HK1196899A - 與用於異質結雙極晶體管工藝中金屬化的阻擋層有關的裝置和方法 - Google Patents

Description

与用于异质结双极晶体管工艺中金属化的阻挡层有关的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月16日提交的名称为“DEVICES ANDMETHODOLOGIES RELATED TO TaN BARRIER FOR METALLIZATIONOF InGaP”的美国临时申请61/560,400号的优先权，其整体通过引用方式明确并入于此。

技术领域

本公开大体涉及与双极晶体管相关的结构和制造工艺。

情况技术

双极结型晶体管(BJT)典型地包括由位于发射极区和集电极区之间的基极区形成的两个背靠背的p-n结。这种结可包括PNP结构或NPN结构。双极功能性源自其涉及电子和空穴二者的操作。

异质结双极晶体管(HBT)是一种BJT，其中，不同的半导体材料被用于发射极区和基极区以生成异质结。这种结构可允许HBT特别有益于射频(RF)应用，包括高频RF功率放大器。

发明内容

根据多种实施方式，本公开涉及一种金属化结构，其包括选择的半导体层和形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层。所述选择的半导体层包括与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体。所述结构还包括形成在所述TaN层之上的金属层，使得所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

在一些实施例中，所述选择的半导体层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述TaN层可被构造成降低所述金属层与所述InGaP层接触并以电阻方式起作用的可能性。

在一些实施例中，所述结构还可包括在所述InGaP层下方的第一砷化镓(GaAs)层。在一些实施例中，所述结构还可包括相对于所述第一GaAs层设置的金属接触，以利于与所述第一GaAs层的电连接。所述InGaP层的尺寸形成为：当测量所述金属层和所述金属接触之间的电容时，所述金属化结构提供至少2.0fF/μm²的电容密度。

在一些实施例中，所述第一GaAs层可为异质结双极晶体管(HBT)的基极的一部分，所述InGaP层可为所述HBT的发射极的一部分。所述结构还可包括第二GaAs层和半绝缘GaAs衬底，所述第二GaAs层被构造为所述HBT的集电极。在一些实施例中，所述HBT可被构造为NPN或PNP晶体管。

在一些实施方式中，本公开涉及一种封装模块，具有被构造成接收多个元件的封装衬底。所述模块还包括安装在所述封装衬底上并具有集成电路(IC)的砷化镓(GaAs)裸芯。所述裸芯包括GaAs衬底和形成在所述GaAs衬底之上的选择的半导体层。所述选择的半导体层包括与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体。所述裸芯还包括金属化组件，所述金属化组件具有形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层和形成在所述TaN层之上的金属层。所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

在一些实施例中，所述选择的半导体层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述金属化组件、所述InGaP层和所述GaAs衬底可形成片上高值电容元件。这种片上电容元件可为例如功率放大器电路、调谐网络电路或电源旁路电路的一部分。

在一些实施例中，所述InGaP层可被构造为异质结双极晶体管(HBT)的发射极。这种HBT可为例如功率放大器电路的一部分，所述功率放大器电路被构造成放大射频(RF)信号。在这一示例的情形，所述模块可为功率放大器模块。

根据一些实施方式，本公开涉及一种射频(RF)装置，具有天线以及耦合至所述天线并被构造成处理射频(RF)信号的收发器。所述RF装置还具有集成电路(IC)，所述集成电路(IC)耦合至所述收发器或为其一部分，并且被构造成利于RF信号的处理。所述IC在砷化镓(GaAs)裸芯上实施。所述裸芯包括GaAs衬底和形成在所述GaAs衬底之上的选择的半导体层。所述选择的半导体层包括与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体。所述裸芯还包括金属化组件，所述金属化组件具有形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层和形成在所述TaN层之上的金属层。所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

在一些实施例中，所述RF装置可为无线装置。在一些实施例中，所述IC可为功率放大器的一部分，所述功率放大器被构造成放大所述RF信号。

在多种教导中，本公开涉及一种用于制造金属化结构的方法，所述方法包括提供或形成下半导体层以及在所述下半导体层之上形成选择的半导体层。所述方法还包括在所述选择的半导体层之上形成氮化钽(TaN)层以及在所述TaN层之上形成金属层。

在一些实施方式中，本公开涉及一种砷化镓(GaAs)裸芯，包括GaAs衬底和形成在所述GaAs衬底之上的选择的半导体层。所述选择的半导体层包括与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体。所述裸芯还包括金属化组件，所述金属化组件具有形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层和形成在所述TaN层之上的金属层。所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

在一些实施例中，所述选择的半导体层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述金属化组件、所述选择的半导体层和所述GaAs衬底可形成高值电容元件。在一些实施例中，所述选择的半导体层可被构造为异质结双极晶体管(HBT)的发射极。在这种构造中，所述GaAs衬底可包括被构造为HBT基极的第一GaAs层和被构造为HBT集电极的第二GaAs层。

根据一些实施方式，本公开涉及一种用于制造异质结双极晶体管(HBT)的方法，所述方法包括提供或形成砷化镓(GaAs)衬底以及在所述GaAs衬底之上形成集电极层、基极层和发射极层。所述方法还包括在所述发射极层之上形成阻挡层、在所述阻挡层之上形成金属层以及测量所述金属层和所述基极层之间的电容，并且所述电容代表所述发射极层的厚度。

在一些实施例中，所述发射极层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述发射极层可包括突出部。在一些实施例中，所述集电极层、所述基极层和所述发射极层可被构造为NPN晶体管。在一些实施例中，所述阻挡层可包括氮化钽(TaN)。在一些实施例中，所述方法还可包括在所述基极层之上形成金属接触。在一些实施例中，所述方法还可包括调整工艺参数以使得所述电容在选择的范围之内。

在多种实施方式中，本公开涉及一种用于监测异质结双极晶体管(HBT)制造工艺的系统。所述系统包括工艺组件，被构造成在基极层之上形成发射极层、在所述发射极层之上形成阻挡层以及在所述阻挡层之上形成金属层。所述系统还包括监测组件，被构造成测量所述金属层和所述基极层之间的电容，并且所测得的电容代表所述发射极层的厚度。

在一些实施例中，所述发射极层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述发射极层可包括突出部。在一些实施例中，所述阻挡层可包括氮化钽(TaN)。

在一些实施例中，所述工艺组件还可被构造成在所述基极层上形成金属接触。在一些实施例中，所述系统还可包括工艺控制组件，被构造成调整工艺参数以使得所述电容在选择的范围之内。

根据一些教导，本公开涉及一种用于监测半导体制造工艺的方法。所述方法包括提供或形成下半导体层以及在所述下半导体层之上形成选择的半导体层。所述选择的半导体层包括与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体。所述方法还包括在所述选择的半导体层之上形成氮化钽(TaN)层以及在所述TaN层之上形成金属层。所述方法还包括测量所述金属层和所述下半导体层之间的电容，以获得所述选择的半导体层厚度的估值。

在一些实施例中，所述方法还可包括：如果测得的电容在选择的范围之外，则调整工艺参数。

在一些实施例中，所述选择的半导体层的厚度可以基于所述金属层充当平行板电容器的一部分的近似、由所测得的电容计算出的。在一些实施例中，所述选择的半导体层可包括磷化铟镓(InGaP)。在一些实施例中，所述下半导体层可包括砷化镓(GaAs)。在一些实施例中，所述InGaP层和所述GaAs层可分别为异质结双极晶体管(HBT)的发射极和基极。在一些实施例中，所述金属层、所述TaN层、所述InGaP层和所述GaAs层形成电容密度为至少2.0fF/μm²的高值电容器。

根据多种实施方式，本公开涉及一种金属化结构，包括第一类型砷化镓(GaAs)层和设置于所述GaAs层之上的第二类型磷化铟镓(InGaP)层，并且所述第二类型不同于所述第一类型。所述金属化结构还包括设置于所述InGaP层之上的氮化钽(TaN)层和设置于所述TaN层之上的金属层。

在一些实施例中，所述TaN层可被构造为所述金属层和所述InGaP层之间的阻挡层，以降低所述金属化结构以电阻方式起作用的可能性。所述第一类型GaAs层可包括p-型GaAs层；所述第二类型InGaP层可包括n-型InGaP层。所述金属层包括M1金属层。

在一些实施例中，所述金属化结构还可包括相对于所述GaAs层设置的金属接触，以利于与所述GaAs层的电连接。所述InGaP层的尺寸形成为：当测量所述金属层和所述金属接触之间的电容时，所述金属化结构提供大于或等于选择的值的电容密度。这种电容密度选择的值可为至少2.0fF/μm²。

在一些实施例中，所述第一类型GaAs层可为异质结双极晶体管(HBT)的基极的一部分，所述第二类型InGaP层可为所述HBT的发射极的一部分。在一些实施例中，所述发射极可具有突出部。

在一些实施方式中，本公开涉及一种异质结双极晶体管(HBT)，具有半绝缘砷化镓(GaAs)衬底、设置于所述衬底之上的集电极层、设置于所述集电极之上的第一类型GaAs基极层和设置于所述基极层之上的第二类型磷化铟镓(InGaP)发射极层，并且所述第二类型不同于所述第一类型。所述HBT还包括设置于所述发射极层之上的氮化钽(TaN)层和设置于所述TaN层之上的金属层。

在一些实施例中，所述HBT还可包括设置于所述集电极层和所述GaAs衬底之间的子集电极层。所述子集电极层可包括n+GaAs，所述集电极层可包括n-GaAs，所述基极层可包括p+GaAs，并且所述发射极层可包括n-InGaP。

在多种实施方式中，本公开涉及一种具有集成电路(IC)的砷化镓(GaAs)裸芯。所述裸芯包括金属化结构，所述金属化结构包括：第一类型砷化镓(GaAs)层；设置于所述GaAs层之上的第二类型磷化铟镓(InGaP)层，并且所述第二类型不同于所述第一类型；设置于所述InGaP层之上的氮化钽(TaN)层；以及设置于所述TaN层之上的金属层。

在一些实施例中，所述金属化结构可为电容器的一部分。在一些实施例中，所述金属化结构可为异质结双极晶体管的一部分。

根据一些实施方式，本公开涉及一种封装模块，包括封装衬底以及安装在所述封装衬底上并具有集成电路(IC)的砷化镓(GaAs)裸芯。所述裸芯包括金属化结构，所述金属化结构包括：第一类型GaAs层；设置于所述GaAs层之上的第二类型磷化铟镓(InGaP)层，并且所述第二类型不同于所述第一类型；设置于所述InGaP层之上的氮化钽(TaN)层；以及设置于所述TaN层之上的金属层。

根据一些实施方式，本公开涉及一种射频(RF)装置，包括天线以及耦合至所述天线并被构造成处理RF信号的收发器。所述RF装置还包括集成电路(IC)，所述集成电路(IC)耦合至所述收发器或为其一部分。所述IC在砷化镓(GaAs)裸芯上实施，并且所述IC包括金属化结构，所述金属化结构包括：第一类型GaAs层；设置于所述GaAs层之上的第二类型磷化铟镓(InGaP)层，并且所述第二类型不同于所述第一类型；设置于所述InGaP层之上的氮化钽(TaN)层；以及设置于所述TaN层之上的金属层。

在多种实施方式中，本公开涉及一种用于制造金属化半导体结构的方法。所述方法包括：形成或提供第一类型砷化镓(GaAs)层；以及在所述GaAs层之上形成第二类型磷化铟镓(InGaP)层，并且所述第二类型不同于所述第一类型。所述方法还包括：在所述InGaP层之上形成氮化钽(TaN)层；以及在所述TaN层之上形成金属层。

在一些实施方式中，本公开涉及一种用于制造异质结双极晶体管(HBT)的方法。所述方法包括：提供或形成半绝缘砷化镓(GaAs)衬底；在所述衬底之上形成集电极层；在所述集电极层之上形成第一类型GaAs基极层；以及在所述基极层之上形成第二类型磷化铟镓(InGaP)发射极层，并且所述第二类型不同于所述第一类型。所述方法还包括：在所述发射极层之上形成氮化钽(TaN)层；以及在所述TaN层之上形成金属层。在一些实施例中，这种HBT可包括NPN HBT。

根据一些实施方式，本公开涉及一种用于监测异质结双极晶体管(HBT)制造工艺的系统。所述系统包括被构造成使带有突出部的发射极金属化的元件，所述发射极包括磷化铟镓(InGaP)。所述系统还包括被构造成测量与被金属化的发射极相关联的电容的监测元件，其中所测得的电容代表所述发射极的厚度。

在一些实施例中，所述发射极的厚度可基于所述被金属化的发射极充当平行板电容器的近似、由所测得的电容计算得到。在一些实施例中，所述系统还可包括工艺控制元件，其被构造成：如果所测得的电容或所计算的发射极厚度在预期范围之外，则调整至少部分HBT制造工艺。

在多种实施方式中，本公开涉及一种用于监测异质结双极晶体管(HBT)制造工艺的方法。所述方法包括：通过提供或形成磷化铟镓(InGaP)发射极而使发射极金属化；形成氮化钽(TaN)层和金属层，使得所述TaN层充当所述金属层和所述发射极之间的阻挡层。所述方法还包括测量与所述被金属化的发射极相关联的电容，以获得所述发射极厚度的估值。

在一些实施方式中，本公开涉及一种金属化结构，包括选择的半导体层、金属层以及设置于所述金属层和所述选择的半导体层之间以充当阻挡层的氮化钽(TaN)层。所述选择的半导体层包括与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体。在一些实施例中，所述选择的半导体层可包括磷化铟镓(InGaP)层。

出于总结本公开的目的，已在本文描述了本发明的特定方面、优势和新颖特征。应理解的是，不必在本发明的任何特定实施例中实现所有这些优势。因此，本发明可以通过实现或优化所教导的一个优势或多个优势的组的方式而得以实施或进行，而不必实现本文教导或提出的其他优势。

附图说明

图1A和1B示意性地示出了具有本文描述的一个或多个特征的电容器和异质结双极晶体管(HBT)，所述电容器比如为高值电容器。

图2示出了：在一些实施方式中，集成电路(IC)可包括图1中的电容器和/或HBT。

图3示出了：一个或多个图2中的IC可在半导体裸芯上实施。

图4A示意性地示出了：在一些实施方式中，封装模块可包括一个或多个图2中的IC。

图4B和4C示出了图4A中的封装模块的更多具体示例的不同视图。

图5A示意性地示出了：在一些实施方式中，诸如无线装置的射频(RF)装置可包括图4中的模块。

图5B示出了无线装置的更多具体示例。

图6示出了HBT的示例结构，该HBT具有设置于有突出部的发射极和M1导体之间的阻挡层，比如氮化钽(TaN)层。

图7示出了图6中的示例HBT的一部分，其可起到高值电容器的作用。

图8A和8B示出了图7中的示例电容器的布局和侧面剖视图。

图9示出了：图7和8中的示例金属化结构可以非电阻方式起到二极管的作用。

图10示出了对图7和8中金属化结构测得的电容值的示例，该金属化结构具有针对TaN层的不同区域。

图11和12示出了电容值的额外细节，其中有源和注入结构可延伸具有期望电容的电压范围。

图13示出了可被实施以制造图7和8中的示例金属化结构的一种工艺。

图14示出了可被实施以制造图6中的示例HBT结构的一种工艺。

图15示出了可被实施为图14中工艺的更多具体示例的一种工艺。

图16示意性地示出了HBT工艺监测系统，其能够监测有突出部的InGaP发射极的形成。

图17示出了一种工艺，其可被实施以制造所述InGaP发射极及其上的金属化、测试晶片以确定所述发射极的厚度以及基于所述测试来执行工艺控制。

图18示出了在被测试的示例晶片上测得的电容密度(fF/μm²)的示例分布。

图19示出了由测得的电容计算出的突出部厚度(埃)的示例分布。

图20示出了示例晶片上平均突出部厚度变化的示例。

具体实施方式

本文提供的标题(如果存在)仅用于便利的目的，并不必然地影响所要求保护的本发明的范围或意义。

InGaP(磷化铟镓)/GaAs(砷化镓)异质结双极晶体管(HBT)具有例如高功率密度和高效率的优异特性，因此广泛用于无线应用。InGaP发射极结构可提供超越AlGaAs发射极结构的显著性能优势。例如，InGaP发射极HBT可展现出在温度和偏压稳定性上的改进以及显著增强的稳定性。而且，InGaP发射极HBT还更易于制造。

HBT的性能和稳定性极大程度上受到发射极及其突出部的有效性的影响。这种突出部典型地降低再复合电流，从而提供更好的器件尺寸调整能力和改进的稳定性。期望的功能性上的这种有效性可基于发射极/突出部的厚度。

在此，出于描述的目的，假设HBT的发射极包括突出部特征。这种组合有时被称为“发射极/突出部或台部”或简称为“发射极”。然而，应理解的是，也可在发射极不包含突出部的HBT中实施本公开的一个或多个特征。

由于HBT的发射极厚度的重要性，监测这种厚度的品质可允许获得更好的在线(In-line)品质控制和晶片筛选。在AlGaAs HBT工艺中，可通过使用第一互连金属(M1)层作为顶部电极来获得突出部监测。所述金属层，比如Ti/Pt/Au堆叠，可直接沉积在AlGaAs钝化突出部上，以在M1和HBT基极(例如，P+基极)之间形成MIS(金属-绝缘-半导体)电容器。这种结构的在线电容测量可允许监测AlGaAs突出部的厚度和品质。然而，使用InGaP HBT工艺，这种金属化结构无法工作，因为施加至InGaP的金属无法形成高品质的肖特基接触。在一些情形下，在InGaP HBT工艺中应用(在前述AlGaAs HBT工艺中所使用的)金属可能造成所述金属穿透InGaP突出部并以电阻方式起作用。

本文描述的是涉及一种允许以有效方式监测InGaP突出部的金属化结构的装置和方法。如本文所描述的，这种InGaP突出部可为GaAs HBT的一部分，和/或可为高值电容器。

在一些实施方式中，可利用氮化钽(TaN)作为第一金属(M1)和InGaP层之间的阻挡层。在这种结构中，TaN层可提供的特性或功能性可包括例如阻挡功能性、改善的粘附性、降低的扩散性、降低的与金属或电介质的反应性和/或制造工艺过程中的稳定性。尽管在TaN材料的情况下进行了描述，但应理解的是，也可利用具有相似特性的材料。例如，TiN(氮化钛)和NbN(氮化铌)是也可用于包括GaAs工艺的类似应用中的金属氮化物材料。在TaN材料的情况下，可使用沉积方法在M1和InGaP层之间形成TaN阻挡层，所述沉积方法为，例如，诸如溅射的物理气相沉积(PVD)，蒸发，化学气相沉积(CVD)、金属有机CVD(MOCVD)，等离子体辅助CVD(PACVD)和金属有机原子层沉积(MOALD)。这种TaN阻挡层可具有在例如10nm-200nm、20nm-100nm、30nm-70nm或40nm-60nm范围内的厚度。在本文描述的不同示例中，TaN阻挡层具有约50nm的厚度。

类似地，尽管在InGaP半导体和工艺的情况下进行了描述，应理解的是，本公开的一个或多个特征还可在其他半导体材料和工艺中实施，包括其他HBT工艺。本文，出于描述的目的，诸如InGaP的半导体材料有时被称为选择的半导体。InGaP是与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体的示例。相应地，选择的半导体可包括与GaAs晶格匹配、基本上与GaAs晶格匹配或者能够与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体。

图1A示意性地示出了可在电容器10中实施的与具有阻挡(比如TaN层)的InGaP的金属化(比如InGaP发射极)相关的一个或多个特征。在一些实施例中，这种电容器在约0伏特下可具有约3fF/μm²的相对高值的电容密度，该电容密度值为具有类似尺寸的堆叠电容器的约两倍。在一些实施例中，本文描述的具有带TaN阻挡的金属化InGaP的电容器可具有至少2.8fF/μm^2、2.5fF/μm²或2.0fF/μm²的电容密度。

图1B示意性地示出了可在HBT12中实施与此处描述的InGaP的金属化相关的一个或多个特征。在一些实施例中，这种HBT可具有InGaP发射极，可在制作过程中监测该InGaP发射极的品质(比如厚度)。在此将更详细地描述这种突出部监测的示例。

图2示出了：在一些实施例中，可在集成电路(IC)20中实施具有本文描述的一个或多个特征的电容器10和/或HBT12。在HBT12的情况下，IC20可包括使用HBT的电路。例如，IC20可包括期望高功率效率的射频(RF)相关电路。更具体地，IC20可包括用于RF功率放大器的电路，该RF功率放大器被构造为用于无线装置。在电容器10的情况下，IC20可包括期望高电容密度的电路。更具体地，功率放大器、调谐网络和电源旁路电路是一个或多个这种电容器可提供有益功能性的示例。

图3示出了：在一些实施例中，图2中的一个或多个IC可实施为半导体裸芯30的一部分。在所示出的示例中，第一IC20被示出为包括高值电容器10；并且第二IC20被示出为包括HBT12。如参照图2所描述的，应理解，每一示例IC可包括电容器10和HBT12中的任一或两者。

在一些实施方式中，裸芯30可包括GaAs裸芯。在一些实施例中，该裸芯30可被构造为安装到诸如层压板的衬底上，以容纳焊线或倒装芯片连接器。

图4A示意性地示出了：在一些实施例中，可在封装模块40中实施具有本文描述的电容器10和/或HBT12的IC20。在一些实施例中，这种IC可在裸芯(例如，图3中的裸芯30)上实施。该模块40还可包括一个或多个封装结构44，其提供例如安装衬底和对裸芯30的IC20的保护。该模块40还可包括连接特征42，比如连接器和端子，其被构造成提供往返于IC20的电连接。

图4B和图4C示出了模块40的平面图和侧视图，该模块40可为图4A中模块40的更具体的示例。该示例模块40可包括封装衬底44，其被构造成接收多个元件。在一些实施例中，这种元件可包括具有本文描述的一个或多个特征的HBT裸芯20。例如，该裸芯20可包括具有本文描述的一个或多个特征的HBT和/或电容器。在一些实施例中，这种HBT和/或电容器可为功率放大器12的一部分。在裸芯20上形成多个连接垫45可利于诸如焊线42与衬底44上的连接垫46的电连接，从而利于往返于该裸芯20的各种信号的传递。

在一些实施例中，安装在封装衬底44上的元件或者形成在封装衬底44上或中的元件还可包括例如一个或多个表面安装装置(SMD)(例如，47)以及一个或多个匹配网络(未示出)。在一些实施例中，封装衬底44可包括层压衬底。

在一些实施例中，模块40还可包括一个或多个封装结构，从而例如提供对模块40的保护并利于其更容易的操作。这种封装结构可包括形成在封装衬底44之上的外膜或包膜(overmold)43，该包覆43的尺寸基本上包裹该封装衬底44上的各种电路和元件。

应理解的是，尽管在基于焊线的电连接的情况下描述了该模块40，但还可在包括倒装芯片结构的其他封装结构中实施本公开的一个或多个特征。

图5A示意性地示出了：在一些实施例中，诸如图4中模块40的元件可包含在RF装置50中。这种RF装置可包括无线装置，比如蜂窝电话、智能电话、平板电脑或被构造为用于声音和/或数据通信的任何其他便携式装置。在图5A中，模块40被示出为包括本文描述的电容器10和/或HBT12。该RF装置50被示出为包括诸如天线54的其他普通元件，并且还被构造成接收或利于诸如电池的电源52。

图5B示出了如何实施图5A中的无线装置50的更具体的示例。在图5B中，所示出的示例无线装置50包括具有本文描述的一个或多个特征的模块40，例如，功率放大器(PA)模块。例如，该PA模块40可包括多个HBT功率放大器12，其被构造成提供对与不同带宽和/或模式相关联的RF信号的放大。

在示例无线装置50中，PA模块40可将放大的RF信号提供给开关66(经由双工机64)，并且开关66可将该放大的RF信号分流给天线54。PA模块40可从收发器65接收未经放大的RF信号，该收发器65可以已知方式构造和运行。该收发器65还可被构造成处理接收到的信号。所示出的收发器65与基带子系统63交互，该基带子系统63被构造成提供适用于用户的数据和/或声音信号与适用于收发器65的RF信号之间的转换。所示出的收发器65还连接至电源管理元件62，其被构造成管理用于操作无线装置50的电源。这种电源管理元件还可控制该基带子系统63和无线装置50的其他元件的操作。

所示出的基带子系统63连接至用户界面60，以利于被提供给用户以及从用户处接收的声音和/或数据的各种输入和输出。该基带子系统63还可连接至存储器61，存储器61被构造成存储数据和/或指令以利于无线装置的操作和/或为用户提供信息存储。

在一些实施例中，双工机64可允许使用公用天线(例如，54)同时进行发射和接收操作。在图5B中，所示出的接收到的信号被发送给“Rx”路径(未示出)，该路径可包括例如低噪声放大器(LNA)。

该示例双工机64一般用于频分双工(FDD)操作。应理解的是，也可实施其他类型的双工结构。例如，具有时分双工(TDD)结构的无线装置可包括对应的低通滤波器(LPF)而不是双工机，并且开关(例如图5B中的66)可被构造成提供频带选择功能性以及Tx/Rx(TR)转换功能性。

多种其他无线装置结构可利用本文描述的一个或多个特征。例如，无线装置不必是多频带装置。在另一示例中，无线装置可包括额外的天线，比如分集式天线，还包括额外的连接性特征，比如Wi-Fi、蓝牙和GPS。

图6示出了具有InGaP发射极(带突出部)122(比如n-InGaP)的HBT12结构的示例，该发射极由阻挡层126(比如TaN层)之上的导体130(比如M1层)金属化。所示出的这种金属化发射极置于基极层120(比如p+GaAs层)之上。所示出的基极接触124置于基极层120之上，以利于与该基极层120的电连接。出于说明的目的，包括M1层130、TaN阻挡层126、InGaP发射极122、基极层120和基极接触124的组件可被视为高值电容器10。本文描述涉及这种电容器的额外细节。

图6还示出：可充当电容器10的前述组件可置于集电极层118(比如n-GaAs层)之上。该集电极层118又可置于子集电极层114(比如n+GaAs层)之上。集电极接触116还可置于该子集电极层114之上。该子集电极层114又可置于半绝缘衬底110(比如半绝缘GaAs衬底)之上。

图6还示出了可关于发射极122和基极120形成钝化结构128。可通过由该钝化结构128限定的开口132提供的到所示出的基极接触124的路径。HBT12还可包括被构造成提供对HBT12的隔离的隔离结构112。

尽管在NPN GaAs结构的情况下描述了示例HBT结构12，但诸如PNPGaAs的其他结构也可从此处描述的一个或多个特征中受益。而且，使用诸如TaN层的阻挡层来金属化HBT的发射极层的这一概念也可在其他类型的HBT中实施。

图7示出了参照图6描述的电容器结构10的放大视图。在所示出的示例构造中，TaN层可用作阻挡层126，并且M1金属层可用作导体130。以前述方式形成的组件可生成用于M1电极130的、具有肖特基特性(绘出为152)的二极管结构150，这使得形成期望的MIS电容器。基极层120和发射极层122之间的结可起到二极管154的作用，如所示出的。

在一些实施例中，如参照图6所描述的，电容器结构10可为HBT(12)结构的一部分。在一些实施例中，该电容器结构10可用作高值电容器而不与HBT相关联。

图8A和8B示出了可基于图6和7的示例而实施的、示例电容器结构10的布局和侧面剖视图。基极层120被示出为形成在下层202之上的矩形区域。发射极(带突出部)122被示出为形成在基极层120之上并位于其面积之内的矩形区域。为基极接触124(图8A中未示出)提供电连接的开口132被示出为具有倒U形覆盖区或足印的通路。如图8B中所示，该基极接触124被示出为通过导体206连接至M1金属层204。该示例M1金属层204被示出为也具有倒U形足印。

图8A和8B还示出了：TaN阻挡层126可形成在发射极122之上并且具有矩形足印。这种矩形的尺寸(长度L和宽度W)形成为使其被嵌在M1金属层204的倒U形状内。该TaN阻挡层126还被示出为具有一定厚度(图8B中的208)。所示出的M1金属层130形成在TaN阻挡层126之上并且具有倒T形足印。该TaN层126的尺寸形成为使该T形的腿部覆盖该TaN阻挡126并且还被嵌在M1金属层204的倒U形状内。

图9示出了具有不同的TaN层面积值的电容器结构10(图7和8)的I-V曲线。所测得(发射极端130和基极端204之间)的I-V曲线显示被测装置具有期望的肖特基特性，这代表期望的InGaP突出部厚度和品质。如果InGaP突出部太薄，这种I-V曲线可表现出与TaN层和p-型基极层之间的隧道二极管几乎一样的特性(因薄InGaP层而具有非常低的导通电压)。

图10示出了具有不同的TaN层面积值的电容器结构10(图7和8)的(在发射极端子130和基极端子204之间测得的)电容曲线，其为电压的函数。因为该电容器结构10可近似为平板电容器(其中电容C与面积成比例)，所测得的电容值如预期的那样随着面积的增加而增加。由于平板电容C还与电极之间的间隔距离成反比，对于给定的TaN层面积，所测得的电容值将与发射极的厚度近似成反比。因此，这种电容测量值可提供关于发射极厚度的信息。本文更详细地描述这种厚度确定方式的一种示例应用。

图10还示出了可构造该电容器结构10的一层或多层以调整其操作电压范围。例如，每一所示面积情况中，数据点包括属于“活性或有源(active)”结构的数据点和属于“植入或注入(implanted)”结构的数据点。在图中，“植入或注入”数据点一般起始于左侧(小于-2V)，“活性或有源”数据点一般起始于约-1.5V。本文，出于说明的目的，有源或活性结构指的是所生长的外延层；注入或植入结构指的是旨在打断晶格并由此提供各装置间的电隔离的工艺中注入的破坏。在图10的示例的情况下，虽然该注入的目标深得多，但其可能损坏发射极和基极两者。所示出的有源情况具有在约-1V至约+4V之间的期望的操作范围(其中电容基本上为平坦的)，而注入情况大体在约-2V至约+3V之间操作。

图11和12示出了与期望的平坦响应之间的更明显的偏差。图11示出了有源情况和注入情况的面积电容密度(F/μm²)图；图12示出了发射极的边缘(外围)电容(F/μm²)的图。通过特征化不同的面积和外围结构，可获得电容的独立于外围分量的面积分量。如本文描述的，面积和外围分布二者都可在感兴趣的电压范围内提供相对平坦的响应。前述技术还允许更好地评估面积分量占主导的较大型装置的电容。

在图11中，注入情况下的偏离在约+3V处非常明显，而有源情况外延至约+4V。在图12中，有源情况的偏离在约-1V处也非常明显，而注入情况外延至约-2V。相应地，图10-12中的示例示出：可根据需要或期望来调整操作电压范围。例如，如果期望将范围扩展至负电压侧，则注入可提供这种扩展。在另一示例中，如果期望将范围扩展至正电压侧，则维持有源结构可提供这种扩展。

图13示出了可被实施以制造具有本文描述的一个或多个特征的电容器结构的一种工艺300。在方框302中，可形成或提供有源层。在一些实施方式中，这种有源层可包括p+GaAs层。在方框304中，可在该有源层之上形成InGaP层。在方框306中，可在该InGaP层之上形成TaN层。在方框308中，可在该TaN层之上形成金属层，使得TaN层充当该金属层与该InGaP层之间的阻挡层。在方框310中，可形成用于该有源层的电接触。在一些实施方式中，如果该电容器结构被用作电容器元件，则该金属层和该电接触可充当电极。

图14示出了一种工艺320，其可被实施以制造具有本文描述的一个或多个特征的HBT结构。在方框322中，可形成或提供衬底。在一些实施例中，这种衬底可包括半绝缘GaAs衬底。在方框324中，可在该衬底之上形成集电极。在一些实施方式中，这种集电极可包括形成在衬底之上的n+GaAs子集电极层和形成在该子集电极层之上的n-GaAs集电极层。在方框326中，可在该集电极之上形成基极。在一些实施方式中，这种基极可包括形成在集电极层之上的p+GaAs基极层。在方框328中，可在该基极之上形成具有突出部的发射极。在一些实施方式中，这种发射极可包括形成在基极层之上的n-InGaP发射极层。在方框330中，可在发射极上形成阻挡层。在一些实施方式中，这种阻挡可包括形成在发射极层之上的TaN阻挡层。在方框332中，可在该阻挡之上形成金属结构，以使得该阻挡层在该金属结构和该发射极之间。在一些实施方式中，这种金属结构可包括形成在该阻挡层之上的M1金属层。还可在适当的阶段形成其他结构，比如用于基极和集电极的接触。

图15示出了可被实施为图14中的工艺320的更多具体示例的一种工艺340。在方框342中，可提供半绝缘GaAs衬底。在方框344中，可在该衬底之上形成n+GaAs子集电极层。在方框346中，可在该子集电极层之上形成n-GaAs集电极层。在方框348中，可在集电极层之上形成p+GaAs基极层。在方框350中，可在基极层之上形成n-InGaP发射极层。在方框352中，可在发射极层之上形成TaN阻挡层。在方框354中，可形成M1金属层，以使得该TaN阻挡层在该M1层和该InGaP发射极层之间。

图16示出了在一些实施方式中，可在HBT工艺监测系统400中使用本文描述的一个或多个特征。这种系统可包括例如被构造成形成InGaP发射极的元件402。在一些实施方式中，这种发射极可形成在晶片上，以利于多个HBT装置的制造。该系统400还可包括被构造成执行电容测量的元件404。这种元件可执行本文描述的电容器结构的电容测量，该电容器结构中发射极的厚度可影响电容。该系统400还可包括被构造成执行工艺控制的元件406。这种元件可基于电容测量值监测正形成的发射极的厚度，并且执行对发射极形成工艺的维持或调整以便生成具有期望的特性的发射极，比如期望的厚度。

图17示出了可通过图16的HBT工艺监测系统400执行或可利于该系统的一种工艺410。该工艺410大体可包括用于HBT装置的局部制造的子工艺(例如，412-420)，用于测量这种装置的子工艺(例如，430和432)，以及基于这种测量进行工艺控制的子工艺(例如，450)。应理解的是，前述示例子工艺可在单个设施中或者两个或更多个不同设施中实施。

在方框412中，可在晶片上形成基极层(例如，p+GaAs)。在一些实施方式中，这种晶片可已经包括其他HBT元件(例如，子集电极和集电极层)。在方框414中，可在该基极层之上形成InGaP发射极。在方框416中，可形成用于该基极层的电连接。在一些实施方式中，这种电连接可包括基极接触(例如，图6中的124)。在方框418中，可在InGaP发射极之上形成TaN层。在方框420中，可在该TaN层之上形成金属层(例如，M1金属层)。

在方框430中，可测量与InGaP发射极相关联的金属层和与基极层相关联的电连接之间的电容。在方框432中，可基于测得的电容计算InGaP发射极的厚度。在此更详细地描述如何计算这种厚度的示例。

在方框450中，可基于计算出的InGaP发射极的厚度来执行工艺控制。这种工艺控制可包括例如维持或调整InGaP发射极形成工艺，以便生成具有期望范围内的厚度的发射极。

图18-20示出了与形成在样品晶片上不同位置处的InGaP发射极相关联的测量值和计算值的示例。图18示出了电容密度测量值的正态分位数图以及电容密度值的分布。如所示出的，平均电容密度为约3.00fF/μm2。

图19示出了由电容测量值计算出的发射极凸起厚度值的正态分位数图以及该厚度值的分布。如本文描述的，本文描述的不同电容器结构可近似为平板电容器。相应地，电容C可表示为：

其中ε_r代表相对介电系数或介电常数(对于InGaP约为11.75)，ε₀代表电常数(近似8.854x10^-12F/m)，A代表面积，且d代表厚度。因此，厚度(d)的值可由电容密度(C/A)值计算出。

在图20中，发射极厚度值在样品晶片上的分布被示出为等值线图。在所示出的示例中，中间区域具有较小的厚度值(例如，约330埃)；而边缘部分具有较大的厚度值(例如，约350埃)。

基于前述内容，可实现多种工艺验证和/或调整。例如，假定发射极厚度的可接受范围包括所有被监测的厚度值。那么，该监测过程已经验证：至少该发射极形成部分是以期望的方式实现的。在另一示例中，假定基本上所有被监测的厚度值都在可接受范围之外。那么，可能存在很多需要被确认和修正的系统性问题。在又一示例中，假定在晶片的一个位置处的厚度值过小和/或在另一位置处的厚度过大。那么，有可能细化发射极沉积技术以获得整个晶片更均匀的厚度分布。

除非上下文另有清楚要求，在本说明书和权利要求书通篇中，词语“包括”和“包含”等应解释为含有的意思，与不包含或穷尽的意思相反；也就是说，其是“包括但不限于”的意思。词语“耦合/连接”，如本文通常所用，是指两个或更多个元件可直接连接或者可通过一个或多个中间元件连接。另外，词语“本文/在此”、“之上”、“之下”以及类似意义的词语，当用在本申请中时，是指本申请的全部而不是指本申请的任何特定部分。如果上下文允许，上面详细描述中采用单数或复数的词也可分别包括复数或单数。词语“或者”涉及两个项目或更多个项目的列表，该词覆盖下面对该词解释的全部：列表中项目的任何一个、列表中项目的全部、以及列表中项目的任何组合。

本发明实施例的上面的详细描述无意于穷尽或者限制本发明至上面公开的精确形式。尽管本发明的特定实施例和示例在上面为了说明的目的进行了描述，但是，如相关技术领域的技术人员所知晓，在本发明的范围内可能做出各种等同修改。例如，尽管工艺或模块以给定的顺序呈现，但是替换性的实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的程序或者采用具有模块的系统，并且某些工艺或模块可删减、移动、增加、再细分、组合和/或修改。这些工艺或模块的每一个可以以各种不同的方式实施。再者，尽管工艺或模块有时如所示成系列地执行，但是这些工艺或模块也可替换为平行执行，或者可在不同的时间执行。

本文提供的本发明的教导可应用于其它系统，不必是上述的系统。上述实施例的元件和作用可组合以提供进一步的实施例。

尽管已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，而无意于限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以各种其它方式实施。此外，在不偏离本公开的精神的前提下，可对本文所描述的方法和系统的形式进行各种删除、替代和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖这样的形式或修改，因此落入本公开的范围和精神内。

Claims (40)

1.一种金属化结构，包括：

选择的半导体层，包括与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体；

氮化钽(TaN)层，形成在所述选择的半导体层之上；以及

金属层，形成在所述TaN层之上，所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

2.如权利要求1所述的结构，其中所述选择的半导体层包括磷化铟镓(InGaP)。

3.如权利要求2所述的结构，其中，所述TaN层被构造成降低所述金属层与所述InGaP层接触并以电阻方式起作用的可能性。

4.如权利要求2所述的结构，还包括位于所述InGaP层下方的第一砷化镓(GaAs)层。

5.如权利要求4所述的结构，还包括相对于所述第一GaAs层设置的金属接触，以利于与所述第一GaAs层的电连接。

6.如权利要求5所述的结构，其中所述InGaP层的尺寸形成为：当测量所述金属层和所述金属接触之间的电容时，所述金属化结构提供至少2.0fF/μm²的电容密度。

7.如权利要求4所述的结构，其中所述第一GaAs层是异质结双极晶体管(HBT)的基极的一部分，所述InGaP层是所述HBT的发射极的一部分。

8.如权利要求7所述的结构，其中所述发射极包括突出部。

9.如权利要求7所述的结构，还包括第二GaAs层和半绝缘GaAs衬底，所述第二GaAs层被构造为所述HBT的集电极。

10.如权利要求9所述的结构，其中所述HBT被构造为NPN晶体管。

11.一种封装模块，包括：

封装衬底，被构造成接收多个元件；以及

砷化镓(GaAs)裸芯，安装在所述封装衬底上并具有集成电路(IC)，所述裸芯包括GaAs衬底和选择的半导体层，所述选择的半导体层形成在所述GaAs衬底之上并且包括与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体，所述裸芯还包括金属化组件，所述金属化组件具有形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层和形成在所述TaN层之上的金属层，所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

12.如权利要求11所述的模块，其中所述选择的半导体层包括磷化铟镓(InGaP)。

13.如权利要求11所述的模块，其中所述金属化组件、所述InGaP层和所述GaAs衬底形成片上高值电容元件。

14.如权利要求13所述的模块，其中所述片上电容元件是功率放大器电路、调谐网络电路或电源旁路电路的一部分。

15.如权利要求11所述的模块，其中所述InGaP层被构造为异质结双极晶体管(HBT)的发射极。

16.如权利要求15所述的模块，其中所述HBT是功率放大器电路的一部分，所述功率放大器电路被构造成放大射频(RF)信号。

17.如权利要求16所述的模块，其中所述模块是功率放大器模块。

18.一种射频(RF)装置，包括：

天线；

收发器，耦合至所述天线并被构造成处理射频(RF)信号；以及

集成电路(IC)，耦合至所述收发器或为其一部分，并且被构造成利于RF信号的处理，所述IC在砷化镓(GaAs)裸芯上实施，所述裸芯包括GaAs衬底和选择的半导体层，所述选择的半导体层形成在所述GaAs衬底之上并且包括与GaAs晶格匹配的宽带隙半导体，所述裸芯还包括金属化组件，所述金属化组件具有形成在所述选择的半导体层之上的氮化钽(TaN)层和形成在所述TaN层之上的金属层，所述TaN层形成所述金属层和所述选择的半导体层之间的阻挡层。

19.如权利要求18所述的RF装置，其中所述RF装置是无线装置。

20.如权利要求19所述的RF装置，其中所述IC是功率放大器的一部分，所述功率放大器被构造成放大所述RF信号。

21.一种用于制造异质结双极晶体管(HBT)的方法，所述方法包括：

提供或形成砷化镓(GaAs)衬底；

在所述GaAs衬底之上形成集电极层、基极层和发射极层；

在所述发射极层之上形成阻挡层；

在所述阻挡层之上形成金属层；以及

测量所述金属层和所述基极层之间的电容，所述电容代表所述发射极层的厚度。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述发射极层包括磷化铟镓(InGaP)。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述发射极层包括突出部。

24.如权利要求21所述的方法，其中所述集电极层、所述基极层和所述发射极层被构造为NPN晶体管。

25.如权利要求21所述的方法，其中所述阻挡层包括氮化钽(TaN)。

26.如权利要求21所述的方法，还包括在所述基极层之上形成金属接触。

27.如权利要求21所述的方法，还包括调整工艺参数以使得所述电容在选择的范围之内。

28.一种用于监测异质结双极晶体管(HBT)制造工艺的系统，所述系统包括：

工艺组件，被构造成在基极层之上形成发射极层、在所述发射极层之上形成阻挡层以及在所述阻挡层之上形成金属层；以及

监测组件，被构造成测量所述金属层和所述基极层之间的电容，所测得的电容代表所述发射极层的厚度。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述发射极层包括磷化铟镓(InGaP)。

30.如权利要求29所述的系统，其中所述发射极层包括突出部。

31.如权利要求28所述的系统，其中所述阻挡层包括氮化钽(TaN)。

32.如权利要求28所述的系统，其中所述工艺组件还被构造成在所述基极层上形成金属接触。

33.如权利要求28所述的系统，还包括工艺控制组件，被构造成调整工艺参数以使得所述电容在选择的范围之内。

34.一种用于监测半导体制造工艺的方法，所述方法包括：

提供或形成下半导体层；

在所述下半导体层之上形成选择的半导体层，所述选择的半导体层包括与砷化镓(GaAs)晶格匹配的宽带隙半导体；

在所述选择的半导体层之上形成氮化钽(TaN)层；

在所述TaN层之上形成金属层；以及

测量所述金属层和所述下半导体层之间的电容以获得所述选择的半导体层的厚度估值。

35.如权利要求34所述的方法，还包括：如果测得的电容在选择的范围之外，则调整工艺参数。

36.如权利要求34所述的方法，其中所述选择的半导体层的厚度是基于所述金属层充当平板电容器的一部分的近似而由所测得的电容计算出的。

37.如权利要求34所述的方法，其中所述选择的半导体层包括磷化铟镓(InGaP)。

38.如权利要求37所述的方法，其中所述下半导体层包括砷化镓(GaAs)。

39.如权利要求38所述的方法，其中所述InGaP层和所述GaAs层分别为异质结双极晶体管(HBT)的发射极和基极。

40.如权利要求38所述的方法，其中所述金属层、所述TaN层、所述InGaP层和所述GaAs层形成电容密度为至少2.0fF/μm²的高值电容器。