JP2011040623A - Heterojunction bipolar transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】高い電流増幅率を有し、高周波特性および素子寿命に優れたヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製法を提供すること。
【解決手段】半絶縁性基板1上に、n型半導体より成る真性エミッタ層16と、p型ドーパントを高濃度でドーピングされ、真性エミッタ層16よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るベース層9と、ベース層9と同じ半導体より成るコレクタ層10とを、この順序で積層して成るへテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、真性エミッタ層16の周囲に、高抵抗領域15が設けられ、高抵抗領域15と真性エミッタ層16との間に、真性エミッタ層16の半導体と同じ半導体から成るガードリング領域17が設けられ、真性エミッタ層16とベース層9との接合面が、ガードリング領域17の上面よりも下に位置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を構成する。
【選択図】図1The present invention provides a heterojunction bipolar transistor having a high current amplification factor and excellent high-frequency characteristics and device lifetime, and a method for manufacturing the same.
An intrinsic emitter layer made of an n-type semiconductor and a base layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a p-type dopant and having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer are formed on a semi-insulating substrate. And a collector layer 10 made of the same semiconductor as the base layer 9 is stacked in this order, a high resistance region 15 is provided around the intrinsic emitter layer 16 and the high resistance region 15 A guard ring region 17 made of the same semiconductor as the semiconductor of the intrinsic emitter layer 16 is provided between the upper surface of the guard ring region 17 and the intrinsic emitter layer 16. The heterojunction bipolar transistor is also characterized by being located below.
[Selection] Figure 1
Description
本発明はヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製法に関する。 The present invention relates to a heterojunction bipolar transistor and a method for manufacturing the same.
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)はエミッタにベースよりも広いバンドギャップを有する半導体材料を用いることにより、ホモ接合バイポーラトランジスタに較べて、エミッタよりもベースの不純物濃度を高めても高い電流増幅率を維持でき、ベース層の薄層化とベース抵抗低減を同時に実現できるため、超高速動作が可能になる。 Heterojunction bipolar transistor (HBT) uses a semiconductor material with a wider band gap than the base for the emitter, and maintains a high current gain even when the impurity concentration of the base is higher than that of the emitter, compared to the homojunction bipolar transistor. In addition, since the base layer can be thinned and the base resistance can be reduced at the same time, ultra-high speed operation is possible.
更に、III-V族化合物半導体を用いると、材料の選択によりヘテロ接合の組合せ自由度が広がること、また、電子デバイスのみならず光デバイスとの融合も可能になること等利点が増す。III-V族化合物半導体HBTでは、特にエミッタ材料にInP、ベース材料にInGaAsを用いたn-p-n型InP/InGaAs HBTにおいて、InGaAsの優れた電子輸送特性により、高速性能の指標である電流利得遮断周波数fTが 700GHzを越え、トランジスタの中での最高性能が得られている。加えて、InP/InGaAs HBTはエミッタ/ベース接合のターンオン電圧が低いため集積回路の低消費電力化に有利である。 Furthermore, when a III-V compound semiconductor is used, advantages such as widening the degree of freedom of combination of heterojunctions depending on the selection of materials and integration with optical devices as well as electronic devices are increased. In the III-V compound semiconductor HBT, in particular, in the npn type InP / InGaAs HBT using InP as the emitter material and InGaAs as the base material, the current gain cutoff frequency f, which is an index of high-speed performance, due to the excellent electron transport characteristics of InGaAs. T exceeds 700GHz, and the best performance among transistors is obtained. In addition, InP / InGaAs HBTs have a low emitter / base junction turn-on voltage, which is advantageous in reducing the power consumption of integrated circuits.
また、プロセス上では、特にエッチング加工において、InGaAsとInPに対して各々完全な選択ウェットエッチング溶液を用いることができるため,エッチングのウェハー面内均一性に優れる。閾値に相当するエミッタ/ベース接合間ターンオン電圧のウェハー面内均一性が優れていることと合わせて、InP/InGaAs HBTは大規模集積回路を構成するデバイスとして有利である。 Further, in the process, particularly in the etching process, a complete selective wet etching solution can be used for InGaAs and InP, respectively, so that the etching uniformity within the wafer surface is excellent. The InP / InGaAs HBT is advantageous as a device constituting a large-scale integrated circuit, in combination with the excellent in-wafer uniformity of the turn-on voltage between the emitter and the base corresponding to the threshold value.
これらのHBTは、通常エピタキシャル成長による積層構造のためメサ型を有する縦型トランジスタであり、エミッタが積層構造の最上位となるエミッタアップ構造とコレクタが最上位となるコレクタアップ構造の二つに大別される。製作上の容易さからエミッタアップ構造が主流であるが、コレクタアップ構造の特徴はコレクタ面積、特にベース・コレクタ接合容量CBCがエミッタアップ構造に比べて低減できることである。エミッタアップ構造では素子寸法が微細になるほどベース・エミッタ接合面積に占める外部ベース領域の割合が増加するため、CBCを低下させるにはコレクタアップ構造が有利である(下記非特許文献1のp.124〜133参照)。 These HBTs are vertical transistors having a mesa type because they are usually stacked by epitaxial growth, and are roughly divided into an emitter-up structure in which the emitter is the top of the stacked structure and a collector-up structure in which the collector is the top. Is done. While the emitter-up structure for ease in manufacturing is the mainstream, characteristic of the collector-up structure is that the collector area, in particular the base-collector junction capacitance C BC can be reduced as compared with the emitter-up structure. The ratio of the external base region element dimensions occupies the base-emitter junction area the more finely the emitter-up structure increases, to decrease the C BC is advantageously collector-up structure (Non-Patent Document 1 p. 124-133).
コレクタアップ構造の課題は、エミッタ・ベース接合面積がコレクタ・ベース接合面積よりも大きくなってしまうため、エミッタから外部ベース領域へのキャリア注入を抑制する必要があることである。例えば、n-p-n型HBTでは、アクセプタ不純物を外部ベース上からイオン注入し活性化アニールを施すことでワイドバンドギャップ半導体エミッタ中にp-n接合を形成し、真性トランジスタ部のヘテロ接合との障壁電位の差により外部エミッタ・ベース接合へのキャリア注入を抑制することができる。 The problem with the collector-up structure is that the emitter-base junction area becomes larger than the collector-base junction area, so that it is necessary to suppress carrier injection from the emitter to the external base region. For example, in an npn type HBT, an acceptor impurity is ion-implanted from an external base and activation annealing is performed to form a pn junction in a wide bandgap semiconductor emitter, and due to the difference in barrier potential from the heterojunction of the intrinsic transistor portion. Carrier injection into the external emitter-base junction can be suppressed.
しかしながら、ワイドバンド半導体中にイオン注入で形成されたp-n接合は、エピタキシャル成長法により形成されたp-n接合に比べてn値が高く、再結合電流成分が多い。特に、高電流密度領域ではリーク電流が増大し電流利得が著しく低下する。エミッタ・ベース接合部が順方向バイアス状態下にあっても、電流利得を維持するには、電気的に絶縁された高抵抗バリア層を外部エミッタ・ベース接合中に設けることが有効な方策である。 However, a pn junction formed by ion implantation in a wide band semiconductor has a higher n value and a larger recombination current component than a pn junction formed by epitaxial growth. In particular, in a high current density region, the leakage current increases and the current gain is significantly reduced. In order to maintain current gain even when the emitter-base junction is in a forward bias state, it is effective to provide an electrically isolated high-resistance barrier layer in the external emitter-base junction .
ワイドバンドギャップ半導体の高抵抗層は、電子、正孔いずれのキャリアに対しても高いヘテロ障壁が生じており、キャリア注入の抑制には効果的である。InP/InGaAs HBTの場合では、下記特許文献1「ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製法」に示されるように、Feイオン注入によりInP層中に安定な高抵抗層が形成できる。しかし、このFeイオン注入をp+-InGaAsベース層上から行うとp+-InGaAsベース層も高抵抗化されベース抵抗が著しく増大するため、InPエミッタ層までエピタキシャル成長させた積層構造にFeイオン注入で外部エミッタ領域を高抵抗化し、その後エピタキシャル再成長法でp+-InGaAsベース層、アンドープのInGaAsコレクタ層、n+-InGaAsコレクタコンタクト層を順次成長させて、コレクタアップ型HBT構造を形成する。 The high-resistance layer of the wide band gap semiconductor has a high hetero barrier against both electron and hole carriers, and is effective in suppressing carrier injection. In the case of InP / InGaAs HBT, a stable high-resistance layer can be formed in the InP layer by Fe ion implantation, as described in Patent Document 1 “Method for producing heterojunction bipolar transistor” below. However, the Fe ion implantation p + -InGaAs performed from the base layer p + -InGaAs base layer also high resistance because the base resistance increases significantly, with Fe ion implantation multilayer structure is epitaxially grown to InP emitter layer The resistance of the external emitter region is increased, and then a p + -InGaAs base layer, an undoped InGaAs collector layer, and an n + -InGaAs collector contact layer are sequentially grown by epitaxial regrowth to form a collector-up type HBT structure.
図13に、コレクタアップ型HBTの従来例の断面図を示す。図に示すように、半縁性基板1上に、第1導電型(この場合n型)のドーパントをドーピングされた半導体より成るサブエミッタ層3が形成され、サブエミッタ層3の上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、サブエミッタ層3よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタコンタクト層4が形成され、エミッタコンタクト層4の上に、第1導電型ドーパントをドーピングされ、エミッタコンタクト層4よりも広いバンドギャップを有する半導体より成る真性エミッタ層16が形成され、真性エミッタ層16の上に、第1導電型とは反対の導電性(p型導電性)を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、エミッタ層5よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るベース層9が形成され、ベース層9の上に、ベース層9と同じ半導体より成るコレクタ層10が形成されてなるコレクタアップ型HBTにおいて、真性エミッタ層16の周囲に、高抵抗領域15(高抵抗バリア層)が設けられている。 FIG. 13 shows a cross-sectional view of a conventional collector-up type HBT. As shown in the figure, a sub-emitter layer 3 made of a semiconductor doped with a dopant of the first conductivity type (in this case, n-type) is formed on a semi-rimmed substrate 1, and on the sub-emitter layer 3, An emitter contact layer 4 made of a semiconductor having a band gap narrower than that of the sub-emitter layer 3 is formed by doping with one conductivity type dopant at a high concentration, and the first conductivity type dopant is doped on the emitter contact layer 4; An intrinsic emitter layer 16 made of a semiconductor having a wider band gap than the emitter contact layer 4 is formed, and a second conductivity that is opposite to the first conductivity type (p-type conductivity) is formed on the intrinsic emitter layer 16. A base layer 9 made of a semiconductor doped with a conductive dopant at a high concentration and having a narrower band gap than the emitter layer 5 is formed. In a collector-up type HBT in which a collector layer 10 made of the same semiconductor as the base layer 9 is formed on the layer 9, a high resistance region 15 (high resistance barrier layer) is provided around the intrinsic emitter layer 16. Yes.
更に、このようなHBTについて、エッチングによる素子間分離を行い、ポリイミド、BCB等のスピンコーティング有機絶縁膜で半導体表面をパシベーションする工程が一般的である。 Further, for such an HBT, a process is generally performed in which elements are separated by etching, and the semiconductor surface is passivated with a spin coating organic insulating film such as polyimide or BCB.
エミッタアップ型HBTでは、エミッタメサ平面寸法の縮小に伴いエミッタメサの周辺部と外部ベース領域の間に表面再結合ベース電流が発生し電流増幅率が著しく低下する。これはエミッタ真性領域に対する周辺長の比率が増すに伴い顕著になる。この表面再結合リーク電流を抑制するために外部ベース層表面のエミッタメサ周辺にガードリング構造と称する(リッジ構造と同義)再結合ベース電流抑制領域を設けることが有効である。InP/InGaAs HBTでは、例えば、上記特許文献2において示されるように、InPエミッタ層をドライエッチングで薄層化しベース層上の迫り出し領域をガードリング領域として機能させている。このベース層上の薄いInP層は十分に空乏化しており表面再結合リーク電流を抑制するのに効果的である。 In the emitter-up type HBT, a surface recombination base current is generated between the peripheral portion of the emitter mesa and the external base region as the emitter mesa plane size is reduced, and the current amplification factor is remarkably lowered. This becomes noticeable as the ratio of the peripheral length to the emitter intrinsic region increases. In order to suppress this surface recombination leakage current, it is effective to provide a recombination base current suppression region called a guard ring structure (synonymous with a ridge structure) around the emitter mesa on the surface of the external base layer. In InP / InGaAs HBT, for example, as shown in Patent Document 2, the InP emitter layer is thinned by dry etching so that the protruding region on the base layer functions as a guard ring region. The thin InP layer on the base layer is sufficiently depleted and is effective in suppressing surface recombination leakage current.
一方、コレクタアップ型HBTにおいては、上記のようなエミッタ・ベース接合周辺およびエミッタ層側面の表面再結合リーク電流を抑制するための十分な対策はなされておらず、素子サイズの微細化に伴い電流増幅率の著しい低下が懸念される。また、素子の長期信頼性の面でも不十分である。特に、ワイドバンドギャップ半導体である外部エミッタ中にイオン注入により高抵抗領域を形成する場合には、イオン注入時の損傷がエミッタ・ベース接合周辺およびエミッタ層側面の表面再結合リーク電流を助長し、電流増幅率の更なる低下が引き起こされる可能性がある。 On the other hand, in the collector-up type HBT, sufficient measures are not taken to suppress the surface recombination leakage current around the emitter-base junction and the side surface of the emitter layer as described above. There is concern about a significant decrease in amplification factor. In addition, the long-term reliability of the element is insufficient. In particular, when a high resistance region is formed by ion implantation in an external emitter that is a wide band gap semiconductor, damage during ion implantation promotes surface recombination leakage current around the emitter-base junction and the side of the emitter layer, Further reduction of the current gain can be caused.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、高い電流増幅率を有し、高周波特性および素子寿命に優れたヘテロ接合バイポーラトランジスタおよびその製法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved by the present invention is a heterojunction bipolar transistor having a high current amplification factor and excellent high-frequency characteristics and element lifetime, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
本発明においては、上記課題を解決するために、請求項1に記載のように、
基板上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた半導体より成る真性エミッタ層が形成され、該真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、該真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るベース層が形成され、該ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層が形成されているコレクタアップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記真性エミッタ層の周囲に、高抵抗領域を含む外部エミッタ領域が設けられ、前記高抵抗領域と前記真性エミッタ層との間に、前記真性エミッタ層の半導体と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体から成るガードリング領域が設けられ、前記真性エミッタ層と前記ベース層との接合面が、前記ガードリング領域の上面よりも下に位置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を構成する。
In the present invention, in order to solve the above problem, as described in claim 1,
An intrinsic emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant is formed on the substrate, and a high concentration of a second conductivity type dopant exhibiting conductivity opposite to the first conductivity type is formed on the intrinsic emitter layer. A base layer made of a semiconductor having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer is formed, and a collector layer made of the same semiconductor as the base layer is formed on the base layer. In the heterojunction bipolar transistor, an external emitter region including a high resistance region is provided around the intrinsic emitter layer, and the same as the semiconductor of the intrinsic emitter layer or between the high resistance region and the intrinsic emitter layer A guard ring region made of a semiconductor having a wide band gap is provided, and a junction between the intrinsic emitter layer and the base layer is provided. But it constitutes a heterojunction bipolar transistor, characterized in that located below the upper surface of the guard ring region.
また、本発明においては、請求項2に記載のように、
前記コレクタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体より成るコレクタコンタクト層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを構成する。
In the present invention, as described in claim 2,
2. The heterojunction bipolar transistor according to claim 1, wherein a collector contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant is provided on the collector layer.
また、本発明においては、請求項3に記載のように、
前記真性エミッタ層下に、該真性エミッタ層に電気的に接続する、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、前記真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタコンタクト層が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを構成する。
In the present invention, as described in claim 3,
An emitter contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant and having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer, electrically connected to the intrinsic emitter layer, is provided under the intrinsic emitter layer. A heterojunction bipolar transistor according to claim 1 or 2 is formed.
また、本発明においては、請求項4に記載のように、
半絶縁性基板上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた半導体より成るサブエミッタ層が形成され、該サブエミッタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、前記サブエミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタコンタクト層が形成され、該エミッタコンタクト層上に、第1導電型ドーパントをドーピングされ、前記エミッタコンタクト層よりも広いバンドギャップを有する半導体より成る真性エミッタ層が形成され、該真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、前記真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るベース層が形成され、該ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層が形成され、該コレクタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体より成るコレクタコンタクト層が形成されているコレクタアップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記真性エミッタ層の周囲に、高抵抗領域を含む外部エミッタ領域が設けられ、前記高抵抗領域と前記真性エミッタ層との間に、前記真性エミッタ層の半導体と同じ半導体から成るガードリング領域が設けられ、前記真性エミッタ層と前記ベース層との接合面が、前記ガードリング領域の上面よりも下に位置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を構成する。
In the present invention, as described in claim 4,
A sub-emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant is formed on the semi-insulating substrate, and the first conductivity type dopant is doped at a high concentration on the sub-emitter layer. An emitter contact layer made of a semiconductor having a narrow band gap is formed, and an intrinsic emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant and having a wider band gap than the emitter contact layer is formed on the emitter contact layer. A base layer made of a semiconductor formed and doped on the intrinsic emitter layer with a second conductivity type dopant having a conductivity opposite to that of the first conductivity type at a high concentration and having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer. And a collector layer made of the same semiconductor as the base layer is formed on the base layer. In the collector-up type heterojunction bipolar transistor in which a collector contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of the first conductivity type dopant is formed on the collector layer, around the intrinsic emitter layer, An external emitter region including a high resistance region is provided, and a guard ring region made of the same semiconductor as the semiconductor of the intrinsic emitter layer is provided between the high resistance region and the intrinsic emitter layer, and the intrinsic emitter layer and the intrinsic emitter layer The heterojunction bipolar transistor is characterized in that the junction surface with the base layer is located below the upper surface of the guard ring region.
また、本発明においては、請求項5に記載のように、
真性エミッタ層の周辺にガードリング領域を有するコレクタアップ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製法であって、基板上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体より成るエミッタコンタクト層を形成する工程と、前記エミッタコンタクト層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、該エミッタコンタクト層よりも広いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタ下層を形成し、該エミッタ下層上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた、該下層コンタクト層と同じ半導体より成る真性エミッタ層を形成する工程と、前記真性エミッタ層上に、該真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るキャップ層を形成する工程と、前記キャップ層上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜上にフォトレジストパタニングを行い、フォトレジストパタンをマスクとする反応性イオンエッチングを用いて絶縁膜残しパタンを形成する工程と、前記絶縁膜残しパタンをマスクとして、前記キャップ層、真性エミッタ層およびエミッタ下層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させる工程と、露出した前記エミッタコンタクト層上に少なくとも前記エミッタ層と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体で構成される外部エミッタ層を少なくとも絶縁膜残しパタンの下側の高さまでエピタキシャル再成長させる工程と前記絶縁膜残しパタン表面を覆うフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記外部エミッタ層全面にイオン注入を行う工程と、前記フォトレジストパタンおよび絶縁膜残しパタンを除去し、更に前記キャップ層を選択エッチングにより除去する工程と、前記再成長外部エミッタ層上、および、前記キャップ層の除去により露出した前記真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたベース層を形成する工程と、前記ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層を形成する工程とを有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法を構成する。
In the present invention, as described in claim 5,
A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor for manufacturing a collector-up type heterojunction bipolar transistor having a guard ring region around an intrinsic emitter layer, comprising: a semiconductor doped with a first conductivity type dopant at a high concentration on a substrate; Forming an emitter contact layer comprising: forming an emitter lower layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant and having a wider band gap than the emitter contact layer on the emitter contact layer; Forming an intrinsic emitter layer doped with a first conductivity type dopant on the emitter underlayer and made of the same semiconductor as the underlying contact layer; and forming a band gap narrower than the intrinsic emitter layer on the intrinsic emitter layer. Process for forming a cap layer made of semiconductor Depositing an insulating film on the cap layer, performing photoresist patterning on the insulating film, and forming an insulating film remaining pattern by reactive ion etching using the photoresist pattern as a mask; and Etching the cap layer, the intrinsic emitter layer, and the lower emitter layer using the remaining film pattern as a mask to expose the emitter contact layer, and at least the same or wider band as the emitter layer on the exposed emitter contact layer A step of epitaxially regrowing an external emitter layer made of a semiconductor having a gap to at least a height below the pattern of the insulating film, a photoresist pattern covering the surface of the pattern of the insulating film is formed, and the photoresist pattern is masked As a result, ion implantation is performed on the entire surface of the external emitter layer. Removing the photoresist pattern and the insulating film remaining pattern, further removing the cap layer by selective etching, and exposing the regrowth external emitter layer and the cap layer by removing the cap layer. Forming a base layer doped with a second conductivity type dopant exhibiting conductivity opposite to the first conductivity type on the intrinsic emitter layer at a high concentration; and the same semiconductor as the base layer on the base layer And forming a collector layer comprising a heterojunction bipolar transistor.
また、本発明においては、請求項6に記載のように、
前記コレクタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体より成るコレクタコンタクト層を形成する工程を有することを特徴とする請求項5に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製法を構成する。
In the present invention, as described in claim 6,
6. The method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor according to claim 5, further comprising a step of forming a collector contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant on the collector layer. .
また、本発明においては、請求項7に記載のように、
真性エミッタ層の周辺にガードリング領域を有するコレクタアップ型のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するヘテロ接合バイポーラトランジスタの製法であって、半絶縁性基板上に、前期第1導電型ドーパントをドーピングされたサブエミッタ層を形成する工程と、前記サブエミッタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、前記サブエミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタコンタクト層を形成する工程と、前記エミッタコンタクト層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、該エミッタコンタクト層よりも広いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタ下層を形成し、該エミッタ下層上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた、該下層コンタクト層と同じ半導体より成る真性エミッタ層を形成する工程と、前記真性エミッタ層上に、該真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るキャップ層を形成する工程と、前記キャップ層上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜上にフォトレジストパタニングを行い、フォトレジストパタンをマスクとする反応性イオンエッチングを用いて絶縁膜残しパタンを形成する工程と、前記絶縁膜残しパタンをマスクとして、前記キャップ層、真性エミッタ層およびエミッタ下層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させる工程と、露出した前記エミッタコンタクト層上に少なくとも前記エミッタ層と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体で構成される外部エミッタ層を少なくとも絶縁膜残しパタンの下側の高さまでエピタキシャル再成長させる工程と、前記絶縁膜残しパタン表面を覆うフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記外部エミッタ層全面にイオン注入を行う工程と、前記フォトレジストパタンおよび絶縁膜残しパタンを除去し、更に前記キャップ層を選択エッチングにより除去する工程と、前記外部エミッタ層上、および、前記キャップ層の除去により露出した前記真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたベース層を形成する工程と、前記ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層を形成し、該コレクタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたコレクタコンタクト層を形成する工程と、前記コレクタコンタクト層上に少なくとも前記真性エミッタ層を含み、かつ前記イオン注入を行った領域を含まない面上にフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記コレクタキャップ層およびコレクタ層をエッチングして、前記ベース層を露出させる工程と、前記コレクタコンタクト層およびベース層上に、それぞれ、コレクタ電極およびベース電極を形成する工程と、少なくとも前記ベース電極よりも外側にフォトレジストパタンを形成した後、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記ベース層、および、イオン注入領域を含む外部エミッタ層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させ、露出部にエミッタ電極を形成する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法を構成する。
In the present invention, as described in claim 7,
A heterojunction bipolar transistor manufacturing method for manufacturing a collector-up type heterojunction bipolar transistor having a guard ring region in the periphery of an intrinsic emitter layer, wherein the first conductivity type dopant is doped on a semi-insulating substrate. Forming an emitter layer; forming an emitter contact layer made of a semiconductor doped with a first conductive dopant at a high concentration on the sub-emitter layer and having a narrower band gap than the sub-emitter layer; On the emitter contact layer, a first conductivity type dopant is doped at a high concentration to form an emitter lower layer made of a semiconductor having a wider band gap than the emitter contact layer, and the first conductivity type dopant is formed on the emitter lower layer. Doped with the lower contact layer. Forming an intrinsic emitter layer made of a semiconductor; forming a cap layer made of a semiconductor having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer on the intrinsic emitter layer; and depositing an insulating film on the cap layer And performing a photoresist patterning on the insulating film, forming a pattern of remaining insulating film using reactive ion etching using the photoresist pattern as a mask, and using the insulating film remaining pattern as a mask, the cap layer, Etching an intrinsic emitter layer and an emitter lower layer to expose the emitter contact layer, and an external emitter layer composed of a semiconductor having at least the same or a wide band gap as the emitter layer on the exposed emitter contact layer At least to the height below the pattern of the insulating film And a step of forming a photoresist pattern covering the surface of the insulating film remaining pattern, and performing ion implantation on the entire surface of the external emitter layer using the photoresist pattern as a mask, and the photoresist pattern and the insulating film. The step of removing the remaining pattern and further removing the cap layer by selective etching, and on the external emitter layer and on the intrinsic emitter layer exposed by removing the cap layer, are opposite to the first conductivity type. Forming a base layer doped with a second conductivity type dopant exhibiting conductivity at a high concentration; forming a collector layer made of the same semiconductor as the base layer on the base layer; and Forming a collector contact layer doped with a high concentration of a first conductivity type dopant; and the collector contact A photoresist pattern is formed on a surface that includes at least the intrinsic emitter layer on the layer and does not include the ion-implanted region, and the collector cap layer and the collector layer are etched using the photoresist pattern as a mask. Then, after exposing the base layer, forming a collector electrode and a base electrode on the collector contact layer and the base layer, respectively, and after forming a photoresist pattern at least outside the base electrode Etching the base layer and the external emitter layer including the ion implantation region using the photoresist pattern as a mask to expose the emitter contact layer and forming an emitter electrode in the exposed portion. Constructed the manufacturing method of the characteristic heterojunction bipolar transistor That.
本発明では、従来のコレクタアップHBT構造では設けられていなかったガードリング領域を真性エミッタ層の周辺に設け、さらに、真性エミッタ層とベース層との接合面が、ガードリング領域の上面よりも下に位置するようにすることにより、エミッタ・ベース接合表面再結合リーク電流を効果的に抑え、素子の微細化に伴う電流増幅率の低下(サイズ効果)を緩和することが可能となる。 In the present invention, a guard ring region that is not provided in the conventional collector-up HBT structure is provided around the intrinsic emitter layer, and the junction surface between the intrinsic emitter layer and the base layer is lower than the upper surface of the guard ring region. Thus, it is possible to effectively suppress the emitter-base junction surface recombination leakage current, and to mitigate the decrease in the current amplification factor (size effect) accompanying the miniaturization of the element.
[実施の形態例]
本発明に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの一例を、その断面図として図1に示す。図に示すように、半絶縁性InPより成る半絶縁性基板1上に、第1導電型(この場合n型)のドーパントをドーピングされた半導体(n型不純物を高濃度でドーピングされたInP)より成るサブエミッタ層3が形成され、サブエミッタ層3の上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、サブエミッタ層3よりも狭いバンドギャップを有する半導体(高濃度n型ドーピングInGaAs)より成るエミッタコンタクト層4が形成され、エミッタコンタクト層4の上に、第1導電型ドーパントをドーピングされ、エミッタコンタクト層4よりも広いバンドギャップを有する半導体(n型ドーピングInP)より成る真性エミッタ層16が形成され、真性エミッタ層16の上に、第1導電型とは反対の導電性(p型導電性)を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、エミッタ層5よりも狭いバンドギャップを有する半導体(高濃度p型InGaAs)より成るベース層9が形成され、ベース層9の上に、ベース層9と同じ半導体(アンドープInGaAs)より成るコレクタ層10が形成され、コレクタ層10の上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体(高濃度n型InGaAs)より成るコレクタコンタクト層11が形成され、これによって、コレクタアップ型のへテロ接合バイポーラトランジスタが構成されている。
[Example of embodiment]
An example of a heterojunction bipolar transistor according to the present invention is shown in FIG. As shown in the figure, a semiconductor doped with a first conductivity type (in this case, n-type) dopant (InP doped with a high concentration of n-type impurities) on a semi-insulating substrate 1 made of semi-insulating InP. A sub-emitter layer 3 is formed, and a semiconductor having a narrower band gap than the sub-emitter layer 3 (high-concentration n-type doped InGaAs) is doped on the sub-emitter layer 3 with a high concentration of the first conductivity type dopant. An emitter contact layer 4 is formed, and an intrinsic emitter layer made of a semiconductor (n-type doped InP) doped with a first conductivity type dopant and having a wider band gap than the emitter contact layer 4 is formed on the emitter contact layer 4. 16 is formed and exhibits conductivity (p-type conductivity) opposite to the first conductivity type on the intrinsic emitter layer 16. A base layer 9 made of a semiconductor (high-concentration p-type InGaAs) doped with a two-conductivity-type dopant at a high concentration and having a narrower band gap than the emitter layer 5 is formed, and is the same as the base layer 9 on the base layer 9 A collector layer 10 made of a semiconductor (undoped InGaAs) is formed, and a collector contact layer 11 made of a semiconductor (high-concentration n-type InGaAs) doped with a first conductivity type dopant at a high concentration is formed on the collector layer 10. As a result, a collector-up type heterojunction bipolar transistor is formed.
上記の実施の形態例では、従来のコレクタアップHBT構造では設けられていなかったガードリング領域17を真性エミッタ層16の周辺に設け、さらに、真性エミッタ層16とベース層9との接合面が、ガードリング領域17の上面よりも下に位置するようにすることにより、エミッタ・ベース接合表面再結合リーク電流を効果的に抑え、素子の微細化に伴う電流増幅率の低下(サイズ効果)を緩和することが可能となる。 In the above embodiment, the guard ring region 17 that was not provided in the conventional collector-up HBT structure is provided around the intrinsic emitter layer 16, and the junction surface between the intrinsic emitter layer 16 and the base layer 9 is By being positioned below the upper surface of the guard ring region 17, the emitter-base junction surface recombination leakage current is effectively suppressed, and the reduction in current amplification factor (size effect) associated with device miniaturization is mitigated. It becomes possible to do.
これにより高い電流増幅率を有し、高周波特性および素子寿命に優れたHBTを提供することが可能となり、かかるHBTから構成される低消費電力大規模集積回路を提供することができる。 As a result, it is possible to provide an HBT having a high current amplification factor and excellent high-frequency characteristics and element lifetime, and a low power consumption large-scale integrated circuit composed of such an HBT can be provided.
次に、本発明に係るコレクタアップ型HBTの製法を図2〜12のHBT断面構造図を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the collector-up type HBT according to the present invention will be described with reference to the HBT cross-sectional structure diagrams of FIGS.
まず、図2に示すように、半絶縁性InPより成る半絶縁性基板1上にMBE、MOCVD等のエピタキシャル成長法によって、InPおよびInGaAsから成るバッファー層2を形成し、バッファー層2の上に高濃度の第1導電型ドーパントであるn型不純物をドーピングされたInPから成るサブエミッタ層3を形成し、サブエミッタ層3の上に、エミッタにオーミック性電極を形成するための高濃度n型ドーピングInGaAsから成るエミッタコンタクト層4を形成し、エミッタコンタクト層4の上に、高濃度n型ドーピングInP層(エミッタ下層)およびn型ドーピングInP層(真性エミッタ層16)から成るエミッタ層5を形成し、エミッタ層5の上に、故意にドーピングしていない(アンドープ)InGaAsから成る薄膜のキャップ層6を順次エピタキシャル成長させてエピタキシャル積層構造を形成する。 First, as shown in FIG. 2, a buffer layer 2 made of InP and InGaAs is formed on a semi-insulating substrate 1 made of semi-insulating InP by an epitaxial growth method such as MBE or MOCVD. A sub-emitter layer 3 made of InP doped with an n-type impurity as a first conductivity type dopant is formed, and a high-concentration n-type doping for forming an ohmic electrode on the emitter is formed on the sub-emitter layer 3. An emitter contact layer 4 made of InGaAs is formed, and an emitter layer 5 composed of a high-concentration n-type doped InP layer (emitter lower layer) and an n-type doped InP layer (intrinsic emitter layer 16) is formed on the emitter contact layer 4. The emitter layer 5 is made of InGaAs that is not intentionally doped (undoped). The cap layer 6 of the membrane by sequentially epitaxially grown to form an epitaxial multilayer structure.
つぎに、図3に示すように、上記薄膜InGaAs層(キャップ層6)上にシリコン窒化膜(絶縁膜7)をプラズマCVD法で堆積する。 Next, as shown in FIG. 3, a silicon nitride film (insulating film 7) is deposited on the thin film InGaAs layer (cap layer 6) by plasma CVD.
つぎに、図4に示すように、フォトリソグラフィ技術によりパタニングしたフォトレジストをマスクとして上記シリコン窒化膜(絶縁膜7)をC2F6ガスおよびSF6ガスを用いた反応性イオンエッチングで除去し、薄膜InGaAsキャップ層6を露出させ、その後、マスクのフォトレジストを除去しシリコン窒化膜残しパタンを形成する。 Next, as shown in FIG. 4, the silicon nitride film (insulating film 7) is removed by reactive ion etching using C 2 F 6 gas and SF 6 gas using a photoresist patterned by photolithography as a mask. Then, the thin film InGaAs cap layer 6 is exposed, and then the photoresist of the mask is removed to form a pattern for leaving a silicon nitride film.
つぎに、図5に示すように、上記シリコン窒化膜残しパタン(絶縁膜7)をマスクとして、薄膜InGaAsキャップ層6、エミッタ層5(n型InPエミッタ層と高濃度n型InPエミッタ層とから成る)を選択ウェットエッチングでエッチングし、n型InGaAsエミッタコンタクト層4を露出させる。このとき、エッチングされずに残ったエミッタ層5中のn型ドーピングInP層が真性エミッタ層16となる。 Next, as shown in FIG. 5, the thin film InGaAs cap layer 6 and the emitter layer 5 (n-type InP emitter layer and high-concentration n-type InP emitter layer are formed using the silicon nitride film remaining pattern (insulating film 7) as a mask. The n-type InGaAs emitter contact layer 4 is exposed by selective wet etching. At this time, the n-type doped InP layer in the emitter layer 5 remaining without being etched becomes the intrinsic emitter layer 16.
つぎに、図6に示すように、n型InGaAsエミッタコンタクト層4上に外部エミッタ領域となるアンドープInP層(再成長エミッタ層8)をエピタキシャル再成長させる。シリコン窒化膜残しパタンマスク(絶縁膜7)上にはInPは成長されないのでアンドープInPは、真性エミッタ層16とキャップ層6の側面全体を取り囲む形状で成長される。InP層(再成長エミッタ層8)は、少なくとも絶縁膜残しパタン(絶縁膜7)の下側の高さまでエピタキシャル再成長させる。 Next, as shown in FIG. 6, an undoped InP layer (regrown emitter layer 8) serving as an external emitter region is epitaxially regrown on the n-type InGaAs emitter contact layer 4. Since InP is not grown on the silicon nitride film pattern mask (insulating film 7), undoped InP is grown in a shape surrounding the entire side surfaces of the intrinsic emitter layer 16 and the cap layer 6. The InP layer (regrown emitter layer 8) is epitaxially regrown to at least the height below the pattern of the insulating film remaining (insulating film 7).
つぎに、図7に示すように、上記シリコン窒化膜パタン(絶縁膜7)の外側にフォトレジストパタンを形成し、このフォトレジストパタンをマスクとして、再成長エミッタ層8上にFeイオンを注入する。このとき、フォトレジストパタンにマスクされて、イオン注入を受けなかった再成長エミッタ層8の部分がガードリング領域17となる。 Next, as shown in FIG. 7, a photoresist pattern is formed outside the silicon nitride film pattern (insulating film 7), and Fe ions are implanted onto the regrowth emitter layer 8 using the photoresist pattern as a mask. . At this time, the portion of the regrown emitter layer 8 masked by the photoresist pattern and not subjected to ion implantation becomes the guard ring region 17.
つぎに、図8に示すように、フォトレジストパタン、シリコン窒化膜パタン(絶縁膜7)を除去し、再成長エミッタ層8およびInGaAsキャップ層6を露出させる。 Next, as shown in FIG. 8, the photoresist pattern and the silicon nitride film pattern (insulating film 7) are removed, and the regrowth emitter layer 8 and the InGaAs cap layer 6 are exposed.
つぎに、図9に示すように、再成長InPエミッタ層8の表面を洗浄し、更に薄膜InGaAsキャップ層6を選択ウェットエッチングで除去し、n型InP真性エミッタ層16を露出させた後、高濃度p型InGaAsから成るベース層9、アンドープInGaAsから成るコレクタ層10、高濃度n型InGaAsから成るコレクタコンタクト層11を順次エピタキシャル再成長させる。このエピタキシャル再成長時の成長温度によりFeイオンを注入した再成長InPエミッタ中に安定な高抵抗領域15が形成される。 Next, as shown in FIG. 9, the surface of the regrowth InP emitter layer 8 is cleaned, the thin film InGaAs cap layer 6 is removed by selective wet etching, and the n-type InP intrinsic emitter layer 16 is exposed. A base layer 9 made of p-type InGaAs, a collector layer 10 made of undoped InGaAs, and a collector contact layer 11 made of high-concentration n-type InGaAs are successively epitaxially regrown. A stable high-resistance region 15 is formed in the regrown InP emitter into which Fe ions are implanted at the growth temperature during this epitaxial regrowth.
つぎに、図10に示すように、前記Feイオン注入に使用したフォトレジストパタンと同一サイズのフォトレジストパタンを形成した後、高濃度n型InGaAsコレクタコンタクト層11、アンドープInGaAsコレクタ層10をドライエッチングおよびウェットエッチングでエッチングし、高濃度p型InGaAsベース層9を露出させる。 Next, as shown in FIG. 10, after forming a photoresist pattern having the same size as the photoresist pattern used for the Fe ion implantation, the high-concentration n-type InGaAs collector contact layer 11 and the undoped InGaAs collector layer 10 are dry-etched. Etching is performed by wet etching to expose the high concentration p-type InGaAs base layer 9.
つぎに、図11に示すように、フォトレジストパタンを除去した後、高濃度n型InGaAsコレクタコンタクト層11上にコレクタ電極12を、高濃度p型InGaAsベース層9上にベース電極13を蒸着リフトオフ法で形成する。コレクタ電極12としてTi/Pt/Au/Pt/Ti、ベース電極13としてPt/Ti/Pt/Au/Pt/Tiを用いた。
Next, as shown in FIG. 11, after removing the photoresist pattern, the
つぎに、図12に示すように、Feイオン注入した再成長エミッタ層8を部分的にエッチングし、高濃度n型ドーピングInGaAsエミッタコンタクト層4を露出しエミッタ電極14を蒸着リフトオフ法で形成する。エミッタ電極14としてTi/Pt/Au/Pt/Tiを用いた。
Next, as shown in FIG. 12, the regrowth emitter layer 8 implanted with Fe ions is partially etched to expose the high-concentration n-type doped InGaAs emitter contact layer 4 and to form the
このようにして、図1に示した、本発明に係るコレクタアップ型HBTが完成する。本発明に係るコレクタアップ型HBTの製法の特徴は、キャップ層6で上面を覆われた真性エミッタ層16の周囲に、真性エミッタ層16と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体を、少なくとも真性エミッタ層16の上面の高さにまでエピタキシャル再成長させて、ガードリング領域17を形成することにある。 In this way, the collector up type HBT according to the present invention shown in FIG. 1 is completed. The manufacturing method of the collector-up type HBT according to the present invention is characterized in that a semiconductor having the same or wide band gap as that of the intrinsic emitter layer 16 is provided at least around the intrinsic emitter layer 16 whose upper surface is covered with the cap layer 6. The guard ring region 17 is formed by epitaxial regrowth to the height of the upper surface of the layer 16.
その後、ウェットエッチングにより素子間分離を行い、トランジスタ全面にパシベーション膜を被膜する。各半導体層のエッチングにはクエン酸水溶液/過酸化水素水および塩酸/リン酸/酢酸溶液による選択ウェットエッチングを使用している。パシベーション膜はBCB、ポリイミド等の有機絶縁膜およびシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機絶縁膜が適用可能である。 Thereafter, element isolation is performed by wet etching, and a passivation film is coated on the entire surface of the transistor. For the etching of each semiconductor layer, selective wet etching using a citric acid aqueous solution / hydrogen peroxide solution and a hydrochloric acid / phosphoric acid / acetic acid solution is used. As the passivation film, an organic insulating film such as BCB or polyimide and an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film can be applied.
なお、本実施の形態例においては、特にInP/InGaAs HBTの典型的な構造について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、エミッタにInAlAs層を用いたInAlAs/InGaAs
HBTあるいはコレクタにInGaAsP層およびInP層を導入し高耐圧化を図ったダブルへテロ接合バイポーラトランジスタ構造にも適用可能であることは云うまでもない。
In this embodiment, a typical structure of InP / InGaAs HBT has been described. However, the present invention is not limited to these, and an InAlAs / InGaAs using an InAlAs layer as an emitter.
Needless to say, the present invention can also be applied to a double heterojunction bipolar transistor structure in which an InGaAsP layer and an InP layer are introduced into the HBT or collector to increase the breakdown voltage.
1:半絶縁性基板、2:バッファー層、3:サブエミッタ層、4:エミッタコンタクト層、5:エミッタ層、6:キャップ層、7:絶縁層、8:再成長エミッタ層、9:ベース層、10:コレクタ層、11:コレクタコンタクト層、12:コレクタ電極、13:ベース電極、14:エミッタ電極、15:高抵抗領域、16:真性エミッタ層、17:ガードリング領域。 1: semi-insulating substrate, 2: buffer layer, 3: sub-emitter layer, 4: emitter contact layer, 5: emitter layer, 6: cap layer, 7: insulating layer, 8: regrown emitter layer, 9: base layer 10: collector layer, 11: collector contact layer, 12: collector electrode, 13: base electrode, 14: emitter electrode, 15: high resistance region, 16: intrinsic emitter layer, 17: guard ring region.
Claims (7)
前記真性エミッタ層の周囲に、高抵抗領域を含む外部エミッタ領域が設けられ、前記高抵抗領域と前記真性エミッタ層との間に、前記真性エミッタ層の半導体と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体から成るガードリング領域が設けられ、
前記真性エミッタ層と前記ベース層との接合面が、前記ガードリング領域の上面よりも下に位置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。 An intrinsic emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant is formed on the substrate, and a high concentration of a second conductivity type dopant exhibiting conductivity opposite to the first conductivity type is formed on the intrinsic emitter layer. A base layer made of a semiconductor having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer is formed, and a collector layer made of the same semiconductor as the base layer is formed on the base layer. In terror junction bipolar transistors,
An external emitter region including a high resistance region is provided around the intrinsic emitter layer, and a semiconductor having the same or wide band gap as the semiconductor of the intrinsic emitter layer between the high resistance region and the intrinsic emitter layer A guard ring region consisting of
A heterojunction bipolar transistor, wherein a junction surface between the intrinsic emitter layer and the base layer is located below an upper surface of the guard ring region.
前記真性エミッタ層の周囲に、高抵抗領域を含む外部エミッタ領域が設けられ、前記高抵抗領域と前記真性エミッタ層との間に、前記真性エミッタ層の半導体と同じ半導体から成るガードリング領域が設けられ、
前記真性エミッタ層と前記ベース層との接合面が、前記ガードリング領域の上面よりも下に位置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。 A sub-emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant is formed on the semi-insulating substrate, and the first conductivity type dopant is doped at a high concentration on the sub-emitter layer. An emitter contact layer made of a semiconductor having a narrow band gap is formed, and an intrinsic emitter layer made of a semiconductor doped with a first conductivity type dopant and having a wider band gap than the emitter contact layer is formed on the emitter contact layer. A base layer made of a semiconductor formed and doped on the intrinsic emitter layer with a second conductivity type dopant having a conductivity opposite to that of the first conductivity type at a high concentration and having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer. And a collector layer made of the same semiconductor as the base layer is formed on the base layer. Is, on the collector layer, the collector-up type heterojunction bipolar transistor of which the collector contact layer is formed consisting of doped semiconductor of a first conductivity type dopant at a high concentration,
An external emitter region including a high resistance region is provided around the intrinsic emitter layer, and a guard ring region made of the same semiconductor as the semiconductor of the intrinsic emitter layer is provided between the high resistance region and the intrinsic emitter layer. And
A heterojunction bipolar transistor, wherein a junction surface between the intrinsic emitter layer and the base layer is located below an upper surface of the guard ring region.
基板上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされた半導体より成るエミッタコンタクト層を形成する工程と、
前記エミッタコンタクト層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、該エミッタコンタクト層よりも広いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタ下層を形成し、該エミッタ下層上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた、該下層コンタクト層と同じ半導体より成る真性エミッタ層を形成する工程と、
前記真性エミッタ層上に、該真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜上にフォトレジストパタニングを行い、フォトレジストパタンをマスクとする反応性イオンエッチングを用いて絶縁膜残しパタンを形成する工程と、
前記絶縁膜残しパタンをマスクとして、前記キャップ層、真性エミッタ層およびエミッタ下層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させる工程と、
露出した前記エミッタコンタクト層上に少なくとも前記エミッタ層と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体で構成される外部エミッタ層を少なくとも絶縁膜残しパタンの下側の高さまでエピタキシャル再成長させる工程と
前記絶縁膜残しパタン表面を覆うフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記外部エミッタ層全面にイオン注入を行う工程と、
前記フォトレジストパタンおよび絶縁膜残しパタンを除去し、更に前記キャップ層を選択エッチングにより除去する工程と、
前記再成長外部エミッタ層上、および、前記キャップ層の除去により露出した前記真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたベース層を形成する工程と、
前記ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層を形成する工程とを有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法。 A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor for manufacturing a collector-up type heterojunction bipolar transistor having a guard ring region around an intrinsic emitter layer,
Forming an emitter contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant on a substrate;
On the emitter contact layer, a first conductivity type dopant is doped at a high concentration to form an emitter lower layer made of a semiconductor having a wider band gap than the emitter contact layer, and the first conductivity type dopant is formed on the emitter lower layer. Forming an intrinsic emitter layer doped with the same semiconductor as the underlying contact layer;
Forming a cap layer made of a semiconductor having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer on the intrinsic emitter layer;
Depositing an insulating film on the cap layer, performing photoresist patterning on the insulating film, and forming an insulating film remaining pattern using reactive ion etching using the photoresist pattern as a mask;
Etching the cap layer, intrinsic emitter layer and emitter lower layer using the insulating film remaining pattern as a mask to expose the emitter contact layer;
Epitaxially growing an external emitter layer made of a semiconductor having at least the same or a wide band gap as the emitter layer on the exposed emitter contact layer to at least a height below the pattern of the insulating film, and the insulating film Forming a photoresist pattern covering the surface of the remaining pattern, and performing ion implantation on the entire surface of the external emitter layer using the photoresist pattern as a mask;
Removing the photoresist pattern and the insulating film remaining pattern, and further removing the cap layer by selective etching;
A base doped with a high concentration of a second conductivity type dopant exhibiting conductivity opposite to the first conductivity type on the regrowth outer emitter layer and on the intrinsic emitter layer exposed by removing the cap layer Forming a layer;
Forming a collector layer made of the same semiconductor as the base layer on the base layer.
半絶縁性基板上に、前期第1導電型ドーパントをドーピングされたサブエミッタ層を形成する工程と、
前記サブエミッタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、前記サブエミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタコンタクト層を形成する工程と、
前記エミッタコンタクト層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされ、該エミッタコンタクト層よりも広いバンドギャップを有する半導体より成るエミッタ下層を形成し、該エミッタ下層上に、第1導電型ドーパントをドーピングされた、該下層コンタクト層と同じ半導体より成る真性エミッタ層を形成する工程と、
前記真性エミッタ層上に、該真性エミッタ層よりも狭いバンドギャップを有する半導体より成るキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜上にフォトレジストパタニングを行い、フォトレジストパタンをマスクとする反応性イオンエッチングを用いて絶縁膜残しパタンを形成する工程と、
前記絶縁膜残しパタンをマスクとして、前記キャップ層、真性エミッタ層およびエミッタ下層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させる工程と、
露出した前記エミッタコンタクト層上に少なくとも前記エミッタ層と同じかまたは広いバンドギャップを有する半導体で構成される外部エミッタ層を少なくとも絶縁膜残しパタンの下側の高さまでエピタキシャル再成長させる工程と、
前記絶縁膜残しパタン表面を覆うフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記外部エミッタ層全面にイオン注入を行う工程と、
前記フォトレジストパタンおよび絶縁膜残しパタンを除去し、更に前記キャップ層を選択エッチングにより除去する工程と、
前記外部エミッタ層上、および、前記キャップ層の除去により露出した前記真性エミッタ層上に、第1導電型とは反対の導電性を示す第2導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたベース層を形成する工程と、
前記ベース層上に、該ベース層と同じ半導体より成るコレクタ層を形成し、該コレクタ層上に、第1導電型ドーパントを高濃度でドーピングされたコレクタコンタクト層を形成する工程と、
前記コレクタコンタクト層上に少なくとも前記真性エミッタ層を含み、かつ前記イオン注入を行った領域を含まない面上にフォトレジストパタンを形成し、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記コレクタキャップ層およびコレクタ層をエッチングして、前記ベース層を露出させる工程と、
前記コレクタコンタクト層およびベース層上に、それぞれ、コレクタ電極およびベース電極を形成する工程と、
少なくとも前記ベース電極よりも外側にフォトレジストパタンを形成した後、該フォトレジストパタンをマスクとして、前記ベース層、および、イオン注入領域を含む外部エミッタ層をエッチングして、前記エミッタコンタクト層を露出させ、露出部にエミッタ電極を形成する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法。 A method of manufacturing a heterojunction bipolar transistor for manufacturing a collector-up type heterojunction bipolar transistor having a guard ring region around an intrinsic emitter layer,
Forming a sub-emitter layer doped with a first conductivity type dopant on a semi-insulating substrate;
Forming an emitter contact layer made of a semiconductor doped with a high concentration of a first conductivity type dopant on the sub-emitter layer and having a narrower band gap than the sub-emitter layer;
On the emitter contact layer, a first conductivity type dopant is doped at a high concentration to form an emitter lower layer made of a semiconductor having a wider band gap than the emitter contact layer, and the first conductivity type dopant is formed on the emitter lower layer. Forming an intrinsic emitter layer doped with the same semiconductor as the underlying contact layer;
Forming a cap layer made of a semiconductor having a narrower band gap than the intrinsic emitter layer on the intrinsic emitter layer;
Depositing an insulating film on the cap layer, performing photoresist patterning on the insulating film, and forming an insulating film remaining pattern using reactive ion etching using the photoresist pattern as a mask;
Etching the cap layer, intrinsic emitter layer and emitter lower layer using the insulating film remaining pattern as a mask to expose the emitter contact layer;
Epitaxially growing an external emitter layer composed of a semiconductor having at least the same or a wide band gap as the emitter layer on the exposed emitter contact layer to a height below at least an insulating film remaining pattern; and
Forming a photoresist pattern covering the surface of the insulating film remaining pattern, and performing ion implantation on the entire surface of the external emitter layer using the photoresist pattern as a mask;
Removing the photoresist pattern and the insulating film remaining pattern, and further removing the cap layer by selective etching;
On the outer emitter layer and the intrinsic emitter layer exposed by removing the cap layer, a base layer doped with a second conductivity type dopant exhibiting a conductivity opposite to the first conductivity type at a high concentration is formed. Forming, and
Forming a collector layer made of the same semiconductor as the base layer on the base layer, and forming a collector contact layer doped with a first conductivity type dopant at a high concentration on the collector layer;
A photoresist pattern is formed on a surface that includes at least the intrinsic emitter layer on the collector contact layer and does not include the ion-implanted region, and the collector cap layer and the collector layer are formed using the photoresist pattern as a mask. Etching to expose the base layer;
Forming a collector electrode and a base electrode on the collector contact layer and the base layer, respectively;
After forming a photoresist pattern at least outside the base electrode, the base contact layer and an external emitter layer including an ion implantation region are etched using the photoresist pattern as a mask to expose the emitter contact layer. And a step of forming an emitter electrode in the exposed portion.
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