异质结双极晶体管结构、其制造方法及其设计结构技术

本发明专利技术提供了异质结双极晶体管（HBT）结构、其制造方法及其设计结构。所述HBT包括其中具有子集电极区域的半导体衬底。所述HBT结构还包括覆盖所述子集电极区域的一部分的集电极区域。所述HBT结构还包括覆盖所述集电极区域的至少一部分的内部基极层。所述HBT结构还包括与所述内部基极层相邻并电连接的外部基极层。所述HBT结构还包括在所述外部基极层与所述子集电极区域之间垂直延伸的隔离区域。所述HBT结构还包括覆盖所述内部基极层的一部分的发射极。所述HBT结构还包括电连接到所述子集电极区域的集电极接触。所述集电极接触有利地延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双极晶体管,更具体而言,涉及具有减小的子集电极(sub-collector)长度的异质结双极晶体管(HBT)、其制造方法及其设计结构。
技术介绍
双极结型晶体管通常包括共享薄的公共区域的两个背对背p-n结。换句话说，双极结型晶体管典型地包括三个区域，一般分别被称为“发射极”和“集电极”的两个外部区域，以及一般被称为“基极”的中间区域。通常对所有三个区域都进行电连接。异质结双极晶体管(HBT)是使用至少两种不同类型半导体材料的双极结型晶体管。对于HBT的发射极、基极和集电极的区域，由于该材料差异，能量带隙以及其他与材料相关的特性可以不同。此外，还已知为分级(grading)的半导体材料的逐步改变在一个或多个区域内部也是可能的。与其相应的同质结相比，异质结的使用提供了附加的设计自由度，这通常带来改善的性能。一般认为，晶体管性能(特别是其操作速度)的改善对于实现集成电路的改善的性能很重要，在集成电路中，通常使用各种类型的晶体管。具有硅锗(“SiGe”)内部基极(intrinsic base)的双极晶体管能够提供这样的集成电路所需的性能。为了实现更高的电性能，这些晶体管典型地具有掺杂的多晶娃外部基极(extrinsic base)层,该外部基极层位于外延生长的内部SiGe基极的顶上或邻近外延生长的内部SiGe基极,这在本领域中已知为隆起的(raised)外部基极。到目前为止，具有隆起的外部基极的SiGe-HBT已展现出高达400GHz的截止频率(fT)。这样的晶体管的发射极到集电极渡越时间(transit time)典型地通过优化Ge/Si比例、掺杂分布和外延生长的内部SiGe基极的膜厚度而降低。这样的器件例如被用于为了高性能混合信号应用而制造的集成电路。集电极基极电容典型地也会影响最大工作频率(fmax)。随着HBT的其他参数的改善，HBT的寄生集电极基极电容(Cd3)日益成为器件性能的限制因素。高集电极基极电容Cd3会限制截止频率fT，本领域中已知其影响可作为基极渡越时间和集电极空间电荷渡越时间的函数而被测量。电路的切换速度典型地受HBT器件的fT直接控制。因此，降低的&会最终限制HBT器件的最大工作频率fmax。因此，希望提供可显著提高fT的HBT结构和方法。
技术实现思路
在本专利技术的一方面，一种异质结双极晶体管结构包括其中具有第一导电类型的子集电极区域的半导体衬底。所述HBT结构还包括覆盖所述子集电极区域的一部分的第一导电类型的集电极区域。所述集电极区域具有比所述子集电极区域低的杂质浓度。所述HBT结构还包括覆盖所述集电极区域的至少一部分的第二导电类型的内部基极层。所述HBT结构还包括与所述内部基 极层相邻并电连接的外部基极层。所述HBT结构还包括在所述外部基极层与所述子集电极区域之间垂直延伸的隔离区域。所述HBT结构还包括覆盖所述内部基极层的一部分的第一导电类型的发射极。所述HBT结构还包括电连接到所述子集电极区域的集电极接触。所述集电极接触延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。在本专利技术的另一方面，一种制造异质结双极晶体管结构的方法包括在半导体衬底中形成第一导电类型的子集电极区域。所述方法还包括在所述半导体衬底中形成第一导电类型的集电极区域。所述集电极区域覆盖所述子集电极区域的一部分，并具有比所述子集电极区域低的杂质浓度。所述方法还包括基本上在所述集电极区域周围且基本上在所述子集电极区域的一部分周围形成隔离区域。所述方法还包括在所述集电极区域的至少一部分上方形成第二导电类型的内部基极层。所述方法还包括形成与所述内部基极层相邻的外部基极层。所述外部基极层电连接到所述内部基极层。所述方法还包括在所述内部基极层的一部分上方形成第一导电类型的发射极。所述方法还包括形成集电极接触。所述集电极接触电连接到所述子集电极区域。所述集电极接触延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。在本专利技术的另一方面，提供了一种在机器可读介质中具体化(embody)的用于设计、制造或测试集成电路的设计结构。所述设计结构包括本专利技术的结构和/或方法。通过参考下列详细说明和附图，将获得对本专利技术的更完整的理解以及本专利技术的其他特征和优点。应该理解，上述一般性描述和下列详细描述仅是示例性和说明性的，不应被认为是对所描述和所要求保护的本专利技术的范围的限制。此外，除了本文中阐述的特征之外，还可以提供其他特征和变化。例如，本专利技术的实施例可旨在详细说明中描述的特征的各种组合和子组合。附图说明通过本专利技术的示例性实施例的非限制性实例，参考给出的多个附图，在下面的详细说明中描述本专利技术。图1-9示意性地示例了根据本公开的实施例的用于制造异质结双极晶体管的方法步骤； 图10示例出图9的异质结双极晶体管的俯视图；图11是示出集电极接触位置与器件性能相对改变之间的关系的图；以及图12是用于半导体设计、制造和/或测试的设计过程的流程图。具体实施例方式本专利技术涉及异质结双极晶体管(HBT)的结构和形成方法。更具体而言，本专利技术包括异质结双极晶体管结构，其具有在半导体衬底中形成的第一导电类型的子集电极区域。该HBT结构还包括覆盖子集电极区域的一部分的第一导电类型的集电极区域。该集电极区域具有比子集电极区域低的杂质浓度。HBT结构还包括覆盖集电极区域的至少一部分的第二导电类型的内部基极层。HBT结构还包括与内部基极层相邻并电连接的外部基极层。HBT结构还包括在外部基极层与子集电极区域之间垂直延伸的隔离区域。HBT结构还包括覆盖内部基极层的一部分的第一导电类型的发射极。HBT结构还包括电连接到子集电极区域的集电极接触。该集电极接触延伸穿过外部基极层的至少一部分。有利地，本专利技术的公开实施例的结构是对现有技术的改进，因为它允许减小子集电极区域的长度以提高截止频率并降低HTB器件的寄生电容，从而改善该器件的性能。图1到9示意性地示例了根据本专利技术实施例的用于制造异质结双极晶体管的方法步骤。为了方便，当对本专利技术的制造步骤的讨论提到特定类型的衬底和/或特定类型的掺杂剂杂质时，应理解本专利技术可应用于相反的类型而不偏离本专利技术的范围。例如，在提到作为半导体衬底的P型娃衬底和作为扩散或注入的掺杂剂杂质的η型杂质时，应理解，η型衬底和P型扩散或注入的掺杂剂杂质同样是合适的。此外，应理解，当讨论提到η型杂质时，处理步骤可应用于P型杂质，反之亦然。摒弃，当提到“第一类型”的杂质和“第二类型”的杂质时，应理解，“第一类型”是指η型或P型杂质，且“第二类型”是指相反的导电类型。即，如果“第一类型”是P型，则“第二类型”是η型。如果“第一类型”是η型，则“第二类型”是P型。然而，一旦选择了用于制造双极晶体管的约定，就必须保持该约定。即，所有第一类型掺杂剂必须是N掺杂的且所有第二类型掺杂剂必须是P掺杂的，或者所有第一类型掺杂剂必须是P掺杂的且所有第二类型掺杂剂必须是N掺杂的。在下面的部分中，为了容易描述，在图1到9中示例的半导体器件的结构笼统地可被称为ΗΒΤ100，即使某些图仅示例了 ΗΒΤ100的一部分，或者换句话说，在制品ΗΒΤ100。图9中演示地示例了完整的ΗΒΤ100。根据实施例 ，制造过程和/或方法可以从如图1所示的半导体晶片102开始。半导体晶片102可以是合适半导体材料的任意类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结双极晶体管结构，包括：半导体衬底，其中具有第一导电类型的子集电极区域；第一导电类型的集电极区域，其覆盖所述子集电极区域的第一部分，所述集电极区域具有比所述子集电极区域低的杂质浓度；第二导电类型的内部基极层，其覆盖所述集电极区域的至少一部分；外部基极层，其与所述内部基极层相邻并电连接；隔离区域，其在所述外部基极层与所述子集电极区域的第二部分之间垂直延伸；第一导电类型的发射极，其覆盖所述内部基极层的一部分；以及集电极接触，其电连接到所述子集电极区域，所述集电极接触延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。

【技术特征摘要】
2012.01.25 US 13/358,1801.一种异质结双极晶体管结构，包括: 半导体衬底，其中具有第一导电类型的子集电极区域； 第一导电类型的集电极区域，其覆盖所述子集电极区域的第一部分，所述集电极区域具有比所述子集电极区域低的杂质浓度； 第二导电类型的内部基极层，其覆盖所述集电极区域的至少一部分； 外部基极层，其与所述内部基极层相邻并电连接； 隔离区域，其在所述外部基极层与所述子集电极区域的第二部分之间垂直延伸； 第一导电类型的发射极，其覆盖所述内部基极层的一部分；以及集电极接触，其电连接到所述子集电极区域，所述集电极接触延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。2.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，所述集电极接触延伸穿过所述隔离区域的一部分。3.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，所述外部基极层包括隆起的外部基极层。4.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，所述异质结双极晶体管包括npn晶体管。5.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，所述子集电极区域的基本水平部分的长度的范围为从约0.05到约0.5微米。6.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，所述集电极接触与所述异质结双极晶体管的中线之间的距离的范围为从约0.1微米到约0.8微米。7.如权利要求1所述的异质结双极晶体管，其中，通过至少一个绝缘体间隔物使所述发射极与所述外部基极层分隔。8.如权利要求1所述的异质结双极晶体管，其中，所述集电极接触包括用导电材料填充的过孔，且所述过孔具有被绝缘材料层覆盖的过孔侧壁。9.如权利要求1所述的异质结双极晶体管结构，其中，至少一个隔离区域的至少一部分是在所述子集电极区域的所述第二部分上方的所述半导体衬底中形成的。10.一种形成异质结双极晶体管结构的方法，包括: 在半导体衬底中形成第一导电类型的子集电极区域； 在所述半导体衬底中形成第一导电类型的集电极区域，其中所述集电极区域覆盖所述子集电极区域的第一部分，且其中所述集电极区域具有比所述子集电极区域低的杂质浓度； 基本上在所述集电极区域周围且基本上在所述子集电极区域的所述第一部分周围形成隔离区域； 在所述集电极区域的至少一部分上方形成第二导电类型的内部基极层； 形成与所述内部基极层相邻的外部基极层，其中所述外部基极层电连接到所述内部基极层； 在所述内部基极层的一部分上方形成第一导电类型的发射极；以及形成集电极接触，其中所述集电极接触电连接到所述子集电极区域，且其中所述集电极接触延伸穿过所述外部基极层的至少一部分。...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·卡米洛卡斯蒂罗，何忠祥，J·B·约翰逊，刘奇志，刘学锋，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：