JPH0824126B2 - バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

バイポ−ラトランジスタおよびその製造方法

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JPH0824126B2
JPH0824126B2 JP62186181A JP18618187A JPH0824126B2 JP H0824126 B2 JPH0824126 B2 JP H0824126B2 JP 62186181 A JP62186181 A JP 62186181A JP 18618187 A JP18618187 A JP 18618187A JP H0824126 B2 JPH0824126 B2 JP H0824126B2
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【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
法に関するものである。
従来の技術 半導体装置の動向は、高密度集積化と高速化・高周波
化にある。バイポーラトランジスタにおいて、高周波化
を考える場合の基本的性能因子の一つに最大発振周波数
fmaxがある。fmaxは一般につぎの式で表わされる。
(fmax)=fT/(8πRb Cbc) ……(1) ここで、fTは最大遮断周波数、Rbはベース抵抗、Cbc
はベース・コレクタ間容量である。従って、Cbcの低減
はバイポーラトランジスタにおける高周波化の必要事項
である。
最近高周波デバイスとして、シリコンよりも速い電子
移動度を有する砒化ガリウム系を用いたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタが注目されている。このヘテロ接合
バイポーラトランジスタでは、外部ベース領域直下のコ
レクタ層のキャリアをイオン注入で減少させて半絶縁化
し、その領域の接合容量をなくすことで、Cbcを低減し
ていた。その例を第3図に示す。
半導体基板1上に、n型不純物を高濃度に含有したコ
レクタコンタクト層2、n型不純物を含有したコレクタ
層3、p型不純物を高濃度に含有したベース層4、ヘテ
ロ接合を形成するためにベース層よりも大きい禁制帯幅
を有する半導体からなる、n型不純物を含有したエミッ
タ層5およびn型不純物を高濃度に含有したエミッタコ
ンタクト層6が順に形成され、各層上にオーミック接触
するコレクタ電極12、ベース電極14およびエミッタ電極
16がそれぞれ形成されている。また、外部ベース領域直
下のコレクタ層にはイオン注入によりキャリアの低減さ
れた半絶縁化層10形成されている。例えば第18回固体素
子・材料コンファレンス、LN−D−9−3 1986年。
発明が解決しようとする問題点 しかし上記のような構成では、半絶縁化層の下にコレ
クタ電極用の引出し層であるコレクタコンタクト層が存
在するために、外部ベース領域直下に依然として、その
ベース領域とコレクタコンタクト層を電極とする平行平
板コンデンサーのような浮遊容量が存在する。従って、
Cbcの低減には構造上の限界があり、トランジスタをよ
り高周波化する上で問題であった。
本発明は、上記の問題点を大きく改良するもので、外
部ベース領域直下の浮遊容量を解消する構成を有し、Cb
cを構造上ほとんど最小にするバイポーラトランジスタ
と、その製造方法を提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明のバイポーラトラ
ンジスタは、半絶縁性基板と、前記基板上に形成され
た、第1の導電型の不純物を高濃度に含有したコレクタ
コンタクト領域と、前記コレクタコンタクト領域上に形
成された、第1の導電型の不純物を含有したコレクタ領
域と、前記コレクタ領域上に形成された、第2の導電型
の不純物を高濃度に含有したベース領域と、前記ベース
領域上に形成された、第1の導電型の不純物を含有した
エミッタ領域と、前記エミッタ領域上に形成されたエミ
ッタ電極と、前記エミッタ電極の両側に隣接した、ベー
ス電極取り出し部である外部ベース領域と、前記外部ベ
ース領域直下に形成され、前記半絶縁性基板にまで到達
する半絶縁性領域とを備え、前記コレクタコンタクト領
域は、前記エミッタ電極の引き出し方向に対して反対方
向に引き出され、かつ、前記ベース領域から前記外部ベ
ース領域の方向に対してほぼ垂直に引き出されたバイポ
ーラトランジスタとする。
また、半絶縁性基板上に、第1の導電型の不純物を高
濃度に含有したコレクタコンタクト層と、第1の導電型
の不純物を含有したコレクタ層と、第2の導電型の不純
物を高濃度に含有したベース層と、第1の導電型の不純
物を含有したエミッタ層とを含む多層膜を結晶成長する
工程と、前記多層膜上にマスクを形成し、前記マスクの
周辺の表面層から少なくとも前記ベース層までの半絶縁
化させる第1の半絶縁性領域を形成する工程と、前記エ
ミッタ層上から前記第1の半絶縁性領域に延びるように
ダミーエミッタを形成する工程と、前記ダミーエミッタ
をマスクとして、周辺の前記エミッタ層をエッチング除
去して前記ベース層を露出させ、エミッタ領域を形成す
る工程と、前記ダミーエミッタをマスクとして、前記エ
ミッタ領域の両側の前記ベース層直下の層から前記半絶
縁性基板に到達するまでを半絶縁化する第2の半絶縁性
領域を形成して、前記コレクタコンタクト層が前記ダミ
ーエミッタの方向と反対方向に延びるようにする工程
と、前記ダミーエミッタの残った部位をパターン反転
し、エミッタ電極を形成する工程と、前記エミッタ電極
をマスクとして、前記ダミーエミッタの方向とは垂直方
向の前記ベース層上にベース電極を形成する工程と、を
備えたバイポーラトランジスタの製造方法とする。
さらに、エミッタとコレクタを入れ換えた構造にも適
用できる。
作用 上記構成のバイポーラトランジスタは、コレクタコン
タクト領域の延長方向と外部ベース領域の延長方向とが
垂直になっており、それらの領域の重なりがほとんどな
いので、ベース・コレクタ間の寄生容量を低減すること
ができ、構造上、Cbcをほとんど最小にでき、従来の構
成によるバイポーラトランジスタよりもさらにCbcを低
減でき、構造上ほとんど最小にするため、トランジスタ
の高周波化に大きく貢献する。かつ、上記構成は基板側
にエミッタ層を有する、エミッタとコレクタの位置が逆
転したトランジスタにおいても、さらに、npn型あるい
はpnp型トランジスタいずれでも同様に適用しうる。
実施例 以下、本発明の一実施例を第1図、第2図に基づいて
説明する。
第1図(a)〜(e)は、本発明の一実施例における
砒化ガリウム系npn型バイポーラトランジスタの製造方
法を示す断面図である。第2図は完成した上記トランジ
スタを、鉛直方向から見たときの構成図である。まず、
半絶縁性砒化ガリウム基板31上に、n型不純物を高濃度
に含有したコレクタコンタクト層32、n型不純物を含有
したコレクタ層33、p型不純物を高濃度に含有したベー
ス層34、n型不純物を含有したエミッタ層35、およびn
型不純物を高濃度に含有したエミッタコンタクト層36を
順に膜成長により形成し、エミッタコンタクト層36の上
に金属マスク77を形成して、周辺に酸素イオンが少なく
ともコレクタ層33まで到達するように注入し、第一酸素
イオン注入層71を形成する。(第1図(a)) 次に、
シリコンの酸化膜等を用いて、ダミーエミッタ75を上記
第一酸素イオン注入層71にまたがるように細長く形成
し、上記ダミーエミッタ75をマスクとして湿式エッチン
グでベース層34を露出する。続いて、酸素イオンが上記
ベース層34を通過して、上記コレクタ層33から少なくと
も上記半絶縁性砒化ガリウム基板31まで到達するように
深く注入し、第二酸素イオン注入層72を形成する。(第
1図(b)) 熱処理により、外部ベース領域の結晶性
を回復させた後、レジストマスクを用いた湿式エッチン
グにより、上記第一酸素イオン注入層71に張り出したダ
ミーエミッタ75の一方を除去し、続いてレジスト79を全
面に塗り平坦にして、乾式エッチングによりダミーエミ
ッタ75の頭出し行い、湿式エッチングでダミーエミッタ
75を除去する。このとき同時に、エミッタ電極引出し方
向と反対側に、コレクタ電極82が形成される領域のパタ
ーン形成を行い、湿式エッチングを用いてその領域を、
上記のコレクタコンタクト層32まで露出する。(第1図
(c)および第2図) 全面に金ゲルマニウム合金系を
蒸着して、上記レジスト79を除去し、熱処理することに
より、エミッタ電極86およびコレクタ電極82を同時に形
成する。さらに、金属マスク78を用いて水素イオンを周
辺に注入し、水素イオン注入層73を形成して素子間分離
を行う。(第1図(d)) 金属マスク78を除去した後
に金亜鉛系合金を蒸着し、最後にベース電極84を形成す
る。(第1図(e)) 以上のようにして、本実施例におけるnpn型バイポー
ラトランジスタが完成する。
上記構成におけるコレクタ電極の引出し方向を、エミ
ッタ電極の引出し方向にとることも可能で、この場合は
コレクタ電極も形成できるように、ダミーエミッタを少
し伸張すればよい。
上記構成を、より高周波特性に優れたヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタに用いることもでき、この場合は膜
成長の時にベース層に用いた半導体よりも大きな禁制帯
幅を有する半導体をエミッタ層に用いればよい。また同
様に、基板側にエミッタ層を有する、エミッタとコレク
タの位置が逆転したトランジスタにおいても、あるいは
pnp型トランジスタにおいても適用しうる。
発明の効果 以上に記したように、本発明の構成のバイポーラトラ
ンジスタは、コレクタコンタクト領域がエミッタ電極と
反対方向に引き出され、かつ、ベール領域の引き出し方
向と垂直になり、コレクタコンタクト領域と外部ベース
領域との重なりがほとんどないので、エミッタ層の両側
に隣接する、ベース電極取り出し部である外部ベース領
域直下に、その領域の下の層から半絶縁性基板に到達す
るまで深くイオン注入してキャリアを減少させ、半絶縁
化層を形成することができるので、外部ベース領域直下
の浮遊容量を解消する。このことは、バイポーラトラン
ジスタの高周波化において問題となるCbcをさらに低減
し、構造上ほとんど最小にする。かつ、上記構成は基板
側にエミッタ層を有する、エミッタとコレクタの位置が
逆転したトランジスタにおいても適用可能で、この場合
はベース・エミッタ間容量Cbeが構造上ほとんど最小と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)は、本発明の一実施例におけるト
ランジスタの製造方法を示す断面図、第2図は完成した
上記トランジスタを、鉛直方向から見たときの構成図、
第3図は従来のトランジスタの構成を示す断面図であ
る。 31……半絶縁性砒化ガリウム基板、32……コレクタコン
タクト層、33……コレクタ層、44……ベース層、35……
エミッタ層、36……エミッタコンタクト層、71……第一
酸素イオン注入層、72……第二酸素イオン注入層、73…
…水素イオン注入層、75……ダミーエミッタ、77,78…
…金属マスク、79……レジスト、82……コレクタ電極、
84……ベース電極、86……エミッタ電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−210669(JP,A) 特開 昭62−49662(JP,A) 特開 昭60−95969(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性基板と、 前記基板上に形成された、第1の導電型の不純物を高濃
    度に含有したコレクタコンタクト領域と、 前記コレクタコンタクト領域上に形成された、第1の導
    電型の不純物を含有したコレクタ領域と、 前記コレクタ領域上に形成された、第2の導電型の不純
    物を高濃度に含有したベース領域と、 前記ベース領域上に形成された、第1の導電型の不純物
    を含有したエミッタ領域と、 前記エミッタ領域上に形成されたエミッタ電極と、 前記エミッタ電極の両側に隣接した、ベース電極取り出
    し部である外部ベース領域と、 前記外部ベース領域直下に形成され、前記半絶縁性基板
    にまで到達する半絶縁性領域とを備え、 前記コレクタコンタクト領域は、前記エミッタ電極の引
    き出し方向に対して反対方向に引き出され、かつ、前記
    ベース領域から前記外部ベース領域の方向に対してほぼ
    垂直に引き出されたことを特徴とするバイポーラトラン
    ジスタ。
  2. 【請求項2】半絶縁性基板と、 前記基板上に形成された、第1の導電型の不純物を高濃
    度に含有したエミッタコンタクト領域と、 前記エミッタコンタクト領域上に形成された、第1の導
    電型の不純物を含有したエミッタ領域と、 前記エミッタ領域上に形成された、第2の導電型の不純
    物を高濃度に含有したベース領域と、 前記ベース領域上に形成された、第1の導電型の不純物
    を含有したコレクタ領域と、 前記コレクタ領域上に形成されたコレクタ電極と、 前記コレクタ電極の両側に隣接した、ベース電極取り出
    し部である外部ベース領域と、 前記外部ベース領域直下に形成され、前記半絶縁性基板
    にまで到達する半絶縁性領域とを備え、 前記エミッタコンタクト領域は、前記コレクタ電極の引
    き出し方向に対して反対方向に引き出され、かつ、前記
    ベース領域から前記外部ベース領域の方向に対してほぼ
    垂直に引き出されたことを特徴とするバイポーラトラン
    ジスタ。
  3. 【請求項3】半絶縁性基板上に、第1の導電型の不純物
    を高濃度に含有したコレクタコンタクト層と、第1の導
    電型の不純物を含有したコレクタ層と、第2の導電型の
    不純物を高濃度に含有したベース層と、第1の導電型の
    不純物を含有したエミッタ層とを含む多層膜を結晶成長
    する工程と、 前記多層膜上にマスクを形成し、前記マスクの周辺の表
    面層から少なくとも前記ベース層までの半絶縁化させる
    第1の半絶縁性領域を形成する工程と、 前記エミッタ層上から前記第1の半絶縁性領域に延びる
    ようにダミーエミッタを形成する工程と、 前記ダミーエミッタをマスクとして、周辺の前記エミッ
    タ層をエッチング除去して前記ベース層を露出させ、エ
    ミッタ領域を形成する工程と、 前記ダミーエミッタをマスクとして、前記エミッタ領域
    の両側の前記ベース層直下の層から前記半絶縁性基板に
    到達するまでを半絶縁化する第2の半絶縁性領域を形成
    して、前記コレクタコンタクト層が前記ダミーエミッタ
    の方向と反対方向に延びるようにする工程と、 前記ダミーエミッタの残った部位をパターン反転し、エ
    ミッタ電極を形成する工程と、 前記エミッタ電極をマスクとして、前記ダミーエミッタ
    の方向とは垂直方向の前記ベース層上にベース電極を形
    成する工程と、 を備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタの製
    造方法。
  4. 【請求項4】半絶縁性基板上に、第1の導電型の不純物
    を高濃度に含有したエミッタコンタクト層と、第1の導
    電型の不純物を含有したエミッタ層と、第2の導電型の
    不純物を高濃度に含有したベース層と、第1の導電型の
    不純物を含有したコレクタ層とを含む多層膜を結晶成長
    する工程と、 前記多層膜上にマスクを形成し、前記マスクの周辺の表
    面層から少なくとも前記ベース層までを半絶縁化させる
    第1の半絶縁性領域を形成する工程と、 前記コレクタ層上から前記第1の半絶縁性領域に延びる
    ようにダミーコレクタを形成する工程と、 前記ダミーコレクタをマスクとして、周辺の前記コレク
    タ層をエッチング除去して前記ベース層を露出させ、コ
    レクタ領域を形成する工程と、 前記ダミーコレクタをマスクとして、前記コレクタ領域
    の両側の前記ベース層直下の層から前記半絶縁性基板に
    到達するまでを半絶縁化する第2の半絶縁性領域を形成
    して、前記エミッタコンタクト層が前記ダミーコレクタ
    の方向と反対方向に延びるようにする工程と、 前記ダミーコレクタの残った部位をパターン反転し、コ
    レクタ電極を形成する工程と、 前記コレクタ電極をマスクとして、前記ダミーコレクタ
    の方向とは垂直方向の前記ベース層上にベース電極を形
    成する工程と、 を備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタの製
    造方法。
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EP88306729A EP0300803B1 (en) 1987-07-24 1988-07-22 High-frequency bipolar transistor and its fabrication method
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