JP4494739B2 - Bipolar transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は高周波用の高出力トランジスタとして利用可能なバイポーラトランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a bipolar transistor that can be used as a high-power transistor for high frequency and a manufacturing method thereof.

砒化ガリウム(GaAs)又は燐化インジウム(InP)等からなるIII-V族化合物半導体は、半絶縁性基板として利用できると共に、シリコン(Si)系の半導体材料と比べて電子移動度及び電子飽和速度等の電気的な特性が優れていることや、ヘテロ接合を利用して所望のエネルギーバンド構造を持つ半導体装置を設計できること等といった利点を持つ。   A III-V compound semiconductor made of gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP) can be used as a semi-insulating substrate, and has an electron mobility and an electron saturation speed as compared with silicon (Si) -based semiconductor materials. It has advantages such as excellent electrical characteristics such as that, and the ability to design a semiconductor device having a desired energy band structure using a heterojunction.

特に、エミッタ層にベース層よりもバンドギャップが大きいIII-V族化合物半導体を用いたヘテロ接合バイポーラトランジスタ(Heterojunction Bipolar Transistor:HBT)は、単一電源で動作可能であり、電力付加効率が高く、電力増幅の線形性にも優れているといった特徴を持つことから、携帯電話等の高出力トランジスタとして広く用いられている。   In particular, a heterojunction bipolar transistor (HBT) using a III-V compound semiconductor having a band gap larger than that of the base layer in the emitter layer can operate with a single power source and has high power added efficiency. Since it has the feature of excellent linearity of power amplification, it is widely used as a high-power transistor for mobile phones and the like.

従来のHBTとして、ベース層にp型のGaAsを用い且つエミッタ層にn型の砒化アルミニウムガリウム(AlGaAs)を用いたAlGaAs/GaAs系のHBTと、ベース層にp型のGaAsを用い且つエミッタ層にn型の燐化インジウムガリウム(InGaP)を用いたInGaP/GaAs系のHBTとが知られている。   As conventional HBTs, AlGaAs / GaAs HBTs using p-type GaAs for the base layer and n-type aluminum gallium arsenide (AlGaAs) for the emitter layer, and p-type GaAs for the base layer and the emitter layer An InGaP / GaAs HBT using n-type indium gallium phosphide (InGaP) is known.

図10(a)は、従来のInGaP/GaAs系のHBTの断面構成を示している。図10(a)に示すように、GaAsからなる基板101の上には、高濃度n型GaAsからなるコレクタコンタクト層102、低濃度n型GaAaからなるコレクタ層103、p型GaAsからなるベース層104、n型InGaPからなるエミッタ層105及び複数のn型エミッタ層が積層されてなるエミッタコンタクト層106が順次積層されている。   FIG. 10A shows a cross-sectional configuration of a conventional InGaP / GaAs HBT. As shown in FIG. 10A, on a substrate 101 made of GaAs, a collector contact layer 102 made of high-concentration n-type GaAs, a collector layer 103 made of low-concentration n-type GaAa, and a base layer made of p-type GaAs. 104, an emitter layer 105 made of n-type InGaP and an emitter contact layer 106 made up of a plurality of n-type emitter layers are sequentially stacked.

また、エミッタコンタクト層106の上にはエミッタ電極107が形成されている。エミッタ層105はベース層104の上にメサ型に形成されており、ベース層104の上におけるエミッタ層105の外側にはベース電極108が形成されている。また、コレクタコンタクト層102の上におけるコレクタ層103の外側にはコレクタ電極109が形成されている。   An emitter electrode 107 is formed on the emitter contact layer 106. The emitter layer 105 is formed in a mesa shape on the base layer 104, and a base electrode 108 is formed outside the emitter layer 105 on the base layer 104. A collector electrode 109 is formed outside the collector layer 103 on the collector contact layer 102.

従来のHBTは、エミッタ層105に、ベース層104よりもバンドギャップが大きいInGaPを用いているため、ベース層104からエミッタ層105へと正孔が逆注入されることを抑制できる。これにより、ベース層104の薄膜化とp型不純物の高濃度化とを両立できるため、ベース層104の電子の走行時間を短くすると共にベース抵抗を小さくすることができるので、高速動作が可能な高出力デバイスとして従来のHBTを用いることができる。   In the conventional HBT, InGaP having a band gap larger than that of the base layer 104 is used for the emitter layer 105, so that reverse injection of holes from the base layer 104 to the emitter layer 105 can be suppressed. This makes it possible to achieve both a reduction in the thickness of the base layer 104 and an increase in the concentration of the p-type impurity, thereby shortening the electron transit time of the base layer 104 and reducing the base resistance, thereby enabling high-speed operation. A conventional HBT can be used as a high-power device.

ここで、従来のHBTにおいて、メサ型のエミッタ層105は、エミッタコンタクト層106の下側であって実際にエミッタとして機能する領域であるエミッタ領域105aと、該エミッタ領域105aと接続して設けられた表面保護領域105bとを有している。また、ベース層104は、エミッタ領域105aの下側部分は実際にベースとして機能する真性ベース領域104aと、ベース電極108と真性ベース領域104aとの間を接続する外部ベース領域104bとに分けられる。   Here, in the conventional HBT, the mesa-type emitter layer 105 is provided below the emitter contact layer 106 and connected to the emitter region 105a, which is a region that actually functions as an emitter. And a surface protection region 105b. The base layer 104 is divided into an intrinsic base region 104a that actually functions as a base, and an external base region 104b that connects the base electrode 108 and the intrinsic base region 104a at the lower portion of the emitter region 105a.

表面保護領域105bは、エミッタ電極107からエミッタコンタクト層106を通ってエミッタ領域105aに注入された電子が、外部ベース領域104bの表面において正孔と再結合することを防止する機能を有する。   The surface protection region 105b has a function of preventing electrons injected from the emitter electrode 107 through the emitter contact layer 106 into the emitter region 105a from recombining with holes on the surface of the external base region 104b.

図10(b)は、図10(a)のエミッタ層105とその周辺部分とを拡大して、等価回路記号と重ね合わせながら示している。図10(b)に示すように、ベース電極108には高周波の入力信号RFINと共に正の直流電流DCを入力して、入力信号のRF電力を増大して用いる。この際、ベース層104には、高濃度のp型不純物が添加されており、直流電流DC及び高周波の入力信号RFINに対して抵抗成分として作用する。 FIG. 10B is an enlarged view of the emitter layer 105 and its peripheral portion of FIG. As shown in FIG. 10B, a positive direct current DC is input to the base electrode 108 together with the high-frequency input signal RF IN to increase the RF power of the input signal. In this case, the base layer 104, are added p-type impurity of high concentration, acts as a resistance component with respect to direct current DC and the high frequency input signal RF IN.

ところで、従来のHBTを高出力トランジスタとして場合には、図10(a)に示すHBTを1つの単位セルとして、10個〜100個程度のHBTを並列に接続する。しかし、動作状態のばらつき等により複数のHBTにおいて温度上昇の程度に差異が生じることがある。この場合、温度が高いHBTはエミッタとベースとの間のオン電圧が低下するため、エミッタ電流が増大してさらに温度が上昇することとなるので、高出力トランジスタ装置の動作が熱的に不安定となる。   By the way, when the conventional HBT is used as a high output transistor, the HBT shown in FIG. 10A is used as one unit cell, and about 10 to 100 HBTs are connected in parallel. However, there may be a difference in the degree of temperature rise in a plurality of HBTs due to variations in operating conditions. In this case, since the on-voltage between the emitter and the base of the HBT having a high temperature decreases, the emitter current increases and the temperature further increases, so that the operation of the high-power transistor device is thermally unstable. It becomes.

このような問題に対し、各HBTのベース入力端子にバラスト抵抗と呼ばれる動作安定化用の抵抗素子を設ける構成が知られている。   In order to solve such a problem, a configuration in which a resistance element called ballast resistor is provided at the base input terminal of each HBT is known.

図11は、各HBTにバラスト抵抗が設けられた従来の高出力トランジスタ装置の回路構成を示している。図11に示すように、互いに並列に接続された複数のバイポーラトランジスタQ1 〜Qn のそれぞれのベース端子には、バラスト抵抗R1 〜Rn を介して直流電流DCを入力すると共に、入力容量C1 〜Cn を介して入力信号RFINを入力する。 FIG. 11 shows a circuit configuration of a conventional high-power transistor device in which a ballast resistor is provided in each HBT. As shown in FIG. 11, a direct current DC is input to the base terminals of a plurality of bipolar transistors Q 1 to Q n connected in parallel to each other through ballast resistors R 1 to R n , and input capacitance An input signal RF IN is input via C 1 to C n .

このような構成により、1つのバイポーラトランジスタQ1 に電流が集中しようとする場合に、バラスト抵抗R1 により電圧降下が生じるため、ベース層に印加される電圧が低下して電流の集中が緩和される。また、入力信号RFINは入力容量C1 〜Cn を介してベース電極に入力されるため、バラスト抵抗R1 〜Rn による高周波特性が劣化することがない。 With such a configuration, when a current is to be concentrated on one bipolar transistor Q 1 , a voltage drop occurs due to the ballast resistor R 1, so that the voltage applied to the base layer is reduced and the current concentration is alleviated. The Further, since the input signal RF IN is input to the base electrode via the input capacitors C 1 to C n , the high frequency characteristics due to the ballast resistors R 1 to R n are not deteriorated.

図11の高出力トランジスタ装置は、図10(a)のHBTと同様の構成によりバイポーラトランジスタQ1 〜Qn を形成することにより得られる。この場合、基板上のHBT素子形成領域とは異なる部分に、金属又は半導体材料からなる薄膜を用いて各バラスト抵抗R1 〜Rn を形成し、窒化シリコン(SiN)等からなる容量絶縁膜と金属からなる導電膜とを用いて入力容量C1 〜Cn を形成する。
特開平8−279561号公報 米国特許第5,608,353号明細書 米国特許第5,629,648号明細書
The high-power transistor device of FIG. 11 is obtained by forming bipolar transistors Q 1 to Q n with the same configuration as the HBT of FIG. In this case, each of the ballast resistors R 1 to R n is formed using a thin film made of a metal or a semiconductor material in a portion different from the HBT element formation region on the substrate, and a capacitive insulating film made of silicon nitride (SiN) or the like The input capacitors C 1 to C n are formed using a conductive film made of metal.
JP-A-8-279561 US Pat. No. 5,608,353 US Pat. No. 5,629,648

しかしながら、前記従来のHBTによると、表面保護領域105bを設けることにより、ベース電極108とエミッタ電極107との間の距離が増大するため、ベース抵抗が大きくなる。従って、ベース電極108から入力される高周波の入力信号RFINの電流低下が大きくなるので、HBTの高周波特性が劣化する。 However, according to the conventional HBT, since the distance between the base electrode 108 and the emitter electrode 107 is increased by providing the surface protection region 105b, the base resistance is increased. Therefore, the current reduction of the input signal RF IN of the high frequency input from the base electrode 108 is increased, high-frequency characteristics of the HBT is deteriorated.

また、前記従来の高出力トランジスタ装置のように、各バイポーラトランジスタQ1 〜Qn に入力容量C1 〜Cn とバラスト抵抗とR1 〜Rn を設けると、HBT形成領域に加えて入力容量形成領域とバラスト抵抗形成領域とを確保する必要があるため、チップ面積が増大してチップコストが増大する。特に、窒化シリコンを容量絶縁膜に用いた場合では、入力容量として必要とされる容量値を確保するためには1辺が10μm以上の矩形領域が各HBT毎に必要とされるため、チップコストが著しく増大する。また、HBT素子を形成した後にバラスト抵抗及び入力容量を形成する必要があるため、製造コストが増大する。 Further, when the input capacitors C 1 to C n , the ballast resistors, and R 1 to R n are provided in the bipolar transistors Q 1 to Q n as in the conventional high output transistor device, the input capacitance is added to the HBT formation region. Since it is necessary to secure the formation region and the ballast resistor formation region, the chip area increases and the chip cost increases. In particular, when silicon nitride is used for the capacitive insulating film, a rectangular area having a side of 10 μm or more is required for each HBT in order to secure a capacitance value required as an input capacitance. Increases significantly. Further, since it is necessary to form the ballast resistor and the input capacitance after forming the HBT element, the manufacturing cost increases.

本発明は、前記従来の課題を解決し、チップ面積及び製造コストを増大することなく、熱安定性と高周波特性とが良好なバイポーラトランジスタを得られるようにすること目的とする。   An object of the present invention is to solve the conventional problems and to obtain a bipolar transistor having good thermal stability and high frequency characteristics without increasing the chip area and the manufacturing cost.

前記の目的を達成するため、本発明は、ベース層とベース電極との間の一部分に容量膜を設ける構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention has a configuration in which a capacitive film is provided in a portion between the base layer and the base electrode.

具体的に、本発明に係るバイポーラトランジスタは、真性ベース領域と外部ベース領域とを有する第1の半導体層と、第1の半導体層の上に形成され、真性ベース領域上に位置する部分がエミッタ領域又はコレクタ領域となる第2の半導体層と、第1の半導体層における外部ベース領域の上に形成された容量膜と、第1の半導体層の上に、一の部分が容量膜の上に形成され、他の部分が外部ベース領域と接続されたベース電極とを備えている。   Specifically, the bipolar transistor according to the present invention includes a first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region, a portion formed on the first semiconductor layer, and a portion located on the intrinsic base region being an emitter. A second semiconductor layer serving as a region or a collector region; a capacitor film formed on the external base region in the first semiconductor layer; and a portion on the first semiconductor layer on the capacitor film. A base electrode is formed and the other part is connected to the external base region.

本発明のバイポーラトランジスタによると、ベース電極に入力された高周波の入力信号は、容量膜を通って真性ベース領域に到達するため、外部ベース領域の抵抗によって入力信号の高周波特性が劣化することがない。また、バイポーラトランジスタの形成領域内に容量素子を設けることができるので、チップ面積を増大させることなく容量素子を設けることができる。さらに、ベース電極に入力された直流電流は外部ベース領域を通って真性ベース領域に到達するため、直流電流に対する抵抗が大きくなるように設定できるので、ベース抵抗をバラスト抵抗として用いてバイポーラトランジスタの熱安定性を向上することができる。   According to the bipolar transistor of the present invention, the high-frequency input signal input to the base electrode reaches the intrinsic base region through the capacitance film, so that the high-frequency characteristics of the input signal are not deteriorated by the resistance of the external base region. . Further, since the capacitor element can be provided in the formation region of the bipolar transistor, the capacitor element can be provided without increasing the chip area. Furthermore, since the direct current input to the base electrode reaches the intrinsic base region through the external base region, the resistance to the direct current can be set so as to increase. Stability can be improved.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、容量膜は第2の半導体層と同一の半導体材料からなることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the capacitor film is preferably made of the same semiconductor material as that of the second semiconductor layer.

このようにすると、容量膜に特別な誘電体材料を用いないため、バイポーラトランジスタを低コストに製造できる。   In this way, since no special dielectric material is used for the capacitor film, a bipolar transistor can be manufactured at low cost.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、容量膜は、第2の半導体層側の端部が第2の半導体層の側面と接するように設けられていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, it is preferable that the capacitor film is provided so that the end portion on the second semiconductor layer side is in contact with the side surface of the second semiconductor layer.

このようにすると、容量膜を、外部ベース領域の表面における電子と正孔との再結合を防止するための表面保護領域として用いることができるため、バイポーラトランジスタの電流利得を向上することができる。   In this case, since the capacitor film can be used as a surface protection region for preventing recombination of electrons and holes on the surface of the external base region, the current gain of the bipolar transistor can be improved.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、外部ベース領域に、真性ベース領域よりも抵抗値が高い高抵抗領域が設けられていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, it is preferable that a high resistance region having a resistance value higher than that of the intrinsic base region is provided in the external base region.

このようにすると、ベース電極に入力される直流電流が外部ベース領域を通る経路の抵抗値が高くなるため、バラスト抵抗としての抵抗値を十分に確保することができ、バイポーラトランジスタの熱安定性を確実に向上することができる。   In this way, the resistance value of the path through which the direct current input to the base electrode passes through the external base region becomes high, so that a sufficient resistance value as a ballast resistor can be secured, and the thermal stability of the bipolar transistor is improved. It can certainly improve.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、容量膜は、外部ベース領域における真性ベース領域と反対側の端部から間隔を置いた領域の上に設けられ、ベース電極は、外部ベース領域と容量膜との上に、容量膜における第2の半導体層と反対側の端部を跨ぐように設けられていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the capacitor film is provided on a region of the external base region spaced from the end opposite to the intrinsic base region, and the base electrode is formed on the external base region and the capacitor film. The capacitor film is preferably provided so as to straddle the end of the capacitor film opposite to the second semiconductor layer.

このようにすると、ベース電極において、真性ベース領域から相対的に遠い側の部分が外部ベース領域と接続されるため、ベース電極に入力される直流電流が外部ベース領域を通る経路の距離が大きくなるので、バラスト抵抗としての抵抗値を大きくして熱安定性を確実に向上できる。   In this way, since the portion of the base electrode that is relatively far from the intrinsic base region is connected to the external base region, the distance of the path through which the direct current input to the base electrode passes through the external base region increases. Therefore, it is possible to reliably improve the thermal stability by increasing the resistance value as the ballast resistor.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、ベース電極は、容量膜の上に形成された第1のベース電極と、第1の半導体層の外部ベース領域と接続された第2のベース電極とからなることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the base electrode preferably comprises a first base electrode formed on the capacitor film and a second base electrode connected to the external base region of the first semiconductor layer. .

このようにすると、直流電流が容量膜の側面を通ってベース電極に入力されることがないため、直流電流のリーク電流量を小さくすることができる。   In this way, since the direct current is not input to the base electrode through the side surface of the capacitive film, the leakage current amount of the direct current can be reduced.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、第2のベース電極は、その抵抗値が温度の上昇に伴って大きくなる金属材料によって構成されていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the second base electrode is preferably made of a metal material whose resistance value increases as the temperature rises.

このようにすると、温度上昇に伴って直流電流に対するバラスト抵抗の値が大きくなるため、熱安定性がさらに向上する。   If it does in this way, since the value of the ballast resistance to direct current becomes large with temperature rise, thermal stability will improve further.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、容量膜は、外部ベース領域における真性ベース領域と反対側の端部から間隔を置いた領域の上に設けられており、第2のベース電極は、容量膜の側方における真性ベース領域から遠い部分の上に設けられていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the capacitor film is provided on a region of the external base region that is spaced from the end opposite to the intrinsic base region, and the second base electrode is disposed on the side of the capacitor film. It is preferable to be provided on a portion far from the intrinsic base region.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、容量膜は、第1の半導体層の上に、外部ベース領域における真性ベース領域と反対側の端部の上をも含むように形成されており、第1のベース電極及び第2のベース電極は、容量膜の上に、第2のベース電極が第1のベース電極よりも真性ベース領域から遠い部分に位置するように設けられ、第2のベース電極は、容量膜を通って第1の半導体層と接続されていることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the capacitor film is formed on the first semiconductor layer so as to include the end of the external base region opposite to the intrinsic base region, and the first base electrode. And the second base electrode is provided on the capacitor film so that the second base electrode is located in a portion farther from the intrinsic base region than the first base electrode. The first semiconductor layer is preferably connected to the first semiconductor layer.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、第2の半導体層は、第1の半導体層よりもバンドギャップが大きい半導体材料からなることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, the second semiconductor layer is preferably made of a semiconductor material having a band gap larger than that of the first semiconductor layer.

本発明のバイポーラトランジスタにおいて、第1の半導体層は第1導電型の半導体材料からなり、容量膜は第2導電型の半導体材料からなることが好ましい。   In the bipolar transistor of the present invention, it is preferable that the first semiconductor layer is made of a first conductivity type semiconductor material, and the capacitor film is made of a second conductivity type semiconductor material.

本発明に係るバイポーラトランジスタの製造方法は、基板上に第1の半導体層及び第2の半導体層を順次形成する第1の工程と、第2の半導体層からエミッタ領域又はコレクタ領域となる第1領域と、容量膜となる第2領域とを区画する第2の工程と、第1の半導体層の上に、一の部分が第1の半導体層と接続されるように、且つ他の部分が第2領域の上を含むようにベース電極を形成する第3の工程とを備えている。   The bipolar transistor manufacturing method according to the present invention includes a first step of sequentially forming a first semiconductor layer and a second semiconductor layer on a substrate, and a first step of forming an emitter region or a collector region from the second semiconductor layer. A second step of partitioning the region and the second region to be a capacitor film; and on the first semiconductor layer, one portion is connected to the first semiconductor layer and the other portion is And a third step of forming a base electrode so as to include the second region.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法によると、ベース電極は一部分が第1の半導体層と接続され且つ他の部分が容量膜と接続されるため、ベース電極に入力された高周波の入力信号は容量膜を通って真性ベース領域となる部分に到達し、且つ、ベース電極に入力された直流電流は外部ベース領域となる部分を通って真性ベース領域に到達するように構成できるので、高周波特性と熱安定性とが良好なバイポーラトランジスタを実現することができる。さらに、エミッタ領域又はコレクタ領域を形成するための第2の半導体層から容量膜を形成しているため、特別な誘電体材料を用いることなくバイポーラトランジスタの形成領域内に容量素子を形成することができる。   According to the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, a part of the base electrode is connected to the first semiconductor layer and the other part is connected to the capacitor film, so that the high-frequency input signal input to the base electrode is the capacitor film. It can be configured to reach the intrinsic base region through the DC current input to the base electrode and through the external base region to reach the intrinsic base region, so that high frequency characteristics and thermal stability A bipolar transistor with good characteristics can be realized. Further, since the capacitor film is formed from the second semiconductor layer for forming the emitter region or the collector region, it is possible to form the capacitor element in the bipolar transistor formation region without using a special dielectric material. it can.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、第2の工程は、第1領域と第2領域とを覆うマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて第1の半導体層が露出するまで第2の半導体層をエッチングする工程とを含むことが好ましい。   In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, the second step includes a step of forming a mask pattern covering the first region and the second region, and a second step until the first semiconductor layer is exposed using the mask pattern. And etching the semiconductor layer.

このようにすると、第2の半導体層からエミッタ領域又はコレクタ領域を同時に形成すると同時に容量膜を形成できるため、特別な工程を追加することなくバイポーラトランジスタの形成領域内に容量素子を形成することができる。   In this case, since the capacitor film can be formed simultaneously with the formation of the emitter region or the collector region from the second semiconductor layer, the capacitor element can be formed in the formation region of the bipolar transistor without adding a special process. it can.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、第2の工程において、第1領域と第2領域とが接するようにマスクパターンを形成することが好ましい。   In the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, in the second step, it is preferable to form a mask pattern so that the first region and the second region are in contact with each other.

このようにすると、容量膜を、外部ベース領域の表面における電子と正孔との再結合を防止するための表面保護領域として形成することができるため、バイポーラトランジスタの電流利得を向上できる。   In this way, the capacitor film can be formed as a surface protection region for preventing recombination of electrons and holes on the surface of the external base region, so that the current gain of the bipolar transistor can be improved.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、第2の工程よりも後に、マスクパターンを用いて、第1の半導体層の露出面に対するイオン注入を行う工程をさらに備えていることが好ましい。   The bipolar transistor manufacturing method of the present invention preferably further includes a step of performing ion implantation on the exposed surface of the first semiconductor layer using a mask pattern after the second step.

このようにすると、第1の半導体層のイオン注入領域を高抵抗領域として形成できるため、バラスト抵抗としての抵抗値を十分に確保することができ、バイポーラトランジスタの熱安定性を確実に向上することができる。   In this case, since the ion implantation region of the first semiconductor layer can be formed as a high resistance region, a sufficient resistance value as a ballast resistor can be ensured, and the thermal stability of the bipolar transistor is reliably improved. Can do.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、第3の工程において、第1の半導体層の露出面の上と2の半導体層の第2領域の上と含むようにベース電極を形成することが好ましい。   In the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, it is preferable that the base electrode is formed so as to include the exposed surface of the first semiconductor layer and the second region of the two semiconductor layers in the third step.

このようにすると、一部分が第1の半導体層と接続され且つ他の部分が容量膜と接続されたベース電極を確実に形成することができる。   In this way, it is possible to reliably form a base electrode in which one part is connected to the first semiconductor layer and the other part is connected to the capacitor film.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、第3の工程において、第1の半導体層と接続される第1のベース電極を形成する工程と、第2の半導体層の上に第2のベース電極を形成する工程とを含むことが好ましい。   In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, in the third step, a step of forming a first base electrode connected to the first semiconductor layer, and a second base electrode on the second semiconductor layer are formed. Preferably including the step of forming.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、第2のベース電極を構成する材料に、その抵抗値が温度の上昇に伴って大きくなる金属材料を用いることが好ましい。   In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, it is preferable to use a metal material whose resistance value increases as the temperature rises as the material constituting the second base electrode.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、第2の工程は、第1領域と第2領域とを覆うマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンを用いて第1の半導体層が露出するまで第2の半導体層をエッチングする工程とを含み、第3の工程において、第2の半導体層の第2領域の上に第1のベース電極を形成すると共に、第1の半導体層の露出面の上に第2のベース電極を形成することが好ましい。   In the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, the second step includes a step of forming a mask pattern covering the first region and the second region, and a second step until the first semiconductor layer is exposed using the mask pattern. Etching the semiconductor layer, and in the third step, a first base electrode is formed on the second region of the second semiconductor layer, and on the exposed surface of the first semiconductor layer. It is preferable to form a second base electrode.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、第2領域の上に、第1の金属材料を用いて第1のベース電極を形成する工程と、第2領域の上に、第1のベース電極よりも第1領域から遠い部分に位置するように、第2の金属材料を用いて第2のベース電極を形成する工程と、第2の金属材料を選択的に拡散して第2のベース電極と第1の半導体層とを接続する工程とを含むことが好ましい。   The bipolar transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a first base electrode using a first metal material on a second region, and a step of forming a first base electrode on the second region than the first base electrode. Forming a second base electrode using a second metal material so as to be located in a portion far from the first region; selectively diffusing the second metal material to form the second base electrode and the second base electrode; It is preferable to include a step of connecting one semiconductor layer.

本発明のバイポーラトランジスタの製造方法において、第1の工程において、第2の半導体層を構成する材料に第1の半導体層よりもバンドギャップが大きい材料を用いることが好ましい。   In the bipolar transistor manufacturing method of the present invention, in the first step, a material having a band gap larger than that of the first semiconductor layer is preferably used as the material constituting the second semiconductor layer.

本発明のバイポーラトランジスタ及びその製造方法によると、ベース電極に入力された高周波の入力信号は、容量膜を通って真性ベース領域に到達し、ベース電極に入力された直流電流は外部ベース領域を通って真性ベース領域に到達するため、高周波特性と熱安定性とが良好なバイポーラトランジスタを実現できる。さらに、バイポーラトランジスタの形成領域内に容量素子を設けることができるので、チップ面積を増大させることなく容量素子を設けることができる。
According to the bipolar transistor and the manufacturing method thereof of the present invention, the high frequency input signal input to the base electrode reaches the intrinsic base region through the capacitive film, and the direct current input to the base electrode passes through the external base region. Therefore, a bipolar transistor with good high frequency characteristics and thermal stability can be realized. Further, since the capacitive element can be provided in the formation region of the bipolar transistor, the capacitive element can be provided without increasing the chip area.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタについて図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
A bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1(a)は本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの構成断面を示している。図1(a)に示すように、例えば、砒化ガリウム(GaAs)からなる基板11の上には、n型のGaAsからなるコレクタコンタクト層12と、n型GaAsからなるコレクタ層13と、p型のGaAsからなるベース層(第1の半導体層)14と、n型の燐化インジウムガリウム(InGaP)からなるエミッタ層(第2の半導体層)15と、n型の砒化インジウムガリウム(InGaAs)からなるエミッタコンタクト層16とが順次形成されている。   FIG. 1A shows a cross section of a bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, for example, on a substrate 11 made of gallium arsenide (GaAs), a collector contact layer 12 made of n-type GaAs, a collector layer 13 made of n-type GaAs, and a p-type A base layer (first semiconductor layer) 14 made of GaAs, an emitter layer (second semiconductor layer) 15 made of n-type indium gallium phosphide (InGaP), and an n-type indium gallium arsenide (InGaAs). The emitter contact layers 16 are sequentially formed.

ここで、ベース層14において、エミッタ層15の下側部分はベースとして実際に機能する真性ベース領域14aとなり、真性ベース領域14aの側方の領域はベースとしての機能を持たない外部ベース領域14bとなる。   Here, in the base layer 14, the lower part of the emitter layer 15 becomes an intrinsic base region 14 a that actually functions as a base, and the region on the side of the intrinsic base region 14 a is an external base region 14 b that does not function as a base. Become.

エミッタ層15及びエミッタコンタクト層16は、ベース層14上にメサ型に形成されており、エミッタコンタクト層16の上には珪化タングステン(WSi)からなるエミッタ電極17が形成されている。   The emitter layer 15 and the emitter contact layer 16 are formed in a mesa shape on the base layer 14, and an emitter electrode 17 made of tungsten silicide (WSi) is formed on the emitter contact layer 16.

また、ベース層14における外部ベース領域14b上には、エミッタ層15と間隔をおいて、n型InGaPからなる容量膜18と、チタン、白金及び金が順次積層された積層膜(Ti/Pt/Au)からなるベース電極19が設けられている。ここで、容量膜18は外部ベース領域14bにおける真性ベース領域14aの近傍の領域上に設けられ、ベース電極19は外部ベース領域14bと容量膜18との上に、容量膜18におけるエミッタ層15と反対側の端部を跨ぐように設けられている。   In addition, on the external base region 14b in the base layer 14, a capacitor film 18 made of n-type InGaP and a laminated film (Ti / Pt / A base electrode 19 made of Au) is provided. Here, the capacitor film 18 is provided on a region of the external base region 14b near the intrinsic base region 14a, and the base electrode 19 is formed on the external base region 14b and the capacitor film 18, and on the emitter layer 15 of the capacitor film 18. It is provided so as to straddle the opposite end.

また、コレクタ層13及びベース層14は、その端部がコレクタコンタクト層12よりも内側に位置するように設けられており、コレクタコンタクト層12の端部の上には金属材料からなるコレクタ電極20が形成されている。   The collector layer 13 and the base layer 14 are provided so that the end portions thereof are located inside the collector contact layer 12, and the collector electrode 20 made of a metal material is disposed on the end portions of the collector contact layer 12. Is formed.

以上に説明した各半導体層の具体的な組成、不純物濃度及び膜厚を[表1]に示す。   The specific composition, impurity concentration, and film thickness of each semiconductor layer described above are shown in [Table 1].

Figure 0004494739
Figure 0004494739

[表1]に示すように、コレクタコンタクト層12には、n型不純物濃度が約5×1018cm-3であり且つ膜厚が約500nmのn型GaAsを用い、コレクタ層13には、n型不純物濃度が約3×1016cm-3であり且つ膜厚が約700nmのn型GaAsを用い、ベース層14には、p型不純物濃度が約4×1019cm-3であり且つ膜厚が約70nmのp型GaAsを用い、エミッタ層15にはn型不純物濃度が約3×1017cm-3であり且つ膜厚が約50nmのIn0.5Ga0.5Pを用いている。また、エミッタコンタクト層16には、n型不純物濃度が約3×1018cm-3であり且つ膜厚が約100nmのn型GaAs層と、膜厚が約50nmであり、下面側から上面側に向かって、n型不純物濃度が3×1018cm-3から2×1019cm-3まで変化され且つインジウム(In)の組成の値Xが0から0.5まで変化されたn型InXGa1-XAs層と、n型不純物濃度が2×1019cm-3であり且つ膜厚が約50nmのn型In0.5Ga0.5As層とが順次積層された積層膜を用いている。 As shown in [Table 1], n-type GaAs having an n-type impurity concentration of about 5 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 500 nm is used for the collector contact layer 12. An n-type GaAs having an n-type impurity concentration of about 3 × 10 16 cm −3 and a film thickness of about 700 nm is used, and the base layer 14 has a p-type impurity concentration of about 4 × 10 19 cm −3 and P-type GaAs with a film thickness of about 70 nm is used, and In 0.5 Ga 0.5 P with an n-type impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 and a film thickness of about 50 nm is used for the emitter layer 15. The emitter contact layer 16 includes an n-type GaAs layer having an n-type impurity concentration of about 3 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 100 nm, and a film thickness of about 50 nm. The n-type In concentration is changed from 3 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 and the indium (In) composition value X is changed from 0 to 0.5. A laminated film in which an X Ga 1-X As layer and an n-type In 0.5 Ga 0.5 As layer having an n-type impurity concentration of 2 × 10 19 cm −3 and a film thickness of about 50 nm are sequentially laminated is used. .

また、容量膜18は、エミッタ層15と同様に、n型不純物濃度が約3×1017cm-3であり且つ膜厚が約50nmのIn0.5Ga0.5Pを用いて、幅寸法(すなわち、エミッタ層15から外側に向かう方向の寸法)が約1μmとなるように形成されている。 Similarly to the emitter layer 15, the capacitor film 18 is made of In 0.5 Ga 0.5 P having an n-type impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 and a film thickness of about 50 nm. (Dimension in the direction from the emitter layer 15 toward the outside) is about 1 μm.

第1の実施形態のバイポーラトランジスタの特徴は、ベース層14とベース電極19との間に容量膜18が設けられていることにある。ベース層14には、容量膜18のn型不純物濃度と比べてきわめて高い濃度のp型不純物が添加されているため、容量膜18はほぼ完全に空乏化した状態となるので、容量膜18をベース電極19とベース層14との間の誘電体として用いることができる。   The bipolar transistor of the first embodiment is characterized in that a capacitive film 18 is provided between the base layer 14 and the base electrode 19. Since the p-type impurity having a very high concentration compared to the n-type impurity concentration of the capacitor film 18 is added to the base layer 14, the capacitor film 18 is almost completely depleted. It can be used as a dielectric between the base electrode 19 and the base layer 14.

以下に、第1の実施形態のバイポーラトランジスタの特徴について図1(b)を用いて具体的に説明する。   The characteristics of the bipolar transistor of the first embodiment will be specifically described below with reference to FIG.

図1(b)は、図1(a)に示すバイポーラトランジスタにおけるベース電極19の周辺部分を拡大して等価回路図と重ね合わせて示している。   FIG. 1B is an enlarged view of the peripheral portion of the base electrode 19 in the bipolar transistor shown in FIG.

図1(b)に示すように、ベース電極19には、高周波の入力信号RFINと直流電流DCとが入力され、外部ベース領域14bから真性ベース領域14aに入力される。このとき、ベース電極19に入力された直流電流DC及び入力信号RFINが真性ベース領域14aに至るまで経路は、ベース電極19から直接に外部ベース領域14bに入力された後、容量膜18の下側を通って真性ベース領域14aに到達する第1の経路と、ベース電極19から容量膜18を通って外部ベース領域14bに入力さた後、真性ベース領域14aに到達する第2の経路とに分けられる。第1の経路は、外部ベース領域14bが抵抗素子として機能し、また、第2の経路は、ベース電極19、容量膜18及び外部ベース領域14bがそれぞれ上部電極、誘電体膜及び下部電極となる容量素子として機能する。 As shown in FIG. 1 (b), the base electrode 19, an input signal RF IN of the high-frequency and direct current DC is inputted, it is inputted from the external base region 14b in the intrinsic base region 14a. At this time, the direct current DC and the input signal RF IN input to the base electrode 19 are directly input from the base electrode 19 to the external base region 14b and then below the capacitive film 18 until reaching the intrinsic base region 14a. A first path that reaches the intrinsic base region 14a through the side, and a second path that reaches the intrinsic base region 14a after being input from the base electrode 19 through the capacitive film 18 to the external base region 14b. Divided. In the first path, the external base region 14b functions as a resistance element, and in the second path, the base electrode 19, the capacitor film 18, and the external base region 14b serve as an upper electrode, a dielectric film, and a lower electrode, respectively. It functions as a capacitor element.

このように、ベース層14とベース電極19との間におけるエミッタ層15に近い側の端部に容量膜18が設けられているため、ベース抵抗に並列に接続された容量素子を実現できる。これにより、ベース電極19に入力された高周波の入力信号RFINは容量素子を通って真性ベース領域14aに到達するので、ベース抵抗による電力損失が低減される。また、直流電流DCの電流量が増大しても、外部ベース領域14bの抵抗により電圧が降下するため、真性ベース領域14aの温度上昇を抑制することができる。 Thus, since the capacitive film 18 is provided between the base layer 14 and the base electrode 19 on the side close to the emitter layer 15, a capacitive element connected in parallel to the base resistance can be realized. Thus, the input signal RF IN of the high-frequency input to the base electrode 19 so reaching the intrinsic base region 14a through the capacitive element, the power loss due to the base resistance is reduced. Further, even if the amount of direct current DC increases, the voltage drops due to the resistance of the external base region 14b, so that the temperature increase of the intrinsic base region 14a can be suppressed.

具体的に、容量膜18にエミッタ層15と同一の半導体材料を用い、容量膜18の膜厚が約50nmで平面積が約80μm2 となるように形成されている場合において、容量膜18の静電容量は約0.18pFとなる。この場合に、第1の実施形態のヘテロバイポーラトランジスタを100個程度並列に接続して高周波信号の高出力デバイスに用いると、入力容量は約18pF程度となるので、高周波特性を劣化しないように高出力デバイスの入力容量を確保することができる。 Specifically, in the case where the same semiconductor material as the emitter layer 15 is used for the capacitor film 18 and the capacitor film 18 is formed to have a film thickness of about 50 nm and a plane area of about 80 μm 2 , The capacitance is about 0.18 pF. In this case, if about 100 heterobipolar transistors of the first embodiment are connected in parallel and used for a high-power device for high-frequency signals, the input capacitance is about 18 pF, so that the high-frequency characteristics are not deteriorated. The input capacity of the output device can be secured.

例えば、入力信号RFINの周波数が800kHz〜2GHzの範囲の場合、容量膜18は、膜厚が50nm〜300nm程度で幅寸法が1〜4μm程度であれば、入力信号RFINの高周波特性が劣化しないように十分な入力容量を確保できる。 For example, when the frequency of the input signal RF IN is in the range of 800 kHz to 2 GHz, if the capacitive film 18 has a film thickness of about 50 nm to 300 nm and a width dimension of about 1 to 4 μm, the high frequency characteristics of the input signal RF IN deteriorate. It is possible to secure a sufficient input capacity so as not to do so.

また、容量膜18の幅寸法を調整することにより、ベース電極19から直接に外部ベース領域14bを通る経路の距離を調節して抵抗値を適当に設定することが可能である。従って、ベース抵抗をバラスト抵抗として用いることによりバイポーラトランジスタの熱安定性を向上できる。   Further, by adjusting the width dimension of the capacitive film 18, it is possible to appropriately set the resistance value by adjusting the distance of the path passing directly from the base electrode 19 through the external base region 14 b. Therefore, the thermal stability of the bipolar transistor can be improved by using the base resistor as the ballast resistor.

なお、第1の実施形態では、容量膜18の構成材料にn型InGaPを用いることによりpn接合容量として容量素子を実現しているが、このような構成に限られず、窒化シリコン等の誘電体材料を用いてもよい。ただし、容量膜18をエミッタ層15と同一の半導体材料を用いることにより、エミッタ層15と容量膜18とを同時に形成できるため、バイポーラトランジスタの製造コストを低減できる。   In the first embodiment, a capacitor element is realized as a pn junction capacitor by using n-type InGaP as a constituent material of the capacitor film 18. However, the present invention is not limited to such a configuration, and a dielectric such as silicon nitride is used. Materials may be used. However, since the emitter film 15 and the capacitor film 18 can be formed simultaneously by using the same semiconductor material as the emitter layer 15 for the capacitor film 18, the manufacturing cost of the bipolar transistor can be reduced.

なお、第1の実施形態では、ベース層の上にエミッタ層が設けられたエミッタアップ型のバイポーラトランジスタについて説明したが、ベース層の下側にエミッタ層を設け、ベース層の上側にコレクタ層が設けられたコレクタアップ型のバイポーラトランジスタとして形成されていてもよい。   In the first embodiment, the emitter-up bipolar transistor in which the emitter layer is provided on the base layer has been described. However, the emitter layer is provided below the base layer, and the collector layer is provided above the base layer. It may be formed as a collector-up type bipolar transistor provided.

また、第1の実施形態のバイポーラトランジスタを構成する各半導体層の組成及び膜圧は[表1]に示すように設定されている必要はなく、トランジスタ動作に適するように適当に設定されていればよい。   Further, the composition and film pressure of each semiconductor layer constituting the bipolar transistor of the first embodiment do not need to be set as shown in [Table 1], and may be appropriately set so as to be suitable for transistor operation. That's fine.

また、第1の実施形態では、ベース層14にGaAsを用い、エミッタ層15にInGaPを用いたInGaP/GaAs系のバイポーラトランジスタについて説明したが、ベース層14及びエミッタ層15の材料を変更してAlGaAs/GaAs系、InAlAs/InGaAs系又はInP/InGaAs系等のバイポーラトランジスタとしてもよい。   In the first embodiment, an InGaP / GaAs bipolar transistor using GaAs for the base layer 14 and InGaP for the emitter layer 15 has been described. However, the materials of the base layer 14 and the emitter layer 15 are changed. A bipolar transistor such as AlGaAs / GaAs, InAlAs / InGaAs, or InP / InGaAs may be used.

また、ベース電極19を構成する材料にはチタン、白金及び金が順次積層された積層膜を用いているが、このような構成に限られない。例えば、ベース電極19の最下層に珪化タングステン(WSi)やモリブデン(Mo)を用い、その上にチタン、白金及び金を順次積層してもよい。このようにすると、ベース電極19と容量膜18との熱反応を抑制することができる。   In addition, although a laminated film in which titanium, platinum, and gold are sequentially laminated is used as a material constituting the base electrode 19, it is not limited to such a configuration. For example, tungsten silicide (WSi) or molybdenum (Mo) may be used for the lowermost layer of the base electrode 19, and titanium, platinum, and gold may be sequentially stacked thereon. In this way, the thermal reaction between the base electrode 19 and the capacitive film 18 can be suppressed.

(第1の実施形態の製造方法)
以下、本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Manufacturing method of the first embodiment)
A bipolar transistor manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2(a)〜図2(d)及び図3(a)〜図3(c)は本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。   2 (a) to 2 (d) and FIGS. 3 (a) to 3 (c) show cross-sectional structures in order of steps of the manufacturing method of the bipolar transistor according to the first embodiment of the present invention.

まず、図2(a)に示すように、GaAsからなる基板21の上に、エピタキシャル成長により、n型不純物が添加されたGaAsからなるコレクタコンタクト層22と、低濃度のn型不純物が添加されたGaAsからなるコレクタ層形成層23と、高濃度のp型不純物が添加されたGaAsからなるベース層形成層(第1の半導体層)24と、n型不純物が添加されたn型InGaPからなるエミッタ層形成層(第2の半導体層)25と、n型不純物を含み且つそのインジウム組成が0から0.5まで順次大きくされたInGaAsからなるエミッタコンタクト層形成層26とを順次形成する。その後、エミッタコンタクト層形成層26の上に、スパッタ法によりWSiからなるエミッタ電極形成層27をする。   First, as shown in FIG. 2A, a collector contact layer 22 made of GaAs doped with n-type impurities and a low-concentration n-type impurity were added on a substrate 21 made of GaAs by epitaxial growth. A collector layer forming layer 23 made of GaAs, a base layer forming layer (first semiconductor layer) 24 made of GaAs doped with high-concentration p-type impurities, and an emitter made of n-type InGaP doped with n-type impurities A layer forming layer (second semiconductor layer) 25 and an emitter contact layer forming layer 26 made of InGaAs containing an n-type impurity and having an indium composition sequentially increased from 0 to 0.5 are sequentially formed. Thereafter, an emitter electrode forming layer 27 made of WSi is formed on the emitter contact layer forming layer 26 by sputtering.

ここで、エピタキシャル成長する各半導体層の組成及び膜厚は[表1]に示す各半導体層と組成及び膜厚と同一とする。   Here, the composition and film thickness of each semiconductor layer to be epitaxially grown are the same as those of each semiconductor layer shown in [Table 1].

次に、図2(b)に示すように、リソグラフィ法により、エミッタ電極形成層27の上に、エミッタ電極形成領域を覆う第1のレジストパターン28を形成する。その後、第1のレジストパターン28を用いた反応性イオンエッチング(RIE)法により、エミッタコンタクト層形成層26が露出するまでエミッタ電極形成層27をエッチングする。これにより、エミッタ電極形成層27からエミッタ電極27Aを形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a first resist pattern 28 that covers the emitter electrode formation region is formed on the emitter electrode formation layer 27 by lithography. Thereafter, the emitter electrode formation layer 27 is etched by the reactive ion etching (RIE) method using the first resist pattern 28 until the emitter contact layer formation layer 26 is exposed. Thereby, an emitter electrode 27A is formed from the emitter electrode formation layer 27.

次に、図2(c)に示すように、第1のレジストパターン28とエミッタ電極27Aとをマスクとして用いたウエットエッチング法又はドライエッチング法により、エミッタ層形成層25が露出するまでエミッタコンタクト層形成層26をエッチングする。これにより、エミッタコンタクト層形成層26からエミッタコンタクト層26Aを形成する。ここで、エミッタコンタクト層形成層26に対するエッチング工程では、サイドエッチングが生じるため、エミッタコンタクト層26Aは、エミッタ電極27Aの内側の領域に形成される。   Next, as shown in FIG. 2C, the emitter contact layer is exposed until the emitter layer formation layer 25 is exposed by wet etching or dry etching using the first resist pattern 28 and the emitter electrode 27A as a mask. The formation layer 26 is etched. Thereby, the emitter contact layer 26A is formed from the emitter contact layer forming layer 26. Here, in the etching process for the emitter contact layer forming layer 26, side etching occurs, so the emitter contact layer 26A is formed in a region inside the emitter electrode 27A.

次に、図2(d)に示すように、第1のレジストパターン28を除去した後、リソグラフィ法により、エミッタ電極27Aの上を覆う第1のマスク部29aと、エミッタ層形成層25におけるエミッタ電極27Aの側方に間隔をおいた所定の領域上を覆う第2のマスク部29bとを有する第2のレジストパターン29を形成する。その後、第2のレジストパターン29を用いたドライエッチング法により、ベース層形成層24が露出するまでエミッタ層形成層25をエッチングする。これにより、エミッタ層形成層25における第1のマスク部29aの下側に位置する部分からエミッタ層25Aを形成すると共に、第2のマスク部29bの下側に位置する部分から容量膜25Bを形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, after removing the first resist pattern 28, the first mask portion 29a covering the emitter electrode 27A and the emitter in the emitter layer forming layer 25 are formed by lithography. A second resist pattern 29 having a second mask portion 29b covering a predetermined region spaced apart from the electrode 27A is formed. Thereafter, the emitter layer forming layer 25 is etched by a dry etching method using the second resist pattern 29 until the base layer forming layer 24 is exposed. As a result, the emitter layer 25A is formed from the portion located below the first mask portion 29a in the emitter layer forming layer 25, and the capacitor film 25B is formed from the portion located below the second mask portion 29b. To do.

次に、図3(a)に示すように、第2のレジストパターン29を除去した後、リソグラフィ法により、ベース層形成層24の上に、容量膜25Bとの上と、ベース層形成層24の上面における容量膜25B、とを開口する開口部30aを有する第3のレジストパターン30を形成する。続いて、電子線蒸着法等を用いて、第3のレジストパターン30の上に、開口部の上を含むように全面にわたって、Ti、Pt及びAuを順次積層することにより金属膜31を形成する。   Next, as shown in FIG. 3A, after the second resist pattern 29 is removed, the base layer formation layer 24 and the base layer formation layer 24 are formed on the base layer formation layer 24 by the lithography method. A third resist pattern 30 having an opening 30a that opens the capacitor film 25B on the upper surface of the first resist pattern 30 is formed. Subsequently, Ti, Pt, and Au are sequentially stacked on the entire surface of the third resist pattern 30 so as to include the top of the opening by using an electron beam evaporation method or the like. .

次に、図3(b)に示すように、第3のレジストパターン30を有機溶媒などで除去する。これにより、金属膜31からベース電極31Aを形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, the third resist pattern 30 is removed with an organic solvent or the like. Thereby, the base electrode 31 </ b> A is formed from the metal film 31.

その後、図3(c)に示すように、コレクタコンタクト層22が露出するまでベース層形成層24及びコレクタ層形成層23を順次パターニングして、ベース層形成層24からベース層24Aを形成すると共に、コレクタ層形成層23からコレクタ層23Aを形成する。続いて、リソグラフィ法と電子線蒸着法とを用いて、コレクタコンタクト層22の露出面にコレクタ電極32を形成する。その後、温度が約400℃の条件で熱処理を行うことによりベース電極31A及びコレクタ電極32を合金化する。これにより、図1(a)に示す第1の実施形態のバイポーラトランジスタが完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, the base layer forming layer 24 and the collector layer forming layer 23 are sequentially patterned until the collector contact layer 22 is exposed, thereby forming the base layer 24A from the base layer forming layer 24. Then, the collector layer 23A is formed from the collector layer forming layer 23. Subsequently, the collector electrode 32 is formed on the exposed surface of the collector contact layer 22 using lithography and electron beam evaporation. Thereafter, the base electrode 31A and the collector electrode 32 are alloyed by performing a heat treatment at a temperature of about 400 ° C. Thereby, the bipolar transistor of the first embodiment shown in FIG. 1A is completed.

第1の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法によると、ベース層形成層24の上に容量膜25Bを形成し、その後ベース電極31Aを形成するため、バイポーラトランジスタの形成領域内に容量素子として機能する部分を設けることができるので、チップ面積を増大する高周波の入力信号に対する入力容量を確保することができる。   According to the bipolar transistor manufacturing method of the first embodiment, the capacitor film 25B is formed on the base layer forming layer 24, and then the base electrode 31A is formed, so that it functions as a capacitor element in the bipolar transistor formation region. Since a portion can be provided, an input capacitance for a high-frequency input signal that increases the chip area can be secured.

特に、エミッタ層形成層25からエミッタ層25Aと容量膜25Bと形成するため、特別な誘電体材料を用いることなく容量膜25Bを形成できるので、容量素子を低コストに形成できる。   In particular, since the emitter layer 25A and the capacitor film 25B are formed from the emitter layer forming layer 25, the capacitor film 25B can be formed without using a special dielectric material, so that the capacitor element can be formed at low cost.

なお、第1の実施形態では、エミッタ層形成層25からエミッタ層25Aと容量膜25Bと形成しているが、このような構成に限られず、例えば、エミッタ層形成層25からエミッタ層25Aを形成した後、別の誘電体材料を用いて容量膜25Bを形成してもよい。このようにした場合であっても、チップ面積を増大させることなくベース入力端子に容量領域を設けることができる。   In the first embodiment, the emitter layer 25A and the capacitor film 25B are formed from the emitter layer formation layer 25. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the emitter layer 25A is formed from the emitter layer formation layer 25. After that, the capacitor film 25B may be formed using another dielectric material. Even in this case, it is possible to provide a capacitor region in the base input terminal without increasing the chip area.

(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタについて図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図4は、本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図4において、第1の実施形態のバイポーラトランジスタと同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 4 shows a cross-sectional configuration of a bipolar transistor according to the second exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same members as those of the bipolar transistor of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図4に示すように、基板11の上には、コレクタコンタクト層12と、コレクタ層13と、真性ベース領域14a及び外部ベース領域14bを有するベース層14とが順次形成されている。ベース層14の上には、真性ベース領域14a上側にエミッタ領域41aを有し、外部ベース領域14bの上に表面保護領域41bを有するエミッタ層41が設けられる。エミッタ層41におけるエミッタ領域41aの上には、エミッタコンタクト層16と、エミッタ電極17と、チタン、白金及び金が順次積層された積層膜(Ti/Pt/Au)からなる上部エミッタ電極42が順次形成されている。   As shown in FIG. 4, a collector contact layer 12, a collector layer 13, and a base layer 14 having an intrinsic base region 14a and an external base region 14b are sequentially formed on the substrate 11. On the base layer 14, an emitter layer 41 having an emitter region 41a above the intrinsic base region 14a and having a surface protection region 41b on the external base region 14b is provided. On the emitter region 41 a in the emitter layer 41, an emitter contact layer 16, an emitter electrode 17, and an upper emitter electrode 42 made of a laminated film (Ti / Pt / Au) in which titanium, platinum, and gold are sequentially laminated are sequentially formed. Is formed.

また、ベース層14の外部ベース領域14b上には、エミッタ層41の端部を跨いでエミッタ層41の上を含むように、Ti/Pt/Auからなるベース電極19が設けられている。また、コレクタコンタクト層12の上にはコレクタ電極20が設けられている。   Further, a base electrode 19 made of Ti / Pt / Au is provided on the external base region 14 b of the base layer 14 so as to straddle the end of the emitter layer 41 and include on the emitter layer 41. A collector electrode 20 is provided on the collector contact layer 12.

なお、第2の実施形態の各半導体層の組成及び膜厚は[表1]に示す第1の実施形態の各半導体層の組成及び膜厚と同様である。   The composition and film thickness of each semiconductor layer in the second embodiment are the same as the composition and film thickness of each semiconductor layer in the first embodiment shown in [Table 1].

第2の実施形態のバイポーラトランジスタによると、表面保護領域41bが設けられているため、エミッタ電極17から注入された電子がエミッタ領域41aの外側の外部ベース領域14bの正孔と再結合することを防止できるので、バイポーラトランジスタの電流利得を第1の実施形態よりも向上することができる。   According to the bipolar transistor of the second embodiment, since the surface protection region 41b is provided, electrons injected from the emitter electrode 17 are recombined with holes in the external base region 14b outside the emitter region 41a. Therefore, the current gain of the bipolar transistor can be improved as compared with the first embodiment.

また、ベース層14には、エミッタ層41のn型不純物濃度と比べて極めて高い濃度のp型不純物が添加されているため、表面保護領域41bは深さ方向のほぼ全体にわたって空乏化している。従って、表面保護領域41bは第1の実施形態の容量膜18と同様に、容量素子の誘電体膜として機能する。   In addition, since the p-type impurity having a very high concentration compared to the n-type impurity concentration of the emitter layer 41 is added to the base layer 14, the surface protection region 41b is depleted over almost the entire depth direction. Accordingly, the surface protection region 41b functions as a dielectric film of the capacitive element, like the capacitive film 18 of the first embodiment.

なお、第2の実施形態において、エミッタ電極17の上に上部エミッタ電極42が設けられているが、上部エミッタ電極42が省略されていてもよい。   In the second embodiment, the upper emitter electrode 42 is provided on the emitter electrode 17, but the upper emitter electrode 42 may be omitted.

また、第2の実施形態では、エミッタ領域41aと表面保護領域41bとを有するエミッタ層41を設ける構成としているが、第1の実施形態と同様にエミッタ層と容量膜とを設け、容量膜におけるエミッタ層側の端部がエミッタ層と接するように配置することにより、容量膜を表面保護領域として用いてもよい。   In the second embodiment, the emitter layer 41 having the emitter region 41a and the surface protection region 41b is provided. However, as in the first embodiment, the emitter layer and the capacitor film are provided, The capacitor film may be used as the surface protection region by disposing the end portion on the emitter layer side so as to be in contact with the emitter layer.

(第2の実施形態の製造方法)
以下、本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Manufacturing method of the second embodiment)
A bipolar transistor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図5(a)〜図5(d)は、本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法の工程順の断面構成を示している。図5(a)〜図5(d)において、第1の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。なお、図5(a)に示す工程は、第1の実施形態の図2(d)の工程と対応している。   FIG. 5A to FIG. 5D show cross-sectional configurations in the order of steps in the method for manufacturing a bipolar transistor according to the second embodiment of the present invention. 5A to 5D, the same members as those in the method for manufacturing the bipolar transistor according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Note that the process shown in FIG. 5A corresponds to the process of FIG. 2D of the first embodiment.

まず、図2(a)〜図2(c)に示す工程と同様にして、基板21の上に、コレクタコンタクト層22、コレクタ層形成層23、ベース層形成層24、エミッタ層形成層25、エミッタコンタクト層形成層26及びエミッタ電極形成層27を順次積層した後、第1のレジストパターン28を用いたエッチングにより、エミッタ電極形成層27からエミッタ電極27Aを形成し、その後、エミッタコンタクト層形成層26からエミッタコンタクト層26Aを形成する。   First, similarly to the steps shown in FIGS. 2A to 2C, a collector contact layer 22, a collector layer forming layer 23, a base layer forming layer 24, an emitter layer forming layer 25, After the emitter contact layer forming layer 26 and the emitter electrode forming layer 27 are sequentially stacked, the emitter electrode 27A is formed from the emitter electrode forming layer 27 by etching using the first resist pattern 28, and then the emitter contact layer forming layer is formed. 26, an emitter contact layer 26A is formed.

次に、図5(a)に示すように、リソグラフィ法により、エミッタ層形成層25上に、エミッタ電極27Aの上を含む所定の領域を覆うように、第2のレジストパターン51を形成する。その後、第2のレジストパターン51を用いたドライエッチング法により、ベース層形成層24が露出するまでエミッタ層形成層25をエッチングする。これにより、エミッタ層形成層25から、エミッタ領域と表面保護領域とを有するエミッタ層25Cを形成する。   Next, as shown in FIG. 5A, a second resist pattern 51 is formed on the emitter layer formation layer 25 by a lithography method so as to cover a predetermined region including the top of the emitter electrode 27A. Thereafter, the emitter layer forming layer 25 is etched by dry etching using the second resist pattern 51 until the base layer forming layer 24 is exposed. Thus, an emitter layer 25C having an emitter region and a surface protection region is formed from the emitter layer forming layer 25.

次に、図5(b)に示すように、第2のレジストパターン51を除去した後、リソグラフィ法により、ベース層形成層24の上に、エミッタ電極27Aの上とエミッタ層25Cの上とを含む所定の領域を開口するように、第3のレジストパターン52を形成する。続いて、電子線蒸着法などを用いて、第3のレジストパターン52上に、開口部の上を含む全面にわたって、Ti、Pt及びAuからなる金属膜31を形成する。   Next, as shown in FIG. 5B, after the second resist pattern 51 is removed, the top of the emitter electrode 27A and the top of the emitter layer 25C are formed on the base layer forming layer 24 by lithography. A third resist pattern 52 is formed so as to open a predetermined region including it. Subsequently, a metal film 31 made of Ti, Pt, and Au is formed on the third resist pattern 52 over the entire surface including the top of the opening by using an electron beam evaporation method or the like.

次に、図5(c)に示すように、第3のレジストパターン52を有機溶媒などで除去する。これにより、金属膜31からベース電極31Bと、上部エミッタ電極31Cとを形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, the third resist pattern 52 is removed with an organic solvent or the like. Thus, the base electrode 31B and the upper emitter electrode 31C are formed from the metal film 31.

次に、図5(d)に示すように、コレクタコンタクト層22が露出するまでベース層形成層24及びコレクタ層形成層23を順次パターニングして、ベース層形成層24からベース層24Aを形成すると共に、コレクタ層形成層23からコレクタ層23Aを形成する。続いて、リソグラフィ法と電子線蒸着法とを用いて、コレクタコンタクト層22の露出面にコレクタ電極32を形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, the base layer forming layer 24 and the collector layer forming layer 23 are sequentially patterned until the collector contact layer 22 is exposed, thereby forming the base layer 24A from the base layer forming layer 24. At the same time, a collector layer 23 A is formed from the collector layer forming layer 23. Subsequently, the collector electrode 32 is formed on the exposed surface of the collector contact layer 22 using lithography and electron beam evaporation.

以上の工程により、図2に示す第2の実施形態のバイポーラトランジスタが完成する。   Through the above steps, the bipolar transistor of the second embodiment shown in FIG. 2 is completed.

第2の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法によると、エミッタ領域と表面保護領域とを有するエミッタ層25Cを形成し、表面保護領域の一部分を容量膜として用いるため、ベース電極31Bを形成する工程において、エミッタ電極27Aに対して自己整合的にベース電極31Bを形成することができる。すなわち、第2の実施形態ではベース電極31Bを形成する際にエミッタ電極に対する位置合わせを行う必要がないため、容易に且つ確実にベース電極31Bを形成することが可能である。   According to the bipolar transistor manufacturing method of the second embodiment, the emitter layer 25C having an emitter region and a surface protection region is formed, and a part of the surface protection region is used as a capacitor film. The base electrode 31B can be formed in a self-aligned manner with respect to the emitter electrode 27A. That is, in the second embodiment, it is not necessary to align the emitter electrode when forming the base electrode 31B, so that the base electrode 31B can be formed easily and reliably.

(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタについて図面を参照しながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a bipolar transistor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図6は、本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図6において、第2の実施形態のバイポーラトランジスタと同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of a bipolar transistor according to the third exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same members as those of the bipolar transistor of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図6に示すように、第3の実施形態のバイポーラトランジスタは、コレクタ層13及びベース層14におけるエミッタ層15よりも外側に、ボロンイオン(B+ )が注入されてなる高抵抗領域61が設けられている点が第2の実施形態と異なっている。 As shown in FIG. 6, the bipolar transistor of the third embodiment is provided with a high resistance region 61 in which boron ions (B + ) are implanted outside the emitter layer 15 in the collector layer 13 and the base layer 14. This is different from the second embodiment.

第3の実施形態のバイポーラトランジスタによると、ベース層14のうちのベース電極19と直接に接している部分が高抵抗領域61として形成されているため、ベース電極19から入力された直流電流DCと高周波の入力信号RFINのうち、直流成分は高抵抗領域61を通って真性ベース領域14aに到達することとなる。従って、直流成分についてはバラスト抵抗としてベース抵抗が大きくされるため、バイポーラトランジスタの熱安定性を確実に向上することができる。 According to the bipolar transistor of the third embodiment, since the portion of the base layer 14 that is in direct contact with the base electrode 19 is formed as the high resistance region 61, the direct current DC input from the base electrode 19 and Of the high frequency input signal RF IN , the direct current component passes through the high resistance region 61 and reaches the intrinsic base region 14a. Accordingly, since the base resistance of the direct current component is increased as a ballast resistance, the thermal stability of the bipolar transistor can be reliably improved.

なお、第3の実施形態において、高抵抗領域61に注入されるイオンはボロンイオン限られず、水素、ヘリウム、酸素、フッ素、アルゴンのイオンを注入してもよい。   In the third embodiment, ions implanted into the high resistance region 61 are not limited to boron ions, and ions of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, and argon may be implanted.

また、第3の実施形態において、高抵抗領域61の深さは、ベース層14の表面からコレクタ層13に達する程度までとしているが、このような構成には限られず、ベース層14の表面側にのみ注入する構成としてもよい。   In the third embodiment, the depth of the high resistance region 61 is set to reach the collector layer 13 from the surface of the base layer 14, but is not limited to such a configuration. It is good also as a structure which inject | pours only into.

(第3の実施形態の製造方法)
以下、本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法について図面を参照しながら説明する。
(Manufacturing method of the third embodiment)
A bipolar transistor manufacturing method according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図7(a)〜図7(d)は、本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図7(a)〜図7(d)において、第1の実施形態及び第2の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。なお、図7(a)に示す工程は、第2の実施形態の図5(a)の工程と対応している。   FIG. 7A to FIG. 7D show a cross-sectional configuration of a bipolar transistor according to the third embodiment of the present invention. 7A to 7D, the same members as those of the bipolar transistor manufacturing method according to the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Note that the process shown in FIG. 7A corresponds to the process of FIG. 5A of the second embodiment.

まず、図2(a)〜図2(c)に示す工程と同様にして、基板21の上に、コレクタコンタクト層22、コレクタ層形成層23、ベース層形成層24、エミッタ層形成層25、エミッタコンタクト層形成層26及びエミッタ電極形成層27を順次積層した後、第1のレジストパターン28を用いたエッチングにより、エミッタ電極形成層27からエミッタ電極27Aを形成し、その後、エミッタコンタクト層形成層26からエミッタコンタクト層26Aを形成する。   First, similarly to the steps shown in FIGS. 2A to 2C, a collector contact layer 22, a collector layer forming layer 23, a base layer forming layer 24, an emitter layer forming layer 25, After the emitter contact layer forming layer 26 and the emitter electrode forming layer 27 are sequentially stacked, the emitter electrode 27A is formed from the emitter electrode forming layer 27 by etching using the first resist pattern 28, and then the emitter contact layer forming layer is formed. 26, an emitter contact layer 26A is formed.

次に、図7(a)に示すように、リソグラフィ法により、エミッタ層形成層25上に、エミッタ電極27Aの上を含む所定の領域を覆うように、第2のレジストパターン51を形成する。その後、第2のレジストパターン51を用いたドライエッチング法により、ベース層形成層24が露出するまでエミッタ層形成層25をエッチングする。これにより、エミッタ層形成層25から、エミッタ領域と表面保護領域とを有するエミッタ層25Cを形成する。   Next, as shown in FIG. 7A, a second resist pattern 51 is formed on the emitter layer formation layer 25 by a lithography method so as to cover a predetermined region including the top of the emitter electrode 27A. Thereafter, the emitter layer forming layer 25 is etched by dry etching using the second resist pattern 51 until the base layer forming layer 24 is exposed. Thus, an emitter layer 25C having an emitter region and a surface protection region is formed from the emitter layer forming layer 25.

その後、第2のレジストパターン51をマスクとして、ベース層形成層24の露出面に対するイオン注入を行う。注入エネルギーが約30keVで且つドーズ量が3×1012cm-2の条件と、注入エネルギーが約200keVで且つドーズ量が5×1012cm-2の条件との2段階のボロンイオン(B+ )の注入を行う。これにより、ベース層形成層24とコレクタ層形成層23とに高抵抗領域61を形成する。 Thereafter, ion implantation is performed on the exposed surface of the base layer forming layer 24 using the second resist pattern 51 as a mask. Two-stage boron ions (B +) with an implantation energy of about 30 keV and a dose of 3 × 10 12 cm −2 and an implantation energy of about 200 keV and a dosage of 5 × 10 12 cm −2. ) Injection. Thereby, the high resistance region 61 is formed in the base layer forming layer 24 and the collector layer forming layer 23.

次に、図7(b)に示すように、リソグラフィ法により、第2のレジストパターン51を除去した後、リソグラフィ法により、ベース層形成層24の上に、エミッタ電極27Aの上とエミッタ層25Cの上とを含む所定の領域を開口するように、第3のレジストパターン52を形成する。続いて、電子線蒸着法などを用いて、第3のレジストパターン52上に、開口部の上を含む全面にわたって、Ti、Pt及びAuからなる金属膜31を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, after the second resist pattern 51 is removed by lithography, the emitter layer 27C and the emitter layer 25C are formed on the base layer formation layer 24 by lithography. A third resist pattern 52 is formed so as to open a predetermined region including the upper side of the upper side. Subsequently, a metal film 31 made of Ti, Pt, and Au is formed on the third resist pattern 52 over the entire surface including the top of the opening by using an electron beam evaporation method or the like.

次に、図7(c)に示すように、第3のレジストパターン52を有機溶媒などで除去する。これにより、金属膜31からベース電極31Bと、上部エミッタ電極31Cとを形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, the third resist pattern 52 is removed with an organic solvent or the like. Thus, the base electrode 31B and the upper emitter electrode 31C are formed from the metal film 31.

次に、図7(d)に示すように、コレクタコンタクト層22が露出するまでベース層形成層24及びコレクタ層形成層23を順次パターニングして、ベース層形成層24からベース層24Aを形成すると共に、コレクタ層形成層23からコレクタ層23Aを形成する。続いて、リソグラフィ法と電子線蒸着法とを用いて、コレクタコンタクト層22の露出面にコレクタ電極32を形成する。   Next, as shown in FIG. 7D, the base layer forming layer 24 and the collector layer forming layer 23 are sequentially patterned until the collector contact layer 22 is exposed, thereby forming the base layer 24A from the base layer forming layer 24. At the same time, a collector layer 23 A is formed from the collector layer forming layer 23. Subsequently, the collector electrode 32 is formed on the exposed surface of the collector contact layer 22 using lithography and electron beam evaporation.

以上の工程により、図6に示す第3の実施形態のバイポーラトランジスタが完成する。   Through the above steps, the bipolar transistor of the third embodiment shown in FIG. 6 is completed.

第3の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法によると、エミッタ層25Cを形成する際のマスクパターンである第2のレジストパターン51をイオン注入用のマスクとして用いることができるため、特別なイオン注入用のマスクを用いることなく高抵抗領域61を形成することができる。   According to the bipolar transistor manufacturing method of the third embodiment, the second resist pattern 51, which is a mask pattern for forming the emitter layer 25C, can be used as a mask for ion implantation. The high resistance region 61 can be formed without using the mask.

なお、第3の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法において、イオン注入の条件を変更することにより、高抵抗領域61の深さ方向の寸法を適当な値に設定できる。   In the method of manufacturing the bipolar transistor of the third embodiment, the dimension in the depth direction of the high resistance region 61 can be set to an appropriate value by changing the ion implantation conditions.

(第4の実施形態)
以下、本発明の第4の実施形態に係るバイポーラトランジスタについて図面を参照しながら説明する。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, a bipolar transistor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図8は、本発明の第4の実施形態に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図8において、第2の実施形態のバイポーラトランジスタと同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a bipolar transistor according to the fourth exemplary embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same members as those of the bipolar transistor of the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2の実施形態のバイポーラトランジスタでは、ベース層14の上と表面保護領域41bの上とにベース電極19を設ける構成としたが、第4の実施形態のバイポーラトランジスタでは、図8に示すように、表面保護領域41bの上に設けられた第1のベース電極71と、ベース層14の上に設けられた第2のベース電極72との2種類のベース電極を形成する構成としている。   In the bipolar transistor of the second embodiment, the base electrode 19 is provided on the base layer 14 and the surface protection region 41b. However, in the bipolar transistor of the fourth embodiment, as shown in FIG. Two types of base electrodes are formed: a first base electrode 71 provided on the surface protection region 41 b and a second base electrode 72 provided on the base layer 14.

第2の実施形態のバイポーラトランジスタでは、表面保護領域41bの側面に接してベース電極が設けられているため、表面保護領域41bの側面を通ってリーク電流として真性ベース領域14aに流入する可能性がある。   In the bipolar transistor of the second embodiment, since the base electrode is provided in contact with the side surface of the surface protection region 41b, there is a possibility that the leakage current flows into the intrinsic base region 14a through the side surface of the surface protection region 41b. is there.

これに対して、第4の実施形態のバイポーラトランジスタによると、ベース電極が容量膜となる表面保護領域41bの上側と、外部ベース領域14bの上とに別々に設けられているため、表面保護領域41bの側面から直流電流がベース層14にリークすることがない。   On the other hand, according to the bipolar transistor of the fourth embodiment, the base electrode is separately provided on the upper side of the surface protection region 41b serving as the capacitive film and on the external base region 14b. The direct current does not leak to the base layer 14 from the side surface of 41b.

特に、高周波の入力信号RFINを第1のベース電極71に入力し、直流電流DCを第2のベース電極72に入力するように構成することにより、リーク電流を確実に抑制して高周波特性の向上が可能となる。 In particular, the configuration is such that the high frequency input signal RF IN is input to the first base electrode 71 and the direct current DC is input to the second base electrode 72, so that the leakage current is reliably suppressed and the high frequency characteristics are improved. Improvement is possible.

第4の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法は、第2の実施形態のバイポーラトランジスタの製造方法の図5(b)の工程において、第3のレジストパターン52の形状を変更することにより実現できる。   The bipolar transistor manufacturing method of the fourth embodiment can be realized by changing the shape of the third resist pattern 52 in the step of FIG. 5B of the bipolar transistor manufacturing method of the second embodiment.

なお、第4の実施形態では、表面保護領域41bの上に第1のベース電極71を設ける構成について説明したが、図1(a)に示す容量膜18の上に第1のベース電極71を設けてもよい。   In the fourth embodiment, the configuration in which the first base electrode 71 is provided on the surface protection region 41b has been described. However, the first base electrode 71 is provided on the capacitor film 18 illustrated in FIG. It may be provided.

(第4の実施形態の一変形例)
以下、本発明の第4の実施形態の一変形例に係るバイポーラトランジスタについて図面を参照しながら説明する。
(One Modification of Fourth Embodiment)
A bipolar transistor according to a modification of the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図9は、本発明の第4の実施形態の一変形例に係るバイポーラトランジスタの断面構成を示している。図9において、第4の実施形態のバイポーラトランジスタと同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of a bipolar transistor according to a modification of the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same members as those of the bipolar transistor of the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第4の実施形態のバイポーラトランジスタでは、エミッタ層41をベース層14の上にメサ型に形成し、第2のベース電極72をベース層14の外部ベース領域14bの上に設ける構成としているが、本変形例では、図9に示すように、エミッタ層81をベース層14の上に全面にわたって設けており、ケイ化タングステン、チタン、白金及び金が順次積層された積層膜(WSi/Ti/Pt/Au)からなる第1のベース電極82をエミッタコンタクト層16の近傍のエミッタ層81上に設け、白金、チタン、白金及び金が順次積層された積層膜(Pt/Ti/Pt/Au)からなる第2のベース電極83をベース層14の外部ベース領域14bと接するようにエミッタ層81を貫通して設ける構成としている。   In the bipolar transistor of the fourth embodiment, the emitter layer 41 is formed in a mesa shape on the base layer 14, and the second base electrode 72 is provided on the external base region 14 b of the base layer 14. In this modification, as shown in FIG. 9, an emitter layer 81 is provided over the entire surface of the base layer 14, and a laminated film (WSi / Ti / Pt) in which tungsten silicide, titanium, platinum, and gold are sequentially laminated. / Au) is provided on the emitter layer 81 in the vicinity of the emitter contact layer 16, and a laminated film (Pt / Ti / Pt / Au) in which platinum, titanium, platinum and gold are sequentially laminated. The second base electrode 83 is formed so as to penetrate the emitter layer 81 so as to be in contact with the external base region 14 b of the base layer 14.

本変形例のバイポーラトランジスタによると、エミッタ層81がベース層14の上に全面にわたって設けられているため、ベース層14の表面における電子と正孔の再結合を確実に防止できるので、バイポーラトランジスタの電流利得を向上することができる。   According to the bipolar transistor of this modification, since the emitter layer 81 is provided over the entire surface of the base layer 14, recombination of electrons and holes on the surface of the base layer 14 can be reliably prevented. The current gain can be improved.

本変形例のバイポーラトランジスタの製造方法は、ベース電極を形成する工程において、第1のベース電極82を形成する工程と第2のベース電極83を形成する工程とで別々のマスクを形成することにより可能である。その後、コレクタ電極を形成した後に、温度が約400℃の条件で熱処理を行うことにより、第2のベース電極の最下層を構成する白金がエミッタ層81の内部を拡散してベース層に到達するので、第2のベース電極83がベース層14と接続される。第1のベース電極82の最下層はケイ化タングステンからなるため、熱処理によってエミッタ層81の内部に拡散することはない。   In the method of manufacturing the bipolar transistor according to this modification, in the step of forming the base electrode, the step of forming the first base electrode 82 and the step of forming the second base electrode 83 form separate masks. Is possible. Thereafter, after forming the collector electrode, a heat treatment is performed at a temperature of about 400 ° C., so that platinum constituting the lowermost layer of the second base electrode diffuses inside the emitter layer 81 and reaches the base layer. Therefore, the second base electrode 83 is connected to the base layer 14. Since the lowermost layer of the first base electrode 82 is made of tungsten silicide, it does not diffuse into the emitter layer 81 by heat treatment.

なお、第4の実施形態及びその一変形例において、第4の実施形態第2のベース電極に、その抵抗値が温度に対して正の相関関係を持つ金属材料を用いることが好ましい。この金属材料として、例えば、銅とニッケルとからなる合金(CuNi)又はニッケルとクロムからなる合金(NiCr)を用いることができる。ベース電極は、これらの金属材料のいずれか1つを用いて単層膜として形成することができる。また、ベース層等を構成する半導体材料との密着性を向上するために、チタン(Ti)又はクロム(Cr)を下地層として用いて、TiとCuNiとの積層膜(Ti/CuNi)、CrとCuNiとの積層膜(Cr/CuNi)、TiとNiCrとの積層膜(Ti/NiCr)又はCrとNiCrとの積層膜(Cr/NiCr)として形成してもよい。このようにすると、温度上昇に伴って直流電流が通る経路の抵抗値が増大するため、ベース電極におけるバラスト抵抗を大きくできるので、熱安定性をさらに向上することができる。   In the fourth embodiment and one modification thereof, it is preferable to use a metal material whose resistance value has a positive correlation with temperature for the second base electrode of the fourth embodiment. As this metal material, for example, an alloy composed of copper and nickel (CuNi) or an alloy composed of nickel and chromium (NiCr) can be used. The base electrode can be formed as a single layer film using any one of these metal materials. Further, in order to improve the adhesion with the semiconductor material constituting the base layer and the like, a laminated film of Ti and CuNi (Ti / CuNi), Cr using titanium (Ti) or chromium (Cr) as an underlayer. Alternatively, it may be formed as a laminated film of CuNi (Cr / CuNi), a laminated film of Ti and NiCr (Ti / NiCr), or a laminated film of Cr and NiCr (Cr / NiCr). In this way, the resistance value of the path through which the direct current flows increases with an increase in temperature, so that the ballast resistance in the base electrode can be increased, so that the thermal stability can be further improved.

本発明に係るバイポーラトランジスタ及びその製造方法は、高周波特性と熱安定性に優れたバイポーラトランジスタを実現できるという格別の効果を有し、高周波用の高出力デバイス等として有用である。   The bipolar transistor and the manufacturing method thereof according to the present invention have a special effect that a bipolar transistor excellent in high frequency characteristics and thermal stability can be realized, and is useful as a high output device for high frequency.

(a)は本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す構成断面図であり、(b)は(a)に示すバイポーラトランジスタの一部分を拡大すると共に等価回路図と重ね合わせて示す図である。FIG. 2A is a structural sectional view showing a bipolar transistor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an enlarged view of a part of the bipolar transistor shown in FIG. It is. (a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(d) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the bipolar transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(d)は本発明の第1の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(d) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the bipolar transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing a bipolar transistor according to a second embodiment of the present invention. (a)〜(d)は本発明の第2の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(d) is the structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the bipolar transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing a bipolar transistor according to a third embodiment of the present invention. (a)〜(c)は本発明の第3の実施形態に係るバイポーラトランジスタの製造方法を示す工程順の構成断面図である。(A)-(c) is a structure sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the bipolar transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るバイポーラトランジスタを示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing a bipolar transistor concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の一変形例に係るバイポーラトランジスタを示す構成断面図である。It is a structure sectional view showing the bipolar transistor concerning the modification of the 4th embodiment of the present invention. (a)は従来のバイポーラトランジスタを示す構成断面図であり、(b)は(a)に示すバイポーラトランジスタの一部分を拡大すると共に等価回路図と重ね合わせて示す図である。(A) is a cross-sectional view showing a conventional bipolar transistor, and (b) is an enlarged view of a part of the bipolar transistor shown in (a) and is superimposed on an equivalent circuit diagram. 従来のバイポーラトランジスタを用いた高出力トランジスタ装置を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the high output transistor apparatus using the conventional bipolar transistor.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 コレクタコンタクト層
13 コレクタ層
14 ベース層(第1の半導体層)
14a 真性ベース領域
14b 外部ベース領域
15 エミッタ層(第2の半導体層)
16 エミッタコンタクト層
17 エミッタ電極
18 容量膜
19 ベース電極
20 コレクタ電極
21 基板
22 コレクタコンタクト層
23 コレクタ層形成層
23A コレクタ層
24 ベース層形成層(第1の半導体層)
24A ベース層
25 エミッタ層形成層(第2の半導体層)
25A エミッタ層
25B 容量膜
25C エミッタ層
26 エミッタコンタクト層形成層
26A エミッタコンタクト層
27 エミッタ電極形成層
27A エミッタ電極
28 第1のレジストパターン
29 第2のレジストパターン
29a 第1のマスク部(第1領域)
29b 第2のマスク部(第2領域)
30 第3のレジストパターン
31 金属膜
31A ベース電極
31B ベース電極
31C 上部エミッタ電極
32 コレクタ電極
41 エミッタ層
41a エミッタ領域
41b 表面保護領域(容量膜)
51 第2のレジストパターン
52 第3のレジストパターン
61 高抵抗領域
71 第1のベース電極
72 第2のベース電極
81 エミッタ層
82 第1のベース電極
83 第2のベース電極
11 Substrate 12 Collector contact layer 13 Collector layer 14 Base layer (first semiconductor layer)
14a Intrinsic base region 14b External base region 15 Emitter layer (second semiconductor layer)
16 Emitter contact layer 17 Emitter electrode 18 Capacitor film 19 Base electrode 20 Collector electrode 21 Substrate 22 Collector contact layer 23 Collector layer forming layer 23A Collector layer 24 Base layer forming layer (first semiconductor layer)
24A Base layer 25 Emitter layer forming layer (second semiconductor layer)
25A Emitter layer 25B Capacitor film 25C Emitter layer 26 Emitter contact layer formation layer 26A Emitter contact layer 27 Emitter electrode formation layer 27A Emitter electrode 28 First resist pattern 29 Second resist pattern 29a First mask portion (first region)
29b Second mask portion (second region)
30 Third resist pattern 31 Metal film 31A Base electrode 31B Base electrode 31C Upper emitter electrode 32 Collector electrode 41 Emitter layer 41a Emitter region 41b Surface protection region (capacitance film)
51 Second resist pattern 52 Third resist pattern 61 High resistance region 71 First base electrode 72 Second base electrode 81 Emitter layer 82 First base electrode 83 Second base electrode

Claims (11)

真性ベース領域と外部ベース領域とを有する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成され、前記真性ベース領域上に位置する部分がエミッタ領域又はコレクタ領域となる第2の半導体層と、
前記第1の半導体層における前記外部ベース領域の上に形成され、前記第2の半導体層と間隔を置いて形成された容量膜と、
前記第1の半導体層の上に、一の部分が前記容量膜の上に形成され、他の部分が前記容量膜よりも前記真性ベース領域から遠い部分において前記外部ベース領域と接続されたベース電極とを備えていることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
A first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, the portion located on the intrinsic base region being an emitter region or a collector region;
A capacitive film formed on the external base region of the first semiconductor layer and spaced from the second semiconductor layer ;
A base electrode in which one part is formed on the capacitor film on the first semiconductor layer and the other part is connected to the external base region at a part farther from the intrinsic base region than the capacitor film. And a bipolar transistor.
真性ベース領域と外部ベース領域とを有する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成され、前記真性ベース領域上に位置する部分がエミッタ領域又はコレクタ領域となる第2の半導体層と、
前記第1の半導体層における前記外部ベース領域の上に形成された容量膜と、
前記第1の半導体層の上に、一の部分が前記容量膜の上に形成され、他の部分が前記容量膜よりも前記真性ベース領域から遠い部分において前記外部ベース領域と接続されたベース電極とを備え、
前記ベース電極の前記他の部分の下方における前記外部ベース領域に、前記真性ベース領域よりも抵抗値が高い高抵抗領域が設けられていることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
A first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, the portion located on the intrinsic base region being an emitter region or a collector region;
A capacitive film formed on the external base region in the first semiconductor layer;
A base electrode in which one part is formed on the capacitor film on the first semiconductor layer and the other part is connected to the external base region at a part farther from the intrinsic base region than the capacitor film. And
Wherein the other of said external base region in the lower part, the features and to Luba Lee polar transistor that intrinsic base region high resistance region is higher resistance than is provided in the base electrode.
前記容量膜は前記第2の半導体層と同一の半導体材料からなることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイポーラトランジスタ。 The capacitor film bipolar transistor according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of the same semiconductor material as the second semiconductor layer. 前記容量膜は、前記外部ベース領域における前記真性ベース領域と反対側の端部から間隔を置いた領域の上に設けられ、
前記ベース電極は、前記外部ベース領域と前記容量膜との上に、前記容量膜における前記第2の半導体層と反対側の端部を跨ぐように設けられていることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1項に記載のバイポーラトランジスタ。
The capacitive film is provided on a region spaced from an end of the external base region opposite to the intrinsic base region,
2. The base electrode is provided on the external base region and the capacitor film so as to straddle an end of the capacitor film opposite to the second semiconductor layer. bipolar transistor according to any one of 1-3.
真性ベース領域と外部ベース領域とを有する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成され、前記真性ベース領域上に位置する部分がエミッタ領域又はコレクタ領域となる第2の半導体層と、
前記第1の半導体層における前記外部ベース領域の上に形成された容量膜と、
前記容量膜の上に形成された第1のベース電極と、
前記外部ベース領域と接続された第2のベース電極とを備え、
前記第1のベース電極及び前記第2のベース電極は、前記容量膜の上に、前記第2のベース電極が前記第1のベース電極よりも前記真性ベース領域から遠い部分に位置するように設けられ、
前記第2のベース電極を構成する金属材料が、前記第2のベース電極の下方において、前記第2の半導体層と同一の半導体材料からなる前記容量膜に拡散することにより、前記第2のベース電極は、前記容量膜を通って前記第1の半導体層と接続されていることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
A first semiconductor layer having an intrinsic base region and an external base region;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, the portion located on the intrinsic base region being an emitter region or a collector region;
A capacitive film formed on the external base region in the first semiconductor layer;
A first base electrode formed on the capacitor film;
A second base electrode connected to the external base region,
The first base electrode and the second base electrode are provided on the capacitance film so that the second base electrode is located in a portion farther from the intrinsic base region than the first base electrode. And
The metal material constituting the second base electrode diffuses into the capacitor film made of the same semiconductor material as that of the second semiconductor layer below the second base electrode. electrode, characteristics and to Luba Lee polar transistor that through the capacitive layer is connected to the first semiconductor layer.
前記第2のベース電極は、前記第1のベース電極と間隔を置いて設けられていることを特徴とする請求項5に記載のバイポーラトランジスタ。The bipolar transistor according to claim 5, wherein the second base electrode is provided at a distance from the first base electrode. 前記容量膜は、前記第1の半導体層の上に、前記外部ベース領域における前記真性ベース領域と反対側の端部の上をも含むように形成されていることを特徴とする請求項5又は6に記載のバイポーラトランジスタ。6. The capacitor film according to claim 5, wherein the capacitor film is formed on the first semiconductor layer so as to include an end portion of the external base region opposite to the intrinsic base region. 7. The bipolar transistor according to 6. 前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層よりもバンドギャップが大きい半導体材料からなることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1項に記載のバイポーラトランジスタ。 Said second semiconductor layer, the bipolar transistor according to any one of claims 1-7, characterized in that it consists of the first semiconductor material having a band gap larger than the semiconductor layer. 前記第1の半導体層は第1導電型の半導体材料からなり、
前記容量膜は第2導電型の半導体材料からなることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1項に記載のバイポーラトランジスタ。
The first semiconductor layer is made of a semiconductor material of a first conductivity type,
The capacitor film bipolar transistor according to any one of claims 1-8, characterized in that it consists of a semiconductor material of a second conductivity type.
基板上に第1の半導体層及び第2の半導体層を順次形成する第1の工程と、
前記第2の半導体層からエミッタ領域又はコレクタ領域となる第1領域と、容量膜となる第2領域とを区画する第2の工程と、
前記第1の半導体層の上に、一部分が第1の半導体層と接続されるように、且つ他の部分が前記第2領域の上を含むようにベース電極を形成する第3の工程とを備え
前記第3の工程は、前記第1の半導体層と接続される第1のベース電極を形成する工程と、前記第2の半導体層の上に第2のベース電極を形成する工程とを含み、
前記第3の工程は、
前記第2領域の上に、第1の金属材料を用いて前記第1のベース電極を形成する工程と、
前記第2領域の上に、前記第1のベース電極よりも前記第1領域から遠い部分に位置するように、第2の金属材料を用いて前記第2のベース電極を形成する工程と、
前記第2の金属材料を選択的に拡散して前記第2のベース電極と前記第1の半導体層とを接続する工程とを含むことを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
A first step of sequentially forming a first semiconductor layer and a second semiconductor layer on a substrate;
A second step of partitioning a first region to be an emitter region or a collector region and a second region to be a capacitor film from the second semiconductor layer;
A third step of forming a base electrode on the first semiconductor layer so that a part thereof is connected to the first semiconductor layer and another part includes the second region; Prepared ,
The third step includes a step of forming a first base electrode connected to the first semiconductor layer, and a step of forming a second base electrode on the second semiconductor layer,
The third step includes
Forming the first base electrode on the second region using a first metal material;
Forming the second base electrode on the second region using a second metal material so that the second base material is positioned farther from the first region than the first base electrode;
And a step of selectively diffusing the second metal material to connect the second base electrode and the first semiconductor layer .
前記第2の工程において、前記第2領域を前記第1の半導体層の端部までを含むように区画することを特徴とする請求項10に記載のバイポーラトランジスタの製造方法。11. The method of manufacturing a bipolar transistor according to claim 10, wherein in the second step, the second region is partitioned so as to include up to an end portion of the first semiconductor layer.
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