DE3874949T2

DE3874949T2 - Heterouebergang-bipolartransistor.

Info

Publication number: DE3874949T2
Application number: DE8888303920T
Authority: DE
Inventors: Hiroji C O Patents Divis Kawai
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1988-04-29
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2008-04-30
Also published as: JPS63272076A; KR0120927B1; EP0289343B1; DE3874949D1; KR880013256A; JP2581071B2; CA1315017C; EP0289343A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Heteroübergang-Bipolartransistoren, auf Verfahren zur Herstellung solcher Transistoren und auf solche Transistoren umfassende integrierte Halbleiterschaltungen.
Allgemein lassen sich durch einen früher vorgeschlagenen Heteroübergang-Bipolartransistor (im weiteren auch als "HBT" bezeichnet) Unzulänglichkeiten vermeiden, die sich bei einem Homoübergang-Bipolartransistor aus Silizium ergeben. Anhand eines Beispiels wird unten ein HBT mit einem AlGaAs-Emitter, einer GaAs-Basis und einem GaAs-Kollektor beschrieben. In diesem HBT können Löcher (die Majoritätsträger in der Basis) infolge einer durch die Bandlückendifferenz (ΔEg) zwischen Emitter und Basis verursachten Energiebarriere nicht in den Emitter diffundieren. Infolgedessen wird der Basisstrom vermindert, und die Effizienz der Elektroneninjektion vom Emitter in die Basis nimmt zu. Dadurch ist es selbst bei einer Verminderung der Basiskonzentration möglich, die Stromverstärkung (β = IC/IB) zu erhöhen. Dies bedeutet, daß der Basiswiderstand und die Sperrschichtkapazität zwischen Basis und Emitter mit Blick auf eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit reduziert werden können. Es wurde experimentell nachgewiesen, daß dieser HBT bei einer höheren Geschwindigkeit als ein Bipolartransistor aus Silizium betrieben werden kann.
Fig. 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt das Beispiel eines typischen früher vorgeschlagenen planaren AlGaAs/GaAs-HBT 13, der unter Verwendung von Ionenimplantation und vergrabener Metallisierung hergestellt wurde. Im folgenden soll kurz ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung dieses planaren AlGaAs/GaAs-HBT mit der gezeigten Struktur beschrieben werden.
Der planare AlGaAs/GaAs-HBT 13 umfaßt ein semiisolierendes GaAs-Substrat 1; epitaktisch werden auf diesem in folgender Reihenfolge aufgewachsen eine n&spplus;-GaAs-Schicht als spätere Kollektorelektrodenschicht 2, eine n-GaAs- Schicht als spätere Kollektorzone 3, eine p-GaAs-Schicht als spätere Basiszone (intrinsische Basiszone) 4, eine n-AlGaAs-Schicht als spätere Emitterzone 5 sowie eine n&supmin;-GaAs-Schicht und eine n&spplus;-GaAs-Schicht als spätere Deckschicht 6. Dann wird unter Stehenlassen der Emitterzone die n&spplus;-Deckschicht 6 weggeätzt, unter Verwendung einer SiO&sub2;-Maske Ionenimplantation von Mg durchgeführt und durch einen Ausheilprozeß eine äußere Basiszone 7 gebildet. Durch Ionenimplantation von Bor B oder H&spplus; entstehen dann eine Zone 8 zur Elementtrennung und eine Zone 9 zur Trennung von Basis und Kollektor. Danach wird durch eine SiO&sub2;-Schicht 10 hindurch ein Fenster zur Kollektorelektrodenzone erzeugt, wodurch ein Graben (eine Rille) 11 entsteht, und in diesem Graben 11 wird Metall 12 vergraben, wodurch der HBT 13 entsteht. Der HBT 13 wird mit einer Basiselektrode 14, einer Emitterelektrode 15 und einer Kollektorelektrode 16 versehen.
Fig. 2 der begleitenden Zeichnungen zeigt einen früher vorgeschlagenen sogenannten HBT 17 mit Kollektordeckschicht, der sich durch die Ausbildung einer Kollektorzone an seiner Oberflächenseite auszeichnet. Der Herstellungsprozeß beim HBT 17 mit Kollektordeckschicht ist im wesentlichen derselbe wie beim HBT 13, dem sogenannten HBT mit Emitterdeckschicht, abgesehen von der Reihenfolge des epitaktischen Wachstums. In Fig. 2 werden gleichartigen Teilen aus Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Referenzen bezeichnet.
Der in Fig. 2 gezeigte HBT 17 umfaßt eine n&spplus;-GaAs-Schicht 18 als spätere Emitterelektrodenschicht. eine n-AlGaAs-Schicht 5 als spätere Emitterzone, eine p-GaAs- Schicht 4 als spätere Basiszone, eine n-GaAs-Schicht 3 als spätere Kollektorzone, eine n&spplus;-GaAs-Schicht 19 als spätere Kollektordeckschicht und eine äußere Basiszone 7.
Die Schaltzeit τs eines HBT ist durch die Gleichung
τs= (5/2) Rb Cc + (Rb/RL) τb + (3Cc + CL) RL
gegeben, wobei Rb den Basiswiderstand, Cc die Kapazität zwischen Basis und Kollektor, RL den Lastwiderstand, CL die Lastkapazität und τb die Basislaufzeit darstellt. Um also die Schaltzeit τs zu reduzieren, müssen der Basiswiderstand Rb und die Kapazität Cc zwischen Basis und Kollektor verringert werden. Da der HBT mit Kollektordeckschicht hinsichtlich einer Verringerung der Kapazität Cc im allgemeinen vorteilhafter ist als der HBT mit Emitterdeckschicht, wird ersterem ein Betrieb bei höherer Geschwindigkeit zugetraut als letzterem. Der Grund hierfür ist folgender.
(i) Da die Kollektorabmessung des HBT mit Kollektordeckschicht klein ist, ist die Sperrschichtkapazität zwischen Kollektor und Basis reduziert. Dieser Vorteil ermöglicht einen Betrieb des HBT bei hoher Geschwindigkeit. Umgekehrt ist seine Emitterabmessung und damit auch die Kapazität zwischen Emitter und Basis vergrößert. Auch wenn dieser Vorteil nicht im Wesen des HBT mit Kollektordeckschicht liegt, da es sich ja beim Kontakt zwischen Emitter und Basis um den Heteroübergang handelt, ist die Kapazität zwischen diesen beiden Zonen doch kleiner als bei einem Homoübergang. Da außerdem die Emitterkonzentration klein ist, kann die Emitter-Sperrschichtkapazität von vornherein so verringert werden, daß sie keine Schwierigkeiten verursacht. Durch Verringerung der Kollektorkapazität kann der HBT mit Kollektordeckschicht viele weitere Vorteile bieten, und er kann gemäß bewiesenen Simulationsergebnissen bei höherer Geschwindigkeit arbeiten.
(ii) Was die Schaltanordnung angeht, so sind im Fall der emittergekoppelten Logik (ECL) die Emitter einiger Transistoren gemeinsam gekoppelt und bilden ein Gatter, so daß die Elementabmessungen durch eine Vereinigung der n&spplus;-Emitterschichten unter Verzicht auf die Isolation verkleinert werden können.
Bei den oben beschriebenen früher vorgeschlagenen HBTs vergrößert sich bei Verkleinerung der Bauelementabmessungen, relativ gesehen, die Kapazität am Rand der aktiven Zone, d.h. die Kapazitäten an den Grenzflächen zwischen Kollektor und äußerer Basis sowie zwischen Emitter und äußerer Basis. Berechnet man beispielsweise beim in Fig. 2 gezeigten HBT mit Kollektordeckschicht die Kapazität für eine Kollektorabmessung von 1 x 1 um², so ist die intrinsische Kapazität klein, wobei die Kapazität Ceb zwischen Emitter und Basis etwa 2,7 fF und die Kapazität Cbc zwischen Kollektor und Basis etwa 0,27 fF beträgt (unter Annahme einer Verarmungsschichtdicke von 400 nm (4000 Angström)). Die extrinsische Kapazität hingegen, d.h. die Kapazitäten Ceb' und Cbc' allein an den Rändern, ist sehr groß: Ceb' beträgt etwa 3,2 fF, und Cbc' beträgt etwa 0,5 fF. Daher ist die Konstruktion eines HBT wünschenswert, der bei Verkleinerung der Bauelementdimensionen eine Unterdrückung der Kapazität im Randbereich ermöglicht. In der Praxis werden Silizium-Bipolartransistoren auf diese Weise konstruiert (vgl. z.B. EP-A-0 039015).
Beim in Fig. 2 dargestellten HBT beispielsweise ist mit einer Reduzierung der äusseren Kapazität eine Verkleinerung des Basisanschlußbereichs und damit eine Erhöhung des Basisanschlußwiderstands verbunden, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit des Elements beschränkt wird.
Zusätzlich zu den oben erwähnten Mängeln hat der früher vorgeschlagene HBT mit der durch Ionenimplantation gebildeten äußeren Basis folgende Mängel.
(a) Die Dotierungskonzentration der äußeren Basiszone kann nicht erhöht werden.
(b) Beim Ausheilen zum Zweck der Aktivierung verschiebt sich die Lage des Übergangs durch die Diffusion injizierter Störstellen in die Emitterzone und durch die Diffusion von Störstellen in die intrinsische Basiszone.
(c) Beim Verkleinern der Bauelementabmessungen nehmen die an den Grenzflächen zwischen Emitter und äußerer Basis sowie zwischen Kollektor und äußerer Basis erzeugten äußeren Kapazitäten im Verhältnis zu. Insbesondere läßt sich die Kollektorkapazität am Rand nicht beseitigen.
(d) Zum Erzeugen der Kollektor- (oder Emitter-) Elektrode muß man die Techniken des Ausbildens eines tiefen Grabens sowie des Vergrabens einer Metallisierung einsetzen.
(e) Die Kontaktabmessung zwischen Basis und Emitter kann nicht ohne Erhöhung der Kapazität vergrößert werden.
(f) Von den aus der Emitterzone in die intrinsische Basiszone injizierten Elektronen diffundieren die am Rand befindlichen Elektronen um eine Diffusionslänge (etliche Mikrometer) in die äußere Basiszone und tragen dort nach Rekombination mit Löchern zum Basisstrom bei, wodurch sie einen sogenannten Randeffekt verursachen. Dadurch nimmt bei einer Reduzierung der Elementgröße die Stromverstärkung ab.
(g) Es gibt eine Grenze für die Reduzierung der intrinsischen Zone.
Entsprechend verschiedenen durch die Ansprüche definierten Gesichtspunkten sieht die Erfindung HBTs, ein Verfahren zur Herstellung eines HBT sowie integrierte Halbleiterschaltungen mit HBTs vor.
Durch weiter unten beschriebene bevorzugte Anwendungsbeispiele der Erfindung soll folgendes vorgesehen werden:
(i) Ein verbesserter HBT und ein Herstellurgsverfahren hierfür.
(ii) Ein HBT mit kleiner Kollektorkapazität, kleiner Emitterkapazität und kleinem Basisanschlußwiderstand. den man bei höherer Geschwindigkeit betreiben und leicht als integrierte Schaltung (IC) ausbilden kann; sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
(iii) Ein HBT, der bei höherer Betriebsgeschwindigkeit betrieben und leicht als IC ausgebildet werden kann, und der die Entstehung von Leckstrom verhindern kann; sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
(iv) Ein HBT mit einer verkleinerten intrinsischen Zone, der als integrierte Schaltung hergestellt und bei höherer Betriebsgeschwindigkeit betrieben werden kann; sowie ein Herstellungsverfahren hierfür.
(v) HBTs mit Kollektordeckschicht und Emitterdeckschicht, die eine kleine Kollektorkapazität sowie eine kleine Emitterkapazität aufweisen und die bei höherer Geschwindigkeit betrieben und als integrierte Schaltung hergestellt werden können, sowie Halbleiter-ICs, die solche HBTs und einen Lastwiderstand beinhalten.
Die Erfindung wird nun anhand von erläuternden und nicht beschränkenden Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben. In diesen sind gleiche oder ähnliche Teile durchgehend mit denselben Referenzen bezeichnet, und es zeigen:
Figur 1 den Querschnitt eines früher vorgeschlagenen Heteroübergang-Bipolartransistors (HBT) mit Emitterdeckschicht;
Figur 2 den Querschnitt eines früher vorgeschlagenen HBT mit Kollektordeckschicht;
Figuren 3A bis 3F jeweils Querschnitte eines erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht, wobei aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des HBT dargestellt sind;
Figuren 3G und 3H den Fig. 3E und 3F entsprechende Draufsichten;
Figuren 4A bis 4H jeweils Querschnitte eines anderen erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht, wobei aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des HBT dargestellt sind;
Figur 4I eine der Fig. 4H entsprechende Draufsicht;
Figuren 5A bis 5G jeweils Querschnitte eines erfindungsgemäßen HBT mit Emitterdeckschicht, wobei aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des HBT dargestellt sind;
Figur 5H eine der Fig. 5G entsprechende Draufsicht;
Figuren 6A, 6C und 6E jeweils Querschnitte eines weiteren erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht, wobei aufeinanderfolgende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des HBT dargestellt sind;
Figuren 6B, 6D und 6F die jeweils Fig. 6A, 6C und 6E entsprechenden Draufsichten;
Figur 7 eine Draufsicht zur Erläuterung des Beispiels einer Speicherzelle unter Verwendung eines erfindungsgemäßen HBT;
Figur 8 ein Querschnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 7;
Figur 9 ein Querschnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 7;
Figur 10 das Diagramm einer Ersatzschaltung zu Fig. 7;
Figur 11 die Draufsicht des Beispiels einer integrierten Halbleiterschaltung mit zwei Gattern, deren jedes NOR- und OR-Schaltungen mit drei Eingängen umfaßt und in denen erfindungsgemäße HBTs mit Kollektordeckschicht eingesetzt werden;
Figur 12 das Diagramm einer Ersatzschaltung zur oberen Hälfte von Fig. 11;
Figur 13 die Draufsicht des Beispiels einer integrierten Halbleiterschaltung mit zwei Gattern, deren jedes NOR- und OR-Schaltungen mit drei Eingängen umfaßt und in denen erfindungsgemäße HBTs mit Emitterdeckschicht eingesetzt werden;
Figur 14 das Diagramm einer Ersatzschaltung zur oberen Hälfte von Fig. 13.
Ein erfindungsgemäßer Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT) mit Kollektordeckschicht und ein Verfahren zur Herstellung des HBT werden nun anhand von Fig. 3A bis 3H erläutert.
Wie in Fig. 3A gezeigt, werden auf einem semiisolierenden GaAs-Substrat 31 mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) nacheinander folgende Schichten aufgewachsen: Eine Schicht mit großer Bandlücke und hohem Widerstand als Sperrschicht 32 für einen Emitter, d.h. eine 0,3 Mikrometer dicke semiisolierende (undotierte) i-Al0.5Ga0.5As-Schicht; eine 0,5 Mikrometer dicke Si-dotierte n-Al0,3Ga0,7As-Schicht 33 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Emitterzone; und eine Gradientenschicht 34, bei deren Ausbildung sich der Al-Anteil x in n-AlxGa1-xAs sequentiell von 0,3 auf 0 ändert. Die Schicht 34 hat eine Dicke von 0.03 Mikrometern und eine Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³. Die Schicht 34 ist so ausgebildet, daß sich das Verhältnis x von unten nach oben, wie in Fig. 3A dargestellt, allmählich von 0,3 auf 0 ändert. Auf die Gradientenschicht 34 wird eine 0,1 Mikrometer dicke Siliziumnitrid- (Si&sub3;N&sub4;)-Schicht 35 abgeschieden.
Dann wird, wie in Fig. 3B gezeigt die Siliziumnitridschicht 35 selektiv weggeätzt, so daß ein der Emitterzone entsprechender Teil davon stehenbleibt. Die verbleibende Siliziumnitridschicht 35 wird danach als Maskenschicht beim Naßätzen verwendet, wobei die Gradientenschicht 34 und die n-Al0,3G0,7As-Schicht 33 selektiv weggeätzt werden, um eine Emitterzone 33E zu bilden.
Wie in Fig. 3C gezeigt, wird als nächstes unter Verwendung der verbleibenden Siliziumnitridschicht 35 als Maskenschicht eine als äußere Basiszone vorgesehene p&spplus;-GaAs-Schicht 36 selektiv bis zu einer Höhe aufgewachsen, die der Unterseite der Schicht 35 entspricht.
Darauf werden, wie in Fig. 3D gezeigt, nach Entfernung der Siliziumnitridschicht 35 nacheinander folgende Schichten mittels MOCVD aufgewachsen: Eine 0,01 Mikrometer dicke undotierte GaAs-Abstandsschicht (nicht dargestellt); eine 0,1 Mikrometer dicke p&spplus;-GaAs-Schicht 38 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ als spätere intrinsische Basiszone; eine 0.4 Mikrometer dicke n-GaAs- Schicht 39 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 10¹&sup7; cm&supmin;³ als spätere Kollektorzone; und eine 0,1 Mikrometer dicke n&spplus;-GaAs-Schicht 40 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Kollektordeckschicht. Die undotierte GaAs-Abstandsschicht verhindert ein Diffundieren der p-Störstellen (z.B. Zn) aus der p&spplus;-GaAs-Schicht 38 in die n-AlGaAs-Emitterzone 33E.
Wie in Fig. 3E gezeigt, werden die n&spplus;GaAs-Schicht 40, die n-GaAs-Schicht 39 und die p&spplus;-GaAs-Schichten 38 und 36 mittels reaktiven Ionenätzens (RIE) selektiv weggeätzt, so daß die der Kollektorzone und der äußeren Basiszone entsprechenden Stellen stehenbleiben. Dadurch wird eine äußere Basiszone 36b ausgebildet. Da die AlGaAs-Schicht durch das RIE nicht weggeätzt wird, führt das RIE zum Freilegen der zur Emitterzone gehörenden Oberfläche der Gradientenschicht 34 und zur Isolation zwischen den Elementen.
Das selektive Ätzmuster ist in Fig. 3G in Aufsicht sichtbar gemacht. Spezifisch wird der selektive Ätzprozeß so ausgeführt daß das Ätzmuster, wie in Fig. 3G gezeigt, ein Gebiet 51 (entsprechend der Ausdehnung eines weiter unten beschriebenen intrinsischen Bereichs), welches den mittleren Bereich einer Seite der quadratischen Emitterzone 33E überlappt und dessen Breite W2 kleiner als die Breite W1 der Emitterzone 33E ist, sowie ein Gebiet 52 (entsprechend der Ausdehnung einer weiter unten beschriebenen äußeren Basiszone) einschließt welches sich an einen über die Emitterzone 33E hinausreichenden Teil des Gebietes 51 anschließt und dessen Breite W3 (W1 = W3 im dargestellten Beispiel) größer als die Breite W2 des Gebietes 51 ist.
Die n&spplus;-GaAs-Schicht 40, die n-GaAs-Schicht 39 und die p&spplus;-GaAs-Schicht 38 auf der äußeren Basisschicht 36b werden dann mittels RIE selektiv entfernt, so daß eine Kollektordeckschicht 40c, eine Kollektorzone 39C und eine intrinsische Basiszone 38B entstehen. Dann wird eine Siliziumoxid- (SiO&sub2;-) Schicht 41 auf der gesamten Oberfläche ausgebildet und flach gemacht, so daß sie auf einer Ebene mit der Oberfläche der Kollektordeckschicht 40c ist. Danach werden in der Siliziumoxidschicht 41 Fenster für eine Basiselektrode und eine Emitterelektrode gebildet. Für die n-AlGaAs-Emitterzone, d.h. die Gradientenschicht 34 auf ihrer Oberfläche, und für die n&spplus;-GaAs-Deckschicht 40c werden eine Emitterelektrode 42 und eine Kollektorelektrode 43 aus AuGe/Au ausgebildet. Außerdem wird auf der äußeren Basiszone 36b aus p&spplus;-GaAs eine Basiselektrode 44 aus Ti/Pt/Au ausgebildet. Wie in Fig. 3F und 3H gezeigt, grenzen also die äußere Basiszone 36b und die Emitterzone 33E an einer Seitenfläche aneinander, und unter der äußeren Basiszone 36b und der Emitterzone 33E ist die semiisolierende AlGaAs-Sperrschicht 32 ausgebildet. Auf einem Abschnitt der Emitterzone 33E sind die intrinsische Basiszone 38B und die Kollektorzone 39C mit einer Breite W2, die kleiner als die Breite W3 der äußeren Basiszone 36b und die Breite W1 der Emitterzone 33E ist, ausgebildet derart, daß sie die Grenze zwischen Emitterzone 33E und äußerer Basiszone 36B einschließen, daß sie also teilweise an die äußere Basiszone 36b grenzen. Dadurch werden die äußere Basiszone 36b und die intrinsische Basiszone 38B an einer Seite miteinander in Kontakt gebracht, und es entsteht so ein HBT 45 mit Kollektordeckschicht, in dem die Breite W2 der intrinsischen Basiszone 38B kleiner ist als die Breite W3 der äußeren Basiszone 36b.
Fig. 4A bis 4I veranschaulichen einen weiteren erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht.
Wie in Fig. 4A gezeigt, werden auf einem semiisolierenden GaAs-Substrat 31 mittels MOCVD nacheinander folgende Schichten aufgewachsen: Eine 0.3 Mikrometer dicke semiisolierende (undotierte) i-Al0,5Ga0,5As-Schicht 32 als spätere Sperrschicht zum Emitter; eine 0,5 Mikrometer dicke Si-dotierte n-Al0,3Ga0,7As- Schicht 33 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Emitterzone; eine 0.03 Mikrometer dicke Gradientenschicht 34 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³, bei deren Ausbildung sich das Zusammensetzungsverhältnis x einer n-AlxGa1-xAs- Schicht sequentiell ändert; eine 0,5 Mikrometer dicke n&spplus;-GaAs-Schicht 46 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Emitterdeckschicht; und eine 0,02 Mikrometer dicke n-Al0,3Ga0,7As-Schicht 47 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Eine 0,1 Mikrometer dicke Siliziumnitrid- (SiN-) Schicht 35 wird auf der n-Al0,3Ga0,7As -Schicht 47 ausgebildet.
Dann wird, wie in Fig. 4B gezeigt, die Siliziumnitridschicht 35 selektiv weggeätzt, so daß ein der Emitterzone entsprechender Teil davon stehenbleibt. Die verbleibende Siliziumnitridschicht 35 wird dann als Maskenschicht zum selektiven Ätzen und Entfernen der Schichten 47, 46, 34 und 33 verwendet, um eine Emitterzone 33E zu bilden.
Wie in Fig. 4C gezeigt, wird als nächstes unter Verwendung der verbleibenden Siliziumnitridschicht 35 als Maske eine als äußere Basiszone vorgesehene p&spplus;-GaAs- Schicht 36 selektiv bis zu einer Höhe aufgewachsen die der Unterseite der Schicht 35 entspricht.
Wie in Fig. 4D gezeigt, wird nach Entfernung der Siliziumnitridschicht 35 ein Abschnitt der n-Al0,3Ga0,7As-Schicht 47 mit einem einer Kollektorzone entsprechenden Abschnitt durch Naßätzen entfernt. Anschließend werden mittels RIE Abschnitte der n&spplus;-GaAs-Schicht 46 und der p&spplus;-GaAs-Schicht 36 einschließlich der Grenze zwischen den Schichten 36 und 46 selektiv geätzt und in einem der Dicke der Schicht 46 entsprechenden Maß entfernt.
Darauf werden, wie in Fig. 4E gezeigt, nacheinander folgende Schichten mittels MOCVD aufgewachsen: Eine 0,01 Mikrometer dicke undotierte GaAs-Abstandsschicht (nicht dargestellt); eine 0,1 Mikrometer dicke p&spplus;-GaAs-Schicht 38 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ als spätere intrinsische Basiszone; eine 0,4 Mikrometer dicke n-GaAs-Schicht 39 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 10¹&sup7; cm&supmin;³ als spätere Kollektorzone; und eine 0.1 Mikrometer dicke n&spplus;-GaAs-Schicht 40 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Kollektordeckschicht.
Wie in Fig. 4F gezeigt, werden unter Verwendung einer Maske 48 (siehe Fig. 4E) die n&spplus;-GaAs-Schicht 40, die n-GaAs-Schicht 39 und die p&spplus;-GaAs-Schicht 36 mittels RIE selektiv weggeätzt, so daß die der Kollektorzone und der äußeren Basiszone entsprechenden Abschnitte stehenbleiben. Dadurch entstehen eine äußere Basiszone 36b und eine Emitterdeckschicht 46e. Die AlGaAs-Schicht wird zu diesem Zeitpunkt durch das RIE nicht geätzt. Da die AlGaAs-Schicht 47 auf der Emitterdeckschicht 46e ausgebildet ist, wird die Emitterdeckschicht 46e also nicht weggeätzt.
Wie in Fig. 4G gezeigt, werden die n&spplus;-GaAs-Schicht 40 und die n-GaAs-Schicht 39 über der äußeren Basiszone 36b selektiv weggeätzt. So werden eine Kollektordeckschicht 40c, eine Kollektorzone 39C und eine intrinsische Basiszone 38B ausgebildet.
Als nächstes wird, wie in Fig. 4H gezeigt, mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) eine Siliziumoxid- (SiO&sub2;-) Schicht 41 auf der gesamten Oberfläche abgeschieden und dann flach gemacht, wodurch Oberflächen der äußeren Basiszone 36b, die Kollektordeckschicht 40c und die Emitterdeckschicht 46e freigelegt werden. Danach wird eine AuGe/Au-Kollektorelektrode 43 auf der Kollektordeckschicht 40c sowie eine AuGe/Au-Emitterelektrode 42 auf der Emitterdeckschicht 46e ausgebildet. Weiterhin wird auf der äußeren Basiszone 36b eine Ti/Pt/Au- Basiselektrode 44 ausgebildet, wodurch der in Fig. 4H dargestellte gewünschte HBT 49 mit Kollektordeckschicht entsteht. Fig. 4I ist eine Draufsicht des HBT 49.
Der so gebildete HBT mit Kollektordeckschicht hat folgende Vorteile.
Da die Kollektorzone 39C in Mesastruktur ausgebildet ist und ihre Seitenfläche durch die Siliziumoxidschicht 41 bedeckt ist, entsteht am Rand keine Kollektorkapazität, und die Kollektorkapazität besteht nur aus der intrinsischen Kollektorkapazität. Dadurch wird die Kollektorkapazität extrem klein.
Da die äußere Basiszone 36b aus einer epitaktischen Schicht mit einer Dicke von 0.5 Mikrometern und einer Störstellenkonzentration von über 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ besteht, kann ihre Störstellenkonzentration im Vergleich zum früher vorgeschlagenen Fall, in dem die äußere Basiszone durch Ionenimplantation auf einer n-AlGaAs- Schicht gebildet wird, um etwa eine Größenordnung verbessert werden, und auch ihre Beweglichkeit kann vergrößert werden. Dadurch nimmt der Widerstand der äußeren Basis ab. Zur Reduzierung des Basisanschlußwiderstandes genügt neben einer Erhöhung der Störstellenkonzentration in der äußeren Basiszone 36b eine Vergrößerung der Anschlußabmessung.
In einem HBT der früher vorgeschlagenen Struktur verursacht diese Erhöhung der Störstellenkonzentration eine Zunahme der Kollektorkapazität. Im Fall der Struktur des vorliegenden Anwendungsbeispiels hingegen grenzt die äußere Basiszone 36b an die Kollektorzone 39C nicht wesentlich und an die Emitterzone 33E nur über ihre eine Seitenfläche mit der Breite W2, und daher kann die Abmessung der äußeren Basiszone 36b ohne Zunahme der äußeren Kapazität vergrößert werden, wodurch der Basisanschlußwiderstand abnimmt.
Wie in Fig. 4G und 4I gezeigt grenzen die Emitterzone 33E und die äußere Basiszone 36b an einer Seitenfläche im Bereich der Breite W2 aneinander, so daß die Emitterkapazität verringert werden kann.
Im Fall der oben beschriebenen Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird verhindert, daß die zwischen Emitter und äußerer Basis sowie zwischen Kollektor und äußerer Basis erzeugten Kapazitäten bei einer Reduzierung der Bauelement-Abmessungen relativ zunehmen. Außerdem kann der Basisanschlußwiderstand verringert werden, so daß die oben beschriebenen HBTs bei hoher Geschwindigkeit betrieben und leicht in einer integrierten Schaltung (IC) ausgebildet werden können.
Da beim vorliegenden HBT die Emitterzone 33E und die äußere Basiszone 36b nur an einer Seite aneinander grenzen, können weniger aus der Emitterzone 33E in die intrinsische Basiszone injizierte Elektronen in die äußere Basiszone 36b diffundieren. Dies bedeutet, daß der Elektronenverlust am Rand verringert werden kann (d.h. der sogenannte Randeffekt kann prinzipiell verkleinert werden). Dadurch kann selbst bei einer Reduzierung der Abmessungen der aktiven Zone auf Größen von 1 x 1 um² im Niederstrombereich hohe Stromverstärkung erzielt werden.
Da zwischen dem semiisolierenden GaAs-Substrat 31 und sowohl der Emitterzone 33E als auch der äußeren Basiszone 36b die semiisolierende AlGaAs-Sperrschicht 32 mit der großen Bandlücke ausgebildet ist, kann ein Leckstrom zwischen der äusseren Basiszone 36b aus p&spplus;-GaAs und der Emitterzone 33E aus n-AlGaAs durch das Substrat 31 verhindert werden.
Weiterhin kann infolge der n-AlxGa1-xAs-Gradientenschicht 34, die zwischen der Emitterzone 33E und der intrinsischen Basiszone 38B vorgesehen ist, die Beweglichkeit der Elektronen verbessert werden, so daß der sogenannte Emitterstrom leicht fließen kann.
Entsprechend der oben beschriebenen Struktur sind Basis, Kollektor und Emitter im wesentlichen als planare Struktur (eine Struktur, in der die Elektroden auf der Oberseite vorgesehen sind) ausgebildet, wodurch der in den früheren Vorschlägen zum Erhalten der Emitter- oder Kollektorelektrode verwendete Graben überflüssig wird. Zudem können die Elemente automatisch isoliert werden, während die Kollektorzone durch das RIE ausgebildet wird. Außerdem ist man nicht auf die Ionenimplantation und die Ausheilung angewiesen, so daß die Reproduzierbarkeit der Elemente erhöht wird.
Weiter wird nach der Erzeugung der dicken äußeren Basiszone 36b in der letzten epitaktischen Wachstumsphase die intrinsische Basiszone 38B erzeugt. Deshalb kann die Dicke der intrinsischen Basiszone 38B soweit wie möglich reduziert werden, und man kann beispielsweise eine Dicke der intrinsischen Basiszone 38B von 20 bis 30 nm (200 bis 300 Angstrom) mit ausgezeichneter Genauigkeit erreichen. Zugleich wird keine Verschiebung des Übergangs erzeugt. Weiter kann mit der n-AlGaAs-Schicht 33, die die Emitterzone 33E bildet, oder mit der p&spplus;-GaAa-Schicht 36, die die äußere Basiszone 36b bildet, leicht ein Lastwiderstand realisiert werden.
Wie allgemein bekannt ist, ermöglicht Common-mode-Logik (CML) bipolare Schaltungen hoher Geschwindigkeit. Mit der erfindungsgemäßen HBT-Struktur mit Kollektordeckschicht kann man einen Emitter gemeinsam für mehrere Transistoren vorsehen, wodurch eine leichte Herstellung der CML-Struktur möglich ist. So können zum Beispiel im Fall zweier Gatter, deren jedes OR- und NOR-Schaltungen mit drei Eingängen umfaßt (nicht dargestellt). Lastwiderstände vollständig als Einzelstruktur in der AlGaAs-Schicht gebildet werden, die beispielsweise die Emitterzone bildet. Im Fall dieser Struktur entfällt im Vergleich zum früher vorgeschlagenen HBT mit Emitterdeckschicht das Auslegen einer langen Zuleitung, so daß die Struktur vereinfacht werden kann.
Fig. 5A bis 5H erläutern einen erfindungsgemäßen HBT mit Emitterdeckschicht.
Wie in Fig. 5A gezeigt wird auf einem semiisolierenden GaAs-Substrat 61 mittels MOCVD eine 0,6 Mikrometer dicke n-GaAs-Schicht 62 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 10¹&sup7; cm&supmin;³ als spätere Kollektorzone aufgewachsen. Weiter wird mittels CVD eine 0,1 Mikrometer dicke Siliziumnitridschicht 63 auf der n-GaAs-Schicht 62 abgeschieden.
Dann werden, wie in Fig. 5B gezeigt, unter Verwendung einer Photolackschicht 53 als Maske die nicht von der Maske bedeckten Teile der Siliziumnitridschicht 63 und der n-GaAS-Schicht 62 durch RIE selektiv weggeätzt, während die der Kollektorzone entsprechenden Abschnitte stehenbleiben, und so wird eine Kollektorzone 62C ausgebildet.
Als nächstes wird, wie in Fig. 5C gezeigt, unter Verwendung der verbleibenden Siliziumnitridschicht 63 als Maske eine 0.6 Mikrometer dicke p&spplus;-GaAs-Schicht 64 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ als spätere äußere Basiszone selektiv aufgewachsen, so daß sie im wesentlichen genauso dick ist wie die Kollektorzone 62C.
Wie in Fig. 5D gezeigt, wird dann die Siliziumnitridschicht 63 durch eine HF-Lösung entfernt. Danach werden nacheinander folgende Schichten auf die Kollektorzone 62C und auf die p&spplus;-GaAs-Schicht 64 aufgewachsen: eine 0.05 Mikrometer dicke p&spplus;-GaAs-Schicht 65 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ als spätere intrinsische Basiszone; eine 0,15 Mikrometer dicke undotierte GaAs- Abstandsschicht (nicht dargestellt); eine 0,15 Mikrometer dicke n-Al0,3Ga0,7As- Schicht 66 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ als spätere Emitterzone; und eine 0,05 Mikrometer dicke n&spplus;-GaAs-Schicht 67 mit einer Störstellenkonzentration von etwa 5 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ als spätere Emitterdeckschicht.
Dann wird, wie in Fig. 5E gezeigt, der der Emitterzone entsprechende Bereich durch eine Photolackschicht 54 abgedeckt, und mittels des reaktiven Ionenstrahlätzens (RIBE) wird bis auf eine Tiefe von 0.4 Mikrometern geätzt. Mit anderen Worten werden die n&spplus;-GaAs-Schicht 67, die n-AlGaAs-Schicht 66, die p&spplus;-GaAs-Schicht 65 und die der späteren äußeren Basiszone entsprechende p&spplus;-GaAs-Schicht 64 selektiv soweit weggeätzt, bis ein Teil der Kollektorzone 62C erreicht ist, wodurch die Oberfläche der Schicht 64 sowie die Oberfläche der Kollektorzone 62C freigelegt werden. So entstehen eine Emitterdeckschicht 67e, eine Emitterzone 66E und eine intrinsische Basiszone 65B. Falls keine RIBE-Anlage zur Verfügung steht, kann dieser Prozeß auch mittels Naßätzen durchgeführt werden.
Als nächstes werden, wie in Fig. 5F gezeigt, die Element-Gebiete durch eine Photolackschicht 53 abgedeckt und durch Ätzen werden die nicht benötigten Gebiete zur Isolation des Elements bis auf das Substrat 61 entfernt, wodurch eine äußere Basiszone 64b entsteht.
Wie in Fig. 5G gezeigt, wird dann auf der Oberfläche eine Siliziumoxid- (SiO&sub2;-)Schicht 68 ausgebildet und flach gemacht. Danach werden für eine Basis- und Kollektorelektrode Fenster durch die Siliziumoxidschicht 68 gebildet. Auf der Emitterdeckschicht 67e und der Kollektorzone 62C werden durch die Fenster jeweils aus AuGe/Au eine Emitterelektrode 69 und eine Kollektorelektrode 70 ausgebildet und dann 10 Sekunden lang bei 450ºC ausgeheilt. Danach wird auf der äußeren Basiszone 64b eine Basiselektrode 71 aus Ti/Pt/Au ausgebildet wodurch der gewünschte HBT 72 mit Emitterdeckschicht entsteht.
Fig. 5H stellt eine Draufsicht des HBT 72 dar. Wenn in diesem Fall unter der n- GaAs-Kollektorzone 62C eine n&spplus;-GaAs-Schicht vergraben wird, verkleinert sich der Widerstand zwischen der intrinsischen Kollektorzone und der äußeren Kollektorzone und man erzielt so einen Effekt. Diese n-GaAs-Schicht kann vor der ersten epitaktischen Wachstumsphase durch Ionenimplantation von Si gebildet werden.
Beim HBT 72 mit Emitterdeckschicht grenzen die äußere Basiszone 64b und die Kollektorzone 62C nur an einer Seite aneinander, ähnlich wie oben beschrieben. Da weiter die äußere Basiszone 64b und die Emitterzone 66E nicht wesentlich aneinander grenzen, können die Kollektorkapazität und die Emitterkapazität reduziert werden. Zudem kann der Widerstand der äußeren Basis verringert und ohne Zunahme der Kollektorkapazität der Basisanschlußwiderstand reduziert werden. Da die intrinsische Basiszone in der letzten epitaktischen Wachstumsphase erzeugt wird, kann die Dicke der intrinsischen Basiszone soweit wie möglich reduziert werden, und es wird keine Verschiebung der Lage des Übergangs erzeugt. Da die Isolation des Elements durch den anhand von Fig. 5F beschriebenen Ätzprozeß erreicht wird, sind die früher vorgeschlagenenen Techniken der Ionenimplantation und des Ausheilens nicht mehr erforderlich. Mit der n-GaAs-Schicht 62, die die Kollektorzone 62C bildet. oder mit der p&spplus;-GaAs-Schicht 64, die die äußere Basiszone 64b bildet, kann leicht ein Lastwiderstand realisiert werden.
Fig. 6A bis 6F erläutern einen weiteren erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht. In diesem Ausführungsbeispiel werden, wie in Fig. 6A und 6B gezeigt. im Anschluß an die anhand von Fig. 3D beschriebenen Prozeßschritte die n&spplus;-GaAs-Schicht 40, die n-GaAs-Schicht 39 sowie die p&spplus;-GaAs-Schichten 38 und 36 mittels RIE selektiv weggeätzt, wodurch ein der Kollektorzone und der äußeren Basiszone entsprechendes Gebiet 57 entsteht. Wie man in Fig. 6B sieht, überlappt das Gebiet 57 zu diesem Zeitpunkt nur im Bereich einer Ecke mit der darunterliegenden Emitterzone 33E. Wie in Fig. 6C und 6D gezeigt, werden dann, unter Verwendung einer Maske (nicht dargestellt) zum Abdecken des überlappenden Bereichs, die n&spplus;-GaAs-Schicht 40, die n-GaAs-Schicht 39 und die p&spplus;-GaAs- Schicht 38 mittels RIE selektiv weggeätzt. Dadurch entstehen die Kollektordeckschicht 40C, die Kollektorzone 39C und die intrinsische Basiszone 38B, die alle mit der äußeren Basiszone 36b eine gemeinsame Außenfläche haben.
Beispielsweise kann die äußere Basiszone 36b eine Länge a = 3 Mikrometer und Breite b = 5 Mikrometer, die Emitterzone 33E eine Länge c = 3 Mikrometer und Breite d = 3 Mikrometer und die Kollektorzone 39C eine Länge und Breite e = 1.5 Mikrometer haben. Entsprechend ist die Ausdehnung der intrinsischen Zone (der schraffierte Bereich in Fig. 6D) im Sub-Mikrometerbereich.
Danach wird, wie in Fig. 6E und 6F gezeigt, auf der gesamten Oberfläche eine Siliziumoxidschicht 41 ausgebildet und flach gemacht, so daß ihre Oberfläche auf einer Ebene mit der Oberseite der Kollektordeckschicht 40c ist. Dann werden Fenster durch die Siliziumoxidschicht 41 gebildet und jeweils eine Emitterelektrode 42 und eine Kollektorelektrode 43 aus AuGe/Au auf der Gradientenschicht 34 bzw. auf der Deckschicht 40c ausgebildet. Weiter wird auf der äußeren Basiszone 36b eine Basiselektrode 44 aus Ti/Pt/Au ausgebildet, womit man den gewünschten HBT 73 mit Kollektordeckschicht erhält. Im Fall dieses HBT 73 mit Kollektordeckschicht können speziell die Abmessungen der intrinsischen Kollektorzone und der intrinsischen Emitterzone kleiner als die minimale Leiterbahnbreite gemacht werden.
Während die Erfindung in Fig. 6 auf einen HBT mit Kollektordeckschicht angewendet wird, kann die Erfindung unter Verwendung der anhand von Fig. 5A bis 5H beschriebenen Techniken auf ähnliche Weise auch auf einen HBT mit Emitterdeckschicht angewendet werden.
Während die Erfindung in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen für HBTs aus dem AlGaAs/GaAs-System verwendet wird, kann die Erfindung genauso auf HBTs aus anderen Systemen, beispielsweise dem GaAs/InGaAs-System verwendet werden. Mit der GaAs (Emitter)/InGaAs (Basis)/GaAs (Kollektor) - Strutur kann die Erfindung auf HBTs sowohl mit Kollektor- als auch mit Emitterdeckschicht angewendet werden.
Fig. 7 ist die Draufsicht eines Beispiels einer Speicherzelle unter Verwendung des erfindungsgemäßen HBT mit Kollektordeckschicht Fig. 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 7, und Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B in Fig. 7. Fig. 10 ist das Diagramm einer Ersatzschaltung der Speicherzelle. In diesen Figuren bezeichnen Tr1 und Tr2 jeweils einen ersten und zweiten HBT.
Wie in Fig. 7 und 8 veranschaulicht, umfaßt der erste HBT Tr1 aus der n-AlGaAs- Schicht gebildete erste und zweite Emitterzonen 33Ea und 33Eb (d.h. Emitter E1 und E3), eine aus der p&spplus;-GaAs-Schicht gebildete intrinsische Basiszone 38B (d.h. eine Basis B1) und eine aus der n-GaAs-Schicht gebildete Kollektorzone 39C (d.h. einen Kollektor C1). Entsprechend umfaßt der zweite HBT Tr2 aus der n-AlGaAs- Schicht gebildete erste und zweite Emitterzonen 33Ea' und 33Eb' (d.h. Emitter E2 und E3), eine aus der p&spplus;-GaAs-Schicht gebildete intrinsische Basiszone 38B' (d.h. eine Basis B2) und eine aus der n-GaAs-Schicht gebildete Kollektorzone 39C' (d.h. einen Kollektor C2). Referenzzahlen 40C und 40C' bezeichnen aus der n&spplus;-GaAs-Schicht gebildete Kollektordeckschichten, 36b und 36b' aus der der p&spplus;-GaAs-Schicht gebildete äußere Basiszonen.
Die zweiten Emitter E3 und E3 der HBTs Tr1 und Tr2 sind über die die Emitterzone bildende n-AlGaAs-Schicht miteinander verbunden. Eine durch Beschaltung der Elektroden hergestellte Wortleitung 81 (in Fig. 7 gestrichelt dargestellt) ist an den Abschnitt angeschlossen, in dem die zweiten Emitter E3, E3 miteinander verbunden sind. Jeweils durch Beschaltung der Elektroden entstandene Bitleitungen 82 und 83 (gestrichelt dargestellt) sind an den ersten Emitter E1 des ersten HBT Tr1 und an den zweiten Emitter E2 des zweiten HBT Tr2 angeschlossen. Der Kollektor C1 des ersten HBT Tr1 ist durch Elektrodenbeschaltung 84 (gestrichelt dargestellt) mit der Basis B2 des zweiten HBT Tr2 verbunden. Die Basis B1 des ersten HBT Tr1 und der Kollektor C2 des zweiten HBT Tr2 sind durch Elektrodenbeschaltung 85 (gestrichelt dargestellt) miteinander verbunden. Die Basis B1 des ersten HBT Tr1 ist über einen Niederohmwiderstand RL1 mit dem einen Ende einer Schottkydiode D1 verbunden. Ein Hochohmwiderstand RH1 ist zum Niederohmwiderstand RL1 und zur Schottkydiode D1 parallelgeschaltet. Genauso ist die Basis B2 des zweiten HBT Tr2 über einen Niederohmwiderstand RL2 mit dem einen Ende einer Schottkydiode D2 verbunden, und ein Hochohmwiderstand RH2 ist zum Niederohmwiderstand RL2 und zur Schottkydiode D2 parallelgeschaltet. Die anderen Enden der Schottkydioden D1 und D2 sowie die Hochohmwiderstände RH1 und RH2 sind an eine durch Elektrodenbeschaltung gebildete Wortleitung 86 (gestrichelt dargestellt) angeschlossen.
Wie in Fig. 9 gezeigt, wird die Schottkydiode D2 durch Abscheidung einei Schottkymetalls 87 (aus Au oder Al) auf einen Endabschnitt einer n-GaAs-Schicht 39 gebildet, die sich ohne die n&spplus;-GaAs-Deckschicht 40C' von der Kollektorzone 39C' ausdehnt. Der Niederohmwiderstand RL2 wird durch die n-GaAs-Schicht 39' gebildet, die sich zwischen der Kollektorzone 39C' und der die Schottkydiode D2 bildenden n-GaAs-Schicht befindet. Das bedeutet, daß der Niederohmwiderstand RL2 in der Kollektorzone 39C' und die Schottkydiode D2 in der gemeinsamen n-GaAs-Schicht 39' vollständig als eine Einzelstruktur ausgebildet sind. Der Hochohmwiderstand RH2 wird vollständig durch die von der äußeren Basiszone 36b' ausgehende p&spplus;-GaAs- Schicht 36' gebildet.
Die Schottkydiode D1, der Niederohmwiderstand RL1 und der Hochohmwiderstand RH1, die mit dem ersten HBT Tr1 verbunden sind, sind genauso angeordnet wie die Schottkydiode D2, der Niederohmwiderstand RL2 und der Hochohmwiderstand RH2 und bedürfen daher keiner Beschreibung.
Beträgt die kleinste Leiterbahnbreite/der kleinste Abstand bei der Konstruktion der Speicherzelle 1 um, so betragen die Abmessungen einer Zelle etwa 11 x 13 um². Diese Abmessungen sind sehr klein, wobei sie im Vergleich mit einem zusammengesetzten bipolaren Si-Speichers mit derselben Schaltung genauso groß oder kleiner sind. Im Fall der früher vorgeschlagenen HBT-Struktur mit Emitterdeckschicht ist es allgemein schwierig, durch Verwendung der epitaktischen Schicht einen Widerstand zu bilden. Der Grund hierfür ist folgender. Wird die untere n-GaAs- Schicht als Widerstand verwendet, so befindet sich darunter die n&spplus;-GaAs-Subkollektorichicht, so daß ein Widerstand von mehr als einigen Hundert Ohm zu groß dimensioniert werden muß. Wird andererseits die durch Ionenimplantation gebildete p&spplus;-GaAs-Schicht als Widerstand verwendet, dann befindet sich darunter die n-GaAs-Schicht, so daß eine parasitäre Kapazität ungünstigen Einfluß ausüben kann. Die erfindungsgemäße HBT-Struktur kann diese Schwierigkeiten überwinden.
Entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die äußere Kapazität klein gemacht werden, und dadurch können Kollektor- und Emitterkapazität reduziert werden. Da außerdem die äußere Basiszone durch epitaktisches Wachstum eine hohe Dotierungskonzentration aufweist, kann man den Widerstand der äußeren Basis verringern und auch die Abmessung des Basisanschlusses ohne Erhöhung der Kapazität vergrößern, wodurch der Basisanschlußwiderstand verringert werden kann. So kann man einen HBT erhalten, der sich bei hoher Geschwindigkeit zufriedenstellend betreiben läßt.
Da weiterhin gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die Kollektor-, Basis- und Emitterzonen jeweils an der Oberfläche liegen, wird der in den früheren Vorschlägen verwendete Graben zum Anbringen der Elektrode überflüssig. Außerdem kann man auch auf die Ionenimplantation verzichten. so daß die Reproduzierbarkeit des Elements erhöht werden kann. Da die intrinsische Basiszone in der letzten epitaktischen Wachstumsphase entsteht, kann man weiter die Dicke der Basiszone so klein wie möglich halten und den Übergang ohne Verschiebung der Lage ausbilden. Dadurch kann diese Mt HBT als hochintegrierte Schaltung (IC) ausgebildet und leicht als integrierte Schaltung hergestellt werden.
Da gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung die intrinsische Basiszone und die äußere Basiszone an einer Seite aneinander grenzen und zudem die intrinsische Basiszone weniger breit ist als die äußere Basiszone, kann der Basisanschlußwiderstand selbst bei einer Miniaturisierung des Bauelements verringert werden. In der Folge kann die äußere Kapazität am Rand verringert und so die Kollektor- und Emitterkapazität reduziert werden.
Zugleich kann die Abmessung der äußeren Basis ohne Erhöhung der Kapazität vergrößert werden, und in der Folge kann der Basisanschlußwiderstand verringert werden.
Da zwischen die aneinander grenzende äußere Basiszone und Emitterzone auf der einen Seite und das Verbindungshalbleitersubstrat auf der anderen Seite die Sperrschicht eingefügt wurde, kann außerdem ein Leckstrom zwischen der Emitterzone und der äußeren Basiszone durch das Substrat verhindert werden.
Weiter kann man das intrinsische Gebiet kleiner als die minimale durch Photolithographie erreichte Leiterbahnbreite machen, und das Element kann so verkleinert werden.
Fig. 11 ist die Draufsicht einer integrierten Halbleiterschaltung (IC) mit zwei Gattern, deren jedes NOR- und OR-Schaltungen mit drei Eingängen umfaßt, in denen die in Fig. 3A bis 3H gezeigten HBTs 45 mit Kollektordeckschicht eingesetzt werden. Fig. 12 zeigt ein Ersatzschaltbild nur der oberen Hälfte des in Fig. 11 dargestellten ICs. Da seine untere Hälfte mit der oberen Hälfte identisch ist, sind in Fig. 11 die den Teilen der oberen Hälfte entsprechenden Teile der unteren Hälfte jeweils durch dieselbe Referenz, jedoch mit einem Apostroph, gekennzeichnet und müssen nicht näher beschrieben werden.
Im IC aus Fig. 11 und 12 werden durch die n-AlGaAs-Schicht 33, die die Emitterzone 33E bildet, ein mit den Kollektoren von Transistoren (HBTs) Q1, Q2 und Q3 verbundener Lastwiderstand R1, ein mit dem Kollektor eines Transistors (HBT) Q4 verbundener Lastwiderstand R2 und ein mit dem Emitter eines Transistors (HBT) Q5 verbundener Lastwiderstand R3 ausgebildet. Auf ähnliche Weise werden durch die AlGaAs-Schicht 33 mit den Transistoren Q1', Q2', Q3' und Q4' verbundene Lastwiderstände R1' und R2' ausgebildet. Metalleitungen 50 sind gestrichelt angedeutet. Die jeweiligen Lastwiderstände R1, R2, R3, R1' und R2' können auch durch die p&spplus;-GaAs-Schicht 36 ausgebildet werden, die z.B. die äußere Basiszone 36b bildet.
Im IC aus Fig. 11 können ein oder mehrere Lastwiderstände leicht durch die n- AlGaAs-Schicht 33 oder durch die p&spplus;-GaAs-Schicht 36 realisiert werden. Im Vergleich zum früher vorgeschlagenen HBT mit Emitterdeckschicht werden auch keine Zuleitungen ausgelegt, so daB eine vereinfachte Struktur erreichbar ist. In Fig. 11 und 12 bezeichnen die Refereuzen A, A', B, B', C, C', D, r und r' jeweils Eingänge, während die Referenzen A+B+C, A'+B'+C',
und
jeweils Ausgänge bezeichnen.
Da im IC aus Fig. 11 und 12 ein oder mehrere Lastwiderstände aus derselben Materialschicht gebildet werden wie die Emitter- oder Basiszone des Transistors, kann die Struktur des ICs vereinfacht werden. Daher ist der IC aus Fig. 11 und 12 für bipolare Hochgeschwindigkeitsschaltungen wie CML und dergleichen geeignet.
Fig. 13 ist die Draufsicht eines Halbleiter-ICs mit zwei Gattern, deren jedes NOR- und OR-Schaltungen mit drei Eingängen umfaßt, in denen die in Fig. 5 gezeigten HBTs 72 mit Emitterdeckschicht eingesetzt werden. Fig. 14 zeigt ein Ersatzschaltbild nur der oberen Hälfte des in Fig. 13 dargestellten ICs. Da seine untere Hälfte mit der oberen Hälfte identisch ist, sind in Fig. 13 die den Teilen der oberen Hälfte entsprechenden Teile der unteren Hälfte jeweils durch dieselbe Referenz, jedoch mit einem Apostroph, gekennzeichnet.
Im IC aus Fig. 13 und 14 werden durch die n-GaAs-Schicht 62, die die Kollektorzone 62C bildet, ein mit den Kollektoren von Transistoren (HBTs) Q1, Q2 und Q3 verbundener Lastwiderstand RC2, ein mit dem Kollektor eines Transistors (HBT) Q4 verbundener Lastwiderstand RC1 und ein mit dem Emitter eines Transistors (HBT) Q5 verbundener Lastwiderstand RE ausgebildet. Metalleitungen 50 sind gestrichelt angedeutet. In diesem Fall können die jeweiligen Lastwiderstände RC1, RC2 und RE auch durch die p&spplus;-GaAs-Schicht 64 ausgebildet werden, die z.B. die äußere Basiszone 64b bildet.
Im IC aus Fig. 13 können ein oder mehrere Lastwiderstände durch die n-GaAs- Schicht 62 oder durch die p&spplus;-GaAs-Schicht 64 realisiert werden, so daß der IC eine vereinfachte Struktur hat. In Fig. 13 bezeichnen die Referenzen A, B, C, r2, r1 und r1' jeweils Eingänge, und die Referenzen A+B+C, A'+B'+C',
und
bezeichnen jeweils Ausgänge.
Da im IC aus Fig. 13 und 14 ein oder mehrere Lastwiderstände aus derselben Materialschicht wie die Kollektor- oder Basiszone des Transistors gebildet werden können, kann die Struktur des ICs vereinfacht werden. Daher ist der Halbleiter-IC aus Fig. 13 und 14 für bipolare Hochgeschwindigkeitsschaltungen wie CML und dergleichen geeignet.

Claims

1. Heteroübergang-Bipolartransistor (45, 49, 72, 73) mit Kollektor- oder Emitter- Deckschicht.

mit einer äußeren Basiszone (36b, 64b),

mit einer Emitterzone (33E, 66E),

mit einer Kollektorzone (39C, 62C),

mit einer Seitenfläche der äußeren Basiszone (36b, 64b) in Kontakt mit einer Seitenfläche der Emitterzone (33E, 66E) oder Kollektorzone (39C, 62C),

und mit einer auf einem die Grenze zwischen Emitterzone (33E, 66E) oder Kollektorzone (39C, 62C) und äußerer Basiszone (36b, 64b) einschließenden Gebiet ausgebildeten intrinsischen Basiszone (38B, 65B), wobei die Kollektorzone (39C, 62C) oder Emitterzone (33E, 66E) auf der intrinsischen Basiszone (38B, 65B) ausgebildet wird.

2. Verfahren zum Herstellen eines Heteroübergang-Bipolartransistor (45, 49, 72, 73) mit Kollektor- oder Emitter-Deckschicht, mit den folgenden Arbeitsschritten: Erzeugen einer Emitterzone (33E, 66E) oder Kollektorzone (39C, 62C) sowie einer äußeren Basiszone (36b, 64b) auf einem Substrat (31, 61) dergestalt, daß eine Seitenfläche der Emitter- oder Kollektorzone eine Seitenfläche der äußeren Basiszone kontaktiert;

aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer intrinsischen Basiszone (38B, 65B) und einer Kollektorzone (39C, 62C) oder Emitterzone (33E, 66E) mittels Epitaxieverfahren auf einem Gebiet, welches die Grenze zwischen Emitterzone (33E, 66E) oder Kollektorzone (39C, 62C) und äußerer Basiszone (36b, 64b) einschließt.

3. Integrierte Halbleiterschaltung, umfassend

(A) einen Heteroübergang-Bipolartransistor mit Kollektor-Deckschicht (45, 49, 73) nach Anspruch 1, und

(B) einen Lastwiderstand aus demselben Material wie die Schicht (33, 36), die die Emitter- oder Basiszone (33E, 36b) des Heteroübergang-Bipolartransistors mit Kollektor-Deckschicht bildet.

4. Integrierte Halbleiterschaltung, umfassend

(A) einen Heteroübergang-Bipolartransistor mit Emitter-Deckschicht (72) nach Anspruch 1, und

(B) einen Lastwiderstand aus demselben Material wie die Kollektor- oder Basiszone (62C, 64b) des Heteroübergang-Bipolartransistors mit Emitter-Deckschicht.