JPH07120663B2 - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超高速・超高周波トランジスタとして有望なヘ
テロ接合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。

従来の技術 近年、バイポーラトランジスタのエミッタとしてベース
よりもバンドギャップの大きい半導体材料を用いたヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタは超高速・超高周波トラ
ンジスタの有力候補の一つとして研究がさかんに行われ
るにいたっている。

以下図面を参照しながら、従来のヘ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ついて説明する。

第７図、第８図は、従来のコレクタを上側に設けた反転
型のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造例を示
す。第７図はトランジスタの断面図、第８図はトランジ
スタの上面図である。第９図は、第７図、第８図に示し
たヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を示
す。第７図、第８図と第９図において、１は基板、２は
エミッタのオーミック電極の形成を容易にしかつ基板の
欠陥の影響を緩和するためのエミッタと同タイプの下地
層、３はエミッタまたはエミッタを形成するための層、
４はベースまたはベースを形成するための層、５はコレ
クタまたはコレクタを形成するための層、６はコレクタ
のオーミックコンタクト電極の形成を容易にするための
高濃度ドープ層、７−１はコレクタ電極金属、７−２は
コレクタ電極配線金属、８−１はベース電極金属、８−
２はベース電極配線金属、９−１はエミッタ電極金属、
９−２はエミッタ電極配線金属、10は絶縁膜である。

以上のように構成されたヘテロ接合バイポーラトランジ
スタについてその動作について説明する。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタの高速動作の指標で
あるf_Tおよびf_mは次のように表わされる。

ここに、τ_E（エミッタ空乏層走向時間）＝γ_E（C_BC＋C
_EB＋C_PB）、τ_B（ベース走向時間）＝W_B ²／nD_B、τ
_C（コレクタ空乏層走向時間）＝W_C／2V_S、τ_CC（コレク
タ空乏層充電時間）＝（R_EE＋R_C）（C_BC＋C_PC）、R_Bは
ベース抵抗、C_CBはベース・コレクタ間容量、C_EBはベー
ス・エミッタ間容量、C_PBはベース層浮遊容量、C_PCはコ
レクタ層浮遊容量、W_Bはベース層の厚さ、D_Bはベース層
拡散係数、W_Cはコレクタ空乏層の厚さ、V_Sはコレクタ走
向速度、R_EEはエミッタコンタクト抵抗、R_Cはコレクタ
抵抗、γ_Eはエミッタの動抵抗である。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタではエミッタとして
ベースよりもバンドギャップの大きい半導体材料を用い
ることによりベースからエミッタへの正孔のリーク（np
n型の場合）がおさえられるので、通常のバイポーラト
ランジスタと反対にベースを高ドープ、エミッタとコレ
クタを低ドープにすることができる。このことによりト
ランジスタの高速・高周波化にとって重要なベース抵抗
R_Bの低減をはかることができるのでf_mが大きくなる。さ
らに、一般にバイポーラトランジスタにおいてはC_EB、C
_CBは接合容量のドーピングによる因子C_EB（n,h）、C_CB
（n,h）と接合面積A_EB、A_CBとの積で表わされる。ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタでは、エミッタとコレク
タが低ドープ、ベースが高ドープとなっているため、C
_EB（n,h）、C_CB（n,h）はエミッタ、コレクタのドーピ
ングにのみ依存しC_EB、C_CBは次のようになる。

ここで、n_E，n_Cはそれぞれエミッタのキャリア濃度、コ
レクタのキャリア濃度であり、因子C_EB（n,h）はエミッ
タ・ベース間の単位面積あたりの容量、C_CB（n,h）はコ
レクタ・ベース間の単位面積あたりの容量であり、因子
C_EB（n,h）はエミッタ、ベースのキャリア濃度に依存
し、また因子C_CB（n,h）はベース、コレクタのキャリア
濃度に依存する。従ってヘテロ接合バイポーラトランジ
スタでは通常のバイポーラトランジスタに比べてC_EB、C
_CBが小さくなるのでτ_E、τ_CCが小さくなりf_Tの増大が
可能となる。また、C_EBが小さくなるので前記したR_Bが
小さいことと合わせてf_mを大きくすることが可能とな
る。

次にそれらのヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
方法について説明する。第７図のタイプのヘテロ接合バ
イポーラトランジスタでは、まずヘテロ接合バイポーラ
トランジスタの作製のもとになる第９図（ａ）に示した
エピタキシー形成した多層構造材料からフォトリソグラ
フィとエッチングにより、高ドープ層６とコレクタ層５
をエッチングしてコレクタ・メサを形成し、ついでベー
ス・メサを形成し、エミッタ電極形成のために高ドープ
層２を露出せしめ、第９図（ｂ）の構造を形成する。つ
いで、Sioxなどの絶縁膜10で全面を覆い、フォトリソグ
ラフィを用いて絶縁膜10に穴をあけコレクタ電極金属７
−１、エミッタ電極金属９−１およびベース電極金属８
−１を第９図（ｃ）のように形成する。さらにこの上
に、第９図（ｄ）に示すように配線金属７−２、８−
２、９−２を形成し第８図のように金属配線が形成され
る。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、第７図、第８図および第９図のような構
造と製造方法では、トランジスタのサイズが小さくなれ
ばなるほどコレクタの上に電極および金属配線を施すの
が難しいというプロセス上の難点があり、コレクタの横
巾の非常に小さいトランジスタでは、実際上電極および
金属配線を施すのが不可能に近かった。

本発明は上記問題点に鑑み、第７図、第８図、７−１の
コレクタ電極金属がコレクタの上部の全面を覆いかつ当
該ヘテロ接合バイポーラトランジスタに隣接して存在す
る半絶縁性領域に伸張して存在する構造を有する新しい
構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を
提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタでは、当該ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ形成のもとになるエピタキシー形成した多層
構造材料において、当該ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタに対応する部分の周辺部を表面から半絶縁性化する
工程と、当該コレクタから当該ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタに隣接する当該半絶縁性領域にひろがったコ
レクタ電極金属層を形成する工程と、当該コレクタ電極
金属層をマスクとして当該マスクの周辺部の当該多層構
造材料をエッチングしてベース材料層を露出せしめる工
程と、を用いることにより、コレクタ電極がコレクタの
上部の全面を覆いかつ当該ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタに隣接して存在する半絶縁性領域に伸張した構造
を有する新しい構造のヘテロ接合バイポーラトランジス
タを実現する。

作用 本発明の製造方法では非常に小さなサイズのコレクタで
もコレクタ電極が確実に形成され、かつその金属がヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタと隣接して存在する半絶
縁性領域に伸張して存在しているので金属配線の形成が
極めて容易となる。このため、従来、微小サイズのコレ
クタの上に電極を形成し、かつ金属配線を施するのが極
めて難しかったプロセスの問題点が解決できる。

実施例 以下、本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタおよ
びその製造方法の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図、第２図は本発明の製造方法を用いて
形成されるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構造例
であり、第１図は断面図、第２図は上面図である。従来
例を示す第７図、第８図とはコレクタ電極金属７−１が
コレクタの上部の全面を覆いかつヘテロ接合バイポーラ
トランジスタと隣接して存在する半絶縁性領域に伸張し
て存在し、金属配線が当該半絶縁性領域の上にのみ存在
している点が異なっている。第３図から第６図は本発明
のコレクタ電極およびコレクタ電極配線の製造方法を示
す。第３図は製造工程での断面図を示し、第４図は第３
図（ｂ）の上面図、第５図は第３図（ｃ）の上面図、第
６図は第３図（ｅ）の上面図を示す。まず、ヘテロ接合
バイポーラトランジスタの作製のもとになるエピタキシ
ー形成した、第３図（ａ）に示した多層構造材料におい
て、第３図（ｂ）に示すようにヘテロ接合バイポーラト
ランジスタを形成する部分11を第４図のようにマスク
し、周辺部12にイオン注入し半絶縁性領域を形成する。
ついで、マスク11を除去し、第３図（ａ）の多層構造材
料の上に、コレクタに対応する部分にコレクタ電極金属
層を第３図（ｃ）、第５図のように形成する。このコレ
クタ電極金属層をマスクとしてマスクの周辺部の多層構
造材料をエッチングしてベース形成材料層４を第３図
（ｄ）のように露出せしめ、ついで第３図（ｅ）のよう
にエッチングにより、エミッタ電極形成のための高ドー
プ層２を露出せしめる。ついで、第３図（ｆ）のよう
に、エミッタ電極９−１とベース電極８−１を形成し、
さらに、電極配線金属層を形成し第２図に示したトラン
ジスタの上面図の構造を形成する。

実施例では、トランジスタの構造例として、ベース電極
がコレクタの両サイドに形成された構造を用いている
が、ベース電極の片側にあるタイプでももちろん良い。

また、実施例では、エミッタ電極も上方にとった構造を
もちいているが、エミッタ電極は基板１がエミッタと同
タイプの高ドープの材料の場合には基板の下側からもと
ることができるのは勿論のことである。また、トランジ
スタ周辺部の絶縁化のプロセス（第３図（ｂ））の段階
で、ベースとエミッタ電極の間についても、下地の高ド
ープ層２が絶縁化されない程度に絶縁化すれば、エミッ
タ・ベースおよびコレクタ電極がほぼ同一平面に形成さ
れるプレー＋型のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
作製も可能である。

発明の効果 以上のように、本発明では、エミッタとコレクタのうち
少くともエミッタとしてベースよりもバンドギャップの
大きい半導体材料を用い、コレクタを上方に設けたヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタを、ヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ形成のもとになるエピタキシー形成した
多層構造材料から形成するプロセスにおいて、まず、当
該ヘテロ接合バイポーラトランジスタを形成する部分の
周辺部を半絶縁性化し、当該コレクタに対応する部分か
ら当該半絶縁性領域に伸張したコレクタ電極金属層を形
成し、当該コレクタ電極金属層をマスクとして当該マス
クの周辺部の当該多層構造材料層をエッチングして当該
ベース材料層を露出せしめることを特徴とする製造方法
を用いることにより、コレクタの上部の全面をコレクタ
電極金属が覆いかつ当該ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタの周辺部の半絶縁性領域に伸張して存在する構造を
有することを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを作製する。

本発明の製造方法ではコレクタ電極金属がコレクタの上
部の全面に確実に容易に形成され、かつヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタに隣接した周辺部の半絶縁性領域に
伸張した構造を有するので、従来極めて難しかった微小
サイズのコレクタへの電極および配線形成のプロセスが
著しく容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの
断面図、第２図は本発明のヘテロ接合パイポーラトラン
ジスタの上面図、第３図（ａ）〜（ｆ）は、本発明のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を示す工程
図、第４図は第３図（ｂ）の上面図、第５図は第３図
（ｃ）の上面図、第６図は第３図（ｅ）の上面図、第７
図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの断面
図、第８図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
の上面図、第９図（ａ）〜（ｄ）はその製造方法を示す
工程図である。 １……基板、２……高ドープ下地層、３……エミッタも
しくはエミッタ形成の半導体材料層、４……ベースもし
くはベース形成の半導体材料層、５……コレクタもしく
はコレクタ形成の半導体材料層、６……コレクタのオー
ミック電極を容易にするための高ドープの半導体材料
層、７−１……コレクタ電極金属、７−２……コレクタ
電極配線金属、８−１……ベース電極金属、８−２……
ベース電極配線金属、９−１……エミッタ電極金属、９
−２……エミッタ電極配線金属、10……絶縁膜、11……
トランジスタ形成部およびその周辺の絶縁化用マスク、
12……トランジスタ周辺の絶縁化領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バイポーラトランジスタのエミッタとコレ
   クタのうち少くともエミッタとしてベースよりもバンド
   ギャップの大きい半導体材料を用い、前記コレクタを上
   側に設けた前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを、
   前記エミッタ形成のためのバンドギャップの大きい半導
   体材料層、前記ベース形成のための半導体材料層および
   前記コレクタ形成のための半導体材料層を少くとも含む
   エピタキシー形成した多層構造材料から形成する製造プ
   ロセスにおいて、前記多層構造材料の前記ヘテロ接合バ
   イポーラトランジスタを形成する部分の周辺部を半絶縁
   性化する工程と、前記多層構造材料の上に前記コレクタ
   から前記ヘテロ接合バイポーラトランジスタに隣接する
   前記半絶縁性領域にひろがったコレクタ電極金属層を形
   成する工程と、前記コレクタ電極金属層をマスクとして
   前記マスクの周辺部の前記多層構造材料をエッチングし
   て前記ベース材料層を露出する工程と、を用いることを
   特徴とする、前記コレクタの電極金属が前記コレクタの
   上部の全面を覆い、かつ、前記ヘテロ接合バイポーラト
   ランジスタと隣接して存在する前記半絶縁性領域に伸張
   して存在するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造
   方法。