[发明专利]超结集电区SiGe异质结双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及硅锗(SiGe)异质结双极晶体管，特别是用于毫米波雷达、Gb/s级无线局域网、100Gb/s以太网、太赫兹成像系统等亚太赫兹频段的具有高特征频率高击穿电压优值的的超结集电区SiGe异质结双极晶体管。

背景技术

SiGe异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)具有高输出功率、优异的高频特性、较高的线性度，且与成熟的Si工艺相兼容，现已广泛应用于大功率压控振荡器、4通道频率可调雷达、X-波段有源阵列天线、智能移动通信终端以及全球宽带无线接入系统等高功率输出的微波电路中。特别是随着第四代SiGe工艺的全面提升，SiGe HBT将在毫米波雷达、Gb/s级无线局域网(WLAN)以及100Gb/s以太网等亚太赫兹(>500GHz)功率应用领域中扮演越来越重要的角色。

功率SiGe HBT通常采用在重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层的双层集电区结构来提高器件的击穿电压和功率处理能力。图1(a)示出了常规SiGe HBT纵向剖面示意图，主要由N⁺衬底(10)、N^-集电区(11)、基区(12)、外基区(13)和发射区(14)组成。其中降低N^-集电区(11)的掺杂浓度可有效扩展位于集电区一侧的集电结空间电荷区宽度，从而减小集电结处的最大电场强度，进而达到提高击穿电压的目的。但是，随着集电结空间电荷区的展宽，集电结空间电荷区延迟时间将相应增大，最终将导致器件特征频率的下降。可见，对于功率SiGe HBT而言，在特征频率和击穿电压之间存在着相互制约关系。

为提高SiGe HBT的特征频率，可采用“能带工程”对器件的基区Ge组分含量(x)进行优化选取。图1(b)示出了常规SiGe HBT从发射结侧到集电结侧的基区Ge组分分布情况，其中整个基区内具有恒定的Ge组分含量。这是因为考虑到由x引入的发射区和基区间禁带能量差主要位于价带，从基区注入到发射区的空穴受到该价带势垒的阻挡，此时注入比将不再主要由发射区和基区掺杂浓度比来决定。进而可在保持基极电阻不变的情况下，通过增大基区浓度来减小基区宽度，最终达到提高器件特征频率的目的。然而x值又不能选取过大(通常x<0.3)，过大的x将引起发射极Si材料和基区SiGe材料间的晶格失配，进而产生位错缺陷。同时较大x值对应的电流增益(β)通常较大，且随工作偏置及工作温度变化较敏感，容易引起器件静态工作点的漂移，不利于器件的稳定工作。

可见，如何设计一种既具有高击穿电压，又具有优异频率特性，可在亚太赫兹功率领域稳定工作的具有高特征频率高击穿电压优值的微波功率SiGeHBT具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明公开了一种超结集电区SiGe异质结双极晶体管。

本发明的一种超结集电区SiGe异质结双极晶体管，其特征在于：同时具有超结集电区结构和基区Ge组分从发射结侧向集电结侧呈递增的阶梯形分布结构。

图2(a)示出了本发明的一种超结集电区SiGe异质结双极晶体管的纵向剖面结构，其特征在于：同时具有超结集电区结构和基区Ge组分从发射结侧向集电结侧呈递增的阶梯形分布结构；

所述超结集电区由n型半导体柱(22)和p型半导体柱(23)组成，且对应位于二氧化硅层(33)之间的多晶硅层(32)的正下方的超结集电区区域为所述n型半导体柱(22)；所述超结集电区内n型半导体柱(22)和p型半导体柱(23)沿器件横向方向交替排列；

所述的阶梯形基区Ge组分分布Ge含量的表达式为