[发明专利]高压太赫兹应变SiGe/InGaP异质结双极晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供一种高压太赫兹应变SiGe/InGaP异质结双极晶体管及其制备方法。InGaP材料具备InP材料高的载流子迁移率和GaP材料宽的禁带宽度特性，因此本发明利用InGaP作为集电区，可以同时提高器件的频率和功率特性，使得该器件可以实现太赫兹频段芯片的系统集成，进一步的本发明利用“能带工程”的优势，采用In_1‑xGa_xP(x＝0～1)作为SiGe‑HBT的集电区材料，适当的选择In和Ga的组分摩尔比x，使得其和亚集电区材料SiGe具有相同的晶格常数，可以有效地提高InGaP和SiGe材料的界面特性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种高压太赫兹应变SiGe/InGaP异质结双极晶体管及其制备方法。

背景技术

集成电路已经发展到10nm时代，器件特征尺寸进一步缩小，因此必须在器件物理、材料、器件结构、关键工艺、集成技术等基础领域寻求突破。同时硅基电路进入太赫兹波应用领域，对SiGe BiCMOS(硅锗双极CMOS)高性能和低功耗方面的要求也越来越高。

SiGe异质结双极晶体管(HBT)是将Si基双极结型晶体管(BJT)的基区加入了少量的Ge组分。基区采用SiGe材料，显著提高了器件性能，使得SiGe HBT已成为高速应用中的标准双极晶体管。超高频半导体器件的两个关键指标是截止频率(f_T)和最高振荡频率(f_max)。在成熟的硅工艺基础上开发出来的基于锗硅(SiGe)工艺异质结双极晶体管(HBT)利用了“能带工程”的优势，从根本上解决了提高放大倍数与提高频率特性的矛盾。由于与成熟的硅工艺完全兼容，并且f_T和f_max可以与III-V族化合物HBT接近甚至可以相比拟，目前SiGeHBT以其独特的优势广泛应用于高性能微波射频器件与电路之中。

但是，SiGe异质结双极晶体管(HBT)在正向有源工作时，集电结处于反向偏压，为了达到最佳的器件性能，集电极需要流过较大的电流，此时集电结电场增加，结上的载流子传输时间减少。因为载流子传输时间由材料中载流子的饱和速度决定，电场的增加会造成集电区载流子的多次碰撞电离而导致的雪崩击穿效应，而雪崩倍增因子很大程度上取决于材料的禁带宽度，所以为了提高器件的截止频率f_T，会使得共发射极集电结雪崩击穿电压(BV_CEO)下降，因此限制了SiGe-HBT的高速/大功率性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种频率和功率特性同时满足太赫兹频段芯片的系统集成要求的器件及其制备方法。

为解决上述技术问题，首先，本发明提出了一种高压太赫兹应变SiGe/InGaP异质结双极晶体管。该双极晶体管所选取晶向为(001)的N型掺杂的单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底上外延一层Ge组分渐变的N型SiGe层，作为亚集电区，并在所述SiGe层右侧区域进行N+掺杂；在所述SiGe层表面淀积一层1-2微米厚的SiO₂层以定义有源区的位置；在所述有源区依次外延作为集电区的N型InGaP层，作为基区的P型SiGe层和本征Si帽层；在所述器件表面淀积氮化物和氧化层以及边墙氧化层，在所述边墙氧化层上淀积多晶硅作为发射极；进而选择性外延多晶硅作为非本征基区；淀积非本征基区的边墙氧化层；分别刻蚀发射区、非本征基区和亚集电区，并淀积金属硅化物，以形成发射极、基极和集电极接触。

进一步的，利用“能带工程”的优势，采用In_1-xGa_xP(x＝0～1)作为SiGe-HBT的集电区材料，并选择In和Ga的组分摩尔比x，使得所述集电区材料和所述亚集电区材料SiGe具有相同的晶格常数。同时InGaP材料具备InP材料高的载流子迁移率和GaP材料宽的禁带宽度特性，可以同时提高器件的频率和功率特性。

进一步的，采用SiGe/Si结构异质外延InGaP材料作为集电区，可以同时提高器件的频率和功率特性，使得该器件可以实现太赫兹频段芯片的系统集成。