JP3887473B2 - Semiconductor device manufacturing method and etching solution used in this method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは半導体素子の製造方法およびこれに用いられるエッチング液に関し、特に、ゲート電極形成前の選択エッチングおよびこれに用いられるエッチング液に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
GaAs系材料(InGaAs/InAlAs材料や、GaAs/AlGaAs材料等)は、キャリア移動度の高い半導体材料であるので、電界効果トランジスタ(以下、「FET」という。)や、高電子移動度トランジスタ(以下、「HEMT」という場合がある。)等のリセス型化合物半導体素子に広く用いられている。
【0003】
これらの半導体素子は、GaAs基板上にソース電極 、ゲート電極、ドレイン電極が形成された構成をとる。
例えば、HEMTの一般的製造方法を示すと、まずGaAs基板上にエピキシャル層(以下、「エピ層」という場合がある。)を成長させ、レジストにより所定のパターニングを行った後、ソース・ドレイン領域を分離するためイオン注入する。次に、金属膜を蒸着し、ソース電極、ドレイン電極を形成する。レジストにより所定のパターニングを行った後、エッチングによりリセス溝を形成し、そこに金属膜を蒸着してゲート電極を形成する。
【0004】
このとき形成されるリセスエッチング溝の深さは、半導体素子のデバイス特性、例えば、しきい値電圧、ドレイン電流、相互コンダクタンス等に大きく影響するので、均一な深さのリセス溝が形成できるように制御する必要がある。
これを制御する方法として、コンタクトエピ層(例えばInGaAs/InAlAs系ではInGaAs層)のエッチング速度と、バリアエピ層(例えばInGaAs/InAlAs系ではInAlAs層)のエッチング速度との比が無限大であるようなエッチング液を用いて、選択エッチングを行う方法がある(ここでのエッチング速度とは単位時間あたりにエッチングされるエッチング溝の深さで示される。)。この選択エッチングを行えば、エッチングの進行はバリアエピ層(InAlAs層)上で止まり、エッチング深さを制御することができる。
【0005】
選択エッチングにより、リセスエッチング溝を均一に形成する方法としては、例えば、InGaAs/InAlAs積層構造を有する半導体基板において、リセスエッチング液にアンモニア水でpH調整したクエン酸と過酸化水素水の混合溶液(クエン酸/アンモニア/過酸化水素混合水溶液)を用いる方法が提案されている(N.Yoshida et al.,IEEE MTT−S Digest,1994,WEIE−1,p.645〜P.648)。この方法によれば、エッチングの進行をInAlAsエピ層上で止めることができ、ある程度リセス溝の深さを制御することが可能となった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、クエン酸/アンモニア/過酸化水素混合水溶液をエッチング液とした場合、クエン酸の粘度が高いため、エッチング液の粘度も高くなり、リセスエッチング溝の深さが不均一になる傾向がある。その結果、半導体素子のデバイス特性にもばらつきが生じやすくなり、安定的に高品質なHEMTを製造できないという問題がある。また、前記混合水溶液の選択性能は、水溶液のpHに大きく依存するので、エッチング液として用いる場合、厳密なpH調整が必要となる。従って、半導体素子の製造工程中に、pHのモニタリング等の工程を組込む必要があり、工程が長期化、複雑化するという問題もある。さらに、pH調整そのものが困難で再現性が悪く、この点でも安定的に高品質な半導体素子を製造できないという問題がある。
【0007】
以上のことから本発明は、選択リセスエッチング工程を含む半導体素子の製造方法を簡略化し、安定的に高品質な半導体素子を製造できる方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、
(1)少なくとも、InGaAs層とInAlAs層とが積層された構造を有する半導体基板を用いる半導体素子の製造方法において、
InAlAs層上に積層されたInGaAs層をエッチングする工程を含み、且つ該工程で用いられるエッチング液に、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液からなる混合溶液を用いることを特徴としている。
【0009】
また、
(2)少なくとも、GaAs層とAlGaAs層とが積層された構造を有する半導体基板を用いる半導体素子の製造方法において、
AlGaAs層上に積層されたGaAs層をエッチングする工程を含み、且つ該工程で用いられるエッチング液に、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液からなる混合溶液を用いることを特徴としている。
【0010】
さらに、本発明は、
(3)半導体素子の製造方法の工程中の、InAlAs層上に積層されたInGaAs層をエッチングする工程に用いられる、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液からなるエッチング液を特徴としている。
【0011】
また、本発明は、
(4)半導体素子の製造方法の工程中の、AlGaAs層上に積層されたGaAs層をエッチングする工程に用いられる、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液からなるエッチング液を特徴としている。
【0012】
本発明の製造方法によれば、エッチング液をpH調製することなく、InAlAs層上に積層されたInGaAs層、または、AlGaAs層上に積層されたGaAs層を選択的にエッチングできるので、高性能な半導体素子の製造工程が簡略化し、生産性が向上する。また、本発明にかかわるエッチング液は、上記したようにpH調製が不要であるのみならず、粘度も低いので、選択エッチングにより形成されるリセスエッチング溝が均一となり、安定的に高品質なリセス型半導体素子を製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図1から図6までを参照して説明する。図1から図6までは本発明の第1の実施の形態および実施例1の製造工程を示す図である。
【0019】
InP基板11上に、有機金属の熱分解を利用した化学的気相成長法(MOCVD法)またはMBE(モレキュラビームエピタキシー)法により、InAlAsバッファ層12、InGaAsチャネル層13、InAlAsスペーサー層14、例えばSiがドーピングされたInAlAs活性層15、InAlAsバリア層16、例えばSiがドーピングされたInGaAsコンタクト層17を、この順に成長させる(図1参照)。以下、この積層構造を有するInP基板をInP−HEMT基板という。図2以降では、InP−HEMT基板中のInAlAsバッファ層12からInAlAs活性層15を省略した。
【0020】
次に、InP−HEMT基板全面に、レジスト18を塗布し、所定のマスクパターニングを行った後、ソース領域、ドレイン領域を形成するため、イオン注入装置等を用いて酸素イオンを注入する(図2参照)。レジスト18を、酸素アッシングまたはアセトン等の有機溶剤で除去した後、InP−HEMT基板全面に、レジスト19を塗布し、所定のマスクパターニングを行い、さらに、電子ビーム蒸着装置(EB蒸着装置)等を用いてオ−ミック金属(OM金属、例えばAu−Pt−Ti共晶等)20を蒸着する(図3参照)。
【0021】
次にレジスト19およびレジスト19上のOM金属膜20を、例えば、ジメチルホルムアミド(DMF)等の有機溶剤を用いて除去した後、InP−HEMT基板全面にレジスト21を塗布して所定のマスクパターニングを行う。次に、InGaAsコンタクト層17とInAlAsバリア層16を、エッチング液を用いて選択エッチングし、リセス溝22を形成する(図4参照)。
【0022】
次に、InP−HEMT基板全面に、レジスト23を塗布し、所定のマスクパターニングを行った後、例えばEB装置等を用いて、ゲート金属24(Au−Pt−Tiの共晶等)を蒸着する(図5参照)。その後、例えばDMF等の有機溶剤を用いてレジスト21、およびレジスト23を除去する。この際、レジスト23上のゲート金属膜24も同時に除去され、リセス溝部にゲート電極25が形成され、半導体素子を得る(図6参照)。
【0023】
エッチング液には、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液を用いる。これは、pHを調製することなく、InAlAs層上に積層されたInGaAs層、または、AlGaAs層上に積層されたGaAs層を選択的にエッチングするので、製造工程を簡略化することができる。
【0026】
この混合溶液の調製は、例えば、超純水に、前記の酸を溶解し、これと過酸化水素水を混合する等により行う。最適な混合比は、濃度30%の過酸化水素水を、所定の濃度の酸を含む水溶液に対して体積比で1/5以上5/1以下の範囲で混合すると、選択エッチング性能の点で好ましい。さらに、不純物の混入等を防止するため、調製時には高純度の試薬を用いることが好ましい。
【0027】
以下に、本発明におけるエッチング液の調製例を示す。
超純水1,000mlに対してホウ酸(純度>99.5%)30gを溶解する。この希釈されたホウ酸と濃度30%の過酸化水素水を体積比で、5:1から1:5の範囲で混合し、エッチング液を調製する。
【0028】
エッチングには、従来から知られているリセスエッチングの方法を用いることができる。例えば、半導体基板を、アッシング装置等を用いて酸素アッシングした後、該半導体基板を前記エッチング液中へコンタクト層がエッチングされる所定の時間浸漬し、その後該半導体基板を水洗し、乾燥する方法等が挙げられる。
【0029】
前記エッチング液は、AlGaAs層上に積層されたGaAs層のエッチングに関しても、高選択性を示すので、GaAs層とAlGaAs層とが積層された構造を有する半導体素子の製造方法にも適用することができる。尚、GaAs層とAlGaAs層とが積層された構造を有するInP−HEMT基板の作製方法は、前記InGaAs層とInAlAs層が積層されたInP−HEMT基板の作製方法と同様である。
【0030】
【実施例】
実施例1
<エッチング液の調製>
超純水1000mlに対してほう酸(純度99.5%)30gを溶解し、この希釈されたほう酸と濃度30%の過酸化水素水500mlを混合し、エッチング液を調製した。
【0031】
<半導体素子の製造方法>
InP基板11上に、有機金属の熱分解を利用した化学的気相成長法(MOCVD法)により、InAlAsバッファ層12、InGaAsチャネル層13、InAlAsスペーサー層14、SiがドーピングされたInAlAs活性層15、InAlAsバリア層16、SiがドーピングされたInGaAsコンタクト層17を、この順に成長させた(図1参照)。以下、この積層構造を有するInP基板をInP−HEMT基板という。図2以降では、InP−HEMT基板中のInAlAsバッファ層12からInAlAs活性層15を省略した。
【0032】
次に、InP−HEMT基板全面に、レジスト18を塗布し、所定のマスクパターニングを行った後、ソース領域、ドレイン領域を形成するため、イオン注入装置(「NH−205」、日新電機社製)を用いて酸素イオンを注入した(図2参照)。レジスト18を、酸素アッシングまたはアセトンで除去した後、InP−HEMT基板全面に、レジスト19を塗布し、所定のマスクパターニングを行い、さらに、電子ビーム蒸着装置(「EVC−1501」、アネルバ社製)を用いてAu−Pt−Ti共晶をオ−ミック金属として蒸着した(図3参照)。
【0033】
次にレジスト19およびレジスト19上のOM金属膜20を、ジメチルホルムアミド(DMF)を用いて除去した後、InP−HEMT基板全面にレジスト21を塗布して所定のマスクパターニングを行った。次に、アッシング装置(IPC社製)を用いて半導体基板を酸素アッシングした後、上記の調製法にて得られたほう酸を含有するエッチング液中に、半導体基板を10秒間浸漬し、その後、該半導体基板を水洗し、N2 ブローにより乾燥した。半導体基板上に、均一なリセスエッチング溝が形成された。
【0034】
次に、InP−HEMT基板全面に、レジスト23を塗布し、所定のマスクパターニングを行った後、電子ビーム蒸着装置(「EVC−1501」、アネルバ社製)を用いて、Au−Pt−Ti共晶をゲート金属24として蒸着した(図5参照)。その後、DMFを用いてレジスト21、およびレジスト23を除去すると、レジスト23上のゲート金属膜24も同時に除去され、リセス溝部にゲート電極が形成され、半導体素子が得られた(図6参照)。得られた半導体素子のデバイス特性は良好であった。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、エッチング液をpH調製することなく、InAlAs層上に積層されたInGaAs層、または、AlGaAs層上に積層されたGaAs層を高選択的にエッチングできるので、半導体素子の製造工程が簡略化でき、生産性が向上するという、効果がある。また、本発明により製造された半導体素子は、リセス溝の深さが均一なので、高いデバイス特性を有する、という効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体素子の製造方法の工程の一部を示す図である。
【図2】本発明の半導体素子の製造方法の工程の他の一部を示す図である。
【図3】本発明の半導体素子の製造方法の工程の他の一部を示す図である。
【図4】本発明の半導体素子の製造方法の工程の他の一部を示す図である。
【図5】本発明の半導体素子の製造方法の工程の他の一部を示す図である。
【図6】本発明の半導体素子の製造方法の工程の他の一部を示す図である。
【符号の説明】
11 InP基板
12 InAlAsバッファ層
13 InGaAsチャネル層
14 InAlAsスペーサ層
15 SiドープInAlAs活性層
16 InAlAsバリア層
17 InGaAsコンタクト層
18 レジスト
19 レジスト
20 OM金属膜
21 レジスト
22 リセスエッチングされた溝
23 レジスト
24 ゲート金属膜
25 ゲート電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates generally to a method for manufacturing a semiconductor device and an etching solution used therefor, and more particularly to selective etching before forming a gate electrode and an etching solution used therefor.
[0002]
[Prior art]
Since GaAs-based materials (InGaAs / InAlAs materials, GaAs / AlGaAs materials, etc.) are semiconductor materials with high carrier mobility, field effect transistors (hereinafter referred to as “FETs”) and high electron mobility transistors (hereinafter referred to as “FETs”). , And may be referred to as “HEMT”).
[0003]
These semiconductor elements have a configuration in which a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on a GaAs substrate.
For example, a general method for manufacturing a HEMT is described. First, an epitaxial layer (hereinafter sometimes referred to as an “epi layer”) is grown on a GaAs substrate, a predetermined patterning is performed using a resist, and then a source / drain region is formed. For ion implantation. Next, a metal film is deposited to form a source electrode and a drain electrode. After performing predetermined patterning with a resist, a recess groove is formed by etching, and a metal film is deposited thereon to form a gate electrode.
[0004]
The depth of the recess etching groove formed at this time greatly affects the device characteristics of the semiconductor element, for example, threshold voltage, drain current, mutual conductance, etc., so that a recess groove having a uniform depth can be formed. Need to control.
As a method for controlling this, the ratio between the etching rate of the contact epilayer (for example, InGaAs layer in InGaAs / InAlAs system) and the etching rate of the barrier epilayer (for example, InAlAs layer in InGaAs / InAlAs system) is infinite. There is a method of performing selective etching using an etchant (the etching rate here is indicated by the depth of an etching groove etched per unit time). If this selective etching is performed, the progress of etching stops on the barrier epi layer (InAlAs layer), and the etching depth can be controlled.
[0005]
As a method for uniformly forming the recess etching groove by selective etching, for example, in a semiconductor substrate having an InGaAs / InAlAs laminated structure, a mixed solution of citric acid and hydrogen peroxide water (pH adjusted with ammonia water as a recess etching solution) A method using a citric acid / ammonia / hydrogen peroxide mixed aqueous solution) has been proposed (N. Yoshida et al., IEEE MTT-S Digest, 1994, WEIE-1, p. 645 to P. 648). According to this method, the progress of etching can be stopped on the InAlAs epilayer, and the depth of the recess groove can be controlled to some extent.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when citric acid / ammonia / hydrogen peroxide mixed aqueous solution is used as an etching solution, the viscosity of citric acid is high, so the viscosity of the etching solution also increases, and the depth of the recess etching groove tends to be non-uniform. As a result, the device characteristics of the semiconductor elements are likely to vary, and there is a problem that a high-quality HEMT cannot be manufactured stably. In addition, since the selection performance of the mixed aqueous solution greatly depends on the pH of the aqueous solution, strict pH adjustment is required when used as an etching solution. Therefore, it is necessary to incorporate a process such as pH monitoring in the manufacturing process of the semiconductor element, and there is a problem that the process becomes longer and complicated. Furthermore, pH adjustment itself is difficult and reproducibility is poor, and there is also a problem that a high-quality semiconductor element cannot be stably manufactured in this respect.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method capable of simplifying a method for manufacturing a semiconductor element including a selective recess etching process and stably manufacturing a high-quality semiconductor element.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention
(1) In a method for manufacturing a semiconductor element using a semiconductor substrate having a structure in which at least an InGaAs layer and an InAlAs layer are stacked,
It includes a step of etching the InGaAs layer stacked on the InAlAs layer, and a mixed solution composed of a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide water is used as an etchant used in the step.
[0009]
Also,
(2) In a method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor substrate having a structure in which at least a GaAs layer and an AlGaAs layer are laminated,
The method includes a step of etching a GaAs layer stacked on an AlGaAs layer, and a mixed solution composed of a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide is used as an etchant used in the step.
[0010]
Furthermore, the present invention provides
(3) It is characterized by an etching solution made of a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide used in a step of etching an InGaAs layer stacked on an InAlAs layer in the step of the method for manufacturing a semiconductor element.
[0011]
The present invention also provides:
(4) It is characterized by an etching solution composed of a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide used in a step of etching a GaAs layer laminated on an AlGaAs layer in the step of the method for manufacturing a semiconductor device.
[0012]
According to the manufacturing method of the present invention, the InGaAs layer stacked on the InAlAs layer or the GaAs layer stacked on the AlGaAs layer can be selectively etched without adjusting the pH of the etching solution. The manufacturing process of the semiconductor element is simplified and the productivity is improved. Further, the etching solution according to the present invention does not require pH adjustment as described above, and also has a low viscosity, so that the recess etching groove formed by selective etching becomes uniform, and a stable and high-quality recess type. A semiconductor element can be manufactured.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 to FIG. 6 are diagrams showing manufacturing steps of the first embodiment and Example 1 of the present invention.
[0019]
On the InP substrate 11, an
[0020]
Next, after a
[0021]
Next, after removing the resist 19 and the
[0022]
Next, after applying a resist 23 on the entire surface of the InP-HEMT substrate and performing predetermined mask patterning, a gate metal 24 (Au—Pt—Ti eutectic or the like) is deposited using, for example, an EB apparatus or the like. (See FIG. 5). Thereafter, the resist 21 and the resist 23 are removed using an organic solvent such as DMF. At this time, the
[0023]
As the etching solution, a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide water is used. Since the InGaAs layer stacked on the InAlAs layer or the GaAs layer stacked on the AlGaAs layer is selectively etched without adjusting the pH, the manufacturing process can be simplified.
[0026]
The mixed solution is prepared, for example, by dissolving the acid in ultrapure water and mixing it with hydrogen peroxide . Optimum mixing ratio, the concentration of 30% hydrogen peroxide solution, when mixed with 1/5 or 5/1 or less of the range of the volume ratio for the aqueous solution containing an acid of a predetermined concentration, selective etching performance This is preferable. Furthermore, it is preferable to use a high-purity reagent during preparation in order to prevent contamination of impurities.
[0027]
Below, the example of preparation of the etching liquid in this invention is shown.
30 g of boric acid (purity> 99.5%) is dissolved in 1,000 ml of ultrapure water. The diluted boric acid and the hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% are mixed in a volume ratio of 5: 1 to 1: 5 to prepare an etching solution.
[0028]
For the etching, a conventionally known recess etching method can be used. For example, after a semiconductor substrate is subjected to oxygen ashing using an ashing apparatus or the like, the semiconductor substrate is immersed in the etching solution for a predetermined time during which the contact layer is etched, and then the semiconductor substrate is washed with water and dried. Is mentioned.
[0029]
Since the etchant exhibits high selectivity also for etching of a GaAs layer laminated on an AlGaAs layer, it can be applied to a method of manufacturing a semiconductor device having a structure in which a GaAs layer and an AlGaAs layer are laminated. it can. Note that the method of manufacturing the InP-HEMT substrate having a structure in which the GaAs layer and the AlGaAs layer are stacked is the same as the method of manufacturing the InP-HEMT substrate in which the InGaAs layer and the InAlAs layer are stacked.
[0030]
【Example】
Example 1
<Preparation of etching solution>
30 g of boric acid (purity 99.5%) was dissolved in 1000 ml of ultrapure water, and the diluted boric acid and 500 ml of hydrogen peroxide solution having a concentration of 30% were mixed to prepare an etching solution.
[0031]
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
An
[0032]
Next, a resist 18 is applied to the entire surface of the InP-HEMT substrate, and after performing predetermined mask patterning, an ion implantation apparatus (“NH-205”, manufactured by Nissin Electric Co., Ltd.) is used to form a source region and a drain region. ) Was used to implant oxygen ions (see FIG. 2). After the resist 18 is removed by oxygen ashing or acetone, a resist 19 is applied to the entire surface of the InP-HEMT substrate, predetermined mask patterning is performed, and an electron beam deposition apparatus (“EVC-1501”, manufactured by Anerva) Was used to deposit Au—Pt—Ti eutectic as an ohmic metal (see FIG. 3).
[0033]
Next, after removing the resist 19 and the
[0034]
Next, after applying resist 23 on the entire surface of the InP-HEMT substrate and performing predetermined mask patterning, both Au—Pt—Ti are used with an electron beam evaporation apparatus (“EVC-1501”, manufactured by Anelva). Crystals were deposited as gate metal 24 (see FIG. 5). Thereafter, when the resist 21 and the resist 23 were removed using DMF, the
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, an InGaAs layer stacked on an InAlAs layer or a GaAs layer stacked on an AlGaAs layer can be highly selectively etched without adjusting the pH of the etching solution. Can be simplified, and productivity is improved. In addition, since the depth of the recess groove is uniform, the semiconductor device manufactured according to the present invention has an effect of having high device characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a part of a process of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another part of the process of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another part of the process of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing another part of the process of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing another part of the steps of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another part of the process of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
[Explanation of symbols]
11
Claims (4)
InAlAs層上に積層されたInGaAs層をエッチングする工程を含み、且つ該工程で用いられるエッチング液に、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液を用いることを特徴とする半導体素子の製造方法。In a method for manufacturing a semiconductor element using a semiconductor substrate having a structure in which at least an InGaAs layer and an InAlAs layer are laminated,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of etching an InGaAs layer stacked on an InAlAs layer, and using a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide as an etching solution used in the step.
AlGaAs層上に積層されたGaAs層をエッチングする工程を含み、且つ該工程で用いられるエッチング液に、ほう酸と過酸化水素水の混合溶液を用いることを特徴とする半導体素子の製造方法。In a method for manufacturing a semiconductor device using a semiconductor substrate having a structure in which at least a GaAs layer and an AlGaAs layer are laminated,
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of etching a GaAs layer laminated on an AlGaAs layer, and using a mixed solution of boric acid and hydrogen peroxide as an etching solution used in the step.
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