JPH09246521A - 超小型半導体デバイスを製造・接続する方法 - Google Patents

超小型半導体デバイスを製造・接続する方法

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JPH09246521A
JPH09246521A JP9062353A JP6235397A JPH09246521A JP H09246521 A JPH09246521 A JP H09246521A JP 9062353 A JP9062353 A JP 9062353A JP 6235397 A JP6235397 A JP 6235397A JP H09246521 A JPH09246521 A JP H09246521A
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layers
semiconductor device
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JP9062353A
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Kumar Shiralagi
クマー・シララギ
P Pack San
サン・ピー・パック
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Motorola Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板50上にメサ52を設けることを含む、
超小型半導体デバイスを製造する方法を提供する。 【解決手段】 半導体材料の複数の上層60,61,6
2,63,64は、垂直な不連続面65がメサ側壁55
で層60,61,62,63,64において形成され、
またメサ52の上の第1層60がメサ52に隣接する基
板50の上にある最後の層64と接触するように、メサ
52に対して上になる関係で成長される。非導電性材料
のスペーサ71は不連続面65上に形成され、複数の上
層60,61,62,63,64は、スペーサ71をマ
スクとして利用してエッチングされ、メサ52の上のコ
ンタクト領域72と、メサ52に隣接した基板50の上
のコンタクト領域73と、スペーサ71の下で側壁に隣
接し、かつコンタクト領域72,73の間に配置された
半導体デバイス75とを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超小型半導体デバイス
を製造する改善された方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体業界では、最大の難点お
よび/または問題点は、外部電気接続の形成および単一
基板上の異なる部品への相互接続で生じる。半導体デバ
イスは、一般に、材料のいくつかの異なる層を順次成長
または被着させ、次に下の面を露出するためこれらの層
のうち一つまたはそれ以上をパターニングあるいはエッ
チングすることにより、平坦な基板上に作製される。次
に、金属は相互接続または外部接続のため露出面上に被
着される。
【0003】このプロセスにおける一つの問題点は、エ
ッチングはマスキングを必要とし、そのためプロセスに
いくつかの複雑な工程が追加され、そのためかなりの労
力およびコストが追加されることである。また、金属コ
ンタクトは比較的大量の面積を必要とし、そのため多く
の半導体デバイスは外部接続を設ける能力によってその
寸法が制限される。
【0004】これらの問題の一部を解決するデバイス
は、同じ譲受人に譲渡され、1995年3月7日に出願
された文書番号08/399,809の同時係属出願 "
Ultra-Small Semiconductor Devices and Methods of F
abricating and Contacting"において開示される。特定
の実施例において、この種のデバイスは、平坦な表面を
有する支持基板を設けて、基板の平坦な面をパターニン
グし、側壁を有する第1パターン・エッジを形成するこ
とによって作製される。材料の層は、第1パターン・エ
ッジの側壁を含む基板表面上に共形的に(conformally)
形成され、側壁を覆う材料の層の選択された厚さを残す
ように異方的(anisotropically) に除去される。基板の
表面はエッチングされて、側壁を覆う材料の層の選択さ
れた厚さをマスクとして利用して、第1パターン・エッ
ジから選択された厚さだけ横方向に離間した第2パター
ン・エッジを形成する。側壁を覆う材料の層の選択され
た厚さは除去され、複数の上部材料層が連続的に形成さ
れ、第1および第2パターン・エッジの第1および第2
対向側面に対して上になる関係で、半導体デバイスを少
なくとも部分的に画定し、そのため第1および第2パタ
ーン・エッジのそれぞれにおいて各層に不連続面(disco
ntinuity) が生じ、第1パターン・エッジの第1対向側
面上の複数の層のうち第1層は、第1パターン・エッジ
の第2対向側面上の複数の層のうち第2層と整合され、
かつ電気接触し、また第2パターン・エッジの第1対向
側面上の複数の層のうち第3層は、第2パターン・エッ
ジの第2対向側面上の複数の層のうち第4層と整合さ
れ、かつ電気接触する。
【0005】しかし、これらのデバイスは、製造方法に
追加される余分な成長工程を依然必要とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、相互接続およ
び外部接続の形成のために余分な成長工程を含まず、か
つ従来のリソグラフィを利用する、半導体デバイスおよ
びその製造方法を提供することは極めて有利である。
【0007】本発明の目的は、超小型半導体デバイスの
製造および接続の新規な方法を提供することである。
【0008】本発明の別の目的は、相互接続の少なくと
も一部が各層の形成中に自動的に形成される、超小型半
導体デバイスの製造および接続の新規な方法を提供する
ことである。
【0009】本発明のさらに別の目的は、外部端子およ
び相互接続が余分な成長工程を必要とせずに形成され
る、超小型半導体デバイスの製造および接続の新規な方
法を提供することである。
【0010】本発明の別の目的は、標準的な外部端子で
従来可能であったものよりも小さい超小型半導体デバイ
スを製造する新規な方法を提供することである。
【0011】本発明のさらに別の目的は、超小型半導体
デバイスの製造および接続の新規な簡略化した方法を提
供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の問題は、超小型半
導体デバイスを製造する方法において少なくとも部分的
に解決され、上記の目的は実現されるが、この方法は、
第1表面および第2表面に対して実質的に垂直な側壁に
よって接合された第1表面および第2表面を有する支持
基板を形成する段階と、半導体デバイスを画定すべく協
調する複数の上部材料層を、不連続面が前記側壁におい
て前記層に形成され、かつ前記第1表面の上にある複数
の層のうち第1層が前記第2表面の上にある複数の層の
うち異なる層と整合し、かつ電気接触するように、前記
第1および第2表面ならびに前記側壁に対して上になる
関係で連続的に形成する段階と、前記不連続面上に非導
電性材料のスペーサを形成する段階と、前記スペーサを
エッチング・マスクとして利用して、前記複数の上部材
料層をエッチングして、前記第1表面の上にある第1コ
ンタクト領域と、前記第2表面の上にある第2コンタク
ト領域と、前記スペーサの下で前記側壁に隣接して配置
され、かつ前記第1および第2コンタクト領域と電気接
続された前記半導体デバイスとを形成する段階とを含
む。
【0013】従って、デバイスの異なる層間の電気相互
接続は、製造中に自動的に形成される。コンタクトは、
不連続面の対向側面上に形成され、デバイスを完成す
る。
【0014】
【実施例】図1を参照して、従来の共振バンド間トンネ
ル効果ダイオード(RITD: resonant interband tun
neling diode)10を示す。ダイオード10は、InA
s/AlSb/GaSb材料系の順次層のエピタキシャ
ル成長によって平坦なGaAs基板12上に作製される
ヘテロ構造デバイスの一例である。ダイオード10の作
製において、第1低抵抗アクセス層13は、基板12の
平坦な表面上にエピタキシャル成長され、次に、第1バ
リア層14,活性量子ウェル層15,第2バリア層16
および第2低抵抗アクセス層17が順次成長される。
【0015】第1金属コンタクト18は、従来の蒸着お
よびパターニング方法のいずれかによって、第2アクセ
ス層17の表面上に形成される。次に、金属コンタクト
18は、各層をエッチングするためのマスクとして利用
され、各層をダイオード10に分離する通常のメサ構造
を形成する。次に、第2金属コンタクト19は、アクセ
ス層13の残りの部分の表面上に蒸着され、ダイオード
10の第2外部端子を形成する。
【0016】当業者に理解されるように、アクセス層1
7の表面上で金属コンタクト18をパターニングするた
めには、いくつかの工程を必要とする。各層を破損せず
に、またダイオード10の寿命を低減せずに、メサの理
想的に垂直な側壁を形成するためには、特殊なエッチン
グを必要とする。例えば、ダイオードの3つの材料、す
なわちInAs,GaSb,AlSbは異なる特性を有
し、それぞれはメサ・エッチング溶液において異なる速
度でエッチングする。従って、側壁形状は容易に制御で
きない。また、他の露出層を破損せずに、もしくは層間
で短絡などを生じさせずに、アクセス層13と電気接触
する金属コンタクト19をパターニングするためには、
いくつかの余分な工程を必要とする。さらに、ダイオー
ド10の電流を金属コンタクト19に伝達するために十
分な厚さを維持しつつ、ダイオード10の各層を完全に
分離するために十分深くエッチングするための十分な材
料を設けるため、アクセス層13は他の層よりもかなり
厚めに成長させなければならない。
【0017】ここで図2を参照して、これらの問題のい
くつかを解決するデバイスを示す。(このデバイスは、
同じ譲受人に譲渡され、1995年3月7日に出願され
た文書番号08/399,809の同時係属出願 "Ultr
a-Small Semiconductor Devices and Methods of Fabri
cating and Contacting"において開示される。)積層二
重バリア・ダイオード(stacked double barrier diode
s) 30,32が形成された基板20が示される。半導
体材料の複数の層は、パターン・エッジ22,25の両
側の上になるように、基板20の上面上に順次形成され
る。この特定の実施例では、複数の層はエピタキシャル
成長され、基板20の表面上に第1アクセス層35を形
成し、層35の上に第1バリア層37を形成し、第1バ
リア層37の上に活性量子ウェル層39を形成し、活性
量子ウェル層39の上に第2バリア層40を形成し、第
2バリア層40の上に第2アクセス層42を形成する。
【0018】パターン・エッジ22,25は、非成長切
子面(no-growth facets)となるように選択される。パタ
ーン・エッジ22,25における切子面成長挙動を利用
して、パターン・エッジ22の一方側(表面26上)に
成長された第1アクセス層35は、パターン・エッジ2
2の他方側(表面27上)に成長された第2アクセス層
42に整合され、かつ電気接触し、またパターン・エッ
ジ25の一方側(表面27上)に成長された第1アクセ
ス層35は、パターン・エッジ25の他方側(表面28
上)に成長された第2アクセス層42と整合し、かつ電
気接触する。
【0019】ダイオード30,32は、外部コンタクト
または端子を形成することによって完成する。これは、
リフトオフ法により、基板20の表面26,27,28
に対して上になる関係で、層42の表面上にオーム金属
コンタクトを蒸着させることによって簡単に達成でき
る。このように、第1コンタクト44は、パターン・エ
ッジ22の第1側の層42上に形成され、これはダイオ
ード30,32の第1端子として動作する。また、第2
コンタクト46は、パターン・エッジ25の反対側の層
42上に形成され、ダイオード32の第2端子として動
作する。この実施例では、ステップ面27とは反対のエ
ッジ・パターン25の側の層35,37,39,40は
接続されず、パターン・エッジ25に隣接する溝を単純
に埋めるだけである。
【0020】超小型半導体デバイスを製造する方法につ
いて、図3ないし図7を参照して開示し、この方法は、
図2を参照して説明した方法に対する改善である。
【0021】特に図3を参照して、上面にメサ52が形
成された基板50を示す。メサ52は、円形,方形,長
方形などを含む任意の断面で形成してもよい。また、メ
サ52は、上面53が基板50の残りの周囲面54と平
行で、垂直側壁55が上面53および周囲面54を接合
して形成される。メサ52は、半導体業界で利用される
周知の方法のいずれかで基板50をエッチングすること
により形成できる。別の方法では、メサ52は、選択的
に成長させることにより、あるいは基板50の上面上の
材料の成長をパターニングすることにより形成できる。
【0022】特定の実施例では、基板50は砒化ガリウ
ム(GaAs)からなり、{100}面が面53,54
と平行となる結晶学的配向を有する。もちろん、この構
造は、他の材料系においてRITDなどの半導体デバイ
スでInPおよび他の構造にも拡張できること理解され
たい。
【0023】ここで図4を参照して、不連続面65が側
壁55で層60〜64に生じるように、複数の上層60
〜64は基板50上でメサ52の上に順次形成される。
層60〜64は、<001>方向に結晶学的に配向した
線を有する不連続面65の垂直配向を得るように最適化
された成長条件で成長される。また、メサ52の高さ
は、層60〜64が不連続面65および側壁55におい
てオフセットされるように選択される。メサ52の高さ
のため、このオフセットは、メサ52の面53の上にあ
る層60が基板50の周囲面54の上にある層64と少
なくとも部分的に整合され、かつ電気接触するようなオ
フセットである。一般に、メサ52の高さは、複数の上
層60〜64の全高よりも小さくなるように選択され
る。
【0024】層60〜64は、この特定の実施例では共
振バンド間トンネル効果ダイオード(RITD)である
半導体デバイスを協調して形成するように選択される。
具体的には,層60は、メサ52の面53および基板5
0の周囲面54の上にある第1アクセス層であり;層6
1は、第1アクセス層の上にある第1バリア層であり;
層62は、第1バリア層の上にある活性層であり;層6
3は、活性層の上にある第2バリア層であり;層64
は、第2バリア層の上にある第2アクセス層である。ま
た、この特定の実施例では、層60〜64は、砒化イン
ジウム(InAs)材料系から選択されるが、他の半導
体デバイスについて、また他の基板とともに、他の材料
系も利用できることが当業者に理解される。
【0025】ここで図5を参照して、誘電材料の実質的
に均等な厚さの層70は、層64の表面上および不連続
面65上に共形的に形成される。層70は、容易にエッ
チングでき、かつ(以下で説明するように)層60〜6
4のエッチングに耐える任意の従来の材料からなっても
よい。一般に、層70は、単純なフォトレジストや酸化
物または窒化物(Si34 ,SiO2 など)の材料で
もよい。
【0026】次に、層70は異方性エッチングが施さ
れ、図6に示すように、不連続面65の上に配置された
スペーサ71を形成する。一般に、当業者に理解される
ように、スペーサ71の厚さは、その底部(所望の寸
法)において、層70の初期厚さによって制御される。
さらに、層70の厚さは極めて正確に制御できることが
当業者に理解される。また、スペーサ71を生成するエ
ッチング・プロセスは、極めて正確に制御できる。従っ
て、スペーサ71の厚さは極めて正確に制御できる。
【0027】スペーサ71が所望の幅で形成されると、
図7に示すように、層60〜64に対して第2エッチン
グ工程が施される。具体的には、層61〜64は、スペ
ーサ71をエッチング・マスクとして利用してエッチン
グされ、メサ52の面53上に層60の一部72を残
し、基板50の周囲面54の一部73を残す。このエッ
チングは異方性なので、層61〜64の部分はスペーサ
71の下のままであり、これらの部分がRITD75を
形成する。さらに、RITD75の一端子は、メサ52
の面53の上にある層60の一部72によって画定さ
れ、RITD75の第2端子は、基板50の周囲面54
の上にある層60の一部73によって画定される。
【0028】RITD75は、外部コンタクトまたは端
子を形成することによって完成する。これは、リフトオ
フ法により、層60の一部72,73上にオーム金属コ
ンタクトを蒸着させることによって簡単に達成される。
このように、第1コンタクトはRITDの第1端子と電
気接触して層60の一部72上に形成され、第2コンタ
クトは不連続面65の反対側の層60の一部73上に形
成され、RITD75の第2外部コンタクトとして動作
する。
【0029】従って、スペーサ71は極めて正確に形成
できるので、RITDは約0.1μmの幅で形成でき
る。この新規な製造方法は、パターニングされた基板上
の選択された材料の成長から、従来のリソグラフィによ
りサブミクロンの半導体デバイスの製造を可能にする。
さらに、メサ52の面53および基板50の周囲面54
の面積を単純に調整することによって、外部接続を必要
なだけ大きく(もしくは所望なだけ小さく)形成でき
る。説明した特定の実施例では、基板50は砒化ガリウ
ム(GaAs)からなり、かつ面53,54に対して平
行な{100}面の結晶学的配向を有するが、他の材料
および他の配向も利用できることを理解されたい。ただ
し、例えば、(010)配向では、成長層は垂直ではな
く、そのため垂直方向以外の方向で完全に不連続となる
ことが判明した。
【0030】以上、半導体デバイスの形成において多く
のパターニングおよび/または成長工程を省き、またそ
のための相互接続および外部接続を省く、新規な半導体
デバイスおよびその製造方法について開示した。さら
に、相互接続の少なくとも一部が各層の形成中に自動的
に形成される、新規な超小型半導体デバイスおよびその
作製および接続方法について開示した。また、標準的な
外部端子で従来可能であったものよりも小さい新規な超
小型半導体デバイスについて開示した。
【0031】本発明の特定の実施例について図説してき
たが、更なる修正および改善は当業者に想起される。従
って、本発明は図示の特定の形式に限定されず、特許請
求の範囲は本発明の精神および範囲から逸脱しないあら
ゆる修正を網羅するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の共振バンド間トンネル効果ダイオードの
簡略断面図である。
【図2】同時係属出願による共振トンネル効果ダイオー
ドの積層の簡略断面図である。
【図3】本発明により超小型半導体デバイスを製造する
方法における各工程の簡略断面図である。
【図4】本発明により超小型半導体デバイスを製造する
方法における各工程の簡略断面図である。
【図5】本発明により超小型半導体デバイスを製造する
方法における各工程の簡略断面図である。
【図6】本発明により超小型半導体デバイスを製造する
方法における各工程の簡略断面図である。
【図7】本発明により超小型半導体デバイスを製造する
方法における各工程の簡略断面図である。
【符号の説明】
20 基板 22,25 エッジ・パターン 26,27,28 基板の表面 30,32 積層二重バリア・ダイオード 35 第1アクセス層 37 第1バリア層 39 活性量子ウェル層 40 第2バリア層 42 第2アクセス層 44 第1コンタクト 46 第2コンタクト 50 基板 52 メサ 53 上面 54 周囲面 55 側壁 60 第1アクセス層 61 第1バリア層 62 活性層 63 第2バリア層 64 第2アクセス層 65 不連続面 70 誘電材料の層 71 スペーサ 72 層60の一部 73 周囲面54の一部 75 RITD

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超小型半導体デバイスを製造する方法で
    あって:第1面(53)および第2面(54)が前記第
    1面および第2面(53,54)に実質的に垂直な側壁
    (55)によって接合された、支持基板(50)を形成
    する段階;半導体デバイス(75)を画定すべく協調す
    る材料の複数の層(60,61,62,63,64)
    を、不連続面(65)が側壁(55)において前記層
    (60,61,62,63,64)に形成され、かつ前
    記第1面(53)の上にある前記複数の層のうち第1層
    (60)が前記第2面(54)の上にある前記複数の層
    (60,61,62,63,64)のうち異なる層(6
    4)と整合され、かつ電気接触するように、前記第1お
    よび第2面(53,54)ならびに前記側壁(55)に
    対して上になる関係で形成する段階;非導電性材料のス
    ペーサ(71)を前記不連続面(65)上に形成する段
    階;および前記スペーサ(71)をエッチング・マスク
    として利用して、前記複数の上層(60,61,62,
    63,64)をエッチングして、前記第1面(53)の
    上にある第1コンタクト領域(72)と、前記第2面
    (54)の上にある第2コンタクト領域(73)と、前
    記スペーサ(71)の下で前記側壁(55)に隣接して
    配置され、かつ前記第1および第2コンタクト領域(7
    2,73)に電気接続した前記半導体デバイス(75)
    とを形成する段階;によって構成されることを特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項2】 超小型半導体デバイスを製造する方法で
    あって:第1面(53)および第2面(54)が前記第
    1面および第2面(53,54)に実質的に垂直な側壁
    (55)によって接合された、支持基板(50)を形成
    する段階;不連続面(65)が前記側壁(55)におい
    て層(60,61,62,63,64)に形成され、前
    記層(60,61,62,63,64)は半導体デバイ
    ス(75)を形成すべく協調し、前記材料の上層(6
    0,61,62,63,64)は、第1アクセス層(6
    0)と、前記第1アクセス層(60)上の第1バリア層
    (61)と、前記第1バリア層(61)上の活性層(6
    2)と、前記活性層(62)上の第2バリア層(63)
    と、前記バリア層(63)上の第2アクセス層(64)
    とを含み、前記不連続面(65)は、前記第1面(5
    3)の上にある前記複数の層(60,61,62,6
    3,64)のうち前記第1アクセス層(60)が前記第
    2面(54)の上にある前記複数の層(60,61,6
    2,63,64)のうち前記第2アクセス層(64)と
    整合され、かつ電気接触するように、前記第1および第
    2面(53,54)に対して実質的に垂直で、前記側壁
    (55)に対して平行となるように、前記第1および第
    2面(53,54)ならびに前記側壁(55)に対して
    上になる関係で、複数の上層(60,61,62,6
    3,64)を連続的に成長させる段階;非導電性材料の
    スペーサを前記不連続面上に形成する段階;前記スペー
    サ(71)をエッチング・マスクとして利用して、前記
    材料の上層をエッチングし、前記第1面(53)の上に
    ある前記第2アクセス層(64)に第1コンタクト領域
    (72)と、前記第2面(54)の上にある前記第1ア
    クセス層(60)に第2コンタクト領域(73)と、前
    記スペーサ(71)の下で前記側壁(55)に隣接して
    配置され、かつ前記第1および第2コンタクト領域(7
    2,73)に電気接続された前記半導体デバイス(7
    5)とを形成する段階;によって構成されることを特徴
    とする方法。
  3. 【請求項3】 超小型半導体デバイスを製造する方法で
    あって:第1面(53)および第2面(54)が{10
    0}結晶面に配向され、前記第1および第2面(53,
    54)が前記第1および第2面(53,54)に実質的
    に垂直な側壁(55)によって接合された、砒化ガリウ
    ムの支持基板(50)を形成する段階;実質的に垂直な
    不連続面(65)が前記側壁(55)に平行に層(6
    0,61,62,63,64)に形成され、前記第1面
    (53)上の前記複数の層(60,61,62,63,
    64)のうち第1層(60)が前記第2面(54)上の
    前記複数の層(60,61,62,63,64)のうち
    異なる層(64)と整合され、かつ電気接触するよう
    に、前記第1および第2面(53,54)ならびに前記
    側壁(55)に対して上になる関係で、線が{011}
    方向に配向された、InAs材料系からの材料の複数の
    上層(60,61,62,63,64)を連続的に成長
    させる段階であって、前記材料の上層(60,61,6
    2,63,64)は半導体デバイス(75)を画定すべ
    く協調する、段階;非導電性材料のスペーサ(71)を
    前記不連続面(65)上に形成する段階;および前記ス
    ペーサ(71)をエッチング・マスクとして利用して、
    前記材料の複数の上層(60,61,62,63,6
    4)をエッチングして、前記第1面(53)の上にある
    第1コンタクト領域(72)と、前記第2面(54)の
    上にある第2コンタクト領域(73)と、前記スペーサ
    (71)の下で前記側壁(55)に隣接した配置され、
    かつ前記第1および第2コンタクト領域(72,73)
    に電気接続された前記半導体デバイス(75)とを形成
    する段階;によって構成されることを特徴とする方法。
JP9062353A 1996-03-01 1997-02-28 超小型半導体デバイスを製造・接続する方法 Pending JPH09246521A (ja)

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