JP2003318187A - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コレクタ層、ベース層、エミッタ層およびエ
ミッタコンタクト層となるべき各半導膜を含む半導体多
層膜を成長した後に、炭素添加ベース層の正孔濃度を増
加できるバイポーラトランジスタの製造方法を提供す
る。 【解決手段】 ＯＭＶＰＥ装置内のサセプタＳに基板２
を載置し、基板２上にサブコレクタ膜３０、コレクタ膜
５０、およびベース膜６０をエピタキシャル成長する。
ベース膜６０に炭素が添加される。次に、基板２を温度
Ｔに維持し、エミッタ膜７０およびエミッタコンタクト
膜８０を成長する。次いで、原料ガスの供給を停止し基
板２を温度Ｔ_Aに維持する。ここで、Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃
といった関係が成り立つ。これにより、ベース膜６０内
の水素原子が気相中へと脱離し、同膜６０内の炭素原子
の活性化率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、III−Ｖ族化合物
半導体から構成されるバイポーラトランジスタの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Het
ero-junction Bipolar Transistor：ＨＢＴ)は、電流利
得が高く、且つ高周波特性に優れるため、高速光通信シ
ステムの送受信器用の増幅器として注目されている。Ｈ
ＢＴにおいては、エミッタ領域がベース領域よりも大き
いエネルギーバンドギャップ(Ｅｇ)を有するため、ベー
ス領域からエミッタ領域への少数キャリアの注入が抑制
される。よって、ベース領域の多数キャリア濃度を高く
しても電流増幅率を増加できる。しかも、ベース領域を
高濃度化して抵抗を下げれば、ベース層を薄くできるた
め、キャリアのベース走行時間が短縮され、その結果、
高周波特性が向上される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高周波用のIII−Ｖ族
化合物半導体系ＨＢＴは、移動度の大きい電子を利用で
きるという理由からｎｐｎ型で構成される場合が多い。
この場合、ベース領域はｐ型半導体から構成されること
となる。III−Ｖ族化合物半導体のアクセプタ不純物と
しては、従来、亜鉛(Ｚｎ)が使用されていた。しかしな
がら、Ｚｎを用いた場合には、正孔濃度は最大でも２×
１０¹⁹ｃｍ^-3程度にしかできないため、ＨＢＴの利点を
十分に生かすことができなかった。また、ＺｎはIII−
Ｖ族化合物半導体中で拡散しやすいため、高濃度に添加
された場合、Ｚｎのドーピングプロファイルが広がり、
良好なｎｐｎ接合界面が形成されない虞がある。そのた
め、ＨＢＴの特性に悪影響が生じることになる。さら
に、ＨＢＴを使用している間にＺｎが拡散して特性に劣
化が生じるなど信頼性に悪影響を与える懸念があった。

【０００４】近年、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、お
よびＩｎＧａＡｓＰといったIII−Ｖ族化合物半導体
に、Ｚｎに替わり、炭素をアクセプタ不純物として利用
する動きが活発である。炭素をアクセプタ不純物として
用いる理由は、(１)最大正孔濃度をＺｎの場合よりも高
くできること、(２)炭素はIII−Ｖ族化合物半導体中で
はほとんど拡散しないことから、エピ構造の設計がし易
く、信頼性に優れるＨＢＴを得られることにある。

【０００５】しかしながら、アクセプタ不純物としての
炭素が有する利点を十分に活かすことは必ずしも容易で
はない。これは、炭素が半導体結晶中でアクセプタとし
て活性化し難いためである。炭素ドープ半導体結晶の成
長中には、アルシン(ＡｓＨ₃)或いはホスフィン(ＰＨ₃)
といったＶ族元素原料ガスが分解して水素ラジカルまた
は水素原子が生じる。炭素原子は、これらと容易に結合
して安定なＣ−Ｈ結合を形成する。このため、水素原子
と結合した状態で半導体結晶中に取り込まれる炭素原子
が多数存在する。このような炭素原子は、不動態化され
てしまい、アクセプタとして機能できない。その結果、
正孔濃度は必ずしも十分高くはならない。

【０００６】このような問題を解決するための検討がこ
れまでにも行われている。例えば、特開平９−１７７３
７号公報には、炭素不純物の水素化率を低減させる気相
成長方法が開示されている。この成長方法は、(１)炭素
ドープ半導体層を成長し、(２)キャリアガスである水素
以外の原料ガスの供給を中断し、(３)基板温度を上昇し
て熱処理を行い、その後、(４)他の半導体層を成長する
という各工程を備えている。この熱処理の際に、炭素ド
ープ半導体層内に取り込まれた水素が離脱するため、炭
素の活性化率が向上される。

【０００７】しかしながら、水素の脱離を促進するため
に熱処理温度を上げると、炭素ドープ半導体層の表面か
らＶ族構成原子が脱離してしまうため、当該半導体層の
表面が荒れるといった問題が生じる。また、表面モフォ
ロジの悪化を防止するため、熱処理温度を十分に上げる
のを避けると、水素が十分に脱離しなくなり、炭素の活
性化率を高くすることができない。表面モフォロジの悪
化の防止と水素脱離の促進とを両立させるためには、炭
素ドープ半導体層を成長した後、基板を成長室から取り
出し、同層の表面を他の半導体基板で覆って熱処理を行
うと好ましい。しかし、この場合には、基板を成長室か
ら取り出さなければならないため、成長手順が複雑にな
ってしまう。さらに、成長室から取り出した基板上に再
成長を行う場合には、既成長半導体層と再成長半導体層
との界面に不要な不純物が残留してしまうといった問題
が生じる場合もある。

【０００８】本発明の目的は、コレクタ層、ベース層、
エミッタ層およびエミッタコンタクト層となるべき各半
導膜を含む半導体多層膜を成長した後に、炭素添加ベー
ス層の正孔濃度を増加できるバイポーラトランジスタの
製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバイポーラ
トランジスタの製造方法は、(１)コレクタ層となるべき
第１の膜と、ベース層となるべき第２の膜と、エミッタ
層となるべき第３の膜と、エミッタコンタクト層となる
べき第４の膜と、を含む半導体多層膜を有機金属気相成
長法により半導体基板上に形成する工程と、(２)半導体
多層膜を温度Ｔ _A(℃)で熱処理する工程と、(３)熱処理
された半導体多層膜を加工して、コレクタ層、ベース
層、エミッタ層、およびエミッタコンタクト層を形成す
る工程と、を備える。上記の第２の膜にはアクセプタ不
純物として炭素が添加され、第３および第４の膜の成長
温度Ｔ(℃)および温度Ｔ_Aは、 Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃ といった関係を満たす。

【００１０】第３および第４の膜の成長温度Ｔよりも高
い温度で熱処理を行うため、コレクタ層、ベース層、エ
ミッタ層およびエミッタコンタクト層となるべき各半導
膜を含む半導体多層膜を成長した後であっても、第２の
膜に取り込まれた水素を脱離させることができる。その
ため、ベース層の正孔濃度は増加される。また、熱処理
の温度Ｔ_Aは６００℃以下とされるため、成長された半
導体多層膜の結晶性の悪化および表面モフォロジの悪化
は防止される。

【００１１】ここで、第２の膜および第４の膜はＩｎＧ
ａＡｓから構成されると好ましい。また、この場合、第
３の膜がＩｎＰまたはＩｎＡｌＡｓから構成されれば、
ＩｎＧａＡｓ系のＨＢＴが形成される。このＨＢＴは上
述の通り製造されるため、ベース層の正孔濃度は増加さ
れる。よって、電流利得が高く、高周波特性に優れるＨ
ＢＴが得られる。

【００１２】また、第３の膜および第４の膜の成長温度
Ｔは５００℃以上であると好適である。このようにすれ
ば、結晶性の高い結晶からエミッタ層を構成できる。よ
って、電気的特性に優れるバイポーラトランジスタを製
造できる。

【００１３】さらに、熱処理する工程の前に第４の膜上
にＩｎＰ層を更に形成する工程と、熱処理する工程の後
に該ＩｎＰ層を除去する工程と、を更に備えることもで
きる。このようにすれば、第４の膜の表面モフォロジの
悪化はより確実に防止される。上記のＩｎＰ層を除去す
る工程にて、塩酸を含むエッチング液が使用されると好
ましい。

【００１４】熱処理する工程にて、所定の温度Ｔ_Aは５
００℃よりも高く、且つ熱処理時間が５分以上であると
有用である。このようにすれば、炭素が添加された第２
の膜に取り込まれた水素原子は十分に脱離できる。よっ
て、同膜中の炭素原子の活性化が促進され、その結果、
ベース層の正孔濃度が確実に増加される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るバイポーラト
ランジスタ製造方法の好適な実施形態について図面を参
照しながら説明する。本実施形態では、ＩｎＰ基板を用
いて製造されるＨＢＴについて説明する。なお、図面の
説明においては、同一の要素には同一の符号を付し、重
複する説明は省略する。また、図面においては、ＩｎＰ
基板上に成長される各エピタキシャル層の層厚の比率な
ど、寸法比率は説明のものとは必ずしも一致していな
い。また、結晶面方位および結晶軸方向は、例示的に示
されており、結晶学的に等価な面方位および軸方向を含
む。

【００１６】初めに、本実施形態の製造方法により製造
されるＨＢＴの構成について説明する。図１(Ａ)は、Ｈ
ＢＴの構成を示す平面図である。図１(Ｂ)は、図１(Ａ)
のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。Ｉ−Ｉ線は半導体結
晶の結晶方位の〔０１−１〕方向に伸びる線である。

【００１７】図１(Ｂ)を参照すると、ＨＢＴ１は、半絶
縁性ＩｎＰから構成される基板２と、基板２上に形成さ
れたサブコレクタメサ３と、サブコレクタメサ３上に形
成された主要部メサ１０と、主要部メサ１０上に形成さ
れたエミッタコンタクトメサ８とを有する。主要部メサ
１０は、コレクタ層５、ベース層６、およびエミッタ層
７を含んでいる。

【００１８】サブコレクタメサ３、主要部メサ１０に含
まれる各層５〜７、およびエミッタコンタクトメサ８の
材料、厚さ、添加される不純物、およびキャリア濃度を
例示すると、表１に示す通りである。表１の通り、サブ
コレクタメサ３、コレクタ層５、エミッタ層７、および
エミッタコンタクトメサ８には、ドナー不純物としてシ
リコン(Ｓｉ)が添加されている。エミッタ層７はＩｎＰ
から形成されている。ベース層６にはアクセプタ不純物
として炭素(Ｃ)が添加されている。

【００１９】また、エミッタ層７はＩｎＰから構成さ
れ、これらを除く他の層またはメサはＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ
から構成される(以下、ＩｎＧａＡｓと記す)。このＩｎ
ＧａＡｓのＩｎ組成比ｘはＩｎＰ基板に対して格子整合
するように選択され、好ましくはｘ＝０．５３である。
ここで、格子整合とは半導体層の格子定数と基板の格子
定数との差が概ね−０．１〜＋０．１％の場合を意味す
る。

【表１】 図１(Ａ)を参照すると、エミッタコンタクトメサ８の平
面形状は略長方形であり、その長辺は結晶方位の〔０１
１〕方向に伸び、短辺は結晶方位の〔０１−１〕方向に
伸びている。また、エミッタコンタクトメサ８の結晶方
位〔０１１〕方向に伸びる側面は、図１(Ｂ)に示される
通り、逆メサ状に形成されている。

【００２０】エミッタコンタクトメサ８上にはエミッタ
電極２１が設けられ、エミッタ層７上にはベース電極２
２が設けられ、サブコレクタメサ３上にはコレクタ電極
２３が設けられている。エミッタ電極２１は、図１(Ａ)
に示す通り、略長方形であり、その幅は１μｍ程度であ
り、長さは１０μｍ〜１００μｍの範囲とできる。ベー
ス電極２２は２つ設けられており、その間にエミッタコ
ンタクトメサ８が配置されている。

【００２１】また、ＨＢＴ１ではコレクタ電極２３は主
要部メサ１０の一側面に向かい合うよう設けられている
が、主要部メサ１０が間に配置されるように２つ設けて
もよい。これらの電極２１，２２，２３は、白金(Ｐ
ｔ)、チタン(Ｔｉ)、Ｐｔ、金(Ａｕ)といった金属から
なる膜を含む。ここで、Ａｕ膜の厚さは１６０ｎｍ程度
とでき、他の金属膜の厚さは２０ｎｍ程度とできる。電
極２１，２２，２３は、熱処理により、オーミック接触
性とされている。なお、ベース電極２２は、エミッタ層
７上に設けられているが、熱処理中に金属原子がエミッ
タ層７を通過しベース層６へ拡散するため、ベース層６
と実質的に接続されている。

【００２２】続いて、本発明に係るバイポーラトランジ
スタの製造方法の好適な実施形態について説明する。以
下では、上述したＨＢＴ１を製造する場合を説明する。
図２(Ａ)〜(Ｃ)、図３(Ａ)〜(Ｃ)、図４(Ａ)〜(Ｃ)、図
５(Ａ)〜(Ｃ)および図６(Ａ),(Ｂ)は、ＨＢＴ１の製造
方法を説明する図である。これらの図は、ＨＢＴ１を半
導体結晶方位の〔０１−１〕方向に沿って切断した面を
示す。

【００２３】（エピタキシャル成長工程）エピタキシャ
ル成長工程について説明する。この工程のエピタキシャ
ル成長には、有機金属気相成長(Organo-Metallic Vapor
Phase Epitaxy：ＯＭＶＰＥ)装置を使用される。原料
としては、トリエチルガリウム(Triethylgallium：ＴＥ
Ｇａ)、トリメチルインジウム(Trimethylindium：ＴＭ
Ｉｎ)、アルシン(ＡｓＨ₃)、およびホスフィン(ＰＨ₃)
を用いることができる。また、ＴＥＧａに替わりトリメ
チルガリウム(Trimethylgallium：ＴＭＧａ)を使用して
もよく、ＡｓＨ₃に替わりターシャリーブチルアルシン
(Tertiarybutylarsine：ＴＢＡ)を使用してもよく、Ｐ
Ｈ₃に替わりターシャリーブチルホスフィン(Tertiarybu
tylphosphine：ＴＢＰ)を使用してもよい。さらに、各
半導体膜の導電型およびキャリア濃度の制御のため、ｎ
型不純物ドーピング原料としてシラン(ＳｉＨ₄)やジシ
ラン(Ｓｉ₂Ｈ₆)を用いることができ、ｐ型不純物ドーピ
ング原料として四臭化炭素(ＣＢｒ₄)を用いることがで
きる。

【００２４】先ず、半絶縁性のＩｎＰからなる基板２を
用意する。次いで、図２(Ａ)に示す通り、ＯＭＶＰＥ装
置内のサセプタＳに基板２を載置し、基板２の(１００)
面上に、サブコレクタ膜３０、コレクタ膜５０、および
ベース膜６０をこの順にエピタキシャル成長する。サブ
コレクタ膜３０はサブコレクタメサ３を実現するための
膜であり、コレクタ膜５０はコレクタ層５を実現するた
めの膜であり、ベース膜６０はベース層６を実現するた
めの膜である。したがって、これらの膜は、いずれもＩ
ｎＧａＡｓから構成される。

【００２５】また、サブコレクタ膜３０およびコレクタ
膜５０の成長中にはＳｉＨ₄が供給され、これらの膜３
０，５０にＳｉが添加される。さらに、ベース膜６０の
成長中にはＣＢｒ₄が供給され、ベース膜６０に炭素が
添加される。また、これらの膜の成長温度は、４００〜
７５０℃程度といった範囲の任意の温度とできるが、ベ
ース膜６０中に炭素を高濃度に添加するためベース膜６
０の成長温度を４００〜５００℃とし、サブコレクタ膜
３０およびコレクタ膜５０の成長温度を５５０〜７５０
℃とすると望ましい。成長温度は、サセプタＳ内に挿入
された熱電対ＴＣにより測定された温度とできる。ま
た、放射温度計(図示せず)を用いて測定された温度とし
てもよい。

【００２６】ベース膜６０の成長を終了する際には、Ｔ
ＭＩｎ、ＴＥＧａ、およびＣＢｒ₄の供給を停止し、Ａ
ｓＨ₃の供給は続ける。この後、ＡｓＨ₃の供給を継続し
たまま、基板２の温度を、５００℃以上であり、しか
も、後に説明する熱処理工程における熱処理温度Ｔ_Aよ
りも低い温度Ｔに変更する(図２(Ｂ)参照)。基板２の温
度が温度Ｔで安定した後、ＡｓＨ₃の供給を停止すると
共に、ＰＨ₃、ＴＭＩｎ、およびＳｉＨ₄を供給して、Ｉ
ｎＰからなるエミッタ膜７０を成長する。エミッタ膜７
０はエミッタ層７を実現するための膜であり、電子濃度
は４．０×１０¹⁸ｃｍ^-3程度とされる。

【００２７】エミッタ膜７０が所定の厚さとなったとこ
ろでＴＭＩｎの供給を停止しエミッタ膜７０の成長を終
了する。以上の手順により、半導体多層膜１０１が形成
される。この後、基板２を上記の温度Ｔに維持したま
ま、ＰＨ₃の供給を停止すると共に、ＡｓＨ₃、ＴＥＧ
ａ、ＴＭＩｎ、およびＳｉＨ₄を供給して、ＩｎＧａＡ
ｓからなるエミッタコンタクト膜８０を成長する。以上
の手順により、エピタキシャル工程が終了する(図２
(Ｂ)参照)。

【００２８】(熱処理工程)次いで、基板２をＯＭＶＰＥ
装置から取り出すことなく、熱処理を行う。すなわち、
ＯＭＶＰＥ装置の反応室への原料ガスの供給を停止し、
Ｈ₂ガスまたはＮ₂ガスを供給する。次いで、５００℃よ
りも高く６００℃以下といった範囲であり、且つ、エミ
ッタ膜７０およびエミッタコンタクト膜８０の成長温度
Ｔよりも高い温度Ｔ_Aに基板２を変更する(図２(Ｃ)参
照)。上記の成長温度Ｔおよび温度Ｔ_Aの間には、 Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃ といった関係が成り立つ。この後、５分間以上、基板２
を温度Ｔ_Aに維持する。５分よりも短いとベース膜６０
からの水素原子の脱離が十分ではない虞があるため５分
間以上とすると好ましい。基板２を温度Ｔ_Aに維持する
ことにより、ベース膜６０内に取り込まれた水素原子
は、エミッタ膜７０およびエミッタコンタクト膜８０を
通過して、気相中へと脱離する。そのため、ベース膜６
０中へ添加された炭素原子の活性化率が向上する。

【００２９】ここで、温度Ｔ_Aが５００℃以下の場合に
は、ベース膜６０からの水素原子は、エミッタ膜７０お
よびエミッタコンタクト膜８０を通過できないため、水
素原子は十分に脱離しない。また、温度Ｔ_Aが６００℃
より高いと、エミッタコンタクト膜８０からＡｓ原子が
抜け出し、この膜８０の結晶性が悪化してしまう。

【００３０】エミッタ膜７０およびエミッタコンタクト
膜８０の成長温度Ｔが熱処理温度Ｔ _A以上であると、ベ
ース膜６０からの水素原子の脱離が十分に起こらない。
本発明者はこの理由を以下のように考えている。エミッ
タ膜７０およびエミッタコンタクト膜８０の成長中に
も、気相中からこれらの膜７０，８０を経てベース膜６
０内にまで水素が拡散していく。膜中の水素濃度は、成
長温度、膜表面から膜内に供給される水素原子の量、お
よび膜内の炭素濃度で決定され、炭素の意図的な添加の
ない膜７０，８０内に残留する水素は少なく、炭素が添
加されたベース膜７０内には多量の水素が残留してい
る。熱処理時の温度Ｔ_Aがエミッタ膜７０およびエミッ
タコンタクト膜８０の成長温度Ｔ以下であれば、このよ
うに残留した水素原子の結晶中での拡散速度が遅くな
り、ベース膜７０内に残留した水素の気相中への脱離が
困難となってしまう。そのため、炭素原子の活性化率を
十分に向上することができない。このような理由から、
熱処理時の温度Ｔ_Aは成長温度Ｔよりも高い必要があ
る。

【００３１】（エミッタコンタクトメサ形成工程）図３
(Ａ)を参照すると、エミッタコンタクト膜８０上にエッ
チングマスク５１が形成されている。エッチングマスク
５１の平面形状は略長方形であり、その長辺は結晶方位
の〔０１１〕方向に伸び、その短辺は結晶方位の〔０１
−１〕方向に伸びている。エッチングマスク５１は、エ
ミッタコンタクト膜８０上にレジスト膜を形成し、所定
のパターンを有するフォトマスクを用いたフォトリソグ
ラフィによりレジスト膜をパターンニングして形成され
る。

【００３２】次に、リン酸(Ｈ₃ＰＯ₄)と過酸化水素水
(Ｈ₂Ｏ₂)と純水(Ｈ₂Ｏ)とがＨ₃ＰＯ₄：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝
５：１：１０の比率で混合された混合液をエッチング液
(以降、エッチング液Ｐとする)として用い、エミッタコ
ンタクト膜８０のエッチングマスクが形成されていない
部分を除去する。このエッチング液ＰのＩｎＰに対する
エッチング速度は、ＩｎＧａＡｓに対するエッチング速
度よりも十分に小さい。そのため、エミッタコンタクト
膜８０がエッチングされてエミッタ膜７０が露出した後
には、エッチングが実質上停止される。これにより、図
３(Ｂ)に示す通り、エミッタコンタクトメサ８が形成さ
れる。

【００３３】この後、エッチングマスク５１を有機溶剤
により除去すると、エミッタコンタクトメサ形成工程が
終了する。なお、エッチング液Ｐは、ＩｎＧａＡｓに対
して異方性を有しており、特定の結晶方位の方向に速い
エッチング速度を有する。そのため、エミッタコンタク
トメサ８の結晶方位の〔０１１〕方向に沿うエッジに
は、逆メサ状の側面が形成されている。

【００３４】（主要部メサ形成工程）図３(Ｃ)を参照す
ると、エミッタコンタクトメサ８が設けられたエミッタ
膜７０上にエッチングマスク５２が形成されている。エ
ッチングマスク５２は、略矩形状であり、その矩形の一
対の辺が〔０１１〕方位に沿って伸びている。エッチン
グマスク５２は、エミッタコンタクトメサ８およびエミ
ッタ膜７０上にレジスト膜を形成し、所定のパターンを
有するフォトマスクを用いたフォトリソグラフィにより
レジスト膜をパターンニングすることにより形成され
る。

【００３５】次いで、エッチングマスク５２を用いてエ
ッチングを行う。このエッチングは２段階に行なわれ
る。先ず、塩酸と純水とのエッチング液をエッチング液
として、エッチングマスクで覆われていない部分のエミ
ッタ膜７０(ｎ型ＩｎＰ)を除去する。このエッチング液
のＩｎＧａＡｓに対するエッチング速度は非常に遅いた
め、エミッタ膜７０が除去されてベース膜６０が露出す
ると、エッチングが実質的に停止される。これにより、
先ず、エミッタ層７が得られる。

【００３６】その後、エッチングマスク５２を残したま
ま、エッチング液Ｐを用いて、ベース膜６０およびコレ
クタ膜５０の所定の部分を除去する。このとき、エッチ
ング時間は、コレクタ膜５０が除去されてサブコレクタ
膜３０が露出するように設定される。このエッチング時
間は、予備実験により決定することができる。

【００３７】このエッチングの後、エッチングマスク５
２を除去すると、図４(Ａ)に示す通り、ベース層６およ
びコレクタ層５が得られる。図示の通り、これらの層
５，６の結晶方位〔０１１〕の方向に伸びるエッジは逆
メサ構造を有する。

【００３８】（サブコレクタメサ形成工程）図４(Ｂ)を
参照すると、エミッタコンタクトメサ８、エミッタ層
７、ベース層６、コレクタ層５、およびサブコレクタ膜
３０を覆うエッチングマスク５３が形成されている。エ
ッチングマスク５３の平面形状は略矩形状であり、その
矩形の一対の辺が〔０１１〕方位に沿って伸びている。
エッチングマスク５３は、エッチングマスク５１，３２
と同様に形成される。

【００３９】次いで、エッチングマスク５３を用いてエ
ッチング液Ｐを用いて、サブコレクタ膜３０の所定の部
分を除去する。サブコレクタ膜３０(ＩｎＧａＡｓ)が除
去されて、基板２(ＩｎＰ)が露出すると、エッチングが
実質的に停止される。よって、サブコレクタ膜３０の除
去されるべき部分を確実に除去することができる。エッ
チング後、エッチングマスク５３を除去すると、図４
(Ｃ)に示すように、サブコレクタメサ３が形成される。
サブコレクタメサ３が形成されることにより、基板２上
に複数個作製されるＨＢＴ１は互いに電気的に分離され
る。

【００４０】（電極形成工程）図５(Ａ)を参照すると、
サブコレクタメサ３および基板２を覆うマスク層６１が
形成されている。マスク層６１は、サブコレクタメサ３
までが形成された後、基板２上にレジスト膜を形成し、
エミッタコンタクトメサ８、エミッタ層７、サブコレク
タメサ３の所定の位置に開口部が形成されるようなパタ
ーンを有するフォトマスクを用いてレジスト膜をパター
ニングすることにより形成される。

【００４１】マスク層６１が形成された基板２上に真空
蒸着法により金属膜８１を形成する。金属膜８１は、Ｔ
ｉ、Ｐｔ、Ｔｉ、およびＡｕといった金属がこの順に堆
積されて形成される。ここで、Ａｕの厚さは１６０ｎｍ
であり、他の金属の厚さは２０ｎｍとできる。上述の通
り、エミッタコンタクトメサ８は逆メサ状の側面を有し
ているため、当該メサ８の上面の幅は下面よりも広く、
上面は庇状に張り出している。真空蒸着装置内の蒸着源
からの金属原子は当該上面に妨げられるため、エミッタ
層７には金属膜８１は堆積されない領域ができる。この
領域によって、金属膜８１は、図５(Ｂ)に示す通り、エ
ミッタコンタクトメサ８上に堆積された部分(エミッタ
電極２１)と、エミッタ層７上に堆積された部分(ベース
電極２２)とが分離されることとなる。

【００４２】また、ベース層６およびコレクタ層５もま
た逆メサ状の側面を有しているため、ベース層６上に形
成されたエミッタ層７の幅は、コレクタ層５の下面より
も広く、エミッタ層７は庇状に張り出すこととなる。よ
って、サブコレクタメサ３の上面には金属膜８１は堆積
されない領域ができる。この領域によって、金属膜８１
は、図５(Ｂ)に示す通り、エミッタ層７上に堆積された
部分と、サブコレクタメサ３上に堆積された部分とが分
離されることとなる。蒸着後、マスク層６１を除去する
と、図５(Ｃ)に示す通り、エミッタ電極２１、ベース電
極２２およびコレクタ電極２３が形成される。

【００４３】上述の手順により、各電極２１，２２，２
３を形成すれば、堆積された金属膜をエッチングする工
程を行わなくても、電極２１，２２，２３が確実に分離
される。その上、ベース電極２２をエミッタコンタクト
メサ８に接することなく可能な限り近づけることができ
る。具体的には、エミッタコンタクトメサ８とベース電
極２２との間隔は、０．３μｍ程度とすることも可能で
ある。各電極２１，２２，２３が接触しない程度に、こ
れらの間隔を可能な限り近づければ、ベース−コレクタ
間抵抗が低減される。

【００４４】各電極２１，２２，２３が形成された後、
基板２に対して、高純度窒素ガス雰囲気下で４００℃、
約１分間熱処理を行うと、これらの電極２１，２２，２
３のオーム性接触が実現される。なお、ベース電極２２
は、エミッタ層７上に形成されているが、エミッタ層７
の厚さは１０ｎｍ程度であるため、ベース電極２２を構
成する金属原子が熱処理中にエミッタ層７を通過してベ
ース層６まで拡散するため、ベース層６と実質的に接続
することとなる。

【００４５】（仕上げ工程）次いで、電極２１，２２，
２３の形成まで終了した基板２上に絶縁膜１１をプラズ
マＣＶＤ法により堆積する。絶縁膜１１は、ＳｉＮとい
った無機絶縁物から構成されることができる。このよう
な無機絶縁物から構成される絶縁膜１１により、各層３
〜７およびエミッタコンタクトメサ８の側面が不動態化
されるとともに、外部からのナトリウムや水分の浸入が
防止される。よって、ＨＢＴ１の信頼性が向上される。
次に、所定のリソグラフィおよびエッチングにより、ベ
ース電極２２およびコレクタ電極２３のそれぞれの上に
開口部、すなわちヴィアホールを形成する。次いで、レ
ジスト膜／ＳｉＯ₂膜／レジスト膜といった三層マスク
を形成し、真空蒸着法によりＴｉ、Ｐｔ、およびＡｕと
いった金属からなる金属膜を堆積する。堆積後、三層マ
スクを除去すると、各ヴィアホールが埋め込まれると共
に、各電極２２，２３に接続する引き出し配線３２，３
３が形成される(図６(Ａ)参照)。

【００４６】この後、引き出し配線３２，３３および絶
縁膜１１上に絶縁膜１２をプラズマＣＶＤ法により堆積
する。絶縁膜１２は、絶縁膜１１と同様に、ＳｉＮとい
った無機絶縁物であることができる。このような材料か
ら構成される絶縁膜１２により、完成後のＨＢＴ１の半
導体部および金属部に外部から水分が進入するのが防止
されるため、ＨＢＴ１の信頼性が向上される。次に、当
該絶縁膜１２上にＳＯＧ(Spin-on-glass)膜１３を形成
する。ＳＯＧ膜１３をＲＩＥにより平坦化エッチングし
た後、さらに絶縁膜１４を堆積する。続いて、所定のリ
ソグラフィとエッチングとにより、エミッタ電極２１上
にヴィアホールを形成する。このヴィアホールの形成に
用いたレジストマスクを残したままＡｕを真空蒸着し、
レジストマスクを除去すると、ヴィアホールがＡｕプラ
グ２４で埋め込まれる。この後、引き出し配線３２，３
３と同様の手順により引き出し配線３１を形成する。以
上で、図６(Ｂ)に示すＨＢＴ１が完成する。

【００４７】上記の製造方法においては、エミッタ膜７
０およびエミッタコンタクト膜８０の成長温度Ｔおよび
温度Ｔ_Aの間には、 Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃ といった関係が成り立つ。膜７０,８０の成長温度Ｔよ
りも高い温度Ｔ_Aで熱処理が行われるため、エミッタ膜
７０の下地層であるベース膜６０に炭素原子とともに取
り込まれた水素原子は、膜７０,８０を通過して半導体
結晶から脱離できる。そのため、ベース膜６０中へ添加
された炭素原子の活性化率が向上する。しかも、熱処理
の温度Ｔ_Aは６００℃以下なので、熱処理中にエミッタ
コンタクト膜８０の表面モフォロジが悪化するのを防止
できる。

【００４８】ところで、炭素ドープＩｎＧａＡｓ層をト
リメチルアルシン(Trimethylarsine：ＴＭＡｓ)および
窒素(Ｎ₂)の雰囲気中で熱処理する方法が、A. Lindner,
et.al., J. of Cryst. Growth 170(1997)287-291.："T
he role of hydrogen in low-temperature MOVPE growt
h and carbon doping of In_0.53Ga_0.47As for InP-base
d HBT"に記載されている。この方法では、水素を含まな
い雰囲気中で熱処理を行うため、雰囲気中から炭素ドー
プ層への水素の拡散は起こらない。よって、炭素ドープ
層から水素を十分に脱離することができ、炭素のアクセ
プタとしての活性化率を向上できる。また、ＴＭＡｓ分
子中には水素原子が含まれるが、このような水素原子
は、メチル基の炭素原子と強固に結合しているため、結
晶中へと拡散することはない。

【００４９】しかしながら、上記のＴＭＡｓおよびＮ₂
雰囲気中で熱処理を行う方法においては、ＴＭＡｓを供
給するための配管が必要となるため、熱処理を行う装置
が高価となってしまう。またＴＭＡｓも高価である。こ
れに対し、本実施形態の製造方法では、Ｈ₂ガス雰囲気
中またはＮ₂ガス雰囲気中で熱処理を行えるため、ＴＭ
Ａｓは不要であり、特別な配管を備える装置は不要であ
る。

【００５０】さらに、本実施形態の製造方法において
は、膜７０,８０の成長温度Ｔは５００℃以上であるた
め、結晶性のよいエミッタ膜７０およびエミッタコンタ
クト膜８０を成長できる。エミッタ層となるべき半導体
層を４８０℃以下とするバイポーラトランジスタの作製
方法が特開平９−２０５０１号公報に記載されている。
この方法は、 (１)炭素を添加したベース層を成長し、
(２)このベース層上に、ｎ型のエミッタ層、およびｎ型
またはｉ型の第１キャップ層を順次堆積し、(３)不活性
ガス雰囲気中で活性化熱処理を行った後、(４)ｎ型の第
２エミッタ層およびｎ型の第２キャップ層を順次再成長
するといった各工程を備える。また、再成長時には、成
長温度が４８０℃以下とされる。

【００５１】しかし、第２エミッタ層の成長温度が４８
０℃以下では、結晶性の良いエミッタ層を得るのは難し
い。これは、この程度の温度では、結晶成長中、基板表
面での吸着原子または分子のマイグレーションが十分に
起こらないためである。これに対して、本実施形態のバ
イポーラトランジスタの製造方法では、膜７０,８０の
成長温度Ｔは５００℃以上であるので、エミッタ層７お
よびエミッタコンタクトメサ８の結晶性を向上できる。

【００５２】次いで、本実施形態によるＨＢＴ１の製造
方法の効果を確認するための実験について説明する。

【００５３】（試料の作製）図７は、実験で作製したエ
ピタキシャル層積層体の構成を示す模式図である。図示
の通り、この積層体は、半絶縁性ＩｎＰからなる基板２
０上に、コレクタ膜５００、ベース膜６００、エミッタ
膜７００、エミッタコンタクト膜８００がこの順にエピ
タキシャル成長されて構成される。すなわち、上述のＨ
ＢＴ１とほぼ同一の構成とした。上記の各膜の材料、お
よび厚さは、表２に示す通りとした。

【表２】 また、積層体の作製にはＯＭＶＰＥ装置を使用した。ベ
ース膜６００の成長中、ＣＢｒ₄の流量はすべての試料
について同じ値とした。このＣＢｒ₄流量は、予め行っ
た実験から、ベース膜６００内の炭素原子濃度が約３×
１０¹⁹ｃｍ^-3となる値とした。なお、この炭素原子濃度
は、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectrometry)によ
り測定した。

【００５４】実験では、エミッタコンタクト膜８００の
成長温度が異なる４種類の積層体を作製した。以下、こ
れらを試料Ａ、試料Ｂ、試料Ｃ、試料Ｄとする。これら
の試料におけるエミッタコンタクト膜８００の成長温度
Ｔは、以下の通りとした。 ・試料Ａ：６８０℃ ・試料Ｂ：６３０℃ ・試料Ｃ：５８０℃ ・試料Ｄ：５３０℃ また、試料Ａ〜Ｄにおいて、エミッタ膜７００、ベース
膜６００、およびコレクタ膜５００の成長温度は、以下
の通りとした。 ・エミッタ膜７００：５００℃ ・ベース膜６００：４７０℃ ・コレクタ膜５００：６３０℃。

【００５５】なお、異なる熱処理条件で比較するため、
試料Ａ〜Ｄを各々４個作製した。これらは、ＯＭＶＰＥ
装置内にＩｎＰ基板を４枚導入し、一回の成長で作製し
た。

【００５６】（熱処理条件および評価結果）次に、上述
の通り作製した試料の評価方法について説明する。４つ
の試料Ａのそれぞれに対して、以下の条件で熱処理を行
った。すなわち、４つの異なる条件でそれぞれ熱処理さ
れた４つの試料Ａを得た。なお、熱処理は、エミッタコ
ンタクト膜８００の成長後、反応室から取り出すことな
く行われた。熱処理時間は５分とした。 （１）Ｈ₂雰囲気中、温度５００℃、反応室内圧力１０⁴
Ｐａ （２）Ｎ₂雰囲気中、温度６００℃、反応室内圧力９．
５×１０⁴Ｐａ （３）Ｎ₂雰囲気中、温度６５０℃、反応室内圧力９．
５×１０⁴Ｐａ （４）熱処理なし 次いで、各試料Ａについて、ベース膜６００の正孔濃度
を測定した。この測定は、エミッタコンタクト膜８００
を硫酸系のエッチング液により除去し、エミッタ膜７０
０を塩酸系のエッチング液により除去した後、ホール測
定(Hall measurement)にて行なわれた。試料Ａについて
測定を行った後、試料Ｂ〜Ｄについても、試料Ａと同様
に評価を行った。評価の結果を表３に示す。

【表３】 表３を参照すると、試料Ｃを上記の条件(２)で熱処理し
た場合と、試料Ｄを同じく条件(２)で熱処理した場合と
で、熱処理を行わなかった場合に比べ、正孔濃度が大き
く増加している。具体的には、いずれの場合も、条件
(２)の熱処理後、正孔濃度は２．０×１０¹⁹ｃｍ^-3を超
えている。

【００５７】試料Ｃ，Ｄであっても、条件(１)で熱処理
した場合には、ベース膜６００の正孔濃度はあまり増加
していない。さらに、試料Ａ，Ｂについては、いずれの
条件により熱処理しても、正孔濃度の顕著な増加は認め
られない。

【００５８】正孔濃度の大きな増加が認められた試料に
ついて、エミッタコンタクト膜８００の成長温度をＴ
(℃)とし、熱処理の温度をＴ_A(℃)とすると、 Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃ といった関係を満たしている。また、これらの試料のエ
ミッタコンタクト膜８００およびエミッタ膜７００の成
長温度は５００℃以上である。すなわち、これらの試料
は、上記のＨＢＴ１の製造方法における成長温度と熱処
理とに関わる条件を満たしている。よって、この実験の
結果から、本実施形態の製造方法の効果が理解される。

【００５９】なお、実験においては、エミッタ膜７００
は、意図的なドーピングを行わずに成長された。一方、
上記のＨＢＴ１においては、エミッタ膜７０は、Ｓｉが
ドーピングされたｎ型である。すなわち、ＨＢＴ１にお
いては、ベース膜６０とエミッタ膜７０との界面にｐｎ
接合が形成されている。ｐｎ接合が形成されると、この
接合中の電界により、水素原子の拡散が阻害されること
が知られている(特開平９−２０５１０１号公報参照)。
しかしながら、本発明者は、熱処理の温度Ｔ_Aが５００
℃より高い場合には、水素原子は十分に拡散できると考
えている。特開平９−２０５１０１号公報には、ある条
件の下、５２０℃、１分の熱処理で十分な活性化が達成
できることが示されている。水素の拡散は、熱活性化に
よるものであり、温度が５００℃であっても熱処理時間
を長くすることで活性化は可能である。

【００６０】また、本発明者は、上記の試料Ａ〜Ｄのす
べてについて、試料表面を観察した。その結果、条件
(１)および(２)で熱処理された試料においては、表面モ
フォロジの悪化は殆ど認められなかった。実際にＨＢＴ
を製造する場合に、わずかな表面の悪化が後の製造工程
あるいは素子特性に悪影響を与える場合には、エミッタ
コンタクト膜８０上にＩｎＰ膜を成長するようにしても
よい。熱処理中に、このＩｎＰ膜の表面がわずかながら
でも悪化したとしても、熱処理後、このＩｎＰ膜を塩酸
系のエッチング液により除去すれば、良好な表面モフォ
ロジを有するエミッタコンタクト膜８０が最表面に現れ
ることとなる。

【００６１】さらに、本発明者は、半絶縁性ＩｎＰ基板
上にベース膜のみを成長した比較実験を行った。ここで
のベース膜は、ベース膜６００と同一の成長条件とし
た。成長後には、上記の(１)の条件で熱処理を行った。
その後、このベース膜の正孔濃度を測定したところ、正
孔濃度は、２．２×１０¹⁹ｃｍ^-3程度であった。この結
果は、条件(２)で熱処理された試料Ｃおよび試料Ｄとほ
ぼ同一である。すなわち、試料Ｃ,Ｄを条件(２)で熱処
理すれば、ベース膜６００上にエミッタ膜７００および
エミッタコンタクト膜８００が形成された場合であって
も、これらの膜６００,７００を通過して、ベース膜６
００から水素原子が脱離することを示している。すなわ
ち、ＨＢＴ１の製造中においても、ベース膜６０内の水
素原子は、エミッタ膜７０およびエミッタコンタクト膜
８０を通過して脱離し、その結果、ベース膜６０内の炭
素原子が活性化してアクセプタとして機能できるように
なる。

【００６２】以上、実施形態を参照しながら、本発明に
係るバイポーラトランジスタの製造方法を説明したが、
本発明はこれに限ることなく、様々な変形が可能であ
る。

【００６３】エミッタ膜７０およびエミッタコンタクト
膜８０を同じ成長温度で成長するようにしたが、熱処理
温度Ｔ_Aよりも低い温度であれば、これらの膜を異なる
温度で成長してもよい。この場合であっても、これらの
成長温度は５００℃以上であると好ましい。

【００６４】ＨＢＴ１は、約１０ｎｍと薄いエミッタ層
７と、エミッタ層７上のエミッタコンタクトメサ８とを
備えるよう構成されたが、エミッタ層を、例えば３００
ｎｍ程度といった厚さに設けるようにしても良い。この
程度の厚さのエミッタ層を有するＨＢＴにおいては、例
えば、エミッタ層の表面側の電子濃度を高くすれば、高
い電子濃度を有する部分が実質的にエミッタコンタクト
として機能する。また、ＨＢＴ１では、エミッタ層７は
ＩｎＰから構成されたが、ＩｎＰに替わりＩｎＡｌＡｓ
から構成されてもよい。

【００６５】さらに、上記の実施形態では、上述の通
り、熱処理工程はＯＭＶＰＥ装置内で行われたが、所定
の加熱炉で行われても良い。ここで、加熱炉としては、
炉内に水素ガスまたは窒素ガスを供給でき、基板２を６
００℃程度まで加熱できれば、形状や型式は問わず、ど
のような加熱炉であっても良い。なお、炉内の圧力を調
整できると尚好ましい。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るバイ
ポーラトランジスタの製造方法においては、コレクタ
層、ベース層、エミッタ層およびエミッタコンタクト層
となるべき各半導膜を含む半導体多層膜が有機金属気相
成長法により形成される。ここで、ベース層となるべき
半導体膜には炭素が添加され、エミッタ層およびエミッ
タコンタクト層となるべき各半導体膜の成長温度は、後
の工程として行われる熱処理の温度よりも低く、しかも
熱処理の温度は６００℃以下とされる。このため、コレ
クタ層、ベース層、エミッタ層およびエミッタコンタク
ト層となるべき各半導膜を含む半導体多層膜を成長した
後に、炭素添加ベース層の正孔濃度を増加できるバイポ
ーラトランジスタの製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(Ａ)は、ＨＢＴの構成を示す平面図であ
る。図１(Ｂ)は、図１(Ａ)のＩ−Ｉ線に沿った断面図で
ある。

【図２】図２(Ａ)〜(Ｃ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明
する図である。

【図３】図３(Ａ)〜(Ｃ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明
する図である。

【図４】図４(Ａ)〜(Ｃ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明
する図である。

【図５】図５(Ａ)〜(Ｃ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明
する図である。

【図６】図６(Ａ),(Ｂ)は、ＨＢＴ１の製造方法を説明
する図である。

【図７】図７は、実験で作製したエピタキシャル層積層
体の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１・・・ＨＢＴ、２・・・基板、３・・・サブコレクタメサ、５・
・・コレクタ層、６・・・ベース層、７・・・エミッタ層、８・・
・エミッタコンタクトメサ、１０・・・主要部メサ、１１・・
・絶縁膜、１２，１４・・・絶縁膜、１３・・・ＳＯＧ膜、２
１・・・エミッタ電極、２２・・・ベース電極、２３・・・コレ
クタ電極、３０・・・サブコレクタ膜、３１・・・配線、５０
・・・コレクタ膜、５１・・・エッチングマスク、５２・・・エ
ッチングマスク、５３・・・エッチングマスク、６０・・・ベ
ース膜、６１・・・マスク層、７０・・・エミッタ膜、８０・・
・エミッタコンタクト膜、８１・・・金属膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F003 AZ01 BA11 BA92 BB01 BB04 BB05 BE04 BE90 BF06 BM02 BM03 BP08 BP11 BP31 BP96 5F045 AA04 AB12 AB17 AC01 AC08 AC09 AC19 AD08 AD09 AD10 AD11 AF04 CA02 HA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コレクタ層となるべき第１の膜と、ベー
   ス層となるべき第２の膜と、エミッタ層となるべき第３
   の膜と、エミッタコンタクト層となるべき第４の膜と、
   を含む半導体多層膜を有機金属気相成長法により半導体
   基板上に形成する工程と、 前記半導体多層膜を温度Ｔ_A(℃)で熱処理する工程と、 熱処理された前記半導体多層膜を加工して、コレクタ
   層、ベース層、エミッタ層、およびエミッタコンタクト
   層を形成する工程と、を備え、 前記第２の膜にはアクセプタ不純物として炭素が添加さ
   れ、 前記第３および前記第４の膜の成長温度Ｔ(℃)および前
   記温度Ｔ_Aは、 Ｔ＜Ｔ_A≦６００℃ といった関係を満たす、バイポーラトランジスタの製造
   方法。
2. 【請求項２】 前記第２の膜および前記第４の膜はＩｎ
   ＧａＡｓから構成される、請求項１記載のバイポーラト
   ランジスタの製造方法。
3. 【請求項３】 前記成長温度Ｔは５００℃以上である、
   請求項１または２に記載のバイポーラトランジスタの製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記熱処理する工程の前に前記第４の膜
   上にＩｎＰ層を更に形成する工程と、 前記熱処理する工程の後に該ＩｎＰ層を除去する工程
   と、を更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載
   のバイポーラトランジスタの製造方法。
5. 【請求項５】 前記除去する工程にて、塩酸を含むエッ
   チング液が使用される、請求項４記載のバイポーラトラ
   ンジスタの製造方法。
6. 【請求項６】 前記熱処理する工程にて、前記所定の温
   度Ｔ_Aは５００℃よりも高く、且つ熱処理時間が５分以
   上である、請求項１から５のいずれか一項に記載のバイ
   ポーラトランジスタの製造方法。