JP2734780B2 - ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法

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JP2734780B2
JP2734780B2 JP3008193A JP819391A JP2734780B2 JP 2734780 B2 JP2734780 B2 JP 2734780B2 JP 3008193 A JP3008193 A JP 3008193A JP 819391 A JP819391 A JP 819391A JP 2734780 B2 JP2734780 B2 JP 2734780B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合バイポーラト
ランジスタの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(H
BT)は高速応答と電流駆動能力に優れているため超高
速集積回路への応用が期待されているが、消費電力の低
減が大きな課題である。
【0003】低消費電力化するには素子寸法を微細化し
動作電流を小さくすることが求められるが、微細化にと
もない素子製造技術が高度化、複雑化してくる。
【0004】素子寸法微細化には反応性イオンエッチン
グに代表されるドライエッチング技術が用いられること
が多い。一方コストが低く容易な方法として、異種半導
体層に対して選択比の大きいウェットエッチングがあ
る。
【0005】従来のウェットエッチングを用いたHBT
の代表的なパターン反転プロセスについて図3(a)〜
(e)を参照して説明する。
【0006】はじめに図3(a)に示すように、半絶縁
性InP基板1上に分子線エピタキシー法(MBE法)
によりSi濃度1×1019cm-3、厚さ400nmのN
+ 型InGaAsからなるサブコレクタ層2、Si濃度
3×1016cm-3、厚さ400nmのN- 型InGaA
sからなるコレクタ層3、Be濃度3×1019cm-3
厚さ100nmのP+ 型InGaAsからなるベース層
4、Si濃度3×1017cm-3、厚さ300nmのN-
型InPからなるエミッタ層5、Si濃度1×1019
-3、厚さ200nmのN+ 型InGaAsからなるエ
ミッタキャップ層6を順次成長する。ここでサブコレク
タ層2、コレクタ層3、ベース層4、エミッタキャップ
層6は、半導体基板1およびエミッタ層5のInPに格
子整合している。
【0007】つぎにSiO2 からなる絶縁膜7を全面に
堆積し、フォトレジスト8をマスクとして絶縁膜7をエ
ッチングしてエミッタパターンを形成する。つぎに絶縁
膜7をマスクとして燐酸、過酸化水素の水溶液を用いて
エミッタキャップ層6をウェットエッチングする。
【0008】つぎにInGaAsを侵さない燐酸、塩酸
の水溶液を用いて所望のエミッタ寸法に達するまでエミ
ッタ層5をサイドエッチングする。
【0009】つぎに図3(b)に示すように、絶縁膜7
のパターンをエミッタ電極9aに置き換えるため全面に
フォトレジスト8を回転塗布してから平坦化する。
【0010】つぎに酸素プラズマにより絶縁膜7の表面
が露出するまでフォトレジスト8をエッチングする(絶
縁膜7を頭出しする)。つぎに露出した絶縁膜7を弗酸
により除去する。
【0011】つぎに図3(c)に示すように、チタン、
白金、金からなるエミッタ電極9aを蒸着する。
【0012】つぎに図3(d)に示すように、不要の電
極金属9aをフォトレジスト8とともに除去する(リフ
トオフ工程)。つぎに全面に金−亜鉛(AuZn)合金
からなるベース電極9bを蒸着するとベース電極9bと
エミッタ電極9aとが自己整合化された構造ができる。
【0013】つぎに図3(e)に示すように、フォトレ
ジスト(図示せず)でベース領域を覆ってから、燐酸、
過酸化水素の水溶液を用いてベース層4およびコレクタ
層3をメサエッチングしてサブコレクタ層2を露出す
る。最後にリフトオフ工程によりサブコレクタ層2の上
にコレクタ電極9cを形成してHBTの素子部が完成す
る。
【0014】ダミーエミッタの寸法を規定した光学マス
ク寸法L2 と比較して実質的なエミッタ寸法L1 はより
微細化されている。ドライエッチングよりも選択比の大
きいウェットエッチングを用いることにより、容易に微
細な加工が実現され、コストが低い利点がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図3(e)に示すよう
に、ベース電極9bとエミッタ層5との分離幅はサイド
エッチングL0 によって決まる(エミッタキャップ層6
のサイドエッチングL3 と選択エッチングによるエミッ
タ層5のサイドエッチングL4 との和で与えられる)。
【0016】電極の分離幅は素子の特性上、必要最小限
が好ましい。エミッタが微細化されてもベース電極・エ
ミッタ間隔が大きいとベース抵抗が大きくなる。さらに
ベース・コレクタ接合面積増大による寄生容量の増大に
つながり自己整合化の効果が失われる。
【0017】本発明の目的はエミッタを微細化して、し
かもベース電極がエミッタに極めて近接する高性能ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供するこ
とにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの製造方法は、半導体基板上にサブ
コレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミ
ッタキャップ層を順次成長する工程と、全面に第1の絶
縁膜および第2の絶縁膜を順次堆積する工程と、前記第
2の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を選択エッチングし
て前記第1の絶縁膜および前記第2の絶縁膜からなるエ
ミッタパターンを形成する工程と、前記第2の絶縁膜を
サイドエッチングする工程と、前記エミッタパターンを
マスクとして前記エミッタキャップ層および前記エミッ
タ層を順次エッチングしてメサを形成する工程と、全面
にフォトレジストを塗布して平坦化してから前記フォト
レジストをエッチバックして前記第2の絶縁膜を頭出し
する工程と、前記第2の絶縁膜および前記第1の絶縁膜
を除去してからリフトオフ工程によりエミッタ電極を形
成する工程と、前記エミッタキャップ層をマスクとして
ベース電極金属を蒸着する工程をと含むものである。
【0019】本発明の第2のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの製造方法は、半導体基板上にサブコレクタ
層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、エミッタキャ
ップ層を順次成長する工程と、全面に絶縁膜を堆積して
から選択エッチングして順メサ型の前記絶縁膜からなる
エミッタパターンを形成する工程と、前記エミッタパタ
ーンをマスクとして前記エミッタキャップ層および前記
エミッタ層をエッチングする工程と、全面にフォトレジ
ストを塗布して平坦化してから前記フォトレジストをエ
ッチバックして前記絶縁膜を頭出しする工程と、前記絶
縁膜を除去してからリフトオフ工程によりエミッタ電極
を形成する工程と、前記エミッタキャップ層をマスクと
してベース電極金属を蒸着する工程とを含むものであ
る。
【0020】
【作用】絶縁膜からなるダミーエミッタをマスクとして
エミッタキャップ層をウェットエッチングすることによ
り形成された庇は、ベース電極とエミッタとの間隔を短
縮する際に制約となっていた。
【0021】本発明では予めダミーエミッタを縮小して
庇を補償している。エミッタメサからのエミッタ電極の
張り出しが小さい。ベース電極とエミッタとの間隔が小
さいのでベース抵抗やコレクタ容量の増大を招かずに済
む。
【0022】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図1(a)
〜(e)を参照して説明する。
【0023】はじめに図1(a)に示すように、半絶縁
性InP基板1上に分子線エピタキシー法(MBE法)
によりSi濃度1×1019cm-3、厚さ400nmのN
+ 型InGaAsからなるサブコレクタ層2、Si濃度
3×1016cm-3、厚さ400nmのN- 型InGaA
sからなるコレクタ層3、Be濃度3×1019cm-3
厚さ100nmのP+ 型InGaAsからなるベース層
4、Si濃度3×1017cm-3、厚さ300nmのN-
型InPからなるエミッタ層5、Si濃度1×1019
-3、厚さ200nmのN+ 型InGaAsからなるエ
ミッタキャップ層6を順次成長する。ここでサブコレク
タ層2、コレクタ層3、ベース層4、エミッタキャップ
層6は、半導体基板1およびエミッタ層5のInPに格
子整合している。
【0024】つぎに厚さ250nmの窒化膜(Si
X )からなる絶縁膜7および厚さ250nmの酸化膜
(SiO2 )からなる絶縁膜7aを堆積する。つぎにフ
ォトレジスト8をマスクとして絶縁膜7,7aをドライ
エッチングしてダミーエミッタとする。つぎにバッファ
ード・弗酸を用いてダミーエミッタをエッチングする
と、SiO2 からなる絶縁膜7aの側面のみがサイドエ
ッチングされる。エッチング時間を制御することにより
SiO2 からなる絶縁膜7aの所望のサイドエッチング
幅を得ることができる。
【0025】つぎにダミーエミッタ7,7aをマスクと
してエミッタキャップ層6をエッチングしたのち、In
Pからなるエミッタ層5をInGaAsに対して選択エ
ッチングすると、ベース層4が露出した後はエミッタ層
5の側面のみエッチングされる。このときエッチング時
間を制御して、所望のエミッタ寸法を得ることができ
る。ここではエミッタキャップ層6とSiO2 からなる
絶縁膜7aとの幅が等しくなるようにした。
【0026】つぎに図1(b)に示すように、新たにフ
ォトレジスト8を回転塗布して平坦化する。
【0027】つぎに図1(c)に示すように、フォトレ
ジスト8をエッチバックして、SiO2 からなる絶縁膜
7aの表面を露出させる。つぎに弗酸によりダミーエミ
ッタ7,7aを除去して、エミッタキャップ層6を露出
させる。
【0028】つぎに図1(d)に示すように、フォトレ
ジスト8を残したままチタン、白金、金を順に蒸着して
からリフトオフするとエミッタ電極9aが形成される。
フォトレジスト8の開口寸法がエミッタキャップ層6と
等しいので、エミッタ電極9aがエミッタキャップ層6
からはみ出さない。
【0029】最後に図1(e)に示すように、全面に金
−亜鉛(AuZn)合金を蒸着してベース電極9bを形
成する。つぎにフォトレジスト(図示せず)でベース領
域を覆ってから、燐酸、過酸化水素の水溶液を用いてベ
ース層4およびコレクタ層3をメサエッチングしてサブ
コレクタ層2を露出する。最後にリフトオフ工程により
サブコレクタ層2の上にコレクタ電極9cを形成してH
BTの素子部が完成する。
【0030】ベース電極9bとエミッタ層5との分離幅
O は選択エッチングによるエミッタ層5のサイドエッ
チングのみで決まるので、必要最小限に抑えることがで
きる。その結果ベース層の直列抵抗やベース層下の寄生
ベース・コレクタ容量を増大させることなく、容易に微
細なエミッタ寸法を実現することができた。
【0031】つぎに本発明の第2の実施例について、図
2(a)〜(e)を参照して説明する。
【0032】はじめに図2(a)に示すように、第1の
実施例と同様にN+ 型InGaAsからなるサブコレク
タ層2、N- 型InGaAsからなるコレクタ層3、P
+ 型InGaAsからなるベース層4、N- 型InPか
らなるエミッタ層5、N+ 型InGaAsからなるエミ
ッタキャップ層6を順次成長する。ここでサブコレクタ
層2、コレクタ層3、ベース層4、エミッタキャップ層
6は、半導体基板1およびエミッタ層5のInPに格子
整合している。
【0033】つぎに全面に厚さ500nmのSiO2
らなる絶縁膜7を堆積する。つぎにフォトレジスト8を
マスクとして絶縁膜7をバッファード・弗酸でエッチン
グしてダミーエミッタとする。ウェットエッチングによ
る本実施例ではダミーエミッタは台形状になる。上部の
面積の方が底面の面積よりも小さいという点では第1の
実施例と同様である。
【0034】つぎにダミーエミッタ7をマスクとしてエ
ミッタキャップ層6をエッチングしたのち、InPから
なるエミッタ層5をInGaAsに対して選択エッチン
グする。
【0035】つぎに図2(b)に示すように、フォトレ
ジスト8を回転塗布して平坦化する。
【0036】つぎに図2(c)に示すように、フォトレ
ジスト8をエッチバックしてダミーエミッタとなる絶縁
膜7の表面を露出させる。
【0037】つぎに図2(d)に示すように、ダミーエ
ミッタ7を除去したのちフォトレジスト8を残したまま
チタン、白金、金を順に蒸着してからリフトオフしてエ
ミッタ電極9aを形成する。フォトレジスト8の開口が
狭くなっているのでエミッタ電極9aがエミッタキャッ
プ層6からはみ出すことはない。
【0038】最後にベース電極9bを形成して、HBT
の素子部が完成する。
【0039】ヘテロバイポーラトランジスタの半導体材
料としては、本実施例で用いたInP/InGaAsの
代りにInAlAs/InGaAs、AlGaAs/G
aAsなどの化合物半導体を用いても同様の効果を得る
ことができる。
【0040】
【発明の効果】選択比の大きいウェットエッチングを用
いて、サイドエッチングを行なう、安価で容易な製造工
程である。さらにサイドエッチングのためにベース電極
がエミッタから離れてしまうという従来方法の欠点を解
決する。
【0041】その結果ベース抵抗やコレクタ容量が増大
することなく素子を微細化することができる。高性能、
低消費電力のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施例を示す断面図であ
る。
【図2】本発明による第2の実施例を示す断面図であ
る。
【図3】従来方法によるHBTの製造方法を工程順に示
す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 サブコレクタ層 3 コレクタ層 4 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタキャップ層 7,7a 絶縁膜 8 フォトレジスト 9a エミッタ電極 9b ベース電極 9c コレクタ電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上にサブコレクタ層、コレク
    タ層、ベース層、エミッタ層、エミッタキャップ層を順
    次成長する工程と、全面に第1の絶縁膜および第2の絶
    縁膜を順次堆積する工程と、前記第2の絶縁膜および前
    記第1の絶縁膜を選択エッチングして前記第1の絶縁膜
    および前記第2の絶縁膜からなるエミッタパターンを形
    成する工程と、前記第2の絶縁膜をサイドエッチングす
    る工程と、前記エミッタパターンをマスクとして前記エ
    ミッタキャップ層および前記エミッタ層を順次エッチン
    グしてメサを形成する工程と、全面にフォトレジストを
    塗布して平坦化してから前記フォトレジストをエッチバ
    ックして前記第2の絶縁膜を頭出しする工程と、前記第
    2の絶縁膜および前記第1の絶縁膜を除去してからリフ
    トオフ工程によりエミッタ電極を形成する工程と、前記
    エミッタキャップ層をマスクとしてベース電極金属を蒸
    着する工程とを含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にサブコレクタ層、コレク
    タ層、ベース層、エミッタ層、エミッタキャップ層を順
    次成長する工程と、全面に絶縁膜を堆積してから選択エ
    ッチングして順メサ型の前記絶縁膜からなるエミッタパ
    ターンを形成する工程と、前記エミッタパターンをマス
    クとして前記エミッタキャップ層および前記エミッタ層
    を順次エッチングしてメサを形成する工程と、全面にフ
    ォトレジストを塗布して平坦化してから前記フォトレジ
    ストをエッチバックして前記絶縁膜を頭出しする工程
    と、前記絶縁膜を除去してからリフトオフ工程によりエ
    ミッタ電極を形成する工程と、前記エミッタキャップ層
    をマスクとしてベース電極金属を蒸着する工程とを含む
    ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法。
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