阅读说明：本技术 针对rf应用的异质结双极晶体管中的发射极-基极网格结构 (Emitter-base lattice structure in heterojunction bipolar transistors for RF applications ) 是由 R·达塔 于 2018-11-07 设计创作，主要内容包括：在某些方面,异质结双极晶体管(HBT)包括集电极台面(502)、集电极台面上的基极台面(504)以及基极台面上的发射极台面。发射极台面具有多个开口(510)。HBT还包括在连接到基极台面的多个开口中的多个基极金属(514)。(In certain aspects, a Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) includes a collector mesa (502), a base mesa (504) on the collector mesa, and an emitter mesa on the base mesa. The emitter mesa has a plurality of openings (510). The HBT further comprises a plurality of base metals (514) in a plurality of openings connected to the base mesa.)

针对RF应用的异质结双极晶体管中的发射极-基极网格结构

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年12月7日提交的题为“MESH STRUCTURE FORHETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTORS FOR RF APPLICATIONS”的申请号15/834,100的优先权，该专利申请转让给本受让人，并且在此通过引用明确地并入。

技术领域

本公开的各方面总体上涉及异质结双极晶体管，并且更具体地涉及针对RF应用的异质结双极晶体管的发射极台面(mesa)、基极台面和集电极台面的制造方法和布置。

背景技术

异质结双极晶体管(HBT)是发射极和基极区域使用不同的半导体材料，从而创建异质结的类型的双极结型晶体管(BJT)。HBT在BJT上进行了改进，从而HBT可以处理高达数百GHz的极高频率的信号。HBT通常用于现代超快电路(主要是射频(RF)系统)以及要求高功率效率的应用(例如，蜂窝电话中的RF功率放大器)中。

常规的异质结双极晶体管布局将发射极布置成条带状。然而，使用这样的结构的HBT面临一些挑战。对于任何给定的发射极台面面积(由所需的输出RF功率设置)，基极台面都占据很大的面积。常规HBT单位单元上的基极台面与发射极台面面积的典型比率约为2.4。特别是在高频下，HBT的基极-集电极结电容(Cbc)是器件性能(例如，功率增益)的非常关键的限制因素。来自较大台面面积的较大Cbc损害了器件的功率增益和效率。具有条带布局的HBT还占用较大的空间来适应提供给定输出功率所需的发射极台面面积，从而导致大管芯尺寸和高制造成本。

因此，有益的是提供减小面积并改进器件性能的改进的HBT结构和改进的制造方法。

发明内容

以下呈现了一个或多个实现的简要发明内容，以提供对这样的实现的基本理解。该发明内容不是对所有预期的实现的广泛概述，并且既不旨在标识所有实现的关键或重要元素，也不旨在描绘任何或所有实现的范围。发明内容的唯一目的是以简化的形式呈现与一个或多个实现有关的概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一个方面，异质结双极晶体管(HBT)包括集电极台面、集电极台面上的基极台面和基极台面上的发射极台面。发射极台面具有多个开口。HBT还包括在连接到基极台面的多个开口中的多个基极金属。

另一方面，方法包括为晶片提供集电极台面堆叠、基极台面堆叠和发射极台面堆叠；将发射极台面堆叠图案化来限定具有多个开口的发射极台面；在连接至基极台面堆叠的多个开口中提供多个基极金属；以及将基极台面堆叠图案化来限定基极台面。

为了实现前述和相关目的，一个或多个实现包括下文中充分描述并且在权利要求中具体指出的特征。以下描述和附图详细阐述了一个或多个实现的某些例示性方面。然而，这些方面仅指示可以采用各种实现的原理的各种方式中的几种，并且所描述的实现旨在包括所有这些方面及其等同物。

附图说明

图1图示了具有条带布局的示例HBT的俯视图。

图2图示了图1的沿A-A’线的示例性截面。

图3图示了图1的沿A-A’线的另一示例性截面。

图4图示了根据本公开的某些方面的具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的示例性实现。

图5图示了根据本公开的某些方面的具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的另一示例性实现。

图6图示了根据本公开的某些方面的图5沿B-B’线的示例性截面。

图7图示了根据本公开的某些方面的具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的另一示例性实现。

图8a-图8g图示了根据本公开的某些方面的制造HBT的示例性工艺流程。

图9图示了根据本公开的某些方面的用于制造具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的示例性方法。

具体实施方式

结合附图在下面阐述的具体实施方式旨在作为各个方面的描述，而并非旨在表示可以实践本文描述的概念的唯一方面。为了提供对各种概念的理解，具体实施方式包括特定细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在某些情况下，以框图形式示出了公知的结构和组件，以避免使这些概念模糊。

HBT的基极-集电极电容(Cbc)是特别是在高频率下，对其功率增益的非常关键的限制。常规的HBT通常将发射极台面布置为条带状，从而产生高Cbc。图1图示了具有条带布局的示例HBT的俯视图。HBT 100包括集电极台面102和在集电极台面102上的基极台面104。HBT 100还包括在基极台面104上的基极金属条带114，以提供到基极的连接。由多个条带106组成的发射极台面位于基极台面104上。为了容纳更多的基极金属或更大的发射极台面，可以将更多的基极金属114与发射极台面条带106交错放置。附加地，HBT 100还包括多个发射极台面条带106上的多个发射极金属116，以提供到发射极的电连接。一个或多个集电极金属112放置在集电极台面102上，以提供到集电极的电连接。

图2图示了图1沿A-A’线的示例性截面。截面200包括集电极台面102、集电极台面102上的基极台面104和基极台面104上的发射极台面106。基极金属114的一个或多个条带、发射极金属116的一个或多个条带以及集电极金属112的一个或多个条带分别(例如，通过沉积工艺)放置在基极台面104、发射极台面106和集电极台面102上。

尽管在截面200中将集电极台面、基极台面和发射极台面中的每一个图示为单个层，但是应当理解，每一层可以包括多个子层。图3图示了NPN HBT的示例性截面。NPN HBT300包括集电极台面302、基极台面304和发射极台面306。在该示例中，集电极台面包括两个子层：半绝缘GaAs衬底302A和N+GaAs子集电极302B。类似地，在该示例中，基极台面304还包括多个子层：第一InGaP蚀刻停止层304A、N-GaAs集电极304B、P+GaAs基极304C和第二InGaP蚀刻停止层304D。N+GaAs子集电极302B、第一InGaP蚀刻停止层304A和N-GaAs集电极304B形成HBT 300的集电极。NPN HBT 300还包括分别放置(例如，通过沉积工艺)在基极台面304、发射极台面306和集电极台面302上的基极金属314的一个或多个条带、发射极金属316的一个或多个条带以及集电极金属312的一个或多个条带。

图1所示的布局和结构对于任何给定的发射极台面面积(由所需的电流输出RF功率设置)，具有较大的基极-集电极结面积。所产生的较大Cbc影响了HBT的功率增益和效率。根据本公开的某些方面，为了减小基极-集电极结面积和Cbc，发射极台面可以连同相关联的发射极金属被布置在网格结构中。网格的开口可以以矩形或六边形或其他合适的方式成形。针对HBT基极的金属拾取件(pickup)被布置在网格开口的内部。结构可以进一步包括围绕发射极网格的可选基极金属圆环，以进一步降低基极电阻。可选的基极金属提供了附加的优化空间，从而在基极电阻(Rb)与Cbc之间权衡。可选的基极金属圆环与发射极网格开口内部的基极金属点互连。结构将基极台面面积/发射极台面面积比率减小到1.8以下。附加地，结构比图1所示的结构实现了超过25％的性能改进。

图4图示了根据本公开的某些方面的具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的示例性实现。HBT 400包括集电极台面402、集电极台面402上的基极台面404以及基极台面404上的发射极台面406。发射极台面406以网格状结构布置。发射极台面406具有多个开口410。多个开口410提供用于放置多个基极金属414并连接到基极台面404的窗口。多个基极金属414借助另一金属层(或多个层)(未示出)连接并彼此电耦合。

多个开口410可以是任何形状，例如，正方形(如图4所示)、矩形、六边形等。多个开口410中的每一个的尺寸和/或形状可以不同。多个开口410可以具有相同的尺寸和/或相同的形状，以便于设计和/或用于高堆积密度。多个开口410中的每一个足够大，以在开口内部容纳基极金属414，从而包括多个基极金属414本身中的每一个的尺寸以及多个基极金属414中的每一个与发射极台面406之间的必要间隔。因此，多个开口410的最小尺寸受到所使用的工艺技术的限制。类似地，多个开口410中的一个与多个开口410中的相邻一个之间的间隔也是其中最小间隔受到所使用的工艺技术的限制的设计选择。但是，间隔可以是大于或等于工艺技术允许的最小值的任何尺寸。

不同应用需要不同尺寸的HBT。例如，如果将HBT用作功率放大器，则选择HBT的尺寸来满足特定的输出功率要求。网格状发射极台面结构为选择HBT的尺寸以及集电极、基极和发射极的布置提供了灵活性。开口310的数量可以变化，并且可以是任何整数。例如，可以以2x2阵列来布置四个开口。可以存在多于或少于四个的开口，包括1个开口。多个开口310的布置是灵活的，并且不限于正方形阵列。可以是其他阵列(例如诸如2x2、3x3或3x1阵列)。通过将HBT的发射极台面布置在网格结构(例如，具有多个开口)中，可以改进堆积密度。基极台面面积/发射极台面面积比率可以减小到小于1.8。

HBT 400在发射极台面406上进一步包括一个或多个发射极金属(未示出)。发射极金属可以完全或部分覆盖发射极台面406。HBT 400还包括在集电极台面402上的一个或多个集电极金属412，以提供到HBT 400的集电极的连接。

为了进一步减小基极电阻，可以在发射极台面周围提供可选的基极金属。图5图示了HBT的示例性实现，其中HBT的发射极台面被布置为网格结构，并且可选的基极金属围绕发射极台面。类似于HBT 400，HBT 500包括集电极台面502、集电极台面502上的基极台面504和基极台面504上的发射极台面506。发射极台面506以网格状结构布置。发射极台面506具有多个开口510。多个开口510提供用于放置多个基极金属514并连接到基极台面504的窗口。多个基极金属514借助另一金属层(或多个层)(未示出)连接并且彼此电耦合。发射极金属(未示出)在发射极台面506上。发射极金属可以完全或部分覆盖发射极台面506。HBT 500还包括在集电极台面502上的一个或多个集电极金属512，以提供到HBT 500的集电极的连接。

附加地，HBT 500还包括围绕发射极台面506的可选基极金属524。可选基极金属524可以是圆环形状(如图5所示)，或者可以是一个或多个金属条带(未示出)。可选的基极金属524是在发射极台面网格外部的外部基极金属。可选的基极金属524借助另一金属层(或多个层)(未示出)连接到多个基极金属514，使得可选的基极金属524和多个基极金属514电耦合。可选的基极金属524产生较低的基极电阻(Rb)，但是可能增加Cbc。这提供了可以在Rb和Cbc之间进行权衡的附加的优化空间。

图6图示了根据本公开的某些方面的图5的沿B-B’线的示例性截面。截面600包括集电极台面502、集电极台面502上的基极台面504和基极台面504上的发射极台面506。截面600还包括可选的基极金属524。

尽管在截面600中将集电极台面、基极台面和发射极台面中的每一个图示为单个层，但是应当理解，类似于图3中的截面300，每一层可以包括多个子层。例如，在NPN HBT中，集电极台面502可以包括本征或轻度掺杂的GaAs衬底和N+GaAs子集电极。集电极金属可以连接到N+GaAs子集电极并且电耦合到HBT的集电极。发射极台面可包括本征InGaAs子层，然后是轻度N掺杂(例如，5E17)InGaP层和高度N+掺杂(例如，1E19)InGaAs层。

图7图示了根据本公开的某些方面的具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的另一示例性实现。HBT 700与HBT 300相似，但具有不同的发射极台面网格结构。HBT 700包括集电极台面702、集电极台面702上的基极台面704和基极台面704上的发射极台面706。发射极台面706以网状状结构布置。发射极台面706具有多个开口710。多个开口710提供用于放置多个基极金属714并连接到基极台面704的窗口。多个基极金属714借助另一金属层(或多个层)(未示出)连接并彼此电耦合。发射极金属(未示出)在发射极台面706上。发射极金属可以完全或部分覆盖发射极台面706。HBT 700还包括在集电极台面702上的一个或多个集电极金属712，以提供到HBT 700的集电极的连接。

与多个开口410为正方形的发射极台面400不同，多个开口710为六边形。六边形比正方形提供更高的堆积密度，从而在相同输出功率下导致HBT的面积更小。除了六边形开口之外，多个基极金属714可以为六边形，以将到基极的连接最大化并减小基极电阻。

类似于图5和图6中的HBT，HBT 700可以包括围绕发射极台面706的可选的基极金属(未示出)。可选的基极金属可以是圆环形状(如图5所示)或者可以包括一个或多个金属条带。可选的基极金属借助另一金属层(或多个层)(未示出)连接到多个基极金属714，使得可选的基极金属和多个基极金属714电耦合。

图8a-图8g图示了制造HBT的示例性工艺流程。图8a示出了具有所需的外延堆叠的起始晶片。晶片包括集电极台面堆叠852、基极台面堆叠854和发射极台面堆叠856。集电极台面堆叠852、基极台面堆叠854和发射极台面堆叠856被限定为它们是分别用于HBT的集电极台面、基极台面和发射极台面的起始堆叠。集电极台面堆叠852、基极台面堆叠854和发射极台面堆叠856中的每一个可以包括多个子层。例如，集电极台面堆叠852包括半绝缘衬底802A的层(例如，包括本征GaAs)和子集电极802B的层(例如，包括N+GaAs)。基极台面堆叠854包括第一蚀刻停止层804A(例如，包括InGaP)、集电极层804B(例如，包括N-GaAs)、基极层804C(例如，包括P+GaAs)和第二蚀刻停止层804D(例如，包括InGaP)。图8b图示了在放置HBT的发射极金属之后的晶片的一部分。对发射极台面堆叠856上的一个或多个发射极金属816进行图案化和限定(例如，光刻图案化和蚀刻)。图8c图示了在通过蚀刻发射极台面堆叠856对发射极台面进行图案化之后的晶片的一部分。发射极金属堆叠856被图案化和蚀刻来形成期望的图案作为发射极台面806。发射极台面806可以以各种形状(包括图4、图5和图7所示的形状)形成。在图8d中，基极金属814被图案化并限定在基极台面堆叠854上。第二蚀刻停止层804D被图案化并蚀刻，使得基极金属814接触集电极层804C。图8e图示了形成基极台面之后的结构。基极台面堆叠854被图案化和蚀刻来形成基极台面804(包括将层804A-804D图案化和蚀刻)。在图8f中，在集电极台面堆叠852上图案化并限定一个或多个集电极金属812。最后，如图8g所示，注入隔离环822可以围绕HBT。注入隔离环限定集电极台面802并形成HBT的边界。

图9图示了根据本公开的某些方面的用于制造具有以网格结构布置的发射极台面的HBT的示例性方法。下面的方法900的描述和图9中提供的工艺流程图仅作为例示性示例，并不旨在要求或暗示必须以所呈现的顺序执行各个方面的操作。

HBT制造方法900从具有所需的外延堆叠的晶片开始。在902处，提供了具有所需的外延堆叠，包括集电极台面堆叠(例如，集电极台面堆叠852)、基极台面堆叠(例如，基极台面堆叠854)和发射极台面堆叠(例如，发射极台面堆叠856)的晶片。每个台面堆叠可以包括多个子层。例如，对于NPN HBT，集电极台面堆叠可包括本征GaAs半绝缘衬底层(例如，半绝缘衬底802A)和N+GaAs子集电极层(例如，子集电极802B)。基极台面堆叠可以包括第一InGaP蚀刻停止层(例如，蚀刻停止层804A)、N-GaAs集电极层(例如，集电极层804B)、P+GaAs基极层(例如，基层804C)和第二InGaP蚀刻停止层(例如，蚀刻停止层804D)。

在904处，一个或多个发射极金属(例如，发射极金属516或816)被放置在发射极台面堆叠上。

在906处，通过诸如蚀刻的适当工艺来图案化并形成发射极台面。发射极台面包括多个开口，例如，多个开口410、510或710。多个开口可以是任何形状，例如，正方形(如图4所示)、矩形、六边形(如图7所示)等。多个开口中的每一个的尺寸和/或形状可以不同或可以相同。多个开口中的每一个均足够大，以容纳基极金属(例如，基极金属414、514或714)，包括基极金属本身的尺寸以及基极金属和发射极台面之间的必要间隔。因此，多个开口的最小尺寸受到所使用的工艺技术的限制。类似地，一个开口与相邻开口之间的间隔也是设计选择并且最小值受所使用工艺技术的限制。

在908处，在多个开口中提供多个基极金属，例如，多个基极金属414、514或714。多个基极金属位于基极台面堆叠上，并提供与HBT的基极的连接。多个基极金属可以具有与多个开口相同的形状。多个基极金属借助另一金属层(或多个层)连接并且彼此电耦合。

在910处，可选的基极金属(外部基极金属)(例如，基极金属524)可以放置在基极台面堆叠上，并连接到多个开口中的基极金属。可选的基极金属围绕发射极台面并可以产生较小的基极电阻。可选的基极金属通过另一金属层(或多个层)电耦合至多个基极金属。

在912处，借助诸如蚀刻的工艺来图案化并形成基极台面，例如，基极台面404、504、704或804。

在914处，一个或多个集电极金属(例如，集电极金属412、512、712或812)被放置在集电极台面堆叠上。

此外，可以通过将隔离环放置在集电极台面堆叠中来进一步限定集电极台面。隔离环还形成了HBT的边界。

提供本公开的先前描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用本公开。本公开的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开内容不旨在限于本文所描述的示例，而是与符合本文所公开的原理和新颖性特征的最宽范围相一致。