(57)【要約】【課題】受動素子と分離溝を同時形成する高周波半導体デバイスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＡｓ基板１０１をウエットエッチングし斜面を形成。ＳｉＯ2膜１０４をプラズマＣＶＤにより成膜。Ｔｉ膜１０５、第１のＰｔ膜１０６、ＳＴＯ膜１０７を成膜。第２のＰｔ膜１０８を成膜し、第２のレジストマスク１０９を施す。反応室を２つ持つ高周波誘導結合型プラズマエッチング装置を用い一方の反応室で塩素とアルゴンの混合ガスで第２のＰｔ膜１０８をエッチングする。一方の反応室で塩素とアルゴンにエタンを添加した混合ガスを用いＳＴＯ膜１０７をエッチングする。レジストマスク１０９を除去し、第２のＰｔ膜１０８、誘電体１０７および第１のＰｔ膜１０６の一部を第３のレジストマスク１１１で被覆。塩素とアルゴンの混合ガスで下電極のＰｔをエッチング。受動素子１１２と同時にＧａＡｓ基板１０１の斜面部に分離溝１１０が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、接地電極としての第１の貴金属層と、前記第１の貴金属層上に形成されたペロブスカイトまたはそれに準ずる構造を有する強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成された第２の貴金属層からなる受動素子があり、前記受動素子と隣り合う前記受動素子または能動素子との間に分離溝を備え、
前記分離溝は前記半導体基板上にある斜面に設けたことを特徴とする高周波半導体デバイス。
【請求項２】
前記第１の貴金属層および前記第２の貴金属層は白金であり、
前記強誘電体層はＳＴＯ、ＢＳＴ、ＰＺＴ、ＰＬＴ、ＰＬＺＴまたはＳＢＴを主要な成分であり、
前記高周波半導体デバイスは、マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高周波半導体デバイス。
【請求項３】
半導体基板の分離溝を形成する領域に斜面を形成する工程と、
前記半導体基板に第１の貴金属層、強誘電体層、第２の貴金属層を順次積層する工程と、
前記第１の貴金属層、前記強誘電体層、前記第２の貴金属層をエッチングして、受動素子と前記半導体基板上の前記斜面に分離溝を同時に形成することを特徴とする高周波半導体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記エッチングは不活性ガスと塩素系ガスによりエッチングを行なうことを特徴とする請求項３記載の高周波半導体デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記斜面は前記半導体基板の水平方向に対して１０度から８０度の角度を有することを特徴とする請求項３または４記載の高周波半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動素子および分離溝を備えた高周波半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタなどの受動素子とトランジスタなどの能動素子を一体化したマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）は、半絶縁性で高周波特性の優れた能動素子を形成するためにＧａＡｓなどの化合物半導体が基板に用いられている。
【０００３】
さらに、容量絶縁膜にはＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）、ＢＳＴ（ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3）、ＰＺＴ（ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3）、ＰＬＴ（ＰｂＬａxＴｉ1-xＯ3）、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）などの高誘電体または強誘電体が用いられている。
【０００４】
しかし、この誘電体は反応性に富んだ酸素を多く含み、製造プロセス中に特性劣化しやすいため、誘電体材料に親和性の高い白金族金属材料を受動素子の電極として用いる。
【０００５】
そこで、特許文献１を参照しながら、電極に白金を用いた受動素子を形成する方法について説明する。
【０００６】
図７（ａ）〜（ｄ）および図８（ａ）〜（ｃ）は工程断面図であり、回路素子および配線は省略し、受動素子の部分についてのみ説明する。
【０００７】
まず、図７（ａ）に示すように、基板３の上面に酸化珪素膜等の絶縁膜４を設け、さらにその上面に第１の白金膜５を２００ｎｍの厚さで設け、その上に高誘電体または強誘電体などよりなる誘電体膜６を２００ｎｍの厚さで、さらにその上に第２の白金膜７を２００ｎｍの厚さで形成する。
【０００８】
つぎに第２の白金膜７上に設けた第１のレジスト膜１０を介して第２の白金膜７および誘電体膜６をドライエッチング法によりエッチングして上電極７ａ、容量絶縁膜６ａを形成することにより、図７（ｂ）に示すような形状に加工される。
【０００９】
つぎに、図７（ｃ）に示すように、この上電極７ａ、容量絶縁膜６ａおよび第１の白金膜５の一部を第２のレジスト膜１１により被覆して臭化水素と酸素との混合ガスを用いて第１の白金膜５をエッチングする。
【００１０】
さらに、図７（ｄ）図８（ａ）に示すように、層間絶縁膜１２を全面に塗布した後、電極５ａの上部と上電極７ａの上部の層間絶縁膜１２にそれぞれコンタクトホール１３ａ、１３ｂを開口し（図８（ｂ））、これらのコンタクトホール１３ａ、１３ｂを介してそれぞれ下電極５ａまたは上電極７ａと接続する電極配線１４ａ、１４ｂを形成して受動素子が完成する（図８（ｃ））。
【００１１】
さらに、隣り合う受動素子の高周波電流を遮断するために、特許文献２に示されたように、ウエツトエッチングにより分離溝を形成する（図示せず）。
【特許文献１】特開平８−１７８０６号公報
【特許文献２】特開平１−１８１４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に示された製造方法では、電極形成のために行うエッチング工程と、分離溝を形成するためのエッチング工程は、個別に行わなければならない、という課題を有していた。
【００１３】
前記課題に鑑み、本発明に係る高周波半導体デバイスおよびその製造方法では、受動素子形成のエッチングと素子分離のエッチングを同時に行うことが出来る方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の高周波デバイスは、半導体基板上に、接地電極としての第１の貴金属層と、第１の貴金属層上に形成されたペロブスカイトまたはそれに準ずる構造を有する強誘電体層と、強誘電体層上に形成された第２の貴金属層からなる受動素子があり、受動素子と隣り合う受動素子または能動素子との間に分離溝を備え、分離溝は半導体基板上にある斜面に設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお、本発明の高周波半導体デバイスは、第１の貴金属層および第２の貴金属層は白金であり、強誘電体層はＳＴＯ、ＢＳＴ、ＰＺＴ、ＰＬＴ、ＰＬＺＴまたはＳＢＴを主要な成分であり、高周波半導体デバイスは、マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）であることがより好ましい。
【００１６】
また、本発明の高周波デバイスの製造方法は、半導体基板の分離溝を形成する領域に斜面を形成する工程と、半導体基板に第１の貴金属層、強誘電体層、第２の貴金属層を順次積層する工程と、第１の貴金属層、絶縁誘電体層、第２の貴金属層をエッチングして、受動素子と半導体基板上の斜面に分離溝を同時に形成することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、本発明の高周波半導体デバイスの製造方法は、エッチングは不活性ガスと塩素系ガスによりエッチングを行なうことがより好ましい。
【００１８】
なお、本発明の高周波半導体デバイスの製造方法は、斜面は半導体基板の水平方向に対して１０度から８０度の角度を有することがより好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高周波半導体デバイスおよびその製造方法は、受動素子形成のエッチングと分離溝形成のエッチングを同時に行うことで、低コスト化が可能な製造方法と、安価な高周波半導体デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態について、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００２１】
図１、図２、図３は、本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスの製造方法を示す工程断面図である。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示す工程で、ＧａＡｓ基板１０１上に第１のレジストマスク１０２を施す。レジストが施されている部分と施されていない部分の境界は素子分離溝を形成する箇所とする。
【００２３】
次に、ＧａＡｓ基板１０１を約１００ｎｍ燐酸を用いてウエットエッチングした後、レジスト剥離液によりレジスト１０２を除去する。このとき、図１（ｂ）に示すように結晶方位のため約２０°のエッチング斜面１０３が形成される。
【００２４】
さらに、図１（ｃ）に示すように、３００ｎｍのＳｉＯ2膜１０４をプラズマＣＶＤにより成膜する。
【００２５】
次に、図１（ｄ）に示すように、密着性向上のためのＴｉ膜１０５を２０ｎｍ、第１のＰｔ膜１０６を２００ｎｍ、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）膜１０７を３００ｎｍスパッタリングで成膜する。さらにＳＴＯ膜１０７の誘電率向上のため酸素雰囲気で熱処理を行う。
【００２６】
次に、図２（ａ）に示すように、第２のＰｔ膜１０８を３００ｎｍ成膜し、第２のレジストマスク１０９を施す。
【００２７】
次に、反応室を２つ持つ高周波誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、一方の反応室で塩素とアルゴンの混合ガスで第２のＰｔ膜１０８をエッチングし、図２（ｂ）に示す形状を得る。
【００２８】
さらに、上記エッチング装置のもう一方の反応室で、塩素とアルゴンにエタンを添加した混合ガスを用い、ＳＴＯ膜１０７をエッチングする。
【００２９】
このとき、水平部のＳＴＯ膜エッチング速度が約５０ｎｍ／分に対して、斜面部は６０ｎｍ／分で、さらにＳＴＯ膜１０７とＰｔ膜１０６のエッチング速度の選択比は約０．２５である。
【００３０】
ここで、水平部と斜面部とのエッチング速度の詳細を、図４、図５を用いて説明する。
【００３１】
図４は、水平部と斜面部に衝突するアルゴンイオンの入射角を説明する図である。
【００３２】
また、図５は入射角θとスパッタリング収量の関係を示すグラフであり、横軸は入射角、縦軸はスパッタリング収量である。
【００３３】
図４から、基板１０１が水平の場合、不活性ガスのイオン２０１ａは基板１０１に対してほぼ垂直に衝突する。
【００３４】
しかし、斜面部２０３に対しては、不活性ガスのイオン２０１ｂは斜面の角度θに対して、入射角は同じくθとなる。
【００３５】
図５から、入射角θとスパッタリングの収量の関係は、入射角θが０から６０°で収量は単調に増加し、７０〜８０°で最高になり、それ以上で急激に減少して９０°で０になる。
【００３６】
したがって、斜面部２０３の誘電体膜のエッチング速度はその周辺の水平部のエッチング速度よりも大きくなる。
【００３７】
本実施形態では、図２（ｃ）のように、第１のＰｔ膜１０６はエッチング速度が速いため、水平部と斜面部のエッチング速度差が拡大し、斜面部に溝形状１１０ａが生じる。
【００３８】
さらに、図３（ａ）のように、斜面部は第１のＰｔ膜１０６およびＴｉ膜１０５が消失し、さらにＳｉＯ2膜１０４の一部までエッチングされて、溝形状１１０ｂとなる。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジストマスク１０９を除去し、第２のＰｔ膜１０８、ＳＴＯ膜１０７および第１のＰｔ膜１０６の一部を第３のレジストマスク１１１により被覆する。
【００４０】
続けて、高周波誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、塩素とアルゴンの混合ガスで下電極の第１のＰｔ膜１０６をエッチングする。
【００４１】
このとき、ＳｉＯ2膜のエッチングレートおよびＧａＡｓ基板のエッチングレートはＰｔエッチングレートの約５倍であった。
【００４２】
そのため、図３（ｃ）に示すように、受動素子１１２と同時にＧａＡｓ基板１０１の斜面部に１μｍ以上の深さの分離溝１１０が形成される。
【００４３】
以上の工程により、本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスの製造方法では、マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）の受動素子と分離溝を同時形成することが出来る。
【００４４】
なお、本発明の実施形態では、図６に示すように、基板１０１上に形成した第１の受動素子３０１ａと第２の受動素子３０１ｂとの分離、および受動素子３０１ａ、３０１ｂとトランジスタなどの能動素子３０２との分離に、分離溝３０４を形成することが出来る。
【００４５】
したがって、図６に示すように、本発明に係る高周波半導体デバイスは、半導体基板１０１に受動素子１１２または能動素子があり、隣合う受動素子１１２または能動素子との間に分離溝１１０があり、分離溝１１０は半導体基板１０１にある斜面に設けている。
【００４６】
また、本発明の高周波半導体デバイスは、図３（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ基板１０１上に、第１のＰｔ膜１０６、ＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）膜１０７、第２のＰｔ膜１０８からなる受動素子１１２があり、隣り合う受動素子１１２または能動素子との間に分離溝１１０を備え、分離溝１１０はＧａＡｓ基板１０１上にある斜面１０３に設けている。
【００４７】
本実施形態によると、下電極のエッチングも同様のエッチング条件で行われるが、反応性に乏しい誘電体膜や白金族金属からなる電極に比べ、その下部にある酸化珪素または窒化珪素からなる絶縁膜及び珪素やガリウム砒素からなる半導体基板は、エッチング速度がより大きくなる。
【００４８】
そのため、誘電体エッチング時に生じたエッチング量の差が拡大され、斜面があった部分の半導体基板１０１に分離溝１１０が形成される。
【００４９】
すなわち、素子分離を行いたい部分の絶縁膜または半導体基板１０１に、前工程としてウエットエッチング等で斜面を形成することにより、容量形成と素子分離溝の同時形成が可能になる。
【００５０】
特に、半導体基板１０１のウエットエッチングは結晶方位によりエッチング形状の角度が決まるので、斜面の角度が安定するエッチングが可能である。
【００５１】
なお、本実施形態ではＧａＡｓ基板を用いたが、Ｓｉ基板や、半導体層をエピタキシャル成長させたＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板等の半導体基板１０１を用いてもよい。
【００５２】
また、本実施形態では半導体基板１０１に斜面を形成したが、受動素子よりも下層にあれば、絶縁膜等のその他の膜に斜面を形成してもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、誘電体膜としてＳＴＯ膜を用いているがその他のペロブスカイトまたはそれに準ずる構造を有する強誘電体または高誘電体を主要な成分とする誘電体を用いてもよい。
【００５４】
また、誘電体のドライエッチングに用いる不活性ガスは、アルゴンガスを用いてもよい。
【００５５】
また、不活性ガス以外に塩素原子を含むガスを用いて誘電体膜をドライエッチングしてもよい。
【００５６】
また、塩素原子を含むガスは、塩素ガスの単独ガスを用いてもよい。
【００５７】
また、誘電体膜はペロブスカイトまたはそれに準ずる構造を有する強誘電体または高誘電体を主要な成分とする誘電体であることが好ましい。
【００５８】
また、誘電体膜はＳＴＯ（ＳｒＴｉＯ3）、ＢＳＴ（ＢａxＳｒ1-xＴｉＯ3）、ＰＺＴ（ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3）、ＰＬＴ（ＰｂＬａxＴｉ1-xＯ3）、ＰＬＺＴ、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9）を主要な成分としてもよい。
【００５９】
また、本発明は高誘電体または強誘電体を用いる強誘電体メモリのキャパシタと分離溝の製造方法として用いることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明にかかる高周波半導体デバイスおよびその製造方法は、受動素子と分離溝を同時形成することができ、マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）およびその製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスの製造工程を示す断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスの製造工程を示す断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスの製造工程を示す断面図
【図４】水平部と斜面部に衝突するアルゴンイオンの入射角を説明する図
【図５】不活性ガスイオンの入射角θとスパッタリング収量の関係を示すグラフ
【図６】本発明の実施形態に係る高周波半導体デバイスを示す水平構造図
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、従来技術の高周波半導体デバイスの製造工程を示す断面図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、従来技術の高周波半導体デバイスの製造工程を示す断面図
【符号の説明】
【００６２】
１０１  ＧａＡｓ基板
１０２  第１のレジストマスク
１０３  ＧａＡｓ基板上のエッチング斜面
１０４  ＳｉＯ２膜
１０５  Ｔｉ膜
１０６  第１のＰｔ膜
１０７  ＳＴＯ膜
１０８  第２のＰｔ膜
１０９  第２のレジストマスク
１１０  分離溝
１１１  第３のレジストマスク
１１２  受動素子
２０１ａ  不活性ガスのイオン
２０１ｂ  不活性ガスのイオン
２０３  斜面
３０１ａ  第１の受動素子
３０１ｂ  第２の受動素子
３０２  能動素子
３０４  分離溝
【図１】
2006294951.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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