[发明专利]SOI基复合集成HBT和CMOS的外延结构及制备方法

说明书

本发明公开了SOI基复合集成HBT和CMOS的外延结构及制备方法，该外延结构由复合集成在同一SOI衬底上的GaAs基HBT和CMOS构成；SOI基HBT和CMOS结构区被InGaP腐蚀隔离层隔开；制备方法为：在SOI衬底基础上生长InGaAs缓冲层，再在InGaAs缓冲层上依次生长各层得到HBT，InGaP腐蚀隔离层在InGaAs高掺杂帽层上外延生长而成；CMOS由在InGaP腐蚀隔离层上依次外延生长而成；经过相应的外延和材料沉积工艺，可以达到单片复合集成SOI基HBT和CMOS器件的目的。本发明可用于5G通讯中将功放器件和模拟器件实现单芯片集成。

技术领域

本发明涉及半导体器件集成技术领域，尤其涉及SOI基复合集成HBT和CMOS的外延结构及制备方法。

背景技术

近几十年来半导体工艺一直通过几何尺寸的不断缩小来提高其性能，不断压缩尺寸不仅对设备和加工技术提出了越来越高的要求，成本越来越高，并且由于硅材料固有特性的限制，硅工艺技术的器件速度已经接近了物理极限，进一步提升器件速度并保持器件线性已经面临极大科学和技术问题，没有好的线性特性，高性能模拟集成电路遇到了速度、精度和性能之间的根本矛盾。

GaAs基HBT器件作为微波元器件具有高频、高速、高功率增益和低噪声系数的特点，因而在微波、毫米波频段有着广泛的应用，大量应用于军事、太空和民用通讯领域，如毫米波雷达、电子战、智能装备、卫星通讯和辐射天文学等。在现代信息系统设备中，例如卫星、预警、移动通信、基站等，均要求所采用的模拟集成电路同时具备高速度、高精度、高可靠和低功耗的特性。

CMOS作为一种模拟器件，被广泛应用于模拟电路和数字电路中，由于该器件具有高耐热性，可以稳定工作在较宽的温度范围内，不会造成二次击穿失效，且所需的驱动电路小、开关速度迅速，以上优势使得CMOS广泛应用于智能手机、机电设备以及其他便携式数码电子产品中。

由于RF和微波通信领域的快速发展，GaAs基HBT与Si基CMOS结合技术越来越受到业界的关注，它将HBT的高速、高驱动能力、低噪声同CMOS的低功耗、高集成度优势集成到一起。HBT是此工艺中最关键的核心器件，用于构建电路中的高性能RF和模拟功能。GaAs基础HBT的出现解决了传统的硅双极晶体管面临的困境，它能在相同工作电压条件下同时兼顾高增益、低噪声、高速度，可以做出近乎“完美”的晶体管。

手机的PD模块中集成有独立芯片的HBT器件和CMOS器件，这样不仅增大了封装结构和电路的复杂性，也增加了功耗，人们希望能够把高速HBT器件与模拟器件实现单芯片集成。

目前，HBT器件主要用GaAs基衬底制备，而CMOS器件生长在Si基衬底上，由于GaAs基衬底尺寸较小，制备复杂，价格昂贵。所以，人们希望能够将GaAs基HBT和CMOS集成在同一块衬底上，形成单片集成HBT和CMOS材料结构，SOI作为一种高效集成材料，在很多领域被人们具有独特结构的SOI器件能够有效的抑制体硅器件的不足，充分的发挥硅集成技术的潜力，是保证集成电路产业按照摩尔定律走势进行快速发展一大利器。SOI技术具有高性能ULSI、耐高温高压、抗福照、低压低功耗高集成度等领域具有极其广阔的发展前景,被国际上公认为21世纪的硅集成电路技术。

利用SOI作为衬底，实现HBT和CMOS在单个芯片中的集成是本发明的一个重要价值。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种SOI基复合集成HBT和CMOS的外延结构及制备方法，以将GaAs基HBT和CMOS集成在同一块SOI衬底上，实现SOI基复合集成HBT和CMOS。

为实现上述目的，本发明提供一种SOI基复合集成HBT和CMOS的外延结构，该外延结构由复合集成在同一SOI衬底上的GaAs基HBT和CMOS构成；