JP2615657B2 - Heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor

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JP2615657B2 JP62213346A JP21334687A JP2615657B2 JP 2615657 B2 JP2615657 B2 JP 2615657B2 JP 62213346 A JP62213346 A JP 62213346A JP 21334687 A JP21334687 A JP 21334687A JP 2615657 B2 JP2615657 B2 JP 2615657B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタに関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明はエミッタ領域とベース領域とコレクタ領域と
を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
エミッタ領域又はコレクタ領域を形成する帯状の半導体
層とその上のベース領域を形成する帯状の半導体層とを
交差し、その交差領域上にコレクタ領域又はエミッタ領
域を形成し、交差領域を真性領域とし、ベース領域の交
差領域以外の部分に外部ベース領域を形成することによ
り、製造時にマスクの重ね合せ誤差があっても真性領域
の面積に変動を生ぜしめず、且つ寄生容量の小さい高速
性に優れた微小トランジスタを得るようにしたものであ
る。
The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor having an emitter region, a base region and a collector region,
A band-shaped semiconductor layer forming an emitter region or a collector region intersects a band-shaped semiconductor layer forming a base region thereon, and a collector region or an emitter region is formed on the crossed region, and the crossed region is defined as an intrinsic region. By forming the external base region in a portion other than the intersection region of the base region, the area of the intrinsic region does not fluctuate even when there is a mask overlay error at the time of manufacturing, and the parasitic capacitance is small and the speed is excellent. Thus, a micro transistor is obtained.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、シリコンなど
のホモ接合バイポーラトランジスタが有する欠点を克服
することができるトランジスタである。エミッタ(E)
にAlGaAs、ベース(B)及びコレクタ(C)にGaAsを用
いた場合のヘテロ接合バイポーラトランジスタを例にと
ると、原理的に優れた点は次の通りである。ベース中の
多数キャリアである正孔は、エミッタ−ベースの間のバ
ンドギャップ差(ΔEg)のエネルギ障壁のために、エミ
ッタ中へは拡散できず、ベース電流は減少し、エミッタ
からベースへの電子の注入効率が増加する。従って、ベ
ース濃度を大きくし、エミッタ濃度を小さくしても増巾
度(β=IC/IB)を大きくすることができる。これは高
速性に関係するベース抵抗とエミッタ−ベース間接合容
量を小さくできることを意味している。そして、シリコ
ン・バイポーラ素子より高速であることが理論的にも又
実験的にも示されている。
Heterojunction bipolar transistors are transistors that can overcome the disadvantages of homojunction bipolar transistors such as silicon. Emitter (E)
Taking an example of a heterojunction bipolar transistor using AlGaAs and GaAs as the base (B) and collector (C), the points that are excellent in principle are as follows. Holes, which are majority carriers in the base, cannot diffuse into the emitter due to the energy barrier of the band gap difference (ΔEg) between the emitter and the base, the base current decreases, and the electron from the emitter to the base decreases. Injection efficiency increases. Therefore, even if the base concentration is increased and the emitter concentration is decreased, the amplification degree (β = I C / I B ) can be increased. This means that the base resistance and the emitter-base junction capacitance related to high-speed operation can be reduced. It is theoretically and experimentally shown that the speed is higher than that of the silicon bipolar element.

第9図はイオン注入技術と金属埋込み技術を駆使した
プレーナ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造で
ある。この構造に係るトランジスタの製法例を簡単に説
明する。
FIG. 9 shows the structure of a planar heterojunction bipolar transistor utilizing an ion implantation technique and a metal embedding technique. An example of a method for manufacturing a transistor having this structure will be briefly described.

半絶縁性GaAs基板(1)上に順次コレクタ電極取出層
(2)となるn+−GaAs層、コレクタ領域(3)となるn
−GaAs層、ベース領域(即ち真性ベース領域)(4)と
なるp−GaAs層、エミッタ領域(5)となるN−AlGaAs
層及びキャップ層(6)となるn−GaAs層をエピタキシ
ャル成長した後、先ずエミッタ領域を残すようにn+−Ga
Asのキャップ層(6)をエッチング除去し、SiO2をマス
クとしてMgを注入した後、アニールによって外部ベース
領域(7)を形成する。次に、ボロン又はH+のイオン注
入によって素子分離領域(8)及びベース/コレクタ分
離領域(9)を形成する。次に、コレクタ電極形成領域
のSiO2層(10)の窓開け、トレンチ(溝部)(11)の形
成、このトレンチ(11)への金属(12)の埋込みによっ
て、所謂エミッタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ(13)を作製する。(14)はベース電極、
(15)はエミッタ電極、(16)はコレクタ電極である。
On a semi-insulating GaAs substrate (1), an n + -GaAs layer serving as a collector electrode extraction layer (2) and an n serving as a collector region (3) are sequentially formed.
A GaAs layer, a p-GaAs layer serving as a base region (that is, an intrinsic base region) (4), and N-AlGaAs serving as an emitter region (5).
After epitaxially growing the n-GaAs layer serving as the layer and the cap layer (6), first, the n + -Ga layer is left so as to leave the emitter region.
After removing the cap layer (6) of As by etching and injecting Mg using SiO 2 as a mask, an external base region (7) is formed by annealing. Next, an element isolation region (8) and a base / collector isolation region (9) are formed by ion implantation of boron or H + . Next, a so-called emitter-top heterostructure is formed by opening a window in the SiO 2 layer (10) in the collector electrode formation region, forming a trench (groove) (11), and embedding a metal (12) in the trench (11). A junction bipolar transistor (13) is manufactured. (14) is the base electrode,
(15) is an emitter electrode, and (16) is a collector electrode.

一方、第10図に示すようにコレクタ領域を表面側にし
た所謂コレクタ・トップ型へのヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ(17)も考えられている。このコレクタ・ト
ップ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタの作製の手
順は、エピタキシーの順序が変るだけで、ほとんど第9
図のエミッタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ(13)と同じである。第10図において、第9図と
対応する部分に同一符号を付すも、(18)はエミッタ電
極取出層となるn+−GaAs層、(5)はエミッタ領域とな
るN−AlGaAs層、(4)はコレクタ領域となるn−GaAs
層、(19)はコレクタキャップ層となるn+−GaAs層、
(7)は外部ベース領域である。
On the other hand, a so-called collector-top type heterojunction bipolar transistor (17) having a collector region on the surface side as shown in FIG. 10 has also been considered. The procedure for fabricating this collector-top type heterojunction bipolar transistor is almost the same as that of the ninth embodiment except that the order of epitaxy is changed.
This is the same as the emitter-top type heterojunction bipolar transistor (13) in the figure. In FIG. 10, portions corresponding to those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, (18) is an n + -GaAs layer serving as an emitter electrode extraction layer, (5) is an N-AlGaAs layer serving as an emitter region, and (4) ) Is n-GaAs to be the collector region
Layer, (19) an n + -GaAs layer serving as a collector cap layer,
(7) is an external base area.

一般的にはコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタの方が、エミッタトップ型のヘテロ接合
バイポーラトランジスタより高速性が高いと考えられて
いる。その理由は次の通りである。コレクタ面積が小さ
いのでコレクタ−ベース間接合容量が小さくなる。注入
レベルの高いときのヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の高速性を制限する一つの要因がコレクタ容量であるの
で大きな長所である。一方、逆にエミッタ面積は大きく
なるのでエミッタ−ベース間接合容量は大きくなる。こ
れは短所である。しかしエミッタ−ベース間はヘテロ接
合であり、ホモ接合に比べて小さくなる。又エミッタ濃
度が小さいので、本来エミッタ接合容量は小さくでき、
大きな問題とならない。コレクタ容量の減少による長所
の方がはるかに大きく、発表されているシミュレーショ
ンでもコンタクト・トップ型ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの方が速い。
Generally, it is considered that the collector-top type heterojunction bipolar transistor has higher speed than the emitter-top type heterojunction bipolar transistor. The reason is as follows. Since the collector area is small, the junction capacitance between the collector and the base is small. One of the factors limiting the high-speed operation of the heterojunction bipolar transistor when the injection level is high is the collector capacitance, which is a great advantage. On the other hand, since the emitter area increases, the emitter-base junction capacitance also increases. This is a disadvantage. However, between the emitter and the base is a hetero junction, which is smaller than a homo junction. Also, since the emitter concentration is low, the emitter junction capacitance can be originally reduced,
Not a big problem. The advantages due to the reduced collector capacitance are much greater, and the published simulations show that contact-top heterojunction bipolar transistors are faster.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

第9図及び第10図の従来のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの欠点を挙げれば次のようなことである。
The disadvantages of the conventional heterojunction bipolar transistor shown in FIGS. 9 and 10 are as follows.

(i)外部ベース領域はN−AlGaAs層又はN−GaAs層へ
のMgのイオン注入とアニールによって形成される。これ
らの層はキャリア濃度が小さいので高濃度のMg注入(〜
1019以上)とアニールによって横方向拡散が生じ真性領
域の面積が不安定となる。
(I) The external base region is formed by ion implantation of Mg into the N-AlGaAs layer or the N-GaAs layer and annealing. Since these layers have a low carrier concentration, high-concentration Mg implantation (~
10 19 or more) and annealing causes lateral diffusion and the area of the intrinsic region becomes unstable.

(ii)N−AlGaAsイオン注入層の活性化のMgの活性率は
悪く、又結晶の回復も悪い。従って、電子及び正孔の再
結合中心が多く形成されており、ベースの無効電流が多
く流れ、電流増巾率を著しく落としてしまう。1987年ま
での技術では真性領域のエミッタ巾は2.5μmでこれ以
下に小さくしようとすると特性が著しく悪化する。
(Ii) The activation rate of Mg for activating the N-AlGaAs ion implantation layer is poor, and the recovery of the crystal is also poor. Therefore, a large number of recombination centers of electrons and holes are formed, and a large amount of reactive current flows through the base, which significantly lowers the current amplification factor. In the technology up to 1987, the emitter width in the intrinsic region is 2.5 μm. If the width is reduced to less than 2.5 μm, the characteristics are significantly deteriorated.

(iii)一方、技術レベルが向上したとして、上述の構
造がリソグラフィ通りに形成できたと仮定して、微小ヘ
テロ接合バイポーラトランジスタがどの程度の不要な容
量をもつか若干計算してみよう。デバイスの面積が小さ
くなってゆくと活性領域の周辺すなわちエミッタ−外部
ベース間及びコレクタ−外部ベース間のペルフエリが持
つ容量が相対的に大きくなってくる。例えば第10図のコ
レクタ・トップ型の構造において、コレクタ面積1×1
μm2で空乏層厚み0.4μmのとき真性部分のコレクタ−
ベース間容量は である(但しwは面積、dは巾である)。これに対して
真性領域の周辺すなわち外部寄生コレクタ容量を構成す
る部分の面積は4面×1μm×0.5μm=2μm2=2×1
0-8cm2となり、真性領域の面積の2倍となり、外部寄生
コレクタ容量Cbc′は真性領域の容量Cbcの2倍となるこ
とがわかる。
(Iii) On the other hand, assuming that the above-described structure can be formed as in lithography assuming that the technical level has been improved, let's calculate a little how much unnecessary capacitance the small heterojunction bipolar transistor has. As the area of the device decreases, the capacitance of the periphery of the active region, ie, between the emitter and the external base and between the collector and the external base, increases. For example, in the collector top type structure shown in FIG. 10, the collector area is 1 × 1
μm 2 and 0.4 μm depletion layer thickness
The capacity between bases is (Where w is the area and d is the width). On the other hand, the area around the intrinsic region, that is, the area constituting the external parasitic collector capacitance is 4 planes × 1 μm × 0.5 μm = 2 μm 2 = 2 × 1
0 -8 cm 2 , which is twice the area of the intrinsic region, and the external parasitic collector capacitance Cbc 'is twice as large as the capacitance Cbc of the intrinsic region.

ところで、本出願人は先に、上述の2つの欠点(微細
化の困難、寄生容量)を取り除くために、外部ベース領
域と真性ベース領域及びコレクタ領域とを夫々独立のエ
ピタキシーで形成する新規な構造のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを提案した。このヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの基本構造を第7図A及びBに示す。この
トランジスタの作製工程を第8図を用いて簡単に述べる
と、先ず、半絶縁性GaAs基板(21)上にエミッタ領域と
なるN−AlGaAs層をエピタキシャル成長し、窒化シリコ
ン(SiN)層(23)をマスクとしてN−AlGaAs層を選択
エッチングしてエミッタ領域(22E)を形成する(第8
図A)。次に、窒化シリコン層(23)を選択マスクとし
て外部ベース領域となるp+−GaAs層(24)を窒化シリコ
ン層(23)と同じ高さまで選択エピタキシャル成長する
(第8図B)。次に、窒化シリコン層(23)を除去し、
真性ベース領域となるp+−GaAs層(25)及びコレクタ領
域となるn−GaAs層(26)を順次エピタキシャル成長す
る(第8図C)。次に、コレクタ領域及び外部ベース領
域に対応する部分を残してn−GaAs層(26)及びp+−Ga
As層(25)(24)を選択的にエッチング除去する。これ
により外部ベース領域(24b)が形成される(第8図
D)。次に、外部ベース領域(24b)上のn−GaAs層(2
6)を選択的にエッチング除去し、外部ベース領域(24
b)の面を露出せしめると共に、コレクタ領域(26C)及
び真性ベース領域(25B)を形成する(第8図E)。次
に、ベース電極(27)及びエミッタ電極(28)を形成し
た後、酸化シリコン(SiO2)層(30)を形成し、平坦化
を行い、コレクタ電極(29)を形成する(第8図F)。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタ(31)では最後
のエピタキシャル成長により真性ベース領域(24B)及
びコレクタ領域(26C)が作られ、それ以後イオン注入
や熱過程を通っていないので真性領域の破壊が防がれて
いる。又、第7図A及びBから判るように外部寄生容量
も格段に低減される。
By the way, in order to eliminate the above-mentioned two drawbacks (difficulty in miniaturization, parasitic capacitance), the present applicant has firstly developed a novel structure in which the external base region, the intrinsic base region and the collector region are formed by independent epitaxy. Heterojunction bipolar transistor was proposed. FIGS. 7A and 7B show the basic structure of this heterojunction bipolar transistor. The manufacturing process of this transistor will be briefly described with reference to FIG. 8. First, an N-AlGaAs layer serving as an emitter region is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate (21), and a silicon nitride (SiN) layer (23) is formed. The N-AlGaAs layer is selectively etched using the mask as a mask to form an emitter region (22E) (the eighth region).
Figure A). Next, using the silicon nitride layer (23) as a selection mask, a p + -GaAs layer (24) serving as an external base region is selectively epitaxially grown to the same height as the silicon nitride layer (23) (FIG. 8B). Next, the silicon nitride layer (23) is removed,
A p + -GaAs layer (25) serving as an intrinsic base region and an n-GaAs layer (26) serving as a collector region are sequentially epitaxially grown (FIG. 8C). Next, the n-GaAs layer (26) and the p + -Ga
The As layers (25) and (24) are selectively removed by etching. As a result, an external base region (24b) is formed (FIG. 8D). Next, the n-GaAs layer (2) on the external base region (24b)
6) is selectively etched away and the external base region (24
The surface of b) is exposed, and a collector region (26C) and an intrinsic base region (25B) are formed (FIG. 8E). Next, after forming a base electrode (27) and an emitter electrode (28), a silicon oxide (SiO 2 ) layer (30) is formed, flattened, and a collector electrode (29) is formed (FIG. 8). F).
In the heterojunction bipolar transistor (31), an intrinsic base region (24B) and a collector region (26C) are created by the last epitaxial growth, and since the ion implantation or thermal process has not been performed thereafter, the destruction of the intrinsic region is prevented. I have. Further, as can be seen from FIGS. 7A and 7B, the external parasitic capacitance is significantly reduced.

然るに、このトランジスタ(31)の欠点は真性領域の
面積が従来のように一枚のマスクの窓によって決まら
ず、2つのマスクパターンの重なり領域によって決めら
れるということある。例えば真性エミッタ領域は第8図
Aの工程のマスクと、第8図Dの工程のマスクとの重な
り部分で形成され、コレクタ領域(26C)は第8図Dの
工程のマスクと第8図Eの工程のマスクとの重なりによ
って形成される。この製法では、長所としては微小な領
域を形成できるが、パターンの重ね合せ誤差がそのまま
真性領域の面積の誤差となる。現在手に入る技術では0.
2〜0.3μmの誤差が生じる可能性がある。又、超高速と
するためにはベース抵抗やエミッタ抵抗をできるだけ小
さくする必要があり、このためには電極を真性領域にで
きるだけ近づけること、すなわち自己整合的でありたい
がこの製造では考慮されていない。
However, a drawback of this transistor (31) is that the area of the intrinsic region is not determined by the window of one mask as in the prior art, but by the overlapping region of two mask patterns. For example, the intrinsic emitter region is formed by an overlapping portion of the mask of FIG. 8A and the mask of FIG. 8D, and the collector region (26C) is formed by the mask of FIG. 8D and the mask of FIG. Is formed by the overlap with the mask in the step (2). According to this manufacturing method, a small area can be formed as an advantage, but a pattern overlay error directly becomes an error of the area of the intrinsic area. Currently available technology is 0.
An error of 2 to 0.3 μm may occur. In order to achieve ultra-high speed, it is necessary to reduce the base resistance and the emitter resistance as much as possible. For this purpose, it is necessary to make the electrodes as close as possible to the intrinsic region, that is, to make the electrodes self-aligned, but this is not considered in this manufacturing. .

本発明は、上述の点に鑑み、特に高速性に優れ且つ真
性領域の面積の変動を生ぜしめることなく微小トランジ
スタの形成を可能にしたヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを提供するものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a heterojunction bipolar transistor that is particularly excellent in high-speed operation and that can form a small transistor without causing a change in the area of an intrinsic region.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明は、エミッタ領域とベース領域とコレクタ領域
とを有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、エミッタ領域を形成する帯状の半導体層又はコレク
タ領域を形成する帯状の半導体層と、その上のベース領
域を形成する帯状の半導体層とを交差し、その交差領域
上にコレクタ領域又はエミッタ領域を形成し、交差領域
を真性領域とし、ベース領域の交差領域以外の部分に外
部ベース領域を形成してヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを構成する。
According to the present invention, in a heterojunction bipolar transistor having an emitter region, a base region and a collector region, a band-shaped semiconductor layer forming an emitter region or a band-shaped semiconductor layer forming a collector region and a base region formed thereon are formed. A heterojunction bipolar transistor which crosses a band-shaped semiconductor layer, forms a collector region or an emitter region on the crossing region, sets the crossing region as an intrinsic region, and forms an external base region in a portion other than the crossing region of the base region. Is configured.

製造に際しては、帯状のエミッタ領域(又はコレクタ
領域)を形成し、この帯状エミッタ領域(又はコレクタ
領域)上の選択マスクを用いて外部ベース領域となる半
導体層を上記エミッタ領域(又はコレクタ領域)の厚み
よりも厚く形成して後、選択マスクを除去して全体に真
性ベースとなる半導体層及びコレクタ領域(又はエミッ
タ領域)となる半導体層を積層する。次に外部ベース領
域となる半導体層を含んで積層された半導体層を帯状の
エミッタ領域(又はコレクタ領域)と交差して帯状に残
るように選択エッチングする。次に全面にレジスト層を
形成したのち、互の帯状の半導体層の交差領域ではレジ
スト層が残り、外部ベース領域上に対応する部分では半
導体層が露出するように平坦化し、レジスト層をマスク
に外部ベース領域の面が臨むように選択エッチングし、
交差領域上にのみコレクタ領域(又はエミッタ領域)従
って真性領域を形成する。
In manufacturing, a band-shaped emitter region (or collector region) is formed, and a semiconductor layer serving as an external base region is formed on the band-shaped emitter region (or collector region) by using a selection mask on the band-shaped emitter region (or collector region). After being formed thicker than the thickness, the selection mask is removed and a semiconductor layer serving as an intrinsic base and a semiconductor layer serving as a collector region (or an emitter region) are entirely laminated. Next, the semiconductor layer laminated including the semiconductor layer serving as the external base region is selectively etched so as to intersect with the band-shaped emitter region (or the collector region) and remain in the band shape. Next, after forming a resist layer on the entire surface, the resist layer remains at the intersection region of the band-shaped semiconductor layers, and the semiconductor layer is planarized so that the semiconductor layer is exposed at a portion corresponding to the external base region, and the resist layer is used as a mask. Selective etching so that the surface of the external base region faces,
The collector region (or emitter region) and thus the intrinsic region is formed only on the intersection region.

〔作用〕 両帯状の半導体層の交差領域が真性領域となる。この
ため、製造時に2枚のマスクの位置がずれてもその交差
領域の形状及び面積は不変であり、従って、例えばサブ
ミクロンの素子を形成する場合、マスクの重ね合せ誤差
によって真性領域の面積が変動することがない。
[Function] The intersection region between the semiconductor layers in both bands becomes the intrinsic region. For this reason, even if the positions of the two masks are displaced during manufacturing, the shape and area of the intersection region do not change. Therefore, for example, when a submicron device is formed, the area of the intrinsic region is reduced due to a mask overlay error. Does not fluctuate.

交差領域上のコレクタ領域(又はエミッタ領域)は外
部ベース領域とほとんど接していないのでコレクタ(又
はエミッタ)容量は真性部分の容量のみとなり小さくな
る。又、エミッタ領域(又はコレクタ領域)と外部ベー
ス領域とは2辺の側面で接しているだけであるためエミ
ッタ(又はコレクタ)容量も小さくなる。したがってデ
バイス面積を縮小化していってもペリフエリでの外部寄
生容量は小さくなる。
Since the collector region (or the emitter region) on the intersection region is hardly in contact with the external base region, the collector (or the emitter) capacitance becomes only the capacitance of the intrinsic portion and becomes small. Further, since the emitter region (or the collector region) and the external base region are only in contact on the two side surfaces, the capacitance of the emitter (or the collector) is reduced. Therefore, even if the device area is reduced, the external parasitic capacitance at the peripheral becomes small.

〔実施例〕〔Example〕

第1図を参照して本発明によるコレクタ・トップ型の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタの一実施例をその製
法と共に説明しよう。
An embodiment of a collector-top type heterojunction bipolar transistor according to the present invention will be described with reference to FIG.

先ず、第1図A1に示すように半絶縁性GaAs基板(41)
上に、エミッタに対してバリア層(42)となる高抵抗の
広バンドギャップ層即ち厚さ0.3μmのアンドープAl0.4
Ga0.6As層及びエミッタ領域となるN−AlGaAs層(46)
即ち厚さ0.3μm、不純物濃度3×1018cm-3程度のN−A
l0.3Ga0.7As層(43)と厚さ0.05μm、不純物濃度3×1
017cm-3程度のN−Al0.3Ga0.7As層(44)とN−Alx−Ga
1-xAsのAl組成比xを0.3から0に順次変えてなる傾斜組
成層(45)をMOCVD(有機金属気相成長)法により順次
成長する。傾斜組成層(45)は厚さ0.03μm、不純物濃
度3×1017cm-3程度で、下らか上に向ってxが0.3から
0に漸次変化するように形成される。さらに傾斜組成層
(45)上に窒化シリコン(SiN)層(47)をCVD(化学気
相成長)法により積層する。
First, a semi-insulating GaAs substrate as shown in FIG. 1 A 1 (41)
On top of this, a high-resistance wide band gap layer serving as a barrier layer (42) for the emitter, that is, undoped Al 0.4 having a thickness of 0.3 μm.
Ga 0.6 As layer and N-AlGaAs layer to be the emitter region (46)
That is, NA having a thickness of 0.3 μm and an impurity concentration of about 3 × 10 18 cm −3.
l 0.3 Ga 0.7 As layer (43), thickness 0.05μm, impurity concentration 3 × 1
The N-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (44) of about 17 cm −3 and the N-Alx-Ga
A gradient composition layer (45) in which the Al composition ratio x of 1- xAs is sequentially changed from 0.3 to 0 is sequentially grown by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The gradient composition layer (45) has a thickness of 0.03 μm and an impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 , and is formed such that x gradually changes from 0.3 to 0 from below to above. Further, a silicon nitride (SiN) layer (47) is laminated on the gradient composition layer (45) by a CVD (chemical vapor deposition) method.

次に、第1図B1,B2及びB3に示すように窒化シリコン
層(47)をエミッタ領域に対応する部分を残すように選
択エッチングした後、残った窒化シリコン層(47)をマ
スクとして湿式エッチングによりN−AlGaAs層(46)を
帯状に残すように選択エッチングしてエミッタ領域(46
E)を形成する。傾斜組成層(45)はエミッタからの注
入電流を増加するためのものである。
Then, after the selective etching Figure 1 B 1, B 2 and the silicon nitride layer as shown in B 3 (47) to leave a portion corresponding to the emitter region, the remaining silicon nitride layer (47) Mask The N-AlGaAs layer (46) is selectively etched by wet etching so as to leave the N-AlGaAs layer (46) in a band shape.
Form E). The graded composition layer (45) is for increasing the injection current from the emitter.

次に、第1図C1に示すように窒化シリコン層(47)を
選択マスクとして外部ベース領域となる不純物濃度5×
1019cm-3程度のp+−GaAs層(48)を厚さ1.0μm選択成
長する。即ち、p+−GaAs層(48)はエミッタ領域(46
E)の厚みよりも厚く形成する。このときの成長温度は7
00℃とし、p型不純物としてDMZn(ヂメチル亜鉛)を用
いた。
Next, an impurity concentration of 5 × serving as an external base region as a selective mask silicon nitride layer (47) as shown in FIG. 1 C 1
A p + -GaAs layer (48) of about 10 19 cm -3 is selectively grown to a thickness of 1.0 μm. That is, the p + -GaAs layer (48) is
It is formed thicker than the thickness of E). The growth temperature at this time is 7
The temperature was set to 00 ° C., and DMZn (ヂ methylzinc) was used as a p-type impurity.

次に、第1図D1及びD2に示すように窒化シリコン層
(47)を除去し、真性ベース領域となる厚さ0.03μm、
不純物濃度5×1019cm-3程度のp+−GaAs層(49)、コレ
クタ領域となる厚さ0.3μm、不純物濃度1017cm-3程度
のn−GaAs層(50)及び厚さ0.1μm、不純物程度1019c
m-3程度のn+−GaAs層(51)を順次成長する。さらにn+
−GaAs層(51)上にAuGe/Ni/Auからなる電極メタル(5
2)を蒸着する。n+−GaAs層(51)はオーミック電極形
成を容易にするためである。
Then, thickness of 0.03μm which as shown in FIG. 1 D 1 and D 2 is removed silicon nitride layer (47), an intrinsic base region,
A p + -GaAs layer (49) with an impurity concentration of about 5 × 10 19 cm −3 , a thickness of 0.3 μm serving as a collector region, an n-GaAs layer (50) with an impurity concentration of about 10 17 cm −3 and a thickness of 0.1 μm , Impurities about 10 19 c
An n + -GaAs layer (51) of about m −3 is sequentially grown. And n +
-Electrode metal (5) made of AuGe / Ni / Au on the GaAs layer (51).
2) Evaporate. The n + -GaAs layer (51) is for facilitating the formation of an ohmic electrode.

次に、第1図E1及びE2に示すようにレジスト層(53)
をマスクにRIE(反応性イオンエッチング)法により第
1回のエピタキシで形成した帯状のエミッタ領域(46
E)と直交するように電極メタル(52)、n+−GaAs層(5
1)、n−GaAs層(50)及びp+−GaAs層(49),(48)
を選択エッチングして帯状に残す。このとき、N−GaAs
のエミッタ領域(46E)はGaAsとのエッチング選択比が
大きいのでそのまま残る。理解を容易にするため第1図
E3に立体図を示す。これにより、p+−GaAsによる帯状の
ベース領域(48b)が形成される。
Next, as shown in FIG. 1 E 1 and E 2 , a resist layer (53)
The band-shaped emitter region (46) formed by the first epitaxy by RIE (Reactive Ion Etching) using
The electrode metal (52) and the n + -GaAs layer (5
1), n-GaAs layer (50) and p + -GaAs layer (49), (48)
Is selectively etched and left in a strip shape. At this time, N-GaAs
The emitter region (46E) remains as it is because the etching selectivity with GaAs is large. Fig. 1 for easy understanding
It shows a three-dimensional view to E 3. As a result, a band-like base region (48b) of p + -GaAs is formed.

次に、第1図F1を示すようにRIEのマスクとして用い
たレジスト層(53)をそのままにして酸化シリコン(Si
O2)層を0.2μm積層し、RIEによりエミッタ領域(46
E)と直交するGaAsの帯状部の側壁に酸化シリコンによ
る側壁部(54)を形成する。その上にAuGe/Ni/Auメタル
を蒸着し、N−AlGaAsのエミッタ領域(46E)上に自己
整合的にエミッタ電極(55)を形成する。
Then, as it is to the silicon oxide resist layer (53) used as a mask for RIE as shown to FIG. 1 F 1 (Si
O 2 ) layer is laminated 0.2 μm, and the emitter region (46
A side wall (54) made of silicon oxide is formed on the side wall of the GaAs band orthogonal to E). An AuGe / Ni / Au metal is vapor-deposited thereon, and an emitter electrode (55) is formed in a self-aligned manner on the N-AlGaAs emitter region (46E).

次に、第1図G1及びG2に示すようにGaAsの帯状部上の
レジスト層(53)及び酸化シリコン側壁部(54)を除去
し、再びレジスト層(56)を被着形成する。次でO2のRI
Eにより、外部ベース直上のAuGe/Ni/Au電極メタル(5
2)の付いたn−GaAs層(50)を露出する。このときN
−AlGaAsのエミッタ領域(46E)上のn−GaAs層(50)
は低くレジスト層(56)におおわれている。
Next, the resist layer on the strip portion of the GaAs, as shown in FIG. 1 G 1 and G 2 (53) and the silicon oxide sidewall portion (54) is removed and deposited again formed resist layer (56). Next is the RI of O 2
E, AuGe / Ni / Au electrode metal (5
The n-GaAs layer (50) with 2) is exposed. Then N
-N-GaAs layer (50) on AlGaAs emitter region (46E)
Is low covered with the resist layer (56).

次に、第1図H1,H2及びH3に示すように表面のAuGe/Ni
/Au電極メタル(52)を湿式エッチングで除去し、さら
にRIEによりn+−GaAs層(51)及びn−GaAs層(50)を
除去する。このとき、レジスト層(56)とAuGe/Ni/Au電
極メタル(52)がマスクとなりN−AlGaAsのエミッタ領
域(46E)上のn+−GaAs層(51)及びn−GaAs層(50)
はエッチングされない。又、このときのエッチング量は
N−AlGaAsのエミッタ領域(46E)とほぼ同じ高さにな
るまで(ほぼ0.35μm)とする。これによって、ベース
領域(57)のp+−GaAs外部ベース領域(48b)の面が露
出され、又、帯状のベース領域(57)と帯状のエミッタ
領域(46E)の交差領域に、p+−GaAs層(49)よりなる
真性ベース領域(49B)及びn−GaAsのコレクタ領域(5
0C)が形成される。しかる後、O2のRIEによりレジスト
層(56)を除去する。
Next, AuGe / Ni surface as shown in FIG. 1 H 1, H 2 and H 3
The / Au electrode metal (52) is removed by wet etching, and the n + -GaAs layer (51) and the n-GaAs layer (50) are removed by RIE. At this time, the n + -GaAs layer (51) and the n-GaAs layer (50) on the N-AlGaAs emitter region (46E) serve as a mask with the resist layer (56) and the AuGe / Ni / Au electrode metal (52) as a mask.
Are not etched. The etching amount at this time is set to be substantially the same as the height of the emitter region (46E) of N-AlGaAs (substantially 0.35 μm). As a result, the surface of the p + -GaAs external base region (48b) of the base region (57) is exposed, and p + --is added to the intersection region between the band-shaped base region (57) and the band-shaped emitter region (46E). An intrinsic base region (49B) composed of a GaAs layer (49) and an n-GaAs collector region (5
0C) is formed. Thereafter, the resist layer (56) is removed by O 2 RIE.

次に、第1図I1,I2及びI3に示すよう酸化シリコン(S
iO2)層(58)を厚さ1.5μm積層し、平坦化技術により
AuGe/Ni/Auメタル即ちコレクタ電極(52)を露出させ、
次いでN−AlGaAsのエミッタ領域(46E)及びp+−GaAs
の外部ベース領域(48b)に対する電極取出用の窓孔(5
9)及び(60)を形成する。その後、図示せざるも窓孔
(59)及び(60)を通じてAuGe/Ni/Auエミッタ電極(5
5)に接続するエミッタ電極及び外部ベース領域(48b)
にオーミック接続するベース電極が形成される。
Next, as shown in FIG. 1 , I 1 , I 2 and I 3 , silicon oxide (S
iO 2 ) layer (58) is stacked at a thickness of 1.5 μm and flattened using
Exposing the AuGe / Ni / Au metal or collector electrode (52),
Next, an emitter region (46E) of N-AlGaAs and p + -GaAs
Window (5) for taking out the electrode to the external base area (48b) of the
Form 9) and (60). Thereafter, the AuGe / Ni / Au emitter electrode (5) is passed through window holes (59) and (60), not shown.
5) Emitter electrode and external base region connected to (48b)
A base electrode for ohmic connection is formed.

斯くして、帯状のエミッタ領域(48b)と帯状のベー
ス領域(57)とが直交し、その交差領域に真性ベース領
域(49B)及びコレクタ領域(50C)が形成されて成る目
的のコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ(61)を得る。
Thus, the intended collector top is formed by forming the intrinsic base region (49B) and the collector region (50C) at the intersection of the band-shaped emitter region (48b) and the band-shaped base region (57). Type heterojunction bipolar transistor (61) is obtained.

かかる構成のコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタによれば、次のような利点を有する。
The collector-top type heterojunction bipolar transistor having such a configuration has the following advantages.

本トランジスタを形成する上で主要なマスクは互に直
交する帯状の半導体層を形成するための2枚のみであ
る。そして、その交差領域が真性領域となる。従って2
枚のマスクの位置がずれても、そ交差領域の形状と面積
は不変である。そして帯状半導体層は窓あけよりも精度
よく形成できるので、リソグラフィ技術の極限のコレク
タ領域(50C)の面積が形成できる。例えば1987年度の
光リソグラフィ技術では0.8μm程度は容易である。
In forming this transistor, there are only two main masks for forming band-shaped semiconductor layers orthogonal to each other. Then, the intersection region becomes an intrinsic region. Therefore 2
Even if the positions of the masks are shifted, the shape and area of the intersecting region are unchanged. Since the band-shaped semiconductor layer can be formed more accurately than in the case of opening a window, the area of the ultimate collector region (50C) of the lithography technique can be formed. For example, with the optical lithography technology of 1987, about 0.8 μm is easy.

エミッタ電極(55)は自己整合的に形成され、真性領
域にできるだけ近づいて形成される。このためエミッタ
抵抗が小さくなる。本例では外部ベース領域(48b)に
オーミック接続するベース電極は自己整合的ではない
が、外部ベース領域(48b)が不純物濃度5×1019cm-3
で移動度〜60cm2/V.S、厚み0.3μmとすると、そのシー
ト抵抗は70Ω/□程度と非常に小さく、特に外部ベース
抵抗が大きくなることはない。即ち従来構造のイオン注
入技術で外部ベース領域を形成する場合に比べてベース
抵抗は非常に小さくなる。なお、自己整合的にベース電
極を形成するには、第1図H1〜H2工程の後に側壁形成技
術を用いれば容易に形成可能である。
The emitter electrode (55) is formed in a self-aligned manner and is formed as close as possible to the intrinsic region. Therefore, the emitter resistance is reduced. In this example, the base electrode that is ohmic-connected to the external base region (48b) is not self-aligned, but the external base region (48b) has an impurity concentration of 5 × 10 19 cm −3.
If the mobility is 60 cm 2 / VS and the thickness is 0.3 μm, the sheet resistance is as low as about 70Ω / □, and the external base resistance does not particularly increase. That is, the base resistance is very small as compared with the case where the external base region is formed by the conventional ion implantation technique. In order to form a self-aligned manner base electrode can be easily formed by using the side wall forming technique after the first FIG H 1 to H 2 steps.

コレクタ領域(50C)がメサ型に形成され側面が酸化
シリコン層(58)によって被覆されているためにペリフ
ェリでのコレクタ容量は生ぜず、コレクタ容量としては
真性コレクタ容量しか含まない。従ってコレクタ容量が
きわめて小さくなる。またエミッタ領域(46E)と外部
ベース領域(48b)との接触は2辺の側面だけであり、
エミッタ容量も小さくなる。本構成では、デバイス面積
の縮小に伴ってエミッタ−外部ベース間及びコレクタ−
外部ベース間に生じるペリフェリの容量は相対的に大き
くならず、しかもベース抵抗、エミッタ抵抗を小さくす
ることができるので、高速性に優れたヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタが得られる。
Since the collector region (50C) is formed in a mesa shape and the side surface is covered with the silicon oxide layer (58), no collector capacitance occurs at the peripheral, and the collector capacitance includes only the intrinsic collector capacitance. Therefore, the collector capacitance becomes extremely small. The contact between the emitter region (46E) and the external base region (48b) is only on two side surfaces,
The emitter capacitance is also reduced. In this configuration, the emitter-external base and the collector-
Since the capacitance of the peripheral generated between the external bases does not become relatively large and the base resistance and the emitter resistance can be reduced, a heterojunction bipolar transistor excellent in high-speed operation can be obtained.

エミッタ領域(46E)と外部ベース領域(48b)とは2
辺でのみ接触した構造になっているため、エミッタ領域
(46E)から真性ベース領域(49B)に注入された電子の
外部ベース領域(48b)への拡散は少ない。これはペリ
フェリにおける電子の損失が少なくなることであり(即
ちペリフェリ効果が原理的に減少し)活性領域が小さく
なっても、又低電流領域においても高い電流増巾率が得
られる。
Emitter region (46E) and external base region (48b) are 2
Since the structure is such that only the sides are in contact, the diffusion of electrons injected from the emitter region (46E) into the intrinsic base region (49B) to the external base region (48b) is small. This means that the electron loss in the peripheral is reduced (that is, the peripheral effect is reduced in principle), and a high current amplification factor can be obtained even in a small active region or in a low current region.

半絶縁性GaAs基板(41)とエミッタ領域(46E)及び
外部ベース領域(48b)との間に広バンドギャップのア
ンドープAlGaAsのバリア層(42)が設けられているの
で、p+−GaAsの外部ベース領域(48b)とN−AlGaAsの
エミッタ領域(46E)との間の基板(41)を通してのリ
ーク電流が防止できる。また、エミッタ領域(46E)の
真性ベース領域(49B)に接する側にはN−AlxGa1-xAs
による傾斜組成層(45)が設けられることによって電子
の流れがよくなり、所謂エミッタ電流が流れ易くなる。
Since the semi-insulating GaAs substrate (41) and an undoped AlGaAs barrier layers of wide bandgap between emitter region (46E) and an external base region (48b) (42) is provided, outside the p + -GaAs Leakage current through the substrate (41) between the base region (48b) and the N-AlGaAs emitter region (46E) can be prevented. On the side of the emitter region (46E) in contact with the intrinsic base region (49B), N-AlxGa1 - xAs
By providing the graded composition layer (45), the flow of electrons is improved, and so-called emitter current flows more easily.

一方、製造に際しては外部ベース領域(48b)を形成
した後、エピタキシャル成長で真性ベース領域(49B)
が形成されるので、真性ベース領域(49B)の厚みは極
限まで薄くできる。また、最後のエピタキシャル成長で
真性ベース領域(49B)が形成されるので、接合の位置
ずれは生じない。
On the other hand, in manufacturing, after forming the external base region (48b), the intrinsic base region (49B) is epitaxially grown.
Is formed, the thickness of the intrinsic base region (49B) can be made as thin as possible. In addition, since the intrinsic base region (49B) is formed by the last epitaxial growth, there is no displacement of the junction.

第3図は上述のヘテロ接合バイポーラトランジスタを
CML回路として集積化する場合の一つの単位セルを示し
たものである。2つの本発明ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(Tr1)(Tr2)が共通の帯状エミッタ(46E)
の両端に形成されている。同図において第1図と対応す
る部分は同一符号を付して示す。負荷抵抗(R)はp+
GaAs層で形成される。約350Ωである。第4図はこの単
位セルのシンボルである。この単位セルによりゲートを
形成する場合の結線の各例を第5図に示す。NOT回路
(第5図A参照)、3入力NOR/OR回路(第5図B参
照)、5入力NOR/OR回路(第5図C参照)、EX NOR/EX
OR(第5図D参照)、エミッタ・フォロア回路(第5図
E参照)などが極めて容易に形成できることがわかる。
第6図は3入力NOR/ORゲートを単位セルとする場合の好
ましいレイアウトの一例である。1×1μm2コレクタで
構成すると1ゲートは25×14μm2と非常に小さく、〜2.
8Kゲート/1mm2の密度となる。
FIG. 3 shows the heterojunction bipolar transistor described above.
FIG. 2 shows one unit cell when integrated as a CML circuit. Two invented heterojunction bipolar transistors (Tr 1 ) (Tr 2 ) have a common band emitter (46E)
Are formed at both ends. In this figure, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The load resistance (R) is p +
It is formed of a GaAs layer. It is about 350Ω. FIG. 4 shows the symbols of this unit cell. FIG. 5 shows each example of the connection in the case where a gate is formed by this unit cell. NOT circuit (see FIG. 5A), 3-input NOR / OR circuit (see FIG. 5B), 5-input NOR / OR circuit (see FIG. 5C), EX NOR / EX
It can be seen that an OR (see FIG. 5D), an emitter-follower circuit (see FIG. 5E) and the like can be formed extremely easily.
FIG. 6 shows an example of a preferred layout when a three-input NOR / OR gate is used as a unit cell. If it is composed of 1 × 1 μm 2 collector, one gate is very small at 25 × 14 μm 2 , ~ 2.
8K gate / 1mm 2 density.

尚、上例はコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタに適用したが、その他図示せざるもエミ
ッタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタに
構成することもできる。この場合には帯状のコレクタ領
域と帯状のベース領域を交差し、その交差領域上にエミ
ッタ領域を形成し、交差領域を真性領域として構成す
る。
Although the above example is applied to a collector-top type heterojunction bipolar transistor, it is also possible to configure an emitter-top type heterojunction bipolar transistor (not shown). In this case, the band-shaped collector region and the band-shaped base region intersect, an emitter region is formed on the intersection region, and the intersection region is configured as an intrinsic region.

前述の第8図で示した3度のエピタキシによるヘテロ
接合バイポーラトランジスタ(31)では第8図A,D及び
Eの工程における3つのマスクの重ね合わせでコレクタ
面積が決まっていた。重ね合わせ精度は、近年の技術は
向上しているとは言え、合わせの寸法がサブミクロンに
なると面積の変動は無視できない。第2図は、前述の第
8図のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造を作製
するに、重ね合わせを1回のみで行う製法例を示す。
In the heterojunction bipolar transistor (31) formed by three epitaxies shown in FIG. 8 described above, the collector area was determined by the superposition of three masks in the steps of FIGS. 8A, 8D and 8E. Although the overlay accuracy has improved in recent years, the variation in area cannot be ignored when the overlay dimension becomes submicron. FIG. 2 shows an example of a manufacturing method in which the superposition is performed only once in order to manufacture the structure of the heterojunction bipolar transistor shown in FIG.

先ず、第2図A1に示すように前述の第1図A1乃至D1
同じ工程までを行う。即ち、半絶縁性GaAs基板(71)上
に厚さ0.3μmのアンドープAl0.4Ga0.6As層(72)及び
エミッタ領域(73E)となるN−AlGaAs層(すなわち厚
さ0.3μm、不純物濃度3×1018cm-3程度のN−Al0.3Ga
0.7As層(74)と厚さ0.05μm、不純物濃度3×1017cm
-3程度のN−Al0.3Ga0.7As層(75)とN−AlxGa1-xAsの
傾斜組成層(76))をMOCVD法で成長する。次に、窒化
シリコン層(図示せず)をマスクにN−AlGaAs層(73)
を選択エッチングしてエミッタ領域(73E)を形成す
る。次で窒化シリコン層を選択マスクとして外部ベース
領域となる不純物濃度5×1019cm-3程度のp+−GaAs層
(77)をエミッタ領域(73E)の厚みよりも厚く例えば
1.0μm厚をもって選択成長する。次で真性ベース領域
となる厚さ0.03μm、不純物濃度5×1019cm-3程度のp+
−GaAs層(78)、コレクタ領域となる厚さ0.3μm、不
純物濃度1017cm-3程度のn−GaAs層(79)及び厚さ0.1
μm、不純物濃度1019cm-3程度のn+−GaAs層(80)を順
次成長し、さらにAuGu/Ni/Au電極メタル(81)を蒸着す
る。
First, the up first Figure A 1 through the same process as D 1 of the above, as shown in Figure 2 A 1. That is, an undoped Al 0.4 Ga 0.6 As layer (72) having a thickness of 0.3 μm and an N-AlGaAs layer serving as an emitter region (73E) (that is, a thickness of 0.3 μm, an impurity concentration of 3 ×) are formed on a semi-insulating GaAs substrate (71). N-Al 0.3 Ga of about 10 18 cm -3
0.7 As layer (74), thickness 0.05μm, impurity concentration 3 × 10 17 cm
An N-Al 0.3 Ga 0.7 As layer (75) and a graded composition layer (76) of N-Al x Ga 1 -x As (about −3 ) are grown by MOCVD. Next, using a silicon nitride layer (not shown) as a mask, an N-AlGaAs layer (73)
Is selectively etched to form an emitter region (73E). Next, using the silicon nitride layer as a selection mask, the p + -GaAs layer (77) having an impurity concentration of about 5 × 10 19 cm −3 serving as an external base region is made thicker than the emitter region (73E).
Selectively grow with a thickness of 1.0 μm. Next, p + having a thickness of 0.03 μm to be an intrinsic base region and an impurity concentration of about 5 × 10 19 cm −3
A GaAs layer (78), an n-GaAs layer (79) with a thickness of 0.3 μm serving as a collector region, an impurity concentration of about 10 17 cm −3 and a thickness of 0.1
An n + -GaAs layer (80) having a thickness of about μm and an impurity concentration of about 10 19 cm −3 is sequentially grown, and an AuGu / Ni / Au electrode metal (81) is further deposited.

次に、第2図B1及びB2に示すように、エミッタ領域
(73E)の一部に跨るようにコレクタ領域及び外部ベー
ス領域に対応する部分をレジスト層(82)で覆ってRIE
にて電極メタル(81)、n+−GaAs層(80)、n−GaAs層
(79)、p+−GaAs層(78)(77)を選択的にエッチング
除去する。これにより外部ベース領域(77b)が形成さ
れる。
Next, as shown in Figure 2 B 1 and B 2, to cover the portions corresponding to the collector region and the external base region so as to straddle a part of the emitter region (73E) in the resist layer (82) RIE
The electrode metal (81), the n + -GaAs layer (80), the n-GaAs layer (79), and the p + -GaAs layers (78) (77) are selectively etched away. As a result, an external base region (77b) is formed.

次に、第2図C1に示すようにレジスト層(82)をその
ままにして酸化シリコン(SiO2)層を0.2μm積層し、R
IEによりコレクタ領域及びベース領域を含む部分の側壁
に酸化シリコンによる側壁部(83)を形成する。その上
にAuGe/Ni/Auメタルを蒸着し、エミッタ領域(73E)上
に自己整合的にエミッタ電極(84)を形成する。
Next, FIG. 2 C 1 in the resist layer as shown (82) as it is to to a silicon oxide (SiO 2) layer was 0.2μm laminated, R
A side wall (83) made of silicon oxide is formed on the side wall including the collector region and the base region by IE. AuGe / Ni / Au metal is deposited thereon, and an emitter electrode (84) is formed in a self-aligned manner on the emitter region (73E).

次にレジスト層(82)及び酸化シリコンの側壁部(8
3)を除去する(第2図D1参照)。
Next, the resist layer (82) and the side wall (8
3) is removed (second reference Figure D 1).

次に、第2図E1に示すようにレジスト層(85)を被着
形成し、O2によるRIEを一部施して厚みの大きな外部ベ
ース領域(77b)の上の電極メタル(81)を露出する。
Next, the resist layer as shown in FIG. 2 E 1 (85) was deposited and formed, by performing some RIE by O 2 electrode metal (81) on the large external base region of the thickness (77b) Exposed.

次に、第2図F1に示すようにレジスト層(85)をマス
クとして電極メタル(81)を選択的に除去した後、レジ
スト層(85)及び電極メタル(81)をマスクとしてRIE
により外部ベース領域(77b)の面が露出するようにGaA
s層をエッチングする。これにより、コレクタ領域(79
C)及び真性ベース領域(80B)が形成される。
Then, RIE after the resist layer as shown in FIG. 2 F 1 (85) selectively removing the metal electrode (81) as a mask, a resist layer (85) and the electrode metal (81) as a mask
GaAs so that the surface of the external base region (77b) is exposed
Etch the s layer. This allows the collector area (79
C) and an intrinsic base region (80B) are formed.

次に、レジスト層(85)を除去した後、酸化シリコン
層(86)を1.5μm積層し、平坦化によりコレクタ領域
(79C)上の電極メタル即ちコレクタ電極(81)を露出
し、400℃、1分間のアニールを施して電極オーミック
性を形成した後、ベース及びエミッタの電極窓孔(87)
及び(88)を形成して完成する。斯くして、第2図G1
示す目的のコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ(89)を得る。
Next, after removing the resist layer (85), a silicon oxide layer (86) is stacked 1.5 μm thick, and the electrode metal on the collector region (79C), that is, the collector electrode (81) is exposed by flattening. After annealing for 1 minute to form an ohmic electrode, base and emitter electrode windows (87)
And (88) are completed. Thus to obtain a heterojunction bipolar transistor collector-top type of interest shown in FIG. 2 G 1 (89).

この製法においては、マスクの重ね合せはエミッタ領
域(73E)を形成する第2図A1及外部ベース領域(77b)
を形成する第2図B1の2つのマスクによる1回の重ね合
せのみであり、自己整合的にコレクタ領域(79C)の面
積がきまる。従って真性領域の面積に変動が生ずること
はない。またエミッタ電極(84)も自己整合的に形成さ
れ、真性領域にできるだけ近づけて形成される。このた
めエミッタ抵抗が小さくなる。その他、ベース抵抗が小
さくなること、コレクタ容量が真性領域のみであるため
小さくなること、エミッタ容量も小さいこと、ペリフェ
リ効果が減少し真性領域が小さくなっても高い電流増巾
率が得られること、真性ベース領域の厚みが極限まで薄
くできること等、第1図と同様の効果を有する。なお、
この構成はコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラ
トランジスタについて述べたが、エミッタ・トップ型の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタにも適用することが
でき、このときにはコレクタ電極が自己整合的に形成さ
れる。
In this process, FIG. 2 A 1及外portion base region overlapping of the mask for forming the emitter region (73E) (77b)
Is only one overlapping the second two masks of FIG. B 1 to form a, the area of a self-aligned manner collector region (79C) determined. Therefore, the area of the intrinsic region does not change. The emitter electrode (84) is also formed in a self-aligned manner, and is formed as close as possible to the intrinsic region. Therefore, the emitter resistance is reduced. In addition, the base resistance is reduced, the collector capacitance is reduced only in the intrinsic region, the emitter capacitance is reduced, the periphery effect is reduced, and a high current amplification factor is obtained even when the intrinsic region is reduced. The same effect as that of FIG. 1 is obtained, for example, the thickness of the intrinsic base region can be reduced to the limit. In addition,
Although this configuration has been described for a collector-top type heterojunction bipolar transistor, it can be applied to an emitter-top type heterojunction bipolar transistor. In this case, the collector electrode is formed in a self-aligned manner.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、エミッタ領域(又はコレクタ領域)
を形成する帯状の半導体層とベース領域を形成する帯状
の半導体層を交差し、その交差領域に真性領域を有する
ように構成したことにより、製造時のマスクの重ね合せ
誤差が生じても真性領域の面積が変動することがない。
また、エミッタ領域(又はコレクタ領域)と外部ベース
領域とは2辺でのみ接触している構成であるのでエミッ
タ(又はコレクタ)容量が小さくなる。コレクタ領域
(又はエミッタ領域)は交差領域上に形成され、外部ベ
ース領域とほとんど接していないので、コレクタ(又は
エミッタ)容量は真性領域の容量のみとなり、きわめて
小さくなる。このように外部寄生容量が小さくなり、コ
レクタ容量及びエミッタ容量を小さくすることができ
る。外部ベース領域の交差領域以外の部分に外部ベース
領域が形成されるので、ベース抵抗を低減できる。従っ
て、高速性に優れ且つ信頼性の高い微細なヘテロ接合バ
イポーラトランジスタが得られる。
According to the present invention, the emitter region (or the collector region)
Are formed so as to intersect the band-shaped semiconductor layer forming the base region and the band-shaped semiconductor layer forming the base region, and to have an intrinsic region in the intersection region. Does not vary.
Further, since the emitter region (or the collector region) and the external base region are in contact only on two sides, the emitter (or the collector) capacitance is reduced. Since the collector region (or the emitter region) is formed on the intersection region and hardly contacts the external base region, the capacitance of the collector (or the emitter) is only the capacitance of the intrinsic region and is extremely small. Thus, the external parasitic capacitance is reduced, and the collector capacitance and the emitter capacitance can be reduced. Since the external base region is formed in a portion other than the intersection region of the external base region, the base resistance can be reduced. Therefore, a fine heterojunction bipolar transistor having excellent high-speed performance and high reliability can be obtained.

また、例えばコレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタに適用した場合には、エミッタ領域と
外部ベース領域は2辺でのみ接触した構造であるため、
エミッタ領域から真性ベース領域に注入された電子の外
部ベース領域への拡散が少なくなる。これはペリフエリ
における電子の損失が少なくなり、真性領域が小さくな
っても、又低電流領域においても、高い電流増幅率が得
られる。
Further, for example, when applied to a collector-top type heterojunction bipolar transistor, the emitter region and the external base region have a structure in which only two sides are in contact with each other.
The diffusion of electrons injected from the emitter region into the intrinsic base region into the external base region is reduced. This reduces the loss of electrons in the periphery, so that a high current amplification factor can be obtained even in a small intrinsic region or in a low current region.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図A1−I1は本発明のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの一例を示す製造工程図、第1図B2及びB3は第1図
B1のx1−x1線上の断面図及びy1−y1線上の断面図、第1
図D2は第1図D1のy2−y2線上の断面図、第1図E2及びE3
は第1図E1のx3−x3線上の断面図及び斜視図、第1図G2
は第1図G1のy3−y3線上の断面図、第1図H2及びH3は第
1図H1のx4−x4線上の断面図及びy4−y4線上の断面図、
第1図I2及びI3は第1図I1のx5−x5線上の断面図及びy5
−y5線上の断面図、第2図A1〜C1は本発明によるヘテロ
接合バイポーラトランジスタの他の製法例を示す工程
図、第2図B2は第2図B1の平面図、第3図は本発明のト
ランジスタをCML回路として集積化する場合の単位セル
を示す略線的レイアウト図、第4図はその単位セルのシ
ンボルを示す図、第5図A〜Eは単位セルにより各ゲー
トを形成する場合の結線例を示す図、第6図はCMLの3
入力NOR/ORゲートの単位セルを示すレイアウト図、第7
図A及びBは比較のためのヘテロ接合パイボーラトラン
ジスタの平面図及びその断面図、第8図A〜Fはその製
造工程図、第9図は従来のエミッタ・トップ型のヘテロ
接合バイポーラトランジスタの断面図、第10図は従来の
コレクタ・トップ型のヘテロ接合バイポーラトランジス
タの断面図である。 (46E)はエミッタ領域、(48b)は外部ベース領域、
(49B)は真性ベース領域、(57)はベース領域、(50
C)はコレクタ領域、(52)はコレクタ電極、(55)は
エミッタ電極である。
FIG. 1 A 1 -I 1 is a manufacturing process diagram showing an example of the heterojunction bipolar transistor of the present invention, FIGS. 1 B 2 and B 3 are FIG.
Cross-sectional view and y 1 -y 1 line of a cross-sectional view of x 1 -x 1 line of B 1, first
Figure D 2 is a cross-sectional view of a first y 2 -y 2 line of FIG. D 1, Figure 1 E 2 and E 3
Sectional view and a perspective view of a first x 3 -x 3 line in FIG. E 1 is Figure 1 G 2
The cross-sectional view of the first y 3 -y 3 line in FIG. G 1, the Figure 1 H 2 and H 3 cross sectional view and a y 4 -y 4 line of the first x 4 -x 4 line of Fig. H 1 Figure,
Sectional view of Figure 1 I 2 and I 3 are first Figure I 1 x 5 -x 5 lines and y 5
-Y 5 line of cross section, process diagrams showing another process example of the heterojunction bipolar transistor according to Fig. 2 A 1 -C 1 the present invention, FIG. 2 B 2 is a plan view of FIG. 2 B 1, the 3 is a schematic layout diagram showing a unit cell when the transistor of the present invention is integrated as a CML circuit, FIG. 4 is a diagram showing a symbol of the unit cell, and FIGS. FIG. 6 is a diagram showing an example of connection when forming a gate, and FIG.
Layout diagram showing unit cells of input NOR / OR gate, FIG.
7A and 7B are a plan view and a sectional view of a heterojunction bipolar transistor for comparison, FIGS. 8A to 8F are manufacturing process diagrams, and FIG. 9 is a diagram of a conventional emitter-top type heterojunction bipolar transistor. FIG. 10 is a sectional view of a conventional collector-top type heterojunction bipolar transistor. (46E) is the emitter region, (48b) is the external base region,
(49B) is the intrinsic base region, (57) is the base region, (50
C) is a collector region, (52) is a collector electrode, and (55) is an emitter electrode.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エミッタ領域とベース領域とコレクタ領域
とを有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおい
て、 上記エミッタ領域を形成する帯状の半導体層又は上記コ
レクタ領域を形成する帯状の半導体層と、その上の上記
ベース領域を形成する帯状の半導体層とが交差し、 その交差領域上に上記コレクタ領域又は上記エミッタ領
域が形成され、上記交差領域を真性領域とし、 上記ベース領域の上記交差領域以外の部分に外部ベース
領域が形成されて成る ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
1. A heterojunction bipolar transistor having an emitter region, a base region, and a collector region, wherein a band-shaped semiconductor layer forming the emitter region or a band-shaped semiconductor layer forming the collector region, and the base layer formed thereon. The collector region or the emitter region is formed on the intersection region with the band-shaped semiconductor layer forming the region, the intersection region is defined as an intrinsic region, and an external base is formed on a portion of the base region other than the intersection region. A heterojunction bipolar transistor, wherein a region is formed.
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