(57)【要約】  理論的限界またはその付近に半導体装置の破壊電圧を維持しながら、半導体装置のエッジ終端42を改善する方法が提供される。その方法ではイオン注入40を使用して半導体装置100の周囲に補償された領域140を生成し、それに続いて化学的湿式エツチングによって0.2乃至0.3μｍ程度の高さのメサ114を形成する。この方法は一般的に簡単であるが優れた半導体装置100中のエッジ終端部42を形成する。ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタのようなｐｎ接合を使用する装置において装置のエッジ42において理想的に近い電気特性を達成する。研磨、サンドブラスト、マスクを使用するメサエツチングのような通常のエッジベベル技術に代わって、本発明ではイオン注入を使用して装置100の周囲に補償された領域140を生成し、化学的湿式エツチングにより浅いメサ114を形成する。
2005516396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論的限界またはその付近に半導体装置の破壊電圧を維持しながら、半導体装置のエッジ終端を改善する方法において、
イオン注入を使用して前記半導体装置の周囲に補償された領域を生成し、それに続いて化学的湿式エツチングにより０．２乃至０．３μｍ程度高さのメサを形成することを特徴とする半導体装置のエッジ終端改善方法。
【請求項２】
（ａ）基板を設け、
（ｂ）前記基板上にコレクタ層を形成し、
（ｃ）前記コレクタ層上にベース層を形成し、
（ｄ）前記ベース層上にエミッタ層を形成する請求項１記載の方法。
【請求項３】
（ｅ）前記エミッタ層上にエミッタ金属条帯を形成し、
（ｆ）前記エミッタ金属条帯をパターン化してマスクを形成し、
（ｇ）前記エミッタ金属条帯によりマスクされた領域を除く前記エミッタ層の部分をエツチングして除去して自己整列した金属マスクを形成し、
（ｈ）前記自己整列した金属マスクを使用してベース金属を付着させ、前記エミッタ金属条帯の周囲にベース金属条帯を形成してそのベース金属条帯と前記エミッタ金属条帯により前記半導体装置を規定し、
（ｉ）前記半導体装置上プラスその周辺に沿った前記半導体装置の全周の狭い領域に第１のマスク層を形成してマスクされた領域を形成し、前記各半導体装置の周囲に露出された部分を残し、
（ｊ）十分なエネルギのイオン注入を行って前記露出された部分に損傷を与えるが、マスクされた領域に対しては損傷を与えないでイオン注入された領域を形成し、
（ｋ）前記マスク層を除去し、
（ｌ）前記第２のマスク層が前記イオン注入された領域の一部まで延在するように前記半導体装置上に第２のマスク層を形成し、
（ｍ）化学的湿式エツチングを使用して前記ベース層の一部分および前記コレクタ層の一部分を除去して前記メサを形成する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記イオン注入は酸素イオンによって行われる請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記半導体装置は砒化ガリウムで構成されている請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記半導体装置は砒化ガリウムヘテロ接合バイポーラトランジスタを含んでいる請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記化学的湿式エツチングはクエン酸エツチング液を使用する請求項６記載の方法。
【請求項８】
（ａ）半導体基板と、
（ｂ）前記基板上に形成されたコレクタ層と、
（ｃ）前記コレクタ層上に形成されたベース層と、
（ｄ）前記ベース層上に形成されたエミッタ層とを具備し、
前記エミッタ層はエミッタ領域を規定するためにパターン化されており、別々の金属コンタクトが前記ベース層の一部分と前記エミッタ領域とに形成され、それによって能動装置領域が規定されているヘテロ接合バイポーラ半導体装置において、
前記能動装置領域の周囲の周縁領域を規定する前記ベース層および前記基板の一部分に形成されたイオン注入領域と、前記周縁領域の外側に位置するエツチングされた領域とを具備し、それにより前記能動装置領域を囲んでそれから前記イオン注入領域によって分離された０．２乃至０．３μｍ程度の高さのメサが形成されているヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記基板と、前記コレクタ層と、前記前記ベース層と、前記エミッタ層は砒化ガリウムによって構成されている請求項８記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタに関し、特にそのような装置のエッジ終端を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重ねて配置された異なった導電型の半導体層からなるような半導体装置の性能は、装置のエッジに依存している。エッジの特性は典型的に装置のバルク部分とは異なっており、望ましくない効果を生成する。そのような望ましくない効果の１例はダイオードまたはバイポーラトランジスタの逆方向バイアスされたｐｎ接合のエッジ絶縁破壊である。接合のエッジにおける局部的な電界は接合のバルク中の部分よりもはるかに高くなる可能性があり、装置の最大電圧能力を劣化させるように作用する。
【０００３】
ＧａＡｓのような半導体では、エッジ終端は装置の絶縁破壊電圧を著しく劣化させると考えられている。それ故、エッジにおける電界を減少させる技術を発見することが要望されている。
【０００４】
改良された従来技術の幾つかは次の文献に記載されている。  
F.Ren 外、“ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ構造のイオン注入分離”Applied Physics Letters ，56巻 9号 860乃至862 頁（1990年２月26日）
F.Ren 外はヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）中のエッジ終端に対するイオン注入損傷の使用について記載している。イオン注入はＭＥＳＦＥＴ（金属・半導体電界効果トランジスタ）およびＨＥＭＴ（高電子またはホール移動度トランジスタ）において広く使用され、それにおいては終端される層は比較的浅い。しかしながら、イオン注入は半導体の厚い層が分離される場合には適合が困難になる。またイオン注入のみの使用はＨＢＴのような高ドープ層が存在し、装置が高い電圧に耐えることが期待されている場合にはエッジ終端装置を形成するのに不十分である。
【０００５】
メサ処理は技術文献でよく知られており、ＨＢＴについては種々の文献で十分な情報が与えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在エッジ終端は、装置を最初にマスクし、それから装置の周囲の半導体材料をエツチングして除去し、約２乃至３マイクロメータの高さのメサ構造を生成することによって形成されている。パッシベーションされていない装置における絶縁破壊電圧はメサの深さおよびエッジ特性の敏感な関数である。そのため製造された装置の絶縁破壊電圧には基体を横切って大きな変化が存在する。絶縁破壊電圧は汚染に敏感であり、容易に劣化する。
【０００７】
したがって、そのような装置でエッジ終端を改善し、その一方で所望の高いレベルに絶縁破壊電圧を維持する方法を提供することが必要とされている。
【０００８】
本発明の目的は、絶縁破壊電圧を劣化させることなく、高電圧ＨＢＴ装置におけるエッジ終端を行うことである。２次的な、しかし重要な目的は、装置の平坦性を保持することである。これらの装置の絶縁破壊電圧はエッジの特性によって現在は制限されており、メサプロセスはパッシベーションが困難であるプレーナ型ではない装置を生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、理論的限界またはその付近に半導体装置の破壊電圧を維持しながら、半導体装置のエッジ終端を改善する方法が提供される。その方法は、イオン注入を使用して前記半導体装置の周囲に補償された領域を生成し、それに続いて化学的湿式エツチングにより０．２乃至０．３μｍのオーダーのメサを形成する。
【００１０】
本発明は、装置のエッジにおいてほぼ理想的な電気特性を得るために、一般的に半導体装置およびＧａＡｓヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のようなｐｎ接合を使用する装置におけるエッジ終端を形成する簡単であるが、優れた方法を提供する。研磨、サンドブラスト、またはマスクを使用するメサエツチングのような伝統的なエッジベベリング技術の代わりに、本発明の技術はイオン注入を使用して装置を囲む補償された領域を生成し、化学的湿式エツチングエツチングを使用して浅いメサを形成する。
【００１１】
垂直メサはこれらの装置における最も有効なメサ終端であると考えられる。露出されたエッジのパッシベーションおよび装置の平坦性が重要であると考えられる場合には、イオン注入が良好な装置の終端を得るために使用される。マイロクメータ範囲の大きい値の厚さのコレクタを含む電力用ＨＢＴでは、２つの方法のいずれも満足できない。本発明は高電圧ＨＢＴの核心である技術を提供し、有効なエッジ終端を得るために原理的に任意のＨＢＴ装置に適用可能である。“高電圧”は１００Ｖ以上、好ましくは２００乃至７００Ｖの電圧を意味するが、３０Ｖに低下した低い電圧の装置もここで説明した技術により有効に改良される。“有効なエッジ終端”は、装置のエッジの特性が動作電圧で制限されないエッジ終端を意味している。有効にエッジ終端された装置では、動作電圧は装置のバルクの特性によって決定される。
【００１２】
ここに開示された技術は、理論的最大値に非常に近い破壊電圧を有する装置を製作することを可能にする。これは２乃至３μｍ程度の深いメサを必要としないで行われることができる。今迄測定された最良の装置ではメサの深さは０．２乃至０．３μｍで最大の破壊電圧に到達するのに十分であった。破壊電圧は次の処理工程後も安定している。メサのエッジはその後、窒化シリコン薄膜を使用して密封される。
【００１３】
本発明は高電圧スイッチングトランジスタに適用可能である。この装置はＶＨＦ電力コンバータに適用可能な技術であるが、他の形式の電力コンバータで使用されることも可能である。
【００１４】
一般的に、本発明は、ここで説明したようなエッジ終端が必要とされる全ての半導体装置に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１および２はそれぞれメサ分離およびイオン注入から得られた従来技術のＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）を示している。
【００１６】
前者の場合には、基体12は基体上に形成されたコレクタ層16を含むメサ14およびコレクタ層16上に形成されたベース層18を有している。エミッタ層20はメサの上部に形成されている。適当な電気接続（図示せず）がよく知られているように３つの層に対して形成されている。
【００１７】
後者の場合には、前者の場合と同様に基体12は基体上に形成されたコレクタ層16およびベース層18を有している。エミッタ層20は前者の場合と同様にベース層18上に形成されている。しかしながらメサ14の代わりに、コレクタ層16およびベース層18の一部分はイオン注入に曝されてイオン注入された領域22が形成され、それは必要な分離を行うように機能する。再び、適当な電気接続（図示せず）がよく知られているように３つの層に対して形成される。
【００１８】
図３の（ａ）は本発明者のベースラインエッジ終端処理（それについて本発明が改善を行う）を示し、図３の（ｂ）はそれにより得られる逆方向破壊特性を示している。２００Ｖにおける破壊電圧は典型的な装置よりは良好であるこの装置では理論的最大値の８０％に過ぎない。典型的にそれは遥かに悪い。局部的な高い電界およびエッジの高い表面状態密度はエッジにおける早期の絶縁破壊に応答するためと思われる。
【００１９】
図４乃至７は本発明のプロセスで使用される製造シーケンスを示している。
【００２０】
最初に図４の（ａ）、（ｂ）およびの図５の（ａ）を参照すると、ＨＢＴ100 （図４のｅ）は図４のａに示されたように適当なリフト・オフ法を使用する金属被覆処理方法により層20（エミッタ層20のソースである）上にパターン化される。従来技術の装置のように技術的によく知られている技術およびプロセスを使用してコレクタ層16は基体12上に形成され、ベース層18がコレクタ層16上に形成され、エミッタ層20がベース層18上に形成される。Ｎ＋型エミッタ半導体層20がエミッタ金属条帯30によりマスクされた領域を除いてエツチングされて除去される。エツチング剤の作用によりエミッタ半導体20はアンダーカットされてそにより図４の（ｂ）に示されるように自己整列された金属マスク34が形成される。図５の（ａ）はこの工程においてコレクタ半導体層16上のエミッタ金属条帯30の平面図である。金属形成およびパターン化工程（図４のａ）および半導体エツチング工程（図４のｂ）はこの技術でよく知られている処理手順および材料を使用して行われる。
【００２１】
図４の（ｃ）、（ｄ）およびの図５の（ｂ）を参照すると、次にマスクとしてエミッタ金属条帯30を使用してベース金属が付着されて、図４の（ｃ）に示されるようにエミッタ金属条帯を囲んでベース金属条帯36が形成される。
【００２２】
装置区域プラス装置100 の周囲全体を囲む狭い領域はマスク層38によりマスクされ、矢印40により示されるように酸素イオン注入が行われてマスクされた領域を除くベース層18およびコレクタ層全体が損傷を受ける。マスクおよびイオン注入は図４の（ｄ）に示されている。マスク工程およびイオン注入工程はこの技術でよく知られている処理手順および材料を使用して行われる。酸素イオン注入が好ましいが、当業者はその他のイオン注入技術が代わりに使用されてもよいことを認識するであろう。このようなイオン注入のための適切なエネルギの選択は当業者よく知られている。
【００２３】
次にマスク38は除去される。別のマスク（図示せず）が使用されて装置100 を保護し、そのマスクのエッジはイオン注入された区域140 中まで若干の距離で延在している。クエン酸ベースのエツチング溶液が使用されて基体のマスクされていない部分がエツチングで除去され、約０．２μｍの深さまでコレクタ層の表面が除去される。これは図４のｅに示されるように必要なメサ114 を形成する。図５の（ｂ）はこの工程後のエミッタ金属条帯30とベース金属条帯36との平面図を示している。この金属形成はこの技術でよく知られている処理手順および材料を使用して行われる。
【００２４】
装置100 のエッジ42におけるベース18の部分的に補償された領域140 の存在はエッジにおける電界を緩和する作用を行い、結果的に窒化シリコンのような保護密封材料（図示せず）が付着されたその後、絶縁破壊電圧はエッジによって限定されないで安定させることができる。高い絶縁破壊電圧は浅いたった０．２乃至０．３μｍののメサによって達成される。これに比較してイオン注入が使用されないときには１乃至３μｍのメサが必要とされる。
【００２５】
本発明は、補償ベース領域140 が事実装置100 のエッジ42における電界を緩和することを示すために数値計算が使用された。
【００２６】
図６の（ａ）および（ｂ）は通常のメサのエッジにおける電界（図６のａ）と、本発明のベースメサ装置100 における補償された電界（図６のｂ）とを示している。図６の（ａ）に示される通常のメサ装置では、矢印44で示されるピーク電界は装置100 のエッジに位置していることが認められる。本発明によりベース層18が部分的に補償されているならば、ピーク電界44はメサのエッジから離れて位置される。上述したようにそのような補償は製造された装置中のイオン注入によって生成される。したがって、通常のメサ装置に対しては電界はメサのエッジに集中しており、早期の絶縁破壊の原因となることが認められる。製造された装置中のイオン注入された浅いメサに類似している本発明による補償されたベースメサでは、電界はメサで緩和されている。
【００２７】
従来技術の方法は、次のいずれかに依存している。  
（１）図１に示されたメサ終端を生成するためにコレクタ層を基体までエツチングするか、または、
（２）図２に示されているようにイオン注入を使用して装置のエッジを越えて領域を絶縁性にする。
【００２８】
約２μｍより厚いコレクタ層を使用する装置に対しては上記の従来技術は使用が困難であり、使用した場合にはエッジが不安定となり、動作電圧を設計値より下に低下させる。さらに、１００Ｖ以上の動作電圧に対して必要な５μｍより厚いコレクタ層に対しては、従来技術の方法の（２）はイオン注入技術上の制限によって使用されることができない。従来技術の方法の（１）は原理的には使用可能であるが、装置の製造を困難にする望ましくない地形形態を生成する。本発明によるベース層の部分的補償は従来技術の方法に関連した問題を克服することが認められる。
【００２９】
図７は上述した本発明によるプロセスを使用して形成されたＧａＡｓＨＢＴの逆方向破壊電圧を示している。破壊電圧は２４０Ｖであり、それは同じ垂直方向の半導体層の組合わせの無限の広さの接合部から期待される値の１００％にほとんど等しい。比較するために、単純なメサを使用する装置（図１のような）の逆方向破壊電圧特性は図８に示されている。
【００３０】
本発明の方法は高電圧（≧１００Ｖ）のヘテロ接合バイポーラトランジスタの破壊電圧を改善するための使用を発見することが期待されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】メサ分離を示したヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の概略側面図。
【図２】イオン注入分離を示した図１のものに類似しているＨＢＴトランジスタの側面図。
【図３】通常のメサ終端ＨＢＴの断面走査電子顕微鏡写真および通常のメサ終端ＨＢＴの逆方向電流・電圧（Ｉ−Ｖ）特性図。
【図４】本発明の方法の基本的な工程を示した側面図。
【図５】図４の（ｂ）および（ｃ）に示された工程に続く処理後の装置の上面図。
【図６】従来技術のメサ分離されたＨＢＴと本発明により製造されたＨＢＴとの数値計算された電界を示した図。
【図７】本発明により製造されたスイッチＨＢＴの破壊電圧を示した電流・電圧特性図。
【図８】従来技術のメサ分離されたＨＢＴの破壊電圧を示した電流・電圧特性図。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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