JPH04211132A - Heterojunction bipolar transistor and its manufacture - Google Patents

Heterojunction bipolar transistor and its manufacture

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JPH04211132A
JPH04211132A JP2189691A JP2189691A JPH04211132A JP H04211132 A JPH04211132 A JP H04211132A JP 2189691 A JP2189691 A JP 2189691A JP 2189691 A JP2189691 A JP 2189691A JP H04211132 A JPH04211132 A JP H04211132A
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JP
Japan
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layer
base
collector
emitter
compound semiconductor
Prior art date
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Application number
JP2189691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Shimawaki
秀徳 嶋脇
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH04211132A publication Critical patent/JPH04211132A/en
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Abstract

PURPOSE:To reduce dispersion in base resistance dependent on the thickness of a base extraction region by a method wherein a compound semiconductor layer containing In of less than a critical film pressure is inserting between an emitter or collector layer and a base layer as the etching stopper. CONSTITUTION:An emitter layer 2, a base layer 3, a p-In0.3Ga0.7As layer 4, and a collector layer 5 are deposited one after another on a semiinsulating substrate 1. The collector layer 5 forms a collector region by patterning with an Au-Ge-Ni layer 8, a silicon oxide film 9, and a photoresist film 10. At this time, base plane exposure is conducted by reactive ion beam etching; therefore, etching stops at the p-In0.3Ga0.7As layer 4, so that the collector layer 5 can be etched selectively. It follows that the step of base plane exposure can be conducted with high controllability over the whole wafer and that increases in base resistance due to underetching or overetching can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[0001] [0001]

【産業上の利用分野】本発明はへテロ接合バイポーラト
ランジスタおよびその製造方法に関する。 [0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor and a method of manufacturing the same. [0002]

【従来の技術】バイポーラトランジスタは電界効果トラ
ンジスタに比べて電流駆動能力が大きいという優れた特
色を有している。このため、近年、ケイ素のみならずヒ
化ガリウムなどの化合物半導体を用いたバイポーラトラ
ンジスタの研究開発が盛んに行われている。特に、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(
以下HBTと記す。)は、エミッタの禁制帯幅をベース
のそれより大きくすることにより、ベースを高濃度にド
ーピングしてもエミッタ注入効率を大きく保てるなどの
利点を有している。 [00031次に、コレクタアップ型HBTの一例につ
いてその製造工程に沿って説明する。
2. Description of the Related Art Bipolar transistors have an excellent feature of greater current driving capability than field effect transistors. Therefore, in recent years, research and development of bipolar transistors using not only silicon but also compound semiconductors such as gallium arsenide have been actively conducted. In particular, we focus on heterojunction bipolar transistors using compound semiconductors (
Hereinafter, it will be referred to as HBT. ) has the advantage that emitter injection efficiency can be maintained high even if the base is heavily doped by making the forbidden band width of the emitter larger than that of the base. [00031] Next, an example of a collector-up type HBT will be described along with its manufacturing process.

【0004]まず、GaAsからなる半絶縁性基板上に
n  Al O,25GaAs層上層(エミツタ層)、
p−GaAs層(ベース層)およびn−GaAs層(コ
レクタ層)を順次に分子線エピタキシー法(以下MBE
法と記す)により形成する。次に、表面に酸化シリコン
膜を有する所定パターンのコレクタ電極を形成した後、
これをマスクとしてn−GaAs層をエツチングしてコ
レクタ領域を形成する。続いて、露出したp−GaAs
層上にベース電極を所定パターンに形成する。次に、ベ
ース電極の被着していないp−GaAs層およびその下
のnAl O,25GaO,75As層の表面部を除去
し、露出したn−Al  Ga+−As層上にエミッタ
電極を形成する。 [0005] 【発明が解決しようとする課題】ベース電極が形成され
ているp−GaAs層の厚さは、コレクタ層を形成する
エツチング工程(ベース面出し工程)により定まる。ベ
ース面出し工程において、上層のn−GaAs層をエツ
チングしてp−GaAs層の表面の一部を露出させるが
、n−GaAs層のエッチングガ不十分であるとベース
層とベース電極との間のコンタクト抵抗が高くなる。 p−GaAs層の表面部をエツチングすればこのような
コンタクト抵抗の増大は避けることができる。しかしベ
ース電極下部のp−GaAs層(ベース引出し領域)の
厚さが活性ベース層(コレクタ層と接触している部分)
より薄くなるため、ベース抵抗が増大してしまう。実際
上、コンタクト抵抗の増大を避けるため、ベース引出し
領域の厚さは活性ベース層より若干薄くしなければなら
ない。 [0006]従って、この工程の良否は最終的なトラン
ジスタの高速・高周波特性を大きく左右することになる
。さらに、ベース層は70〜1100nと非常に薄いた
め、ウェハー内におけるエツチング最のばらつきは素子
特性の均一性を著しく低下させる原因の一つとなる。 従来、この工程をウェハー全体にわたって十分に制御性
よく行うことは非常に困難であり、2インチウェハーで
20nm程度のばらつきを避けることはできなかった。 [0007]エミツタアツプ型HBTの場合には、ベー
ス面出し工程はAlGaAs層をエツチングすることに
なる。ウェットエッチによりAlGaAs層に対し選択
的に除去することが可能であるとの報告もなされている
。すなわち、アスペック等の“GaAlAs/GaAS
 ヘテロジャンクション・バイポーラ・トランジスタズ
:イシューズ・アンド・プロスペクツ・フォア・アップ
リケ−ジョン″、アイイーイーイー・トランザクション
ズ・オン・エレクトロン・デバイシス(P、 M、 A
SBECK  et  al、  ”GaAlAs/G
aAsHeterojunction  Bipola
r  Transistors:l5sues  an
d  Prospects  for  Applic
ation−IEEE  TRANSACTIONS 
 ON  ELECTRON  DEV I CES)
 、第36巻、第10号、第2032頁、1989年、
10月、によれば、2インチウェハーで3から4nmの
標準偏差で面出しを行なうことができる。しかし、発明
者はこのことを十分の再現性をもって確認することがで
きなかった。AlGaAs層の選択的除去は十分に成熟
した技術とはいい難い。又、工程の簡略化という意味か
らは、ウェットエッチの併用は好ましくない。ドライエ
ッチによる限り、AlGaAs層をGaAs層に対し選
択的に除去する手段は知られていないので、コレクタア
ップ型HBTと同じ問題が存在する。 [0008]本発明の目的はベース抵抗のばらつきが小
さいバイポーラトランジスタとその製造方法を提供する
ことである。 [0009]
[0004] First, on a semi-insulating substrate made of GaAs, an n Al 2 O, 25 GaAs upper layer (emitter layer),
The p-GaAs layer (base layer) and n-GaAs layer (collector layer) are sequentially formed using molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MBE).
(written as law). Next, after forming a collector electrode with a predetermined pattern having a silicon oxide film on the surface,
Using this as a mask, the n-GaAs layer is etched to form a collector region. Subsequently, the exposed p-GaAs
A base electrode is formed in a predetermined pattern on the layer. Next, the surface portions of the p-GaAs layer to which the base electrode is not deposited and the underlying nAlO, 25GaO, 75As layers are removed, and an emitter electrode is formed on the exposed n-AlGa+-As layer. [0005] The thickness of the p-GaAs layer on which the base electrode is formed is determined by the etching process (base surface exposure process) for forming the collector layer. In the base surface exposing process, the upper n-GaAs layer is etched to expose a part of the surface of the p-GaAs layer, but if the etching of the n-GaAs layer is insufficient, the gap between the base layer and the base electrode contact resistance increases. Such an increase in contact resistance can be avoided by etching the surface portion of the p-GaAs layer. However, the thickness of the p-GaAs layer (base extraction region) under the base electrode is smaller than that of the active base layer (portion in contact with the collector layer).
Since it becomes thinner, the base resistance increases. In practice, the thickness of the base extraction region must be slightly thinner than the active base layer to avoid an increase in contact resistance. [0006] Therefore, the quality of this process greatly influences the high speed and high frequency characteristics of the final transistor. Furthermore, since the base layer is extremely thin, at 70 to 1100 nm, variations in etching depth within the wafer are one of the causes of significantly reducing the uniformity of device characteristics. Conventionally, it has been very difficult to perform this process over the entire wafer with sufficient controllability, and it has been impossible to avoid variations of about 20 nm on 2-inch wafers. [0007] In the case of an emitter-up type HBT, the base surface exposing process involves etching the AlGaAs layer. It has also been reported that it is possible to selectively remove the AlGaAs layer by wet etching. In other words, "GaAlAs/GaAS" such as Aspek etc.
Heterojunction Bipolar Transistors: Issues and Prospects for Applications'', International Transactions on Electron Devices (P, M, A
SBECK et al., “GaAlAs/G
aAsHeterojunction Bipola
r Transistors: l5sue an
dProspects for Application
ation-IEEE TRANSACTIONS
ON ELECTRON DEVICE)
, Volume 36, No. 10, Page 2032, 1989,
According to October, it is possible to perform surface leveling with a standard deviation of 3 to 4 nm on a 2-inch wafer. However, the inventor was unable to confirm this with sufficient reproducibility. Selective removal of AlGaAs layers is not a fully mature technology. Further, from the viewpoint of simplifying the process, it is not preferable to use wet etching in combination. As far as dry etching is concerned, there is no known means for selectively removing the AlGaAs layer with respect to the GaAs layer, so the same problem as the collector-up type HBT exists. [0008] An object of the present invention is to provide a bipolar transistor with small variations in base resistance and a method for manufacturing the same. [0009]

【課題を解決するための手段】本発明のHBTはエミツ
タ層(またはコレクタ層)とベース層との間にInを含
有する化合物半導体層、好ましくはIn  Ga+−A
s、  (0<x<1)を有している。そうして、エミ
ツタ層、ベース層およびコレクタ層はいずれもInを含
有しない半導体からできている。Inの塩化物や弗化物
の蒸気圧は低いので、塩素や弗素を含むガスを用いてド
ライエツチングを行なうと、Inを含有する化合物半導
体層の表面でエツチングを止めることが制御性良く可能
となる。従ってメサ状のエミッタ領域(またはコレクタ
領域)を形成する而出し工程の制御性が良くなる。いい
かえると、ベース引出し領域の厚さのばらつきが小さく
なり、ベース抵抗のばらつきが低減される。
[Means for Solving the Problems] The HBT of the present invention has a compound semiconductor layer containing In, preferably InGa+-A, between the emitter layer (or collector layer) and the base layer.
s, (0<x<1). Thus, the emitter layer, base layer and collector layer are all made of a semiconductor containing no In. Since the vapor pressure of In chlorides and fluorides is low, dry etching using a gas containing chlorine or fluorine makes it possible to stop etching at the surface of a compound semiconductor layer containing In with good controllability. . Therefore, the controllability of the extraction process for forming the mesa-shaped emitter region (or collector region) is improved. In other words, variations in the thickness of the base lead-out region are reduced, and variations in base resistance are reduced.

【0010】0010

【実施例】本発明の第1の実施例のコレクタアップ型H
BTとその製造方法について説明する。 (00111まず、図1  (a) 、  (b)に示
すように、GaAsからなる半絶縁性基板1上に厚さ5
00nm、不純物濃度が1立方センチメートルあたりI
E17 (10の17乗の意。以下これに準じる。)の
n−Al0.25  Gao7sAS層2 (エミツタ
層)、厚さ80月m、不純物濃度が1立方センチメート
ルあたり2E19のp−GaAs層3(ベース層)、厚
さ5nm、不純物濃度が1立方センチメートルあたり2
E19のp−Ino3Gao7As層4および厚さ50
0nm、不純物濃度が1立方センチメートルあたり2E
17のn−GaAs層5(コレクタ層)を、MBE法に
より成長温度550℃で順次に堆積する。次に、HBT
を形成する長方形領域6を除いた部分にプロトンを注入
し絶縁領域7を形成する。 [0012]次に、図2  (a) 、  (b)に示
すように、Au−Ge−X1層8を蒸着法により形成し
、厚さ500nmの酸化シリコン膜9を被着し、長方形
領域6の上方を横断する長方形状のホトレジスト膜10
を形成する。ホトレジスト膜10をマスクとして反応性
イオンビームエツチング法により酸化シリコン膜9をパ
ターニングし、イオンミリング法によりAu−Ge−N
i層8をパターニングする。 [0013]次に、図3  (a) 、  (b)に示
すように、有機溶剤による洗浄を行ないホトレジスト膜
10を除去した後、酸化シリコン膜9をマスクとして、
n−GaAs層5を反応性イオンビームエツチング法に
より除去してp  Ino3Gao7As層4の表面を
露出させる。 このようにしてコレクタ領域を形成する。エツチングガ
スとしてはCCl2F2とHeの混合ガスを用いること
ができるが、環境汚染の面からいうとCI2の方が好ま
しい。ECR(Electron  Cyclotro
nResonance)装置を用い、エツチング室を1
μTorr以下まで排気したのちCI2ガスを導入して
エツチングを行なうのであるが、条件は次の通りである
。 [0014] CI2  ガス流電     358CCMガス圧力 
        700μTorr入力マイクロ波電力
    300W 磁石電流         10.2A基板へのRFバ
イアス電力 OW 基板ホルダ温度      40〜60℃この条件によ
ると、GaAs層やAlGaAs層は約200nm/m
inの割合でエツチングされるが、p−Ino3Gao
7As層はほとんどエツチングされない。 [0015]続いて、全面に厚さ200nmの酸化シリ
コン膜をCVD法により形成し、異方性の反応性イオン
ビームエツチングにより、n−GaAs層5、Au−G
e−Ni層8および酸化シリコン膜9からなる直方体の
側面に絶縁性側壁11を形成する。 次に、図4(a)
、  (b)に示すように、p−Ino3Gao7AS
層4の表面損傷を取り除くため軽くウェットエツチング
を行なう。p −Ino3Gao7As層4は5nmと
薄いため絶縁性側壁11で囲まれた直方体の直下部を除
き、全て除去されても差支えない。エッチャントとして
はH3PO4を4. H202をL H20を155の
割合で混合した溶液を使用する。従来のコレクタアップ
型HBTの場合には、p−Ino3Gao7As層は存
在しないが、絶縁性側壁の形成を反応性イオンビームエ
ッチで形成するので、表面損傷をウェットエッチで取り
除くのが普通である。従ってこの工程は特別な追加工程
ではない。続いて、Au−Zn−Ni層12を蒸着法に
より形成する。上方からの蒸着により、絶縁性側壁11
の側面にはAu−Zn−Ni層12は被着されない。 [0016]次に、図5  (a) 、  (b)に示
すように、長方形領域6の両端部を除き、絶縁性側壁1
1で囲まれた部分のほぼ全体を覆うホトレジスト膜13
を被覆する。続いて、イオンミリング法によりホトレジ
スト膜13をマスクとしてAu−Zn−Ni層をエツチ
ングしてベース電極12aを形成する。 [0017]次に、ホトレジスト膜13を有機溶剤中で
溶かしたのち、図6 (a) 、  (b)に示すよう
に、U字形の開孔14を有するホトレジスト膜15を形
成し、リン酸を4、過酸化水素を1、水を90の割合で
混合した溶液によりp−GaAs層3とn−Alo2s
Gao7sAS層2の表面部を除去する。続いて、ホト
レジスト膜15をマスクとしてAu−Ge−Ni層を上
方からの蒸着により形成し、リフトオフを行なってエミ
ッタ電極16を形成する。更に、全面に表面が平坦なホ
トレジスト膜(図示しない)を形成した後、反応性イオ
ンビームエツチングによりこのホトレジスト膜をエツチ
ングし、コレクタ層上方のAu−Zn−Ni層12をイ
オンミリング法によって除去する。 [0018]次に、前述のホトレジスト膜を除去した後
、図7 (a) 、  (b)に示すよに、全面に厚さ
500nmの酸化シリコン膜17を形成する。図7(a
)において、酸化シリコン膜17のみで覆われている部
分は実線で描いである。続いて、酸化シリコン膜17の
所定個所にコンタクト孔18B、18C,18Eを設け
る。これらコンタクト孔18B、18C,18Eを介し
てベース電極12a、コレクタ電極8.エミッタ電極1
6にそれぞれ接続する図示しないパッドを酸化シリコン
膜17上に形成する。C12などのエツチングガスを用
いることにより、In Ga+−As  (0<Y<1
)に対してAI  Ga+−As  (0≦X≦1)を
選択的にエツチングできることが一般に知られている。 これは、主にAlやGaの塩化物とInの塩化物の蒸気
圧の差に起因するものと考えられる(沸点で比較すると
、AlCl3 :183℃、GaCl3 :201℃に
対してInCl3 :600℃である)。 [0019]本発明によれば、コレクタ層がGaAsか
らなるコレクタアップ型HBTのベース・コレクタ接合
部に、薄いIn  Ga+−As層を設けることにより
、この層をエツチングストッパーとして機能させること
ができる。これにより、上述のベース面出し工程におい
て、コレクタ層に相当するGaAs層を選択的にエツチ
ングすることができる。 [00201その後、表面損傷を取り除くため、ウェッ
トエッチを行なうが、In  Ga+−As層を完全に
除去する必要はないのでベース層のオーバーエツチング
はせいぜい5nm程度にとどめることができる。なお、
pIn  Ga+−As層とAu−Zn−Ni層の接触
抵抗は、p−GaAs層とAu−Zn−Ni層のそれと
ほぼ同じである。従って、ベース抵抗のばらつきが改善
されることが判る。 [0021]  In  Ga+−As層の厚さとして
は、ベース・コレクタ接合部にこの層に起因してミスフ
ィツト転位が入らないような厚さ、すなわち、GaAs
に対する臨界膜厚以下に抑える必要がある。この臨界膜
厚はIn組成比yによって変化するが、マシュウズ等(
J。 M、Matthews  et  al、)の報告(ジ
ャーナル・オン・クリスタル・グロース(Journa
lof  CrystalGrowth))、27巻、
1974年、118頁に基づくと、例えばy=Q、3の
ときには9nm程度である。 [00221次に、第1の実施例のコレクタアップ型H
BTの特性について説明する。図9はこの第1の実施例
にバイアス電圧Vbe、Vbcを与えたときのエネルギ
ー・バンド図である。ただし、便宜上、エミッタ・ベー
ス接合は階段接合とする。エミッタ(n−GaAs層2
)からベースのp−GaAs層3へ入った電子がpIn
o3Gao4 As層4に入るとき、伝導帯の底のポテ
ンシャルエネルギー差へEC2(約0.2eV)に相当
する運動エネルギーをうける。電子の拡散係数はp−G
aAs5中よりp  Ino3Gao7As層4中の方
が大きい。しかも新たにエネルギーを付加された際には
電子の速度オーバーシュート効果が生じるため拡散によ
る移動より電子の走行が速いのは明らかであるから、ベ
ース層の厚さが同じであるならば(図8におけるベース
層3aの厚さが図9におけるp−GaAs層3とp−I
no、s  Gao7As層4の厚さの合計に等しいな
らば)、電子がベース層を通過するのに必要な時間は従
来のコレクタアップ型HBTより短かくなると考えられ
る。ただし、ベース・コレクタ接合部にあるスパイクを
乗り越えなければならない。スパイクの先端はp−Ga
As層3の伝導帯の底よりΔEだけ低い。ΔEは、価電
子帯の底からフェルミレベルまでのエネルギー差がp−
GaAs層3とp  Ino3Gao7As層4とで等
しいと仮定するとほぼΔEv2に等しいとみなすことが
できる。pIno3Gao4 As層4の厚さが電子の
平均自由工程より小さいときは、電子はスパイクを超え
てコレクタに到達するので何等問題はない。ここでΔE
v2はpGaAsとp −I no、s Gao7As
の価電子帯のポテンシャル差であり、約0.1eVの値
を有する。従って、ベース走行時間が短縮されHBTの
遮断周波数が増加する可能性があるといえる。 [0023]以上、In  Ga+−As層の導電型が
pの場合について説明した。 [0024]ノンドープIn  Ga+−As層をエツ
チングストッパーとして用いることもできる。その場合
にはベース・コレクタ接合部におけるスペーサ層として
の役割を有する。p−GaAs層3が高濃度にドーピン
グされているので、トランジスタとして完成した段階で
はp −In  Ga+−As層になると考えられるの
で電気的特性は上述した実施例とほとんど同じになると
いえる。 [0025]又、n−In  Ga+−As層をエツチ
ングストッパーとして用いてもよい。その場合はコレク
ターの一部としての役割をもつのでベース電極を設ける
ところでは完全に除去すればよい。この層は薄いので、
この層を除去することによるベース引出し領域の厚さの
変化は少ない。ベース抵抗以外の電気的性質は従来のコ
レクタアップ型HBTとほぼ同じと考えられる。 [0026]次に、第2の実施例としてエミッタアップ
型の場合について述べる。 [0027]コレクタアツプ型のエミツタ層とコレクタ
層の上下関係を逆にし、エツチングストッパーをエミツ
タ層の下に入れればよいのである。 [0028]半絶縁性基板1上に、n−GaAs層5、
p−GaAs層3、p −I no3Gao、y As
層4、nAlo、s Gao7As層2を順次に堆積す
る。以後の工程はコレクタアップ型HBTの場合に準じ
て行えばよい。 [0029] n−A1o3Gao7As層2をパター
ニングしてエミッタ領域を形成するとき、その下にある
pIno3Gao7As層4をエツチングストッパーと
して使用するのである。In  Ga+−Asに対して
AI  Ga+−Asを選択的にエツチングすることが
できるのは前に説明した通りである。AI  Ga+−
Asの格子常数はAI成成分比上ほとんど依存しないの
で、臨界膜圧についてもほとんど同じと考えてよい。従
ってエミッタアップ型HBTにおいても、本発明によれ
ば、ベース抵抗のばらつきを減らすことができる。 [00301図10はエミッタアップ型HBTに本発明
を適用した場合のエネルギー・バンド図である。破線は
p  Ino3Gao7As層4を挿入しない場合のポ
テンシャル分布を示す。エミッタからみたスパイクの高
さはおよそΔEv2 (約0.1eV)だけ低くなり、
その分だけベース・エミッタ・オン電圧が低減されるこ
とになる。従って、特にディジタル回路やA−D変換回
路への応用上有利な特性が得られる。 [00311以上、p−In  Ga+−As層の場合
について説明したが、ノンドープIn  Ga+−As
層をエツチングストッパーとして用いることもできる。 その場合にはエミッタ・ベース接合部におけるスペーサ
層としての役割をはだすことになり、電気的特性はp−
InGa+−As層を用いた場合とほとんど同じになる
。 [0032]又、n−In  Ga+−As層をエツチ
ングストッパーとして用いてもよい。その場合はエミッ
タの一部としての役割をもつので、ベース電極を設ける
ところでは完全に除去すればよく、ベース引出し領域の
厚さの変化は少ない。ベース抵抗以外の電気的特性は従
来のエミッタアップ型HBTとほとんど同じと考えられ
る。 [0033]エツチングストツパーとしてはIn  G
a+−AS層のほか、Inを含む化合物半導体層を使用
することができる。特にAI  In  Ga+−−A
s層は格子常数や禁制帯幅の点からいって好ましい。 [0034]さらに、階段接合構造のHBTに限定され
ず、傾斜接合型であってもよい。さらにまた、npn型
HBTに限らず、pnp型HBTでもよい。 [0035]
[Example] Collector-up type H of the first embodiment of the present invention
BT and its manufacturing method will be explained. (00111 First, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), a film with a thickness of 5 mm is placed on a semi-insulating substrate 1 made of GaAs.
00nm, impurity concentration I per cubic centimeter
n-Al0.25 Gao7s AS layer 2 (emitter layer) of E17 (meaning 10 to the 17th power; hereinafter the same shall apply), 80 m thick, p-GaAs layer 3 (base layer) with impurity concentration of 2E19 per cubic centimeter. layer), 5 nm thick, impurity concentration 2 per cubic centimeter
E19 p-Ino3Gao7As layer 4 and thickness 50
0nm, impurity concentration 2E per cubic centimeter
Seventeen n-GaAs layers 5 (collector layers) are sequentially deposited by the MBE method at a growth temperature of 550°C. Next, HBT
Protons are injected into the portion excluding the rectangular region 6 forming the insulating region 7. [0012] Next, as shown in FIGS. 2(a) and 2(b), an Au-Ge-X1 layer 8 is formed by vapor deposition, a silicon oxide film 9 with a thickness of 500 nm is deposited, and a rectangular region 6 is formed. A rectangular photoresist film 10 crossing over the
form. Using the photoresist film 10 as a mask, the silicon oxide film 9 is patterned by reactive ion beam etching, and Au-Ge-N is etched by ion milling.
Pattern the i-layer 8. [0013] Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, after cleaning with an organic solvent and removing the photoresist film 10, using the silicon oxide film 9 as a mask,
The n-GaAs layer 5 is removed by reactive ion beam etching to expose the surface of the p-Ino3Gao7As layer 4. In this way, the collector region is formed. A mixed gas of CCl2F2 and He can be used as the etching gas, but CI2 is preferable from the standpoint of environmental pollution. ECR (Electron Cyclotro)
The etching chamber was set to 1 using a
After exhausting to below μTorr, CI2 gas is introduced to perform etching under the following conditions. [0014] CI2 Gas current 358CCM gas pressure
700μTorr Input microwave power 300W Magnet current 10.2A RF bias power to substrate OW Substrate holder temperature 40-60℃ According to these conditions, the thickness of the GaAs layer or AlGaAs layer is approximately 200nm/m
Although it is etched at a rate of in, p-Ino3Gao
The 7As layer is hardly etched. [0015] Next, a silicon oxide film with a thickness of 200 nm is formed on the entire surface by the CVD method, and by anisotropic reactive ion beam etching, the n-GaAs layer 5 and the Au-G
Insulating sidewalls 11 are formed on the side surfaces of a rectangular parallelepiped made of e-Ni layer 8 and silicon oxide film 9. Next, Figure 4(a)
, as shown in (b), p-Ino3Gao7AS
Light wet etching is performed to remove surface damage to layer 4. Since the p-Ino3Gao7As layer 4 is as thin as 5 nm, it may be completely removed except for the area immediately below the rectangular parallelepiped surrounded by the insulating sidewalls 11. As an etchant, use 4. H3PO4. A solution containing H202 and L H20 mixed in a ratio of 155 is used. In the case of a conventional collector-up HBT, there is no p-Ino3Gao7As layer, but since the insulating sidewalls are formed by reactive ion beam etching, surface damage is usually removed by wet etching. Therefore, this step is not a special additional step. Subsequently, an Au-Zn-Ni layer 12 is formed by a vapor deposition method. The insulating side wall 11 is formed by vapor deposition from above.
The Au--Zn--Ni layer 12 is not deposited on the side surfaces of. [0016] Next, as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), the insulating side wall 1 is
A photoresist film 13 covering almost the entire area surrounded by 1
Cover. Subsequently, the Au--Zn--Ni layer is etched by ion milling using the photoresist film 13 as a mask to form the base electrode 12a. [0017] Next, after dissolving the photoresist film 13 in an organic solvent, a photoresist film 15 having U-shaped openings 14 is formed, as shown in FIGS. 4. The p-GaAs layer 3 and n-Alo2s are formed using a solution containing 1 part hydrogen peroxide and 90 parts water.
The surface portion of the Gao7sAS layer 2 is removed. Subsequently, an Au--Ge--Ni layer is formed by vapor deposition from above using the photoresist film 15 as a mask, and lift-off is performed to form the emitter electrode 16. Furthermore, after forming a photoresist film (not shown) with a flat surface over the entire surface, this photoresist film is etched by reactive ion beam etching, and the Au-Zn-Ni layer 12 above the collector layer is removed by ion milling. . [0018] Next, after removing the aforementioned photoresist film, a silicon oxide film 17 with a thickness of 500 nm is formed on the entire surface, as shown in FIGS. 7(a) and 7(b). Figure 7 (a
), the portion covered only with the silicon oxide film 17 is drawn with a solid line. Subsequently, contact holes 18B, 18C, and 18E are provided at predetermined locations in the silicon oxide film 17. The base electrode 12a, collector electrode 8. Emitter electrode 1
Pads (not shown) connected to the silicon oxide film 17 are formed on the silicon oxide film 17. By using etching gas such as C12, InGa+-As (0<Y<1
It is generally known that AI Ga+-As (0≦X≦1) can be selectively etched with respect to ). This is thought to be mainly due to the difference in vapor pressure between the chlorides of Al and Ga and the chlorides of In. ). [0019] According to the present invention, by providing a thin InGa+-As layer at the base-collector junction of a collector-up type HBT whose collector layer is made of GaAs, this layer can function as an etching stopper. This allows the GaAs layer corresponding to the collector layer to be selectively etched in the above-described base surface exposing step. [00201] Thereafter, wet etching is performed to remove surface damage, but since it is not necessary to completely remove the InGa+-As layer, overetching of the base layer can be limited to about 5 nm at most. In addition,
The contact resistance between the pIn Ga+-As layer and the Au-Zn-Ni layer is approximately the same as that between the p-GaAs layer and the Au-Zn-Ni layer. Therefore, it can be seen that the variation in base resistance is improved. [0021] The thickness of the InGa+-As layer is such that no misfit dislocations are caused by this layer at the base-collector junction, that is, the thickness of the GaAs
It is necessary to keep the film thickness below the critical film thickness. This critical film thickness varies depending on the In composition ratio y, but Matthews et al.
J. Matthews et al. (Journa on Crystal Growth)
lof Crystal Growth)), vol. 27,
1974, p. 118, for example, when y=Q, 3, it is about 9 nm. [00221 Next, the collector up type H of the first embodiment
The characteristics of BT will be explained. FIG. 9 is an energy band diagram when bias voltages Vbe and Vbc are applied to this first embodiment. However, for convenience, the emitter-base junction is a stepped junction. Emitter (n-GaAs layer 2
) into the base p-GaAs layer 3 becomes pIn
When entering the o3Gao4 As layer 4, it receives kinetic energy corresponding to EC2 (about 0.2 eV) due to the potential energy difference at the bottom of the conduction band. The electron diffusion coefficient is p-G
It is larger in p Ino3Gao7As layer 4 than in aAs5. Moreover, when new energy is added, an electron velocity overshoot effect occurs, so it is clear that electrons travel faster than those due to diffusion. Therefore, if the base layer thickness is the same (Fig. 8 The thickness of the base layer 3a in FIG.
If the total thickness of the Gao7As layer 4 is equal to the total thickness of the Gao7As layer 4), the time required for electrons to pass through the base layer is considered to be shorter than that of a conventional collector-up HBT. However, you must overcome the spikes at the base-collector junction. The tip of the spike is p-Ga
It is lower than the bottom of the conduction band of the As layer 3 by ΔE. ΔE is the energy difference from the bottom of the valence band to the Fermi level p-
Assuming that the GaAs layer 3 and the p-Ino3Gao7As layer 4 are equal, it can be regarded as approximately equal to ΔEv2. When the thickness of the pIno3Gao4 As layer 4 is smaller than the mean free path of electrons, there is no problem because the electrons cross the spike and reach the collector. Here ΔE
v2 is pGaAs and p -I no,s Gao7As
It is the potential difference in the valence band of , and has a value of about 0.1 eV. Therefore, it can be said that there is a possibility that the base running time is shortened and the cut-off frequency of the HBT is increased. [0023] The case where the conductivity type of the InGa+-As layer is p has been described above. [0024] A non-doped In Ga+-As layer can also be used as an etch stopper. In that case, it serves as a spacer layer at the base-collector junction. Since the p-GaAs layer 3 is heavily doped, it is considered that it will become a p-In Ga+-As layer when it is completed as a transistor, so it can be said that the electrical characteristics will be almost the same as those of the above-mentioned embodiments. [0025] Also, the n-In Ga+-As layer may be used as an etching stopper. In that case, since it plays a role as a part of the collector, it is sufficient to completely remove it where the base electrode is provided. This layer is thin, so
There is little change in the thickness of the base extraction region by removing this layer. The electrical properties other than the base resistance are considered to be almost the same as conventional collector-up type HBTs. [0026] Next, a case of an emitter-up type will be described as a second embodiment. [0027] The vertical relationship between the emitter layer and the collector layer of the collector-up type may be reversed, and the etching stopper may be placed under the emitter layer. [0028] On the semi-insulating substrate 1, an n-GaAs layer 5,
p-GaAs layer 3, p-Ino3Gao, y As
Layer 4, nAlo, s Gao7As layer 2 are sequentially deposited. The subsequent steps may be performed in the same manner as in the case of collector-up type HBT. [0029] When patterning the n-A1o3Gao7As layer 2 to form an emitter region, the underlying pIno3Gao7As layer 4 is used as an etching stopper. As previously explained, AI Ga+-As can be etched selectively over In Ga+-As. AI Ga+-
Since the lattice constant of As hardly depends on the AI component ratio, it can be considered that the critical film pressure is also almost the same. Therefore, even in an emitter-up type HBT, according to the present invention, variations in base resistance can be reduced. [00301 FIG. 10 is an energy band diagram when the present invention is applied to an emitter-up type HBT. The broken line shows the potential distribution when the p Ino3Gao7As layer 4 is not inserted. The height of the spike seen from the emitter is lowered by approximately ΔEv2 (approximately 0.1 eV),
The base-emitter on-voltage is reduced by that amount. Therefore, characteristics particularly advantageous in application to digital circuits and A/D conversion circuits can be obtained. [00311 The case of the p-In Ga+-As layer has been described above, but the non-doped In Ga+-As layer
The layer can also be used as an etch stop. In that case, it will act as a spacer layer at the emitter-base junction, and the electrical characteristics will be p-
This is almost the same as when an InGa+-As layer is used. [0032] Also, the n-In Ga+-As layer may be used as an etching stopper. In that case, since it plays a role as a part of the emitter, it is sufficient to completely remove the base electrode where it is provided, and there is little change in the thickness of the base lead-out region. The electrical characteristics other than the base resistance are considered to be almost the same as conventional emitter-up type HBTs. [0033] In G as an etching stopper
In addition to the a+-AS layer, a compound semiconductor layer containing In can be used. Especially AI In Ga+--A
The s-layer is preferable in terms of lattice constant and forbidden band width. [0034] Furthermore, the HBT is not limited to a stepped junction structure, and may be of an inclined junction type. Furthermore, the HBT is not limited to the npn type HBT, but may be a pnp type HBT. [0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ミツタ層またはコレクタ層とベース層の間に臨界膜圧以
下のInを含有する化合物半導体層をエツチングストッ
パーとして挿入したので、ベース面出し工程をウェハー
全面にわたって制御性よく行うことができるためアンダ
ーエツチングあるいはオーバーエツチングによるベース
抵抗増大を防止することができ、その結果、高速・高周
波特性の優れた化合物半導体のへテロ接合バイポーラト
ランジスタを実現できるという効果がある。さらに、ウ
ェハー内における素子特性の均一性を著しく向上させる
ことができるという効果がある。
As explained above, according to the present invention, a compound semiconductor layer containing In below the critical film pressure is inserted as an etching stopper between the emitter layer or collector layer and the base layer, so that the base surface can be exposed. Since the process can be performed over the entire wafer with good controllability, increases in base resistance due to under-etching or over-etching can be prevented, and as a result, compound semiconductor heterojunction bipolar transistors with excellent high-speed and high-frequency characteristics can be realized. There is an effect. Furthermore, there is an effect that the uniformity of device characteristics within a wafer can be significantly improved.

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

【図1】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図1(a))および断面図(図1(b))である。
FIG. 1 is a plan view (FIG. 1(a)) and a cross-sectional view (FIG. 1(b)) used to explain a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図2(a))および断面図(図2(b))である。
FIG. 2 is a plan view (FIG. 2(a)) and a cross-sectional view (FIG. 2(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図3(a))および断面図(図3(b))である。
FIG. 3 is a plan view (FIG. 3(a)) and a cross-sectional view (FIG. 3(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図4 (a) )および断面図(図4 (b) )で
ある。
FIG. 4 is a plan view (FIG. 4(a)) and a cross-sectional view (FIG. 4(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図5(a))および断面図(図5(b))である。
FIG. 5 is a plan view (FIG. 5(a)) and a cross-sectional view (FIG. 5(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図6(a))および断面図(図6(b))である。
FIG. 6 is a plan view (FIG. 6(a)) and a cross-sectional view (FIG. 6(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の実施例の説明に使用する平面図
(図7(a))および断面図(図7(b))である。
FIG. 7 is a plan view (FIG. 7(a)) and a cross-sectional view (FIG. 7(b)) used to explain the first embodiment of the present invention.

【図8】従来のGaAs−AlGaAsによるHBTの
エネルギー・バンド図である。
FIG. 8 is an energy band diagram of a conventional GaAs-AlGaAs HBT.

【図9】本発明の第1の実施例のコレクタアップ型HB
Tのエネルギー・バンド図である。
FIG. 9 Collector-up type HB according to the first embodiment of the present invention
FIG. 2 is an energy band diagram of T.

【図10】本発明の第2の実施例のエミッタアップ型H
BTのエネルギー・バンド図である。
FIG. 10: Emitter-up type H according to the second embodiment of the present invention.
It is an energy band diagram of BT.

【符号の説明】 1  半絶縁性基板 2  n−A1o2sGao7sAS層3p−GaAs
層 4  p −I no、3 Gao4 As層5n−G
aAs層 6  長方形領域 7  絶縁領域 8Au−Ge−Ni層 9  酸化シリコン膜 10  ホトレジスト膜 11  絶縁性側壁 12  Au−Zn−Ni層 12a   ベース電極 13  ホトレジスト膜 14  開孔 15  ホトレジスト膜 16  エミッタ電極 17  酸化シリコン膜 18B   コンタクト孔 18Cコンタクト孔 18E   コンタクト孔
[Explanation of symbols] 1 Semi-insulating substrate 2 n-A1o2sGao7s AS layer 3p-GaAs
Layer 4 p-I no, 3 Gao4 As layer 5n-G
aAs layer 6 Rectangular region 7 Insulating region 8 Au-Ge-Ni layer 9 Silicon oxide film 10 Photoresist film 11 Insulating sidewall 12 Au-Zn-Ni layer 12a Base electrode 13 Photoresist film 14 Opening 15 Photoresist film 16 Emitter electrode 17 Silicon oxide Membrane 18B Contact hole 18C Contact hole 18E Contact hole

【図1】[Figure 1]

【図2】[Figure 2]

【図8】[Figure 8]

【図3】[Figure 3]

【図4】[Figure 4]

【図5】[Figure 5]

【図6】[Figure 6]

【図7】[Figure 7]

【図9】[Figure 9]

【図10】[Figure 10]

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性基板上に形成されたInを含有
しない第1導電型の化合物半導体からなるエミツタ層お
よびコレクタ層の一方と、前記エミツタ層およびコレク
タ層の一方の上に形成されたInを含有しない第2導電
型の化合物半導体からなるベース層と、前記ベース層上
に形成されたInを含有する化合物半導体層と、前記I
nを含有する化合物半導体層上に形成されたInを含有
しない第1導電型の化合物半導体からなるエミツタ層お
よびコレクタ層の他方とを含むヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ。
1. One of an emitter layer and a collector layer made of a first conductivity type compound semiconductor not containing In formed on a semi-insulating substrate, and an emitter layer and a collector layer formed on one of the emitter layer and the collector layer. a base layer made of a second conductivity type compound semiconductor not containing In; a compound semiconductor layer containing In formed on the base layer;
A heterojunction bipolar transistor comprising an emitter layer and a collector layer, both of which are made of a first conductivity type compound semiconductor that does not contain In, formed on a compound semiconductor layer that contains n.
【請求項2】 前記エミツタ層およびコレクタ層の一方
はAI  Ga+−As (0(X(1)からなり、前
記ベース層はGaAsからなる請求項1記載のへテロ接
合バイポーラトランジスタ。
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein one of the emitter layer and the collector layer is made of AI Ga+-As (0(X(1)), and the base layer is made of GaAs.
【請求項3】 前記Inを含有する化合物半導体層はI
n  G a+−A s (0(Y(1)からなる請求
項1または2記載のへテロ接合バイポーラトランジスタ
3. The compound semiconductor layer containing In
The heterojunction bipolar transistor according to claim 1 or 2, consisting of nGa+-As(0(Y(1)).
【請求項4】 前記Inを含有する半導体層の導電型は
前記ベース層と同一である請求項1記載のへテロ接合バ
イポーラトランジスタ。
4. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein the conductivity type of the In-containing semiconductor layer is the same as that of the base layer.
【請求項5】 半絶縁性基板上にInを含有しない第1
導電型のエミツタ層およびコレクタ層の一方を堆積する
工程と、前記エミツタ層およびコレクタ層の一方の上に
Inを含有しない第2導電型のベース層を堆積する工程
と、前記ベース層上にInを含有する化合物半導体層を
堆積する工程と、前記化合物半導体層上に第1導電型の
エミツタ層およびコレクタ層の他方を堆積する工程と、
塩素を含むガスを用いるドライエツチングにより前記エ
ミツタ層の他方を所定形状にパターニングして前記化合
物半導体層を局所的に露出させる工程とを有するヘテロ
接合バイポーラトランジスタの製造方法。
5. A first layer containing no In on a semi-insulating substrate.
a step of depositing one of a conductivity type emitter layer and a collector layer, a step of depositing a second conductivity type base layer not containing In on one of the emitter layer and collector layer, and a step of depositing an In-containing base layer on the base layer. a step of depositing a compound semiconductor layer containing a compound semiconductor layer; a step of depositing the other of an emitter layer and a collector layer of a first conductivity type on the compound semiconductor layer;
A method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor comprising the step of patterning the other emitter layer into a predetermined shape by dry etching using a gas containing chlorine to locally expose the compound semiconductor layer.
【請求項6】 前記塩素を含むガスはC12ガスである
請求項5記載のへテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法。
6. The method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 5, wherein the chlorine-containing gas is C12 gas.
【請求項7】 前記エミツタ層およびコレクタ層の一方
としてAI  Ga+−As層、  (0<X<1)、
を堆積し、前記ベース層としてGaAs層を堆積し、C
I2ガスを用いるドライエツチングにより前記コレクタ
層をパターニングする請求項5記載のへテロ接合バイポ
ーラトランジスタの製造方法。
7. An AI Ga+-As layer as one of the emitter layer and the collector layer, (0<X<1),
A GaAs layer is deposited as the base layer, and a GaAs layer is deposited as the base layer.
6. The method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 5, wherein said collector layer is patterned by dry etching using I2 gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH01248524A (en) * 1988-03-30 1989-10-04 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02364A (en) * 1987-11-02 1990-01-05 Fujitsu Ltd Semiconductor device and manufacture thereof
JPH01248524A (en) * 1988-03-30 1989-10-04 Hitachi Ltd Manufacture of semiconductor

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