近HBT表面的倒置結構。

在進一步的實施例中，發射極是碳摻雜的。

在進一步的實施例中，單晶外延金屬硅化物是在Si(100)襯底上的超薄外延NiSi₂膜。

在進一步的實施例中，發射極和集電極分別具有約10nm或更薄的厚度。