JP2953966B2 - バイポーラトランジスタの製造方法 - Google Patents

バイポーラトランジスタの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はバイポーラトランジスタ
の製造方法に関し、より詳細には、バラスト抵抗を具備
する高出力バイポーラトランジスタの製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】バイポーラトランジスタは、電界効果ト
ランジスタに比べ電力密度や耐圧の点で優れているとい
う特徴を有している。このため、シリコン(Si)のみな
らず化合物半導体を用いたヘテロ接合型バイポーラトラ
ンジスタ(「HBT」という)によるマイクロ波あるい
はミリ波帯の高出力電力増幅器の研究開発が盛んに行わ
れている。
【0003】一般に高出力HBTでは、複数のトランジ
スタを並列的に配置したマルチフィンガー構成をとる
が、動作時に中央部のトランジスタにおいて温度上昇が
生じ、この結果中央部のトランジスタに電流が集中し、
さらにこの部分の温度が上昇するという正帰還型の熱暴
走が発生するという問題がある。
【0004】この問題を解決する従来の方法として、各
トランジスタのエミッタに直列に抵抗を接続することに
より電流集中を抑える方法がある。この抵抗はバラスト
抵抗と呼ばれており、その抵抗値はトランジスタのエミ
ッタ抵抗とほぼ同程度とした場合に効果があることが報
告されている(ジー・ビー・ガオ他(G.B.Gao et a
l.)、アイ・イー・イー・イー トランザクションズ
オン エレクトロン デバイセズ(IEEE Transactions
on Electron Devices)、第36巻、854〜863
頁、1989年5月)。
【0005】図4(A)は従来の高出力HBTの構造を
説明するための半導体チップの平面図であり、図4
(B)は図4(A)のA−A′線の断面図である。
【0006】図4を参照して、従来の高出力HBTの半
導体チップは、半絶縁性GaAs基板1と、n型GaA
sからなるコレクタコンタクト層2と、n型GaAs層
からなるコレクタ層3と、p型GaAsからなるベース
層4と、n型AlGaAsからなるエミッタ層5と、n
型InGaAsからなるエミッタキャップ層6と、高融
点金属例えばWのシリサイドWSiからなるエミッタ電
極7と、AuMnからなるベース電極8と、AuGeN
iからなるコレクタ電極9と、層間絶縁膜10と、配線12
と、絶縁領域13と、窒素を含むタングステンシリサイド
からなるバラスト抵抗14と、SiO2側壁15と、から構
成されている。
【0007】バラスト抵抗14は、エミッタ電極7上に開
口されたスルーホール16を通じて配線12との間に薄膜抵
抗として形成されており、寄生容量低減のためチップ内
においてトランジスタ部分と離れた場所に配置されてい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記の如く、従来のバ
イポーラトランジスタでは、バラスト抵抗14は、トラン
ジスタ部分とは離れた場所に配置されているため、チッ
プ面積の増大を招いており、またレイアウトの自由度が
著しく低下するという問題が生じる。
【0009】より詳細には、例えば、マルチフィンガー
を構成する各トランジスタのエミッタ面積を10μm2
すると、図4に示すような構造のトランジスタのエミッ
タ抵抗は、15Ω程度であり、各エミッタに対し20Ω程度
のバラスト抵抗が必要とされる。
【0010】これを図4のような薄膜抵抗で実現しよう
とすると、シート抵抗が100Ω/□の窒素を含むタング
ステンシリサイド(スパッタ時の窒素分圧を約13%とし
て実現される)を用いた場合、抵抗体の長さ(抵抗の電
極間距離)と幅の比は1:5となる。
【0011】抵抗体薄膜の加工時におけるサイドエッチ
ングの影響を考慮すると抵抗体の長さは2μm程度は必
要とされ、その結果、従来のバイポーラトランジスタで
は、バラスト抵抗14の面積は電極を除いた抵抗体の部分
だけで20μm2となる。
【0012】また、従来の半導体チップでは、トランジ
スタ部分の製造終了後に、層間絶縁膜上にバラスト抵抗
を形成するため、製造プロセスが複雑化するという問題
も発生する。
【0013】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、本発明の目的は、バラスト抵抗を簡便に形成
でき、且つパターンレイアウトの自由度が著しく改善さ
れたバイポーラトランジスタの製造方法を提供すること
にある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のバイポーラトラ
ンジスタの製造方法は、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、及び第1導電型
の第3の半導体層を順次堆積して形成する工程と、前記
第3の半導体層上に金属膜及び抵抗体薄膜を形成する工
程と、前記抵抗体薄膜、前記金属膜、及び前記第3の半
導体層を同一マスクにより異方性ドライエッチングを行
ない、バラスト抵抗、エミッタ電極、及びエミッタメサ
を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【0015】また本発明のバイポーラトランジスタの製
造方法は、前記抵抗体薄膜が、窒素を含むタングステン
シリサイドからなることを特徴とする
【0016】
【作用】本発明においては、バラスト抵抗はエミッタメ
サの直上に形成されるため、バラスト抵抗をトランジス
タと同一の場所に配置することができ、チップ面積が縮
小され、またレイアウトの自由度が増す。
【0017】また、本発明の製造方法によれば、エミッ
タ電極とバラスト抵抗が一括形成可能とされるため、製
造プロセスを短縮できる。
【0018】
【実施例】図面を参照して、本発明の実施例を以下に説
明する。
【0019】
【実施例1】図1は本発明の一実施例であるヘテロ接合
型バイポーラトランジスタ(「HBT」という)を説明
するための半導体チップの断面図である。
【0020】本実施例において、半導体チップは、半絶
縁性GaAs基板1と、n型GaAsからなるコレクタ
コンタクト層2と、n型GaAsからなるコレクタ層3
と、p型GaAsからなるベース層4と、n型AlGa
Asからなるエミッタ層5と、n型InGaAsからな
るエミッタキャップ層6と、WSiからなるエミッタ電
極7と、AuMnからなるベース電極8と、AuGeN
iからなるコレクタ電極9と、絶縁領域13と、窒素を含
むタングステンシリサイドからなるバラスト抵抗14と、
SiO2側壁15と、から構成されている。
【0021】図2、図3を参照して、図1に示した本発
明の一実施例であるバイポーラトランジスタの製造工程
順の断面図を以下に説明する。図3は、単に図面作成の
都合で図2と分図して描かれたものである。
【0022】まず、図2(A)に示すように、GaAs
からなる半絶縁性基板1上にエピタキシャル成長法によ
り順次成長させたn型GaAsコレクタコンタクト層
2、n型GaAsコレクタ層3、p型GaAsベース層
4、n型GaAsエミッタ層5、及びエミッタキャップ
層6の不要部分をプロトンイオン注入により高抵抗化す
る。この領域は絶縁領域13となる。
【0023】次に、基板上の全面に高融点金属例えばW
Si膜17、及び抵抗体薄膜例えば窒素を含むタングステ
ンシリサイド膜11をスパッタ法により成膜する。
【0024】本実施例においては、金属膜の材料として
WSiを、また抵抗体材料として窒素を含むタングステ
ンシリサイドを用いた場合、同一のスパッタ装置中に
て、スパッタの途中から窒素ガスを流すことにより、金
属膜と抵抗体薄膜の両者を一括して成膜することができ
るため、工程の大幅な短縮が可能となる。
【0025】マルチフィンガーを構成する各トランジス
タのエミッタ面積が10μm2の場合に必要とされる20Ω
程度のバラスト抵抗を構成するためには、抵抗体薄膜の
スパッタ時における窒素分圧を約40%(この時の比抵抗
ρは、5×104μΩ・cm程度)、抵抗体薄膜の膜厚を500
nmとすればよい。
【0026】次に、図2(B)に示すように、フォトレ
ジストをマスクとして、SF6ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング(RIE)により窒素を含むタングステン
シリサイド膜11、及びWSi膜17をパターニングしてバ
ラスト抵抗14及びエミッタ電極7を形成する。
【0027】さらに、図2(C)に示すように、引き続
き同一のマスクを用いてエミッタキャップ層6及びエミ
ッタ層5を塩素プラズマによる反応性イオンビームエッ
チング(RIBE)により、p型GaAsベース層4の
表面までエッチングし、エミッタメサ、すなわちエミッ
タ領域のメサ構造を形成する。
【0028】次に、図3(D)に示すように、ウェハ全
面にSiO2膜を成膜後、CF4ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング(RIE)による異方性エッチングを行
い、SiO2側壁15を形成する。
【0029】その後、図3(E)に示すように、ウェハ
全面にAu系合金例えばAuMnを真空蒸着法により成
膜し、フォトレジストをマスクとしてイオンミリング法
によりパターンニングを行い、ベース電極8を形成す
る。
【0030】続いて、有機溶剤による洗浄を行いフォト
レジスト膜を除去した後、新たに所定のパターンのフォ
トレジストをマスクとして、リン酸、過酸化水素及び水
の混合液により、ベース層4及びコレクタ層3を順次エ
ッチングして除去し、n型GaAsコレクタコンタクト
層2の表面を露出し、AuGeNiによるコレクタ電極
9をリフトオフ法により形成して、図1に示すような構
造のバイポーラトランジスタが形成される。
【0031】本実施例に係るバイポーラトランジスタに
おいては、バラスト抵抗をエミッタメサの直上に設ける
ことにより、チップ面積の著しい縮小とパターンレイア
ウトの自由度を改善するという効果を有する。また上記
した製造方法によれば、エミッタ電極とバラスト抵抗と
が一括形成できるため、製造プロセスを短縮できるとい
う効果を有する。
【0032】以上本発明を上記実施例に即して説明した
が、本発明は、上記態様にのみ限定されるものではな
く、本発明の原理に準ずる各種態様を含む。
【0033】すなわち、上記実施例においては、ベース
層がGaAsからなるものについて説明したが、本発明
はこれに限定されず、例えばベース層にp型のAlx
1-xAs組成傾斜層やp型のInxGa1-xAs組成傾
斜層(x=1→0)を用いたもの、エミッタ層にn型のIn
GaPを用いたもの等、材料系を様々に変化させたバイ
ポーラトランジスタのいずれについても同様にして適用
可能であり、上記実施例と同様の効果が得られる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、従来半導
体チップ上で多くの面積を占めていたバラスト抵抗をエ
ミッタメサの直上に設けることにより、チップ面積の著
しい縮小とパターンレイアウトの自由度を改善するとい
う効果を有する。
【0035】また本発明の製造方法によれば、エミッタ
電極とバラスト抵抗が一括形成することができるため、
製造プロセスを短縮できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】図1に示した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。
【図3】図1に示した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(図2の続き)に示した半導
体チップの断面図である。
【図4】(A)は従来の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平面図である。(B)は
(A)平面図のA−A′線の断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 n型GaAsコレクタコンタクト層 3 n型GaAsコレクタ層 4 p型GaAsベース層 5 n型AlGaAsエミッタ層 6 n型InGaAsエミッタキャップ層 7 エミッタ電極 8 ベース電極 9 コレクタ電極 10 層間絶縁膜 11 抵抗体薄膜 12 配線 13 絶縁領域 14 バラスト抵抗 15 SiO2側壁 16 スルーホール 17 高融点金属膜

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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、及び第1導電型の第3の半
    導体層を順次堆積して形成する工程と、前記第3の半導
    体層上に金属膜及び抵抗体薄膜を形成する工程と、前記
    抵抗体薄膜、前記金属膜、及び前記第3の半導体層を同
    一マスクにより異方性ドライエッチングを行ない、バラ
    スト抵抗、エミッタ電極、及びエミッタメサを形成する
    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. 【請求項2】前記抵抗体薄膜が、窒素を含むタングステ
    ンシリサイドからなる請求項1記載のバイポーラトラン
    ジスタの製造方法。
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