(57)【要約】【課題】高速で短絡を被らない小寸法のヘテロバイポーラ・トランジスタおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】第１の電荷担体極性を有するようにドープされた第１の化合物半導体組成物層と、第２の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第１の層上に設けた第２の化合物半導体組成物層と、前記第１の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第２の層上に設けた第３の化合物半導体組成物層と、前記第２の層上のベース電極と、前記ベース電極と前記第３の層との間に挿置され、かつ前記ベース電極と前記第３の層との間に電荷担体アクセス経路距離を定めるスペーサ・リングであり、該距離は約２００Å〜約１０００Åの範囲内であるスペーサ・リングとを備えた装置を提供する。同装置を製造する技術を提供する。本装置は、特に高周波用途のためのヘテロバイポーラ・トランジスタとして有用である。【選択図】図１
2005347735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電荷担体極性を有するようにドープされた第１の化合物半導体組成物層と、
第２の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第１の層上に設けた第２の化合物半導体組成物層と、
前記第１の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第２の層上に配置された第３の化合物半導体組成物層と、
前記第２の層上のベース電極と、
前記ベース電極と前記第３の層との間に挿置され、かつ前記ベース電極と前記第３の層との間に電荷担体アクセス経路距離を定めるスペーサ・リングであり、前記距離は約２００Å〜約１０００Åの範囲内であるスペーサ・リングと
を備えた装置。
【請求項２】
前記スペーサ・リングは絶縁性組成物を含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ベース電極は前記第３の層から約８００Å〜約１０００Åの範囲内の距離を有する請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ベース電極がケイ化タングステン、タングステン、白金、およびチタン・タングステン・ケイ化物から成るグループから選択される部材を含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
第１の電荷担体極性を有するようにドープされた第１の化合物半導体組成物層と、
第２の電荷担体極性を有するようにドープされ、前記第１の層に対して第１の接合部を形成する第２の化合物半導体組成物層と、前記第１の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第２の層に対して第２の接合部を形成する第３の化合物半導体組成物層とを含んだ多層構造体を提供する工程と、
前記第３の層に第１の部分をドライ・エッチングして化合物半導体の下部構造体を作り、前記第３の第２の部分が、予め選択された水平方向寸法で、前記ドライ・エッチングから保護される第１の表面を形成する工程と、
予め選択された水平方向寸法の第２の表面を有するスペーサ・リングを用いて前記化合物半導体の下部構造体の前記第１の表面を囲繞する工程と、
前記第２の層上に、前記第２の表面と接した状態でベース電極前駆物質を形成する工程と、
ドライ・エッチャントを用いて前記ベース電極前駆物質をエッチングしてベース電極を作る工程とを含むヘテロバイポーラ・トランジスタを製造する方法。
【請求項６】
前記ベース電極は前記第３の層から約２００Å〜約１０００Åの範囲内の距離を有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ベース電極前駆物質を形成する前記工程は、ケイ化タングステン、タングステン、白金、およびチタン・タングステン・ケイ化物から成るグループから選択される部材を含む層を形成する工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ベース電極前駆物質を形成する前記工程の後に、前記スペーサ・リングを除去する工程を含む請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の層をエッチングする工程の前に、エミッタ電極が前記第３の層上の第３の接合部に形成され、かつ前記第２の接合部に最も近い前記スペーサ・リングの予め選択された水平方向寸法が、前記第３の接合部最も近い前記スペーサ・リングの予め選択された水平方向寸法よりも大きい請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記ベース電極が前記第３の層から約８００Å〜約１０００Åの範囲内の距離を有する請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジスタの分野、トランジスタの製造方法、およびトランジスタを備えた集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府は本発明におけるペイドアップ・ライセンスを有し、国防総省国防高等研究事業局（「ＤＡＲＰＡ」）ＴＦＡＳＴ契約第ＭＤＡ９７２−０３−Ｃ−００２７号の条件によって定められたように妥当な条件で、該特許権所有者に対して他者にライセンスを提供することを限られた状況下で要求する権利を有する。
【０００３】
大規模集積回路に結合された多数のトランジスタはマイクロプロセッサおよび他の高速能動電子素子の基幹を成している。そのような素子の利用可能な最高処理速度が継続的に伸びるにしたがって、同様に一層速い処理速度を促進するトランジスタの需要が衰えることなく大きくなっている。そのように一層速くなる速度を実現するための基本方針には、トランジスタの寸法を徐々に小型化することを伴う。
【０００４】
ヘテロバイポーラ・トランジスタ（ＨＢＴ）は一般的なトランジスタの一種である。ＨＢＴはＰおよびＮ型にドープされた半導体材料から製造される。Ｎ型にドープされた半導体材料は過剰な自由電子を含み、Ｐ型にドープされた半導体材料は過剰な自由正孔を含んでいる。Ｎ型にドープされた半導体材料は、それらが負電荷担体のドナーでドープされているので、自由電子の移動によって電流を導通することができる。Ｐ型にドープされた半導体材料は、それらが負電荷アクセプタでドープされているので、自由正孔の移動によって電流を導くことができる。
【０００５】
ＮＰＮトランジスタと呼ばれるある種のＨＢＴでは、基本的な能動構造はＮ型にドープされた半導体の２枚の層を含み、その層間にＰ型にドープされた層が挟まれている。この中間層は増幅または切替えられる入力信号を受け取り、ベースと呼ばれる。２つの外部層の一方はＨＢＴへの電気入力信号を受け取り、エミッタと呼ばれる。２つの外部層の他方はトランジスタからの電気出力を提供し、コレクタと呼ばれる。ベース電圧はエミッタ電圧よりもより正でなければならず、コレクタの電圧はベースの電圧よりもより正でなければならない。ベースに入力される電気信号の変調によってコレクタへの出力信号が制御される。ベースに入力される電流が小さくなればエミッタからコレクタに流れる一層大きな電流を制御することができる。
【０００６】
ＰＮＰと呼ばれる別の種類のＨＢＴでは、基本的な能動構造はＰ型にドープされた半導体の２枚の層を含み、その層間にＮ型にドープされた層が挟まれている。この中間層も増幅または切替えられる入力信号を受け取り、ベースと呼ばれる。２つの外部層の一方はＨＢＴへの電気入力信号を受け取り、エミッタと呼ばれる。２つの外部層の他方はトランジスタからの電気出力を提供し、コレクタと呼ばれる。ベースの電圧はコレクタの電圧よりもより正でなければならず、エミッタの電圧はベースの電圧よりもより正でなければならない。ベースに入力される電気信号の変調によってコレクタへの出力信号が制御される。
【０００７】
ＮＰＮトランジスタでは負電流はエミッタからコレクタに流れるが、ＰＮＰトランジスタでは正電流がエミッタからコレクタに流れる。電子は一般に正孔よりも速く進行する。したがって、特に１ギガヘルツ（「ＧＨｚ」）を超える周波数の信号を運ぶ用途においてはＮＰＮトランジスタが通常好ましい。しかし、ＰＮＰトランジスタ、およびＰＮＰおよびＮＰＮトランジスタを組み合わせたものも、種々の最終用途に使用され得る。
【０００８】
ＨＢＴ構造体は１つまたは複数のヘテロ接合を含む。ヘテロ接合は異なる組成を有する２つの半導体材料間の接合部であると定義される。さらにまたは別の場合には、この２つの材料は異なる導電型、すなわちＮ型またはＰ型導体であってよい。ＨＢＴ用の一般的な種類のヘテロ接合にはＡｌＧａＡＳ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ、およびＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓを含み、ここで「／」は接合部を意味する。このヘテロ接合は伝導帯あるいは価電子帯のいずれかにおいて電位障壁の形成をもたらし、ある種類の担体の流れを阻止するとともに、反対の電荷を有する担体が流れるのを可能にする。例えば、Ｎ−ＩｎＰ／Ｐ−ＩｎＧａＡｓエミッタをベースにしたＨＢＴ接合では、電子はエミッタからベースに順バイアスで流れることができるが、正孔はベースからエミッタに入るのを阻止される。このヘテロ接合設計によって典型的には、正孔にわたって電子の高い注入率が得られ、従来のバイポーラ・トランジスタに比してより速いデバイス速度が得られる。これは電子がこの材料系においては正孔よりも著しく速く移動するためである。
【０００９】
ＨＢＴデバイスでは、電極は３つの半導体層の各々に接して別個に設置されている。故に、ベース半導体層の一部分はベース電極をその層に塗布することができるように露出されている。３つの半導体層は相互に接した状態で挟まれているが、ＨＢＴの短絡を防ぐために３つの電極は互いに絶縁される必要がある。故に、例えば、ベース電極とエミッタ層との間には適切な距離が保たれる。典型的な従来のＨＢＴトランジスタでは、ベース電極とエミッタ層との間の最小許容距離は約２０００オングストローム（Å）である。ベース・アクセス抵抗はベース・シート抵抗と上記距離を掛け合わせることによって求められる。ベース層のシート抵抗は典型的には２００（Ω）・パー・スクエア〜約１０００Ω・パー・スクエアの範囲内である。
【００１０】
ＨＢＴトランジスタの寸法を小型化しようとする試みは望ましくは、半導体層の厚さの他にそのような層の外観の長さおよび幅の寸法を縮小することを必要とする。そのような縮小を行うことでエミッタ、コレクタ、およびベースのための電極と半導体層を分離している距離が低減され、これによって電気的短絡の可能性が高くなる。したがって、例えば、トランジスタの設計は典型的にはベース電極とエミッタ層との間に所定の距離を保つことを必要としている。
【特許文献１】米国特許出願第１０／２４３３６９号
【特許文献２】米国特許第１０／６２４０３８号
【特許文献３】米国特許出願第１０／４３０４９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
高速で典型的には短絡を被らない小さな寸法を特徴とするＨＢＴおよびそのようなＨＢＴを備えた集積回路の必要性が依然として存在する。さらには、そのようなＨＢＴを製造するに適した工程の必要性が存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、各々がコレクタ、ベース、およびエミッタを有する多層構造体を備え、かつ該エミッタから制御された電荷担体アクセス経路距離に位置するベース電極をさらに備えたへテロバイポーラ・トランジスタを提供する。この制御されたアクセス経路距離がベース・アクセス抵抗の低減を促進するので、結果的にトランジスタ性能が改善される。エミッタの側面周囲に設置されたスペーサ・リングによりその後のベース電極の位置決めが制御され、適所に保持されてトランジスタの動作中に絶縁体として機能することができる。そのようなトランジスタを製造するプロセスも提供される。
【００１３】
一実施形態では、本発明は、第１の電荷担体極性を有するようにドープされた第１の化合物半導体組成物層と、第２の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第１の層上に位置する第２の化合物半導体組成物層と、前記第１の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第２の層上に位置する第３の化合物半導体組成物層と、前記第２の層上のベース電極と、前記ベース電極と前記第３との間に挿置され、かつ前記ベース電極と前記第３の層との間で約２００Å〜約１０００Åの範囲内の電荷担体アクセス経路距離を定めるスペーサ・リングとを備える装置を提供する。
【００１４】
別の実施形態では、ヘテロバイポーラ・トランジスタを製造する方法を提供し、該方法は、第１の電荷担体極性を有するようにドープされた第１の化合物半導体組成物層と、第２の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第１の層と第１の接合部を形成する第２の化合物半導体組成物層と、前記第１の電荷担体極性を有するようにドープされ、かつ前記第２の層と第２の接合部を形成する第３の化合物半導体組成物層とを有する多層構造体を提供する工程と、前記第３の層の第１の部分をドライ・エッチングして化合物半導体下部構造体を作る工程であり、前記第３の層の第２の部分が予め選択された水平方向の寸法の第１の表面を形成し、かつ前記ドライ・エッチングから保護されている工程と、前記化合物半導体下部構造体の前記第１の表面を予め選択された水平方向の寸法の第２の表面を有するスペーサ・リングで囲繞する工程と、前記第２の層上で前記第２の表面と接触させでベース電極前駆物質を形成する工程と、ドライ・エッチャントを用いて前記ベース電極前駆物質をエッチングしてベース電極をもたらす工程とを含む。
本発明に加え本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面から明白となろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を添付図面を参照してより完全に記載するが、この添付図面では本発明の種々の好適な実施形態を示している。しかし、本発明は種々の形態で具現化されてよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと理解すべきでない。
【００１６】
本発明は近接するエミッタまたはコレクタから所定の垂直および水平方向の距離だけ分離されたベース電極を備えたＨＢＴを提供する。そのような距離に直接亘る空間は、周囲空気または別の誘電体材料によって占められ得る。本発明はそのようなＨＢＴを製造する方法をさらに提供し、ベース電極の正確な自己整合の調製を促進するスペーサ・リングを形成することを含む。
【００１７】
図１は本発明のＨＢＴ１００の断面を示す。ＨＢＴ１００は基板１０５、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５を含む多層構造体を備える。ＨＢＴ１００はエミッタ電極１３０、ベース電極１３５、およびコレクタ電極１４０をさらに備える。さらに、ＨＢＴ１００はエミッタ１２５およびエミッタ電極１３０からベース電極１３５を分離するスペーサ・リング１４５を備える。一実施形態では、基板１０５、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５は、基板１０５を底に置いた状態で、記載した順序で相互の上に設けられた層のサンドイッチを形成する。このコンテクストでは、「ｏｎ」という用語は、第１の層の少なくとも一部分が下に横たわる第２の層の少なくとも一部分の上に横たわり、かつ下に横たわる第２の層の少なくとも一部分に直接接していることを意味する。図示していない別の実施形態では、基板１０５、エミッタ１２５、ベース１２０、コレクタ１１５、およびサブコレクタ１１０は、基板１０５を底に置いた状態で、そのように記載した別の順序で相互の上に設けられた層のサンドイッチを形成する。
【００１８】
エミッタ電極１３０はエミッタ１２５と直接物理的に接触するが、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５またはベース１２０とはそのように接触していない。ベース電極１３５はベース１２０と直接物理的に接触するが、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５、またはエミッタ１２５とはそのように接触していない。コレクタ電極１４０はエミッタあるいはサブコレクタ１１０およびコレクタ１１５の両方と物理的に接触するが、ベース１２０またはエミッタ１２５とはそのように接触していない。エミッタ電極１３０、ベース電極１３５、およびコレクタ電極１４０は図示していない金属トレースによってＨＢＴ１００を作動させる外部回路と直接電気的に接触した状態で設けられている。外部回路は、例えば、多数のＨＢＴ１００を備えた集積回路であってよい。このような集積回路は典型的には、例えばこれらの素子の間に信号を導く金属トレースなどのトランジスタ、ダイオード、およびメモリ・セルを含み、かつ望ましくない接触からＨＢＴを保護しかつ集積回路配置に従って金属トレース相互を分離する絶縁体を含む、能動素子の集合を備える。この外部回路は外部回路を伝搬する信号を運ぶための金属トレース、および必要な直流バイアスを供給するためにＨＢＴ１００を適切な出力源に接続する金属トレースを含む。
【００１９】
遮断周波数ｆｔはトランジスタの性能にとって重要なベンチマークである。遮断周波数はトランジスタの最大速度の基準であり、サイクル・パー・セカンド、すなわちヘルツ（Ｈｚ）で定められる。遮断周波数ｆｔは以下の式によって得られる：
【数１】
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上式中、τＦは順方向の移動時間を示し、τＥはエミッタの充電時間を示し、τＣはコレクタの充電時間を示す。この充電時間は寄生抵抗および寄生容量ＣＢＣ、ＣＢＥ、ＲＥＥ、ＲＣ、および動作抵抗ｒＥに関連する。記号ＣＢＣ、ＲＥＥ、ＲＣ、およびＣＢＥはベース−コレクタ容量、エミッタ上の端子抵抗、コレクタ上の端子抵抗およびベース−エミッタ容量を示す。順方向の移動時間はベースおよびコレクタの空乏領域を通過する担体の飛行時間を表す。例えば、順方向の移動時間はＮＰＮ型ＳＢＴの場合の電子の飛行時間を表す。遮断周波数ｆｔでは、この素子は一貫した電流利得を有している。
【００２０】
この電流利得遮断周波数は、これらトランジスタを備えた回路またはシステムが動作し得る速度に対する基本的限界を表している。ｆｔの値はトランジスタのコレクタ層、エミッタ層、およびベース層を薄くすることによって増大することができ、したがってこれらはトランジスタ設計において望ましい目的である。
【００２１】
高速の回路性能のための別の重要なパラメータはトランジスタの振動Ｆｍａｘの最大周波数であり、以下の式を有する：
【数２】
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Ｆｍａｘは電力利得がトランジスタ内で生じ得る最大周波数である。この式中、ｆｔは上記で説明したような遮断周波数、Ｒｂｂはベース抵抗、およびＣｂｃはベース１２０とコレクタ１１５との間の容量である。ベース層１２１を薄くすればｆｔは増大するが、ベース層１２１のシート抵抗Ｒｂｂはそれに応じて増大する。上式はそのようなシート抵抗が増大するにつれて、Ｆｍａｘは減少することを表している。したがって、ＨＢＴの寸法を縮小することが望ましいが、ベース層のシート抵抗を小さく維持することも重要である。ベース・アクセス抵抗は、エミッタ１２５とベース電極１３５との間にあるベース１２０の部分を通る電荷担体用の経路長上の、側方ベース層のシート抵抗であると定義される。故に、ベース・アクセス抵抗は同じ経路に沿ったアクセス長に正比例する。本発明によれば、ベース電極１３５とエミッタ１２５との間の電荷担体用の経路長を縮小させることによってベース・アクセス抵抗を低減させる、トランジスタ構造体およびトランジスタを製造する方法が提供される。ベース層のシート抵抗はベース１２０の垂直方向厚さを通る電荷担体の通過時間との兼ね合いとして別々に最適化される。
【００２２】
集積回路では、論理ゲートの遅延時間は、ベース・アクセス抵抗およびベース・コレクタ容量の積に正比例し、他の因子もそのような遅延時間に影響を及ぼす。この遅延時間は集積回路の潜在的速度の基本的指標である。
【００２３】
コレクタ容量はコレクタの厚さが薄くなるにつれて増大する。ベース・アクセス抵抗はベースの層厚が薄くなるにつれて増大するが、ベース層１２１を通るベース電極１３５とエミッタ１２５との間の経路長ｍが短くなるにつれて減少する。スペーサ・リング１４５はエミッタ１２５に対するベース電極１３５の所定の正確な位置決めを促進し、これら素子間の標的距離を短縮することが可能となる。本発明のスペーサ・リング１４５の寸法を制御することによって、経路長ｍを少なくとも約９５％の均一性に制御することが可能となる。本発明によれば、約８００Å〜約１０００Åの範囲内の経路長が得られた。これらの教示を用いて、約２００Åという小ささの、さらには約２００Åよりも小さい経路長を有する素子を製造することも潜在的には可能である。
【００２４】
高い絶縁誘電性の組成からスペーサ・リング１４５を形成する実施形態を提供し、これによってそのような標的距離をさらに短縮することが可能となる。
一実施形態では、基板１０５、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５、ベース１２０、エミッタ１２５、エミッタ電極１３０、ベース電極１３５、コレクタ電極１４０、およびスペーサ・リング１４５のすべては、円形であり、その断面が図１に示されている。さらなる実施形態では、そのような形状は正方形、長方形、あるいは他のいくつかの望ましい形状である。必要に応じて、ベース電極１３５およびスペーサ・リング１４５はエミッタ１２５の側面を完全に取り囲まなくてよい。ＨＢＴの動作中、小さな電流がエミッタ１２５とベース１２０との間を流される。そのような小さな電流を変調すれば、エミッタ１２５とコレクタ１１５との間を流れることのできる一層大きな潜在的電流の流れが制御される。
【００２５】
コレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５は、ＨＢＴの基本的な能動層を製造するのに適した化合物半導体材料から形成される。例えば、コレクタ１１５およびエミッタ１２５は同じかあるいは２つの異なるＮ型にドープされた化合物半導体から形成され得、ベース１２０はＰ型にドープされた化合物半導体から形成され得、ＮＰＮトランジスタの能動層を集合的に形成する。例えば、化合物半導体は、ＩＩ族またはＩＶ族の各々からの少なくとも１つの元素あるいは国際純正応用化学連合会議の元素周期表のＩＩＩ族またはＶ族の各々からの少なくとも１つの元素を組み合わせることによって形成され得る。このような化合物半導体はその高い電子移動度および広いバンド・ギャップ特性に起因して、高速能動素子を製造する際に使用するのに有利である。別の場合には、コレクタ１１５およびエミッタ１２５は同じかあるいは２つの異なるＰ型にドープされた化合物半導体から形成され得、ベース１２０はＮ型にドープされた化合物半導体から形成され得、ＰＮＰトランジスタの能動層を集合的に形成する。以下の考察はＮＰＮトランジスタに向けられたものであるが、ＰＮＰトランジスタも同様に製造かつ使用できることが理解される。
【００２６】
第１のグループの実施形態では、コレクタ１１５は、約２×１０１６モル・パー・立方センチメートル（ｍｏｌ／ｃｍ３）〜約２×１０１７ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度まで例えばケイ素またはスズなどのＮドーパントで各々ドープされた化合物半導体材料の３つの層を含み、ベース１２０と接する約０Å〜約４００Åの範囲内の厚さを有する第１の上部インジウム−ガリウム−ヒ素層、前記第１の層と接する約３００Å〜約９００Åの範囲内の厚さを有する第２のインジウム−ガリウム−ヒ素−リン化物層あるいはインジウム−アルミミニウム−ガリウム−砒素層、および前記第２の層と接する約８００Å〜約８０００Åの範囲内の厚さを有する第３の下部インジウム−リン化物層を有している。先の２つの実施形態のうちのいずれの場合も、第２の層の組成は第１の層と第３の層との間で段階的あるいは連続的に変化するかもしれない。さらなる実施形態では、コレクタ１１５は、約２×１０１６ｍｏｌ／ｃｍ３〜約２×１０１７ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度までＮドーパントでドープされ、約８００Å〜約８０００Åの範囲内の厚さを有するインジウム−ガリウム−ヒ素層の１つの層を含む。
【００２７】
一実施形態では、ベース１２０は、例えば約４×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３〜約８×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度まで炭素またはベリリウムなどのＰドーパントでドープされた、約３００Å〜約５００Åの範囲内の厚さを有するインジウム−ガリウム−ヒ素の１つの層を含む。
【００２８】
一実施形態では、約２×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３〜約８×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度までＮドーパントでドープされた、約３００Å〜約３０００Åの範囲内の厚さを有するエミッタ電極１３０と接触する第１のインジウム−ガリウム−ヒ素の上部層、および約２×１０１７ｍｏｌ／ｃｍ３〜約８×１０１７ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度までＮドーパントでドープされた、前記第１の層と接触する約３００Å〜約１０００Åの範囲内の厚さを有する第２のインジウム−リン化物の下部層を有する化合物半導体材料の２つの層を含む。
【００２９】
一実施形態では、インジウム・リン化物がコレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５用のＮ型化合物半導体に用いられ、インジウム−ガリウム−ヒ素またはインジウム−アルミニウム−ヒ素あるいはその両方がコレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５用のＰ型化合物半導体に用いられる。さらに適した無機化合物半導体は、例えば、ガリウム・ヒ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、アンチモン化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化アルミニウム、窒化アルミニウム・ガリウム、アルミニウム・ガリウム・ヒ素、アンチモン化アルミニウム・ガリウム、アンチモン化ガリウム・アルミニウム、アンチモン化インジウム・ガリウム、アンチモン化ガリウム・ヒ素、インジウム・ガリウム・リン化物、アンチモン化インジウム・ヒ素、インジウム・ガリウム・ヒ素・リン化物、インジウム・アルミニウム・ガリウム・ヒ素、窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム、アンチモン化インジウム・アルミニウム・ガリウム、硫化鉛、セレン化カドミウム、硫化錫、硫化カドミウム、セレン化亜鉛、ビスマスおよびセレンを含む。他の化合物半導体、例えば、ガリウム、ヒ素、インジウム、リン、アルミニウム、窒素、アンチモン、鉛、硫黄、カドミウム、セレン、錫、鉛、およびビスマスから成るグループから適切に選択された２つ以上の元素を含む化合物半導体を使用することもできる。これ以外の場合には、ＩＩ族およびＩＶ族、あるいはＩＩＩ族およびＶ族の元素を含む化合物半導体を使用することもできる。化合物半導体組成のドーピングは上記あるいは他の既知のドーパントを用いて提供されてよい。また、上記のように、全体的なエネルギー・バンド特性、ドーピング特性、あるいはその両方を変化させるために、コレクタ１１５、ベース１２０、およびエミッタ１２５の各々は、組成、厚さ、およびドーピングの異なる複数の副層を含んでよい。
【００３０】
サブコレクタ１１０は、コレクタ１１５と同じ電荷担体極性を有する上記化合物半導体１つまたは複数、すなわちＮまたはＰ型にドープされた化合物半導体から形成される。サブコレクタ１１０はコレクタ１１５とコレクタ電極１４０との間を流れる電流を集めるように働く。したがって、サブコレクタ１１０は典型的にはコレクタ１１５よりもより高濃度にドープされる。一実施形態では、サブコレクタ１１０は約１×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３〜約４×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度までＮドーパントで各々ドープされた化合物半導体材料の２つの層を含み、コレクタ１１５と接する約０Å〜約３００Åの範囲内の厚さを有する第１の上部インジウム−ガリウム−ヒ素層、前記第１の層と接する約８００Å〜約６０００Åの範囲内の厚さを有する第２のインジウム・リン化物下部層を有する。別の実施形態では、サブコレクタ１１０は、約１×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３〜約４×１０１９ｍｏｌ／ｃｍ３の範囲内の濃度までＮドーパントでドープされ、約８００Å〜約６０００Åの範囲内の厚さを有するインジウム−ガリウム−ヒ素の１つの層を含む。さらなる実施形態では、サブコレクタ１１０は省かれ、コレクタ電極１４０がコレクタ１１５に直接接した状態で形成される。全体的なエネルギー・バンド特性、ドーピング特性、あるいはその両方を変化させるために、サブコレクタ１１０は組成、厚さ、およびドーピングの異なる複数の副層を含んでもよい。
【００３１】
ベース電極１３５はベース１２０を過度に移動しないエッチング可能な導電性材料から形成される。一実施形態では、ベース電極１３５はベース１２０と直接接するコンタクト層、前記コンタクト層と直接接する拡散阻止層、および前記拡散阻止層と直接接する回路相互接続層を含む。コンタクト層はベース電極１３５とベース１２０との間の導電率を最大化する。回路相互接続層はベース電極１３５と外部回路との間の導電率を最大化する。拡散阻止層は、特にトランジスタ製造中の従来の熱アニール工程間にベース１２０への回路相互接続層の移動を制御する。しかし、ベース１２０とベース電極１３５との間の導電率を改善するために、拡散阻止層はベース１２０へのベース電極１３５の数Å分の制御された移動を促進することが望ましい。例えば、コンタクト層は、チタン、パラジウム、およびそれらの合金などの、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、およびＶ族の半導体と実質的に反応しない高融点金属を含む。拡散阻止層は高融点金属または高融点金属を含む合金から形成されるのが望ましく、そのような層および相互接続層の過度の移動を阻止する。例えば、拡散阻止層はケイ化タングステンまたはケイ化チタン・タングステン、あるいは元素タングステンまたは元素白金から形成されるのが望ましい。タングステンおよび白金は移動を阻止する。ケイ化タングステンは、元素タングステンより、移動阻止能力が高い場合がある。タングステンはその導電性ならびにその蒸着およびドライ・エッチングの実施可能性があるために望ましい。チタンは拡散元素であり、コレクタ１１５に接する導電性のスパイクを形成することなく拡散阻止層をベース１２０に僅かに移動させる。回路相互接続は、例えば、アルミニウム、銅、金またはパラジウムなどの貴金属、あるいはそれらの合金であってよい。それ以外の場合には、金は過度に移動し、コレクタ１１５内にスパイクを生じさせる恐れがあるので、金はベース電極１３５のための組成においては避けられるのが望ましい。エミッタ電極１３０およびコレクタ電極１４０は類似する考察のために選択された材料から形成されることが望ましい。
【００３２】
第１のグループの実施形態では、ベース電極１３５は、約０Å〜約５０Åの厚さを有するベース１２０と接するチタンまたはパラジウムあるいはそれらの合金を含む第１の下部層、約１００Å〜約３００Åの厚さを有する前記第１の層と接するタングステンを含む第２の層、および約１００Å〜約６００Åの厚さを有する前記第２の層と接する金を含む第３の上部層を有する材料の３つの層を含む。第２のグループの実施形態では、ベース電極１３５は、約０Å〜約５０Åの厚さを有するベース１２０と接するチタンまたはパラジウムあるいはそれらの合金を含む第１の下部層、約１００Å〜約３００Åの厚さを有する前記第１の層と接するタングステンを含む第２の層、および約１００Å〜約６００Åの厚さを有する前記第２の層と接するアルミニウムを含む第３の上部層を有する材料の３つの層を含む。
【００３３】
あるグループの実施形態では、コレクタ電極１４０は、約５０Å〜約２００Åの厚さを有するサブコレクタ１１０と接するパラジウムを含む第１の下部層、約３００Å〜約６００Åの厚さを有する前記第１の層と接する白金を含む第２の層、および約２００Å〜約３０００Åの厚さを有する前記第２の層と接する金またはアルミニウムあるいはそれらの合金を含む第３の上部層を有する材料の３つの層を含む。第２のグループの実施形態では、コレクタ電極１４０は、約２００Å〜約３０００Åの厚さを有するサブコレクタ１１０と接するケイ化タングステンを含む第１の下部層、および約２００Å〜約３０００Åの厚さを有する前記第１の層と接する金アルミニウムあるいはそれらの合金を含む第２の層を有する材料の２つの層を含む。
【００３４】
第１のグループの実施形態では、エミッタ電極１３０は、約５０Å〜約２００Åの厚さを有するエミッタ１２５と接するパラジウムを含む第１の下部層、約３００Å〜約６００Åの厚さを有する前記第１の層と接する白金を含む第２の層、および約２００Å〜約５０００Åの厚さを有する前記第２の層と接する金、パラジウム、ニッケル、またはアルミニウム、あるいはそれらの合金などを含む第３の上部層を有する材料の３つの層を含む。第２のグループの実施形態では、エミッタ電極１３０は、約２００Å〜約３０００Åの厚さを有するエミッタ１２５と接するケイ化タングステン、チタン・タングステン化合物、または元素タングステンあるいは元素白金を含む第１の下部層、および約２００Å〜約３０００Åの厚さを有する、前記第１の層と接する金またはアルミニウム、あるいはそれらの合金を含む第２の上部層を有する材料の２つの層を含む。非貴金属はエミッタ電極１３０上に酸化物を形成でき、エッチングに対するさらなる抵抗を提供する。
【００３５】
上記考察に従ってエミッタ電極１３０、ベース電極１３５、およびコレクタ電極１４０を形成するさらに適した材料は、例えば、他の金属、高濃度にドープされた半導体、導電性セラミック、および導電性高分子を含む。さらに適した金属は、例えば、銀、ガリウム、インジウム、銅、および、合金を含む。適した導電性セラミックは、例えば、酸化インジウム・スズを含む。適した導電性高分子は、例えば、ポリアニリンおよびポリエチレン・ジオキシチオフェンを含み、後者は「ＰＥＤＯＴ」としても知られている。
【００３６】
一実施形態では、スペーサ・リング１４５は、結果として得られる構造体が図１に示すような形状を概ね維持するような方法で堆積され得る高絶縁性誘電体組成から形成される。この実施形態では、スペーサ・リング１４５は以下でさらに考察するようなＨＢＴ１００にベース電極前駆物質層１３６を後から塗布するのに耐えることのできる固体材料から形成される。さらにこの実施形態では、高絶縁性誘電体組成は、ベース電極１３５とエミッタ１２５とエミッタ電極１３０との間の直接的な電気の流れを実質的に妨げるのに適している。一実施形態では、スペーサ・リング１４５は窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、およびシリコンオキシカーバイド（ＳｉＣＯＨ）から成るグループから選択された組成から形成される。相互に互換性のある組成物の混合物を含む、スペーサ・リング１４５の形状に堆積できる他の絶縁性組成を使用することもできる。ベース電極１３５とエミッタ１２５とエミッタ電極１３０との間の短絡を防ぐための電気的絶縁体として機能することに加え、スペーサ・リング１４５はまたエミッタ１２５の露出した側面を不動態化する。ＨＢＴ１００内の化合物半導体層の露出表面を不動態化してトラップの発生および素子の劣化をもたらす表面反応を回避することが望ましい。
【００３７】
別の実施形態では、スペーサ・リング１４５は、高い絶縁性を有するか、または有さなくてよい固体材料から形成され、これは以下にさらに説明するようなＨＢＴ１００にベース電極前駆物質層１３６を後から塗布するのに耐えることができる。ベース電極１３５を形成した後、空間を周囲空気が占めた状態のままで、必要に応じてスペーサ・リング１４５を除去することができる。空気の誘電率は１であるので、空気は優れた絶縁体となる。次いで、ベース電極１３５とエミッタ１２５およびエミッタ電極１３０との間の空隙が絶縁体として機能する。
【００３８】
基板１０５はＨＢＴ１００用の構造支持体として働く。一実施形態では、基板１０５は絶縁性材料から形成される。このコンテクストでは、「ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ」とは、基板１０５は電子および正孔を導く能力が低く、このために半導電性材料であると説明できることを意味する。しかし「ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ」の意味の適用範囲はまた、故に高絶縁性誘電体であると説明できる電子および正孔を導く能力が最小である基板１０５を含み、それに及ぶ。半絶縁性誘電体材料および高絶縁性誘電体材料は共に、対象材料が組み込まれる素子の通常の動作条件下では、電子または正孔の流れを運ぶことが実質的にできない。
【００３９】
別の実施形態では、基板１０５は導電性材料から形成される。この実施形態では、基板１０５はコレクタ電極１４０の一体部分として機能する。一実施形態では、この絶縁基板１０５は平面ウエハである。このコンテクストでは、「ｐｌａｎａｒ」とは基板が完全に平らではないが、実質的に平らであることを意味する。別の実施形態では、基板１０５は省かれる。一実施形態では、基板１０５はインジウム・リン化物を含む。
【００４０】
図２はＨＢＴ１００を製造する例示的工程２００を示す。図３〜８は工程２００による製造の種々の段階におけるＨＢＴ１００の断面図を示す。図３〜８はその製造中のＨＢＴ１００の構成要素を示し、図２と共に考察される。ある例示的実施形態では、ＨＢＴ１００はＮＰＮ型のＨＢＴトランジスタである。ＮＰＮ型のＨＢＴトランジスタに関して図２〜８を考察するが、ＰＮＰ型トランジスタも製造できることを理解すべきである。
【００４１】
工程２０５では、図３のＨＢＴ１００の断面３００に示したように、基板層１０６が設けられる。別の場合には、ＨＢＴ１００が自己支持形の場合、プロセス２００の次の工程のために適切な一時的支持体が設けられ、工程２０５が省略される。
【００４２】
工程２１０では、図３に断面で示すようなサブコレクタ１１０を形成する高濃度にドープされた化合物半導体１１１の層が、基板層１０６上、すなわち一時的な支持構造体上に設けられている。サブコレクタ層１１１を形成する材料の層はＮ型にドープされた化合物半導体である。サブコレクタ層１１１を形成する材料の層は１０Ω／ｓｑ．より小さいシート抵抗を得るような厚さを有することが望ましい。例えば、サブコレクタ層１１１を形成する材料の層は約１０００Å〜５０００Åの範囲内の厚さを有することができる。
【００４３】
サブコレクタ層１１１は、例えば、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ）、常圧化学気相成長法（ＡＰＣＶＤ）、あるいはプラズマ増強化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）などの適切な化学気相堆積（ＣＶＤ）法または物理的気相成長（ＰＶＤ）法によって基板層１０６又は一時的支持体上に堆積される。ＡＰＣＶＤではコーティングの均一性および純度が劣り、ＰＥＣＶＤでは基板１０５にプラズマによる損傷を与えることになるので、ＬＰＣＶＤが好ましい。トランジスタなどの能動素子を正確に製造するのに典型的に用いられる他の方法を使用することもできる。そのような方法は、例えば、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法および分子ビーム・エピタキシャル（ＭＢＥ）法を含む。ＭＢＥの例示的なタイプは、有機金属分子ビーム・エピタキシャル（ＭＯＭＢＥ）法である。ＭＯＭＢＥ法では、例えば、エピタキシャル・ガスの混合物は段階的あるいは滑らかに累進的に変化して、能動素子に組み込まれる様々にドープされた化合物半導体層を連続的に生成する。ＭＯＣＶＤまたはＭＯＭＢＥは典型的には、能動素子の製造に選択される方法である。例示的なＭＯＭＢＥ法に関連して図２〜８を考察する。
【００４４】
工程２１５では、図３に断面で示したように、コレクタ層１１５を形成するＮ型にドープされた化合物半導体１１６の層が、サブコレクタ１１０を形成する材料１１１の層上に堆積される。コレクタ層１１５を形成する材料１１６の層のドーパント濃度は典型的には、サブコレクタ１１０を形成する材料１１１の層のドーパント濃度より低い。コレクタ１１５を形成する材料１１６の層は、例えば、約１０００Å〜約２０００Åの範囲内の厚さを有することができる。
【００４５】
工程２２０では、図３に断面で示したようにベース１２０を形成するＰ型の化合物半導体１２１の層がコレクタ層１１６上に堆積されコレクタ層１１６に対する第１の接合部を形成する。ベース層１２１は、例えば、約２００Å〜約５００Åの範囲内の厚さを有することができる。別の実施形態では、ベース層１２１は、例えば、約３００Å〜約４００Åの範囲内の厚さを有する。一般に、ベース層１２１はコレクタ層１１６の厚さあるいはエミッタ層１２４の厚さよりも薄い厚さを有する。
【００４６】
工程２２５では、図３に断面で示したようにエミッタ層１２５を形成するＮ型の化合物半導体１２４の層が層１２１上に堆積され、層１２１に対する第２の接合部を形成する。エミッタ層１２４は、例えば、約１０００Å〜２０００Åの範囲内の厚さを有することができる。
【００４７】
工程２３０では、図３に断面で示したようにエミッタ電極前駆物質の層あるいは複数の層１３１が、エミッタ層１２４上に堆積され、エミッタ層１２４に対する第３の接合部を形成する。このような層または複数の層は、例えば、電気めっき、電子ビーム蒸着などの蒸着、鋳造、無電解析出、金属化学蒸着、あるいはスパッタリングによって塗布することができる。
【００４８】
工程２３５では、エミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１は、図４のＨＢＴ１００の断面４００に示したようなドライ・エッチング工程によって選択的にエッチングされて図１の断面にも示したエミッタ電極１３０を形成する。このエッチングを行う前に、エミッタ電極１３０になることが予定されているエミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１の上部の部分がエッチャントから保護されている。そのようなエミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１のそのような上部の部分は、ドライ・エッチャントに耐える硬度および十分な厚さを有していることが望ましい。特に、そのような部分はドライ・エッチング中に生じるスパッタリングによる劣化に耐える金属組成物から製造されることが望ましい。一実施形態では、そのようなエミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１のそのような部分は、少なくとも約５０Åの厚さである。別の実施形態では、そのようなエミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１の部分は、約１００Å〜約６００Åの範囲内の厚さを有する。そのような保護は、例えば、パタン化されたフォトレジストまたは酸化物、窒化物、またはケイ化物の１つの層の形態を取り、これによってエミッタ電極１３０になることが予定されている領域のみがエッチャントに対して抵抗するように作られる。エミッタ電極前駆物質の層または複数の層１３１の保護されていない部分を溶解させるのに適しているが、下に横たわるエミッタ層１２４を無傷のままにしておくドライ・エッチャントが次に選択される。例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、およびそれらの混合物などの低分子量の過フッ化炭化水素を使用できる。ケイ素ゲルマニウムなどのいくつかの化合物半導体は過フッ化炭化水素によってエッチング可能であるが、したがってＨＢＴ１００の能動コレクタ、ベース、およびエミッタ層を製造するのには好ましくない。別の実施形態では、工程２３０および２３５は、例えば、ベース電極１３５の製作が工程２７０において完了した後など、プロセス２００の後の時点で行われる。
【００４９】
工程２４０では、エミッタ層１２４が図４の断面に示したように選択的にドライ・エッチングされて図１にも断面で示したようにエミッタ１２５を形成する。例えば、ＨＣｌおよびＨ３ＰＯ４の水性混合溶媒を用いて実行されるようなウェット・エッチングが、結果として短絡を生じさせることなくベース電極が後で堆積されるようにエミッタ層構造体を十分にアンダーカットするために、そのようなエッチングとして典型的には従来から使用されてきた。しかし、このアンダーカットはまたエミッタとエミッタ電極との間の接触部の表面積を低減して、トランジスタ性能を劣化させる。さらに、小さい素子寸法が望まれる場合、そのエミッタ層のウェット・エッチングは結果としてその構造的な脆弱性を生むことになるか、あるいはさらにエッチャントによるその完全溶解が生じ得る。ウェット・エッチングは典型的には、エミッタ層の周辺部から少なくとも約０．２マイクロメートル（μｍ）を除去する。したがって、ウェット・エッチングは典型的には、約１平方μｍのエミッタ周辺部の最小寸法限界をトランジスタ設計に課すが、これはエミッタがより小さくなればウェット・エッチング工程によって崩壊し易いからである。アンダーカットはまた、所定の性能仕様のための、ＨＢＴ内のエミッタとベース電極との間に距離が必要となる原因ともなっている。電流はさらにベース電極とエミッタとの間を通過する必要があるので、この距離はＨＢＴ内の寄生ベース・アクセス抵抗の増大の原因となる。また、例えば、最大振動周波数によって測定されるように、ベース・アクセス抵抗はＨＢＴ性能を低下させる原因になる。ベース電極とエミッタ層との間の距離に関する上記に議論した問題に加え、次にベース電極を設けることでもエミッタ電極との短絡が生じる恐れがある。これはサンドイッチ層が薄すぎてそのような短絡を防ぐことができないためである。
【００５０】
したがって、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、およびＶ族の半導体を溶解するのに適しているが、エミッタ電極１３０を実質的に無傷のままに残すドライ・エッチャントが採用される。例えば、塩素（Ｃｌ２）または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）を含む塩素ベースのエッチャント組成物、エミッタ電極金属が一般に抵抗性のある臭化水素（ＨＢｒ）またはヨウ化水素（ＨＩ）などの別のハロゲン化物エッチャントを使用できる。別の場合、水素と混合された、メタン（ＣＨ４）またはより高い炭化水素などの炭水素エッチャントを使用できる。しかし、水素は、水素が不動態化し易い、炭素ドープされたＩｎＧａＡｓなどのＰ型化合物半導体が存在する場合などいくつかの場合には望ましくない。ドライ・エッチャントは典型的には、アルゴン、ヘリウム、窒素、またはキセノンなどの不活性ガスも含む。エッチング・プロセスに物理的スパッタリング成分を提供し、他のドライ・エッチャント成分によって引き起こされる化学反応を選択的に減速あるいは加速させるために、不活性ガスが含まれる。例えば、上記のようにインジウムのエッチングの速度をリンのエッチングの速度に対して加速することができる。
【００５１】
結果的に得られるエミッタ１２５のアンダーカットが実質的に最小になるように、工程２４０はドライ・エッチャントを用いて実行される。このコンテクストにおいて「ｄｒｙ」という用語はエッチング・プロセスが真空室内で行われることを意味し、そこではエッチャント・ガスは外部高周波源によってプラズマ状態で励起されるが、このようなプロセスは一般に反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）として知られている。他の形式のドライ・エッチング・プロセスは、誘導結合プラズマ反応性イオン・エッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴プラズマ・エッチング、あるいはこれらプロセスを組み合わせたものを含む。
【００５２】
図４の断面に示したように、エミッタ１２５の側面１２６および１２７は、点線１２８および１２９で示したように内側に侵食されているのとは異なり、実質的に垂直かつ直線的である。先に述べたようなエミッタ電極１３０を製造するための組成物は、エミッタ電極１３０およびエミッタ電極１３０の下に横たわるエミッタ１２５の部分がエッチング・プロセスによる腐食に対して抵抗性を持つことに役立つ。これら側面１２６および１２７はＨＢＴ１００に対して所定の水平方向寸法の半導体基板としてエミッタ電極１３０を定める。このアンダーカットの最小化は、非常に小さな寸法を有するエミッタ１２５の形成を促進することが望ましい。例えば、約０．５μｍ〜約０．２５μｍの範囲の長さおよび幅または直径を有するエミッタ１２５を形成できる。さらに、約０．２５μｍの範囲の長さおよび幅または直径を有するエミッタ１２５を形成できる。基板１０５、エミッタ１２５、ベース１２０、コレクタ１１５、およびサブコレクタ１１０が基板１０５を底部にした状態でこの記載の順序でサンドイッチ構造体を形成する別の実施形態では、サブコレクタ１１０、コレクタ１１５、およびコレクタ電極１４０は工程２３５および２４０にそれぞれ記載したのと同様の方法でエッチングされる。
【００５３】
工程２４５では、拡散阻止層がベース層１２１の露出表面１２２に塗布される。この拡散阻止層はベース１２０へのベース電極１３５の潜在的移動を低減かつ制御する。例えば、ケイ化タングステンまたはタングステン−チタン−ケイ素化合物を使用できる。別の実施形態では、導電率の改善のための材料の薄い中間層が露出表面１２２上に形成され得、次に中間層上に抗拡散層が形成され得る。例えば、チタン、パラジウム、クロム、ニッケル、あるいはそれらの合金の薄層を用いて、中間層が形成され得る。さらに例えば、タングステン、白金、あるいはそれらの合金の薄層を用いて抗拡散層が形成され得る。拡散阻止層または中間層および抗拡散層が、希望に応じてスペーサ・リング１４５を形成する前または後のいずれかに形成することができる。このような層または複数の層は、例えば、電気めっき、蒸着、鋳造、無電解析出あるいはスパッタリングによって塗布することができる。別の実施形態では、工程２４５が省略される。
【００５４】
工程２５０では、図５のＨＢＴ１００の断面５００に示したようにスペーサ・リング層１４６が、ベース層１２１およびエミッタ電極１３０上に、かつエミッタ１２５に側方向に接して形成される。スペーサ・リング層１４６はそのような素子の露出表面の上に実質的に均一な厚さで堆積されることが望ましい。先に述べたように、一実施形態ではスペーサ・リング１４５はＳｉ３Ｎ４などの絶縁組成で形成される。一実施形態では、Ｓｉ３Ｎ４はＰＥＣＶＤ法を用いて気相で堆積され、露出表面上で実質的に均一な被膜厚を生じる。別の実施形態では、Ｓｉ３Ｎ４はスパッタリングによって堆積される。さらなる実施形態では、スペーサ・リング層１４６はＳｉＯ２を含む組成から形成され、例えば、電子ビーム蒸着を用いて塗布される。しかし、電子ビーム蒸着は窒化物に対しては一般に有効ではない。平坦化コーティングとは対照的に絶縁保護コーティングが望ましいため、スピン・コーティングはこの工程を実行するのに一般に効果的ではない。
【００５５】
工程２５５ではスペーサ・リング層１４６が選択的にエッチングされて、図６のＨＢＴ１００の断面６００に示したようにスペーサ・リング１４５を形成する。スペーサ・リング層１４６がＳｉ３Ｎ４を含んだ実施形態では、ＣＦ４、ＣＨＦ３、またはＣ２Ｆ６などの低分子量のドライ過フッ化炭化水素エッチャントが使用される。一実施形態では、ＩＣＰ−ＲＩＥ法を用いて、誘電結合プラズマを使用した反応性イオン・エッチングが行われる。図６に示したように、スペーサ・リング１４５は部分１４７と部分１４８との間および部分１４９と部分１５０との間でベース層１２１と接している。さらに図６に示したように、スペーサ・リング１４５は端部１５１および１５２に沿ってエミッタ１２５およびエミッタ電極１３０と接している。以下に説明される次のベース電極１３５の形成に際して、スペーサリング１４５は、接合部２においてベース電極１３５がエミッタ１２５に対し点１４７と点１５０よりも近くに接近することを実質的に防止する。接合部２における、ベース電極１３５のエミッタ１２５に対する最も近い接近は、短絡を防止するために十分大きいものである必要がある。しかし、この最も近い接近は、ベース電極１３５とエミッタ１２５との間の電荷担体に短い経路長を提供するために、できるだけ小さいことが望ましい。地点１４７と地点１４８との間の距離および地点１４９と地点１５０との間の距離は、相応に予め選択かつ制御されることが望ましい。スペーサ・リング１４５の側面１６２は、地点１５５および１５６まで上昇し、そこでスペーサ・リングはエミッタ電極１３０の上面１５７と接する。エミッタ１２５とエミッタ電極１３０との間で第３の接合部を定める中間地点１５８および１５９での、スペーサ・リング１４５の水平方向寸法１６０および１６１は、ベース１２０とベース電極１２５との間の第２の接合部での、地点１４７と１４８との間ならびに地点１４９と１５０との間の水平方向寸法よりも小さい。本発明の一実施形態では、ベース電極１３５とエミッタ１２５との間のそのような距離の各々は、約２００Å〜約１０００Åの範囲内にある。本発明の別の実施形態では、ベース電極１３５とエミッタ１２５との間のそのような距離の各々は、約８００Å〜約１０００Åの範囲内にある。これらの教示は、同様に約２００Åより小さいそのような距離まで及ぶ可能性がある。スペーサ・リング層１４６が高絶縁性組成物から形成される実施形態では、以下に記載するようにベース電極１３５を形成した後にスペーサ・リング１４５を適所に残すことができる。この方法では、スペーサ・リング１４５は、短絡を防ぐ際のベース電極１３５とエミッタ１２５との間の分離距離によって提供される絶縁機能を増大させる。したがって、そのような分離距離を相対的に縮小することができ、ベース電極１３５とエミッタ１２５との間の電荷担体のための経路長がさらに低減される。
【００５６】
工程２６０では、ベース電極前駆物質層１３６が、図７のＨＢＴ１００の断面７００に示したように、ベース層１２１、エミッタ電極１３０、およびスペーサ・リング１４５上に形成される。ベース電極前駆物質層１３６は、実質的に均一な厚さでそれが塗布される表面と適合することが望ましい。このような層は、例えば、電気めっき、電子ビーム蒸着などの蒸着、鋳造、無電解析出、金属化学蒸着、あるいはスパッタリングによって塗布することができる。この層の平均的厚さは、例えば、約２００Å〜約５００Åであってよい。
【００５７】
工程２６５では、図７に示したように平坦化層１５４が、ベース電極１３５を構成するためのベース電極前駆物質層１３６の部分上に塗布される。平坦化層１５４は以下の工程２７０に関して説明するように、ベース電極前駆物質層１３６用のドライ・エッチャントに対して抵抗性のある組成から形成される。例えば、この平坦化層はポリイミド、ベンゾシクロブテン、またはスピン・オン・ガラスなどの有機スピン・オン・コーティング材から形成される。
【００５８】
工程２７０では、ベース電極前駆物質層１３６が図８のＨＢＴ１００の断面８００に示したように選択的にエッチングされて、ベース電極１３５を形成する。図８から分かるように、スペーサ・リング１４５がベース電極１３５とエミッタ１２５との間の距離を定め、かつ制御する。図７および８を参照すると、この選択的エッチングはまた、短絡を防ぐために、ベース電極１３５およびエミッタ１２５を架橋するベース電極前駆物質層１３６の十分な部分を除去する。エミッタ１２５とベース電極１３５との間に十分な間隙を形成してそれらの直接的な電気接続を防ぐ限り、ベース電極前駆物質層１３６のさらなる部分の除去は任意である。高い絶縁性のある誘電体組成物から形成される場合、スペーサ・リング１４５はベース電極１３５とエミッタ１２５との間の直接的な導電性接触をさらに防ぐことができる。工程２７０を実行する場合、スペーサ・リング１４５、およびエミッタ電極１３０上の適したコーティング材がエミッタ電極１３０およびエミッタ１２５をエッチングから保護する。例えば、エミッタ電極１３０は酸化された上部金属表面を含んでよい。別の場合には、エミッタ電極１３０の表面が適した保護コーティング材によって一時的に被覆されてよい。一実施形態では、エミッタ電極１３０がベース電極１３５とは異なる組成または構造を有するように、図７に示したようなエミッタ電極１３０の上部表面を被覆するベース電極前駆物質層１３６のその部分が完全に除去される。工程２７０はドライ・エッチャントを用いて実行される。例えば、四フッ化炭素（ＣＦ４）、三フッ化メタン（ＣＨＦ３）、六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）、およびそれらの混合物などの低分子量の過フッ化炭化水素を使用することができる。
【００５９】
図示していない一実施形態では、スペーサ・リング１４５は、例えば選択的エッチングによって工程２７５で次に除去される。適したエッチャントはスペーサ・リング１４５のために選択された組成物に左右される。この実施形態によれば、スペーサ・リング１４５は基本的に誘電率１を有する大気に代えられる。別の実施形態では、異なる組成を有するスペーサ・リングが形成されてスペーサ・リング１４５に取って代わる。例えば、工程２５０および２５５で形成されたスペーサ・リング１４５は非絶縁性組成を有するかもしれず、この代替的なスペーサ・リング１４５は選択された高絶縁性誘電体組成物から形成されてよい。別の実施形態では、工程２７５は省略される。
【００６０】
工程２８０では、適したエッチングが行われ、図１に示したコレクタ電極１４０を形成するためにサブコレクタ層１１１の一部分を露出させる。別の場合、この工程を行うためにサブコレクタ層１１１の一部分を露出させた状態で、サブコレクタ層１１１を形成して、コレクタ層１１６よりも基板１０５上のより広い表面積を被覆することができる。
【００６１】
工程２８５では、コレクタ電極１４０が、例えば、電気めっき、電子ビーム蒸着などの蒸着、鋳造、無電解析出、金属化学蒸着、またはスパッタリングによって形成される。この電極は、例えば、約４００Å〜約６０００Åの範囲の厚さを有してよい。図示していない別の実施形態では、ベース電極１３５を形成するための上記の工程に類似する一連の工程によってコレクタ電極１４０を形成することができる。エミッタ電極１３０およびエミッタ１２５を適切に保護することができ、ベース電極１３５の一部および下に横たわるベース１２０の一部を選択的にエッチングしてコレクタ１１５の一部分を露出させることができる。別の場合、サブコレクタ１１０の下に横たわる一部分を露出させることもできる。次に、コレクタ電極前駆物質層を工程２４５〜２７５に関して上記で説明したのと同じ方法でＨＢＴ１００の上に形成することができる。コレクタ１１５の厚さをベース１２０とほぼ同じ厚さに縮小する場合、この別の実施形態は特に有用である。この相対的な厚さの縮小が行われるとき、コレクタ１１５のシート抵抗は、高性能のＨＢＴを製造するためにコレクタ電極１４０とベース１２０との間の導電性の経路長が重要になる地点まで増大する。
【００６２】
損傷および劣化からＨＢＴ１００を保護し、それを使用できるようにするために、続いてさらなる工程が実行されてよい。例えば、ＨＢＴ１００は誘電性不動態化層で被覆されてよい。この誘電性不動態化層は、望ましくない電気的接触からＨＢＴを保護し、何らかの望ましくない直接的な導電的および物理的接触から精巧なトランジスタを物理的に保護し、かつ外部回路へのＨＢＴ１００の集積化を完了するための安定したプラットフォームを提供するように働く誘電体材料から形成される。この誘電性不動態化層は、例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ジビニルシラン・ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、またはシロキセンで製造することができる。シロキセンは一般にスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）として知られているメチル化されたＳｉ−Ｏ高分子である。選択的エッチングを行ってエミッタ電極１３０、ベース電極１３５、およびコレクタ電極１４０を露出させてもよく、ＨＢＴ１００を外部回路に相互接続するための金属トレースを設けてよい。ドライ・エッチング・プロセスを除き、別の場合にはエッチング工程は、例えば、リフトオフによって行うことができる。ＨＢＴを他のＨＢＴおよび構成要素と組み合わせて集積回路素子を形成することもできる。
【００６３】
ＨＢＴ製造に関するさらなる背景情報が以下の共有の特許出願において提供されており、その各々を参照によって本願明細書に全体として組み込んでいる。
Ｃｈｅｎ，Ｙｏｕｎｇ−Ｋａｉ；Ｃｈｕａ，Ｌａｙ−Ｌａｙ；Ｈｏｕｓｔｍａ，Ｖｉｎｃｅｎｔ  Ｅｔｉｅｎｎｅ；Ｋｏｐｆ，Ｒｏｓｅ  Ｆａｓａｎｏ；Ｌｅｖｅｎ，Ａｎｄｒｅａｓ；Ｌｉｕ，Ｃｈｕｎ−Ｔｉｎｇ；Ｓｕｎｇ，Ｗｅｉ−Ｊｅｒ；およびＹａｎｇ，Ｙａｎｇらによって２００２年９月１３日に出願された、「Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」と題された米国特許出願第１０／２４３３６９号、Ｃｈｅｎ，Ｙｏｕｎｇ−Ｋａｉ；Ｋｏｐｆ，Ｒｏｓｅ  Ｆａｓａｎｏ；Ｓｕｎｇ，Ｗｅｉ−Ｊｅｒ；およびＷｅｉｍａｎｎ，Ｎｉｌｓ  Ｇｕｅｎｔｅｒらによって２００３年７月２１に出願された、「Ｆｌａｔ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ」と題された米国特許第１０／６２４０３８号、およびＣｈｕａ，Ｌａｙ−Ｌａｙ；Ｌｉｕ，Ｃｈｕｎ−ＴｉｎｇおよびＹａｎｇ，Ｙａｎｇらによって２００３年５月６日に出願された、「Ｕｓｉｎｇ  Ｍｅｔａｌ  Ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｔｏ  Ａｌｉｇｎ  Ｅｔｃｈｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」と題された米国特許出願第１０／４３０４９９号。
【００６４】
本願明細書の教示に従って製造されるＨＢＴは、ＨＢＴトランジスタに適した任意の最終用途に一般に使用され得る。これらトランジスタの寸法の縮小およびそれらトランジスタの短絡を防ぐ特徴の点では、ＨＢＴトランジスタの特徴は高速性能および高信頼性にある。本願明細書の教示に従って製造されるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ  ＨＢＴのベース層シート抵抗は、例えば、約４００Ω／ｓｑ〜約１０００Ω／ｓｑの範囲内にある。２００〜４００ＧＨｚの遮断周波数ｆｔが得られてよく、ベース−コレクタ容量を適した大きさにした状態で２００〜５００ＧＨｚのｆｍａｘが得られてよい。例えば、スペーサを備えたＨＢＴが実現され、最大で２９０ＧＨｚまでのｆｔおよび最大で２００ＧＨｚまでのｆｍａｘが得られた。
【００６５】
現在の好ましい実施形態の種々の態様に関して本発明を開示してきたが、本発明が本明細書の特許請求の範囲に一致する他の環境に適切に適用されてよいことが理解されよう。本発明の教示に従って他のタイプの能動素子を製造することもできる。図３〜８に関して説明したような図２のプロセスは、本発明の精神に従って変形され得る。このプロセス工程は本願明細書の教示に一致する異なる順序で実行され得る。能動素子の製造工程は非常に複雑であり、本発明の方法の工程はそのような能動素子の製造の効果的な実施に一致して適合され得る。
現在の好ましい実施形態の種々の態様に関して本発明を開示してきたが、本発明が本明細書の特許請求の範囲に一致する他の環境に適切に適用されてよいことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のヘテロバイポーラ・トランジスタを示す断面図である。
【図２】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【図４】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【図５】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【図６】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【図７】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【図８】図１のヘテロバイポーラ・トランジスタを図２の製造の種々の段階で示す断面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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