TWI230421B - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents
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1230421 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 毛月關於一種異質接面雙極電晶體，文後亦稱之為一 丨ΉΒΤ丨丨。 【先前技術】 二 知化&物半導體之異質接面雙極電晶體係用於通 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^裝置或光學通信裝置之高頻率或高功率元件 I ’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—材㈣統組成之雙極電晶體更顯現較佳性 質。 #為了使HBT達到貫用，特別重要的是改善其穩定性，儘 、吕午夕方法針對改善HBT之穩定性，但是册了穩定性之改 口仍未7人滿思，因為如果一用於電力裝置之大電流施加 至ΗΒ 丁時，則裝置有時候會因ηβ 丁而老化。 此老化之主要原因考慮如下。c(碳）近年來已取代鍵做為 P5L4雜物而摻入一在呂録神/蘇神hbt之蘇神基極層内，其 原子半仏小於基極層之鎵與坤者，目&，碟造成基極層應 變且其功能有如_再組合中心’而導致減小電流增益及降 低穩定性，特別是在碳高度摻入之例子中。 、為了避免此問題，曾有建議添加構成基極層者以外之出 或V攔兀素至石_人之鎵碎基極層，例如請參閱日本未審查 專利公開案H6-371G5。依此方式，添加原子半徑較大於構 成基極層之70素者（即鎵與砷）之雜質做為摻雜物，即可消除
O:\88\88685.DOC 1230421 基極層之應變而改善HBT之穩定性。 另_方式’亦冒有建議使用由111或V攔元素以外元素組 =之二種雜質做為鎵神基極層之摻雜物，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’例如請參閱日本未審查專利公開 案2000-323491。依此方^ ’添加相較於構成基極層之原子 (即鎵與坤）而有較大原子半徑之其中一型雜質（例如鎮）及 有I原子半從之另—型雜質（例如碳）即可消除基極層之 應變;_且不與鎵或石申形成化合物，以利改善HBT之穩定性。 後一方式之先前技術HBT範例將參考附圖說明於後（參 閱日本未審查專利公開案2〇〇〇_323491之圖j所示實施例）， 如圖7所示，一習知Ηβτ 6〇〇係藉由磊晶生長技術，在一半 絕緣性糾基板6G1上依序形成料或丨·㈣神緩衝層 602、一石夕摻入之n_鎵石申集極層6〇3、一碳與鎂摻入之ρ·鎵砷 基極層604、一矽摻入之n_鋁鎵砷或^銦鎵磷射極層及 一矽尚度摻入之n+-鎵砷射極_帽蓋層6〇6。隨後，n+_鎵砷射 極-帽蓋層606、n_鋁鎵砷或心銦鎵磷射極層6〇5及p_鎵砷基 極層604適當地乾蝕刻，且一鎢矽射極6〇9、一鎳/金鍺/金= 極607及一鈦/鉑/金基極6〇8分別形成於n+_鎵砷射極-帽蓋 層606、η-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 600稱為一鋁鎵砷/鎵砷ΗΒτ: 或當射極層之材料為n-銦鎵磷時，則稱為一銦鎵磷/鎵砷 ΗΒΤ。吾人已知銦鎵磷/鎵砷ΗΒΤ具有一比鋁鎵砷/鎵砷ηβτ 者高之壽命及穩定性。 O:\88\88685.DOC -6 - 1230421 准為了摻入以往使用做為摻雜物之碳以外之新元素， 例如銦、銻或鎂，使用磊晶生長技術之現有裝置皆無法應 用，故需以最小程度改變現有裝置，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 層具有一極低於不含銦、銻或鎂等元素之基極層者之乾蝕 J率為了钱刻前一基極層，必須供給一或多種用於乾蝕 刻之氣體且此不同於以往所使用者，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（易言之， 其難以達成高蝕刻選擇率）。惟，其難以使一大厚度之蝕刻 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。 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】 在本卷明之一項内容中，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格常數、、〜％，且 ab值在ac、Mi之間，易言之，、、％、、值滿足於a。〉％〉 ae或ac< ab< ae之數值關係。 依本發明所示，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、 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- 1230421 形，而不必摻入4主6 — 符疋兀素，因此HBT之壽命（MTTF)即較异 於習知HBT者。 一^一習知射極朝上型HBT之例子中，射極層對基極層之 °配比啟佳為不大於約0 3%，且更佳為不大於約 土極層對集極層之一晶格錯配比較佳為不大於約 更佺為不大於約0·丨％。在一集極朝上型HBT之例 子中木極層對基極層之晶格錯配比較佳為不大於約 ㈣’且更佳為不大於約G1%，而基極層對射極層之晶格 錯配比較佳為不大於約G.3% ,且更佳為不大於約〇1%。 依此’具有一更大激勵能量之HBT可以藉由選定一小晶 格錯配比，以利限制應變程度，因此HBT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袼常數之半導體層使用做為集 極、基極及射極層時，HBT之預期電力性特徵無法在某2 例子中取得，因為一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HBT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 極層之相反侧，第一及第二射極層分別具有晶格常數、广 、2。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取代而仍滿足於a > a々 c ab > ae或 ae< ab < ae之關係。依此實施例所示，帶狀結構自所需者發生_
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化即可避免而保有習知帶狀纟士描，&哲 A 狀、、°構，因為弟一射極層對基極 層之晶格錯配比可以相當小，例如不大於〇1%。 此亦適用於集極層由：層構成之例子，即第—及第二集 極層’第-集極層以其-侧接觸於基極層，而第二集極層 接觸於第一集極層之相反側，第一及第二集極層分別具有 晶格常數acl、a。2。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、而仍滿足於 >ae或ac<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。 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 穩疋性試驗”）使用一俗稱Arrhenius模型，其係反應動力模 型中之一者，此型已知由以下方程式（1)表示· L=A · exp(Ea/kT) ...(1) 其中L為壽命（h)，A為常數（h)，Ea為激勵能量（eV)， Boltzmann常數（約861xl〇-5eV/K)，τ為溫度（K)。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 (°C)之絕對溫度（K)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 HBT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fc /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Vce(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 = 50 kA/cm2。接著，所 得之MTTF資料（樣品數：ISNl 0)緣成Arrhenius圖表，且一回 歸線（a)係以最小平方方法計鼻，結果如圖8所不，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- 1230421
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 入碳之HBT (a)之線（a)而在任意溫度下皆顯示出一較大之 MTTF〇易言之，可以暸解的是相較於在基極層僅摻入石度之 HBT，當一基極層在碳以外另摻入鎂時，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’在碳以外，目前已有一在基極層摻入銦或綈之HBT 穩定性試驗報告，此例子亦顯示一相似於在基極層摻入碳 與鎂之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;5炭與銦之紹蘇神/鎵坤HBT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 - 1230421 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 o 再者，目前已有一在基極層僅摻入碳之銦鎵構/鎵珅 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 HBTsn，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HBT(c)中，基極層僅摻入碳且未摻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ΗΒΤ〇)， 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 侧）。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3x1 03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- 1230421 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)。 發明人謹慎考量一影響激勵能量之因素而完成本發明。 依本發明所不’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)，其中集極層、基極層 及射極層分別具有不同之晶格常數ae、ab、ae，且ab值係在 ac與ae值之間。請注意ac可以較大於或較小於ab、ae，易言 之，ac、ab、ae係依漸小或漸大順序，亦即，ac、ab、ae滿足 於ac>ab>ae或ac<ab<ae之數字關係。 在本發明中，晶格常數ac、ab、ae可以決定如下。首先， 一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HBT製造過程中之基極層生長條件下（典型上為磊 晶生長），生長於一具有（001)表面之基板上，因此，可取得 一含有假基極層之樣品，假基極層之厚度設定為3000埃。 隨後，在樣品之一（004)平面處之Bragg反射搖擺曲線係藉由 自Θ掃描至2Θ而量測之，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 - 1230421 差，因此假基極層之量測尖峰角度無法採用。對比之下， 这些1E測到之尖峰角度之間之差異則較可靠。再者，基板 之尖峰角度之内值係已知，因此，假基極層之尖峰角度可 藉由補償量測值而決定。隨後，假基極層之一晶格常數^d，, 係利用依上述方式決定之假基極層之尖峰角度Θ，而從 Bragg方程式中計算得到（2d · 3ίηθ=ηλ，其中d為晶格常數， λ為欲使用之X射線波長，n為自然數（1，2, 3…）），計算得到 :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ae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2PhiUpsX射線 繞射儀，型號：MPD1880HR(入射之又射線：銅鉀α_射線）， 可以使用做為X射線裝置。 依本叙月所示，ac、ab、、之間關係可藉由依漸小或漸大 順序設定ae、ab、、而適當地選擇，以利決定因晶格應變所 致之變形，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ΗΒτ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舞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，且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 了移動差排’差排需受到一較大於防止差排移動之激勵能
O:\88\88685.DOC -14 - 1230421 量之力（或能量）影響 之間關係以決定因晶 之力且令差排難以移 命得以延長。 。反之，本發明適當地選擇、、〜、 袼所致之變形，使其可減小影響差排 動。結果’依本發明所示，HBT之壽 者本毛月不而要如先前圖7所示之習知丁利用額外 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而， 易言之’π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。 在本發明之-實施例中，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袼常數 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。 3 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丨/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/abXi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HBT之例子中，基極層對集極層 O:\88\88685.DOC -15- 1230421 之-晶格錯配比（亦即I ab_ac I /acXl〇〇)(%)不大於約〇.3〇/〇 且較佳為不大於〇·1%。換言之，ab、、滿足丨aw丨/aeXl〇〇 $ 〇·3(%)之關係，且較佳為滿足i心。丨/μ⑼$ 〇 ι(%) 之關係。 妓在集極朝上型HB 丁之例子中，集極層對基極層之一晶格 錯配比（亦即| ac-ab j /abXl〇〇)(%)不大於約〇.3%且較佳為 不大於0.1 /〇。換έ之’、、％滿足丨％，丨/%χ1〇〇 $ 〇·3(%) 之關係，且較佳為滿足I ac丨、χ1〇〇 $ 〇.1(%)之關係。 同樣在集極朝上型HBT之例子中，基極層對射極層之一晶 袼錯配比（亦即1 I /^100)(%)不大於約〇·3%且較佳 為不大於〇.1%。換言之，a以滿足I ab-ae ! 〇·3(%) 關係且較佳為滿足I ab-ae丨/aeXl〇〇 $ 0.1(%)之關係。 々错由設定集極層中二相鄰層之間之晶袼錯配比，即可取 示出較大激勵能量之HBT，例如激勵能量不小於約2.0 eV^較佳為不小於約3()〜，基極層及射極層不大於約 〇’3/〇且較佳為不大於約〇ι%，以適當地選定一特定之應變 又此HBT可在貫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HBT，其壽命大約為習知者之10倍 大以上。 本卷月之較佳實施例中，在射極朝上型ΉΒΤ例子 射極層對基極層之晶格錯配比及基極層對集極層之晶 車1曰配比白不大於約〇·3%且較佳為不大於約0.1%。在集極 ^ ' 例子中，集極層對基極層之晶格錯配比及基極 “，射極層之晶袼錯配比皆不大於約〇·3°/。且較佳為不大於
O:\88\88685.DOC -16 - 1230421 約〇.1%，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。 在本發明中，—較小之晶格錯配比係較佳在-大於0%且 不大於0_3%範圍内，因為較小之晶格錯配比提供較大之激 勵能量"隹，實際上當考量於諸層之材料成分變化以及在 -蟲晶生長厚度上與一晶圓平面上之摻雜物濃度變化時， 晶格錯配比係較佳為大約0.01%至0.3%，且最較佳為大約 0.01%至 0·1〇/〇 〇 集極層、基極層及射極層之晶格常數H ^係分別藉 由❹調整接人各層之掺雜物濃度而變化，特別是在該層 係^ 一，元化合物半導體晶體構成之例子中，其晶格常數 係猎由曰調整化合物半導體内之混合比而變化，摻雜物濃度 及/或混合比之調整較易由習於此技者藉由例如適當地控 制摻雜材料之流動率、源氣體之流動率、等等而實施。 儘管其他事項未予以詳述，本發明之刪可利用射極朝上 ^ΗΒΤ或集極朝上型順任—例子領域内之現方法 製造。 吾人已知此半導體層之晶格常數通常隨著溫度上昇而增 大^體而S，晶袼常數大致上可由以下方程式（3)表示： ^α〇χ(ι + βχ(τ^τ〇)) · · · (3) H TG為標準溫度（K)(TG=300K)，aG為在標準溫度八時之晶 ^ ^ (矣）丁1為特定溫度（Κ)，a為在特定溫度1^時之晶格 常數（埃），及β為膨脹係數（K-1)。請注意，P係依據半導體 層之材料而變化。
O:\88\88685.DOC -17- 1230421 在本么明中，上述晶格常數ac、ab、ae之間之關係（以及 十得到之sa格錯配比範圍）並不需要在所有溫度時 白滿足之，可以接受的是該關係在接面溫度丁』為最小值時 >足藉由在接面溫度時確定上述關係，壽命延長及丁 穩定性改善之效應即可取得。 在本1月之一 Λ施例中，射極層可由分別具有晶格常數 ael、h之第一及第二射極層組成，且第一射極層夾置於 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^使用做為ae > ab > ae或ae < ab <〜關係中之晶格常數 "；，亦―即 ’ a。、％、心2 滿足於 ac>ab>ae2 或 ac<ab<ae2 之關 係。第二射極層之晶格常數可以大幅錯配於基極層之晶 格常數ab’且ae2及ab可滿足於卜一！ /abXi〇〇>〇3w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，^及％可以實質上 相專且彼此晶格匹配。 先前技術之一 HBTs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配，惟，為了滿足0%〉 ae或ac<ab<ae關係，用於射極層與基極層之材料係經選 以令射極層與基極層彼此晶格錯配，結果，其帶隙變 得不同於習知HBTs，此即造成HBTs之特徵改變，因 -基極之帶狀結構並不需要形成。射極_基極之帶狀結構變化 有時候是不必要的，因為其導致HBT之高頻率特徵及導通 電壓等等之改變。
O:\88\88685.DOC -18- 1230421 在此例子中，較佳為不使用單一射極層，而是將射極層 7刀告彳成上述第一射極層及第二射極層等二層，第一射極層 之晶袼常數ael可經控制以形成所需之帶狀結構（更明確地 ^即射極_基極之所需帶隙），且第二射極層之晶格常數ae2 可經控制以相關於基極層之晶格常數ab而顯著地應變。結 果，因為第二射極層對基極層之晶格錯配所致之應變影響 J第射極層與基極層，而降低了作用於基極層與射極層 =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，且不改特徵。 在本發明之另一實施例中，集極層可由分別具有晶格常 數、1、a。2之第一及第二集極層組成，且第一集極層夾置於 第=集極層舆基極層之間。在此例子中，第二集極層之晶 才口笔以2使用做為^^^、〈〜〈、關係中之晶格常 ' 亦即 、ab、ae 滿足於 ac2> ab>、或、2< 、之 關係。，第一集極層^晶格常數可以A幅錯配於基極層之 晶袼常數知，且ac2及〜可滿足於j 丨/abXi〇〇>〇3(%) ]係另方面，第一集極層之晶袼常數ac!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0·1%。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f狀結構並不需要形成，且因此發生HBTs之特徵改變 時。依此實施例所示’相似於上述之效應可以藉由控制第 本極層之晶格常數〜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格常
O:\88\886S5.DOC -19- 1230421 數μ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：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HBT可為m-v或H_vm HBT，ΗΒΤ係使 用含有至少一元素選自⑴族例如銦、鎵、鋁及至少一元素 選自V族例如磷、砷、銻、氮之材料層構成’例如， 族HBT可以含有一銦鎵磷/鎵砷異質接面、一錮磷/銦鎵砷異 質接面或類此者。II-VI族HBT係使用含有至少一元素選自 II族例如辞及至少一元素選自VI族例如硒之材料層構成， 例如，II-VU^HBT可以含有一辞/硒異質接面或類此者。 凊注意HBT可以具有射極層與基極層之間之一異質接面 或基極層與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HBT可為一 npn型或一 pnp型。 實施例 文後’本發明之貫施例將參考圖式而詳細說明於後。 實施例1 此貫施例相關於一射極朝上型銦鎵磷/鎵坤Hb T及其製造 方法，圖1A至1C係一製程圖，其簡示一沿著厚度方向之截 面圖’以說明製造此實施例HB T 1 0 0之方法。 O:\88\88685.DOC -20 - 1230421 一^板兒圖lc’此實施例之黯ι〇〇具有—結構，其含有 緣之料基板，厚度大約_陣），及依序 $ θ板上之一、緩衝層1〇2(i-鎵石申層，厚度大約250 ㈣、；：集極層103(11制層，石夕摻入，摻雜物濃度大約 5x10 cm，厚度大約5〇〇nm)、一集極層工岬卜嫁石申層，石夕 摻入，摻雜物濃度大約2xl〇1W，厚度大約7〇〇麵)、一 土極运105(p-!豕神層’碳摻入，摻雜物濃度（即碳濃度）係依 文後所述控制，厚度大㈣㈣）、—射極層叫鳥錄Η 破層係依文後所述設定，⑦摻人，摻雜物濃度大約 5X1017Cm-3，厚度大約乃nm)、一接觸層⑺八卜鎵砷層，矽 摻入，摻雜物濃度大約5xl〇17cm-3,厚度大約5〇11111)、一分 級層砷層，其中乂係〇至〇5且隨著其在生長方 向^高度而逐漸改變，矽摻入，摻雜物濃度大約ι χ 10 cm ，厚度大約50 nm)及一帽蓋層1〇9(口_銦ζ鎵k砷層， 其中ζ=0·5，矽摻入，摻雜物濃度大約ixl〇19cm·3，厚度大 約50nm)。在HBT 100中，一射極110(鎢氮/鉑/鈦/鉑/金或鎢 矽/鉑/鈦/鉑/金，總厚度大約3〇〇nm)、一基極m(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215nm)係分別形成於帽蓋層109、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106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106之厚度變大而變小。 HB T 100係依以下方式製成。請參閱圖ία，緩衝層1〇2、 O:\88\88685.DOC -21 - 1230421 子集極層103、集極層104、基極層105、射極層106、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 方法依序磊晶生長成基板1 0 1上之膜。 利用磊晶生長之諸層形成可以分別使用用於鎵砷層之 TEG(三乙基鎵）及AsH3(胂）、用於錮鎵磷層之TMIn(三曱基 銦）及PH3(膦）、用於銦鎵砷層之TEG、TMIn及AsH3源氣體 進行，TB A(特丁基膦）可用於替代Ash3。此外，在此實施例 中一 P型層係摻入碳，以做為p型摻雜物，且例如TMG(三甲 基叙）可以使用做為一形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η型摻雜物，且例如 S1H4(單矽烷）及/或(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 乙基硒）、DeTe(二乙基碲）可以分別針對此目的而使用做為 一摻入材料。源氣體以及摻入時之摻入材料等之流動率、 职日日生長衣置内之壓力及溫度等等可由習於此技者依據欲 /成層之成分及摻入時之摻雜物濃度而選定。 ，，上述取得疊層後，-欲成為射極下層之障壁層110a(鎢 ^或鎢妙層’厚度大約⑽賊)係利用濺鍍形成於疊層之帽 ::H)9之整個表面上，接著’一光阻遮罩(圖中未示邡成 ^早壁層11〇吐，障壁層經過钮刻以具有-i哗寬X20陶 、苴士圖1A所不。隨後，將用過之光阻遮罩去除。 八/閱圖1B，巾目盍層109、分級層108及接觸層107
O:\88\88685.DOC -22- 1230421 係以先前形成之障㈣U〇a之遮罩，利用濕關去除，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，#、鈦、鉑及金依序沉積於疊 層上’接著去除光罩（此過程稱之為消除法）。藉此，一射極 上層UOb及基極⑴（翻/鈦/銘/金，每層金屬厚度大約5〇_ 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）11()3及射極上層110b 堆疊以產生射極11 〇。 其次請參閱W1C，-光阻遮軍（时未示）形成於射極110 及基極111上，射極層106、基極層1〇5及集極層1〇4障壁層 利用餘刻而局部去除，以曝露子集極層1G3，因此形成基極 突塊。隨後，將用過之光阻遮罩去除。
Ik後，集極112(金鍺/鎳/金，厚度分別約1〇() 、15 nm 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 一預定區域上，所取得之基板進行熱處理，使集極ιΐ2與基 極Hi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1〇3之間之一歐姆式接 觸，亦確保基極ill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103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 - 1230421 相關於此ΗΒΤ 100，做為基極層i〇5之p-鎵砷層内之碳濃 度（摻雜物濃度）及做為射極層之n-銦4家構層之混合 比y可以適當地選定，使集極層104之晶格常數、及射極層 106之晶格常數ae滿足於ae> ab> ae或ae< 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4><1〇19(：111-3 或大約lxl02Gcm 3(此將參考圖2說明於後）而改變之，且、 係藉由將做為射極層106之卜銦一家一磷層之混合比y在大約 〇·44至0.52範圍内變化而改變之，如表}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 錮y鎵1-ν石类 碳濃度(cm3) y 1 4xl019 0.44 2 Γ 4χ1019 3 4χ1019 4 4χ1019 5 ΙχΙΟ20 ~〇M^~ 6 ΙχΙΟ20 ' ~~~—~~-—一 0.46 7 ΙχΙΟ20 〇49~~ 鎵石申層之日日格常數隨著其碳濃度變高而變小之事實已屬 白知技* ’本發明人在進行本發明之前藉由依據上述蘇石申 層内碳濃度變化之i尚+ 、 辰又欠亿乏過私而在室溫時（RT，大約20至30。〇量 測晶格常數，以取得晶才夂赍眚 曰敉吊數與碳濃度之間之相互關係， 結果揭示於圖2内以供參考。岡 圖2内之晶格錯配比（ppm)”係
O:\88\88685.DOC -24- 1230421 取自（a^oVaoxlO6’其中a〇為一未摻入之鎵砷層之晶格常數 而a 1為一碳摻入之p -鎵砷層之晶格常數，未摻入之鎵砷層之 曰曰格系數aQ在標準溫度T〇時（300 K=大約27°C )為大約5 654 士矢。因此，習於此技者可以根據由本發明人取得之圖2内之 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〜、〜、 〜係利用一 X射線繞射儀而依據上述過程預先量測或決 定，結果揭示於表2内。表2内之晶格常數係在室溫 大約20至赃）之值，且在標準溫m約27t(請見上述 方程式（3))時可視為晶格常數&。。假設接面溫度1為9代， 藉由將赃替代於方程式（3)内之特定溫度Τι，在机接面 溫度η時之晶格常數α係針對表2内之標準溫度τ。時之各晶 格常數α。而計算，結果揭示於表3内。請注意β針對嫁石申層 時為大約6.86X1W，及針對銦鎵韻時為大社Ο# K-i。在表2、3中’基極層對集極層之一晶格錯配比（即丨&㊇丨 ⑽卿及射極層對基極層之一晶格錯配比(即卜e_ab| /abx i 00 W)亦分別以括號附於&、W後（同樣㈣應用於 以下表6、7)。 O:\88\88685.DOC -25 - 1230421 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 蘇神 鎵砷 銦7鎵^鱗 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 録石申 鎵砷 姻y録l_y石粦 ac(埃） 外(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Vce=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， MTTF(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- 1230421 4(其在鎵砷基極層内之碳濃度約為4χ1〇丨9cm_3 ； <四~線，及 圖3B揭示樣品編號5至7(其在鎵砷基極層内之碳淳声約、 xl02Vm·3)之回歸線（樣品編號係在附圖中以箭頭表示）… 外，各HBT之激勵能量Ea係取自其回歸線，結果揭示、 内0 表4 激勵能量Ea 編號 Ea(eV) 1 2.2 2 3.2 3 1.1 4 Γ~〇Τ9 " 5 2Λ) 6 3.0 7 0.7 例0 請參閱表2、3，在樣品編號丨至7之中，樣品編號丨、2、$ 及6之HBTs係本發明之範例，因為這些HBTs滿足於 \之關係。另方面，樣品編號3、4及7之聰續比較性^ 從表2至4可以瞭解的是，當之關係獲得滿足時 即可得到-較高之叫樣品編號卜“及小當^之值變得 過小，之值日夺，Ea將有變小趨勢，儘管之關係 仍獲侍滿足（將樣品編號卜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〇. 3 %同時滿足 上述關係時（樣品編號卜2、5及6)，所得之Ea值即不小於 2士〇 eV，且HBTs在低溫時之壽命（MTTF)延展性可獲確定。 知·別是，樣品編號2、6之Ea值不小於3·〇 eV，因此，當射
O:\88\88685.DOC -27· 1230421 極層對基極層之晶格錯配比不大於〇· 1%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％值之條件下比較樣品編號 與編號5、6時，其ab接近於、之樣品編號2、2之以值係較高 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3·〇 eV 之高激勵能量Ea。樣品編號2、62HBTs之]^11^大約分別 為U百萬小時及L3百萬小時（圖中未示），假設接面溫度^ 為23(TC。HBT⑷在先前技術之贿3中有最高激勵能量，J 且其MTTF在230。(：接面溫度Tj時大約為〇12百萬小時（參閱 圖8之線⑷）。此實施例之MTTF大約比Ηβτ⑷者長i 〇倍，即 使贿⑷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·。^，此實施例 之MTTF係比HBT(C)者長100倍或更多。 在上述中，裝置特徵之改善係根據室温及接面溫度時 ^ae(及晶格錯配比）之間之關係而考量。其次，晶格 ^之f度依存性亦應考量，一晶格常數對於溫度幾乎呈 生增加’從上述方程式（3)内即可以瞭解。例如，一罐干 出相關於樣品編號2之HBT内所用 、 夕妗在扭- 日之日日袼常數依存性 之曰格圖4中’線（a)對應於嫁钟層（未摻入，集極層） 之日曰才口吊數ac，線（b)對應於碳摻入 ι〇19-'基極層)之晶格常數ab，缘二㈣層以… 、、t(C)對應於錮y鎵W磷層
O:\88\88685.DOC -28- 1230421 (y 0.46，射極層）之晶格常數、。此外’一線（句亦揭示於圖 4中’其對應於一銦磷層（γ=0·48，射極層）之晶格常數 ae ’其揭示於圖4中以供比較。 從線（a)S(c)可知，樣品編號2之HBT在圖内所示之全部 概度範圍内皆滿足於%之關係。因此，可確實取得 具有長哥命與高穩定性之HBT。 其次’一含有線（d)之錮y鎵ly磷層（y=0.48)以取代樣品編 號2之HBT内線（c)之錮^鎵i y磷層（7=〇 46)之HBT將探討於 後。在此例子中，在低於120°C之溫度範圍内，線⑷係位於 線（b)上方，因此，ac、ab、ae 呈現 ac> ab且 ab< ae，ac> ab> ae之關係在此範圍内並未滿足。對比之下，在不低於12〇它 之溫度範圍内，線（d)係位於線（b)下方，且ae>ab>ae之關 係獲彳于滿足。因此，只要其接面溫度不低於120°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 之衫晷。例如’在熱阻R=6(TC /W、集極-射極電壓vee=3 V、 及木極電流Ic=300㈤八之例子中，此將造成接面溫度τ广大 約8〇 C ’因此有必要選擇、、ab、ae以利至少在此溫度時滿 足預定關係。 實施例2 此貝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 4〇〇具有一結構，其含有一
O:\88\88685.DOC -29- 1230421 基板401(半絕緣之銦磷基板，厚度大約625 ，及依序疊 層於基板上之一子集極層砷層，其中界為 〇·53，矽摻入，摻雜物濃度大約5xl〇18cmj，厚度大約4⑽ nm)、集極層4〇3(ι•銦一家w砷層，其中如文後所述設 定，未摻入，厚度大約300 nm)、一基極層 石申層，其中X係如文後所述設定，碳摻入，摻雜物濃度大約 1x10 cm ，厚度大約5〇 nm)、一射極層4〇5(n_錮碟層，矽 摻入，摻雜物濃度大約3xl0i7cm-3，厚度大約25 nm)、一接 觸層406(n-銦磷層，矽摻入，摻雜物濃度大約2xl〇i9cm·3， 厚度大約20 nm)、及一帽蓋層4〇7(11-銦2鎵μ砷層，其中 ζ=0·53，矽摻入，摻雜物濃度大約3xl〇19cm-3，厚度大約1〇〇 nm)。在HBT 400中，一射極408、一基極409及一集極410(鈦 /翻/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4〇7、基極層4〇4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 HB T 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y鎵Ny砷層之混合 比y及做為基極層404之銦\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> %或ac< ab<、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之銦乂鎵砷層之混合比X設定為大約〇·52或大 O:\88\88685.DOC -30- 1230421 約0.54 ’且ae係藉由將做為集極層4〇3之銦y鎵ly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藉由使用相同於銦磷層之材料做為射極層4〇5而固定之。 表5 集極層及基極材料 編號 集極層 銦y鎵l-y石申 基極層 銦X鎵l-x砷 Y X 8 0.52 9 0.51''~ 0.52 ' 10 0.48 0.52 11 0.56 0.54 12 ' 0.55 Γ 0.54 13 053 Γ 0.54 對於依上述製成之此實施例HBTs而言，晶格常數〜、知、 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内之曰曰格系數係在室溫時（rt，大約20至30。〔：）之 值，且在標準溫度T〇=大約27。以請見上述方矛呈式⑼時可視 為晶格常數α°。假設接面溫度Ml5〇t，藉由相似於實 织之方程式⑺者，在15(rc接面溫以時之晶格常數: 對表6内之標準溫度τ。時之各晶格常數而計算，結果揭= 表7内。請注意β針對銦鎵砷層時為大約5 69χΐ〇.6κΐ，； 對銦磷層時為大約tTSxlO·6；^1。 ’及針
O:\S8\88685.DOC -31 - 1230421 表6 晶格常數（RT:20至3(TC，典型為27°C) 編號 集極層 基極層 射極層 銦屬卜砷 銦X鎵1-X砷 銦鱗 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（iyi5〇°c) 編號 集極層 基極層 射極層 銦#家4砷 銦X鎵l-x砷 銦填 ac(埃） (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i-x砷層之混合比X約為0.52)之回歸線，及圖6B揭示樣品 編號11至13(其銦X鎵&砷層之混合比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- 1230421 表8 編號 Ea(eV) 0.8 9_1 3.1 ~Τ〇ι 一 2.0 __ 11 2.1 12 3.2 13 0.9 樣品編號9至12 10之HBTs滿足 凊參閱表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，而樣品編號丨丨、122HBTs滿足於、〉 ab>ae之關係。另方面，樣品編號8、U2HBTs係比較性範 例0 從表6至8可以瞭解的是，當ae<ab<ae之關係（樣品編號 9、1〇)或ac>ab>ae之關係（樣品編號u、12)獲得滿足時即 可得到一較高之Ea，Wae之值遠小於&之值時七將有變 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1〇)。此外’ tac之值遠大於ab之值時，Ea亦有變 J趨勢L g ac > ab > ae之關係仍獲得滿足（將樣品編號u :匕較於編號12)。惟，當基極層對集極層之晶格錯配比較佳 ；=G 3%同&滿足上述關係、時（樣品編號9、1 〇、11及 12)，所得之Ea值即不小於 rMTTFb P α 於2.〇eV，且HBTs在低溫時之壽命 (MTTF)延展性可獲確定。 χ f 】疋，樣品編號9、12之Ea值 不小於3.0eV，因此，去其 阻 1〇/0i p 田土極層對集極層之晶格錯配比不大 於0.1騎，HP可取得具 个大 付刊冈穩疋性之HBTs 〇 相似於前述者，射極層 、土極層之晶格錯配比較佳為不
O:\88\88685.DOC -33 - 1230421 大於約0.3%，且更佳為不大於約〇 1%。 本發明之一貫施例已說明於上，惟，本發明不應侷限於 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，只要能滿足於、〉％ >%或3。<313<36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。惟，本發明並不限於此，而是 可應用於集極朝上^ HBTs，其中射極層、基極層及集極層 依序宜層於基板上，使得集極層相關於基板而位於射極層 與基極層上。在後-例子中，集極層對基極層之晶格錯配 比及基極|對射極層t晶格錯配比其中至少一者且較佳為 二者係不大於約〇.3%，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HBTs，其中 見π隙形成於集極層以及射極層内。例如在實施例1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之咖，曰 以滿足於ac>ab>ae或ac<ab<ae之關係。 實施m之HBT具有緩衝層、？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 此實施例為實施例丨之變換型式且相關於一包括二層式
O:\88\88685.DOC •34- 1230421 射極在内之ΗΒΤ，請參閱圖1C2HBT 1〇〇，此實施例之hbt 具有一實質上相同於HBT 1〇〇者之結構，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^0y鎵u 鱗層，其中y=〇.46，矽摻入，摻雜物濃度大約5xl〇ncm_3， 厚度大約25 nm)及沉積於第一射極層1〇6&上之第二射極層 1 06b(n·銦7’鎵石粦層，其中y’ = 〇 43，石夕摻入，摻雜物濃度 大約5x1017cm 3 ’厚度大約25 nm)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 製成。 對於依上述製成之此實施例HBTs而言，晶格常數a。、〜、 ae係相似於實施例1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。〇之 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α〇。假設接面溫度Tjg85c，藉由相似於實施例 1之方程式（3)者，在85 °c接面溫度Tj時之晶格常數係針對表 9内之標準溫度T〇時之各晶格常數而計算，結果揭示於表⑺ 内。在表9、1 〇中，基極層對集極層之一晶格錯配比（即 丨ab-ae | /acx 10〇(%))、第一射極層對基極層之一晶格錯配 比（即| ael-ab丨/a^x 100(¾))及第二射極層對基極層之一曰 格錯配比（即I ae2-ab丨/abxl00(%))亦分別以括號附於〜、 aei、ae2之後。 表9 晶格常數（RT:20至3〇°C，典型為27°C)
〇 \88\88685.DOC -35· 1230421 編號 集極層 基極層 第一射極層 第二射極層 __ 鎵砷 鎵砷 銦7鎵1_7石粦 姻y，錄l-y1碟 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（Tj:85°C ) 編號 集極層 鎵砷 基極層 鎵砷 第一射極層 銦7鎵4磷 第二射極層 銦y，鎵l-y，磷 ac(埃） ab(埃） t ael(埃） ae2(埃） 14 5.656 5.650(0.11%) 5.647(0.05%) 5.632(0.32%) 從表9、10可以暸解的是，集極層之晶格常數、、基極層 之晶袼常數ab及第二射極層之晶格常數滿足於 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%，此小於〇.1〇/〇。 依此實施例所示，第一射極層有助於ΗΒΤ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ΗΒΤ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一 大於0.3%之應變’第二射極層之應變即影響到第一射極層 與基極層取得具有高穩定性之Ηβτ。 儘官在此貫施例中第一射極層具有25 nm 層較佳為具有-較小厚度，例如1Gnm或更小^第= 極層之優點在於丽之特徵容易控制，同時取得高穩定 性，因為第一射極層易受到第二射極層影響。 再者’儘管在此實施例3中射極係由二層構成，當集極-
O:\88\88685.DOC -36- 1230421 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。 貫本發明已參考實施例1至3說明於前，可以瞭解的是 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 TKANSISTOR”，諸申請案之内文在此納 入供作參考。 【圖式簡單說明】 本舍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 100之方法； 圖2係一圖表，揭示一鎵砷層之晶格常數對於鎵石申層内破 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1 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（a)鎵坤層、（b)^ 摻入之鎵砷層（碳濃度4 X 1019cm-3)、（c)銦y鎵4碟層 (y=0.46)、及（d)銦y鎵i_y磷層（y=0.48)之溫度之依存性； 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實施例之樣品編 號8至10及11至13之HBTs之穩定性試驗結果； O:\88\88685.DOC -37- 1230421 圖7簡示先前技術之一 HBT範例之截面圖；及 圖8係一圖表’揭不先前技術HB Ts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)
1230421 拾、申請專利範園： L —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 晶袼常數ac、ab、ae，且ab值在、、、值之間。 2·如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中、 ab、ae值滿足於> ab >、之關係。 3·如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中、、 ab、ae值滿足於ac < ab <、之關係。 4·如申請專利範圍第1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、、知值滿足於 I arab I /abXlo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I ae-ab | /abxl00 $ 〇·ΐ(%)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％、、值滿足於 I ab-ac I /acXl〇〇 $ 0·3(〇/〇)之關係。 7·如申請專利範圍第6項之異質接面雙極電晶體，其中&、 %值滿足於丨ab_ac | /acxl〇〇 $ 0.1(%)之關係。 8·如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中異質 接面雙極電晶體係一集極朝上型，且ac、ab值滿足於 I ac_ab I /abxl〇〇 $ 〇·3(〇/0)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％、 〜值滿足於I ac_ab | /abxl〇〇 $ 〇.1(%)之關係。 1 〇·如申請專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中異質 O:\88\88685.DOC 1230421 接面雙極電晶體係一集極朝上型，且ab、ae值滿足於 I ab_ae 丨 /aeXl〇〇 $ 〇·3(%)之關係。 11·如申請專利範圍第1〇項之異質接面雙極電晶體，其中〜、 ae值滿足於| %_% | /aeXl〇〇 $ 〇1(%)之關係。 12.如申請專利範圍第丨項之異質接面雙極電晶體，其中施加 一銦蘇碟/鎵坤異質接面。 1 3 ·如申请專利範圍第1項之異質接面雙極電晶體，其中施加 一銦磷/銦鎵砷異質接面。 14·如申請專利範圍第丨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 有日日格系數aei、ae2，ae2值相當於、值，且ae2、ab值滿足 於 I ae2-ab | /abXi〇0>〇 3(%)之關係。 15.如申請專利範圍第丨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aci、，ac2值相當於〜值，且ac2、ab值滿足 於 I ac2-ab I /abXi〇〇>〇 3(%)之關係。 16·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、％值之間。 O:\88\88685.DOC -2-
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