JPS6181676A - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は半導体素子、特にメサ構造の動作領域を有す
るトランジスタ及び七の製造方法に関する。

（従来技術の説明） 従来、ＧａＡｓを用いたこのようなヘテロ接合光トラン
ジスタが文献（電子通信学会　光・量子エレクトロニク
ス技術研究報告ＯＱＥ　８４−４９　（１！９８４年７
月２３日））に開示されている。このトランジスタは発
光、受光及び増幅の３１１能を共有するものとして開発
されたものであり、その構造を第５図に概略的に示す。

この従来の構造によれば、４１はｎ　−ＧａＡｓ基板、
４２．４３．４４．４５はそれぞれ基板４１上に積層さ
れたｎ　−ＧａＡｓのコレクタ層、Ｐ　　ＧａＡ１のベ
ース層、Ｎ−ＡＱ、、、　Ｇａ６，７Ａｓ（’）　エミ
ツタ層及びｎ　−ＧａＡｓのキャップ暦である。さらに
、４ＢはＺｎ拡散によるｐ◆領領域ベース電極４７を上
部から取り出すようになっており、さらに、４８はエミ
ッタ電極、４８はコレクタ電極である。

（発明が解決しようとする問題点） この従来構造のトランジスタは実際にはメサ型の素子と
して構成してあって、動作領域の上側のベース電極４７
及びエミッタ電極４８を広く形成し、そこでワイヤボン
ディングを行っている。これがため、ワイヤボンディン
グの下側に動作領域が存在することとなり、また１発光
及び受光領域を広く確保する必要があるため、素子の動
作領域の面積が大きくなり、従って、素子に形成される
静電容量も大きくなり高速動作が困難であるという欠点
があった。

また、素子面積が大きいため、欠陥が取り込まれる確率
も高く、従って、製造歩留まりが低いという欠点がある
と共に、素子の集積化が困難であるという欠点があった
。

また、メサ構造の段差が４〜フル層と大きいため、電極
を動作領域外に引き出してワイヤボンディングを行うこ
とは技術的に困難であった。

この発明の目的は上述した従来の欠点を除去した半導体
素子及びその製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） この発明の目的の達成を図るため、この発明による半導
体素子によれば。

基板上に積層されたエピタキシャル成長層から成りトラ
ンジスタの、メサ構造の動作領域と。

該メサ構造の周辺部に設けられ感光性及び耐熱性の樹脂
層及び該樹脂層上に設けられた絶縁膜を含む棚部と、 前記動作領域に形成された所要の電極から引き出され前
記棚部上に形成された電極引出部とを具えることを特徴
とする。

さらに、この発明による半導体素子の製造方法によれば
、 基板上にトランジスタを形成するエピタキシャル成長層
を積層した後、エツチングを行いメサ構造の動作領域を
形成する工程と。

該動作領域に所要の電極を形成する工程と、該電極が形
成された前記メサ構造の動作領域を感光性及び耐熱性の
樹脂で埋め込み、マスクを用いて露光し、然る後現像を
行って前記メサ構造の周辺部に樹脂層を残存させる工程
と、 残存した前記樹脂層及び電極が形成された前記メサ構造
の動作領域上に絶縁膜を形成する工程と。

前記電極上の該絶１＆膜の一部分を除去し、該電極から
該絶縁膜上に電極引出部を形成する工程とを含むことを
特徴とする。

（作用） このような構成の半導体素子によれば、メサ構造の動作
領域の外部に電極用又は配線用の平担な棚部を設けてメ
サ構造による段差を無くすか小さくし、これに電極引出
部を設けた構造となっているので、動作領域の面積を小
さく出来る。さらに、動作領域が小さくなるので、静電
容量も小さくなり、高速動作が可能となると共に、製造
歩留まりも向上する。さらに、動作領域の小型化及び棚
部の平担化によって、素子の集積化を図ることが出来る
。

この発明の方法によれば、メサ構造の動作領域の形成後
に感光性及び耐熱性樹脂層及び酸化膜によって棚部を形
成し、然る後動作領域上の所要の電極からこの棚部へと
電極を引き出し形成すれば良いから、ワイヤボンディン
グの際動作領域に損傷を与えることがなく、しかも、簡
単かつ容易に１歩留まり良く製造することが出来る。

（実施例） 以下１図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。

第１図に概略的に示したこの発明の半導体素子の構造に
つき説明する。この実施例ではＧａＡｓヘテロ接合光ト
ランジスタ（以下ＧａＡｇＨＢＴと称する）につき説明
する。

第１図の断面図に示すように、１はｎ　−ＧａＡｓ基板
、この基板１上にｎ−ＧａＡｇのコレクタ層２．ｐ−Ｇ
ａＡｓのベース暦３、ｎ　−ＮＪＩ　Ｇａ　７−χＡｘ
のエミッタ層４．　　ｎ−ＧａＡｓのキャップＩ！！１
５が、液相エピタキシャル成長法又は気相エピタキシャ
ル成長法で、それぞれ順次に形成されている。尚、Ｘの
値は０．３〜０．５とするのが好適である。さらに、こ
のキャップ層５は発光及び受光用の窓５ａが形成されて
いる。６はキャップ７ｉｊ５の一部分から下側のベース
暦３に達するまでＺｎ拡散を行って得られたｐ型領域で
、所要に応じて形成される領域である。基板ｌ上あこれ
らエピタキシャル成長層はメサ構造７となっていて、こ
のメサ構造７がヘテロ接合光トランジスタの動作領域を
形成している。

このメサ構造は基板面との段差が約４〜フルＩ程度あり
、このメサ構造７の周辺部に感光性及び耐熱性の樹脂層
例えばポリイミド樹脂の暦８が設けられ、この樹脂層８
の表面を平担面となし、その上側に絶縁膜９例えばＳ＋
０２とかＭ２Ｏ３とかの酸化膜或いはＳ＋３Ｎ＋とかの
窒化膜が平担に形成されていて、この樹脂層８と絶縁膜
９とで棚部１０を形成している。この棚部１Ｇの面は基
板面に平行であっても良いし、又、基板面に対して傾斜
する面であっても良く、いずれの場合であっても、後述
する電極引出部が形成出来てワイヤポンディング或いは
配線を容易に行うことが出来る構造となっていれば良い
。

１１及び１２は動作領域にそれぞれ形成された所要の電
極すなわちエミッタ電極及びベース電極であり、１３及
び！４はこれら各電極１１及び１２から引き出され棚部
１０上に形成された電極引出部であって。

この電極引出部１３及び１４においてワイヤポンディン
グを行う、さらに、１５は基板１の下面に設けられたコ
レクタ電極である。

この構成において、絶縁膜９は動作領域と電極引出部１
３及び１４との間の層間絶縁と共に、光学的な反射膜と
して作用している。一方、ポリイミド樹脂層８はメサ構
造７によって生じている段差を埋め込み平担化を図ると
共に、電極引出部１３及び１４と、基板１との間の層間
絶縁として作用している。

次に、上述したＧａＡｓＨＢＴの製造方法につき説明す
る。

第２図（Ａ）〜（Ｇ）はその製造方法を説明するための
工程図であり、第３図はその製造方法の説明に供する線
図である。

先ず、第２図（Ａ）に示すようにｎ　　ＧａＡｓ基板１
上に、液相又は気相エピタキシャル成長により。

ｎ型コレクタ層２、ｐ型ベース層３、ｎ型エミツタ層４
及びｎ型キャップ層５を順次に成長させる。

次に、所要に応じて、第２図（Ｂ）に示すように、ベー
ス電極１１を取り出すためのＺｎ拡散を行いｐ型頭域６
を形成する。

次に、第２図（Ｃ）に示すように、エミッタ電極１１及
びベース電極１２を形成し、これら電極が形成された部
分を含む必要な領域以外のキャップ層５をアンモニア−
過酸化水素系のエツチング液により選択エツチングして
発光及び受光用の窓５ａを形成し、その後に、エツチン
グによりメサ構造７の動作領域を残存形成する。尚、こ
の窓５ａの形成及びメサ構造７の形成順序は逆の順であ
っても良いが、この順序はこの発明の要旨ではない。

続いて、第２図（Ｄ）に示すように、ＴＬ極１１及び１
２を有するメサ構造７の動作領域を埋め込むようにして
感光性で耐熱性の樹脂１例えば、ネカ型のポリイミド樹
脂を塗布して樹脂層８を形成する。

次に、動作領域のメサ構造７の外径よりも２〜５ｐｇ大
きい径の遮光部１８を有するガラスマスク１７を用いて
露光を行う、この場合の露光時間を使用するポリイミド
樹脂の適正露光時間の２〜３倍の露光時間とすることに
より、光がマスク１７の遮光部１６の下側に漏れて動作
領域のメサ構造７の側面にある樹脂部分を充分に感光さ
せるようにする。

この露光後に、現像し硬化することにより、第２図（Ｅ
）に示すような平担な断面を有する樹脂層８が残存する
。尚、この露光の際、遮光部１８の径を動作領域の外径
よりも大きくしたのは、遮光部１６の径が動作領域のメ
サ構造７の外径と同一かそれよりも小さくすると、第３
図に示すように、ポリイミド樹脂屑８のメサ構造７の周
囲の部分が上方に向けて盛り上がってしまい、この突出
部が電極の引き出しに障害となるので、これを回避する
ためである。

次に、第２図（Ｅ）に示す構造の表面に絶縁１ｌｉ９を
、例えば化学堆積法（ＣＶＯ法）、プラズマＣｖＤ法、
スパッタ蒸着法又はその他の方法によって、被着する。

この絶縁Ｈ９として、例えば５ｉ０２又は層２０３等の
酸化膜とか或いはＳｉ３Ｎ牛の窒化膜を用いるのが好適
である。この絶Ｊ＆１ＩＩ９の被着により、第２図（Ｆ
）に示すように、棚部１ｏを形成し、然る後、エミッタ
電極１１及びベース電極１２の部分の絶縁膜９を部分的
にエツチングしてこれら電極を露出させる。

続いて、それぞれの電極引出部１３及び１４を棚部１０
及びｌｌ上に引き出すような形態で通常の方法で形成し
、さらに、この構造の全体の厚みが１５０〜２００　％
−程度となるように、基板ｌの下面を研摩し、その面に
コレクタ電極１５を形成して、第２図（ｆｌｙ）に示す
ような構造の半導体素子を完成する。

尚、上述の実施例では、棚部１０をポリイミド樹脂屑８
と、絶縁膜９とで形成しているが、その理由は解像度を
上げるためである。解像度を上げるためには微細加工が
必要となるが、樹脂は一般に微細加工するのが困難であ
るので、絶縁膜を設けて微細加工の出来ない部分を補っ
ている。

又、ポリイミド樹脂の露光時間を適正露光時間よりも長
くしたのは、マスク１７の遮光部１８が／す構造７の大
ささよりも大きいので、適正露光時間で露光すると、メ
サ構造７の周辺に隙間が出来てしまうので、この隙間が
出来ないように露光時間を調整する必要があるからであ
る。

又、感光性及び耐熱性の樹脂としてポリイミド樹脂を用
いたが、これに限定されるものではないこと勿論である
と共に、ネガ型でもポジ型であっても良い。

さらに、上述した実施例では、ペテロ接合光トランジス
タにつき説明したが、これに限定されるものではなく、
メサ構造の動作領域を有するトランジスタであれば良い
。

また、トランジスタの材料をＧａＡｓとした例にっさ説
明したが、■−Ｖ族系の材料で形成したもので良い。

さらに、導電型を上述した導電型とは反対導電型のトラ
ンジスタであっても良い。

第４図（Ａ）はこの発明を応用して２素子をｆＪａｔ化
して形成したダーリントンＧａＡｓＨＢＴを路線的に示
す断面図及び第４図（Ｂ）はその回路図である。

これら図において、第１図に示した構成成分と同一の成
分については同一の符合を付して示す０図中、　ＰＴｒ
はホトトランジスタ及びＴｒは増幅トランジスタで、メ
サ構造７によって生じた段差を樹脂層８により埋め込ん
で平担化を行い、その上側に絶縁膜９を設けて端部１０
を形成した構造となっており、棚部ｌＯの上側に電極引
出部を形成して配線１８を行っている。尚、ａ、ｂ及び
Ｃは電極取り出し用の端子である。

（発明の効果） と述した説明からも明らかなように、この発明の半導体
素子によれば、メサ構造により生じた段差を絶縁性の棚
部で平担化して、その上側に動作領域σ所要の電極から
の引出部を形成出来るので、動作領域上での電極領域を
狭くし得る。従って、素子の動作領域の面積を小さくす
ることが出来、それだけ素子に形成される静電容量も小
さくなり、そのため、高速動作が可能となると共に、製
造歩留まりも向上する。さらに、動作領域の小型化及び
棚部の平担化によって、素子の集積化を図ることが出来
る。

この発明の方法によれば、メサ構造の動作領域の形成後
に棚部を形成し、然る後動作領域上の所要の電極からこ
の棚部へと電極を引き出し形成すれば良いから、ワイヤ
ポンディング或いは配線の際動作領域に損傷を与えるこ
とがなく、シかも。

簡単かつ容易に、歩留まり良く製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の半導体素子の一実施例を説明するた
めの路線的横断面図、 第２図（Ａ）〜（Ｇ）は第１図に示した半導体素子の製
造工程を説明するための工程図。 第３図はこの発明の説明に供する線図、第４図（Ａ）及
びＣＢ）はこの発明に応用例を説明するための半導体装
置の横断面図及びその回路図、 第５図は従来の半導体素子の構造の説明に供する部分的
斜視図である。 ｌ・・・基板、　　　　　　　２・・・コレクタ層３・
・・ベース層、　　　　　４・・・エミッタ層５・・・
キャップ層、　　　　５ａ・・・窓６・・・ｐ型頭域、
　　　　７・・・メサ構造８・・・樹脂層、　　　　　
９・・・絶縁層ｌＯ・・・棚部、　　　　　　　１１・
・・エミッタ電極１２・・・ベース電極、　　　１３．
１４・・・電極引出部１５・・・コレクタ電極、１Ｂ・
・・遮光部１７・・・ガラスマスク １８・・・配線（又は電極引出部） ａ、ｂ、ｃ・・・端子。 特許出願人　　　　　　沖電気工業株式会社−二）ンン
１ ４ど′−５ く　　　　　　ロ 手続補正書 １事件の表示　　昭和５Ｓ年特許願１８３４８０号２発
明の名称 半導体素子及びその製造方法 ３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所（〒−１０５） 東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号 名称（０２９）沖７Ｌ気工業株式会社 代表者　橋本　南海男 ４代理人　〒１７０　　　ｔｘ　（９８８）５５８３住
所　東京都豊島区東池袋１丁目２０番地５明ｗＪ書の発
明の詳細な説明の欄、図面の簡単な説明の欄、図面の第
１図、第２図（Ｃ）〜（Ｇ）及び第４図（Ａ） ７桶正の内容　　別紙の通り （１）、明細書、第１２頁第５行ｒｌＯ及び１１上に」
をｒｌＯ及び電極１１及び１２上に」と訂正する。 （２）、同、第１３頁第３〜６行「又、感光性及び・・
・・・・・・・・・・ポジ型であっても良い。」を削除
する。 （３）、同、第１４頁第４行「端部１０」をＴ棚部１０
ｊと訂正する。 （４）、同、第１５頁第１４行「発明に応用例」をｒ発
明の応用例Ｊと訂正する。 （５）、同、第１６頁第３行「絶縁層」をｆＭ！！縁１
１！、］と訂正する。 （６）０図面の第１図、第２図（Ｃ）〜（Ｇ）及び第４
図を、添付した訂正図の通り訂正する。 ζり どゝ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　へ口二

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に積層されたエピタキシャル成長層から成り
   トランジスタの、メサ構造の動作領域と、 該メサ構造の周辺部に設けられ感光性及び耐熱性の樹脂
   層及び該樹脂層上に設けられた絶縁膜を含む棚部と、 前記動作領域に形成された所要の電極から引き出され前
   記棚部上に形成された電極引出部とを具えることを特徴
   とする半導体素子。 ２、基板上にトランジスタを形成するエピタキシャル成
   長層を積層した後、エッチングを行いメサ構造の動作領
   域を形成する工程と、 該動作領域に所要の電極を形成する工程と、該電極が形
   成された前記メサ構造の動作領域を感光性及び耐熱性の
   樹脂で埋め込み、マスクを用いて露光し、然る後現像を
   行って前記メサ構造の周辺部に樹脂層を残存させる工程
   と、 残存した前記樹脂層及び電極が形成された前記メサ構造
   の動作領域上に絶縁膜を形成する工程と、 前記電極上の該絶縁膜の一部分を除去し、該電極から該
   絶縁膜上に電極引出部を形成する工程とを含むことを特
   徴とする半導体素子の製造方法。 ３、前記樹脂をポリイミド樹脂とし、前記マスクの遮光
   部の外径を前記動作領域の外径よりも大きくし、かつ、
   前記露光を適正な露光時間よりも長く行うことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の半導体素子の製造方法
   。