JPH11186278A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エミッタ電極寸法の制御性、再現性、ウェハ面
内均一性が高く、高信頼性、高電流増幅率を有し、か
つ、高周波特性に優れた微細寸法のセルフアラインＨＢ
Ｔを提供する。 【解決手段】所定のパターンのＴｉ／Ｐｔ層１２と、こ
れをマスクとしてサイドエッチングしたＷＳｉ層１１か
らなるＴ字形電極１０をマスクとして、ｎ⁺型ＩｎＧａ
Ａｓエミッタコンタクト層６を異方性エッチングし、か
つ、サイドウェットエッチングし、次に、エミッタコン
タクト層６をマスクとしてｎ型ＩｎＰエミッタ層５をエ
ッチングし、ベース電極１４を電子ビーム蒸着し、セル
フアラインエミッタ／ベースメサ構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ（以下、ＨＢＴと記す）の製造方法に
係り、特に、低消費電力回路への適用に好適で、微細ト
ランジスタ寸法を有し、信頼性、高周波特性に優れたＨ
ＢＴの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＢＴは、エミッタにベースよりもバン
ドギャップの大きな半導体材料を用いることにより、ベ
ースの不純物濃度を高くしてもエミッタ注入効率を低下
させることなく、大きな電流増幅率が得られること、こ
のためベース抵抗が低く抑えられること等、トランジス
タの高性能化に有利な利点を多く有している。

【０００３】特に、III−Ｖ族化合物半導体材料を用い
ると、その優れた電子輸送特性、材料の選択によりヘテ
ロ接合の組み合わせが広がること、また、電子デバイス
のみならず光デバイスとの融合も可能であること等利点
が増大する。

【０００４】化合物半導体を用いたＨＢＴは、一般に、
（１００）面を主表面とする半絶縁性半導体基板上に目
的とする半導体層をエピタキシャル成長させ、エッチン
グによりメサ型構造を形成し、エミッタ層、ベース層、
コレクタ層にそれぞれオーミックコンタクト電極を形成
して製造される。

【０００５】このようなＨＢＴの寄生抵抗、寄生容量を
減らし高速化を図るため、また、高集積化、低消費電力
化を図るためには、トランジスタ寸法の微細化が必要で
あり、素子構造上セルフアラインＨＢＴが有利である。
このセルフアラインＨＢＴの製造プロセスの中でも、エ
ミッタ電極に対し、エミッタを構成する半導体層にサイ
ドエッチングすることによりアンダーカット領域を形成
し、エミッタ電極を含んだ領域に、上からベース電極形
成用金属を電子ビーム蒸着することにより、エミッタと
ベース電極とを同時にかつ分離して形成するプロセスが
ある。これは、微細寸法のエミッタメサ領域とベース電
極との距離を極力近づけ、寄生ベース抵抗を大幅に低減
させることができるため、盛んに用いられている。

【０００６】エミッタ電極に対し、エミッタを構成する
半導体層にサイドエッチングを導入する最も簡便な方法
は、エミッタ電極をエッチングマスクとして、エミッタ
コンタクト層とエミッタ層に選択ウェットエッチングに
よりサイドエッチングする方法である。一般的に、Ｇａ
ＡｓやＩｎＰを中心とする化合物半導体をウェットエッ
チング法でエッチングする場合、その結晶面方位により
エッチング速度およびエッチング断面形状は大いに異な
り、エッチング断面形状は台形状の順メサ形状と逆台形
（上底の方が下底より長い）の逆メサ形状に大別され
る。

【０００７】前記エミッタ電極をマスクとしてエミッタ
コンタクト層およびエミッタ層のサイドエッチングを行
い、アンダーカット領域を形成し、その上からベース電
極形成用金属を電子ビーム蒸着するセルフアライン工程
では逆メサ断面形状の方が必要最低限の僅かなサイドエ
ッチング量でエミッタ／ベース電極が分離されるため、
エッチング時間が短くて済み、再現性、ウェハ面内均一
性に優れる。また、サイドエッチング量が少ないため、
エッチングマスクであるエミッタ電極材料とエミッタコ
ンタクト半導体層との密着面積も向上し、高歩留まりが
実現できる。

【０００８】一方、順メサ断面形状ではサイドエッチン
グ量が充分でないと、電子ビーム蒸着されたベース電極
金属がエミッタ層と一部接触してしまい、エミッタ／ベ
ース間短絡を招く危険性がある。充分深いサイドエッチ
ングを行うには、エッチング時間を長くしなければなら
ず、横方向へのエッチング深さの再現性、ウェハ面内均
一性が低下する。また、深いサイドエッチングを行う
と、エミッタ電極材料とエミッタコンタクト層との密着
面積を低下させ、歩留まりが低下する危険性も懸念され
る。

【０００９】また、化合物半導体系ＨＢＴの中でも、特
に高速性に優れ、かつ材料系のバンドギャップエネルギ
ーに対応する波長帯が、光デバイスと良く適合するＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴにおいては、ＩｎＰエミッタメ
サ断面形状が順メサ形状である方が逆メサ形状よりも信
頼性に優れていることが報告されている（ケー・クリシ
マ他による「エクステンディド アブストラクツ オブ
ザ 1997 インターナショナル コンファレンス オン ソ
リッド ステイト デバイシズ アンド マテリアルズ 199
7年 420〜421頁(K. Kurishima et al., Extended Abstr
acts of the 1997 International Conference on Solid
State Devices and Materials, 1997,pp.420-421)参
照）。

【００１０】したがって、高信頼性のセルフアラインＩ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴを製作するためには、順メサ
面を含むエミッタメサ構造によりアンダーカット領域を
形成しなければならず、このため、エッチングマスクで
あるエミッタ電極に対して充分深いサイドエッチングが
必要不可欠となる。特に、ＩｎＰにおける順メサ面は、
（１１１）Ｂ面であり、メサ断面形状は４５度に近い角
度となるため、少なくともエミッタ層厚を大幅に上回る
深いサイドエッチング量（０．２μｍ以上）が求められ
る。

【００１１】図９（Ａ）、（Ｂ）は従来例のＩｎＰ／Ｉ
ｎＧａＡｓＨＢＴの製造工程を示す概略断面図である。

【００１２】図９において、２４はｐ⁺型ＩｎＧａＡｓ
ベース層、２５はｎ型ＩｎＰエミッタ層、２６はｎ⁺型
ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層、２７はＷＳｉエミ
ッタ電極である。

【００１３】すなわち、これらの図は、従来の製造方法
によるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴの順メサＩｎＰエミ
ッタ層２５を含むセルフアラインエミッタ／ベースメサ
構造製造工程を示し、順メサ断面構造があらわれる（０
１１）面方位から見た断面形状を示す。

【００１４】（Ａ）は、高濃度ｎ型不純物をドーピング
したｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層２６を、
ＷＳｉ（タングステンシリサイド）エミッタ電極２７を
エッチングマスクとして、Ｃｌ₂／Ａｒ混合ガスを用い
たＥＣＲ−ＲＩＥ（すなわち、電子サイクロトロン共鳴
で励起させたプラズマ源を用いた反応性イオンエッチン
グ）により異方性エッチング（垂直方向のみエッチング
される）する工程を示している。

【００１５】（Ｂ）は、（Ａ）の状態からさらに、クエ
ン酸／過酸化水素水溶液を用いてｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエ
ミッタコンタクト層２６を、ｎ型不純物をドーピングし
たｎ型ＩｎＰエミッタ層２５に対し、選択的にサイドエ
ッチングした後、塩酸／リン酸溶液を用いてｎ型ＩｎＰ
エミッタ層２５のみ選択的にエッチングする工程を示し
ている。

【００１６】（Ｂ）において、この後セルフアラインベ
ースを形成するためのベース電極形成用金属を、エミッ
タ電極２７を含んだ全面上から電子ビーム蒸着する（図
示省略）。このとき、ｎ型ＩｎＰエミッタ層２５／ｐ⁺
型ＩｎＧａＡｓベース層２４のｐ−ｎ接合寸法幅（メサ
下端のｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層２４と接する部分の
幅）が少なくともＷＳｉエミッタ電極２７の幅よりも長
いと、エミッタ／ベース間の短絡を招き、トランジスタ
特性が著しく低下する。エミッタ／ベース間のリーク電
流は、単に電流利得を低下させるばかりでなく、信頼性
に関しても顕著な劣化を引き起こす要因となり得る。し
たがって、クエン酸／過酸化水素水溶液を用いて、ｎ⁺
型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層２６に大幅なサイ
ドエッチングを行わなければならないことになる。

【００１７】ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴの高信頼化を
図るには、ベース層中のｐ型不純物（ドーパント）の選
択が重要であるが、拡散係数が最も小さく、ＧａＡｓ系
ＨＢＴにおいても高信頼性が示されているＣ（炭素）が
有望である。Ｃアクセプタをドーピングするエピタキシ
ャル成長手法としては、装置の小型化や原料補充が容易
である等の点で、有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ）が広く用いられている。し
かし、これらエピタキシャル成長中に、キャリアガスで
ある水素（Ｈ₂）やアルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン
（ＰＨ₃）等の水素化物の水素がＣアクセプタと結合
し、Ｃアクセプタを不活性化させ、正孔キャリア濃度を
低下させることが問題であった。Ｃと結合している水素
は、ベース層成長温度以上の高温アニール（４５０℃以
上）を施すことにより、容易に追い出すことが可能であ
る。ところが、ＨＢＴ構造のウェハのままアニールを行
っても、ベース／エミッタｐ−ｎ接合の空間電荷が障壁
となり、ベース層中で同じ正に帯電した水素は外へ抜け
出ることはできない。したがって、必ずエミッタ層を除
去し、ベース層を露出した状態で高温アニールを行う必
要がある（エイチ・イトウ他によるジャパニーズ ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス 第35巻 1996年
第6139〜6144頁(H. Ito et al., Jpn. J. Appl. Phys.
Vol.35 (1996), pp.6139-6144)参照）。エミッタメサ構
造を有する実際のＨＢＴでは、エミッタ直下の内部ベー
ス領域中の水素は、アニールにより横方向に拡散し、外
部ベース領域に達した時点で外に抜け出ることになる。
一方、結晶性低下を避けるため、アニールは６５０℃以
下で行うのが望ましい。

【００１８】このため脱水素化を図り、Ｃをドープした
ベース層の正孔キャリア濃度を回復させるためには、ベ
ース層を露出させ、エミッタ電極を含んだ状態で、４５
０℃〜６５０℃の温度範囲で高温アニールを行わねばな
らない。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】高信頼性、優れた高周
波特性が期待されるＣドープＩｎＧａＡｓベース層を有
するセルフアラインＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴの順メ
サ面を含むエミッタメサ断面構造において、電子ビーム
蒸着法によりベース電極金属を蒸着するときに、エミッ
タ／ベース短絡を防ぐためには、前述のように、マスク
となるエミッタ電極に対して充分に深いサイドエッチン
グを行わなければならない。したがって、ウェットエッ
チング時間の増大に伴い、サイドエッチング深さの再現
性、ウェハ面内均一性の低下が問題となる。

【００２０】また、特にエミッタ幅が狭い微細寸法ＨＢ
Ｔでは、深いサイドエッチングが入ると、前述のよう
に、エミッタ電極材料とエミッタコンタクト層との密着
面積が低下し、歩留まりが減少するという不利益も生じ
る。

【００２１】また、エピタキシャル成長中に水素化によ
り不活性化されたＣドープＩｎＧａＡｓベース層の脱水
素化を行い、正孔キャリア濃度を増加させるためには、
ベース層成長温度以上の高温アニール（少なくとも４５
０℃以上）が必要であり、また、このアニールは、エミ
ッタ電極を含んだ状態で行われるため、エミッタ電極に
は耐熱性が要求される。したがって、エミッタ電極に通
常用いられる金（Ａｕ）を用いることはできない。

【００２２】なお、単層エミッタ電極に対して充分に深
いサイドエッチングを行う危険を回避するために、積層
エミッタ電極をＴ字形構造に加工し、エミッタ電極自体
にアンダーカット領域を設ける方法が試みられている
（エイチ・マスダ他によるマイクロウェーブ アンド オ
プティカル テクノロジー レターズ 第11巻 ナンバー３
1996年 第159〜163頁(H. Masuda et al., Microwave an
d Optical TechnologyLetters, Vol.11, No.3, 1996, p
p.159-163)参照）。アンダーカット領域を含むＴ字形エ
ミッタ電極構造を用いることにより、エミッタ電極に対
し、エミッタコンタクト層を深くサイドエッチングする
危険性は避けられる。しかし、Ｔ字形エミッタ電極構造
を形成する場合、マスクとなる最上層の材料が反応性ガ
スを用いたＲＩＥに対し、エッチングされないことが再
現性に優れた微細セルフアラインＨＢＴの実現にとって
重要となる。例えば、耐熱性に優れたタングステンシリ
サイド（下層）／タングステン（上層）（ＷＳｉ／Ｗ）
をエミッタ電極材料に用い、フッ素（Ｆ）を含む反応性
ガスを用いたＲＩＥにより、下層のＷＳｉ層にサイドエ
ッチングを行い、Ｔ字形電極構造を実現しようとして
も、最上層のＷ層も前記ＲＩＥによりある程度サイドエ
ッチングされて後退してしまい、エミッタ電極寸法の制
御性、再現性、ウェハ面内均一性の低下が問題となる。

【００２３】本発明の目的は、前記のような従来技術の
有していた課題を解決し、エミッタ電極寸法の制御性、
再現性、ウェハ面内均一性が高く、高信頼性、高電流増
幅率を有し、かつ、高周波特性に優れた微細寸法のセル
フアラインＨＢＴを提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明のヘテロ接合バイポーラトランジスタの製
造方法は、基板上に、コレクタコンタクト層、コレクタ
層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層を順
次形成する第１の工程と、前記エミッタコンタクト層上
に第１の金属膜を堆積する第２の工程と、前記第１の金
属膜上に所定のパターンを有する第２の金属膜を形成す
る第３の工程と、前記第２の金属膜をマスクとして、前
記第１の金属膜を選択的に、前記エミッタコンタクト層
が露出するまでドライエッチングし、かつ、該第１の金
属膜を該第２の金属膜の端部から内側に横方向にサイド
エッチングし、該第１の金属膜および第２の金属膜から
なるＴ字形電極を形成する第４の工程と、前記基板を酸
処理し、該基板上の反応生成物を除去する第５の工程
と、前記第２の金属膜をマスクとして、前記エミッタコ
ンタクト層を前記エミッタ層が露出するまで、該基板面
と垂直方向に選択的に異方性ドライエッチングするとと
もに、または、該異方性エッチングを行わないで、前記
Ｔ字形電極をマスクとして前記エミッタコンタクト層を
選択的にウェットエッチングし、前記第１の金属膜の端
部近傍にその上端が接するように、メサ構造のエミッタ
コンタクト層を形成する第６の工程と、前記エミッタコ
ンタクト層をマスクとして、前記エミッタ層を前記ベー
ス層が露出するまで選択的にウェットエッチングし、前
記エミッタコンタクト層の端部にその上端が接するよう
に、メサ構造のエミッタ層を形成する第７の工程と、前
記基板に対し、熱処理による脱水素化を行い、前記ベー
ス層のキャリア濃度を回復させる第８の工程と、露出し
た前記ベース層上に、第３の金属膜を堆積し、ベース電
極を前記Ｔ字形電極に対して自己整合的に形成する第９
の工程とを有することを特徴とする。

【００２５】また、前記エミッタコンタクト層がＩｎＧ
ａＡｓからなり、前記エミッタ層がＩｎＰからなり、前
記ベース層がＣをドープしたＩｎＧａＡｓからなり、前
記第１の金属膜がＷＳｉからなり、前記第２の金属膜が
Ｔｉ膜上にＰｔ膜を堆積してなり、前記第４の工程のド
ライエッチングが、六フッ化硫黄ガスを用いた反応性イ
オンエッチングであり、前記第５の工程の酸処理が濃塩
酸処理であり、前記第６の工程の異方性ドライエッチン
グが、不活性ガスで希釈された塩素およびアルゴンの混
合ガスを用いたＥＣＲ−ＲＩＥであり、前記第６の工程
のウェットエッチング液が、クエン酸、過酸化水素水お
よび水の混合液であり、前記第７の工程のウェットエッ
チング液が、塩酸およびリン酸の混合液であり、前記第
８の工程の熱処理の温度が、４５０℃〜６５０℃の範囲
であることを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＨＢＴの製造方法
の実施の形態について、図を用いて説明する。

【００２７】本実施の形態は、エミッタ電極を先に形成
した後、ベース電極をセルフアラインで形成するプロセ
スに基づいており、各電極は蒸着およびリフトオフ法に
より形成される。なお、この基本プロセスについては、
例えば、同一出願人による特開平５−１３６１５９号公
報に示されている。

【００２８】図７は本発明の実施の形態の製造方法によ
り製造したＨＢＴの概略断面図である。

【００２９】１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２はコレクタコ
ンタクト層、３はコレクタ層、４はベース層、５はエミ
ッタ層、６はエミッタコンタクト層、１０はＴ字形積層
エミッタ電極、１１、１２、１３はＴ字形積層エミッタ
電極を構成するエミッタ電極層、１４はベース電極、１
５はコレクタ電極、１６はパッシベーション膜、１７は
シリコン酸化膜、１８、１９はコンタクトスルーホー
ル、２０はエミッタ電極１０と接続されたエミッタパッ
ド配線、２１はコレクタ電極１５と接続されたコレクタ
パッド配線である。

【００３０】高周波特性、信頼性に優れたＣドープＩｎ
ＧａＡｓベース層を有する微細セルフアラインＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓＨＢＴを実現するには、順メサ面を含むエ
ミッタメサ断面構造において、電子ビーム蒸着法により
ベース電極金属を蒸着するときに、エミッタ／ベース短
絡を防ぐため、Ｔ字形積層エミッタ電極構造が必要とな
る。この場合、Ｃドープベース層が露出した段階で行う
高温脱水素化アニールに耐え得る耐熱性エミッタ電極材
料が要求され、同時に反応性ガスを用いたＲＩＥにより
Ｔ字形構造を形成する際、少なくとも最上層金属のエッ
チング速度が極めて遅くエミッタ電極幅が後退しないこ
とが望ましい。

【００３１】前記Ｔ字形積層エミッタ電極構造を実現で
きる導電性材料として、下層から順にＷＳｉ／Ｔｉ／Ｐ
ｔから成る電極構成が最適であり、次の各工程からＴ字
形積層エミッタ電極およびセルフアラインエミッタ／ベ
ースメサ構造を製造することができる。ＷＳｉ／Ｔｉ／
Ｐｔ積層電極構成において、ＴｉはＷＳｉとＰｔの密着
性を向上させる働きをするため、厚さは２０ｎｍ程度の
薄膜となる。ＷＳｉ、Ｐｔは４５０℃〜６５０℃のアニ
ール温度範囲では充分耐熱性を示し、また、中間のＴｉ
も薄膜であるため、高温アニールを施してもセルフアラ
インエミッタ／ベースメサ形成には大きな影響を与えな
い。

【００３２】その実現手段の各工程は以下の通りであ
る。

【００３３】図１は本発明の実施の形態の製造方法によ
り製造したＨＢＴの層構成図である。

【００３４】１は半絶縁性ＩｎＰ基板、２はｎ⁺型Ｉｎ
ＧａＡｓコレクタコンタクト層、３はコレクタ層、７、
８、９はコレクタ層の構成層で、７はｎ型ＩｎＰ層、８
はｎ型ＩｎＧａＡｓ層、９はアンドープＩｎＧａＡｓ
層、４はｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層、５はｎ型ＩｎＰ
層、６はｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層であ
る。

【００３５】図２〜図６は図１および図７に示したＨＢ
Ｔのエミッタ／ベースメサ構造（ベース電極形成まで）
の製造工程を示す概略断面図である。なお、図２〜図６
において、ベース層４より下層は図示省略してある。

【００３６】（１）まず、半絶縁性ＩｎＰ基板上に、コ
レクタコンタクト層２、コレクタ層３（７、８、９）、
ベース層４、エミッタ層５、エミッタコンタクト層６を
順次積層した後（図７参照）、図２に示すように、高濃
度ドーピングｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層
６上に高融点金属であるＷＳｉ層１１′をスパッタ法に
より全面堆積し、該ＷＳｉ層１１′上に所定の形状にパ
ターニングしたＴｉ／Ｐｔ電極層１２をこの順序で蒸着
およびリフトオフ法により形成する。

【００３７】（２）次に、図３に示すように、六フッ化
硫黄（ＳＦ₆）ガスを用いたＲＩＥ法によりＷＳｉ層１
１′のみ選択的に除去すると同時に、少なくとも最上層
のＰｔ電極層１３に対し、ＷＳｉ層１１′のサイドエッ
チングを行う。

【００３８】（３）次に、前記プラズマ化したＳＦ₆ガ
スによりエミッタコンタクト層６上に付着した反応生成
物を濃塩酸処理により除去した後、図４に示すように、
Ｔ字形ＷＳｉ／Ｔｉ／Ｐｔ積層エミッタ電極１０をエッ
チングマスクとして、不活性ガスで希釈された塩素／ア
ルゴン（Ｃｌ₂／Ａｒ）混合ガスを用いたＥＣＲ−ＲＩ
Ｅにより、エミッタコンタクト層６を深さ方向に異方性
（基板面と垂直方向）エッチングする。

【００３９】（４）次に、Ｔ字形積層エミッタ電極１０
をエッチングマスクとして、クエン酸、過酸化水素水、
水から構成される選択ウェットエッチング液を用いて、
図５に示すように、エミッタコンタクト層６に少なくと
も前記ＳＦ₆−ＲＩＥにより後退したＷＳｉ層１１の幅
までサイドエッチングを行う。

【００４０】（５）次に、Ｔ字形積層エミッタ電極１０
をエッチングマスクとして、塩酸、リン酸から構成され
るウェットエッチング液を用いて、図５に示すように、
ＩｎＰエミッタ層５のみを選択的にエッチングし、Ｃド
ープされたＩｎＧａＡｓベース層４を露出させる。

【００４１】（６）次に、Ｔ字形積層エミッタ電極１０
を含むエミッタメサにおいて、アニール保護膜を形成す
ることなく、少なくとも４５０℃以上の高温アニールを
行い、ベース層４中の水素を追い出し、正孔キャリア濃
度を回復させる。

【００４２】（７）次に、Ｔ字形積層エミッタ電極１０
を含むエミッタメサ全面に、下層からＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ
／Ａｕ層からなるベース電極形成用金属層１４′を電子
ビーム蒸着し、セルフアラインエミッタ／ベースメサ構
造を製造する。

【００４３】図２〜図６に示す工程により、図７に示す
ような、順メサ断面形状を有するＩｎＰエミッタ層を含
むエミッタ／ベースメサ構造を再現性、均一性良く製造
できる。したがって、信頼性、高周波特性に優れた微細
寸法セルフアラインＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨＢＴを提供
することができる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明のＨＢＴの製造方法の実施例に
ついて、図１〜７を用いて詳細に説明する。

【００４５】なお、図１〜図７は、順メサ構造があらわ
れる（０１１）面方位から見た断面概略構造を示してい
る。

【００４６】図１に示すように、（１００）面を主表面
とする半絶縁性ＩｎＰ基板上に、ＭＯＶＰＥ（ＭＯＣＶ
Ｄ）等のエピタキシャル成長法によって、コレクタにオ
ーミック性抵抗を形成するための高濃度ｎ型不純物を含
むｎ⁺型ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層、ＩｎＰと
ＩｎＧａＡｓから構成されるコレクタ層３、高濃度Ｃ不
純物をドープしたｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層４、ｎ型
不純物をドープしたｎ型ＩｎＰエミッタ層５、エミッタ
にオーミック性抵抗を形成するための高濃度ｎ型不純物
をドープしたｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層
６を順次エピタキシャル成長させる。

【００４７】ＩｎＰとＩｎＧａＡｓから構成されるコレ
クタ層３は、超高速、高耐圧用にバンド構造が設計され
ており、本実施例ではｎ型不純物をドープしたｎ型Ｉｎ
Ｐ層７、ｎ型不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＡｓ層
８、アンドープＩｎＧａＡｓ層９を順次エピタキシャル
成長させたエピ層構造を用いている。

【００４８】次に、図２に示すように、ｎ⁺型ＩｎＧａ
Ａｓエミッタコンタクト層６上に、ＷＳｉ層１１′を膜
厚２００ｎｍ、スパッタ法により全面堆積した後、電子
ビーム蒸着およびリフトオフ法によりＴｉ／Ｐｔ積層金
属構造１２を形成する。本実施例では、Ｔｉ／Ｐｔ積層
構造１２の厚さは２０ｎｍ／１５０ｎｍとした。次い
で、Ｔｉ／Ｐｔ積層構造１２を、レジストを用いてパタ
ーニングした後、電子ビーム蒸着直前に、Ｃ₂Ｆ₆ガスを
用いたＲＩＥを、ＷＳｉ層１１′上に１分３０秒行うこ
とでＷＳｉ層１１′表面をクリーニングし、ＷＳｉ層１
１′とＴｉ層との接触抵抗を極力低減させた。このと
き、エミッタ電極となるＴｉ／Ｐｔ層１２の平面形状
は、２角の先端が９０度の角度をなす六角形状をしてお
り、（０１１）面方位がエミッタ長を形成し、エミッタ
幅方向に（０１￣１）面方位を含まないことが重要であ
る（なお、「１￣」の「￣」は負方向を表わす）。ま
た、本実施例では、エミッタ電極幅は１．２μｍ、エミ
ッタ長は５μｍとした。

【００４９】次に、図３に示すように、Ｔｉ／Ｐｔエミ
ッタ層１２をエッチングマスクとして、ＳＦ₆ガスを用
いたＲＩＥによりＷＳｉ層１１′のみ選択的にエッチン
グし、さらにオーバーエッチングを行うことで、最上層
のＰｔ層に対し、ＷＳｉ層１１′を任意の深さにサイド
エッチングする。なお、このＳＦ₆ガスを用いたＲＩＥ
（下地としてテフロン基板使用、ＲＦバイアスは４００
Ｗ）においては、等方性成分を高め、サイドエッチング
が促進されるように、反応ガス圧力を１０Ｐａと高めに
設定した。本エッチング条件でのエッチング速度は、Ｗ
Ｓｉ層１１′は２００ｎｍ／ｍｉｎ、Ｔｉ層は２０ｎｍ
／ｍｉｎで、Ｐｔ層、ＩｎＧａＡｓ層６はほとんどエッ
チングされない。

【００５０】図８は本実施例におけるＳＦ₆−ＲＩＥに
よるＷＳｉ層１１′のサイドエッチング深さとエッチン
グ時間との関係との関係を示す図である(圧力１０Ｐ
ａ）。

【００５１】この図に示すように、ＷＳＩのサイドエッ
チング深さのエッチング時間依存性は、直線性が満たさ
れており、サイドエッチング深さがエッチング時間のみ
で制御でき、プロセス上有利である。本実施例では、Ｓ
Ｆ₆−ＲＩＥを前記エッチング条件で３分１５秒行うこ
とで、Ｐｔに対してＷＳｉは片側０．２５μｍ程度サイ
ドエッチングされ、所望のＴ字形積層エミッタ電極１０
構造が実現できる。

【００５２】次に、このＳＦ₆−ＲＩＥ処理後、ＳＦ₆プ
ラズマによるＩｎＧａＡｓ層６との反応生成物（例えば
Ｓ−Ａｓ、ＧａやＩｎのフッ化物）を除去するために、
当該基板の濃塩酸処理を行う。

【００５３】次に、図４に示すように、Ｔ字形ＷＳｉ／
Ｔｉ／Ｐｔ積層エミッタ電極１０をエッチングマスクと
して、電子サイクロトロン共鳴で励起させたプラズマ源
を用いた反応性イオンエッチング（ＥＣＲ−ＲＩＥ）を
用い、Ｃｌ₂／Ａｒ混合ガスで異方性エッチング（塩素
ガスにアルゴンガスを添加することで、エッチングマス
クに対してエッチング側面の垂直性が実現できる）を少
なくともｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト層６を
ｎ型ＩｎＰエミッタ層５が露出するまで行う。なお、こ
のＥＣＲ−ＲＩＥによるエミッタ電極１０のエッチング
は進まない。

【００５４】次に、ＥＣＲ−ＲＩＥにより垂直方向にの
みエッチングされたｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタ
クト層６を、クエン酸／過酸化水素水溶液を用いてｎ型
ＩｎＰエミッタ層５に対して選択的にウェットエッチン
グし、図５に示すごとく、ＷＳｉエミッタ電極層１１の
下端近傍にエミッタコンタクト層６の上端が接するよう
にエミッタコンタクト層６のメサ構造を形成する。次
に、エミッタコンタクト層６をマスクとして、塩酸／リ
ン酸溶液を用いてｎ型ＩｎＰエミッタ層５を、Ｃドープ
ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層４に対して該ベース層４が
露出するまで選択的にウェットエッチングし、図５に示
すように、エミッタコンタクト層６の下端近傍にエミッ
タ層５の上端が接するようにエミッタ層５のメサ構造を
形成する。ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ層６は、（１００）面か
らエッチングが進むので、図５に示すように、ＷＳｉ層
１１のマスク端で横方向へのエッチングが停止し、横方
向幅が規定される。本実施例では、クエン酸／過酸化水
素水溶液によるエッチングを３０秒間行った。また、ｎ
型ＩｎＰエミッタ層５は、ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ層６をマ
スクとして塩酸／リン酸溶液により選択的にエッチング
され、該エミッタ層５のエッチングはｎ⁺型ＩｎＧａＡ
ｓ層６端でエッチングが停止する。すなわち、該エミッ
タ層５の横方向の寸法は、ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ層６の幅
により規定される。本実施例では、塩酸／リン酸溶液に
よるエッチングを１５秒間行った。

【００５５】次に、前記塩酸／リン酸溶液によりｎ型Ｉ
ｎＰエミッタ層５をエッチングしてｐ⁺型ＩｎＧａＡｓ
ベース層４が露出した後、ＣドープＩｎＧａＡｓベース
層４中の水素を追い出し、正孔濃度を増大させるため、
高温脱水素化アニールを行う。この脱水素化アニール温
度は、４５０〜５００℃、５〜２０分間の範囲内で行
い、９０％以上の正孔濃度回復が期待できる。次いで、
当該基板上にフォトレジスト膜（図示省略）を形成し、
外部ベース領域の外側のベース電極形成用を形成したく
ない領域にのみ、該フォトレジスト膜をパターニングし
て残した後、図６に示すように、エミッタメサ全体を含
む全面に、下層よりＰｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるベ
ース電極形成用金属膜を電子ビーム蒸着し、リフトオフ
する。

【００５６】次に、フォトレジスト膜のマスクを用い
て、ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層４、アンドープＩｎＧ
ａＡｓ層９、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層８、ｎ型ＩｎＰ層から
なるコレクタ層（図１参照）をクエン酸／過酸化水素水
溶液、塩酸／リン酸溶液を用いて選択的にウェットエッ
チングし、ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層２
を露出させ（図７参照）、蒸着およびリフトオフ法によ
りＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ積層構造のコレクタ電
極１５を形成する。この後、フォトレジスト膜のマスク
を用いて、ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層２
をクエン酸／過酸化水素水溶液のウェットエッチングを
用いて、能動素子部以外をメサエッチングすることによ
り素子間分離を行った後、ウェハ全面にサイクロテン樹
脂（ＢＣＢ）をスピンコーティングし、２５０℃の熱処
理による硬化（キュアリング）を施し、半導体表面のパ
ッシベーション膜１６を形成する。ＢＣＢ前駆体は、粘
性が低いため、平坦性に優れており、配線プロセスにと
って段切れ等の問題を回避でき、有効である。

【００５７】次に、パッシベーション膜１６を全面に塗
布したウェハ全面に、プラズマＣＶＤ法によりシリコン
酸化膜（ＳｉＯ₂）１７を堆積した後、その上に、フォ
トレジスト膜（図示省略）を形成し、エミッタ電極１
０、ベース電極１４およびコレクタ電極１５上に該フォ
トレジスト膜の開口部をパターニングして形成する。そ
の後、該フォトレジスト膜をマスクとして、シリコン酸
化膜１７をＣ₂Ｆ₆ガスを用いたＲＩＥにより、パッシベ
ーション膜１６をＳＦ₆ガスを用いたＲＩＥにより各々
エッチングし、コンタクトスルーホール１８、１９（ベ
ース電極１４のスルーホールは図７では図示省略）を形
成する。Ｃ₂Ｆ₆ガスを用いることにより、フォトレジス
トとの選択性をある程度確保でき、かつ垂直方向のみの
異方性エッチングが可能である。本実施例では、シリコ
ン酸化膜１７の膜厚は３００ｎｍ、フォトレジスト膜の
膜厚は１．２μｍ程度である。また、ＳＦ₆−ＲＩＥを
行うことでシリコン酸化膜１７に対して選択性が取れる
ので、オーバーエッチングを行ってもシリコン酸化膜１
７のマスクは大幅に後退することはない。このため、１
回の工程で１μｍ以下の微細寸法のエミッタ、ベース、
コレクタ電極上のパッド配線用コンタクトスルーホール
が形成でき、スループットを向上できる。最後に、コン
タクトスルーホールを通してエミッタ、ベース、コレク
タ電極上にパッド配線２０、２１を形成する（ベース電
極のパッド配線は図示されない）。図７に、完成したＨ
ＢＴの断面構造概略が示される。なお、パッド配線２
０、２１は厚いＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ（２０／２０／１２０
０ｎｍ）積層構造を用いている。このような工程で製作
したＨＢＴにおいて、制御性、再現性良く、高いウェル
面内均一性を得ることができた。

【００５８】なお、本実施例においては、ＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ系における最も基本的な構造について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、層構造は
適宜設計することができる。また、用いるエッチング系
は多少異なるが、水素化されたＣドープベース層を有す
るＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系等の他の材料系を用いたＨ
ＢＴへも適用できることはいうまでもない。

【００５９】また、エミッタコンタクト層６のエッチン
グに、Ｃｌ₂／Ａｒ混合ガスを用いたＥＣＲ−ＲＩＥを
用いたが、エミッタコンタクト層６が薄い場合には、該
ＥＣＲ−ＲＩＥは用いないで、クエン酸／過酸化水素水
溶液のみでエミッタコンタクト層をエッチングしても本
発明の趣旨を満足させる。ウェットエッチング溶液の種
類に関しても、本実施例で示したクエン酸／過酸化水素
水溶液、および塩酸／リン酸溶液に限定されず、ＩｎＧ
ａＡｓ層、ＩｎＰ層の選択ウェットエッチング液であれ
ば適用可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＨＢＴの
製造方法によれば、エミッタ電極寸法の制御性、再現
性、ウェハ面内均一性が高く、高信頼性、高電流増幅率
を有し、かつ、高周波特性に優れ、低消費電力回路への
適用に好適な微細寸法のセルフアラインＨＢＴを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＨＢＴの一実施例の層構成図であ
る。

【図２】図１に示すＨＢＴのエミッタ／ベースメサ構造
の製造工程を示す概略断面図である。

【図３】図１に示すＨＢＴのエミッタ／ベースメサ構造
の製造工程を示す概略断面図である。

【図４】図１に示すＨＢＴのエミッタ／ベースメサ構造
の製造工程を示す概略断面図である。

【図５】図１に示すＨＢＴのエミッタ／ベースメサ構造
の製造工程を示す概略断面図である。

【図６】図１に示すＨＢＴのエミッタ／ベースメサ構造
の製造工程を示す概略断面図である。

【図７】本発明によるＨＢＴの一実施例の概略断面図で
ある。

【図８】本発明の一実施例におけるＳＦ₆−ＲＩＥによ
るＷＳｉ層のサイドエッチング深さとエッチング時間と
の関係との関係を示す図である。

【図９】（Ａ）、（Ｂ）は従来例のＩｎＰ／ＩｎＧａＡ
ｓＨＢＴの製造工程を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…半絶縁性ＩｎＰ基板、２…ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓコレ
クタコンタクト層、３…コレクタ層、７…ｎ型ＩｎＰ
層、８…ｎ型ＩｎＧａＡｓ層、９…アンドープＩｎＧａ
Ａｓ層、４…ｐ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層、５…ｎ型Ｉ
ｎＰ層、６…ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタコンタクト
層、１０…Ｔ字形積層エミッタ電極、１１…ＷＳｉエミ
ッタ電極層、１２…Ｔｉ／Ｐｔエミッタ電極層、１３…
Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕエミッタ電極層、１４…Ｐｔ／
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕベース電極、１５…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
／Ｐｔ／Ｔｉコレクタ電極、１６…ＢＣＢパッシベーシ
ョン膜、１７…シリコン酸化膜、１８、１９…コンタク
トスルーホール、２０…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕエミッタパッ
ド配線、２１…Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕコレクタパッド配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 則之 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、コレクタコンタクト層、コレク
   タ層、ベース層、エミッタ層、エミッタコンタクト層を
   順次形成する第１の工程と、 前記エミッタコンタクト層上に第１の金属膜を堆積する
   第２の工程と、 前記第１の金属膜上に所定のパターンを有する第２の金
   属膜を形成する第３の工程と、 前記第２の金属膜をマスクとして、前記第１の金属膜を
   選択的に、前記エミッタコンタクト層が露出するまでド
   ライエッチングし、かつ、該第１の金属膜を該第２の金
   属膜の端部から内側に横方向にサイドエッチングし、該
   第１の金属膜および第２の金属膜からなるＴ字形電極を
   形成する第４の工程と、 前記基板を酸処理し、該基板上の反応生成物を除去する
   第５の工程と、 前記第２の金属膜をマスクとして、前記エミッタコンタ
   クト層を前記エミッタ層が露出するまで、該基板面と垂
   直方向に選択的に異方性ドライエッチングするととも
   に、または、該異方性エッチングを行わないで、前記Ｔ
   字形電極をマスクとして前記エミッタコンタクト層を選
   択的にウェットエッチングし、前記第１の金属膜の端部
   近傍にその上端が接するように、メサ構造のエミッタコ
   ンタクト層を形成する第６の工程と、 前記エミッタコンタクト層をマスクとして、前記エミッ
   タ層を前記ベース層が露出するまで選択的にウェットエ
   ッチングし、前記エミッタコンタクト層の端部にその上
   端が接するように、メサ構造のエミッタ層を形成する第
   ７の工程と、 前記基板に対し、熱処理による脱水素化を行い、前記ベ
   ース層のキャリア濃度を回復させる第８の工程と、 露出した前記ベース層上に、第３の金属膜を堆積し、ベ
   ース電極を前記Ｔ字形電極に対して自己整合的に形成す
   る第９の工程とを有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。
2. 【請求項２】前記エミッタコンタクト層がＩｎＧａＡｓ
   からなり、 前記エミッタ層がＩｎＰからなり、 前記ベース層がＣをドープしたＩｎＧａＡｓからなり、 前記第１の金属膜がＷＳｉからなり、 前記第２の金属膜がＴｉ膜上にＰｔ膜を堆積してなり、 前記第４の工程のドライエッチングが、六フッ化硫黄ガ
   スを用いた反応性イオンエッチングであり、 前記第５の工程の酸処理が濃塩酸処理であり、 前記第６の工程の異方性ドライエッチングが、不活性ガ
   スで希釈された塩素およびアルゴンの混合ガスを用いた
   ＥＣＲ−ＲＩＥであり、 前記第６の工程のウェットエッチング液が、クエン酸、
   過酸化水素水および水の混合液であり、 前記第７の工程のウェットエッチング液が、塩酸および
   リン酸の混合液であり、 前記第８の工程の熱処理の温度が、４５０℃〜６５０℃
   の範囲であ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。