JPS63188969A - 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 本発明は高周波特性に優れた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 従来のバイポーラトランジスタの代表的構造は、ｎ型シ
リコン基板の上に、エピタキシャル成長によって設けら
れたｎ＋コレククと、そこに拡散によって設けられたｐ
型ベース、更にその上に拡散または合金によって設けら
れたｎ型エミッタからなる。

これはｎｐｎ　）ランジスタであるが、ｐｎｐトランジ
スタでも同様に構成することができる。

この例は同一の半導体材料すなわちシリコンを用いて、
エミッタ、ベース、コレクタを形成している。

ところで高周波特性に関係するトランジスタの動作速度
は、エミックーベースおよびベース−コレクタ接合容量
の充放電の時定数と電子のエミッターコレクタ間走行時
間に依存する。

バイポーラトランジスタの最大遮断周波数Ｆ　ｍａｙは Ｆｍａｘ　　＝Ｊ　Ｆ　ｔ／　（８πＲｂｃｃ）　　−
−−−−１１）ＦＬ；電流遮断周波数 Ｒｂ；ベース抵抗 Ｃｃ；コレクタ容量 で表される。

したがって、コレクタ容量とベース抵抗が小さいほど高
周波特性は向上する。

また電流遮断周波数Ｆｔは、電子のエミッターコレクタ
間走行時間τと関係し以下のように表される。

Ｆｔ＝１／２πτ　　　　　　　　　−・−−−−一−
・−（２）ｒ　＝　ｒ　ｅ　＋ｒ　ｂ　＋　ｒ　ｃ　十
ｒ　ｃ　ｃ　　−−−−−−−−（３１τｅ　（エミッ
タ空乏層走行時間） ＝Ｒｂ　（Ｃｃ＋Ｃｅ＋Ｃｐ） τｂ（ベース走行時間） τＣ（コレクタ走行時間） τｃｃ（コレクタ空乏層充電時間） ＝　（Ｒｅ＋Ｒｃ）　　・　（Ｃｃ＋Ｃｐ）但し　Ｃｅ
；エミッタ容量 Ｃｐ；寄生容量 Ｒｅ；エミッタ抵抗 ＲＣ；コレクタ抵抗 で表される。

したがって、ベース走行時間は当然のことながらベース
長が短いほど早くなり、したがってやはりベース走行時
間が短いほど高周波特性が改善される。

従来例のこのような単純な製法にもとづく単純な構造で
、接合容量が小さくかつ良好なオーミッタコンタクトを
とりながら、ベース長の短いトランジスタを得ることは
困難であり、したがって高周波特性の優れたものは得ら
れなかった。

ところで、エミッタをベースよりも禁制帯エネルギー幅
の大きい半導体を用いて形成（ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタ）すると、ベース抵抗を低くすることができ
、高周波特性の優れたトランジスタの得られることが知
られている。

（例えば、米国特許；　２．５６９．３４７号公報、米
国特許；　　３，４１３，５３３号公報、米国特許；　
３，７８０，３５９号公報） これは材料を適当に選ぶことにより、エミッターベース
接合部のバンド構造を、電子に対してはあまり障壁にな
らず、ホールに対して大きな障壁となるように構成でき
ることによる。そのため、ベースのキャリア濃度（ホー
ル濃度）を非常に高くすることができる。したがって、
ベース抵抗を極端に小さくすることができ、その結果と
して最大遮断周波数Ｆ　ｍａｘの非常に大きな値が得ら
れるものである。その代表的な例は、エミッタにＡｔｘ
Ｇａｌ−ｘＡｓ　　（０＜ｘ＜１）を、ベースとコレク
タにＧａＡＳを用いたものである。

しかし単にベース抵抗を下げただけでは、まだ接合容量
が大きく、またベース長を短くしようとすると電極の取
出しがうまくできない、外部ベース抵抗が大きくなるな
どの理由から、それほど高周波特性の優れたものは得ら
れていない。

特公昭５５−３８２９号公報には、このベース電極の取
出しを改良した従来例が記載されている。

まずＧａＡｓ基板上に、液相エピタキシャル法によりｎ
型コレクタ層、ｐ型ベース層、ｎ型エミッタ層を形成す
る。次にメサエッチングによりこのコレクタ層の一部を
露出させ、その部分に再び液相エピタキシャルによって
ベース電極取出しのためのｐ型Ａ１　ｘＧａ　１−ｘＡ
ｓ層を形成し、該コレクタ層にコレクタ電極、該ｐ型Ａ
ｌｘＧａｌ−ｘＡｓ層にベース電極、該エミッタ層にエ
ミッタ電極を形成したものである。

しかしこのような方法では、後から形成したｎ型Ａｌｘ
Ｇａ１−ｘ、Ａｓベース電極取出し層とエミッタの間に
寄生の接合容量が発生するため、エミッターベース間の
接合容量が大きくなったと同じ悪影響が有り高周波特性
の面から考えて好ましくない。また液相エピタキシャル
法で成長させる場合は、通常８５０℃程度にまで温度を
上げる必要があり、そのためへテロ接合界面で拡散など
の問題が生じこれも好ましくない。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、ベース長が短くかつ抵抗が
低く、接合容量の小さい素子を得ることが困難であり、
高周波特性の充分価れたものが得られない。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、ベース電極の
取出しの容易さを保ったまま、極めてベース長が短くか
つベース抵抗が低く、更に接合容量が小さい構造を提供
することを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、あらかじめエミッ
タ、ベース及びコレクタ層を、基板側からこの順に形成
しておき、その上に絶縁膜を形成した後、通常のホトリ
ソグラフィーを用いて、コレクタに相当する部分のみ残
して、該絶縁膜をエツチングし、更にコレクタ層をドラ
イエツチングによりエツチングしてベース層を露出させ
た後、その上に化学気相成長（ＣＶ　Ｄ）法によって、
エツチングにより生じた段差部を被うようにして、絶縁
膜を形成し、更にドライエ・ノチングによって、前記絶
縁膜の上から見て最も薄い部分である前記露出ベース層
上部の前記絶縁膜のみをエツチング除去した後、前記絶
縁膜をマスクとしてエピタキシャル成長技術を用いて、
前記露出ベース層上部にベースと同一導電型の半導体層
を前記コレクタとの間に空間を保ったまま成長させるこ
とによって、ベース電極の取出しの容易さを保ったまま
、ベース長の極めて短くかつ低く、更に接合容量の小さ
い構造を提供するものである。

作用 本発明は上記した構造により、ベース長が極めて短くか
つ低く、更に接合容量が小さいので高周波特性が改善さ
れる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を用いて説明する
。

第１図は本発明の構造の一実施例を示したものである。

第１図において、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はｎ＋
型ＧａＡｓエミッタ１層（電極取出し層）、３はｎ型Ａ
ｌｘＧａ１−ｘＡｓ　（Ｘ−０，３）エミッタ２層、４
はｐ型ＧａＡｓベース１層、５はｐ型ＧａＡｓベース２
層（電極取出し層）、６はｎ型ＧａＡｓコレクタｌＮ１
７はｎ十型ＧａＡｓコレクタ２層（電極取出し層）、８
はエミッタ電極、９はベース電極、１０はコレクタ電極
である。

各層の厚みは、半絶縁性ＧａＡｓ基板ｌが４００ｐｍ、
ｎ十型ＧａＡｓエミッタ１層２が４０００人、ｎ型Ａ　
１　ｘＧａ　１−ｘＡｓエミッタ２層３が１５００人、
ｐ型ＧａＡｓベース１層４が５００人、ｐ型ＧａＡｓベ
ース２層５が５０００人、ｎ型ＧａＡｓコレクタ１層６
が３０００人、電極取出し用ｎ生型ＧａＡＳコレクタ２
層７が１５００人である。２〜７の各層は、分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）によって形成された。

次に本実施例の素子の製造方法について述べる。

第２図に示すように、まず半絶縁性ＣｒａＡｓ基板ｌの
上に分子エピタキシーにより、ｎ生型ＧａＡＳエミッタ
１層２、ｎ型ＡＩ　ｘＧａ　１−ｘＡｓエミッタ２層３
、ｐ型ＧａＡｓベース１層４、ｎ型ＧａＡｓコレクタ１
層６、ｎ生型ＧａＡｓコＬ／７り２層７の各層を所定の
厚みに形成した。次に化学気相成長により酸化珪素膜１
１を５０００人の厚みに形成した。次に通常のホトリソ
グラフィー法によりホトレジストマスクを形成し、この
ホトレジストマスクによって、酸化珪素膜１１を湿式エ
ツチングにより除去、次にホトレジストを除去し前記酸
化珪素膜１１をマスクとし、第３図に示すようにｎ＋型
ＧａＡｓ　７およびｎ型ＧａＡｓ層部６をドライエソチ
ングによりエツチング除去して、ベース１層４の一部を
露出させた。酸化珪素膜のエツチングはフッ酸で、Ｇａ
Ａｓ膜のトライエツチングは、塩素系ガスを用いて行っ
た。塩素系ガスを用いたドライエツチングにより、第３
図に示すように酸化珪素膜と端が一致しかつ断面がほぼ
垂直の形にエツチング部を形成することができた。

次に化学気相成長法により、その上に２０００人の酸化
珪素膜を形成した。化学気相成長法を用いれば、第４図
のように、エツチングにより生じた段差部を被うことが
できる。次にこれをドライエツチングすると、前記酸化
珪素膜が上から順番に工、７チングされるため、第５図
に示すように上から見て最も薄い前記露出ベース層の上
の部分をまっさきにエツチング除去することができた。

次に酸化珪素膜をマスクとして上から分子線エピタキシ
ーにより、５０００人のｐ型ＧａＡｓベース２層を第６
図に示すように再成長させた。段差部側壁は酸化珪素膜
で被われているため、このｐ型ＧａＡｓベース２層が、
前記コレクタ部に付着することはない。また成長温度は
６００℃であり、液相エピタキシャル成長の通常の温度
（約８５０℃）に比べ部分低く、そのため再成長後もヘ
テロ界面はなんの損傷も受けなかった。

コレクターベース接合部と再成長したｐ型ＧａＡｓベー
ス２層の間の距離が外部ベース抵抗としてき（が、この
距離は側壁に着く酸化珪素膜の厚みで正確かつある程度
任意に変えることができる。

したがって外部ベース抵抗を極めて低（できる。

次にホトレジストを塗布した。コレクタ部の幅が十分小
さい場合には、ホトレジストの流動性が良いため表面が
平坦化する。そこでドライエツチングを行うと、最も高
い前記コレクタ上部の酸化珪素膜のみを露出することが
できた。

次にフッ酸に浸すと酸化珪素膜が溶けて、その上のＧａ
Ａｓ系再成系膜成長膜５′も除去しコレクタ部の頭を露
出することができた。

次にＡｕＧｅ系のｎ型ＧａＡｓに対するオーミックコン
タクト用電極材料を真空蒸着した。前記ホトレジストを
除去すると、前記コレクタ部以外に蒸着された金属は、
すべてホトレジストと共にリフトオフされ、前記コレク
タ部にのみ電極材料１０を形成することができた。

次に、通常のホトリソグラフィーおよび真空蒸着および
熱処理技術により、再成長させたベース上に９のベース
電極を、またエツチングにより露出させたエミッタ１層
部に、エミッタ電極８を形成した。

溌嘲哨±１＝ 本実施例の構造のコレクタ容量Ｃｃは、コレクタ部がベ
ース部の上に形成されたメサ状となっているため、コレ
クタ部がベース部の下に形成された場合よりもコレクタ
ーベース接合面積を小さくできることから、小さくなる
。更に、ベース電極取出し層を、酸化珪素膜の側壁を残
して分子線エピタキシーにより成長したため、コレクタ
部と再成長部との間が空間で分離されており、そのため
このような側壁分離を設けずに成長させた場合に比べ明
らかに減少している。

更に、本実施例の構造のベース長は、５００人と極めて
短い。バイポーラトランジスタのベース走行時間τｂは
、 ｒ　ｂ　＝　Ｌ　ｂ　／　Ｖ　ｅ　　　　　　　　　−
−−−−−−−−−＝　（４１Ｌｂ；ベース長 ■ｅ；ベースにおける電子の速度 で与えられる。

したがって、ベース長を短くすることにより、ベース走
行時間にもとづく高周波特性は大幅に改善される。

本実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの特
徴を生かして、ベース領域のキャリア濃度を極めて高く
している（実施例では１・１０”／Ｃｔａのキャリア濃
度を用いた）他に、実際ベースとして動作する以外の部
分の厚みが５０００人と厚いため、ベースの引出しにま
つわるベース抵抗を極めて低（できる。具体的にはベー
スの厚みを５００人にした場合に比べ、１０倍の厚みに
したことから外部ベース抵抗をほぼ１／１０にできる。

（１）式かられかるように、ベース抵抗がｌ／１０にな
ればＦ　ｍａｘはＪＩＯ（約３．１）倍になり著しく改
善の効果のあることがわかる。また本実施例の製造方法
を用いれば、極めて薄いベースに対してもその引出しは
極めて容易である。またコレクターベース接合部と再成
長により形成したｐ型ＧａＡｓベース２層との距離は、
側壁についた酸化珪素膜の厚みにより正確かつ最小に形
成できるため、この部分の外部ベース抵抗も非常に小さ
くすることができる。

以上述べた如く、本発明の方法によれば、接合容量（Ｃ
ｃ）、ベース抵抗Ｒｂ、ベース長Ｌｂのすべてを同時に
減少させることができるため最大遮断周波数の極めて高
い高周波特性に優れたトランジスタを得ることができる
。

本実施例で得られたベテロ接合トランジスタは予想され
たように以下の特徴を示した。まず５００人という非常
に薄いベースに良好なオーミック電極を形成することが
できた。そのためベース走行時間が短くなった。更に接
合容量も小さくなった。

更にベース抵抗も小さくなった。以上のことから、コレ
クタ面積を同一寸法にした場合、従来のものに比べて高
周波特性が非常に向上した。

本実施例では、ベース長として５００人の例を示したが
、分子線エピタキシー技術を用いれば、更に薄くするこ
とが可能である。そのほかに、例えば、有機金属化学気
相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法を用いても同様の薄いベース
を作成することができる。

本実施例では絶縁膜として酸化珪素膜を用いたが窒化珪
素膜でも同様な結果が得られており、ＧａＡｓのエツチ
ング時にやられず、かつ分子線エピタキシーの成長温度
（約６００°Ｃ）で安定な材料であればこれにかぎられ
る必要の無いことは明らかである。

また本実施例では、半導体としてＧａＡＳ−Ａ１　ｘＧ
ａ　１−ｘＡｓを用いたが、他の半導体材料、例えばＩ
ｎＰ−１ｎＧａＡｓ等他のｍ−ｖ化合物半導体を用いて
も作成することができる。またＡ　　　１　？Ｈ度とし
て、Ｘ＝０．３を用いたが、これはＯ〜１の範囲で任意
に選ぶことができる。

本実施例では、エミッタ、コレクタをｎ型に、ベースを
ｐ型にしたが、エミッタ、コレクタをｐしの容易さを保
ったまま、ベース長を著しく短くかつ抵抗を低くし、更
に接合容量を小さくし高周波特性に優れたバイポーラト
ランジスタを、提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図〜第６
図は本発明の構造を実現するための製造途中の構造を示
す断面図である。 １・・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・・・・
ｎ十型ＧａＡｓエミッタ１層（電極取出し層）、３・・
・・・・ｎ型ＡｌｘＧａ　１−ｘＡｓエミッタ２層、４
　・”・ｐ型ＧａＡＳベース１層、５・・・・・・ｐ型
ＧａＡｓベース２層（電極取出し層）、６・・・・・・
ｎ型ＧａＡｓコレクタ１層、７・・・・・・ｎ＋型Ｇａ
Ａｓコレクタ２層（電極取出し層）、８・・・・・・エ
ミッタ電極、９・・・・・・ベース電極、１０・・・・
・・コレクタ電極。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名／−−−基
版 ２−一一エミッグ１贋（電ネジ」に出し用）５−−−Ｎ
−スス２層彎ζ石２取ｔし用ｐ第　２　図 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともエミッタ層、ベース層およびコレクタ
   層を、この順で有する半導体基板の上に、絶縁膜を形成
   した後、コレクタ部を除く部分の前記絶縁膜をエッチン
   グにより除去し、更にドライエッチングによって前記ベ
   ース層を露出させ、更にその上から段差を被うようにし
   て、絶縁膜を形成し、ドライエッチングによって、前記
   段差部側壁についた前記絶縁膜は残した状態で、露出さ
   せた前記ベース層の上の絶縁膜のみを除去し、その上か
   ら前記絶縁膜をマスクとし、前記ベースと同一導電型の
   ベース電極取出し層をエピタキシャル成長させることに
   よって、前記コレクタ層と前記ベース電極取出し層との
   間に空間を保ったまま成長させた後、前記コレクタ部上
   部絶縁膜上についたベースと同一導電型の半導体層を除
   去し、前記コレクタ層、前記ベース電極取出し層および
   前記エミッタ層それぞれにコレクタ電極、ベース電極、
   エミッタ電極を形成したことを特徴とするバイポーラト
   ランジスタの製造方法。
2. （２）エミッタとして、少なくともベースの半導体の禁
   制帯エネルギー幅よりも大きい半導体を用いたことを特
   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. （３）半導体基板として、III−Ｖ化合物半導体を用い
   た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。
4. （４）絶縁膜として、酸化珪素または窒化珪素を用いた
   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。