JP3652633B2

JP3652633B2 - ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP3652633B2
Application number: JP2001306718A
Authority: JP
Inventors: 雅信能米
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: JP2003115492A; US20030096470A1; US6777301B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信用高出力電力増幅器に広く使われるヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下、ＨＢＴという）は、エミッタ、ベース接合が異種の半導体材料で構成されるバイポーラトランジスタであり、エミッタ層のバンドギャップがベース層のそれより大きいことを特徴とする。ＨＢＴは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に比べ、単一電源化が可能であり、また、部品点数が削減できること、さらに特性面では高利得かつ低歪みである等の様々な点で優れる。ＨＢＴは、携帯電話の部品に用いられる送信用電力増幅器のデバイスとして、その用途展開が期待されている。
【０００３】
ＨＢＴは、半絶縁性の基板上に、主としてガリウム砒素（ＧａＡｓ）系の半導体層をエピタキシャル成長により順次積層して形成しながら、ウエットエッチングにより、エミッタ、ベース、およびコレクタ各層を分離形成して製造される。エミッタ層には、一般に、ＡｌＧａＡｓに比べ通電劣化が少なく信頼性の高いｎ型ＩｎＧａＰ層が用いられる。さらに、形成されたエミッタ、ベース、およびコレクタ各層にＴｉＰｔＡｕ、ＡｕＧｅＮｉ等によって構成される電極が接続される。
【０００４】
図２に、一般的なＨＢＴにおいて、エピタキシャル成長により半導体層が積層された構造の断面図を示す。第III−Ｖ族化合物半導体よりなる半絶縁性基板１上から、ｎ⁺型ＧａＡｓサブコレクタ層２〔不純物濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚６００ｎｍ程度〕、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層３〔不純物濃度５×１０¹⁶ｃｍ^-3、膜厚６００ｎｍ程度〕、ｐ型ＧａＡｓベース層４〔不純物濃度４×１０¹⁹ｃｍ^-3、膜厚１００ｎｍ程度〕、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層５〔不純物濃度３×１０¹⁷ｃｍ^-3、膜厚３０ｎｍ程度〕、ｎ⁺型ＧａＡｓエミッタキャップ層６〔不純物濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚４００ｎｍ程度〕が、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）等により順次積層され形成されている。
【０００５】
図３に、一般的なＨＢＴのデバイス構造の断面図を示す。上述のようにして形成された半導体層において、エミッタキャップ層６の上に信頼性向上のための電極層としてＷＳｉ（タングステンシリサイド）層１０が形成され、さらにその上に配線と結線されるエミッタ電極８（ＴｉＰｔＡｕ製）が形成されている。また、ベース層４上にはベース電極７（ＴｉＰｔＡｕ製）が、エミッタ層５をエッチングにより形成した領域内に形成されている。また、サブコレクタ層２上にコレクタ電極９（ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ製）がサブコレクタ層２とコレクタ層３をエッチングにより形成した領域内に形成されている。
【０００６】
図４に、従来のＨＢＴデバイスの製造工程を示す。まず、図４（ａ）に示すように、前述のようにして形成されたデバイス構造のエミッタキャップ層６の上に、エミッタ電極８の下層を構成するＷＳｉ層１０をスパッタにより形成する。その後、レジスト１００を、図４（ｅ）に示すセル２０の形状にパターニングする。さらに、ＣＦ₄とＳＦ₆ガスを用いた反応性イオンビームエッチング（以下、ＲＩＥという）により、チャンバー内１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ１２０Ｗの条件で、ＷＳｉ層１０の形を整える。
【０００７】
次に、図４（ｂ）に示すように、リン酸：過酸化水素水：水＝４：１：４５のリン酸系のエッチング溶液を用いたウエットエッチングによりエミッタキャップ層６の形を整える。このウエットエッチングは、エミッタキャップ層６の膜厚が例えば４００ｎｍの場合、それが４５０ｎｍ程度の長さであると仮定した時間分、長めの時間行う。このとき、上述したリン酸系のエッチング溶液によっては、エミッタ層５は除去されず、エミッタキャップ層６の一部のみ除去され、いわゆる選択エッチングが行われる。このとき、前述したエッチング溶液に含まれる過酸化水素水が酸化剤となり、エミッタ層５の表面に薄い表面酸化層５０が形成される。またこのとき、ＷＳｉ層１０には、いわゆるサイドエッチングによって、エミッタキャップ層６の最上部からはみ出したひさし部分１０ａが生じる。
【０００８】
次いで、図４（ｃ）に示すように、ＲＩＥにより、ＳＦ₆ガスのみを用い、チャンバー内３００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ１００Ｗの条件で、ひさし部分１０ａを除去する。
【０００９】
続いて、図４（ｄ）に示すように、レジスト１００を除去し、さらに図４（ｅ）に示すように、塩酸：リン酸：水＝３：２：２の塩酸系のエッチング溶液を用いたウエットエッチングによりエミッタ層５の形を整え、セル２０を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このとき、セル２０は、チップ上で約１０μｍ程の間隔をおいて相当密集した状態で形成される。このため、セル２０の周辺領域ではエッチング溶液の循環が不十分となる。また、第Ｖ族のＰ元素を含むエミッタ層５が、リン酸系のエッチング溶液でウエットエッチングした際に生じた表面酸化層５０で覆われているため、エミッタ層５の一部は前述した塩酸系のエッチング溶液では除去されずにリング状に残存する。
【００１１】
この状態で、図４（ｆ）に示すように、コレクタ電極３が配置される領域を形成するため、リン酸系のエッチング溶液を用いてベース層４とコレクタ層３の途中までウエットエッチングすると、エミッタ層５、ベース層４、コレクタ層３の面積が、設計値よりも大きく形成されてしまい、例えば、ＨＢＴのエミッタ接地電流増幅率hfeが狙った通りの値とならない等の特性上の異常を来すことがあった。
【００１２】
本発明は、ＨＢＴの製造時、例えば、第Ｖ族のＰ元素を含むエミッタ層のエッチング不良によって生じる上述したような問題を解消し、所望の通りの特性を有するＨＢＴを安定して製造することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、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、半絶縁性基板上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、およびエミッタキャップ層となる各半導体層を順次積層形成する工程と、エミッタキャップ層上に、電極層をスパッタ形成する工程と、電極層をフォトレジストをマスクとするエッチングによりエミッタパターンとなる形状に形成する工程と、エミッタキャップ層をエミッタパターンとなる形状に形成された電極層をマスクとしてウエットエッチングにより電極層のパターンにひさし部分が生じるようにアンダーカットしてエミッタ層表面が露出するようパターン形成する工程と、電極層の外縁とエミッタキャップ層の最上部の外縁とが略一致するように電極層の端部を除去する工程と、エミッタキャップ層をパターン形成する工程によりエミッタ層の露出した表面に形成された表面酸化層をイオンミリングにより除去する工程と、エミッタ層、ベース層、およびコレクタ層をウエットエッチングして、コレクタ電極が配置される領域を形成する工程とを有する。
【００１４】
本実施の形態によれば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造時、エミッタ層上に形成される表面酸化層が効率的に除去され、エッチング不良が解消することから、所望の通りの特性を有するヘテロ接合バイポーラトランジスタが安定して製造できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図１に、本実施の形態による、ＨＢＴデバイスの製造工程の断面図を示す。図１（ａ）〜（ｃ）は、前述した従来例の図４（ａ）〜（ｃ）と同様であるので、以下、従来例と異なる部分を説明する。
【００１６】
図１（ｄ）に示すように、レジスト１００を除去し、さらに、例えば、不活性イオン運動エネルギーによるスパッタ作用を利用した不活性イオンビームエッチング（以下、イオンミリングという）によって、エミッタ層５の一部を含めて、約１０ｎｍの深さ分エッチングして表面酸化層５０をエミッタ層５上から除去する。このときのイオンミリングの条件は、例えば、ビーム電圧６００Ｖ、ビーム電流３００ｍＡ，ウエハー傾斜角度３０度、エッチングの所要時間０．１分とする。ここでは、既にレジスト１００が除去されており、表面酸化層５０がレジスト１００で隠蔽されず、イオンミリングにより表面酸化層５０が効率的に除去される。
【００１７】
次に、図１（ｅ）に示すように、エミッタ層５を塩酸：リン酸：水＝３：２：２の塩酸系エッチング溶液を用いてエッチングしてその形を整える。なおここでは、用いる塩酸系のエッチング溶液の成分比は、塩酸：リン酸：水＝２．５〜３．５：１．５〜２．５：１．５〜２．５の範囲であれば良い。
【００１８】
このとき、セル２０の周辺領域は、従来例と同様、セル２０はチップ上で密集しているため、エッチング溶液の循環が悪いが、既に表面酸化層５０がエミッタ層５上から除去されているためエミッタ層５がスムーズに整形される。
【００１９】
次いで、図１（ｆ）に示すように、リン酸：過酸化水素水：水＝４：１：４５のリン酸系のエッチング溶液を用い、コレクタ電極が配置される領域を形成するため、ベース層４とコレクタ層３の途中までエッチングする。なお、ここではリン酸系溶液の成分比は、リン酸：過酸化水素水：水＝３〜５：０．５〜１：４０〜５の範囲であれば良い。以上のようにすると、セル２０の周辺領域で、エッチングされずにリング状に残存するエミッタ層５がなくなり、設計したとおりにエミッタ層５、ベース層４、コレクタ層３が形成される。
【００２０】
なお、この後、さらにセル２０をエッチングしてベース電極７が配置される領域を形成するが、その工程については、従来技術と同様であるのでその説明を省略する。
【００２１】
本実施の形態によれば、ＨＢＴの製造時、ｎ型ＩｎＧａＰ等からなるエミッタ層上に形成される表面酸化層が、例えばスパッタ作用を利用した不活性イオンビームエッチングにより効率的に除去されるため、エッチング不良が解消してエミッタ層以下の半導体層が設計とおりに形成され、所望の通りの特性を有するＨＢＴを安定して製造することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するに際し、例えば第Ｖ族のＰ元素を含むエミッタ層上に形成される表面酸化層が効率的に除去され、エッチング不良が解消することから、特性の安定したヘテロ接合バイポーラトランジスタが製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図
【図２】ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエピ構造の断面図
【図３】ヘテロ接合バイポーラトランジスタのデバイス構造の断面図
【図４】従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
１半絶縁性基板
２サブコレクタ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）
３コレクタ層（ｎ型ＧａＡｓ）
４ベース層（ｐ型ＧａＡｓ）
５エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）
６エミッタキャップ層（ｎ⁺型ＧａＡｓ）
７ベース電極（ＴｉＰｔＡｕ製）
８エミッタ電極（ＴｉＰｔＡｕ製）
９コレクタ電極（ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ製）
１０ＷＳｉ層
１０ａひさし部分（ＷＳｉ層）
２０セル
５０表面酸化層
１００レジスト

Claims

半絶縁性基板上に、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、およびエミッタキャップ層となる各半導体層を順次積層形成する工程と、前記エミッタキャップ層上に、電極層をスパッタ形成する工程と、前記電極層をフォトレジストをマスクとするエッチングによりエミッタパターンとなる形状に形成する工程と、前記エミッタキャップ層を前記エミッタパターンとなる形状に形成された電極層をマスクとしてウエットエッチングにより前記電極層のパターンにひさし部分が生じるようにアンダーカットして前記エミッタ層表面が露出するようパターン形成する工程と、前記電極層の外縁と前記エミッタキャップ層の最上部の外縁とが略一致するように前記電極層の端部を除去する工程と、前記エミッタキャップ層をパターン形成する工程により前記エミッタ層の露出した表面に形成された表面酸化層をイオンミリングにより除去する工程と、前記エミッタ層、ベース層、およびコレクタ層をウエットエッチングして、コレクタ電極が配置される領域を形成する工程とを有す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。
前記各半導体層を順次積層形成する工程では、第III−Ｖ族化合物半導体より構成される半絶縁性基板上に、ｎ+型ＧａＡｓからなる前記サブコレクタ層、ｎ型ＧａＡｓからなる前記コレクタ層、ｐ型ＧａＡｓからなる前記ベース層、ｎ型ＩｎＧａＰからなる前記エミッタ層、およびｎ+型ＧａＡｓからなる前記エミッタキャップ層となる各半導体層を順次積層し、前記電極層をスパッタ形成する形成する工程では、前記エミッタキャップ層上に、ＷＳｉを主成分とする電極層をスパッタ形成する請求項１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。
前記エミッタキャップ層はリン酸を含む溶液を用いてウエットエッチングし、前記エミッタ層は塩酸を含む溶液を用いてウエットエッチングすることを特徴とする請求項１または２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。
前記塩酸を含む溶液が、塩酸：リン酸：水＝２．５〜３．５：１．５〜２．５：１．５〜２．５の比率よりなる水溶液であることを特徴とする請求項３に記載のヘテロバイポーラトランジスタの製造方法。
前記リン酸を含む溶液が、リン酸：過酸化水素水：水＝３〜５：０．５〜１：４０〜５０の比率よりなる水溶液であることを特徴とする請求項３または４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。
前記電極層の外縁と、前記エミッタキャップ層の最上部の外縁とが略一致するように前記電極層の端部を除去するにあたり、ＳＦ6ガスのみを用い、かつ、３００ｍＴｏｒｒ以上の圧力で操作する反応性イオンビームエッチングを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか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。