(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース領域の外部である外部ベース領域にエミッタ層の一部分が存在するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
上記エミッタ層の一部分の厚みが、エミッタ領域から遠い第２の領域で、エミッタ領域近傍の第１の領域よりも、大きくなっており、
少なくとも上記第１の領域を含む領域の上にベース電極を備え、
上記第２の領域の少なくとも一部分が、上記外部ベース領域から外側に張り出しており、
上記第１の領域から、上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続し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２】
請求項１に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
上記第２の領域の厚みを上記第１の領域の厚みの２倍以上にした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３】
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において、
上記第１の領域と上記第２の領域の表面とが異なる材質からな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４】
請求項１及至３のいずれか１つに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
上記第１の領域と上記第２の領域との境界が、エミッタメサに対して自己整合的に設けら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５】
請求項４に記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法であって、
ベース領域の外部である外部ベース上に、第２の領域の厚みに相当するエミッタ層の一部を残して、エミッタメサを形成した後、表面に絶縁膜を形成し、
上記エミッタメサの側壁部分に形成された絶縁膜と、上記エミッタメサの平坦部分に形成された絶縁膜とのエッチング速度の差によって、上記平坦部分に形成された絶縁膜を残し、
上記側壁部分に形成された絶縁膜を選択的にエッチングすることによってマスクを形成し、このマスクを用いて外部ベース上のエミッタ層の一部をエッチングすることで第１の領域を作製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６】
請求項１及至４のいずれか１つに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、
エミッタ上にひさし状の張り出し部分を形成し、この張り出し部分に向けてベース電極材料を蒸着することで、
第１の領域に形成されるベース電極を、その位置および幅がエミッタメサに対して自己整合的になるように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７】
請求項１乃至４のいずれか１つに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、
上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去した後、ベース電極材料を堆積し、熱処理工程を行う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８】
請求項１及至４のいずれか１つに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、
ベース電極材料を堆積する工程を行った後、上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去する工程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造方法。
【請求項９】
請求項１及至４のいずれか１つに記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタを備えたミリ波送受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下ＨＢＴと略記する)に関する。特に、ＨＢＴの外部ベース部分およびベース電極の構造とその製造方法、さらに、それらのトランジスタを用いたミリ波送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＨＢＴでは、エミッタ層の一部を、ベース領域の外部である外部ベース領域上に残し、この外部ベース領域部分においてベース層内のホールが外部ベース領域の表面に達しないためのバリア構造としている。これにより、エミッタから拡散してきた電子とベース層中のホールとが外部ベース領域部分の半導体表面で再結合することがなく、素子の信頼性を劣化させることがなくなる。
【０００３】
ここで、上記外部ベース領域上に残すエミッタ層の厚みは、その部分を通してエミッタ・ベース間での電流リークが生じないようにするため、トランジスタの正常なバイアス範囲で空乏化する厚みとすることが必要である。そのため、この厚みをより確実に確保するために、従来、エミッタ層にＶ族に燐を用いた層を形成し、選択エッチングが可能なエピタキシャル構造を用いていた。
【０００４】
上記のように外部ベース領域上にエミッタ層を残した構造では、ベース電極を形成した後、ベースオーミック材料をベース層まで拡散させることによって、ベース層とオーミック接合を形成していた。
【０００５】
ここで、図１３を参照して、ＨＢＴを製造する第１従来例(特開平６−２４４１９５)を示す。この第１従来例では、ＩｎＧａＡｓコンタクト層１１０９,ＧａＡｓキャップ層１１０８,ＡｌＧａＡｓグレーディッド層１１０７,ＡｌＧａＡｓエミッタ層１１０６を燐酸過酸化水素混合水溶液によるエッチング液でエッチングし、ＩｎＧａＰエミッタ層１１０５で選択的にエッチングを停止させる。
【０００６】
続いて、外部ベース領域を覆う領域にレジストパターンを作成し、ＩｎＧａＰエミッタ層１１０５を塩酸りん酸混合エッチング液でエッチングし、ＧａＡｓベース層１１０４で停止させ、再び、燐酸過酸化水素混合水溶液によるエッチング液でＧａＡｓベース層１１０４,ＧａＡｓコレクタ層１１０３をエッチングし、エミッタ電極１１１０,ベース電極１１１１,コレクタ電極１１１２を作成していた。
【０００７】
外部ベース領域１１２７上に設けられたベース電極１１１１は、その端がベースメサの端と一致するように形成されている。
【０００８】
これは、外部ベース領域１１２７を小さくして、素子の性能を向上させるためである。すなわち、エミッタ層１１０６直下のベース層１１０４とコレクタ層１１０３からなる真性領域１１２６の外側にあるベース層１１０４とコレクタ層１１０３からなる部分を小さくして、外部ベースコレクタ容量を低減するのである。また、可能な限りベース電極１１１１の面積を大きくして、ベース電極１１１１に接続する引き出し配線電極の形成を容易にすると共に、その接続部の接触面積を大きくして抵抗を下げるのである。
【０００９】
また、外部ベース領域１１２７上に残したエミッタ層１１０５は非常に薄く２０ｎｍである。従来技術では、外部ベース領域１１２７上にエミッタ層１１０５をその厚みが空乏化する厚みとして、選択エッチングで残し、ホールバリア層としている。その場合、上記エッチングで残したエミッタ層１１０５の上にベース電極１１１１を形成した後、熱処理によってベースオーミック材料をエミッタ層１１０５を通して拡散させることで、ベース層１１０４とオーミック接合を形成していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ミリ波帯の送受信機を構成するためにはトランジスタの高性能化か必要であり、外部ベース領域を小さくしなければならない。
【００１１】
外部ベース領域を削減するために、ベース電極下のベース層の一部やコレクタ層の一部をエッチング除去した構造も考案されている(例えば、特開平９−２４６２８１)。ところが、この構造では、外部ベース領域を小さくするとベースメサ端がべ―ス電極に近づいてしまう。
【００１２】
そのため、ベース電極の熱処理を行った後、ベースメサエッチングを行うと、ベース電極の下の付近でエッチングの形状に異常が生じる場合があった。その理由としては、ベースオーミック材料が熱処理によってベース層まで拡散し、オーミック接合が形成されるため、ベースオーミック材料が拡散した部分のエッチング特性が変わってしまうためであると考えられる。
【００１３】
具体的には、図１４に示すように、ベースメサエッチングがベースオーミック材料の拡散したベース層１１０４に達すると、エッチング異常が起こり、ベース電極１１１１の下部がエッチングされてしまい、ベース抵抗が増大してしまう。また、異常エッチングが起こった部分１１２０のエッチング形状は、えぐれた形状になり、素子の耐水性が低下するという問題がある。また、素子の耐水性が悪いと、屋外で使用されることもあるミリ波送受信機を構成するには不向きである。
【００１４】
逆に、第２従来技術(特開平６−２４４１９５)のように、ベースメサエッチングを行った後にベース電極の熱処理を行うと、ベースメサ端の部分でベースオーミック材料が過剰となる場合があり、ベースオーミック材料がコレクタ層まで拡散してしまい、ベースコレクタ間のリーク電流が増大する場合があった。
【００１５】
例えば、ミリ波送受信機を構成するためには、トランジスタの高性能化が必要であり、そのために、外部ベース領域を小さくすると、図１５に示すように、アライメント誤差などで外部ベース領域の端にベース電極１１１１の外側の端の一部１１１１Ａが接触する場合がある。この場合、ベースメサ側壁にベース電極材料が付着し、その部分の電極材料が過剰になり易いことが原因であると考えられる。この場合、ベースオーミック材料がベース層１１０４まで拡散した部分１１２３とコレクタ層にまで拡散した部分１１２４が形成されてしまう。
【００１６】
また、外部ベース領域を小さくしていくと、その上に形成するベース電極１１１１も小さくする必要があり、引き出し配線の形成が困難になる。従来、外部ベース領域の外側にまでベース電極を形成することによって、ベース電極の面積を広くし、その後の引き出し配線の形成を容易にする試みがなされてきた(例えば、ＩＥＥＥ.Ｅlectron.Ｄevice.Ｌetters,Ｖol.１９,Ｎo.８,Ａugast 1998)。
【００１７】
しかし、図１６に示すように、外部ベース領域１１２７を小さくし、外部ベース領域１１２７の外側を絶縁膜１１３０で埋め込むことによって平坦化し、外部ベース領域１１２７の外側までベースオーミック電極材料を連続して形成する場合において、外部ベース領域１１２７の表面と絶縁膜１１３０表面の接続部分が不連続部分１１２５になる。このため、ベースメサ端で電極材料が過剰になり、ベースとコレクタ間でリーク電流が生ずる場合があった。
【００１８】
そこで、この発明の目的は、電気的,機械的特性劣化を招くことなく、外部ベース領域を縮小でき、小型で高性能のヘテロ接合ハイポーラトランジスタを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ベース領域の外部である外部ベース領域にエミッタ層の一部分が存在するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、
上記エミッタ層の一部分の厚みが、エミッタ領域から遠い第２の領域で、エミッタ領域近傍の第１の領域よりも、大きくなっており、
少なくとも上記第１の領域を含む領域の上にベース電極を備え、
上記第２の領域の少なくとも一部分が、上記外部ベース領域から外側に張り出しており、
上記第１の領域から、上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続して形成されていることを特徴としている。
【００２０】
従来技術に記載したように、上記外部ベース領域上に残すエミッタ層の一部分の厚みは、その部分を通してエミッタとベース間で電流リークが生じないようにするため、トランジスタの正常なバイアス範囲で空乏化する厚みとしている。
【００２１】
しかし、電流リークを無くするためには、エミッタメサからベース電極までの間の一部分(第１の領域)で残したエミッタ層が空乏化するようにすれば良く、それ以外の部分(第２の領域)で厚みを厚くすることが可能である。
【００２２】
そして、少なくとも第１の領域を含む領域上にベース電極を設けたことで、第１の領域では、ベース電極材料がベース層まで拡散してベース層とオーミック接合を形成する。一方、第２の領域ではエッチングで残したエミッタ層の厚みが厚いので、ベース電極材料がベース層まで拡散せず(あるいは拡散量が少なく)、異常エッチングが起こり難くなる。また、ベースオーミック材料がコレクタ層まで拡散することがなくなり、ベース−コレクタ間でリーク電流が増加することを防止できる。
【００２３】
また、この発明のヘテロ接合トランジスタは、上記第２の領域の少なくとも一部分が、上記外部ベース領域から外側に張り出している。
【００２４】
この発明では、上記第２の領域の少なくとも一部分が、外部ベース領域から外側に張り出した構造になっているので、外部ベース領域の側壁にベース電極材料が接触,付着することを防ぐ効果がある。また、第２の領域の厚みを厚くすることによって、張り出し部分の強度を向上させることができる。
【００２５】
また、この発明のヘテロ接合トランジスタは、上記第１の領域から、上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続して形成されている。
【００２６】
この発明では、上記第１の領域から上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続して形成されているから、ベース電極面積をより大きくできて電極抵抗を低減できる。さらに、ベース電極上に配線電極を形成した場合の接触面積を大きくすることができ、その部分の抵抗を低減できる。
【００２７】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記第２の領域の厚みを上記第１の領域の厚みの２倍以上にした。
【００２８】
この実施形態では、上記第２の領域の厚みを上記第１の領域の厚みの２倍以上とすることによって、第２の領域の上に設けられたベースオーミック材料がコレクタ層に拡散することを確実に防止できる。
【００２９】
また、他の実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記第１の領域と上記第２の領域の表面とが異なる材質からなる。
【００３０】
上記第１の領域の厚みは非常に薄いから、エッチング時間で第１の領域と第２の領域の厚みを制御して作製することは非常に困難である。このため、この実施形態では、上記第１の領域の表面と上記第２の表面を異なる材質とすることによって、第１の領域と第２の領域の厚みを選択エッチングによって容易に制御,形成できる。特に、III-Ｖ族半導体化合物では、両領域でＶ族が異なる様にすることが好ましい。あるいは、III族原子のＡｌとＧａの比が異なるようにすることが好ましい。
【００３１】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記第１の領域と上記第２の領域との境界が、エミッタメサに対して自己整合的に設けられている。
【００３２】
素子の性能を向上するために、外部ベース領域を小さくした場合には第１の領域と第２の領域を外部ベース領域上に作製することが非常に困難になる。また、第２の領域が小さいとベース電極が外部ベースメサ端に近づくので、第２の領域の効果が減少する。そのため、この実施形態では、第１の領域と第２の領域の境界をエミッタメサに対し自己整合的に設けることによって、外部ベース上に第１の領域と第２の領域の境界を容易に作製できる。
【００３３】
また、他の実施形態は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法であって、ベース領域の外部である外部ベース上に、第２の領域の厚みに相当するエミッタ層の一部を残して、エミッタメサを形成した後、表面に絶縁膜を形成し、上記エミッタメサの側壁部分に形成された絶縁膜と、上記エミッタメサの平坦部分に形成された絶縁膜とのエッチング速度の差によって、上記平坦部分に形成された絶縁膜を残し、上記側壁部分に形成された絶縁膜を選択的にエッチングすることによってマスクを形成し、このマスクを用いて外部ベース上のエミッタ層の一部をエッチングすることで第１の領域を作製する。
【００３４】
この実施形態によれば、フォトグラフィーのアライメント精度によらず、エミッタメサから一定距離のところに、第１の領域と第２の領域の境界を形成できる。
【００３５】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法は、エミッタ上にひさし状の張り出し部分を形成し、この張り出し部分に向けてベース電極材料を蒸着することで、第１の領域に形成されるベース電極を、その位置および幅がエミッタメサに対して自己整合的になるように形成する。
【００３６】
第１の領域が小さいとオーミック面積が小さくなり、抵抗が高くなって素子の特性が劣化する場合がある。この実施形態では、エミッタ上にひさし状の張り出し部分を形成し、ベース電極材料を蒸着することで、第１の領域に形成されるベースオーミック電極の位置および幅を、エミッタメサに対して、自己整合的に形成でき、第１の領域に所定面積のベースオーミック電極を形成できる。
【００３７】
また、他の実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法は、上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去した後、ベース電極材料を堆積し、熱処理工程を行う。
【００３８】
この実施形態では、第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去した後で、ベース電極材料を堆積し、熱処理するから、ベースオーミック材料がベース層まで拡散しても、上記エッチング除去によるエッチング形状に影響を及ぼすことはない。
【００３９】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法は、ベース電極材料を堆積する工程を行った後、上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去する工程を有する。
【００４０】
この実施形態では、第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分をエッチングする工程の前に、ベース電極材料を堆積する工程を行うが、前述したように、第２の領域ではエッチングで残したエミッタ層が厚いので、ベース電極材料がベース層まで拡散せず(あるいは拡散量が少なく)、異常エッチングが起こり難い。
【００４１】
また、一実施形態のミリ波送受信機は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを備えた。
【００４２】
この実施形態では、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いることによって、ミリ波帯で優れた性能を持つ送信機または受信機を構成できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。
【００４４】
〔実施の形態〕
図１は、この発明の実施の形態に係わ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。以下、図１を用いてその製造方法を説明する。
【００４５】
半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１上に、順次、ｎ+型ＧａＡｓコレクタコンタクト層１０２，ｎ+型ＧａＡｓコレクタ層１０３，ｎ+型ＧａＡｓベース層１０４，ｎ+型ＩｎＧａＰ第１エミッタ層１０５，ｎ+型ＡｌＧａＡｓ第２エミッタ層１０６，ｎ+型ＩｎＧａＰ第３エミッタ層１０７，コンタクト層１０８を形成する。
【００４６】
コレクタコンタクト層１０２は、膜厚５００ｎｍでドーピング濃度５×１０18ｃｍ-3であり、コレクタ層１０３は、膜厚７００ｎｍでドーピング濃度１×１０17ｃｍ-3である。また、ベース層１０４は、膜厚７０ｎｍでドーピング濃度５×１０19ｃｍ-3であり、第１エミッタ層１０５は、膜厚２０ｎｍでドーピング濃度５×１０17ｃｍ-3である。また、第２エミッタ層１０６は、膜厚３０ｎｍでドーピング濃度５×１０17ｃｍ-3であり、第３エミッタ層１０７は、膜厚５０ｎｍでドーピング濃度５×１０17ｃｍ-3である。
【００４７】
また、コンタクト層１０８は、基板側より表面側へ、ドーピング濃度５×１０18ｃｍ-3で膜厚５０ｎｍのｎ+型ＡｌＧａＡｓ〜ＧａＡｓ，ドーピング濃度５×１０18ｃｍ-3で膜厚５０ｎｍのｎ+型ＧａＡｓ〜ＩｎＧａＡｓ，ドーピング濃度５×１０18ｃｍ-3で膜厚１００ｎｍのｎ+型ＩｎＧａＡｓが順次積層されたものである。
【００４８】
上記コンタクト層１０８は、最表面層からエミッタ層１０７までを低抵抗で接続するためＨＢＴ(ヘテロ構造バイポーラトランジスタ)で一般的に使用される構造である。この実施の形態では、コンタクト層１０８は、３層よりなるが本発明と関係が少ないので、３層合わせてコンタクト層と記述している。
【００４９】
次に、コンタクト層１０８上に、ＷＮ(タングステンナイトライド)をスパッタにて１００ｎｍの層厚で作製し、エミッタ形成領域にレジストマスクを形成する。次に、ＷＮをドライエッチングにてエッチングし、エミッタ電極１１０を作成し、エミッタ電極１１０をマスクにして第３エミッタ層１０７までをエッチングする。次に、レジストを除去し、全面に絶縁膜１１６を形成し、エミッタメサを覆うレジストパターン１３２を形成し、絶縁膜１１６をエッチングして、図２に示す形状を得た。
【００５０】
この実施形態では、上記コンタクト層１０８のエッチングにクエン酸過酸化水素水混合系のエッチング液を用い、ＩｎＧａＰからなる第３エミッタ層１０７のエッチングにりん酸塩酸系のエッチング液を用いた。
【００５１】
図２に示す絶縁膜１１６は、シリコン酸化膜，シリコン窒化膜などが可能であり、プラズマＣＶＤ等の気層成長方法で形成したものを用いることができる。この実施形態では、絶縁膜１１６としてシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤで形成した。絶縁膜１１６のエッチングは、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム混合水溶液によるバッファードフッ酸を用いた。
【００５２】
次に、レジスト１３２を除去した後に、再度、全面をバッファードフッ酸でエッチングすると、エミッタオーミック電極１１０によるオーバーハング形状の下の部分とエミッタメサ段差側壁の絶縁膜のエッチング速度が平坦部分より速いので、図３に示すように、段差の側壁部分を選択的にエッチング除去した形状を形成できる。図３に示すように、絶縁膜１１６は、エミッタオーミック電極１１０上と、レジストパターン１３２と第２エミッタ層１０６とで挟まれていた領域とに残存した。
【００５３】
その理由は、おそらく、気層成長では、絶縁膜１１６の形成時に、パターンの入り組んだところほど、膜材料ガスが行き届き難く、疎な膜質あるいは膜の組成比がずれた膜質となる特性を持っているためと考えられる。したがって、エッチング除去できる気相成長膜と、下地の半導体をほとんどエッチングしない性質のエッチング液との組み合わせであれば、上記と同様の工程が可能である。
【００５４】
また、絶縁膜１１６は、最終的に除去するので電気伝導度が比較的高い膜であっても採用可能である。特に、シリコン酸化膜,シリコン窒化膜,あるいはその中間的な組成の膜は、半導体プロセスで一般的に用いられる膜であり、上記の段差部分でのエッチング速度の違いが大きく現われやすい膜であるから、本プロセスに適している。
【００５５】
次に、図４に示すように、絶縁膜１１６をマスクとして、クエン酸過酸化水素水混合系等のエッチング液により第２エミッタ層１０６を選択エッチングして、第１エミッタ層１０５の表面を部分的に露出させる。このようにして、エミッタ領域には、第２エミッタ層１０６ｂが形成され、エミッタメサの周辺に自己整合的に第１エミッタ層１０５が露出した第１の領域１２０が形成される。
【００５６】
次に、図５に示すように、絶縁膜１１６を除去し、ベースメサエッチング用のレジストパターン１３３を形成し、りん酸塩酸混合系のエッチング液等によって第１エミッタ層１０５をエッチング除去する。また、クエン酸過酸化水素水混合系等のエッチング液によって、ベース層１０４，コレクタ層１０３をエッチング除去し、素子外側に向かって一部分１２３が張り出した第２の領域１２１を形成する。
【００５７】
この第２の領域１２１は、第１，第２エミッタ層１０５,１０６ａからなり、第１の領域１２０よりも厚く形成されている。また、張り出し部分１２３は、第１のエミッタ層１０５と第２のエミッタ層１０６とから構成される。次に、素子領域を覆うレジストパターンを形成し、コレクタコンタクト層１０２をエッチング除去して、素子を電気的に分離した。
【００５８】
次に、図６に示すように、コレクタコンタクト層１０２上のコレクタ電極形成領域に、順次、１００ｎｍのＡｕＧｅ,１５ｎｍのＮｉ,１００ｎｍのＡｕ,５０ｎｍのＴｉ,５０ｎｍの白金,４００ｎｍのＡｕを蒸着し、リフトオフすることによって、コレクタオーミック電極１１２を作成した。
【００５９】
その後、第１の領域１２０から第２の領域１２１の張り出し部分に至る領域に開口を持つレジストを形成し、電極材料１１１ａ,１１１ｂを蒸着し、リフトオフすることによってベース電極１１１ａを形成した。この電極材料としては、白金,あるいは,パラジウムなどを最下層とした多層金属材料が好ましい。
【００６０】
この実施形態では、エミッタ電極１１０のオーバーハング形状を用いて、エミッタ電極１１０に、自己整合的に、２０ｎｍの白金,５０ｎｍのＴｉ,５０ｎｍの白金,１００ｎｍのＡｕを順次蒸着し、ベース電極１１１ａを形成した。これにより、エミッタ電極１１０の上には、ベース電極１１１ａと同じ材料の金属層１１１ｂが形成される。
【００６１】
次に、３９０℃で１分間だけ熱処理を行うことで、コレクタ電極１１２を形成すると共に、ベース電極１１１ａの最下層の白金を半導体中に拡散し、ベース層１０４とのオーミック接合を形成した。
【００６２】
この実施形態では、ベース電極１１１ａの最下層の白金の厚みは、第１の領域１２０と同じ厚みとしたが、白金が、ベース層１０４まで拡散し、かつ、コレクタ層１０３まで拡散することがないように、ベース電極１１１ａの最下層の白金の厚みを、第１のエミッタ層１０５の厚みからベース層１０４の厚みまでの範囲内に設定することが好ましい。
【００６３】
次に、エミッタ,ベース,コレクタの各電極１１０,１１１ａ,１１２上に引き出し配線電極１１３,１１４,１１５を形成し、図１に示すＨＢＴ素子形状を得た。
【００６４】
また、片側の外部ベース領域１２２の幅が１μｍ以下の場合でも、第２の領域１２１が外部ベース領域１２２の外に張り出した部分１２１ａの上にベース電極１１１ａを形成することによって、ベース電極１１１ａの幅を張り出し部分１２１ａの幅だけ広くすることができる。したがって、各引き出し配線電極１１３,１１４,１１５の面積と、それぞれの引き出し配線電極１１３,１１４,１１５間の間隔を大きくすることができた。
【００６５】
また、張り出し部分１２１ａが、ベース電極１１１ａによって補強されるので、張り出し部分１２１ａが破損することもなくなった。
【００６６】
この実施形態では、第１の領域１２０で残したエミッタ層１０５を薄くして、空乏化するようにして、エミッタとベース間で電流リークを無くし、それ以外の第２の領域１２１でエミッタ層の厚みを厚くした。
【００６７】
また、少なくとも第１の領域１２０を含む領域上にベース電極１１１ａを設けたことで、第１の領域１２０では、ベース電極材料がベース層１０４まで拡散してベース層１０４とオーミック接合を形成する一方、第２の領域１２１ではエッチングで残したエミッタ層(１０５＋１０６ａ)の厚みが厚いので、ベース電極材料がベース層１０４まで拡散せず(あるいは拡散量が少ない)。したがって、異常エッチングが起こり難くなる。また、ベースオーミック材料がコレクタ層１０３まで拡散することがなくなり、ベース−コレクタ間でリーク電流が増加することを防止できる。この実施形態の素子特性を評価したところ、ベース-コレクタ間での電流リークは見られなかった。
【００６８】
〔参考例〕
次に、この発明の参考例に係わ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を、図７に示す。以下、図７を用いてその製造方法を説明する。
【００６９】
まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板４０１上に、順次、コレクタコンタクト層４０２,コレクタ層４０３,ベース層４０４,第１エミッタ層４０５,第２エミッタ層４０６,第３エミッタ層４０７,コンタクト層４０８を形成する。
【００７０】
次に、コンタクト層４０８上にＷＮ(タングステンナイトライド)をスパッタにて１００ｎｍの層厚に作成し、エミッタ形成領域にレジストマスクを形成し、ドライエッチングにて上記層厚１００ｎｍのＷＮをエッチングし、エミッタ電極４１０を作成する。次に、エミッタ電極４１０をマスクにして第３エミッタ層４０７までをエッチングする。
【００７１】
次に、上記レジストマスクを除去し、全面に絶縁膜３１６を形成した。次に、全面をバッファードフッ酸でエッチングすると、第１実施形態で述べたのと同様の理由により、段差の側壁部分を選択的にエッチングすることができ、図８に示すように、絶縁膜３１６をマスクにして第２エミッタ層４０６をエッチングすることによって、図８に示す断面形状を得た。
【００７２】
次に、図９に示すように、ベース電極４１１ａを形成する領域に開口を持つレジスト３３０を絶縁膜３１６上に形成し、バッファードフッ酸により絶縁膜３１６をエッチングした。さらに、電極材料４１１ａ,４１１ｂを蒸着して、ベース電極４１１ａを形成した。
【００７３】
この参考例では、上記コンタクト層４０８のエッチングに、りん酸過酸化水素水混合系のエッチング液を用い、ＩｎＧａＰからなる第３エミッタ層４０７のエッチングに、りん酸塩酸混合系エッチング液を用いた。また、エミッタ電極４１０の真性領域４２６からのオーバーハング形状を用いて、エミッタ電極４１０に、順次、２０ｎｍの白金,５０ｎｍのＴｉ,１００ｎｍのＡｕを自己整合的に蒸着してベース電極４１１ａを形成した。同時に、エミッタ電極４１０上には同じ材料の金属層４１１ｂが形成された。
【００７４】
次に、図１０に示すように、リフトオフにより、レジスト３３０,金属層４１１を除去し、絶縁膜３１６を除去し、全面にＳｉＮ膜３４０を堆積し、３９０℃で１分間の熱処理を行った。
【００７５】
次に、図１１に示すように、ベースメサエッチング用のレジストパターン３３３を形成し、絶縁膜３４０,第２エミッタ層４０６,第１エミッタ層４０５,ベース層４０４,コレクタ層４０３をエッチング除去した。ＡｌＧａＡｓからなる第２エミッタ層４０６ａのエッチングには、りん酸過酸化水素水混合系のエッチング液を用い、ＩｎＧａＰからなる第１エミッタ層４０５のエッチングには、塩酸りん酸混合系のエッチング液を用いた。また、ベース層４０４,コレクタ層４０３のエッチングには、りん酸過酸化水素水混合系のエッチング液を使用した。
【００７６】
この参考例では、ベースオーミック材料を形成後、３９０℃に加熱したにも関わらず、上記ベースメサエッチングにおいて、異常エッチングは見られなかった。
【００７７】
次に、コレクタコンタクト層４０２上のコレクタ電極形成部分に、順次、１００ｎｍのＡｕＧｅ,１５ｎｍのＮｉ,１００ｎｍのＡｕを蒸着した後、素子領域を覆うレジストパターンを形成し、コレクタコンタクト層４０２をエッチング除去して素子を電気的に分離する。その後、絶縁膜を全面に堆積し、３９０℃で１分の熱処理を行い、エミッタ電極引き出し配線電極４１３,ベース電極引き出し配線電極４１４、コレクタ電極引き出し配線電極４１５を形成し、図７に示す断面形状のＨＢＴ(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)を得た。
【００７８】
なお、上記参考例では、ベース電極４１１ａは少なくとも第１の領域４２０を部分的に含むように配置すればよいが、上記実施形態に示すように、可能な限り第２の領域４２１の張り出し部分上にもベース電極４１１ａを設けることが望ましい。これにより、エミッタ層１０５が外部ベース領域１２２から張り出している張り出し部分１２１ａの強度を向上でき、引き出し配線の形成が容易になる。
【００７９】
また、上記実施形態,参考例では、トランジスタ素子の断面構造を説明したが、図１２(ａ),(ｂ),(ｃ),(ｄ)に示すような平面構造が可能である。図１２では、エッチングで残したエミッタ層が薄い第１の領域を符号２０２で示し、厚い第２の領域を符号２０３で示した。
【００８０】
図１２(ａ)に示す平面構造は、最も好ましい形態であり、エミッタ層が厚い第２の領域の一部２０３が、エミッタ領域２０１の全周囲で、外部ベース領域２００上に存在している。また、外部ベース領域２００上のエミッタ層が薄い第１の領域部分２０２も、エミッタ領域２０１の全周囲で、外部ベース領域２００上に存在している。また、外部ベース領域２００の外側に張り出した第２の領域部分２０４は、エミッタ領域２０１,外部ベース領域２００の全周囲に存在している。
【００８１】
また、図１２(ｂ)に示す平面構造は、エミッタ層が薄い第１の領域２０２が、外部ベース領域２００の長手方向の外側まで続いている部分２０５を有している。このため、この長手方向両端部分では、エミッタ層が厚い第２の領域の一部２０３は、外部ベース領域２００上に存在していない。
【００８２】
次に、図１２(ｃ)に示す平面構造は、同じく、素子の長手方向両端部分で、エミッタ層が厚い第２の領域２０３がなく、エミッタ層が薄い第１の領域２０２が外部ベース領域２００上から長手方向の外側まで延在している。
【００８３】
次に、図１２(ｄ)に示す平面構造では、外部ベース領域２００の長手方向の両端部分２０６において、エミッタ層が存在していない。この場合、この部分２０６上にベース電極を形成しないことが好ましい。
【００８４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ベース領域の外部である外部ベース領域にエミッタ層の一部分が存在するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、上記エミッタ層の一部分の厚みが、エミッタ領域から遠い第２の領域で、エミッタ領域近傍の第１の領域よりも、大きくなっており、少なくとも上記第１の領域を含む領域の上にベース電極を備え、
上記第２の領域の少なくとも一部分が、上記外部ベース領域から外側に張り出しており、上記第１の領域から、上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続して形成されている。
【００８５】
この発明では、エミッタメサからベース電極までの間の第１の領域で残したエミッタ層を薄くして、空乏化するようにして、エミッタとベース間で電流リークを無くし、それ以外の第２の領域でエミッタ層の厚みを厚くした。
【００８６】
また、少なくとも第１の領域を含む領域上にベース電極を設けたことで、第１の領域では、ベース電極材料がベース層まで拡散してベース層とオーミック接合を形成する一方、第２の領域ではエッチングで残したエミッタ層の厚みが厚いので、ベース電極材料がベース層まで拡散せず(あるいは拡散量が少ない)。したがって、異常エッチングが起こり難くなる。また、ベースオーミック材料がコレクタ層まで拡散することがなくなり、ベース−コレクタ間でリーク電流が増加することを防止できる。
【００８７】
また、この発明のヘテロ接合トランジスタは、上記第２の領域の少なくとも一部分が、外部ベース領域から外側に張り出した構造になっているので、外部ベース領域の側壁にベース電極材料が接触することを防ぐ効果がある。また、第２の領域の厚みを厚くすることによって、張り出し部分の強度を向上させることができる。
【００８８】
また、この発明のヘテロ接合トランジスタは、上記第１の領域から、上記外部ベース領域から外側に張り出した第２の領域の部分の上まで、ベース電極が連続して形成されているから、ベース電極面積をより大きくできて電極抵抗を低減できる。さらに、ベース電極上に配線電極を形成した場合の接触面積を大きくすることができ、その部分の抵抗を低減できる。
【００８９】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記第２の領域の厚みを上記第１の領域の厚みの２倍以上にしたことによって、第２の領域の上に設けられたベースオーミック材料がコレクタ層に拡散することを確実に防止できる。
【００９０】
また、他の実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記第１の領域の表面と上記第２の表面を異なる材質とすることによって、第１の領域と第２の領域の厚みを選択エッチングによって容易に制御,形成できる。特に、III-Ｖ族半導体化合物では、両領域でＶ族が異なる様にすることが好ましい。あるいは、III族原子のＡｌとＧａの比が異なるようにすることが好ましい。
【００９１】
また、一実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第１の領域と第２の領域の境界をエミッタメサに対して自己整合的に設けることによって、外部ベース上に第１の領域と第２の領域の境界を容易に作製できる。したがって、小さな外部ベース領域でも、第２の領域を確実に確保でき、素子の性能を向上しつつ、厚い第２の領域による効果(異常エッチング防止,ベース−コレクタ間でのリーク電流抑制)を確保できる。
【００９２】
また、他の実施形態は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法であって、ベース領域の外部である外部ベース上に、第２の領域の厚みに相当するエミッタ層の一部を残して、エミッタメサを形成した後、表面に絶縁膜を形成し、上記エミッタメサの側壁部分に形成された絶縁膜と、上記エミッタメサの平坦部分に形成された絶縁膜とのエッチング速度の差によって、上記平坦部分に形成された絶縁膜を残し、上記側壁部分に形成された絶縁膜を選択的にエッチングすることによってマスクを形成し、このマスクを用いて外部ベース上のエミッタ層の一部をエッチングすることで第１の領域を作製する。
【００９３】
この実施形態によれば、フォトグラフィーのアライメント精度によらず、エミッタメサから一定距離のところに、第１の領域と第２の領域の境界を形成できる。
【００９４】
また、他の実施形態は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、エミッタ上にひさし状の張り出し部分を形成し、ベース電極材料を蒸着することで、第１の領域に形成されるベースオーミック電極の位置および幅を、エミッタメサに対して、自己整合的に形成でき、第１の領域に所定面積のベースオーミック電極を形成できる。
【００９５】
また、一実施形態は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去した後、ベース電極材料を堆積し、熱処理工程を行う。
【００９６】
この実施形態では、第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去した後で、ベース電極材料を堆積し、熱処理するから、ベースオーミック材料がベース層まで拡散しても、上記エッチング除去によるエッチング形状に影響を及ぼすことはない。
【００９７】
また、他の実施形態は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造する方法において、ベース電極材料を堆積する工程を行った後、上記第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分の少なくとも一部をエッチング除去する工程を有する。
【００９８】
この実施形態では、第２の領域下の外部ベース部分と外部コレクタ部分をエッチングする工程の前に、ベース電極材料を堆積する工程を行うが、前述したように、第２の領域ではエッチングで残したエミッタ層が厚いので、ベース電極材料がベース層まで拡散せず(あるいは拡散量が少なく)、異常エッチングが起こり難い。
【００９９】
また、一実施形態のミリ波送受信機は、上記ヘテロ接合バイポーラトランジスタを備えた。
【０１００】
この実施形態では、上記実施形態のヘテロ接合バイポーラトランジスタを用いることによって、ミリ波帯で優れた性能を持つ送信機または受信機を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のＨＢＴ(ヘテロ接合バイポーラトランジスタ)の断面図である。
【図２】上記実施形態の製造工程を説明する断面図である。
【図３】上記実施形態の製造工程を説明する断面図である。
【図４】上記実施形態の製造工程を説明する断面図である。
【図５】上記実施形態の製造工程を説明する断面図である。
【図６】上記実施形態の製造工程を説明する断面図である。
【図７】この発明の参考例のＨＢＴの断面図である。
【図８】上記参考例のＨＢＴの製造工程を説明する断面図である。
【図９】上記参考例のＨＢＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１０】上記参考例のＨＢＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１１】上記参考例のＨＢＴの製造工程を説明する断面図である。
【図１２】図１２(ａ),(ｂ),(ｃ),(ｄ)は、それぞれ、上記実施形態,参考例における平面構造の一例を示す平面図である。
【図１３】第１従来例のＨＢＴの断面図である。
【図１４】第１従来例の問題点を示す断面図である。
【図１５】第２従来例の問題点を示す断面図である。
【図１６】第３従来例の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
１０１,４０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板、１０２,４０２…コレクタコンタクト層、
１０３,４０３…コレクタ層、１０４,４０４…ベース層、１０５,４０５…第１エミッタ層、
１０６,１０６ａ,１０６ｂ,４０６,４０６ａ,４０６ｂ…第２エミッタ層、
１０７,４０７…第３エミッタ層、１０８,４０８…コンタクト層、
１１０,４１０…エミッタオーミック電極、
１１１ａ,４１１ａ…ベースオーミック電極、
１１１ｂ,１１１,４１１ｂ,４１１…金属層、
１１２…コレクタオーミック電極、
１１３,４１３…エミッタオーミック電極の引き出し配線電極、
１１４,４１４…ベースオーミック電極の引き出し配線電極、
１１５,５１５…コレクタオーミック電極の引き出し配線電極、
１１６,３１６,３４０…絶縁膜、
１２０,４２０…第１の領域、１２１,４２１…第２の領域、
１２２,４２７…外部ベース領域、
１２３…張り出し部分、
１３２,１３３,３３０,３３３…レジストパターン、
２００…外部ベース領域の周囲、
２０１…エミッタ領域、
２０２…外部ベース上のエミッタ層が薄い第１の領域部分、
２０３…外部ベース上の第２の領域部分、
２０４…外部ベースの外側の第２の領域部分、
２０５…外部ベースの外側に位置する第１の領域部分、
２０６…表面にエミッタ層が無い外部ベース領域部分、
３１９…ベースオーミック材料が拡散した部分、
３２０…ベースオーミック材料がベース層まで拡散した部分、
３２１…ベースオーミック材料の拡散が抑制された部分、
１１０１…半絶縁性ＧａＡｓ基板、
１１０２…ＧａＡｓコレタタコンタクト層、
１１０３…ＧａＡｓコレクタ層、１１０４…ＧａＡｓベース層、
１１０５…ＩｎＧａＰエミッタ層、１１０６…ＡＩＧａＡｓエミッタ層、
１１０７…ＡｌＧａＡｓグレーディッド層、１１０８…ＧａＡｓキャップ層、
１１０９…ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１１１０…エミッタ電極、
１１１１…ベース電極、１１１２…コレクタ電極、
１１１３…レジストパターン、１１２０…異常エッチングされた部分、
１１２３…ベース材料の拡散、１１２４…コレクタ層までの拡散部分、
１１２５…不連続部分、１１２６…真性領域、１１２７…外部ベース領域。
【図１】
0003618075.tif 000002
【図２】
0003618075.tif 000003
【図３】
0003618075.tif 000004
【図４】
0003618075.tif 000005
【図５】
0003618075.tif 000006
【図６】
0003618075.tif 000007
【図７】
0003618075.tif 000008
【図８】
0003618075.tif 000009
【図９】
0003618075.tif 000010
【図１０】
0003618075.tif 000011
【図１１】
0003618075.tif 000012
【図１２】
0003618075.tif 000013
【図１３】
0003618075.tif 000014
【図１４】
0003618075.tif 000015
【図１５】
0003618075.tif 000016
【図１６】
0003618075.tif 000017