JPH0536709A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0536709A
JPH0536709A JP18796691A JP18796691A JPH0536709A JP H0536709 A JPH0536709 A JP H0536709A JP 18796691 A JP18796691 A JP 18796691A JP 18796691 A JP18796691 A JP 18796691A JP H0536709 A JPH0536709 A JP H0536709A
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indium
etching
arsenide
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Abstract

PURPOSE:To miniaturize an element by selectively etching a predetermined indium arsenide.aluminum layer with respect to an indium arsenide.gallium layer by using etchant mixture solution containing hydrogen bromide and phosphoric acid. CONSTITUTION:A subcollector layer 2 made of InGaAs, a collector layer 3, a base layer 4, an emitter layer 5 made of InAlAs and an emitter contact layer 6 are sequentially grown on a semiinsulating InP substrate wafer 1, and an etching mask 7 is formed. Then, the layer 6 and the layer 5 are etched by a mixture etchant solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide and water, and the layer 5 remains only in thickness 6. Here, etchant containing 1: 1 of hydrobromic acid and phosphoric acid in mixture, is prepared, and the side of the layer 5 is etched. Then, an emitter mesa of a reverse mesa shape is formed, and the layer 5 of the thickness delta is completely etched without reducing the thickness of the layer 4.

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、インジウム燐半導体基
板上の砒化インジウム・ガリウムおよび砒化インジウム
・アルミニウムからなる半導体装置の高性能化,微細化
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to high performance and miniaturization of a semiconductor device made of indium gallium arsenide and indium arsenide aluminum on an indium phosphide semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体を材料とする電子デバイス
は、超高速・超高周波デバイス、超低雑音デバイスとし
て幅広く応用されている。半導体材料としては砒化ガリ
ウム(GaAs)がもっともよく使われているが、要求
される周波数領域がマイクロ波からミリ波へと移るに従
い、より高性能なデバイスを実現する、インジウム燐
(InP)を基板とした半導体装置の需要がますます増
えてくるものと考えられる。このような次世代を担うI
nP基板に格子整合する半導体としては、代表的な砒化
インジウム・ガリウム(InGaAs)および砒化イン
ジウム・アルミニウム(InAlAs)がある。これら
の半導体材料は以下の特徴をもっている。InGaAs
は電子移動度が大きく半導体装置の活性層の材料として
優れており、また、エネルギー禁制帯幅が小さい(0.
75eV)ことから金属電極とのオーミック接触に優れ
ている。InAlAsは、1.45eVとInGaAs
の約2倍の大きなエネルギー禁制帯幅をもっているので
InGaAs中のキャリアに対する有効なエネルギーポ
テンシャル障壁層として使われる。エネルギーポテンシ
ャル障壁層としては、InPも利用される。実際、製造
プロセスの観点からみると、たとえば各々の材料を独立
にエッチングする手法が確立しているという点など、I
nP/InGaAs系ヘテロ接合の方がInAlAs/
InGaAs系ヘテロ接合よりも扱いやすい面もある。
しかしながら、半導体装置によっては、ヘテロ接合FE
Tのように、より電子の閉じ込め効果の大きいInAl
Asが選ばれる場合がある。また結晶成長法として広く
使われている分子線エピタキシー法(MBE)は、有機
金属気相成長法(MOCVD)と比較して半導体材料の
諸特性を均一に成長できるという利点があるが、通常の
MBEでは燐系のソースが導入できないために広禁制帯
幅材料としてInPよりもInAlAsの方が選ばれる
ということもしばしばある。このようにInAlAs/
InGaAs系ヘテロ接合には、InP/InGaAs
系ヘテロ接合にはない利点が多くあり、同材料のプロセ
ス技術の発展が望まれている。
2. Description of the Related Art Electronic devices made of compound semiconductors are widely used as ultra-high speed / ultra high frequency devices and ultra low noise devices. Although gallium arsenide (GaAs) is most often used as a semiconductor material, an indium phosphide (InP) substrate that realizes higher performance devices as the required frequency region shifts from microwaves to millimeter waves is used. It is expected that the demand for semiconductor devices will continue to increase. The next generation I
Indium gallium arsenide (InGaAs) and indium aluminum arsenide (InAlAs) are typical semiconductors lattice-matched to the nP substrate. These semiconductor materials have the following features. InGaAs
Has a large electron mobility and is excellent as a material for an active layer of a semiconductor device, and has a small energy band gap (0.
Since it is 75 eV), it is excellent in ohmic contact with the metal electrode. InAlAs is 1.45 eV and InGaAs
Since it has a large energy forbidden band width about twice that of, it is used as an effective energy potential barrier layer for carriers in InGaAs. InP is also used as the energy potential barrier layer. Actually, from the viewpoint of the manufacturing process, for example, the method of independently etching each material is established.
nP / InGaAs-based heterojunction is better than InAlAs /
There are some aspects that are easier to handle than the InGaAs-based heterojunction.
However, depending on the semiconductor device, the heterojunction FE
InAl, which has a larger electron confinement effect like T
As may be selected. Further, the molecular beam epitaxy method (MBE), which is widely used as a crystal growth method, has an advantage that various characteristics of a semiconductor material can be uniformly grown as compared with the metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD), but Since MBE cannot introduce a phosphorus-based source, InAlAs is often selected as a wide bandgap material over InP. InAlAs /
InP / InGaAs is used for the InGaAs heterojunction.
Since there are many advantages that the system heterojunction does not have, the development of the process technology of the same material is desired.

【0003】以下に、図4および図5を用いて、InA
lAs/InGaAsヘテロ接合デバイスの製造方法の
従来例として、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(H
BT)を例にあげて説明する。図4(a)において、半
絶縁性InP基板ウエハ1の上に、MBEによりn+
InGaAs(シリコン不純物ドーピング濃度:1×1
19cm-3)からなる厚み5000オングストロームの
サブコレクタ層2、n- −InGaAs(シリコン不純
物ドーピング濃度:5×1016cm-3)からなる厚み5
000オングストロームのコレクタ層3、p+ −InG
aAs(ベリリウム不純物ドーピング濃度:4×1019
cm-3)からなる厚み500オングストロームのベース
層4、N−InAlAs(シリコン不純物ドーピング濃
度:5×1017cm-3)からなる厚み3000オングス
トロームのエミッタ層5、n+ −InGaAs(シリコ
ン不純物ドーピング濃度:1×1019cm-3)からなる
厚み2000オングストロームのエミッタコンタクト層
6を順次成長している。次に、ウエハ上に2000オン
グストロームのシリコン酸化膜を成膜した後、CF4
スを用いた反応性イオンエッチング(RIE)により、
エミッタメサを加工するためのエッチングマスク7を形
成する。
InA will be described below with reference to FIGS. 4 and 5.
As a conventional example of a method for manufacturing a 1As / InGaAs heterojunction device, a heterojunction bipolar transistor (H
BT) will be described as an example. In FIG. 4A, n + − is formed by MBE on the semi-insulating InP substrate wafer 1.
InGaAs (silicon impurity doping concentration: 1 × 1
0 19 cm -3) Thickness 5000 Å subcollector layer 2 made of, n - -InGaAs (silicon impurity doping concentration: Thickness consisting 5 × 10 16 cm -3) 5
000 Å collector layer 3, p + -InG
aAs (Beryllium impurity doping concentration: 4 × 10 19
cm -3 ), a base layer 4 having a thickness of 500 angstroms, an N-InAlAs (silicon impurity doping concentration: 5 × 10 17 cm -3 ) emitter layer 5 having a thickness of 3,000 angstroms, and n + -InGaAs (silicon impurity doping concentration). The emitter contact layer 6 having a thickness of 2000 angstroms, which is made of 1 × 10 19 cm −3 ), is sequentially grown. Next, after forming a 2000 angstrom silicon oxide film on the wafer, by reactive ion etching (RIE) using CF 4 gas,
An etching mask 7 for processing the emitter mesa is formed.

【0004】次に図4(b)において、燐酸,過酸化水
素,水の混合エッチング液により、エミッタキャップ層
6,エミッタ層5をエッチングし、ベース層4を露出す
る。このエッチング液はInAlAsとInGaAsを
ほぼ同じエッチング速度でエッチングするので、ベース
層4を侵さないよう最大限の注意が必要である。
Next, in FIG. 4B, the emitter cap layer 6 and the emitter layer 5 are etched with a mixed etching solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide and water to expose the base layer 4. Since this etching solution etches InAlAs and InGaAs at substantially the same etching rate, the utmost care must be taken not to attack the base layer 4.

【0005】次に、図4(c)において、フォトレジス
ト9でベース電極領域を規定し、チタン(Ti),白金
(Pt),金(Au)を各々500,500,1000
オングストローム順次蒸着し不要な金属膜をリフトオフ
する。
Next, in FIG. 4C, a photoresist 9 defines a base electrode region, and titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are added to 500, 500, and 1000, respectively.
Angstroms are sequentially deposited to lift off unnecessary metal films.

【0006】次に、図5(d)において、ウエハにフォ
トレジスト9を塗布し平坦化を行った後、CF4 と酸素
の混合ガスを用いたRIEによりエミッタの頭に蒸着さ
れたTiPtAu金属膜を露出させ、アルゴンイオンミ
リング12によりこれを除去する。
Next, in FIG. 5D, a photoresist 9 is applied to the wafer to planarize it, and then a TiPtAu metal film is deposited on the head of the emitter by RIE using a mixed gas of CF 4 and oxygen. Exposed and removed by argon ion milling 12.

【0007】次に図5(e)において、酸化膜7を除去
してエミッタコンタクト層6の上に再びTiPtAu金
属膜を蒸着し不要な金属膜をリフトオフする。最後に、
コレクタ電極10cを設けるためにサブコレクタ層2を
露出しリフトオフ法によりTiPtAu電極を蒸着すれ
ば、HBTは完成する。
Next, in FIG. 5E, the oxide film 7 is removed, a TiPtAu metal film is vapor-deposited again on the emitter contact layer 6, and unnecessary metal films are lifted off. Finally,
The HBT is completed by exposing the sub-collector layer 2 to form the collector electrode 10c and depositing a TiPtAu electrode by a lift-off method.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のHBTの製造方
法では、ベース電極10bがエミッタ電極10eに対し
て自己整合的に形成されているので、デバイス全体に寄
生抵抗,寄生容量を低減し高周波特性を改善するのに寄
与している。バイポーラトランジスタの高周波特性の指
標の一つである電流利得遮断周波数(fT )は次のよう
に表される。
In the above HBT manufacturing method, since the base electrode 10b is formed in a self-aligned manner with respect to the emitter electrode 10e, parasitic resistance and parasitic capacitance are reduced in the entire device, and high frequency characteristics are reduced. Contribute to improving. The current gain cutoff frequency (f T ) which is one of the indicators of the high frequency characteristics of the bipolar transistor is expressed as follows.

【0009】[0009]

【数1】 [Equation 1]

【0010】である。[0010]

【0011】fT を改善するためには、数1におけるR
EE,RC などの寄生抵抗を低減し、ベース層,コレクタ
層などの活性層を薄膜化してτB ,τC を低減する必要
がある。τC とCbcとはコレクタ層の厚みに関してトレ
ードオフ関係にあるので、コレクタ層の薄膜化には限界
がある。従って、ベース層を極力薄膜化しτB を低減す
る必要がある。しかしながら、従来のInAlAs/I
nGaAs HBTの製造方法では、ベース層の厚みが
薄くなるにしたがい、InGaAs/InAlAsヘテ
ロ接合界面でちょうどエッチングを停止することが困難
であることからくる支障が顕著になってくる。エッチン
グが不足すると、ベース層表面に残留するInAlAs
層がベース電極のコンタクト抵抗を増大させる。また、
エッチングがベース層に及ぶと外部ベース層が薄くなり
ベース抵抗が増大したり、極端な場合は残ったベース層
が完全に空乏化してしまう。
In order to improve f T , R in equation 1
EE, to reduce the parasitic resistance, such as R C, the base layer, B tau by thinning the active layer, such as the collector layer, it is necessary to reduce the tau C. Since τ C and C bc have a trade-off relationship with respect to the thickness of the collector layer, there is a limit to thinning the collector layer. Therefore, it is necessary to make the base layer as thin as possible to reduce τ B. However, conventional InAlAs / I
In the nGaAs HBT manufacturing method, as the thickness of the base layer becomes thinner, it becomes difficult to stop the etching just at the InGaAs / InAlAs heterojunction interface. InAlAs remaining on the surface of the base layer due to insufficient etching
The layer increases the contact resistance of the base electrode. Also,
When the etching reaches the base layer, the external base layer is thinned to increase the base resistance, or in the extreme case, the remaining base layer is completely depleted.

【0012】また、InAlAs/InGaAs HB
Tの消費電力を低減しようとした場合、HBTの動作コ
レクタ電流IC を小さくしなければならない。図5
(e)において示すように、小さな動作電流でも数1の
充電時間、re (Cbc+Cbe)を増大させないために
は、特にCbe、ひいてはベース・エミッタ接合領域の大
きさW2(図中11b)を極力小さくする必要がある。
従来の製造方法では、エミッタを微細化するために、エ
ッチングマスクを小さくすると、エミッタ電極10eが
エミッタコンタクト層6と接触する領域の大きさW1
(図中11a)はW2よりも小さくなり、エミッタ抵抗
EEが増大してかえってfT を劣化させる結果になる。
InAlAs / InGaAs HB
In order to reduce the power consumption of T, the operating collector current I C of the HBT must be reduced. Figure 5
As shown in (e), the charging time of 1 even with a small operating current, in order not to increase the r e (C bc + C be ) , especially C BE, hence the base-emitter junction area size W2 (in the figure It is necessary to make 11b) as small as possible.
In the conventional manufacturing method, when the etching mask is made small in order to miniaturize the emitter, the size W1 of the region where the emitter electrode 10e contacts the emitter contact layer 6 is reduced.
(11a in the figure) becomes smaller than W2, and the emitter resistance R EE increases, resulting in deterioration of f T.

【0013】本発明の目的は以上の問題点に鑑みて、I
nAlAs/InGaAsヘテロ接合を用いた半導体装
置のInAlAs層を非常に高い精度でエッチングしな
ければならない工程において、InAlAs層のエッチ
ングをInGaAs層で停止させることを可能にするこ
と、およびInAlAs/InGaAs HBTの高周
波性能を犠牲にすることなく、素子の微細化を図ること
にある。
In view of the above problems, the object of the present invention is to
It is possible to stop the etching of the InAlAs layer at the InGaAs layer in the process in which the InAlAs layer of the semiconductor device using the nAlAs / InGaAs heterojunction must be etched with extremely high accuracy, and the InAlAs / InGaAs HBT The purpose is to miniaturize the device without sacrificing high-frequency performance.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、インジウム燐
半導体基板上に、インジウム燐に各々格子整合した砒化
インジウム・ガリウムおよび砒化インジウム・アルミニ
ウムの各半導体層が積まれてなる、多層薄膜構造を有す
る半導体装置の製造方法において、臭化水素と燐酸とか
らなるエッチング混合液を用いて所定の砒化インジウム
・アルミニウム層を砒化インジウム・ガリウム層に対し
て選択的にエッチングする工程を含むことを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a multi-layered thin film structure in which semiconductor layers of indium gallium arsenide and indium arsenide aluminum which are lattice-matched to indium phosphide are stacked on an indium phosphide semiconductor substrate. The method for manufacturing a semiconductor device having the above-mentioned method further includes the step of selectively etching a predetermined indium arsenide / aluminum layer with respect to the indium arsenide / gallium layer using an etching liquid mixture of hydrogen bromide and phosphoric acid. To do.

【0015】また本発明は、(001)結晶方位を有す
るインジウム燐半導体基板上に、インジウム燐に各々格
子整合した砒化インジウム・ガリウムおよび砒化インジ
ウム・アルミニウムからなるコレクタ層,コレクタ層,
ベース層,エミッタ層,エミッタコンタクト層の主要な
層が順次積層され、特に前記エミッタコンタクト層およ
び前記エミッタ層が各々砒化インジウム・ガリウムと砒
化インジウム・アルミニウムとからなるヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタを製造する方法において、エミッタ
領域を規定する所定のエッチング保護膜の長手方向が
[110]方向であり、前記エッチング保護膜により少
なくとも前記エミッタコンタクト層をエッチングする工
程と、次いで臭化水素と燐酸とからなるエッチング混合
液を用いて、砒化インジウム・アルミニウムからなる前
記エミッタ層をエッチングする工程とを含むことを特徴
とする。
The present invention also provides a collector layer, a collector layer, and a collector layer made of indium gallium arsenide and indium arsenide aluminum which are lattice-matched to indium phosphide on an indium phosphide semiconductor substrate having a (001) crystal orientation.
In a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor in which main layers of a base layer, an emitter layer, and an emitter contact layer are sequentially stacked, and particularly, the emitter contact layer and the emitter layer are each made of indium gallium arsenide and indium aluminum arsenide. A longitudinal direction of a predetermined etching protection film that defines the emitter region is a [110] direction, at least the step of etching the emitter contact layer with the etching protection film, and then an etching mixture containing hydrogen bromide and phosphoric acid. Is used to etch the emitter layer made of indium aluminum arsenide.

【0016】[0016]

【作用】臭化水素と燐酸とからなるエッチング混合液
は、InAlAsのみエッチングしInGaAsを侵さ
ない材料選択性を有するエッチャントなので、エッチン
グすべきInAlAs層の下のInGaAs層が極めて
薄い場合でも、ヘテロ界面において制御性よくエッチン
グを停止できる。また、このエッチング混合液は、結晶
方位依存性も有するため、エッチングマスクの方向を選
択することにより、エッチング断面を順メサ形状,逆メ
サ形状に選ぶことが可能である。(001)InP基板
を用いた場合、エミッタの長手方向を[110]に選べ
ばエミッタメサは逆メサ形状になり、エミッタ電極接触
面積W2をベース・エミッタ接合面積W1よりも大きく
できる。その結果、HBTのfT を劣化させることなく
素子を微細化することができるようになる。
The etching mixture of hydrogen bromide and phosphoric acid is an etchant having a material selectivity that etches only InAlAs and does not attack InGaAs. Therefore, even if the InGaAs layer below the InAlAs layer to be etched is extremely thin, In, the etching can be stopped with good controllability. Further, since this etching mixed solution also has a crystal orientation dependency, it is possible to select a forward mesa shape or an inverted mesa shape for the etching cross section by selecting the direction of the etching mask. When a (001) InP substrate is used and the longitudinal direction of the emitter is set to [110], the emitter mesa has an inverted mesa shape, and the emitter electrode contact area W2 can be made larger than the base-emitter junction area W1. As a result, the device can be miniaturized without degrading f T of HBT.

【0017】[0017]

【実施例】図1および図2を用いて、本発明の実施例を
説明する。図1に示すHBTの断面図は全て(110)
結晶面である。図1(a)において、(001)の結晶
方位性をもつ半絶縁性InP基板ウエハ1の上に、MB
Eによりn+ −InGaAs(シリコン不純物ドーピン
グ濃度:1×1019cm-3)からなる厚み5000オン
グストロームのサブコレクタ層2、n- −InGaAs
(シリコン不純物ドーピング濃度:5×1016cm-3
からなる厚み5000オングストロームのコレクタ層
3、p+ −InGaAs(ベリリウム不純物ドーピング
濃度:4×1019cm-3)からなる厚み500オングス
トロームのベース層4、N−InAlAs(シリコン不
純物ドーピング濃度:5×1017cm-3)からなる厚み
3000オングストロームのエミッタ層5、n+ −In
GaAs(シリコン不純物ドーピング濃度:1×1019
cm-3)からなる厚み2000オングストロームのエミ
ッタコンタクト層6を順次成長している。次に、ウエハ
上に2000オングストロームのシリコン酸化膜を成膜
した後、CF4 ガスを用いた反応性イオンエッチング
(RIE)によりエミッタメサを加工するためのエッチ
ングマスク7を形成する。ここでエミッタの長手方向は
[110]方向に選んであり、以下、図において示すH
BTの断面図はエッチングストライプを横に割った断面
図を表す。
EXAMPLE An example of the present invention will be described with reference to FIGS. All HBT cross-sections shown in Figure 1 are (110)
It is a crystal plane. In FIG. 1A, MB is formed on the semi-insulating InP substrate wafer 1 having the (001) crystal orientation.
A sub-collector layer 2 made of n + -InGaAs (silicon impurity doping concentration: 1 × 10 19 cm -3 ) and having a thickness of 5000 Å, and n -InGaAs
(Silicon impurity doping concentration: 5 × 10 16 cm −3 )
A collector layer 3 of 5000 Å in thickness, a base layer 4 of p + -InGaAs (beryllium impurity doping concentration: 4 × 10 19 cm −3 ) and a thickness of 500 Å, and N-InAlAs (silicon impurity doping concentration: 5 × 10 5). 17 cm −3 ), 3000 Å thick emitter layer 5, n + -In
GaAs (silicon impurity doping concentration: 1 × 10 19
cm −3 ) and the emitter contact layer 6 having a thickness of 2000 angstroms is successively grown. Next, after forming a 2000 angstrom silicon oxide film on the wafer, an etching mask 7 for processing the emitter mesa is formed by reactive ion etching (RIE) using CF 4 gas. Here, the longitudinal direction of the emitter is selected to be the [110] direction.
The cross-sectional view of BT represents a cross-sectional view of the etching stripe divided horizontally.

【0018】次に図1(b)において、燐酸,過酸化水
素,水の混合エッチング液により、エミッタキャップ層
6,エミッタ層5をエッチングしベース層4を露出する
か、あるいは、エミッタ層5を完全に除去せず、厚みδ
(図中8で示す)だけ残しておいてもよい。この例で
は、ベース層4は500オングストロームと比較的薄い
層なので、ベース層出しエッチングにおけるオーバーエ
ッチングの許容量は極めて小さい。したがって、ここで
はエッチング停止点を過ぎてベース層4の一部厚みをエ
ッチングしてしまう危険を避けて、δを500オングス
トロームにとった。次に図1(c)において、臭化水素
酸(HBr)、燐酸(H3PO4 )を1:1の割合で混
合したエッチング液(以下、HBrエッチャントと略
す)を作製する。25℃の液温では、2700オングス
トローム/分のエッチング速度が得られるので、これを
用いてエミッタ層5の側面を1分間エッチングすると、
逆メサ形状のエミッタメサができると同時に、先に残し
た厚みδのエミッタ層5も完全にエッチングされベース
層4が露出する。HBrエッチャントはInGaAsを
全くエッチングしないので、ベース層4が薄くなること
はなく、また、エミッタコンタクト層6もエミッタ層5
に対して庇の形状として残り、いわばT形のエミッタが
形成される。エミッタコンタクト層6の上の酸化膜7は
バッファードフッ酸により除去される。次に図2(d)
において、フォトレジスト9でベース電極領域を規定
し、チタン(Ti),白金(Pt),金(Au)を各々
500,500,1000オングストロームの厚み構成
で順次蒸着し、不要な金属膜をリフトオフする。本実施
例においては、この工程で蒸着されたTiPtAu電極
10は、エミッタコンタクト層6とベース層4に同時に
形成される。このようなエミッタ層5は、エミッタコン
タクト層6の庇の下にあるので、エミッタ,ベース間が
電気的に短絡することがない。最後に、図2(e)にお
いて、コレクタ電極10cを設けるためにサブコレクタ
層2を露出し、リフトオフ法によりTiPtAu電極を
蒸着すれば、HBTは完成する。
Next, in FIG. 1B, the emitter cap layer 6 and the emitter layer 5 are etched by a mixed etching solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide and water to expose the base layer 4, or the emitter layer 5 is exposed. Not completely removed, thickness δ
You may leave only (indicated by 8 in the figure). In this example, since the base layer 4 is a relatively thin layer of 500 angstrom, the allowable amount of overetching in the etching for exposing the base layer is extremely small. Therefore, here, δ is set to 500 Å to avoid the risk of etching a part of the thickness of the base layer 4 beyond the etching stop point. Next, in FIG. 1C, an etching solution (hereinafter abbreviated as HBr etchant) is prepared by mixing hydrobromic acid (HBr) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) at a ratio of 1: 1. At a liquid temperature of 25 ° C., an etching rate of 2700 Å / min can be obtained. Therefore, when the side surface of the emitter layer 5 is etched for 1 minute using this,
At the same time that an inverted mesa-shaped emitter mesa is formed, the emitter layer 5 having the thickness δ that was left previously is also completely etched and the base layer 4 is exposed. Since the HBr etchant does not etch InGaAs at all, the base layer 4 does not become thin, and the emitter contact layer 6 and the emitter layer 5 do not become thin.
On the other hand, a T-shaped emitter is formed, which remains as an eaves shape. The oxide film 7 on the emitter contact layer 6 is removed by buffered hydrofluoric acid. Next, FIG. 2 (d)
In, a base electrode region is defined by a photoresist 9, titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially deposited in a thickness configuration of 500, 500, and 1000 angstroms, respectively, and an unnecessary metal film is lifted off. . In this embodiment, the TiPtAu electrode 10 deposited in this step is formed on the emitter contact layer 6 and the base layer 4 at the same time. Since the emitter layer 5 is under the eaves of the emitter contact layer 6, the emitter and the base are not electrically short-circuited. Finally, in FIG. 2E, the HBT is completed by exposing the subcollector layer 2 to provide the collector electrode 10c and depositing a TiPtAu electrode by a lift-off method.

【0019】図2(e)をみてわかるように、本実施例
のHBTにおいては、ベース・エミッタ接合領域の大き
さW2(図中11b)は、エミッタ電極10eがエミッ
タコンタクト層6と接触する領域の大きさW1(図中1
1a)よりも小さく、W1>W2の関係になっている。
これは、図4および図5に示した従来のInAlAs/
InGaAs HBTにおいて、W1<W2の関係にあ
ったのと対照的である。したがって、本発明のHBTの
製造方法では、HBrエッチャントがInGaAsをエ
ッチングしないという性質を利用して、エミッタ抵抗R
EEの増大を招くことなくベース・エミッタ接合領域の大
きさを微細化することが可能になる。また、ベース,エ
ミッタの両電極は、T形エミッタの形状を利用して、同
時に形成可能なので、製造工程が低減される。さらに、
ベース層出しエッチングの工程において、厳密にベース
層最上面を露出しなくても、HBr/H3 PO4 混合エ
ッチャントを用いてT形エミッタを形成する段階で、ベ
ース層4の露出は完了しエッチングは自動的に停止す
る。
As can be seen from FIG. 2E, in the HBT of this embodiment, the size W2 (11b in the figure) of the base-emitter junction region is the region where the emitter electrode 10e contacts the emitter contact layer 6. Size W1 (1 in the figure
It is smaller than 1a) and has a relationship of W1> W2.
This corresponds to the conventional InAlAs / shown in FIGS.
This is in contrast to the relationship of W1 <W2 in the InGaAs HBT. Therefore, the HBT manufacturing method of the present invention utilizes the property that the HBr etchant does not etch InGaAs, and the emitter resistance R
It is possible to reduce the size of the base-emitter junction region without increasing the EE . Further, both the base electrode and the emitter electrode can be simultaneously formed by utilizing the shape of the T-shaped emitter, so that the manufacturing process is reduced. further,
In the etching process for exposing the base layer, even if the uppermost surface of the base layer is not strictly exposed, the exposure of the base layer 4 is completed when the T-type emitter is formed by using the HBr / H 3 PO 4 mixed etchant. Will stop automatically.

【0020】図1および図2に示した実施例では、エミ
ッタメサ形成エッチング工程において、InAlAsか
らなるエミッタ層5を厚みδ=500オングストローム
だけ残したが、これはHBrエッチャントによるエッチ
ング量をなるべく減らし、T形エミッタの庇を不要に大
きくしないためである。しかしながらδ値は特にこの値
に限定されず、たとえば全エミッタ層の厚みを残しても
よい。
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the emitter layer 5 made of InAlAs was left with a thickness δ = 500 angstroms in the etching process for forming the emitter mesa, but this reduces the etching amount by the HBr etchant as much as possible. This is because the eaves of the shaped emitter are not unnecessarily enlarged. However, the δ value is not particularly limited to this value, and for example, the thickness of all emitter layers may be left.

【0021】上記の実施例では、3000オングストロ
ームと比較的厚いInAlAsエミッタ層を側面エッチ
ングによりInGaAsエミッタコンタクト層6の中に
入れてベース電極・エミッタ電極間の分離を図った。し
かしながら、例えば800オングストロームという薄い
InAlAsエミッタ層を採用してもよく、図3に示す
実施例では、ベース電極10bとエミッタ電極10eと
は窒化膜(SiNX )による側壁13により分離されて
いる。この構造の利点は、図1および図2に示した実施
例のように、残すべきInAlAsの厚みとしてδ=5
00オングストロームという微妙な値を制御する必要が
ない点である。すなわち、InGaAsエミッタコンタ
クト層6のエッチングを、例えばCH3 Brガスを用い
た反応性イオンエッチング(RIE)などを用いれば、
エッチングはInAlAsエミッタ層5で停止するの
で、残る薄いInAlAs層のみHBrエッチャントで
エッチングすればよい。
In the above embodiment, the InAlAs emitter layer having a relatively large thickness of 3000 angstrom is laterally etched into the InGaAs emitter contact layer 6 for the purpose of separating the base electrode and the emitter electrode. However, a thin InAlAs emitter layer having a thickness of, for example, 800 angstrom may be employed, and in the embodiment shown in FIG. 3, the base electrode 10b and the emitter electrode 10e are separated by the side wall 13 made of a nitride film (SiN x ). The advantage of this structure is that δ = 5 as the thickness of the InAlAs to be left as in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
The point is that it is not necessary to control the delicate value of 00 Å. That is, if the InGaAs emitter contact layer 6 is etched using, for example, reactive ion etching (RIE) using CH 3 Br gas,
Since the etching stops at the InAlAs emitter layer 5, only the remaining thin InAlAs layer may be etched with the HBr etchant.

【0022】上記の実施例において、HBrエッチャン
トは臭化水素酸(HBr),燐酸(H3 PO4 )を1:
1の割合で混合したエッチング液であったが、本発明が
適用されるエッチャントの混合比は1:1の比率に限ら
ない。InAlAsとInGaAsとのエッチング選択
性は混合比によらず、InAlAsのエッチング速度の
み変化するので、半導体装置の構造によって最適な混合
比を採用すればよい。本発明の実施例としては、InA
lAs/InGaAs HBTを取り上げたが、本発明
の対象となる半導体装置はヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタに限らず、InAlAs/InGaAsヘテロ接
合を用いた、ホットエレクトロン・トランジスタ,ヘテ
ロ接合電界効果トランジスタ,ヘテロ接合金属絶縁膜ゲ
ート・トランジスタなども対象となる。
In the above embodiment, the HBr etchant is hydrobromic acid (HBr), phosphoric acid (H 3 PO 4 ) 1:
The etching liquid was mixed at a ratio of 1, but the mixing ratio of the etchant to which the present invention is applied is not limited to the ratio of 1: 1. Since the etching selectivity of InAlAs and InGaAs does not depend on the mixing ratio but only the etching rate of InAlAs changes, the optimum mixing ratio may be adopted depending on the structure of the semiconductor device. As an example of the present invention, InA
Although the lAs / InGaAs HBT is taken up, the semiconductor device which is the subject of the present invention is not limited to the heterojunction bipolar transistor, and a hot electron transistor, a heterojunction field effect transistor, a heterojunction metal insulation using an InAlAs / InGaAs heterojunction is used. Membrane gates and transistors are also covered.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明による半導体装置の製造方法を用
いると、InAlAs層を非常に高い精度でエッチング
しなければならない工程において、HBr/H3 PO4
混合エッチャントを用いることにより、エッチングをI
nGaAs層で自動的に停止させることが可能になる。
たとえば、InAlAs/InGaAs HBTに応用
した場合は、極薄膜ベース層でも容易にベース層を露出
することが可能になる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, HBr / H 3 PO 4 is used in the step where the InAlAs layer must be etched with extremely high accuracy.
By using a mixed etchant, the etching
It is possible to automatically stop at the nGaAs layer.
For example, when applied to InAlAs / InGaAs HBT, the base layer can be easily exposed even with an ultrathin base layer.

【0024】また、エッチャントの結晶方位依存性とI
nAlAsとInGaAsとの間のエッチング選択性と
を利用して、T形形状エミッタを有するInAlAs/
InGaAs HBTが形成される結果、素子の高周波
特性を犠牲にすることなくエミッタ接合領域の大きさを
微細化することが可能になる。
The crystal orientation dependence of the etchant and I
Taking advantage of the etching selectivity between nAlAs and InGaAs, InAlAs / with a T-shaped emitter
As a result of forming the InGaAs HBT, it becomes possible to miniaturize the size of the emitter junction region without sacrificing the high frequency characteristics of the device.

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

【図1】本発明によるHBTの製造工程を示した説明図
である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing process of an HBT according to the present invention.

【図2】本発明によるHBTの製造工程を示した説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a manufacturing process of an HBT according to the present invention.

【図3】本発明の製造方法により製造したHBTを示し
た説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view showing an HBT manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【図4】従来のHBTの製造工程を示した説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory view showing a manufacturing process of a conventional HBT.

【図5】従来のHBTの製造工程を示した説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view showing a manufacturing process of a conventional HBT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 サブコレクタ層 3 コレクタ層 4 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタキャップ層 7 絶縁膜 8 HBrエッチャントでエッチングされるべきInA
lAs層の薄膜 9 フォトレジスト 10,10b,10c,10e 電極金属 11a エミッタ電極とエミッタコンタクト層の接触領
域の大きさ 11b エミッタ・ベース間の接合領域の大きさ 12 アルゴンイオン 13 絶縁膜側壁
1 semiconductor substrate 2 sub-collector layer 3 collector layer 4 base layer 5 emitter layer 6 emitter cap layer 7 insulating film 8 InBr to be etched with HBr etchant
Thin film of lAs layer 9 Photoresist 10, 10b, 10c, 10e Electrode metal 11a Size of contact region between emitter electrode and emitter contact layer 11b Size of junction region between emitter and base 12 Argon ion 13 Side wall of insulating film

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】インジウム燐半導体基板上に、インジウム
燐に各々格子整合した砒化インジウム・ガリウムおよび
砒化インジウム・アルミニウムの各半導体層が積まれて
なる、多層薄膜構造を有する半導体装置の製造方法にお
いて、 臭化水素と燐酸とからなるエッチング混合液を用いて所
定の砒化インジウム・アルミニウム層を砒化インジウム
・ガリウム層に対して選択的にエッチングする工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a multi-layered thin film structure, comprising a semiconductor layer of indium gallium arsenide and indium arsenide aluminum, each of which is lattice-matched with indium phosphide, stacked on an indium phosphide semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of selectively etching a predetermined indium arsenide / aluminum layer with respect to an indium arsenide / gallium layer using an etching liquid mixture of hydrogen bromide and phosphoric acid.
【請求項2】(001)結晶方位を有するインジウム燐
半導体基板上に、インジウム燐に各々格子整合した砒化
インジウム・ガリウムおよび砒化インジウム・アルミニ
ウムからなるコレクタ層,コレクタ層,ベース層,エミ
ッタ層,エミッタコンタクト層の主要な層が順次積層さ
れ、特に前記エミッタコンタクト層および前記エミッタ
層が各々砒化インジウム・ガリウムと砒化インジウム・
アルミニウムとからなるヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを製造する方法において、 エミッタ領域を規定する所定のエッチング保護膜の長手
方向が[110]方向であり、前記エッチング保護膜に
より少なくとも前記エミッタコンタクト層をエッチング
する工程と、次いで臭化水素と燐酸とからなるエッチン
グ混合液を用いて、砒化インジウム・アルミニウムから
なる前記エミッタ層をエッチングする工程とを含むこと
を特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ製造方
法。
2. A collector layer, a collector layer, a base layer, an emitter layer, and an emitter which are made of indium gallium arsenide and indium aluminum arsenide lattice-matched to indium phosphide on an indium phosphide semiconductor substrate having a (001) crystal orientation. The main layers of the contact layer are sequentially laminated, and in particular, the emitter contact layer and the emitter layer are formed of indium gallium arsenide and indium arsenide.
A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor made of aluminum, wherein a longitudinal direction of a predetermined etching protection film defining an emitter region is a [110] direction, and at least the emitter contact layer is etched by the etching protection film; And then etching the emitter layer made of indium arsenide aluminum using an etching mixture of hydrogen bromide and phosphoric acid.
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