JP2008218636A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを例とする半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device taking a heterojunction bipolar transistor as an example.
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)は、エミッタにベースよりも広いバンドギャップを有する半導体材料を用いることにより、ホモ接合バイポーラトランジスタに較べて、エミッタよりもベースの不純物濃度を高めても高い電流増幅率を維持でき、ベース層の薄層化とベース抵抗低減を同時に実現できるため、超高速動作が可能になる利点を有する。 The heterojunction bipolar transistor (HBT) uses a semiconductor material having a wider band gap than the base for the emitter, so that a higher current amplification factor can be obtained even when the impurity concentration of the base is higher than that of the emitter. It can be maintained, and the thinning of the base layer and the reduction of the base resistance can be realized at the same time.
更に、III−V族化合物半導体を用いると、材料の選択によりヘテロ接合の組合せ自由度が広がること、また、電子デバイスのみならず光デバイスとの融合も可能になること等利点が増大する。 Furthermore, when a III-V compound semiconductor is used, advantages such as widening the degree of freedom of combination of heterojunctions depending on the selection of materials and integration with optical devices as well as electronic devices are increased.
III−V族化合物半導体HBTでは、特にエミッタ材料にInP、ベース材料にInGaAsを用いたn−p−n型InP/InGaAsHBTにおいて、InGaAsの優れた電子輸送特性により、高速性能の指標である電流利得遮断周波数fTが700GHzを越えるトランジスタの中での最高性能が得られている。実際、下記非特許文献1に記載されているように、平面トランジスタ寸法0.25μm×3μmの微細エミッタを有するInP/InGaAsHBTが試作され、710GHzもの高い電流利得遮断周波数fTが報告されている。加えて、InP/InGaAsHBTはエミッタ/ベース接合のターンオン電圧が低いため集積回路の低消費電力化に有利である。
In III-V compound semiconductor HBTs, current gain, which is an indicator of high-speed performance, is excellent in the electron transport characteristics of InGaAs especially in npn type InP / InGaAs HBTs using InP as the emitter material and InGaAs as the base material. cutoff frequency f T is the best performance is achieved in the in the transistor in excess of 700 GHz. Actually, as described in
また、製造プロセス上では、特にエッチング加工においてInGaAsとInPに対して各々完全な選択ウェットエッチング溶液を用いることができるため、エッチングのウェハー面内均一性に優れる。 Further, in the manufacturing process, since a complete selective wet etching solution can be used for InGaAs and InP, respectively, particularly in etching processing, the etching wafer surface uniformity is excellent.
閾値に相当するエミッタ/ベース接合間ターンオン電圧のウェハー面内均一性が優れていることと合わせて、InP/InGaAsHBTは大規模集積回路を構成するデバイスとして有利である。 InP / InGaAs HBT is advantageous as a device constituting a large-scale integrated circuit, in combination with excellent in-wafer uniformity of the turn-on voltage between the emitter and base junction corresponding to the threshold value.
これらHBTの製作に関して、通常エピタキシャル成長により積層されたHBT構造を上層側から順にエッチング加工し各半導体層を露出し、エミッタ、ベース、コレクタの各電極を形成する製造方法がとられており、これによって、メサ型トランジスタ構造が形成される。 Regarding the manufacture of these HBTs, a manufacturing method has been adopted in which an HBT structure laminated by normal epitaxial growth is etched in order from the upper layer side, each semiconductor layer is exposed, and emitter, base, and collector electrodes are formed. A mesa transistor structure is formed.
InP/InGaAsHBTでは、InGaAs、InP層の選択エッチングを有効に活用してベース層、コレクタコンタクト層を露出させ、蒸着リフトオフ法により、p型オーミック電極メタルをベース層に、n型オーミック電極メタルをエミッタコンタクト層およびコレクタコンタクト層に各々形成する。更に、エッチングによる素子間分離を行い、ポリイミド、BCB等のスピンコーティング有機絶縁膜で半導体表面をパシベーションする工程が一般的である。
エミッタメサ平面寸法の縮小に伴い、エミッタメサの周辺部と外部ベース領域の間に表面再結合ベース電流が発生し、電流増幅率を著しく低下させる。これはエミッタ真性領域に対する周辺長の比率が増すに伴い顕著になる。この表面再結合リーク電流を抑制するために外部ベース層表面のエミッタメサ周辺にガードリング(GR)構造と称する(リッジ構造と同義)再結合ベース電流抑制領域を設けることが有効である。これは、GaAs基板にエピタキシャル成長したGaAs系HBT(例えば、AlGaAs/GaAsHBT、InGaP/GaAsHBT)で良く用いられており、薄層化されたエミッタ層が空乏化することによりエミッタメサ周辺とベース層間に発生する不要な再結合ベース電流を抑制するものである。 As the emitter mesa plane size is reduced, a surface recombination base current is generated between the periphery of the emitter mesa and the external base region, and the current amplification factor is significantly reduced. This becomes prominent as the ratio of the peripheral length to the emitter intrinsic region increases. In order to suppress this surface recombination leakage current, it is effective to provide a recombination base current suppression region called a guard ring (GR) structure (synonymous with the ridge structure) around the emitter mesa on the surface of the external base layer. This is often used in a GaAs-based HBT epitaxially grown on a GaAs substrate (for example, AlGaAs / GaAsHBT, InGaP / GaAsHBT), and is generated between the emitter mesa and the base layer when the thinned emitter layer is depleted. This suppresses unnecessary recombination base current.
比較的表面再結合速度が小さいInGaAsをベース層に用いるInP/InGaAsHBTでも、エミッタGR構造の形成は望ましく、また、GR構造の形成は表面再結合ベース電流の抑制に有効であるため、InP/InGaAsHBTの素子寿命向上に関しても顕著な効果を示すことが確認されており(上記非特許文献2参照)、メサ型HBTにおいてはエミッタGR構造の形成は必要不可欠である。
Even in an InP / InGaAs HBT using InGaAs with a relatively low surface recombination velocity as a base layer, the formation of the emitter GR structure is desirable, and the formation of the GR structure is effective in suppressing the surface recombination base current. It has been confirmed that a significant effect is also shown in terms of improving the device lifetime (see
InPエミッタ層GR構造の形成方法として、例えば、上記特許文献1に示されるように、InPエミッタ層を途中までエッチングして階段形状を形成し、下層InPの迫り出し領域をガードリング領域として機能させている。しかしながら、この方法ではInP層GR領域を完全に空乏化させるために薄くInPエミッタ層を均一性、再現性良く残す必要があり、そのためのInPエミッタ層のエッチング制御は困難を伴う。
As a method for forming the InP emitter layer GR structure, for example, as shown in
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、発明が解決しようとする課題は、信頼性に優れた半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and a problem to be solved by the invention is to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device excellent in reliability.
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項1に記載のように、
基板上に、第一の半導体層と、該第一の半導体層の面積よりも狭い面積をもち該第一の半導体層と同一の物質からなる第二の半導体層とがこの順序で積層されてなる構造を有する半導体装置の製造方法であって、前記第一の半導体層上に開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、前記開口部内に露出した前記第一の半導体層上に前記第二の半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を構成する。
In order to solve the above problems, in the present invention, as described in
A first semiconductor layer and a second semiconductor layer having an area smaller than the area of the first semiconductor layer and made of the same material as the first semiconductor layer are stacked in this order on the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a structure comprising: forming a dielectric film having an opening on the first semiconductor layer; and forming the dielectric film on the first semiconductor layer exposed in the opening. And a step of epitaxially growing the second semiconductor layer.
また、本発明においては、請求項2に記載のように、
基板上に、第一のエミッタ層と、該第一のエミッタ層の面積よりも狭い面積をもち該第一のエミッタ層と同一の物質からなる第二のエミッタ層とがこの順序で積層されてなる構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法であって、前記第一のエミッタ層上に開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、前記開口部内に露出した前記第一のエミッタ層上に前記第二のエミッタ層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を構成する。
In the present invention, as described in
A first emitter layer and a second emitter layer having an area smaller than the area of the first emitter layer and made of the same material as the first emitter layer are stacked in this order on the substrate. A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor having a structure comprising: forming a dielectric film having an opening on the first emitter layer; and on the first emitter layer exposed in the opening. And a step of epitaxially growing the second emitter layer.
また、本発明においては、請求項3に記載のように、
基板上に、第1導電型ドーパントを高濃度ドーピングしたサブコレクタ層と、第1導電型ドーパントを高濃度ドーピングしたコレクタコンタクト層と、コレクタ層と、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度ドーピングしたベース層と、第1導電型ドーパントをドーピングした、前記ベース層よりも広いバンドギャップを有する第一のエミッタ層と、第1導電型ドーパントをドーピングした、前記ベース層よりも広いバンドギャップを有し前記第一のエミッタ層の面積よりも狭い面積をもつ第二のエミッタ層とがこの順序で積層されてなる構造を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法であって、前記ベース層上に、前記第一のエミッタ層となる部分を有する薄膜半導体層をエピタキシャル成長する第1の工程と、前記薄膜半導体層上に誘電体膜を堆積する第2の工程と、前記誘電体膜上にフォトレジストパタニングを行い反応性イオンエッチングを用いて前記誘電体膜をエッチング開口し、開口部に前記薄膜半導体層面を露出させる第3の工程と、前記開口部内に露出した前記薄膜半導体層上に、前記第二のエミッタ層とエミッタコンタクト層とを、この順序でエピタキシャル再成長させる第4の工程と、前記エミッタコンタクト層の表面全体を少なくとも覆うように、エミッタ電極メタルを形成する第5の工程と、前記誘電体膜の前記開口部周辺の部分を残して他の部分を反応性イオンエッチングを用いて除去し、前記薄膜半導体層を露出させた後、露出部の前記薄膜半導体層を除去し、前記ベース層を露出させる第6の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法を構成する。
In the present invention, as described in
A sub-collector layer highly doped with a first conductivity type dopant, a collector contact layer heavily doped with a first conductivity type dopant, a collector layer, and a conductivity opposite to the first conductivity type are formed on a substrate. A base layer heavily doped with a second conductivity type dopant, a first emitter layer having a wider band gap than the base layer, doped with a first conductivity type dopant, and doped with a first conductivity type dopant, A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor having a structure in which a second emitter layer having a wider band gap than a base layer and an area smaller than the area of the first emitter layer is laminated in this order. Then, a thin film semiconductor layer having a portion to be the first emitter layer is epitaxially grown on the base layer. A second step of depositing a dielectric film on the thin film semiconductor layer, a photoresist patterning on the dielectric film, and etching opening the dielectric film using reactive ion etching. A third step of exposing the surface of the thin film semiconductor layer to a portion, and a fourth step of epitaxially re-growing the second emitter layer and the emitter contact layer in this order on the thin film semiconductor layer exposed in the opening. A fifth step of forming an emitter electrode metal so as to cover at least the entire surface of the emitter contact layer, and leave other portions around the opening of the dielectric film with reactive ions remaining. A sixth step of removing the thin film semiconductor layer by etching and exposing the thin film semiconductor layer, and then removing the thin film semiconductor layer in an exposed portion to expose the base layer. Constitute a method for manufacturing a semiconductor device according to claim and.
また、本発明においては、請求項4に記載のように、
前記誘電体膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の半導体装置の製造方法を構成する。
In the present invention, as described in
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to
また、本発明においては、請求項5に記載のように、
請求項1、2、3または4に記載の半導体装置の製造方法によって製造されることを特徴とする半導体装置を構成する。
In the present invention, as described in
A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to
例えば、ガードリングの役割を果たす薄膜半導体層を、均一な厚さで容易に形成することができ、信頼性に優れた半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することが可能となる。 For example, a thin film semiconductor layer serving as a guard ring can be easily formed with a uniform thickness, and a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device with excellent reliability can be provided.
本発明では、例えば、ガードリング(GR)領域に相当する部分を有する薄膜半導体層を予め連続エピタキシャル成長によりウェハ全面に設け、その後のエピタキシャル選択再成長法により真性エミッタ層、エミッタコンタクト層を選択的にエピタキシャル再成長で形成する。このため、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、GR領域に相当する薄膜半導体層は、はじめから所望の厚さに形成され、エッチングでその膜厚が規定されることがなく、その膜厚がウェハ面内において膜厚制御性および均一性に優れるという著しい特徴が現れる。 In the present invention, for example, a thin film semiconductor layer having a portion corresponding to a guard ring (GR) region is provided in advance on the entire surface of the wafer by continuous epitaxial growth, and the intrinsic emitter layer and the emitter contact layer are selectively formed by the subsequent epitaxial selective regrowth method. It is formed by epitaxial regrowth. Therefore, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the thin film semiconductor layer corresponding to the GR region is formed to have a desired thickness from the beginning, and the film thickness is not regulated by etching. A remarkable feature is that the thickness is excellent in film thickness controllability and uniformity in the wafer surface.
また、本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、GR領域および真性エミッタ層側面の表面を保護するための誘電体膜(例えば、シリコン窒化膜)を効率良く形成できるという特徴も具備する。 In addition, the method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the present invention also has a feature that a dielectric film (for example, a silicon nitride film) for protecting the GR region and the surface of the intrinsic emitter layer can be efficiently formed.
これにより高い電流増幅率を有し、高周波特性および素子寿命に優れたHBTから構成される低消費電力大規模集積回路を提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide a low power consumption large scale integrated circuit composed of an HBT having a high current amplification factor and excellent high frequency characteristics and device lifetime.
(実施の形態例)
本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態例として、InP/InGaAsHBTの製造方法を、図を用いて説明する。なお、この場合に、n型を第1の導電型とし、p型を第2の導電型とする。
(Embodiment example)
As an embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, an InP / InGaAsHBT manufacturing method will be described with reference to the drawings. In this case, the n-type is the first conductivity type and the p-type is the second conductivity type.
図1は、基板である半絶縁性InP基板1上に、MBE等のエピタキシャル成長法によって、InPおよびInGaAsバッファー層2、高濃度n型不純物をドーピングしたInPサブコレクタ層3、コレクタにオーミック性電極を形成するための高濃度n型ドーピングInGaAsコレクタコンタクト層4、選択ウェットエッチング時のエッチングストッパー層として働く高濃度n型ドーピングInPエッチングストッパー層5、故意にドーピングしていない(アンドープ)InGaAsコレクタ層6、炭素を高濃度ドーピングしたp型のInGaAsベース層7、第一のエミッタ層(第一の半導体層)となる部分を有する薄膜半導体層であるn型ドーピングした薄膜InP層8を、この順序でエピタキシャル成長させたエピタキシャル積層構造を示している。InGaAsベース層7上に薄膜InP層8をエピタキシャル成長させる工程を第1の工程とする。
FIG. 1 shows an InP and
図2は、薄膜InP層8上に、誘電体膜であるシリコン窒化膜9をプラズマCVD法で堆積する工程(第2の工程)を示している。
FIG. 2 shows a step (second step) of depositing a silicon nitride film 9 as a dielectric film on the
図3は、フォトリソグラフィ技術により微細寸法でパタニングされた幅0.3μm程度のフォトレジストをマスクとして上記シリコン窒化膜9をC2F6ガスおよびSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングで除去し開口部を形成し、その開口部内にのみ薄膜InP層8を露出させる工程(第3の工程)を示している。
FIG. 3 shows that the silicon nitride film 9 is removed by reactive ion etching using C 2 F 6 gas and SF 6 gas, using a photoresist with a width of about 0.3 μm patterned with fine dimensions by photolithography as a mask. A process of forming an opening and exposing the thin-
図4は、上記工程でシリコン窒化膜9開口部内に露出した薄膜InP層8上に、第二のエミッタ層(第二の半導体層)であるn型ドーピングInPエミッタ層10(図中、n-InP 10で表示)、高濃度n型不純物をドーピングしたInP層11(図中、n+-InP 11で表示)、高濃度n型不純物をドーピングしたInGaAsエミッタコンタクト層12(図中、n+-InGaAs 12で表示)を順次MBE法等でエピタキシャル再成長する工程(第4の工程)を示している。このエピタキシャル再成長時にはシリコン窒化膜開口部以外のシリコン窒化膜マスク上にはInP、InGaAsの半導体層は成長しないのでシリコン窒化膜内に設けた開口部内の薄膜InP層8上にのみInPエミッタ層10、InP層11およびInGaAsエミッタコンタクト層12が選択的にエピタキシャル成長されることになる。
FIG. 4 shows an n-type doped InP emitter layer 10 (n− in the figure) that is a second emitter layer (second semiconductor layer) on the
図5は、上記InGaAsエミッタコンタクト層12の表面全体を少なくとも覆うように、蒸着リフトオフ法によりエミッタ電極メタル13としてTi/Pt/Au/Pt/Tiから構成されるn型オーミック性メタルを形成する工程(第5の工程)を示している。
FIG. 5 shows a step of forming an n-type ohmic metal composed of Ti / Pt / Au / Pt / Ti as the
図6は、前記シリコン窒化膜内開口部内に成長したInPエミッタ層10、InP層11およびInGaAsエミッタコンタクト層12を取り囲むシリコン窒化膜9のみを残すようにフォトレジストパタニングを形成し、InPエミッタ層10、InP層11およびInGaAsエミッタコンタクト層12の周囲以外のシリコン窒化膜9を全てC2F6ガスおよびSF6ガスを用いた反応性イオンエッチング法で除去し、それによって露出した薄膜InP層8を塩酸/リン酸/酢酸溶液による選択ウェットエッチング法で除去する工程(第6の工程)を示している。この結果、薄膜InP層8は第一のエミッタ層に該当する部分のみとなり、InPエミッタ層10、InP層11およびInGaAsエミッタコンタクト層12の側壁に接するシリコン窒化膜9の直下に薄膜InP層8のガードリング領域が形成される。
In FIG. 6, a photoresist pattern is formed so as to leave only the silicon nitride film 9 surrounding the
図7は、蒸着リフトオフ法によりベース電極メタル14としてPt/Ti/Pt/Au/Pt/Tiから構成されるp型オーミック性メタルを形成する工程(第7の工程)を示している。 FIG. 7 shows a step (seventh step) of forming a p-type ohmic metal composed of Pt / Ti / Pt / Au / Pt / Ti as the base electrode metal 14 by the vapor deposition lift-off method.
図8は、上記エミッタ電極メタル13、ベース電極メタル14を含むエミッターベースメサ型構造上にパタニングされたフォトレジストマスクを用いてp型InGaAsベース層7、アンドープInGaAsコレクタ層6、n型InPエッチングストッパー層5を選択ウェットエッチング法で除去し、高濃度ドーピングn型InGaAsコレクタコンタクト層4を露出させた後、該InGaAsコレクタコンタクト層4上にオーミック性コレクタ電極メタル15を蒸着・リフトオフ法で形成し、素子間分離を行う工程(第8の工程)を示している。各半導体層のエッチングにはクエン酸水溶液/過酸化水素水および塩酸/リン酸/酢酸溶液による選択ウェットエッチングを使用している。コレクタ電極としてTi/Pt/Auの積層構造を用いる。
FIG. 8 shows a p-type
この後、トランジスタ全面にパシベーション膜を被膜する。パシベーション膜はBCB、ポリイミド等の有機絶縁膜およびシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜が適用可能である。 Thereafter, a passivation film is coated on the entire surface of the transistor. As the passivation film, an organic insulating film such as BCB or polyimide and an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used.
典型的なヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)におけるエピタキシャル構造の各層の層厚およびドーピング濃度は、例えば、以下の通りである。 The layer thickness and doping concentration of each layer of the epitaxial structure in a typical heterojunction bipolar transistor (HBT) are, for example, as follows.
図1〜4において、
バッファー層2のInPは、ノンドープ、厚さ200Å
サブコレクタ層3のn+-InPは、ドーピング濃度1×1019cm−3、厚さ3500Å
コレクタコンタクト層4のn+-InGaAsは、ドーピング濃度1×1019cm−3、厚さ300Å
エッチングストッパー層5のn+-InPは、ドーピング濃度1×1019cm−3、厚さ200Å
コレクタ層6のInGaAsは、ノンドープ、厚さ3000Å
ベース層7のp+-InGaAsは、ドーピング濃度4×1019cm−3、厚さ500Å
エミッタ層8、10のn-InPは、ドーピング濃度1×1016〜3×1017cm−3、厚さ700Å
InP層11は、n+-InPであり、ドーピング濃度2×1019cm−3、厚さ200Å
エミッタコンタクト層12のn+-InGaAsは、ドーピング濃度1×1019cm−3、厚さ1000Åである。
1-4,
InP of
N + -InP of the
The n + -InGaAs of the
The n + -InP of the
The InGaAs of the
The p + -InGaAs of the
The n-InP of the emitter layers 8 and 10 has a doping concentration of 1 × 10 16 to 3 × 10 17 cm −3 and a thickness of 700 mm.
The
The n + -InGaAs of the
エミッタガードリング層(図6〜8中、シリコン窒化膜9の直下部位における薄膜InP層8、第一のエミッタ層の周辺部分に相当)の厚さ(前記第1の工程によって形成されたときの厚さと変わらない、これが本発明の特徴である)は、パッシベーションの効果を得るためには、最低100Å必要である。また、この厚さが400Åよりも大きいと空乏化の効果が減少するので、400Å以下とすることが望ましい。
The thickness of the emitter guard ring layer (corresponding to the peripheral portion of the thin-
このガードリングの幅は、加工精度を考慮すると最低0.1μmであり、寄生抵抗および寄生容量を考慮すると最大0.5μmが適当である。ここで、ガードリングの幅とは、図6〜8において、第一のエミッタ層である薄膜InP層8の側壁から第二のエミッタ層であるInPエミッタ層10の側壁までの距離であり、薄膜InP層8の幅をW1、InPエミッタ層10の幅をW2とすれば(W1−W2)/2に相当する。
The width of the guard ring is a minimum of 0.1 μm in consideration of processing accuracy, and a maximum of 0.5 μm is appropriate in consideration of parasitic resistance and parasitic capacitance. Here, the width of the guard ring is the distance from the side wall of the thin
シリコン窒化膜9の開口部の幅は、電子ビーム露光の加工精度を考慮すれば、最低0.1μm程度である。デバイスの高速性と低消費電力化のためにエミッタを微細化するという観点から、開口部の幅は1.0μm以下であることが望ましい。 The width of the opening of the silicon nitride film 9 is at least about 0.1 μm considering the processing accuracy of electron beam exposure. From the viewpoint of miniaturizing the emitter for high-speed device and low power consumption, the width of the opening is preferably 1.0 μm or less.
シリコン窒化膜9の成膜時の成膜方向の厚さは、膜質を考慮すると0.15μm以上であり、プロセス時の熱応力などを考慮すると0.3μm以下であることが望ましい。 The thickness of the silicon nitride film 9 in the film forming direction is preferably 0.15 μm or more in consideration of the film quality, and preferably 0.3 μm or less in consideration of thermal stress during the process.
ベース電極とエミッタメサ間の距離(図7、8において、ベース電極メタル14の側壁と薄膜InP層8の側壁との間の距離)は、加工精度により最低0.1μmであり、0.5μmより大きいと寄生容量の増加により高周波特性が劣化するので0.5μm以下であることが望ましい。
The distance between the base electrode and the emitter mesa (the distance between the side wall of the base electrode metal 14 and the side wall of the thin-
本実施の形態例において、誘電体膜の成膜にはプラズマCVDを用いたが、スパッタリングを用いることもできる。また、半導体層のエピタキシャル成長にはMOVPEを用いることもできる。 In this embodiment, plasma CVD is used to form the dielectric film, but sputtering can also be used. MOVPE can also be used for epitaxial growth of the semiconductor layer.
図9は、HBTの平面概略図の一例である。 FIG. 9 is an example of a schematic plan view of the HBT.
本発明に係るHBTの予想される特性および歩留まり改善効果は以下の通りである。 The expected characteristics and yield improvement effect of the HBT according to the present invention are as follows.
電流利得(β):50
遮断周波数fT:177GHz
最高発振周波数fmax:260GHz
予想される歩留まり改善効果:
従来のエッチングによるInPエミッタGR構造の形成方法ではβの分布が±10%だったのが、本発明によるInPエミッタGR構造の形成方法により±3%に改善され、HBTを用いた集積回路の大規模化が可能になる。
Current gain (β): 50
Cutoff frequency f T : 177 GHz
Maximum oscillation frequency f max : 260 GHz
Expected yield improvement:
In the conventional method of forming an InP emitter GR structure by etching, the distribution of β was ± 10%, but it was improved to ± 3% by the method of forming an InP emitter GR structure according to the present invention. Scaling becomes possible.
なお、本実施の形態例においては、特にInP/InGaAsHBTの典型的な構造について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、エミッタにInAlAs層を用いたInAlAs/InGaAsHBTあるいはコレクタにInGaAsP層およびInP層を導入し高耐圧化を図ったダブルヘテロHBT構造にも適用可能であることは云うまでもない。 In this embodiment, a typical structure of InP / InGaAsHBT has been described. However, the present invention is not limited to these, and an InAlAs / InGaAsHBT using an InAlAs layer as an emitter or InGaAsP as a collector. Needless to say, the present invention can also be applied to a double hetero HBT structure in which layers and InP layers are introduced to increase the breakdown voltage.
本実施の形態例では、HBTへの適用について説明したが、フォトダイオード等の他のデバイスに適用することも可能である。 In this embodiment, application to HBT has been described, but application to other devices such as a photodiode is also possible.
また、上記の説明においては、n型を第1の導電型とし、p型を第2の導電型としているが、p型を第1の導電型とし、n型を第2の導電型としても、本発明の効果は同様に現れる。 In the above description, the n-type is the first conductivity type and the p-type is the second conductivity type. However, the p-type is the first conductivity type and the n-type is the second conductivity type. The effect of the present invention appears similarly.
以上述べてきたように、例えば、HBTの製造方法を本発明の製造方法とすることによって、従来技術の有していた課題を解決して、高周波特性、信頼性に優れたHBTを提供することができる。 As described above, for example, by using the manufacturing method of the HBT as the manufacturing method of the present invention, it is possible to solve the problems of the prior art and provide an HBT having excellent high frequency characteristics and reliability. Can do.
1:半絶縁性InP基板、2:InP、InGaAsバッファー層、3:InPサブコレクタ層、4:InGaAsコレクタコンタクト層、5:InPエッチングストッパー層、6:InGaAsコレクタ層、7:InGaAsベース層、8:薄膜InP層、9:シリコン窒化膜、10:InPエミッタ層、11:InP層、12:InGaAsエミッタコンタクト層、13:エミッタ電極メタル、14:ベース電極メタル、15:コレクタ電極メタル。 1: semi-insulating InP substrate, 2: InP, InGaAs buffer layer, 3: InP subcollector layer, 4: InGaAs collector contact layer, 5: InP etching stopper layer, 6: InGaAs collector layer, 7: InGaAs base layer, 8 : Thin InP layer, 9: Silicon nitride film, 10: InP emitter layer, 11: InP layer, 12: InGaAs emitter contact layer, 13: emitter electrode metal, 14: base electrode metal, 15: collector electrode metal.
Claims (5)
前記第一の半導体層上に開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、
前記開口部内に露出した前記第一の半導体層上に前記第二の半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first semiconductor layer and a second semiconductor layer having an area smaller than the area of the first semiconductor layer and made of the same material as the first semiconductor layer are stacked in this order on the substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a structure comprising:
Forming a dielectric film having an opening on the first semiconductor layer;
And a step of epitaxially growing the second semiconductor layer on the first semiconductor layer exposed in the opening.
前記第一のエミッタ層上に開口部を有する誘電体膜を形成する工程と、
前記開口部内に露出した前記第一のエミッタ層上に前記第二のエミッタ層をエピタキシャル成長させる工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first emitter layer and a second emitter layer having an area smaller than the area of the first emitter layer and made of the same material as the first emitter layer are stacked in this order on the substrate. A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor having the structure:
Forming a dielectric film having an opening on the first emitter layer;
And a step of epitaxially growing the second emitter layer on the first emitter layer exposed in the opening.
前記ベース層上に、前記第一のエミッタ層となる部分を有する薄膜半導体層をエピタキシャル成長する第1の工程と、
前記薄膜半導体層上に誘電体膜を堆積する第2の工程と、
前記誘電体膜上にフォトレジストパタニングを行い反応性イオンエッチングを用いて前記誘電体膜をエッチング開口し、開口部に前記薄膜半導体層面を露出させる第3の工程と、
前記開口部内に露出した前記薄膜半導体層上に、前記第二のエミッタ層とエミッタコンタクト層とを、この順序でエピタキシャル再成長させる第4の工程と、
前記エミッタコンタクト層の表面全体を少なくとも覆うように、エミッタ電極メタルを形成する第5の工程と、
前記誘電体膜の前記開口部周辺の部分を残して他の部分を反応性イオンエッチングを用いて除去し、前記薄膜半導体層を露出させた後、露出部の前記薄膜半導体層を除去し、前記ベース層を露出させる第6の工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A sub-collector layer highly doped with a first conductivity type dopant, a collector contact layer heavily doped with a first conductivity type dopant, a collector layer, and a conductivity opposite to the first conductivity type are formed on a substrate. A base layer heavily doped with a second conductivity type dopant, a first emitter layer having a wider band gap than the base layer, doped with a first conductivity type dopant, and doped with a first conductivity type dopant, A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor having a structure in which a second emitter layer having a wider band gap than a base layer and an area smaller than the area of the first emitter layer is laminated in this order. And
A first step of epitaxially growing a thin film semiconductor layer having a portion to be the first emitter layer on the base layer;
A second step of depositing a dielectric film on the thin film semiconductor layer;
A third step of performing photoresist patterning on the dielectric film, opening the dielectric film by etching using reactive ion etching, and exposing the surface of the thin film semiconductor layer in the opening;
A fourth step of epitaxially re-growing the second emitter layer and the emitter contact layer in this order on the thin film semiconductor layer exposed in the opening;
A fifth step of forming an emitter electrode metal so as to cover at least the entire surface of the emitter contact layer;
The other part of the dielectric film is removed using reactive ion etching while leaving the part around the opening, and after exposing the thin film semiconductor layer, the exposed thin film semiconductor layer is removed, And a sixth step of exposing the base layer.
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JP2004247362A (en) * | 2003-02-10 | 2004-09-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Hetero-junction bipolar transistor and its manufacturing method |
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2007
- 2007-03-02 JP JP2007052678A patent/JP2008218636A/en active Pending
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