JP4004677B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)回路の製作において、MESFETと同一基板上で形成される耐ESD(Electro Static Discharge)保護を目的としたNPN接合ダイオードの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は一般的なNチャネルのMESFETである。半絶縁性GaAs基板1にNチャネル層2、ソース、ドレイン領域としてのN+層3を形成後、N+層3表面上にソース電極4、ドレイン電極5をオーミック接触させ、Nチャネル層2をリセスエッチングした後、ゲート電極6を形成する。
【0003】
マイクロ波集積回路として使用されるGaAsMESFETはショットキーゲートが外部からのESDで破壊されることが多く、ESD破壊を防止するため保護ダイオードを接続する必要があった。この為、NPN接合ダイオードを保護ダイオードとしてMESFETと同一基板上に形成し、ESD耐量を上げる対策が行われている。
【0004】
従来、MESFET回路の製作において、MESFETと同一基板上でMESFETと一緒に保護ダイオードとして働くNPN接合ダイオードを製作する場合、例えば、図4のようにNチャネル層2内をメサエッチング後、Zn等によるP拡散層8を形成したり、又は、図5のようにMg等のP型不純物の高濃度イオン注入によりNチャネル層2内に反転P注入層9を形成したりして、NPN接合ダイオードを製作していた。(例えば、特開昭62−145876号公報)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようなNPN接合ダイオードの製作法では、非常に高度な技術を必要としていた。即ち、図4に示すZn等のP拡散では、温度制御が難しいので拡散深さがばらつき易く特性のバラツキが大きいという欠点を有していた。また、図5に示したMg等のP型不純物の高濃度イオン注入では、活性化率が悪いため不活性部分が欠陥となり結晶品質を悪化させるという欠点を有していた。特にP拡散では、高温に耐える絶縁体マスクを必要とするため、形成に工数がかかりコストが高くなるという問題があった。本発明は上記問題点を解消し、MESFETと同一基板上で非常に製作が容易なNPN接合ダイオードの製造方法を提供することにより、低コストでESD耐圧の大きなMESFET回路を実現することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
半導体基板に離間して形成されたN+型ソース領域とN+型ドレイン領域、及び該N+型ソース領域と該N+型ドレイン領域間に形成されたNチャネル領域の表面上にそれぞれ配置したソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を備えたNチャネルMESFETとともに、該半導体基板に離間して形成された2つのN+型半導体領域と、該2つのN+型半導体領域の表面上に形成されたオーミック電極と、該2つのN+型半導体領域間に形成されたP型半導体領域を備えたNPN接合ダイオードを同一の該半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法において、半絶縁性GaAs基板全体に深いP埋込層とより浅いNチャネル層を順に形成する工程と、該半絶縁性GaAs基板表面から該P埋込層より深くかつ離間した2つのN+層を形成する工程と、該2つのN+層表面上にそれぞれ該オーミック電極を形成する工程と、該オーミック電極を含む該半絶縁性GaAs基板表面全体を被覆したフォトレジストをパターニングし、選択的に該オーミック電極間の該Nチャネル層表面と該Nチャネル層に接する該2つのN+層表面の一部を露出させる工程と、該Nチャネル層を完全に除去する工程を備え、該オーミック電極を含む該2つのN+層と該P埋込層から構成された該NPN接合ダイオードを該NチャネルMESFETと同一の該半絶縁性GaAs基板上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【0007】
【作用】
これにより、MESFETと同一基板上で耐ESD保護用ダイオードとしてのNPN接合ダイオードの制作が容易にでき、ESD耐圧の大きなMESFET回路の実現が可能になる。
【0008】
【実施例】
本発明の実施例としてNPN接合ダイオードの製造方法を工程順に表した半導体チップの断面図を図1(a)〜(d)に示す。尚、複数の図面にわたって同一または相当するものには同一の符号を付し、説明の重複を避けた。この場合、MESFET製作用基板としてMESFETの特性改善の為によく使用されるP埋込層とより浅いNチャネル層を持つ基板を用いる。
【0009】
図1(a)の様にMESFET製作用基板は、まず半絶縁性GaAs基板1表面全体にMg等による深いPイオン注入(例えば、注入エネルギー:150keV、ドーズ量:6E11(6×1011)cm-2、深さ:0.4μm程度)によりP埋込層10を形成した後、SiによりP埋込層10よりも浅いNイオン注入(例えば、注入エネルギー:90keV、ドーズ量:5E12cm-2、深さ:0.2μm程度)を行い、Nチャネル層2を形成することにより容易に製作される。P埋込層10は、Nチャネル層2の注入プロファイルのダレを少なくし、トランジスタ特性における相互コンダクタンス(gm)を改善するために一般的に用いられる構造である。 本発明のNPN接合ダイオードは、上記のP埋込層10とNチャネル層2を持つMESFET製作用基板を使用し以下の工程に従い製作する。
【0010】
プラズマCVD法によりNチャネル層2表面全体にSiNを被覆後、フォトレジストによりパターニングし、N+層3に対応する部分のSiN表面を開口させる。そして、フォトレジストをマスクにし選択的にSiNを通してN+イオン注入(例えば、注入エネルギー:200keV、ドーズ量:4E13cm-2、深さ:0.5μm程度)を行い、ソース、ドレイン領域としてN+層3を形成する。フォトレジスト除去後に注入ドーパントの活性化のために熱処理(アニール)を行い、その後SiNを除去する。(図1(b))。
【0011】
次に、MESFETにおけるソース、ドレイン電極と同様にリフトオフ法によりAuGe/Ni/Auから成るオーミック電極7を形成し合金化処理(シンタ)を行う。そして、オーミック電極7を含む半絶縁性GaAs基板1表面の全面にフォトレジスト11を塗布後パターニングし、図1(c)に示す様に、選択的にオーミック電極7間のNチャネル層2およびNチャネル層2に接するN+層3内側の領域を開口し露出させる。
【0012】
次に、フォトレジスト11をエッチングマスクとして利用し、リン酸、過酸化水素、水から成るエッチング液によるメサエッチングでNチャネル層2を完全に除去し、P埋込層10を残す。最後にフォトレジスト11を有機溶剤で除去し、図1(d)に示す様に二つのオーミック電極7間でN+層3とP埋込層10から構成されるNPN接合ダイオードを完成させる。
【0013】
上記のMESFET製作用基板を用いて製作したMESFETの断面図を図2に示す。NPN接合ダイオードの製作と同様に図1(a)〜(c)の工程を行った後、ソース、ドレイン間のNチャネル層2を目標のピンチオフ電圧を持つような適当な深さまでメサエッチングを行う。次に、Ti/Pt/Auを蒸着しリフトオフ法によりTi/Pt/Auから成るゲート電極6を形成して完成させる。以上の様に製作することにより、同一基板上でMESFETとNPN接合ダイオードが容易に形成できる。
【0014】
【発明の効果】
本発明は、P埋込層とNチャネル層を持つMESFET製作用基板を利用し、二つのオーミック電極間において、Nチャネル層を除去するためのメサエッチングのみで、NPN接合ダイオードをMESFETと同一基板上に形成することが出来る。従って、P拡散やP高濃度イオン注入と比べると、製作が容易であり、低コスト化に有効である。また、P拡散やP高濃度イオン注入がNチャネル層を反転させたP高濃度層を用いるのに対し、本発明では初期のイオン注入によるP埋込層をそのまま使用するので、結晶品質に優れており、特性も良好な耐ESD用保護ダイオードとしてのNPN接合ダイオードが製作可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるNPN接合ダイオードの製造方法を工程順に表した断面図である。
【図2】P埋込層とNチャネル層を持つ基板上に形成されたMESFETの断面図である。
【図3】NチャネルMESFETの断面図である。
【図4】従来例としてP拡散層を用いたNPN接合ダイオードの断面図である。
【図5】従来例としてP注入層を用いたNPN接合ダイオードの断面図である。
【符号の説明】
1.半絶縁性GaAs基板
2.Nチャネル層
3.N+
4.ソース電極
5.ドレイン電極
6.ゲート電極
7.オーミック電極
8.P拡散層
9.P注入層
10.P埋込層
11.フォトレジスト

Claims (1)

  1. 半導体基板に離間して形成されたN+型ソース領域とN+型ドレイン領域、及び該N+型ソース領域と該N+型ドレイン領域間に形成されたNチャネル領域の表面上にそれぞれ配置したソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を備えたNチャネルMESFETとともに、該半導体基板に離間して形成された2つのN+型半導体領域と、該2つのN+型半導体領域の表面上に形成されたオーミック電極と、該2つのN+型半導体領域間に形成されたP型半導体領域を備えたNPN接合ダイオードを同一の該半導体基板上に形成する半導体装置の製造方法において、半絶縁性GaAs基板全体に深いP埋込層とより浅いNチャネル層を順に形成する工程と、該半絶縁性GaAs基板表面から該P埋込層より深くかつ離間した2つのN+層を形成する工程と、該2つのN+層表面上にそれぞれ該オーミック電極を形成する工程と、該オーミック電極を含む該半絶縁性GaAs基板表面全体を被覆したフォトレジストをパターニングし、選択的に該オーミック電極間の該Nチャネル層表面と該Nチャネル層に接する該2つのN+層表面の一部を露出させる工程と、該Nチャネル層を完全に除去する工程を備え、該オーミック電極を含む該2つのN+層と該P埋込層から構成された該NPN接合ダイオードを該NチャネルMESFETと同一の該半絶縁性GaAs基板上に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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