晶体管外延生长方法和晶体管的制备方法与流程

本申请涉及半导体和通信技术领域，具体而言，涉及一种晶体管外延生长方法和晶体管的制备方法。

背景技术：

异质接面双极晶体管(hbt)的电流增益(currentgain)，是由基电极层(baselayer)的p型掺杂浓度(dopingconcentration)所决定，p型掺杂所用的前驱物(precursor)一般为碳掺杂(carbondoped)。在磊芯片的外延成长过程中，以氢气(hydrogen)做为载气(carriergas)，形成反应或未反应的碳掺杂键结，外延成长后，hbt的电流增益就确认了。

但是，在对器件进行适当偏压操作时，基射极接面因获得偏压，使得基电极层的碳掺杂键结获得能量而再次裂解出碳原子，使基电极层的p型掺杂浓度提高而增加了电流增益，这种电流增益增加的现象称之为暂态效应(transiteffect)，暂态效应将使电路设计与应用上呈显一种不稳定态。

因此，设计一种晶体管外延生长方法，能够改善电流增益暂态效应，这是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于，提供一种晶体管外延生长方法和晶体管的制备方法以改善上述问题。

本申请实施例提供一种晶体管外延生长方法，包括：

通入第一前驱物，形成基电极层；

关断所述第一前驱物，对所述基电极层进行热退火处理；

在热退火处理后的所述基电极层上，通入第二前驱物，形成发射极层。

在上述对所述基电极层进行热退火处理的步骤中，热退火处理的温度范围为：500℃～700℃。

在上述对所述基电极层进行热退火处理的步骤中，热退火处理的时长范围为：1min～10min。

在上述晶体管外延生长方法中，所述第一前驱物为三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。

在上述晶体管外延生长方法中，所述三族前驱物包括tmga、tmal、tmin、tega、teal、tein。

在上述晶体管外延生长方法中，所述五族前驱物包括ash3、tmas、tbas、ph3、tbp。

在上述晶体管外延生长方法中，所述形成发射极层的步骤之后，包括：

关断所述第二前驱物，对所述发射极层进行热退火处理。

在上述晶体管外延生长方法中，所述形成发射极层的步骤之后，包括：

在所述发射极层上，通入第三前驱物，形成帽盖层；

关断所述第三前驱物，对所述帽盖层进行热退火处理。

在上述晶体管外延生长方法中，所述对所述帽盖层进行热退火处理的步骤之后，包括：

在所述帽盖层上，通入第四前驱物，形成欧姆接触层；

关断所述第四前驱物，对所述欧姆接触层进行热退火处理。

本申请实施例还提供一种晶体管的制备方法，所述晶体管的制备方法包括所述的晶体管外延生长方法。

本申请实施例提供的晶体管外延生长方法和晶体管的制备方法的有益效果：

对所述基电极层进行热退火处理，能够使基电极层中的碳掺杂键结型态稳定，避免碳掺杂键结因器件操作时偏压获能后再次裂解出碳原子，避免基电极层中的p型掺杂浓度增加，从而避免电流增益增加，改善暂态效应。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的晶体管外延生长方法的核心步骤。

图2为本申请实施例提供的晶体管外延生长方法的流程图。

图3～图5为晶体管外延生长过程的结构示意图。

图6为未关断第一前驱物的情况下，对基电极层进行热退火处理的实验结果。

图7为关断第一前驱物的情况下，对基电极层进行热退火处理的实验结果。

图标：100－外延结构；200－衬底；300－次集电极层；400－刻蚀停止层；500－集电极层；600－基电极层；700－发射极层；800－帽盖层；900－欧姆接触层。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有器件在进行常规操作时，基射极接面因偏压给予，使得基电极层的碳掺杂键结获得能量而又再次裂解出碳原子，使基电极层的p型掺杂浓度提高而增加了电流增益，这种电流增益增加的现象称之为暂态效应(transiteffect)，为改善器件的暂态效应，本申请的实施例提供一种晶体管外延生长方法。

本申请的实施例提供的晶体管外延生长方法的核心在于：在形成基电极层后，暂时关断前驱物，并在关断了前驱物的时间段里对基电极层进行热退火处理，热退火处理完成后，再通入前驱物以形成发射极层。具体的流程，请参阅图1：

s01：通入第一前驱物，形成基电极层600；

s02：关断第一前驱物，对基电极层600进行热退火处理；

s03：在热退火处理后的基电极层600上，通入第二前驱物，形成发射极层700。

请参阅图2，本实施例提供晶体管外延生长方法，包括以下步骤：

s1：制备衬底200。

请参阅图3，衬底200的材料可以选择gaas或inp。

s2：在衬底200上依次制备次集电极层300、刻蚀停止层400和集电极层500。

请参阅图4，次集电极层300的材料可以选择gaas(砷化镓基hbt)或ingaas(磷化铟基hbt)。

s3：通入第一前驱物，形成基电极层600。

基电极层600的材料可以选择gaas(砷化镓基hbt)或ingaas(磷化铟基hbt)。

对基电极层600进行p型掺杂，这里的p型掺杂为碳掺杂。p型掺杂所用的前驱物可以选择cbr4、cbrcl3、ccl4等。

基电极层600所用的第一前驱物为三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。三族前驱物包括tmga、tmal、tmin、tega、teal、tein。五族前驱物包括ash3、tmas、tbas、ph3、tbp。

s4：关断第一前驱物，对基电极层600进行热退火处理。

首先，关断第一前驱物；

然后，进行热退火处理。其中，为避免层表面质量不佳，热退火处理的温度需高于长晶温度，可以选择的温度范围为：500℃～700℃，热退火处理的时长范围为：1min～10min。这里的热退火处理为在有机金属化学气相沉积机台(mocvd)中进行的实时热退火处理(in－situanneal)。

适当的热退火处理可以使器件的电流增益变化率较小，亦即表示电流增益不随器件操作时的偏压条件而明显变化。

在上述温度范围和时长范围的条件下，对基电极层600进行热退火处理，具有至少两个技术效果：

1.对基电极层600进行热退火处理，能够使基电极层600中的碳掺杂键结型态稳定，避免碳掺杂键结因器件操作时偏压获能后再次裂解出碳原子，避免基电极层600中的p型掺杂浓度增加，从而避免电流增益增加，改善暂态效应；

2.在上述温度范围和时长范围的条件下，进行热退火处理，能够避免因前驱物配比不适当而产生表面晶体质量不佳的现象，也能够避免在界面温度升降或压力升降过程中，因前驱物关断产生表面雾化或裂纹等晶体质量不佳的现象。

为充分论述上述技术效果，做了以下实验。

实验1：在未关断第一前驱物的情况下，对基电极层600进行热退火处理，实验数据如图6所示，图中，上方的虚线表示对基电极层600进行热退火处理后的电流增益的变化曲线，下方的实线表示未对基电极层600进行热退火处理的电流增益的变化曲线。

从图6可以看出，在未关断第一前驱物的情况下，对基电极层600进行热退火处理，电流增益的变化率＞30％。

实验2：在关断第一前驱物的情况下，对基电极层600进行热退火处理，实验数据如图7所示，图中，上方的虚线表示对基电极层600进行热退火处理后的电流增益的变化曲线，下方的实线表示未对基电极层600进行热退火处理的电流增益的变化曲线。

从图7可以看出，在关断第一前驱物的情况下，对基电极层600进行热退火处理，电流增益的变化率＜3％。

可见，本实施例中采用关断第一前驱物的情况下，对基电极层600进行热退火处理，具有降低电流增益的变化率，改善暂态效应的效果。

s5：在热退火处理后的基电极层600上，通入第二前驱物，形成发射极层700。

请参阅图5，发射极层700的材料选择为aigaas、gainp(砷化镓基hbt)、inp、inalp(磷化铟基hbt)。发射极层700所用的第二前驱物为三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。三族前驱物包括tmga、tmal、tmin、tega、teal、tein。五族前驱物包括ash3、tmas、tbas、ph3、tbp。优选第二前驱物与第一前驱物不同。

s6：在发射极层700上依次制备帽盖层800和欧姆接触层900。

其中，帽盖层800的材料选择为gaas(砷化镓基hbt)、ingaas(磷化铟基hbt)，欧姆接触层900的材料选择为ingaas。

在本实施例中，在形成基电极层600后，关断第一前驱物，对基电极层600进行热退火处理，能够改善暂态效应，并且能够避免表面晶体质量不佳的现象。

在其他实施例中，还可以选择对其它层结构，进行关断前驱物，并进行热退火处理的操作，同样能够起到改善暂态效应、避免表面晶体质量不佳的效果象。其它层结构可以是发射极层700、帽盖层800或欧姆接触层900。

例如，在热退火处理后的基电极层600上，通入第二前驱物，形成发射极层700之后，可以关断第二前驱物，对发射极层700进行热退火处理。这里的热退火处理的条件跟对基电极层600的相同，温度范围为：500℃～700℃，时长范围为：1min～10min。第二前驱物同样可以选用三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。这样，能够改善基电极层600的暂态效应。

例如，形成发射极层700之后，在发射极层700上，通入第三前驱物，形成帽盖层800；再关断第三前驱物，对帽盖层800进行热退火处理。这样，能够改善基电极层600的暂态效应。其中，帽盖层800所用的第三前驱物为三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。三族前驱物包括tmga、tmal、tmin、tega、teal、tein。五族前驱物包括ash3、tmas、tbas、ph3、tbp。优选第三前驱物与第一前驱物相同。

又例如，在帽盖层800上，通入第四前驱物，形成欧姆接触层900；再关断第四前驱物，对欧姆接触层900进行热退火处理。这样，能够改善基电极层600的暂态效应。其中，欧姆接触层900所用的第四前驱物为三族前驱物中的一种或五族前驱物中的一种。三族前驱物包括tmga、tmal、tmin、tega、teal、tein。五族前驱物包括ash3、tmas、tbas、ph3、tbp。优选第四前驱物与第二前驱物不同。

可见，本实施例提供的晶体管外延生长方法除了对基电极层600进行热退火处理外，还可以选择性地对基电极层600之后的外延层进行热退火处理，这里的外延层包括发射极层700、帽盖层800和欧姆接触层900。具体选择哪些外延层进行热退火处理可以根据需要灵活确定。

本实施例还提供一种晶体管的制备方法，晶体管的制备方法包括上述晶体管外延生长方法，从而将外延结构100进一步加工成晶体管。

本实施例方法制备的外延结构100能够适用于加工成异质接面双极晶体管hbt，异质接面双极晶体管hbt包括异质结磷化铟镓晶体管器件(ingaphbt)、异质结磷化铟晶体管器件(inphbt)和异质结砷化铝镓晶体管器件(algaashbt)。

本实施例提供的晶体管外延生长方法和晶体管的制备方法的有益效果：

1.能够使器件中的碳掺杂键结型态稳定，避免碳掺杂键结因常规偏压操作下获能后再次裂解出碳原子，避免p型掺杂浓度增加，从而避免电流增益再增加，改善暂态效应；

2.能够避免因前驱物配比不适当而产生表面晶体质量不佳的现象，也能够避免在界面温度升降或压力升降过程中，因前驱物关断产生表面雾化或裂纹等晶体质量不佳的现象，这样，不会因为关断了前驱物而给器件的制备带来其它缺陷。

本申请中只详细介绍了将晶体管外延生长方法运用于hbt的制备方法中的例子，本申请提供的晶体管外延生长方法当然还可以运用到其它结构形式的晶体管的制备中，在这里不再赘述，只要运用了本申请中提供的关断前驱物、并进行热退火处理的构思，都应该属于本申请要求保护的范围。

本申请中提供的制备方法形成的外延结构100和晶体管也应该属于本申请要求保护的范围，采用上述制备方法形成的外延结构100和晶体管，还可以运用在功率放大器或其它电器中，都应该属于本申请要求保护的范围。

需要说明的是，本申请中提到的数值，包括温度的取值、时长的取值等，都只是申请人通过实验和测算获得的较为可靠的数值，而不是严格限定对应的参数只能是这些取值。本领域的技术人员可能会在本申请的方案的基础上，做进一步的实验，获得其他效果相近的取值，这些取值也没有脱离本申请的核心，也应该属于本申请要求保护的范围。

本申请中各个层结构以及前驱物采用的材料，都只是申请人通过实验获得的较为可靠材料，而不是严格限定只能采用这些材料。本领域的技术人员可能会在本申请的方案的基础上，做进一步的实验，获得其他效果相近的材料，这些材料也没有脱离本申请的核心，也应该属于本申请要求保护的范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。