JPH05275415A - 化合物半導体装置の製造方法およびその選択エッチング液 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法およびその選択エッチング液

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JPH05275415A
JPH05275415A JP6677092A JP6677092A JPH05275415A JP H05275415 A JPH05275415 A JP H05275415A JP 6677092 A JP6677092 A JP 6677092A JP 6677092 A JP6677092 A JP 6677092A JP H05275415 A JPH05275415 A JP H05275415A
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Kaoru Inoue
薫 井上
Toshinobu Matsuno
年伸 松野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 InGaAs層とInAlAs層を少なくと
も含む化合物半導体装置において、InGaAs層を選
択的にエッチングする選択エッチング液を提供する。 【構成】 酒石酸(C466)、過酸化水素水および
アンモニアの混合液より構成され、InGaAsとIn
AlAsの選択エッチングにおいて良好な選択比が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体装置の製
造方法およびその選択エッチング液に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ノンドープのGaAs層上にn型AlG
aAs層を形成したヘテロ接合構造では、ヘテロ接合界
面のGaAs側に高移動度の2次元電子ガスが形成さ
れ、これを利用して高電子移動度トランジスタ(HEM
T)と呼ばれるヘテロ接合型電界効果トランジスタが発
明された。このHEMTの特性を一層向上させるために
材料面、構造面から多くの研究がなされている。材料面
ではGaAsのかわりにInPに格子整合したIn0.53
Ga0.47Asを用い、AlGaAsのかわりにInAl
Asを用いたものが、AlGaAs/GaAs系HEM
Tよりも高い電子移動度、高い電子飽和速度、高い2次
元電子ガス濃度を示し、超高速、低雑音の素子として非
常に有望である。また素子を形成する過程でソース電極
とドレイン電極のオーミックコンタクトを取りやすくす
るために前記InAlAs層上にバンドギャップの小さ
いInGaAsコンタクト層を形成する構造が提案され
ている。デバイス作製に関しては、化合物半導体集積回
路を作製する場合、集積回路を構成する各々の素子を電
気的に分離する必要があり、InGaAs/InAlA
s系HEMTの素子間分離は、一般的にメサエッチング
によって行われている。また電極形成するにあたって、
ソース・ドレイン電極形成後、ショットキーゲート電極
を形成する領域のInGaAsコンタクト層を除去した
後、InAlAs上にゲートメタルを形成して作製す
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1に
示すように、メサエッチングにより素子間分離を行うと
ゲートメタル3がメササイドウオール5に接触するた
め、低いショットキーバリアハイトを有するInGaA
sチャネル層4とゲート電極3の間にリークパスが生じ
るため、FETを作製したときゲート耐圧が悪化し、個
々のデバイス特性の劣化を引き起こすという問題があっ
た。また、ショットキーゲート電極を形成する領域のI
nGaAsコンタクト層を除去する工程で、従来のリン
酸系エッチング液ではゲート電極を形成するInAlA
s層のエッチング深さを正確に制御する事が困難であっ
たため、FETのしきい値を正確に制御する事が難しい
という問題があった。これらの問題を解決するために、
InGaAs層を選択的にエッチングすることにより、
ゲートメタル3とInGaAsチャネル層4を空間的に
分離する方法や、ゲート電極を形成するInAlAs層
をエッチングストッパー層として用いてゲート電極を形
成する事が考えられるが、今まで有効にInGaAsを
選択的にエッチングできるエッチング液は無かった。
【0004】本発明は、このような従来の問題点を解決
し、メササイドウオールのInGaAsチャネル層およ
びInGaAsコンタクト層を選択的にエッチングでき
るため、InGaAsチャネル層とゲートメタルを電気
的に分離でき、かつFETのしきい値制御性の良い極め
て優れた化合物半導体装置を提供することができるエッ
チング液である。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、次のような方法を用いてInGaAs層とI
nAlAs層を含む化合物半導体装置において、InG
aAs層を選択的にエッチングする選択エッチング液を
作製するものである。
【0006】酒石酸結晶を水に溶かし酒石酸水溶液を作
製する工程と、アンモニア水と過酸化水素水および前記
酒石酸水溶液を混合する工程を含む方法であり、前記酒
石酸・アンモニア・過酸化水素混合液中に含まれる酒石
酸の濃度が100μmol/cc以下のものを用いる。
【0007】
【作用】InGaAsとInAlAsにおいて、酒石酸
・アンモニア水・過酸化水素水混合液中で、何故InG
aAsが選択的にエッチングされるのかは明確ではな
い。しかし、実施例によってより詳細に説明するが、ア
ンモニアの含有量を一定にして酒石酸の含有量を増加さ
せていくと、エッチングレートも増加していく傾向にあ
るのに対して、選択比はほぼ一定の値を示すことから、
アンモニアの添加によりInAlAsの表面でエッチン
グを妨げるように何らかの化学変化を起こしているか、
あるいはアンモニアは触媒として働きInGaAsのエ
ッチングを促進しているものと推測される。本発明によ
り、メササイドウオールのInGaAsチャネル層を選
択的にエッチングする事により前記InGaAsチャネ
ル層とゲート電極を電気的に完全に分離でき、さらにI
nAlAsバリア層をエッチングストッパー層として用
いる事ができるためFETのしきい値の制御性が良く均
一な素子を得る事ができるため、デバイスの高性能化、
集積化に大きく寄与するものである。
【0008】
【実施例】本発明の第1の実施例として酒石酸水溶液
(C466)、過酸化水素水およびアンモニア水の混
合液よりなる、InGaAsの選択エッチング液の製造
方法について説明する。まず超純水1リットルをメスシ
リンダーで正確に測りビーカーに移す。酒石酸結晶(C
466)200gを電子天秤で正確に測定し、ビーカ
ーの中の超純水に加えよく撹はんし、酒石酸水溶液を作
製する。次にアンモニア含有量29%のアンモニア水1
ccと過酸化水素含有量30%の過酸化水素水200c
cの混合液を作製する。最後にアンモニア水と過酸化水
素水の混合液中に前記酒石酸水溶液を数cc混合しよく
撹はんすることにより、酒石酸・アンモニア・過酸化水
素混合液による選択エッチング液が完成する。尚、最初
に酒石酸水溶液とアンモニア水を混合してしまうと、酒
石酸とアンモニアとの化合物が析出してしまい、その後
過酸化水素水を加えても前記析出物は溶けず所望の選択
エッチング液を得る事ができない。
【0009】次に本発明の第2の実施例として第1の実
施例で作製した酒石酸・アンモニア・過酸化水素水の混
合液を用いてInGaAsとInAlAsの選択エッチ
ングの効果を表す実験データの一例を示す。本発明の目
的であるInGaAsの選択エッチング量を示すため
に、InP基板上にInPと格子整合するInGaAs
とInAlAsをMBE法によりそれぞれ5000Å程
度成長し、それぞれのサンプルの半分をレジストでカバ
ーし、選択エッチング溶液中で10分間エッチングした
後、段差膜圧計で段差を測定する事により行った。その
結果を図2に示す。表1から明らかなように、アンモニ
アの量を一定にして酒石酸の量を増加させていくと、エ
ッチングレートも増加していく傾向にあるのに対して、
選択比は5〜7とほぼ一定の値を示しており、エッチン
グ量は酒石酸の濃度に依存し、またアンモニアは主に選
択比の方に寄与しているものと考えられ、本発明のエッ
チング液の効果を確認した。尚ここでは示していない
が、酒石酸の濃度が大きすぎると(100μmol/c
c以上)InGaAsのエッチング速度も増大するが、
InAlAsのエッチング速度も増大するため選択エッ
チング液としては適当ではない。
【0010】次に本発明の第3の実施例として酒石酸・
アンモニア・過酸化水素水の混合液を用いてInGaA
s/InAlAs HEMTを試作し、ソース−ゲート
間電流電圧特性(Vgs−Igs)を測定し、選択エッ
チングの効果を調べた。図3は、試作したHEMTの断
面構造図であり、6は半絶縁性InP基板、7はノンド
ープInAlAsバッファー層3000Å、8はノンド
ープInGaAsチャネル層300Å、9はノンドープ
InAlAsスペーサー層30Å、10はSi不純物を
5x1018cm-3ドープしたn型InAlAsキャリア
供給層100Å、11はノンドープInAlAsバリア
層200Å、12はノンドープInGaAsコンタクト
層100Åからなり、MBE法によって成長を行った。
FETを作製するにあたり、素子間分離をH3PO4:H
22:H2O=3:1:50のリン酸系エッチング液に
より2000Å程度メサエッチングを行った後(図
4)、本発明の酒石酸水溶液:アンモニア水:過酸化水
素水=2:1:200の混合液を用いてメササイドウオ
ールのInGaAsチャネル層を選択的に3分間のエッ
チングを行った(図5)。その後FETのソース電極1
とドレイン電極2としてGe/Au/Ni/Ti/Au
を用いて形成し(図6)、さらに本発明の酒石酸水溶
液:アンモニア水:過酸化水素水=2:1:200の混
合液を用いてショットキー電極が形成されるゲート部分
のノンドープInGaAsキャップ層12を選択的に除
去し(図7)、Ti/Pt/Auの電極材料を用いてゲ
ート電極3を形成し作製した(図8)。このとき選択エ
ッチングを行っているためゲート電極3とノンドープI
nGaAsチャネル層8の間はエアーギャップが存在し
空間的に分離されている。図9は試作したInGaAs
/InAlAs HEMTの、ソース−ゲート間電流電
圧特性(Vgs−Igs)である。選択エッチングを施
していないサンプルではメササイドウオールのノンドー
プInGaAsチャネル層にゲートメタルが接触するた
め、InGaAsの低いショットキーバリアハイトによ
り順方向の立ち上がり電圧は低くなっている。さらにI
nGaAsチャネルとゲート間にリークパスが生じてい
るため逆方向の耐圧も悪くなっている。一方選択エッチ
ングを施したサンプルでは、ゲート電極3とノンドープ
InGaAsチャネル層8の間はエアーギャップが存在
し空間的に分離されているので良好なショットキー特性
を示している。またここでは示していないがしきい値の
ばらつきは極めて小さく、しきい値制御性の良いFET
を作製する事ができた。以上の実施例の結果から、今回
発明した化合物半導体の選択エッチング液の有効性を確
認した。
【0011】
【発明の効果】以上述べたように本発明の化合物半導体
の選択エッチング液により、InGaAs/InAlA
s系HEMTのInGaAsチャネル層を選択的にエッ
チングすることによりゲート耐圧が大幅に向上し、さら
にInAlAsバリア層をエッチングストッパー層とし
てInGaAsコンタクト層を選択的に除去できるため
しきい値制御性の良いFETを作製できるのみならず、
デバイス自身の特性向上、さらには集積化が可能となる
などの効果がある。又、本発明の実施例では主にHEM
Tについて述べたが、本発明の適用範囲はこれに限られ
るものではなく、HFETやHBT等の電気デバイス、
受光素子などの光デバイスへの対応も可能である事は言
うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のメサエッチングのみで作製したFETの
斜視図
【図2】本発明の酒石酸・アンモニア・過酸化水素水混
合液によるInGaAsとInAlAsのエッチングレ
ートおよび選択比の実験結果を示す図
【図3】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの構造図
【図4】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの第1の工程断面図
【図5】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの第2の工程断面図
【図6】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの第3の工程断面図
【図7】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの第4の工程断面図
【図8】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTの第5の工程断面図
【図9】本発明の実施例のInGaAs/InAlAs
HEMTのソース−ゲート間電流電圧特性図(Vgs
−Igs)
【符号の説明】
1 ソース電極 2 ドレイン電極 3 ゲート電極 4 InGaAsチャネル層 5 メササイドウオール 6 半絶縁性InP基板 7 ノンドープInAlAsバッファー層 8 ノンドープInGaAsチャネル層 9 ノンドープInAlAsスペーサー層 10 n型InAlAsキャリア供給層 11 ノンドープInAlAsバリア層 12 ノンドープInGaAsコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 龍治 彰 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酒石酸(C466)、過酸化水素水およ
    びアンモニアを含む混合液からなり、前記混合液中に含
    まれる酒石酸の濃度が100μmol/cc以下であ
    り、InGaAs層とInAlAs層を含む化合物半導
    体装置において前記InGaAs層を選択的にエッチン
    グする事を特徴とする化合物半導体の選択エッチング
    液。
  2. 【請求項2】InGaAs層とInAlAs層を含み、
    かつInGaAsを活性層に有するショットキーゲート
    電界効果型トランジスタ作製において、前記ショットキ
    ーゲート電界効果型トランジスタをメサエッチングによ
    り島状領域に分離する工程と、請求項1記載のエッチン
    グ液を用いて前記島状領域の側壁のInGaAs活性層
    を選択的にエッチングする工程を含む化合物半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項3】InAlAs障壁層を有しかつ前記InA
    lAs障壁層上にInGaAsコンタクト層を有するシ
    ョットキーゲート電界効果型トランジスタにおいて、請
    求項1記載のエッチング液を用いて前記InAlAs障
    壁層をエッチングストッパー層として前記InGaAs
    コンタクト層を選択的に除去する工程と、前記InAl
    As障壁層上にショットキーゲートを形成する工程を含
    む化合物半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0617458A2 (en) * 1993-03-19 1994-09-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Etching solution and etching method for semiconductor therefor
WO1997048137A1 (fr) * 1996-06-13 1997-12-18 The Furukawa Electric Co., Ltd. Photodetecteur de type guide d'ondes a semi-conducteur et procede de fabrication de ce dernier

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