JPS63263761A - 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＋コレクタと、そこに拡散によって設けられたｐ
型ベース、さらにその上に拡散または合金によって設け
られたｎ型エミフタからなる。

これはｎｐｎト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、
エミッターベース、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、エミッタ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Ｆｍａｘは Ｆｍａｘ　　＝Ｆ　ｔ／　　（８ｍＲｂＣｃ）−・・・
＋１］Ｆｔ；電流遮断周波数 Ｒｂｉベース抵抗 ＣＣ；コレクタ容量 で表わされる。

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、電子のエミフクーコレクタ
間走行時間τと関係し以下のように表わされる。

Ｆｔ−１／２πτ　　　　　　　　・・・・・・（２）
τ；τｅ＋τｂ＋τＣ＋τｃ　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） ただし　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 で表わされる。

したがうて、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クコンタクトを
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８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；　２５６９３４７号
公報、米国特許；３４１３５３３号公報１米国特許；３
７８０３５９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　ｔａａｘ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Ａ　
ｊ　ｘ　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　ｓ　　（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
り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。つぎにメサエッチングにより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
ベース電極取り出しのためのｐ型ＡＩ！Ｘｃａ、−ＸＡ
ＳＮを形成し、前記コレクタ層にコレクタ電極、前記ｐ
型ＡＡＸＧａ、−ｘＡｓ層にベース電極、前記エミッタ
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ｐ型Ａｊ！
ＸＧａ、ＸＡｓベース電極取り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あり高周波特性
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
取り出しの容易さをもったまま、極めてベース長が短く
かつベース抵抗が低く、さら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、あらかじめエミン
タ、ベースおよびコレクタ層を、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にイ
オン注入用マスクを形成し、この部分のみ残して、前記
絶縁膜をエツチングし、さら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、
前記イオン注入用マスクを用いて、前記ベース層直下の
ベース側エミッタ層にイオン注入を行い、イオン注入用
マスク除去後、熱処理によりイオン注入部のみを高抵抗
化した後、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、さらにドライエツチングによって、
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、ベース電極の取り出しの容易さを保
ったまま、ベース長の極めて短くかつ低く、さらに接合
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、さら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中
型Ａ　１　ｘ　Ｇ　ａ　ｌ−ｘ　Ａ　ｓ　（Ｘ−０，３
）エミッタ１層（電極取出し層）、３はｎ型ＧａＡｓエ
ミッタ２Ｎ、４はｐ型ＧａＡｓベース１層、５はｐ型Ｇ
ａＡｓベース２層（電極取出し層）、６はｎ型ＧａＡｓ
コレクタ１層、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。

１３はイオン注入により高抵抗化されたベース側エミッ
タ部である。

各層の厚みは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１が４００μｍ、
ｎ中型ＧａＡｓエミッタ１層２が４０００人、ｎ型Ａ　
１　ｘ　Ｇ　ａ　１　　ｘ　Ａ　ｓ　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ＧａＡ３：
Ｉレジタ１層６が３０００人、電極取出し用ｎ生型Ｇａ
Ａｓエミッタ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ＧａＡｓ基板１の
上に分子線エピタキシーにより、ｎ十型ＧａＡｓエミフ
タ１層２、ｎ型ＡＡＸＧａ１−ＸＡｓエミンタ２層３、
ｐ型ＧａＡｓベース１層４、ｎ型ＧａＡｓコレクタ１層
６、ｎ十型ＧａＡｓコレクタ２層７の各層を所定の厚み
に形成した０次に化学気相成長により酸化珪素膜１）を
５０００人の厚みに形成した０次に通常のホトリソグラ
フィー法と金の蒸着技術により、金１２のイオン注入用
マスクを形成した０次にこの金１２にマスクを利用して
、酸化珪素膜１）を湿式エツチングにより除去、次に、
第３図に示すようにｎ十型ＧａＡｓ７およびｎ型ＧａＡ
ｓ層部６をドライエツチングによりエツチング除去して
、ベースＩＪｉｉ４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、ＧａＡｓ膜のドライエツチング
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。

次に金１２のイオン注入用マスクを利用して、前記露出
ベース層直下のベース側エミッタ部の一部１３に、酸素
イオンを注入し、イオン注入用マスク除去後、熱処理を
おこなって、イオン注入部のみを高抵抗化した。

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０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エツチングされるため、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ＧａＡｌベース２層を第６
図に示すように再成長させた０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くが、この
距離は側壁に着く酸化珪素膜の厚みて正確かつある程度
任意に変えることができる。したがって外部ベース抵抗
を極めて低くできる。

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おこなうと、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°ども除去しコレクタ部の頭を
露出することができた。

次にＡｕｒａ系のｎ型ＧａＡｓに対するオーミックコン
タクト周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の蒸着された金属は、
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。

→ト明℃づ亦某一 本実施例の構造のベース−エミッタ接合容量（Ｃ６）は
、コレクタメサ直下の接合容量とベースメサ直下の接合
容量との和となる。この場合ベースメサ直下の接合容量
は、ベース側エミフタ部が高抵抗化しているため、イオ
ン注入により高抵抗化してない場合に比べ、２程度に小
さくなる。

トランジスタの構成上この部分に占める割合が非常に大
きいため、全体としてのベース−エミッタ接合容量はＡ
以下となる。

本実施例の構造のコレクタ容ｉ１　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。さらに、ベース電極取り出し層を、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。

さらに、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 ｖｅ；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（
している（実施例ではｌ・１０／ｃｊ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くできる。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／ｌ　Ｏにできる。

（１）式かられかるように、ベース抵抗が１／１０にな
れば、Ｆ　ｍａｘは１０（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を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
ｅ、Ｃｃ）、　ベース抵抗Ｒｈ、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ヘ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。さらに
接合容量も小さくなった。さら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、さらに薄くする
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度Ｃ）で安定な材料であればこれらにかぎら
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−ＡＩＸＣｒ
ａ、−ＸＡ３を用いたが、他の半導体材料、例えばＩｎ
Ｐ−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Ａ１４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以上述べた如く
、本発明は、ベース電極の取り出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、さらに接
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回〜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図で
ある。 ｌ・・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・・・・
、ｎ＋ＧａＡｓエミンタ１層（電極取り出しＮ）、３・
・・・・・ｎ型ＡｎｘＧａ、−ＸＡｓエミッタ２層、４
・・・・・・ｐ型（：、ａＡｓベース１７１．５−　ｐ
型ＧａＡｓベース２層（電極取り出し層）、６・・・・
・・ｎ型ＧａＡｓコレクタ１層、７・・・・・・ｎ＋型
ＧａＡｓコレクタ２層（電極取り出しＮ）、８・・・・
・・エミッタ電極、９・・・・・・ベース電極、１０・
・・・・・コレクタ電極、１）・・・・・・酸化珪素膜
、１２・・・・・・イオン注入用マスク、１３・・・・
・・イオン注入高抵抗部。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 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、コレクタ部を被うイオン注入用マスクを形成し
   た後、前記マスク部を除く部分の前記絶縁膜をエッチン
   グにより除去し、さらにドライエッチングによって前記
   ベース層を露出させ、その上から前記イオン注入用マス
   クを用いて、前記露出ベース層直下のベース側エミッタ
   部にイオン注入を行った後、熱処理によりイオン注入部
   のみを高抵抗化し、さら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。