[其他]雙極異質結晶體管及其制造方法

無效

• 申請號: 85108634
• 申請日: 1985-09-29
• 公開（公告）號: CN1003831B
• 公開（公告）日: 1989-04-05
• 發明（設計）人: 格翰納姆·莫斯塔法·耶黑亞;默坦斯·羅伯特;尼斯·約翰
• 申請（專利權）人: 英特大學微電子中心
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉暉

按照本發明研制的雙極異質結晶體管其發射極形成層基本上由摻雜的和氫化的半導體材料組成，并且至少局部形成非晶的結構。由于發射極材料的能帶較寬，可獲得大的電流增益β。發射極形成層最好由摻雜的和氫化的微晶硅組成，能提供小的基極電阻適宜在高頻下使用。用ＣＶＤ技術，用等離子體或者用光分解法可以形成非晶雙極異質結晶體管，用上述任一方法或用加熱非晶發射極層的方法，可制作具有微晶發射極層的晶體管。

本發明涉及到一種包括發射極形成層。基極形成層和收集極形成層的雙極異質結晶體管。該異質結為發射極一基極結。

這種雙極異質結晶體管具有很高的電流增益，也就是β系數比較大，有關情況可以從FR-A-2352404號專利文件中獲得。其中在AlGaAs（鋁-鎵-砷）和GaAs（鎵-砷）之間，用Ⅲ-Ⅴ族技術形成一個異質結，這里AlGaAs的能帶寬為2.3電子伏，這里使用的外延技術，對其進行控制有一定困難，而且花費也十分昂貴。

另外，還有一種人所共知的雙極晶體管，其發射極-基極結是由多晶硅和單晶硅組成的。使用這種技術需要在高溫下將摻雜雜質從多晶硅層的發射極擴散到單晶硅的基極中去。因而導致發射極和基極之間的結不鮮明。如何解釋β的增加也很含糊，有的人解釋為是因為少數載流子在發射極的多晶部分的擴散系數較低，還有的人解釋為在多晶層相單晶層之間存在著一薄層氧化物的緣故，還有的人解釋為前兩個因素的結合而導致β系數的增加。

另外一種用來制造雙極異質結晶體管的硅工藝技術是SIPOS技術（例如可見FR-A-2309981），在這種工藝中，發射極形成層量在溫度大約為650℃的情況下，從O-SiH-NO-PH（氧-硅烷-氧化氮-磷化氫）蒸氣中得到的，從而得到摻磷的Si-SiO₂（硅-二氧化硅）多晶結構。然后，為了減少結表面上的態密度，上述材料要在溫度為900℃下的氫氣氣氛中退火，退火之后發射極層的能帶寬度成為1.5電子＊這種技術的缺點在于：由于在高溫下退火，磷＊擴散到基極層中，從而擾亂了十分精確而又鮮明的發射極-基極結的界面，造成發射極層的能帶寬度與基極層中的能帶寬度之間的轉變變得不太鮮明，另外，因為存在絕緣的二氧化硅（SiO₂）從而這種晶體管具有較大的發射極電阻值。

本發明的主要目的是提供一種雙異質結硅晶體管，其發射極帶寬很寬。為意味著在異質結上沒有積聚電荷就具有高的增益。并且制造工藝也很簡單，花費也不昂貴。

因此，該晶體管的特征在于：發射極形成層基本上由摻雜的和氫化的并且至少部分地形成非晶結構的半導體材料組成。

這樣可以得到很高的電流增益。因為由于發射極層材料帶寬的原因使少數載流子到發射極的注入勢壘增加了，同樣由于該層帶寬的原因，發射極的本征載流子濃度Ni減少了。

這種晶體管很適合在高頻下應用，并且可以用在任何一種半導體技術中，諸如差分放大器、運算放大器以及各種各樣的具有高增益β的快速數字集成電路之中。

從某種意義上講，非晶結構包含了：從完全非晶的氫化硅（α-Si∶H），還包含由埋在非晶基質中，其平均尺寸為2～100毫微米的小晶粒組成的微晶硅（uC-Si）。直至由平均尺寸為2～100毫微米的晶粒和晶界構成的連續結構這么一個范疇。在任何情況下材料中氫的含量都是最基本成分，同時，禁帶寬度也大于或等于晶體硅（C-Si）的禁帶寬（在特殊情況下，帶晶粒的多晶硅的平均尺寸大于100毫微米），在制造硅的過程中使用的溫度和硅的退火溫度越高，那么處于邊緣的多晶硅的晶粒數目和/或尺寸也越大，一般認為是帶晶界的晶粒的連續結構，其尺寸在一般情況下至少為100毫微米。在完全非晶的情況下，發射極形成層的電阻率，其數值近似在1-1000歐姆-厘米之間，而在微晶硅（uC-Si）的情況下，電阻率的數值約在10^-3歐姆-厘米以下。

已知摻雜的和氫化的非晶硅，可用來制造太陽能電池，這方面的情況是人所共知的，例如可參見US-A-4457538，這里所使用的非晶硅比用在晶體管中的非晶硅還有其他要求。