[发明专利]多晶收集区倒置结构SiGe异质结晶体管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件结构范围，特别涉及一种多晶硅收集区倒置结构SiGe异质结晶体管。

背景技术

采用传统的硅双极工艺技术制作的NPN晶体管(NPN三极管)如图1所示。晶体管的核心器件部分(在图1中用虚线框框出的部分)，从下向上依次为：P-型Si衬底，N+型Si和N-型Si组成的收集区3，P型Si基区2，N+型Si发射区1。在此基础上发展出了很多NPN晶体管结构的变种，例如发射区不使用单晶Si，而是用多晶Si来代替，这样的结构如图2所示，为当前比较流行的器件结构。图2所示的晶体管，其核心器件部分(在图2中用虚线框框出的部分)，从下向上依次为：P-型Si衬底，N+型Si和N-型Si组成的收集区3，P型Si基区2，N+型多晶Si发射区1。图中4.是用作基极电极引出的P+型多晶Si层；5.是用作隔离的SiO₂层；6.是基极引线孔；7.是收集极引线孔；8.是器件之间横向的隔离结构；9.是减小收集区串联电阻的埋层。

如果在器件结构中，用SiGe材料来取代Si材料作基区，则构成了SiGe HBT异质结晶体管，其中SiGe基区可用外延的方法生长得到。相对于Si材料而言，SiGe属于窄禁带的材料。由于SiGe HBT器件的发射区和基区采用了不同的材料，当基区的空穴渡越基-射结(E-B结)而到达发射区时，将遇到由材料禁带宽度上的差异而形成的空穴势垒。空穴势垒的存在，抑制了NPN晶体管E-B电流中的空穴成分，从而大大提高了E-B结发射效率。根据晶体管原理，器件的标志性参数，共基极电流放大系数α，即是由下式所确定的：

α＝β^*×γ

式中，β^*为基区输运系数，γ即为发射效率。

由于发射效率能够得到保证，解除了普通NPN晶体管中，基区掺杂浓度无法提高(因为：提高基区掺杂将影响发射效率)，因而基区厚度无法做得极薄(因为：在基区掺杂不高的情况下，只有将基区做厚，才能够保证基区电阻r_b的阻值不过大)的限制。这样，可以通过提高基区掺杂，和减小基区厚度两种技术手段，来获得更短的基区渡越时间，和较小的基区电阻，最终得到高频性能和噪声性能俱佳的SiGe HBT微波晶体管，可工作于几十乃至上百GHz的频段范围内。

在SiGe HBT晶体管中，除一般NPN晶体管中的E-B结、B-C结两处的PN结势垒外，还存在着由于材料不同，禁带宽度不同而造成的额外的势垒。对于PN结的位置要求进行精确的控制，一般应将PN结的位置置于材料势垒的内侧，如果不是这样的话，将极大地影响SiGe HBT的高频性能和微波表现，制造不出符合应用需求的高品质晶体管来。

综上所述，SiGe HBT晶体管有两个技术特点，一是从下向上依次为收集区，基区，发射区的排列，另一个是制造过程中要精确控制PN结的位置。本发明即针对这两点做出，采用从下向上依次为发射区，基区，收集区的倒置排列，能够极好地控制PN结的位置，此外还带来其他一系列的好处。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅收集区倒置结构SiGe异质结晶体管，其特征在于，所述倒置结构晶体管是在Si衬底上，以衬底Si材料作发射极，然后从下向上依次制作SiGe基区，N型离子注入的Si和N型掺杂多晶硅共同组成的复合收集区，在制作出引线电极后，形成同常规晶体管结构相反的倒置SiGe HBT NPN晶体管结构。

所述Si衬底，其底层为P型而表面一部分为N+型，或者全部都是N+型，利用N+型Si作为晶体管的发射区。

所述SiGe基区，处于发射区上方，经外延工艺生长，并通过原位掺杂成P+型，大部分的SiGe层覆盖于收集区上方，构成内基区；少部分的SiGe层向两侧引出并和那里的P+型多晶Si相连接，作为外基区，由此引出器件的基极，外基区部分的SiGe与下方的N+型Si由一薄层SiO₂相隔离。

所述的复合收集区，下层由外延生长的Si构成，该Si层经离子注入成为N型，并且下部掺杂浓度较高而上部掺杂浓度较低(为N-型)；俟后生长的N型多晶Si作为收集区，并且收集极电极亦由此处引出。

如果衬底全部是N+型的，则发射极经过减薄和背金后从硅片背面引出。

如果衬底是在P型Si上又有一层N+型的Si，则发射极可由硅片上表面引出。

一种多晶硅收集区倒置结构SiGe异质结晶体管的制备工艺，其特征在于，制备工艺步骤如下：