專利名稱：高頻切換晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一般而言相關(guān)于一高頻切換晶體管，以及特別地是，相關(guān)于一種已知較根據(jù)習(xí)知技術(shù)之高頻晶體管之一閘極電壓為低的高頻晶體管。
背景技術(shù)：
高頻開關(guān)的目的系在于遞送或阻擋高頻信號，在遞送的例子中，其特征系應(yīng)該為盡可能小的一歐姆電阻，以及在阻擋的例子中，其特征則應(yīng)該為盡可能小的一固定容量，而它們系可以藉由不同型態(tài)的電路組件而加以實(shí)現(xiàn)，在集成電路技術(shù)中，高頻開關(guān)系通常藉由利用一硅基板而加以實(shí)現(xiàn)，藉此，一般而言，即可以形成兩種型態(tài)的晶體管，雙極晶體管、或MOS晶體管，其中，在一系雙極晶體管的例子中，該遞送例子系可以簡單地加以實(shí)現(xiàn)，若是其系利用在特征曲線之三極管區(qū)域中、遠(yuǎn)低于集極電流飽和的一足夠大射極基極電流而進(jìn)行操作時(shí)，而在一正確的晶體管維度，此控制電流則是可以維持在小于1mA，不過，該阻擋的例子就會造成更多的困難，因?yàn)樵谂c待阻擋之高頻振幅一樣高的關(guān)閉狀態(tài)，其系分別地會需要一基極以及基板偏壓電壓，換言之，其系可以注意的是，一基極射極偏壓電壓系必須以一至少是該高頻信號之該振幅的量，而被施加于該阻擋方向，因此，該集極基極二極管即無法在流動方向上受到控制，藉此，該可切換功率系會受到該可獲得偏壓電壓的限制。
而在電池操作之移動無線系統(tǒng)中，舉例而言，此所會導(dǎo)致的問題即是，一大約20伏特之所需偏壓電壓將會比該移動無線系統(tǒng)的一操作電壓，舉例而言，2.8伏特，高上許多。
用于較高功率的高頻開關(guān)系會以可以與較低以及無偏壓電壓一起操作之PIN二極管、或GaAs晶體管開關(guān)的形式，而實(shí)現(xiàn)于該RF-ICs(RF-IC＝radio froquency intogratod circuits，射頻集成電路)之外，然而，一個(gè)缺點(diǎn)是，由于額外的構(gòu)件所可能發(fā)生的較高成本。
另一個(gè)以PIN二極管作為高頻開關(guān)的缺點(diǎn)是，PIN二極管系需要一部份較高的切換時(shí)間，而此則會使得其于高以及最高頻率技術(shù)中的使用產(chǎn)生問題。

發(fā)明內(nèi)容
從此習(xí)知技術(shù)開始，本發(fā)明的一目的系在于提供具有一低偏壓電壓、一低切換時(shí)間、以及高功率之切換可能性的一高頻切換晶體管。
此目的系藉由根據(jù)權(quán)利要求1的一高頻切換晶體管而加以達(dá)成。
本發(fā)明系提供一種高頻切換晶體管，包括一集極區(qū)域，其系具有一第一傳導(dǎo)型態(tài)；于該集極區(qū)域上形成邊界的一第一阻障區(qū)域，其系具有不同于該第一導(dǎo)電型態(tài)的一第二導(dǎo)電型態(tài)；于該第一阻障區(qū)域上形成邊界的一半導(dǎo)體區(qū)域，其系具有較該第一阻障區(qū)域之一摻質(zhì)濃度為低、或是等于零的一摻質(zhì)濃度；于該半導(dǎo)體區(qū)域上形成邊界的一第二阻障區(qū)域，其系具有該第一傳導(dǎo)型態(tài)；于該第二阻障區(qū)域上形成邊界的一基極區(qū)域，其系具有該第二導(dǎo)電型態(tài)；于該半導(dǎo)體區(qū)域上形成邊界的一第三阻障區(qū)域，其系具有該第二導(dǎo)電型態(tài)，以及一較該半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)楦叩膿劫|(zhì)濃度；以及于該第三阻障區(qū)域上形成邊界的一射極區(qū)域，其系具有該第一導(dǎo)電型態(tài)。
本發(fā)明作為基礎(chǔ)之認(rèn)知系為，藉由將一預(yù)先定義之阻擋電壓施加于該射極區(qū)域以及該基極區(qū)域之間、或是該基極區(qū)域以及該集極區(qū)域之間，該半導(dǎo)體區(qū)域系可以變得幾乎沒有電荷載體，特別地是，該第一以及第三阻障區(qū)域?qū)Υ说呢暙I(xiàn)，其系會在該阻擋電壓被施加的時(shí)候，避免進(jìn)入該半導(dǎo)體區(qū)域之電荷載體的一“流入”，而藉由在該射極以及該基極之間之該阻擋電壓的如此的應(yīng)用，一阻擋電位系可在該半導(dǎo)體區(qū)域中被建立起來，接著，為了能夠克服此阻擋電位，一電壓系必須加以使用于該集極以及該射極之間，而其系會顯著地高于被施加于射極以及基極之間的該切換電壓，以用于阻擋該切換晶體管，藉由如此的設(shè)計(jì)，一可以藉由一低切換電壓(亦即，阻擋電壓)而進(jìn)行阻擋的高頻開關(guān)即可以加以實(shí)現(xiàn)，其中，被施加于該射極以及該集極之間的高頻信號系可以利用一高電壓振幅而加以阻擋，因此，其優(yōu)點(diǎn)系為，該高頻切換晶體管僅需要一低偏壓電壓(亦即，切換、或阻擋電壓)，以用于該切換操作，以及藉此，在射極以及集極之間的高功率即為可切換。
再者，藉由在該基極區(qū)域上形成邊界的該第二阻障區(qū)域，其系可以避免電荷載體會不管該所施加的阻擋電壓而流回在該射極以及該基極之間的該半導(dǎo)體區(qū)域，藉此，其系可以確保，該阻擋電壓在處于射極以及基極之間所施加之阻擋電壓時(shí)，獨(dú)立于射極以及集極之間所施加的一電壓之外，而能維持為未改變。
再者，該基極區(qū)域以及在該基極區(qū)域上形成邊界的該第二阻障區(qū)域系可以加以配置為與該射極區(qū)域以及該第三阻障區(qū)域相距一預(yù)先決定的距離，因此，藉由形成該空間電荷區(qū)域，該阻擋電位系可以在處于小的遞送電壓時(shí)，已為幾乎完全地被降低，而此所具有的另一優(yōu)點(diǎn)是，該切換電壓系可以藉由該距離的一任意選擇而以一定義的方式進(jìn)行設(shè)定，以及在本發(fā)明之方法中的開啟程序系具有一比習(xí)知技術(shù)方法顯著為低的開啟延遲。


本發(fā)明的一較佳實(shí)施例將以所附圖式作為參考而于之后進(jìn)行討論，其中圖1其系顯示根據(jù)本發(fā)明之高頻切換晶體管之一實(shí)施例的剖面圖；圖2a至圖2c其系顯示在圖1中所舉例說明之根據(jù)本發(fā)明之高頻切換晶體管中，一射極區(qū)域剖面之?dāng)?shù)個(gè)仿真圖表的一圖例說明；圖3a至圖3c其系顯示在圖1中所舉例說明之高頻切換晶體管中，一基極接觸區(qū)域剖面之?dāng)?shù)個(gè)仿真圖表的一圖例說明；圖4其系顯示相關(guān)于在圖1中所舉例說明之高頻切換晶體管之射極以及基極之間的一區(qū)域之?dāng)?shù)個(gè)仿真圖表的一圖例說明；以及圖5a至圖5b其系顯示根據(jù)本發(fā)明之高頻切換晶體管之一另一實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1系顯示根據(jù)本發(fā)明之高頻切換晶體管的一實(shí)施例，而該高頻切換晶體管100系包括一半絕緣基板102，以及嵌入該基板之中的一集極區(qū)域104，其中，該集極區(qū)域104系具有，舉例而言，一具有相較于該半絕緣基板102而為高之一n+摻質(zhì)濃度的n摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)(亦即，其系為一所謂的埋藏層n陰極)，而較佳地是，在該集極區(qū)域104中之該半導(dǎo)體區(qū)域的該摻質(zhì)濃度系會于每立方厘米中包括多于1019個(gè)摻質(zhì)原子，再者，該集極區(qū)域104系會形成該高頻切換晶體管100的該集極，而更進(jìn)一步地，一第一阻障區(qū)域108系會加以配置于該集極區(qū)域104的一表面106之上，且其系較佳地包括一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，另外，在該高頻切換晶體管100的一中心區(qū)域110之中，一半導(dǎo)體區(qū)域114系會被配置于該第一阻障區(qū)域108的一表面112之上，且其系較佳地包括一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，然而，該半導(dǎo)體區(qū)域114的該摻質(zhì)濃度卻會藉此而低于該第一阻障層108的該摻質(zhì)濃度，較佳地是，該第一阻障區(qū)域108的該摻質(zhì)濃度系介于每立方厘米1016至1017個(gè)摻質(zhì)原子之間，然而，該第一阻障區(qū)域108的該摻質(zhì)濃度系亦可以落在一介于每立方厘米1015至1018個(gè)摻質(zhì)原子的數(shù)值范圍之間，而另一方面，該半導(dǎo)體區(qū)域的該摻質(zhì)濃度系較佳地少于每立方厘米1014個(gè)摻質(zhì)原子。
更進(jìn)一步地，該第一阻障區(qū)域108系較佳地具有一介于該集極區(qū)域104之該表面106以及該第一阻障區(qū)域108之該表面112之間的厚度，且其系會落在一介于0.2μm以及1μm的數(shù)值范圍之中，然而，可選擇地，該第一阻障區(qū)域的該厚度系亦可以落在一介于0.1μm以及2μm的數(shù)值范圍之中。
更進(jìn)一步地，一第二阻障區(qū)域120系會被配置于該半導(dǎo)體區(qū)域114之一表面118的一部份116之中，較佳地是，該第二阻障區(qū)域120系包括一n摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，再者，一基極區(qū)域122系會被嵌入該第二阻障區(qū)域120之中，而關(guān)于位在該半導(dǎo)體區(qū)域之該表面118以及該基極區(qū)域122之間之該第二阻障區(qū)域120的該摻質(zhì)濃度以及該厚度，則對于該第一阻障區(qū)域108的陳述系亦類似地可適用，另外，該基極區(qū)域122系會被嵌入該第二阻障區(qū)域120之中，因而使得一第二阻障區(qū)域120的涌流終止(flush termination)會產(chǎn)生于該表面124之上。
再者，一第三阻障區(qū)域128系會被配置于該半導(dǎo)體區(qū)域114之該表面118的一部份126之中，而再次地，該第三阻障區(qū)域126系會較佳地包括一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，此外，一射極區(qū)域130系會被配置于一第三阻障區(qū)域128之中，因而使得在該第三阻障區(qū)域128以及該射極區(qū)域130之間的一涌流終止會產(chǎn)生該表面124，之上，另外，關(guān)于該第三阻障區(qū)域128之該摻雜濃度，以及該第三阻障區(qū)域128在該半導(dǎo)體區(qū)域114之該表面118以及該射極區(qū)域130之間的厚度，該等相關(guān)于第一阻障區(qū)域108的陳述系亦類似地可適用。
較佳地是，在該第一阻障區(qū)域108之該表面112以及該半導(dǎo)體區(qū)域114之該表面118之間之該半導(dǎo)體區(qū)域114的該厚度系落在一介于5μm以及8μm的數(shù)值范圍之中，另外可選擇地是，該半導(dǎo)體區(qū)域114之該厚度系亦可以落在一介于4μm以及10μm的數(shù)值范圍之中，自此，一8μm的距離132系可以產(chǎn)生在該集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之間。
再者，一絕緣覆蓋層134系加以配置于該表面124之上，該絕緣覆蓋層134系具有一用于透過一射極接觸結(jié)構(gòu)136而接觸該射極區(qū)域130的開口，一用于在一基極接觸結(jié)構(gòu)138的幫助之下接觸該基極區(qū)域122的開口，以及一用于經(jīng)由一集極接觸結(jié)構(gòu)140而接觸該一集極區(qū)104的開口，更進(jìn)一步地，該高頻切換晶體管100系具有一邊界結(jié)構(gòu)142，而其系會在左邊限制該半導(dǎo)體區(qū)域114以及該第三阻障區(qū)域128，以及在右邊限制該半導(dǎo)體區(qū)域114以及該第二阻障區(qū)域120，較佳地是，該邊界結(jié)構(gòu)142系包括一絕緣材質(zhì)，以及系會利用一涌流之方式、而與該第二阻障區(qū)域120以及該第三阻障區(qū)域128一起終止于該表面124之上，另外，該邊界結(jié)構(gòu)142系會投射進(jìn)入該第一阻障區(qū)域108以及該集極區(qū)域104之中，因此，該半導(dǎo)體區(qū)域114，該第二阻障區(qū)域120，以及該第三阻障區(qū)域128的一側(cè)向延伸144系是藉由該邊界結(jié)構(gòu)142而加以定義，較佳地是，該側(cè)向延伸144系落在一介于20μm以及200μm的數(shù)值范圍之中，此外，該高頻切換晶體管100系亦可以二維地加以形成，藉此，該邊界結(jié)構(gòu)系會定義出一體積，而其系實(shí)質(zhì)上具有平行于該第一阻障區(qū)域108之一主要區(qū)域而加以配置的一方形基極，以及具有最大為該側(cè)向延伸144的一基極區(qū)域側(cè)緣，且該基極區(qū)域?qū)M(jìn)一步地垂直于圖1的繪圖水平。
再者，一接觸結(jié)構(gòu)146系加以配置于藉由該邊界結(jié)構(gòu)142所定義的該側(cè)向延伸144之外，而該接觸結(jié)構(gòu)146則是會具有傳導(dǎo)區(qū)域148以及絕緣區(qū)域150，其中，該接觸結(jié)構(gòu)146的該等傳導(dǎo)區(qū)域148系會更進(jìn)一步地使得該集極接觸區(qū)域140的一電性傳導(dǎo)連接到達(dá)該集極區(qū)域104，藉此，其系有可能經(jīng)由該集極接觸區(qū)域140而傳導(dǎo)地接觸該集極區(qū)域104，其中，該集極接觸區(qū)域140系會加以配置而覆蓋高于該集極區(qū)域104，以作為，舉例而言，在該第二阻障區(qū)域120以及該基極區(qū)域122之間的一邊界區(qū)域。
另外，該第二阻障區(qū)域120系可以加以配置為距離該第三阻障區(qū)域128一預(yù)先定義的距離152，在圖1中，在該第二阻障區(qū)域120以及該第三阻障區(qū)域128之間的該預(yù)先定義的距離152系具有一數(shù)值為零，然而，該預(yù)先定義之距離152系可以多至20μm。
因此，圖1系顯示為了電路應(yīng)用而最佳化之一可結(jié)合npn雙極晶體管之一結(jié)構(gòu)的該剖面，其中，系使用具有溝渠沉體(trench sinker)(接觸結(jié)構(gòu)146)的一埋藏層(集極區(qū)域104)，而藉此，該集極區(qū)域104系可以藉由利用該集極接觸區(qū)域140而受到來自該表面124的接觸，再者，該高頻切換晶體管100系會被一溝渠(邊界結(jié)構(gòu)142)所環(huán)繞，而此則是會避免藉由少數(shù)的載體注入而到達(dá)高頻切換晶體管之一可能邊緣的一耦接，此外一射極基極集極摻雜變量曲線系包括一低n-(或p-)摻雜、幾乎內(nèi)部的基極I范圍(半導(dǎo)體區(qū)域114)，而在該射極區(qū)域130以及在該集極區(qū)域104處，(第一阻障區(qū)域108以及一第三阻障區(qū)域128)，會形成抵抗源自該分別之邊緣集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之電子發(fā)散的一較高p摻雜，系會直接地被導(dǎo)入該半導(dǎo)體區(qū)域114，藉此，該高頻切換晶體管100的該阻擋能力系會受到影響，再者，一基極接觸系會加以形成在該內(nèi)部基極區(qū)域之中(亦即，在該半導(dǎo)體區(qū)域114之中)，藉此，即會產(chǎn)生該第二阻障區(qū)域120以及嵌入于該第二阻障區(qū)域120之中的該基極區(qū)域122，其中，該基極區(qū)域122系會包括一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，并系會更進(jìn)一步地受到一n摻雜范圍(亦即，該第二阻障區(qū)域120)的圍繞，而此則是會形成抵抗電洞發(fā)散的一阻障。
因此，根據(jù)本發(fā)明之在圖1中所舉例說明之高頻切換晶體管的一實(shí)施例，一n摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)系會形成該第一傳導(dǎo)型態(tài)，以及一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)系會形成該第二傳導(dǎo)型態(tài)，藉此，該基極區(qū)域122即會獲得可以在抵抗該射極、或集極的一負(fù)電壓接收電洞，但是僅在到達(dá)一臨界電壓時(shí)，將它們以正極性送回，而此臨界電壓則是取決于在該射極區(qū)域130以及該基極區(qū)域122之間(，以及在該第三阻障區(qū)域128以及該第二阻障區(qū)域120之間，分別地，)的一空間電荷區(qū)域的形成(射極注入臨界電壓)，除此之外，此空間電荷區(qū)域系取決于在該第二阻障區(qū)域120以及該第三阻障區(qū)域130之間的該預(yù)先決定的距離152，再者，在該基極區(qū)域122以及該集極區(qū)域104之間的一注入臨界電壓系必須要加以考慮，而再次地，其系藉由在該第一阻障區(qū)域108以及該第二阻障區(qū)域120之間的一空間電荷區(qū)域而加以形成，尤其是，一集極發(fā)散臨界電壓系必須加以考慮，而其系受到形成于該第一阻障區(qū)域108以及該第三阻障區(qū)域128之間之一空間電荷區(qū)域的影響，因此，藉由選擇在該第一阻障區(qū)域108、該第二阻障區(qū)域120以及該第三阻障區(qū)域128之間的該等分別的距離(亦即，藉由圖1所舉例說明之該高頻切換晶體管100的一適當(dāng)結(jié)構(gòu))，其系可以達(dá)成該射極注入臨界電壓為小(例如，2.5伏特)，且同時(shí)，該集極發(fā)散臨界電壓為高(例如，20伏特)的狀況，而在該等分別的發(fā)散臨界電壓之下，由于該激活程序系因?yàn)樾纬稍谠撟枵蠀^(qū)域中之空間電荷區(qū)域而受到非常多的延遲，因而使得沒有值得注意之電流會在短期控制時(shí)流入流動方向之中。
再者，該高頻切換晶體管100系可以建立于一高頻電路之中，但在此并未加以舉例說明。該高頻電路系可以包括一控制電路，其系加以形成以根據(jù)一控制信號而打開、或關(guān)閉具有該高頻切換晶體管的開關(guān)，其中，該控制裝置系加以形成，以在該阻障區(qū)域以及該射極區(qū)域之間供給一負(fù)切換電壓，進(jìn)而關(guān)閉該開關(guān)，藉此，該開關(guān)系可以具有一切換輸入(例如，該高頻切換晶體管的該集極區(qū)域)，其系可以被耦接至一高頻來源，而一電壓信號則是可以供給自具有一高頻電壓振幅的該高頻來源，以及其中，該切換電壓系會小于、或是等于該高頻電壓振幅的一半，因此，在該阻擋的例子中，該晶體管系會承受在該集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之間之，舉例而言，多至20伏特的高頻電壓振幅，但是亦可以藉由具有一大于2.5伏特之基極射極電壓的該控制電路，而被切換至該激活狀態(tài)。
為了切換回該關(guān)閉狀態(tài)，該高頻切換晶體管系會需要一負(fù)的基極射極電壓，而此電壓則是會高到幾乎所有的電荷載體(例如，電子、或電洞)皆可以自該基極區(qū)域中被移除(亦即，特別是，自該半導(dǎo)體區(qū)域114)，特別地是，該基極射極電壓系取決于在該第一阻障區(qū)域108，該第二阻障區(qū)域120，以及該第三阻障區(qū)域128之中的摻雜，并且，系可以加以設(shè)定為使得其為大約2.5伏特，因此，可以利用大約稍微大于2.5伏特之供給電壓(切換電壓)而切換該高頻切換晶體管之開與關(guān)的電路(特別是一高頻切換晶體管100)系可以加以實(shí)現(xiàn)，盡管如此，一待切換之高頻信號的該高頻振幅系仍然可以顯著地高于該切換電壓(例如，20伏特)。
圖2系顯示在圖1中所舉例說明之該高頻切換晶體管結(jié)構(gòu)中，該集極區(qū)域之一剖面的一示范性摻質(zhì)變量曲線200。在圖2a中所舉例說明之圖表的橫坐標(biāo)上，系標(biāo)示以在圖1中所舉例說明之該高頻切換晶體管100之該表面124的位置，而在圖2a中所舉例說明之圖表的縱坐標(biāo)上，則是標(biāo)示以對數(shù)形式呈現(xiàn)的該摻質(zhì)濃度，因此，其系可以由圖2a中看出，具有一高(例如，一大于每立方厘米1019個(gè)摻質(zhì)原子之)摻質(zhì)濃度的一半導(dǎo)體區(qū)域系被配置在一左半部202，而藉此，在圖1中所舉例說明之該射極區(qū)域130系會加以形成，接著，一第二部分204亦形成邊界于其上，藉此，即形成在圖1中所舉例說明的該第三阻障區(qū)域128。
再者，根據(jù)圖2a，其系可以看出在該半導(dǎo)體區(qū)域114中低于該第三阻障區(qū)域的該摻質(zhì)濃度，而系可以藉由在圖2a中所舉例說明之該摻質(zhì)變量曲線200的一第三部分206而看出，再次地，在圖1中所舉例說明之該高頻切換晶體管100的該第一阻障區(qū)域108系會具有比該半導(dǎo)體區(qū)域114更高的摻質(zhì)濃度，而此則是藉由所舉例說明之該摻質(zhì)變量曲線200的一部分208而看出，再者，該集極區(qū)域104系可以藉由在圖2a中之該摻質(zhì)變量曲線200的一部分210而看出。
若是一足夠大的負(fù)基極射極電壓系被供給至該基極接觸(例如，-3伏特)時(shí)，則幾乎整個(gè)基極區(qū)域(例如，在圖1中所舉例說明的該半導(dǎo)體區(qū)域114)皆會變?yōu)闊o電荷載體，所以，現(xiàn)在，在該半導(dǎo)體區(qū)域114中的結(jié)果電位乃是藉由在該等p-以及n-阻障區(qū)域中的該空間電荷而加以決定。
圖2b系顯示在阻擋的例子中，于不施加一電壓在圖1中所舉例說明之該集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之間的情況下(亦即，VCB＝0伏特)，一特殊集極射極摻質(zhì)變量曲線，正如在圖2a中所示，的電位曲線，(亦即，當(dāng)將該阻擋電壓施加于該基極區(qū)域以及該射極區(qū)域之中的時(shí)候)，因此，該兩個(gè)高度p摻雜擴(kuò)散的變量曲線(亦即，該第一阻障區(qū)域108，以及該第三阻障區(qū)域128)系會每一個(gè)皆在該電位曲線中產(chǎn)生抵抗電子發(fā)散進(jìn)入該基極區(qū)域(特別是，進(jìn)入該半導(dǎo)體區(qū)域114)的一阻抗，且其系相關(guān)于處于一0伏特之集極射極電壓的該射極區(qū)域130而具有一1.5伏特的阻擋電位，另外，處于高的正集極射極電壓時(shí)，其系在左邊降低(亦即，在該射極區(qū)域130處)，以及處于負(fù)的集極射極電壓時(shí)，在右邊降低(亦即，在該集極區(qū)域104附近)。
在圖2c中，一15伏特的集極射極電壓(亦即，VCB＝15伏特)系加以設(shè)定，藉此，其系可以看出，該阻擋電位系已經(jīng)幾乎完全被降低，但是一大約0.5V的剩余電位仍然存在該部分214之中，然而，藉此，該阻擋電位仍然可以相當(dāng)有效力的使得沒有任何值得注意的電流會流經(jīng)該集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之間。
圖3a系顯示在圖1中所舉例說明之該高頻切換晶體管100中，該基極區(qū)域122之該區(qū)域之一剖面的一示范性摻質(zhì)變量曲線300，再次地，藉此，該基極區(qū)域122系可以藉由該摻質(zhì)變量曲線300的一部份302而加以看出，該第二阻障區(qū)域系可以藉由一第二部份304而加以看出，該半導(dǎo)體區(qū)域114系可以藉由一第三部份306而加以看出，該第一阻障區(qū)域108系可以藉由一第四部份308而加以看出，以及該集極區(qū)域104系可以藉由該摻質(zhì)變量曲線300的一第五部份310而加以看出。當(dāng)為了阻擋該高頻切換晶體管而施加該負(fù)的基極射極電壓時(shí)，一電位曲線，正如在圖3b中所舉例說明，系會產(chǎn)生于該基極區(qū)域之中，而藉此，再次地，一-3伏特的負(fù)電壓系會被施加于該基極區(qū)域122以及該射極區(qū)域130之間，因此，在該集極區(qū)域104以及該射極區(qū)域130之間的一電壓系為0伏特時(shí)，電子系可以離開該基極區(qū)域(亦即，特別地是，該半導(dǎo)體區(qū)域114)而到達(dá)右邊，以及電洞到達(dá)左邊，而此對所有正的集極射極電壓而言系亦可適用，因此，當(dāng)在該集極區(qū)域104處施加一負(fù)的電壓時(shí)(請參閱圖3c)，一電位阻障系會剩余在該基極區(qū)域122的前方，以避免進(jìn)入該基極(亦即，該第二阻障區(qū)域120以及該半導(dǎo)體區(qū)域114)之一電洞的回流。
圖4系顯示一示范性摻質(zhì)變量曲線400的一圖表，以及具有在該射極區(qū)域130以及該基極區(qū)域122之間之電位曲線的兩個(gè)圖表。在圖4a中，一摻質(zhì)濃度的一曲線系藉由該摻質(zhì)變量曲線而加以舉例說明，藉此，該射極區(qū)域130的一位置系可以從該摻質(zhì)變量曲線400的一第一部份402而加以看出，該第三阻障區(qū)域128的一位置系可以從一第二部份404而加以看出，該第二區(qū)域的一位置系可以從一第三部份406而加以看出，以及該基極區(qū)域122的一位置系可以從該摻質(zhì)變量曲線400的一第四部份408而加以看出，藉此，一陰極-陽極距離410系會加以選擇為非常的短，大約1.5μm，因而使得一電位阻障(亦即，在該第三阻障區(qū)域128以及該第二阻障區(qū)域120之間的一阻擋電位)系可以在該基極區(qū)域122以及該射極區(qū)域130之間，幾乎完全地被降低至很小的正電壓，而如此的一電位曲線則是可以由圖4c看出。
具有在該基極區(qū)域以及該射極區(qū)域之間之，舉例而言，-3伏特之一已施加阻擋電壓的一電位曲線系舉例說明圖4b之中，而藉由對于在該基極區(qū)域以及該射極區(qū)域之間、已經(jīng)為很小之該電位阻障(例如，+2.5V)的一如此的降低，即會產(chǎn)生具有僅少于，舉例而言，1ns之一低開啟延遲的一開啟程序，而自此則會獲得，該切換行為相較于先前高頻切換晶體管的一顯著加速，而對于該射極基極距離的一較低顯至則是起因于該射極基極二極管的崩漬電壓系必須比在關(guān)閉狀態(tài)的該偏壓電壓更高的需求(亦即，大約-3伏特的該阻擋電壓)，接著，在該基極區(qū)域以及該射極區(qū)域之間的一最小距離系會產(chǎn)生為大約0.1μm，因此，其系可以看出，在此文中所敘述之根據(jù)本發(fā)明之高頻切換晶體管的該實(shí)施例系使得該晶體管的一顯著收縮成真。
當(dāng)一集極基極崩漬電壓變得比該集極發(fā)散臨界電壓為小時(shí)，該收縮的一顯示即加以達(dá)成。在一20伏特晶體管的例子中(亦即，一20伏特之集極發(fā)散臨界電壓)，此系為，舉例而言，大約0.8μm基極集極距離的例子，而在此例子中，該等發(fā)散阻障(亦即該第一阻障區(qū)域、該第二阻障區(qū)域、以及該第三阻障區(qū)域)系應(yīng)該比圖1中所舉例說明的更顯著地平坦以及更高度地加以摻雜，然而，一收縮的一負(fù)面結(jié)果為，在遞送例子中的非線性會增加，以及因此，該控制電流系必須大約反比于一收縮的平方而增加，而在該邊界的例子中，則是會造成該控制電流之一0.1mA至10mA的增加。
該控制電流的一增加系藉由溝渠蝕刻的限制而加以限制，以及系因此一般限制為一最大100μm的溝渠深度，藉此，該控制電流多至1μA的一顯著降低系可以加以達(dá)成，不過，增加該控制電流的一負(fù)面結(jié)果系為，該切換程序的減速以及該產(chǎn)品成本的一增加。
作為至此所敘述之npn雙極晶體管的一另一選擇，一pnp晶體管系亦可以加以實(shí)現(xiàn)。此pnp晶體管系藉由該p-以及n-摻雜的一交換，還有所有摻雜區(qū)域的該傳導(dǎo)型態(tài)，而加以形成，此外，當(dāng)分別該等電子以及該等電洞的角色系互換時(shí)，該pnp晶體管的功能系可以利用相同的方式而加以敘述，由于現(xiàn)在已經(jīng)為該少數(shù)電荷載體之該等電子的一較高遷移率，因此，顯著的執(zhí)行惡化系會在該開啟狀態(tài)中產(chǎn)生，所以，該pnp晶體管系需要較高的電流，以獲得該相同的電阻，然而，其中，較強(qiáng)的諧波亦會同時(shí)產(chǎn)生，該pnp晶體管該關(guān)閉狀態(tài)并不會遭受重大的限制。
同樣的，側(cè)向晶體管系亦可以利用所敘述的阻障結(jié)構(gòu)而加以實(shí)現(xiàn)，因此，一npn高頻切換晶體管的一另一實(shí)施例系舉例說明于圖5之中。相對于在圖1中所舉例說明之會提供該集極區(qū)域104在該射極區(qū)域130下方之一垂直放置位置的該高頻切換晶體管的該垂直結(jié)構(gòu)，該集極區(qū)域104以及在該集極區(qū)域104上設(shè)置邊界的該第一阻障區(qū)域108系加以放置，以使得可以它們幾乎以涌流的方式終止在該表面124，因此，該基極區(qū)域122該射極區(qū)域130，以及該集極區(qū)域104系會進(jìn)行水平配置一大約相同的高度，其中，在此例子中，該半導(dǎo)體區(qū)域114系可以藉由該基板102而加以產(chǎn)生，再者，該第二阻障區(qū)域120系會形成一電洞阻障，且同時(shí)，該第一阻障區(qū)域108以及一第三阻障區(qū)域128系會形成一電子阻障。
圖5b系顯示一側(cè)向的pnp晶體管，其系類似于在圖5a中所舉例說明之該npn晶體管而加以建構(gòu)，然而，不同于在圖5a中所舉例說明之該晶體管的是，該分別之區(qū)域的該兩種傳導(dǎo)型態(tài)系彼此交換，因此，該第一阻障區(qū)域108以及該第三阻障區(qū)域128系會形成一電洞阻障，且同時(shí)，該第二阻障區(qū)域120系會形成一電子阻障。
然而，在圖5中所舉例說明的該兩種變化并不適合于在開啟狀態(tài)中的操作，因?yàn)樗鼈儾]有限制注入?yún)^(qū)域，在分離的晶體管中，此系會造成不健全的參數(shù)，在集成電路中，它們會影響在已阻擋以及已切換開啟晶體管之間的耦接，而此系為最不想要的，然而，由于側(cè)向晶體管系可以特別輕易地加以產(chǎn)生，并且在關(guān)閉狀態(tài)下具有良好的特性，因此它們系可以被使用于僅使用關(guān)閉狀態(tài)的應(yīng)用(例如，在天線閃電保護(hù)之中)，而該閃電保護(hù)則是由任何極性之量高于該集極射極臨界電壓的電壓皆會使得該晶體管為可傳導(dǎo)的事實(shí)所構(gòu)成，因此，在阻擋方向中，已經(jīng)處于低偏壓電壓之具有高頻電壓幅度的負(fù)載系不再具有任何效果。
總言之，其系可以說，藉由在npn雙極晶體管的該基極接觸中插入電洞注入阻障，以及在該集極中插入一電子注入阻障，其系可以避免該集極基極二極管在流動極化時(shí)變得可傳導(dǎo)，而在pnp雙極晶體管中，電洞發(fā)散阻障系會與電子發(fā)散阻障交換，反之亦然。
因此，一電子發(fā)散阻障系藉由在一高度n摻雜接觸區(qū)域上以一輕微摻雜p層形成邊界所產(chǎn)生，以及一電洞發(fā)散阻障系藉由在一高度p摻雜接觸區(qū)域上以一輕微摻雜n層形成邊界所產(chǎn)生，其中，一晶體管之該n+pn+摻質(zhì)變量曲線系會由具有一在中間之幾乎未摻雜I范圍的一n+pIpn+摻質(zhì)變量曲線所取代，該pp+基極接觸則是會由一Inp+摻質(zhì)變量曲線所取代。
參考符號列表100高頻切換晶體管102基板104集極區(qū)域106集極區(qū)域之表面108第一阻障區(qū)域110高頻切換晶體管之中間區(qū)域112阻障區(qū)域108之表面114半導(dǎo)體區(qū)域116半導(dǎo)體區(qū)域114之一表面的部分118半導(dǎo)體區(qū)域114的表面120第二阻障區(qū)域122基極區(qū)域124表面126半導(dǎo)體區(qū)域114之表面118的另一部分128第三阻障區(qū)域130射極區(qū)域132集極區(qū)域104以及射極區(qū)域130之間的距離134絕緣覆蓋層136射極接觸區(qū)域138基極接觸區(qū)域140集極接觸區(qū)域142邊界結(jié)構(gòu)144側(cè)向延伸146接觸結(jié)構(gòu)148接觸結(jié)構(gòu)146之傳導(dǎo)區(qū)域150接觸結(jié)構(gòu)146之絕緣部分152第二阻障區(qū)域120以及第三阻障區(qū)域128之間之預(yù)先定義距離200摻質(zhì)變量曲線202摻質(zhì)變量曲線200之第一部份
204摻質(zhì)變量曲線200之第二部份206摻質(zhì)變量曲線200之第三部份208摻質(zhì)變量曲線200之第四部份210摻質(zhì)變量曲線200之第五部份212阻擋電位214剩余阻擋電位300摻質(zhì)變量曲線302摻質(zhì)變量曲線300之第一部份304摻質(zhì)變量曲線300之第二部份306摻質(zhì)變量曲線300之第三部份308摻質(zhì)變量曲線300之第四部份310摻質(zhì)變量曲線300之第五部份400摻質(zhì)變量曲線402摻質(zhì)變量曲線400之第一部份404摻質(zhì)變量曲線400之第二部份406摻質(zhì)變量曲線400之第三部份408摻質(zhì)變量曲線00之第四部份410射極基極距離
權(quán)利要求
1.一種高頻切換晶體管(100)，包括一集極區(qū)域(104)，其具有一第一傳導(dǎo)型態(tài)；于該集極區(qū)域(104)上形成邊界的一第一阻障區(qū)域(108)，其具有不同于該第一導(dǎo)電型態(tài)的一第二導(dǎo)電型態(tài)；于該第一阻障區(qū)域(108)上形成邊界的一半導(dǎo)體區(qū)域(114)，其具有較該第一阻障區(qū)域(108)的一摻質(zhì)濃度為低、或是等于零的一摻質(zhì)濃度；于該半導(dǎo)體區(qū)域(114)上形成邊界的一第二阻障區(qū)域(120)，其具有一第一傳導(dǎo)型態(tài)；于該第二阻障區(qū)域(120)上形成邊界的一基極區(qū)域(122)，其具有該第二導(dǎo)電型態(tài)；于該半導(dǎo)體區(qū)域(114)上形成邊界的一第三阻障區(qū)域(128)，其具有該第二導(dǎo)電型態(tài)，以及一較該半導(dǎo)體區(qū)域(114)為高的摻質(zhì)濃度；以及于該第三阻障區(qū)域(128)上形成邊界的一集極區(qū)域(130)，其具有該第一導(dǎo)電型態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之高頻切換晶體管(100)，其中，一具有該第一導(dǎo)電型態(tài)的材質(zhì)為一n摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)，以及一具有該第二導(dǎo)電型態(tài)的材質(zhì)為一p摻雜半導(dǎo)體材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該第二阻障區(qū)域(120)在該第三阻障區(qū)域(128)上形成邊界、或是以與該第三阻障區(qū)域(128)相距一預(yù)定距離的方式而進(jìn)行配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該預(yù)定距離具有一至多為20μm的數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該第一阻障區(qū)域(108)、該第二阻障區(qū)域(120)、或該第三阻障區(qū)域(128)具有一介于每立方厘米1015至1018個(gè)摻質(zhì)原子之間的摻質(zhì)濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該第一阻障區(qū)域(108)、該第二阻障區(qū)域(120)、或該第三阻障區(qū)域(128)具有一介于每立方厘米1016至1017個(gè)摻質(zhì)原子之間的摻質(zhì)濃度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域(114)具有一小于每立方厘米1014個(gè)摻質(zhì)原子的摻質(zhì)濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該集極區(qū)域(104)、該基極區(qū)域(122)、或該射極區(qū)域(130)具有一高于、或相等于每立方厘米1019個(gè)摻質(zhì)原子的摻質(zhì)濃度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該第一阻障區(qū)域(108)、該第二阻障區(qū)域(120)、或該第三阻障區(qū)域(128)具有一介于0.1μm至2μm之?dāng)?shù)值范圍內(nèi)的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該第一阻障區(qū)域(108)、該第二阻障區(qū)域(120)、或該第三阻障區(qū)域(128)具有一介于0.2μm至1μm之?dāng)?shù)值范圍內(nèi)的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該基極區(qū)域(122)以及該射極區(qū)域(130)乃形成于一基板之中，并且主要是以彼此側(cè)向緊鄰而配置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該集極區(qū)域(104)以及該射極區(qū)域(130)乃形成于一基板之中，并且主要是以位于彼此之上的形式配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域(114)具有一介于4μm至10μm之?dāng)?shù)值范圍內(nèi)的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域(114)具有一介于5μm至8μm之?dāng)?shù)值范圍內(nèi)的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，一邊界結(jié)構(gòu)(142)乃被配置于該半導(dǎo)體區(qū)域(114)、該第二阻障區(qū)域(120)、以及該第三阻障區(qū)域(128)的側(cè)邊，而透過此結(jié)構(gòu)，即可以定義該半導(dǎo)體區(qū)域(114)、該第二阻障區(qū)域(120)、以及該第三阻障區(qū)域(128)的一側(cè)向延伸(144)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該邊界結(jié)構(gòu)(142)具有一絕緣材質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域(114)，該第二阻障區(qū)域(120)，以及該第三阻障區(qū)域(128)的該邊界結(jié)構(gòu)(142)具有一介于20μm至200μm之?dāng)?shù)值范圍內(nèi)的厚度。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該半導(dǎo)體區(qū)域(114)具有一方形基極區(qū)域，其中，該基極區(qū)域乃以平行于該第一阻障區(qū)域(108)的一主要區(qū)域而進(jìn)行配置，以及具有最大為該側(cè)向延伸(144)的一基極區(qū)域側(cè)緣。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該集極區(qū)域(104)可以經(jīng)由一接觸結(jié)構(gòu)(146)的一接觸點(diǎn)而進(jìn)行導(dǎo)電接觸，其中，該接觸結(jié)構(gòu)(146)乃配置于較在該第二阻障區(qū)域(120)以及該基極區(qū)域(122)之間之一邊界區(qū)域?yàn)楦叨采w該集極區(qū)域(104)的位置上。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該接觸結(jié)構(gòu)(146)包括一絕緣材質(zhì)的至少一部份。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20其中之一所述之高頻切換晶體管(100)，其中，該集極區(qū)域乃配置于一包括一半絕緣材質(zhì)的基板(102)上。
22.一種高頻電路，包括一開關(guān)，其具有根據(jù)權(quán)利要求1至21其中之一所述的一高頻切換晶體管；以及一控制電路，其乃被形成為根據(jù)一控制信號而打開、或關(guān)閉該開關(guān)，其中，該控制裝置乃被形成以將一負(fù)的切換電壓施加于該基極區(qū)域(122)以及該射極區(qū)域(130)之間，進(jìn)而關(guān)閉該開關(guān)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述之高頻電路，其中，一電路輸入可以被耦接以一高頻來源，其中，一電壓信號可以自具有一高頻電壓振幅的該高頻來源來提供，以及其中該切換電壓乃小于、或等于該高頻電壓振幅的一半。
全文摘要
一種高頻切換晶體管，包括集極區(qū)域，其具有第一傳導(dǎo)型態(tài)，于該集極區(qū)域上形成邊界的第一阻障區(qū)域，其具有不同于該第一導(dǎo)電型態(tài)的第二導(dǎo)電型態(tài)，以及于該第一阻障區(qū)域上形成邊界的半導(dǎo)體區(qū)域，其具有較該第一阻障區(qū)域之一摻質(zhì)濃度為低的摻質(zhì)濃度。再者，該高頻切換晶體管具有于該半導(dǎo)體區(qū)域上形成邊界的第二阻障區(qū)域，其具有第一傳導(dǎo)型態(tài)，以及于該第二阻障區(qū)域上形成邊界的基極區(qū)域，其具有第二導(dǎo)電型態(tài)。此外，該高頻切換晶體管包括于該半導(dǎo)體區(qū)域上形成邊界的第三阻障區(qū)域，其具有該第二導(dǎo)電型態(tài)，以及較該半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)楦叩膿劫|(zhì)濃度。更進(jìn)一步該高頻切換晶體管具有于該第三阻障區(qū)域上形成邊界的射極區(qū)域，而其則是具有該第一導(dǎo)電型態(tài)。
文檔編號H01L29/72GK1716630SQ20041010030
公開日2006年1月4日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者R·洛塞漢德 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司