簡介
InP 技術拓展了原有InGaP/GaAs 異質結雙極電晶體集成電路HBT IC技術 [1][2]，在不犧牲可靠性和可製造性的基礎上使得測試儀器的性能達到67GHz和54Gb/秒。與GaAs相比InP具有非常優異的材料特性，例如更高的飽和及峰值電子速率，更高的熱導率，更低的表面複合速率，以及更高的擊穿電場強度。然而，在傳統的GaInAs 基區/InP 集電區雙異質結雙極電晶體DHBT中存在集電結異質界面導帶不連續。解決這種 I 型半導體能帶結構所帶來的問題需要認真設計能帶梯度以消除低偏置下集電區電子的阻塞。與之相比，選擇GaAsSb作為基區，InP 作為集電區能夠形成沒有阻塞效應的 II 型半導體能帶結構，同時保持窄的基區帶隙所具有的低開啟電壓和低功耗特性[3]. 結合其在複雜電路中良好的熱學特性，以GaAsSb/InP為 基區/集電區的高速、高擊穿電壓異質結雙極電晶體HBT非常適用於測試儀器產品。
II. 製備工藝
製備工藝採用1 µm 臨界尺寸G-線分步光刻。在半絕緣InP襯底上通過分子束外延方法生長異質結雙極電晶體 HBTs各外延層，形成 1 × 3 µm² 最小尺寸發射極和自對準蒸發基極金屬電極。 採用選擇性和非選擇性溼法腐蝕工藝，以及非選擇性Cl2/Ar-基電感應耦合等離子體(ICP) 幹法刻蝕工藝製備發射極臺面，基區歐姆接觸電極，基區/集電區臺面，次集電區隔離臺面。等離子體增強化學氣相澱積（PECVD）Si3N4 作為鈍化介質。電晶體集成了22歐姆/sq Ta2N 電阻， 250 歐姆/sq WSiN 電阻和PECVD澱積Si3N4 的0.58 fF/µm² 金屬-介質-金屬MIM 電容。聚苯丙環丁烯（BCB）用來實現器件表面平坦化，發射極、基極、集電極歐姆接觸電極以及其他無源單元通過電極孔澱積金屬實現金屬互聯。金屬互聯採用3層TiPtAu：前兩層為6 µm 電極接觸孔，第三層為8 µm電極接觸孔(Fig. 1)。襯底被減薄到90 µm.。通過刻蝕背面通孔和電鍍金實現背面接地(Fig. 2)。背面通孔通過掩膜版和HBr-基ICP刻蝕實現[4] 。
文獻[5] [12]介紹了一些其它InP 雙異質結雙極電晶體集成電路DHBT IC技術，它們都採用GaInAs 作為基區。 GaAsSb-基區雙異質結雙極電晶體DHBT在高速射頻分立器件[13][14]和集成電路 [15][16] 方面均不斷地有相關的研究結果予以報導。本項工作首次報導了在生產環境下製備的具有高擊穿電壓，200 GHz工作，以GaAsSb為基區的 InP雙異質結雙極電晶體集成電路 DHBT IC工藝。
III.HBT 直流和射頻特性
典型HBT 共發射極直流特性 (集電極電流—集電極偏置，基極電流間隔30 µA)顯示出這些器件具有良好的電流-電壓特性 (Fig. 3)。在工作電流密度為1.5 mA/µm²下，HBT 器件實現了fT = 185 GHz，fmax = 220 GHz 以及峰值 fT > 200 GHz。 在比InGaP/GaAs HBT 大的多的電流密度範圍內截至頻率保持在很高的水平(Fig. 4).
共基極模式開態擊穿壓(BVcbx)發生在集電極—基極電壓為9 V，集電極電流為JC = 1.3 mA/µm²時。共發射極模式開態擊穿(BVceo) 發生在集電極—發射極電壓接近7V時。
IV.可生產性
工藝的設計考慮到性能、可靠性和可生產性之間的平衡。從成品率損失Pareto 圖 Fig. 5 中可以看出發射區/基區短路是影響成品率的主要原因，基區電極柱損失是影響遠小於發射區/基區短路的第二個原因。影響成品率的其它失效模式的影響相對較小，都在測試不確定範圍內。由500個電晶體組成的典型電路所達到的成品率已能夠滿足小規模儀器的應用應用。