(57)【要約】【課題】高性能で信頼性の高いヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を製造するために、セルフアライン形成を制御性良く簡易に行えるＨＢＴの製造方法を提供する。【解決手段】  半絶縁性基板９上にコレクタコンタクト層５、コレクタ層４、ベース層３、エミッタ層２及びエミッタコンタクト層１からなるエピタキシャル構造を形成する工程と、エミッタコンタクト層１上に、下層がＷＳｉでなる第１の金属層６と上層が第２の金属層７とで構成される２層構造のエミッタ電極２０を形成する工程と、第１の金属層６を有機アルカリ水溶液でエッチングして第２の金属層７に対してアンダーカット２２を形成する工程と、アンダーカットが形成された第1の金属層６をマスクとしてエミッタコンタクト層１及びエミッタ層２をメサエッチングしてエミッタメサ１２を形成する工程と、ベース電極８をエミッタメサ１２に対してセルフアライン形成する工程とを含んでいる。【選択図】  図２
2005123214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性基板（９）上にコレクタコンタクト層（５）、コレクタ層（４）、ベース層（３）、エミッタ層（２）及びエミッタコンタクト層（１）からなるエピタキシャル構造を形成する第1の工程と、
前記エミッタコンタクト層上に、下層がタングステンシリサイドでなる第１の金属層（６）と上層が第２の金属層（７）とで構成される２層構造のエミッタ電極（２０）を形成する第２の工程と、
前記第１の金属層を有機アルカリ水溶液でエッチングして前記第２の金属層に対してアンダーカット（２２）を形成する第３の工程と、
前記アンダーカットが形成された第1の金属層をマスクとして前記エミッタコンタクト層及び前記エミッタ層をメサエッチングしてエミッタメサ（１２）を形成する第４の工程と、
ベース電極（８）を前記エミッタメサに対してセルフアライン形成する第５の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造方法。
【請求項２】
前記半絶縁性基板の面方位が（１００）で、前記エミッタ電極の長手方向が［０１-１］に平行であり、かつ前記エミッタ層がＩｎＰでなることを特徴とする請求項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。
【請求項３】
前記第２の金属層が、白金でなる層及び金でなる層のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1又は請求項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。
【請求項４】
前記第２の金属層がタングステンの単層からなることを特徴とする請求項1又は請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高信頼性でかつ高速動作をするヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法に関し、特にセルフアライン形成を制御性良く簡易に行える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。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体の特にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）では、高速動作を可能にするために、ベース電極をエミッタ又はエミッタメサに対してセルフアライン形成させる構造（セルフアライン構造という）が一般的に採用されている。すなわち、セルフアライン構造にするとエミッタとベース電極間の距離を縮めることができ、その結果、ベース抵抗を低く抑えられると共に、ベース・コレクタ間容量も低く抑えられるために、高速動作の目安である最大発振周波数ｆmaxを高めることができる。
【０００３】
ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴにおけるセルフアライン構造は、エミッタ電極に対するエミッタ層のアンダーカットを利用してベース電極を形成させるものが一般的である。その製造方法を図４に基づいて説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板９の（１００）面上にｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタコンタクト層５、ｉ-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタ層４、ｐ+-ＩｎＧａＡｓからなるベース層３、ｎ-ＩｎＰからなるエミッタ層２及びｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層１のエピタキシャル構造を成長させる。次に、図４（ｂ）に示すように、エミッタ電極となるタングステンシリサイド（ＷＳｉ）層６を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ及びドライエッチングによりＷＳｉ層６にエミッタ電極１１を形成する。次に、図４（ｄ）に示すように、エミッタ電極１１をマスクとしてエミッタコンタクト層１とエミッタ層２をウエットエッチングし、エミッタメサ１２を形成すると共に、アンダーカット２１を形成させてベース層３を露出させる。続いて、図４（ｅ）に示すように、エミッタ電極１１をマスクとして、ベース電極８を蒸着すると、アンダーカット２１の長さだけ離れたところにベース電極８が形成される。この際、エミッタメサ１２の下端がエミッタ電極１１の内側にあれば、エミッタ層２とベース電極８は短絡しない。
【０００４】
このような製造方法によって形成されるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴにおけるセルフアライン構造は、図４（ｄ）に示したように、逆メサのエミッタメサ１２によってアンダーカット２１が形成される。近年、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴにおけるセルフアライン構造は順メサで形成する方が信頼性が高いという報告（例えば、非特許文献１参照）が出され、順メサのセルフアライン構造のＨＢＴが研究・開発されるようになった。しかしながら、エミッタ層を構成するＩｎＰは結晶面方位によるエッチング速度が大きく異なり、順メサではアンダーカットを形成できないため、ＩｎＰ系ＨＢＴで順メサのセルフアライン構造を実現するのは難しいとされてきた。なお、順メサとは、基板の面方位が（１００）の場合エッチングによって形成されたエミッタメサの断面形状が上部より下部の幅が広くなる形状のことであり、エミッタ電極の長手方向を［０ １ -１］方向に平行に配置した場合に相当する。
【０００５】
【非特許文献１】「Kurushima, et al. ,JJAP vol.37 Part I,No.3B(1998),pp.1353」
【０００６】
従来、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴで順メサのセルフアライン構造を実現する方法として、Ｔ型エミッタ電極を用いるものがあった。すなわち、エミッタ電極をタングステン（Ｗ）とタングステンシリサイド（ＷＳｉ）の二層構造にし、エミッタ層の代わりにＷＳｉ層にアンダーカットを形成してＴ型電極とする。ＷＳｉ層にアンダーカット形成する方法は、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを用いてＷ層をマスクとしてＷＳｉ層を選択ドライエッチングするものである。（例えば、特許文献１参照）
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２８８３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＷＳｉ層を選択ドライエッチングしてアンダーカットを形成するためのＮＦ３ガスは、毒性を持つために取扱が容易でないという問題があった。これを解決する方法として、ＷＳｉのエッチングガスとして一般的で取扱の容易な六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスを用いることも考えられるが、ＳＦ６ガスではＷに対する選択比が確保できず、ＷＳｉにアンダーカットを形成できない。また別の方法として、Ｗの代わりに、ＳＦ６ガスでもＷＳｉに対する選択比が確保できる金（Ａｕ）系の電極等を使うことも考えられるが、ＷＳｉのドライエッチング中の反応生成物がエッチング面に付着するため、アンダーカット量の制御再現性が悪く、均一性に優れたＨＢＴを再現性良く製造することは困難である。
【０００９】
本発明は、これらの課題を解決し、高性能で信頼性の高いＨＢＴを製造するために、セルフアライン形成を制御性良く簡易に行え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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、半絶縁性基板（９）上にコレクタコンタクト層（５）、コレクタ層（４）、ベース層（３）、エミッタ層（２）及びエミッタコンタクト層（１）からなるエピタキシャル構造を形成する第1の工程と、前記エミッタコンタクト層上に、下層がタングステンシリサイドでなる第１の金属層（６）と上層が第２の金属層（７）とで構成される２層構造のエミッタ電極（２０）を形成する第２の工程と、前記第１の金属層を有機アルカリ水溶液でエッチングして前記第２の金属層に対してアンダーカット（２２）を形成する第３の工程と、前記アンダーカットが形成された第1の金属層をマスクとして前記エミッタコンタクト層及び前記エミッタ層をメサエッチングしてエミッタメサ（１２）を形成する第４の工程と、ベース電極（８）を前記エミッタメサに対してセルフアライン形成する第５の工程とを含んでいる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の請求項２のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、上述した請求項１のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法における前記半絶縁性基板の面方位が（１００）で、前記エミッタ電極の長手方向が［０１-１］に平行であり、かつ前記エミッタ層がＩｎＰでなるようにしている。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項３のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、上述した請求項１又は請求項２のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法における前記第２の金属層が、白金でなる層及び金でなる層のうち少なくとも一方を含むようにしている。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の請求項４のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法は、上述した請求項１又は請求項２のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法における前記第２の金属層がタングステンの単層からなるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項1のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法では、下層がタングステンシリサイドでなる第１の金属層と上層が第２の金属層とで構成される２層構造のエミッタ電極を形成した後に、タングステンシリサイドでなる第１の金属層を有機アルカリ水溶液でエッチングして第２の金属層に対してアンダーカットを形成するようにしたので、アンダーカットが簡易にかつ精度良く形成でき、その結果として、セルフアライン構造を制御性良く簡易に形成できるために、信頼性の高い、高性能で高速動作可能なＨＢＴを製造することができる。また、本発明の請求項２のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法では、半絶縁性基板の面方位が（１００）で、前記エミッタ電極の長手方向が［０１-１］に平行であり、かつ前記エミッタ層がＩｎＰでなるようにしたので、信頼性の高い順メサに基づくアンダーカットが簡易にかつ精度良く形成でき、その結果として、信頼性の高い順メサのセルフアライン構造を制御性良く簡易に形成できるために、より信頼性の高い、高性能で高速動作可能なＨＢＴを製造することができる。また、本発明の請求項３のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法では、第２の金属層として、特に白金でなる層及び金でなる層のうち少なくとも一方を含むものを用いることにより、第２の金属層に対して十分な量のアンダーカットを制御性良く形成できる。また、本発明の請求項４のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法では、第２の金属層として、特にタングステンを用いることにより、第２の金属層に対して十分な量のアンダーカットを制御性良く形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施例を記載する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の実施例１（請求項３に該当）のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴの製造方法を図1及び図２に基づいて説明する。従来例と同一要素には同一の符号を付けてある。
【００１７】
［第1の工程］先ず、図１（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板９の（１００）面上に、５００ｎｍのｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタコンタクト層５、２００ｎｍのｉ-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタ層４、５０ｎｍのｐ+-ＩｎＧａＡｓからなるベース層３、７０ｎｍのｎ-ＩｎＰからなるエミッタ層２及び７０ｎｍのｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層１のエピタキシャル層を成長させる。
【００１８】
［第２の工程］次に、図１（ｂ）に示すように、２００ｎｍのＷＳｉ層６をエミッタコンタクト層１上にスパッタ成膜し、そのＷＳｉ層６上のエミッタ電極に相当する部分に、５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、１００ｎｍの白金（Ｐｔ）及び１５０ｎｍの金（Ａｕ）が順次積層されることによって形成される３層構造の金属層７を蒸着し、そして、その金属層７をリフトオフによりエミッタ電極の形状に形成する。この際、エミッタ電極の長手方向を半絶縁性ＩｎＰ基板９の［０１-１］方向に対して平行に配置し順メサとなるようにする。なお、ＷＳｉ層６及び金属層７は、それぞれ、特許請求の範囲の第１の金属層及び第２の金属層に相当する。次に、図１（ｃ）に示すように、エミッタ電極の形状に形成された金属層７をマスクとして、ＷＳｉ層６をＳＦ６ガスの反応性イオンエッチングにより異方性エッチングを行って、金属層７とＷＳｉ層６とで構成される２層構造のエミッタ電極２０を形成する。
【００１９】
［第３の工程］続いて、上記と同様に金属層７をマスクとして、図１（ｄ）に示すように、有機アルカリ水溶液でＷＳｉ層６を１０分間エッチングし、アンダーカット量０．２μｍのアンダーカット２２を形成する。この際、ＷＳｉ層６を異方性エッチングする際にＷＳｉ層６のエッチング面に付着した反応生成物は有機アルカリ水溶液ですぐに剥離されるので、アンダーカットの制御性が悪くなるといった問題は発生しない。
【００２０】
［第４の工程］次に、図２（ａ）に示すように、アンダーカット２２が形成されたＷＳｉ層６をマスクとして、クエン酸によりエミッタコンタクト層１をメサエッチングし、さらに塩酸リン酸によりエミッタ層２をメサエッチングしてエミッタメサ１２を形成する。
【００２１】
［第５の工程］次に、図２（ｂ）に示すように、蒸着とリフトオフにより２５０ｎｍのベース電極８をエミッタメサ１２に対してセルフアライン形成する。この場合、ＷＳｉ層６、エミッタコンタクト層１及びエミッタ層２の合計の膜厚は３４０ｎｍで、ベース電極８の膜厚２５０ｎｍより大きいのでベース電極８とエミッタ電極２０が短絡することはない。また、順メサにエミッタ電極２０の長手方向を配置したので、エミッタメサ１２は金属層７に対してはアンダーカットが入るが、ＷＳｉ層６に対してはアンダーカットが入らないため、エミッタメサ１２の断面形状は上部より下部の幅が広い順メサとなる。なお、エミッタメサ１２が順メサであるからといっても、アンダーカット２２が形成されているので、エミッタメサ１２の最下部とベース電極８とが接触することはない。
【００２２】
［第６の工程］次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーによりエミッタ部分をフォトレジストで覆った状態で、ベース電極８をマスクにして、ベース層３及びコレクタ層４をベースメサエッチングしてコレクタ電極１０を形成し、その後、素子間分離メサエッチングを行ってＨＢＴを形成する。
【００２３】
ここで、この実施例１において、有機アルカリ水溶液（温度２３℃）でＷＳｉ層６をエッチングした場合のエッチング時間に対するアンダーカット量の変化を図５に示す。アンダーカット量はエッチング時間に対してほぼ比例して増大し、エッチング時間を変えることでアンダーカット量を制御できることが分かる。
【実施例２】
【００２４】
本発明の実施例２（請求項４に該当）のＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＢＴの製造方法を図２及び図３に基づいて説明する。実施例２は上述の実施例1とは［第２の工程］が異なりその他の工程は同一である。
【００２５】
［第1の工程］先ず、図３（ａ）に示すように、半絶縁性ＩｎＰ基板９の（１００）面上に、５００ｎｍのｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタコンタクト層５、２００ｎｍのｉ-ＩｎＧａＡｓからなるコレクタ層４、５０ｎｍのｐ+-ＩｎＧａＡｓからなるベース層３、７０ｎｍのｎ-ＩｎＰからなるエミッタ層２及び７０ｎｍのｎ+-ＩｎＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層１のエピタキシャル構造を成長させる。
【００２６】
［第２の工程］次に、図３（ｂ）に示すように、エミッタコンタクト層１上に１５０ｎｍのＷＳｉ層６と１５０ｎｍのＷ層７１を形成する。次に、図３（ｃ）に示すように、エミッタ電極に相当する部分を残すようにフォトリソグラフィーを行った後に、Ｗ層７１とＷＳｉ層６をＳＦ６ガスの反応性イオンエッチングにより異方性エッチングを行い、レジストを剥離して、Ｗ層７１とＷＳｉ層６とで構成される２層構造のエミッタ電極２０を形成する。この場合、Ｗ層７１とＷＳｉ層６はＳＦ６ガスでほぼ同じエッチング速度を持つため、アンダーカットが無い異方性形状を容易に得ることができる。なお、ＷＳｉ層６及びＷ層７１は、それぞれ、特許請求の範囲の第１の金属層及び第２の金属層に相当する。
【００２７】
［第３の工程］次に、図３（ｄ）に示すように、Ｗ層７１をマスクとして、有機アルカリ水溶液でＷＳｉ層６を選択的にエッチングし、アンダーカット２２を形成する。
【００２８】
以下、実施例１と同様に、［第４の工程］で図２（ａ）に示すように、エミッタメサ１２を形成し、［第５の工程］で図２（ｂ）に示すように、２５０ｎｍのベース電極８をエミッタメサ１２に対してセルフアライン形成し、そして［第６の工程］で図２（ｃ）に示すように、コレクタ電極１０を形成し、その後、素子間分離メサエッチングを行ってＨＢＴを形成する。この場合、ＷＳｉ層６、エミッタコンタクト層１及びエミッタ層２の合計の膜厚は２９０ｎｍで、ベース電極８の膜厚２５０ｎｍより大きいのでベース電極８とエミッタ電極２０が短絡することはない。
【００２９】
なお、上述の実施例1及び実施例２で使用される有機アルカリ水溶液としては、濃度が１〜３０％の範囲のものであれば、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）等何でもよい。また、ＷＳｉ層６は、その組成がＷＳｉｘにおけるｘ（組成比）＝０．１〜３の範囲が用いられる。そして、ＷＳｉ層６の膜厚は、「自身の膜厚にエミッタコンタクト層１及びエミッタ層２の膜厚を加えた合計の膜厚がベース電極８の膜厚より大きい」という条件を満足する膜厚であればいかなる値に設定にしてもよい。また、有機アルカリ水溶液でのエッチングの際、超音波を印加した状態で行ってもよい。更に、エミッタ層２はウエットエッチングの際の結晶面方位依存性が大きいＩｎＰで本発明は特に有効であるが、他の半導体層は材料やキャリア濃度や厚みによって制限されない。例えば、ベース層３がＧａＡｓＳｂであったり、コレクタ層４がＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰを含む複数の層であったり、コレクタコンタクト層５がＩｎＰであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１の製造方法を説明するための図
【図２】本発明の実施例１及び実施例２の製造方法を説明するための図
【図３】本発明の実施例２の製造方法を説明するための図
【図４】従来のＨＢＴの製造方法を説明するための図
【図５】有機アルカリ水溶液のエッチング時間に対するアンダーカット量の変化を示す図
【符号の説明】
【００３１】
１・・・エミッタコンタクト層、２・・・エミッタ層、３・・・ベース層、４・・・コレクタ層、５・・・コレクタコンタクト層、６・・・ＷＳｉ層、７・・・金属層、７１・・・Ｗ層、８・・・ベース電極、９・・・基板、１０・・・コレクタ電極、１１，２０・・・エミッタ電極、１２・・・エミッタメサ、２１，２２・・・アンダーカット。
【図１】
2005123214.tif 000003
【図２】
2005123214.tif 000004
【図３】
2005123214.tif 000005
【図４】
2005123214.tif 000006
【図５】
2005123214.tif 000007