(57)【要約】【課題】ＧａＡｓベース／ＩｎＧａＰエミッタ界面において、遷移層（ＩｎＧａＰＡｓからなる層）の形成を防止するために流すＨ2ガスフローがベース層の表面を傷めるのを防止して、ＨＢＴ特性である電流利得βを向上させるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供すること。【解決手段】ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するに際し、ＧａＡｓからなるベース層４を成長した後、ＡｓＨ3ガスをフローし、次にＨ2ガスをフローし、その後にＩｎＧａＰからなるエミッタ層５をエピタキシャル成長することを特徴とする。【選択図】      図１
2006019462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された基板上にドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、ＧａＡｓベース層をエピタキシャル成長し、次いでＩｎＧａＰエミッタ層をエピタキシャル成長する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、
上記ＧａＡｓベース層を成長した後、ＡｓＨ3ガスをフローし、次にＨ2ガスをフローし、その後に上記ＩｎＧａＰエミッタ層をエピタキシャル成長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、
上記ＡｓＨ3ガスフローの流量と時間を設定することにより、ＧａＡｓベース層とＩｎＧａＰエミッタ層の界面にあるＡｓ濃度を所定値に制御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２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、
上記ＡｓＨ3ガスフローの流量を、７〜１１cm3／分に設定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】
請求項２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、
上記ＡｓＨ3ガスフローの流量を、１０cm3／分に設定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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法、特にガリウム砒素（ＧａＡｓ）ベース層とインジウムガリウム燐（ＩｎＧａＰ）エミッタ層を有する構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓやインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）などの化合物半導体は、シリコン（Ｓｉ）半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長を生かして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。これらのデバイスの代表例としてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）が挙げられる。ＨＢＴは、電源が正電源だけで良く、携帯用電話送信用等マイクロ波通信の増幅器として広く用いられている。
【０００３】
ＨＢＴのおおまかな構造を図５に示す。ＨＢＴは、半絶縁性の基板１上に結晶成長したサブコレクタ層２、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７を有してなる。
【０００４】
基板１は単結晶成長するための下地である。サブコレクタ層２は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。コレクタ層３はベース層から電子を引き抜く働きを持つキャリア濃度の小さなｎ型のＧａＡｓ層である。ベース層４は電流を制御する働きを持つｐ型のＧａＡｓ層からなる。エミッタ層５は電子をベース層に注入し、且つベース層４からの正孔の注入を抑止する働きを持つｎ型のＩｎＧａＰ層からなる。エミッタコンタクト層６は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。ノンアロイコンタクト層７は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【０００５】
このように、サブコレクタ層２はコレクタ電極を形成する層であり、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５はそれぞれトランジスタにおいてのコレクタ電流、ベース電流、エミッタ電流の流れる層であり、また、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７はエミッタ電極を形成するための層である。
【０００６】
従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を、本発明の実施例として示した図２を併用して以下に述べる。図中、結晶成長のことをエピタキシャルと言う。厚さの単位はnm（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はcm-3である。
【０００７】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性の基板１を、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置のサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、成長炉内で加熱する。サセプタに基板をセットする際、均熱板と呼ばれる治具を基板上に載せる。均熱板は基板面内の温度分布を均一にする働きがある。
【０００８】
成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層が成長する。
【０００９】
サブコレクタ層２、コレクタ層３のｎ型ＧａＡｓを成長する場合には、ガリウム（Ｇａ）原料のトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）と砒素（Ａｓ）原料のアルシン（ＡｓＨ3）及びｎ型ドーパントを半絶縁性の基板１に供給する。なお、Ｇａ原料として他にトリエチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。Ａｓ原料としては他にトリメチル砒素（Ａｓ（ＣＨ3）3）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）がある。ｎ型ドーパントの元素としてはシリコン（Ｓｉ）やセレン（Ｓｅ）がある。Ｓｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）がある。Ｓｅ原料としてはセレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）がある。エミッタコンタクト層６のｎ型ＧａＡｓを成長する場合はｎ型ドーパントとしてＨ2Ｓｅを用いる。
【００１０】
ベース層４のｐ型ＧａＡｓを成長する場合には、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｐ型ドーパントを半絶縁性の基板１に供給する。ｐ型ドーパントの元素としては炭素（Ｃ）がある。Ｃ原料としては、テトラブロモメタン（ＣＢｒ4）、ブロモトリクロロメタン（ＣＣｌ3Ｂｒ）がある。
【００１１】
エミッタ層５のｎ型ＩｎＧａＰを成長する場合には、インジウム（Ｉｎ）原料のトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）、Ｇａ（ＣＨ3）3と燐（Ｐ）原料のホスフィン（ＰＨ3）及びｎ型ドーパントを基板に供給する。なお、Ｐ原料として他にターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）、Ｉｎ原料として他にトリエチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3）がある。
【００１２】
ノンアロイコンタクト層７のｎ型ＩｎＧａＡｓを成長する場合には、ｎ型ドーパントであるＳｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3及びＨ2Ｓｅを基板１に供給する。
【００１３】
上記のようなＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造としては、例えば特開平９−２９８１６０号公報（特許文献１）に開示されたものがある。
【００１４】
上記ＨＢＴ用エピタキシャルウェハを用いてＨＢＴを構成する場合には、ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層をエッチングして、ベース層４を露出させ、これにベース電極を設けることが必要となる。
【特許文献１】特開平９−２９８１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記図２のような構造のＨＢＴを作製した場合、ＩｎＧａＰエミッタ層が目標のエッチング速度とならない場合がある。
【００１６】
本発明者等がその原因について鋭意研究努力した結果、これはＧａＡｓ層成長時の残留Ａｓの影響でエッチング特性が低下するためであることが分かった。すなわち、従来技術では、残留Ａｓの影響でエッチング速度が安定しない場合があった。具体的には、残留Ａｓが多ければエッチング特性が低下しエッチング速度も減少する。逆に残留Ａｓが少なければエッチング速度は増加する。
【００１７】
そこで、本出願人は、先願として、上記ＧａＡｓ層成長時の残留Ａｓの量と、これに隣接するＩｎＧａＰ層のエッチング速度との相関を利用して、ＩｎＧａＰ層のエッチング速度を制御可能とし、エッチング液の使用量の低減を図り、プロセス時の生産歩留りを高めることのできる化合物半導体製造方法を提案している。
【００１８】
この化合物半導体製造方法は、Ａｓを含む化合物半導体層であるＧａＡｓベース層を成長した後、高純度水素（Ｈ2）ガスをフローし、その後にＩｎＧａＰエミッタ層をエピタキシャル成長する方法であり、Ｈ2ガスのフローを任意に設定することにより、ＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度を制御し、プロセスに合った速度を選択するものである。換言すれば、ｐ型ＧａＡｓベース層の成長後において、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層との界面に遷移層（ＩｎＧａＰＡｓからなる層）が形成されるのを抑止するためにＨ2（水素）ガスのフローを実施する。
【００１９】
しかしながら、次のような問題があることが分かった。
【００２０】
図２のような構造のＨＢＴを作製した場合、ベース電流にリークが発生する場合がある。つまりＧａＡｓベース／ＩｎＧａＰエミッタ界面において、遷移層の形成を防止するためのＨ2ガスのフローがＧａＡｓベース層の表面を傷め、それがリークの原因となる。リーク電流が発生するとＨＢＴ特性である電流利得β（＝コレクタ電流／ベース電流）が低下する傾向にあった。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＧａＡｓベース／ＩｎＧａＰエミッタ界面において、遷移層（ＩｎＧａＰＡｓからなる層）の形成を防止するために流すＨ2ガスのフローがベース層の表面を傷めるのを防止して、ＨＢＴ特性である電流利得βを向上させるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を提供することにある。従来技術では、ベース電流のリークが大きく、そのためターゲットとなる電流利得βに届かない場合もあった。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００２３】
請求項１の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、加熱された基板上にドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、ＧａＡｓベース層をエピタキシャル成長し、次いでＩｎＧａＰエミッタ層をエピタキシャル成長する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、上記ＧａＡｓベース層を成長した後、ＡｓＨ3ガスをフローし、次にＨ2ガスをフローし、その後に上記ＩｎＧａＰエミッタ層をエピタキシャル成長することを特徴とする。
【００２４】
請求項２の発明は、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、上記ＡｓＨ3ガスフローの流量と時間を設定することにより、ＧａＡｓベース層とＩｎＧａＰエミッタ層の界面にあるＡｓ濃度を所定値に制御することを特徴とする。
【００２５】
請求項３の発明は、請求項２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、上記ＡｓＨ3ガスフローの流量を、７〜１１cm3／分に設定することを特徴とする。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項２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、上記ＡｓＨ3ガスフローの流量を、１０cm3／分に設定することを特徴とする。
【００２７】
＜発明の要点＞
ベース層はＧａＡｓからなる層であるためＡｓを原料として使用する。その後ＩｎＧａＰからなるエミッタ層を成長するとＩｎＧａＰに残留Ａｓが混入しＩｎＧａＰＡｓとなる場合がある。デバイス作製時のウェハのプロセス工程においてＨＢＴの各層毎に選択エッチングを行なうが、ＩｎＧａＰ用のエッチング液では、Ａｓが混入したＩｎＧａＰでは著しくエッチング速度が低下する傾向がある。そこでＨ2ガスフローによりＡｓを除去するが、Ｈ2ガスはエッチング作用があるためＧａＡｓ表面を傷める場合がある。
【００２８】
そこでベース層を成長した後にＡｓＨ3ガスフローして保護し、その後、Ｈ2ガスをフローすることにより、ベース層の保護とＩｎＧａＰＡｓの形成を抑止するという両方の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００３０】
従来技術を用いて図２のような構造のＨＢＴを製作した場合、本発明よりもベース電流のリークが大きい。本発明では、ベース層成長後にＨ2ガスをフローするのに先立ち、一定量のＡｓＨ3ガスをフローする。このためＨ2ガスのエッチング作用からベース層を保護し、またこれに続くＨ2ガスフローによりＡｓを有効に除去して、残留Ａｓの混入によりエミッタ層のＩｎＧａＰがＩｎＧａＰＡｓになるのを抑止することができる。よって、本発明によれば、ベース電流のリークを最小限にし電流利得βを最大限にすることができる。このような高効率化により省エネルギーなどの効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明では、図２のようなＨＢＴ構造において、ベース層の成長後に時間と流量を任意に設定したＡｓＨ3ガスをフローすることにより、ベース層表面を保護し、リークを防止させる。実現すればベース電流のリークが抑えられ、高利得となる。
【００３２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
図１に、ＭＯＶＰＥ法により成長するＨＢＴ用エピタキシャルウェハの層構造の例を示す。このＨＢＴ用エピタキシャルウェハの製造方法は、ベース層の成長まで、基本的に上記従来技術で述べたところと同じである。すなわち、図１において、半絶縁性のＧａＡｓからなる基板１上に、厚さ５００nm、キャリア濃度３×１０18cm-3のｎ型ＧａＡｓからなるサブコレクタ層２と、Ｓｉドープによるキャリア濃度が２×１０16cm-3、厚さ８００nmのｎ型ＧａＡｓからなるコレクタ層３が順次成長され、その上に、Ｃドープによるキャリア濃度が４×１０19cm-3、厚さ１００nmのｐ型ＧａＡｓからなるベース層４が成長される。
【００３４】
ｐ型ＧａＡｓからなるベース層４はＡｓを原料として使用するため、その後、ｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層を成長するとＩｎＧａＰに残留Ａｓが混入しＩｎＧａＰＡｓとなる場合がある。デバイス作製時のウェハのプロセス工程においてＨＢＴの各層毎に選択エッチングを行うが、ＩｎＧａＰ用のエッチング液ではＡｓが混入したＩｎＧａＰでは著しくエッチング速度が低下する傾向がある。また、Ａｓが少なすぎるとエッチング速度が増加し、オーバーエッチングとなる。
【００３５】
そこで、Ａｓを含む化合物半導体層であるｐ型ＧａＡｓからなるベース層４の成長後に高純度水素（Ｈ2）ガスを流し、その流量と時間を任意に変化させることにより、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層４とｎ型ＩｎＧａＰからなるエミッタ層５の界面にある残留Ａｓの量をコントロールする。これにより、その後に行われるＩｎＧａＰからなるエミッタ層５のエッチング工程におけるエッチング速度を、目標とする所定値に制御する。
【００３６】
ただし、直ちにＨ2ガスを流すと、Ｈ2ガスフローがＧａＡｓからなるベース層４の表面を傷め、それが原因となって、完成後のＨＢＴにリーク電流が発生し、ＨＢＴ特性である電流利得βが低下する。
【００３７】
そこで、本発明に従い、先にＡｓＨ3ガスを流した後、上記の高純度水素（Ｈ2）ガスを流す。
【００３８】
上記高純度水素（Ｈ2）ガスを流した後、ｐ型ＧａＡｓからなるベース層４の上には、Ｓｉドープによるキャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ４０nmのｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐからなるエミッタ層５が成長される。更に、このエミッタ層５の上には、厚さ１００nm、Ｓｉドープによるキャリア濃度３×１０18cm-3のｎ型ＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層６が成長され、この層６の上に、厚さ１００nm、Ｓｅドープによるキャリア濃度１×１０19cm-3のｎ型ＩｎＧａＡｓからなるノンアロイコンタクト層７が成長される。
【実施例】
【００３９】
本発明を図２のＨＢＴエピタキシャルウェハに適用した。成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ（約９３ｈＰａ）、希釈用ガスは水素である。
【００４０】
半絶縁性の基板１には、ＧａＡｓ基板を用いた。
【００４１】
サブコレクタ層２、エミッタコンタクト層６のｎ+型ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3）3、及びＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ９０cm3／分、１９cm3／分及び３４００cm3／分である。
【００４２】
コレクタ層３のｎ型ＧａＡｓ層の成長には、ｎ+型ＧａＡｓ層の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００cm3／分、６４０cm3／分及び１７cm3／分である。
【００４３】
ベース層４のｐ型ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3に加えてＣＢｒ4を用いた。それらの流量はそれぞれ５００cm3／分、１０cm3／分及び１７cm3／分である。
【００４４】
ｐ型ＧａＡｓからなるベース層４の成長後に、本発明に従い１０cm3／分の流量でＡｓＨ3ガスを１０分間フローした後、５００cm3／分の流量で高純度（９９．９９９ｖｏｌ％以上）のＨ2ガスを３分間フローした。
【００４５】
エミッタ層５のｎ型Ｉｎ０．５６Ｇａ０．４４Ｐ層の成長には、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用いた。これらの流量はそれぞれ２６０cm3／分、１３０cm3／分及び１．０cm3／分で、５０cm3／分である。
【００４６】
ノンアロイコンタクト層７のｎ型ＩｎＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＨ2Ｓｅを使用した。それらの流量はそれぞれ２００cm3／分、４００cm3／分及び１２０cm3／分で、３００cm3／分である。
【００４７】
上記条件で成長したＨＢＴについて、リーク電流とＡｓＨ3ガスの流量の関係（図３）と、電流利得βとＡｓＨ3ガス流量の関係（図４）を調べた。その結果を図３、図４に示す。
【００４８】
図３より、ベース層のリーク電流は、ＡｓＨ3ガスの流量が増えると低減するが、あるところで最低となった後に一定となる。また図４より、電流利得βについてはＡｓＨ3ガス流量が増えると高利得となるが、ある流量値（１０cm3／分）のところで電流利得βが最大となり、下降する傾向である。図３、図４より、ＡｓＨ3の流量は時間が一定の場合、１０cm3／分が最適である。従来得られていた電流利得βは１４０程度なので、ＡｓＨ3の流量は時間が一定の場合、７〜１１cm3／分が好ましい流量値の範囲であるといえる。
【００４９】
＜他の実施例、変形例＞
上記実施例ではＩｎＧａＰエミッタ層のＨＢＴ構造について述べたが、本発明の製造方法はＩｎＧａＰ系の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）や電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）にも応用することができる。
【００５０】
＜使用方法、応用システムなど＞
本発明によれば、ベース電流のリークを最小にすることと電流利得βの向上による高効率化が図れる。このエピタキシャルウェハを使用してプロセスしたデバイス製品は、最小限の電力で駆動できるため、省エネルギー化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法を示したエピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図２】本発明の製造方法を適用したＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造を示す図である。
【図３】本発明におけるＡｓＨ3ガスフローの流量とリーク電流の関係を示す相関図である。
【図４】本発明におけるＡｓＨ3ガスフローの流量と電流利得βの関係を示す相関図である。
【図５】従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  基板
２  サブコレクタ層
３  コレクタ層
４  ベース層
５  エミッタ層
６  エミッタコンタクト層
７  ノンアロイコンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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