[發明專利]SOI基復合集成HBT和CMOS的外延結構及制備方法

在審

• 申請號: 201810731812.1
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108878368A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 代京京;王智勇;蘭天;李穎
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L21/8249
• 分類號: H01L21/8249;H01L27/04;H01L21/331
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 孫民興

本發明公開了SOI基復合集成HBT和CMOS的外延結構及制備方法，該外延結構由復合集成在同一SOI襯底上的GaAs基HBT和CMOS構成；SOI基HBT和CMOS結構區被InGaP腐蝕隔離層隔開；制備方法為：在SOI襯底基礎上生長InGaAs緩沖層，再在InGaAs緩沖層上依次生長各層得到HBT，InGaP腐蝕隔離層在InGaAs高摻雜帽層上外延生長而成；CMOS由在InGaP腐蝕隔離層上依次外延生長而成；經過相應的外延和材料沉積工藝，可以達到單片復合集成SOI基HBT和CMOS器件的目的。本發明可用于5G通訊中將功放器件和模擬器件實現單芯片集成。

技術領域

本發明涉及半導體器件集成技術領域，尤其涉及SOI基復合集成HBT和CMOS的外延結構及制備方法。

背景技術

近幾十年來半導體工藝一直通過幾何尺寸的不斷縮小來提高其性能，不斷壓縮尺寸不僅對設備和加工技術提出了越來越高的要求，成本越來越高，并且由于硅材料固有特性的限制，硅工藝技術的器件速度已經接近了物理極限，進一步提升器件速度并保持器件線性已經面臨極大科學和技術問題，沒有好的線性特性，高性能模擬集成電路遇到了速度、精度和性能之間的根本矛盾。

GaAs基HBT器件作為微波元器件具有高頻、高速、高功率增益和低噪聲系數的特點，因而在微波、毫米波頻段有著廣泛的應用，大量應用于軍事、太空和民用通訊領域，如毫米波雷達、電子戰、智能裝備、衛星通訊和輻射天文學等。在現代信息系統設備中，例如衛星、預警、移動通信、基站等，均要求所采用的模擬集成電路同時具備高速度、高精度、高可靠和低功耗的特性。

CMOS作為一種模擬器件，被廣泛應用于模擬電路和數字電路中，由于該器件具有高耐熱性，可以穩定工作在較寬的溫度范圍內，不會造成二次擊穿失效，且所需的驅動電路小、開關速度迅速，以上優勢使得CMOS廣泛應用于智能手機、機電設備以及其他便攜式數碼電子產品中。

由于RF和微波通信領域的快速發展，GaAs基HBT與Si基CMOS結合技術越來越受到業界的關注，它將HBT的高速、高驅動能力、低噪聲同CMOS的低功耗、高集成度優勢集成到一起。HBT是此工藝中最關鍵的核心器件，用于構建電路中的高性能RF和模擬功能。GaAs基礎HBT的出現解決了傳統的硅雙極晶體管面臨的困境，它能在相同工作電壓條件下同時兼顧高增益、低噪聲、高速度，可以做出近乎“完美”的晶體管。

手機的PD模塊中集成有獨立芯片的HBT器件和CMOS器件，這樣不僅增大了封裝結構和電路的復雜性，也增加了功耗，人們希望能夠把高速HBT器件與模擬器件實現單芯片集成。

目前，HBT器件主要用GaAs基襯底制備，而CMOS器件生長在Si基襯底上，由于GaAs基襯底尺寸較小，制備復雜，價格昂貴。所以，人們希望能夠將GaAs基HBT和CMOS集成在同一塊襯底上，形成單片集成HBT和CMOS材料結構，SOI作為一種高效集成材料，在很多領域被人們具有獨特結構的SOI器件能夠有效的抑制體硅器件的不足，充分的發揮硅集成技術的潛力，是保證集成電路產業按照摩爾定律走勢進行快速發展一大利器。SOI技術具有高性能ULSI、耐高溫高壓、抗福照、低壓低功耗高集成度等領域具有極其廣闊的發展前景,被國際上公認為21世紀的硅集成電路技術。

利用SOI作為襯底，實現HBT和CMOS在單個芯片中的集成是本發明的一個重要價值。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種SOI基復合集成HBT和CMOS的外延結構及制備方法，以將GaAs基HBT和CMOS集成在同一塊SOI襯底上，實現SOI基復合集成HBT和CMOS。

為實現上述目的，本發明提供一種SOI基復合集成HBT和CMOS的外延結構，該外延結構由復合集成在同一SOI襯底上的GaAs基HBT和CMOS構成；