JP2005159112A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、GaAs,InPあるいはInGaAsなどのIII−V族化合物半導体を用いた半導体装置、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device using a III-V group compound semiconductor such as GaAs, InP, or InGaAs, and a method for manufacturing the same.
GaAsなどのIII−V族化合物半導体は高いバンドギャップを有するため、基板抵抗率が高い半絶縁性基板である。また高い移動度および高いVsatを有するなどの利点から、高周波特性に優れた能動素子を形成することができる。III−V族化合物半導体基板上にエミッタとしてベースよりもバンドギャップの大きい半導体材料を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)は、ベースを高濃度化してもエミッタ注入効率を高く保つことができるなどの利点を有し、ホモ接合バイポーラトランジスタよりも高速動作が可能である。 Since III-V compound semiconductors such as GaAs have a high band gap, they are semi-insulating substrates with high substrate resistivity. In addition, an active element having excellent high frequency characteristics can be formed due to advantages such as high mobility and high Vsat. A heterojunction bipolar transistor (HBT) using a semiconductor material having a larger band gap than the base on the III-V compound semiconductor substrate can maintain a high emitter injection efficiency even when the concentration of the base is increased. It has an advantage and can operate at higher speed than a homojunction bipolar transistor.
図4は従来技術により作製したヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面図である。半絶縁性GaAs基板1上に、サブコレクタ層3,コレクタ層4,ベース層5,エミッタ層6,エミッタキャップ層7,エミッタコンタクト層8が形成されており、エミッタコンタクト層8上にはエミッタ電極13としてWSiが形成されている。ベース層5上にはベース電極12としてTi/Pt/Auが形成されている。サブコレクタ層3上にはコレクタ電極11としてAuGe/Ni/Auが形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a heterojunction bipolar transistor fabricated by the prior art. A
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの各素子はメサ分離により互いに電気的に分離されている(例えば特許文献1参照)。従来の技術の一つの例として、燐酸系エッチャントを用いたウェットエッチによるメサ型の素子分離方法があるが、ごく一般的な手法であるので具体的方法の説明は省略する。 The elements of the heterojunction bipolar transistor are electrically isolated from each other by mesa isolation (see, for example, Patent Document 1). As an example of the prior art, there is a mesa type element isolation method by wet etching using a phosphoric acid-based etchant, but since it is a very general technique, a description of a specific method is omitted.
不純物ドーピングされないGaAsの抵抗率は、常温で10MΩ〜100MΩの半絶縁性基板である。そのためメサ分離されたヘテロ接合バイポーラトランジスタは互いに電気的に独立であると考えられてきた。 The resistivity of GaAs not doped with impurities is a semi-insulating substrate having a resistivity of 10 MΩ to 100 MΩ at room temperature. Therefore, mesa-isolated heterojunction bipolar transistors have been considered to be electrically independent of each other.
しかし実際には、半絶縁性といわれる基板でも結晶欠陥や不純物の存在、またエッチング表面の界面準位などのトランジスタ間の準位を介したリーク電流が発生する。 However, actually, even in a substrate that is said to be semi-insulating, a leakage current is generated through the level between transistors such as the presence of crystal defects and impurities, and the interface level of the etched surface.
図5は従来の技術を用いて作製したHBTにおいて、ロット/スライスの素子間リークの推移を示したものである。エピタキシャル成長条件あるいは加工プロセスのばらつきなど種種の要因により、素子間リーク電流値が変動する。基板リーク電流が増加したものは、アイソレーション低下,寄生容量の増大などにより、素子特性,回路特性が低下する。
前述したように、従来の技術を用いて作製したヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいては、素子間リーク電流が増大すると、素子間の電気的分離を低下させる。その結果、基板容量も増大し、高周波的特性も低下することになる。 As described above, in the heterojunction bipolar transistor manufactured using the conventional technique, when the inter-element leakage current increases, the electrical isolation between the elements decreases. As a result, the substrate capacity increases and the high frequency characteristics also deteriorate.
このように半絶縁性基板における基板抵抗率の低下は、素子特性,回路特性を低下させるため、如何に基板リークを低減するかが重要な課題である。 Thus, the reduction in substrate resistivity in the semi-insulating substrate deteriorates element characteristics and circuit characteristics, so how to reduce substrate leakage is an important issue.
本発明は、前記従来の課題を解消し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層から半絶縁性基板への電荷の流入を抑制することにより、基板リーク電流を低減することが可能な半導体装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention eliminates the above-described conventional problems, and suppresses the inflow of charges from the subcollector layer of the heterojunction bipolar transistor to the semi-insulating substrate, thereby reducing the substrate leakage current, and It aims at providing the manufacturing method.
前記目的を達成するため、本発明では、半絶縁性基板上に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタから前記基板へのキャリアの流入を抑制するような以下の4通りの構成を提供する。
1)半絶縁性基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層の間に、前記サブコレクタ層に対するワイドギャップ半導体が存在することを特徴とする構成。
2)半絶縁性基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの間に、サブコレクタ層に対するワイドギャップ半導体を含む超格子層が存在することを特徴とする構成。
3)半絶縁性基板上にnpn型のバイポーラトランジスタが形成された構成において、前記基板とn型にドープされたサブコレクタ層の間にp型にドープされたスペーサー層が存在することを特徴とする構成。
4)半絶縁性基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタがメサ型に形成された構成において、前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの周囲の前記基板が酸化されていることを特徴とする構成。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following four configurations that suppress the inflow of carriers from a heterojunction bipolar transistor formed on a semi-insulating substrate to the substrate.
1) A structure in which a wide gap semiconductor for the subcollector layer exists between the semi-insulating substrate and the subcollector layer of the heterojunction bipolar transistor.
2) A structure in which a superlattice layer including a wide gap semiconductor with respect to the subcollector layer exists between the semi-insulating substrate and the heterojunction bipolar transistor.
3) In a configuration in which an npn bipolar transistor is formed on a semi-insulating substrate, a p-type doped spacer layer exists between the substrate and an n-type doped subcollector layer. Configuration to do.
4) A configuration in which a heterojunction bipolar transistor is formed in a mesa shape on a semi-insulating substrate, wherein the substrate around the heterojunction bipolar transistor is oxidized.
前記1)〜4)の構成により、半絶縁性基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの間に電荷に対して電気的に障壁となる層が存在する構造を採用することにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタから基板への注入を抑制することを目的とする。 By adopting a structure in which a layer serving as an electric barrier against electric charges exists between the semi-insulating substrate and the heterojunction bipolar transistor by the above-described configurations 1) to 4), the heterojunction bipolar transistor to the substrate is adopted. The purpose of this is to suppress the injection.
本発明によれば、提案する複数の方法を単独または複合で行うことにより、半絶縁性半導体基板上に形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタの間の基板を通した素子間リークを低減することが可能となり、回路の高集積化、高性能化に寄与する。 According to the present invention, it is possible to reduce inter-element leakage through a substrate between heterojunction bipolar transistors formed on a semi-insulating semiconductor substrate by performing the proposed methods alone or in combination. This contributes to higher circuit integration and higher performance.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本発明の一つの形態として、半絶縁性基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタが形成された構造において、前記基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの間に前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層に対するバンドギャップの大きい半導体層を含む層構造が提供される。 As one embodiment of the present invention, in a structure in which a heterojunction bipolar transistor is formed on a semi-insulating substrate, a semiconductor having a large band gap with respect to a subcollector layer of the heterojunction bipolar transistor between the substrate and the heterojunction bipolar transistor A layer structure comprising layers is provided.
本発明の別の一つの形態では、半絶縁性基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタが形成された構造において、前記基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの間に前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタのサブコレクタ層に対する反対の導電型の半導体層を含む層構造が提供される。 In another embodiment of the present invention, in a structure in which a heterojunction bipolar transistor is formed on a semi-insulating substrate, an opposite conductivity to a subcollector layer of the heterojunction bipolar transistor is provided between the substrate and the heterojunction bipolar transistor. A layer structure comprising a semiconductor layer of the type is provided.
本発明のさらに別の一つの形態では、半絶縁性基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタが形成された構造において、前記基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの周囲が前記基板の酸化層で囲まれている構造が提供される。 In still another embodiment of the present invention, a structure in which a heterojunction bipolar transistor is formed on a semi-insulating substrate, wherein the substrate and the heterojunction bipolar transistor are surrounded by an oxide layer of the substrate. Provided.
本発明のさらに別の一つの形態では、半絶縁性基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタが形成された構造において、前記基板とヘテロ接合バイポーラトランジスタの周囲が前記基板の酸化層で囲まれている構造の製造方法が提供される。 In yet another embodiment of the present invention, a heterojunction bipolar transistor is formed on a semi-insulating substrate, and the substrate and the heterojunction bipolar transistor are surrounded by an oxide layer of the substrate. A manufacturing method is provided.
本発明の特徴は、バイポーラトランジスタにおいて、基板リーク電流を低減できることである。 A feature of the present invention is that a substrate leakage current can be reduced in a bipolar transistor.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において既に説明した部材に対応する部材には同じ符号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member corresponding to the member already demonstrated in the following description.
半導体基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタを形成する試みにおいて、基板リーク電流が大きいという問題を、新規なキャリアブロック層の採用によって解決する本発明の半導体装置の実施形態1について図1を参照して説明する。 A first embodiment of the semiconductor device according to the present invention, which solves the problem of large substrate leakage current in an attempt to form a heterojunction bipolar transistor on a semiconductor substrate by employing a novel carrier block layer, will be described with reference to FIG. To do.
図1は本発明の半導体装置の実施形態1であるヘテロ接合バイポーラトランジスタを説明するための模式的構造を示す断面図であり、本実施形態においては、半絶縁性半導体1とサブコレクタ層3の間にキャリアブロック層2を有するトランジスタを含んでいる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure for explaining a heterojunction bipolar transistor which is
図1に示す実施形態1ではInGaP/GaAs系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの例を示しており、キャリアブロック層2は半絶縁性基板1に接しており、サブコレクタ層3はキャリアブロック層2とコレクタ層4の間に形成されている。キャリアブロック層2は、例えばAlGaAsなど、サブコレクタ層に対するワイドギャップ半導体であり、また、例えば厚さが500Aで、かつ例えばドープ量が1×1017cm−3で一様にドープされている。サブコレクタ層3は、例えば6000Åの厚さを有しており、5×1018cm−3とコレクタ抵抗を低減するために十分高濃度かつ十分な厚さを有している。
キャリアブロック層2はサブコレクタ層3に対するワイドギャップ半導体を用いているため、電子に対して障壁を形成している。また、サブコレクタ層3は十分高濃度であるため、キャリアブロック層2との境界面近傍ではほぼ零電界となっている。上記の方法により形成されたヘテロ接合バイポーラトランジスタのバンド構造図を図6(a)に示す。
Since the
サブコレクタ層3に存在する電子のうち、キャリアブロック層のエネルギ障壁を超える高いエネルギを有する電子しか通過することができない。このキャリアブロッキング層の効果により、サブコレクタ層3からGaAs基板1への電子の流入が抑えられるため、その結果、リーク電流は低減される。
Of the electrons existing in the
図7は実施形態1の構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタの基板リーク電流と、従来の技術により作製されたヘテロ接合バイポーラトランジスタの基板リーク電流を比較した図であり、従来に比較して、基板リーク電流を約1桁低減することができることが分かる。 FIG. 7 is a diagram comparing the substrate leakage current of the heterojunction bipolar transistor having the structure according to the first embodiment and the substrate leakage current of a heterojunction bipolar transistor manufactured by a conventional technique. It can be seen that can be reduced by about an order of magnitude.
ここでは例としてInGaP/GaAs系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの例を示しているが、本発明はAlGaAs,InPなど、他の材料系を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造においても適用することができるし、任意のバイポーラトランジスタ構造について実施することができる。 Here, an example of an InGaP / GaAs heterojunction bipolar transistor is shown as an example, but the present invention can also be applied to the manufacture of a heterojunction bipolar transistor using other material systems such as AlGaAs, InP, Any bipolar transistor structure can be implemented.
また、本実施形態では、キャリアブロック層2として、AlGaAs層を用いたが、キャリア拡散防止層としてはこれに限らず、InGaPなどサブコレクタ層に対するワイドギャップ半導体であれば限定されない。
In the present embodiment, an AlGaAs layer is used as the
実施形態1におけるキャリアブロック層として、例えばワイドギャップ半導体であるAlGaAsを含むAlGaAs/GaAs超格子層を挿入しても同様の効果が期待できる。 The same effect can be expected by inserting an AlGaAs / GaAs superlattice layer containing AlGaAs, which is a wide gap semiconductor, for example, as the carrier block layer in the first embodiment.
キャリアブロック層としてAlGaAs/GaAs超格子層を用いた本実施形態によるヘテロ接合バイポーラトランジスタのバンド構造図を図6(b)に示す。サブコレクタ層3下にAlGaAs/GaAs超格子層を挿入することにより、キャリアのブロック効果が発生するため、素子間リーク電流を低減することができる。
FIG. 6B shows a band structure diagram of the heterojunction bipolar transistor according to the present embodiment using an AlGaAs / GaAs superlattice layer as a carrier block layer. By inserting an AlGaAs / GaAs superlattice layer under the
また、本実施形態において、キャリアブロック層2としてp型GaAs低濃度層を用いることにより同様の効果も期待できる。図6(c)はn+型サブコレクタ下にp型のGaAs層を挿入したときのバンド構造図である。ワイドギャップ半導体を挿入するのと同様に伝導帯の障壁を形成する効果があるため、電子の流出を防ぐ効果がある。
In the present embodiment, the same effect can be expected by using a p-type GaAs low concentration layer as the
図2(a)〜(e)は図1のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する製造方法の実施形態を説明するための工程順を示す断面図であって、本実施形態ではヘテロ接合バイポーラトランジスタに関して説明するが、本発明は任意のバイポーラトランジスタ構造について実施することができる。 FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a sequence of steps for explaining an embodiment of the manufacturing method for manufacturing the heterojunction bipolar transistor of FIG. 1. In this embodiment, the heterojunction bipolar transistor will be described. However, the present invention can be implemented with any bipolar transistor structure.
図2(a)において、基板は(100)方位のGaAsなどからなる半絶縁性半導体基板1であり、例えばAlGaAsのキャリアブロック層2がMBE,MOCVDなどの適当なプロセスによって基板上1に0.1μmの厚さに成長され、濃度(5×1016cm−3)にSiがドープされる。キャリアブロック層2の上にサブコレクタ層3が0.6μmの厚さにエピタキシャル成長され、濃度を例えば5×1018cm−3と十分高濃度にする。次にサブコレクタ層3の上にコレクタ層4を0.6μmの厚さに成長し、コレクタ層4の濃度を低濃度(1×1016cm−3)にSiドープまたはアンドープする。例えば、GaAsのベースエピタキシャル層5をコレクタ層4の上に0.1μmの厚さでエピタキシャル成長する。例えばC(炭素)を約4×1019cm−3以上にドープする。
In FIG. 2A, the substrate is a
次に、ベース層5の上にエピタキシャル成長によりエミッタ層6としてInGaPを0.05μmの厚さにn型ドープで形成する。その後、エミッタ層6の上にエミッタキャップ層7として0.1μm,5×1018cm−3のGaAs、エミッタコンタクト層8として1×1017cm−3のInGaAsをエピタキシャル成長により形成する。
Next, InGaP is formed as an
エピタキシャル成長された前記層構造に対し、図2(b)において、全面にWSi13を形成し、その上にレジストをスピンコートし、エミッタの境界を定める。次に、反応性イオンエッチング(RIE)によってフォトレジストで保護されていないWSi13を除去することによりエミッタ電極13を形成する。その後、WSi13で保護されていないエミッタコンタクト層8,エミッタキャップ層7を燐酸:過水:水=4:1:45によりエッチング除去し、エミッタ層6を露出する。エッチングはエミッタInGaPの上で選択的にストップする。次にフォトレジストを剥離する。
In FIG. 2B, WSi13 is formed on the entire surface of the epitaxially grown layer structure, and a resist is spin-coated thereon to define an emitter boundary. Next, the
次に、図2(c)において、フォトレジストがコートされ、パターン化されて、ベース領域の境界が定められる。その後、Arを用いたイオンミリングによってレジストで保護されていない部分のエミッタ層6およびベース層5を除去する。次にフォトレジストを剥離する。
Next, in FIG. 2 (c), a photoresist is coated and patterned to delimit the base region. Thereafter, the portions of the
次に、図2(d)において、フォトレジストがコートされ、パターン化されて、コレクタ電極形成の境界が定められる。次にフォトレジストで保護されていない部分のコレクタ層4を燐酸:過水:水=4:1:45で除去し、サブコレクタ層3を露出する。コレクタ電極11を形成するため、AuGe/Ni/Au金属を900/200/3600Åの厚さに全面蒸着する。次にフォトレジストが剥離され、それと共に全ての余分な金属が離脱する。
Next, in FIG. 2 (d), a photoresist is coated and patterned to define the boundary for collector electrode formation. Next, the portion of the
さらにフォトレジストがコートされ、パターン化されて、ベース電極12の形成の境界が定められる。次にフォトレジストで保護されていない部分のエミッタ層6を塩酸:燐酸:水=3:2:2で除去し、ベース電極12を形成するため、Ti/Pt/Au=500/500/1000Åの厚さに全面蒸着する。次にフォトレジストが剥離され、それと共に全ての余分な金属が離脱する。
Further, a photoresist is coated and patterned to delimit the formation of the
図2(e)において、レジストがスピンコートされ、パターン化されて、素子分離の境界線が定められる。次に保護されていない部分のコレクタ層4、サブコレクタ層3、キャリアブロック層2を燐酸:過水:水=4:1:5で除去することにより、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ素子が完成する。
In FIG. 2E, a resist is spin-coated and patterned to define element isolation boundaries. Next, the non-protected portions of the
以上の工程により、図1に示すような構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタ素子を製造することが可能である。本実施形態においてはエミッタ,コレクタ,ベースの順で電極の形成を行ったが、形成の順番はこれに限らない。また、本実施形態において、限定された材料を用いたが、これに限定されない。 Through the above steps, a heterojunction bipolar transistor device having a structure as shown in FIG. 1 can be manufactured. In this embodiment, the electrodes are formed in the order of emitter, collector, and base, but the order of formation is not limited to this. Moreover, although the limited material was used in this embodiment, it is not limited to this.
本発明の実施形態2として,半導体基板上に複数の異なるヘテロ接合バイポーラトランジスタが存在する構造において、素子間のサブコレクタ層が酸化していることを特徴とする半導体装置およびその製造方法を説明する。 As a second embodiment of the present invention, a semiconductor device in which a subcollector layer between elements is oxidized in a structure in which a plurality of different heterojunction bipolar transistors exist on a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same will be described. .
実施形態2では素子間のメサ分離を行わずに、素子間のサブコレクタ層を酸化・絶縁化させることにより、従来のメサ分離方法で発生したエッチング表面の界面準位を介したリーク電流を低減することが目的である。ここでも例としてInGaP/GaAs系ヘテロ接合バイポーラトランジスタの例を示すが、AlGaAs,InPなどの他の材料系を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造においても適用することができるし、任意のバイポーラトランジスタ構造について実施することができる。
In
図3(a)〜(e)は本発明の実施形態2であるヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する製造方法の実施形態を説明するための工程順を示す断面図であって、図3(a)において、基板は(100)方位のGaAsなどの半絶縁性半導体基板1である。半絶縁性基板1の上に、サブコレクタ層3が例えば0.6μmの厚さにエピタキシャル成長され、濃度は例えば5×1018cm−3と十分高濃度にする。次に、サブコレクタ層3の上にコレクタ層4が0.6μmの厚さで成長され、コレクタ層4の濃度は1×1016m−3と低濃度にSiドープまたはアンドープする。
3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views illustrating the sequence of steps for explaining an embodiment of a manufacturing method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to
例えば、GaAsのベースエピタキシャル層5がコレクタ層4の上に0.1μmの厚さでエピタキシャル成長され、例えばCを約4×1019cm−3以上にドープする。次に、ベース層5の上にエピタキシャル成長によりエミッタ層6としてInGaPを0.05μmの厚さにn型ドープで形成する。さらにエミッタ層6の上にエミッタキャップ層7として0.1μm,5×1018cm−3のGaAs、エミッタコンタクト層8としてInGaAsを1×1017cm−3エピタキシャル成長により形成する。
For example, a GaAs
エピタキシャル成長された前記層構造に対し、図3(b)において、全面にWSi13を形成し、その上にレジストをスピンコートし、エミッタの境界を定める。次に、反応性イオンエッチング(RIE)によってフォトレジストで保護されていないWSi13を除去することによりエミッタ電極を形成する。次に、WSi13で保護されていないエミッタコンタクト層8,エミッタキャップ層7を燐酸:過水:水=4:1:45によりエッチング除去し、エミッタ層6を露出する。エッチングはエミッタ層(InGaP)6の上で選択的にストップする。次にフォトレジストを剥離する。
In FIG. 3B, WSi13 is formed on the entire surface of the epitaxially grown layer structure, and a resist is spin coated thereon to define the boundary of the emitter. Next, an emitter electrode is formed by removing
次に、図3(c)において、フォトレジストがコートされ、パターン化されて、ベース領域の境界が定められる。次にArを用いたイオンミリングによってレジストで保護されていない部分のエミッタ層6およびベース層5を除去する。次にフォトレジストを剥離する。
Next, in FIG. 3C, a photoresist is coated and patterned to define the base region boundaries. Next, the
次に、図3(d)において、フォトレジストがコートされ、パターン化されて、コレクタ電極11の形成の境界が定められる。次にフォトレジストで保護されていない部分のコレクタ層4を燐酸:過水:水=4:1:45で除去し、サブコレクタ層3を露出する。コレクタ電極11を形成するため、AuGe/Ni/Au金属を900/200/3600Åの厚さに全面蒸着する。次にフォトレジストが剥離され、それと共に全ての余分な金属が離脱する。
Next, in FIG. 3D, a photoresist is coated and patterned to define the boundary for forming the
次にフォトレジストがコートされ、パターン化されて、ベース電極12の形成の境界が定められる。次にフォトレジストで保護されていない部分のエミッタ層6を塩酸:燐酸:水=3:2:2で除去し、ベース電極12を形成するため、Ti/Pt/Au=500/500/1000Åの厚さに全面蒸着する。次にフォトレジストが剥離され、それと共に全ての余分な金属が離脱する。
Photoresist is then coated and patterned to demarcate the formation of the
図3(e)において、レジストがスピンコートされ、パターン化されて、素子分離の境界線が定められる。レジストで保護されていない素子分離領域を酸化剤雰囲気中で放置する。本実施形態においては、酸化剤として例えば70%の濃硝酸にpH調整剤としてアンモニアを加えたものを恒温漕で60℃に安定させたものを用いた。この方法は酸化に方位性がなく、レートが早く、安定しているため、再現性よくGaAsを酸化させることが可能である。 In FIG. 3 (e), a resist is spin-coated and patterned to define element isolation boundaries. The element isolation region that is not protected by the resist is left in an oxidizing agent atmosphere. In this embodiment, for example, an oxidizing agent obtained by adding ammonia as a pH adjusting agent to 70% concentrated nitric acid and stabilizing at 60 ° C. with a constant temperature bath was used. This method has no orientation in oxidation, is fast and stable, and can oxidize GaAs with good reproducibility.
酸化されたGaAs層は絶縁層となるため、サブコレクタ層3の表面を露出させることなしに素子分離が可能なため、露出したサブコレクタ層3の界面準位を介したリーク電流をなくすことができる。
Since the oxidized GaAs layer becomes an insulating layer, element isolation is possible without exposing the surface of the
なお、本実施形態ではサブコレクタ層3を残したまま、素子間の酸化による分離工程を行ったが、特にこれに限らず、サブコレクタ層3を除去した後、酸化による分離工程を行うことも可能である。この場合、サブコレクタ層3の表面は露出されるが、完全に酸化されているため導電には寄与することはない。
In this embodiment, the separation process by oxidation between elements is performed while leaving the
以上の工程により、図3(e)に示すような実施形態2の構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタ素子を製造するが可能である。 Through the above steps, the heterojunction bipolar transistor device having the structure of the second embodiment as shown in FIG. 3E can be manufactured.
なお、本実施形態においてはエミッタ,コレクタ,ベースの順で電極の形成を行ったが、形成の順番はこれに限らない。また、本実施形態において、限定された材料を用いたが、これに限定されない。 In this embodiment, the electrodes are formed in the order of emitter, collector, and base, but the order of formation is not limited to this. Moreover, although the limited material was used in this embodiment, it is not limited to this.
本発明は、GaAsあるいはInP,InGaAsなどのIII−V族化合物半導体を用いた半導体装置、およびその製造方法に適用され、特にHEMT(High Electronct Mobility transistor:高移動度電界効果型トランジスタ)あるいはHBTなどの高周波用半導体装置の高集積化への応用が期待できる。 The present invention is applied to a semiconductor device using a III-V group compound semiconductor such as GaAs, InP, or InGaAs, and a method for manufacturing the same, and more particularly, a HEMT (High Electronct Mobility Transistor) or HBT. Application to high integration of high frequency semiconductor devices is expected.
1 半絶縁性GaAs基板
2 キャリアブロック層
3 サブコレクタ層n+−GaAs
4 コレクタ層n−GaAs
5 ベース層p−GaAs
6 エミッタ層n−InGaP
7 エミッタキャップ層n−GaAs
8 エミッタコンタクト層n−InGaAs
11 コレクタ電極
12 ベース電極
13 エミッタ電極
1
4 Collector layer n-GaAs
5 Base layer p-GaAs
6 Emitter layer n-InGaP
7 Emitter cap layer n-GaAs
8 Emitter contact layer n-InGaAs
11
Claims (8)
前記半導体基板と前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの電子収集層であるサブコレクタ層との間にキャリアブロック層を存在させたことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a structure in which an npn heterojunction bipolar transistor is formed on a semi-insulating semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a carrier block layer is present between the semiconductor substrate and a subcollector layer which is an electron collecting layer of the heterojunction bipolar transistor.
前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの周囲を前記半導体基板の酸化層により囲んだことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a structure in which a heterojunction bipolar transistor is formed in a mesa shape on a semi-insulating semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein the heterojunction bipolar transistor is surrounded by an oxide layer of the semiconductor substrate.
前記エミッタとベースとコレクタの各領域をメサ型にエッチングして電極を形成する工程と、前記サブコレクタの領域のうち、不活性領域のみを選択的に硝酸とアンモニアとを含む混合液により酸化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 In a method of manufacturing a semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor structure in which subcollectors, collectors, bases, and emitter layers are sequentially stacked on a semi-insulating semiconductor substrate,
Etching each of the emitter, base, and collector regions into a mesa shape to form an electrode, and selectively oxidizing only the inert region of the subcollector region with a mixed solution containing nitric acid and ammonia. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step.
前記ベース電極を形成する領域の直下の不活性なコレクタ領域のみを選択的に40℃から70℃の硝酸(70%)で酸化させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially depositing each layer of an emitter, an emitter cap, and an emitter contact using a sub-collector, a collector, a base, and a semiconductor having a wider gap than the base on a semi-insulating semiconductor substrate by epitaxial growth, and exposing each of the layers by etching In the method of manufacturing a semiconductor device having a heterojunction bipolar transistor structure including a step of forming an electrode,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of selectively oxidizing only an inactive collector region directly below a region where a base electrode is formed with nitric acid (70%) at 40 ° C. to 70 ° C.
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