[发明专利]一种硅锗异质结光电晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种硅锗异质结光电晶体管及其制造方法，属于电子技术领域。在N型Si衬底上进行热氧化处理形成二氧化硅作为埋氧层；通过离子注入形成N+亚集电区和N‑集电区；通过氮化形成四氮化三硅牺牲保护层；在基极窗口所对应的集电区的位置进行硼离子注入，并执行快速热退火操作以消除晶格损伤；在N‑集电区边缘通过离子注入形成N+区域连接N+亚集电区；在硅锗基区的Ge组分采用阶梯型分布；在单晶Si包层上淀积N+多晶硅作为发射极；在集电区刻蚀Si并淀积Ge组分为20％的SiGe材料作为SiGe应力源。本发明中在集电区引入了单轴压应力，提高了载流子的迁移率和器件的频率特性。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种硅锗异质结光电晶体管及其制造方法。

背景技术

光电探测器是硅基光子学领域中重要的研究课题之一，高性能的光电探测器在该领域发挥着重要作用，作为主流光电探测器之一的异质结光电晶体管(HPT)以其一系列优点受到广泛关注。首先，HPT具有内部增益，但是它的增益是由晶体管直接放大得到，无需外接放大电路，因此不会产生多余的噪声。其次，HPT可以在低偏置电压下稳定工作，它的增益几乎不受偏置电压的影响。此外HPT和HBT(异质结双极晶体管)具有类似的外延层结构，因此可以和HBT能更好的兼容，从而降低了集成制作光接收机的难度。最后，HPT还具有响应度高、光增益大、光特征频率高等优点，因此在光通信领域，基于HPT的光接收机拥有着越来越大的吸引力，对HPT的应用也越来越广泛。2015年Tegegne等人研究出了一种应用于光纤无线电的边缘照明SiGeHPT，这种HPT在850nm的响应度为0.45A/W；2017年Tegegne等人采用80GHz SiGeHBT的商业工艺流程制备了一种10μm×10μm光窗口的HPT，其在850nm的最大光学跃迁频率为4.12GHz，响应度为0.805A/W；2018年该团队继续研究了发射极宽度和长度等横向伸缩对SiGeHPT频率特性的影响，将SiGeHPT的光特征频率提升到6.5GHz；2020年，Bennour等人提出了一种改进的SiGeHPT，这种HPT在10μm×10μm的光窗口下的最大光特征频率可达50GHz。由此可见，SiGeHPT还有着很大的发展潜力，可以不断研究改进推陈出新。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅锗异质结光电晶体管及其制造方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种硅锗异质结光电晶体管，该晶体管包括：

N型硅衬底，为(100)晶面；

二氧化硅埋氧层，用于减小闩锁效应和减小PN结的寄生电容效应；

N+亚集电区，用于减小串联电阻；

N-集电区；

外基区，用于提高器件的放大系数和频率；

硅锗基区，Ge组分为阶梯型分布；

应变硅发射区，基区上方淀积有一层单晶Si薄层作为“盖帽层”；

多晶硅发射区，淀积有N+多晶硅作为发射极；

集电区应力源，植入Ge组分为20％的SiGe材料作为应力源。

可选的，在所述N+亚集电区和N-集电区内有单轴压应力的引入，通过在N+亚集电区和N-集电区内刻蚀并淀积SiGe材料植入应力源，对集电区施加单轴压应力，施加的应力导致器件的能带结构的改变，最终使得载流子的迁移率得以提高。

一种硅锗异质结光电晶体管的制作方法，该方法包括以下步骤：

选取晶面为(100)单晶N型Si衬底；

在单晶Si衬底上通过热氧化形成二氧化硅埋氧层；

通过离子注入形成N+亚集电区、N-集电区；