[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410108709.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104078496B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 托尼·范胡克;維特·桑迪斯;安可·赫琳哈;迪克·克勞森;埃弗利娜·格里德萊特;讓·斯勞特勃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: NXP股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/732
• 分類號(hào): H01L29/732;H01L29/08;H01L21/331
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 楊靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。具體地，本發(fā)明涉及包括半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體襯底上的雙極晶體管的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)

在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，不斷需要能夠高速操作的功率放大器。這種類型的系統(tǒng)典型地使用發(fā)射機(jī)側(cè)的功率放大器以使這些功率放大器能夠通過(guò)電磁輻射將來(lái)自電路的數(shù)據(jù)傳送至開(kāi)放空間。這些高頻功率放大器設(shè)計(jì)為工作在高電流和/或高電壓下，以傳輸足夠的功率。

盡管可以使用基于CMOS的技術(shù)來(lái)生產(chǎn)高功率輸出的功率放大器，對(duì)于提供(超)高頻率的高效率高功率放大器來(lái)說(shuō)雙極技術(shù)仍然是重要的。通常，雙極器件在高功率性能、高頻率性能和成本之間存在權(quán)衡。

對(duì)于雙極技術(shù)來(lái)說(shuō)，可以利用大面積晶體管來(lái)獲得高電流，而器件的擊穿電壓在很大程度上決定了操作器件的最大電壓擺動(dòng)。然而，最優(yōu)的RF性能(例如，最大振蕩頻率f_MAX)只能通過(guò)窄射極晶體管來(lái)獲得，使得本征基極電阻最小。因此，通常使用較長(zhǎng)的“指”狀晶體管形狀來(lái)增大晶體管面積、晶體管電流和相應(yīng)的輸出功率。目前在實(shí)踐中，通常將有源區(qū)劃分為若干射極指，以在更大面積上擴(kuò)散晶體管的總電流。

圖1A示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)已知的雙極晶體管的示例。晶體管包括：集電極4、基極6和射極8?；鶚O6位于集電極4(例如可以掩埋在半導(dǎo)體襯底中，其中器件位于在半導(dǎo)體襯底上)上(上方)，射極8位于基極6上(上方)。集電極4、基極6和射極8分別均具有用于與之電連接的相應(yīng)觸點(diǎn)14、16和18。

從以下簡(jiǎn)化公式可以看出，在這種類型的器件中，指標(biāo)f_MAX的最大振蕩頻率指數(shù)由兩個(gè)因素主導(dǎo)，即，基極電阻(R_B)和集電極-基極電容(C_BC)：

其中f_T是截止頻率(參見(jiàn)“A Novel SOI Lateral Bipolar Transistor with30GHz f_MAXand27V BVCEO for RF Power Amplifier Applications”，Proceedings of the17th International Symposium on Power Semiconductor Devices&IC's，May23-26，2005，Santa Barbara，CA)。

改善雙極晶體管的f_MAX的方法包括：通過(guò)增大基極中的摻雜等級(jí)或者通過(guò)修改非本征基極區(qū)來(lái)減小R_B(本征和非本征兩者)。然而，增大本征基極中的摻雜等級(jí)可能導(dǎo)致較低的集電極電流并從而可能導(dǎo)致較低的f_T。

改善f_MAX的另一種方法包括嘗試減小集電極-基極電容C_BC。在過(guò)去，這些努力包括改變器件架構(gòu)或者通過(guò)減少覆層(例如，使用更好的光刻技術(shù))。

減小C_BC的一種具體方法包括將晶體管的設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)以生產(chǎn)所謂的“倒置晶體管”(例如，參見(jiàn)“Single and Double Heterojunction Bipolar Transistors in Collector-up Topology”，A.Henkel et al.，GAAS98，Amsterdam，and“Collector-up SiGe Heterojunction Bipolar Transistors”，A.Gruhle et al.，IEEE Transactions on Electron Devices，vol.46，No.7，July1999)。

圖1B示出了倒置雙極晶體管的示意圖。如在圖1A的示例中一樣，晶體管包括集電極4、基極6和射極8。同樣，集電極4、基極6和射極8分別均具有用于與之電連接的相應(yīng)觸點(diǎn)14、16和18。但是在倒置拓?fù)渲?，基極6位于射極8上(上方)，而集電極4位于基極6上(上方)。

通過(guò)比較圖1A和圖1B可以看出，在倒置方法中，相比于基極-集電極接觸面積由基極6的面積來(lái)限定的更傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，集電極4和基極6之間的接觸面積相對(duì)較小。這導(dǎo)致了更小的集電極-基極電容C_BC。

相反，圖1B中基極6與射極8之間的接觸面積相對(duì)較大。因此，減小集電極-基極電容的代價(jià)是增大的基極-射極電容C_BE，增大的基極-射極電容C_BE繼而降低了f_T性能，從而妨礙了改善f_MAX(等式1)的全部努力。