ヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法
【課題】ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタメサがより正確に形成できるようにする。
【解決手段】第1エミッタ電極107bの側部には、例えば酸化シリコンからなる庇部108が形成され、また、少なくともキャップ層106を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部108の下部の領域のレッジ構造部105aにかけて形成された、例えば窒化シリコンからなる被覆層109が形成されている。被覆層109が、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部105aの上にかけて形成されている。
【解決手段】第1エミッタ電極107bの側部には、例えば酸化シリコンからなる庇部108が形成され、また、少なくともキャップ層106を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部108の下部の領域のレッジ構造部105aにかけて形成された、例えば窒化シリコンからなる被覆層109が形成されている。被覆層109が、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部105aの上にかけて形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層およびキャップ層が順次積層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)の高速化を図るためには、HBTの薄層化とともに、微細化を進めることが重要となる。HBTを微細化するためには、エミッタメサ幅を縮めることはもちろん、ベース電極幅や、エミッタメサとベース電極の間隔も縮めることが重要となる。
【0003】
一方、HBTの長時間動作に対する信頼性を確保するためには、外部ベース領域における再結合電流を抑制し、電流利得の劣化を最小限にとどめることが必要不可欠とされている。これを達成するために、いわゆるレッジ構造が用いられている。これは、エミッタメサとベース電極との間の外部ベース層の上を、エミッタ層を延長したレッジ部で被覆する構造である。このように、高速で高信頼なHBTを実現するには、複雑で微細なメサ構造を精度良く加工することが要求される。
【0004】
エミッタメサとベース電極の間隔を縮める上で有効な方法として、エミッタ電極をオーバーハング状(あるいは、断面視T字形)に形成した後に、蒸着法を用いて、ベース電極をエミッタ電極に対して自己整合的に形成する方法がある(非特許文献1参照)。
【0005】
図5は、上述した自己整合的にベース電極およびエミッタ電極を形成したHBTの構成を示す断面図である。このHBTは、半絶縁性InPからなる基板501上に、高濃度に不純物が添加されたn型のInPからなるサブコレクタ層502が形成され、サブコレクタ層502上にn型のInGaAsからなるコレクタ層503が形成され、コレクタ層503上に高濃度に不純物が添加されたp型のInGaAsからなるベース層504が形成されている。
【0006】
また、ベース層504上に、n型のInPからなるエミッタ層505が形成され、エミッタ層505上に高濃度に不純物が添加されたn型のInGaAsからなるキャップ層506が形成され、キャップ層506上に第1のエミッタ電極507が形成され、第1のエミッタ電極507上に第2のエミッタ電極508が形成されている。
【0007】
また、サブコレクタ層502上にコレクタ電極512が形成され、ベース層504上にベース電極511が形成されている。また、キャップ層506の幅で規定されるエミッタメサとベース電極511との間のベース層504(外部ベース)の上が、エミッタ層505を延長したレッジ部505aで被覆されている。また、第2のエミッタ電極508のオーバーハング部の側面,オーバーハング部の下面,メサ構造の側面,およびレッジ部505aの上にかけて、SiNx層509が形成されている。加えて、SiNx層509を含む第2のエミッタ電極508の上に、第3のエミッタ電極510が形成されている。
【0008】
図5から明らかなように、上述したHBTは、第1のエミッタ電極507と第2のエミッタ電極508が、オーバーハング状(断面視T字形)の構造とされているところが特徴である。
【0009】
以下、上述したHBTの製造方法について図6A〜図6Hを用いて説明する。まず、図6Aに示すように、基板501の上に、InPからなるサブコレクタ層502、n−InGaAs層601、p+−InGaAs層602、n−InP層603、n+−InGaAs層604を、この順に堆積して形成する。続いて、n+−InGaAs層604の上に、タングステンシリサイド(WSi)からなる金属層605を形成する。金属層605は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0010】
次に、図6Bに示すように、Ti/Pt/Auからなる第2のエミッタ電極508を、リフトオフ法により形成する。次に、第2のエミッタ電極508をマスクとした反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法により、金属層605を選択的にエッチングする。このとき、適度にサイドエッチングをいれることによって、図6Cに示すように、オーバーハング状(断面T字形)の第1のエミッタ電極507を形成する。
【0011】
次に、第1のエミッタ電極507をマスクとしてウェットエッチングを行い、n+−InGaAs層604をエッチングし、図6Dに示すように、キャップ層506を形成する。続いて、形成したキャップ層506をマスクとしてウェットエッチングを行い、途中までエッチング(パターニング)されたn−InP層603aを形成する。
【0012】
次に、図6Eに示すように、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を用いて窒化珪素(SiNx)を堆積し、SiNx膜606を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、キャップ層506を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜606で被覆することが可能である。
【0013】
次に、SiNx膜606をRIE法によりエッチバックすることで、図6Fに示すように、第2のエミッタ電極508のオーバーハング部の側面,オーバーハング部の下面,メサ構造の側面,および一部のn−InP層603aの上にかけて、SiNx層509を残すことができる。
【0014】
次に、上述したことにより形成したSiNx層509をマスクとし、n−InP層603aをウェットエッチングすれば、図6Gに示すように、レッジ部505aを備える状態でエミッタ層505が形成できる。
【0015】
次に、第2のエミッタ電極508,キャップ層506,レッジ部505aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図6Hに示すように、p+−InGaAs層602の上に、第2のエミッタ電極508の形成位置に対して自己整合的にベース電極511を形成する。このとき、同時に、第3のエミッタ電極510も形成される。
【0016】
この後、p+−InGaAs層602およびn−InGaAs層601をパターニングしてベース層504およびコレクタ層503を形成し、また、コレクタ電極512を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層502を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCB(Benzocyclobutene)などの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第3のエミッタ電極510を露出させる。また、ベース電極511およびコレクタ電極512に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを図る。
【0017】
上述したHBTの製造方法では、第2のエミッタ電極508のオーバーハング構造を利用し、レッジ部505aおよびベース電極511を形成している。このため、レッジ部505aおよびベース電極511は、エミッタ電極あるいはエミッタメサに対して自己整合的に形成されることになる。このとき、エミッタメサとベース電極511の間隔は、第2のエミッタ電極508のオーバーハングの量、言い換えると、第1のエミッタ電極507を形成するときのサイドエッチング量によって規定されることになる。
【0018】
上述したHBTは、2種類のエミッタ電極(第1のエミッタ電極と第2のエミッタ電極)を用い、オーバーハング状(断面視T字形)構造を実現している。これに対し、以下に説明するように、1種類のエミッタ電極を用いてオーバーハング状の構造を実現することも可能である。
【0019】
図7は、1種類のエミッタ電極でオーバーハング状の構造を実現したHBTの構成を示す断面図である。このHBTは、半絶縁性InPからなる基板701上に、高濃度に不純物が添加されたn型のInPからなるサブコレクタ層702が形成され、サブコレクタ層702上にn型のInGaAsからなるコレクタ層703が形成され、コレクタ層703上に高濃度に不純物が添加されたp型のInGaAsからなるベース層704が形成されている。
【0020】
また、ベース層704上に、n型のInPからなるエミッタ層705が形成され、エミッタ層705上に高濃度に不純物が添加されたn型のInGaAsからなるキャップ層706が形成され、キャップ層706上に第1のエミッタ電極707が形成され、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708が形成されている。
【0021】
また、サブコレクタ層702上にコレクタ電極712が形成され、ベース層704上にベース電極711が形成されている。また、キャップ層706の幅で規定されるエミッタメサとベース電極711との間のベース層704(外部ベース)の上が、エミッタ層705を延長したレッジ部705aで被覆されている。また、オーバーハング部708の側面,オーバーハング部708の下面,メサ構造の側面,およびレッジ部705aの上にかけて、SiNx層709が形成されている。加えて、SiNx層709を含むオーバーハング部708および第1のエミッタ電極707の上に、第2のエミッタ電極710が形成されている。
【0022】
図7から明らかなように、上述したHBTは、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708が形成されているところに特徴がある。
【0023】
以下、上述したHBTの製造方法について図8A〜図8Hを用いて説明する。まず、図8Aに示すように、基板701の上に、InPからなるサブコレクタ層702、n−InGaAs層801、p+−InGaAs層802、n−InP層803、n+−InGaAs層804を、この順に堆積して形成する。続いて、n+−InGaAs層804の上に、WSiからなる金属層805を形成する。
【0024】
次に、図示しないレジストパターンをマスクとしたRIE法により、金属層805を選択的にエッチングすることで、図8Bに示すように、第1のエミッタ電極707を形成する。図8Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。次に、図8Cに示すように、第1のエミッタ電極707を含むn+−InGaAs層804の上に、酸化シリコン膜806を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜806が形成できる。次に、酸化シリコン膜806をRIE法によりエッチバックすることで、図8Dに示すように、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708を形成する。
【0025】
次に、第1のエミッタ電極707およびオーバーハング部708をマスクとしてウェットエッチングを行い、n+−InGaAs層804をエッチングし、図8Eに示すように、キャップ層706を形成する。続いて、形成したキャップ層706をマスクとしてウェットエッチングを行い、途中までエッチング(パターニング)されたn−InP層803aを形成する。
【0026】
次に、図8Fに示すように、CVD法を用いてSiNxを堆積し、SiNx膜807を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、キャップ層706を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜807で被覆することが可能である。
【0027】
次に、SiNx膜807をRIE法によりエッチバックすることで、オーバーハング部708の側面,オーバーハング部708の下面,メサ構造の側面,および一部のn−InP層803aの上にかけて、SiNx層709を残す。次いで、SiNx層709をマスクとし、n−InP層803aをウェットエッチングすれば、図8Gに示すように、レッジ部705aを備える状態でエミッタ層705が形成できる。
【0028】
次に、第1のエミッタ電極707,キャップ層706,レッジ部705aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図8Hに示すように、p+−InGaAs層802の上に、自己整合的にベース電極711を形成する。このとき、同時に、第2のエミッタ電極710も形成される。
【0029】
この後、p+−InGaAs層802およびn−InGaAs層801をパターニングしてベース層704およびコレクタ層703を形成し、また、コレクタ電極712を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層702を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極710を露出させる。また、ベース電極711およびコレクタ電極712に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを図る。
【0030】
上述したHBTでは、第1のエミッタ電極707の側面に形成したオーバーハング部708によりオーバーハング構造を実現している。このとき、エミッタメサとベース電極711の間隔は、キャップ層706に対するサイドエッチング量によって規定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0031】
【非特許文献1】Y. MATSUOKA, Y. OHKUBO, T. MATSUMOTO, T. KOJI, Y. AMANO, and A. TAKAGI,“On the Emitter Resistance of High-Performance GaAs- and InP-Based Heterojunction Bipolar Transistors,”Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.6,pp. 4441-4447,2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0032】
上述したHBTによれば、レッジ部およびベース電極をエミッタ電極に対して自己整合的に形成することで、微細なメサ構造を実現している。
【0033】
しかしながら、エミッタメサとベース電極との間隔をサイドエッチングの量によって規定しているために、設計どおりの寸法や構造が実現できているかを、製造工程中に確認することができない、という欠点がある。
【0034】
例えば、サイドエッチング量が、設計値よりも小さい場合、レッジ幅も小さくなり、外部ベースにおける再結合電流を十分に抑制することができなくなる。この場合、HBTの信頼性を損なう可能性が生じる。一方、サイドエッチング量が、設計値よりも大きい場合、エミッタメサ幅が小さくなり、これに対応してエミッタ寄生抵抗が大きくなる。この場合、HBTの高速性を損なう可能性が生じる。
【0035】
また、上述したいずれのHBTも、キャップ層およびエミッタ層を、ウェットエッチングを用いて形成しているため、メサ形状に異常が生じる可能性がある。例えば、図6Cを用いて説明したように、サイドエッチングにより第1のエミッタ電極507を形成する際に、キャップ層506となるn+−InGaAs層604の表面に、RIEのエッチングガスに由来した残渣物が生じることがある。このように残渣物が生じると、この残渣物がマスクとして機能するため、n+−InGaAs層604をウェットエッチングすることで正常にキャップ層506を形成することができない場合が発生する。
【0036】
また、オーバーハング部の直下のキャップ層を含むメサ部の形状は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いても観察することが物理的に不可能であるため、上述したようなエッチング異常を検査することができない、という問題がある。このように、上述したHBTの作製では、エミッタメサを正確に作製することが容易ではなく、加えて、エミッタメサの形成自体が問題なくできたかどうかを確認することが困難である。
【0037】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタメサが、より正確に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0038】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、半絶縁性の化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成された化合物半導体からなるサブコレクタ層と、このサブコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるコレクタ層と、このコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるベース層と、このベース層の上に形成されたベース層とは異なる化合物半導体からなるエミッタ層と、このエミッタ層の上に形成された化合物半導体からなるキャップ層と、コレクタ層の周囲のサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と、エミッタ層の周囲のベース層の上に形成されたベース電極と、ベース電極とエミッタ層との間にベース電極と離間して配置されてエミッタ層と一体に形成されたレッジ構造部と、エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域のレッジ構造部にかけて形成された被覆層と、エミッタメサの周囲のベース層の上に形成されたベース電極と、コレクタ層と離間してサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極とを少なくとも備える。
【0039】
上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、被覆層は、庇部の側面,庇部の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部の上にかけて形成されていればよい。また、被覆層は、エミッタ電極の側部,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部の上にかけて形成され、庇部は、エミッタ電極の上部の側部に対応する被覆層の側面に形成されていてもよい。
【0040】
また、本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、半絶縁性の化合物半導体からなる基板の上に、化合物半導体からなるサブコレクタ層を形成する工程と、サブコレクタ層の上に化合物半導体からなるコレクタ層となる第1半導体層を形成する工程と、コレクタ層の上に化合物半導体からなるベース層となる第2半導体層を形成する工程と、ベース層の上にベース層とは異なる化合物半導体からなりエミッタ層となる第3半導体層を形成する工程と、第3半導体層の上に化合物半導体からなりキャップ層となる第4半導体層を形成する工程と、第4半導体層の上に金属層を形成する工程と、金属層をパターニングしてエミッタ電極を形成する工程と、エミッタ電極を形成した後、第4半導体層をパターニングしてキャップ層を含むエミッタメサを形成する工程と、キャップ層を形成した後、エミッタ電極の上部の側部に庇部を形成する工程と、キャップ層を形成した後、少なくともエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域の第3半導体層にかかる被覆層を形成する工程と、被覆層をマスクとして第3半導体層を選択的にエッチングし、キャップ層の下部に配置されるエミッタ層および庇部の下部に配置されるレッジ構造部を形成して第2半導体層を露出させる工程と、露出した第2半導体層の上に選択的に金属を堆積して庇部の外側の第2半導体層の上にベース電極を形成する工程と、ベース電極を形成した後、第2半導体層および第1半導体層をパターニングしてベース層およびコレクタ層を形成する工程と、コレクタ層を形成した後、サブコレクタ層に接続するコレクタ電極を形成する工程とを少なくとも備える。
【0041】
上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、庇部を形成した後に被覆層を形成すればよい。また、被覆層を形成した後に庇部を形成してもよい。
【発明の効果】
【0042】
以上説明したように、本発明によれば、エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域のレッジ構造部にかけて形成された被覆層とを用いるようにしたので、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタメサがより正確に形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】図1は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図2A】図2Aは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2B】図2Bは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2C】図2Cは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2D】図2Dは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2E】図2Eは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2F】図2Fは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2G】図2Gは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2H】図2Hは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図4A】図4Aは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4B】図4Bは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4C】図4Cは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4D】図4Dは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4E】図4Eは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4F】図4Fは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4G】図4Gは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4H】図4Hは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図5】図5は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図6A】図6Aは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6B】図6Bは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6C】図6Cは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6D】図6Dは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6E】図6Eは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6F】図6Fは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6G】図6Gは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6H】図6Hは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図7】図7は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図8A】図8Aは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8B】図8Bは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8C】図8Cは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8D】図8Dは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8E】図8Eは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8F】図8Fは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8G】図8Gは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8H】図8Hは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【0045】
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す断面図である。HBTは、まず、例えばFeをドープすることで半絶縁性としたInPからなる基板101と、基板101の上に形成されたInPからなるサブコレクタ層102と、サブコレクタ層102の上に形成されたInGaAsからなるコレクタ層103と、コレクタ層103の上に形成されたp型の不純物が高濃度に添加されたp+−InGaAsからなるベース層104と、ベース層104の上に形成されたInPからなるエミッタ層105と、エミッタ層105の上に形成されたn型の不純物が高濃度に添加されたn+−InGaAsからなるキャップ層106とを備える。
【0046】
また、キャップ層106の上には、例えば、タングステンシリサイド(WSi)からなる第1エミッタ電極107a,107bが形成されている。なお、第1エミッタ電極107a,107bは、一体に形成されているが、以降の説明の便宜上、下部を第1エミッタ電極107aとし、上部を第1エミッタ電極107bとしている。第1エミッタ電極107a,107b,一部のエミッタ層105,およびキャップ層106により、エミッタメサが構成されている。エミッタメサは、平面視長方形に形成され、短い辺の断面が図1に示されている。この平面視長方形の短い方の長さが、一般にエミッタメサ幅と呼ばれている。
【0047】
また、サブコレクタ層102の上には、コレクタ層103と離間してコレクタ電極112が形成され、上述したエミッタメサの周囲のベース層104の上にはベース電極111が形成されている。ここで、ベース層104の上のエミッタメサの部分とベース電極111との間の領域である外部ベース層の表面に流れる表面再結合電流を抑制するために、エミッタメサの部分よりエミッタ層105を延長し、レッジ構造部105aを形成している。レッジ構造部105aは、エミッタ層105と一体に形成され、また、ベース電極111とは離間している。
【0048】
加えて、第1エミッタ電極107bの側部には、例えば酸化シリコンからなる庇部108が形成され、また、少なくともキャップ層106を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部108の下部の領域のレッジ構造部105aにかけて形成された、例えば窒化シリコンからなる被覆層109を備えている。本実施の形態では、被覆層109が、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部105aの上にかけて形成されている。また、被覆層109を含む庇部108および第1エミッタ電極107bの上に、第2エミッタ電極110が形成されている。
【0049】
本実施の形態では、基板101の平面方向において、レッジ構造部105aの外形は被覆層109の平面視の外形と同じに形成されている。
【0050】
上述した本実施の形態によれば、上側の第1エミッタ電極107bの側部に、庇部108を形成し、また、庇部108の側部やエミッタメサの側部を被覆する被覆層109を形成したので、これらを利用して自己整合的に、レッジ構造部105aやベース電極111が形成できる。また、後述するように、レッジ構造部105aやベース電極111の自己整合的な形成とは別に、エミッタメサを形成した後に庇部108を形成できるので、アンダーカット形状に加工する必要がなく、エミッタメサの形状を正確に再現性よく形成できる。また、この形状を観察することが容易である。
【0051】
以下、本実施の形態1におけるHBTの製造方法について説明する。
【0052】
まず、図2Aに示すように、基板101の上に、InPからなるサブコレクタ層102、InGaAs層(第1半導体層)201、p+−InGaAs層(第2半導体層)202、InP層(第3半導体層)203、n+−InGaAs層(第4半導体層)204を、この順に堆積して形成する。これらは、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により形成できる。続いて、n+−InGaAs層204の上に、WSiからなる金属層205を形成する。金属層205は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0053】
次に、図2Bに示すように、図示しないレジストパターンを用い、キャップ層106および第1エミッタ電極107を形成する。例えば、レジストパターンをマスクとし、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより金属層205を選択的にエッチング除去することで、第1エミッタ電極107が形成できる。
【0054】
また、第1エミッタ電極107を形成した後、レジストパターンをマスクとし、塩素ガスを用いた誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE:Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)で、n+−InGaAs層204を選択的にエッチングしてキャップ層106を形成する。引き続いて、層厚方向に5割程度のInP層203を選択的にエッチング除去し、部分的にパターンを備えるInP層203aを形成する。なお、図2Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。
【0055】
上述したエミッタメサの形成では、レジストパターンや第1エミッタ電極107に対してオーバーエッチングするなどのことによりアンダーカット形状を形成することなく、第1エミッタ電極107の形状(寸法)にほぼ等しい形状にエミッタメサを形成している。言い換えると、エミッタメサが、第1エミッタ電極107に対して自己整合的に形成される。また、この段階では、庇部を備えるなどオーバーハング形状とはしていないので、例えば、SEMを用いることで、エミッタメサの形状や寸法などを容易に検査することができる。
【0056】
次に、図2Cに示すように、エミッタメサの側方のInP層203aの上に、レジスト層206を形成する。例えば、第1エミッタ電極107を含むInP層203aの上の全域にレジストを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をRIE法によりエッチバックすることで、レジスト層206が形成できる。ここで、レジスト層206に埋め込まれる領域に第1エミッタ電極107aが配置され、この上に第1エミッタ電極107bが配置される。第1エミッタ電極107bは、レジスト層206の上に露出した状態となる。
【0057】
次に、図2Dに示すように、第1エミッタ電極107bを含むレジスト層206の上に、酸化シリコン膜207を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜207が形成できる。この後、例えばC2F6ガスを用いたRIE法により酸化シリコン膜207をエッチバックして一部のレジスト層206を露出させた後、レジスト層206を除去することで、図2Eに示すように、第1エミッタ電極107bの側部に、庇部108を形成する。これにより、レッジ構造部105aおよびベース電極111を自己整合的に形成するために用いるオーバーハング構造が実現される。
【0058】
ここで、本実施の形態では、オーバーハング構造によるはみ出し量を、酸化シリコン膜207の膜厚によって決定することができるために、高精度に制御可能であるとことに特徴がある。また、庇部108を形成した段階でSEMにより観察すれば、エミッタ電極107bの側部における庇部108の形成の状態の検査が可能となる。
【0059】
次に、図2Fに示すように、CVD法を用いて窒化シリコン(SiNx)を堆積し、SiNx膜208を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、庇部108およびキャップ層106を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜208で被覆することが可能である。
【0060】
次に、SiNx膜208を、例えばSF6ガスを用いたRIE法によりエッチバックすることで、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側面,および一部のInP層203aの上にかけて、SiNx層208を残す。次いで、残したSiNx層208をマスクとしてInP層203aをウェットエッチングすれば、図2Gに示すように、レッジ構造部105aを備える状態でエミッタ層105が形成できる。なお、残したSiNx層208が、被覆層109となる。
【0061】
次に、エミッタ電極107a,107b,キャップ層106,レッジ構造部105aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図2Hに示すように、庇部108の外側のp+−InGaAs層202の上に、自己整合的にベース電極111を形成する。このとき、同時に、第2エミッタ電極110も形成される。
【0062】
この後、p+−InGaAs層202およびInGaAs層201をパターニングしてベース層104およびコレクタ層103を形成し、また、コレクタ電極112を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層102を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極110を露出させる。また、ベース電極111およびコレクタ電極112に対しては、公知のリソグラフィー技術により作製したマスクパターンを用い、RIE法により選択的にエッチングすることで、有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを可能とする。
【0063】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサを、アンダーカット形状にすることなくドライエッチングにより加工できるため、再現性よく微細なエミッタメサが形成できる。また、エミッタメサとは独立してレッジ構造部105aおよびベース電極111が形成できる。また、エミッタメサとベース電極111との間隔は、基板平面方向の庇部108の厚さにより制御できる。
【0064】
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図3は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す断面図である。HBTは、まず、Feをドープすることで半絶縁性としたInPからなる基板301と、基板301の上に形成されたInPからなるサブコレクタ層302と、サブコレクタ層302の上に形成されたInGaAsからなるコレクタ層303と、コレクタ層303の上に形成されたp+−InGaAsからなるベース層304と、ベース層304の上に形成されたInPからなるエミッタ層305と、エミッタ層305の上に形成されたn+−InGaAsからなるキャップ層306とを備える。
【0065】
また、キャップ層306の上には、例えば、タングステンシリサイド(WSi)からなる第1エミッタ電極307a,307bが形成されている。なお、第1エミッタ電極307a,307bは、一体に形成されているが、以降の説明の便宜上、下部を第1エミッタ電極307aとし、上部を第1エミッタ電極307bとしている。第1エミッタ電極307a,307b,一部のエミッタ層305,およびキャップ層306により、エミッタメサが構成されている。エミッタメサは、平面視長方形に形成され、短い辺の断面が図3に示されている。この平面視長方形の短い方の長さが、一般にエミッタメサ幅と呼ばれている。
【0066】
また、サブコレクタ層302の上には、コレクタ層303と離間してコレクタ電極312が形成され、上述したエミッタメサの周囲のベース層304の上にはベース電極311が形成されている。ここで、ベース層304の上のエミッタメサの部分とベース電極311との間の領域である外部ベース層の表面に流れる表面再結合電流を抑制するために、エミッタメサの部分よりエミッタ層305を延長して、レッジ構造部305aを形成している。レッジ構造部305aは、エミッタ層305と一体に形成され、また、ベース電極311とは離間している。
【0067】
加えて、第1エミッタ電極307a,307bの側部,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部305aの上にかけて、例えば、窒化シリコンからなる被覆層308が形成され、また、第1エミッタ電極307bの側部に対応する被覆層308の側面には、例えば酸化シリコンからなる庇部309が形成されている。また、被覆層308を含む庇部309および第1エミッタ電極307bの上に、第2エミッタ電極310が形成されている。
なお、被覆層308は、少なくともキャップ層306を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部309の下部の領域のレッジ構造部305aにかけて形成されていればよい。
【0068】
本実施の形態では、基板301の平面方向において、レッジ構造部305aの外形は庇部309の平面視の外形と同じに形成されている。
【0069】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサの側部に被覆層308を形成し、上側の第1エミッタ電極307bの側部に庇部309を形成したので、これらを利用して自己整合的に、レッジ構造部305aやベース電極311が形成できる。また、後述するように、レッジ構造部305aやベース電極311の自己整合的な形成とは別に、エミッタメサを形成した後に庇部309を形成できるので、アンダーカット形状に加工する必要がなく、エミッタメサの形状を正確に再現性よく形成できる。また、この形状を観察することが容易である。
【0070】
以下、本実施の形態2におけるHBTの製造方法について説明する。
【0071】
まず、図4Aに示すように、基板301の上に、InPからなるサブコレクタ層302、InGaAs層(第1半導体層)401、p+−InGaAs層(第2半導体層)402、InP層(第3半導体層)403、n+−InGaAs層(第4半導体層)404を、この順に堆積して形成する。これらは、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により形成できる。続いて、n+−InGaAs層404の上に、WSiからなる金属層405を形成する。金属層405は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0072】
次に、図4Bに示すように、図示しないレジストパターンを用い、キャップ層306および第1エミッタ電極307を形成する。例えば、レジストパターンをマスクとし、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより金属層405を選択的にエッチング除去することで、第1エミッタ電極307が形成できる。
【0073】
また、第1エミッタ電極307を形成した後、レジストパターンをマスクとし、塩素ガスを用いたICP−RIEで、n+−InGaAs層404を選択的にエッチングしてキャップ層306を形成する。引き続いて、層厚方向に5割程度のInP層403を選択的にエッチング除去し、部分的にパターンを備えるInP層403aを形成する。なお、図4Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。
【0074】
上述したエミッタメサの形成では、レジストパターンや第1エミッタ電極307に対してオーバーエッチングするなどのことによりアンダーカット形状を形成することなく、第1エミッタ電極307の形状(寸法)にほぼ等しい形状にエミッタメサを形成している。言い換えると、エミッタメサが、第1エミッタ電極307に対して自己整合的に形成される。また、この段階では、庇部を備えるなどオーバーハング形状とはしていないので、例えば、SEMを用いることで、エミッタメサの形状や寸法などを容易に検査することができる。
【0075】
次に、CVD法を用いてSiNxを堆積し、図4Cに示すように、SiNx膜406を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、第1エミッタ電極307の側部を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜406で被覆することが可能である。SiNx膜406は、後述するように、被覆層308となる層であり、本実施の形態では、庇部が形成される前に被覆層が形成されていることになる。
【0076】
次に、図4Dに示すように、エミッタメサの側方のSiNx膜406の上に、レジスト層407を形成する。例えば、第1エミッタ電極307の部分を含むSiNx膜406の上の全域にレジストを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をRIE法によりエッチバックすることで、レジスト層407が形成できる。ここで、レジスト層407に埋め込まれる領域に第1エミッタ電極307aが配置され、この上に第1エミッタ電極307bが配置される。
【0077】
次に、図4Eに示すように、第1エミッタ電極307bの部分を含むレジスト層407の上に、酸化シリコン膜408を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜408が形成できる。この後、例えばC2F6ガスを用いたRIE法により酸化シリコン膜408をエッチバックして一部のレジスト層407を露出させた後、レジスト層407を除去することで、図4Fに示すように、第1エミッタ電極307bの側部におけるSiNx膜406の側面に庇部309を形成する。これにより、レッジ構造部305aおよびベース電極311を自己整合的に形成するために用いるオーバーハング構造が実現される。
【0078】
ここで、本実施の形態では、オーバーハング構造によるはみ出し量が、酸化シリコン膜408の膜厚によって決定することができるために、高精度に制御可能であるとことに特徴がある。また、庇部309を形成した段階でSEMにより観察すれば、エミッタ電極307bの側部における庇部309の形成の状態の検査が可能となる。
【0079】
次に、SiNx膜406を、例えばSF6ガスを用いたRIE法によりエッチングし、InP層403aの表面を露出させる。このエッチングでは、庇部309などがマスクとなり、平面視で庇部309の外側の領域のSiNx膜406がエッチングされ、この領域のInP層403aが露出する。これにより、エミッタメサの側面から庇部309の下方のInP層403aの上にかけて、SiNx層406を残す。次いで、残したSiNx層406をマスクとしてInP層403aをウェットエッチングすれば、図4Gに示すように、レッジ構造部305aを備える状態でエミッタ層305が形成できる。なお、残したSiNx層406が、被覆層308となる。
【0080】
次に、エミッタ電極307a,307b,キャップ層306,レッジ構造部305aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図4Hに示すように、庇部309の外側のp+−InGaAs層402の上に、自己整合的にベース電極311を形成する。このとき、同時に、第2エミッタ電極310も形成される。
【0081】
この後、p+−InGaAs層402およびInGaAs層401をパターニングしてベース層304およびコレクタ層303を形成し、また、コレクタ電極312を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層302を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極310を露出させる。また、ベース電極311およびコレクタ電極312に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを可能とする。
【0082】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサを、アンダーカット形状にすることなくドライエッチングにより加工できるため、再現性よく微細なエミッタメサが形成できる。また、エミッタメサとは独立してレッジ構造部305aおよびベース電極311が形成できる。また、エミッタメサとベース電極311との間隔は、基板平面方向の庇部309の厚さにより制御できる。なお、本実施の形態2では、被覆層308となるSiNx膜406を形成した後に庇部309を形成している。このように、本実施の形態2では、被覆層を形成した後に庇部を形成するところが、前述した実施の形態1とは異なっている。前述した実施の形態では、庇部を形成した後に被覆層を形成している。いずれにおいても、被覆層をマスクとしてレッジ構造のエミッタ層を形成している。
【0083】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、エミッタ層とするInP層(第3半導体層)の一部をパターニングし、エミッタメサ部のエミッタ層との層厚よりレッジ構造部の層厚を薄くしたが、これに限るものではなく、エミッタ層とレッジ構造部との層厚が等しい状態であってもよい。この場合、例えば、図2Bを用いた説明において、InP層203の部分的なエッチングを行わなければよい。
【0084】
また、上述では、エミッタ電極の側部に形成する庇を絶縁体であるSiO2から構成したが、これに限るものではなく、金属あるいは半導体を用いてもよい。また、上述では、ベース電極をPt/Ti/Mo/Auとしたが、Pt/Ti/Mo/Au/Ti、Pt/Ti/Mo/Ti/Au、Pt/Ti/Mo/Ti/Au/Ti、Pt/Ti/W/Au、Pt/Ti/W/Au/Ti、Pt/Ti/W/Ti/Au、およびPt/Ti/W/Ti/Au/Tiとしてもよい。
【0085】
また、例えば、基板、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、キャップ層を、各々、InP、InGaAs、InGaAs、InP、InGaAsから構成したが、これに限るものではなく、他の化合物半導体から構成してもよい。例えば、コレクタ層にInGaAsよりもバンドギャップの大きいInPを用いたダブルヘテロ接合構造のバイポーラトランジスタであっても同様である。また、エミッタ層にInAlAsを用いる構造のHBT、またはベース層に狭バンドギャップ材料であるGaAsSbやInGaAsSbなどのGaAsSb系材料を用いたInP/GaAsSb系HBTであっても、前述同様に本発明が適用できる。
【符号の説明】
【0086】
101…基板、102…サブコレクタ層、103…コレクタ層、104…ベース層、105…エミッタ層、106…キャップ層、107a,107b…第1エミッタ電極、108…庇部、109…被覆層、110…第2エミッタ電極、111…ベース電極、112…コレクタ電極。
【技術分野】
【0001】
本発明は、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層およびキャップ層が順次積層されたヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)の高速化を図るためには、HBTの薄層化とともに、微細化を進めることが重要となる。HBTを微細化するためには、エミッタメサ幅を縮めることはもちろん、ベース電極幅や、エミッタメサとベース電極の間隔も縮めることが重要となる。
【0003】
一方、HBTの長時間動作に対する信頼性を確保するためには、外部ベース領域における再結合電流を抑制し、電流利得の劣化を最小限にとどめることが必要不可欠とされている。これを達成するために、いわゆるレッジ構造が用いられている。これは、エミッタメサとベース電極との間の外部ベース層の上を、エミッタ層を延長したレッジ部で被覆する構造である。このように、高速で高信頼なHBTを実現するには、複雑で微細なメサ構造を精度良く加工することが要求される。
【0004】
エミッタメサとベース電極の間隔を縮める上で有効な方法として、エミッタ電極をオーバーハング状(あるいは、断面視T字形)に形成した後に、蒸着法を用いて、ベース電極をエミッタ電極に対して自己整合的に形成する方法がある(非特許文献1参照)。
【0005】
図5は、上述した自己整合的にベース電極およびエミッタ電極を形成したHBTの構成を示す断面図である。このHBTは、半絶縁性InPからなる基板501上に、高濃度に不純物が添加されたn型のInPからなるサブコレクタ層502が形成され、サブコレクタ層502上にn型のInGaAsからなるコレクタ層503が形成され、コレクタ層503上に高濃度に不純物が添加されたp型のInGaAsからなるベース層504が形成されている。
【0006】
また、ベース層504上に、n型のInPからなるエミッタ層505が形成され、エミッタ層505上に高濃度に不純物が添加されたn型のInGaAsからなるキャップ層506が形成され、キャップ層506上に第1のエミッタ電極507が形成され、第1のエミッタ電極507上に第2のエミッタ電極508が形成されている。
【0007】
また、サブコレクタ層502上にコレクタ電極512が形成され、ベース層504上にベース電極511が形成されている。また、キャップ層506の幅で規定されるエミッタメサとベース電極511との間のベース層504(外部ベース)の上が、エミッタ層505を延長したレッジ部505aで被覆されている。また、第2のエミッタ電極508のオーバーハング部の側面,オーバーハング部の下面,メサ構造の側面,およびレッジ部505aの上にかけて、SiNx層509が形成されている。加えて、SiNx層509を含む第2のエミッタ電極508の上に、第3のエミッタ電極510が形成されている。
【0008】
図5から明らかなように、上述したHBTは、第1のエミッタ電極507と第2のエミッタ電極508が、オーバーハング状(断面視T字形)の構造とされているところが特徴である。
【0009】
以下、上述したHBTの製造方法について図6A〜図6Hを用いて説明する。まず、図6Aに示すように、基板501の上に、InPからなるサブコレクタ層502、n−InGaAs層601、p+−InGaAs層602、n−InP層603、n+−InGaAs層604を、この順に堆積して形成する。続いて、n+−InGaAs層604の上に、タングステンシリサイド(WSi)からなる金属層605を形成する。金属層605は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0010】
次に、図6Bに示すように、Ti/Pt/Auからなる第2のエミッタ電極508を、リフトオフ法により形成する。次に、第2のエミッタ電極508をマスクとした反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法により、金属層605を選択的にエッチングする。このとき、適度にサイドエッチングをいれることによって、図6Cに示すように、オーバーハング状(断面T字形)の第1のエミッタ電極507を形成する。
【0011】
次に、第1のエミッタ電極507をマスクとしてウェットエッチングを行い、n+−InGaAs層604をエッチングし、図6Dに示すように、キャップ層506を形成する。続いて、形成したキャップ層506をマスクとしてウェットエッチングを行い、途中までエッチング(パターニング)されたn−InP層603aを形成する。
【0012】
次に、図6Eに示すように、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を用いて窒化珪素(SiNx)を堆積し、SiNx膜606を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、キャップ層506を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜606で被覆することが可能である。
【0013】
次に、SiNx膜606をRIE法によりエッチバックすることで、図6Fに示すように、第2のエミッタ電極508のオーバーハング部の側面,オーバーハング部の下面,メサ構造の側面,および一部のn−InP層603aの上にかけて、SiNx層509を残すことができる。
【0014】
次に、上述したことにより形成したSiNx層509をマスクとし、n−InP層603aをウェットエッチングすれば、図6Gに示すように、レッジ部505aを備える状態でエミッタ層505が形成できる。
【0015】
次に、第2のエミッタ電極508,キャップ層506,レッジ部505aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図6Hに示すように、p+−InGaAs層602の上に、第2のエミッタ電極508の形成位置に対して自己整合的にベース電極511を形成する。このとき、同時に、第3のエミッタ電極510も形成される。
【0016】
この後、p+−InGaAs層602およびn−InGaAs層601をパターニングしてベース層504およびコレクタ層503を形成し、また、コレクタ電極512を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層502を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCB(Benzocyclobutene)などの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第3のエミッタ電極510を露出させる。また、ベース電極511およびコレクタ電極512に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを図る。
【0017】
上述したHBTの製造方法では、第2のエミッタ電極508のオーバーハング構造を利用し、レッジ部505aおよびベース電極511を形成している。このため、レッジ部505aおよびベース電極511は、エミッタ電極あるいはエミッタメサに対して自己整合的に形成されることになる。このとき、エミッタメサとベース電極511の間隔は、第2のエミッタ電極508のオーバーハングの量、言い換えると、第1のエミッタ電極507を形成するときのサイドエッチング量によって規定されることになる。
【0018】
上述したHBTは、2種類のエミッタ電極(第1のエミッタ電極と第2のエミッタ電極)を用い、オーバーハング状(断面視T字形)構造を実現している。これに対し、以下に説明するように、1種類のエミッタ電極を用いてオーバーハング状の構造を実現することも可能である。
【0019】
図7は、1種類のエミッタ電極でオーバーハング状の構造を実現したHBTの構成を示す断面図である。このHBTは、半絶縁性InPからなる基板701上に、高濃度に不純物が添加されたn型のInPからなるサブコレクタ層702が形成され、サブコレクタ層702上にn型のInGaAsからなるコレクタ層703が形成され、コレクタ層703上に高濃度に不純物が添加されたp型のInGaAsからなるベース層704が形成されている。
【0020】
また、ベース層704上に、n型のInPからなるエミッタ層705が形成され、エミッタ層705上に高濃度に不純物が添加されたn型のInGaAsからなるキャップ層706が形成され、キャップ層706上に第1のエミッタ電極707が形成され、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708が形成されている。
【0021】
また、サブコレクタ層702上にコレクタ電極712が形成され、ベース層704上にベース電極711が形成されている。また、キャップ層706の幅で規定されるエミッタメサとベース電極711との間のベース層704(外部ベース)の上が、エミッタ層705を延長したレッジ部705aで被覆されている。また、オーバーハング部708の側面,オーバーハング部708の下面,メサ構造の側面,およびレッジ部705aの上にかけて、SiNx層709が形成されている。加えて、SiNx層709を含むオーバーハング部708および第1のエミッタ電極707の上に、第2のエミッタ電極710が形成されている。
【0022】
図7から明らかなように、上述したHBTは、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708が形成されているところに特徴がある。
【0023】
以下、上述したHBTの製造方法について図8A〜図8Hを用いて説明する。まず、図8Aに示すように、基板701の上に、InPからなるサブコレクタ層702、n−InGaAs層801、p+−InGaAs層802、n−InP層803、n+−InGaAs層804を、この順に堆積して形成する。続いて、n+−InGaAs層804の上に、WSiからなる金属層805を形成する。
【0024】
次に、図示しないレジストパターンをマスクとしたRIE法により、金属層805を選択的にエッチングすることで、図8Bに示すように、第1のエミッタ電極707を形成する。図8Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。次に、図8Cに示すように、第1のエミッタ電極707を含むn+−InGaAs層804の上に、酸化シリコン膜806を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜806が形成できる。次に、酸化シリコン膜806をRIE法によりエッチバックすることで、図8Dに示すように、第1のエミッタ電極707の側部にオーバーハング部708を形成する。
【0025】
次に、第1のエミッタ電極707およびオーバーハング部708をマスクとしてウェットエッチングを行い、n+−InGaAs層804をエッチングし、図8Eに示すように、キャップ層706を形成する。続いて、形成したキャップ層706をマスクとしてウェットエッチングを行い、途中までエッチング(パターニング)されたn−InP層803aを形成する。
【0026】
次に、図8Fに示すように、CVD法を用いてSiNxを堆積し、SiNx膜807を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、キャップ層706を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜807で被覆することが可能である。
【0027】
次に、SiNx膜807をRIE法によりエッチバックすることで、オーバーハング部708の側面,オーバーハング部708の下面,メサ構造の側面,および一部のn−InP層803aの上にかけて、SiNx層709を残す。次いで、SiNx層709をマスクとし、n−InP層803aをウェットエッチングすれば、図8Gに示すように、レッジ部705aを備える状態でエミッタ層705が形成できる。
【0028】
次に、第1のエミッタ電極707,キャップ層706,レッジ部705aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図8Hに示すように、p+−InGaAs層802の上に、自己整合的にベース電極711を形成する。このとき、同時に、第2のエミッタ電極710も形成される。
【0029】
この後、p+−InGaAs層802およびn−InGaAs層801をパターニングしてベース層704およびコレクタ層703を形成し、また、コレクタ電極712を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層702を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極710を露出させる。また、ベース電極711およびコレクタ電極712に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを図る。
【0030】
上述したHBTでは、第1のエミッタ電極707の側面に形成したオーバーハング部708によりオーバーハング構造を実現している。このとき、エミッタメサとベース電極711の間隔は、キャップ層706に対するサイドエッチング量によって規定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0031】
【非特許文献1】Y. MATSUOKA, Y. OHKUBO, T. MATSUMOTO, T. KOJI, Y. AMANO, and A. TAKAGI,“On the Emitter Resistance of High-Performance GaAs- and InP-Based Heterojunction Bipolar Transistors,”Japanese Journal of Applied Physics, Vol.47, No.6,pp. 4441-4447,2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0032】
上述したHBTによれば、レッジ部およびベース電極をエミッタ電極に対して自己整合的に形成することで、微細なメサ構造を実現している。
【0033】
しかしながら、エミッタメサとベース電極との間隔をサイドエッチングの量によって規定しているために、設計どおりの寸法や構造が実現できているかを、製造工程中に確認することができない、という欠点がある。
【0034】
例えば、サイドエッチング量が、設計値よりも小さい場合、レッジ幅も小さくなり、外部ベースにおける再結合電流を十分に抑制することができなくなる。この場合、HBTの信頼性を損なう可能性が生じる。一方、サイドエッチング量が、設計値よりも大きい場合、エミッタメサ幅が小さくなり、これに対応してエミッタ寄生抵抗が大きくなる。この場合、HBTの高速性を損なう可能性が生じる。
【0035】
また、上述したいずれのHBTも、キャップ層およびエミッタ層を、ウェットエッチングを用いて形成しているため、メサ形状に異常が生じる可能性がある。例えば、図6Cを用いて説明したように、サイドエッチングにより第1のエミッタ電極507を形成する際に、キャップ層506となるn+−InGaAs層604の表面に、RIEのエッチングガスに由来した残渣物が生じることがある。このように残渣物が生じると、この残渣物がマスクとして機能するため、n+−InGaAs層604をウェットエッチングすることで正常にキャップ層506を形成することができない場合が発生する。
【0036】
また、オーバーハング部の直下のキャップ層を含むメサ部の形状は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いても観察することが物理的に不可能であるため、上述したようなエッチング異常を検査することができない、という問題がある。このように、上述したHBTの作製では、エミッタメサを正確に作製することが容易ではなく、加えて、エミッタメサの形成自体が問題なくできたかどうかを確認することが困難である。
【0037】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタメサが、より正確に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0038】
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタは、半絶縁性の化合物半導体からなる基板と、基板の上に形成された化合物半導体からなるサブコレクタ層と、このサブコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるコレクタ層と、このコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるベース層と、このベース層の上に形成されたベース層とは異なる化合物半導体からなるエミッタ層と、このエミッタ層の上に形成された化合物半導体からなるキャップ層と、コレクタ層の周囲のサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と、エミッタ層の周囲のベース層の上に形成されたベース電極と、ベース電極とエミッタ層との間にベース電極と離間して配置されてエミッタ層と一体に形成されたレッジ構造部と、エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域のレッジ構造部にかけて形成された被覆層と、エミッタメサの周囲のベース層の上に形成されたベース電極と、コレクタ層と離間してサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極とを少なくとも備える。
【0039】
上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、被覆層は、庇部の側面,庇部の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部の上にかけて形成されていればよい。また、被覆層は、エミッタ電極の側部,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部の上にかけて形成され、庇部は、エミッタ電極の上部の側部に対応する被覆層の側面に形成されていてもよい。
【0040】
また、本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、半絶縁性の化合物半導体からなる基板の上に、化合物半導体からなるサブコレクタ層を形成する工程と、サブコレクタ層の上に化合物半導体からなるコレクタ層となる第1半導体層を形成する工程と、コレクタ層の上に化合物半導体からなるベース層となる第2半導体層を形成する工程と、ベース層の上にベース層とは異なる化合物半導体からなりエミッタ層となる第3半導体層を形成する工程と、第3半導体層の上に化合物半導体からなりキャップ層となる第4半導体層を形成する工程と、第4半導体層の上に金属層を形成する工程と、金属層をパターニングしてエミッタ電極を形成する工程と、エミッタ電極を形成した後、第4半導体層をパターニングしてキャップ層を含むエミッタメサを形成する工程と、キャップ層を形成した後、エミッタ電極の上部の側部に庇部を形成する工程と、キャップ層を形成した後、少なくともエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域の第3半導体層にかかる被覆層を形成する工程と、被覆層をマスクとして第3半導体層を選択的にエッチングし、キャップ層の下部に配置されるエミッタ層および庇部の下部に配置されるレッジ構造部を形成して第2半導体層を露出させる工程と、露出した第2半導体層の上に選択的に金属を堆積して庇部の外側の第2半導体層の上にベース電極を形成する工程と、ベース電極を形成した後、第2半導体層および第1半導体層をパターニングしてベース層およびコレクタ層を形成する工程と、コレクタ層を形成した後、サブコレクタ層に接続するコレクタ電極を形成する工程とを少なくとも備える。
【0041】
上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、庇部を形成した後に被覆層を形成すればよい。また、被覆層を形成した後に庇部を形成してもよい。
【発明の効果】
【0042】
以上説明したように、本発明によれば、エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部の下部の領域のレッジ構造部にかけて形成された被覆層とを用いるようにしたので、ヘテロ接合バイポーラトランジスタのエミッタメサがより正確に形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】図1は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図2A】図2Aは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2B】図2Bは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2C】図2Cは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2D】図2Dは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2E】図2Eは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2F】図2Fは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2G】図2Gは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図2H】図2Hは、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図4A】図4Aは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4B】図4Bは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4C】図4Cは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4D】図4Dは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4E】図4Eは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4F】図4Fは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4G】図4Gは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図4H】図4Hは、本発明の実施の形態2におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図5】図5は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図6A】図6Aは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6B】図6Bは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6C】図6Cは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6D】図6Dは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6E】図6Eは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6F】図6Fは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6G】図6Gは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図6H】図6Hは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図7】図7は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの構成を示す断面図である。
【図8A】図8Aは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8B】図8Bは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8C】図8Cは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8D】図8Dは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8E】図8Eは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8F】図8Fは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8G】図8Gは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【図8H】図8Hは、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を説明するための工程途中における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【0045】
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す断面図である。HBTは、まず、例えばFeをドープすることで半絶縁性としたInPからなる基板101と、基板101の上に形成されたInPからなるサブコレクタ層102と、サブコレクタ層102の上に形成されたInGaAsからなるコレクタ層103と、コレクタ層103の上に形成されたp型の不純物が高濃度に添加されたp+−InGaAsからなるベース層104と、ベース層104の上に形成されたInPからなるエミッタ層105と、エミッタ層105の上に形成されたn型の不純物が高濃度に添加されたn+−InGaAsからなるキャップ層106とを備える。
【0046】
また、キャップ層106の上には、例えば、タングステンシリサイド(WSi)からなる第1エミッタ電極107a,107bが形成されている。なお、第1エミッタ電極107a,107bは、一体に形成されているが、以降の説明の便宜上、下部を第1エミッタ電極107aとし、上部を第1エミッタ電極107bとしている。第1エミッタ電極107a,107b,一部のエミッタ層105,およびキャップ層106により、エミッタメサが構成されている。エミッタメサは、平面視長方形に形成され、短い辺の断面が図1に示されている。この平面視長方形の短い方の長さが、一般にエミッタメサ幅と呼ばれている。
【0047】
また、サブコレクタ層102の上には、コレクタ層103と離間してコレクタ電極112が形成され、上述したエミッタメサの周囲のベース層104の上にはベース電極111が形成されている。ここで、ベース層104の上のエミッタメサの部分とベース電極111との間の領域である外部ベース層の表面に流れる表面再結合電流を抑制するために、エミッタメサの部分よりエミッタ層105を延長し、レッジ構造部105aを形成している。レッジ構造部105aは、エミッタ層105と一体に形成され、また、ベース電極111とは離間している。
【0048】
加えて、第1エミッタ電極107bの側部には、例えば酸化シリコンからなる庇部108が形成され、また、少なくともキャップ層106を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部108の下部の領域のレッジ構造部105aにかけて形成された、例えば窒化シリコンからなる被覆層109を備えている。本実施の形態では、被覆層109が、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部105aの上にかけて形成されている。また、被覆層109を含む庇部108および第1エミッタ電極107bの上に、第2エミッタ電極110が形成されている。
【0049】
本実施の形態では、基板101の平面方向において、レッジ構造部105aの外形は被覆層109の平面視の外形と同じに形成されている。
【0050】
上述した本実施の形態によれば、上側の第1エミッタ電極107bの側部に、庇部108を形成し、また、庇部108の側部やエミッタメサの側部を被覆する被覆層109を形成したので、これらを利用して自己整合的に、レッジ構造部105aやベース電極111が形成できる。また、後述するように、レッジ構造部105aやベース電極111の自己整合的な形成とは別に、エミッタメサを形成した後に庇部108を形成できるので、アンダーカット形状に加工する必要がなく、エミッタメサの形状を正確に再現性よく形成できる。また、この形状を観察することが容易である。
【0051】
以下、本実施の形態1におけるHBTの製造方法について説明する。
【0052】
まず、図2Aに示すように、基板101の上に、InPからなるサブコレクタ層102、InGaAs層(第1半導体層)201、p+−InGaAs層(第2半導体層)202、InP層(第3半導体層)203、n+−InGaAs層(第4半導体層)204を、この順に堆積して形成する。これらは、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により形成できる。続いて、n+−InGaAs層204の上に、WSiからなる金属層205を形成する。金属層205は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0053】
次に、図2Bに示すように、図示しないレジストパターンを用い、キャップ層106および第1エミッタ電極107を形成する。例えば、レジストパターンをマスクとし、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより金属層205を選択的にエッチング除去することで、第1エミッタ電極107が形成できる。
【0054】
また、第1エミッタ電極107を形成した後、レジストパターンをマスクとし、塩素ガスを用いた誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング(ICP−RIE:Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)で、n+−InGaAs層204を選択的にエッチングしてキャップ層106を形成する。引き続いて、層厚方向に5割程度のInP層203を選択的にエッチング除去し、部分的にパターンを備えるInP層203aを形成する。なお、図2Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。
【0055】
上述したエミッタメサの形成では、レジストパターンや第1エミッタ電極107に対してオーバーエッチングするなどのことによりアンダーカット形状を形成することなく、第1エミッタ電極107の形状(寸法)にほぼ等しい形状にエミッタメサを形成している。言い換えると、エミッタメサが、第1エミッタ電極107に対して自己整合的に形成される。また、この段階では、庇部を備えるなどオーバーハング形状とはしていないので、例えば、SEMを用いることで、エミッタメサの形状や寸法などを容易に検査することができる。
【0056】
次に、図2Cに示すように、エミッタメサの側方のInP層203aの上に、レジスト層206を形成する。例えば、第1エミッタ電極107を含むInP層203aの上の全域にレジストを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をRIE法によりエッチバックすることで、レジスト層206が形成できる。ここで、レジスト層206に埋め込まれる領域に第1エミッタ電極107aが配置され、この上に第1エミッタ電極107bが配置される。第1エミッタ電極107bは、レジスト層206の上に露出した状態となる。
【0057】
次に、図2Dに示すように、第1エミッタ電極107bを含むレジスト層206の上に、酸化シリコン膜207を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜207が形成できる。この後、例えばC2F6ガスを用いたRIE法により酸化シリコン膜207をエッチバックして一部のレジスト層206を露出させた後、レジスト層206を除去することで、図2Eに示すように、第1エミッタ電極107bの側部に、庇部108を形成する。これにより、レッジ構造部105aおよびベース電極111を自己整合的に形成するために用いるオーバーハング構造が実現される。
【0058】
ここで、本実施の形態では、オーバーハング構造によるはみ出し量を、酸化シリコン膜207の膜厚によって決定することができるために、高精度に制御可能であるとことに特徴がある。また、庇部108を形成した段階でSEMにより観察すれば、エミッタ電極107bの側部における庇部108の形成の状態の検査が可能となる。
【0059】
次に、図2Fに示すように、CVD法を用いて窒化シリコン(SiNx)を堆積し、SiNx膜208を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、庇部108およびキャップ層106を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜208で被覆することが可能である。
【0060】
次に、SiNx膜208を、例えばSF6ガスを用いたRIE法によりエッチバックすることで、庇部108の側面,庇部108の下面,エミッタメサの側面,および一部のInP層203aの上にかけて、SiNx層208を残す。次いで、残したSiNx層208をマスクとしてInP層203aをウェットエッチングすれば、図2Gに示すように、レッジ構造部105aを備える状態でエミッタ層105が形成できる。なお、残したSiNx層208が、被覆層109となる。
【0061】
次に、エミッタ電極107a,107b,キャップ層106,レッジ構造部105aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図2Hに示すように、庇部108の外側のp+−InGaAs層202の上に、自己整合的にベース電極111を形成する。このとき、同時に、第2エミッタ電極110も形成される。
【0062】
この後、p+−InGaAs層202およびInGaAs層201をパターニングしてベース層104およびコレクタ層103を形成し、また、コレクタ電極112を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層102を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極110を露出させる。また、ベース電極111およびコレクタ電極112に対しては、公知のリソグラフィー技術により作製したマスクパターンを用い、RIE法により選択的にエッチングすることで、有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを可能とする。
【0063】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサを、アンダーカット形状にすることなくドライエッチングにより加工できるため、再現性よく微細なエミッタメサが形成できる。また、エミッタメサとは独立してレッジ構造部105aおよびベース電極111が形成できる。また、エミッタメサとベース電極111との間隔は、基板平面方向の庇部108の厚さにより制御できる。
【0064】
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図3は、本発明の実施の形態1におけるヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の構成を示す断面図である。HBTは、まず、Feをドープすることで半絶縁性としたInPからなる基板301と、基板301の上に形成されたInPからなるサブコレクタ層302と、サブコレクタ層302の上に形成されたInGaAsからなるコレクタ層303と、コレクタ層303の上に形成されたp+−InGaAsからなるベース層304と、ベース層304の上に形成されたInPからなるエミッタ層305と、エミッタ層305の上に形成されたn+−InGaAsからなるキャップ層306とを備える。
【0065】
また、キャップ層306の上には、例えば、タングステンシリサイド(WSi)からなる第1エミッタ電極307a,307bが形成されている。なお、第1エミッタ電極307a,307bは、一体に形成されているが、以降の説明の便宜上、下部を第1エミッタ電極307aとし、上部を第1エミッタ電極307bとしている。第1エミッタ電極307a,307b,一部のエミッタ層305,およびキャップ層306により、エミッタメサが構成されている。エミッタメサは、平面視長方形に形成され、短い辺の断面が図3に示されている。この平面視長方形の短い方の長さが、一般にエミッタメサ幅と呼ばれている。
【0066】
また、サブコレクタ層302の上には、コレクタ層303と離間してコレクタ電極312が形成され、上述したエミッタメサの周囲のベース層304の上にはベース電極311が形成されている。ここで、ベース層304の上のエミッタメサの部分とベース電極311との間の領域である外部ベース層の表面に流れる表面再結合電流を抑制するために、エミッタメサの部分よりエミッタ層305を延長して、レッジ構造部305aを形成している。レッジ構造部305aは、エミッタ層305と一体に形成され、また、ベース電極311とは離間している。
【0067】
加えて、第1エミッタ電極307a,307bの側部,エミッタメサの側部,およびレッジ構造部305aの上にかけて、例えば、窒化シリコンからなる被覆層308が形成され、また、第1エミッタ電極307bの側部に対応する被覆層308の側面には、例えば酸化シリコンからなる庇部309が形成されている。また、被覆層308を含む庇部309および第1エミッタ電極307bの上に、第2エミッタ電極310が形成されている。
なお、被覆層308は、少なくともキャップ層306を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から庇部309の下部の領域のレッジ構造部305aにかけて形成されていればよい。
【0068】
本実施の形態では、基板301の平面方向において、レッジ構造部305aの外形は庇部309の平面視の外形と同じに形成されている。
【0069】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサの側部に被覆層308を形成し、上側の第1エミッタ電極307bの側部に庇部309を形成したので、これらを利用して自己整合的に、レッジ構造部305aやベース電極311が形成できる。また、後述するように、レッジ構造部305aやベース電極311の自己整合的な形成とは別に、エミッタメサを形成した後に庇部309を形成できるので、アンダーカット形状に加工する必要がなく、エミッタメサの形状を正確に再現性よく形成できる。また、この形状を観察することが容易である。
【0070】
以下、本実施の形態2におけるHBTの製造方法について説明する。
【0071】
まず、図4Aに示すように、基板301の上に、InPからなるサブコレクタ層302、InGaAs層(第1半導体層)401、p+−InGaAs層(第2半導体層)402、InP層(第3半導体層)403、n+−InGaAs層(第4半導体層)404を、この順に堆積して形成する。これらは、例えば、よく知られた有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により形成できる。続いて、n+−InGaAs層404の上に、WSiからなる金属層405を形成する。金属層405は、例えば、スパッタ法もしくは蒸着法により形成することができる。
【0072】
次に、図4Bに示すように、図示しないレジストパターンを用い、キャップ層306および第1エミッタ電極307を形成する。例えば、レジストパターンをマスクとし、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより金属層405を選択的にエッチング除去することで、第1エミッタ電極307が形成できる。
【0073】
また、第1エミッタ電極307を形成した後、レジストパターンをマスクとし、塩素ガスを用いたICP−RIEで、n+−InGaAs層404を選択的にエッチングしてキャップ層306を形成する。引き続いて、層厚方向に5割程度のInP層403を選択的にエッチング除去し、部分的にパターンを備えるInP層403aを形成する。なお、図4Bは、レジストパターンを除去した後の状態を示している。
【0074】
上述したエミッタメサの形成では、レジストパターンや第1エミッタ電極307に対してオーバーエッチングするなどのことによりアンダーカット形状を形成することなく、第1エミッタ電極307の形状(寸法)にほぼ等しい形状にエミッタメサを形成している。言い換えると、エミッタメサが、第1エミッタ電極307に対して自己整合的に形成される。また、この段階では、庇部を備えるなどオーバーハング形状とはしていないので、例えば、SEMを用いることで、エミッタメサの形状や寸法などを容易に検査することができる。
【0075】
次に、CVD法を用いてSiNxを堆積し、図4Cに示すように、SiNx膜406を形成(被覆)する。CVD法を用いれば、第1エミッタ電極307の側部を含むメサ構造表面全てを、SiNx膜406で被覆することが可能である。SiNx膜406は、後述するように、被覆層308となる層であり、本実施の形態では、庇部が形成される前に被覆層が形成されていることになる。
【0076】
次に、図4Dに示すように、エミッタメサの側方のSiNx膜406の上に、レジスト層407を形成する。例えば、第1エミッタ電極307の部分を含むSiNx膜406の上の全域にレジストを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜をRIE法によりエッチバックすることで、レジスト層407が形成できる。ここで、レジスト層407に埋め込まれる領域に第1エミッタ電極307aが配置され、この上に第1エミッタ電極307bが配置される。
【0077】
次に、図4Eに示すように、第1エミッタ電極307bの部分を含むレジスト層407の上に、酸化シリコン膜408を形成する。例えば、スパッタ法により酸化シリコン膜408が形成できる。この後、例えばC2F6ガスを用いたRIE法により酸化シリコン膜408をエッチバックして一部のレジスト層407を露出させた後、レジスト層407を除去することで、図4Fに示すように、第1エミッタ電極307bの側部におけるSiNx膜406の側面に庇部309を形成する。これにより、レッジ構造部305aおよびベース電極311を自己整合的に形成するために用いるオーバーハング構造が実現される。
【0078】
ここで、本実施の形態では、オーバーハング構造によるはみ出し量が、酸化シリコン膜408の膜厚によって決定することができるために、高精度に制御可能であるとことに特徴がある。また、庇部309を形成した段階でSEMにより観察すれば、エミッタ電極307bの側部における庇部309の形成の状態の検査が可能となる。
【0079】
次に、SiNx膜406を、例えばSF6ガスを用いたRIE法によりエッチングし、InP層403aの表面を露出させる。このエッチングでは、庇部309などがマスクとなり、平面視で庇部309の外側の領域のSiNx膜406がエッチングされ、この領域のInP層403aが露出する。これにより、エミッタメサの側面から庇部309の下方のInP層403aの上にかけて、SiNx層406を残す。次いで、残したSiNx層406をマスクとしてInP層403aをウェットエッチングすれば、図4Gに示すように、レッジ構造部305aを備える状態でエミッタ層305が形成できる。なお、残したSiNx層406が、被覆層308となる。
【0080】
次に、エミッタ電極307a,307b,キャップ層306,レッジ構造部305aを中心部とした所定の領域が開放するレジストパターン(不図示)を形成し、この上よりPt/Ti/Pt/Auを蒸着してレジストパターンをリフトオフすることで、図4Hに示すように、庇部309の外側のp+−InGaAs層402の上に、自己整合的にベース電極311を形成する。このとき、同時に、第2エミッタ電極310も形成される。
【0081】
この後、p+−InGaAs層402およびInGaAs層401をパターニングしてベース層304およびコレクタ層303を形成し、また、コレクタ電極312を形成する。また、素子間分離エッチングにより、不要なサブコレクタ層302を除去する。この後、例えば、スピン塗布法によりBCBなどの有機保護膜(不図示)を形成し、続いて、RIE法を用いてエッチバックすることで、第2のエミッタ電極310を露出させる。また、ベース電極311およびコレクタ電極312に対しては、RIE法により有機保護膜にビアホールを形成し、配線とのコンタクトを可能とする。
【0082】
上述した本実施の形態によれば、エミッタメサを、アンダーカット形状にすることなくドライエッチングにより加工できるため、再現性よく微細なエミッタメサが形成できる。また、エミッタメサとは独立してレッジ構造部305aおよびベース電極311が形成できる。また、エミッタメサとベース電極311との間隔は、基板平面方向の庇部309の厚さにより制御できる。なお、本実施の形態2では、被覆層308となるSiNx膜406を形成した後に庇部309を形成している。このように、本実施の形態2では、被覆層を形成した後に庇部を形成するところが、前述した実施の形態1とは異なっている。前述した実施の形態では、庇部を形成した後に被覆層を形成している。いずれにおいても、被覆層をマスクとしてレッジ構造のエミッタ層を形成している。
【0083】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形が実施可能であることは明白である。例えば、上述した実施の形態では、エミッタ層とするInP層(第3半導体層)の一部をパターニングし、エミッタメサ部のエミッタ層との層厚よりレッジ構造部の層厚を薄くしたが、これに限るものではなく、エミッタ層とレッジ構造部との層厚が等しい状態であってもよい。この場合、例えば、図2Bを用いた説明において、InP層203の部分的なエッチングを行わなければよい。
【0084】
また、上述では、エミッタ電極の側部に形成する庇を絶縁体であるSiO2から構成したが、これに限るものではなく、金属あるいは半導体を用いてもよい。また、上述では、ベース電極をPt/Ti/Mo/Auとしたが、Pt/Ti/Mo/Au/Ti、Pt/Ti/Mo/Ti/Au、Pt/Ti/Mo/Ti/Au/Ti、Pt/Ti/W/Au、Pt/Ti/W/Au/Ti、Pt/Ti/W/Ti/Au、およびPt/Ti/W/Ti/Au/Tiとしてもよい。
【0085】
また、例えば、基板、サブコレクタ層、コレクタ層、ベース層、エミッタ層、キャップ層を、各々、InP、InGaAs、InGaAs、InP、InGaAsから構成したが、これに限るものではなく、他の化合物半導体から構成してもよい。例えば、コレクタ層にInGaAsよりもバンドギャップの大きいInPを用いたダブルヘテロ接合構造のバイポーラトランジスタであっても同様である。また、エミッタ層にInAlAsを用いる構造のHBT、またはベース層に狭バンドギャップ材料であるGaAsSbやInGaAsSbなどのGaAsSb系材料を用いたInP/GaAsSb系HBTであっても、前述同様に本発明が適用できる。
【符号の説明】
【0086】
101…基板、102…サブコレクタ層、103…コレクタ層、104…ベース層、105…エミッタ層、106…キャップ層、107a,107b…第1エミッタ電極、108…庇部、109…被覆層、110…第2エミッタ電極、111…ベース電極、112…コレクタ電極。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半絶縁性の化合物半導体からなる基板の上に、化合物半導体からなるサブコレクタ層を形成する工程と、
前記サブコレクタ層の上に化合物半導体からなるコレクタ層となる第1半導体層を形成する工程と、
前記コレクタ層の上に化合物半導体からなるベース層となる第2半導体層を形成する工程と、
前記ベース層の上に前記ベース層とは異なる化合物半導体からなりエミッタ層となる第3半導体層を形成する工程と、
前記第3半導体層の上に化合物半導体からなりキャップ層となる第4半導体層を形成する工程と、
前記第4半導体層の上に金属層を形成する工程と、
前記金属層をパターニングしてエミッタ電極を形成する工程と、
前記エミッタ電極を形成した後、前記第4半導体層をパターニングしてキャップ層を含むエミッタメサを形成する工程と、
前記キャップ層を形成した後、前記エミッタ電極の上部の側部に庇部を形成する工程と、
前記キャップ層を形成した後、少なくとも前記エミッタメサの露出している側面から前記庇部の下部の領域の前記第3半導体層にかかる被覆層を形成する工程と、
前記被覆層をマスクとして前記第3半導体層を選択的にエッチングし、前記キャップ層の下部に配置されるエミッタ層および前記庇部の下部に配置されるレッジ構造部を形成して前記第2半導体層を露出させる工程と、
露出した前記第2半導体層の上に選択的に金属を堆積して前記庇部の外側の前記第2半導体層の上にベース電極を形成する工程と、
前記ベース電極を形成した後、前記第2半導体層および前記第1半導体層をパターニングしてベース層およびコレクタ層を形成する工程と、
前記コレクタ層を形成した後、前記サブコレクタ層に接続するコレクタ電極を形成する工程と
を少なくとも備える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。
【請求項2】
請求項1記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記庇部を形成した後に前記被覆層を形成する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。
【請求項3】
請求項1記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記被覆層を形成した後に前記庇部を形成する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。
【請求項4】
半絶縁性の化合物半導体からなる基板と、
前記基板の上に形成された化合物半導体からなるサブコレクタ層と、
このサブコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるコレクタ層と、
このコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるベース層と、
このベース層の上に形成された前記ベース層とは異なる化合物半導体からなるエミッタ層と、
このエミッタ層の上に形成された化合物半導体からなるキャップ層と、
前記コレクタ層の周囲の前記サブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と、
前記エミッタ層の周囲の前記ベース層の上に形成されたベース電極と、
前記ベース電極と前記エミッタ層との間に前記ベース電極と離間して配置されて前記エミッタ層と一体に形成されたレッジ構造部と、
前記エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、
少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から前記庇部の下部の領域の前記レッジ構造部にかけて形成された被覆層と、
前記エミッタメサの周囲の前記ベース層の上に形成されたベース電極と、
前記コレクタ層と離間してサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と
を少なくとも備えることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項5】
請求項4記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記被覆層は、前記庇部の側面,前記庇部の下面,前記エミッタメサの側部,および前記レッジ構造部の上にかけて形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項6】
請求項4記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記被覆層は、前記エミッタ電極の側部,前記エミッタメサの側部,および前記レッジ構造部の上にかけて形成され、
前記庇部は、前記エミッタ電極の上部の側部に対応する前記被覆層の側面に形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項1】
半絶縁性の化合物半導体からなる基板の上に、化合物半導体からなるサブコレクタ層を形成する工程と、
前記サブコレクタ層の上に化合物半導体からなるコレクタ層となる第1半導体層を形成する工程と、
前記コレクタ層の上に化合物半導体からなるベース層となる第2半導体層を形成する工程と、
前記ベース層の上に前記ベース層とは異なる化合物半導体からなりエミッタ層となる第3半導体層を形成する工程と、
前記第3半導体層の上に化合物半導体からなりキャップ層となる第4半導体層を形成する工程と、
前記第4半導体層の上に金属層を形成する工程と、
前記金属層をパターニングしてエミッタ電極を形成する工程と、
前記エミッタ電極を形成した後、前記第4半導体層をパターニングしてキャップ層を含むエミッタメサを形成する工程と、
前記キャップ層を形成した後、前記エミッタ電極の上部の側部に庇部を形成する工程と、
前記キャップ層を形成した後、少なくとも前記エミッタメサの露出している側面から前記庇部の下部の領域の前記第3半導体層にかかる被覆層を形成する工程と、
前記被覆層をマスクとして前記第3半導体層を選択的にエッチングし、前記キャップ層の下部に配置されるエミッタ層および前記庇部の下部に配置されるレッジ構造部を形成して前記第2半導体層を露出させる工程と、
露出した前記第2半導体層の上に選択的に金属を堆積して前記庇部の外側の前記第2半導体層の上にベース電極を形成する工程と、
前記ベース電極を形成した後、前記第2半導体層および前記第1半導体層をパターニングしてベース層およびコレクタ層を形成する工程と、
前記コレクタ層を形成した後、前記サブコレクタ層に接続するコレクタ電極を形成する工程と
を少なくとも備える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。
【請求項2】
請求項1記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記庇部を形成した後に前記被覆層を形成する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。
【請求項3】
請求項1記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法において、
前記被覆層を形成した後に前記庇部を形成する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。
【請求項4】
半絶縁性の化合物半導体からなる基板と、
前記基板の上に形成された化合物半導体からなるサブコレクタ層と、
このサブコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるコレクタ層と、
このコレクタ層の上に形成された化合物半導体からなるベース層と、
このベース層の上に形成された前記ベース層とは異なる化合物半導体からなるエミッタ層と、
このエミッタ層の上に形成された化合物半導体からなるキャップ層と、
前記コレクタ層の周囲の前記サブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と、
前記エミッタ層の周囲の前記ベース層の上に形成されたベース電極と、
前記ベース電極と前記エミッタ層との間に前記ベース電極と離間して配置されて前記エミッタ層と一体に形成されたレッジ構造部と、
前記エミッタ電極の上部の側部に形成された庇部と、
少なくともキャップ層を含んで構成されたエミッタメサの露出している側面から前記庇部の下部の領域の前記レッジ構造部にかけて形成された被覆層と、
前記エミッタメサの周囲の前記ベース層の上に形成されたベース電極と、
前記コレクタ層と離間してサブコレクタ層の上に形成されたコレクタ電極と
を少なくとも備えることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項5】
請求項4記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記被覆層は、前記庇部の側面,前記庇部の下面,前記エミッタメサの側部,および前記レッジ構造部の上にかけて形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項6】
請求項4記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
前記被覆層は、前記エミッタ電極の側部,前記エミッタメサの側部,および前記レッジ構造部の上にかけて形成され、
前記庇部は、前記エミッタ電極の上部の側部に対応する前記被覆層の側面に形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図2H】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図6F】
【図6G】
【図6H】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図8G】
【図8H】
【公開番号】特開2011−222611(P2011−222611A)
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−87556(P2010−87556)
【出願日】平成22年4月6日(2010.4.6)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年11月4日(2011.11.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年4月6日(2010.4.6)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】
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