[发明专利]制造异质结双极晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过堆叠外延的半导体层来制造异质结双极晶体管的方法，具体地，这种方法包括以下步骤：从载体(support，支座)外延生长至少一个集电极层(用于E-up结构(发射极在顶部的结构))或发射极层(用于C-up结构(集电极在顶部的结构))、至少一个基极层、以及至少一个发射极层或集电极层。

背景技术

异质结双极晶体管由三个半导体区域(发射极、基极和集电极)的堆叠制成，其中，发射极具有比基极更宽的禁带能隙。它的横向延伸部(在每个前述区的平面上)包括两个区：一个称作本征或有源区，其通过发射极-基极结的表面定义；另一个称作非本征或寄生层，位于前者(即有源区)的外围，在前者和晶体管的接点(基极和集电极)之间。HBT的速度通过一方面共同减小发射极和集电极之间的载流子的传输时间(temps de transit，通过时间)以及另一方面与非本征区相关的寄生效应(串连电阻和电容)来优化。

可以通过现有文献中广泛描述的各种方法来减小传输时间：基极中的弹道注射(突变异质结型I)、薄基极、基极中掺杂梯度和/或浓度梯度(准电场)、薄集电极、集电极中的弹道注射(突变异质结型II)、肖特基集电极等。

一般来说，通过减小外围区的宽度和通过使用适当的材料(即，对于接入电阻的低电阻率，对于电容的低介电常数)来达到寄生效应的降低。本发明可以利用上述传输时间的降低来减小基极-集电极电容。

本发明可以有效地生成具有很薄且有限的基极以及深度钻蚀的基极-集电极结的异质结双极晶体管(HBT)(尤其是具有GaAsSb基极层)。直至现在都不能在同一晶体管内共存的这两点允许其动态性能的显著提高。第一点主要影响电子传输的条件(在发射极-基极界面处的频带不连续性、载流子的有效质量、基极的电阻率、基极接触的电阻率等)，而第二点能够显著降低基极-集电极寄生电容(即，与基极-集电极结的非本征部分相关)，该寄生电容限制HBT的运行频率。

从文献″Ultra-high performance staggered lineup(“Type-II”)InP/GaAsSb/InP npn Double Heterojunction Bipolar Transistor″C.R.Bolognesi，M.W.Dvorak，N.Matine，O.J.Pitts和S.P.Watkins，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.41 Part 1(2B)1131(2002)中了解GaAsSb HBT。这些晶体管已经示出利用InP/InGaAs结构获得的、与当时的现有技术状态相比明确的结果(f_τ＝f_max＝300GHz)和显著的进步。同一作者已经示出用在基极层中的锑成分明显低于确保与InP栅格匹配的浓度([Sb]＝0.5)。所使用的技术已经将集电极层的钻蚀限制在基极接触以下750nm，而后者(基极接触)伸出发射极指(doigt)1.5μm。试验结果和这些模拟结果之间的对比清楚地示出对于发射极-基极和基极-集电极结面积的单位比的优良性能(即，＞500GHz)。最后，清楚确定了GaAsSb对晶体管速度的贡献。

文献“InP/InGaAs SHBTs with 75nm collector and fT＞500GHz”W.Hafez、Jie-Wei Lai和M.Feng，Electron.Lett.39(20)(2003)也描述了允许获取超过500GHz频率的InP/InGaAs叠层。这些结果已经示出通过减小各种半导体层(尤其是集电极层)的厚度来减小电子传输时间以及减小组件横向尺寸的重要性。

GaAsSb HBT典型地具有下面表1所示的结构。

在晶体管生产期间，为了减小基极-集电极电容，集电极的InP层被横向蚀刻相当深的深度。由于干蚀刻对于该目的不具有充分的各向异性，所以仅可以通过化学方式进行这种蚀刻。与例如H₃PO₄∶HCl溶液中的砷化物(在这种情况下为GaAsSb和InGaAs)相比，使用非常高选择性的InP化学蚀刻。

由于基极非常薄(典型地，在20～50nm之间)，所以它不够硬而不能在足够的长度上(典型地，1.5～2μm)上支撑其自身。因此，所知的制造工艺期望在位于集电极C中InP层的钻蚀期间，保护与基极B具有相同尺寸的发射极层E(图1a)。