JP2504245B2 - 半導体装置用電極およびその形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置用電極およびその形成方法に関
し、特にメサ構造を有するバイポーラトランジスタの微
細寸法を有する半導体装置用電極とその形成方法に関す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体装置は、高集積化，高速化に向けて精力的な研
究開発が進められている。特に、化合物半導体のヘテロ
接合を利用したバイポーラトランジスタ（以下、HBTと
称す）は、ベース濃度を高くしてもエミッタ注入効率を
高く保持できるため、高利得かつ高速化が期待され次世
代の半導体素子として注目されている。このHBTにおい
ても、Si半導体素子と同様、その本来的に有する高速性
を最大限に引きだすため、及び、高集積化のため、素子
の微細化が極めて重要である。

例えば、特開昭63−4677には、第４図に示す様な自己
整合的に、しかも微細な電極を配置形成する技術が開示
されている。第４図では、コレクタ領域48上にベース領
域47及びエミッタ領域42が順次設けられたメサ構造のHB
Tを示している。エミッタ領域42及びこれとオーミック
接触したエミッタ電極41は、ベース領域47とオーミック
接触したベース電極45と第１の絶縁性側壁43で絶縁分離
されている。又、ベース電極45は、この上に設けられた
第２の絶縁性側壁44をマスクとして加工されており、従
ってベース電極45の幅は第２の絶縁性側壁44の厚みで規
定される。即ち第４図のHBTではエミッタ電極41、エミ
ッタ領域42及びこれ等を電気的に絶縁するための第１の
絶縁性側壁43で構成された絶縁性凸部に対してベース電
極45の位置と幅が自己整合的に配置，規定され、しか
も、第２の絶縁性側壁44の厚みを制御することにより微
細なベース電極45を形成できるものである。

〔発明が解説しようとする課題〕

以上の構成では、微細なベース電極45は絶縁性凸部の
囲りに形成された第２の絶縁性側壁44をマスクとして加
工されるためサブミクロンオーダの幅を有する加工が極
めて容易であるが、一方でベース電極45と回路を構成す
るための配線とを接続する引き出し領域の形成が困難で
ある。即ち、第４図に示した従来技術においては、微細
な電極を加工するためのマスクとして絶縁性凸部の回り
に形成された絶縁性側壁とともに、この電極の引き出し
領域を形成するための別のエッチングマスクを必要とす
る。この引き出し領域用のエッチングマスクは絶縁性側
壁の一部を覆って、絶縁性凸部の外部の電極用金属膜上
に配置せねばならず、厳しいアライメント精度が要求さ
れる。例えば、絶縁性側壁の厚みＷを１μｍに設定する
場合、即ち、ベース電極の幅を１μｍとするには、電極
引き出し領域形成用のエッチングマスクは±0.5μｍ以
内のアライメント精度で配置する必要がある。このアラ
イメント精度の実現は手動操作による通常のコンタクト
露光法では極めて困難であり、ステッパー装置等に代表
される機械的なアライメント手法が必要となる。更に、
絶縁性側壁の厚みＷがサブミクロンオーダとなった場合
には、機械的アライメント手法によってさえも電極引き
出し領域形成用のエッチングマスクの配置は困難とな
る。この様に、従来の方法では電極引き出し領域形成用
のエッチングマスクのアライメント精度は±W/2以下が
要求され、現実的には形成できる電極の幅（Ｗ）が大き
く制限されてしまうものであった。

本発明の目的は、このような従来の問題点を解決し、
絶縁性凸部の周囲に自己整合的に配置された微細な構造
の引き出し領域を有する半導体装置用電極とその形成方
法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願第１の発明は、基体の主面に対して略垂直な側面
を有する絶縁性凸部に連接し、該絶縁性凸部の側面に設
けられた絶縁性側壁の厚みで規定された幅の金属膜を有
する半導体装置用電極において、前記絶縁性凸部に対し
て、前記絶縁性側壁の厚みの高々２倍の距離をへだてて
設けられた凸部状支持体と、前記凸部状支持体の側面に
設けられ前記絶縁性凸部と凸部状支持体との間で前記絶
縁性側壁と一体化された他の絶縁性側壁と、前記他の絶
縁性側壁の直下に設けられ、その一部で前記他の絶縁性
側壁で規定された幅を有する他の金属膜からなる電極引
き出し領域を有するというものである。

又、本願第２の発明の半導体装置用電極の形成方法
は、基体の主面に対して、略垂直な段差を有する絶縁性
凸部及びこれと所定間隔を有した凸部状支持体を形成す
る工程と、前記基体の主面と平行な面に電極用金属膜を
成膜する工程と、前記絶縁性凸部の側面，前記凸部状支
持体の側面、及び前記基体の主面に対して平行な面に絶
縁膜を成膜する工程と、前記基体の主面に対して垂直方
向に異方性を有するエッチング法により、前記絶縁膜を
エッチングすることにより、前記絶縁性凸部と凸部状支
持体との間で前記電極用金属膜を覆って一体化された絶
縁性側壁及び他の絶縁性側壁をそれぞれ前記絶縁性凸部
と凸部状支持体の側面に形成する工程と、少くとも前記
凸部状支持体を覆うフォトレジスト膜をマスクとして、
前記電極用金属膜の露出面をエッチング除去する工程と
を含むというものである。

更に又、本願第３の発明の半導体装置用電極の形成方
法は、基体の主面に対して、略垂直な段差を有する絶縁
性凸部を形成し、前記基体の主面と平行な面に電極用金
属膜を成膜する工程と、前記絶縁性凸部と所定間隔を有
して導電性の凸部状支持体を前記電極用金属膜上に形成
する工程と、前記絶縁性凸部の側面、前記凸部状支持体
の側面及び前記基体の主面に対して平行な面に絶縁膜を
成膜する工程と、前記基体の主面に対して垂直方向に異
方性を有するエッチング法により、前記絶縁膜をエッチ
ングすることにより、前記絶縁性凸部と凸部状支持体の
間で前記電極用金属膜を覆う絶縁性側壁を形成する工程
と、前記絶縁性側壁と前記凸部状支持体をマスクとして
前記電極用金属膜の露出面をエッチング除去する工程と
を含むというものである。

〔作用〕

本発明では、絶縁性凸部に対して、電極の幅を規定す
るための絶縁性側壁の厚みの高々２倍の距離をへだてて
凸部状支持体が存在するため、該絶縁性側壁を形成する
際は、絶縁性凸部と凸部状支持体の間の電極用の金属膜
は絶縁性側壁で覆われてしまう。従って、凸部状支持体
の一部を含んで絶縁性凸部の外部の電極用の金属膜をエ
ッチングマスクで覆うか、もしくは凸部状支持体の直下
に電極用の金属膜が存在する場合は該凸部状支持体をマ
スクとして、電極の引き出し領域を形成することができ
る。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例を示す平面レイ
アウト図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＸ−Ｘ線相当
部で切断した半導体チップの断面図である。

この実施例は基体（基板１）の主面に対して略垂直な
側面を有する絶縁性凸部２に連接し、絶縁性凸部２の側
面に設けられた絶縁性側壁5aの厚みで規定された幅の金
属膜4aを有する半導体装置用電極において、絶縁性凸部
７に対して、絶縁性側壁5aの厚みの高々２倍の距離をへ
だてて設けられた凸部状支持体３と、凸部状支持体３の
側面に設けられ絶縁性凸部２と凸部状支持体３との間で
絶縁性側壁5aと一体化された他の絶縁性側壁5bと、他の
絶縁性側壁5bの直下に設けられ、その一部で他の絶縁性
側壁5bで規定された幅を有する他の金属膜4bからなる電
極引き出し領域を有するというものである。

第４図に示したようなHBTに応用する場合、絶縁性凸
部２とその近傍を除きプロトンなどのイオンを注入して
ベース−コレクタ接合を絶縁化した基板を使用する。4a
はベース電極、4bはベース電極の引き出し領域となる。
ベース電極本体の構造は従来例とほとんど同じであり、
引き出し領域はベース電極本体と連結する部分はベース
電極本体と同様の自己整合構造を有しているが引き出し
領域本体部分は必ずしも微細化しなくてもよいのでリソ
グラフィー技術の制約をほとんどうけないですむ。

第２図（ａ）〜（ｅ）は、本願第２の発明の一実施例
を説明するため工程順に示す断面図である。

まず第２図（ａ）に示すように、基板１上に絶縁性凸
部２および凸部状支持体３を形成する。絶縁性凸部２
は、例えば第４図におけるエミッタ領域42,エミッタ電
極41で構成されるエミッタメサを第１の絶縁性側壁43で
囲んだ構成に相当する。第２図では説明の便宜上、これ
等の構成要素を絶縁性凸部２で表現している。又、本実
施例においては凸部状支持体３は絶縁性凸部２と同じ構
成内容を有している。即ち、凸部状支持体３は絶縁性凸
部２から所定の距離Ｌだけへだてて全く同一のプロセス
で形成される。

つづいて、第２図（ｂ）に示す様に電極用の金属膜４
をスパッタ法，蒸着法等により全面に成膜する。更に第
２図（ｃ）に示す様にSiN,SiO₂等から成る絶縁膜５を化
学的気相成長法（CVD法）等のステップカバレージの良
好な成膜法を用いて、絶縁性凸部２の側面，凸部状支持
体３の側面及び基板１の主面に対して平行な面に成膜す
る。この絶縁膜５は、第２図（ｄ）に示す様に、基板１
の上面からCF₄ガス等を用いた反応性イオンエッチング
による異方性エッチングによって基板１の主面に対して
平行な平坦面部分の絶縁膜５を選択的に除去し、絶縁性
凸部２および凸部状支持体３の側面上にみに絶縁性側壁
5a,5b及び5cを形成する。絶縁性側壁5a,5bの厚みＷは、
絶縁性５の厚みによって任意に設定できる。又、必要と
する絶縁性側壁5aの厚みＷが2W≧Ｌの関係を満す様に絶
縁性５の厚み、及び凸部状支持体３と絶縁性凸部２の距
離Ｌを設定することにより、絶縁性側壁5cは、その直下
の電極用金属膜４を覆う様にする。

続いて、第２図（ｅ）に示す様に、凸部状支持体３と
少なくとも絶縁性側壁5bの一部を覆うフォトレジストパ
ターン６を形成し、このフォトレジストパターン６及び
絶縁性側壁5a,5b及び5cをマスクとして、電極用の金属
膜４の露出部分を、イオンミリング，反応性イオンエッ
チング等の方法でエッチング除去する。その結果、絶縁
性凸部２の周囲には、絶縁性側壁5aで規定された幅Ｗを
有する電極（4a）が形成され、かつ、凸部状支持体３の
周囲にはフォトレジストパターン及び絶縁性側壁5bで規
定された電極の引き出し領域（5b）が形成される。

以上の工程において、例えば電極4aの幅Ｗを１μｍに
設定したい場合、絶縁性凸部２と凸部状支持体３との距
離は２μｍ以下に設定すれば良く、例えばＬ＝２μｍに
設定した場合、絶縁性凸部２と凸部状支持体３の間の電
極用金属膜は絶縁性側壁5bで完全に覆うことができ、し
かもフォトレジストパターン６を形成する際のアライメ
ント精度は高々±１μｍ以下が必要とされるが、これは
通常の手動操作によるコンタクト露光法で実現できる。

この実施例では、絶縁性側壁5cの一部を覆うフォトレ
ジストパターン６を形成したが、第１図に示したよう
に、フォトレジストパターン６は少なくとも凸部状支持
体３の一部を覆う様に配置しても良い。この場合は、電
極の引き出し領域4bの一部に、絶縁性側壁5bの幅で規定
される電極の引き出し領域が存在するため電極抵抗の増
加が避けられないが、フォトレジストパターン６を形成
する際に要求されるアライメント精度は更に大幅に緩和
することができる。

以上、絶縁性凸部と凸部状支持体を同時に形成する場
合について述べたが、凸部状支持体を別工程で形成する
こともできる。次にそのような場合について説明する。

第３図（ａ）〜（ｆ）は、本願第３の発明の一実施例
を説明するため工程順に示す断面図である。

まず第３図（ａ）に示す様に、基板１上に絶縁性凸部
２を形成する。絶縁性凸部２は第２図で説明したのと同
様、第４図のエミッタ領域42、エミッタ電極41およびこ
れ等を第１の絶縁性側壁43で囲んだ構造に相当する。絶
縁性凸部２及び基板１の全面に電極用金属膜４をスパッ
タ法，蒸着法等により成膜する。

更に、第３図（ｂ）に示す様に、支持体用金属膜22を
全面に成膜した後、所定形状のフォトレジストパターン
23を絶縁性凸部２から距離Ｌだけへだてて形成する。

つづいて、第３図（ｃ）に示す様に、フォトレジスト
パターン23をマスクとして、反応性イオンエッチング等
の方法により支持体用金属膜22を選択的にエッチング除
去し凸部状支持体３′を形成する。凸部状支持体３′の
形成には、例えば電極用の金属膜４が金系の金属材料，
支持体用金属膜22がタングステン系の金属材料であれ
ば、SF₆を用いた反応性イオンエッチングによりタング
ステン系の凸部状支持体３′が選択的に形成できる。

更に第３図（ｄ）に示す様に、SiN,SiO₂等から成る絶
縁膜５を化学的気相成長法（CVD）等のステップカバレ
ージの良好な成膜法でもって形成する。この絶縁膜５
は、第３図（ｅ）に示す様に、基板１の上面からCF₄ガ
ス等を用いた反応性イオンエッチングによる異方性エッ
チングによって、基板１の主面に対して平行な平坦部分
を選択的に除去し、絶縁性凸部２および凸部状支持体
３′の側面上のみに絶縁性側壁5a,5b及び5cを形成す
る。必要とする絶縁性側壁5aの厚みＷは、第１図を用い
て説明した実施例と同様、2W≧Ｌの関係を満す様に設定
される。従って絶縁性側壁5cは、その直下の電極用金属
膜４を完全に覆うことができる。

続いて、第３図（ｆ）に示す様に、絶縁性側壁5a,5b
及び5c、凸部状支持体３′をマスクとして電極用金属膜
４の露出部分をイオンミリング，反応性イオンエッチン
グ等の方法でエッチング除去する。その結果、絶縁性凸
部２の周囲には、絶縁性側壁5aで規定された幅Ｗを有す
る電極4aが形成され、かつ、凸部状支持体３′の周囲に
はこれと絶縁性側壁5b及び5aで規定された電極の引き出
し領域5bが形成される。従って電極の引き出し領域5bは
凸部状支持体３′の大きさで任意に設定できる。又、凸
部状支持体３′は導電性であるため、これを直接、外部
回路との接続用電極として使用でき、電極の電気抵抗の
低減上有利である。本実施例においても、フォトレジス
トパターン23を形成する際のアライメント精度は、±Ｗ
以下を満していれば良い。

尚、本実施例では凸部状支持体３′は導電性材料で成
るが、絶縁性の材料であっても良い。その場合には、第
３図（ｅ）を用いて説明した工程の後に、第２図（ｅ）
と同様にフォトレジストパターンを設けてエッチングを
行えばよいのである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、絶縁性側壁で電
極幅が規定された半導体装置において、その電極の引き
出し領域を形成する際のエッチングマスクのアライメン
ト精度が、従来の２倍以上緩和されるので、半導体装置
の微細化，高集積化が容易に達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本願第１の発明の一実施例を示す平面レ
イアウト図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＸ−Ｘ線相
当部で切断した断面図、第２図（ａ）〜（ｅ）は本願第
２の発明の一実施例を説明するため工程順に示す断面
図、第３図（ａ）〜（ｆ）は本願第３の発明の一実施例
を説明するための工程順に示す工程断面図、第４図は従
来の半導体装置用電極を示す断面図である。 １……基板、２……絶縁性凸部、３……凸部状支持体、
4,4a,4b……金属膜、５……絶縁膜、5a,5b,5c……絶縁
性側壁、6,23……フォトレジストパターン。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基体の主面に対して略垂直な側面を有する
   絶縁性凸部に連接し、該絶縁性凸部の側面に設けられた
   絶縁性側壁の厚みで規定された幅の金属膜を有する半導
   体装置用電極において、前記絶縁性凸部に対して、前記
   絶縁性側壁の厚みの高々２倍の距離をへだてて設けられ
   た凸部状支持体と、前記凸部状支持体の側面に設けられ
   前記絶縁性凸部と凸部状支持体との間で前記絶縁性側壁
   と一体化された他の絶縁性側壁と、前記他の絶縁性側壁
   の直下に設けられ、その一部で前記他の絶縁性側壁で規
   定された幅を有する他の金属膜からなる電極引き出し領
   域を有することを特徴とする半導体装置用電極。
2. 【請求項２】基体の主面に対して、略垂直な段差を有す
   る絶縁性凸部及びこれと所定間隔を有した凸部状支持体
   を形成する工程と、前記基体の主面と平行な面に電極用
   金属膜を成膜する工程と、前記絶縁性凸部の側面，前記
   凸部状支持体の側面、及び前記基体の主面に対して平行
   な面に絶縁膜を成膜する工程と、前記基体の主面に対し
   て垂直方向に異方性を有するエッチング法により、前記
   絶縁膜をエッチングすることにより、前記絶縁性凸部と
   凸部状支持体との間で前記電極用金属膜を覆って一体化
   された絶縁性側壁及び他の絶縁性側壁をそれぞれ前記絶
   縁性凸部と凸部状支持体の側面に形成する工程と、少く
   とも前記凸部状支持体を覆うフォトレジスト膜をマスク
   として、前記電極用金属膜の露出面をエッチング除去す
   る工程とを含むことを特徴とする半導体装置用電極の形
   成方法。
3. 【請求項３】基体の主面に対して、略垂直な段差を有す
   る絶縁性凸部を形成し、前記基体の主面と平行な面に電
   極用金属膜を成膜する工程と、前記絶縁性凸部と所定間
   隔を有して導電性の凸部状支持体を前記電極用金属膜上
   に形成する工程と、前記絶縁性凸部の側面、前記凸部状
   支持体の側面及び前記基体の主面に対して平行な面に絶
   縁膜を成膜する工程と、前記基体の主面に対して垂直方
   向に異方性を有するエッチング法により、前記絶縁膜を
   エッチングすることにより、前記絶縁性凸部と凸部状支
   持体の間で前記電極用金属膜を覆う絶縁性側壁を形成す
   る工程と、前記絶縁性側壁と前記凸部状支持体をマスク
   として前記電極用金属膜の露出面をエッチング除去する
   工程とを含むことを特徴とする半導体装置用電極の形成
   方法。