JP3522939B2 - 半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
半導体デバイス及びその製造方法Info
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- JP3522939B2 JP3522939B2 JP34169895A JP34169895A JP3522939B2 JP 3522939 B2 JP3522939 B2 JP 3522939B2 JP 34169895 A JP34169895 A JP 34169895A JP 34169895 A JP34169895 A JP 34169895A JP 3522939 B2 JP3522939 B2 JP 3522939B2
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス及
びその製造方法に関し、より詳細には、III −V族化合
物半導体によるヘテロ接合バイポーラトランジスタIC
に関する。
びその製造方法に関し、より詳細には、III −V族化合
物半導体によるヘテロ接合バイポーラトランジスタIC
に関する。
【0002】
【従来の技術】III −V族化合物半導体デバイスは、シ
リコンデバイスと比べて材料自身の持つ電子移動度の点
において優位にあるため、超高速電子デバイスとしての
開発が進められており、その例として、AlGaAs/GaAsヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ等がある。ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(以下HBTと称する)のエミ
ッタ・ベース接合はヘテロ接合で形成されるので、エミ
ッタの不純物濃度を高濃度にすることなくベース領域の
不純物濃度を十分高くしてベース抵抗を下げることが可
能であり、高周波特性に優れている。そのため、マイク
ロ波用トランジスタなどとして開発が進められている。
リコンデバイスと比べて材料自身の持つ電子移動度の点
において優位にあるため、超高速電子デバイスとしての
開発が進められており、その例として、AlGaAs/GaAsヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ等がある。ヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(以下HBTと称する)のエミ
ッタ・ベース接合はヘテロ接合で形成されるので、エミ
ッタの不純物濃度を高濃度にすることなくベース領域の
不純物濃度を十分高くしてベース抵抗を下げることが可
能であり、高周波特性に優れている。そのため、マイク
ロ波用トランジスタなどとして開発が進められている。
【0003】バイポーラトランジスタの動作速度の指標
としては、カットオフ周波数ft 及び最大発振周波数f
max がある。一般に、カットオフ周波数ft は、エミッ
タ空乏層充電時間τE 、ベース走行時間τB 、コレクタ
空乏層走行時間τX 及びコレクタ充電時間τC から次式
(1)、(2)で表される。 ft =1/(2πτEC) (1) τEC=τE +τB +τX +τC (2)
としては、カットオフ周波数ft 及び最大発振周波数f
max がある。一般に、カットオフ周波数ft は、エミッ
タ空乏層充電時間τE 、ベース走行時間τB 、コレクタ
空乏層走行時間τX 及びコレクタ充電時間τC から次式
(1)、(2)で表される。 ft =1/(2πτEC) (1) τEC=τE +τB +τX +τC (2)
【0004】又、最大発振周波数fmax は、ベース抵抗
RB 、コレクタ接合容量CCB及び上記カットオフ周波数
ft から下記式(3)で表される。 fmax =ft /(8πRB CCB) (3)
RB 、コレクタ接合容量CCB及び上記カットオフ周波数
ft から下記式(3)で表される。 fmax =ft /(8πRB CCB) (3)
【0005】最大発振周波数fmax を高くするために
は、カットオフ周波数ft を高くし、更にベース抵抗R
B 及びコレクタ接合容量CCBを小さくする必要があり、
カットオフ周波数ft を高くするためには、キャリアの
素子内走行時間を短縮する必要がある。そして、キャリ
アの素子内走行時間を短縮するために考えられるものと
して、ベース走行時間τB の短縮がある。ベース走行時
間τB は、ベース幅を小さくすれば短縮されるが、ベー
ス幅を1/2にするとシート抵抗が2倍に増加するとい
うようにベース抵抗RB が増加するので、ベース抵抗R
B を変えても結果として最大発振周波数fmax の向上が
期待できない。一方、コレクタ接合容量Ccbに関して
は、ベース・コレクタ間の空乏層幅を延ばすか、あるい
はベース・コレクタ間の面積を減らすことによって減ら
す方法がある。前者の空乏層幅を延ばす方法では、コレ
クタ走行時間が増大してカットオフ周波数ft が低下す
る。後者のベース・コレクタ間の面積を減らす方法とし
ては、コレクタを上側に配置してコレクタトップ型HB
Tとする方法等が開発されているが、この構造の場合、
イオンインプランテーションにより分離されるエミッタ
・コレクタ間でのリーク電流が大きく、高い電流増幅率
が得られない問題がある。又、エミッタトップ型HBT
においては、外部ベース下のコレクタ寄生容量低減のた
めにH+ またはO+ イオンを用いたインプランテーショ
ンが用いられている。この技術によりコレクタ非真性領
域が空乏化しコレクタ寄生容量は低減する。しかし、コ
レクタコンタクト層と外部ベース層との間での寄生容量
は依然として残っており、この寄生容量が排除されなけ
れば、さらなる高速化は難しい。
は、カットオフ周波数ft を高くし、更にベース抵抗R
B 及びコレクタ接合容量CCBを小さくする必要があり、
カットオフ周波数ft を高くするためには、キャリアの
素子内走行時間を短縮する必要がある。そして、キャリ
アの素子内走行時間を短縮するために考えられるものと
して、ベース走行時間τB の短縮がある。ベース走行時
間τB は、ベース幅を小さくすれば短縮されるが、ベー
ス幅を1/2にするとシート抵抗が2倍に増加するとい
うようにベース抵抗RB が増加するので、ベース抵抗R
B を変えても結果として最大発振周波数fmax の向上が
期待できない。一方、コレクタ接合容量Ccbに関して
は、ベース・コレクタ間の空乏層幅を延ばすか、あるい
はベース・コレクタ間の面積を減らすことによって減ら
す方法がある。前者の空乏層幅を延ばす方法では、コレ
クタ走行時間が増大してカットオフ周波数ft が低下す
る。後者のベース・コレクタ間の面積を減らす方法とし
ては、コレクタを上側に配置してコレクタトップ型HB
Tとする方法等が開発されているが、この構造の場合、
イオンインプランテーションにより分離されるエミッタ
・コレクタ間でのリーク電流が大きく、高い電流増幅率
が得られない問題がある。又、エミッタトップ型HBT
においては、外部ベース下のコレクタ寄生容量低減のた
めにH+ またはO+ イオンを用いたインプランテーショ
ンが用いられている。この技術によりコレクタ非真性領
域が空乏化しコレクタ寄生容量は低減する。しかし、コ
レクタコンタクト層と外部ベース層との間での寄生容量
は依然として残っており、この寄生容量が排除されなけ
れば、さらなる高速化は難しい。
【0006】他方、米国特許公報第5、318、916
号は、エピタキシャルリフトオフを用いてHBTを作製
する方法を開示し、この方法では、第1の基板上に形成
された半導体積層薄膜は、該基板と反対の側からの加工
によりエミッタ側の成形処理が施され、この後、加工薄
膜のエミッタ側に第2の基板を貼付し、第1の基板を選
択エッチングにより除去し、これによって露出した側か
ら再び積層薄膜を加工してコレクタ側の成形が行われ
る。この方法によれば、コレクタ側の加工時にコレクタ
寄生容量を低減させるように加工して超高速HBTを作
製することが可能となる。
号は、エピタキシャルリフトオフを用いてHBTを作製
する方法を開示し、この方法では、第1の基板上に形成
された半導体積層薄膜は、該基板と反対の側からの加工
によりエミッタ側の成形処理が施され、この後、加工薄
膜のエミッタ側に第2の基板を貼付し、第1の基板を選
択エッチングにより除去し、これによって露出した側か
ら再び積層薄膜を加工してコレクタ側の成形が行われ
る。この方法によれば、コレクタ側の加工時にコレクタ
寄生容量を低減させるように加工して超高速HBTを作
製することが可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法を
利用してHBTを作製すると、ICの作製や大面積のウ
エハを用いた量産の場合に様々な障害が生じる。
利用してHBTを作製すると、ICの作製や大面積のウ
エハを用いた量産の場合に様々な障害が生じる。
【0008】例えば、その後のプロセス中に課される熱
によって第2の基板に貼付された積層薄膜のエミッタ側
にかかる応力で積層薄膜が剥離・破壊を起こし易い。
によって第2の基板に貼付された積層薄膜のエミッタ側
にかかる応力で積層薄膜が剥離・破壊を起こし易い。
【0009】又、接着剤や金属による接着方法で第2の
基板を貼付すると、被着部分にボイドが生じ易く、ボイ
ドによってデバイス特性のばらつきが大きくなるため、
デバイス特性の均一性に対する要求の厳しいIC作製で
は不都合を生じる。
基板を貼付すると、被着部分にボイドが生じ易く、ボイ
ドによってデバイス特性のばらつきが大きくなるため、
デバイス特性の均一性に対する要求の厳しいIC作製で
は不都合を生じる。
【0010】更に、前述の作製方法において第2の基板
と積層薄膜とを接着する金属は、エミッタ金属又はコレ
クタ金属と共通であり、この構成においてはエミッタ接
地の回路又はコレクタ接地の回路しか形成できないた
め、IC設計への応用が制限される。
と積層薄膜とを接着する金属は、エミッタ金属又はコレ
クタ金属と共通であり、この構成においてはエミッタ接
地の回路又はコレクタ接地の回路しか形成できないた
め、IC設計への応用が制限される。
【0011】上記説明から理解されるように、従来の方
法に従ってバイポーラトランジスタの作動を高速化する
ために寄生容量の少ないデバイスを生産すると、生産効
率が低く、信頼性及び耐熱性の高いデバイスを得られな
い。従って、生産効率やデバイスの信頼性、耐熱性を高
めるために、半導体基板との接合界面のボイドや熱応力
に起因する積層薄膜の破損の防止が重要な課題である。
法に従ってバイポーラトランジスタの作動を高速化する
ために寄生容量の少ないデバイスを生産すると、生産効
率が低く、信頼性及び耐熱性の高いデバイスを得られな
い。従って、生産効率やデバイスの信頼性、耐熱性を高
めるために、半導体基板との接合界面のボイドや熱応力
に起因する積層薄膜の破損の防止が重要な課題である。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、デバイス構造あるいはデバイス製作プロセスについ
て研究した結果、トランジスタ素子を構成する積層薄膜
及び基板の構成を工夫することによって熱応力による積
層薄膜の破損を減少させ、製作プロセスにおける熱的処
理により接合界面のボイドの影響を軽減可能であること
を見出し、本発明を成すに至った。
め、デバイス構造あるいはデバイス製作プロセスについ
て研究した結果、トランジスタ素子を構成する積層薄膜
及び基板の構成を工夫することによって熱応力による積
層薄膜の破損を減少させ、製作プロセスにおける熱的処
理により接合界面のボイドの影響を軽減可能であること
を見出し、本発明を成すに至った。
【0013】
【0014】本発明の半導体デバイスは、1あるいは複
数のヘテロ接合型バイポーラトランジスタを構成する個
々の小部分に分割された半導体積層物と、該半導体積層
物の小部分が散在し且つ基板に接しないように埋め込ま
れる状態で該半導体積層物を覆うポリマーとを有するも
のである。
数のヘテロ接合型バイポーラトランジスタを構成する個
々の小部分に分割された半導体積層物と、該半導体積層
物の小部分が散在し且つ基板に接しないように埋め込ま
れる状態で該半導体積層物を覆うポリマーとを有するも
のである。
【0015】更に、本発明の半導体デバイスの製造方法
は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタを形成するた
めの半導体積層物を第1基板上に積層し、該半導体積層
物を1あるいは複数のヘテロ接合型バイポーラトランジ
スタを構成する個々の小部分に分割し成形するための加
工を該半導体積層物に前記第1基板と反対の側から施
し、該半導体積層物の被加工部分を埋め込むように被覆
するポリマー層を形成し、該ポリマー層と第2基板とを
300〜400℃に加熱しながら接合し、前記第1基板
を該半導体積層物から分離し、前記第2基板と反対の側
から成形加工を該半導体積層物に施して該半導体積層物
の個々の小部分のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ
を完成させるものである。
は、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタを形成するた
めの半導体積層物を第1基板上に積層し、該半導体積層
物を1あるいは複数のヘテロ接合型バイポーラトランジ
スタを構成する個々の小部分に分割し成形するための加
工を該半導体積層物に前記第1基板と反対の側から施
し、該半導体積層物の被加工部分を埋め込むように被覆
するポリマー層を形成し、該ポリマー層と第2基板とを
300〜400℃に加熱しながら接合し、前記第1基板
を該半導体積層物から分離し、前記第2基板と反対の側
から成形加工を該半導体積層物に施して該半導体積層物
の個々の小部分のヘテロ接合型バイポーラトランジスタ
を完成させるものである。
【0016】上記構成に従って、熱応力あるいはボイド
の加熱膨張による半導体積層物の破損が防止され、これ
により半導体デバイスの耐熱性及び信頼性が向上し、製
造工程における生産効率が改善される。
の加熱膨張による半導体積層物の破損が防止され、これ
により半導体デバイスの耐熱性及び信頼性が向上し、製
造工程における生産効率が改善される。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体デバイスの製
作の概要を図面を参照して以下に説明する。図面におい
て、図1〜5、図6の(A)及び図7は製作過程におけ
る半導体デバイスの鉛直断面図、図6の(B)は図6の
(A)のデバイスの平面図である。
作の概要を図面を参照して以下に説明する。図面におい
て、図1〜5、図6の(A)及び図7は製作過程におけ
る半導体デバイスの鉛直断面図、図6の(B)は図6の
(A)のデバイスの平面図である。
【0018】まず、第1の基板、即ち、半導体基板1上
に選択エッチング層2をエピタキシャル成長させ、その
上にエミッタ、ベース及びコレクタを形成するための半
導体薄膜積層3を形成し、この半導体薄膜積層3を基板
1と反対の側からエッチング処理して図1に示すように
エミッタ電極4、ベース電極5及び配線電極(図示せ
ず)を設ける。この後、図2のように、半導体薄膜積層
3が個々の小部分に分割されるようにエッチングを行
う。そして、図3のように、上面が平坦になるようにエ
ッチングされた半導体薄膜積層3を覆う絶縁体層6を基
板全面にわたって形成する。絶縁体層6は、例えば、ポ
リイミド樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)のポリマ
ー等で形成する。この後、必要に応じて配線電極及び絶
縁体層を積層し多層配線を形成する(図示せず)。次
に、図4のように絶縁体層6(又は多層配線)の上に金
属層7を形成し、この金属層7と第2の基板、即ち支持
基板8とを接着して図5のように上下を反転させる。金
属層7と支持基板8との接着は、接着剤を用いるか、あ
るいは金属層7と支持基板8との合金化を利用して行う
ことができる。接着剤を用いる場合、400℃程度の高
温に耐性を有し酸にも強い接着剤が適用され、接着時に
支持基板8及び金属層7を300〜400℃程度に加熱
するのが好ましい。合金化によって接着する場合は、3
00〜400℃程度の温度で合金化を行う。通常、接着
界面にボイドがあると、接着後の基板の処理工程におい
て基板が加熱された時にボイド中の気体の膨張・爆発に
よってデバイスの破壊が起こる。しかし、上述のように
400℃近い加熱を伴った接着によって、ボイドに起因
するその後のデバイス破壊の防止が可能となる。使用に
適した接着剤としては、例えばポリイミド樹脂、エポキ
シ樹脂等の接着剤が挙げられる。金属層7にはPt、P
d、Ti、Ni等のメタル単体を用いることができる
が、これらに限らず、例えばTi/Pt/Au/Pt/
Ti/PtやTi/Pt/Au/Pt/Ti/Pdのよ
うな金属積層物を用いてもよい。尚、配線電極の材質に
ついては常法により必要に応じて適宜選択し、例えばT
i/Pt/Au等を用いることが可能である。接着剤に
よって第2の基板を接着する場合、表面に凹凸のある基
板を用いると接着強度の点で好ましい。
に選択エッチング層2をエピタキシャル成長させ、その
上にエミッタ、ベース及びコレクタを形成するための半
導体薄膜積層3を形成し、この半導体薄膜積層3を基板
1と反対の側からエッチング処理して図1に示すように
エミッタ電極4、ベース電極5及び配線電極(図示せ
ず)を設ける。この後、図2のように、半導体薄膜積層
3が個々の小部分に分割されるようにエッチングを行
う。そして、図3のように、上面が平坦になるようにエ
ッチングされた半導体薄膜積層3を覆う絶縁体層6を基
板全面にわたって形成する。絶縁体層6は、例えば、ポ
リイミド樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)のポリマ
ー等で形成する。この後、必要に応じて配線電極及び絶
縁体層を積層し多層配線を形成する(図示せず)。次
に、図4のように絶縁体層6(又は多層配線)の上に金
属層7を形成し、この金属層7と第2の基板、即ち支持
基板8とを接着して図5のように上下を反転させる。金
属層7と支持基板8との接着は、接着剤を用いるか、あ
るいは金属層7と支持基板8との合金化を利用して行う
ことができる。接着剤を用いる場合、400℃程度の高
温に耐性を有し酸にも強い接着剤が適用され、接着時に
支持基板8及び金属層7を300〜400℃程度に加熱
するのが好ましい。合金化によって接着する場合は、3
00〜400℃程度の温度で合金化を行う。通常、接着
界面にボイドがあると、接着後の基板の処理工程におい
て基板が加熱された時にボイド中の気体の膨張・爆発に
よってデバイスの破壊が起こる。しかし、上述のように
400℃近い加熱を伴った接着によって、ボイドに起因
するその後のデバイス破壊の防止が可能となる。使用に
適した接着剤としては、例えばポリイミド樹脂、エポキ
シ樹脂等の接着剤が挙げられる。金属層7にはPt、P
d、Ti、Ni等のメタル単体を用いることができる
が、これらに限らず、例えばTi/Pt/Au/Pt/
Ti/PtやTi/Pt/Au/Pt/Ti/Pdのよ
うな金属積層物を用いてもよい。尚、配線電極の材質に
ついては常法により必要に応じて適宜選択し、例えばT
i/Pt/Au等を用いることが可能である。接着剤に
よって第2の基板を接着する場合、表面に凹凸のある基
板を用いると接着強度の点で好ましい。
【0019】この後、選択エッチング層2をエッチング
して半導体基板1を除去することにより、図6の(A)
のように半導体薄膜積層3が曝される。この時、図6の
(B)のように上面に矩形状に露出している半導体薄膜
積層3はコレクタ層の部分で、このように半導体薄膜積
層3が多数の小部分に分割されていることによって、熱
応力による剥がれや破損が防止される。露出された半導
体薄膜積層3は、コレクタ層の寄生容量を減少させるた
めに、図7に示されるようにエッチングによってコレク
タ領域を小さくする。この際、ベースコンタクト抵抗を
下げるために、ベース層が露出するまでエッチングして
ベース電極を形成してもよい。エッチング後の半導体薄
膜積層3には図7のようにコレクタ電極9が形成され
る。この後、絶縁体層で被覆して半導体薄膜積層3の下
に形成されている配線を常法により第2の基板と反対側
の表面に引き出して必要とされる配線を行う。ICの作
製においては、分割された半導体薄膜積層3の小部分間
の配線を行う。
して半導体基板1を除去することにより、図6の(A)
のように半導体薄膜積層3が曝される。この時、図6の
(B)のように上面に矩形状に露出している半導体薄膜
積層3はコレクタ層の部分で、このように半導体薄膜積
層3が多数の小部分に分割されていることによって、熱
応力による剥がれや破損が防止される。露出された半導
体薄膜積層3は、コレクタ層の寄生容量を減少させるた
めに、図7に示されるようにエッチングによってコレク
タ領域を小さくする。この際、ベースコンタクト抵抗を
下げるために、ベース層が露出するまでエッチングして
ベース電極を形成してもよい。エッチング後の半導体薄
膜積層3には図7のようにコレクタ電極9が形成され
る。この後、絶縁体層で被覆して半導体薄膜積層3の下
に形成されている配線を常法により第2の基板と反対側
の表面に引き出して必要とされる配線を行う。ICの作
製においては、分割された半導体薄膜積層3の小部分間
の配線を行う。
【0020】上述のように作製された縦型バイポーラト
ランジスタでは、エミッタ及びコレクタの幅がこれらに
挟まれるベースの幅よりかなり小さく、ベースの幅の約
1/4〜1/2(エミッタ及びコレクタ幅としては、約
0.5〜2μm)となるようにベースに対してエミッタ
と対称に構成される。これにより、エミッタ及びコレク
タの能動領域の幅がベースより小さくなるので寄生容量
が小さくなり、実質的に、本来電流が流れるのに使用さ
れる真性領域のみからなるコレクタを得ることができ
る。又、ベースコンタクト抵抗も小さくなる。例えば、
ベース幅が1μm、エミッタ幅が2μmの条件下で、上
記構成に従ってコレクタ容量を1/2に減少させると、
fmax が170GHzから220GHzに向上するとい
うような実効が得られる。
ランジスタでは、エミッタ及びコレクタの幅がこれらに
挟まれるベースの幅よりかなり小さく、ベースの幅の約
1/4〜1/2(エミッタ及びコレクタ幅としては、約
0.5〜2μm)となるようにベースに対してエミッタ
と対称に構成される。これにより、エミッタ及びコレク
タの能動領域の幅がベースより小さくなるので寄生容量
が小さくなり、実質的に、本来電流が流れるのに使用さ
れる真性領域のみからなるコレクタを得ることができ
る。又、ベースコンタクト抵抗も小さくなる。例えば、
ベース幅が1μm、エミッタ幅が2μmの条件下で、上
記構成に従ってコレクタ容量を1/2に減少させると、
fmax が170GHzから220GHzに向上するとい
うような実効が得られる。
【0021】基板と半導体薄膜積層とが直接接合されて
いる従来の半導体デバイスの場合、デバイスを加熱した
際に基板と半導体部分との熱膨張係数の差によって生じ
る応力によって半導体薄膜積層が基板から剥離したり破
損したりする。金属層を介して接合されている場合にも
応力の作用形態は同様であるので、この様なものも基板
と直接接合されているものと実質的に同じである。しか
し、本発明の半導体デバイスにおいては、半導体薄膜積
層部分は基板から離れて絶縁体を介して接合されている
ので、このような応力は絶縁体に作用する。更に、半導
体薄膜積層は小部分に細分化され絶縁体で覆われるよう
に形成されているため、絶縁体と半導体薄膜積層との間
で生じる応力の作用形態は、半導体薄膜積層が基板に接
合されている場合とは異なり、熱応力による半導体薄膜
積層の破損は抑制される。又、熱伝導性の良い窒化アル
ミニウムのような異種基板を接合することに障害がな
い。
いる従来の半導体デバイスの場合、デバイスを加熱した
際に基板と半導体部分との熱膨張係数の差によって生じ
る応力によって半導体薄膜積層が基板から剥離したり破
損したりする。金属層を介して接合されている場合にも
応力の作用形態は同様であるので、この様なものも基板
と直接接合されているものと実質的に同じである。しか
し、本発明の半導体デバイスにおいては、半導体薄膜積
層部分は基板から離れて絶縁体を介して接合されている
ので、このような応力は絶縁体に作用する。更に、半導
体薄膜積層は小部分に細分化され絶縁体で覆われるよう
に形成されているため、絶縁体と半導体薄膜積層との間
で生じる応力の作用形態は、半導体薄膜積層が基板に接
合されている場合とは異なり、熱応力による半導体薄膜
積層の破損は抑制される。又、熱伝導性の良い窒化アル
ミニウムのような異種基板を接合することに障害がな
い。
【0022】半導体薄膜席層の小部分の適切な大きさ
は、以下のように求められる。仮に、一辺の長さがwの
正方形の底面を有し厚さがdである直方体形の小部分に
細分化された半導体がその正方形の上面を外部に曝した
状態で絶縁体に埋め込まれたデバイスを想定すると、デ
バイスを加熱した際に半導体に生じる熱応力σによっ
て、半導体は絶縁体から曲げ応力を受け、半導体の座屈
強さσ’が小さければ半導体は曲げ応力に耐えられずに
絶縁体から剥離する。半導体に生じる熱応力σは下記式
(1)で表され、一方、座屈強さσ’は、半導体の最小
断面二次モーメントI及び最小断面二次半径kから、オ
イラーの式に従って下記式(2)で表される。 σ=E・α・Δt (1) (但し、式中、Eは弾性係数、αは線膨張係数、Δtは
温度変化) I=wd3 /12 k2 =d2 /12 σ’=n・π2 ・E・d2 /12w2 (2) (式中、nは端末係数)
は、以下のように求められる。仮に、一辺の長さがwの
正方形の底面を有し厚さがdである直方体形の小部分に
細分化された半導体がその正方形の上面を外部に曝した
状態で絶縁体に埋め込まれたデバイスを想定すると、デ
バイスを加熱した際に半導体に生じる熱応力σによっ
て、半導体は絶縁体から曲げ応力を受け、半導体の座屈
強さσ’が小さければ半導体は曲げ応力に耐えられずに
絶縁体から剥離する。半導体に生じる熱応力σは下記式
(1)で表され、一方、座屈強さσ’は、半導体の最小
断面二次モーメントI及び最小断面二次半径kから、オ
イラーの式に従って下記式(2)で表される。 σ=E・α・Δt (1) (但し、式中、Eは弾性係数、αは線膨張係数、Δtは
温度変化) I=wd3 /12 k2 =d2 /12 σ’=n・π2 ・E・d2 /12w2 (2) (式中、nは端末係数)
【0023】座屈強さと熱応力とがσ’>2σとなるよ
うな場合には半導体の剥離は生じないので、この条件を
満たす一辺の長さw及び厚さdは、上記式(1)(2)
より、次の式(3)のような関係にある。 w<[(n・π2 )/(24α・Δt)]1/2 ・d (3)
うな場合には半導体の剥離は生じないので、この条件を
満たす一辺の長さw及び厚さdは、上記式(1)(2)
より、次の式(3)のような関係にある。 w<[(n・π2 )/(24α・Δt)]1/2 ・d (3)
【0024】従って、小部分の厚さdを基準として一辺
の長さwを上記式(3)を満足する値に設定すれば、剥
離は生じない。例えば、半導体がGaAsの場合、線膨
張係数αは6×10-6/Kであり、端末係数n=1、温
度変化Δt=300K、厚さd=2μmとすると、一辺
の長さwは30μm未満となる。
の長さwを上記式(3)を満足する値に設定すれば、剥
離は生じない。例えば、半導体がGaAsの場合、線膨
張係数αは6×10-6/Kであり、端末係数n=1、温
度変化Δt=300K、厚さd=2μmとすると、一辺
の長さwは30μm未満となる。
【0025】上述より理解されるように、半導体薄膜積
層を小部分に細分化して絶縁体層に埋め込んだ構造にす
ることによって、熱応力による半導体薄膜積層の破損を
減少させることができる。各小部分の大きさは、各状況
に応じて上述の要件を参照して導かれる範囲に設定すれ
ばよく、小部分はトランジスタ等の素子単位で形成して
も、あるいは複数の素子を1グループとして形成しても
よい。絶縁体については、加熱下においてもある程度の
応力に耐えられる強度を有することが必要であり、絶縁
体の例として前述したような材料はこれを満足するもの
である。
層を小部分に細分化して絶縁体層に埋め込んだ構造にす
ることによって、熱応力による半導体薄膜積層の破損を
減少させることができる。各小部分の大きさは、各状況
に応じて上述の要件を参照して導かれる範囲に設定すれ
ばよく、小部分はトランジスタ等の素子単位で形成して
も、あるいは複数の素子を1グループとして形成しても
よい。絶縁体については、加熱下においてもある程度の
応力に耐えられる強度を有することが必要であり、絶縁
体の例として前述したような材料はこれを満足するもの
である。
【0026】更に、積層部分を覆う絶縁体と第2の基板
との間に金属層が設けられることにより、トランジスタ
から生じる熱が基板から外へ効率よく放出される。トラ
ンジスタから金属層へ放熱用の配線を接続することも可
能である。
との間に金属層が設けられることにより、トランジスタ
から生じる熱が基板から外へ効率よく放出される。トラ
ンジスタから金属層へ放熱用の配線を接続することも可
能である。
【0027】又、絶縁体が十分高い強度を有すれば、第
2の基板を絶縁体で形成することも可能である。つま
り、絶縁体層の一部が基板の代用となり、第2の基板が
省略される。この様な態様では、絶縁体としてポリイミ
ド樹脂が特に優れている。
2の基板を絶縁体で形成することも可能である。つま
り、絶縁体層の一部が基板の代用となり、第2の基板が
省略される。この様な態様では、絶縁体としてポリイミ
ド樹脂が特に優れている。
【0028】上記の説明においてはコレクタトップ型の
トランジスタの作製が述べられているが、エミッタトッ
プ型も作製可能なことは言うまでもなく、他の素子につ
いても応用可能である。
トランジスタの作製が述べられているが、エミッタトッ
プ型も作製可能なことは言うまでもなく、他の素子につ
いても応用可能である。
【0029】以下に、本発明に係る半導体デバイスの作
製の具体例を図面を交えて詳細に説明する。尚、結晶成
長方法にはMOCVD法、MBE法、ガスソースMBE
法などがあるが、ここではMBE法で行うものとする。
製の具体例を図面を交えて詳細に説明する。尚、結晶成
長方法にはMOCVD法、MBE法、ガスソースMBE
法などがあるが、ここではMBE法で行うものとする。
【0030】(具体例1)図8に示すとおり、半絶縁性
GaAs基板11上に、選択エッチング層12として厚
さ1μmのInGaP層を、コレクタコンタクト層13
としてn+ −GaAs層を、コレクタ層14として40
0nmのn−GaAs層を、ベース層15として45n
mのP+ −Alx Ga1-x As層(x=0→0.1)
を、エミッタ層16として100nmのN−Al0.3 G
a0.7 As層を、そしてエミッタコンタクト層17とし
て50nmのn+ −In0.5 Ga0.5 As層を順次結晶
成長させて積層物を得る。
GaAs基板11上に、選択エッチング層12として厚
さ1μmのInGaP層を、コレクタコンタクト層13
としてn+ −GaAs層を、コレクタ層14として40
0nmのn−GaAs層を、ベース層15として45n
mのP+ −Alx Ga1-x As層(x=0→0.1)
を、エミッタ層16として100nmのN−Al0.3 G
a0.7 As層を、そしてエミッタコンタクト層17とし
て50nmのn+ −In0.5 Ga0.5 As層を順次結晶
成長させて積層物を得る。
【0031】次に、積層物を素子毎に区分するために、
積層物のうち素子となる部分以外の箇所について、図9
に斜め破線部分Iで示すように、B+ イオンでのイオン
インプランテーションを行う。この後、燐酸と過酸化水
素の混合液を用いたエッチングによって、図10のよう
にエミッタコンタクト層及びエミッタ層16におけるエ
ミッタ領域以外の部分を除去してベース層15を露出さ
せる。
積層物のうち素子となる部分以外の箇所について、図9
に斜め破線部分Iで示すように、B+ イオンでのイオン
インプランテーションを行う。この後、燐酸と過酸化水
素の混合液を用いたエッチングによって、図10のよう
にエミッタコンタクト層及びエミッタ層16におけるエ
ミッタ領域以外の部分を除去してベース層15を露出さ
せる。
【0032】更に、図11のように、蒸着法によりTi
/Pt/Auでエミッタ電極18及びベース電極19を
形成する。そして、図12のように、積層物を升目状に
エッチングして所定数の素子となる部分を含んだ小部分
に分割する。この時、エッチングの深さはコレクタコン
タクト層13より深くなるようにする。この後、図13
のように、小部分を覆うようにポリイミド前駆体を基板
全面に塗布して350℃に加熱して熱硬化させポリイミ
ド樹脂からなる絶縁体層20を形成し、エッチバックに
より平坦化する。
/Pt/Auでエミッタ電極18及びベース電極19を
形成する。そして、図12のように、積層物を升目状に
エッチングして所定数の素子となる部分を含んだ小部分
に分割する。この時、エッチングの深さはコレクタコン
タクト層13より深くなるようにする。この後、図13
のように、小部分を覆うようにポリイミド前駆体を基板
全面に塗布して350℃に加熱して熱硬化させポリイミ
ド樹脂からなる絶縁体層20を形成し、エッチバックに
より平坦化する。
【0033】そして、図14に示すように、エミッタ電
極18及びベース電極19の上方位置のポリイミド樹脂
にコンタクトホールを開けて各電極用の配線21をTi
/Pt/Auで形成し、更にポリイミド樹脂で被覆し同
様に熱硬化して絶縁体層22を設ける。続いて、図15
のようにポリイミド樹脂の絶縁体層22の表面全体に白
金薄膜23を蒸着させ、図16に示すようにシリコン基
板24を前記白金薄膜23と接触させて350℃に加熱
し白金とシリコンの合金化によりシリコン基板24を白
金薄膜23に接着させる。
極18及びベース電極19の上方位置のポリイミド樹脂
にコンタクトホールを開けて各電極用の配線21をTi
/Pt/Auで形成し、更にポリイミド樹脂で被覆し同
様に熱硬化して絶縁体層22を設ける。続いて、図15
のようにポリイミド樹脂の絶縁体層22の表面全体に白
金薄膜23を蒸着させ、図16に示すようにシリコン基
板24を前記白金薄膜23と接触させて350℃に加熱
し白金とシリコンの合金化によりシリコン基板24を白
金薄膜23に接着させる。
【0034】更に、塩酸を用いてInGaPの選択エッ
チング層12をエッチングして図17に示すようにGa
As基板11をエピタキシャルリフトオフする。基板1
1を除去した状態において、素子を形成する積層部分は
小部分に分割されてポリイミド樹脂の絶縁体層20中に
島様に散在して埋設された状態となり、基板とは直接結
合されていないため、以後に施される熱処理によって生
じる熱応力による素子の破損は起こり難くなる。
チング層12をエッチングして図17に示すようにGa
As基板11をエピタキシャルリフトオフする。基板1
1を除去した状態において、素子を形成する積層部分は
小部分に分割されてポリイミド樹脂の絶縁体層20中に
島様に散在して埋設された状態となり、基板とは直接結
合されていないため、以後に施される熱処理によって生
じる熱応力による素子の破損は起こり難くなる。
【0035】この後、図18のように、コレクタがベー
スについてエミッタと対称になるように、コレクタ領域
を形成する部分以外のコレクタコンタクト層13及びコ
レクタ層14をエッチングにより除去しベース層15を
露出させて、蒸着法によりTi/Pt/Au製のベース
電極25を付設する。同様に、コレクタ電極26をコレ
クタコンタクト層13に付設する。ベース層の上下両側
にベース電極19、25を形成することにより、コンタ
クト面積が広がりコンタクト抵抗を減少させることが可
能となる。
スについてエミッタと対称になるように、コレクタ領域
を形成する部分以外のコレクタコンタクト層13及びコ
レクタ層14をエッチングにより除去しベース層15を
露出させて、蒸着法によりTi/Pt/Au製のベース
電極25を付設する。同様に、コレクタ電極26をコレ
クタコンタクト層13に付設する。ベース層の上下両側
にベース電極19、25を形成することにより、コンタ
クト面積が広がりコンタクト抵抗を減少させることが可
能となる。
【0036】更に、上面をベンゾシクロブテン(BC
B)で被覆し、これを250℃で硬化させてエッチバッ
クにより平坦化して、図19のように絶縁体層27を形
成する。絶縁体層27の上面からコレクタ電極26、ベ
ース電極25及び下層の配線21へ向かって鉛直方向に
コンタクトホールを形成して配線用金属としてTi/P
t/Auを埋め込み引出し配線28を形成し、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ素子が完成する。
B)で被覆し、これを250℃で硬化させてエッチバッ
クにより平坦化して、図19のように絶縁体層27を形
成する。絶縁体層27の上面からコレクタ電極26、ベ
ース電極25及び下層の配線21へ向かって鉛直方向に
コンタクトホールを形成して配線用金属としてTi/P
t/Auを埋め込み引出し配線28を形成し、ヘテロ接
合バイポーラトランジスタ素子が完成する。
【0037】(具体例2)具体例1と同様の操作に従っ
て、図20に示すように絶縁体層20、22、27に埋
設された複数のトランジスタ素子30が形成され、更に
各素子30を二層配線29によって接続してIC31が
作製される。
て、図20に示すように絶縁体層20、22、27に埋
設された複数のトランジスタ素子30が形成され、更に
各素子30を二層配線29によって接続してIC31が
作製される。
【0038】(具体例3)具体例1の操作を応用して、
図21に示すようなIC32が作製される。このICに
おいては、トランジスタ素子のうち特に放熱対策の必要
なパワー用素子33のエミッタ電極34を金属層23と
Au製の配線35で接続し、素子33に生じた熱を配線
35を介して金属層23へ伝達し易くしている。
図21に示すようなIC32が作製される。このICに
おいては、トランジスタ素子のうち特に放熱対策の必要
なパワー用素子33のエミッタ電極34を金属層23と
Au製の配線35で接続し、素子33に生じた熱を配線
35を介して金属層23へ伝達し易くしている。
【0039】(具体例4)具体例1の操作を応用して、
図22に示すようなマイクロ波用IC36が作製され
る。このICにおいては、島状に形成されるHBTIC
部分37と共に、金属層をグランドとするマイクロスト
リップライン38が作製操作中に形成される。
図22に示すようなマイクロ波用IC36が作製され
る。このICにおいては、島状に形成されるHBTIC
部分37と共に、金属層をグランドとするマイクロスト
リップライン38が作製操作中に形成される。
【0040】
【発明の効果】寄生容量が小さく、信頼性及び耐熱性の
高い半導体デバイスの作製を高い生産効率で行うことが
可能になり、作製する半導体デバイスの設計変更が容易
に行え、応用可能な範囲が広い。
高い半導体デバイスの作製を高い生産効率で行うことが
可能になり、作製する半導体デバイスの設計変更が容易
に行え、応用可能な範囲が広い。
【図1】本発明の半導体デバイスの作製の基本プロセス
を説明する縦断面図。
を説明する縦断面図。
【図2】図1に続く基本プロセスを説明する縦断面図。
【図3】図2に続く基本プロセスを説明する縦断面図。
【図4】図3に続く基本プロセスを説明する縦断面図。
【図5】図4に続く基本プロセスを説明する縦断面図。
【図6】図5に続く基本プロセスを説明する縦断面図
(A)及び平面図(B)。
(A)及び平面図(B)。
【図7】図6に続く基本プロセスを説明する縦断面図。
【図8】本発明の半導体デバイスの第1の具体例の作製
プロセスを説明する縦断面図。
プロセスを説明する縦断面図。
【図9】図8に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図10】図9に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図11】図10に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図12】図11に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図13】図12に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図14】図13に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図15】図14に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図16】図15に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図17】図16に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図18】図17に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図19】図18に続くプロセスを説明する縦断面図。
【図20】本発明の半導体デバイスの第2の具体例を示
す斜視図(A)及び縦断面図(B)。
す斜視図(A)及び縦断面図(B)。
【図21】本発明の半導体デバイスの第3の具体例を示
す縦断面図。
す縦断面図。
【図22】本発明の半導体デバイスの第4の具体例を示
す縦断面図。
す縦断面図。
3 半導体薄膜積層
4、18、34 エミッタ電極
5、19、25 ベース電極
6、20、22 絶縁体
7、23 金属層
8、24 基板
9、26 コレクタ電極
14 コレクタ層
15 ベース層
16 エミッタ層
35 配線
37 HBTIC
38 マイクロストリップライン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平7−130756(JP,A)
特開 昭63−62377(JP,A)
特開 平9−82940(JP,A)
特開 平6−45344(JP,A)
特開 平1−166560(JP,A)
特開 昭62−139356(JP,A)
特開 昭62−139355(JP,A)
特開 昭54−57870(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/331
H01L 21/8222
H01L 27/082
H01L 29/73 - 29/737
Claims (3)
- 【請求項1】 1あるいは複数のヘテロ接合型バイポー
ラトランジスタを構成する個々の小部分に分割された半
導体積層物と、該半導体積層物の小部分が散在し且つ基
板に接しないように埋め込まれる状態で該半導体積層物
を覆うポリマーとを有する半導体デバイス。 - 【請求項2】 前記ヘテロ接合型バイポーラトランジス
タは、III −V族化合物で形成されエミッタ及びコレク
タの能動領域の幅がベースの能動領域より小さい素子を
含む請求項1記載の半導体デバイス。 - 【請求項3】 ヘテロ接合型バイポーラトランジスタを
形成するための半導体積層物を第1基板上に積層し、該
半導体積層物を1あるいは複数のヘテロ接合型バイポー
ラトランジスタを構成する個々の小部分に分割し成形す
るための加工を該半導体積層物に前記第1基板と反対の
側から施し、該半導体積層物の被加工部分を埋め込むよ
うに被覆するポリマー層を形成し、該ポリマー層と第2
基板とを300〜400℃に加熱しながら接合し、前記
第1基板を該半導体積層物から分離し、前記第2基板と
反対の側から成形加工を該半導体積層物に施して該半導
体積層物の個々の小部分のヘテロ接合型バイポーラトラ
ンジスタを完成させることを特徴とする半導体デバイス
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34169895A JP3522939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 半導体デバイス及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34169895A JP3522939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 半導体デバイス及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09186240A JPH09186240A (ja) | 1997-07-15 |
JP3522939B2 true JP3522939B2 (ja) | 2004-04-26 |
Family
ID=18348087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34169895A Expired - Fee Related JP3522939B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 半導体デバイス及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3522939B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
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---|---|---|---|---|
JP3846367B2 (ja) | 2002-05-30 | 2006-11-15 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体素子部材及び半導体装置並びにそれらの製造方法、電気光学装置、電子機器 |
JP3870848B2 (ja) | 2002-06-10 | 2007-01-24 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体集積回路、電気光学装置、電子機器および半導体集積回路の製造方法 |
JP3812500B2 (ja) | 2002-06-20 | 2006-08-23 | セイコーエプソン株式会社 | 半導体装置とその製造方法、電気光学装置、電子機器 |
JP4042608B2 (ja) | 2003-04-01 | 2008-02-06 | セイコーエプソン株式会社 | トランジスタ及び電子機器 |
JP4856861B2 (ja) * | 2004-07-20 | 2012-01-18 | シャープ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
JP2008053250A (ja) | 2006-08-22 | 2008-03-06 | Sony Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP5503168B2 (ja) * | 2009-03-19 | 2014-05-28 | 株式会社日立製作所 | 半導体集積回路装置 |
JP6447322B2 (ja) * | 2015-04-02 | 2019-01-09 | 住友電気工業株式会社 | 半導体素子及び半導体素子の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP34169895A patent/JP3522939B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH09186240A (ja) | 1997-07-15 |
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