JPS62264665A - ヘテロ接合バイポ−ラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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正常
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、ｌは基板、２はコレ
クタのオーミ７り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コレクタと同タイプの下地層、
３はコレクタまたはコレク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はエミッタ
またはエミッタを形成するための層、６はエミッタのオ
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はエミッタ電極金属、７−２はエミ
ッタ電極配線金属、８−１はベース電極金属、８−２は
ベース電極配線金属、９−１はコレクタ電極金属、９−
２はコレクタ電極配線金属、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ｆＴおよびｆ、、ｌは次のように表わされる。

ｒ７士τ、＋τ３　＋τ。＋τｃｃ ｆａ　＝Ｊ″″Ｖｖ／Ｊ　　’！’ＣＩｌ　　Ｃｍｃこ
こに、τ８　（エミッタ空乏層走向時間）＝７Ｅ（Ｃｍ
ｃ”　Ｃｚ＊＋　ＣＰＩ）　、τＢ　（ベース走同時間
）＝Ｗ、”／ｎ１）Ｂ、τＣ（コレクタ空乏層走向時間
）＝　Ｗ　ｃ　／　２　Ｖ　ｓ　、τｃｃ　（コレクタ
空乏層充電時間）＝　（ＲＥＥ＋ＲＣ）（ＣＩＣ＋ＣＰ
Ｃ）　、Ｒｍはベース抵抗、ＣＣＩＩはベース・コレク
タ間容量、ＣＥＩはベース・エミッタ間容量、Ｃ□はベ
ース層浮遊容量、ＣＰＣはコレクタ層浮遊容量、Ｗ８は
ベース層の厚さ、Ｄ、はベース層拡散係数、Ｗｃはコレ
クタ空乏層の厚さ、■３はコレクタ走向速度、ＲＥＥは
エミッタコンタクト抵抗、Ｒｃはコレクタ抵抗である。

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（ｐ
ｎｐ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・高周波化にとうて重要なベース抵
抗Ｒ１１の低減をはかることができるのでｆｌＩ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ＣＥ！ｌ、Ｃｃｌは接合容量のドービン２゛による
因子ＣＥＩ　（ｎ＋　　ｈ）　、Ｃｔｓ　（ｎ＋　　ｈ
）と接合面積Ａ　Ｅ　ｌ、ＡＣＢ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
、Ｃｔｓ　（ｎ＋　　ｈ）　、Ｃｃ＋＋　（ｎ＋　　ｈ
）はエミッタ、コレクタのドーピングにのみ依存しＣＥ
ＩＳＣｃ！ｌは次のようになる。

ＣＥＩ”Ｊ　ｎｇ　　・ＡＩ、ＣｃＨｏｃＪ　ｎ（・Ａ
ＣＩ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□、ＣＣＩＩが
小さくなるのでτＥ、τｃｃが小さくなりｆＴの増大が
可能となる。また、Ｃ０が小さくなるので前記したＲ３
が小さいことと合わせてｆ、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（ａｌ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
フィとエツチングにより、高ドープ層６とエミツタ層５
をエツチングしてエミッタ・メサを形成し、ついでベー
ス・メサを形成し、コレクタ電極形成のために高ドープ
層２を露出せしめ、第９図山）の構造を形成する。

ついで、Ｓ　ｉｏｘ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に穴をあけエミッ
タ電極金属７−１、コレクタ電極金属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
ばなるほどエミッ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、エミッタの横
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。トランジスタの
サイズが小さくなると電極面積の占める割合が小さくな
りエミッタと電極との接触抵抗Ｒ０が大きくなるためｆ
丁を大きくするための障害となるという問題点があった
。

本発明は上記問題点に鑑み、第７図、第８図７−１のエ
ミッタ電極金属がエミッ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、当該エミッ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エ
ミッタ電極金属層を形成する工程と、当該エミッタ電極
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
造材料をエツ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、エミッタ電極がエミッタの
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 本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、エミ
ッタ電極がエミッタの上部の全面を覆うためエミッタ電
極の接触抵抗を従来に比べて著しく小さくできる。この
ため、従来の製造方法で製造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のサイズが小さくなるとエ
ミッタ電極面積をエミッタよりも相当小さくしなければ
ならないので接触抵抗が著しく増大しトランジスタの高
速化が妨げられるという問題点を解決できる。

さらに本発明の製造方法では非常に小さなサイズのエミ
ッタでもエミッ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
のエミッ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図とはエミッタ電極金！’７−１がエミッタ
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図は本発明のエミッ
タ電極およびエミッタ電橋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図山）の
上面図、第５図は第３図（Ｃ１の上面図、第６図は第３
図（ｉｌｌ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１８）に示した多層構造材料において、第３
図（ｂｌ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、エミッタに対応する部分にエミッタ電極金属層を
第３図（Ｃ１、第５図のように形成する。このエミッタ
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
料をエツ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（１３）のようにエ
ツチングにより、コレク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、コ
レクタ電極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
がエミッ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、コレクタ電極も上方にとった構造をも
ちいているが、コレクタ電極は基板１がコレクタと同タ
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
、ベースとコレクタ電極の間についても、下地の高ドー
プＮ２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
るプレー十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
少くともエミツ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、エミッ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、当該エミッタに対応する部分か
ら当該半絶縁性領域に伸張したエミッタ電極金属層を形
成し、当該エミッ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ツチングして当該
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、エミッタの上部の全面をエミッタ
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エミッタ電極金属がエミッタの上
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
サイズのエミッ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。また、本発明の製造方法によって製
造される本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタで
は、エミッタ電極がエミッタの上側全面に形成されてい
ることからエミッタ電極の接触抵抗が従来に比べて著し
く小さくなり、トランジスタの高速化にとって極めて有
効となる。この効果は、微小サイズのヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタの作製の場合にとくに大きくなる。

【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図中）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造方法を示す工程図であ
る。 １・・・・・・基板、２・・・・・・高ドープ下地層、
３・・・・・・コレクタもしくはコレクタ形成の半導体
材料層、４・・・・・・ベースもしくはベース形成の半
導体材料層、５・・・・・・エミッタもしくはエミッタ
形成の半導体材料層、６・・・・・・エミッタのオーミ
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・・・・・・エミッタ電極金属、７−２・・・・
・・エミッタ電極配線金属、８−１・・・・・・ベース
電極金属、８−２・・・・・・ベース電極配線金属、９
−１・・・・・・コレクタ電極金属、９−２・・・・・
・コレクタ電極配線金属、１０・・・・・・絶縁膜、１
１・・・・・・トランジスタ形成部およびその周辺の絶
縁他用マスク、１２・・・・・・トランジスタ周辺の絶
縁化領域。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第３図 第４図 第５図 ’／２ 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、前記エミッ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エミッタから前記ヘテ
   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
   領域にひろがったエミッタ電極金属層を形成する工程と
   、前記エミッ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、
   前記エミッタの電極金属が前記エミッタの上部の全面を
   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。