[发明专利]超结集电区应变硅异质结双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及应变硅异质结双极晶体管，特别是用于功率放大器、GPS导航定位系统、移动通信系统、交通系统自动监测等大功率射频和微波领域的具有高击穿电压大电流增益的超结集电区应变硅异质结双极晶体管。

背景技术

SiGe异质结双极晶体管（heterojunction bipolar transistor，HBT）在具有高电流处理能力、大电流增益和高厄利电压的同时，还具有优异的高频特性，现已广泛应用于移动电话系统、蓝牙、卫星导航系统、相控阵天线系统、汽车雷达等射频和微波电路中。特别是随着第四代SiGe工艺的全面提升，SiGe HBT将在毫米波雷达、Gb/s级无线局域网(WLAN)以及100Gb/s以太网等亚太赫兹(>500GHz)应用领域中扮演越来越重要的角色。

SiGe HBT采用“能带工程”在基区引入Ge组分，使基区禁带宽度小于发射区禁带宽度，此时注入效率不再单纯由发射区和基区掺杂浓度比来决定，而主要由发射区和基区的禁带能量差来决定，因此器件可获得更高的电流增益，同时可采用基区重掺杂以获得更好的频率特性。然而，常规SiGe HBT通常生长在Si衬底上，对于一定厚度的基区，随着Ge组分的增加，基区禁带宽度（E_g）将进一步减小，同时生长在Si衬底之上的SiGe外延层的应力也将随之增加，当超过其临界应力时，Si原子和Ge原子将产生失配错位进而导致晶格缺陷，退化器件性能，因此器件电流增益的提高将受到限制。此外，随着SiGe HBT特征频率的提高，器件的击穿电压随之下降，从而导致器件的输出功率和射频系统的信噪比降低，这严重限制了SiGe HBT的微波功率应用。因此，如何设计一种面向微波大功率领域应用的兼具大电流增益、高击穿电压的功率SiGe HBT具有重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明公开了一种超结集电区应变硅异质结双极晶管。

一种超结集电区应变硅异质结双极晶体管，其特征在于：

包括SiGe虚拟衬底（10），弛豫Si_1-yGe_y次集电区（11），弛豫Si_1-yGe_y集电区（12），超结n型柱区（13），超结p型柱区（14），本征应变Si_1-xGe_x缓冲层（15），应变Si_1-xGe_x基区（16），应变Si发射区（18）；

所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）位于所述弛豫Si_1-yGe_y集电区（12）内且对应多晶硅层（19）正下方的集电区区域为所述超结n型柱区；

所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）在保证其对应应多晶硅层（19）正下方的集电区区域内为超结n型柱区的同时，所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）沿器件横向方向交替排列；

所述应变Si_1-xGe_x基区（16）中的Ge组分含量x大于所述弛豫Si_1-yGe_y次集电区（11）和所述弛豫Si_1-yGe_y集电区（12）中的Ge组分含量y，且y>0。

优选地，所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）宽度和浓度均相等，且所述超结n型柱区（13）和所述超结p型柱区（14）的宽度大于或等于位于二氧化硅（SiO₂）层（20）之间的多晶硅（poly）层（19）的宽度，浓度小于或等于弛豫Si_1-yGe_y集电区（12）的杂质浓度。

优选地，所述晶体管的应变Si_1-xGe_x基区（16）中的Ge组分含量x大于或等于0.3，且弛豫Si_1-yGe_y次集电区（11）和弛豫Si_1-yGe_y集电区（12）中的Ge组分含量y需满足0<y<x。