JPH0483346A - Bipolar transistor and its manufacturing method - Google Patents

Bipolar transistor and its manufacturing method

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JPH0483346A
JPH0483346A JP2197103A JP19710390A JPH0483346A JP H0483346 A JPH0483346 A JP H0483346A JP 2197103 A JP2197103 A JP 2197103A JP 19710390 A JP19710390 A JP 19710390A JP H0483346 A JPH0483346 A JP H0483346A
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秀徳 嶋脇
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はバイポーラトランジスタおよびその製造方法に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a bipolar transistor and a method for manufacturing the same.

(従来の技術) バイポーラトランジスタは電界効果トランジスタに比べ
て電流駆動能力が大きいという優れた特徴を有している
。このため、近年、SiのみならずGaAsなどの化合
物半導体を用いたバイポーラトランジスタの研究開発が
盛んに行われている。特に、化合物半導体を用いたバイ
ポーラトランジスタは、エミッタ・ベース接合をヘテロ
接合に構成でき、ベースを高濃度にしてもエミッタ注入
効率を大きく保てるなど利点は太きい。
(Prior Art) Bipolar transistors have an excellent feature of higher current driving ability than field effect transistors. Therefore, in recent years, research and development of bipolar transistors using not only Si but also compound semiconductors such as GaAs have been actively conducted. In particular, bipolar transistors using compound semiconductors have significant advantages, such as being able to configure the emitter-base junction into a heterojunction, and maintaining high emitter injection efficiency even when the base is highly doped.

第3図は従来のバイポーラトランジスタの構造を説明す
るための半導体チップの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining the structure of a conventional bipolar transistor.

この半導体チップは、GaAsからなる半絶縁性基板1
と、n −GaAsからなるコレクタ層3と、p −G
aAsからなるベース層4と、n ”0.25GaO,
75Asからなるエミッタ層5と、AuGeNiからな
るエミッタ電極9と、AuZnNiからなるベース電極
18と、AuGeNiからなるコレクタ電極11とがら
構成されている。
This semiconductor chip consists of a semi-insulating substrate 1 made of GaAs.
, a collector layer 3 made of n-GaAs, and a p-G
A base layer 4 made of aAs, n ”0.25GaO,
It is composed of an emitter layer 5 made of 75As, an emitter electrode 9 made of AuGeNi, a base electrode 18 made of AuZnNi, and a collector electrode 11 made of AuGeNi.

通常、ベース層は、トランジスタを高速動作させるため
に厚さを70〜1100n、 p型不純物濃度を10 
cm  台に設定することが多い。p型ネ純物としては
、例えば分子線エピタキシー法(以降、MBE法と称す
)によりベース層を形成する場合には、Beが用いられ
ることが多い。第3図では、エミッタ、ベース接合部が
階段接合型となっているが、この他にエミッタ・ベース
接合部において、AlxGa1−xAsエミッタ層のA
1組成Xを徐々に変化させて傾斜接合型としたものもよ
く用いられる。
Typically, the base layer has a thickness of 70 to 1100 nm and a p-type impurity concentration of 10 nm to operate the transistor at high speed.
It is often set in the cm range. As the p-type pure dopant, Be is often used, for example, when forming a base layer by a molecular beam epitaxy method (hereinafter referred to as MBE method). In Fig. 3, the emitter and base junctions are of a stepped junction type, but in addition to this, the AlxGa1-xAs emitter layer has a
A gradient junction type in which the composition X is gradually changed is also often used.

第4図(a)〜(C)は、上述の従来のバイポーラトラ
ンジスタの製造方法を説明するための工程順に示した半
導体チップの断面図である。
FIGS. 4A to 4C are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the above-mentioned conventional method for manufacturing a bipolar transistor.

この従来例では、まず、第4図(a)に示すように、G
aAsからなる半絶縁性基板1上にn −GaAs層3
、p−GaAs層4およびn  Alo、25Gao、
75A8層5を順次、MBE法により形成する。
In this conventional example, first, as shown in FIG.
An n-GaAs layer 3 is formed on a semi-insulating substrate 1 made of aAs.
, p-GaAs layer 4 and n Alo, 25Gao,
75A8 layers 5 are sequentially formed by the MBE method.

次に第4図(b)に示すように、所定のパターンのAu
GeNiからなるエミッタ電極9およびその上のSi○
2膜12全12した後、これをマスクとしてn −Al
o、2sGao、7sAS層5をエツチングして除去し
p −GaAs層4を露出すると同時にエミッタ層を形
成する。続いて5102膜12をマスクとしてp −G
aAs層4上にAuZnNi層18を自己整合的に形成
する。
Next, as shown in FIG. 4(b), a predetermined pattern of Au
Emitter electrode 9 made of GeNi and Si○ on it
2 films 12, and then use this as a mask to form n-Al
The p-GaAs layer 4 is exposed by etching and removing the o, 2s Gao, and 7s AS layers 5, and at the same time, an emitter layer is formed. Next, using the 5102 film 12 as a mask, p-G
An AuZnNi layer 18 is formed on the aAs layer 4 in a self-aligned manner.

次に第4図(C)に示すように、所定のパターンのホト
レジスト膜17を形成し、これをマスクとして、AuZ
nNi層18をエツチングしてベース電極を形成した後
、エツチングによりp −GaAs層4とn −GaA
s層3の表面を除去し、さらにホトレジスト膜17をマ
スクとしてn −GaAs層3の表面にオーミック金属
のAuGeNi層11を上方から蒸着する。
Next, as shown in FIG. 4(C), a photoresist film 17 with a predetermined pattern is formed, and using this as a mask, AuZ
After etching the nNi layer 18 to form a base electrode, the p-GaAs layer 4 and the n-GaAs are etched.
The surface of the s-layer 3 is removed, and an ohmic metal AuGeNi layer 11 is deposited from above on the surface of the n-GaAs layer 3 using the photoresist film 17 as a mask.

次に、有機溶剤中でホトレジスト膜17を溶かしリフト
オフを行ってエミッタ電極を形成し、第3図に示すよう
な構造のバイポーラトランジスタができる。
Next, the photoresist film 17 is dissolved in an organic solvent and lift-off is performed to form an emitter electrode, thereby producing a bipolar transistor having the structure shown in FIG.

(発明が解決しようとする課題) バイポーラトランジスタの遮断周波数らおよび最と表せ
る。(1)式においてτ8はエミッタ時定数、7Bはベ
ース走行時間、τ。はコレクタ走行時間、τ。。はコレ
クタ時定数であり、(2)式においてrはベース抵抗、
CBoはベース・コレクタ間容量である。
(Problem to be Solved by the Invention) The cutoff frequency of a bipolar transistor can be expressed as follows. In equation (1), τ8 is the emitter time constant, and 7B is the base travel time, τ. is the collector travel time, τ. . is the collector time constant, and in equation (2), r is the base resistance,
CBo is the base-collector capacitance.

(1)、(2)式よりらを増大させるためにはτ8の低
減が、また、f を増大させるためにはr、の低減が有
ax 効であることがわかるが、ベース層厚についてみればこ
の両者は相反する要求である。つまり、ベース層を薄く
することにより、τ8を低減しらを増大させた場合には
、r、が増大してfmaxが著しく劣化してしまうため
、従来、f を低下させずにベース層を〜70nm以下
の厚さにするのは非常に困難であった。
From equations (1) and (2), it can be seen that reducing τ8 is effective in increasing τ, and reducing r is effective in increasing f, but as for the base layer thickness, The two demands of tobacco are contradictory. In other words, if we reduce τ8 by making the base layer thinner, then r increases and fmax deteriorates significantly. It was very difficult to reduce the thickness below.

また、上述した従来例においては、n Alo、25G
ao 75A8層5をエツチングしてp−GaAs層4
を露出することによりエミッタ層を形成する工程(ベー
ス面出し工程)が非常に重要な工程の一つである。つま
り、p −GaAs層4が充分に露出されない場合には
、ベース層とベース電極との間のコンタクト抵抗が高く
、そのためベース抵抗が高くなってしまう。
In addition, in the conventional example described above, n Alo, 25G
ao 75A8 layer 5 is etched to form p-GaAs layer 4
The step of forming an emitter layer by exposing the base (base surface exposing step) is one of the very important steps. That is, if the p-GaAs layer 4 is not sufficiently exposed, the contact resistance between the base layer and the base electrode is high, resulting in a high base resistance.

一方、p−GaAs層4をオーバーエツチングしてしま
うと、ベース層が薄くなってしまい、これもまたベース
抵抗を増大させる原因となる。従って、この工程の良否
は最終的なトランジスタの高速・高周波特性を大きく左
右することになる。さらに、ベース層は70〜1100
nと薄いため、ウェハー内におけるエツチング量のバラ
ツキは素子特性の均一性を著しく低下させる原因の一つ
となる。従来、この工程をウェハー全体にわたって充分
に制御性よく行うことは困難であった。ベース層が〜7
0nm以下の厚さになった場合には、ベース面出し工程
自体がさらに困難になることは言うまでもない。しかも
、ベース層が非常に薄くなった場合には、ベース電極金
属18が拡散してコレクタ層まで到達してしまうという
問題も生じてくる。
On the other hand, if the p-GaAs layer 4 is over-etched, the base layer becomes thinner, which also causes an increase in base resistance. Therefore, the quality of this process greatly influences the high speed and high frequency characteristics of the final transistor. Furthermore, the base layer is 70-1100
Since the wafer is as thin as n, variations in the amount of etching within the wafer are one of the causes of significantly reducing the uniformity of device characteristics. Conventionally, it has been difficult to perform this process over the entire wafer with sufficient controllability. The base layer is ~7
Needless to say, when the thickness is less than 0 nm, the base surface leveling process itself becomes even more difficult. Moreover, if the base layer becomes very thin, a problem arises in that the base electrode metal 18 diffuses and reaches the collector layer.

本発明の目的は、このような問題点を解決し、几が著し
く低減されるとともにベース層厚を〜70nm以下に薄
層化するのを可能とし、さらにベース面出し工程に起因
する素子特性のバラツキのない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にある。
The purpose of the present invention is to solve these problems, to significantly reduce the heat generation, to make it possible to reduce the base layer thickness to ~70 nm or less, and to improve the device characteristics caused by the base surface leveling process. An object of the present invention is to provide a bipolar transistor with no variations and a method for manufacturing the same.

(課題を解決するための手段) 本発明は、半絶縁性基板上にコレクタ層、ベース層およ
びエミッタ層(もしくはエミッタ層、ベース層、コレク
タ層)が順次形成されたバイポーラトランジスタにおい
て、p型ベース層が、III族元素としてGa、 AI
、 Inの中の少なくとも一種、■族元素としてAs、
 Pの中の少なくとも一種を有するIII + V族化
合物半導体からなる真性ベース層、および前記真性ベー
ス層と同等もしくは前記真性ベース層よりも犬なる正孔
濃度を有するCドープGaAsからなる外部ベース層に
より構成され、前記真性ベース層と前記外部ベース層が
、エミッタ層、ベース層およびコレクタ層の積層方向を
横切る方向に接合されたことを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a bipolar transistor in which a collector layer, a base layer, and an emitter layer (or an emitter layer, a base layer, and a collector layer) are sequentially formed on a semi-insulating substrate. The layer contains Ga, AI as group III elements.
, At least one type of In, As as a group ■ element,
an intrinsic base layer made of a III+V group compound semiconductor containing at least one of P; and an external base layer made of C-doped GaAs having a hole concentration equal to or greater than that of the intrinsic base layer; The intrinsic base layer and the extrinsic base layer are bonded in a direction transverse to the stacking direction of the emitter layer, the base layer, and the collector layer.

また、本発明のバイポーラトランジスタの製造方法は、
半絶縁性基板上に第1導電型の第1の半導体層、第2導
電型の第2の半導体層および第1導電型の第3の半導体
層を順次積層させる工程と、前記第3の半導体層上に第
1の絶縁体からなる所定のパターンのマスクを形成する
工程と、前記マスクを用いて前記第3の半導体層をエツ
チングにより所定の厚さになるまで除去した後、第2の
絶縁体からなる側壁を形成する工程と、前記第1および
第2の絶縁体をマスクとして、前記第3の半導体層、前
記第2の半導体層および前記第1の半導体層の一部を、
もしくは前記第3の半導体層および前記第2の半導体層
を、エツチングにより除去した後、少なくとも原料ガス
の一つに有機III族元素原料を含む分子線エピタキシ
ー法により、前記第1の半導体層上に第2導電型の第4
の半導体層を選択的に形成する工程とを含むことを特徴
としている。
Further, the method for manufacturing a bipolar transistor of the present invention includes:
a step of sequentially stacking a first conductivity type first semiconductor layer, a second conductivity type second semiconductor layer, and a first conductivity type third semiconductor layer on a semi-insulating substrate; and the third semiconductor layer. forming a mask with a predetermined pattern made of a first insulator on the layer; and removing the third semiconductor layer to a predetermined thickness by etching using the mask; a step of forming a side wall made of a solid material, and using the first and second insulators as masks, a portion of the third semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer,
Alternatively, after removing the third semiconductor layer and the second semiconductor layer by etching, etching is performed on the first semiconductor layer by a molecular beam epitaxy method containing an organic group III element raw material as at least one of the raw material gases. the fourth of the second conductivity type
The method is characterized in that it includes a step of selectively forming a semiconductor layer.

(作用) バイポーラトランジスタのベース抵抗r、は一般に 、、、、、、、、、、、、、、、、、、  (3)と表
せる。(3)式においてRはベース層のシート抵抗、W
Eはエミッタ幅、Lはエミッタ長、LBBはエミッタメ
サとベース電極間距離、PCはベース電極に対する接触
抵抗率、LBはベース電極幅、L、: (Pc/R,)
  である。従って、r、を低減等るためにはR8およ
びP、を低減することが必要であるが、実際の素子にお
いては(3)式の右辺第3項の占める割合が非常に大き
く、PCの低減が特に重要な課題である。
(Function) The base resistance r of a bipolar transistor can generally be expressed as (3). In equation (3), R is the sheet resistance of the base layer, W
E is the emitter width, L is the emitter length, LBB is the distance between the emitter mesa and the base electrode, PC is the contact resistivity to the base electrode, LB is the base electrode width, L: (Pc/R,)
It is. Therefore, in order to reduce r, etc., it is necessary to reduce R8 and P, but in actual devices, the third term on the right side of equation (3) accounts for a very large proportion, and the PC is a particularly important issue.

1.を低減するために、ベース層のp型不純物濃度を増
加させるのが一つの手段である。MBE法は成長膜厚お
よび不純物濃度の制御性・均一性に優れることから、特
に化合物半導体のバイポーラトランジスタの結晶成長に
非常に有効であるが、MBE法によりベース層を形成す
る場合、通常、p型不純物として用いられるBeが〜5
X10 am  以上の濃度になると、エミッタ側成長
結晶中への拡散が増大してしまうという問題がある(ワ
イ・シー・パオ他(Y、C。
1. One way to reduce this is to increase the p-type impurity concentration in the base layer. Since the MBE method has excellent controllability and uniformity of the grown film thickness and impurity concentration, it is particularly effective for crystal growth of compound semiconductor bipolar transistors. Be used as type impurity is ~5
When the concentration exceeds X10 am, there is a problem that diffusion into the emitter-side grown crystal increases (Y.C. Pao et al. (Y, C.).

Pao et al、)、ジャーナル・オブ・アプライ
ド、フィジクス(Journal of Applie
d Physics)、60巻、1986年、201頁
に報告されている)。
Pao et al.), Journal of Applied Physics
d Physics), Vol. 60, 1986, p. 201).

上記の問題を解決しつつρ。の低減をはかるためには、
真性ベース層と独立にp型不純物濃度・組成が設定され
た外部ベース層を形成するのが有効である。III族原
料に有機金属を使用した分子線エピタキシー法(以降、
MOMBE法と称す)を用いれば、〜10 cm  の
C濃度を有する高濃度p型GaAs層が比較的容易に形
成できることが、例えばティー・ヤマダ他(T、 Ya
mada et al、)、ジャーナル・オブ・クリス
タル・グロウス(Journal of Crysta
l Growth)、95巻、1989年、145頁に
報告されており、しかも選択成長が可能であることから
、この外部ベース層の形成に非常に適していると考えら
れる。
ρ while solving the above problem. In order to reduce
It is effective to form an external base layer whose p-type impurity concentration and composition are set independently of the intrinsic base layer. Molecular beam epitaxy method (hereinafter referred to as
For example, T. Yamada et al. (T., Ya.
Mada et al.), Journal of Crystal Growth
1 Growth), Vol. 95, 1989, p. 145, and since selective growth is possible, it is considered to be very suitable for forming this external base layer.

下記の表に異なるp型不純物濃度を有するGaAs層に
ついて、オーミック金属(Ti/Pt/AuおよびAu
Mn/Au)に対する接触抵抗率を測定した結果を示す
The table below lists GaAs layers with different p-type impurity concentrations for ohmic metals (Ti/Pt/Au and Au).
The results of measuring the contact resistivity for Mn/Au) are shown.

上表において、BeドープGaAs層はMBE法、Cド
ープGaAs層はMOMBE法により形成した。接触抵
抗率はいずれもノンアロイの結果である。MOMBE法
により高C濃度のp型GaAs層を形成することによっ
て、アロイを行っていないにもかかわらず、非常に低い
接触抵抗率が得られることがわかる。
In the above table, the Be-doped GaAs layer was formed by the MBE method, and the C-doped GaAs layer was formed by the MOMBE method. All contact resistivities are results for non-alloy. It can be seen that by forming a p-type GaAs layer with a high C concentration using the MOMBE method, a very low contact resistivity can be obtained even though no alloying is performed.

本発明のように、ベース層の構造に真性ベース層と選択
成長された外部ベース層を横方向から接触させる構造を
とった場合に特に問題となるのは、両者の接合界面にお
ける接触抵抗である。第5図に、MBE法より形成した
4X10 cm  +7)Beドー層(外部ベース層に
相当する)との接合界面における接触抵抗Rciおよび
接触抵抗率/’ci”、BeドープGaAs層の厚さW
との関係を示す(ただし、pci ” R,W)。ここ
では、接合界面が各層に対してほぼ垂直になるようにB
eドープGaAs層の一部をエツチングにより除去した
後、200nmのCドープGaAs層をMOMBE法に
より選択成長して試料を形成し、TLM法(例えば、シ
イ・ケイ・リーブス他(G、 K、 Reeves e
t al、)、アイ、イー・イー・イー、エレクトロン
・デバイス・レターズ(IEEE Electron 
Device Letters)、 EDL−3巻、 
1982年、111頁に報告されている)により評価を
行った。
When the structure of the base layer is such that the intrinsic base layer and the selectively grown external base layer are in contact with each other from the lateral direction, as in the present invention, a particular problem is the contact resistance at the bonding interface between the two. . Figure 5 shows the contact resistance Rci and contact resistivity/'ci' at the bonding interface with the 4X10 cm +7) Be-doped layer (corresponding to the external base layer) formed by the MBE method, and the thickness W of the Be-doped GaAs layer.
(However, pci ” R, W).Here, B is set so that the bonding interface is almost perpendicular to each layer.
After removing a part of the e-doped GaAs layer by etching, a 200 nm C-doped GaAs layer was selectively grown using the MOMBE method to form a sample, and the TLM method (for example, C.K. Reeves et al. e
t al, ), IEE, Electron Device Letters (IEEE Electron
Device Letters), EDL-3 volume,
1982, p. 111).

第5図より、BeドープGaAs層とCドープGaAs
層の接合界面における接触抵抗率は7×10 00cm
と非常に小さく、従って、真性ベース層と外部ベース層
の接合界面における接触綴抵抗に起因するベース抵抗の
増大を充分抑制することが可能であることがわかる。
From FIG. 5, the Be-doped GaAs layer and the C-doped GaAs layer
The contact resistivity at the bonding interface of the layers is 7 × 1000 cm
It is found that the increase in base resistance caused by contact resistance at the bonding interface between the intrinsic base layer and the external base layer can be sufficiently suppressed.

以上、説明したように、本発明のバイポーラトランジス
タにおいては、ベース抵抗が著しく低減されると期待で
きる。第6図にベース層厚WBとベース抵抗r、の関係
を求め、本発明と従来のバイポーラトランジスタについ
て比較して示した。エミッタサイズは1.gmX10μ
m、ベース電極幅は1.5μm、エミッタメサとベース
電極間の距離を0.2.4zmとし、ベース電極金属と
してはTiPtAuを想定してノンアロイの場合につい
て求めた。従来例のベース不純物濃度は4X10 cm
  、また、本発明については、真性ベース層および外
部ベース層(厚さ300nm)の不純物濃度を4X10
 cm  および4X10 am  、両者の接合界面
はエミッタ・ベース接合面に垂直であるとした。第6図
より、本発明においてはベース抵抗が著しく低減されて
いることがわかる。
As explained above, in the bipolar transistor of the present invention, it can be expected that the base resistance will be significantly reduced. FIG. 6 shows the relationship between the base layer thickness WB and the base resistance r, and compares the bipolar transistor of the present invention with that of a conventional bipolar transistor. Emitter size is 1. gmX10μ
m, the base electrode width was 1.5 μm, the distance between the emitter mesa and the base electrode was 0.2.4 zm, and the base electrode metal was TiPtAu. The base impurity concentration of the conventional example is 4X10 cm
In addition, for the present invention, the impurity concentration of the intrinsic base layer and the external base layer (thickness 300 nm) is set to 4×10
cm and 4×10 am, and the bonding interface between them was assumed to be perpendicular to the emitter-base bonding surface. From FIG. 6, it can be seen that the base resistance is significantly reduced in the present invention.

第7図はベース層厚WBが40nmおよび80nmの場
合について、ベース電極幅LBとベース抵抗r、の関係
を本発明と従来のバイポーラトランジスタについて比較
したものである。第7図に示すように、ベース抵抗低減
の効果は特にベース電極幅が小さくなるにつれて、即ち
、素子が微細化されるにつれて顧著になっており、これ
はバイポーラトランジスタの特性向上をはかる上で非常
に好都合である。
FIG. 7 compares the relationship between the base electrode width LB and the base resistance r between the present invention and the conventional bipolar transistor when the base layer thickness WB is 40 nm and 80 nm. As shown in Figure 7, the effect of reducing base resistance becomes more important as the width of the base electrode becomes smaller, that is, as the device becomes finer, and this is important in improving the characteristics of bipolar transistors. It's very convenient.

さらに゛、本発明においてはベース電極を形成する際に
ベース面出し工程を行う必要がなく、外部ベース領域は
一旦、コレクタ層までエツチングにより除去してしまっ
てよい。従って、素子製造上も真性ベース層の薄層化が
容易となる。また、再成長される外部ベースの厚さをあ
る程度厚くしてやれば、外部ベース領域の膜厚の不均一
によって生じるベース抵抗の素子間のバラツキは、従来
構造の場合に比べて著しく低減することが可能であると
ともに、ベース電極金属が拡散してコレクタ層まで到達
してしまうようなことも回避できる。
Furthermore, in the present invention, there is no need to perform a base surface exposing process when forming the base electrode, and the external base region can be removed by etching up to the collector layer. Therefore, the intrinsic base layer can be easily made thinner in terms of device manufacturing. Furthermore, if the thickness of the regrown extrinsic base is increased to a certain extent, the variation in base resistance between elements caused by non-uniform film thickness in the extrinsic base region can be significantly reduced compared to the case of the conventional structure. At the same time, it is possible to prevent the base electrode metal from diffusing and reaching the collector layer.

同時にエミッタ・ベースを平坦化して配線の段切れを低
減することも可能である。
At the same time, it is also possible to flatten the emitter and base to reduce disconnections in the wiring.

なお、上述の説明においては真性ベース層と外部ベース
層の接合界面がエミッタ・ベース接合面と垂直である場
合を中心に述べたが、本発明はこれに限定されず、他の
状態の接合界面(ただし、平行である場合を除く)を形
成していても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
Note that although the above description has focused on the case where the bonding interface between the intrinsic base layer and the external base layer is perpendicular to the emitter-base bonding surface, the present invention is not limited to this, and the bonding interface in other states may be used. It goes without saying that the same effect can be obtained even if the two sides are formed (excluding the case where they are parallel).

(実施例) 以下に、本発明の実施例について図面を用いて説明する
(Example) Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例であるバイポーラトランジス
タを説明するための半導体チップの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip for explaining a bipolar transistor which is an embodiment of the present invention.

この半導体チップは、GaAsからなる半絶縁性基板1
と、n −GaAsからなるコレクタコンタクト層(3
X10 am  、400nm)2と、n −GaAs
からなるコレる真性ベース層(3刈Ocm  、40n
m)4と、n−Alo、25Gao、75A8からなる
エミッタ層(3刈Ocm  、200nm)5と、 n
−AlxGa1−xA5(x:0.25→0)からなる
グレーデ、。
This semiconductor chip consists of a semi-insulating substrate 1 made of GaAs.
and a collector contact layer (3) made of n-GaAs.
X10 am , 400 nm)2 and n-GaAs
This is the true base layer consisting of (3-cut Ocm, 40n
m) 4 and an emitter layer (3 Ocm, 200 nm) consisting of n-Alo, 25Gao, 75A8, and n
- A grade consisting of AlxGa1-xA5 (x: 0.25→0).

ド層(3X10 am  、50nm)6と、n −G
aAsからなる工GaAsからなる外部ベース層(4X
10 am  、300nm)8と、AuGeNiから
なるエミッタ電極9と、TiPtAuからなるベース電
極10と、AuGeNiからなるコレクタ電極11と、
SiO2膜12膜上23と、絶縁領域14とにより構成
されている。
layer (3×10 am, 50 nm) 6 and n-G
The external base layer (4X
10 am, 300 nm) 8, an emitter electrode 9 made of AuGeNi, a base electrode 10 made of TiPtAu, and a collector electrode 11 made of AuGeNi.
It is composed of a SiO2 film 12, an upper film 23, and an insulating region 14.

次に、このバイポーラトランジスタの製造方法を説明す
る。
Next, a method for manufacturing this bipolar transistor will be explained.

第2図は製造方法を説明するための工程順に示した半導
体チップの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining the manufacturing method.

まず、第2図(a)に示すように、GaAsからなる半
絶縁性基板1上にn −GaAs層2および3、p −
GaAs層4、n −AI。、25Ga、7.As層5
、n−AlxGa1−xAsグレーデッド層(x:0.
25−+0)6、n  GaAs層7をMBE法により
、成長温度600°Cで順次形成した後、バイポーラト
ランジスタを形成する部分を除いた他の部分にHを注入
し絶縁領域14を形成する。
First, as shown in FIG. 2(a), n-GaAs layers 2 and 3, p-
GaAs layer 4, n-AI. , 25Ga, 7. As layer 5
, n-AlxGa1-xAs graded layer (x: 0.
25-+0)6, n After sequentially forming the GaAs layer 7 at a growth temperature of 600° C. by the MBE method, H is implanted into the portion other than the portion where the bipolar transistor is to be formed to form the insulating region 14.

次に、第2図(b)に示すように、n −GaAs層7
上にオーミック金属のAuGeNi層9を蒸着し、51
02膜12と所定のパターンを有するホトレジスト膜1
5を順次形成した後、このホトレジスト膜15をマスク
として、SiO□膜12全12性イオンビームエツチン
グ、AuGeNi層9をイオンミリング法により順次、
除去する。
Next, as shown in FIG. 2(b), the n-GaAs layer 7
An ohmic metal AuGeNi layer 9 is deposited on top of the layer 51.
02 film 12 and a photoresist film 1 having a predetermined pattern
After sequentially forming layers 5 and 5, using this photoresist film 15 as a mask, the SiO□ film 12 is etched with a dodecyl ion beam, and the AuGeNi layer 9 is sequentially etched by ion milling.
Remove.

次に、第2図(c)に示すように、有機溶剤による洗浄
を行ないホトレジスト膜15を除去した後、5102膜
12をマスクとして、n−GaAs層7、n−AlxG
a、−。
Next, as shown in FIG. 2(c), after cleaning with an organic solvent to remove the photoresist film 15, using the 5102 film 12 as a mask, the n-GaAs layer 7, the n-AlxG
a,-.

As層6をC12をエツチングガスに用いた反応性イオ
ンビームエツチングにより除去し、さらに所定の厚さに
なるまで同様にしてn−Al。、25Gao、75As
層5をエツチングする。続いて、全面に8102膜13
を形成した後、これをCF4をエツチングガスに用いた
反応性イオンビームエツチングで除去することにより、
n−GaAs層7、n−AlxGa1−xAs層6およ
びn−Alo、25Gao、75AS層5の側面に81
02膜13からなる側壁を形成する。この場合、SiO
2膜13膜下3薄いn−Al。、2.Gao、7.As
層5は完全に空乏化することが望ましく、厚さとしては
数10nm程度に設定すれば保護層として機能する。そ
の効果については、例えば、羽山他、電子情報通信学会
技術報告、ED89−147巻、1989年、67頁に
報告されている。また、この薄いn Alo、25Ga
o、7sA8層5は、ベース層のシート抵抗が8102
膜13の下部において局部的に増大するのを防ぐ機能も
果たしている。
The As layer 6 is removed by reactive ion beam etching using C12 as an etching gas, and n-Al is removed in the same manner until a predetermined thickness is achieved. , 25Gao, 75As
Etch layer 5. Subsequently, 8102 film 13 is applied to the entire surface.
After forming, this is removed by reactive ion beam etching using CF4 as an etching gas.
81 on the sides of the n-GaAs layer 7, the n-AlxGa1-xAs layer 6, and the n-Alo, 25Gao, 75AS layer 5.
02 film 13 is formed. In this case, SiO
2 films 13 films bottom 3 thin n-Al. , 2. Gao, 7. As
It is desirable that the layer 5 be completely depleted, and if the thickness is set to about several tens of nanometers, it will function as a protective layer. The effect is reported, for example, in Hayama et al., Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Technical Report, Vol. ED89-147, 1989, p.67. Also, this thin n Alo, 25Ga
o, 7s A8 layer 5 has a base layer sheet resistance of 8102
It also functions to prevent local growth in the lower part of the membrane 13.

次に、第2図(d)に示すように、5102膜12およ
び13をマスクとして、リン酸、過酸化水素および水の
混合液によりn  Alo、2.Gao、7.AS層5
、p−GaA44、およびn−GaAs層3の一部を順
次エツチングして除去した後、トリメチルガリウム(G
a(CHs)3)および固体Asを成長原料に用いたM
OMBE法により、SiO2膜12膜上213をマスク
として、n −GaAs層3上にp−GaAs層8を成
長温度450°Cで選択的に形成する。続いて、バイポ
ーラトランジスタの活性領域を覆う所定のパターンのホ
トレジスト膜を形成し、それをマスクとして絶縁領域1
4上のp −GaAs層8をエツチングして除去した後
、ホトレジスト膜16を形成し、さらに上方より、Ti
PtAu層10を蒸着する。
Next, as shown in FIG. 2(d), n Alo, 2. Gao, 7. AS layer 5
, p-GaA 44, and part of the n-GaAs layer 3 are sequentially etched and removed, and then trimethyl gallium (G
M using a(CHs)3) and solid As as growth raw materials
By the OMBE method, the p-GaAs layer 8 is selectively formed on the n-GaAs layer 3 at a growth temperature of 450 DEG C. using the SiO2 film 12 top 213 as a mask. Next, a photoresist film with a predetermined pattern is formed to cover the active region of the bipolar transistor, and using this as a mask, the insulating region 1 is formed.
After etching and removing the p-GaAs layer 8 on the p-GaAs layer 4, a photoresist film 16 is formed, and a Ti
A PtAu layer 10 is deposited.

次に、第2図(e)に示すように、有機溶剤による洗浄
を行ないホトレジスト膜16を除去した後、所定のパタ
ーンのホトレジスト膜17を形成し、ベース電極の幅が
所定の値になるようにする。続いて、ホトレジスト膜1
7をマスクとしてイオンミリング法によりTiPtAu
層10をエツチングして除去し、さらに、リン酸、過酸
化水素および水の混合液によりp−GaAs層8とn−
GaAs層3をエツチングにより除去してn −GaA
s層2表面を露出する。続いて、ホトレジスト膜17を
マスクとしてn−GaAs層2のオーミック金属である
AuGeNi層11を上方から蒸着する。
Next, as shown in FIG. 2(e), after removing the photoresist film 16 by cleaning with an organic solvent, a photoresist film 17 with a predetermined pattern is formed so that the width of the base electrode becomes a predetermined value. Make it. Next, photoresist film 1
TiPtAu by ion milling using No. 7 as a mask.
Layer 10 is etched away, and p-GaAs layer 8 and n-
GaAs layer 3 is removed by etching to form n-GaA
The surface of the s-layer 2 is exposed. Subsequently, using the photoresist film 17 as a mask, an AuGeNi layer 11, which is an ohmic metal of the n-GaAs layer 2, is deposited from above.

最後に、有機溶剤中でホトレジスト膜17を溶かしリフ
トオフを行なって、第1図に示すような構造のバイポー
ラトランジスタができる。
Finally, the photoresist film 17 is dissolved in an organic solvent and lift-off is performed to obtain a bipolar transistor having the structure shown in FIG.

なお、上述の実施例においては、真性ベース層がp −
GaAsからなるものについて述べたが、本発明はこれ
に限定されず、例えばp −AlGaAsからなる真性
ベース層のA1組成を徐々に変化させてグレーデッドベ
ース構造としたもの、AlInAs/InGaAs系や
InP/InGaAs系へテロ接合バイポーラトランジ
スタの場合のように真性ベース層がp −InGaAs
からなるもの、あるいはp −AlInGaAsやp 
−InGaAsP等からなるものについても同様に適用
でき、効果は同様である。
In addition, in the above-mentioned embodiment, the intrinsic base layer is p −
Although the invention has been described with respect to a layer made of GaAs, the present invention is not limited thereto. For example, it may be made of a graded base structure by gradually changing the A1 composition of an intrinsic base layer made of p-AlGaAs, an AlInAs/InGaAs system, or an InP layer. /InGaAs type heterojunction bipolar transistor, the intrinsic base layer is p-InGaAs.
or p -AlInGaAs or p
The present invention can be similarly applied to materials made of -InGaAsP, etc., and the effects are the same.

また、上述の実施例においては、エミッタアップ型のも
のについて述べたが、本発明はこれに限定されず、コレ
クタアップ型のものについても同様に適用できる。
Further, in the above embodiments, an emitter-up type was described, but the present invention is not limited thereto, and can be similarly applied to a collector-up type.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、第6図及び第7図
に示したようにベース抵抗を著しく低減させることがで
きるとともに、ベース層の薄膜化が可能となることから
、最大発振周波数・遮断周波数を増大させることができ
る。また、ベース面出し工程が不要となることから、そ
れに起因するベース抵抗の増大を防止することができ、
ウェハー全体にわたってベース抵抗のバラツキを抑止す
ることができる。その結果、高速・高周波特性の優れた
化合物半導体バイポーラトランジスタを実現できるとと
もに、ウェハー内における素子特性の均一性を著しく向
上させることができるという効果がある。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the base resistance can be significantly reduced as shown in FIGS. 6 and 7, and the base layer can be made thinner. , the maximum oscillation frequency and cutoff frequency can be increased. In addition, since the base surface leveling process is not necessary, it is possible to prevent the increase in base resistance caused by it.
It is possible to suppress variations in base resistance over the entire wafer. As a result, a compound semiconductor bipolar transistor with excellent high-speed and high-frequency characteristics can be realized, and the uniformity of device characteristics within the wafer can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明にかかるバイポーラトランジスタの一実
施例の構造を説明するための半導体チップの断面図、第
2図(a)〜(e)は第1図のバイポーラトランジスタ
の製造方法を説明するための工程順に示した半導体チッ
プの断面図、第3図は従来のバイポーラトランジスタの
構造を説明するための半導体チップの断面図、第4図(
a)〜(C)は第3図のバイポーラトランジスタの製造
方法を説明するための工程順に示した半導体チップの断
面図、第5図は本発明にかかるバイポーラトランジスタ
の真性ベース層と外部ベース層の接合界面における接触
抵抗および接触抵抗率の真性ベース層厚依存性を示すた
めの図、第6図は本発明および従来のバイポーラトラン
ジスタにおけるベース抵抗とベース層厚との関係を示す
ための図、第7図は本発明および従来のバイポーラトラ
ンジスタにおけるベース抵抗とベース電極幅との関係を
示すための図である。 各図において、1・・・半絶縁性基板(GaAs)、2
・・・n−GaAsコレクタコンタクト層、3・・・n
 −GaAsコレクタ層、4−p−GaAs真性ベース
層、5−n−Alo、2sGao、7sAS工ミツタ層
、6−n−AlxGax−1Asグレ一デツド層(x:
0.25−+0)、7−n−GaAsエミ・ツタコンタ
クト層、8−p−Gahj部!ベース層、9・AuGe
Niエミッタ電極、10・・・TiPtAuベース電極
、1l−AuGeNiコレクタ電極、12,13・・・
SiO2膜、14・・・絶縁領域、15.16.17.
、、ホトレジスト膜、18−AuZnNi層。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining the structure of an embodiment of a bipolar transistor according to the present invention, and FIGS. 2(a) to (e) illustrate a method of manufacturing the bipolar transistor of FIG. 1. FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor chip shown in the order of steps for the process, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor chip for explaining the structure of a conventional bipolar transistor.
a) to (C) are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps to explain the manufacturing method of the bipolar transistor of FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing the dependence of the contact resistance and contact resistivity on the intrinsic base layer thickness at the junction interface. FIG. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between base resistance and base electrode width in the present invention and conventional bipolar transistors. In each figure, 1... semi-insulating substrate (GaAs), 2
...n-GaAs collector contact layer, 3...n
-GaAs collector layer, 4-p-GaAs intrinsic base layer, 5-n-Alo, 2sGao, 7sAS engineered layer, 6-n-AlxGax-1As graded layer (x:
0.25-+0), 7-n-GaAs emitter contact layer, 8-p-Gahj part! Base layer, 9・AuGe
Ni emitter electrode, 10... TiPtAu base electrode, 1l-AuGeNi collector electrode, 12, 13...
SiO2 film, 14...insulating region, 15.16.17.
, , photoresist film, 18-AuZnNi layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半絶縁性基板上にコレクタ層、ベース層およびエ
ミッタ層(もしくはエミッタ層、ベース層、コレクタ層
)が順次形成されたバイポーラトランジスタにおいて、
p型ベース層が、III族元素としてGa、Al、Inの
中の少なくとも一種、V族元素としてAs、Pの中の少
なくとも一種を有するIII−V族化合物半導体からなる
真性ベース層、および前記真性ベース層と同等もしくは
前記真性ベース層よりも大なる正孔濃度を有するCドー
プGaAsからなる外部ベース層により構成され、前記
真性ベース層と前記外部ベース層が、エミッタ層、ベー
ス層およびコレクタ層の積層方向を横切る方向に接合さ
れたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
(1) In a bipolar transistor in which a collector layer, a base layer, and an emitter layer (or an emitter layer, a base layer, and a collector layer) are sequentially formed on a semi-insulating substrate,
The p-type base layer is an intrinsic base layer made of a III-V compound semiconductor having at least one of Ga, Al, and In as a group III element and at least one of As and P as a group V element; An external base layer made of C-doped GaAs has a hole concentration equal to or greater than the intrinsic base layer, and the intrinsic base layer and the external base layer form an emitter layer, a base layer, and a collector layer. A bipolar transistor characterized by being bonded in a direction transverse to the stacking direction.
(2)半絶縁性基板上に第1導電型の第1の半導体層、
第2導電型の第2の半導体層および第1導電型の第3の
半導体層を順次積層させる工程と、前記第3の半導体層
上に第1の絶縁体からなる所定のパターンのマスクを形
成する工程と、前記マスクを用いて前記第3の半導体層
をエッチングにより所定の厚さになるまで除去した後、
第2の絶縁体からなる側壁を形成する工程と、前記第1
および第2の絶縁体をマスクとして、前記第3の半導体
層、前記第2の半導体層および前記第1の半導体層の一
部を、もしくは前記第3の半導体層および前記第2の半
導体層を、エッチングにより除去した後、少なくとも原
料ガスの一つに有機III族元素原料を含む分子線エピタ
キシー法により、前記第1の半導体層上に第2導電型の
第4の半導体層を選択的に形成する工程とを含むことを
特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
(2) a first semiconductor layer of a first conductivity type on a semi-insulating substrate;
A step of sequentially stacking a second semiconductor layer of a second conductivity type and a third semiconductor layer of a first conductivity type, and forming a mask with a predetermined pattern made of a first insulator on the third semiconductor layer. and removing the third semiconductor layer to a predetermined thickness by etching using the mask,
forming a side wall made of a second insulator;
and a part of the third semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer, or the third semiconductor layer and the second semiconductor layer, using the second insulator as a mask. , after removal by etching, a fourth semiconductor layer of the second conductivity type is selectively formed on the first semiconductor layer by a molecular beam epitaxy method containing an organic group III element raw material in at least one of the raw material gases. A method for manufacturing a bipolar transistor, comprising the steps of:
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