JP2005294804A - Hetero-junction bipolar transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信用高出力電力増幅器等に広く使われているヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor widely used in a transmission high output power amplifier and the like, and a method of manufacturing the same.
近年、携帯電話の高機能化及び大容量通信化に伴い、携帯電話に用いられる高周波アナログ素子に対しても一層の高性能化が求められている。高周波アナログ素子のうちヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下HBTと記す)は、送信用高出力増幅器として既に実用化されている。HBTの高性能化には、寄生素子効果つまり寄生抵抗及び寄生容量の低減が必要である。この寄生抵抗は大別してエミッタ抵抗、ベース抵抗及びコレクタ抵抗に分けられる。そこで、コンタクト抵抗を低減させるために合金化反応層をオーミック電極に用いたHBTが提案されている。 In recent years, with higher functionality and higher capacity communication of mobile phones, higher performance is also required for high-frequency analog elements used in mobile phones. Among high-frequency analog elements, a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as HBT) has already been put into practical use as a transmission high-power amplifier. In order to improve the performance of the HBT, it is necessary to reduce parasitic element effects, that is, parasitic resistance and parasitic capacitance. This parasitic resistance is roughly divided into an emitter resistance, a base resistance, and a collector resistance. In order to reduce the contact resistance, an HBT using an alloying reaction layer as an ohmic electrode has been proposed.
以下、図7を参照しながら、合金化反応層をオーミック電極に用いた従来のHBTの構造及び製造方法(例えば特許文献1参照)について説明する。 Hereinafter, a conventional HBT structure and manufacturing method using an alloying reaction layer as an ohmic electrode and a manufacturing method (for example, see Patent Document 1) will be described with reference to FIG.
図7は、合金化反応層をオーミック電極に用いた従来のHBTの概略断面構造を示す図である。図7に示すように、GaAsよりなる半絶縁性基板201の上に高濃度n型GaAs層よりなるサブコレクタ層202が形成されている。サブコレクタ層202におけるコレクタ形成領域上に、低濃度n型GaAs層よりなるコレクタ層203、高濃度p型GaAs層よりなるベース層204、及びn型AlGaAs層よりなるエミッタ層205が形成されている。ここで、エミッタ層205の所定の部分は他の部分よりも厚さが小さく形成されており、該所定の部分はベース保護層205aとなる。エミッタ層205におけるベース保護層205a以外の領域の上には、高濃度n型GaAs層よりなるエミッタキャップ層206、高濃度n型InGaAs層よりなるエミッタコンタクト層207が形成されている。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic cross-sectional structure of a conventional HBT using an alloying reaction layer as an ohmic electrode. As shown in FIG. 7, a
また、図7に示すように、エミッタコンタクト層207上には、Pt/Ti/Pt/Au構造(下から順にPt層、Ti層、Pt層及びAu層が積層された構造)を持つエミッタ電極211が形成されている。また、n型AlGaAs層であるベース保護層205a上には、Pt/Ti/Pt/Au構造を持つベース電極212が形成されている。また、サブコレクタ層202におけるコレクタ形成領域以外の他の領域の上には、AuGe/Ni/Au構造(下から順にAuGe層、Ni層及びAu層が積層された構造)を持つコレクタ電極213が形成されている。
Further, as shown in FIG. 7, on the
また、図7に示すように、エミッタコンタクト層207におけるエミッタ電極211の下側の部分には第1のPt合金化反応層214が形成されていると共に、ベース保護層205aにおけるベース電極212の下側の部分には第2のPt合金化反応層215が形成されている。第1のPt合金化反応層214及び第2のPt合金化反応層215は、熱処理によって電極材料(具体的には最下層を構成するPt)と半導体材料とが反応して形成されたものである。また、第2のPt合金化反応層215は、ベース保護層205aを貫通してベース層204の上部にまで延びている。
In addition, as shown in FIG. 7, a first Pt
図7に示す従来のHBTにおいて、ベース保護層205aはベース層204表面でのキャリア再結合を防ぎ、それによって電流増幅率の低下を抑制している。しかし、ベース保護層205aがベース層204の表面を被覆しているため、ベース電極212とベース層204とを直接接触させることができない。そこで、熱処理によってベース電極212の下側に、ベース保護層205aを貫通する第2のPt合金化反応層215を形成することにより、第2のPt合金化反応層215を介してベース電極212とベース層204とを接触させてオーミックコンタクトを得ている。それに対して、エミッタ電極211の下側の第1のPt合金化反応層214はエミッタコンタクト層207の内部のみに形成されている。
In the conventional HBT shown in FIG. 7, the base
以上のように、従来のHBTにおいては、Pt合金化反応層214及び215を形成することによって、エミッタコンタクト層207と第1のPt合金化反応層214との接合部におけるポテンシャル障壁の幅を狭くすることができると共に、ベース層204と第2のPt合金化反応層215との接合部におけるポテンシャル障壁の幅を狭くすることができる。このようにすると、キャリアのトンネル効果により良好なオーミック特性が得られるので、エミッタ及びベースのそれぞれにおけるコンタクト抵抗を低減でき、それによってエミッタ抵抗及びベース抵抗を低減することができる。
しかしながら、図7に示す従来のHBTにおいては、エミッタ電極211及びベース電極212がPt/Ti/Pt/Au構造からなるのに対して、コレクタ電極213がAuGe/Ni/Au構造からなるため、以下に述べるような問題が生じる。
However, in the conventional HBT shown in FIG. 7, the
すなわち、エミッタ電極211、ベース電極212及びコレクタ電極213の全てを同時に形成することができない。言い換えると、エミッタ電極211及びベース電極212を同時に形成する工程と、コレクタ電極213を形成する工程とを別々に行なわなければならない。具体的には、それぞれの電極形成工程において、電極形状と対応するパターンを持つフォトレジストを形成するレジスト形成と、蒸着法やスパッタ法を用いて金属薄膜を形成する金属薄膜形成と、フォトレジストを除去することにより必要な部分にのみ金属薄膜を残存させるリフトオフとを行なう必要がある。従って、従来のHBTにおいては、製造工程数の増加に伴って製造コストが増大するという問題がある。
That is, all of the
また、従来のHBTにおいては、Pt/Ti/Pt/Au構造を持つエミッタ電極211及びベース電極212に対する最適熱処理条件と、AuGe/Ni/Au構造を持つコレクタ電極213に対する最適熱処理条件とが異なってしまうという問題がある。以下、図面を参照しながら具体的に説明する。図8(a)は、GaAs上に形成されたAuGe/Ni/Au構造を持つ電極のコンタクト抵抗率における390℃での熱処理時間依存性を示し、図8(b)は、GaAs上に形成されたPt/Ti/Pt/Au構造を持つ電極のコンタクト抵抗率における390℃での熱処理時間依存性を示す。図8(a)及び(b)に示すように、GaAs上のAuGe/Ni/Au電極のコンタクト抵抗率は60秒を超えると徐々に上昇しているのに対して、GaAs上のPt/Ti/Pt/Au電極のコンタクト抵抗率は90秒未満では十分なオーミック特性が得られないほど大きい。よって、各電極に対する熱処理条件を、Pt/Ti/Pt/Au構造を持つエミッタ電極211及びベース電極212の最適熱処理条件に合わせた場合には、AuGe/Ni/Au構造を持つコレクタ電極213のオーミック特性が劣化してしまうという問題が生じる。また、各電極に対する熱処理条件をコレクタ電極213の最適熱処理条件に合わせた場合には、エミッタ電極211及びベース電極212において十分なオーミック特性が得られないという問題が起こる。
In the conventional HBT, the optimum heat treatment condition for the
前記に鑑み、本発明は、製造コストを低減することができ、且つ全ての電極において良好なコンタクト特性を実現できるHBT及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an HBT that can reduce the manufacturing cost and that can realize good contact characteristics in all the electrodes, and a manufacturing method thereof.
前記の目的を達成するために、本発明に係る第1のHBTは、高濃度n型の第1サブコレクタ層と、第1サブコレクタ層上に形成され、且つ第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層と、第2サブコレクタ層における所定の部分の上に形成されたi型又は低濃度n型のコレクタ層と、コレクタ層上に形成された高濃度p型のベース層と、ベース層上に形成され、且つベース層よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層と、エミッタ層における所定の部分の上に形成された高濃度n型のエミッタキャップ層と、エミッタキャップ層上に形成され、且つエミッタキャップ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層と、エミッタコンタクト層上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極と、エミッタ層におけるエミッタキャップ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるベース電極と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極とを備え、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層が形成されており、エミッタ層におけるベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層が形成されており、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層が形成されている。 In order to achieve the above object, a first HBT according to the present invention is formed on a high-concentration n-type first subcollector layer and a first subcollector layer, and has a band higher than that of the first subcollector layer. A high-concentration n-type second subcollector layer made of a material having a small gap, an i-type or low-concentration n-type collector layer formed on a predetermined portion of the second subcollector layer, and a collector layer A high-concentration p-type base layer, an n-type emitter layer formed on the base layer and made of a material having a larger band gap than the base layer, and a high level formed on a predetermined portion of the emitter layer An n-type emitter cap layer; a high-concentration n-type emitter contact layer formed on the emitter cap layer and made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer; An emitter electrode made of one or more conductive layers and a base made of one or more conductive layers on the portion of the emitter layer where the emitter cap layer is not formed A portion of the second sub-collector layer formed on the portion of the second sub-collector layer where the collector layer is not formed, and a collector electrode made of one or a plurality of conductive layers. A first alloying reaction layer is formed, a second alloying reaction layer is formed in a lower part of the base electrode in the emitter layer, and a lower part of the collector electrode in the second subcollector layer is formed. A third alloying reaction layer is formed in the portion.
また、本発明に係る第2のHBTは、高濃度n型の第1サブコレクタ層と、第1サブコレクタ層上に形成され、且つ第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層と、第2サブコレクタ層における所定の部分の上に形成されたi型又は低濃度n型のコレクタ層と、コレクタ層上に形成された高濃度p型のベース層と、ベース層における所定の部分の上に形成され、且つベース層よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層と、エミッタ層上に形成された高濃度n型のエミッタキャップ層と、エミッタキャップ層上に形成され、且つエミッタキャップ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層と、エミッタコンタクト層上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極と、ベース層におけるエミッタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるベース電極と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極とを備え、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層が形成されており、ベース層におけるベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層が形成されており、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層が形成されている。 The second HBT according to the present invention is a high-concentration n-type first subcollector layer and a high-concentration material formed on the first subcollector layer and made of a material having a smaller band gap than the first subcollector layer. An n-type second subcollector layer, an i-type or low-concentration n-type collector layer formed on a predetermined portion of the second subcollector layer, and a high-concentration p-type formed on the collector layer A base layer; an n-type emitter layer formed on a predetermined portion of the base layer and made of a material having a larger band gap than the base layer; and a high-concentration n-type emitter cap layer formed on the emitter layer A high-concentration n-type emitter contact layer formed on the emitter cap layer and made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer, and an emitter contact layer, An emitter electrode made of one or more conductive layers, a base electrode made of one or more conductive layers formed on a portion of the base layer where the emitter layer is not formed, and a second subcollector layer And a collector electrode formed of one or a plurality of conductive layers, and a first alloying reaction layer in a lower portion of the emitter electrode in the emitter contact layer. The second alloying reaction layer is formed in the lower portion of the base electrode in the base layer, and the third alloying reaction is formed in the lower portion of the collector electrode in the second subcollector layer. A layer is formed.
また、本発明に係る第1のHBTの製造方法は、半絶縁性基板の一主面上に、高濃度n型の第1サブコレクタ層、第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層、i型又は低濃度n型のコレクタ層形成用膜、高濃度p型のベース層形成用膜、ベース層形成用膜よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層形成用膜、高濃度n型のエミッタキャップ層形成用膜、エミッタキャップ層形成用膜よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層形成用膜を順次形成する工程と、エミッタ層形成用膜におけるベース電極形成領域が露出するように、エミッタコンタクト層形成用膜及びエミッタキャップ層形成用膜をパターン化してエミッタコンタクト層及びエミッタキャップ層を形成する工程と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域が露出するように、エミッタ層形成用膜、ベース層形成用膜及びコレクタ層形成用膜をパターン化してエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を形成する工程と、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極を形成する工程と、エミッタ層におけるベース電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるベース電極を形成する工程と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極を形成する工程と、熱処理を用いて、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層を、エミッタ層におけるベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層を、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層をそれぞれ形成する工程とを備えている。 In addition, the first HBT manufacturing method according to the present invention includes a high-concentration n-type first subcollector layer and a material having a smaller band gap than the first subcollector layer on one main surface of the semi-insulating substrate. A high-concentration n-type second subcollector layer, an i-type or low-concentration n-type collector layer forming film, a high-concentration p-type base layer forming film, and a material having a larger band gap than the base layer forming film. An n-type emitter layer forming film, a high-concentration n-type emitter cap layer forming film, and a high-concentration n-type emitter contact layer forming film made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer forming film are sequentially formed. The emitter contact layer forming film and the emitter cap layer forming film are patterned so that the base electrode forming region in the emitter layer forming film is exposed and the emitter contact layer forming film is exposed. And forming the emitter cap layer, and patterning the emitter layer forming film, the base layer forming film, and the collector layer forming film to expose the collector electrode forming region in the second subcollector layer, Forming a base layer and a collector layer; forming an emitter electrode made of one or more conductive layers on the emitter electrode formation region in the emitter contact layer; and on the base electrode formation region in the emitter layer. Forming a base electrode made of one or more conductive layers, forming a collector electrode made of one or more conductive layers on the collector electrode formation region in the second subcollector layer, and heat treatment Is used to place the first alloying reaction layer on the lower side of the emitter electrode in the emitter contact layer. The second alloying reaction layer in the lower portion of the base electrode, and a step of forming respectively a third alloying reaction layer of the lower part of the collector electrode of the second sub-collector layer.
また、本発明に係る第2のHBTの製造方法は、半絶縁性基板の一主面上に、高濃度n型の第1サブコレクタ層、第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層、i型又は低濃度n型のコレクタ層形成用膜、高濃度p型のベース層形成用膜、ベース層形成用膜よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層形成用膜、高濃度n型のエミッタキャップ層形成用膜、エミッタキャップ層形成用膜よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層形成用膜を順次形成する工程と、ベース層形成用膜におけるベース電極形成領域が露出するように、エミッタコンタクト層形成用膜、エミッタキャップ層形成用膜及びエミッタ層形成用膜をパターン化してエミッタコンタクト層、エミッタキャップ層及びエミッタ層を形成する工程と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域が露出するように、ベース層形成用膜及びコレクタ層形成用膜をパターン化してベース層及びコレクタ層を形成する工程と、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極を形成する工程と、ベース層におけるベース電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるベース電極を形成する工程と、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極を形成する工程と、熱処理を用いて、エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層を、ベース層におけるベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層を、第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層をそれぞれ形成する工程とを備えている。 The second HBT manufacturing method according to the present invention includes a high-concentration n-type first subcollector layer and a material having a smaller band gap than the first subcollector layer on one main surface of the semi-insulating substrate. A high-concentration n-type second subcollector layer, an i-type or low-concentration n-type collector layer forming film, a high-concentration p-type base layer forming film, and a material having a larger band gap than the base layer forming film. An n-type emitter layer forming film, a high-concentration n-type emitter cap layer forming film, and a high-concentration n-type emitter contact layer forming film made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer forming film are sequentially formed. And patterning the emitter contact layer forming film, the emitter cap layer forming film, and the emitter layer forming film so that the base electrode forming region in the base layer forming film is exposed. Patterning the base layer forming film and the collector layer forming film so as to expose the collector electrode forming region in the second subcollector layer, and the step of forming the mitter contact layer, the emitter cap layer, and the emitter layer A step of forming a collector layer, a step of forming an emitter electrode made of one or more conductive layers on the emitter electrode formation region in the emitter contact layer, and a step of forming one on the base electrode formation region in the base layer. Or a step of forming a base electrode made of a plurality of conductive layers, a step of forming a collector electrode made of one or more conductive layers on the collector electrode formation region in the second subcollector layer, and heat treatment. A first alloying reaction layer on the lower side of the emitter electrode in the emitter contact layer, and a base layer in the base layer. The second alloying reaction layer in the lower portion of the electrode, and a step of forming respectively a third alloying reaction layer of the lower part of the collector electrode of the second sub-collector layer.
尚、本願において、高濃度とは不純物濃度が1×1018cm-3以上であることを意味し、低濃度とは不純物濃度が1×1017cm-3以下であることを意味する。 In the present application, high concentration means that the impurity concentration is 1 × 10 18 cm −3 or more, and low concentration means that the impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or less.
本発明によると、エミッタコンタクト層及び第2サブコレクタ層のそれぞれにバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型半導体を用いるため、エミッタコンタクト層とその上に形成されるエミッタ電極を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できると共に、第2サブコレクタ層とその上に形成されるコレクタ電極を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できる。従って、エミッタ電極及びコレクタ電極のそれぞれの材料としてベース電極と同じ材料を用いることができ、それにより各電極を同時に形成することができるため、製造工程数を低減させることができるので、製造コストを低減させることができる。 According to the present invention, since each of the emitter contact layer and the second subcollector layer uses a high-concentration n-type semiconductor made of a material having a small band gap, the emitter contact layer and the metal constituting the emitter electrode formed thereon The ohmic connection between the second sub-collector layer and the metal constituting the collector electrode formed thereon can be easily realized. Accordingly, the same material as that of the base electrode can be used as the material of the emitter electrode and the collector electrode, whereby each electrode can be formed at the same time, so that the number of manufacturing steps can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost. Can be reduced.
また、本発明によると、エミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極を全て同一材料から構成することによって、言い換えると、各電極を構成する単層又は複数層の構造を同一にすることによって、各電極の下側に合金化反応層をそれぞれ形成するための最適熱処理条件を同一条件に設定できる。具体的には、エミッタ電極の下側の第1の合金化反応層を形成するための最適熱処理条件と、ベース電極の下側の第2の合金化反応層を形成するための最適熱処理条件と、コレクタ電極の下側の第3の合金化反応層を形成するための最適熱処理条件とを一致させることができる。従って、全ての電極において良好なオーミックコンタクトを得ることができる。 Further, according to the present invention, the emitter electrode, the base electrode, and the collector electrode are all made of the same material, in other words, by making the structure of the single layer or the plurality of layers constituting each electrode the same, The optimum heat treatment conditions for forming the alloying reaction layers on the lower side can be set to the same conditions. Specifically, the optimum heat treatment conditions for forming the first alloying reaction layer below the emitter electrode, and the optimum heat treatment conditions for forming the second alloying reaction layer below the base electrode, The optimum heat treatment conditions for forming the third alloying reaction layer below the collector electrode can be matched. Therefore, good ohmic contact can be obtained in all electrodes.
本発明のHBT及びその製造方法によると、エミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極を同時に形成することができるので、製造工程数が低減し、それによって製造コストを低減させることができる。また、エミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極を同一材料から構成することができ、それにより各電極下側に合金化反応層をそれぞれ形成するための最適熱処理条件を全て同一条件に設定できるので、全ての電極において良好なオーミックコンタクトを得ることができる。 According to the HBT and the manufacturing method thereof of the present invention, the emitter electrode, the base electrode, and the collector electrode can be formed at the same time, so that the number of manufacturing steps can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost. In addition, the emitter electrode, the base electrode, and the collector electrode can be made of the same material, so that the optimum heat treatment conditions for forming the alloying reaction layers under each electrode can be set to the same conditions. Good ohmic contact can be obtained at the electrodes.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係るHBT及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the HBT and the manufacturing method thereof according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係るHBTの構造を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the HBT according to this embodiment.
図1に示すように、例えばGaAsよりなる半絶縁性基板101の上に、例えばn型不純物が5×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ600nmのn型GaAs層よりなる第1サブコレクタ層102が形成されている。また、第1サブコレクタ層102上には、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなる第2サブコレクタ層108が形成されている。第2サブコレクタ層108を構成するInGaAsのバンドギャップは、第1サブコレクタ層102を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
As shown in FIG. 1, on a
第2サブコレクタ層108における所定の領域の上には、例えばn型不純物が1×1016cm-3と低濃度にドープされた厚さ500nmのn型GaAs層よりなるコレクタ層103、例えばp型不純物が4×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのp型GaAs層よりなるベース層104、及び例えばn型不純物が3×1017cm-3の濃度でドープされた厚さ30nmのn型InGaP(具体的にはIn組成比が約48%のIn0.48Ga0.52P)層よりなるエミッタ層105が順に積層されている。すなわち、第2サブコレクタ層108上においてコレクタ層103、ベース層104及びエミッタ層105の積層構造は凸形状に形成されている。尚、コレクタ層103としてi型GaAs層を用いてもよい。また、エミッタ層105を構成するIn0.48Ga0.52Pのバンドギャップは、ベース層104を構成するGaAsのバンドギャップよりも大きい。
On a predetermined region in the
エミッタ層105における所定の領域の上には、例えばn型不純物が3×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ200nmのn型GaAs層よりなるエミッタキャップ層106、及び例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなるエミッタコンタクト層107が順に積層されている。すなわち、エミッタ層105上においてエミッタキャップ層106及びエミッタコンタクト層107は凸形状に形成されている。また、エミッタコンタクト層107を構成するInGaAsのバンドギャップは、エミッタキャップ層106を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
On a predetermined region of the
エミッタコンタクト層107上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つエミッタ電極111が形成されている。また、エミッタ層105におけるエミッタキャップ層106が形成されていない露出部分の上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つベース電極112が形成されている。また、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ層103が形成されていない露出部分の上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つコレクタ電極113が形成されている。
On the
エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極111の下側の部分には第1のPt合金化反応層114が形成されている。ここで、第1のPt合金化反応層114は、熱処理によって、エミッタ電極111の最下層を構成するPtと、エミッタコンタクト層107を構成するInGaAsとを反応させることによって形成されたものである。また、第1のPt合金化反応層114は、エミッタコンタクト層107の内部のみに形成されている。
A first Pt alloying
エミッタ層105におけるベース電極112の下側の部分には第2のPt合金化反応層115が形成されている。ここで、第2のPt合金化反応層115は、熱処理によって、ベース電極112の最下層を構成するPtと、エミッタ層105を構成するInGaPとを反応させることによって形成されたものである。また、第2のPt合金化反応層115は、エミッタ層105を貫通してベース層104に達するように形成されている。これにより、第2のPt合金化反応層115を介してベース電極112とベース層104とを接触させることができるので、オーミックコンタクトが確実に得られる。
A second Pt alloying
第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極113の下側の部分には第3のPt合金化反応層116が形成されている。ここで、第3のPt合金化反応層116は、熱処理によって、コレクタ電極113の最下層を構成するPtと、第2サブコレクタ層108を構成するInGaAsとを反応させることによって形成されたものである。また、第3のPt合金化反応層116は、第2サブコレクタ層108の内部のみに形成されている。
A third Pt alloying
尚、本実施形態においては、個々のHBT同士を電気的に分離するために、各HBT形成領域の周辺には、第2サブコレクタ層108及び第1サブコレクタ層102の積層構造を貫いて基板101まで達する素子分離領域141が形成されている。
In this embodiment, in order to electrically isolate individual HBTs, the substrate is formed through the stacked structure of the
以下、図1に示す本実施形態のHBTの製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the HBT of this embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings.
図2(a)〜(c)及び図3(a)、(b)は、本実施形態に係るHBTの製造方法の各工程を示す断面図である。 2 (a) to 2 (c) and FIGS. 3 (a) and 3 (b) are cross-sectional views showing respective steps of the method of manufacturing the HBT according to the present embodiment.
まず、図2(a)に示すように、例えばMBE法(分子線エピタキシ法)又はMOCVD法(有機金属化学気相成長法)等の結晶成長法により、例えばGaAsよりなる半絶縁性基板101の上に、例えばn型不純物が5×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ600nmのn型GaAs層よりなる第1サブコレクタ層102と、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなる第2サブコレクタ層108と、例えばn型不純物が1×1016cm-3と低濃度にドープされた厚さ500nmのn型GaAs層よりなるコレクタ層形成用膜123と、例えばp型不純物が4×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのp型GaAs層よりなるベース層形成用膜124と、例えばn型不純物が3×1017cm-3の濃度でドープされた厚さ30nmのn型InGaP(具体的にはIn組成比が約48%のIn0.48Ga0.52P)層よりなるエミッタ層形成用膜125と、例えばn型不純物が3×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ200nmのn型GaAs層よりなるエミッタキャップ層形成用膜126と、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなるエミッタコンタクト層形成用膜127とを順次形成する。尚、コレクタ層形成用膜123としてi型GaAs層を形成してもよい。また、エミッタ層形成用膜125を構成するIn0.48Ga0.52Pのバンドギャップは、ベース層形成用膜124を構成するGaAsのバンドギャップよりも大きい。また、エミッタコンタクト層形成用膜127を構成するInGaAsのバンドギャップは、エミッタキャップ層形成用膜126を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、エミッタ形成領域を保護するフォトレジストパターン131をマスクとして、例えば燐酸系のエッチング溶液を用いてエミッタコンタクト層形成用膜127及びエミッタキャップ層形成用膜126に対して順次エッチングを行なう。これにより、エミッタキャップ層106とエミッタコンタクト層107との積層構造よりなるエミッタ島領域が形成されると共にエミッタ層形成用膜125におけるベース電極形成領域が露出する。このとき、In0.48Ga0.52Pよりなるエミッタ層形成用膜125は殆どエッチングされない。
Next, as shown in FIG. 2B, using the
次に、図2(c)に示すように、エミッタ形成領域を含むベース形成領域を保護するフォトレジストパターン132をマスクとして、例えば水で希釈した塩酸を用いてエミッタ層形成用膜125に対して選択的にエッチングを行ない、続いて、パターニングされたエミッタ層形成用膜125つまりエミッタ層105をマスクとして、例えばクエン酸系のエッチング溶液を用いて、ベース層形成用膜124及びコレクタ層形成用膜123に対して順次エッチングを行なう。これにより、コレクタ層103とベース層104とエミッタ層105との積層構造よりなるベース島領域が形成されると共に第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極形成領域が露出する。このとき、InGaAsよりなる第2サブコレクタ層108は殆どエッチングされない。すなわち、本実施形態においては、InGaAs層である第2サブコレクタ層108が、クエン酸系のエッチング溶液を用いたウェットエッチングにおけるエッチングストッパ層として作用するため、従来技術と比較して、ベース島領域を形成する際のエッチング精度を大幅に向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 2C, with the
次に、図3(a)に示すように、各単位HBTセル(個々のHBT形成領域)を保護するフォトレジストパターン133をマスクとして、第2サブコレクタ層108及び第1サブコレクタ層102のそれぞれに対して、例えばHe(ヘリウム)イオンを注入し、それによって素子分離領域141を形成する。これにより、各単位HBTセルが分離される。
Next, as shown in FIG. 3A, each of the second
次に、図3(b)に示すように、各電極を形成するためのフォトレジストパターン134、具体的には、エミッタ電極形成領域、ベース電極形成領域及びコレクタ電極形成領域のそれぞれが開口されたフォトレジストパターン134を形成する。その後、例えば蒸着法により、基板全面に亘って、例えばPt/Ti/Pt/Au構造(具体的には厚さ30nmのPt膜、厚さ100nmのTi膜、厚さ50nmのPt膜及び厚さ50nmのAu膜が順次積層された構造)を持つ電極形成用膜135を形成する。その後、例えばリフトオフ法により、フォトレジストパターン134と共に不要な電極形成用膜135を剥離することによって、エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極形成領域の上にエミッタ電極111を形成し、エミッタ層105におけるベース電極形成領域の上にベース電極112を形成し、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極形成領域の上にコレクタ電極113を形成する。すなわち、本実施形態においては、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113を同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the
最後に、図1に示す本実施形態のHBTを完成させるため、例えば390℃、120秒間の熱処理により、各電極を構成する金属(具体的にはPt)と各電極の下の半導体層の構成材料とを反応させる。これによって、エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極111の下側の部分に第1のPt合金化反応層114が形成され、エミッタ層105におけるベース電極112の下側の部分に第2のPt合金化反応層115が形成され、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極113の下側の部分に第3のPt合金化反応層116が形成される。尚、第1のPt合金化反応層114はエミッタコンタクト層107の内部のみに形成され、第2のPt合金化反応層115はエミッタ層105を貫通してベース層104に達するように形成され、第3のPt合金化反応層116は第2サブコレクタ層108の内部のみに形成される。また、本実施形態では、各単位HBTセル同士を電気的に分離するための素子分離領域(イオン注入によって形成された分離領域)141に対する不活性化処理を、各Pt合金化反応層114〜116を形成するための熱処理によって同時に実施し、それにより製造工程数の低減を図る。
Finally, in order to complete the HBT of this embodiment shown in FIG. 1, the structure of the metal (specifically, Pt) constituting each electrode and the semiconductor layer under each electrode by, for example, heat treatment at 390 ° C. for 120 seconds. React with the material. As a result, the first Pt alloying
以上に説明したように、本実施形態によると、エミッタコンタクト層107及び第2サブコレクタ層108のそれぞれにバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型半導体を用いるため、エミッタコンタクト層107とその上に形成されるエミッタ電極111を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できると共に、第2サブコレクタ層108とその上に形成されるコレクタ電極113を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できる。従って、エミッタ電極111及びコレクタ電極113のそれぞれの材料としてベース電極112と同じ材料を用いることができ、それにより各電極111〜113を同時に形成することができるため、製造工程数を低減させることができるので、製造コストを低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によると、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113を全て同一材料から構成することによって、言い換えると、各電極111〜113の金属積層構造を同一にすることによって、各電極111〜113の下側に合金化反応層114〜116をそれぞれ形成するための最適熱処理条件を同一条件に設定できる。具体的には、エミッタ電極111の下側の第1の合金化反応層114を形成するための最適熱処理条件と、ベース電極112の下側の第2の合金化反応層115を形成するための最適熱処理条件と、コレクタ電極113の下側の第3の合金化反応層116を形成するための最適熱処理条件とを一致させることができる。従って、全ての電極111〜113において良好なオーミックコンタクトを得ることができる。
Further, according to the present embodiment, the
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係るHBT及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態に係るHBTが第1の実施形態と異なっている点は、第1の実施形態ではベース電極112がエミッタ層105を挟んでベース層104上に形成されていたのに対して、本実施形態では、後述するように、ベース電極112がベース層104の直上に形成されていることである。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an HBT and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The HBT according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the
図4は、本実施形態に係るHBTの構造を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the HBT according to this embodiment.
図4に示すように、例えばGaAsよりなる半絶縁性基板101の上に、例えばn型不純物が5×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ600nmのn型GaAs層よりなる第1サブコレクタ層102が形成されている。また、第1サブコレクタ層102上には、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなる第2サブコレクタ層108が形成されている。第2サブコレクタ層108を構成するInGaAsのバンドギャップは、第1サブコレクタ層102を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
As shown in FIG. 4, on a
第2サブコレクタ層108における所定の領域の上には、例えばn型不純物が1×1016cm-3と低濃度にドープされた厚さ500nmのn型GaAs層よりなるコレクタ層103、及び例えばp型不純物が4×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのp型GaAs層よりなるベース層104が順に積層されている。すなわち、第2サブコレクタ層108上においてコレクタ層103及びベース層104の積層構造は凸形状に形成されている。尚、コレクタ層103としてi型GaAs層を用いてもよい。
On a predetermined region of the
ベース層104における所定の領域の上には、例えばn型不純物が3×1017cm-3の濃度でドープされた厚さ30nmのn型InGaP(具体的にはIn組成比が約48%のIn0.48Ga0.52P)層よりなるエミッタ層105、例えばn型不純物が3×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ200nmのn型GaAs層よりなるエミッタキャップ層106、及び例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなるエミッタコンタクト層107が順に積層されている。すなわち、ベース層104上においてエミッタ層105、エミッタキャップ層106及びエミッタコンタクト層107の積層構造は凸形状に形成されている。ここで、エミッタ層105を構成するIn0.48Ga0.52Pのバンドギャップは、ベース層104を構成するGaAsのバンドギャップよりも大きい。また、エミッタコンタクト層107を構成するInGaAsのバンドギャップは、エミッタキャップ層106を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
On a predetermined region in the
エミッタコンタクト層107上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つエミッタ電極111が形成されている。また、ベース層104におけるエミッタ層105が形成されていない露出部分の上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つベース電極112が形成されている。また、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ層103が形成されていない露出部分の上には、例えばPt/Ti/Pt/Au構造を持つコレクタ電極113が形成されている。
On the
エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極111の下側の部分には第1のPt合金化反応層114が形成されている。ここで、第1のPt合金化反応層114は、熱処理によって、エミッタ電極111の最下層を構成するPtと、エミッタコンタクト層107を構成するInGaAsとを反応させることによって形成されたものである。また、第1のPt合金化反応層114は、エミッタコンタクト層107の内部のみに形成されている。
A first Pt alloying
ベース層104におけるベース電極112の下側の部分には第2のPt合金化反応層115が形成されている。ここで、第2のPt合金化反応層115は、熱処理によって、ベース電極112の最下層を構成するPtと、ベース層104を構成するGaAsとを反応させることによって形成されたものである。また、第2のPt合金化反応層115は、ベース層104の内部のみに形成されている。
A second Pt alloying
第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極113の下側の部分には第3のPt合金化反応層116が形成されている。ここで、第3のPt合金化反応層116は、熱処理によって、コレクタ電極113の最下層を構成するPtと、第2サブコレクタ層108を構成するInGaAsとを反応させることによって形成されたものである。また、第3のPt合金化反応層116は、第2サブコレクタ層108の内部のみに形成されている。
A third Pt alloying
尚、本実施形態においては、個々のHBT同士を電気的に分離するために、各HBT形成領域の周辺には、第2サブコレクタ層108及び第1サブコレクタ層102の積層構造を貫いて基板101まで達する素子分離領域141が形成されている。
In this embodiment, in order to electrically isolate individual HBTs, the substrate is formed through the stacked structure of the
以下、図4に示す本実施形態のHBTの製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the HBT of this embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to the drawings.
図5(a)〜(c)及び図6(a)、(b)は、本実施形態に係るHBTの製造方法の各工程を示す断面図である。 FIGS. 5A to 5C and FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing the HBT according to the present embodiment.
まず、図5(a)に示すように、例えばMBE法又はMOCVD法等の結晶成長法により、例えばGaAsよりなる半絶縁性基板101の上に、例えばn型不純物が5×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ600nmのn型GaAs層よりなる第1サブコレクタ層102と、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなる第2サブコレクタ層108と、例えばn型不純物が1×1016cm-3と低濃度にドープされた厚さ500nmのn型GaAs層よりなるコレクタ層形成用膜123と、例えばp型不純物が4×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのp型GaAs層よりなるベース層形成用膜124と、例えばn型不純物が3×1017cm-3の濃度でドープされた厚さ30nmのn型InGaP(具体的にはIn組成比が約48%のIn0.48Ga0.52P)層よりなるエミッタ層形成用膜125と、例えばn型不純物が3×1018cm-3と高濃度にドープされた厚さ200nmのn型GaAs層よりなるエミッタキャップ層形成用膜126と、例えばn型不純物が1×1019cm-3と高濃度にドープされた厚さ100nmのn型InGaAs層よりなるエミッタコンタクト層形成用膜127とを順次形成する。尚、コレクタ層形成用膜123としてi型GaAs層を形成してもよい。また、エミッタ層形成用膜125を構成するIn0.48Ga0.52Pのバンドギャップは、ベース層形成用膜124を構成するGaAsのバンドギャップよりも大きい。また、エミッタコンタクト層形成用膜127を構成するInGaAsのバンドギャップは、エミッタキャップ層形成用膜126を構成するGaAsのバンドギャップよりも小さい。
First, as shown in FIG. 5A, an n-type impurity, for example, 5 × 10 18 cm −3 is formed on a
次に、図5(b)に示すように、エミッタ形成領域を保護するフォトレジストパターン131をマスクとして、例えば燐酸系のエッチング溶液を用いてエミッタコンタクト層形成用膜127及びエミッタキャップ層形成用膜126に対して順次エッチングを行なう。続いて、フォトレジストパターン131をマスクとして、例えば水で希釈した塩酸を用いてエミッタ層形成用膜125に対して選択的にエッチングを行なう。これにより、エミッタ層105とエミッタキャップ層106とエミッタコンタクト層107との積層構造よりなるエミッタ島領域が形成されると共にベース層形成用膜124におけるベース電極形成領域が露出する。このとき、GaAs層よりなるベース層形成用膜124は殆どエッチングされない。
Next, as shown in FIG. 5B, using the
次に、図5(c)に示すように、エミッタ形成領域を含むベース形成領域を保護するフォトレジストパターン132をマスクとして、例えばクエン酸系のエッチング溶液を用いて、ベース層形成用膜124及びコレクタ層形成用膜123に対して順次エッチングを行なう。これにより、コレクタ層103とベース層104との積層構造よりなるベース島領域が形成されると共に第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極形成領域が露出する。このとき、InGaAsよりなる第2サブコレクタ層108は殆どエッチングされない。すなわち、本実施形態においては、InGaAs層である第2サブコレクタ層108が、クエン酸系のエッチング溶液を用いたウェットエッチングにおけるエッチングストッパ層として作用するため、従来技術と比較して、ベース島領域を形成する際のエッチング精度を大幅に向上させることができる。
Next, as shown in FIG. 5C, using the
次に、図6(a)に示すように、各単位HBTセル(個々のHBT形成領域)を保護するフォトレジストパターン133をマスクとして、第2サブコレクタ層108及び第1サブコレクタ層102のそれぞれに対して、例えばHe(ヘリウム)イオンを注入し、それによって素子分離領域141を形成する。これにより、各単位HBTセルが分離される。
Next, as shown in FIG. 6A, each of the second
次に、図6(b)に示すように、各電極を形成するためのフォトレジストパターン134、具体的には、エミッタ電極形成領域、ベース電極形成領域及びコレクタ電極形成領域のそれぞれが開口されたフォトレジストパターン134を形成する。その後、例えば蒸着法により、基板全面に亘って、例えばPt/Ti/Pt/Au構造(具体的には厚さ30nmのPt膜、厚さ100nmのTi膜、厚さ50nmのPt膜及び厚さ50nmのAu膜が順次積層された構造)を持つ電極形成用膜135を形成する。その後、例えばリフトオフ法により、フォトレジストパターン134と共に不要な電極形成用膜135を剥離することによって、エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極形成領域の上にエミッタ電極111を形成し、ベース層104におけるベース電極形成領域の上にベース電極112を形成し、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極形成領域の上にコレクタ電極113を形成する。すなわち、本実施形態においては、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113を同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 6B, the
最後に、図4に示す本実施形態のHBTを完成させるため、例えば390℃、120秒間の熱処理により、各電極を構成する金属(具体的にはPt)と各電極の下の半導体層の構成材料とを反応させる。これによって、エミッタコンタクト層107におけるエミッタ電極111の下側の部分に第1のPt合金化反応層114が形成され、ベース層104におけるベース電極112の下側の部分に第2のPt合金化反応層115が形成され、第2サブコレクタ層108におけるコレクタ電極113の下側の部分に第3のPt合金化反応層116が形成される。尚、第1のPt合金化反応層114はエミッタコンタクト層107の内部のみに形成され、第2のPt合金化反応層115はベース層104の内部のみに形成され、第3のPt合金化反応層116は第2サブコレクタ層108の内部のみに形成される。また、本実施形態では、各単位HBTセル同士を電気的に分離するための素子分離領域(イオン注入によって形成された分離領域)141に対する不活性化処理を、各Pt合金化反応層114〜116を形成するための熱処理によって同時に実施し、それにより製造工程数の低減を図る。
Finally, in order to complete the HBT of this embodiment shown in FIG. 4, the structure of the metal (specifically, Pt) constituting each electrode and the semiconductor layer under each electrode by, for example, heat treatment at 390 ° C. for 120 seconds. React with the material. As a result, the first Pt alloying
尚、本実施形態において、エミッタ形成領域の外側のエミッタ層形成用膜125を全て除去したが(図5(b)参照)、これに代えて、ベース形成領域の外側の領域及びベース電極形成領域のエミッタ層形成用膜125を除去してもよい。このようにすると、図4に示す本実施形態のHBTにおいて、ベース電極形成領域のベース層104の直上にベース電極112を設けながら、ベース電極形成領域以外のベース層104をエミッタ層105によって覆うことができる。
In this embodiment, all the emitter
以上に説明したように、本実施形態によると、エミッタコンタクト層107及び第2サブコレクタ層108のそれぞれにバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型半導体を用いるため、エミッタコンタクト層107とその上に形成されるエミッタ電極111を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できると共に、第2サブコレクタ層108とその上に形成されるコレクタ電極113を構成する金属との間のオーミック接続を容易に実現できる。従って、エミッタ電極111及びコレクタ電極113のそれぞれの材料としてベース電極112と同じ材料を用いることができ、それにより各電極111〜113を同時に形成することができるため、製造工程数を低減させることができるので、製造コストを低減させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によると、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113を全て同一材料から構成することによって、言い換えると、各電極111〜113の金属積層構造を同一にすることによって、各電極111〜113の下側に合金化反応層114〜116をそれぞれ形成するための最適熱処理条件を同一条件に設定できる。具体的には、エミッタ電極111の下側の第1の合金化反応層114を形成するための最適熱処理条件と、ベース電極112の下側の第2の合金化反応層115を形成するための最適熱処理条件と、コレクタ電極113の下側の第3の合金化反応層116を形成するための最適熱処理条件とを一致させることができる。従って、全ての電極111〜113において良好なオーミックコンタクトを得ることができる。
Further, according to the present embodiment, the
尚、第1又は第2の実施形態において、HBTを構成する各半導体層における不純物濃度、厚さ及び組成比等が前述の数値に限定されないことは言うまでもない。 In the first or second embodiment, it goes without saying that the impurity concentration, thickness, composition ratio, and the like in each semiconductor layer constituting the HBT are not limited to the above-described numerical values.
また、第1又は第2の実施形態において、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113のそれぞれにおける最下層としてPt層を用いたが、これに代えて、例えばPd層又はNi層を用いた場合にも各電極の下側に合金化反応層が形成され、それによって本実施形態と同様の効果が得られる。また、エミッタ電極111、ベース電極112及びコレクタ電極113として、Pt、Pd又はNiからなる単層構造を用いてもよい。
In the first or second embodiment, the Pt layer is used as the lowermost layer in each of the
また、第1又は第2の実施形態において、イオン注入を用いて素子分離領域を形成したが、これに代えて、例えばウェットエッチングを用いて素子分離領域となるトレンチを形成してもよい。 Further, in the first or second embodiment, the element isolation region is formed by using ion implantation, but instead of this, for example, a trench serving as the element isolation region may be formed by using wet etching.
また、第1又は第2の実施形態において、エミッタ層105としてInGaP層を用いたが、これに代えて、例えばAlGaAs層を用いてもよい。
In the first or second embodiment, the InGaP layer is used as the
また、第1又は第2の実施形態において、第2サブコレクタ層108及びエミッタコンタクト層107としてInGaAs層を用いたが、これに代えて、InGaAs層を含む半導体積層構造を用いてもよい。
In the first or second embodiment, the InGaAs layer is used as the second
また、第1又は第2の実施形態において、半絶縁性基板101としてGaAs基板を用いたHBTを対象としたが、これに代えて、半絶縁性基板101としてInP基板を用い且つエミッタ層105としてInP層又はInAlAs層等を用いたHBTを対象とした場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the first or second embodiment, an HBT using a GaAs substrate as the
本発明は、HBT及びその製造方法に関し、コンタクト抵抗を低減させるために合金化反応層をオーミック電極に用いたHBTに適用した場合に、製造コストの削減、及び各電極における良好なコンタクト特性の実現という効果が得られ有用である。 The present invention relates to an HBT and a manufacturing method thereof, and when applied to an HBT in which an alloying reaction layer is used as an ohmic electrode in order to reduce contact resistance, the manufacturing cost is reduced, and good contact characteristics are achieved in each electrode. The effect is obtained and useful.
101 基板
102 第1サブコレクタ層
103 コレクタ層
104 ベース層
105 エミッタ層
106 エミッタキャップ層
107 エミッタコンタクト層
108 第2サブコレクタ層
111 エミッタ電極
112 ベース電極
113 コレクタ電極
114 第1のPt合金化反応層
115 第2のPt合金化反応層
116 第3のPt合金化反応層
123 コレクタ層形成用膜
124 ベース層形成用膜
125 エミッタ層形成用膜
126 エミッタキャップ層形成用膜
127 エミッタコンタクト層形成用膜
131 フォトレジストパターン
132 フォトレジストパターン
133 フォトレジストパターン
134 フォトレジストパターン
135 電極形成用膜
141 素子分離領域
101
Claims (20)
前記第1サブコレクタ層上に形成され、且つ前記第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層と、
前記第2サブコレクタ層における所定の部分の上に形成されたi型又は低濃度n型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成された高濃度p型のベース層と、
前記ベース層上に形成され、且つ前記ベース層よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層と、
前記エミッタ層における所定の部分の上に形成された高濃度n型のエミッタキャップ層と、
前記エミッタキャップ層上に形成され、且つ前記エミッタキャップ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層と、
前記エミッタコンタクト層上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極と、
前記エミッタ層における前記エミッタキャップ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるベース電極と、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極とを備え、
前記エミッタコンタクト層における前記エミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層が形成されており、
前記エミッタ層における前記ベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層が形成されており、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 A high-concentration n-type first subcollector layer;
A high-concentration n-type second subcollector layer formed on the first subcollector layer and made of a material having a smaller band gap than the first subcollector layer;
An i-type or low-concentration n-type collector layer formed on a predetermined portion of the second subcollector layer;
A high-concentration p-type base layer formed on the collector layer;
An n-type emitter layer formed on the base layer and made of a material having a larger band gap than the base layer;
A high-concentration n-type emitter cap layer formed on a predetermined portion of the emitter layer;
A high-concentration n-type emitter contact layer formed on the emitter cap layer and made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer;
An emitter electrode formed on the emitter contact layer and comprising one or more conductive layers;
A base electrode formed on a portion of the emitter layer where the emitter cap layer is not formed and made of one or more conductive layers;
A collector electrode formed on a portion of the second subcollector layer where the collector layer is not formed, and comprising one or a plurality of conductive layers;
A first alloying reaction layer is formed in a lower portion of the emitter electrode in the emitter contact layer;
A second alloying reaction layer is formed in a lower portion of the base electrode in the emitter layer;
A heterojunction bipolar transistor, wherein a third alloying reaction layer is formed in a lower portion of the collector electrode in the second subcollector layer.
前記第3の合金化反応層は、前記第2サブコレクタ層の内部のみに形成されており、
前記第2の合金化反応層は、前記エミッタ層を貫通して前記ベース層に達するように形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The first alloying reaction layer is formed only inside the emitter contact layer,
The third alloying reaction layer is formed only inside the second subcollector layer,
3. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the second alloying reaction layer is formed so as to penetrate the emitter layer and reach the base layer. 4.
前記第1サブコレクタ層上に形成され、且つ前記第1サブコレクタ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型の第2サブコレクタ層と、
前記第2サブコレクタ層における所定の部分の上に形成されたi型又は低濃度n型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に形成された高濃度p型のベース層と、
前記ベース層における所定の部分の上に形成され、且つ前記ベース層よりもバンドギャップの大きい材料からなるn型のエミッタ層と、
前記エミッタ層上に形成された高濃度n型のエミッタキャップ層と、
前記エミッタキャップ層上に形成され、且つ前記エミッタキャップ層よりもバンドギャップの小さい材料からなる高濃度n型のエミッタコンタクト層と、
前記エミッタコンタクト層上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極と、
前記ベース層における前記エミッタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるベース電極と、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ層が形成されていない部分の上に形成され、且つ1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極とを備え、
前記エミッタコンタクト層における前記エミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層が形成されており、
前記ベース層における前記ベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層が形成されており、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 A high-concentration n-type first subcollector layer;
A high-concentration n-type second subcollector layer formed on the first subcollector layer and made of a material having a smaller band gap than the first subcollector layer;
An i-type or low-concentration n-type collector layer formed on a predetermined portion of the second subcollector layer;
A high-concentration p-type base layer formed on the collector layer;
An n-type emitter layer formed on a predetermined portion of the base layer and made of a material having a larger band gap than the base layer;
A high-concentration n-type emitter cap layer formed on the emitter layer;
A high-concentration n-type emitter contact layer formed on the emitter cap layer and made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer;
An emitter electrode formed on the emitter contact layer and comprising one or more conductive layers;
A base electrode formed on a portion of the base layer where the emitter layer is not formed and comprising one or more conductive layers;
A collector electrode formed on a portion of the second subcollector layer where the collector layer is not formed, and comprising one or a plurality of conductive layers;
A first alloying reaction layer is formed in a lower portion of the emitter electrode in the emitter contact layer;
A second alloying reaction layer is formed in a lower portion of the base electrode in the base layer;
A heterojunction bipolar transistor, wherein a third alloying reaction layer is formed in a lower portion of the collector electrode in the second subcollector layer.
前記第2の合金化反応層は、前記ベース層の内部のみに形成されており、
前記第3の合金化反応層は、前記第2サブコレクタ層の内部のみに形成されていることを特徴とする請求項6又は7に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 The first alloying reaction layer is formed only inside the emitter contact layer,
The second alloying reaction layer is formed only inside the base layer,
The heterojunction bipolar transistor according to claim 6 or 7, wherein the third alloying reaction layer is formed only inside the second subcollector layer.
前記エミッタ層形成用膜におけるベース電極形成領域が露出するように、前記エミッタコンタクト層形成用膜及び前記エミッタキャップ層形成用膜をパターン化してエミッタコンタクト層及びエミッタキャップ層を形成する工程と、
前記第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域が露出するように、前記エミッタ層形成用膜、前記ベース層形成用膜及び前記コレクタ層形成用膜をパターン化してエミッタ層、ベース層及びコレクタ層を形成する工程と、
前記エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極を形成する工程と、
前記エミッタ層における前記ベース電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるベース電極を形成する工程と、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極を形成する工程と、
熱処理を用いて、前記エミッタコンタクト層における前記エミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層を、前記エミッタ層における前記ベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層を、前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層をそれぞれ形成する工程とを備えていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。 A high-concentration n-type first subcollector layer, a high-concentration n-type second subcollector layer made of a material having a smaller band gap than the first subcollector layer, and an i-type on one main surface of the semi-insulating substrate Alternatively, a low-concentration n-type collector layer forming film, a high-concentration p-type base layer forming film, an n-type emitter layer forming film made of a material having a larger band gap than the base layer-forming film, and a high-concentration n Forming a type emitter cap layer forming film, a high concentration n type emitter contact layer forming film made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer forming film,
Patterning the emitter contact layer forming film and the emitter cap layer forming film so as to expose a base electrode forming region in the emitter layer forming film to form an emitter contact layer and an emitter cap layer;
The emitter layer forming film, the base layer forming film, and the collector layer forming film are patterned to expose the emitter layer, the base layer, and the collector layer so that the collector electrode forming region in the second subcollector layer is exposed. Forming, and
Forming an emitter electrode composed of one or a plurality of conductive layers on the emitter electrode formation region in the emitter contact layer;
Forming a base electrode comprising one or more conductive layers on the base electrode formation region in the emitter layer;
Forming a collector electrode composed of one or more conductive layers on the collector electrode formation region in the second subcollector layer;
Using a heat treatment, a first alloying reaction layer is formed on a lower portion of the emitter electrode in the emitter contact layer, and a second alloying reaction layer is formed on a lower portion of the base electrode in the emitter layer, Forming a third alloying reaction layer in a lower portion of the collector electrode in the second subcollector layer. A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor, comprising:
前記イオンが注入された前記素子分離領域に対する不活性化処理が、前記各合金化反応層を形成する工程における前記熱処理によって同時に実施されることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。 A step of forming an element isolation region by implanting ions into a region other than the element formation region in each of the second subcollector layer and the first subcollector layer;
15. The deactivation process for the element isolation region into which the ions have been implanted is simultaneously performed by the heat treatment in the step of forming the alloying reaction layers. A method for producing a heterojunction bipolar transistor according to 1.
前記ベース層形成用膜におけるベース電極形成領域が露出するように、前記エミッタコンタクト層形成用膜、前記エミッタキャップ層形成用膜及び前記エミッタ層形成用膜をパターン化してエミッタコンタクト層、エミッタキャップ層及びエミッタ層を形成する工程と、
前記第2サブコレクタ層におけるコレクタ電極形成領域が露出するように、前記ベース層形成用膜及び前記コレクタ層形成用膜をパターン化してベース層及びコレクタ層を形成する工程と、
前記エミッタコンタクト層におけるエミッタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるエミッタ電極を形成する工程と、
前記ベース層における前記ベース電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるベース電極を形成する工程と、
前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極形成領域の上に、1つ又は複数の導電層からなるコレクタ電極を形成する工程と、
熱処理を用いて、前記エミッタコンタクト層における前記エミッタ電極の下側の部分に第1の合金化反応層を、前記ベース層における前記ベース電極の下側の部分に第2の合金化反応層を、前記第2サブコレクタ層における前記コレクタ電極の下側の部分に第3の合金化反応層をそれぞれ形成する工程とを備えていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。 A high-concentration n-type first subcollector layer, a high-concentration n-type second subcollector layer made of a material having a smaller band gap than the first subcollector layer, and an i-type on one main surface of the semi-insulating substrate Alternatively, a low-concentration n-type collector layer forming film, a high-concentration p-type base layer forming film, an n-type emitter layer forming film made of a material having a larger band gap than the base layer-forming film, and a high-concentration n Forming a type emitter cap layer forming film, a high concentration n type emitter contact layer forming film made of a material having a smaller band gap than the emitter cap layer forming film,
The emitter contact layer forming film, the emitter cap layer forming film, and the emitter layer forming film are patterned so as to expose a base electrode forming region in the base layer forming film, thereby forming an emitter contact layer and an emitter cap layer. And forming an emitter layer;
Patterning the base layer forming film and the collector layer forming film so as to expose a collector electrode forming region in the second subcollector layer, and forming a base layer and a collector layer;
Forming an emitter electrode composed of one or a plurality of conductive layers on the emitter electrode formation region in the emitter contact layer;
Forming a base electrode composed of one or more conductive layers on the base electrode formation region of the base layer;
Forming a collector electrode composed of one or more conductive layers on the collector electrode formation region in the second subcollector layer;
Using a heat treatment, a first alloying reaction layer is formed on a lower portion of the emitter electrode in the emitter contact layer, and a second alloying reaction layer is formed on a lower portion of the base electrode in the base layer, Forming a third alloying reaction layer in a lower portion of the collector electrode in the second subcollector layer. A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor, comprising:
前記イオンが注入された前記素子分離領域に対する不活性化処理が、前記各合金化反応層を形成する工程における前記熱処理によって同時に実施されることを特徴とする請求項16〜19のいずれか1項に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。 A step of forming an element isolation region by implanting ions into a region other than the element formation region in each of the second subcollector layer and the first subcollector layer;
20. The deactivation process for the element isolation region implanted with the ions is simultaneously performed by the heat treatment in the step of forming the alloying reaction layers. A method for producing a heterojunction bipolar transistor according to 1.
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