[发明专利]一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构及其制备方法

说明书

本发明提供一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构，包括N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底，N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底表面形成有埋氧层，埋氧层表面从左至右形成有厚度相同而宽度不同的发射区、基区和集电区，发射区和集电区里从下至上淀积有SiON氧化层和N型掺杂AlGaN层，基区里生长有掺杂浓度从左至右由大到小渐变的P型重掺杂Si层，发射区、基区和集电区表面用金属硅化物对应生长有发射极、基极和集电极的电极引出层，相邻电极区域之间通过隔离氧化层绝缘隔离。本申请还提供一种前述器件结构制备方法。本申请能提高AlGaN层的界面特性和基区电子迁移率，减小基区渡越时间，提高器件频率使频率特性更加优良，同时金属硅化物层还能提高器件开关速度和截止频率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构及其制备方法。

背景技术

以硅(Si)和砷化镓(GaAs)为代表的传统半导体材料，其器件在抗辐射、高温、高压和高功率的要求下已逐渐不能满足现代电子技术的发展。宽禁带半导体GaN电子器件，可以应用在高温、高压、高频和恶劣的环境中，如雷达和无线通信的基站及卫星通信。

由于GaN的禁带宽度大、击穿电压高、电子饱和漂移速度高，具有优良的电学和光学特性以及良好的化学稳定性，使其在高频大功率、高温电子器件等方面倍受青睐。目前，据报道用于大功率通信和雷达的功率放大器的GaN HBT器件，其高温工作的温度可达到300℃，从而得到了国防、通信领域的广泛重视。

随着GaN器件技术的日渐成熟，越来越多的通信系统设备中会更多的使用GaNHBT，使系统的工作能力与可靠性都得到最大限度的提升：在军事方面，美国雷声公司正在研发基于GaN HBT的收发组件，以用于未来的军事雷达升级；在民用方面，GaN HBT对高频率和大功率的处理能力对于发展高级通信网络中的放大器和调制器以及其它关键器件都很重要。

随着HBT(Heterojunction Bipolar Transistor，异质结双极性晶体管)朝着更小特征尺寸、更高集成度方向发展，将传统的GaN/AlGaN/AlN材料与应变技术、SOI(SiliconOn Insulator，绝缘体上的硅)技术相结合，可进一步提升GaN基HBT的性能，扩展其应用范围。应变技术可以有效提高晶体管的迁移率，从而提高器件的性能，已成为高频/高性能半导体器件和集成电路重要的成熟技术和高速发展方向。应变技术按照应力引入方式主要可分为双轴应变和单轴应变，大尺寸CMOS器件主要使用双轴应变(体应变)技术与异质沟道，而对于小尺寸器件主要使用单轴应变技术。

本发明的发明人经过研究发现，小尺寸GaN/AlGaN/AlN HBT在太赫兹频段内具有比较优异的性能，并且与硅基工艺有兼容的潜力，所以从工艺技术的角度考虑，如何将应变技术和SOI技术同时引入到小尺寸GaN/AlGaN/AlN HBT的器件结构中，从而合理改变器件的能带结构与材料参数，进一步提高其高频特性；此外，由于电子的迁移率明显高于空穴迁移率，HBT大多选用NPN型，如果考虑利用现有的“应变技术”，利用AlGaN与Si晶格常数的差异，如何在Si基区之中引入单轴压应力，从而有效提高基区少数载流子电子的迁移率，同时使器件结构也相对简单，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有如何将应变技术和SOI技术同时引入到小尺寸GaN/AlGaN/AlN HBT的器件结构中，来合理改变器件的能带结构与材料参数及进一步提高其高频特性，并如何在Si基区之中引入单轴压应力，来提高基区少数载流子电子迁移率的技术问题，本发明提供一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：