專利名稱：異構(gòu)雙極晶體及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明，涉及一種異構(gòu)雙極晶體及其制造方法，特別是自調(diào)異構(gòu)雙極晶體及其制造方法。
背景技術(shù)：
在異構(gòu)雙極晶體(HBT)中，為了減小寄生電阻及寄生電容，求得高速化、高集成化及低能耗，晶體管的尺寸減小就成為必要了。而為了晶體管尺寸的精細(xì)化自調(diào)異構(gòu)雙極晶體又是有利的，在該自調(diào)異構(gòu)雙極晶體的制造方法程序中特別是熱衷于使用在構(gòu)成發(fā)射極的半導(dǎo)體層上形成下切區(qū)域的方法。在該制造程序中，在構(gòu)成發(fā)射極的半導(dǎo)體層上形成發(fā)射極后對半導(dǎo)體層進(jìn)行邊蝕刻形成比發(fā)射極電極低的下切區(qū)域。其后，蒸渡電極形成用金屬模，由該膜同時(shí)且各自形成發(fā)射極電極和基本電極。根據(jù)該方法，具有臺式構(gòu)造的發(fā)射極區(qū)域和基本電極區(qū)域的距離可以接近的非常近，所以，可以大幅度降低寄生基本電阻。
構(gòu)成發(fā)射極的半導(dǎo)體層進(jìn)行邊蝕刻最簡單的方法，是用發(fā)射極電極作為蝕刻掩模進(jìn)行有選擇的濕蝕刻方法。一般來講，對鎵砷或銦磷為中心的化合物半導(dǎo)體進(jìn)行濕蝕刻的情況，化合物半導(dǎo)體由其結(jié)晶面方位形成為臺型或倒臺型(上底比下底長的形狀)。這從發(fā)射極層與其上下配置層之間的接觸面積考慮的情況，影響精細(xì)化的限度。為此，特開平11-186278號公報(bào)(專利第3350426號)中，為實(shí)現(xiàn)具有銦鎵砷基本層的精細(xì)自調(diào)銦磷/銦鎵砷異構(gòu)雙極晶體，在發(fā)射極臺式斷面構(gòu)造中，揭示了作為T字型沉積層發(fā)射極電極最適合材料和熱處理?xiàng)l件。
關(guān)于上述以前的技術(shù)的制造方法參照圖4(a)至圖4(c)加以說明。圖4(a)至圖4(c)，是表示以前的自調(diào)異構(gòu)雙極晶體的制造工序的剖面圖。
在以前的制造方法中，首先由圖4(a)所示的工序，在銦磷基板113上順次沉積集接觸層114、集層116、發(fā)射極層117、發(fā)射極接觸層118后，由噴鍍法在發(fā)射極接觸層118上整體沉積鎢硅層119，再由飛濺法在鎢硅層上形成鈦/鉑電極層120。
接下來，由圖4(b)所示工序，將鈦/鉑電極層120作為掩模，通過用六氟化硫(SF6)氣體進(jìn)行RIE法，有選擇地除去鎢硅層119中露出的部分后，對鎢硅層119中被鈦/鉑電極層120覆蓋的部分進(jìn)行邊蝕刻。由此，形成了鈦/鉑電極層120和由比鈦/鉑電極層120面積小的鎢硅層119制成的T字形沉積層發(fā)射極電極121。
接下來，以T字形沉積層發(fā)射極電極121為蝕刻掩模，進(jìn)行下述的三步驟蝕刻。首先，用由惰性氣體稀釋了的氯氣/氬氣(Cl2/Ar)混合氣體的ECR-RIE，進(jìn)行對發(fā)射極接觸層118的深向(與基板面垂直的方向)的異向性蝕刻。緊接著，用由檸檬酸、過氧化氫及水構(gòu)成的選擇濕蝕刻液，對發(fā)射極接觸層118進(jìn)行邊蝕刻。由此，發(fā)射極接觸層118上形成了相對于T字形沉積層發(fā)射極電極121洼陷的下切部125。再有，使用由鹽酸及磷酸構(gòu)成的濕蝕刻液，通過對銦磷發(fā)射極層117進(jìn)行選擇性蝕刻，除去銦磷發(fā)射極層117中不由發(fā)射極接觸層118覆蓋的區(qū)域，露出銦鎵砷基本層116。
接下來，在圖4所示工序中，在T字形沉積層發(fā)射極電極121的上表面及銦鎵砷基本層116上，由電子定向渡氣形成由鉑/鈦/鉑/金層制成的基本電極形成用金屬層122。由以上的工序，可以制造具有自調(diào)發(fā)射極/基本臺式構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置。
如上所述，在以前的制造方法中，為提高尺寸控制性及發(fā)射極/基本層短路，作為為在發(fā)射極層上形成下切部125的蝕刻，進(jìn)行了異向性干蝕刻和其后的濕蝕刻。所以，由該濕蝕刻發(fā)射極接觸層118成為臺型形狀，對精細(xì)化產(chǎn)生了制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可進(jìn)一步精細(xì)化的自調(diào)異構(gòu)雙極晶體及其制造方法。
本發(fā)明中的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，在基板上順次沉積集層、基本層、基本層保護(hù)層、發(fā)射極層、發(fā)射極接觸層及第1金屬膜的工序a；上述工序a之后，在上述第1金屬膜上的一部分形成第1抗蝕膜的工序b；上述工序b之后，將上述第1抗蝕膜作為掩模圖案形成上述第1金屬膜的工序c；上述工序c之后，將上述第1抗蝕膜作為掩模，以對發(fā)射極層的選擇比高于上述發(fā)射極接觸層為條件直至露出上述基本保護(hù)層為止進(jìn)行干蝕刻，由此將上述發(fā)射極層的寬度加工的比上述發(fā)射極接觸層窄的工序d；上述工序d之后，除去上述第1抗蝕膜露出上述第1金屬膜的工序e；上述工序e之后，在上述第1金屬膜上和上述基本保護(hù)層中的露出部分上開口形成第2抗蝕膜，沉積第2金屬膜后，除去上述第2抗蝕膜和上述第2金屬膜中的上述第2抗蝕膜上的部分的工序f。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的制造方法中，上述工序d中，使用含有氯的氣體進(jìn)行干蝕刻亦可。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的制造方法中，上述工序d中，使用含有四氯化硅的氣體進(jìn)行干蝕刻亦可。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的制造方法中，上述工序c之后上述工序d之前，還可以包括通過將上述第1抗蝕膜作為掩模進(jìn)行干蝕刻，除去上述發(fā)射極接觸層的至少一部分的工序g。這種情況下，工序g中可以預(yù)先除去發(fā)射極接觸層，所以在工序d中，即便是以對發(fā)射極層的選擇比高于上述發(fā)射極接觸層為條件直至露出上述基本保護(hù)層為止進(jìn)行干蝕刻，也不會殘留下發(fā)射極接觸層。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的制造方法中，上述工序g中，進(jìn)行使用含有氬氣及氯氣的氣體進(jìn)行上述干蝕刻亦可。這種情況下，發(fā)射極接觸層中含有銦的情況下，可以提高對含銦膜的選擇性。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體，包括集區(qū)域?qū)印⒃O(shè)置在上述集層上的基本層、設(shè)置在上述基本層上的基本層保護(hù)層、設(shè)置在上述基本層保護(hù)層的一部分上的基本層電極、設(shè)置在上述基本層保護(hù)層的其他部分上與上述基本層異質(zhì)結(jié)合的發(fā)射極層、設(shè)置在上述發(fā)射極層上的發(fā)射極接觸層、設(shè)置在上述發(fā)射極接觸層上的發(fā)射極電極，另外，上述發(fā)射極層的側(cè)面由干蝕刻成型，上述發(fā)射極層的側(cè)面實(shí)際上相對于上表面是垂直的，并且，上述發(fā)射極層的寬度比上述發(fā)射極接觸層的寬度窄。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體中，上述發(fā)射極層可以含有鎵及砷，上述基本層保護(hù)層可以含有銦。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體中，上述基本層保護(hù)層可以由銦鎵磷構(gòu)成。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體中，上述發(fā)射極接觸層可以含有銦。
本發(fā)明的第1實(shí)施方式的異構(gòu)雙極晶體中，上述發(fā)射極接觸層可以由銦鎵砷構(gòu)成。
(發(fā)明的效果)本發(fā)明的異構(gòu)雙極晶體及其制造方法，不會引起發(fā)射極層和基本層的短路，精細(xì)化可能。


圖1(a)至圖1(c)，是本發(fā)明的實(shí)施方式中表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
圖2(a)至圖2(c)，是本發(fā)明的實(shí)施方式中表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
圖3，是本發(fā)明的實(shí)施方式中表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
圖4(a)至圖4(c)，是表示以前的自調(diào)異構(gòu)雙極晶體的制造工序的剖面圖。
(符號說明)1 鎵砷基板2 n+型鎵砷集接觸層3 n+型鎵砷集層4 p+型鎵砷基本層5 n+型銦鎵磷基本層保護(hù)層6 n+型鎵砷發(fā)射極層7 n+型銦鎵砷發(fā)射極接觸層8 鎢硅層9 抗蝕膜圖案10 抗蝕膜圖案
11、11a、11b 金屬層12 集電極20 鈦/鉑電極層21 下切22 開口具體實(shí)施方式
以下，參照圖1(a)至圖1(c)及圖2(a)至圖2(c)具體說明本發(fā)明例。圖1(a)至圖1(c)及圖2(a)至圖2(c)，是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造工序中，首先由圖1(a)所示工序，在鎵砷基板1上順次外延成長n+型鎵砷集接觸層2、n+型鎵砷集層3、p+型鎵砷基本層4、n+型銦鎵磷基本層保護(hù)層5、n+型鎵砷發(fā)射極層6、n+型銦鎵砷發(fā)射極接觸層7。
接下來，圖1(b)所示工序，n+型銦鎵砷發(fā)射極接觸層7上整個(gè)沉積膜厚為100nm的鎢硅層8之后，在鎢硅層8上形成抗蝕膜圖案9，通過以抗蝕膜圖案9為掩模再使用四氟化碳/六氟化硫(CF4/SF6)氣體進(jìn)行ICP(Induc-tively Coupled Plasma)方式的干蝕刻，有選擇地蝕刻鎢硅層8。
接下來，圖1(c)所示工序，由ICP方式濕蝕刻，順次除去n+型銦鎵砷發(fā)射極接觸層7和n+型鎵砷發(fā)射極層6。
n+型銦鎵砷發(fā)射極接觸層7的蝕刻，是在氯氣流量10sccm(ml/min)，氬氣流量40sccm，壓力0.7Pa，ICP接線柱的投入電力為150W，基板偏電力100W，基板臺的冷媒溫度60℃的條件進(jìn)行，通過在鎵砷基板1和臺之間留下氦氣促進(jìn)熱交換。在這個(gè)條件下，對銦鎵砷的蝕刻速度約為60nm/min。這個(gè)條件中，銦鎵砷及鎵砷，基本按照抗蝕膜9的尺寸被進(jìn)行了異向蝕刻。還有，這個(gè)條件中，對鎵砷的蝕刻速度約為130nm/min。為了防止過多除去鎵砷，由分光測定等測出蝕刻終點(diǎn)，完全除去銦鎵砷，最好的是盡可能減少超過的蝕刻。
n+型鎵砷發(fā)射極層6的蝕刻，是在氯氣流量100sccm(ml/min)，壓力2Pa，ICP接線柱的投入電力為200W，基板偏電力35W，基板臺的冷媒溫度60℃的條件進(jìn)行，通過在鎵砷基板1和臺之間留下氦氣促進(jìn)熱交換。在這個(gè)條件下，相對于對鎵砷的蝕刻速度約為340nm/min，而對銦鎵砷及銦鎵磷的蝕刻速度在10nm/min以下，所以可以充分確保鎵砷的選擇性。這個(gè)條件下，相對于300nm的n+型鎵砷發(fā)射極層6，若進(jìn)行相當(dāng)于30％超過蝕刻的一分九秒的蝕刻的話，如圖1(c)所示那樣，發(fā)射極層6上一邊形成了約0.5μm的下切21。
且，上述說明中，發(fā)射極接觸層7的蝕刻中使用了氯氣/氬氣，發(fā)射極層6的蝕刻中使用了氯氣。在此，與鎵或砷相比銦與氯的反應(yīng)性低，含銦的層蝕刻時(shí)最好的是添加促進(jìn)Ar等的噴鍍性蝕刻的氣體。還有，鎵砷蝕刻中，在有必要選擇含銦的膜時(shí)，最好的是不添加氬氣。
接下來，由圖2(a)所示工序，用有機(jī)溶劑除去抗蝕圖案9，在形成發(fā)射極電極和基本電極的區(qū)域，也就是鎢硅層8和其兩側(cè)的區(qū)域形成具有開口22的抗蝕圖案10。其后，如圖2(b)所示工序，由渡氣法在晶片表面按照鉑/鈦/鉑/金的順序形成金屬層11。這時(shí)，開口22內(nèi)的鎢硅層8及基本層保護(hù)層5上和抗蝕圖案10上形成了金屬層11a、11b、11c。且，金屬層11a成為發(fā)射極電極，金屬層11b成為基本層電極。其后，通過由圖2(c)所示的工序除去抗蝕圖案10，可以得到自調(diào)異構(gòu)雙極晶體構(gòu)造。
其后，通過基本層電極的金屬層11b的鉑向基本層保護(hù)層熱擴(kuò)散，將基本層4和金屬層11b電連接。
其后，通過進(jìn)行蝕刻，除去基本層保護(hù)層5、基本層4及集層3的一部分露出集接觸層2后，通過渡氣飛濺，在集接觸層2上形成集電極12的工序可以得到圖3所示的晶體管。圖3，是本發(fā)明的實(shí)施方式中表示半導(dǎo)體裝置的制造工序的剖面圖。
本實(shí)施方式中，同時(shí)形成了發(fā)射極電極和基本層電極，然而通過改變工序的順序，同時(shí)形成發(fā)射極、基本層及集層也是可能的。也就是，由圖1(c)所示的工序形成下切21后，通過進(jìn)行蝕刻，除去基本層保護(hù)層5、基本層4及集層3的一部分露出集接觸層2，其后，只要在鎢硅層8和其兩側(cè)的區(qū)域及集接觸層2開口形成抗蝕膜(未圖示)再形成金屬膜(未圖示)，就可以同時(shí)形成發(fā)射極、基本層及集層。
還有，本實(shí)施方式中使用了發(fā)射極長方向的長度為2μm的抗蝕圖案9，也可以得到約1μm長的發(fā)射極長。再有，精細(xì)構(gòu)造必要的情況下，改變抗蝕圖案9的長度或發(fā)射極層6的蝕刻條件就可以對應(yīng)。
作為其具體的方法，有以下的蝕刻條件變更。第1方法是減少蝕刻時(shí)間的方法。通過將過蝕刻控制在約15％，可以將下切制成為0.4μm。第2方法是降低臺冷媒的溫度的方法。降低臺的冷媒溫度，反應(yīng)生成物就容易粘附到側(cè)壁上，減少下切量。通過將冷媒溫度定為20℃，可以使下切成為0.3μm。第3方法是添加增多低蒸氣壓反應(yīng)生成物氣體的方法。例如，將蝕刻氣體從單純的氯氣改為氯流量10sccm四氯化硅流量50sccm的混合氣體，下切可成為0.2μm。作為其他的減小下切的方法，還有增加偏電力而加大異向性等方法。
如上所述，只要根據(jù)本發(fā)明，是在圖1(c)所示工序中進(jìn)行干蝕刻的，與以前的濕蝕刻相比，可以使除去的粒子不再容易粘附到發(fā)射極層6上。因此，與結(jié)晶方向無關(guān)，可以進(jìn)一步使發(fā)射極層6的側(cè)壁相對于基板表面更加垂直。為此，就不再會引起發(fā)射極層6和基本層4間的短路，并且，能夠得到可精細(xì)化的異構(gòu)雙極晶體。由此，通過降低異構(gòu)雙極晶體的寄生電阻、寄生電容高速化就成為可能，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)高集成化及低能耗。
(產(chǎn)業(yè)上利用的可能性)本發(fā)明的異構(gòu)雙極晶體及其制造方法，在不會引起發(fā)射極層和基本層的短路，精細(xì)化可能的點(diǎn)上在產(chǎn)業(yè)上的利用性高。
權(quán)利要求
1.一種異構(gòu)雙極晶體的制造方法，其特征為工序(a)，在基板上順次沉積集層、基本層、基本層保護(hù)層、發(fā)射極層、發(fā)射極接觸層及第1金屬膜；工序(b)，上述工序(a)之后，在上述第1金屬膜上的一部分形成第1抗蝕膜；工序(c)，上述工序(b)之后，將上述第1抗蝕膜作為掩模圖案形成上述第1金屬膜；工序(d)，上述工序(c)之后，將上述第1抗蝕膜作為掩模，以對發(fā)射極層的選擇比高于上述發(fā)射極接觸層為條件直至露出上述基本保護(hù)層為止進(jìn)行干蝕刻，由此將上述發(fā)射極層的寬度加工的比上述發(fā)射極接觸層窄；工序(e)，上述工序(d)之后，除去上述第1抗蝕膜露出上述第1金屬膜；工序(f)，上述工序(e)之后，在上述第1金屬膜上和上述基本保護(hù)層中的露出部分上開口形成第2抗蝕膜，沉積第2金屬膜后，除去上述第2抗蝕膜和上述第2金屬膜中的上述第2抗蝕膜上的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，其特征為上述工序(d)中，可使用含有氯的氣體進(jìn)行干蝕刻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，其特征為上述工序(d)中，可使用含有四氯化硅的氣體進(jìn)行干蝕刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，其特征為上述工序(c)之后及上述工序(d)之前，還可以包括工序(g)，通過將上述第1抗蝕膜作為掩模進(jìn)行干蝕刻，除去上述發(fā)射極接觸層的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，其特征為上述工序(g)中，可進(jìn)行使用含有氬氣及氯氣的氣體進(jìn)行上述干蝕刻。
6.一種異構(gòu)雙極晶體，其特征為包括集區(qū)域?qū)樱緦?，設(shè)置在上述集層上，基本層保護(hù)層，設(shè)置在上述基本層上，基本層電極，設(shè)置在上述基本層保護(hù)層的一部分上，發(fā)射極層，設(shè)置在上述基本層保護(hù)層的其他部分上與上述基本層異質(zhì)結(jié)合，發(fā)射極接觸層，設(shè)置在上述發(fā)射極層上，發(fā)射極電極，設(shè)置在上述發(fā)射極接觸層上，另外上述發(fā)射極層的側(cè)面由干蝕刻成型，上述發(fā)射極層的側(cè)面實(shí)際上相對于上表面是垂直的，并且，上述發(fā)射極層的寬度比上述發(fā)射極接觸層的寬度窄。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異構(gòu)雙極晶體，其特征為上述發(fā)射極層可以含有鎵及砷，上述基本層保護(hù)層可以含有銦。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異構(gòu)雙極晶體，其特征為上述基本層保護(hù)層可以由銦鎵磷構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異構(gòu)雙極晶體，其特征為上述發(fā)射極接觸層可以含有銦。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的異構(gòu)雙極晶體，其特征為上述發(fā)射極接觸層可以由銦鎵砷構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的異構(gòu)雙極晶體的制造方法，首先是在基板上順次沉積集接觸層、集層、基本層、基本層保護(hù)層、發(fā)射極層、發(fā)射極接觸層及鎢硅膜。其后在鎢硅層上形成抗蝕膜，以抗蝕圖案為掩模進(jìn)行鎢硅層的圖案形成。再后，以抗蝕圖案為掩模，通過ICP(Inductively Coupled Plasma)方式的干蝕刻順次除去發(fā)射極接觸層和發(fā)射極層。
文檔編號H01L29/737GK1744290SQ200510095999
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者竹田秀則, 反保敏治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社