[發(fā)明專利]超結(jié)集電區(qū)應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410146902.6
• 申請日: 2014-04-12
• 公開（公告）號: CN103943670A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金冬月;胡瑞心;張萬榮;王肖;付強(qiáng);魯東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;H01L29/16;H01L29/161;H01L29/08
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，特別是用于功率放大器、GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、交通系統(tǒng)自動監(jiān)測等大功率射頻和微波領(lǐng)域的具有高擊穿電壓大電流增益的超結(jié)集電區(qū)應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。

背景技術(shù)

SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（heterojunction?bipolar?transistor，HBT）在具有高電流處理能力、大電流增益和高厄利電壓的同時，還具有優(yōu)異的高頻特性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于移動電話系統(tǒng)、藍(lán)牙、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、相控陣天線系統(tǒng)、汽車?yán)走_(dá)等射頻和微波電路中。特別是隨著第四代SiGe工藝的全面提升，SiGe?HBT將在毫米波雷達(dá)、Gb/s級無線局域網(wǎng)(WLAN)以及100Gb/s以太網(wǎng)等亞太赫茲(>500GHz)應(yīng)用領(lǐng)域中扮演越來越重要的角色。

SiGe?HBT采用“能帶工程”在基區(qū)引入Ge組分，使基區(qū)禁帶寬度小于發(fā)射區(qū)禁帶寬度，此時注入效率不再單純由發(fā)射區(qū)和基區(qū)摻雜濃度比來決定，而主要由發(fā)射區(qū)和基區(qū)的禁帶能量差來決定，因此器件可獲得更高的電流增益，同時可采用基區(qū)重?fù)诫s以獲得更好的頻率特性。然而，常規(guī)SiGe?HBT通常生長在Si襯底上，對于一定厚度的基區(qū)，隨著Ge組分的增加，基區(qū)禁帶寬度（E_g）將進(jìn)一步減小，同時生長在Si襯底之上的SiGe外延層的應(yīng)力也將隨之增加，當(dāng)超過其臨界應(yīng)力時，Si原子和Ge原子將產(chǎn)生失配錯位進(jìn)而導(dǎo)致晶格缺陷，退化器件性能，因此器件電流增益的提高將受到限制。此外，隨著SiGe?HBT特征頻率的提高，器件的擊穿電壓隨之下降，從而導(dǎo)致器件的輸出功率和射頻系統(tǒng)的信噪比降低，這嚴(yán)重限制了SiGe?HBT的微波功率應(yīng)用。因此，如何設(shè)計一種面向微波大功率領(lǐng)域應(yīng)用的兼具大電流增益、高擊穿電壓的功率SiGe?HBT具有重要的理論和實際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種超結(jié)集電區(qū)應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)雙極晶管。

一種超結(jié)集電區(qū)應(yīng)變硅異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其特征在于：

包括SiGe虛擬襯底（10），弛豫Si_1-yGe_y次集電區(qū)（11），弛豫Si_1-yGe_y集電區(qū)（12），超結(jié)n型柱區(qū)（13），超結(jié)p型柱區(qū)（14），本征應(yīng)變Si_1-xGe_x緩沖層（15），應(yīng)變Si_1-xGe_x基區(qū)（16），應(yīng)變Si發(fā)射區(qū)（18）；

所述超結(jié)n型柱區(qū)（13）和所述超結(jié)p型柱區(qū)（14）位于所述弛豫Si_1-yGe_y集電區(qū)（12）內(nèi)且對應(yīng)多晶硅層（19）正下方的集電區(qū)區(qū)域為所述超結(jié)n型柱區(qū)；

所述超結(jié)n型柱區(qū)（13）和所述超結(jié)p型柱區(qū)（14）在保證其對應(yīng)應(yīng)多晶硅層（19）正下方的集電區(qū)區(qū)域內(nèi)為超結(jié)n型柱區(qū)的同時，所述超結(jié)n型柱區(qū)（13）和所述超結(jié)p型柱區(qū)（14）沿器件橫向方向交替排列；

所述應(yīng)變Si_1-xGe_x基區(qū)（16）中的Ge組分含量x大于所述弛豫Si_1-yGe_y次集電區(qū)（11）和所述弛豫Si_1-yGe_y集電區(qū)（12）中的Ge組分含量y，且y>0。

優(yōu)選地，所述超結(jié)n型柱區(qū)（13）和所述超結(jié)p型柱區(qū)（14）寬度和濃度均相等，且所述超結(jié)n型柱區(qū)（13）和所述超結(jié)p型柱區(qū)（14）的寬度大于或等于位于二氧化硅（SiO₂）層（20）之間的多晶硅（poly）層（19）的寬度，濃度小于或等于弛豫Si_1-yGe_y集電區(qū)（12）的雜質(zhì)濃度。

優(yōu)選地，所述晶體管的應(yīng)變Si_1-xGe_x基區(qū)（16）中的Ge組分含量x大于或等于0.3，且弛豫Si_1-yGe_y次集電區(qū)（11）和弛豫Si_1-yGe_y集電區(qū)（12）中的Ge組分含量y需滿足0<y<x。