TW200416896A - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents
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Description
200416896 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種異質接面雙極電晶體，文後亦稱之為一 ’ΉΒΤ，、 【先前技術】 一 III-V族化合物半導體之異質接面雙極電晶體係用於通 L，例如光學通信、微波或毫米波通信，且亦進而例如實 用於仃動通信裝置或光學通信裝置之高頻率或高功率元件 2，因為此異質接面雙極電晶體係在高頻率及高電流驅動 能力上比由單一材料系統組成之雙極電晶體更顯現較佳性 馮了使HBT達到實 rn 味 q王，慢 官許多方法針収善HBT之敎性，但是咖穩定性之改 ::未令人滿意’因為如果一用於電力裝置之大電流施加 Βτ% ’則裝置有時候會因Ηβτ而老化。 一此老化之主要原因考慮如下。c(碳）近年來已取代鍵做為
Pi摻雜物而摻入—域砂/鎵神ΗΒτ之料基極層内，其 原子半徑小於基極層之鎵盥砷者 m 11此’料成基極層應 奸：Γ 一再組合中心，而導致減小電流增益及降 低％疋性，特別是在碳高度摻入之例子中。 為了避免此問題’曾有建議 或，元素至碳摻人之料基極層，=基/層者以外樣 專利公開細·371()5。依此方式=如❹閱日本未審查 成基極声之元辛者s Α " 4、加原子半徑較大於構 曰素者（即叙與碎）之雜質做為摻雜物，即可消除
0.\88\88685.DOC 200416896 基極層之應變而改善HBT之穩定性。 、另-方式’亦曾有建議使用由m或¥攔元素以外元素組 成之一種雜質做為鎵碎基極層之摻雜物，相較於構成基極 f之原子，二種雜質之其中一者具有較大原子半徑，而另 -者具有較小原子半徑，例如請參閱曰本未審查專利公開 案2_-323491。依此方式，添加相較於構成基極層之原子 (即鎵與绅）而有較大原子半徑之其中一型雜質（例如鎮风 有較小原子半徑之另—型雜質（例如碳）即可消除基極層之 應變，且不與鎵或坤形成化合物，以㈣善刪之穩定性。 後一方式之先前技術ΗΒΤ範例將參考附圖說明於後（參 閱日本未審查專利公開案2__32349 i之圖i所示實施⑷， 如圖7所示，一習知HBT6〇〇係藉由磊晶生長技術，在一半 絕緣性料基板6G1上依序形成_卜料或；·㈣神緩衝層 6〇2、-石夕摻入之n_錁神集極層6〇3、一碳與鎂摻入之鎵砷 基極層604、-梦摻入之n_銘鎵坤或n_銦鎵磷射極層奶、及 4高度摻入之射極_帽蓋層6〇6。隨後’ n+_錄石申射 極-帽蓋層606、η-紹鎵石申或n_銦鎵碟射極層6〇5及p_鎵碎基 極層604適當地乾蝕刻，且一鎢矽射極6〇9、一鎳/金鍺/金2 極607及一鈦/始/金基極6〇8分別形成於n+_鎵碎射極-帽= 層606、n-鎵砷集極層6〇3&p_鎵砷基極層6〇4上。當射極層 之材料為η-鋁鎵砷時，HBT 6〇〇稱為—鋁鎵砷/鎵砷hbt: 或田射極層之材料為η_銦鎵磷時’則稱為—銦鎵雄/録坤 ΗΒΤ。吾人已知銦鎵磷/鎵砷Ηβτ具有一比紹鎵砷/蘇砰助丁 者高之壽命及穩定性。
O:\88\88685.DOC -6- 200416896 惟，為了摻入以往使用做為摻雜物之碳以外之新元素， 例如銦、錄或鎂’使用蟲晶生長技術之現有裝置皆益法岸 用’故需以最小程度改變現有穿罟不日丨η各 。 啕衣置，否則即建構一新裝置。 再者，除了碳外另有摻入例如銦、銻或鎂等元素之基極 層具有-極低於不含銦、銻或鎂等元素之基極層者之乾蝕 刻率，為了㈣m-基極層，必須供給—或多種用於絲 刻之氣體且此不同於以往所使用I，及進行離子研磨。當 進行離子研磨時，一蝕刻遮罩需形成以具有一較大之膜厚 度，因為蝕刻遮罩之蝕刻量幾乎相同於基極層者（易古之， 其難以達成高㈣選擇率）。惟，其難以使一大厚度u刻 遮罩在一均勻層上有精細圖案化。在任一例子中，其需改 變使用磊晶生長技術以產生HBT之現有裝置及步驟。而 本發明即針對於提供一種高穩定性之HBT，且不需要廣 泛改變用於製造之現有裝置及步驟。 【發明内容】 在本發明之一項内容中，其提供一種異質接面雙極電晶 體（HBT)，包含一集極層、一基極層及一射極層，其中集極 層、基極層及射極層分別具有不同晶袼常數、、知、、，且 ab值在〜、ae值之間，易言之，、、％、、值滿足於ac>ab> ae或ac<ab<ae之數值關係。 依本舍明所示，其提供一種高穩定性之Hbt，且不需要 廣泛改變用於製造HBT之現有裝置及步驟。更明確地說， 具有一較大激勵能量之HBT可以藉由適當地設定a。、ab、ae 之間之適當關係而取得，以利決定因為晶格應變所致之變 O:\88\88685.DOC -7- 200416896 ^而不必摻入特定元素，因此HBT之壽命（MTTF)即較异 於習知HBT者。 又 在一習知射極朝上型HB 丁之例子中，射極層對基極層之 -晶格錯配比較佳為不大於約〇·3%，且更佳為不大於約 0.1%，而基極層對集極層之一晶格錯配比較佳為不大於約 〇·3°/❶，且更佳為不大於約〇.1%。在一集極朝上型HBT之例 子中，集極層對基極層之晶格錯配比較佳為不大於約 0.3/〇且更佳為不大於約0.1%，而基極層對射極層之晶格 錯配比較佳為不大於約〇·3%，且更佳為不大於約〇 ι%。 依此，具有一更大激勵能量之ΗΒΤ可以藉由選定一小晶 格錯配比，以利限制應變程度，因此ΗΒΤ之壽命可在實際 使用之一溫度範圍内變大。 當具有漸減或漸增順序晶格常數之半導體層使用做為集 極、基極及射極層時，ΗΒΤ之預期電力性特徵無法在某些 例子中取得，因為—帶狀結構無法依需要而形成。在此例 子中，具有長壽命及高穩定性之ΗΒΤ可以利用一具有二層 式結構之射極層及/或集極層取得，以避免帶狀結構自所需 者發生變化。 射極層可以由二層構成，即第一及第二射極層，第一射 極層以其一侧接觸於基極層，而第二射極層接觸於第一射 極層之相反側，第—及第二射極層分別具有晶格常數ael、 aer在此實施例中，第二射極層對基極層之晶格錯配比可 以大於0.3% ’只要ae2取代〜而仍毅於〜、、或a〆％ < ae之關係。依此實施例所示，帶狀結構自所需者發生變
O:\88\88685.DOC 化即可避免而保有習知帶狀結 層之晶格錯配比可以相當小， 構’因為第一射極層對基極 例如不大於0.1%。 此亦適用於集極層由二層構成之例子，即第—及第二集 極層’第一集極層以其一側接觸於基極層，而第二集極層 接觸於第一集極層之相反側’第—及第二集極層分別具有 晶格常數ael、ae2。在此實施例中，第二集極層對基極層之 晶格錯配比可以大於〇.3%，只要^取代a。而仍滿足於a)% e或ae < ab < ae之關係。依此實施例所示，帶狀結構自所 需者發生變化即可避免而保有習知帶狀結構，因為第一集 極層對基極層之晶格錯配比可以相當小，例如不大於0.1%。 本發明ac、ab、ae之間之關係在HBT之一接面溫度時得以 滿足，故可達成本發明之效果。 【實施方式】 針對HBTs之穩定性試驗，一溫度加速試驗（文後簡稱為 %疋性試驗’’）使用一俗稱Arrhenius模型，其係反應動力模 型中之一者，此Arrhenius模型已知由以下方程式（丨）表示： L=A · exp(Ea/kT) · · · (1) 其中L為哥命（h)，A為常數（h)，Ea為激勵能量（eV)，垃為 Boltzmann常數（約8.61xl0-5eV/K)，τ為溫度（κ)。在本說明 書中，壽命L相當於一MTTF，即ΗΒΤ之平均失效時間（h)， 及溫度T為一接面溫度Tj (它）之絕對溫度減少值。請注 意接面溫度係指一欲承受最高溫部分之溫度，且通常視為 ΗΒΤ之一集極層之溫度。本說明書中之接面溫度Tj (°C )係由 以下方程式（2)計算：
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Tj = Ts+RxP · · . (2) 其中Ts為環境溫度（或周圍溫度）（°c)，R為HBT之熱阻（°c /W)，P為供給至HBT之功率（W)(即集極電流IC(A)乘以集極 -射極電壓Vee (V)之值）。
當穩定性試驗係用不同溫度條件進行以決定MTTF時，所 得資料之Arrhenius圖表（即對數MTTF對比於溫度倒數之圖 表）大體上顯示繪出之資料幾乎在一線上，而為單一失效模 式，一激勵能量Ea則得自該線之斜率。 本發明人係以新的觀點針對於穩定性試驗中之激勵能 量，以利改善HBT之穩定性。 本發明人即以一銦鎵磷/鎵砷HBT (a)做為HBTs之一範 例，銦鎵磷/鎵砷HBT (a)具有一相似於圖7所示先前技術 HBT 600者之結構，不同的是銦鎵磷/鎵砷HBT (a)之基極僅 摻入碳，隨後其進行穩定性試驗同時在大約270至290°C範 圍内改變一接面溫度，穩定性試驗之電力性條件如下：射 極-集極電壓Vce=3.0 V ;電流密度Jc = 5 0 kA/cm2。接著，所 得之MTTF資料（樣品數：N=1 0)繪成Arrhenius圖表，且一回 歸線（a)係以最小平方方法計算，結果如圖8所示，由線（a) 之斜率計算出來之一激勵能量約為0.7 eV。 此外，目前已有許多取自穩定性試驗之HBTs激勵能量報 告，例如，報告指出一具有結構相似於在基極層摻入碳之 銦鎵磷/鎵砷HBT(a)者之銦鎵磷/鎵砷HBT具有約0.7激勵能 量，例如參閱 Sandeep R. Bahl et al·， ’’Reliability
Investigation of InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar O:\88\88685.DOC -10- 200416896
Transistor’’，International Electron Device Meeting Digest， 1995, pp. 815-818 。 做為HBTs之另一範例，本發明人亦藉由相關於一銦鎵磷 /鎵砷HBT (b)而推論取得一線（b)，銦鎵磷/鎵砷HBT (b)具有 一相似於圖7所示在基極層摻入碳與鎂之HBT 600者之結 構，更明確地說，本發明人推論出銦鎵磷/鎵砷HBT(b)之一 穩定性試驗結果，且根據日本未審查專利公開案2000-323491 及H· Sugahara et al·，"IMPROVED RELIABILITY OF AlGaAs/GaAs HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTORS WITH A STRAIN-RELAXED BASE” ，IEEE GaAs IC Symposium Technical Digest，1993，pp. 115-11 8，以取得線 (b)，其結果亦揭示於圖8内。請參閱圖8，在基極層摻入碳 與鎂之HBT (b)之線（b)係向上移，且其相關於在基極層僅摻 入石反之HBT (a)之線（a)而在任意溫度下皆喊不出一較大之 MTTF。易言之，可以瞭解的是相較於在基極層僅摻入碳之 HBT，當一基極層在碳以外另#入鎂時，HBT之壽命即變 長。惟，由線（b)之斜率計算得到之HBT (b)之激勵能量約為 0.7 eV，此相似於HBT (a)者，且其激勵能量之間實質上並 無差異。 再者’在破以外，目前已有一在基極層彳爹入鋼或錄之Hb T 穩定性試驗報告，此例子亦顯示一相似於在基極層換入石炭 與鎮之HBT (b)者之結果。例如’報告指出如同在hbt (b) 之例子中者，一在基極層摻入碳與銦之鋁鎵砷/鎵坤ΗβΤ具 有一較長於在基極層僅摻入碳之HBT者之壽命。惟，報告 O:\88\88685.DOC -11 - 200416896 亦指出鋁鎵砷/鎵砷HBT亦具有一小激勵能量0·45 eV。例 如，請參閱 H. Sugahara et al·，"IMPROVED RELIABILITY OF AlGaAs/GaAs HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTORS WITH A STRAIN-RELAXED BASE% IEEE GaAs IC Symposium Technical Digest, 1993，pp. 115-118 〇 再者，目前已有一在基極層僅摻入碳之銦鎵磷/鎵砷 HBT(c)穩定性試驗報告（電力性條件：射極-集極電壓 Vce=2.4-2.5 V ;電流密度 Jc=60 kA/cm2)，例如，請參閱 A.
Kawano et al·，’’Reliability of C-doped base InGaP/ GaAs HBTs’’，1997 General Conference of IEICE (Institute of Electronics，Information and Communication Engineers), SA-8-1，pp_ 474-475, Fig.4，此結果亦揭示於圖8之線（c)。 在HB T(c)中’基極層僅換入碳且未推入可減少内部應變之 其他元素，惟，相較於本發明人援引用於比較之HBT(a)， HBT(c)在特定溫度下不僅具有一較大之MTTF，亦有一大約 2.0eV之較大激勵能量，較大激勵能量係指較大之線（c)斜 率，因此在較低溫度下壽命（MTTF)變長（即圖8之圖表右 側）。儘管在具有大約0.7 eV激勵能量之HBT (b)之接面溫度 Tj處之壽命（MTTF)為大約3xl03小時，然而具有大約2.0 eV 激勵能量之HBT (c)者係大約4xl04小時，大約10倍於HBT (b) 者。 在HBT (c)與其他HBTs之穩定性試驗結果中之比較基礎 上’特別是HBT (a)，本發明人已發現特別是在一低溫下可 使HBT之壽命較長，因而可藉由增加一激勵能量且不摻入 O:\88\88685.DOC -12- 200416896 以往使用做為基極層摻雜物之碳（或鈹）以外其他元素下，改 善HBT之穩定性。 惟，激勵能量僅針對銦鎵磷/鎵砷HBT而有所不同，吾人 並不知道為什麼HBT (c)顯示出比HBT (a)、HBT (b)及已報 導之其他HBTs大之激勵能量（造成低溫下較長之壽命）（特 別是請參閱 Sandeep R· Bahl et al·，"Reliability
Investigation of InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar
Transistor^, International Electron Device Meeting Digest, 1995, pp· 815-818) 〇 發明人謹慎考量一影響激勵能量之因素而完成本發明。 依本發明所示，提供一種含有一集極層、一基極層及一 射極層之異質接面雙極電晶體（HBT)，纟中集極層、基極層 及射極層分別具有不同之晶格常數ac、〜，且4值係在 &。與36值之間。請注意ae可以較大於或較小於易言 之’〜、ab、ae係依漸小或漸大順序，亦即，〜、知、％滿足 於ac>ab>ae或ac<ab<ae之數字關係。 在本發明中，晶格常數n、ae可以決定如下。首先， -實質上相同於基極層之層(文後稱為一 ”假基極層，，係在 相同於耐製造過程中之基極層生長條件下(典型上為蟲 晶生長）’生長於-具有（OOi)表面之基板上，因此，可取得 -含有假基極層之樣品，假基極層之厚度設定為侧埃。 Ik後在樣m之-(_)平面處之Bi>agg反射搖擺曲線係藉由 自㊀掃描至2㈣量敎，因此，基板及其上方假基極層之尖 峰角度即經量測，量測到之尖峰角度大體上含有極小偏
O:\88\88685.DOC -13 - 200416896 差’因此假基極層之量測尖峰角度無法採用。對比之下 這些量測到之尖峰角度之間之差異則較可靠。再 I板 之尖峰角度之内值係已知，因此，假基極層之尖峰角声可 藉由補償量測值而決定。隨後，假基極層之一晶袼常數” 係利用依上述方式決定之假基極層之尖峰角度㊀，而p Bragg方程式中計算得到（2d· δίηθ=ηλ，其中d為晶袼常數， λ為欲使用之X射線波長，n為自然數（1，2, 3，計算得到 之假基極層之晶格常數”d”實際上可以視為基極層之晶格 常數ab、集極層之晶格常數、及射極層之晶格常數％可依相 同方式決定。請注意，具有4晶體單色光鏡2PhilipsX射線 繞射儀，型號：MPD1880HR(入射之X射線··銅鉀心射線）， 可以使用做為X射線裝置。 依本發明所示，心、〜、ae之間關係可藉由依漸小或漸大 順序設定ae、ab、ae而適當地選擇，以利決定因晶袼應變所 致之义形，結果即可取得具有較大於習知激勵能量之 HBT，因而可以比習知者更延長hbt之壽命（特別是 MTTF)本發明HBT之壽命係在低溫下特別延長，亦即在 實際使用上之溫度或接近於此溫度時。 儘管不欲以任何理論侷限，但是本發明為什麼可以延長 HBT哥命之原因仍將考量於後。一裝置老化之一項肇因係 假設為差排之移動，更明確地說，因為晶格内部應變所致 之力係作用於差排上，i以往差排皆由此力移動而最終到 達例如基極層與射極層之間之一界面，致使裝置老化。為 了移動是排，差排需受到一較大於防止差排移動之激勵能
O:\88\88685.DOC -14- 200416896 量之力（或能量）影響。反之，本發明適當地選擇a。、ab、ae 關係以决疋因晶袼所致之變形，使其可減小影響差排 之力且令i排難以移動。結果，依本發明所示，而之壽 命得以延長。 ^者本纟月不而要如先前圖7所示之習知耶丁利用額外 摻雜物摻人基極層以釋除應變。因此，不需要改變使用蟲 晶生長技術與蝕刻技術之現有裝置及步驟。 簡而言之，依本發明所示，其提供具有延長壽命之耐， 易言之1高穩定性’不需要改變使用蟲晶生長技術與姓 刻技術之現有裝置及步驟。 在本日月之Λ知例中，在集極層、基極層及射極層中 之相鄰二層之間之一晶格錯配比’具體而t，即射極層與 基極層之間之一晶格錯配比以及基極層與集極層之間之一 晶格錯配比其中一者且較佳為二者，其不大於〇·3%且較佳 為不大於0.1%。”晶格錯配比”一詞係指將二層之晶格常數 間之一絕對值差除以下層之晶格常數所得到之百分比值， 可以瞭解的是晶格錯配比之理論最小值係根據上述晶格錯 配之定義而為零。 具體而言，本發明之ΗΒΤ可為一射極朝上型或一集極朝 上型。在射極朝上型ΗΒΤ之例子中，射極層對基極層之一 晶格錯配比（亦即| ae-ab | /abXl00)(%)不大於約〇 3%且較 佳為不大於0.1%。換言之，ae、ab滿足丨丨/abXl〇〇 $ 〇·3(%)之關係，且較佳為滿足丨ae_ab丨/abXl〇〇 $ 〇 ι(%)之 關係。同樣在射極朝上型ΗΒΤ之例子中，基極層對集極層 O:\88\88685.DOC -15- 200416896 之日日格錯配比（亦即I ab_a。I /acXl〇〇)(%)不大於約〇·3% 且較佳為不大於〇·1%。換言之，ab、ae滿足！ ab_ae| /aeXl00 -〇·3(/〇)之關係，且較佳為滿足I 丨/&χ1〇〇 $ 〇1(%) 之關係。 在集極朝上型HBT之例子中，集極層對基極層之一晶格 錯配比（亦即| ae-ab丨/^><100)(%)不大於約〇 3%且較佳為 不大於0.1% 〇換吕之，ae、ab滿足|| /abXl〇〇 $ 〇.3(%) 之關係’且較佳為滿足| | /abXl〇〇 $ 〇·〗（％)之關係。 同樣在集極朝上型HB 丁之例子中，基極層對射極層之一晶 格錯配比（亦即| ab-ae | /aeXl〇〇)(%)不大於約〇·3。〆❶且較佳 為不大於0.1%。換吕之，ab、ae滿足|心丨/aeXl〇〇 $ 〇 3(〇/。） 之關係’且較佳為滿足| ab_ae | /aeXl〇〇 $ 〇 ι(%)之關係。 藉由設定集極層中二相鄰層之間之晶格錯配比，即可取 得顯示出較大激勵能量之HBT，例如激勵能量不小於約2 () 且車乂佺為不小於約3 · 〇 eV，基極層及射極層不大於約 〇·3%且較佳為不大於約〇·1%，以適當地選定一特定之應變 度。此ΗΒΤ可在實際使用之溫度下顯現延長之壽命，且有 利地提供一高穩定性之ΗΒΤ，其壽命大約為習知者之1〇倍 大以上。 在本叙明之一較佳實施例中，在射極朝上型ΗΒΤ例子 中，射極層對基極層之晶格錯配比及基極層對集極層之晶 格錯配比皆不大於約〇·3%且較佳為不大於約〇1%。在集極 朝上型ΗΒΤ例子中，集極層對基極層之晶袼錯配比及基極 層對射極層之晶格錯配比皆不大於約〇3%且較佳為不大於
O:\88\88685.DOC -16- 200416896 約0·1%，此可在實際使用之溫度下提供更大之激勵能量及 更長之壽命。 在本么月中’—較小之晶格錯配比係較佳在-大於0%且 大：0.3%乾圍内’因為較小之晶格錯配比提供較大之激 勵能量。惟，實際上當考量於諸層之材料成分變化以及在 日日生長厚度上與一晶圓平面上之推雜物濃度變化時， :?錯配比係較佳為大約〇·〇1%至〇3% 0.01%至 0.1%。 集極層、基極層及射極層之晶格常數H〜係分別藉 如調整摻入各層之摻雜物濃度而變化，特別是在該層 .二疋化合物半導體晶體構成之例子中，其晶格常數 整化合物半導體内之混合比而變化，換雜物濃度 制-3換 比之5周整較易由習於此技者藉由例如適當地控 律管：他事枓之流動率、源氣體之流動率、等等而實施。 型隹f未予以詳述，本發明之刪可利用射極朝上 製造。木極朝上型耐任一例子領域内之現有製造方法 大吾二已:，半導體層之晶格常數通常隨著溫度上昇而增 ，、體而…曰格常數大致上可由以下方程式⑺表示： α=α〇χ(1+βχ(Τι-τ0)) . · . (3) :I =準:度⑷(Τ°——3°°Κ)，α°為在標準溫度時之晶 常數味), 溫度ah為在特定溫度時之晶格 、）及β為膨脹係數（κ_ι)。請 層之材料而變化。 m糸依據半導體
O:\88\88685.DOC -17- 200416896 在本發明中，上述晶格常數、、知、、之間之關係（以及 由此計异得到之晶格錯配比範圍）並不需要在所有溫度時 皆滿足之，可以接受的是該關係在接面温度乃為最小值時 滿足藉由在接面溫度時確定上述關係，壽命延長及HBT 穩定性改善之效應即可取得。 在本發明之一實施例中，射極層可由分別具有晶格常數 aei、aeS之第一及第二射極層組成，且第一射極層夾置於第 二射極層與基極層之間。在此例子中，第二射極層之晶格 常數心使用做為〜:^^或^心關中之晶格常數 e 亦即 ac ab、ae2 滿足於 ac> ab> ae2 或 ac< ab< ae2之關 係。第二射極層之晶格常數化可以大幅錯配於基極層之晶 格系，且、2及％可滿足於丨〜為丨、χΐ〇〇> 〇·3(%)之 關係。另方面，第一射極層之晶格常數^可為一接近於基 極層之晶格常數ab之值，且第一射極層與基極層之間之晶 格錯配比可以例如不大於〇·1%。再者，可以實質： 相等且彼此晶格匹配。 先前技術之一 Η B T s係設計使射極層與基極層具有實質 上相同之晶格常數且彼此晶格匹，惟，為了滿足 MW"6關係、，用於射極層與基極層之材料係經選 定，以令射極層與基極層彼此晶格錯配，結果，其帶隙從 得不同於習知HBTS，此即造灿㈣之特徵改變，因為射= -基極之帶狀結構並不需要形成。射極_基極之帶狀結構變化 有日守候疋不必要的，因為其導致HBT之高頻率特徵及 電壓等等之改變。
O:\88\88685.DOC 200416896 在此例子中，較佳為不使用單一射極層，而是將射極層 刀軎彳成上述第一射極層及第二射極層等二層，第一射極層 之b曰私系數ael可經控制以形成所需之帶狀結構（更明確地 說，即射極-基極之所需帶隙)，且第二射極層之晶格常數^ 可經控制以相關於基極層之晶袼常數％而顯著地應變。結 果口為第一射極層對基極層之晶格錯配所致之應變影響 到第-射極層與基極層，而降低了作用於基極層與射極^ ^間一接面部分内之差排上之力，及因此可提供一具有長 壽命及高穩定性之HBTs，且不改變^^^之特徵。 在本I月之另一貫施例中，集極層可由分別具有晶格常 數、a。2之第一及第二集極層組成，且第一集極層夾置於 第二集極層舆基極層之間。在此例子中，第二集極層之晶 格系數3。2使用做為、或、< ab<、關係中之晶格常 數ac，亦即，ac2、ab、心滿足於或^之 關係。第二集極層之晶格常數&可以大幅錯配於基極層之 晶格常數ab，且ac2及知可滿足於i ^f 之關係。另方面，第一集極層之晶袼常數〜可為一接近於 基極層之晶格常數ab之值，且第一集極層與基極層之間之 晶袼錯配比可以例如不大於〇」％。再者，〜及^可以實質 上相等且彼此晶格匹配。此實施例之優點在於當集極_基極 之一帶狀結構並不需要形成，且因此發生HBTs之特徵改變 日守。依此貫施例所示，相似於上述之效應可以藉由控制第 一集極層之晶袼常數ael以形成所需之帶狀結構（更明確地 說，即集極-基極之所需帶隙），且控制第二集極層之晶袼常
O:\88\88685.DOC -19- 200416896 數％2以相關於基極層之晶格常數〜而顯著地應變。 在射極層及/或集極層係由二層組成之實施例中，另請注 意各晶格常數之間之關係並不需要在所有溫度時皆滿足 之，可以接受的是該關係在接面溫度Tj為最小值時滿足。 再者，請注意不僅是射極層或集極層任一者，其二者亦 可皆由二層組成，在本發明實施例中具有二層式射極層及/ 或集極層之HBT可為一射極朝上型或一集極朝上型。 本發明之HB丁可為m-v或„_vu^hbt，m v族ΗΒΤ係使 用含有至少一元素選自ΠΙ族例如銦、鎵、鋁及至少一元素 選自V族例如石粦、石申、銻、氮之材料層構成，例如，m_v = HBT可以含有一銦鎵磷/鎵坤異質接面、一㈣/姻録石申異 質接面或類此者。π_νι.ΗΒΤ係使用含有至少一元素選自 II叔例如辞及至少—疋素選自¥1族例如砸之材料層構成， 例如，II-VI族ΗΒΤ可以含有一辞/石西異質接面或類此者。 月/心、ΗΒΤ可以具有射極層與基極層之間之一異質接面 或基極層舆集極層之間之一異質接面任一者，且亦可具有 其二者，如同此技藝中所習知者。 本發明之ΗΒΤ可為一 ηρη型或一 ρηρ型。 實施例 文後，本發明之實施例將參考圖式而詳細說明於後。 實施例1 此實施例相關於—射極朝上型銦料/料ΗΒΤ及其製造 方法’圖M1C係一製程圖’其簡示—沿著厚度方向之截 面圖，以說明製造此實施例HBT 1〇〇之方法。
O:\88\88685.DOC -20- 200416896 請芩閱圖ic，此實施例之HBT 100具有一結構，其含有 一基板1〇1(半絕緣之鎵砷基板，厚度大約600 μηι)，及依序 豐層於基板上之一緩衝層l〇2(i-鎵砷層，厚度大約250 μηι)子集極層1〇3(η-鎵砷層，矽摻入，摻雜物濃度大約 5x10 cm ，厚度大約5〇〇 nm)、一集極層1〇4(η_鎵砷層，矽 掺入，摻雜物濃度大約2xl〇i6cm_3，厚度大約7〇〇 nm)、一 基極層1〇5(P_鎵砷層，碳摻入，摻雜物濃度（即碳濃度）係依 文後所述控制，厚度大約8〇 nm)、一射極層1〇6(卜銦υ鎵Η 4層，、中y係依文後所述設定，石夕摻入，摻雜物濃度大約 5x10 cm ，厚度大約25nm)、一接觸層1〇7^_鎵砷層，矽 摻入，摻雜物濃度大約5xl〇ncm-3,厚度大約5〇11〇1)、一分 級層108(n-錮\鎵^砷層，其中χ係〇至〇·5且隨著其在生長方 向=^度而逐漸改變，矽摻入，摻雜物濃度大約i χ 10 cm 厚度大約50 nm)及一帽蓋層i〇9(n^g| 2鎵I z坤層， 其中ζ=0·5，矽摻入，摻雜物濃度大約1χ1〇1%γ3，厚度大 約50 nm)。在HBT丨00中，一射極i i 〇(鎢氮/翻/鈦_ /金或鎢 矽/鉑/鈦/鉑/金，總厚度大約3〇〇 nm)、一基極^(鉑/鈦/鉑/ 金，總厚度大約200 nm)及一集極112(金鍺/鎳/金，總厚度 大約215 nm)係分別形成於帽蓋層1〇9、射極層1〇6及子集極 層103上，如圖1C所示。 如上所述，在此實施例中射極層1〇6之厚度設定為約 25 nm，射極層之厚度較佳為小於3〇 nm，因為一激勵能量 Ea係預期隨著射極層ι〇6之厚度變大而變小。 HBT 100係依以下方式製成。請參閱圖丨a，緩衝層ι〇2、
O:\88\88685.DOC -21 - 200416896 子集極層103、集極層104、基極層1 〇5、射極層1 〇6、接觸 層107、分級層108及帽蓋層109例如使用MOCVD(有機金屬 化學氣體沉積）、MBE(分子束磊晶）、CBE(化學束磊晶）等等 方法依序蠢晶生長成基板101上之膜。 利用磊晶生長之諸層形成可以分別使用用於鎵石申層之 TEG(三乙基鎵）及AsH3(胂）、用於銦鎵碟層之TMIn(三甲基 銦）及PH;(膦）、用於銦鎵砷層之TEG、TMIn及AsH3源氣體 進行’ TBA(特丁基膦）可用於替代As%。此外，在此實施例 中一 P型層係摻入石炭，以做為p型摻雜物，且例如Tmg(三甲 基叙）可以使用做為一开）成碳摻入層之摻入材料。此外，在 此實施例中一η型層係摻入矽，以做為11型摻雜物，且例如
SiH4(單矽烷）及/或以汨6(二矽烷）可以使用做為一形成矽摻 入層之摻入材料。除了矽以外，一n型層例如可摻入錫、硒 或碲做為一 η型摻雜物，且例如TESn(三乙基錫）、DESe(二 土）DeTe(一乙基蹄）可以分別針對此目的而使用做為 一捧入材料。源氣體以及摻人時之摻人材料等之流動率、 蟲晶生長裝置内之壓力及溫度等等可由習於此技者依據欲 形成層之成分及摻入時之摻雜物濃度而選定。 依上述取得疊層後，一欲点么如士 友 S俊 奴成為射極下層之障壁層110a(鎢 虱/鑄石夕層，厚度大約1 雲 ηηυ係利用濺鍍形成於疊層之帽 盍層109之整個表面 於障壁岸110 κ . ，一先阻遮罩（圖中未示）形成 曰10a上’）：早壁層經過蝕 長，如圖1A所干Μ 触相具有一 1 μ^η寬X20_ 斤不。奴後，將用過之光阻遮罩去除。 ”次請參閱圖1B，帽蓋層 ’、 刀級層108及接觸層1〇7
O:\88\88685.DOC •22- 200416896 係以先前形成之μ層11Ga之遮罩，利用濕餘刻去除，因 而形成一射極突塊。 隨後，-光罩（圖中未示）形成於欲形成射極與基極之預 定區域以外之曝露表面上，#、鈇、鉑及金依序沉積於最 層上’接著去除光罩（此過程稱之為消除法）。藉此，一射極 上層ll〇b及基極U1(翻/鈦/翻/金，每層金屬厚度大約5〇麵） 同時分別形成於障壁層110a之整個表面及射極層106之一 預定區域上，結果，障壁層（射極下層）11Ga及射極a上層祕 堆疊以產生射極11 〇。 其次請參MIC，-光阻遮罩（圖中未示）形成於射極11〇 及基極111上，射極層106、基極層105及集極層1〇4障壁層 利用蝕刻而局部去除，以曝露子集極層103,因此形成基極 突塊。隨後，將用過之光阻遮罩去除。 隨後，集極112(金鍺/鎳/金，厚度分別約1〇Q nm、15 及100 nm)利用相似於上述之消除法形成於子集極層1〇3之 一預疋區域上，所取得之基板進行熱處理，使集極丨1 2與基 極111成為合金。藉由基極之合金層貫穿通過射極層1〇6， 此不僅可以確保集極112與子集極層103之間之一歐姆式接 觸’亦確保基極111與基極層105之間之一歐姆式接觸。 其次，一光阻遮罩形成於一集極突塊之蝕刻區域以外之 一曝露表面上，且自子集極層1〇3進行濕蝕刻，以曝露緩衝 層102，使一集極突塊如圖lc所示地形成。隨後，將用過之 光阻遮罩去除。 如上所述，圖1C所示此實施例之HBT 100即製成。
O:\88\88685.DOC -23- 200416896 相關於此HBT 100，做為基極層i〇5之p-鎵砷層内之碳濃 度（摻雜物濃度）及做為射極層1〇6之η-銦y鎵i-y鱗層之混合 比y可以適當地選定，使集極層1〇4之晶格常數ae及射極層 106之晶格常數ae滿足於ac> ab>、或、< ab< ae之關係。 相關於此實施例，多種HBTs得以製成同時ab係藉由將做 為基極層105之P-鎵砷層内之碳濃度設定為大約4xi〇 19cm-3 或大約lxl02Gcm·3(此將參考圖2說明於後）而改變之，且ae 係藉由將做為射極層106之n-銦7鎵w磷層之混合比y在大約 0.44至0.52範圍内變化而改變之，如表1所示，及％藉由使 用相同於鎵砷層之材料做為集極層1 〇4而固定之。 表1 基極層及射極層之材料 編號 基極層 鎵砷 射極層 姻y蘇l_y鱗 碳濃度(cm_3) y 1 4xl019 0.44 2 4xl019 0.46 3 4xl019 —0.49 4 1 4xl019 0.52 5 lxlO20 0.44 6 lxlO20 0.46 7 lxlO20 0.49 鎵砷層之晶格常數隨著其碳濃度變高而變小之事實已屬 習知技術，本發明人在進行本發明之前藉由依據上述鎵砷 層内奴浪度變化之過程而在室溫時（RT，大約2〇至3〇。〇）量 測晶格常數，以取得晶格常數與碳濃度之間之相互關係， 結果揭示於圖2内以供參考。圖2内之"晶格錯配比(ppm)”係
O:\88\88685.DOC -24 - 200416896 取自（ai-aj/aoxio6,其中a〇為一未摻入之鎵砷層之晶袼常數 而&丨為一碳摻入之p-鎵砷層之晶格常數，未摻入之鎵坤層之 晶格常數a〇在標準溫度TQ時（300 K=大約27°C )為大約5 654 八取侍之圖2内之 埃。因此，習於此技者可以根據由本 相互關係而形成一具有所需晶格常數之鎵砷層 對於依上述製成之此實施例HBTs而言，晶格常數^、 ae係利用- X射線繞射儀而依據上述過程預先量測或決 定，結果揭*於表2内。表2内之晶格常數係在室溫時⑽， 大約20至30。〇之值，且在標準溫度TQ=^2rc(請見上述 方程式（3))時可視為晶格常數^。假設接面溫度&為$代， 藉由將贼替代於方程式（3)内之特定溫度&，在啊接面 溫度η時之晶格常數續、針對表2内之標準溫度丁。時之各晶 格系數0t〇而计鼻’結果揭干♦本 、 禾揭不於表3内。請注意β針對鎵砷層 時為大約 6.86X 1 (Γ6 1，艿 # ^ $ 1 及針對銦鎵磷層時為大約5.0χ10-6 Κ。在表2、3中，基極層對集極層之—晶格錯配比 ⑶零))及射極層對基極層之—晶格錯配比 " /abxl00(%))亦分別以括缺 ' 主…、 括5虎附於a〜之後(同樣情形應用於 以下表6、7)。
O:\88\88685.DOC -25- 200416896 表2 晶格常數（RT:20至30°C，典型為27°C) 編號 集極層 基極層 射極層 鎵砷 鎵砷 銦7鎵1_/粦 ac(埃） ab(埃） ae(埃） 1 5.654 5.650(0.07%) 5.635(0.27%) 2 5.654 5.650(0.07%) 5.645(0.09%) 3 5.654 5.650(0.07%) 5.654(0.07%) 4 5.654 5.650(0.07%) 5.670(0.35%) 5 5.654 5.648(0.11%) 5.635(0.23%) 6 5.654 5.648(0.11%) 5.644(0.07%) 7 5.654 5.648(0.11%) 5.654(0.11%) 表3 晶格常數（Tj:90°C) 編號 集極層 基極層 射極層 鎵砷 鎵砷 姻y錄l-y填 ac(埃） ab(埃） ae(埃） 1 5.656 5.652(0.07%) 5.637(0.27%) 2 5.656 5.652(0.07%) 5.647(0.09%) 3 5.656 5.652(0.07%) 5.656(0.07%) 4 5.656 5.652(0.07%) 5.672(0.35%) 5 5.656 5.650(0.11%) 5.637(0.23%) 6 5.656 5.650(0.11%) 5.646(0.07%) 7 5.656 5.650(0.11%) 5.656(0.11%) 所取得之HBTs進行一穩定性試驗，穩定性試驗之電力性 條件如下··射極集極電壓Vee=3.0 V ;電流密度Je=100 kA/cm2。當改變一環境溫度（即接面溫度）做為一參數時， ΜΤΊΤ(即平均失效時間）係針對各溫度而量測。HBTs之失效 係在一電流增益hfe降低至初始值之80%或更小時斷定，且 MTTF為一自開始試驗至其失效時之時間。 一回歸線係自測得之MTTFs之Arrhenius圖表取用於各 HBT，回歸線揭示於圖3A、3B内。圖3A揭示樣品編號1至 O:\88\88685.DOC -26- 200416896 4(其在蘇坤基極層内之碳濃度約為之回歸線，及 圖3B揭不樣品編號5至八其在鎵砷基極層内之碳濃度約為丄 xlO cm )之回歸線（樣品編號係在附圖中以箭頭表示）。此 外，各HBT之激勵能量以係取自其回歸線，結果揭示於表^ 内。 表4 激勵能量E a 編號 Ea(eV) 1 2.2 2 3.2 3 1.1 4 0.9 5 2.0 6 3.0 7 0.7 請參閱表2、3，在樣品編號丨至7之中，樣品編號1、2、5 及6之HBTs係本發明之範例，因為這些HBTs滿足於 > ae之關係。另方面，樣品編號3、4及rHBTs係比較性範 例。 從表2至4可以瞭解的是，當ac>ab>ae之關係獲得滿足時 即可得到一較高之Ea(樣品編號1、2、5及6)。當ae之值變得 過小於ab之值時，Ea將有變小趨勢，儘管ae>ab>ae之關係 仍獲得滿足（將樣品編號1、5分別比較於編號2、6)。惟，當 射極層對基極層之晶格錯配比較佳為不大於0.3%同時滿足 上述關係時（樣品編號1、2、5及6)，所得之Ea值即不小於 2·0 eV，且HBTs在低溫時之壽命（MTTF)延展性可獲確定。 特別是，樣品編號2、6之Ea值不小於3.0 ev，因此，當射 O:\88\88685.DOC -27- 200416896 極層對基極層之晶格錯配比不大於〇 · i %時，即可取得具有 特別高穩定性之HBTs。 當分別在相同ae值及不同ab值之條件下比較樣品編號卜2 與編號5、6時，其ab接近於、之樣品編號卜2之仏值係較高 於樣品編號5、6者，此係因基極層對集極層之較小晶格錯 配比所致。因此，基極層對集極層之晶格錯配比較佳為不 大於約0.3%，且更佳為不大於約〇.1〇/〇。 相關於樣品編號2、6之HBTs，可以取得一不小於go〜 之高激勵能量Ea。樣品編號2、6之HBTs之MTTF大約分別 為1 ·5百萬小時及丨·3百萬小時（圖中未示），假設接面溫度乃 為230°C。HBT(C)在先前技術之HBTs中有最高激勵能量， 且其MTTF在23吖接面溫度Tj時大約為〇12百萬小時（參閱 圖8之線（c))。此實施例之MTTF大約比hbt(c)者長⑺倍，即 使HBT(e)穩定性試驗中之電力性條件比此實施例者緩和。 再者，已確認的是在低接面溫度時，例如2〇(rc，此實施例 之MTTF係比HBT(c)者長1〇〇倍或更多。 在上述中，裝置特徵之改善係根據室溫及接面温度時 ac、ab、ae(及晶格錯配比）之間之關係而考量。其次，晶柊 常數之溫度依存性亦應考量，—晶格常數對於溫度幾乎呈 線性增加，從上述方程式（3)内即可以瞭解。例如，—顯示 出相關於樣品編號2之HBT内所用各層之晶格常數依存= 之線係揭示於圖4中，線⑷對應於鎵砂層（未摻入，集極層） 之=格3常數a。，線（b)對應於碳摻入之鎵砷層（碳濃度^ 1〇 cm，基極層）之晶格常數％ ’線⑷對應於銦乂錄I，碟層
O:\88\88685.DOC -28- 200416896 (y 〇·46 ’射極層）之晶格常數a〆此外，一線（d)亦揭示於圖 "對應於一銦y鎵i-y鱗層（y^O.48 ’射極層）之晶格常數 ae ’其揭示於圖4中以供比較。 從線&)至（〇可知，樣品編號2之HBT在圖内所示之全部 服度範圍内皆滿足於％ >〜、之關係。因此，可確實取得 具有長哥命與高穩定性之HBT。 八尺 έ有線（d)之銦^鎵鱗層（y=0.48)以取代樣品編 號2之HBT内線（c)之銦？鎵丨^磷層（y=0 46)之HBT將探討於 後。在此例子中，在低於12〇。〇之溫度範圍内，線⑷係位於 線（b)上方，因此，、、％、、呈現且 ae之關係在此範圍内並未滿足。對比之下，在不低於1 之溫度範圍内，線（d)係位於線（b)下方，且ac> ab>、之關 係獲得滿足。因此，只要其接面溫度不低於12〇°c，即可取 得具有長壽命與高穩定性之HBT。 如上所述，本發明可實施以利ac > ab > ae之關係至少在 HBT之接面溫度時獲得滿足，同時考量溫度對於晶格常數 之影響。例如，在熱阻R=60°C/W、集極-射極電壓Vee=3 v、 及集極電流1(^3 00 mA之例子中，此將造成接面溫度τ广大 約80°C，因此有必要選擇ae、ab、ae以利至少在此溫度時滿 足預定關係。 貫施例2 此實施例相關於一射極朝上型銦磷/銦鎵砷HBT及其製造 方法，圖5簡示此實施例HBT 400之截面圖。 請參閱圖5，此實施例之HBT 400具有一結構，其含有一
O:\88\88685.DOC -29- 200416896 基板40 1(半絕緣之銦磷基板，厚度大約625 μηι)，及依序疊 層於基板上之一子集極層402(11-銦〜鎵神層，其中w為 0.53，矽摻入，摻雜物濃度大約5xl018cm_3，厚度大約400 nm)、一集極層403(i-銦y鎵石申層，其中y係如文後所述設 定，未摻入，厚度大約300 nm)、一基極層404(p-銦x鎵i_x 珅層，其中X係如文後所述設定，碳摻入，摻雜物濃度大約 1父1019〇111_3，厚度大約5〇11111)、一射極層40 5(11-銦磷層，石夕 摻入，摻雜物濃度大約3xl017cnT3，厚度大約25 nm)、一接 觸層406(n-銦構層，石夕摻入，摻雜物濃度大約2xl019cnT3， 厚度大約20 nm)、及一帽蓋層407(n-銦2鎵1βΖ砷層，其中 ζ=0.53，矽摻入，摻雜物濃度大約3xl019cm_3，厚度大約100 nm)。在HBT 400中，一射極408、一基極409及一集極410(鈦 /1白/金，各金屬層厚度大約50 nm、50 nm及100 nm，總厚度 大約200 nm)係分別形成於帽蓋層407、基極層404及子集極 層402上，如圖5所示。 此實施例之HBT 400可由習於此技者參考於實施例1内 HBT 100之製造方法說明而製成。 相關於此HBT 400，做為集極層403之銦7鎵w砷層之混合 比y及做為基極層404之銦x鎵i_x砷層之混合比X可以適當地 選定，使集極層403之晶格常數ac、基極層404之晶格常數ab 及射極層405之晶格常數ae滿足於ac > ab > ae或ac < ab < ae之 關係。 相關於此實施例，多種HBTs得以製成同時ab係藉由將做 為基極層404之銦x鎵k砷層之混合比X設定為大約0.52或大 O:\88\88685.DOC -30- 200416896 約0·54，且ae係藉由將做為集極層4〇3之銦y鎵η砷層之混合 比y在大約0.48至〇·56範圍内變化而改變之，如表5所示，及 ae藉由使用相同於鋼磷層之材料做為射極層4〇5而固定之。 表5 集極層及基極^^#料 編號 姻y蘇l_y石申 基極層 鋼X錄l-x石申 Ϋ~ ' X _8 0.53~~' _0.52 9 0.5133Π 0.52 10 0.48 0.52 11 0.56 0.54 _12 0.55 0.54 —13 0.53 0.54 對於依上述製成之此實施例HBTs而言，晶格常數、、&、 ae係相似於實施例1而預先量測或決定，結果揭示於表6 内。表6内之晶格常數係在室溫時（RT，大約⑼至儿亡）之 值，且在標準溫度TG=大約27。〔〕（請見上述方程式（3))時可視 為晶格常數aG。假設接面溫度乃為15〇。(：，藉由相似於實施 例1之方程式（3)者，在15(rc接面溫度乃時之晶格常數係針 對表6内之軚準溫度Tq時之各晶格常數而計算，結果揭示於 表7内。睛注意β針對銦鎵砷層時為大約5·69χΐ〇·6 κ1，及針 對錮磷層時為大約4.75χ1〇-6 κ·1。
O:\S8\88685.DOC -31 - 200416896 表6 晶格常數（RT:20至30°C，典型為27°C) 編號 集極層 基極層 射極層 銦7鎵4砷 銦X鎵l-x砷 銦構 ac(埃） ab(埃） ae(埃） 8 5.869 5.863(0.10%) 5.869(0.10%) 9 5.858 5.863(0.09%) 5.869(0.10%) 10 5.847 5.863(0.27%) 5.869(0.10%) 11 5.882 5.873(0.15%) 5.869(0.07%) 12 5.878 5.873(0.09%) 5.869(0.07%) 13 5.869 5.873(0.07%) 5.869(0.07%) 表7 晶格常數（Tj:150°C) 編號 集極層 基極層 射極層 銦一家1_/申 銦X鎵l-x砷 銦碟 ac(埃） ab(埃） ae(埃） 8 5.873 5.867(0.10%) 5.872(0.09%) 9 5.862 5.867(0.09%) 5.872(0.09%) 10 5.851 5.867(0.27%) 5.872(0.09%) 11 5.886 5.877(0.15%) 5.872(0.09%) 12 5.882 5.877(0.09%) 5.872(0.09%) 13 5.873 5.877(0.07%) 5.872(0.09%) 所取得之HBTs相似於實施例1而進行一穩定性試驗，一 回歸線係自測得之MTTFs之Arrhenius圖表取用於各HBT， 回歸線揭示於圖6A、6B内。圖6A揭示樣品編號8至10(其銦 X鎵l-x砷層之混合比X約為〇·52)之回歸線，及圖6B揭示樣品 編號11至13 (其銦x鎵丨_x神層之混合比X約為0·54)之回歸 線。此外，各HBT之激勵能量Ea係取自其回歸線，結果揭 示於表8内。 O:\88\88685.DOC -32- 200416896 表8 激勵能量Ea 編號 Ea(eV) 8 0.8 9 3.1 10 2.0 11 一 2.1 12 _ 3.2 13 — 0.9 樣品編號9至12 10之HBTs滿足 請參閱表6、7，在樣品編號8至13之中 之HBTs係本發明之範例，因為樣品編號9 於ac<ab<ae之關係，而樣品編號11、12之HBTs滿足於ac> ab>ae之關係。另方面，樣品編號8、13之HBTs係比較性範 例。 從表6至8可以瞭解的是，當ae<ab<ae之關係（樣品編號 9、10)或ae> ab> ae之關係（樣品編號u、12)獲得滿足時即 可得到一較咼之Ea ’而當ac之值遠小於％之值時，Ea將有變 小趨勢，儘管ac<ab<ae之關係仍獲得滿足（將樣品編號9比 較於編號H))。此外’ tae之值遠大於％之值時，以亦有變 小趨勢’儘管ae>ab>ae之關係仍獲得滿足（將樣品編號^ 比較於編號12)。惟，當基極層對集極層之晶格錯配比較佳 為不大於0·3%同時滿^上述關係時（樣品編號9、⑺、叫 所得之Ea值即不小於2切，且刪在低溫時之壽命 (MTTF)延展性可獲確定。 特別疋，樣品編號9、12之Ea值 ::於3.〇eV，因此，當基極層對集極層之晶格錯配比不大 於〇.1%日=即可取得具有特別高穩枝之HBTs。 相似於^者，射極層對基極層之晶格錯配比較佳為不
O:\88\88685.DOC -33- 200416896 大於約0.3%，且更佳為不大於約〇1%。 本發明之二實施例已說明於上，惟，本發明不應偈限於 諸實施例且可有多種變化方式。本發明之Ηβτ可有任意適 當之結構及可由任意適當之材料構成，只要能毅於ac>ab > ae或ac< ab< ae之關係。 以上貫施例1、2說明射極朝上型HBTs，其中集極層、基 極層及射極層依序疊層於基板上，使得射極層相關於基板 而位於集極層與基極層上。，准’本發明並不限於此，而是 可應用於集極朝上型HBTS，其中射極層、基極層及集極層 依序疊層於基板上，使得集極層相關於基板而位於射極層 舆基極層上。在後-例子中，集極層對基極層之晶格錯配 比及基極層對射極層之晶格錯配比其中至少一者且較佳為 二者係不大於約0.3%，且更佳為不大於約〇1%。 再者，實施例1、2之HBTs屬於單一HBTs，其中一寬帶隙 僅形成於射極層内。惟，本發明亦可應用於雙113丁8，其中 一覓帶隙形成於集極層以及射極層内。例如在實施例丨中， 集極層可為其他層，例如銦鎵磷層，在此例子中，其可藉 由適當地控制各層之晶格常數而取得改善穩定性2Hbt : 以滿足於ac>ab>ae或ac<ab<ae之關係。 實施例1之HBT具有緩衝層、子集極層、接觸層、分級層 及帽蓋層，而實施例2之HBT具有子集極層、接觸層及帽^ 層。惟，請注意諸層並非實施本發明所必要者。 實施例3 此實施例為實施例1之變換型式且相關於一包括二声气 O:\88\88685.DOC -34- 200416896 射極在内之ΗΒΤ，請參閱圖1CiHBT 100，此實施例之ΗΒΤ 具有一實質上相同於HBT 100者之結構，不同的是射極層 106係由沉積於基極層1〇5上之第一射極層1〇6a(n-銦y鎵b 磷層，其中y=0.46，矽摻入，摻雜物濃度大约5xl〇17cm-3， 厚度大約25 nm)及沉積於第一射極層1〇以上之第二射極層 106b(nj®y，鎵，麟層，其中y，：=0.43，矽摻入，摻雜物濃度 大約5xl017cm·3,厚度大約25nm)構成。在此實施例中，做 - 為基極層105之p-鎵砷層内之碳濃度約為ixl〇2〇cm_3，此實 ， 施例之HBT可由習於此技者參考於上述實施例Φ 製成。 對於依上述製成之此實施例HBTs而言，晶格常數〜〜、 〜係相似於實施例丨而預先量測或決定，結果揭示於表9 内。表9内之晶格常數係在室溫時（RT，大約2〇至3〇它）之 值，且在標準溫度TG=大約27°C(請見上述方程式（3))時可視 為晶格常數。假設接面溫度Tj為85t：，藉由相似於實施例 1之方程式⑺者’在8穴接面溫α時之晶格常數係針對表 9内之標準溫度丁0時之各晶格常數而計算，結果揭示於表⑺ 内。在表9、10中’基極層對集極層之一晶格錯配比⑼ · 丨ab-ac | /acXl00(%))、第一射極層對基極層之一晶格錯配 比（即I ael-ab i /abXl00(%))及第二射極層對基極層之一晶 礼錯配比(即丨ae2_ab | /abXl〇〇(%))亦分別以括號附於、 ael、ae2之後。 表9 日日格¥數（11丁:20至30。(：，典型為27°C )
O:\88\88685.DOC -35- 200416896 編號 集極層 鎵砷 基極層 鎵砷 第一射極層 銦7鎵^磷 第二射極層 姻y，蘇l_y·石粦 ac(埃） ab(埃） ael(埃） ae2(埃） 14 5.654 5.648(0.11%)" Γ 5.645(0.05%) 5.630(0.32%) 表ίο 晶格常數（Ti:85°C ) 編號 集極層 鎵砷 基極層 鎵砷 第一射極層 銦具彳磷 第二射極層 銅y，蘇石粦 ac(埃） ab(埃） ael(埃） ae2(埃） 14 5.656 5.650(0.11%) ^5.647(0.05%) 5.632(0.32%) 從表9、10可以瞭解的是，集極層之晶格常數a。、基極層 之晶格常數ab及第二射極層之晶格常數ae2滿足於ac> 之關係。第二射極層對基極層之晶格錯配比為〇 32%，此 大於0.3。/。。反之，第一射極層對基極層之晶格錯配比為 0.05%，此小於0.1%。 依此貫施例所示，第一射極層有助於HBT之特徵（更明確 地說是射極-基極之一帶隙），使其可取得所需之帶狀結構， 及藉由適當地選擇第一射極層之材料而維持HBT之特徵。 此外，依此實施例所示，由於第二射極層與基極層之晶格 常數相互錯配，以致於第二射極層相關於基極層而具有二 大於0.3%之應變，第二射極層之應變即影響到第—射極層 與基極層取得具有高穩定性之ΗΒΤ。 儘管在此實施例中第一射極層具有25nm厚度，第一射極 層較佳為具有-較小厚度，例如1Gnm或更小。此薄第一射 極層之優點在於HBT之特徵容县批引 ^ 士 t 寸试谷易控制，同時取得高穩定 性’因為第-射極層易受到第二射極層影響。 再者，儘管在此實施例3中射極係由二層曰構成，當集極-
O:\88\88685.DOC -36- 200416896 基極之帶狀結構變化有問題時，集極層可以改由二層構 成。此外’射極層與集極層二者皆可由二層構成。 儘管本發明已參考實施例1至3說明於前，可以暸解的是 本發明不限於諸實施例，且在不脫離本發明之精神及範疇 下，仍可達成多種變化。 本申請案聲明分別於2002年10月30日及2003年9月10曰 提出之2002-3 16011及2003-3 18668號日本專利申請案之優 先權’二案皆名為，，HETEROJUNCTION BIPOLAR TRANSISTOR”，諸申請案之内文在此納入供作參考。 【圖式簡單說明】 本發明之較完整認識及其多項優點可參考以上詳細說明 得知’特別是配合於附圖考量時，其中： 圖1A至1C係一製程圖，其簡示一沿著厚度方向之本發明 實施例HBT之截面圖，以說明製造hbt 1〇〇之方法； 圖2係一圖表，揭示一鎵砷層之晶格常數對於鎵砷層内碳 濃度之依存性； 圖3 A、3B係圖表，分別揭示本發明實施例之樣品編號i 至4及5至7之HBTs之穩定性試驗結果； 圖4係一圖表，揭示一晶格常數對於一（^鎵砷層、（μ碳 換入之録神層（碳濃度4xl0l9Cm-3)、⑷銦^鎵^麟Z (y = 0.46)、及⑷錮辫w磷層（y=〇·48)之溫度之依存性3^; 圖5簡示本發明另一實施例之HBT之截面圖； 圖6A、6B係圖表，分別揭示本發明另一者 力 貝靶例之樣品編 號8至10及11至13之HBTs之穩定性試驗結果； 、 O:\88\88685.DOC -37- 200416896 圖7簡示先前技術之一 HBT範例之截面圖；及 圖8係一圖表，揭示先前技術HBTs之穩定性試驗結果 【圖式代表符號說明】 100 、 400 > 600 HBT 101 、 401 、 601 基板 102 > 602 緩衝層 103 、 402 子集極層 104 、 403 、 603 集極層 105 、 404 、 604 基極層 106 、 405 、 605 射極層 107 、 406 接觸層 108 分級層 109 、 407 帽蓋層 110 ^ 408 - 609 射極 110a 障壁層 110b 射極上層 111 、 409 、 608 基極 112 、 410 、 607 集極 606 射極-帽蓋層 O:\88\88685.DOC -38-
Claims (1)
- 拾、申請專利範園： 1 _ 種異質接面雙極電晶體，包含一集極層、一基極層及 射極層，其中集極層、基極層及射極層分別具有不同 晶格常數ac、ab、ae，且ab值在、、、值之間。 2·如申請專利範圍第丨項之異質接面雙極電晶體，其中％、 ab、ae值滿足於%之關係。 汝申明專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中、、 ab、ae值滿足於、< 〜%之關係。 4.如申請專利範圍第丨項之異質接面雙極電晶體，其中異質 接面雙極電晶體係一射極朝上型，且ae、ab值滿足於 I ae-ab | /abXl〇〇 £ 〇·3(%)之關係。 5·如申請專利範圍第4項之異質接面雙極電晶體，其中、、 %值滿足於丨ae-ab I /abxl〇〇 $ 〇.ι(%)之關係。 6’如申請專利範圍第丨項之異質接面雙極電晶體，其中異質 接面雙極電晶體係一射極朝上型，且ab、ae值滿足於 I ab-ac 丨 /acXl〇〇 $ 〇·3(%)之關係。 7.如申請專利範圍第6項之異質接面雙極電晶體，其 「迂b、 、值滿足於 I ab_ac I /acxl00 $ 0.1(%)之關係。 8 ·如申印專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中異杯 接面雙極電晶體係一集極朝上型，且〜〜 貝 丨 I ㊇足於 I ac-ab | /abXl〇〇 $ 〇.3(%)之關係。 9.如申請專利範圍第8項之異質接面雙極電晶體，其中 & C、 ab值滿足於丨ac_ab | /abxl00 $ 〇·ΐ(%)之關係。 10·如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中s τ異質 O:\88\88685.DOC 200416896 11. 12. 13. 14. 15. 16. 接面雙極電晶體係一集極朝上型，且ab、ae值滿足於 I ab-ae | /aeXl〇〇 $ 〇.3(%)之關係。 如申請專利範圍第10項之異質接面雙極電晶體，其中&、 ae值滿足於丨ab-ae | /aexl00 $ 0.1(%)之關係。 如申請專利範圍第丨項之異質接面雙極電晶體，其中施加 一銦鎵磷/鎵坤異質接面。 如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中施加 一銦磷/錮鎵砷異質接面。 如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中射極 層包含一第一射極層及一第二射極層，第一射極層夾置 於基極層與第二射極層之間，第一及第二射極層分別具 有晶格常數aei、ae2，ae2值相當於％值，且ae2、ab值滿足 於 I ae2-ab I /abxl00>0.3(%)之關係。 如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中集極 層包含一第一集極層及一第二集極層，第一集極層夾置 於基極層與第二集極層之間，第一及第二集極層分別具 有晶格常數acl、a。，a。值相當於ac值，且aC2、ab值滿足 於 I ac2-ab | /abxl00>0.3(%)之關係。 如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中在一 接面溫度時ab值係在ac、ae值之間。 O:\88\88685.DOC -2-
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