一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种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。

【技术实现步骤摘要】
一种NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构
本技术涉及半导体
，具体涉及一种NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构。
技术介绍
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GaNHBT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GaNHBT的收发组件，以用于未来的军事雷达升级；在民用方面，GaNHBT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(HeterojunctionBipolarTransistor，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(SiliconOnInsulator，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。本技术的专利技术人经过研究发现，小尺寸GaN/AlGaN/AlNHBT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/AlNHBT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。
技术实现思路
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/AlNHBT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，本技术提供一种NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构。为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案：一种NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构，包括N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底，所述N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底表面形成有埋氧层，所述埋氧层的表面从左至右形成有发射区、基区和集电区，所述发射区、基区和集电区三个区域的厚度相同而宽度不同，所述发射区和集电区区域里从下至上淀积有SiON氧化层和N型掺杂AlGaN层，所述基区区域里生长有P型重掺杂Si层，所述Si层从左至右包括掺杂浓度为N1宽度为W1的Si薄层1、掺杂浓度为N2宽度为W2的Si薄层2、……、掺杂浓度为Nn宽度为Wn的Si薄层n，每个薄层的宽度相等且满足N1>N2>...>Nn，所述发射区、基区和集电区的表面淀积有隔离氧化层，所述隔离氧化层在下方发射区、基区和集电区对应处形成有发射区、基区和集电区电极窗口，每个电极窗口的宽度小于下方对应发射区、基区和集电区宽度，所述发射区、基区和集电区电极窗口内生长金属硅化物形成电极引出层。进一步，所述埋氧层为200nm厚的SiO2埋氧层。进一步，所述发射区、基区和集电区的厚度为30～50nm，所述发射区和集电区的宽度为100～200nm，所述基区的宽度为20～30nm。进一步，所述SiON氧化层的厚度为5nm。进一步，所述Si层从左至右包括掺杂浓度N1为1×1019cm-3的Si薄层1、掺杂浓度N2为1×1018cm-3的Si薄层2、掺杂浓度N3为1×1017cm-3的Si薄层3、掺杂浓度N4为1×1016cm-3的Si薄层4和掺杂浓度N5为1×1015cm-3的Si薄层5，所述基区的宽度为25nm，每个薄层的宽度为5nm。进一步，所述隔离氧化层为SiO2氧化层。本技术还提供一种前述NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、准备一个SOI结构，表面为未掺杂的本征硅，中间为埋氧层，衬底为N型轻掺杂半绝缘单晶硅，掺杂浓度为1×1015cm-3；S2、在本征硅层内确定发射区宽度为WE，基区宽度为WB，集电区宽度为WC，之后分别刻蚀掉发射区和集电区区域内的本征硅层；S3、在刻蚀掉的WE发射区和WC集电区区域，利用CVD生长一层SiON氧化层；S4、继续在发射区和集电区刻蚀区域内的SiON氧化层表面，利用MOCVD生长AlGaN层，直至该AlGaN层的表面与中间剩余的硅基区的表面持平为止，并对生长的AlGaN区域进行第一次原位掺杂，掺杂杂质原子为磷或砷，掺杂浓度为1×1017cm-3，然后再刻蚀掉两个AlGaN区域之间的硅区域；S5、在所刻蚀硅区域内的最左侧部分，仍然使用原位掺杂的方式先生长一层掺杂浓度为N1、宽度为W1的Si薄层1，然后在Si薄层1的右侧继续生长一层掺杂浓度为N2、宽度为W2并包裹住Si薄层1的Si薄层2，……，如此依次下去，在所刻蚀硅区域内的最右侧部分生长一层掺杂浓度为Nn、宽度为Wn并包裹住Si薄层n-1的Si薄层n，且满足W1＝W2＝W3＝…Wn＝WB/n，N1>N2>...>Nn，至此在刻蚀好的WB基区范围内，前述n个Si薄层共同形成了从左至右掺杂浓度由大到小渐变的P型重掺杂Si层，Si层的掺杂杂质为硼，在所述刻蚀硅区域内的最左侧部分，硼的掺杂浓度为1×1019cm-3；S6、将WB基区范围内掺杂浓度渐变区域超过AlGaN层厚度的多余部分进行化学机械抛光处理，去除多余部分，使掺杂浓度渐变的Si区域与发射区和集电区的AlGaN区域具有相同的厚度；S7、继续对发射区的AlGaN区域进行二次掺杂，二次掺杂杂质原子与步骤S4中第一次掺杂杂质原子相同，二次掺杂浓度为1×1019cm-3；S8、继续在发射区、基区和集电区表面淀积一层隔离氧化层，在所述隔离氧化层内定义发射区、基区和集电区的电极窗口，所述发射区、基区和集电区的电极窗口与下方发射区、基区和集电区相对，且每个电极窗口的宽度小于下方对应发射区、基区和集电区宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NPN型横向SOI AlGaN/Si HBT器件结构，其特征在于，包括N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底，所述N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底表面形成有埋氧层，所述埋氧层的表面从左至右形成有发射区、基区和集电区，所述发射区、基区和集电区三个区域的厚度相同而宽度不同，所述发射区和集电区区域里从下至上淀积有SiON氧化层和N型掺杂AlGaN层，所述基区区域里生长有P型重掺杂Si层，所述Si层从左至右包括掺杂浓度为N

【技术特征摘要】
1.一种NPN型横向SOIAlGaN/SiHBT器件结构，其特征在于，包括N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底，所述N型轻掺杂半绝缘单晶硅衬底表面形成有埋氧层，所述埋氧层的表面从左至右形成有发射区、基区和集电区，所述发射区、基区和集电区三个区域的厚度相同而宽度不同，所述发射区和集电区区域里从下至上淀积有SiON氧化层和N型掺杂AlGaN层，所述基区区域里生长有P型重掺杂Si层，所述Si层从左至右包括掺杂浓度为N1宽度为W1的Si薄层1、掺杂浓度为N2宽度为W2的Si薄层2、……、掺杂浓度为Nn宽度为Wn的Si薄层n，每个薄层的宽度相等且满足N1>N2>...>Nn，所述发射区、基区和集电区的表面淀积有隔离氧化层，所述隔离氧化层在下方发射区、基区和集电区对应处形成有发射区、基区和集电区电极窗口，每个电极窗口的宽度小于下方对应发射区、基区...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迈克，
申请(专利权)人：中合博芯重庆半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50