JPS63263762A - 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、すられた
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
間に依有する。

バイポーラトランジスタの最大遮断周波数Ｆｍａｘは Ｆｍａｘ　＝Ｆｔ／　（８πＲｂＣｃ）　　−・・−（
１）ＦｔＨ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
間走行時間でと関係し以下のように表される。

Ｆｔ−１／２πτ　　　　　　　　　　・・・・・・（
２）τ＝τｅ＋ｒｂ＋ｒｃ＋τｃ　ｃ　　　−−（３１
τｅ（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 ＲｅＨエミフタ抵抗 ＲＣ；コレクタ抵抗 で表される。

したがって、エミッタ容量が小さいほどエミッタ走行時
間が短くやはり高周波特性が改善される。

また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すく単純な構造で
、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１２５６９３４７号公報、
米国特許；３４１３５３３号公報、米国特許１３７８０
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　ｗａｘ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ＡｌＸ
Ｇａ１−ＸＡ″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ＡｌＸＧａ、−ＸＡｓ層
を形成し、前記コレクタ層にコレクタ電極、前記ｐ型 ＡＩｔＸＧａ１−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Ａ　ＩＩ　ＸＧ　ａ
　Ｉ−Ｘ　Ａ　Ｓ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度Ｃ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、
高周波特性の充分優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、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、あらかじめコレク
タ、ベースおよびエミッタ層を形成しておき、その上に
絶縁膜を形成した後、通常の真空蒸着およびホトリソグ
ラフィーを用いて、エミッ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ｔ残して、前記絶縁膜
をエツチングし、さらに工逃ツ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露出ベース層直下のベー
ス側コレク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（ＣＶＤ）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
前記エミッ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（、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、図面を用いて詳細に説
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十
型ＧａＡｓコレクタ１層（電極取出し層）、３はｎ型Ｇ
ａＡｓコレクタ２層、４はｐ型ＧａＡｓベースｌＮ１３
はｐ型ＧａＡｓベース２層（電極取出し層）、６はｎ型
Ａ　Ｉｔ　ＸＧａ１−ＸＡ５（Ｘ＝０．３）エミッタ１
層、７はｎ生型ＱａＡｓエミッタ２層（電極取出し層）
、８はコレクタ電極、９はベース電極、１０はエミッタ
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コレク
タ部である。

各層の厚みは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１が４００ｐｍ、
ｎ十型ＧａＡｓコレクタ１層２が４０００人、ｎ型Ｇａ
Ａｓコレクタ２層３が３０００人、ｐ型ＧａＡｓベース
１層４が５００人、ｐ型ＧａＡｓベース２層５が５００
０人、ｎ型ＡｊｘＧａ１−ＸＡｓエミッタ１層６が１５
００人、電極取出し用ｎ生型Ｇａ″Ａｓエミッタ２Ｎ７
が１５００人である。高抵抗化されたベース側コレクタ
部１３の厚みは３０００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生型ＧａＡｓコレクタ１
ｊｉ２．ｎ型ＧａＡｓコレクタ２層３゜ｐ型ＧａＡｓベ
ース１層４．ｎ型Ａ　Ｉｔ　Ｘａａｔ−ｘ　Ａｓエミッ
タ１層６．　　ｎ生型ＧａＡｓエミッタ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５ｏｏｏ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真空蒸着技術により、金１２
のイオン注入用マスクを形成した０次にこの金１２のマ
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生型ＧａＡｓ　７
およびｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓ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ン酸で、Ｇａ
ＡｓおよびＡｊ！ＸＧａ、−ＸＡｓ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コレクタの一部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１３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ＧａＡｓ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、
前記エミッ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℃）に比べ隔分低く、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。

エミッ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
を極めて低くできる。

次にホトレジストを塗布した。エミッタ部の幅が十分中
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
も高い前記エミッタ上部の酸化珪素膜のみを露出するこ
とができた。

次にフン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゛ども除去しエミッタ部の頭を
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、前記エミッタ部以外に蒸着された金属は、
すべてホトレジストとともにリフトオフされ、前記エミ
ッ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コレクタ１層
面に、コレクタ電極８を形成した。

←前用てづガ朶一 本実施例の構造のベース−コレクタ接合容量（Ｃｃ）は
、エミッタメサ直下の接合容量とベースメサ直下の接合
容量との和になる。この場合ベースメサ直下の接合容量
は、ベース側コレクタ部がイオン注入により高抵抗化し
ているため、イオン注入により高抵抗化しない場合に比
べ、２程度に小さくなる。トランジスタの構成上この部
分の占める割合が非常に大きいため、全体としてのベー
ス−コレクタ接合容量はＡ以下となる。

本実施例の構造のエミッタ容量Ｃｅは、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、エ
ミッ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　　　　　　　　　−
（４１Ｌｂｉベース長 ＶｅＨ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
時間にもとす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／ｄ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１／１０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。またエミッ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。

以上述べたごとく、本発明の方法によれば、接合容量（
Ｃｃ、Ｃｅ）、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、エミッ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、たとえば、有機金属化
学気相成長０４０−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℃）で安定な材料であればこれらに限られる
必要のな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−Ａ　Ｉ　Ｘ
　Ｇ　ａ　１−ｘ　Ａ　Ｓを用いたが、他の半導体材料
、たとえばＩｎＰ−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ＡＩ！濃度
として、！＝０．３を用いたが、これは０〜１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、エミフタ、コレクタをｐ型に、ベースを
ｎ型にすることもできる。

本実施例ではイオン注入として、酸素を用いたが、硼素
を用いても同じようにコレクタ層を高抵抗化することが
できた。コレクタ層を高抵抗化するイオンであれば、酸
素、硼素に限る必要のない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図で
ある。 １・・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・・・・
ｎ　＋ＧａＡｓコレクタ１層（を極取り出し層）、３・
・・・・・ｎ型ＧａＡｓコレクタ２層、４・・・・・・
ｐ型ＧａＡｓベース１層、５・・・・・・ｐ型Ｇａｆｉ
、ｓベース２７１（電極取り出し層）　、６　・・・−
ｎ型ＡｌＸＧａ１−ＸＡｓエミッタ１層、７・・・・・
・ｎ十型ＧａＡｓエミフタ２層（電極取り出し層）、８
・・・・・・コレクタ電極、９・・・・・・ベース電極
、１０・・・・・・エミッタ電極、１）・旧・・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 第　６　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともコレクタ層、ベース層およびエミッタ
   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、エミッタ部をおお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コレク
   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、前記エミッ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、前記エミッタ部
   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、前記エミッタ層、前記ベース電極取出し層およ
   び前記コレクタ層それぞれにエミッタ電極、ベース電極
   、コレク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。
5. （５）イオン注入として、酸素または硼素を打ち込んだ
   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。