JP2005072467A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device where an effective bonding area between an emitter and a base is reduced for reducing a bonding capacity between the emitter and the base, and to provide a method for manufacturing the same. <P>SOLUTION: The semiconductor device is provided with a substrate 10, the first semiconductor area 13 of a first conduction type formed on the substrate 10, the second semiconductor area 14 of a second conduction type which is at least partially bonded with the first semiconductor area 13, and the third semiconductor area 16 of a first conduction type. The third semiconductor area 16 is formed on the surface of the second semiconductor area 14 at a prescribed length from the bonding surface of the first semiconductor area 13 and the second semiconductor area 14 so that a depletion layer 17 extended from the bonding surface with the second semiconductor layer 14 may reduce the bonding area of the first semiconductor area 13 and the second semiconductor area 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、接合を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a junction and a manufacturing method thereof.

近年、バイポーラトランジスタのような接合を有する半導体装置は、高速デジタルLSIや、アナログICなどの基本素子として、広く用いられている。また、超高周波・超高速トランジスタや大電力トランジスタなど、用途に合わせて様々な素子が形成されている。   In recent years, semiconductor devices having junctions such as bipolar transistors have been widely used as basic elements such as high-speed digital LSIs and analog ICs. Various elements such as ultrahigh frequency / ultrahigh speed transistors and high power transistors are formed in accordance with the application.

例えば、化合物系ヘテロバイポーラトランジスタ(Hetero Bipolar Trangistor、以下、HBTとも称する)において、高周波信号を入力した際のエミッタ・ベース間の接合容量を低減するために、エミッタ層におけるメサ構造(以下、エミッタメサ構造とも称する)を微細に形成することが望まれている。現在、エミッタメサ構造はドライエッチングやウェットエッチングなどを用いて形成されているが、エミッタメサ構造の微細化の為に、ウェットエッチング特有のサイドエッチングを用いる場合が多い。   For example, in a compound hetero bipolar transistor (Hetero Bipolar Transistor, hereinafter also referred to as HBT), a mesa structure (hereinafter referred to as an emitter mesa structure) in an emitter layer is used to reduce the junction capacitance between an emitter and a base when a high frequency signal is input. It is also desired to form a finely-structured layer. At present, the emitter mesa structure is formed by using dry etching, wet etching, or the like. In many cases, side etching specific to wet etching is used for miniaturization of the emitter mesa structure.

一方、半導体領域を絶縁化する方法、および半導体領域に異なる導電型の半導体領域を形成する方法においては、一般的にイオン注入法あるいは拡散法などが用いられている。   On the other hand, in a method for insulating a semiconductor region and a method for forming a semiconductor region having a different conductivity type in a semiconductor region, an ion implantation method or a diffusion method is generally used.

上記のような拡散法を用いて形成された化合物ヘテロバイポーラトランジスタとしては、メサ形状領域の外側のp型ベース層領域からp型導電性不純物がn型エミッタ層領域およびn型コレクタ層領域に拡散されてp型となったベースコンタクト領域を有し、電流増幅率の低下を防ぐことが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−35857号公報
In the compound heterobipolar transistor formed by using the diffusion method as described above, p-type conductive impurities diffuse from the p-type base layer region outside the mesa-shaped region to the n-type emitter layer region and the n-type collector layer region. It is known to have a base contact region that is p-type to prevent a decrease in current gain (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-35857 A

しかしながら、上記のような従来の半導体装置においては、様々な問題点があった。
例えば、エミッタメサ構造を微細化するためのサイドエッチングは制御が難しく、また、微細化によりエミッタメサ構造の機械的強度は低下する。
However, the conventional semiconductor device as described above has various problems.
For example, side etching for miniaturizing the emitter mesa structure is difficult to control, and the mechanical strength of the emitter mesa structure decreases due to the miniaturization.

また、コンタクト抵抗を低減するために、エミッタメサ構造上に形成されるエミッタ電極の幅を大きくすることが望まれている。しかしながら、エッチングなどにより機械的に微細化されたエミッタメサ構造においては、形成されたエミッタ電極と比較してエミッタメサ構造が小さいので、不安定な構造となる。その結果、歩留りの低下などを招く。   In order to reduce the contact resistance, it is desired to increase the width of the emitter electrode formed on the emitter mesa structure. However, an emitter mesa structure that is mechanically miniaturized by etching or the like has an unstable structure because the emitter mesa structure is smaller than the formed emitter electrode. As a result, the yield is reduced.

一方、イオン注入法により半導体領域に異なる導電型の半導体領域を形成する方法においては、エミッタ層の側面にイオン注入することは難しい。また、従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、エミッタキャップ層の導電性不純物濃度は1×1019cm-3以上である。このため、イオン注入法により、異なる導電型の半導体領域を形成することは困難である。 On the other hand, in the method of forming semiconductor regions of different conductivity types in the semiconductor region by ion implantation, it is difficult to implant ions into the side surface of the emitter layer. In the conventional heterojunction bipolar transistor, the conductive impurity concentration of the emitter cap layer is 1 × 10 19 cm −3 or more. For this reason, it is difficult to form semiconductor regions of different conductivity types by ion implantation.

さらに、上記の特許文献1のように、拡散法を用いてベース層と同じ導電型の半導体領域をエミッタ層領域およびコレクタ層領域に形成し、ベースコンタクト領域としているが、実効的なエミッタ・ベース接合面積は大きく変化していない。そのため、接合容量を大きく低減させることは困難であると考えられる。   Further, as in the above-mentioned Patent Document 1, a semiconductor region having the same conductivity type as that of the base layer is formed in the emitter layer region and the collector layer region by using the diffusion method to form the base contact region. The bonding area has not changed significantly. For this reason, it is considered difficult to greatly reduce the junction capacitance.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エミッタ・ベース間の接合容量を低減し、実効的なエミッタ・ベース間の接合面積を低減する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce a junction capacitance between an emitter and a base and reduce an effective emitter-base junction area, and a semiconductor device thereof It is to provide a manufacturing method.

上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置は、基板と、基板上に形成された第1導電型の第1の半導体領域と、少なくとも一部が第1の半導体領域と接合する第2の導電型の第2の半導体領域と、第2の半導体領域の表面に、第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して形成され、第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層が第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面積を狭めるように形成された第1導電型の第3の半導体領域とを有する。   In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a first semiconductor region of a first conductivity type formed on the substrate, and at least a part of which is joined to the first semiconductor region. A second semiconductor region having a conductivity type of 2 and formed on the surface of the second semiconductor region at a predetermined distance from a bonding surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region, A depletion layer extending from the junction surface with the region has a third semiconductor region of the first conductivity type formed so as to narrow a junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.

本発明の半導体装置によれば、第2導電型の第2半導体の表面に、第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して形成された第1導電型の第3の半導体領域を有する。
その結果、第3の半導体領域と第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層により、第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面積を狭める。
According to the semiconductor device of the present invention, the first conductivity type formed on the surface of the second conductivity type second semiconductor at a predetermined distance from the junction surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region. A third semiconductor region.
As a result, the depletion layer extending from the junction surface between the third semiconductor region and the second semiconductor region reduces the junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.

上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置は、基板と、基板の上面に形成されたコレクタ層と、コレクタ層の上面に形成されたベース層と、ベース層の上面に形成されたエミッタ層と、エミッタ層の表面に、ベース層とエミッタ層との接合面から所定の距離離間して形成され、エミッタ層との接合面から伸びる空乏層がベース層とエミッタ層との接合面積を狭めるように形成されたエミッタ層と異なる導電型の半導体領域とを有する。   To achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is formed on a substrate, a collector layer formed on the upper surface of the substrate, a base layer formed on the upper surface of the collector layer, and an upper surface of the base layer. A depletion layer formed on the emitter layer and the emitter layer surface at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer and extending from the junction surface with the emitter layer reduces the junction area between the base layer and the emitter layer. It has an emitter layer formed so as to be narrowed and a semiconductor region having a different conductivity type.

本発明の半導体装置によれば、エミッタ層の表面に、ベース層とエミッタ層との接合面から所定の距離離間して形成されたエミッタ層と異なる導電型の半導体領域を有する。
その結果、半導体領域とエミッタ層との接合面から伸びる空乏層により、ベース層とエミッタ層との接合面積を狭める。
According to the semiconductor device of the present invention, the surface of the emitter layer has a semiconductor region having a conductivity type different from that of the emitter layer formed at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer.
As a result, the depletion layer extending from the junction surface between the semiconductor region and the emitter layer narrows the junction area between the base layer and the emitter layer.

上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置の製造方法は、基板に第1導電型の第1の半導体領域を形成する工程と、少なくとも一部が第1の半導体領域と接合する第2導電型の第2の半導体領域を形成する工程と、第2の半導体領域の表面に、第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して、第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層が第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面積を狭めるような第1導電型の第3の半導体領域を形成する工程とを有する。   In order to achieve the above object, the above-described method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a substrate, and a first step in which at least a part is joined to the first semiconductor region. Forming a second-conductivity-type second semiconductor region; and separating the second semiconductor region from the bonding surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region by a predetermined distance on the surface of the second semiconductor region; Forming a third semiconductor region of a first conductivity type in which a depletion layer extending from a junction surface with the semiconductor region narrows a junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、基板に第1導電型の第1の半導体領域を形成する。
次に、少なくとも一部が第1の半導体領域と接合する第2導電型の第2の半導体領域を形成する。
次に、第2の半導体領域の表面に、第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して、第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層が第1の半導体領域と第2の半導体領域との接合面積を狭めるような第1導電型の第3の半導体領域を形成する。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first semiconductor region of the first conductivity type is formed on the substrate.
Next, a second semiconductor region of a second conductivity type that is at least partially joined to the first semiconductor region is formed.
Next, on the surface of the second semiconductor region, a depletion layer extending from the junction surface with the second semiconductor region is spaced apart from the junction surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region by a predetermined distance. A third semiconductor region of the first conductivity type is formed so as to reduce a junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.

上記目的を達成するため、上記の本発明の半導体装置の製造方法は、基板の上面にコレクタ層を形成する工程と、コレクタ層の上面に、ベース層を形成する工程と、ベース層の上面に、エミッタ層を形成する工程と、エミッタ層の表面に、ベース層とエミッタ層との接合面から所定の距離離間して、エミッタ層との接合面から伸びる空乏層がベース層とエミッタ層との接合面を狭めるような、エミッタ層と異なる導電型の半導体領域を形成する工程とを有する。   In order to achieve the above object, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a collector layer on the upper surface of a substrate, a step of forming a base layer on the upper surface of the collector layer, and an upper surface of the base layer. A step of forming the emitter layer, and a depletion layer extending from the junction surface between the base layer and the emitter layer at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer on the surface of the emitter layer. Forming a semiconductor region having a conductivity type different from that of the emitter layer so as to narrow the bonding surface.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、基板の上面にコレクタ層を形成し、コレクタ層の上面に、ベース層を形成する。
次に、ベース層の上面に、エミッタ層を形成する。
次に、エミッタ層の表面に、ベース層とエミッタ層との接合面から所定の距離離間して、エミッタ層との接合面から伸びる空乏層がベース層とエミッタ層との接合面を狭めるような、エミッタ層と異なる導電型の半導体領域を形成する。
According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the collector layer is formed on the upper surface of the substrate, and the base layer is formed on the upper surface of the collector layer.
Next, an emitter layer is formed on the upper surface of the base layer.
Next, a depletion layer extending from the junction surface with the emitter layer narrows the junction surface between the base layer and the emitter layer at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer on the surface of the emitter layer. A semiconductor region having a conductivity type different from that of the emitter layer is formed.

本発明の半導体装置によれば、実効的なエミッタ・ベース間の接合面積を低減し、エミッタ・ベース間の接合容量を低減することができる。
本発明の半導体装置の製造方法によれば、実効的なエミッタ・ベース間の接合面積を低減し、エミッタ・ベース間の接合容量を低減することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, the effective emitter-base junction area can be reduced, and the emitter-base junction capacitance can be reduced.
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the effective emitter-base junction area can be reduced, and the emitter-base junction capacitance can be reduced.

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

〔第1の実施形態〕
図1は、本実施形態に係る半導体装置を模式的に示す概略断面図である。
例えば、半絶縁性のFeドープされたInPの単結晶からなる基板10にn型のInGaAsあるいはInPからなるサブコレクタ層11が形成され、サブコレクタ層11の上面の一部にn型のInPからなるコレクタ層12が形成されている。コレクタ層12の上面にp型のInGaAsからなるベース層13が形成され、ベース層13の上面の一部にn型のInPからなるエミッタ層14が形成されている。エミッタ層14の上面にはn+
型のInGaAsからなるエミッタキャップ層が形成され、npn型のHTBを構成している。
ここで、第1の半導体領域をベース層13、第2の半導体領域をエミッタ層14、あるいはエミッタ層14およびエミッタキャップ層15、第3の半導体領域を半導体領域16とする。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the semiconductor device according to the present embodiment.
For example, a sub-collector layer 11 made of n-type InGaAs or InP is formed on a substrate 10 made of a semi-insulating Fe-doped InP single crystal, and a part of the upper surface of the sub-collector layer 11 is made of n-type InP. A collector layer 12 is formed. A base layer 13 made of p-type InGaAs is formed on the upper surface of the collector layer 12, and an emitter layer 14 made of n-type InP is formed on a part of the upper surface of the base layer 13. On the upper surface of the emitter layer 14, n +
An emitter cap layer made of type InGaAs is formed to constitute an npn type HTB.
Here, the first semiconductor region is the base layer 13, the second semiconductor region is the emitter layer 14, or the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15, and the third semiconductor region is the semiconductor region 16.

ここで、基板10は、上記のInPの他、GaAsなどを用いてもよい。
サブコレクタ層11は、例えば300〜500nm程度の厚さに形成され、コレクタ層12は、例えば500nm程度の厚さに形成されている。また、ベース層は、例えば50〜75nm程度の厚さに形成され、エミッタ層12は、例えば100nm程度の厚さに形成されている。
Here, the substrate 10 may use GaAs or the like in addition to the above InP.
The subcollector layer 11 is formed with a thickness of about 300 to 500 nm, for example, and the collector layer 12 is formed with a thickness of about 500 nm, for example. The base layer is formed with a thickness of about 50 to 75 nm, for example, and the emitter layer 12 is formed with a thickness of about 100 nm, for example.

エミッタキャップ層15およびエミッタ層14は、メサ構造に形成され、ベースコンタクトを形成している。また、ベース層13およびコレクタ層12は、メサ構造に形成されている。   The emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 are formed in a mesa structure and form a base contact. The base layer 13 and the collector layer 12 are formed in a mesa structure.

さらに、エミッタキャップ層15の上面にはエミッタ電極18が形成され、ベース層13の上面の一部にはベース電極19が形成され、サブコレクタ層11の上面の一部にはコレクタ電極20が形成されている。
上記のエミッタ電極18、ベース電極19、およびコレクタ電極20は、たとえば、Tiを50nm、Ptを20〜30nm、Auを120nm積層したものとする。
Further, an emitter electrode 18 is formed on the upper surface of the emitter cap layer 15, a base electrode 19 is formed on a part of the upper surface of the base layer 13, and a collector electrode 20 is formed on a part of the upper surface of the subcollector layer 11. Has been.
The emitter electrode 18, the base electrode 19, and the collector electrode 20 are formed by stacking, for example, Ti 50 nm, Pt 20-30 nm, and Au 120 nm.

また、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14の側壁部において、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14と異なる導電型の半導体領域16が形成されている。半導体領域16とエミッタキャップ層15およびエミッタ層14との接合面から空乏層17が伸びている。   A semiconductor region 16 having a conductivity type different from that of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 is formed on the side walls of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14. A depletion layer 17 extends from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14.

図2は、図1に示す半導体装置のベース層およびエミッタ層周辺の概略拡大図を示す。
ベース層13の上面にエミッタ層14が形成され、エミッタ層14の上面にエミッタキャップ層15が形成され、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15は、メサ構造に形成されている。また、エミッタキャップ層15の上面には、エミッタ電極が形成されている。
さらに、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の側壁に半導体領域16が形成され、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15との接合面から空乏層17が形成される。ここで、半導体領域16はエミッタ層14およびエミッタキャップ層15と異なる導電型の導電性不純物が導入されている。
FIG. 2 is a schematic enlarged view around the base layer and the emitter layer of the semiconductor device shown in FIG.
An emitter layer 14 is formed on the upper surface of the base layer 13, an emitter cap layer 15 is formed on the upper surface of the emitter layer 14, and the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15 are formed in a mesa structure. An emitter electrode is formed on the upper surface of the emitter cap layer 15.
Further, a semiconductor region 16 is formed on the sidewalls of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15, and a depletion layer 17 is formed from the junction surface between the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15. Here, a conductive impurity having a conductivity type different from that of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15 is introduced into the semiconductor region 16.

半導体領域16は、エミッタ層14とベース層13との接合面から所定の間隔離間されて形成されている。また、半導体領域16とエミッタ層14およびエミッタキャップ層15との接合面から伸びた空乏層17は、エミッタ層14とベース層13との接合面の端部まで伸び、実効的なエミッタ層14とベース層13との接合面積を低下させている。   The semiconductor region 16 is formed at a predetermined distance from the junction surface between the emitter layer 14 and the base layer 13. Further, the depletion layer 17 extending from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15 extends to the end portion of the junction surface between the emitter layer 14 and the base layer 13. The bonding area with the base layer 13 is reduced.

エミッタ層114に異なる導電型の半導体領域を形成する場合、形成される半導体領域の寸法は、例えば、導入される導電性不純物の拡散量および拡散時間により制御することができる。
また、空乏層17の領域の寸法は、導電性不純物が拡散される半導体材料、半導体材料の導電性不純物濃度、および導入される導電性不純物の拡散濃度により制御することができる。
When semiconductor regions of different conductivity types are formed in the emitter layer 114, the size of the formed semiconductor region can be controlled by, for example, the diffusion amount and diffusion time of the introduced conductive impurities.
In addition, the size of the region of the depletion layer 17 can be controlled by the semiconductor material into which conductive impurities are diffused, the conductive impurity concentration of the semiconductor material, and the diffusion concentration of the introduced conductive impurities.

本実施形態に係る半導体装置においては、エミッタ層14は、エミッタキャップ層15をマスクとして上面からエッチングされ、エミッタ層14の膜厚は、形成された当初よりも薄くなっている。ここで、絶縁膜20をマスクとして半導体領域16を形成するとき、拡散が等方的に進むと仮定すると、エッチング後のエミッタ層14の膜厚以上にエミッタ層14の側面に拡散させることはできない。その結果、エミッタ層14の膜厚を100nm程度とすると、形成される半導体領域16は、最大でも片側100nm程度となる。   In the semiconductor device according to the present embodiment, the emitter layer 14 is etched from the upper surface using the emitter cap layer 15 as a mask, and the thickness of the emitter layer 14 is smaller than the initial thickness. Here, when the semiconductor region 16 is formed using the insulating film 20 as a mask, if it is assumed that diffusion proceeds isotropically, it cannot be diffused to the side surface of the emitter layer 14 beyond the thickness of the emitter layer 14 after etching. . As a result, when the thickness of the emitter layer 14 is about 100 nm, the formed semiconductor region 16 is about 100 nm on one side at the maximum.

例えば、エミッタ電極18の幅が1μm程度に形成され、それに伴いエミッタキャップ層15およびエミッタ層14も幅1μm程度、あるいは1μm以下でベース層13と接合されている。このとき、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14の側壁部に、ベース層13との接合面から所定の距離離間して、エミッタ層14の側壁部からそれぞれの片側において100nm程度になるように半導体領域16を形成する。   For example, the width of the emitter electrode 18 is formed to be about 1 μm, and accordingly, the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 are also joined to the base layer 13 with a width of about 1 μm or less than 1 μm. At this time, the semiconductor region is formed so that the side wall portions of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 are separated by a predetermined distance from the joint surface with the base layer 13 and about 100 nm on each side from the side wall portion of the emitter layer 14. 16 is formed.

その結果、半導体領域16とエミッタ層14およびエミッタキャップ層15との接合面から空乏層17が伸びる。空乏層17が形成される領域は、遷移領域幅を求める式で求めることができる。同様に、両側壁部のエミッタ層14およびベース層13との接合面において、エミッタ層14と半導体領域16との接合面から空乏層17が伸び、接合面が減少する。たとえば、エミッタ層14およびベース層13との接合面において、エミッタ層14と半導体領域16との接合面から伸びる空乏層17が、エミッタ層14およびベース層13の側壁部から100nm程度になるように半導体領域16が形成されている。   As a result, the depletion layer 17 extends from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15. The region where the depletion layer 17 is formed can be obtained by an equation for obtaining the transition region width. Similarly, the depletion layer 17 extends from the junction surface between the emitter layer 14 and the semiconductor region 16 at the junction surface between the emitter layer 14 and the base layer 13 on both side walls, and the junction surface decreases. For example, the depletion layer 17 extending from the junction surface between the emitter layer 14 and the semiconductor region 16 at the junction surface between the emitter layer 14 and the base layer 13 is about 100 nm from the side walls of the emitter layer 14 and the base layer 13. A semiconductor region 16 is formed.

上記のように、例えば、エミッタ層14の幅が1μmとすると、エミッタ層14およびベース層13の接合面において、空乏層17により片側100nm程度、つまり両側で200nm程度、エミッタ層14の幅を低減することができる。つまり、単純に接合容量は20%低減されることになる。
ここで、入力電圧に対する出力電流の変化量を示す相互コンダクタンスgm 、エミッタ・ベース接合容量Cf 、ベース・コレクタ接合容量Ci をそれぞれ用いて、電流遮断周波数fT は近似的に以下の式(1)で示すことができる。
As described above, for example, if the width of the emitter layer 14 is 1 μm, the depletion layer 17 reduces the width of the emitter layer 14 by about 100 nm on one side, that is, about 200 nm on both sides, at the junction surface of the emitter layer 14 and the base layer 13. can do. That is, the junction capacity is simply reduced by 20%.
Here, the current cutoff frequency f T is approximately expressed by the following equation using the mutual conductance g m indicating the amount of change in the output current with respect to the input voltage, the emitter-base junction capacitance C f , and the base-collector junction capacitance C i. It can be shown by (1).

Figure 2005072467
Figure 2005072467

上記の数式(1)より、接合容量を20%低減すると、電流遮断周波数fT は、約10%程度向上させることができる。
このように、拡散量により、半導体領域16を形成する領域を調整し、それに伴い形成される空乏層17によってベース層13とエミッタ層14との接合面積を低減する。その結果、接合容量を低減し、電流遮断周波数を向上させることができる。
From the above formula (1), when the junction capacitance is reduced by 20%, the current cutoff frequency f T can be improved by about 10%.
Thus, the region where the semiconductor region 16 is formed is adjusted by the diffusion amount, and the junction area between the base layer 13 and the emitter layer 14 is reduced by the depletion layer 17 formed accordingly. As a result, the junction capacitance can be reduced and the current cutoff frequency can be improved.

本実施形態の半導体装置によれば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の側壁部において、ベース層13とエミッタ層14との接合面から所定の距離を隔ててエミッタ層14と異なる導電型の半導体領域16が形成されている。その結果、エミッタ層14と半導体領域16との接合面から伸びる空乏層17により、ベース層13とエミッタ層14との接合面積を低減することができる。   According to the semiconductor device of the present embodiment, a semiconductor having a conductivity type different from that of the emitter layer 14 at a predetermined distance from the junction surface between the base layer 13 and the emitter layer 14 at the side walls of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15. Region 16 is formed. As a result, the depletion layer 17 extending from the junction surface between the emitter layer 14 and the semiconductor region 16 can reduce the junction area between the base layer 13 and the emitter layer 14.

そのため、エミッタ・ベース接合容量が低減し、上記のように、高周波特性が大幅に改善されることも考えられる。具体的には、電流利得遮断周波数fT の向上やパワーアンプ用の素子として用いるときの利得向上が期待できる。
また、実効的にエミッタ・ベース接合界面が外側に露出していないため、表面再結合電流を抑制し、エミッタ注入効率の改善に伴う電流利得βの増加も期待できる。
Therefore, the emitter-base junction capacitance is reduced, and it is conceivable that the high frequency characteristics are greatly improved as described above. Specifically, it gain enhancement expected when used as a device for improving and power amplifier of the current gain cut-off frequency f T.
Further, since the emitter-base junction interface is not effectively exposed to the outside, the surface recombination current can be suppressed, and an increase in current gain β accompanying improvement in emitter injection efficiency can be expected.

次に、図3および図4を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。   Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment will be described.

まず、図3(a)に示すように、例えば、半絶縁性のFeがドープされた単結晶InPよりなる基板10の一方の面に、例えば、分子線エピタキシャル(Molecular
Beam Epitaxy、以下、MBEとも称する)成長法や、有機金属気相エピタキシャル(Metal Organic Chemical vapor Deposition、以下、MOCVDとも称する)成長法などにより、n型のInGaAsからなるサブコレクタ層11を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, for example, molecular beam epitaxial (Molecular) is formed on one surface of a substrate 10 made of single crystal InP doped with semi-insulating Fe.
The sub-collector layer 11 made of n-type InGaAs is formed by a Beam Epitaxy (hereinafter also referred to as MBE) growth method or a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter also referred to as MOCVD) growth method.

次に、同様な方法を用いて、サブコレクタ層11の上面にn型のInPからなるコレクタ層12を形成し、コレクタ層12の上面にp型のInGaAsからなるベース層13を形成する。次に、ベース層13の上面にn型のInPからなるエミッタ層13を形成し、エミッタ層13の上面にn+ 型のInGaAsからなるエミッタキャップ層14を形成する。 Next, using the same method, the collector layer 12 made of n-type InP is formed on the upper surface of the subcollector layer 11, and the base layer 13 made of p-type InGaAs is formed on the upper surface of the collector layer 12. Next, an emitter layer 13 made of n-type InP is formed on the upper surface of the base layer 13, and an emitter cap layer 14 made of n + -type InGaAs is formed on the upper surface of the emitter layer 13.

ここで、エミッタ層13のn型の導電性不純物濃度は、1×1016cm-3程度、エミッタキャップ層14のn型の導電性不純物濃度は、1×1019cm-3程度とする。
さらに、n型の導電性不純物としては、例えばシリコン、リン、砒素などを用い、p型の導電性不純物としては、例えば炭素、ホウ素などを用いる。
Here, the n-type conductive impurity concentration of the emitter layer 13 is about 1 × 10 16 cm −3 , and the n-type conductive impurity concentration of the emitter cap layer 14 is about 1 × 10 19 cm −3 .
Further, for example, silicon, phosphorus, arsenic, or the like is used as the n-type conductive impurity, and, for example, carbon, boron, or the like is used as the p-type conductive impurity.

次に、エミッタキャップ層15の上面にレジスト膜などによりマスクを形成し、Ti、Pt、およびAuを順に蒸着法などにより成膜し、その後、レジスト膜を除去して所望の領域にエミッタ電極18となる金属膜を形成する。エミッタ電極18は、例えば幅1μm程度、長さ5μm程度に形成される。   Next, a mask is formed on the upper surface of the emitter cap layer 15 with a resist film or the like, and Ti, Pt, and Au are sequentially formed by vapor deposition or the like, and then the resist film is removed to form the emitter electrode 18 in a desired region. A metal film is formed. The emitter electrode 18 is formed with a width of about 1 μm and a length of about 5 μm, for example.

次に、図3(b)に示すように、形成されたエミッタ電極18をマスクとしてエミッタキャップ層15をエッチングなどにより除去する。続いて、エミッタ電極18およびエミッタキャップ層15をマスクとしてエミッタ層14を所定の厚さエッチングなどにより除去する。エミッタ層14は、ドライエッチングあるいはウェットエッチングにより除去される。そのとき、エミッタ層14の全てを除去せず、所定の厚さのみ除去するので、エミッタ層14のエッチング速度に基づいて所定の厚さが除去されるようにエッチング時間を制御する。   Next, as shown in FIG. 3B, the emitter cap layer 15 is removed by etching or the like using the formed emitter electrode 18 as a mask. Subsequently, the emitter layer 14 is removed by etching with a predetermined thickness using the emitter electrode 18 and the emitter cap layer 15 as a mask. The emitter layer 14 is removed by dry etching or wet etching. At this time, since not all of the emitter layer 14 is removed, but only a predetermined thickness is removed, the etching time is controlled so that the predetermined thickness is removed based on the etching rate of the emitter layer 14.

次に、エミッタ層14の上面にSiN膜などの絶縁膜30を形成する。絶縁膜30は、図示は省略するが、隣り合う他の素子において、導電性不純物の導入を防ぐために形成される。そのため、隣り合う素子に影響がなければ、形成する必要はない。
さらに、絶縁膜30の上面にレジスト膜31を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術などにより、エミッタ電極18およびエミッタキャップ層15およびエミッタ層14からなるエミッタメサ構造周辺の絶縁膜30を除去する。その際、エミッタメサ構造の側壁部の絶縁膜30を完全に除去する。
Next, an insulating film 30 such as a SiN film is formed on the upper surface of the emitter layer 14. Although not shown, the insulating film 30 is formed to prevent introduction of conductive impurities in other adjacent elements. Therefore, there is no need to form the adjacent elements if they do not affect the adjacent elements.
Further, a resist film 31 is formed on the upper surface of the insulating film 30, and the insulating film 30 around the emitter mesa structure including the emitter electrode 18, the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 is removed by a normal photolithography technique or the like. At this time, the insulating film 30 on the side wall portion of the emitter mesa structure is completely removed.

次に、図3(c)に示すように、レジスト膜31を除去し、絶縁膜30をマスクとして、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14の側壁部表面に、エミッタ層14と異なる導電型の導電性不純物を導入し、半導体領域16を形成する。ここでは、エミッタ層14と異なる導電型としてp型の導電性不純物を導入する。具体的には、600℃程度のジエチルZn雰囲気化中において、Znを露出したエミッタ層14およびエミッタキャップ層15に拡散する。ここで、半導体層をエピタキシャル成長する際の成長温度が600℃以下の材料を用いて形成されている場合、拡散する温度は600℃よりも低温となる。なお、p型の導電性不純物としては、上記のZnの他に、Cdなどの2族元素を用いることもできる。導入する濃度は、少なくともエミッタ層14のn型の導電性不純物濃度1×1016cm-3、およびエミッタキャップ層15のn型の導電性不純物濃度1×1019cm-3がそれぞれ空乏化する濃度とする。 Next, as shown in FIG. 3C, the resist film 31 is removed, and the insulating film 30 is used as a mask on the side wall portions of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 to have a conductivity type different from that of the emitter layer 14. A semiconductor region 16 is formed by introducing a conductive impurity. Here, a p-type conductive impurity is introduced as a conductivity type different from that of the emitter layer 14. Specifically, during the atmosphere of diethyl Zn at about 600 ° C., Zn diffuses into the exposed emitter layer 14 and emitter cap layer 15. Here, when the semiconductor layer is formed using a material having a growth temperature of 600 ° C. or lower when epitaxially growing the semiconductor layer, the diffusion temperature is lower than 600 ° C. As the p-type conductive impurity, a group 2 element such as Cd can be used in addition to the above Zn. Concentration to be introduced, the conductive impurity concentration of at least n-type emitter layer 14 1 × 10 16 cm -3, and the n-type conductivity impurity concentration 1 × 10 19 cm -3 in the emitter cap layer 15 is depleted, respectively Concentration.

ここで、半導体領域16は、例えば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の表面から100nm程度の厚さに形成される。このとき、エミッタメサ構造の近傍において露出されたエミッタ層14の上面にも同様の厚さで形成される。そのため、エミッタ層14は、形成される半導体領域16が下層のベース層13と接続しないように、形成される半導体領域16の厚さよりも厚くなければならない。   Here, the semiconductor region 16 is formed to a thickness of about 100 nm from the surfaces of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15, for example. At this time, a similar thickness is formed on the upper surface of the emitter layer 14 exposed in the vicinity of the emitter mesa structure. Therefore, the emitter layer 14 must be thicker than the semiconductor region 16 to be formed so that the semiconductor region 16 to be formed is not connected to the underlying base layer 13.

次に、図4(d)に示すように、半導体領域16を形成した後、絶縁膜30を除去する。また、エミッタ層14をエミッタキャップ層15をマスクとして除去する。このとき、エミッタ層14の上面に形成された半導体領域16も除去され、ベース層13の上面が露出される。その結果、図示のように、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14の側壁部の一部において、半導体領域16が形成される。   Next, as shown in FIG. 4D, after the semiconductor region 16 is formed, the insulating film 30 is removed. The emitter layer 14 is removed using the emitter cap layer 15 as a mask. At this time, the semiconductor region 16 formed on the upper surface of the emitter layer 14 is also removed, and the upper surface of the base layer 13 is exposed. As a result, a semiconductor region 16 is formed in part of the side walls of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 as illustrated.

次に、図4(e)に示すように、露出されたベース層13の上面にベース電極19をリフトオフ法などにより形成する。その後、ベース層13およびコレクタ層12とを加工し、ベース・コレクタメサを形成する。さらに、サブコレクタ層11を必要に応じてパターン加工し、サブコレクタ層11の上面にコレクタ電極20を形成する。
このようにして、図4(f)に示すような本実施形態に係る半導体装置が形成される。
Next, as shown in FIG. 4E, a base electrode 19 is formed on the exposed upper surface of the base layer 13 by a lift-off method or the like. Thereafter, the base layer 13 and the collector layer 12 are processed to form a base / collector mesa. Further, the subcollector layer 11 is patterned as necessary, and the collector electrode 20 is formed on the upper surface of the subcollector layer 11.
In this way, the semiconductor device according to this embodiment as shown in FIG. 4F is formed.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の表面に、ベース層13とエミッタ層14との接合面から所定の距離離間してエミッタ層14と異なる導電型の半導体領域16を形成する。半導体領域16は、拡散法によって形成され、半導体領域16とエミッタ層14との接合面から伸びる空乏層17によって、エミッタ層14とベース層13との接合面積を減少させることができる。
また、上記の方法によれば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15を微細に加工する必要がなく、エミッタ電極18の幅を大きく取ることができる。その結果、同じ電流密度を得ようとした際に、エミッタコンタクト抵抗を減少させることができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the surface of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15 has a conductivity type different from that of the emitter layer 14 at a predetermined distance from the junction surface between the base layer 13 and the emitter layer 14. The semiconductor region 16 is formed. The semiconductor region 16 is formed by a diffusion method, and the junction area between the emitter layer 14 and the base layer 13 can be reduced by the depletion layer 17 extending from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter layer 14.
Further, according to the above method, it is not necessary to finely process the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15, and the width of the emitter electrode 18 can be increased. As a result, the emitter contact resistance can be reduced when trying to obtain the same current density.

なお、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14と、それらの側壁部の一部に形成された半導体領域16との接合面から空乏層17が伸びている。また、半導体領域16は、ベース層13と所定の距離を離間して形成されているので、ベース電極19に電圧を印加しても半導体領域16に影響を及ぼすことはない。   Note that a depletion layer 17 extends from a junction surface between the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 and the semiconductor region 16 formed in a part of the side wall portion thereof. Further, since the semiconductor region 16 is formed at a predetermined distance from the base layer 13, even if a voltage is applied to the base electrode 19, the semiconductor region 16 is not affected.

本実施形態においては、上記のような材料を用いてHBTを形成したが、用いる材料によって拡散速度が異なる。つまり、異なる導電型の導電性不純物を導入する場合、補償しながら拡散するので、導電性不純物の濃度が薄い領域の方が速く拡散される。このため、エミッタキャップ層15とエミッタ層14との組み合わせによっては、より最適な構造を形成することもできる。例えば、Znの拡散において、InGaAsはAlGaAsよりも拡散速度が速いことが知られている。このように、エミッタ層14をエミッタキャップ層15よりも拡散速度の速い材料を用いて形成することにより、容易にエミッタ・ベース接合面積を減少させることができる。   In the present embodiment, the HBT is formed using the above materials, but the diffusion rate differs depending on the material used. That is, when introducing conductive impurities of different conductivity types, diffusion is performed while compensating, so that the region where the concentration of conductive impurities is low is diffused faster. Therefore, depending on the combination of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14, a more optimal structure can be formed. For example, in the diffusion of Zn, it is known that InGaAs has a faster diffusion rate than AlGaAs. Thus, by forming the emitter layer 14 using a material having a faster diffusion rate than the emitter cap layer 15, the emitter-base junction area can be easily reduced.

本実施形態に係る半導体装置およびその製造方法は、上記の方法に限定されない。
例えば、基板1としてInPを用いたが、GaAsなどを用いてもよい。基板としてGaAsを用いたときは、ベース層13としてGaAsなどを用いる。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment are not limited to the above method.
For example, although InP is used as the substrate 1, GaAs or the like may be used. When GaAs is used as the substrate, GaAs or the like is used as the base layer 13.

〔第2の実施形態〕
上記の実施形態に係る製造方法においては、エッチング速度により制御してエミッタ層を所定の厚さ除去する。本実施形態においては、エミッタ層が複数の層から形成され、間にエミッタ層と同じ導電型のエッチングストッパー層が形成されている。上層のエミッタ層とエッチングストッパー層とのエッチング選択性により、エッチング層を精度良く所定の厚さ除去し、異なる導電型の半導体領域を形成する。
なお、上記の実施形態と同様の部分は番号を同じくし、説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
In the manufacturing method according to the above embodiment, the emitter layer is removed to a predetermined thickness by being controlled by the etching rate. In this embodiment, the emitter layer is formed of a plurality of layers, and an etching stopper layer having the same conductivity type as the emitter layer is formed therebetween. Due to the etching selectivity between the upper emitter layer and the etching stopper layer, the etching layer is accurately removed to a predetermined thickness to form semiconductor regions of different conductivity types.
In addition, the same part as said embodiment uses the same number, abbreviate | omits description, and demonstrates only a different part hereafter.

図5は、本実施形態に係る半導体装置を模式的に示す概略断面図である。
例えば、半絶縁性のFeドープされたInPの単結晶からなる基板10にn型のInGaAsからなるサブコレクタ層11が形成され、サブコレクタ層11の上面の一部にn型のInPからなるコレクタ層12が形成されている。コレクタ層12の上面にp型のInGaAsからなるベース層13が形成され、ベース層13の上面の一部にn型のInPからなる第1のエミッタ層14bが形成されている。
第1のエミッタ層14bの上面にn型のInGaAsからなるエッチングストッパー層21が形成され、エッチングストッパー層21の上面に第2のエミッタ層14aが形成されている。なお、第2のエミッタ層14aは第1のエミッタ層14bと同じ材料で形成されている。
第2のエミッタ層14aの上面にはn+ 型のInGaAsからなるエミッタキャップ層が形成され、npn型のHTBを構成している。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing the semiconductor device according to the present embodiment.
For example, a sub-collector layer 11 made of n-type InGaAs is formed on a substrate 10 made of a semi-insulating Fe-doped InP single crystal, and a collector made of n-type InP is formed on a part of the upper surface of the sub-collector layer 11. Layer 12 is formed. A base layer 13 made of p-type InGaAs is formed on the upper surface of the collector layer 12, and a first emitter layer 14 b made of n-type InP is formed on a part of the upper surface of the base layer 13.
An etching stopper layer 21 made of n-type InGaAs is formed on the upper surface of the first emitter layer 14 b, and a second emitter layer 14 a is formed on the upper surface of the etching stopper layer 21. The second emitter layer 14a is formed of the same material as the first emitter layer 14b.
An emitter cap layer made of n + -type InGaAs is formed on the upper surface of the second emitter layer 14a to constitute an npn-type HTB.

また、エミッタキャップ層15、エミッタ層14a,14b、およびエッチングストッパー層21の側壁部において、エミッタキャップ層15、エミッタ層14、およびエッチングストッパー層21と異なる導電型の半導体領域16が形成されている。半導体領域16とエミッタキャップ層15、エミッタ層14、およびエッチングストッパー層21との接合面から空乏層17が伸びている。   In addition, on the side walls of the emitter cap layer 15, the emitter layers 14 a and 14 b, and the etching stopper layer 21, a semiconductor region 16 having a conductivity type different from that of the emitter cap layer 15, the emitter layer 14, and the etching stopper layer 21 is formed. . A depletion layer 17 extends from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter cap layer 15, the emitter layer 14, and the etching stopper layer 21.

半導体領域16は、第1のエミッタ層14bとベース層13との接合面から所定の間隔離間されて形成されている。また、半導体領域16とエミッタ層14、エミッタキャップ層15、およびエッチングストッパー層21との接合面から伸びた空乏層17は、第1のエミッタ層14bとベース層13との接合面の端部まで形成され、実効的な第1のエミッタ層14bとベース層13との接合面積を低下させている。   The semiconductor region 16 is formed at a predetermined distance from the bonding surface between the first emitter layer 14 b and the base layer 13. Further, the depletion layer 17 extending from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter layer 14, the emitter cap layer 15, and the etching stopper layer 21 extends to the end of the junction surface between the first emitter layer 14 b and the base layer 13. Thus, the effective junction area between the first emitter layer 14b and the base layer 13 is reduced.

本実施形態の半導体装置によれば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の側壁部において、ベース層13とエミッタ層14との接合面から所定の距離を隔ててエミッタ層14と異なる導電型の半導体領域16が形成されている。その結果、エミッタ層14と半導体領域16との接合面から伸びる空乏層17により、ベース層13とエミッタ層14との接合面積を低減することができる。   According to the semiconductor device of the present embodiment, a semiconductor having a conductivity type different from that of the emitter layer 14 at a predetermined distance from the junction surface between the base layer 13 and the emitter layer 14 at the side walls of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15. Region 16 is formed. As a result, the depletion layer 17 extending from the junction surface between the emitter layer 14 and the semiconductor region 16 can reduce the junction area between the base layer 13 and the emitter layer 14.

次に、図6を参照して、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、実質的に上記の実施形態と同様である。   Next, with reference to FIG. 6, a method for manufacturing the semiconductor device according to this embodiment will be described. The manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment is substantially the same as that of the above embodiment.

まず、図6(a)に示すように、例えば、基板10の一方の面に、例えば、MBE成長法あるいはMOCVD成長法などにより、サブコレクタ層11を形成する。
次に、同様な方法を用いて、サブコレクタ層11の上面にコレクタ層12を形成し、コレクタ層12の上面にベース層13を形成する。次に、ベース層13の上面に第1のエミッタ層14bを形成し、第1のエミッタ層14bの上面にエッチングストッパー層21を形成する。エッチングストッパー層21の上面に第2のエミッタ層14aを形成し、第2のエミッタ層14aの上面にエミッタキャップ層15を形成する。
次に、エミッタキャップ層15の上面の一部にリフトオフ法などを用いてエミッタ電極18を形成する。
First, as shown in FIG. 6A, the subcollector layer 11 is formed on one surface of the substrate 10 by, for example, the MBE growth method or the MOCVD growth method.
Next, using the same method, the collector layer 12 is formed on the upper surface of the subcollector layer 11, and the base layer 13 is formed on the upper surface of the collector layer 12. Next, the first emitter layer 14b is formed on the upper surface of the base layer 13, and the etching stopper layer 21 is formed on the upper surface of the first emitter layer 14b. A second emitter layer 14a is formed on the upper surface of the etching stopper layer 21, and an emitter cap layer 15 is formed on the upper surface of the second emitter layer 14a.
Next, the emitter electrode 18 is formed on a part of the upper surface of the emitter cap layer 15 by using a lift-off method or the like.

次に、形成されたエミッタ電極18をマスクとしてエミッタキャップ層15をエッチングなどにより除去する。続いて、エミッタ電極18およびエミッタキャップ層15をマスクとして第2のエミッタ層14aを除去する。
ここで、第2のエミッタ層14aの下層にエッチングストッパー層21が形成されているので、選択的にエッチングされる。なお、エッチングストッパー層21は、上記の材料以外にもエミッタ層と同じ導電型を有し、エッチング選択比が異なるものであればよい。
Next, the emitter cap layer 15 is removed by etching or the like using the formed emitter electrode 18 as a mask. Subsequently, the second emitter layer 14a is removed using the emitter electrode 18 and the emitter cap layer 15 as a mask.
Here, since the etching stopper layer 21 is formed under the second emitter layer 14a, it is selectively etched. In addition, the etching stopper layer 21 should just have the same conductivity type as an emitter layer other than said material, and a different etching selectivity.

次に、第2のエミッタ層14aの上面にSiN膜などの絶縁膜30を形成する。絶縁膜30の上面にレジスト膜31を形成し、通常のフォトリソグラフィー技術などにより、エミッタ電極18およびエミッタキャップ層15およびエミッタ層14からなるエミッタメサ構造周辺の絶縁膜30を除去する。その際、エミッタメサ構造の側壁部の絶縁膜30を完全に除去する。   Next, an insulating film 30 such as a SiN film is formed on the upper surface of the second emitter layer 14a. A resist film 31 is formed on the upper surface of the insulating film 30, and the insulating film 30 around the emitter mesa structure composed of the emitter electrode 18, the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 is removed by a normal photolithography technique or the like. At this time, the insulating film 30 on the side wall portion of the emitter mesa structure is completely removed.

その後、レジスト膜31を除去し、絶縁膜30をマスクとして、エミッタキャップ層15、第2のエミッタ層14aの側壁部、およびエッチングストッパー層21の表面に、エミッタ層14a,14bと異なる導電型の導電性不純物を導入し、半導体領域16を形成する。   Thereafter, the resist film 31 is removed, and with the insulating film 30 as a mask, the emitter cap layer 15, the side wall of the second emitter layer 14 a, and the surface of the etching stopper layer 21 have a conductivity type different from that of the emitter layers 14 a and 14 b. Conductive impurities are introduced to form the semiconductor region 16.

次に、図6(b)に示すように、半導体領域16を形成した後、絶縁膜を除去する。また、エッチングストッパー層21および第1のエミッタ層14bをエミッタキャップ層15および第1のエミッタ層14aをマスクとして除去する。このとき、エッチングストッパー層21の上面に形成された半導体領域16は除去され、ベース層13の上面が露出される。その結果、図示のように、エミッタキャップ層15およびエミッタ層14の側壁部の一部において、半導体領域16が形成される。   Next, as shown in FIG. 6B, after the semiconductor region 16 is formed, the insulating film is removed. The etching stopper layer 21 and the first emitter layer 14b are removed using the emitter cap layer 15 and the first emitter layer 14a as a mask. At this time, the semiconductor region 16 formed on the upper surface of the etching stopper layer 21 is removed, and the upper surface of the base layer 13 is exposed. As a result, a semiconductor region 16 is formed in part of the side walls of the emitter cap layer 15 and the emitter layer 14 as illustrated.

その後、露出されたベース層13の上面にベース電極19をリフトオフ法などにより形成する。その後、ベース層13およびコレクタ層12とを加工し、ベース・コレクタメサを形成する。さらに、サブコレクタ層11を必要に応じてパターン加工し、サブコレクタ層11の上面にコレクタ電極20を形成する。
このようにして、図6(c)に示すような本実施形態に係る半導体装置が形成される。
Thereafter, a base electrode 19 is formed on the exposed upper surface of the base layer 13 by a lift-off method or the like. Thereafter, the base layer 13 and the collector layer 12 are processed to form a base / collector mesa. Further, the subcollector layer 11 is patterned as necessary, and the collector electrode 20 is formed on the upper surface of the subcollector layer 11.
Thus, the semiconductor device according to the present embodiment as shown in FIG. 6C is formed.

本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、エミッタ層14およびエミッタキャップ層15の表面に、ベース層13とエミッタ層14との接合面から所定の距離離間してエミッタ層14と異なる導電型の半導体領域16を形成する。半導体領域16は、拡散法によって形成され、半導体領域16とエミッタ層14との接合面から伸びる空乏層17によって、エミッタ層14とベース層13との接合面積を減少させることができる。
また、上記の方法によれば、エミッタ層14を複数の層で構成し、間にエッチング選択比の異なるエッチングストッパー層21を形成する。その結果、半導体領域16を形成する際、所望の厚さを確実に除去することができ、ベース層13に導電性不純物が拡散されるのを防ぐことができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the surface of the emitter layer 14 and the emitter cap layer 15 has a conductivity type different from that of the emitter layer 14 at a predetermined distance from the junction surface between the base layer 13 and the emitter layer 14. The semiconductor region 16 is formed. The semiconductor region 16 is formed by a diffusion method, and the junction area between the emitter layer 14 and the base layer 13 can be reduced by the depletion layer 17 extending from the junction surface between the semiconductor region 16 and the emitter layer 14.
Further, according to the above method, the emitter layer 14 is composed of a plurality of layers, and the etching stopper layer 21 having different etching selectivity is formed between them. As a result, when the semiconductor region 16 is formed, a desired thickness can be reliably removed, and the conductive impurities can be prevented from diffusing into the base layer 13.

本発明の半導体装置およびその製造方法は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、半絶縁性の基板として、InPを用いたが、GaAsなどを用いてもよい。そのとき、ベース層は、GaAsなどを用いて形成される。また、コレクタ層、ベース層およびエミッタ層に導入されている不純物濃度は、所望の特性が得られるように、変更することができる。さらに、各層の膜厚などは、一例であり、限定されるものではない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above embodiments.
For example, InP is used as the semi-insulating substrate, but GaAs or the like may be used. At that time, the base layer is formed using GaAs or the like. The impurity concentration introduced into the collector layer, the base layer, and the emitter layer can be changed so as to obtain desired characteristics. Furthermore, the film thickness of each layer is an example and is not limited.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1に示す半導体装置の一部を模式的に示す概略拡大図である。FIG. 2 is a schematic enlarged view schematically showing a part of the semiconductor device shown in FIG. 図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であって、図3(a)は、第1の工程を示し、図3(b)は、第2の工程を示し、図3(c)は、第3の工程を示す。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the main steps of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in sequence, and FIG. 3A shows the first step, FIG. 3B shows the second step, and FIG. 3C shows the third step. 図4は、図3に引き続き、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であって、図4(d)は、第4の工程を示し、図4(e)は、第5の工程を示し、図4(f)は、第6の工程を示す。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view sequentially showing main processes of the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in order, following FIG. 3, and FIG. FIG. 4 (e) shows the fifth step, and FIG. 4 (f) shows the sixth step. 図5は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程の主要な工程を順次模式的に示す概略断面図であって、図6(a)は、第1の工程を示し、図6(b)は、第2の工程を示し、図6(c)は、第3の工程を示す。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view schematically showing the main steps of the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in order, FIG. 6 (a) shows the first step, FIG. 6B shows the second step, and FIG. 6C shows the third step.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板、11…サブコレクタ層、12…コレクタ層、13…ベース層(第1の半導体領域)、14,14a,14b…エミッタ層(第2の半導体領域)、15…エミッタキャップ層、16…第3の半導体領域(半導体領域)、17…空乏層、18…エミッタ電極、19…ベース電極、20…コレクタ電極、21…エッチングストッパー層、30…絶縁膜、31…レジスト膜   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate, 11 ... Subcollector layer, 12 ... Collector layer, 13 ... Base layer (first semiconductor region), 14, 14a, 14b ... Emitter layer (second semiconductor region), 15 ... Emitter cap layer, 16 3rd semiconductor region (semiconductor region) 17 Depletion layer 18 Emitter electrode 19 Base electrode 20 Collector electrode 21 Etching stopper layer 30 Insulating film 31 Resist film

Claims (14)

基板と、
前記基板上に形成された第1導電型の第1の半導体領域と、
少なくとも一部が前記第1の半導体領域と接合する第2の導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の表面に、前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して形成され、前記第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層が前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との接合面積を狭めるように形成された第1導電型の第3の半導体領域と
を有する半導体装置。
A substrate,
A first semiconductor region of a first conductivity type formed on the substrate;
A second semiconductor region of a second conductivity type at least partially joined to the first semiconductor region;
A depletion formed on the surface of the second semiconductor region at a predetermined distance from the junction surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region and extending from the junction surface with the second semiconductor region. A semiconductor device comprising: a third semiconductor region of a first conductivity type, wherein a layer is formed so as to reduce a junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
前記第2の半導体領域は、前記第1の半導体領域よりもバンドギャップの大きな材料を用いて形成されている
請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region is formed using a material having a band gap larger than that of the first semiconductor region.
基板と、
前記基板の上面に形成されたコレクタ層と、
前記コレクタ層の上面に形成されたベース層と、
前記ベース層の上面に形成されたエミッタ層と、
前記エミッタ層の表面に、前記ベース層と前記エミッタ層との接合面から所定の距離離間して形成され、前記エミッタ層との接合面から伸びる空乏層が前記ベース層と前記エミッタ層との接合面積を狭めるように形成された前記エミッタ層と異なる導電型の半導体領域と
を有する半導体装置。
A substrate,
A collector layer formed on the upper surface of the substrate;
A base layer formed on the upper surface of the collector layer;
An emitter layer formed on an upper surface of the base layer;
A depletion layer formed on the surface of the emitter layer at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer and extending from the junction surface with the emitter layer is a junction between the base layer and the emitter layer. And a semiconductor region having a different conductivity type from the emitter layer formed to reduce the area.
前記基板と前記コレクタ層との間に形成されたサブコレクタ層と、
前記エミッタ層の上面に形成されたエミッタキャップ層と
をさらに有し、
前記サブコレクタ層は、前記コレクタ層よりも導電性不純物を多く含み、
前記エミッタキャップ層は、前記エミッタ層よりも導電性不純物を多く含む
請求項3記載の半導体装置。
A subcollector layer formed between the substrate and the collector layer;
An emitter cap layer formed on the upper surface of the emitter layer; and
The sub-collector layer contains more conductive impurities than the collector layer,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the emitter cap layer contains more conductive impurities than the emitter layer.
前記コレクタ層の上面に形成されたベース層と前記エミッタ層との接合面から所定の距離離間して形成され、前記エミッタ層との接合面から伸びる空乏層が前記ベース層と前記エミッタ層との接合面積を狭めるように形成された前記エミッタ層と異なる導電型の半導体領域が、前記エミッタ層および前記エミッタキャップ層の表面に形成されている
請求項4記載の半導体装置。
A depletion layer extending from the junction surface between the base layer and the emitter layer is formed at a predetermined distance from the junction surface between the base layer formed on the collector layer and the emitter layer, and extends from the junction surface with the emitter layer. The semiconductor device according to claim 4, wherein a semiconductor region having a conductivity type different from that of the emitter layer formed so as to reduce a junction area is formed on surfaces of the emitter layer and the emitter cap layer.
前記エミッタ層、前記ベース層、および前記コレクタ層が化合物半導体により形成されている
請求項3記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, wherein the emitter layer, the base layer, and the collector layer are formed of a compound semiconductor.
前記半導体領域は、メサ構造に形成された前記エミッタ層の側壁部に形成されている
請求項3記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor region is formed on a side wall portion of the emitter layer formed in a mesa structure.
前記エミッタ層は複数の層から形成され、所定の層の間に前記エミッタ層と同じ導電型のエッチングストッパー層が形成されている
請求項3記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3, wherein the emitter layer is formed of a plurality of layers, and an etching stopper layer having the same conductivity type as the emitter layer is formed between predetermined layers.
基板に第1導電型の第1の半導体領域を形成する工程と、
少なくとも一部が前記第1の半導体領域と接合する第2導電型の第2の半導体領域を形成する工程と、
前記第2の半導体領域の表面に、前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との接合面から所定の距離離間して、前記第2の半導体領域との接合面から伸びる空乏層が前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との接合面積を狭めるような第1導電型の第3の半導体領域を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Forming a first semiconductor region of a first conductivity type on a substrate;
Forming a second semiconductor region of a second conductivity type, at least a part of which is joined to the first semiconductor region;
On the surface of the second semiconductor region, a depletion layer extending from the junction surface with the second semiconductor region is spaced a predetermined distance from the junction surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region. Forming a third semiconductor region of a first conductivity type that reduces a junction area between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
前記第3の半導体領域を形成する工程において、前記第3の半導体領域は第1導電型の導電性不純物を拡散して形成する
請求項9記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein in the step of forming the third semiconductor region, the third semiconductor region is formed by diffusing a first conductivity type conductive impurity.
基板の上面にコレクタ層を形成する工程と、
前記コレクタ層の上面に、ベース層を形成する工程と、
前記ベース層の上面に、エミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層の表面に、前記ベース層と前記エミッタ層との接合面から所定の距離離間して、前記エミッタ層との接合面から伸びる空乏層が前記ベース層と前記エミッタ層との接合面を狭めるような、前記エミッタ層と異なる導電型の半導体領域を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
Forming a collector layer on the upper surface of the substrate;
Forming a base layer on the upper surface of the collector layer;
Forming an emitter layer on the upper surface of the base layer;
A depletion layer extending from the junction surface with the emitter layer at a predetermined distance from the junction surface between the base layer and the emitter layer on the surface of the emitter layer forms a junction surface between the base layer and the emitter layer. Forming a semiconductor region having a conductivity type different from that of the emitter layer, such that the emitter layer is narrowed.
前記コレクタ層を形成する工程の前に、前記基板と前記コレクタ層との間にサブコレクタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層を形成する工程と、前記半導体領域を形成する工程との間に、前記エミッタ層の上面にエミッタキャップ層を形成する工程と
をさらに有する
請求項11記載の半導体装置の製造方法。
Before the step of forming the collector layer, forming a subcollector layer between the substrate and the collector layer;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising: forming an emitter cap layer on an upper surface of the emitter layer between the step of forming the emitter layer and the step of forming the semiconductor region.
前記半導体領域を形成する工程において、前記エミッタ層および前記エミッタキャップ層の表面に、前記半導体領域を形成する
請求項12記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein in the step of forming the semiconductor region, the semiconductor region is formed on surfaces of the emitter layer and the emitter cap layer.
前記半導体領域を形成する工程において、前記半導体領域は導電性不純物を拡散することにより形成する
請求項11記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein in the step of forming the semiconductor region, the semiconductor region is formed by diffusing a conductive impurity.
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