JPH02158136A - Manufacture of bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing bipolar transistors.
従来の技術 半導体装置の動向は、高密度集積化と高速化。Conventional technology The trend in semiconductor devices is toward higher density integration and faster speeds.
高周波化にある。バイポーラトランジスタにおいて、高
周波化を考える場合の基本的性能因子の一つに最大発振
周波数f aaxがある。fmaxは一般につぎの式で
表される。High frequency. In bipolar transistors, one of the basic performance factors when considering higher frequencies is the maximum oscillation frequency f aax. fmax is generally expressed by the following formula.
(f wax)” −fT/ (8gRbCbc)・
・・・・・(1)
ここで、rTは最大遮断周波数で、エミッタ抵抗Reに
関与した項が含まれ、Reが大きくなるとfTは減少す
る。Rbはベース抵抗、Cbcはベース、コレクタ間容
量である。従ってCbcの低減はバイポーラトランジス
タにおける高周波化の必要事項である。(f wax)” -fT/ (8gRbCbc)・
(1) Here, rT is the maximum cutoff frequency, and includes a term related to the emitter resistance Re, and as Re increases, fT decreases. Rb is a base resistance, and Cbc is a base-collector capacitance. Therefore, reduction of Cbc is necessary for increasing the frequency in bipolar transistors.
最近高周波デバイスとして、シリコンよりも速い電子移
動度を有する砒化ガリウム系を用いたヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタが注目されている。ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタでは、ベースの半導体よりも大きな禁
制帯幅を有する半導体をエミッタに用い、エミッタ、ベ
ース間テヘテロ接合が形成されている。これにより、ベ
ース側からエミッタ側へのキャリア注入が低減されるた
め、高周波化のためベースを薄くかつ高濃度にしても充
分な電流増幅率が得られるという利点がある。従来のへ
テロ接合バイポーラトランジスタは、エミッタ領域直下
の真性ベース領域から引き出された外部ベース領域下の
コレクタ層のキャリアをイオン注入で減少させて絶縁化
し、その領域の接合容量をなくすことで、Cbcを低減
していた。Recently, heterojunction bipolar transistors using gallium arsenide, which has faster electron mobility than silicon, have been attracting attention as high-frequency devices. In a heterojunction bipolar transistor, a semiconductor having a larger forbidden band width than a base semiconductor is used as an emitter, and a Teheterojunction is formed between the emitter and the base. This reduces carrier injection from the base side to the emitter side, so there is an advantage that a sufficient current amplification factor can be obtained even if the base is made thin and highly concentrated for higher frequencies. Conventional heterojunction bipolar transistors reduce Cbc by insulating the collector layer under the extrinsic base region, which is extracted from the intrinsic base region directly under the emitter region, by ion implantation and eliminating the junction capacitance in that region. was reduced.
また、上記イオン注入により上記外部ベース領域の結晶
性が悪くなり抵抗が増加するため、さらに不純物を上記
外部ベース領域にイオン注入してキャリアを増加させ、
抵抗を低減していた。その例を第6図に示す。In addition, since the crystallinity of the external base region deteriorates due to the ion implantation and the resistance increases, impurity ions are further implanted into the external base region to increase carriers,
It was reducing resistance. An example is shown in FIG.
半導体基板1上に、n型不純物を高濃度に含有したコレ
クタコンタクト領域2.n型不純物を含有したコレクタ
領域3.p型不純物を高濃度に含有した真性ベース領域
4.ヘテロ接合を形成するためにベース領域よりも大き
い禁制帯幅を有する半導体からなる、n型不純物を含有
したエミッタ領域5およびn型不純物を高濃度に含有し
たエミッタコンタク)fil域6が順に形成され、抵抗
を低減させるためのp型不純物をイオン注入した外部ベ
ース領域12が、外部ベース領域12直下のコレクタ層
にはイオン注入によりキャリアを低減された絶縁領域1
1が形成され、周辺にはイオン注入により絶縁化された
素子間分離領域13が形成されている。また、コレクタ
コンタクト領域2゜外部ベース領域12およびエミッタ
コンタクト領域6上にそれぞれオーミック接触するコレ
クタ電極7.ベース電極8およびエミッタ電極9が形成
されている0例えばIEEEエレクトロン デバイス
レターズvo1.BDL−5,310(1984) 。A collector contact region 2 containing a high concentration of n-type impurities is formed on a semiconductor substrate 1. Collector region containing n-type impurity 3. Intrinsic base region containing a high concentration of p-type impurities4. In order to form a heterojunction, an emitter region 5 containing an n-type impurity and an emitter contact film region 6 containing a high concentration of n-type impurities, which are made of a semiconductor having a bandgap larger than that of the base region, are sequentially formed. , an external base region 12 in which p-type impurities are ion-implanted to reduce resistance, and an insulating region 1 in which carriers are reduced by ion implantation in the collector layer directly under the external base region 12.
1 is formed, and an element isolation region 13 insulated by ion implantation is formed around the periphery. Further, a collector electrode 7 is in ohmic contact with the collector contact region 2, the external base region 12, and the emitter contact region 6, respectively. For example, an IEEE electron device in which a base electrode 8 and an emitter electrode 9 are formed.
Letters vol.1. BDL-5, 310 (1984).
発明が解決しようとする課題
しかし上記のような構成では、絶縁領域の下にコレクタ
電極の引出し用であるコレクタコンタクト領域が存在す
るために、外部ベース領域直下に依然として、その外部
ベース領域とコレクタコンタクト領域をtpiとする平
行平板コンデンサーのような浮遊容量が存在する。さら
に、上記外部ベース領域内にイオン注入されたp型不純
物が下方に拡散すると、Cbcが増加するという欠点が
あった。従って、Cbcの低減には構造上の限界があり
、トランジスタをより高周波化する上で問題であった。Problems to be Solved by the Invention However, in the above configuration, since the collector contact region for leading out the collector electrode exists under the insulating region, the external base region and the collector contact are still directly under the external base region. There is a stray capacitance like a parallel plate capacitor with area tpi. Furthermore, when the p-type impurity ion-implanted into the external base region diffuses downward, Cbc increases. Therefore, there is a structural limit to the reduction of Cbc, which poses a problem in increasing the frequency of transistors.
本発明は、上記の問題点を大きく改良するもので、外部
ベース領域直下の浮遊容量を解消することにより、Cb
cとReとを構造上はとんど最小にするバイポーラトラ
ンジスタの製造方法を提供することを目的とする。The present invention greatly improves the above problems, and by eliminating the stray capacitance directly under the external base region, Cb
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a bipolar transistor that structurally minimizes c and Re.
課題を解決するための手段
上記課題を解決するため、本発明の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、基板側から少な
くともコレクタコンタクト領域となるコレクタコンタク
ト層と、コレクタ領域となるコレクタ層と、外部ベース
領域および真性ベース領域となるベース層と、エミッタ
領域となるエミッタ層との多層膜を形成する工程と、上
記多層膜上に第一のマスクを形成する工程と、上記第一
のマスクを用いて上記コレクタコンタクト層および上記
コレクタ層の周辺を上記多層膜表面からのイオン注入で
絶縁化し、コレクタコンタクト領域およびコレクタ領域
を形成する工程と、上記第一のマスクの一部を覆うよう
に第二のマスクを形成する工程と、上記第二のマスクに
覆われていない上記第一のマスクの部分を除去する工程
と、上記第二のマスクを用いて上記ベース層の周辺を上
記多層膜表面からのイオン注入で絶縁化し、外部ベース
領域および真性ヘース領域を形成する工程と、上記第二
のマスクを除去し上記第一のマスクの残りを第三のマス
クとする工程と、上記第三のマスクを用いて上記エミッ
タ層の周辺を除去し、エミッタ領域を形成する工程と、
上記第三のマスクを反転してエミッタ電極を形成する工
程とを有することを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention includes forming, from the substrate side, at least a collector contact layer serving as a collector contact region and a collector contact layer serving as a collector region on a semi-insulating substrate. a base layer serving as an extrinsic base region and an intrinsic base region, and an emitter layer serving as an emitter region; forming a first mask on the multilayer film; and forming a first mask on the multilayer film; A step of insulating the collector contact layer and the periphery of the collector layer by ion implantation from the surface of the multilayer film using a mask to form a collector contact region and a collector region, and covering a part of the first mask. forming a second mask, removing a portion of the first mask that is not covered by the second mask, and using the second mask to cover the periphery of the base layer. A step of insulating the surface of the multilayer film by ion implantation to form an extrinsic base region and an intrinsic base region; a step of removing the second mask and using the remainder of the first mask as a third mask; removing the periphery of the emitter layer using a third mask to form an emitter region;
The method is characterized by comprising a step of inverting the third mask to form an emitter electrode.
作用
上記構成のバイポーラトランジスタの製造方法は、コレ
クタコンタクト領域およびコレクタ領域をきめる第一の
マスクと、外部ベース領域をきめる第二のマスクとの自
己整合により、エミッタ領域とエミッタ電極をきめる第
三のマスクを形成するので、上記コレクタコンタクト領
域およびコレクタ領域と外部ベース領域が実効的に重な
ることなく形成でき、高周波化に大きく貢献するCbc
が、構造上はとんど最小になるトランジスタを形成する
ことができる。また、エミッタ電極を反転法で形成する
ためReを構造上最小にし、かつ微細なエミッタ領域に
も本発明を用いることができるので、高周波特性をさら
に改善する。Operation The method for manufacturing a bipolar transistor having the above structure includes self-alignment of the first mask that defines the collector contact region and the collector region, and the second mask that defines the external base region, and the third mask that defines the emitter region and the emitter electrode. Since a mask is formed, the collector contact region and the collector region and the external base region can be formed without effectively overlapping each other, and Cbc contributes greatly to higher frequencies.
However, it is possible to form a transistor that is structurally minimal. Furthermore, since the emitter electrode is formed by an inversion method, Re can be minimized structurally, and the present invention can be used even in a fine emitter region, so that the high frequency characteristics are further improved.
実施例 以下、本発明の一実施例を第1図に基づいて説明する。Example An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
第1図は、本発明の実施例における砒化ガリウム系np
n型バイポーラトランジスタの製造方法を示す構成図で
ある。第1図(a)、第2図(a)、第3図(a)、第
4図(a)、第5図(a)はトランジスタを上からみた
ときの構成図、第1図(b)、第2図(b)、第3図う
)、第4図(ハ)、第5図Φ)は第1図(a)のA−A
’に沿っての断面図、第1図(C)、第2図(C)、第
3図(C)、第4図(C)、第5図(C)は第1図(a
)のB−B’に沿っての断面図である。まず砒化ガリウ
ムの半絶縁性基板21上に、コレクタコンタクト領域と
なる、n型不純物を高濃度に含有したコレクタコンタク
ト層22.コレクタ領域となる、n型不純物を含有した
コレクタ層23.外部ベース、領域および真性ベース領
域となる、p型不純物を高濃度に含有したヘース層24
.エミッタ領域となる、n型不純物を含有したエミッタ
層25.およびエミッタコンタクト領域となる、n型不
純物を高濃度に含有したエミッタコンタクト1126を
順に膜成長により形成し、エミッタコンタクトJ126
の上に第一のマスク41をシリコンの酸化膜等を用いて
形成して、上記コレクタコンタクト層22およびコレク
タN23の周辺に表面がら酸素イオン等を深(注入し、
第一絶縁領域31を形成する。続いて外部ベース抵抗低
減のため、ベリリウム等を注入し外部ベース層32を形
成する(第1図(a)。FIG. 1 shows gallium arsenide-based np in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a method for manufacturing an n-type bipolar transistor. Figure 1(a), Figure 2(a), Figure 3(a), Figure 4(a), and Figure 5(a) are configuration diagrams when looking at the transistor from above, and Figure 1(b). ), Figure 2(b), Figure 3(c), Figure 4(c), Figure 5Φ) are A-A in Figure 1(a).
Figure 1 (C), Figure 2 (C), Figure 3 (C), Figure 4 (C), Figure 5 (C) are cross-sectional views along Figure 1 (a).
) is a sectional view taken along line BB'. First, a collector contact layer 22 containing a high concentration of n-type impurities is formed on a semi-insulating substrate 21 of gallium arsenide, which will serve as a collector contact region. Collector layer 23 containing n-type impurities and serving as a collector region. Hess layer 24 containing a high concentration of p-type impurities and serving as an extrinsic base region and an intrinsic base region
.. Emitter layer 25 containing n-type impurities and serving as an emitter region. Then, an emitter contact 1126 containing a high concentration of n-type impurity, which will become an emitter contact region, is formed in order by film growth, and the emitter contact J126
A first mask 41 is formed using a silicon oxide film or the like on the surface, and oxygen ions or the like are deeply implanted from the surface around the collector contact layer 22 and the collector N23.
A first insulating region 31 is formed. Subsequently, in order to reduce the external base resistance, beryllium or the like is implanted to form an external base layer 32 (FIG. 1(a)).
(b)、 (C))。次に、第二のマスク42をアルミ
ニウム等を用いて、上記第一のマスク41にまたがるよ
うに細長く形成し、上記第一のマスク41の上記第二の
マスク42に覆われていない部分を乾式エツチングで除
去する。続いて、少なくとも上記ベース層24の周辺に
、表面から酸素イオンを浅く注入し、第二絶縁領域33
を形成する(第2図(a)、 (b)、 (c))。さ
らに、上記第二のマスク42を除去し、第一のマスク4
1の残りの部分を第三のマスク43とする。この第三の
マスク43を用いて、上記エミッタ1i25および上記
エミッタコンタクト層26の周辺を湿式エツチングで除
去する(第3図(a)、 (b)、 (C)) 、以上
により、第一のマスク41でコレクタコンタクト112
2およびコレクタ層23からコレクタコンタクト領、域
およびコレクタ領域が、また第二のマスク42で外部ベ
ース層32から外部ベース領域がそれぞれ独立に形成さ
れ、かつ第一のマスク41と第二のマスク42の自己整
合で形成された第三のマスク43でエミッタ層26から
エミッタ領域が形成されることになる。次に、熱処理に
よりイオン注入部分の結晶性を回復させた後、表面にレ
ジストを塗布し、乾式エツチングで上記第三のマスク4
3の頭出しを行い、湿式エツチングで上記第三のマスク
43を除去して第四のマスク44を形成する(第4図(
a)。(b), (C)). Next, a second mask 42 is formed using aluminum or the like to be elongated so as to span over the first mask 41, and a portion of the first mask 41 that is not covered by the second mask 42 is dry-treated. Remove by etching. Subsequently, oxygen ions are shallowly implanted from the surface into at least the periphery of the base layer 24 to form a second insulating region 33.
(Fig. 2(a), (b), (c)). Furthermore, the second mask 42 is removed and the first mask 4 is removed.
The remaining portion of 1 is used as a third mask 43. Using this third mask 43, the periphery of the emitter 1i25 and the emitter contact layer 26 is removed by wet etching (Fig. 3(a), (b), (C)). Collector contact 112 with mask 41
2 and the collector layer 23, and an external base region from the external base layer 32 using the second mask 42, and the first mask 41 and the second mask 42. An emitter region is formed from the emitter layer 26 using the third mask 43 formed by self-alignment. Next, after recovering the crystallinity of the ion-implanted part by heat treatment, a resist is applied to the surface, and the third mask 4 is etched by dry etching.
3, the third mask 43 is removed by wet etching to form a fourth mask 44 (see FIG. 4).
a).
■)、 (C)) 、上記第四のマスク44を用いたリ
フトオフ法でエミッタ電極29をエミッタコンタクト領
域26上に形成する。最後に、上記コレクタコンタクト
領域22上にコレクタ電橋27.上記外部ベース領域3
2上にベース電極28をそれぞれ形成し、本実施例にお
けるnpn型バイポーラトランジスタが完成する(第5
図(a)、 (b)、 (C)) 。(2), (C)) An emitter electrode 29 is formed on the emitter contact region 26 by a lift-off method using the fourth mask 44. Finally, a collector electric bridge 27. is placed on the collector contact region 22. Above external base area 3
A base electrode 28 is formed on each of the base electrodes 2 and 2, and the npn type bipolar transistor in this example is completed (fifth
Figures (a), (b), (C)).
上記製造方法におけるコレクタ電極およびベース電極の
配置は、第一のマスクと第二のマスクの形状により、種
々の組み合わせをとることが可能である。また、上記第
一絶縁領域はベース層より深い位置に形成されるため、
外部ベース抵抗低減のためのイオン注入を行う必要は特
にない。The arrangement of the collector electrode and the base electrode in the above manufacturing method can be arranged in various combinations depending on the shapes of the first mask and the second mask. Furthermore, since the first insulating region is formed at a deeper position than the base layer,
There is no particular need to perform ion implantation to reduce external base resistance.
上記製造方法を、より高周波特性に優れたヘテロ接合バ
イポーラトランジスタに用いることもでき、この場合は
膜成長の時にベース層に用いた半導体よりも大きな禁制
帯幅を有する半導体をエミッタ層に用いればよい、さら
に、pnp型トランジスタにおいても適用しうる。The above manufacturing method can also be used for a heterojunction bipolar transistor with better high-frequency characteristics; in this case, a semiconductor having a larger forbidden band width than the semiconductor used for the base layer during film growth may be used for the emitter layer. Furthermore, it can also be applied to pnp type transistors.
発明の効果
以上に記したように、本発明の構成のバイポーラトラン
ジスタの製造方法は、コレクタコンタクト領域およびコ
レクタ領域をきめる第一のマスクと、外部ベース領域を
きめる第二のマスクとの自己整合により、エミッタ領域
とエミッタ電極をきめる第三のマスクを形成するので、
上記コレクタコンタクト領域およびコレクタ領域と外部
ベース領域が実効的に重なることなく形成でき、高周波
化に大きく貢献するCbcが、構造上はとんど最小にな
るトランジスタを形成することができる。Effects of the Invention As described above, the method for manufacturing a bipolar transistor having the structure of the present invention is achieved by self-aligning the first mask that defines the collector contact region and the collector region and the second mask that defines the external base region. , form a third mask that defines the emitter region and emitter electrode, so
The collector contact region and the collector region and the external base region can be formed without effectively overlapping each other, and a transistor can be formed in which Cbc, which greatly contributes to higher frequencies, is minimized in terms of structure.
また、エミッタ電極を反転法で形成するためReを構造
上最小にし、かつ微細なエミッタ領域にも本発明を用い
ることができるので、高周波特性をさらに改善する。さ
らに、第一絶縁領域と第二絶縁領域の両者で素子間分離
を兼ねているので、従来の製造方法に比べ少ない工程数
でトランジスタを作製することができる。Furthermore, since the emitter electrode is formed by an inversion method, Re can be minimized structurally, and the present invention can be used even in a fine emitter region, so that the high frequency characteristics are further improved. Furthermore, since both the first insulating region and the second insulating region serve as isolation between elements, the transistor can be manufactured with fewer steps than in conventional manufacturing methods.
第1図〜第5図は本発明の一実施例におけるトランジス
タの製造方法を示す構成図、第6図は従来のトランジス
タの構成を示す断面図である。
21・・・・・・半絶縁性基板、22・・・・・・コレ
クタコンタクト層、23・・・・・・コレクタ層、24
・旧・・ベース層、25・・・・・・エミッタ層、26
・旧・・エミッタコンタクト層、27・・・・・・コレ
クタ電極、28・旧・・ベース電極、29・・・・・・
エミッタ電極、31・・・・・・第一絶縁領域、32・
・・・・・外部ベース層、33・・・・・・第二絶H6
11域、41・・・・・・第一のマスク、42・・・・
・・第二のマスク、43・・・・・・第三のマスク、4
4・・・・・・第四のマスク。
代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名実
図
2I・−IP!f!身F件f械
22−−−コレクタ電極タ7に4
23・・−コしクダノi
!譬−づゞ−ス4
z5−一工ξy91
3t−一外舒ゴー11 to 5 are block diagrams showing a method of manufacturing a transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a conventional transistor. 21... Semi-insulating substrate, 22... Collector contact layer, 23... Collector layer, 24
・Old...Base layer, 25...Emitter layer, 26
- Old... Emitter contact layer, 27... Collector electrode, 28 - Old... Base electrode, 29...
Emitter electrode, 31...first insulating region, 32.
...External base layer, 33...Second termination H6
Area 11, 41...First mask, 42...
...Second mask, 43...Third mask, 4
4...Fourth mask. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano Actual figure 2I/-IP! f! Body F machine 22 --- Collector electrode 7 4 23...-Kodanoi! Parable 4 z5-1 work ξy91 3t-1 work ξy91
Claims (3)
タコンタクト領域となるコレクタコンタクト層と、コレ
クタ領域となるコレクタ層と、外部ベース領域および真
性ベース領域となるベース層と、エミッタ領域となるエ
ミッタ層との多層膜を形成する工程と、上記多層膜上に
第一のマスクを形成する工程と、上記第一のマスクを用
いて上記コレクタコンタクト層および上記コレクタ層の
周辺を上記多層膜表面からのイオン注入で絶縁化し、コ
レクタコンタクト領域およびコレクタ領域を形成する工
程と、上記第一のマスクの一部と上記一部から続く上記
第一のマスク以外の部分とを覆うように第二のマスクを
形成する工程と、上記第二のマスクに覆われていない上
記第一のマスクの部分を除去する工程と、上記第二のマ
スクを用いて上記ベース層の周辺を上記多層膜表面から
のイオン注入で絶縁化し、外部ベース領域および真性ベ
ース領域を形成する工程と、上記第二のマスクを除去し
上記第一のマスクの残りを第三のマスクとする工程と、
上記第三のマスクを用いて上記エミッタ層の周辺を除去
し、エミッタ領域を形成する工程と、上記第三のマスク
を反転してエミッタ電極を形成する工程とを有すること
を特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。(1) On a semi-insulating substrate, from the substrate side, at least a collector contact layer serving as a collector contact region, a collector layer serving as a collector region, a base layer serving as an extrinsic base region and an intrinsic base region, and an emitter serving as an emitter region. forming a first mask on the multilayer film, and using the first mask to remove the collector contact layer and the periphery of the collector layer from the surface of the multilayer film. A step of insulating by ion implantation to form a collector contact region and a collector region, and a second mask covering a part of the first mask and a part other than the first mask continuing from the part. a step of removing a portion of the first mask that is not covered by the second mask, and a step of removing ions from the surface of the multilayer film around the base layer using the second mask. implanting isolation to form an extrinsic base region and an intrinsic base region; removing the second mask and using the remainder of the first mask as a third mask;
A bipolar transistor comprising the steps of: removing the periphery of the emitter layer using the third mask to form an emitter region; and forming an emitter electrode by inverting the third mask. manufacturing method.
半導体をエミッタ層に用いる工程を有することを特徴と
する請求項(1)記載のバイポーラトランジスタの製造
方法。2. The method for manufacturing a bipolar transistor according to claim 1, further comprising the step of using, for the emitter layer, a semiconductor having a wider forbidden band width than the semiconductor used for the base layer.
面からイオン注入し、外部ベース領域の抵抗を低減する
工程を有することを特徴とする請求項(2)記載のバイ
ポーラトランジスタの製造方法。(3) Manufacturing the bipolar transistor according to claim (2), which comprises the step of implanting ions from the surface of the multilayer film around the base layer using a first mask to reduce the resistance of the external base region. Method.
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