一种HBT器件的分子束外延生长方法技术

本发明专利技术提供了一种HBT器件的分子束外延生长方法，涉及半导体制造技术领域。该方法包括：沉积生长集电区层；在镓源炉从第一温度开始升温的同时，在集电区层上沉积生长基区层，镓源炉采用分段线性升温方式升温。在外延生长组分连续渐变的基区层的过程中，通过将镓源炉升温方式设定为分段线性升温方式，按照对数函数关系选择分段目标温度值，实现用分段线性升温方式来近似模拟对数式升温方式，与将镓源炉温度从第一温度阶跃或直接线性升温至第二温度的方式相比，可以显著降低镓源炉在短时快速升温过程中可能出现的温度过冲，从而显著改善因温度过冲导致的基区层InGaAs材料的组分变化异常，有利于提高HBT器件的性能。有利于提高HBT器件的性能。有利于提高HBT器件的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种HBT器件的分子束外延生长方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及一种HBT器件的分子束外延生长方法。

技术介绍

[0002]近年来，异质结双极晶体管（HBT）器件在微波和毫米波功率增益、超高速开关、数字集成电路以及光纤通信等领域都得到大量应用。HBT有许多优点：高频高速、功率密度大、功率增益高以及线性好。HBT是垂直输运器件，它的一些主要器件指标大多由器件外延层结构决定。由于分子束外延（MBE）技术的发展，已经能够以原子层量级的精度控制外延层的厚度，从而可以精准地调节HBT的器件特性。
[0003]由于InP基InP/InGaAs材料系以及GaAs基改性InP/InGaAs材料系的HBT器件相对于传统Si基HBT器件有着更加优异的特性，因此InP/InGaAs材料系HBT器件得到广泛研究和应用。
[0004]HBT器件结构中的基区层通常非常薄，以此来降低基区渡越时间，从而增大器件电流增益。对于InGaAs材料基区层，为了进一步提高HBT器件的性能，可以将基区层设计为组分连续渐变层，以此在基区层内形成内建电势，从而增强载流子的注入，并因此进一步增大了电流增益。
[0005]然而，由于基区层非常薄，分子束外延生长基区层的时间很短，生长获得满足预期的组分连续渐变的InGaAs材料基区层存在挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种HBT器件的分子束外延生长方法，以解决组分连续渐变的InGaAs材料基区层的外延生长问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种HBT器件的分子束外延生长方法，该HBT器件的结构包括n型集电区层以及设置在集电区层上的p型基区层，集电区层为In
0.53
Ga
0.47
As层，基区层的靠近集电区层的界面处的In组分为0.53，基区层的远离集电区层的界面处的In组分为y，其中，y为预设固定值，并且0.43≤y≤0.47，基区层为自下而上In组分从0.53连续渐变至y的组分渐变的In
m
Ga1‑
m
As层，m表示In的组分，基区层的厚度h的范围为25nm≤h≤50nm，沉积生长基区层的总时间S的范围为100秒≤S≤300秒，所述方法包括：沉积生长集电区层，在沉积生长集电区层的过程中，分子束外延设备的镓源炉的温度恒定为用于生长In
0.53
Ga
0.47
As层的第一温度；在镓源炉从第一温度开始升温的同时，在集电区层上沉积生长基区层，镓源炉采用如下分段线性升温方式升温：将沉积生长基区层的总时间S划分为N个时段，N为大于或等于2的整数，在N个时段中的任一个第i时段内，镓源炉从第i时段开始时的起始温度线性升高至第i时段结束时的第i目标温度T
i
，第i时段结束时对应的时刻为t
i
，i=1,2,...,N，t
N
=S，并且第N目标温度T
N
等于用于生长In组分为y的In
y
Ga1‑
y
As层的第二温度，第二温度高于第一
温度，假定第1时段的起始时刻为t0，假定t0=0，并且第1时段的起始温度为第0目标温度T0，则第0目标温度T0等于第一温度，对于j=0,1,2,..., N中的任一者，时刻t
j
以及对应的目标温度T
j
均满足如下函数关系：，其中，系数a为大于0的常数，底数b为大于1的常数，x表示时刻，f(x)表示时刻x时对应的目标温度，系数a和底数b中的一者为预先设定，另一者通过计算获得。
[0008]可选地，函数关系中的底数b设定为无理数e，则函数关系表示为，此时，a通过下式计算获得：。
[0009]可选地，N=3。
[0010]可选地，t1和t2的值通过求解由如下等式（1）和等式（2）构成的方程组获得：
[0011]可选地，通过如下迭代计算来数值求解由等式（1）和等式（2）构成的方程组：其中，n表示迭代次数，t
1,n
表示经过n次迭代计算之后获得的t1的值，t
2,n
表示经过n次迭代计算之后获得的t2的值，t1的迭代初始值t
1,0
以及t2的迭代初始值t
2,0
满足如下关系：0< t
1,0
< t3并且0< t
2,0
< t3。
[0012]可选地，，并且。
[0013]可选地，迭代计算中的迭代次数n满足如下范围：16<n<40。
[0014]可选地，迭代次数n=20。
[0015]可选地，0.44≤y≤0.46，并且在集电区层上沉积生长基区层的过程中，分子束外延设备的铟源炉的温度恒定不变。
[0016]本专利技术的有益效果包括：本专利技术提供的HBT器件的分子束外延生长方法包括：沉积生长集电区层，在沉积生长集电区层的过程中，分子束外延设备的镓源炉的温度恒定为用于生长In
0.53
Ga
0.47
As层的第一温度；在镓源炉从第一温度开始升温的同时，在集电区层上沉积生长基区层，镓源炉采用如下分段线性升温方式升温：将沉积生长基区层的总时间S划分为N个时段，N为大于或等于2的整数，在N个时段中的任一个第i时段内，镓源炉从第i时段开始时的起始温度线性升
高至第i时段结束时的第i目标温度T
i
，第i时段结束时对应的时刻为t
i
，i=1,2,...,N，t
N
=S，并且第N目标温度T
N
等于用于生长In组分为y的In
y
Ga1‑
y
As层的第二温度，第二温度高于第一温度，假定第1时段的起始时刻为t0，假定t0=0，并且第1时段的起始温度为第0目标温度T0，则第0目标温度T0等于第一温度，对于j=0,1,2,..., N中的任一者，时刻t
j
以及对应的目标温度T
j
均满足如下函数关系：，其中，系数a为大于0的常数，底数b为大于1的常数，x表示时刻，f(x)表示时刻x时对应的目标温度，系数a和底数b中的一者为预先设定，另一者通过计算获得。在外延生长组分连续渐变的基区层的过程中，通过将镓源炉的升温方式设定为分段线性升温方式，并通过按照对数函数关系选择分段目标温度值，从而实现用分段线性升温方式来近似模拟温度随时间呈对数变化关系的对数式升温方式，与将镓源炉的温度从第一温度阶跃或直接线性升温至第二温度的方式相比，可以显著降低镓源炉在短时快速升温过程中出现的温度过冲，从而显著改善因温度过冲导致的基区层InGaAs材料的组分变化异常，实现了In组分的连续渐变平滑过渡，有利于提高HBT器件的性能。
附图说明
[0017]为了更本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种HBT器件的分子束外延生长方法，其特征在于，所述HBT器件的结构包括n型集电区层以及设置在所述集电区层上的p型基区层，所述集电区层为In
0.53
Ga
0.47
As层，所述基区层的靠近所述集电区层的界面处的In组分为0.53，所述基区层的远离所述集电区层的界面处的In组分为y，其中，y为预设固定值，并且0.43≤y≤0.48，所述基区层为自下而上In组分从0.53连续渐变至y的组分渐变的In
m
Ga1‑
m
As层，m表示In的组分，所述基区层的厚度h的范围为25nm≤h≤50nm，沉积生长所述基区层的总时间S的范围为100秒≤S≤300秒，所述方法包括：沉积生长所述集电区层，在沉积生长所述集电区层的过程中，分子束外延设备的镓源炉的温度恒定为用于生长In
0.53
Ga
0.47
As层的第一温度；在所述镓源炉从所述第一温度开始升温的同时，在所述集电区层上沉积生长所述基区层，所述镓源炉采用如下分段线性升温方式升温：将沉积生长所述基区层的总时间S划分为N个时段，N为大于或等于2的整数，在所述N个时段中的任一个第i时段内，所述镓源炉从所述第i时段开始时的起始温度线性升高至所述第i时段结束时的第i目标温度T
i
，所述第i时段结束时对应的时刻为t
i
，i=1,2,...,N，t
N
=S，并且第N目标温度T
N
等于用于生长In组分为y的In
y
Ga1‑
y
As层的第二温度，所述第二温度高于所述第一温度，假定第1时段的起始时刻为t0，假定t0=0，并且所述第1时段的起始温度为第0目标温度T0，则所述第0目标温度T0等于所述第一温度，对于j=0,1,2,..., N中的任一者，时刻t
j...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭帅，冯巍，杜全钢，谢小刚，
申请(专利权)人：新磊半导体科技苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：