JP2006093616A - Semiconductor resistive element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体抵抗素子及びその製造方法に関し、特に化合物半導体を用いた半導体抵抗素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor resistance element and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor resistance element using a compound semiconductor and a manufacturing method thereof.
近年、GaAsをはじめとする化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ(以下、FET(Field Effect Transistor)と称する)は無線通信とりわけ携帯電話端末のパワーアンプやスイッチ等に広く用いられるようになった。このFET(Field Effect Transistor)ではPHEMTと呼ばれるAlGaAsをショットキー層に用いたFETが一般的である。また、FET等の能動素子と、半導体抵抗素子や金属抵抗素子、容量等の受動素子とを集積化したモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)等の半導体装置も広く実用化されている。このような技術分野においても、他の産業と同様により工程の少ない製造方法が強く求められ、プロセスの簡略化が必要である。 In recent years, field effect transistors (hereinafter referred to as FET (Field Effect Transistor)) using a compound semiconductor such as GaAs have been widely used for wireless communication, particularly for power amplifiers and switches of mobile phone terminals. This FET (Field Effect Transistor) is generally an FET using AlGaAs called PHEMT as a Schottky layer. A semiconductor device such as a monolithic microwave integrated circuit (MMIC) in which an active element such as an FET and a passive element such as a semiconductor resistance element, a metal resistance element, or a capacitor are integrated has been widely put into practical use. In such a technical field, a manufacturing method with fewer steps is strongly demanded as in other industries, and the process needs to be simplified.
図5(a)は、従来のGaAsよりなる半絶縁性基板を用いたMMIC(以下、GaAs MMICと称する)における能動素子としてのFET及び受動素子としての半導体抵抗素子(特許文献1参照)の上面図であり、図5(b)はFET及び半導体抵抗素子の断面図(図5(a)のX1−X1’線における断面図)である。 FIG. 5A shows an upper surface of an FET as an active element and a semiconductor resistance element as a passive element (see Patent Document 1) in a conventional MMIC (hereinafter referred to as GaAs MMIC) using a semi-insulating substrate made of GaAs. FIG. 5B is a cross-sectional view of the FET and the semiconductor resistance element (cross-sectional view taken along line X1-X1 ′ in FIG. 5A).
半導体抵抗素子21とFET22とは、同一基板上に形成され、素子分離領域23により分離、つまり電気的に分離されている。
The
FET22は、半絶縁性GaAsからなる基板1と、基板1上に半導体層を結晶成長させて形成されたエピタキシャル層9とから構成される。エピタキシャル層9は、エピタキシャル層9と基板1との間の格子不整合を緩和するための、アンドープGaAsで構成された厚さ1μmのバッファ層2、及びアンドープAlGaAsで構成されたバッファ層3と、厚さ20nmのアンドープIn0.2Ga0.8Asで構成され、キャリアが走行するチャネル層4と、厚さ5nmのアンドープAlGaAsで構成されたスペーサ層5と、n型不純物イオンであるSiが1原子層のみプレーナードーピングされてなるAlGaAsで構成されたキャリア供給層6と、厚さ30nmのアンドープAlGaAsで構成されたショットキー層7と、厚さ100nmのn+型GaAsで構成されたコンタクト層8とが順次積層されて構成される。
The FET 22 includes a substrate 1 made of semi-insulating GaAs and an
ここで、コンタクト層8上には、2つのオーミック電極10が形成されている。また、2つのオーミック電極10間の領域においてコンタクト層8は除去されており、エピタキシャル層9表面に露出したショットキー層7上には、ゲート電極11が形成されている。
Here, two
半導体抵抗素子21は、半絶縁性基板1と、基板1上に形成されたバッファ層2及びバッファ層3と、バッファ層3上に形成された活性領域17と、活性領域17上に形成され、n+型GaAsで構成されるコンタクト層18とから構成される。活性領域17は、素子分離領域23によりFET22と分離されたチャネル層4、スペーサ層5、キャリア供給層6及びショットキー層7の一部、つまりInGaAs層13、AlGaAs層14、n型AlGaAs層15及びAlGaAs層16により構成される。
The
ここで、コンタクト層18上には、2つのオーミック電極24が形成されている。また、2つのオーミック電極24間の領域において、コンタクト層18は所定の深さまでエッチングされている。さらに、GaAs MMIC上にはFET22及び半導体抵抗素子21を被覆するようにSiNやSiOからなる薄膜の絶縁保護膜(図示せず)が形成されている。
Here, two
次に、上記のように構成されたGaAs MMICの製造方法について図面を参照しながら説明する。 Next, a method for manufacturing the GaAs MMIC configured as described above will be described with reference to the drawings.
図6(a)〜(g)は、GaAs MMICの断面図である。
まず、図6(a)に示すように、基板1上に、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)またはMBE法(分子線エピタキシャル成長法)等を用いてバッファ層2、バッファ層3、チャネル層4、スペーサ層5、キャリア供給層6、ショットキー層7及びコンタクト層8を順次エピタキシャル成長させてエピタキシャル層9を形成する。
6A to 6G are cross-sectional views of a GaAs MMIC.
First, as shown in FIG. 6A, a buffer layer 2, a buffer layer 3, and a channel are formed on a substrate 1 by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxial growth). The
次に、図6(b)に示すように、フォトレジスト30によりパターンを形成して所定の位置を保護し、エピタキシャル層9に対して例えばリン酸、過酸化水素水及び水の混合液を用いたウェットエッチングを行い、素子分離領域23を形成する。これによって、半導体抵抗素子21のコンタクト層18と、活性領域17とが形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, a pattern is formed by a photoresist 30 to protect a predetermined position, and for example, a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution and water is used for the
次に、図6(c)に示すように、フォトレジスト30を除去した後、新たなフォトレジストによりパターンを形成し、全面にNi/Au/Ge合金からなるオーミック金属を蒸着し(図示せず)、リフトオフすることによりオーミック電極10、24を形成する。
Next, as shown in FIG. 6C, after removing the photoresist 30, a pattern is formed with a new photoresist, and ohmic metal made of Ni / Au / Ge alloy is deposited on the entire surface (not shown). The
次に、図6(d)に示すように、半導体抵抗素子21のコンタクト層18よりも広い開口のレジストパターン31を形成する。
Next, as shown in FIG. 6D, a resist pattern 31 having an opening wider than the
次に、図6(e)に示すように、半導体抵抗素子21の抵抗値が所望の値となるように、コンタクト層18に対して例えばリン酸、過酸化水素水及び水の混合液を用いたウェットエッチングを行い、所望の膜厚を有するコンタクト層18を形成する。
Next, as shown in FIG. 6E, for example, a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution and water is used for the
次に、図6(f)に示すように、新たなフォトレジストによりパターンを形成し、FET22の2つのオーミック電極10間の所定領域のコンタクト層8に対して、リセスエッチングを行うことにより、開口32を形成する。その後、例えばTi/Pt/Au合金からなるゲート金属を全面に蒸着し、リフトオフすることにより、開口32の露出したショットキー層7上にゲート電極11を形成する。
Next, as shown in FIG. 6F, a pattern is formed with a new photoresist, and recess etching is performed on the
次に、図6(g)に示すように、表面に露出したゲート電極11、ショットキー層7及びコンタクト層8、18等を被覆するようにSiNやSiOからなる膜厚の薄い絶縁保護膜33を形成する。
ところで、GaAs MMICでは、一般にFETの特性を最優先してエピタキシャル構造が設計されるために、半導体抵抗素子の抵抗値を所望の値にすることは困難である。そこで、従来のGaAs MMICの製造方法によれば、図6(e)に示される工程において半導体抵抗素子のコンタクト層18を所定の深さまでエッチングを行うことで半導体抵抗素子のシート抵抗を所望の値に調整している。このとき、コンタクト層18の面積と抵抗値の精度とはトレードオフの関係にあるため、適切なシート抵抗の設定が必要となる。
By the way, in the GaAs MMIC, since the epitaxial structure is generally designed with the FET characteristics given the highest priority, it is difficult to set the resistance value of the semiconductor resistance element to a desired value. Therefore, according to the conventional GaAs MMIC manufacturing method, the
よって、上記半導体抵抗素子のコンタクト層のエッチング工程(第1の工程)に続いて行われる、FETのゲート電極形成工程、つまりFETのオーミック電極間のコンタクト層を完全に取りきる通常リセスエッチングと呼ばれる工程(第2の工程)は、第1の工程と同様に、同じn+型GaAsから構成される層をエッチングする工程であるにもかかわらず、第1の工程で用いられるレジストパターンと異なるレジストパターンの形成が必要とされる。よって、従来のGaAs MMICでは、製造コストが増大するという問題がある。 Therefore, the step of etching the contact layer of the semiconductor resistance element (first step) is followed by the FET gate electrode formation step, that is, the normal recess etching that completely removes the contact layer between the ohmic electrodes of the FET. Although the step (second step) is a step of etching the same n + -type GaAs layer as in the first step, the resist is different from the resist pattern used in the first step. Pattern formation is required. Therefore, the conventional GaAs MMIC has a problem that the manufacturing cost increases.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体抵抗素子及びFETを含むMMICの製造コストを低減することが可能な、つまりMMICを低コスト化することが可能な半導体抵抗素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the manufacturing cost of the MMIC including the semiconductor resistance element and the FET, that is, the semiconductor resistance element capable of reducing the cost of the MMIC. It aims at providing the manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明の半導体抵抗素子は、チャネル層と、前記チャネル層上に形成されたショットキー層と、前記ショットキー層上に形成されたゲート電極とを有する能動素子と同一基板上に形成され、素子分離領域により前記能動素子と分離された前記ショットキー層及びチャネル層の一部を有する活性領域と、前記活性領域上に形成されたコンタクト層及び金属電極と、前記コンタクト層上に形成された2つのオーミック電極とを備え、前記2つのオーミック電極間において、前記ショットキー層が露出し、前記金属電極は、前記ゲート電極と同一の材料から構成され、前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆することを特徴とする。ここで、前記金属電極は、回路のいずれにも電気的に接続されず電位的に浮遊状態にされていてもよい。 In order to achieve the above object, a semiconductor resistance element of the present invention includes an active element having a channel layer, a Schottky layer formed on the channel layer, and a gate electrode formed on the Schottky layer. An active region formed on the same substrate and separated from the active element by an element isolation region and having a part of the Schottky layer and a channel layer; a contact layer and a metal electrode formed on the active region; Two ohmic electrodes formed on the contact layer, the Schottky layer is exposed between the two ohmic electrodes, the metal electrode is made of the same material as the gate electrode, and the two The exposed Schottky layer between the ohmic electrodes is covered. Here, the metal electrode may not be electrically connected to any circuit but may be in a floating state in potential.
この構成によれば、スードモルフィックHEMTを代表とするFETのゲート電極形成と同時に、メサ抵抗の高抵抗化、つまりコンタクト層の除去をおこなうことができるので、MMICの製造工数を低減し、MMICの製造コストを低減することができる。 According to this configuration, it is possible to increase the mesa resistance, that is, to remove the contact layer at the same time as the formation of the gate electrode of the FET represented by the pseudomorphic HEMT. The manufacturing cost can be reduced.
また、前記活性領域表面は、前記素子分離領域表面と同一平面内に位置してもよいし、前記素子分離領域は、ボロンのイオン注入により形成されてもよい。 The active region surface may be located in the same plane as the element isolation region surface, or the element isolation region may be formed by boron ion implantation.
この構成によれば、メサ抵抗の表面部に凹凸がなく、メサ抵抗の側面には素子分離領域が形成されるので、金属電極によりメサ抵抗の側面が被覆され、FETと分離されたチャネル層に存在する電子の側面からの空乏化が起こって抵抗が高抵抗化されない。つまり、メサ抵抗側壁からの空乏層の広がりを抑制することができる。これは、特に高抵抗化を実現するためにメサ抵抗幅を微細化した場合に大きな効果を発揮する。 According to this configuration, the surface portion of the mesa resistor is not uneven, and the element isolation region is formed on the side surface of the mesa resistor. Therefore, the side surface of the mesa resistor is covered with the metal electrode, and the channel layer separated from the FET is formed. Depletion from the side of the existing electrons occurs and the resistance is not increased. That is, the spread of the depletion layer from the mesa resistor side wall can be suppressed. This is particularly effective when the mesa resistance width is reduced in order to achieve high resistance.
また、本発明は、チャネル層と、前記チャネル層上に形成されたショットキー層と、前記ショットキー層上に形成されたコンタクト層及びゲート電極とを有する能動素子と同一基板上に形成された半導体抵抗素子の製造方法であって、前記コンタクト層上にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを用いて前記コンタクト層の所定領域を除去してコンタクト層の一部を前記能動素子と分離するコンタクト層形成工程と、前記フォトレジストパターンを用いたエッチングを行うことで前記ショットキー層及びチャネル層内に素子分離領域を形成し、前記能動素子と分離されたショットキー層及びチャネル層の一部を有する活性領域を形成する活性領域形成工程と、前記能動素子と分離されたコンタクト層上に2つのオーミック電極を形成するオーミック電極形成工程と、前記2つのオーミック電極間において、前記能動素子と分離されたショットキー層が露出するように、前記能動素子と分離されたコンタクト層の所定領域を除去する除去工程と、前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆するように、前記活性領域上に金属電極を形成する金属電極形成工程とを含み、前記除去工程及び金属電極形成工程は、前記能動素子のゲート電極の形成と同時におこなわれることを特徴とする半導体抵抗素子の製造方法とすることもできる。 Further, the present invention is formed on the same substrate as an active element having a channel layer, a Schottky layer formed on the channel layer, and a contact layer and a gate electrode formed on the Schottky layer. A method of manufacturing a semiconductor resistance element, wherein a photoresist pattern is formed on the contact layer, a predetermined region of the contact layer is removed using the photoresist pattern, and a part of the contact layer is separated from the active element Forming an isolation region in the Schottky layer and the channel layer by performing etching using the photoresist pattern, and forming one of the Schottky layer and the channel layer separated from the active element. An active region forming step of forming an active region having a portion, and two ohmic layers on the contact layer separated from the active element. Forming an ohmic electrode, and removing a predetermined region of the contact layer separated from the active element so that the Schottky layer separated from the active element is exposed between the two ohmic electrodes. And a metal electrode forming step of forming a metal electrode on the active region so as to cover the exposed Schottky layer between the two ohmic electrodes, and the removing step and the metal electrode forming step include: The semiconductor resistance element manufacturing method may be performed simultaneously with the formation of the gate electrode of the active element.
この製造方法によれば、FETのゲート電極形成のためのリセスエッチングと同時に、メサ抵抗の高抵抗化をおこなうことができるので、MMICの製造コストを低減することができる。 According to this manufacturing method, since the mesa resistance can be increased simultaneously with the recess etching for forming the gate electrode of the FET, the manufacturing cost of the MMIC can be reduced.
また、本発明は、チャネル層と、前記チャネル層上に形成されたショットキー層と、前記ショットキー層上に形成されたコンタクト層と、前記ショットキー層上に形成されたゲート電極とを有する能動素子と同一基板上に形成された半導体抵抗素子の製造方法であって、前記コンタクト層上にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを用いて前記コンタクト層の所定領域を除去してコンタクト層の一部を前記能動素子と分離するコンタクト層形成工程と、前記フォトレジストパターンを用いたイオン注入を行うことで前記ショットキー層及びチャネル層内に素子分離領域を形成し、前記能動素子と分離されたショットキー層、チャネル層及びコンタクト層の一部を有する活性領域を形成する活性領域形成工程と、前記能動素子と分離されたコンタクト層上に2つのオーミック電極を形成するオーミック電極形成工程と、前記2つのオーミック電極間において、前記能動素子と分離されたショットキー層が露出するように、前記能動素子と分離されたコンタクト層の所定領域を除去する除去工程と、前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆するように、前記活性領域上に金属電極を形成する金属電極形成工程とを含み、前記除去工程及び金属電極形成工程は、前記能動素子のゲート電極の形成と同時におこなわれることを特徴とする半導体抵抗素子の製造方法とすることもできる。 The present invention further includes a channel layer, a Schottky layer formed on the channel layer, a contact layer formed on the Schottky layer, and a gate electrode formed on the Schottky layer. A method of manufacturing a semiconductor resistance element formed on the same substrate as an active element, wherein a photoresist pattern is formed on the contact layer, and a predetermined region of the contact layer is removed using the photoresist pattern to make a contact Forming a contact isolation layer in the Schottky layer and the channel layer by performing a contact layer forming step of separating a part of the layer from the active element, and ion implantation using the photoresist pattern; An active region forming step of forming an active region having a part of the separated Schottky layer, channel layer, and contact layer; An ohmic electrode forming step of forming two ohmic electrodes on the contact layer separated from the moving element; and the active element so that the Schottky layer separated from the active element is exposed between the two ohmic electrodes. Removing a predetermined region of the contact layer separated from each other, and a metal electrode forming step of forming a metal electrode on the active region so as to cover the exposed Schottky layer between the two ohmic electrodes In addition, the removal step and the metal electrode formation step may be performed simultaneously with the formation of the gate electrode of the active element.
この製造方法によれば、FETのゲート電極形成のためのリセスエッチングと同時に、メサ抵抗の高抵抗化をおこなうことができるので、MMICの製造コストを低減することができる。また、活性領域表面が素子分離領域表面と同一平面内に位置する半導体抵抗素子が得られるので、メサ抵抗側壁からの空乏層の広がりを抑制することができる。 According to this manufacturing method, since the mesa resistance can be increased simultaneously with the recess etching for forming the gate electrode of the FET, the manufacturing cost of the MMIC can be reduced. Moreover, since the semiconductor resistance element whose active region surface is located in the same plane as the surface of the element isolation region is obtained, the spread of the depletion layer from the mesa resistance side wall can be suppressed.
ここで、前記コンタクト層形成工程において、前記能動素子と分離されたショットキー層に対して選択的かつ異方性のドライエッチングを用いて前記コンタクト層の所定領域を除去してもよい。 Here, in the contact layer forming step, a predetermined region of the contact layer may be removed using dry etching which is selective and anisotropic with respect to the Schottky layer separated from the active element.
この製造方法によれば、注入分離のパターン精度を向上させ、数ミクロン以下の微細な半導体抵抗パターンを均一に再現性よく作製することができる。 According to this manufacturing method, the pattern accuracy of injection separation can be improved, and a fine semiconductor resistance pattern of several microns or less can be produced uniformly and with good reproducibility.
本発明によれば、化合物半導体を用いたMMICにおいて、半導体抵抗素子のコンタクト層を除去する工程を、FETのゲート電極形成工程と同時に行うことができるので、工数を削減し、製造コストを低減した半導体抵抗素子及びFETを含むMMICを実現することができる。さらに、半導体抵抗素子の活性領域に対して、FETのチャネル層左右の素子分離領域が同平面上であり、かつ注入分離により形成されるので、メサ抵抗側壁からの空乏層の広がりを抑制し、微細化に適した高抵抗の半導体抵抗素子を実現することができる。 According to the present invention, in the MMIC using a compound semiconductor, the step of removing the contact layer of the semiconductor resistance element can be performed simultaneously with the gate electrode forming step of the FET, thereby reducing the man-hours and the manufacturing cost. An MMIC including a semiconductor resistance element and an FET can be realized. Furthermore, since the element isolation regions on the left and right of the channel layer of the FET are on the same plane with respect to the active region of the semiconductor resistance element and are formed by injection isolation, the spread of the depletion layer from the mesa resistor side wall is suppressed, A high resistance semiconductor resistance element suitable for miniaturization can be realized.
本発明にかかる半導体抵抗素子は、FETのリセスエッチングとメサ抵抗の高抵抗化とを同時に行うことが可能で、製造における工数を低減し、MMICの製造コストを削減することが可能な半導体抵抗素子を実現することができるため、高抵抗の半導体抵抗素子及びFETを含む低コストのMMICを実現することができ、携帯電話端末用等の用途に有用である。 The semiconductor resistance element according to the present invention is capable of simultaneously performing the recess etching of the FET and increasing the resistance of the mesa resistance, reducing the number of manufacturing steps, and reducing the manufacturing cost of the MMIC. Therefore, it is possible to realize a low-cost MMIC including a high-resistance semiconductor resistance element and FET, which is useful for applications such as mobile phone terminals.
以下、本発明の実施の形態における半導体装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態のGaAs MMICについて図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a GaAs MMIC according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は第1の実施の形態のGaAs MMICにおける能動素子としてのFET及び受動素子としての半導体抵抗素子の上面図であり、図1(b)はFET及び半導体抵抗素子の断面図(図1(a)のX2−X2’線における断面図)である。 FIG. 1A is a top view of an FET as an active element and a semiconductor resistance element as a passive element in the GaAs MMIC of the first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the FET and the semiconductor resistance element. It is sectional drawing in the X2-X2 'line | wire of Fig.1 (a).
FET110と半導体抵抗素子100とは、同一基板上に形成され、素子分離領域123により素子分離、つまり電気的に分離されている。
The
FET110は、半絶縁性GaAsからなる基板101と、基板101上に半導体層を結晶成長させて形成されたエピタキシャル層109とから構成される。エピタキシャル層109は、エピタキシャル層109と基板101との間の格子不整合を緩和するための、アンドープGaAsで構成された厚さ1μmのバッファ層102、及びアンドープAlGaAsで構成されたバッファ層103と、厚さ20nmのアンドープIn0.2Ga0.8Asで構成され、キャリアが走行するチャネル層104と、厚さ5nmのアンドープAlGaAsで構成されたスペーサ層105と、n型不純物イオンであるSiが1原子層のみプレーナードーピングされたAlGaAsで構成されたキャリア供給層106と、厚さ30nmのアンドープAlGaAsで構成されたショットキー層107と、厚さ100nmのn+型GaAsで構成されたコンタクト層108とが順次積層されて構成される。
The
ここで、コンタクト層108上には、2つのオーミック電極120が形成されている。また、2つのオーミック電極120間の領域において、コンタクト層108はショットキー層107がエピタキシャル層109表面に露出する深さまでエッチングされており、露出するショットキー層107上には、ゲート電極121が形成されている。さらに、素子分離領域123は、FET110と半導体抵抗素子100との間のチャネル層104、スペーサ層105、キャリア供給層106及びショットキー層107内に形成された、チャネル層104、スペーサ層105、キャリア供給層106及びショットキー層107を貫通する溝により構成される。
Here, two
半導体抵抗素子100は、半絶縁性基板101と、基板101上に形成されたバッファ層102及びバッファ層103と、バッファ層103上に形成された活性領域115と、素子分離領域123によりコンタクト層108と分離されたコンタクト層108の一部であり、活性領域115上に形成されたコンタクト層116とから構成される。活性領域115は、素子分離領域123によりFET110と分離されたチャネル層104、スペーサ層105、キャリア供給層106及びショットキー層107の一部、つまりInGaAs層111、AlGaAs層112、n型AlGaAs層113及びAlGaAs層114により構成される。
The
ここで、コンタクト層116上には、2つのオーミック電極122が形成されている。また、2つのオーミック電極122間の領域において、コンタクト層116は、コンタクト層116を完全に除去する深さまでエッチングされており、エッチングにより活性領域115表面に露出するAlGaAs層114は、活性領域115上に形成されたゲート金属124により覆われている。さらに、GaAs MMIC上にはFET110及び半導体抵抗素子100を被覆するようにSiNやSiOからなる薄膜の絶縁保護膜(図示せず)が形成されている。このとき、ゲート金属124は、FET110のゲート電極121と同一の材料から構成された金属電極であり、回路のいずれにも電気的に接続されておらず電位的に浮遊状態となっている。
Here, two
次に、上記構造を有するGaAs MMICの製造方法について図面を参照しながら説明する。 Next, a manufacturing method of the GaAs MMIC having the above structure will be described with reference to the drawings.
図2(a)〜(f)は、GaAs MMICの断面図である。
まず、図2(a)に示すように、基板101上に、MOCVD法またはMBE法等を用いてバッファ層102、バッファ層103、チャネル層104、スペーサ層105、キャリア供給層106、ショットキー層107及びコンタクト層108を順次エピタキシャル成長させてエピタキシャル層109を形成する。
2A to 2F are cross-sectional views of a GaAs MMIC.
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、フォトレジスト201によりパターンを形成して所定の位置を保護し、エピタキシャル層109に対して例えばリン酸、過酸化水素水及び水の混合液を用いたウェットエッチングを行い、コンタクト層108、ショットキー層107、キャリア供給層106、スペーサ層105及びチャネル層104の所定領域を除去して素子分離領域123を形成する。これによって、半導体抵抗素子100のコンタクト層116と、活性領域115とが形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a pattern is formed by a
次に、図2(c)に示すように、フォトレジスト201を除去した後、新たなフォトレジストによりパターンを形成し、全面にNi/Au/Ge合金からなるオーミック金属を蒸着し(図示せず)、リフトオフすることによりオーミック電極120、122を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, after removing the
次に、図2(d)に示すように、フォトレジスト202を形成した後、FET110の2つのオーミック電極120間の所定領域のコンタクト層108に対して、リセスエッチングを行うことにより、開口203を形成する。これと同時に、半導体抵抗素子100のコンタクト層116よりも広い開口パターンのフォトレジスト202を用いて、2つのオーミック電極122間のコンタクト層116に対して、AlGaAs層114をストッパー層とした選択ウェットエッチングを行い、コンタクト層116を完全に除去して開口204を形成する。このリセスエッチングでは例えばクエン酸、過酸化水素水及び水の混合液が用いられるため、ショットキー層107とコンタクト層108とのエッチング選択比が大きく、コンタクト層108部分を選択的に除去することが可能となる。つまり、安定なリセスエッチングが可能となる。なお、SiCl4、SF6及びN2の混合ガスを用いたドライエッチングでもコンタクト層108をショットキー層107に対して異方性かつ選択的に除去することができるため、この方法によっても微細なパターンの開口203を形成することが可能である。これによって、半導体抵抗素子100のコンタクト層116は完全に除去されるので、HEMTの2次元電子ガスの量で決定される高抵抗な半導体抵抗素子を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 2 (d), after forming a
次に、図2(e)に示すように、例えばTi/Pt/Au合金からなるゲート金属を全面に蒸着し、リフトオフすることにより、開口203の露出したショットキー層107上にゲート電極121を形成する。これと同時に、半導体抵抗素子100の表面に露出したAlGaAs層114を被覆するように、2つのオーミック電極122間の活性領域115上にゲート金属124を形成する。
Next, as shown in FIG. 2E, a gate metal made of, for example, a Ti / Pt / Au alloy is deposited on the entire surface and lifted off to form the
次に、図2(f)に示すように、表面に露出したゲート電極121、ショットキー層107及びコンタクト層108等を被覆するようにSiNやSiOからなる膜厚の薄い絶縁保護膜205を形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, a thin insulating
以上のように本実施の形態のGaAs MMICの製造方法によれば、FETのリセスエッチングと半導体抵抗素子の高抵抗化工程とを共有化する。よって、工数を削減し、MMICの製造コストを削減することができる。
(第2の実施の形態)
以下、本発明の第2の実施の形態のGaAs MMICについて図面を参照しながら説明する。
As described above, according to the GaAs MMIC manufacturing method of this embodiment, the recess etching of the FET and the process of increasing the resistance of the semiconductor resistance element are shared. Therefore, man-hours can be reduced and the manufacturing cost of MMIC can be reduced.
(Second Embodiment)
A GaAs MMIC according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図3(a)は第2の実施の形態のGaAs MMICにおける能動素子としてのFET及び受動素子としての半導体抵抗素子の上面図であり、図3(b)はFET及び半導体抵抗素子の断面図(図3(a)のX3−X3’線における断面図)である。 FIG. 3A is a top view of an FET as an active element and a semiconductor resistance element as a passive element in the GaAs MMIC of the second embodiment, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the FET and the semiconductor resistance element. It is sectional drawing in the X3-X3 'line | wire of Fig.3 (a).
FET310と半導体抵抗素子300とは、同一基板上に形成され、素子分離領域323により素子分離、つまり電気的に分離されている。
The
FET310は、半絶縁性GaAsからなる基板301と、基板301上に半導体層を結晶成長させて形成されたエピタキシャル層309とから構成される。エピタキシャル層309は、エピタキシャル層309と基板301との間の格子不整合を緩和するための、アンドープGaAsで構成された厚さ1μmのバッファ層302、及びアンドープAlGaAsで構成されたバッファ層303と、厚さ20nmのアンドープIn0.2Ga0.8Asで構成され、キャリアが走行するチャネル層304と、厚さ5nmのアンドープAlGaAsで構成されたスペーサ層305と、n型不純物イオンであるSiが1原子層のみプレーナードーピングされたAlGaAsで構成されたキャリア供給層306と、厚さ30nmのアンドープAlGaAsで構成されたショットキー層307と、厚さ100nmのn+型GaAsで構成されたコンタクト層308とが順次積層されて構成される。
The
ここで、コンタクト層308上には、2つのオーミック電極320が形成されている。また、2つのオーミック電極320間の領域においてコンタクト層308は、ショットキー層307がエピタキシャル層309表面に露出する深さまでエッチングされており、露出するショットキー層307上には、ゲート電極321が形成されている。さらに、素子分離領域323は、FET310と半導体抵抗素子300との間のチャネル層304、スペーサ層305、キャリア供給層306及びショットキー層307内に形成された不純物領域により構成される。
Here, two
半導体抵抗素子300は、半絶縁性基板301と、基板301上に形成されたバッファ層302及びバッファ層303と、バッファ層303上に形成された活性領域315と、素子分離領域323によりコンタクト層308と分離されたコンタクト層308の一部であり、活性領域315上に形成されたコンタクト層316とから構成される。活性領域315は、素子分離領域323によりFET310と分離されたチャネル層304、スペーサ層305、キャリア供給層306及びショットキー層307の一部、つまりInGaAs層311、AlGaAs層312、n型AlGaAs層313及びAlGaAs層314により構成される。
The
ここで、コンタクト層316上には、2つのオーミック電極322が形成されている。また、2つのオーミック電極322間の領域において、コンタクト層316は、コンタクト層316を完全に除去する深さまでエッチングされており、エッチングにより活性領域315表面に露出するAlGaAs層314は、活性領域315上に形成されたゲート金属324により覆われている。さらに、GaAs MMIC上にはFET310及び半導体抵抗素子300を被覆するようにSiNやSiOからなる薄膜の絶縁保護膜(図示せず)が形成されている。さらにまた、活性領域315表面、つまりAlGaAs層314表面と素子分離領域323表面とは、ほぼ段差なく同一平面内に位置する。これによって、半導体抵抗素子300側壁からの空乏層の広がりを抑制することができる。このとき、ゲート金属324は、FET310のゲート電極321と同一の材料から構成された金属電極であり、回路のいずれにも電気的に接続されておらず電位的に浮遊状態となっている。
Here, two
次に、上記構造を有するGaAs MMICの製造方法について図面を参照しながら説明する。 Next, a manufacturing method of the GaAs MMIC having the above structure will be described with reference to the drawings.
図4(a)〜(f)は、GaAs MMICの断面図である。
まず、図4(a)に示すように、基板301上に、MOCVD法またはMBE法等を用いてバッファ層302、バッファ層303、チャネル層304、スペーサ層305、キャリア供給層306、ショットキー層307及びコンタクト層308を順次エピタキシャル成長させてエピタキシャル層309を形成する。
4A to 4F are cross-sectional views of the GaAs MMIC.
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、フォトレジスト401によりパターンを形成して所定の位置を保護し、エピタキシャル層309に対して例えばSiCl4、SF6、N2の混合ガスを用いたドライエッチングを行い、コンタクト層308の所定領域を除去する。その後、フォトレジスト401をそのまま使用し、例えばボロンをイオン注入することでチャネル層304より下まで到達する素子分離領域323を、ショットキー層307、キャリア供給層306、スペーサ層305及びチャネル層304の所定領域内に形成する。これによって、半導体抵抗素子300のコンタクト層316と、活性領域315とが形成される。このとき、ドライエッチングにおいてショットキー層307はストッパー層として機能し、コンタクト層308をショットキー層307に対して異方性かつ選択的に除去することができるので、第1の実施の形態と同様にこの方法によっても微細パターンに対して高精度なエッチング及びイオン注入を行い、微細加工を施した半導体抵抗素子300を形成することが可能である。
Next, as shown in FIG. 4B, a pattern is formed by a
次に、図4(c)に示すように、フォトレジスト401を除去した後、新たなフォトレジストによりパターンを形成し、全面にNi/Au/Ge合金からなるオーミック金属を蒸着し(図示せず)、リフトオフすることによりオーミック電極320、322を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the
次に、図4(d)に示すように、フォトレジスト402を形成した後、FET310の2つのオーミック電極320間の所定領域のコンタクト層308に対して、リセスエッチングを行うことにより、開口403を形成する。これと同時に、半導体抵抗素子300のコンタクト層316よりも広い開口パターンのフォトレジスト402を用いて、2つのオーミック電極322間のコンタクト層316に対して、AlGaAs層314をストッパー層とした選択ウェットエッチングを行い、コンタクト層316を完全に除去して開口404を形成する。このリセスエッチングでは例えばクエン酸、過酸化水素水、水の混合液が用いられるため、ショットキー層307とコンタクト層308とのエッチング選択比が大きく、コンタクト層308部分を選択的に除去することが可能となる。つまり、安定なリセスエッチングが可能となる。なお、SiCl4、SF6及びN2の混合ガスを用いたドライエッチングでもコンタクト層308をショットキー層307に対して異方性かつ選択的に除去することができるため、この方法によっても微細なパターンの開口403を形成することが可能である。これによって、半導体抵抗素子300のコンタクト層316は完全に除去されるので、HEMTの2次元電子ガスの量で決定される高抵抗な半導体抵抗素子を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 4D, after forming a
次に、図4(e)に示すように、例えばTi/Pt/Au合金からなるゲート金属を全面に蒸着し、リフトオフすることにより、開口403の露出したショットキー層307上にゲート電極321を形成する。これと同時に、半導体抵抗素子300の表面に露出したAlGaAs層314を被覆するように、2つのオーミック電極322間の活性領域315上にゲート金属324を形成する。
Next, as shown in FIG. 4E, a gate metal made of, for example, a Ti / Pt / Au alloy is deposited on the entire surface and lifted off to form the
次に、図4(f)に示すように、表面に露出したゲート電極321、ショットキー層307及びコンタクト層308等を被覆するようにSiNやSiOからなる膜厚の薄い絶縁保護膜405を形成する。
Next, as shown in FIG. 4F, a thin insulating
以上のように本実施の形態のGaAs MMICの製造方法によれば、FETのリセスエッチングと半導体抵抗素子の高抵抗化工程を共有化する。よって、工数を削減し、MMICの製造コストを削減することができる。 As described above, according to the GaAs MMIC manufacturing method of the present embodiment, the recess etching of the FET and the process of increasing the resistance of the semiconductor resistance element are shared. Therefore, man-hours can be reduced and the manufacturing cost of MMIC can be reduced.
また、本実施の形態のGaAs MMICの製造方法によれば、例えばSiCl4、SF6及びN2の混合ガスを用いたドライエッチングにより、コンタクト層308をショットキー層307に対して異方性かつ選択的に除去することができるので、素子分離領域323形成のための不純物注入領域のパターン精度を向上させ、数ミクロン以下の微細な半導体抵抗素子を均一に再現性よく作製することができる。
Further, according to the GaAs MMIC manufacturing method of the present embodiment, the
なお、以上の説明ではGaAs/InGaAs系のエピタキシャル層を用いた例について説明したが、他のInP系その他のヘテロ系についても同様の効果があることは言うまでもない。 In the above description, an example using a GaAs / InGaAs-based epitaxial layer has been described, but it goes without saying that other InP-based and other heterosystems have the same effect.
本発明は、半導体抵抗素子及びその製造方法に利用でき、特にFET及び高抵抗半導体抵抗素子を含むGaAs MMIC等に利用できる。 The present invention can be used for a semiconductor resistance element and a manufacturing method thereof, and in particular, for a GaAs MMIC including an FET and a high resistance semiconductor resistance element.
1、101、301 基板
2、3、102、103、302、303 バッファ層
4、104、304 チャネル層
5、105、305 スペーサ層
6、106、306 キャリア供給層
7、107、307 ショットキー層
8、18、108、116、308、316 コンタクト層
9、109、309 エピタキシャル層
10、24、120、122、320、322 オーミック電極
11、121、321 ゲート電極
13、111、311 InGaAs層
14、112、312 AlGaAs層
15、113、313 n型AlGaAs層
16、114、314 AlGaAs層
17、115、315 活性領域
21、100、300 半導体抵抗素子
22、110、310 FET
23、123、323 素子分離領域
33、205、405 絶縁保護膜
30、31、201、202、401、402 フォトレジスト
32、203、204、403、404 開口
124、324 ゲート金属
1, 101, 301
23, 123, 323
Claims (7)
素子分離領域により前記能動素子と分離された前記ショットキー層及びチャネル層の一部を有する活性領域と、
前記活性領域上に形成されたコンタクト層及び金属電極と、
前記コンタクト層上に形成された2つのオーミック電極とを備え、
前記2つのオーミック電極間において、前記ショットキー層が露出し、
前記金属電極は、前記ゲート電極と同一の材料から構成され、前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆する
ことを特徴とする半導体抵抗素子。 Formed on the same substrate as an active element having a channel layer, a Schottky layer formed on the channel layer, and a gate electrode formed on the Schottky layer;
An active region having a part of the Schottky layer and the channel layer separated from the active element by an element isolation region;
A contact layer and a metal electrode formed on the active region;
Two ohmic electrodes formed on the contact layer,
The Schottky layer is exposed between the two ohmic electrodes,
The metal resistor is made of the same material as the gate electrode, and covers the exposed Schottky layer between the two ohmic electrodes.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体抵抗素子。 2. The semiconductor resistance element according to claim 1, wherein the metal electrode is not electrically connected to any circuit and is in a floating state in potential.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体抵抗素子。 The semiconductor resistance element according to claim 1, wherein the surface of the active region is located in the same plane as the surface of the element isolation region.
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体抵抗素子。 The semiconductor resistance element according to claim 3, wherein the element isolation region is formed by boron ion implantation.
前記コンタクト層上にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを用いて前記コンタクト層の所定領域を除去してコンタクト層の一部を前記能動素子と分離するコンタクト層形成工程と、
前記フォトレジストパターンを用いたエッチングを行うことで前記ショットキー層及びチャネル層内に素子分離領域を形成し、前記能動素子と分離されたショットキー層及びチャネル層の一部を有する活性領域を形成する活性領域形成工程と、
前記能動素子と分離されたコンタクト層上に2つのオーミック電極を形成するオーミック電極形成工程と、
前記2つのオーミック電極間において、前記能動素子と分離されたショットキー層が露出するように、前記能動素子と分離されたコンタクト層の所定領域を除去する除去工程と、
前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆するように、前記活性領域上に金属電極を形成する金属電極形成工程とを含み、
前記除去工程及び金属電極形成工程は、前記能動素子のゲート電極の形成と同時におこなわれる
ことを特徴とする半導体抵抗素子の製造方法。 Manufacturing method of semiconductor resistance element formed on same substrate as active element having channel layer, Schottky layer formed on channel layer, contact layer and gate electrode formed on Schottky layer Because
Forming a photoresist pattern on the contact layer, removing a predetermined region of the contact layer using the photoresist pattern, and separating a part of the contact layer from the active element; and
Etching using the photoresist pattern forms an element isolation region in the Schottky layer and channel layer, and forms an active region having a part of the Schottky layer and channel layer separated from the active element An active region forming step,
Forming an ohmic electrode on the contact layer separated from the active element;
Removing a predetermined region of the contact layer separated from the active element such that a Schottky layer separated from the active element is exposed between the two ohmic electrodes;
Forming a metal electrode on the active region so as to cover an exposed Schottky layer between the two ohmic electrodes,
The removal step and the metal electrode formation step are performed simultaneously with the formation of the gate electrode of the active element.
前記コンタクト層上にフォトレジストパターンを形成し、前記フォトレジストパターンを用いて前記コンタクト層の所定領域を除去してコンタクト層の一部を前記能動素子と分離するコンタクト層形成工程と、
前記フォトレジストパターンを用いたイオン注入を行うことで前記ショットキー層及びチャネル層内に素子分離領域を形成し、前記能動素子と分離されたショットキー層、チャネル層及びコンタクト層の一部を有する活性領域を形成する活性領域形成工程と、
前記能動素子と分離されたコンタクト層上に2つのオーミック電極を形成するオーミック電極形成工程と、
前記2つのオーミック電極間において、前記能動素子と分離されたショットキー層が露出するように、前記能動素子と分離されたコンタクト層の所定領域を除去する除去工程と、
前記2つのオーミック電極間の露出するショットキー層を被覆するように、前記活性領域上に金属電極を形成する金属電極形成工程とを含み、
前記除去工程及び金属電極形成工程は、前記能動素子のゲート電極の形成と同時におこなわれる
ことを特徴とする半導体抵抗素子の製造方法。 On the same substrate as the active element having a channel layer, a Schottky layer formed on the channel layer, a contact layer formed on the Schottky layer, and a gate electrode formed on the Schottky layer A method of manufacturing a semiconductor resistance element formed in
Forming a photoresist pattern on the contact layer, removing a predetermined region of the contact layer using the photoresist pattern, and separating a part of the contact layer from the active element; and
By performing ion implantation using the photoresist pattern, an element isolation region is formed in the Schottky layer and the channel layer, and a part of the Schottky layer, the channel layer, and the contact layer separated from the active element is included. An active region forming step of forming an active region;
Forming an ohmic electrode on the contact layer separated from the active element;
Removing a predetermined region of the contact layer separated from the active element such that a Schottky layer separated from the active element is exposed between the two ohmic electrodes;
Forming a metal electrode on the active region so as to cover an exposed Schottky layer between the two ohmic electrodes,
The removal step and the metal electrode formation step are performed simultaneously with the formation of the gate electrode of the active element.
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体抵抗素子の製造方法。
The predetermined region of the contact layer is removed by using selective and anisotropic dry etching with respect to the Schottky layer separated from the active element in the contact layer forming step. 6. A method for producing a semiconductor resistance element according to 6.
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