JP4072248B2

JP4072248B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4072248B2
Application number: JP20268798A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　孝; 敦中川
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1998-07-01
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2018-07-01
Also published as: JP2000022179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波半導体装置のような微小ショットキー電極コンタクト孔を有する半導体装置の製造方法に関する。さらに詳しくは、ショットキー電極の形成部に寄生容量が発生しないように、ショットキーコンタクト孔の径を小さくしながら絶縁膜を厚く形成することができる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショットキー接触を有する半導体装置のショットキー電極の製造方法は、図５に示されるように、ＧａＡｓ基板４１上に半導体層４２をエピタキシャル成長し、その上にＳｉＯ₂などからなる絶縁膜４３を形成し、レジスト膜４５を設けてフォトリソグラフィ工程によりパターニングをし、そのレジスト膜４５をマスクとしてケミカルエッチングまたはメカニカルエッチングをすることによりコンタクト孔４４を形成している。その後、レジスト膜４５を除去し、電極金属をスパッタリングなどにより設け、配線をパターニングすることによりショットキー電極を形成している。この場合、図５に示されるように、ショットキー電極を形成する部分の周囲がエッチングされて凸状部とされたメサ型構造を有する半導体装置では、凸状部とその周囲に段差があり、塗布されたレジスト膜４５は、段差の影響により非常に不均一になりやすいため、その段差を充分に覆えるように厚膜のフォトレジスト膜４５が設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のショットキー電極を有する高周波半導体装置のような場合、その寄生容量は、ショットキー電極とボンディングパッド間の配線金属面積が大きくなるとその面積に比例して大きくなり、またショットキー電極パターンと半導体層との間の絶縁膜４３が薄いとその厚さに反比例して大きくなり、高周波特性が阻害される。そのため、絶縁膜４３を厚くし、コンタクト孔４４の径を微小に形成する必要がある。一方、絶縁膜４３に微小なコンタクト孔４４を精度よく得るためには、絶縁膜４３およびマスクとするレジスト膜４５の膜厚を薄くする必要がある。しかし前述のように、絶縁膜４３を薄くすると、図示しない電極パターンと半導体層４２との間に寄生容量が生成されるため、薄くすることができず、相反する現象になる。また、レジスト膜４５も前述のようにメサ型構造にする半導体装置では、その段差を充分に覆うためには、たとえば１μｍ程度以上に厚くしなければならない。そのため、微小パターンの形成およびコンタクト孔径を正確には制御しにくいという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ショットキーコンタクト孔の形成工程で、寄生容量を増加させることなく、また段差を有する半導体基板上であっても、微小コンタクト孔を高精度で形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体装置の製造方法は、（ａ）基板上に第１導電型の半導体層を成長する工程、（ｂ）前記成長した半導体層上にチッ化シリコン（Ｓｉ_xＮ_y）からなる第１の絶縁膜を堆積する工程、（ｃ）前記第１の絶縁膜にショットキーコンタクト孔を形成する工程、（ｄ）前記ショットキーコンタクト孔を少なくとも含む領域をマスクして少なくとも前記第１の絶縁膜および半導体層をエッチングして凸部を形成する工程、（ｅ）酸化シリコンからなる第２の絶縁膜を全面に堆積する工程、（ｆ）前記第２の絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記ショットキーコンタクト孔が露出するように開口部を設ける工程、および（ｇ）前記ショットキーコンタクト孔内にショットキー電極を形成する工程、を有している。
【０００６】
ここに半導体層を成長する工程とは、１層に限らず高不純物濃度の半導体層および低不純物濃度の半導体層を積層する場合などを含む意味である。
【０００７】
この方法で行うことにより、絶縁膜が多層膜で形成され、必要とされるショットキーコンタクト孔の径は、メサ型構造にする前の平坦な状態で、しかも第１の絶縁膜だけの状態で形成することができるため、第１の絶縁膜を薄くすることにより非常に精度よく形成することができ、さらにその上に開口部の精度を必要としない第２の絶縁膜が厚く設けられることにより、ショットキー電極パターンと半導体層との距離を充分に確保することができ、その間の寄生容量の影響を無視することができる。
【０００８】
フッ酸を含有する水溶液からなるエッチング液に対して、前記第１の絶縁膜のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートの１／１０以下になるような前記Ｓｉ_xＮ_yのｘとｙの組成で、前記第１の絶縁膜を成膜し、該エッチング液により前記（ｆ）工程のエッチングをすることにより、第１の絶縁膜のコンタクト孔径に殆ど影響を及ぼすことなく第２の絶縁膜の選択エッチングによりコンタクト孔部を露出させることができる。
【０００９】
前記（ｄ）工程の後に、該（ｄ）工程のマスクを残したままプロトン、ボロン、および酸素のうちの少なくとも１つのイオンを注入することにより凸部の周辺部を絶縁化する工程をさらに有することにより、半導体層のパッシベーションを充分に確保することができ、とくに高周波特性を安定させるのに好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体装置の製造方法について説明をする。本発明による半導体装置の製造方法は、図１〜２にその一実施形態の工程断面説明図が示されるように製造される。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示されるように、基板１上に第１導電形の半導体層２、３をエピタキシャル成長する。具体例としては、たとえば半絶縁性のＧａＡｓからなる基板１に、たとえばＭＯＣＶＤ法により不純物濃度が１×１０¹⁸〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3程度のｎ⁺形ＧａＡｓ層２を２〜４μｍ程度、さらに不純物濃度が１×１０¹⁷〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度のｎ^-形ＧａＡｓ層３を０.２〜０.４μｍ程度それぞれエピタキシャル成長する。ここで、ｎ^-形層３が動作領域となる半導体層で、所望の特性に応じて不純物濃度およびその厚さが定められる。また、ｎ⁺形層２は、電極をオーミックコンタクトさせるための半導体層である。
【００１２】
つぎに、図１（ｂ）に示されるように、前記成長した半導体層３上にチッ化シリコン（Ｓｉ_xＮ_y）からなる第１の絶縁膜４を堆積する。この第１の絶縁膜４の厚さは、後述するショットキーコンタクト孔の形成を精度よく形成することができると共に、印加電圧に対して絶縁膜として機能する厚さに設けられておればよく、０.２〜０.５μｍ程度の厚さに形成する。また、Ｓｉ_xＮ_yのｘとｙの組成比は、後述する第２の絶縁膜を選択エッチングする際に、この第１の絶縁膜４ができるだけエッチングされないように、第２の絶縁膜と選択比を大きくすることができる組成で形成する。第１の絶縁膜４は、そのショットキーコンタクト孔の寸法精度が１００ｎｍ程度のオーダの誤差内で要求され、その上に設けられる第２の絶縁膜をエッチングすることによりこのショットキーコンタクト孔を露出させる際にショットキーコンタクト孔の精度が前述のオーダで精度を維持するためには、実験的に第２の絶縁膜のエッチングレートの１／１０以下程度になるように設定する必要がある。たとえば、図３（ａ）に第２の絶縁膜としてＳｉＯ₂を使用したときのＳｉ_xＮ_yの屈折率に対するＳｉＯ₂／Ｓｉ_xＮ_yのエッチング８レートの関係が示されるように、ＳｉＯ₂のエッチングレートを１０倍以上になるようにするには屈折率が１.９〜２の範囲にすることが好ましい。Ｓｉ_xＮ_yの屈折率を１.９〜２にするには、Ｓｉ_xＮ_yのｘ：ｙの比をたとえば３：４にすればよい。具体例としては、たとえばＣＶＤ法により、Ｓｉ₃Ｎ₄膜（屈折率が２）を０.２〜０.５μｍ程度成膜する。
【００１３】
つぎに、図１（ｃ）に示されるように、レジスト膜１１を設けてフォトリソグラフィ工程により開口部１２を設け、レジスト膜１１をマスクとして露出する第１の絶縁膜４をエッチングし、ショットキーコンタクト孔５を形成する。具体例としては、ＳＦ₆ガスを用いたドライエッチングにより数分程度浸漬することによりエッチングし、その後レジスト膜１１をレジスト剥離液により剥離する。
【００１４】
つぎに、図１（ｄ）に示されるように、ショットキーコンタクト孔５を少なくとも含む領域にレジスト膜１３を設け、そのレジスト膜１３をマスクして少なくとも第１の絶縁膜４および半導体層３をエッチングして凸部１０ａ〜１０ｃを形成する（メサ型形状にする）。具体例としては、レジストを全面に塗布して表面にレジスト膜１３を設け、フォトリソグラフィ工程によりパターニングをして凸状部の形成場所のみにレジスト膜１３を残存させ、たとえばバッファードフッ酸のエッチング液に数分程度浸漬することによりエッチングをし、エピタキシャル成長した半導体層３、２の部分程度の深さエッチングをした後、レジスト膜１３を剥離する。この例では、動作領域とするショットキーコンタクト孔５が設けられた部分およびその近傍を凸部１０ａにすると共に、ショットキー電極およびオーミック電極の電極パッドを設ける部分もそれぞれメサ型形状にして凸部１０ｂ〜１０ｃを形成する構造にしてある。これは、電極パッドを素子部分の高さと同じにするためである。
【００１５】
その後、図１（ｅ）に示されるように、酸化シリコンからなる第２の絶縁膜６を全面に堆積する。この第２の絶縁膜６は、その上に設けられるショットキー電極のパターンと半導体層との間に寄生容量が生成されない程度に間隔を広げるためのもので、１〜２μｍ程度に設ける。また、後述する第２の絶縁膜６の選択エッチングの際に第１の絶縁膜４とのエッチングレートの比を大きくするためには、ＳｉＯ_zのｚの値が２になるように形成することが好ましい。具体例としては、ＣＶＤ法により、ＳｉＯ₂を１μｍ程度堆積する。
【００１６】
さらに、図２（ｆ）に示されるように、全面にレジスト膜１４を設け、ショットキーコンタクト孔５の部分を露出させるようにパターニングをして、第２の絶縁膜６を選択的にエッチングし、開口部７を形成すると共に、コンタクト孔５内の第２の絶縁膜６もエッチングして半導体層３を露出させる。具体例としては、前述と同様にフォトリソグラフィ工程によりレジスト膜１４をパターニングし、フッ酸を含有するバッファードフッ酸のエッチング溶液に１０分程度浸漬することにより、第１の絶縁膜４を殆どエッチングすることなく、露出する第２の絶縁膜６のみをエッチングし、コンタクト孔５およびそのコンタクト孔５により露出する半導体層３部分が露出する。その後レジスト膜１４をレジスト剥離液により除去する。
【００１７】
その後、図２（ｇ）に示されるように、ショットキーコンタクト孔５内にショットキー電極８を形成する。具体例としては、全面にたとえばチタン（Ｔｉ）の金属をＥＢ蒸着により成膜し、図示しないレジスト膜を設けてパターニングし、エッチングすることにより必要な形状に電極パターンを形成して電極パッド８ａを形成する。さらに、オーミックコンタクト孔５の隣接部分にｎ⁺形ＧａＡｓ層２を露出させ、ショットキー電極８側およびオーミック電極を形成しない部分にレジスト膜を設けて、Ａｕ-Ｇｅ合金などの金属を蒸着により設け、レジスト膜を除去することによるリフトオフ法によりオーミック電極９およびその電極パッド９ａを形成する。その結果、図２（ｇ）に示されるようなショットキー接合半導体装置が得られる。なお、図２（ｈ）は図２（ｇ）の状態の平面図を示す図で、１５はメサ型形状のエッチングによる段差部を示し、１６はパッシベーション膜を示す。
【００１８】
本発明の製造方法によれば、ショットキーコンタクト孔を形成する絶縁膜をエッチングレートの異なる多層膜で形成し、コンタクト孔の径は薄く形成する第１の絶縁膜により精度よく形成され、ショットキー電極のパターンと半導体層との間は第２の絶縁膜により十分な厚さを確保しており、寄生容量の生成を防止することができる。しかも、メサ型構造の半導体装置でも、メサ型構造にする前に第１の絶縁膜を設けて平坦な状態でショットキーコンタクト孔を形成しているため、非常に精度よく微小なコンタクト孔を正確に形成することができる。さらに、メサ型形状にした後に第２の絶縁膜を厚く形成しているため、メサ型形状にした側縁部にも十分に厚い酸化膜が設けられると共に、絶縁性などの信頼性を低下させることもない。その結果、高周波用半導体装置を形成する場合でも、寄生容量のない高性能な半導体装置が得られる。
【００１９】
前述の例では、動作領域を凸状に残してメサ型構造にした後に、凸状部の山部およびエッチングされた周辺部の全面に第２の絶縁膜６を直接成膜したが、メサ型形状にした後の第２の絶縁膜を形成する前の工程で、図４に示されるように、ボロン、プロトンまたは酸素などのイオンをたとえばドーズ量が１０¹²ｃｍ^-3程度で打ち込むことにより、凸部の周辺部を絶縁化すれば、より一層絶縁性が向上し、素子の高周波特性が向上する。
【００２０】
なお、前述の各例では、絶縁膜を第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の２層により形成したが、さらに第３の絶縁膜を設けて多層化してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、ショットキー接合を有する半導体装置の微小なショットキーコンタクト孔を非常に精密に形成することができ、しかも電極が設けられる部分の絶縁膜は充分に厚く形成されるため、寄生容量を増加させることなく、高周波半導体装置でも非常に高性能な半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の一実施形態の製造工程を示す断面説明図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施形態の製造工程を示す断面説明図である。
【図３】ＳｉＮの屈折率によるＳｉＯ₂とのエッチングレートの関係を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態の製造方法の工程断面説明図である。
【図５】従来のショットキーコンタクト孔を有する半導体装置の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１基板
２ｎ⁺形ＧａＡｓ半導体層
３ｎ^-形ＧａＡｓ半導体層
４第１の絶縁膜
５コンタクト孔
６第２の絶縁膜
８ショットキー電極
９オーミック電極

Claims

（ａ）基板上に第１導電型の半導体層を成長する工程、
（ｂ）前記成長した半導体層上にチッ化シリコン（Ｓｉ_xＮ_y）からなる第１の絶縁膜を堆積する工程、
（ｃ）前記第１の絶縁膜にショットキーコンタクト孔を形成する工程、
（ｄ）前記ショットキーコンタクト孔を少なくとも含む領域をマスクして少なくとも前記第１の絶縁膜および半導体層をエッチングして凸部を形成する工程、
（ｅ）酸化シリコンからなる第２の絶縁膜を全面に堆積する工程、
（ｆ）前記第２の絶縁膜を選択的にエッチングすることにより前記ショットキーコンタクト孔が露出するように開口部を設ける工程、および
（ｇ）前記ショットキーコンタクト孔内にショットキー電極を形成する工程
を有する半導体装置の製造方法。
フッ酸を含有する水溶液からなるエッチング液に対して、前記第１の絶縁膜のエッチングレートが前記第２の絶縁膜のエッチングレートの１／１０以下になるような前記Ｓｉ_xＮ_yのｘとｙの組成で、前記第１の絶縁膜を成膜し、該エッチング液により前記（ｆ）工程のエッチングをする請求項１記載の製造方法。
前記（ｄ）工程の後に、該（ｄ）工程のマスクを残したままプロトン、ボロン、および酸素のうちの少なくとも１つのイオンを注入することにより凸部の周辺部を絶縁化する工程をさらに有する請求項１または２記載の製造方法。