TW506020B - Hetero-bipolar transistor with T-formed emitter-terminal-contact and its production - Google Patents

Description

506020 五、發明説明（1 ) 本發明涉及一種具有申請專利範圍第丨項特徵之異質 雙載子電晶體之製造方法及一種依據申請專利範圍第9 項前言之異質雙載子電晶體。 本發明之技術領域是半導體組件之製造方法，其由多 個磊晶生長之半導體層所構成。在異質雙載子電晶體中 ，一些以材料爲主之組件爲人所知已有一段時間，其車交 以材料~系統AlGaAs/GaAs爲主之此種組件而言具有很多 優點。InGaP/GaAs異質雙載子電晶體例如料：半絕緣之 GaAs基板1、n +摻雜之GaAs次（Sub)集極層2、摻雜之 GaAs集極層3、p +摻雜之GaAs基極層4、η摻雜之 InGaP射極層5及η +摻雜之InGaAs -覆蓋層6(第1 圖）。此種組件例如已描述在P u b丨1 c a 11 ο η 〇 f M . H a f i z i in "IEEE Transactions on Electron Devices"，Vol· 45, n〇.9

Sep 1 998, Page 1 862- 1 868中。藉由投影式微影術光阻結 構化及多個蝕刻步驟，則可由射極層5及覆蓋層6所構 成之平台式結構。 但此種組件結構之主要缺點是：射極-集極-電流Ic (如箭頭所示）由射極端接觸區9經由覆蓋區6而有一 部份靠近其側壁流至集極層3及次（Sub)集極層2。但這 些側壁會由於蝕刻過程及因此所進行之欠蝕刻而或多或 少在厚度上會受損，因此會在側壁上及其直接相鄰處造 成很多之缺陷。此種晶體缺陷會在擴大之範圍中造成表 面組合，這樣會使此組件之效率受損。 本發明之目的是提供一種異質雙載子電晶體及一種實 506020 五、發明説明（2 ) 際上且有利之製造方法以製造此種電晶體，其中形成一 種含有射極端接觸區之平台式結構，且此組件之功能不 會由於射極層之側壁及/或可能存在之射極接觸層而受 影響。 此目的是由申請專利範圍第1項及第9項之特徵來達 成。 本發1月因此描述一種方法以製造異質雙載子電晶體， 其具有以下各步驟： A·)生長一系列之磊晶層，其在半導體基板上含有一種 集極層、基極層及射極層； B·)生長一種隔離層且在此隔離層中形成一種直至射極層 之射極開口； C ·)在射極開口中沈積一種射極端接觸區，使其至系沿著 此射極口之周圍區段超越此射極開口邊緣而延伸至隔 離層之表面； D·)產生一種平台形式之結構，其是藉由一種或多種蝕 刻步驟以射極端接觸區作爲蝕刻遮罩而去除該隔離層 且至少去除射極端接觸區外部之—部份射極層； E. )在平台式結構外部之一個區段上沈積至少一個基極端 接觸區； F. )在至少一個區段上使平台式結構外部之射極層及基極 層之可能存在之剩餘部份被去除； G·)在此種未由基極層所覆蓋之區段上沈積一種集極端 接觸區。 -4- 506020 五、發明説明（3 ) 本發明因此亦同樣涉及一種異質雙載子電晶體，其具 有 —'系列之嘉晶層，其含有一種集極層、基極層、射極 層及射極端接觸區， 一射極層及射極端接觸區是平台式結構之一部份， 一在射極端接觸區和射極層之間形成一種至少沿著平台 式結“構之周圍區段而延伸之電性隔離區。 在製程中由隔離層所形成之電性隔離區在射極端接觸 區及射極層之間或另一射極接觸層或射極覆蓋層之間形 成一種孔徑，使射極層及/或射極接觸層之中央區上之 電流受到限制且由這些層之側壁所阻止。可形成射極端 接觸區，使其具有一種τ形結構，其上部位於電性隔離 區之遠離射極層之此側上且其下部是在環形延伸之電性 隔離區內部中。 射極大部份是一種縱向延伸之區域，其面積例如3 X 3 0 // m2，如以下所述之實施例所示。在此種情況下，在 製造時若沿著射極開口之縱側在沈積此射極端接觸區時 進行該邊緣覆蓋，則這樣即已足夠，此隔離區因此只形 成在縱側上。 步驟B中之隔離層例如可以是SiN層。 射極端接觸區可由各別之接觸層所構成或以習知之方 式由二個接觸層所形成。因此可爲第一接觸層（由WSi 層或W/WSi層序列所構成）及第二接觸層（由TWPt/Au 層序列所構成）。在步驟C中，首先在整面上沈積第一 506020 五、發明説明（4 ) 接觸層且然後藉由影像-反轉（I m a g e - r e v e r s a 1) _微影術而 在射極開口中及邊緣區中沈積第二接觸層，然後使第二 接觸層外部之第一接觸層去除，其中第二接觸層用作遮 罩。亦可在步驟C中去除第一接觸層且在步驟D.中直接 依序地在各別之鈾刻步驟中去除該隔離層。在去除該隔 離層之後同樣在步驟D中首先去除該射極接觸層，接著 在步驟、中去除該射極層。 步驟E中可以習知之方式在平台式結構二側對稱地沈 積二個基極端接觸區。 在步驟F中形成一種第二平台式結構，其方式是使用 第一平台式結構及基極端接觸區（以SiN來保護）作爲 蝕刻遮罩。進行此飩刻步驟直至集極層或其下方之次集 極層爲止。 但亦可在步驟F中進行一種接觸孔蝕刻直至集極層或 次集極層爲止。 然後，在每一情況中，在步驟G中在一種未由基極層 所覆蓋之區段上沈積至少一個集極端接觸區。 本發明之方法以下將依據唯一之實施例參考各圖式來 詳述，圖式簡單說明： 第1圖先前技藝之異質雙載子電晶體之橫切面。 第2 A-N圖本發明製造異質雙載子電晶體所用方法之 實施例之各步驟。 在本實施例中製成一種InGaP/GaAs異質雙載子電晶 體。爲了圖式之淸晰之故，則大部份只顯示基板之一部 -6- 506020 五、發明説明（5 ) 份，以使顯示此表面上所進行之各步驟。整個已製成之 組件顯示在第2N圖中，其是以形成此電晶體所用之平 台式結構之橫切面來表示之半導體異質雙載子電晶體。 由第2N圖開始，在半絕緣之基板1上首先生長一種 n + -GaAs -次集極層2。然後在此層2上生長一種輕微n-摻雜GaAs之集極層3。此層3上然後沈積一種p + -摻雜 之GaA〗-基極層4且此層4上又施加一種η-摻雜之 InGaP-射極-層5。最後，在射極層5上沈積一種射極覆 蓋層或射極接觸層，其可以是一種由上部之n + -摻雜之 InGaAs -覆蓋層6a及下部之n + -摻雜之GaAs -覆蓋層6b 所構成之雙層。各別之層例如可由MBE或由MOCVD或 其組合而成之方法生長而成。 依據第2A圖，在上部覆蓋層6a上首先施加一種隔離 層1 1 (例如，一種SiN層）。此隔離層之厚度例如可爲 300nm 〇 藉由微影術、光阻結構化及隨後之乾式化學蝕刻，依 據第2 B圖而在隔離層1 1中形成一種射極開口，藉此可 確定此射極之大小。射極開口之大小典型上是3 X 3 0 // m2。射極開口中使隔離層1 1完全去除，在射極開口 之底部上因此露出上部覆蓋層6a之表面。 在表面被淨化之後，然後依據第2C圖以濺鍍過程沈 積第一電性接觸層1 2。此接觸層1 2在目前情況中沈積 成一種層序列W/WSi，其總厚度是80nm。藉由濺鍍過 程，使表面均勻地塗佈第一接觸層1 2 ° 506020 五、發明説明（6 ) 然後依據第2 D圖藉由所謂影像-反轉-微影術而在此 種以第一電性接觸層1 2覆蓋之射極開口中在射極開口 之二個縱側上施加二個電性接觸層1 3 (其重疊區是〇. 5 β m)。以習知之方式沈積一種層序列Ti/Pt/Au作爲第 二電性接觸層1 3。 然後依據第2D圖藉由所謂影像-反轉-微影術而在此 種以第二電性接觸層1 2覆蓋之射極開口中在射極開口 之二個縱側上施加二個電性接觸層1 3 (其重疊區是0.5 # m )。以習知之方式沈積一種層序列Ti/Pt/Au作爲第 二電性接觸層1 3。 然後，依據第2E圖在唯一之製程中以自我對準方式 藉助於第二電性接觸層1 3作爲遮罩以乾式化學方法對 第一電性接觸層12(W/WSi)及隔離層ll(SiN)進行結構 化，上部覆蓋層6a之InGaAs-半導體表面可用作蝕刻停 止層。藉由製程參數（等向/異向蝕刻，過（over)蝕刻） 之最佳化，則可適當地影響射極-金屬層之欠（under)蝕 刻。此種蝕刻之結果是使電性隔離區1 1 a保留著。在此 區11a上形成此種由接觸層12，13所形成之射極端接觸 區以作爲T形結構。 然後首先依據第2F圖藉由自我對準之結構化過程使 該異質雙載子電晶體之InGaAs-及GaAs-覆蓋層6a和6b 被蝕刻而去除。這例如可使用一種電感耦合之電漿設備 (ICP)。其優點是：藉由底部電極上HF功率之調整可準 確地在異向（高偏壓（Bias))蝕刻和等向（低偏壓）蝕 506020 五、發明説明（7 ) 刻之間進行選擇。在一種二階段式之過程中’首先以較 大之功率（較大之物理成份）來對此種含In(銦）之層 (InGaAs)進行蝕刻且隨後立即以較低之功率來對無銦之 層（G a A s)進行飩刻。藉由發射用之電漿光束之偵測可決 定InGaAs-及GaAs-蝕刻之結束點且各蝕刻步驟可以再生 方式停止。InGaP-射極層5因此首先用作蝕刻停止層’ 其在所11取之蝕刻參數中具有一種很小之鈾刻速率。藉 由適當地選取該功率及過触刻時間’則可適當地影響此 GaAs層之欠（under)鈾刻。 然後依據第2F圖藉助於已結構化之光阻層20使此區 段（其上應形成基極端接觸區14 (第2G圖））上之射 極層5之一部份被去除。在正常摻雜時，3 0 - 5 0 n m之殘 餘厚度不可形成一種導電性連接，在基極端接觸區和射 極之間因此不會形成電性連接。此種剝飽例如可藉由氬 (Ar)濺鑛步驟來進行，第2G圖之步驟中因此對基極端 接觸區1 4進行該自我對準式之蒸鍍。在本情況中對基 極端接觸區14選取此種層序列Pt/Ti/Pt/Au，其中鉑（Pt) 須用作第一金屬層，以便藉由殘留之InGaP-層形成一種 至基極層4之平坦式接觸區。另一方式是亦可藉由濺鍍 步驟使射極層完全剝蝕或藉由先前之蝕刻而完全去除。 第2G圖之步驟中所形成之所謂基極叉（fork)(即，基 極端接觸區14之間之距離）之典型寬度是2//m。藉由 基極-金層層之高度，SiN-鈍化層之高度及射極之欠蝕刻 來決定射極及基極-金屬層之間之距離。 -9- 506020 五、發明説明（8 ) 在沈積基極辆接觸區14時’以问樣方式在射極端接 觸區13上沈積另一相同之金屬層。 然後依據第2 Η圖使此結構整面上以一種鈍化層1 5來 塗佈，鈍化層15例如由SiN構成且可具有300nm之厚 度。藉由光阻遮罩或藉由間隔層技術，則須去除S i N， 使半導體表面敞開，這對於隨後之基極蝕刻是需要的。 但射極~及基極金屬之間之區域是利用SiN來保護使不受 下一過程所影響。 在以NMP去除該光阻遮罩之後，則可直接依據第21 圖來進行基極蝕刻。這在原理上可準確地像射極蝕刻一 樣來進行。此InGaP-射極層5之現有之餘（rest)層首先以 較大之功率去除。在第二步驟中以較小之功率來對集極 層3之GaAs材料進行蝕刻。藉由集極層3和次集極層2 之間所存在之AlGaAs-蝕刻停止層，則可使此種蝕刻很 均勻地在晶圓上停止。 在集極-金屬化之前，首先在一種氬濺鍍步驟中使只 有20nm厚之-蝕刻停止層被去除。集極端接觸區16 (較 佳是由層序列Ge/Au/Ni/Au所構成）施加在平台式結構 之二側。基極-及集極端接觸區之加入可在一種步驟中 達成。 在施加該集極端接觸區1 6之前，在本發明之實施例 中依據第21圖藉由基極層4及集極層3之結構化而形成 第二平台式結構。但這在本發明中不是絕對必要的。另 一方式亦可進行一種或多種接觸孔之蝕刻，其經由基極 -10- 506020 五、發明説明（9 ) 層4而至集極層3或經由基極層4和集極層3而至次集 極層2，以便隨後以導電材料塡入各接觸孔中且因此而 形成集極金屬。 然後依據第2K圖爲了使組件相隔開而施加一種由 SiN構成之蝕刻遮罩層1 7。須使此層1 7結構化’使此 層1 7可與集極端接觸區1 6之外部邊緣相接合。在隔離 用之蝕飞!1中，一種電性隔離區由一個組件形成至另一個 組件，其方式是首先在次極層2中進行蝕刻直至一種配 置在基板1及次集極層2之間之緩衝爲止，且隨後在第 二步驟中去除該緩衝層且在基板1中蝕刻大約300nm。 然後依據第2L圖在已隔開之組件結構上施加一種由 SiN所構成之整平層1 8。此種整平層1 8是在三個步驟 中由三個厚度分別是300、200及300nm之層所生長而 成。 然後爲了以習知方式利用所謂空中橋樑來連接多個電 晶體之射極，則第2M圖中是以光阻遮罩藉由乾式化學 蝕刻步驟使射極金屬層敞開，其中依據第2N圖藉由一 種電鍍過程施加一種空中橋樑-金屬層1 9，以便藉助於 標準空中橋樑技術使各電晶體之射極互相連接。 符號說明 1…G a A s -基板 2…n'GaAs-次集極層 3…GaAs-集極層 4…GaAs-基極層 -11- 506020 五、發明説明（i〇 ) 5…InGaP-射極層 6a··* InGaP-覆盡層 6b··· GaAs-覆盡層 11…隔離層 12,13…接觸層 14···基極端接觸區 16…集極端接觸區 1 7…蝕刻遮罩層 -12-

Claims (1)

1. Γ' -----——— 彳(年9月fO日故正 ___L_—補毛 六、申請專利範圍 第90108285號「具有T形射極端接觸區之異質雙載子電晶體 及其製造方法」專利案 （91年7月修正） 六申請專利範圍 1· 一種異質雙載子電晶體之製造方法，其特徵爲以下各步 驟： (A) 生長一系列之磊晶層，其在半導體基板（1)上含有一種 集極層（3)、基極層（4)及射極層（5); (B) 生長一種隔離層（11)且在此隔離層（11)中形成一種直 至射極層（5)之射極開口； (C) 在射極開口中沈積一種射極端接觸區（12，13)，使其至 少沿著此射極口之周圍區段超越此射極開口邊緣而延 伸至隔離層（11)之表面； (D) 產生一種平台形式之結構，其是藉由一種或多種蝕刻 步驟以射極端接觸區（12,13)作爲蝕刻遮罩而去除該隔 離層（11)且至少去除射極端接觸區（12,13)外部之一部 份射極層（5); (E) 在平台式結構外部之一個區段上沈積至少一個基極端 接觸區（14); (F) 在至少一個區段上使平台式結構外部之射極層（5)及基 極層（4)之可能存在之剩餘部份被去除； (G) 在此種未由基極層（4)所覆蓋之區段上沈積至少一個集 極端接觸區（16)。 2.如申請專利範圍第1項之製造方法，其中 一在生長此射極層（5)之後在步驟A.)中生長一'種射極接觸 506020 六、申請專利範圍 層（6a，6b)且隨後在射極接觸層（6a，6b)上在步驟B.)中生 長該隔離層（11)。 3. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中此隔離層（11)在 步驟B中是一種SiN層。 4. 如申請專利範圍第1、2或3項之製造方法，其中射極端 接觸區（12，13)具有：第一接觸層（12)，其較佳是由WSi 層或W/WSi層序列所構成；第二接觸層（13)，較佳是由 Ti/Pt/Αιι層序列所構成。 5. 如申請專利範圍第4項之製造方法，其中 一步驟C中首先在整面上沈積第一接觸層（12)， 一然後第二接觸層（13)藉由影像-反轉-微影術而沈積在射 極開口中及邊緣區域中， 一第二接觸層（13)外部之第一接觸層（12)去除，其中第二 接觸層（13)用作遮罩。 6. 如申請專利範圍第5項之製造方法，其中步驟C中去除 第一接觸層（12)且步驟D中直接依序在唯一之蝕刻步驟 中去除該隔離層（11)。 7. 如申請專利範圍第2項之製造方法，其中在去除該隔離 層（11)之後去除該射極接觸層（6a，6b)。 8. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中射極層（5)在步 驟D中藉由濺鍍（例如，以氬（Ar)來進行）而被剝蝕。 9. 一種異質雙載子電晶體，其包含： 一一系列之磊晶層，其含有集極層（3)、基極層（4)、射極 層（5)及射極端接觸區（12,13)， -2 - 506020 六、申請專利範圍 一射極端接觸區（12,13)是平台式結構之一部份’其特徵 爲· 一在射極端接觸區（12,13)及射極層（5)之間形成一種至少 沿著此平台式結構之周圍區段而延伸之電性隔離區 (11a)。 10. 如申請專利範圍第9項之異質雙載子電晶體，其中此射 極端接觸區（12，13)具有一種面向射極層（5)之區段，其由 電性隔離區（11a)所圍繞。 11. 如申請專利範圍第9或10項之異質雙載子電晶體，其中 電性隔離區（11&)含有3丨1^或由3丨1^所形成。 如申請專利範圍第9或10項之異質雙載子電晶體，其中 在射極端接觸區（12,13)和射極層（5)之間配置一種射極端 接觸層（6a，6b)。