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JPH0666322B2 - Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor - Google Patents
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JPH0666322B2 - Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor - Google Patents

Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor

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JPH0666322B2
JPH0666322B2 JP62265632A JP26563287A JPH0666322B2 JP H0666322 B2 JPH0666322 B2 JP H0666322B2 JP 62265632 A JP62265632 A JP 62265632A JP 26563287 A JP26563287 A JP 26563287A JP H0666322 B2 JPH0666322 B2 JP H0666322B2
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JP
Japan
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layer
semiconductor material
emitter
mesa
material layer
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モハマド・マディヒアン
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は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。
The present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction bipolar transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体装置の高集積化および高速化に向けて活発
な研究開発が進められている。特に化合物半導体等のヘ
テロ接合を利用したバイポーラトランジスタ(以下、H
BTという)は、ベースを高ドーピングしてもエミッタ
注入効率が高く保てるので高利得で高速性能を有するデ
バイスとして注目されている。
In recent years, active research and development have been advanced toward higher integration and higher speed of semiconductor devices. In particular, a bipolar transistor (hereinafter referred to as H
(BT) is attracting attention as a device having high gain and high speed performance because the emitter injection efficiency can be kept high even if the base is heavily doped.

しかしながら、高利得かつ高速高周波特性のHBTを実
現するためには、通常、そのデバイス構造をセルフアラ
インおよび微細化技術によって形成し、ベース・エミッ
タ容量、ベース・コレクタ容量、ベース抵抗等の寄生バ
ラメータを低減する必要がある。
However, in order to realize an HBT with high gain and high speed and high frequency characteristics, the device structure is usually formed by self-alignment and miniaturization technology, and parasitic parameters such as base-emitter capacitance, base-collector capacitance, and base resistance are set. Need to reduce.

第3図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジスタの構
造を示す断面図で、半絶縁性GaAs基板1上に形成さ
れたn−GaAsコレクタ層2上に、p−GaAsベー
ス層3およびn−AlGaAsエミッタ層4をそれぞれ
セルフアライン構造のメサ形に設けたものである。この
トランジスタ構造は、基板上に積層形成した最上層のn
−AlGaAs層上に所定のパターンを有するマスクを
用いてAuGeエミッタ電極45を形成し更にウェット
・エッチング法によってメサ形エミッタ層4を形成した
後、AuZnベース電極33をエミッタ・メサに対して
セルフアライン的に形成し、また、その下層のp−Ga
As層を同じく選択的にエッチングしてメサ形ベース層
3を形成し、最後に露出したn−GaAsコレクタ層2
上にAuGeコレクタ電極22を形成して作られたもの
である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional heterojunction bipolar transistor, in which a p-GaAs base layer 3 and an n-AlGaAs emitter layer are formed on an n-GaAs collector layer 2 formed on a semi-insulating GaAs substrate 1. 4 are each provided in a self-aligned mesa shape. This transistor structure has an uppermost n layer formed on a substrate.
-The AuGe emitter electrode 45 is formed on the AlGaAs layer using a mask having a predetermined pattern, and the mesa-shaped emitter layer 4 is further formed by the wet etching method, and then the AuZn base electrode 33 is self-aligned with the emitter mesa. Of the p-Ga layer formed underneath
The As layer is also selectively etched to form a mesa-type base layer 3 and finally exposed n-GaAs collector layer 2
It is made by forming an AuGe collector electrode 22 on the top.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

このように従来のHBTは、エミッタ・メサがウエット
エッチングによって形成されるため構造的に弱く、特に
エミッタ・メサの面積が小さい場合にはエミッタ・メサ
のサイドエッチング効果によってエミッタ電極が剥がれ
てしまう場合が生じる。このようなHBTは、セルフア
ライン構造になってはいるもののエミッタ・メサを微細
化すること、すなわちベース・エミッタ容量の低減化を
行うことが実質的に不可能であるので、優れた高速高周
波特性を期待できないのが現状である。
As described above, the conventional HBT is structurally weak because the emitter mesa is formed by wet etching. Especially, when the area of the emitter mesa is small, the emitter electrode is peeled off by the side etching effect of the emitter mesa. Occurs. Although such an HBT has a self-aligned structure, it is practically impossible to miniaturize the emitter / mesa, that is, to reduce the base / emitter capacitance. The current situation is that we cannot expect

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、エミッタ電極に
剥がれを生じることなきメサ形エミッタ層を備えた微細
なセルフアライン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することである。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fine self-aligned heterojunction bipolar transistor having a mesa-shaped emitter layer that does not peel off in the emitter electrode.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
は、半絶縁性基板を準備する工程と、前記半絶縁性基板
上にコレクタ層,ベース層およびエミッタ層を形成すべ
き第1の半導体材料層、第2の半導体材料層および第3
の半導体材料層を順次積層形成する工程と、前記第3の
半導体材料層上にエミッタ電極用金属層を全面に蒸着す
る工程と、前記エミッタ電極用金属層および第3の半導
体材料層を第2の半導体材料層に達するまで選択的に除
去するエミッタ電極およびメサ形エミッタ層の形成工程
と、前記メサ形エミッタ層の側面に対し、隣接する他の
メサの影にならない角度でほぼ垂直にイオン注入するメ
サ形エミッタ層側面の高抵抗化工程と、前記エミッタ電
極とメサ形エミッタ層の積層膜をマスクパターンとして
前記第2の半導体材料層上に金属膜をセルフアライン形
成するベース電極形成工程と、前記第2の半導体材料層
を選択的にエッチング除去し第1の半導体材料層の所定
領域を露出せしめるメサ形ベース層形成工程と、前記第
1の半導体材料層の露出領域上に選択的にコレクタ電極
用金属材料膜を被着するコレクタ電極形成工程と含む。
A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to the present invention comprises a step of preparing a semi-insulating substrate, a first semiconductor material layer on which a collector layer, a base layer and an emitter layer are to be formed on the semi-insulating substrate, and a second semiconductor material layer. Semiconductor material layer and third
The step of sequentially stacking the semiconductor material layers, the step of depositing an emitter electrode metal layer on the entire surface of the third semiconductor material layer, and the step of forming the emitter electrode metal layer and the third semiconductor material layer into a second layer. Forming the emitter electrode and the mesa-shaped emitter layer selectively reaching the semiconductor material layer, and ion implantation is performed substantially perpendicularly to the side surface of the mesa-shaped emitter layer at an angle not shaded by other adjacent mesas. A step of increasing the resistance of the side surface of the mesa-shaped emitter layer, and a step of forming a metal film in a self-aligned manner on the second semiconductor material layer using the laminated film of the emitter electrode and the mesa-shaped emitter layer as a mask pattern, Forming a mesa-shaped base layer for selectively removing the second semiconductor material layer by etching to expose a predetermined region of the first semiconductor material layer; and the first semiconductor material layer. Selectively collector electrode metal material film on the exposed region comprising a collector electrode forming step of depositing.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の製造方法にて製造されたヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの一実施例を示す半導体チップの
断面図である。本実施例によれば、本発明のヘテロ接合
バイポーラトランジスタは、半絶縁性GaAs基板1
と、この基板上にそれぞれ形成されるn−GaAsから
なるコレクタ層2、p−GaAsからなるベース層3お
よびn−AlGaAsらなるメサ形エミッタ層4と、こ
れらの半導体層上にそれぞれ形成されるAuGeからな
るエミッタ,コレクタの各電極45、22およびAuZ
nからなるベース電極33と、メサ形エミッタ層4の側
面にイオンを注入することによって形成されるエミッタ
側面の高抵抗層8とを含む。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip showing an embodiment of a heterojunction bipolar transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention. According to the present embodiment, the heterojunction bipolar transistor of the present invention comprises a semi-insulating GaAs substrate 1
A collector layer 2 made of n-GaAs, a base layer 3 made of p-GaAs, a mesa-shaped emitter layer 4 made of n-AlGaAs, and a semiconductor layer formed on these semiconductor layers. The emitter and collector electrodes 45 and 22 made of AuGe and AuZ
It includes a base electrode 33 made of n, and a high resistance layer 8 on the side surface of the emitter formed by implanting ions into the side surface of the mesa-shaped emitter layer 4.

〔作用〕[Action]

このように、エミッタ層に対するイオン注入によって形
成されたエミッタ側面の高抵抗層8は、エミッタ電極の
機械的強度を減ずることなくメサ形エミッタの実効面積
を低減しベース・エミッタ容量を減らすことができるの
で、HBTに優れた高速高周波特性を容易に付与するこ
とができる。
Thus, the high resistance layer 8 on the side surface of the emitter formed by ion implantation into the emitter layer can reduce the effective area of the mesa-shaped emitter and the base-emitter capacitance without reducing the mechanical strength of the emitter electrode. Therefore, high-speed high-frequency characteristics excellent in HBT can be easily imparted.

第2図(a)〜(d)は本発明ヘテロ接合バイポーラ.
トランジスタの製造方法の一実施例を示す工程順序図で
ある。本実施例によれば、半絶縁性GaAs基板1がま
ず準備され、ついでこの半絶縁性GaAs基板1の上に
は、n−GaAsからなるコレクタ層2、p−GaAs
層36、n−AlGaAs層46およびAuGeからな
るエミッタ電極用金属層44が順次形成される。
2 (a) to (d) show the heterojunction bipolar device of the present invention.
FIG. 6 is a process sequence diagram showing an example of a method for manufacturing a transistor. According to this embodiment, a semi-insulating GaAs substrate 1 is first prepared, and then a collector layer 2 made of n-GaAs and p-GaAs are provided on the semi-insulating GaAs substrate 1.
A layer 36, an n-AlGaAs layer 46, and an emitter electrode metal layer 44 made of AuGe are sequentially formed.

〔第2図(a)参照〕。つぎに、第2図(b)に示すよ
うにマスク5が設けられ、アルゴン・イオン・ミリング
および反応性イオン・エッチング(RIE)技術により
このエミッタ電極用金属層44およびn−AlGaAs
層46は下部のp−GaAs層36に達するまで選択的
に除去され、エミッタ電極45およびメサ形エミッタ層
4がそれぞれ形成される。ここで、第2図(c)に示す
ように、形成したメサ形エミッタ層4の側面に対して隣
接する他のメサ(図に示していない)の影にならない角
度でメサの側面とほぼ垂直に水素イオンHを注入する
ことによってこの側面に高抵抗層8が設けられる。つい
で、第2図(d)に示すように、マスク9を用いてAu
Znからなるベース電極33がメサ形エミッタ層4に対
してセルフアライン的に形成される。
[See FIG. 2 (a)]. Next, as shown in FIG. 2 (b), a mask 5 is provided, and the metal layer 44 for the emitter electrode and the n-AlGaAs are formed by argon ion milling and reactive ion etching (RIE) techniques.
Layer 46 is selectively removed until it reaches the underlying p-GaAs layer 36, forming emitter electrode 45 and mesa emitter layer 4, respectively. Here, as shown in FIG. 2 (c), the side surface of the formed mesa-shaped emitter layer 4 is substantially perpendicular to the side surface of the mesa at an angle not shaded by another mesa (not shown) adjacent thereto. The high resistance layer 8 is provided on this side surface by injecting hydrogen ions H + into. Then, as shown in FIG.
The base electrode 33 made of Zn is formed in self alignment with the mesa-shaped emitter layer 4.

最後にマスク5,9を除去し、更にp−GaAs層36
を選択的にエッチングしてn−GaAsコレクタ層2の
所定部分を露出させ、p−GaAsベース層3を形成す
ると共にAuGnからなるコレクタ電極22を設ける
と、第1図に示した本発明のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタが得られる。
Finally, the masks 5 and 9 are removed, and the p-GaAs layer 36 is further removed.
Is selectively etched to expose a predetermined portion of the n-GaAs collector layer 2, the p-GaAs base layer 3 is formed, and a collector electrode 22 made of AuGn is provided. A junction bipolar transistor is obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、メサ形エ
ミッタ層はドライ・エッチング法によって形成され、ま
た、この側面に対して水素イオンを注入することにより
エミッタ・メサの側面に高抵抗層を形成することによっ
てエミッタ・メサの実効面積が低減されているので、従
来構造よりベース・エミッタ容量が著しく低減され、ま
たエミッタ電極の剥がれの問題も生じることなき優れた
高周波高速特性のヘテロ接合バイポーラトランジスタを
得ることが可能である。
As described in detail above, according to the present invention, the mesa type emitter layer is formed by the dry etching method, and by implanting hydrogen ions into this side surface, the high resistance layer is formed on the side surface of the emitter mesa. Since the effective area of the emitter mesa is reduced by forming the structure, the base-emitter capacitance is significantly reduced compared to the conventional structure, and there is no problem of exfoliation of the emitter electrode. It is possible to obtain a transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の製造方法にて製造されたヘテロ接合バ
イポーラトランジスタの一実施例を示す半導体チップの
断面図、第2図(a)〜(d)は本発明ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの製造方法の一実施例を示す工程順
序図、第3図は従来のヘテロ接合バイポーラトランジス
タの構造を示す断面図である。 1……半絶縁性GaAs基板、2……n−GaAsコレ
クタ層、3……p−GaAsメサ形ベース層、4……n
−AlGaAsメサ形エミッタ層、5,9……マスク、
8……高抵抗層、22……AuGeコレクタ電極、33
……AuZnベース電極、36……p−GaAs層、4
4……AuGeエミッタ電極金属層、45……AuGe
エミッタ電極、46……n−AlGaAs層。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip showing an embodiment of a heterojunction bipolar transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention, and FIGS. 2A to 2D are manufacturing methods of the heterojunction bipolar transistor of the present invention. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional heterojunction bipolar transistor. 1 ... semi-insulating GaAs substrate, 2 ... n-GaAs collector layer, 3 ... p-GaAs mesa base layer, 4 ... n
-AlGaAs mesa type emitter layers, 5, 9 ... Mask,
8: high resistance layer, 22: AuGe collector electrode, 33
... AuZn base electrode, 36 ... p-GaAs layer, 4
4 ... AuGe emitter electrode metal layer, 45 ... AuGe
Emitter electrode, 46 ... n-AlGaAs layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半絶縁性基板を準備する工程と、前記半絶
縁性基板上にコレクタ層、ベース層およびエミッタ層を
形成すべき第1の半導体材料層、第2の半導体材料層お
よび第3の半導体材料層を順次積層形成する工程と、前
記第3の半導体材料層上にエミッタ電極用金属層を全面
に蒸着する工程と、前記エミッタ電極用金属層および第
3の半導体材料層を第2の半導体材料層に達するまで選
択的に除去するエミッタ電極およびメサ形エミッタ層の
形成工程と、前記メサ形エミッタ層の側面に対し、隣接
する他のメサの影にならない角度でほぼ垂直にイオン注
入するメサ形エミッタ層側面の高抵抗化工程と、前記エ
ミッタ電極とメサ形エミッタ層の積層膜をマスクパター
ンとして前記第2の半導体材料層上に金属膜をセルフア
ライン形成するベース電極形成工程と、前記第2の半導
体材料層を選択的にエッチング除去し第1の半導体材料
層の所定領域を露出せしめるメサ形ベース層形成工程
と、前記第1の半導体材料層の露出領域上に選択的にコ
レクタ電極用金属材料膜を被着するコレクタ電極形成工
程とを含むことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタの製造方法。
1. A step of preparing a semi-insulating substrate, and a first semiconductor material layer, a second semiconductor material layer and a third semiconductor material layer on which a collector layer, a base layer and an emitter layer are to be formed on the semi-insulating substrate. The step of sequentially stacking the semiconductor material layers, the step of depositing an emitter electrode metal layer on the entire surface of the third semiconductor material layer, and the step of forming the emitter electrode metal layer and the third semiconductor material layer into a second layer. Forming the emitter electrode and the mesa-shaped emitter layer selectively reaching the semiconductor material layer, and ion implantation is performed substantially perpendicularly to the side surface of the mesa-shaped emitter layer at an angle not shaded by other adjacent mesas. A step of increasing the resistance of the side surface of the mesa-shaped emitter layer, and a self-alignment forming of a metal film on the second semiconductor material layer using the laminated film of the emitter electrode and the mesa-shaped emitter layer as a mask pattern. Electrode forming step, a mesa-shaped base layer forming step of selectively etching away the second semiconductor material layer to expose a predetermined area of the first semiconductor material layer, and an exposed area of the first semiconductor material layer. And a collector electrode forming step of selectively depositing a metal material film for a collector electrode on the heterojunction bipolar transistor manufacturing method.
JP62265632A 1987-10-20 1987-10-20 Method for manufacturing heterojunction bipolar transistor Expired - Lifetime JPH0666322B2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0671004B2 (en) * 1985-12-16 1994-09-07 日本電気株式会社 Bipolar transistor
JPH0744265B2 (en) * 1986-03-18 1995-05-15 富士通株式会社 Method of manufacturing heterojunction semiconductor device

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