JP2016018981A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチングレートが結晶の面方位に依存する半導体のウェットエッチングにおいて、露光機の限界解像度の半分以下のサイドエッチング量を確認できるエッチングモニタを提供する。【解決手段】第１の辺とこの第１の辺に交差する第２の辺とを有しており素子領域Ｋ１を画定するパターンと、エッチングモニタＭ２のパターンとを備えたマスク層Ｍを半導体層上に形成する工程と、マスク層Ｍから露出した半導体層をエッチングする工程とを備え、エッチングモニタＭ２のパターンは、第１の辺及び第２の辺とは平行しない一対の長辺と、この長辺と交差する一対の短辺とを備えた個片パターンの突出部Ｍ２１〜Ｍ２４が短辺の長さを異ならせて複数設けられた構造を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子の製造方法に関する。

特許文献１は、半導体装置の製造方法を開示している。この製造方法は、半導体基板上に形成した第１の膜の上に第２の膜を被着し、この第２の膜を選択的にエッチングして第１の膜の表面を露呈させる開口を形成する工程を含む。この製造方法では、第２の膜にエッチング形成する開口予定領域内に、第２の膜の膜厚の２倍以上の平面長さを有するチェックパターンを第２の膜のエッチング用マスクとして設け、チェックパターンが除去されるまで第２の膜を等方性エッチングし、かつその後に所定の時間エッチングを継続して第２の膜に開口を開設する。

特許第２８２２８７９号公報 特開２００３−３４４９８７号公報 特開昭６３−１１７４２８号公報 特開２００７−５９７２０号公報

半導体のエッチングは、ドライエッチングとウェットエッチングに大別される。ドライエッチングでは、ウェットエッチングと比較してサイドエッチング量が小さいため、寸法制御性の高いエッチングが可能である。一方で、ドライエッチングはダメージが入りやすいため、低ダメージエッチングが要求される場合にはウェットエッチングが有利である。また、ウェットエッチングのほうが異種材料間のエッチングレートに差をつけるのが容易であるため、特定の層でエッチングを停止させたい場合にもウェットエッチングが有利である。さらに、意図的にサイドエッチングを入れた加工を行うことで所望の形状を実現する場合にも、ウェットエッチングが多用される。これらの理由から、寸法制御性の良いウェットエッチングを行う手法の確立が望まれている。

半導体のウェットエッチングにおいては、エッチングレートが半導体結晶の面方位に依存する場合がある。制御性良くパターンを形成したい場合には、サイドエッチング量のばらつきによる寸法制御性の悪化を抑制するために、相対的にエッチングレートが遅い面方位に沿ってパターンを形成するのが一般的である。エッチングレートが遅ければ、制御性がより向上するためである。その上で、予め一定のサイドエッチング量を見込んでマスクの寸法を決定する。この場合、正確なパターン寸法の確認については、マスクを除去せずに行うことができない。一般的に寸法確認に使用される電子顕微鏡では、マスクを透過して高精度な測定を行うことが困難なためである。

しかしながら、薬液の配合比、温度、マスクと半導体との密着性の変動、等の影響により、サイドエッチング量は、処理毎にばらつくことが考えられる。サイドエッチング量のばらつきは、マスクを除去しなくては確認できないため、そのまま半導体パターンの寸法ばらつきに繋がる。そこで、従来から、間接的にサイドエッチング量を確認するエッチングモニタが考案されていた(例えば、特許文献１〜３等)。従来のエッチングモニタでは、モニタ幅をサイドエッチング量に応じて微細化する必要がある。しかし、モニタ幅は、露光機の限界解像度に満たない程度にまで微細化できないため、実際に確認できるサイドエッチング量は露光機の限界解像度の半分程度までとなり、それ以下のサイドエッチング量を確認することは困難である。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、エッチングレートが結晶の面方位に依存する半導体のウェットエッチングにおいて、露光機の限界解像度の半分以下のサイドエッチング量を確認できるエッチングモニタを提供することである。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法は、第１の辺と前記第１の辺に交差する第２の辺とを有しており素子領域を画定するパターンと、エッチングモニタのパターンとを備えたマスク層を半導体層上に形成する工程と、前記マスク層から露出した前記半導体層をエッチングする工程と、を備え、前記エッチングモニタのパターンは、前記第１の辺及び前記第２の辺とは平行しない一対の長辺と、前記長辺と交差する一対の短辺とを備えた個片パターンが、前記短辺の長さを異ならせて複数設けられた構造を有する。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法によれば、エッチングレートが結晶の面方位に依存する半導体のウェットエッチングにおいて、露光機の限界解像度の半分以下のサイドエッチング量を確認できるエッチングモニタを提供できる。

実施形態に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法の主要な工程のうちウェハを準備する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法に用いられるウェハの表面の構成を説明するための図である。 ウェットエッチングで用いられる実施形態に係るマスクの構成を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうちエミッタ側の素子領域を形成する工程を説明するための図である。 ウェットエッチングで用いられる実施形態に係るエッチングモニタの構成を説明するための図である。 ウェットエッチングで用いられる実施形態に係るエッチングモニタの構成を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうちベース側の素子領域を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうちコレクタ側の素子領域を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち電極を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち電極を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち電極を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち電極を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち引出配線を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち引出配線を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係る製造方法の主要な工程のうち引出配線を形成する工程を説明するための図である。 実施形態に係るＧａＡｓ系材料組み合わせ例、エッチャント例を示す図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法は、第１の辺と前記第１の辺に交差する第２の辺とを有しており素子領域を画定するパターンと、エッチングモニタのパターンとを備えたマスク層を半導体層上に形成する工程と、前記マスク層から露出した前記半導体層をエッチングする工程と、を備え、前記エッチングモニタのパターンは、前記第１の辺及び前記第２の辺とは平行しない一対の長辺と、前記長辺と交差する一対の短辺とを備えた個片パターンが、前記短辺の長さを異ならせて複数設けられた構造を有する。このように、本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、ウェットエッチングにおいてエッチングレートが面方位によって異なるという性質を用いることによって、マスクの一辺に沿った第１の面方位でのエッチング量を、第１の面方位とは異なる第２の面方位でのエッチング量によって測定できるので、例えば第１の面方位よりも比較的にエッチングレートの大きい第２の面方位でのエッチング量を測定することで、第１の面方位でのエッチング量を直接に測定しなくとも、この第１の面方位でのエッチング量の詳細な測定が可能となる。また、第１の面方位よりもエッチングレートの大きな第２の面方位でのエッチング量が測定できるので、第１の面方位でのエッチング量が、マスクを形成する露光機の限界解像度を下回るようなエッチング量である場合でも、第１の面方位でのエッチング量を好適に測定できる。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、前記半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓのいずれか１つからなり、前記エッチングにより、前記第１の辺または前記第２の辺に沿って露出した第１の面方位が（０１−１）面の場合、前記個片パターンの長辺に沿って露出した第２の面方位が、（００１）面、（０１０）面、（００−１）面、（０−１０）面の何れかであるのが好ましい。このように、本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、（０１−１）面の第１の面方位と、（００１）面、（０１０）面、（００−１）面、（０−１０）面の何れかである第２の面方位とに対して利用可能である。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、前記エッチングにより、前記第１の辺または前記第２の辺に沿って露出した前記第１の面方位でのエッチングレートは、前記個片パターンの長辺に沿って露出した第２の面方位でのエッチングレートよりも小さいことが好ましい。このように、本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、第１の面方位よりも比較的にエッチングレートの大きい第２の面方位でのエッチング量を測定することで、第１の面方位でのエッチング量を直接に測定しなくとも、この第１の面方位でのエッチング量の詳細な測定が可能となる。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、前記エッチングモニタのパターンが備える複数の個片パターンの消失数によって、前記エッチングの停止時期を判定することが好ましい。このように個片パターンの消失数を目視で確認するだけでエッチングの停止時期を容易かつ確実に判定できる。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法では、前記素子領域を画定するパターンは、前記第１の辺と前記第２の辺とを有する矩形形状であり、前記個片パターンの長辺は、前記矩形形状の対角線に直交してなることが好ましい。このように素子領域を画定するパターンの矩形形状の対角線と固片パターンの長辺とが直交するように画素領域を画定するパターンと個片パターンとを形成すればよいので、両パターンの形成が容易となる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態にかかるヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

ヘテロ接合バイポーラトランジスタを製造するために、ウェハ１００を形成する。ウェハ１００は、図１に示すように、基板３、サブコレクタ層５、コレクタ層７、ベース層９、エミッタ層１１、エミッタコンタクト層１３を備える。サブコレクタ層５、コレクタ層７、ベース層９、エミッタ層１１、エミッタコンタクト層１３は、それぞれ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層であり、この順に基板３の上で積層されている。ウェハ１００の形成は、まず、基板３を用意し、基板３の表面に、例えばＯＭＶＰＥ（有機金属基層成長法）等を用いたエピタキシャル成長によって、サブコレクタ層５、コレクタ層７、ベース層９、エミッタ層１１、エミッタコンタクト層１３を順に設けることによって成される。この半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓのいずれか１つからなる。

サブコレクタ層５の材料は、例えばＩｎＧａＡｓである。サブコレクタ層５は、Ｓｉのｎ型ドーパントが添加されている。サブコレクタ層５の不純物濃度は、コレクタ損失（コレクタ−エミッタ間を流れる電流と、コレクタ−エミッタ間電圧との積）を比較的に小さくするように比較的に高く設定される。サブコレクタ層５の不純物濃度の上限は、１×１０^１９〜５×１０^１９［ｃｍ^−３］である。サブコレクタ層５の膜厚は、２００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下であり、例えば３００［ｎｍ］の程度とすることができる。

コレクタ層７の材料は、例えばＩｎＧａＡｓである。コレクタ層７は、Ｓｉのｎ型ドーパントが添加されている。コレクタ層７の不純物濃度は、サブコレクタ層５の不純物濃度よりも低い。コレクタ層７の不純物濃度は、コレクタ損失を比較的に小さくするために比較的に高い場合があるが、トランジスタ動作に好適なベース・コレクタ接合を得るために過度に高くできない。コレクタ層７の不純物濃度を過度に高くすると、ベース・コレクタ接合容量が増加するだけでなく、ベース・コレクタ耐圧を高めることが困難となる。コレクタ層７の不純物濃度の上限は、１×１０^１５〜１×１０^１７［ｃｍ^−３］である。コレクタ層７の膜厚は、ベース・コレクタ容量の増加を抑制するように設定される。コレクタ層７の膜厚は、２００［ｎｍ］以上５００［ｎｍ］以下であり、例えば４００［ｎｍ］の程度とすることができる。

ベース層９の材料は、例えばＩｎＧａＡｓである。ベース層９は、炭素（Ｃ）のｐ型ドーパントが添加されている。炭素は、亜鉛に比較して大きい固溶限を有し、亜鉛に比較して小さい拡散係数を有するので、炭素の添加されたベース層９は、比較的に急峻な不純物プロファイルを有する。ベース層９の不純物濃度は、ベース抵抗を低減するために比較的に高く設定される。ベース層９の不純物濃度の上限は、２×１０^１９〜４×１０^１９［ｃｍ^−３］である。ベース層９の膜厚は、比較的に良好な電流増幅率を得るために比較的に薄く設定される。ベース層９の膜厚は、３０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下であり、５０［ｎｍ］の程度とすることができる。

エミッタ層１１の材料は、例えばＩｎＰである。エミッタ層１１は、ベース層９に比較して大きいバンドギャップを有する。エミッタ層１１は、Ｓｉのｎ型ドーパントが添加されている。エミッタ層１１の不純物濃度の上限は、２×１０^１７〜５×１０^１８［ｃｍ^−３］である。エミッタ層１１の膜厚は、１０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下であり、１０［ｎｍ］の程度とすることができる。

エミッタコンタクト層１３の材料は、例えばＩｎＧａＡｓである。エミッタコンタクト層１３は、エミッタ層１１に比較して小さいバンドギャップを有する。エミッタコンタクト層１３は、Ｓｉのｎ型ドーパントが添加されている。エミッタコンタクト層１３の不純物濃度の上限は、１×１０^１９〜５×１０^１９［ｃｍ^−３］である。エミッタコンタクト層１３の膜厚は、１００［ｎｍ］以上である。エミッタコンタクト層１３の膜厚の下限は、エミッタ電極の金属がシンターによって拡散する距離より大きく設定される。

ウェハ１００を形成した後、ウェハ１００の表面Ｓ１（半導体層上）にＣＶＤ等を用いてＳｉＮのマスク層Ｍ（図示は省略されている）を設け、このマスク層Ｍ上にレジストＲ１を設けてＲＩＥによってマスクＭ１のパターンを形成し、レジストＲ１を除去する工程を行う。マスクＭ１、レジストＲ１は、表面Ｓ１の法線方向Ｎｖに沿って、表面Ｓ１の上に順に設けられる。マスクＭ１は、法線方向Ｎｖから見て、矩形形状を有する。マスクＭ１の矩形形状の互いに交差する二辺（第１の辺及び第２の辺）は、図２に示すように、それぞれ、（０１１）、（０１−１）の面方位に沿って伸びている。（０１−１）の面方位に伸びるマスクＭ１の一辺の幅は、１．７［μｍ］の程度である。マスクＭ１は、２００ｎｍの程度の厚みを有する。なお、ウェハ１００のＯＦの面方位は、（０−１−１）であり、ＩＦの面方位は、（０−１１）である。マスク層Ｍは、後述する素子領域Ｋ１を画定するパターン（マスクＭ１のパターン）と、エッチングモニタＭ２のパターンとを備え、素子領域Ｋ１は、互いに交差する二辺からなる略矩形状を有する。

マスクＭ１の形状を、図３の（Ａ）部を参照して詳細に説明する。マスクＭ１は、ウェットエッチングに用いられる。エミッタコンタクト層１３のエッチャントは、例えば、リン酸：過水：水＝５：１：１０からなるリン酸系エッチャントであり、エッチング時間は、例えば、約２０秒エッチングする。このとき、モニタを確認しながら必要に応じて追加エッチングをしても良い。また、エミッタ層１１のエッチャントは、例えば、塩酸：水＝３：５からなる塩酸系エッチャントであり、エッチング時間は、例えば、約４０秒エッチングする。図３の（Ａ）部に示すマスクＭ１の形状は、ウェットエッチングにおけるエッチングレートが結晶の面方位によって異なっていることに起因する。例えば、本実施形態においては、（０１−１）面及び（０１１）面におけるエッチングレートをＶ１［ｎｍ／ｍｉｎ］とし、（００−１）面及び（００１）面におけるエッチングレートをＶ２とすると、Ｖ１はＶ２よりも小さく、具体的には、例えばＶ２はＶ１の２倍程度である。一般的には、マスクＭ１のパターンを用いたエッチングにより、マスクＭ１のパターンの互いに交差する二辺の何れかに沿って露出した第１の面方位でのエッチングレートは、エッチングモニタＭ２の個片パターン（突出部Ｍ２１〜Ｍ２４）の長辺に沿って露出した第２の面方位でのエッチングレートよりも小さい。マスクＭ１は、（０１１）方向に伸びる辺Ｍ１ａ及び辺Ｍ１ｂと、（０１−１）に伸びる辺Ｍ１ｃ及び辺Ｍ１ｄとを備える。マスクＭ１は、辺Ｍ１ｃ及び辺Ｍ１ｄの各々から伸び出す突起Ｍ１ｅ，Ｍ１ｆ，Ｍ１ｇ，Ｍ１ｈを形成するように設けられた追加の辺Ｍ１ｉ，Ｍ１ｊ，Ｍ１ｋ，Ｍ１ｍを備える。突起Ｍ１ｅ，Ｍ１ｆ，Ｍ１ｇ，Ｍ１ｈの各々は、それぞれ、辺Ｍ１ａ及び辺Ｍ１ｂの一部と追加の辺Ｍ１ｉ，Ｍ１ｊ，Ｍ１ｋ，Ｍ１ｍの各々とにより規定されている。このような形状のマスクＭ１を用いることによって、図３の（Ａ）部及び（Ｂ）部に示すように、ウェットエッチングにおけるエッチングレートが上記のように結晶の面方位によって異なっていても、法線方向Ｎｖから見て略矩形形状を有するエミッタコンタクト層１３ａを形成できる。

レジストＲ１を除去した後、図４に示すように、マスクＭ１を用いて、マスク層Ｍから露出した半導体層（特にエミッタ層１１及びエミッタコンタクト層１３）を選択的にウェットエッチングし、素子領域Ｋ１を形成する工程を行う。素子領域Ｋ１は、エミッタ層１１ａとエミッタコンタクト層１３ａとを備える。エミッタ層１１ａは、ウェットエッチングによってエミッタ層１１から形成されたものであり、エミッタコンタクト層１３ａも、ウェットエッチングによってエミッタコンタクト層１３から形成されたものである。

（０１−１）の面方位に伸びるエミッタコンタクト層１３ａのメサの上部での一辺の幅は、１．５［μｍ］の程度であり、エッチング量は、（０１−１）の面方位に０．２［μｍ］の程度である。すなわち、（０１１）の面方位に向かって（０１−１）の面方位にエミッタコンタクト層１３ａ（素子領域Ｋ１）の両側それぞれ０．１［μｍ］ずつエッチングされることによって、（０１−１）の面方位に合計で０．２［μｍ］の程度がエッチングされることになる。

エッチング量は、エッチングモニタＭ２を参照して確認できる。エッチングモニタＭ２は、図２に示すように、ウェハ１００の表面Ｓ１に形成される。エッチングモニタＭ２は、マスクＭ１と同じ厚みと材料とを備え、マスクＭ１の形成と同時に形成される。マスク層Ｍが有するエッチングモニタＭ２のパターンは、素子領域Ｋ１の二辺とは平行しない一対の長辺と、この長辺と交差する一対の短辺とを備えた個片パターンが、短辺の長さを異ならせて複数設けられた構造を有する。個片パターンの長辺は、素子領域Ｋ１を画定するマスクＭ１のパターンの矩形形状の対角線に直交してなる。素子領域を画定するパターンの矩形形状の対角線と固片パターンの長辺とが直交するように画素領域を画定するパターンと個片パターンとを形成すればよいので、両パターンの形成が容易となる。

そこで、図５を参照して、エッチングモニタＭ２の構成を説明する。エッチングモニタＭ２は、個片パターンとして突出部Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４と、基端部Ｍ２５とを備える。

突出部Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４は、基端部Ｍ２５に接続されており、互いに平行に基端部Ｍ２５から方向Ｄ１に伸びており、法線方向Ｎｖから見て略矩形の形状を備える。方向Ｄ１は、（０１０）の面方位に向いている。突出部Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４のそれぞれの幅（方向Ｄ１に垂直な方向の短辺の長さ）は、順に大きい。突出部Ｍ２１の幅が最も小さく、突出部Ｍ２４の幅が最も大きい。例えば、突出部Ｍ２１の幅は、０．３５［μｍ］の程度であり、突出部Ｍ２２の幅は、０．４０［μｍ］の程度であり、突出部Ｍ２３の幅は、０．４５［μｍ］の程度であり、突出部Ｍ２４の幅は、０．５０［μｍ］の程度であることができる。突出部Ｍ２１の幅は、露光機の限界解像度（マスクの幅の最小値）である。

基端部１３ｂ１は方向Ｄ１に直交する方向に伸びている。基端部１３ｂ１は、法線方向Ｎｖから見て略矩形の形状を備える。基端部１３ｂ１の幅（方向Ｄ１の長辺の長さ）は、１０［μｍ］の程度であり、長さ（方向Ｄ１に垂直な一辺の長さ）は、３０［μｍ］の程度である。

エッチングモニタＭ２を用いれば、（００−１）面及び（００１）面でのエッチング量を測定することができる。（００−１）面及び（００１）面でのエッチング量の測定結果を用いれば、（００−１）面及び（００１）面以外の他の面、例えば、（０１−１）面等でのエッチング量の測定が可能となる。特に、露光機の限界解像度に対応する幅の突出部Ｍ２１を用いれば、例えば（０１−１）面のエッチング量を露光機の限界解像度の半分程度まで小さくすることが可能となる。例えば、（０１−１）面におけるエッチングレートのＶ１［ｎｍ／ｍｉｎ］と、（００−１）面及び（００１）面におけるエッチングレートのＶ２と、（０１−１）面におけるエッチング量のＬ１［μｍ］とを用いれば、突出部Ｍ２１の幅をＬ２［μｍ］とすると、Ｌ２［μｍ］は、Ｌ２＝２×Ｌ１×（Ｖ２／Ｖ１）となり、Ｖ２のほうがＶ１より大きいので、Ｌ２の半分以下のエッチング量で、（０１−１）面でのウェットエッチングが可能となる。

エッチングモニタＭ２を用いたエッチング量の測定は、次のようにして行う。例えば、突出部Ｍ２１の箇所のエミッタコンタクト層１３及びエミッタ層１１が全てウェットエッチングされると、エミッタコンタクト層１３及びエミッタ層１１は、エッチングモニタＭ２の形状に対応したエミッタコンタクト層１３ｂ及びエミッタ層１１ｂとなる。エミッタコンタクト層１３ｂは、基端部１３ｂ１と突出部１３ｂ２と突出部１３ｂ３と突出部１３ｂ４とを備える。基端部１３ｂ１は、（００−１）及び（００１）の面方位に伸びている。突出部１３ｂ２と突出部１３ｂ３と突出部１３ｂ４とは、基端部１３ｂ１から方向Ｄ１の方向に伸びている。エミッタ層１１ｂは、エミッタコンタクト層１３ｂと同様の形状を有する。基端部１３ｂ１及び突出部１３ｂ２，１３ｂ３，１３ｂ４のそれぞれは、エッチングモニタＭ２の基端部Ｍ２５及び突出部Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４のぞれぞれによって覆われている。エッチングモニタＭ２の突出部Ｍ２１〜Ｍ２４のうち幅（露光機の限界解像度に対応する幅）の最も小さい突出部Ｍ２１は、ウェットエッチングによってエミッタコンタクト層１３及びエミッタ層１１の支えを失い、図６の（Ａ）部及び（Ｃ）部に示すように、突出部Ｍ２１の端部の領域Ｅ１がベース層９の表面側に垂れている。測定者は、突出部Ｍ２１にこのような垂れが生じた時点で、（０１−１）面でのエッチング量Ｌ１がＬ２＝２×Ｌ１×（Ｖ２／Ｖ１）を満たす量に至ったと、判断できる。なお、この場合、エッチングモニタＭ２の突出部Ｍ２１〜Ｍ２４のうち突出部Ｍ２１のみがベース層９の表面側に垂れており、他の突出部Ｍ２２〜Ｍ２４のそれぞれはこの時点では突出部１３ｂ２，１３ｂ３，１３ｂ４のそれぞれによって支えられており、ベース層９の表面側に垂れてはいない。例えば、突出部Ｍ２４は、突出部Ｍ２４を支えるエミッタコンタクト層１３の一部が残存しており突出部１３ｂ４となっているので、図６の（Ｂ）部及び（Ｄ）部に示すように、突出部Ｍ２４は、突出部１３ｂ４によって支えられたままの状態が維持されている。突出部Ｍ２２，Ｍ２３の場合も、この突出部Ｍ２４の場合と同様である。図６の（Ａ）部は、図５のＩ１−Ｉ１線に沿った面からみた構造を表し、図６の（Ｂ）部は、図５のＩ２−Ｉ２線に沿った面からみた構造を表し、図６の（Ｃ）部は、図５のＩ３−Ｉ３線に沿った面からみた構造を表し、図６の（Ｄ）部は、図５のＩ４−Ｉ４線に沿った面からみた構造を表している。

以上の図５及び図６に示すように、エッチングモニタＭ２を用いれば、素子領域Ｋ１の形成のために設定されるエッチング量が露光機の限界解像度に満たないような比較的に少ない場合であっても、エミッタコンタクト層１３ａ及びエミッタ層１１ａのエッチング量を好適に制御できる。そして、このエッチング量の制御によって、エッチングモニタＭ２のパターンが備える複数の個片パターン（突出部Ｍ２１〜Ｍ２４）の消失数を制御できるので、複数の個片パターンの消失数によって、エッチングの停止時期を判定することとなる。このように個片パターンの消失数を目視で確認するだけでエッチングの停止時期を容易かつ確実に判定できる。

素子領域Ｋ１の形成の後、素子領域Ｋ１の形成と同様にして、図７に示すように、ベース層９及びコレクタ層７とサブコレクタ層５の一部とを選択的にウェットエッチングすることによって、素子領域Ｋ２を形成する。なお、ウェットエッチングでは、リン酸系のエッチャントが用いられる。このエッチャントは、例えば、リン酸：過水：水＝５：１：５０からなるリン酸系エッチャントであり、エッチング時間は、例えば、約５０秒エッチングする。このとき、モニタを確認しながら必要に応じて追加エッチングをしても良い。このウェットエッチングによって、ベース層９、コレクタ層７、及びサブコレクタ層５は、それぞれ、ベース層９ａ、コレクタ層７ａ、及びサブコレクタ層５ａとなる。素子領域Ｋ２は、ベース層９ａ及びコレクタ層７ａと、サブコレクタ層５ａの一部とを含む。素子領域Ｋ１は、素子領域Ｋ２の上に形成されている。素子領域Ｋ２のウェットエッチングにおけるエッチング量は、エッチングモニタＭ２と同様の図示しないエッチングモニタを用いて、制御される。

素子領域Ｋ２を形成した後、素子領域Ｋ１の形成と同様にして、図８に示すように、サブコレクタ層５ａの一部と基板３の一部とを選択的にウェットエッチングすることによって、素子領域Ｋ３を形成する。このエッチャントは、例えば、リン酸：過水：水＝５：１：５０からなるリン酸系エッチャントであり、エッチング時間は、例えば、約６０秒エッチングする。このとき、モニタを確認しながら必要に応じて追加エッチングをしても良い。このウェットエッチングによって、サブコレクタ層５ａ、基板３は、それぞれ、サブコレクタ層５ｂ、基板３ａとなる。基板３は、このウェットエッチングによって１００［ｎｍ］の程度だけエッチングされる。素子領域Ｋ３は、サブコレクタ層５ｂの一部と基板３ａの一部とを含む。素子領域Ｋ２は、素子領域Ｋ３の上に形成されている。素子領域Ｋ３のウェットエッチングにおけるエッチング量は、エッチングモニタＭ２と同様の図示しないエッチングモニタを用いて、制御される。

素子領域Ｋ３を形成した後、図９に示すように、素子領域Ｋ１〜Ｋ３の表面及び側面と、基板３ａの表面とを、マスク層Ｍ３で覆う。マスク層Ｍ３の材料は、例えばＳｉＮである。マスク層Ｍ３は、例えば３００［ｎｍ］程度の厚みを有する。マスク層Ｍ３の形成は、ＣＶＤ法を用いて行われる。

マスク層Ｍ３を形成した後、図１０に示すように、電極を形成するための開口Ｏｐ１〜Ｏｐ３を形成する。開口Ｏｐ１によって、エミッタコンタクト層１３ａの表面が露出され、開口Ｏｐ２によって、ベース層９ａの表面が露出され、開口Ｏｐ３によって、サブコレクタ層５ｂの表面が露出される。開口Ｏｐ１〜Ｏｐ３の形成によって、マスク層Ｍ３はマスクＭ３ａとなる。マスクＭ３ａは、開口Ｏｐ１〜Ｏｐ３を有する。開口Ｏｐ１〜Ｏｐ３のパターンは、レジストＲ２を用いたＲＩＥによって形成される。マスクＭ３ａには、次工程でレジストＲ２をリフトオフするためのアンダーカットが施される。

マスクＭ３ａを形成した後、図１１に示すように、エミッタ電極１５ａ、ベース電極１５ｂ、コレクタ電極１５ｃを蒸着によって形成する。エミッタ電極１５ａは、開口Ｏｐ１を介して、エミッタコンタクト層１３ａの表面に設けられる。ベース電極１５ｂは、開口Ｏｐ２を介して、ベース層９ａの表面に設けられる。コレクタ電極１５ｃは、開口Ｏｐ３を介して、ベース電極１５ｂの表面に設けられる。エミッタコンタクト層１３ａの表面に設けられるエミッタ電極１５ａの構成及び材料は、エミッタコンタクト層１３ａの表面上において順に、例えばＰｔ（１５０オングストローム）／Ｔｉ（２００オングストローム）／Ｐｔ（２００オングストローム）／Ａｕ（１０００オングストローム）である。ベース電極１５ｂ及びコレクタ電極１５ｃのそれぞれは、エミッタ電極１５ａと同様の構成及び材料を有する。エミッタ電極１５ａは、エミッタコンタクト層１３ａに接触し、ベース電極１５ｂは、ベース層９ａに接触し、コレクタ電極１５ｃは、サブコレクタ層５ｂに接触する。エミッタ電極１５ａ、ベース電極１５ｂ、コレクタ電極１５ｃの形成時には、エミッタ電極１５ａ、ベース電極１５ｂ、コレクタ電極１５ｃと同様の材料及び構成を備える金属層１５ｄも、レジストＲ２の表面に形成される。

エミッタ電極１５ａ、ベース電極１５ｂ、コレクタ電極１５ｃを形成した後、図１２に示すように、レジストＲ２の上に設けられた金属層１５ｄとレジストＲ２とをリフトオフし、この後、図１３に示すように、マスクＭ３ａを、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）やＳｉＯＮ／ＳＯＧ（ＳＯＧ：スピンオングラス）等の電気的な絶縁性の材料を用いて平坦化し、マスク層Ｍ４を形成する。マスク層Ｍ４は、エミッタ電極１５ａ、ベース電極１５ｂ、コレクタ電極１５ｃと、マスクＭ３ａとを覆う。なお、図１３には、マスクＭ３ａを図示しない。

マスク層Ｍ４を形成した後、図１４に示すように、マスク層Ｍ４に対しコンタクトホールＯｐ４，Ｏｐ５を形成し、コンタクトホールＯｐ４，Ｏｐ５を備える絶縁膜Ｍ４ａを、マスク層Ｍ４から形成する。コンタクトホールＯｐ４によってエミッタ電極１５ａが露出され、コンタクトホールＯｐ５によってコレクタ電極１５ｃが露出される。ベース電極１５ｂは、図示しない他のコンタクトホールによって露出される。

コンタクトホールＯｐ４等のコンタクトホールを形成した後、図１５に示すように、引出配線１７ａ，１７ｂを絶縁膜Ｍ４ａの上に形成する。引出配線１７ａは、コンタクトホールＯｐ４を介してエミッタ電極１５ａに接触する。引出配線１７ｂは、コンタクトホールＯｐ５を介してコレクタ電極１５ｃに接触する。ベース電極１５ｂには、ベース電極１５ｂの上の図示しないコンタクトホールを介して設けられる図示しない引出配線に接触する。

図１〜図１５に示す工程の後に、熱処理を施すと、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの主要工程が完了する。なお、図１６に、実施形態に係る製造方法において用いられる材料の組み合わせの例とエッチング条件の例とをまとめて示す。図１６の（Ａ）部には、ＩｎＰ系材料の組み合わせ例が示されており、図１６の（Ｂ）部には、ＧａＡｓ系材料の組み合わせ例が示されており、図１６の（Ｃ）部には、エッチャント例が示されている。

以上説明した実施形態に係る製造方法によれば、ウェットエッチングにおいてエッチングレートが面方位によって異なるという性質に基づき、エッチングモニタＭ２を用いることによって、マスクＭ１の一辺（辺Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ）に沿った第１の面方位の（０１−１）でのエッチング量を、この第１の面方位とは異なり、第１の面方位よりもエッチングレートの大きな第２の面方位の（００−１）及び（００１）でのエッチング量によって測定できるので、第１の面方位でのエッチング量を直接に測定しなくとも、この第１の面方位でのエッチング量を直接に測定するよりも、第１の面方位でのエッチング量の詳細な測定が可能となる。また、エッチングモニタＭ２を用いれば、第１の面方位よりもエッチングレートの大きな第２の面方位でのエッチング量が測定できるので、第１の面方位でのエッチング量が、マスクＭ１を形成する露光機の限界解像度を下回るようなエッチング量である場合でも、第１の面方位でのエッチング量を好適に測定できる。

なお、マスクＭ１のパターンを用いたエッチングにより露出した面の面方位が（０１−１）面の場合において、実施形態では、エッチングモニタＭ２の個片パターン（例えば突出部Ｍ２２等）の長辺に沿って露出した面の面方位を（００１）面又は（００−１）面であるとしたが、これに限らず、（０１０）面又は（０−１０）面とすることもできる。

１００…ウェハ、１１，１１ａ，１１ｂ…エミッタ層、１３，１３ａ，１３ｂ…エミッタコンタクト層、１３ｂ１，Ｍ２５…基端部、１３ｂ２，１３ｂ３，１３ｂ４，Ｍ２１，Ｍ２２，Ｍ２３，Ｍ２４…突出部、１５ａ…エミッタ電極、１５ｂ…ベース電極、１５ｃ…コレクタ電極、１７ａ，１７ｂ…引出配線、３，３ａ…基板、５，５ａ，５ｂ…サブコレクタ層、７，７ａ…コレクタ層、９，９ａ…ベース層、Ｄ１…方向、Ｅ１…領域、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…素子領域、Ｌ１…エッチング量、Ｍ１，Ｍ３ａ…マスク、Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄ，Ｍ１ｉ，Ｍ１ｊ，Ｍ１ｋ，Ｍ１ｍ…辺、Ｍ１ｅ，Ｍ１ｆ，Ｍ１ｇ，Ｍ１ｈ…突起、Ｍ２…エッチングモニタ、Ｍ，Ｍ３，Ｍ４…マスク層、Ｍ４ａ…絶縁膜、Ｎｖ…法線方向、Ｏｐ１，Ｏｐ２，Ｏｐ３…開口、Ｏｐ４，Ｏｐ５…コンタクトホール、Ｒ１，Ｒ２…レジスト、Ｓ１…表面、１５ｄ…金属層。

Claims (5)

1. 第１の辺と前記第１の辺に交差する第２の辺とを有しており素子領域を画定するパターンと、エッチングモニタのパターンとを備えたマスク層を半導体層上に形成する工程と、
   前記マスク層から露出した前記半導体層をエッチングする工程と、を備え、
   前記エッチングモニタのパターンは、前記第１の辺及び前記第２の辺とは平行しない一対の長辺と、前記長辺と交差する一対の短辺とを備えた個片パターンが、前記短辺の長さを異ならせて複数設けられた構造を有する、半導体素子の製造方法。
2. 前記半導体層は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＳｂ、ＩｎＡｌＧａＡｓＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓのいずれか１つからなり、
   前記エッチングにより、前記第１の辺または前記第２の辺に沿って露出した第１の面方位が（０１−１）面の場合、前記個片パターンの長辺に沿って露出した第２の面方位が、（００１）面、（０１０）面、（００−１）面、（０−１０）面の何れかである、
   請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. 前記エッチングにより、前記第１の辺または前記第２の辺に沿って露出した前記第１の面方位でのエッチングレートは、前記個片パターンの長辺に沿って露出した第２の面方位でのエッチングレートよりも小さい、
   請求項１又は２に記載の半導体素子の製造方法。
4. 前記エッチングモニタのパターンが備える複数の個片パターンの消失数によって、前記エッチングの停止時期を判定する、請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
5. 前記素子領域を画定するパターンは、前記第１の辺と前記第２の辺とを有する矩形形状であり、前記個片パターンの長辺は、前記矩形形状の対角線に直交してなる、請求項１に記載の半導体素子の製造方法。

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