JPH03196635A - Manufacture of bipolar transistor - Google Patents

Manufacture of bipolar transistor

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JPH03196635A
JPH03196635A JP33711889A JP33711889A JPH03196635A JP H03196635 A JPH03196635 A JP H03196635A JP 33711889 A JP33711889 A JP 33711889A JP 33711889 A JP33711889 A JP 33711889A JP H03196635 A JPH03196635 A JP H03196635A
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JP
Japan
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base
layer
region
collector
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP33711889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Manabu Yanagihara
学 柳原
Masaki Inada
稲田 雅紀
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce a capacitance between a base and a collector, a current applied to the outer base and a base resistance simultaneously by a method wherein, after a high resistance layer and a base layer are built up, a protective film is formed on the outer base and impurities are introduced through the intrinsic base layer. CONSTITUTION:A heavily doped n-type GaAs layer 2 which is to be a collector contact region, a GaAs layer 2 which is heavily doped with n-type impurity, a high resistance GaAs layer 3 and a p-type doped GaAs layer 4 which is to be a base and an outer base region are built up on a semi-insulating GaAs substrate 1 by epitaxial growth. Then an SiO2 protective film 5 is formed on the surface except a part which is to be the intrinsic part of a transistor, Si<+> ions are implanted and activated by annealing. Si is activated an n-type impurity to form an n-type region 10 which is to be a collector. With this constitution, a part of the layer 4 on the high resistance GaAs layer 3 which is to be an outer base region 14B is not damaged by ion implantation in processes such as ion implantation and a base resistance and a capacitance between the base and the collector can be reduced.

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 超高周波での通信や、超高速デジタル回路においてキー
デバイスとなるバイポーラトランジスタの開発が盛んに
行われている。バイポーラトランジスタの高速性を示す
性能指数の一つである最大発振周波数f taaxは遮
断周波数ftを用いて、f max=ff f t/ 
8 yr RbCbcRb:ベース抵抗 Cbc:ベース・コレクタ間容量 で表される。高いf waxを得るためには、ftを高
くするとともに、RbとCbcを小さくしなくてはなら
ない。
BACKGROUND OF THE INVENTION Bipolar transistors, which are key devices in ultra-high frequency communications and ultra-high-speed digital circuits, are being actively developed. The maximum oscillation frequency f taax, which is one of the performance indicators indicating the high speed performance of bipolar transistors, is calculated using the cutoff frequency ft, f max = ff f t/
8 yr RbCbcRb: Base resistance Cbc: Represented by base-collector capacitance. In order to obtain a high f wax, ft must be increased and Rb and Cbc must be decreased.

ftを高くするために、ベース長を短くすることができ
、fmaxを高くするために、ベース抵抗も低くするこ
とが可能なバイポーラトランジスタとして、ベースより
もバンドギャップの大きい半導体をエミッタに用いるヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ(以下rHBTJと称
す)がある。
Heterojunction uses a semiconductor with a larger bandgap than the base for the emitter as a bipolar transistor that can shorten the base length to increase ft and lower base resistance to increase fmax. There is a bipolar transistor (hereinafter referred to as rHBTJ).

このHBTの製造方法の従来例を図面を参照しながら説
明する。第2図(a)に示すように、半絶縁性GaAs
基板21上に、n型に高ドープしたGaAs層22、n
型にドープしたGaAs層23、p型にドープしたCj
aAs層2.4、n型にドープしたAlGaAs層25
、n型に高ドープしたGaAs層2Bをエピタキシー形
成した多層構造材料の上に、エミッタ電極4!を形成す
る。
A conventional example of the HBT manufacturing method will be explained with reference to the drawings. As shown in Figure 2(a), semi-insulating GaAs
On the substrate 21, a heavily n-type GaAs layer 22, n
Type-doped GaAs layer 23, p-type doped Cj
aAs layer 2.4, n-type doped AlGaAs layer 25
, emitter electrode 4! form.

次に、同図(b)に示すように、エミッタ電極41をマ
スクとしてドライエツチングを行ない、p型GaAs層
24を露出する。その後、ベース・コレクタ間容量を低
減させるため、外部ベース層となるp型GaAs層24
を通して、水素イオン注入を行い、高抵抗領域3Bを形
成する。続いて、フォトリソグラフィーとエツチングを
行ない、トランジスタ構造を形成し、同図(C)に示す
ように、ベース電極42、コレクタ電極43をそれぞれ
形成する。31はコレクタコンタクト領域、32はコレ
クタ領域、33Aは層24からなるベース領域、33B
は層24からなる外部ベース領域、34はエミッタ領域
、35はエミッタ領域、44は素子分離領域である。
Next, as shown in FIG. 4B, dry etching is performed using the emitter electrode 41 as a mask to expose the p-type GaAs layer 24. After that, in order to reduce the capacitance between the base and the collector, a p-type GaAs layer 24 which becomes an external base layer is
Through this, hydrogen ions are implanted to form a high resistance region 3B. Subsequently, photolithography and etching are performed to form a transistor structure, and as shown in FIG. 2C, a base electrode 42 and a collector electrode 43 are formed, respectively. 31 is a collector contact region, 32 is a collector region, 33A is a base region made of layer 24, 33B
34 is an emitter region, 35 is an emitter region, and 44 is an element isolation region.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、前述のような製造方法では、エミッタト
ップ型のバイポーラトランジスタにおいてはベース・コ
レクタ間容量を小さくするために、コレクタトップ型の
バイポーラトランジスタにおいてはエミッタから外部ベ
ースに流れる電流を小さくするために、外部ベースとな
る層を通してイオン注入を行うと、外部ベースとなる層
24が損傷を受けて外部ベース領域33Bの抵抗が高く
なり、ベース抵抗が大きくなるという課題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, in the manufacturing method described above, in order to reduce the base-collector capacitance in an emitter-top type bipolar transistor, the flow from the emitter to the external base in the collector-top type bipolar transistor is reduced. When ion implantation is performed through the layer that serves as the external base in order to reduce the current, there is a problem that the layer 24 that serves as the external base is damaged and the resistance of the external base region 33B becomes high, increasing the base resistance. .

本発明は、このような課題を解決して、エミッタトップ
型のバイポーラトランジスタにおいては、ベース・コレ
クタ間容量とベース抵抗を同時に小さく、コレクタトッ
プ型のバイポーラトランジスタにおいては、エミッタか
ら外部ベースに流れる電流とベース抵抗を同時に小さく
することができるバイポーラトランジスタの製造方法を
提供するものである。
The present invention solves these problems by simultaneously reducing the base-collector capacitance and base resistance in an emitter-top type bipolar transistor, and reducing the current flowing from the emitter to the external base in the collector-top type bipolar transistor. The present invention provides a method for manufacturing a bipolar transistor that can reduce the base resistance and the base resistance at the same time.

課題を解決するための手段 上記の課題を解決するため、本発明では、高抵抗層、ベ
ース層を積層した後、真性ベース部を除いて、外部ベー
ス上に保護膜を形成して、真性ベース層を通して不純物
を導入することにより、コレクタ(エミッタ)領域を形
成することを特徴とする。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, in the present invention, after laminating a high resistance layer and a base layer, a protective film is formed on the external base except for the intrinsic base part, and the intrinsic base layer is A feature is that a collector (emitter) region is formed by introducing impurities through the layer.

作用 上記バイポーラトランジスタの製造方法では、外部ベー
ス層下部に高抵抗層が存在するとともに、保護膜が不純
物の導入に対してマスクとなるため、外部ベース層も損
傷を受けない。従って、エミッタトップ型においては、
ベース・コレクタ間容量とベース抵抗を同時に小さく、
コレクタトップ型においては、エミッタから外部ベース
に流れる電流とベース抵抗を同時に小さくすることが可
能である。
Function: In the method for manufacturing a bipolar transistor described above, since a high resistance layer exists under the external base layer and the protective film serves as a mask against the introduction of impurities, the external base layer is not damaged either. Therefore, in the emitter top type,
Reduce base-collector capacitance and base resistance at the same time.
In the collector top type, it is possible to simultaneously reduce the current flowing from the emitter to the external base and the base resistance.

実施例 以下本発明の一実施例の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。
EXAMPLE Hereinafter, a method for manufacturing a bipolar transistor according to an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板1上
に、コレクタコンタクト領域となるn型に高ドープした
GaAs層2、高抵抗なGaAs層3、ベースおよび外
部ベース領域となるp型にドープしたGaAs層4をエ
ピタキシー成長させた後、トランジスタの真性部となる
部分を除いて、5102からなる保護膜5を形成して、
Si”注入と活性化のためのアニールを行ないStをn
型の不純物として活性化させ、コレクタとなるn型の領
域10を形成する。
As shown in FIG. 1(a), a semi-insulating GaAs substrate 1 is covered with a highly n-type doped GaAs layer 2 that will serve as a collector contact region, a high-resistance GaAs layer 3, and a p-type GaAs layer that will serve as a base and external base region. After epitaxially growing the doped GaAs layer 4, a protective film 5 made of 5102 is formed except for the part that will become the intrinsic part of the transistor.
By implanting Si” and annealing for activation, the St
It is activated as a type impurity to form an n-type region 10 that becomes a collector.

保護膜5の下部(外部ベース領域形成部)は、保護膜が
マスクとなるため、si”注入はされない。
The lower part of the protective film 5 (external base region forming part) is not implanted with Si" because the protective film serves as a mask.

次に、同図(b)に示すように、p型にドープした薄い
GaAs層6、ベースよりも禁制帯幅が大きいエミッタ
領域となるn型にドープしたA lGaAs層7、エミ
ッタコンタクト領域となるn型に高ドープしたGaAs
層8をトランジスタの真性部となる領域上にエピタキシ
ー成長させて、エミッタ電極材料9を全面に蒸着する。
Next, as shown in the same figure (b), a p-type doped thin GaAs layer 6, an n-type doped AlGaAs layer 7 which becomes an emitter region with a wider forbidden band width than the base, and an emitter contact region. Highly doped n-type GaAs
A layer 8 is grown epitaxially on the region that will become the intrinsic part of the transistor, and an emitter electrode material 9 is deposited over the entire surface.

このとき、保護膜5上に積層した半導体層は非晶質とな
っている。その後、同図(C)に示すように、フッ酸に
より5102保護膜5をその上の半導体層、およびエミ
ッタ電極材料と共に除去する。ついで、従来と同様なフ
ォトリソグラフィーとエツチングによりトランジスタを
作製する。その完成図を、同図(d)に示す。I0はコ
レクタ領域、12はコレクタコンタクト領域、14Aは
ベース領域、14Bは外部ベース領域、17はエミッタ
領域、+8はエミッタコンタクト領域、Iftはベース
電極、19はコレクタ電極、20は素子分離領域である
At this time, the semiconductor layer stacked on the protective film 5 is amorphous. Thereafter, as shown in FIG. 2C, the 5102 protective film 5 is removed together with the semiconductor layer thereon and the emitter electrode material using hydrofluoric acid. Next, a transistor is manufactured by photolithography and etching similar to conventional methods. The completed diagram is shown in figure (d). I0 is a collector region, 12 is a collector contact region, 14A is a base region, 14B is an external base region, 17 is an emitter region, +8 is an emitter contact region, Ift is a base electrode, 19 is a collector electrode, and 20 is an element isolation region. .

以上の方法によれば、層4の高抵抗GaAs層3上の外
部ベース領域14Bとなる部分は、従来のごとくイオン
注入等の工程においてイオン注入による損傷を受けず、
ベース抵抗およびベース争コレクタ間容量を小さくする
ことが可能となる。
According to the above method, the portion of the layer 4 that will become the external base region 14B on the high-resistance GaAs layer 3 is not damaged by ion implantation during the ion implantation process as in the conventional method.
It becomes possible to reduce the base resistance and the base-to-collector capacitance.

実施例においては、AlGaAs/GaAsからなるヘ
テロ接合を用いたが、InAlAs/InGaAsやS
l/Geなど他の材料系でも可能である。また、エミッ
タとベースの材料が等しいバイポーラトランジスタでも
可能である。
In the examples, a heterojunction made of AlGaAs/GaAs was used, but InAlAs/InGaAs or S
Other material systems such as l/Ge are also possible. It is also possible to use a bipolar transistor whose emitter and base are made of the same material.

実施例においては、エミッタをコレクタよりも上部に設
けたが、領域IOをエミッタとし、領域17をコレクタ
とする、いわゆるコレクタをエミッタよりも上部に設け
るコレクタトップ型の場合も適用可能であり、この場合
、エミッタから外部ベースに流れる電流とベース抵抗を
小さくできる。
In the embodiment, the emitter is provided above the collector, but it is also applicable to a so-called collector top type case in which the region IO is the emitter and the region 17 is the collector, and the collector is provided above the emitter. In this case, the current flowing from the emitter to the external base and the base resistance can be reduced.

実施例においては、エミッタ電極材料の不要部を保護膜
と同時に除去することにより、エミッタ電極を形成した
が、保’IBMを除去した後に、フォトリソグラフィー
とリフトオフ法などによりエミッタ電極を形成すること
も可能である。
In the example, the emitter electrode was formed by removing unnecessary parts of the emitter electrode material at the same time as the protective film, but it is also possible to form the emitter electrode by photolithography and a lift-off method after removing the protective film. It is possible.

実施例においては、不純物の導入方法としてイオン注入
法を用いたが、拡散法などの方法も可能である。
In the embodiment, an ion implantation method was used as a method for introducing impurities, but methods such as a diffusion method are also possible.

発明の効果 以上に記したように、本発明のバイポーラトランジスタ
の製造方法では、エミッタトップ型においては、ベース
・コレクタ間容量とベース抵抗を同時に小さくすること
ができるために、高周波特性に優れたバイポーラトラン
ジスタを得ることができる。また、コレクタトップ型に
おいては、エミッタから外部ベースに流れる電流とベー
ス抵抗を同時に小さくすることができるために、直流電
流増幅率と高周波特性に優れたバイポーラトランジスタ
を得ることができる。
Effects of the Invention As described above, in the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention, in the emitter top type, the base-collector capacitance and base resistance can be reduced at the same time. You can get a transistor. Furthermore, in the collector top type, the current flowing from the emitter to the external base and the base resistance can be reduced at the same time, so a bipolar transistor with excellent DC current amplification factor and high frequency characteristics can be obtained.

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

第1図(a)〜(d)は本発明の実施例におけるHBT
の製造方法を示す断面図、第2図(a)〜(C)は従来
のHBTの製造方法を示す断面図である。 1・・・・・・半絶縁性GaAs基板、2・・・・・・
n型高ドープGaAs層、3・・・・・・高抵抗GaA
s層、4・・・・・・p型GaAs層、5・・・・・・
Slo?保護膜、 8・・・・・・p型GaAs層、 
7・・・・・・n型A lGaAs層、8・・・・・・
n型高ドープGaAs層、9・・・・・・エミッタ電極
材料、10・・・・・・n型領域(コレクタ領域)、I
2・・・・・・コレクタコンタクト’AXtt4.14
A、、、、、。 ベース領域、14B・・・・・・外部ベース領域、16
・・・・・・ベース電極、17・・・・・・エミッタ領
域、18・・・・・・エミッタコンタクト領域、19・
・・・・・コレクタ電極、20・・・・・・素子分離領
域。
FIGS. 1(a) to 1(d) show HBTs in embodiments of the present invention.
FIGS. 2(a) to 2(C) are cross-sectional views showing a conventional HBT manufacturing method. 1... Semi-insulating GaAs substrate, 2...
n-type highly doped GaAs layer, 3...high resistance GaA
s layer, 4...p-type GaAs layer, 5...
Slo? Protective film, 8...p-type GaAs layer,
7...N-type AlGaAs layer, 8...
n-type highly doped GaAs layer, 9... emitter electrode material, 10... n-type region (collector region), I
2... Collector contact 'AXtt4.14
A... Base area, 14B...External base area, 16
...Base electrode, 17 ... Emitter region, 18 ... Emitter contact region, 19.
... Collector electrode, 20 ... Element isolation region.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板側から少なくとも、第一の半導体層、第一の
導電型を有するベース領域を形成するための第二の半導
体層を順次積層する工程と、前記第二の半導体層上に真
性ベース領域を除いて保護膜を形成した後、前記真性ベ
ース領域を通して不純物を前記第一の半導体層に導入し
て、少なくとも、第二の導電型を有する第三の半導体層
を積層する工程と、前記保護膜と少なくとも、保護膜上
の前記第三の半導体層を除去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) A step of sequentially stacking at least a first semiconductor layer and a second semiconductor layer for forming a base region having a first conductivity type from the substrate side, and an intrinsic base layer on the second semiconductor layer. After forming a protective film except for the region, introducing an impurity into the first semiconductor layer through the intrinsic base region to stack at least a third semiconductor layer having a second conductivity type; A method for manufacturing a bipolar transistor, comprising the steps of removing a protective film and at least the third semiconductor layer on the protective film.
(2)前記第三の半導体層の上に、電極材料を積層する
工程と、前記保護膜と少なくとも、保護膜上の前記第三
の半導体層と前記電極材料を除去する工程を有すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のバイポーラト
ランジスタの製造方法。
(2) The step of laminating an electrode material on the third semiconductor layer, and the step of removing the protective film and at least the third semiconductor layer and the electrode material on the protective film. A method for manufacturing a bipolar transistor according to claim 1.
(3)不純物を導入する方法がイオン注入法であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のバイポーラト
ランジスタの製造方法。
(3) A method for manufacturing a bipolar transistor according to claim 1, wherein the method for introducing impurities is an ion implantation method.
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