(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体から構成された基板の上に、化合物半導体から構成された能動素子を形成する第１工程と、
リフトオフ法により前記能動素子が形成されている領域以外の前記基板の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層を形成する第２工程と、
前記第１絶縁層の上に受動素子を形成する第３工程と、
前記能動素子、前記第１絶縁層、および前記受動素子が形成されている前記基板の上に、有機絶縁材料からなる第２絶縁層を形成して前記能動素子が前記第２絶縁層で覆われた状態とする第４工程と、
前記第２絶縁層の上に前記能動素子と前記受動素子とを電気的に接続する配線を含む配線層を形成する第５工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記無機絶縁材料は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機絶縁材料は、ベンゾシクロブテンまたはポリイミドであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記能動素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、ＩｎＰから構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＰなどの化合物半導体から構成された基板の上に形成する化合物半導体からなる能動素子を備える半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体による基板を用いた化合物半導体集積回路は、基板上に形成されたトランジスタが高速で動作可能なことから、広く普及している。基板上に集積回路を作製するには、トランジスタなどの能動素子に加え、抵抗体やキャパシタなどの受動素子や、これら素子を電気的に接続するための配線も基板上に作製する必要がある。
【０００３】
化合物半導体集積回路の作製手順としては、まず基板上に、能動素子を構成する各半導体層をエピタキシャル成長した後、リソグラフィー工程およびエッチング工程によりパターニングして素子形状を形成し、また電極材料の蒸着工程により電極を形成し能動素子を形成する。この後、受動素子や金属配線を形成するのが一般的である。
【０００４】
ここで、受動素子および金属配線を基板上に直接接して形成すると、これらと能動素子の間に基板を介したリーク電流が生じる恐れがある。このため、通常、受動素子や金属配線は、基板上に絶縁膜を堆積した上に形成される。受動素子のうち薄膜抵抗体は、集積回路動作中にジュール熱を発生するため、基板側へ効率的に排熱する必要がある。このため、薄膜抵抗体と基板間の絶縁層には、熱伝導率の高いシリコン酸化物やシリコン窒化物といった無機絶縁材料が良く用いられる。
【０００５】
無機絶縁材料の堆積には、化学気相成長（ＣＶＤ）法やスパッタリング法が用いられるが、これらに堆積方法により無機絶縁材料を堆積すると、絶縁層は、受動素子が形成される領域だけではなく、既に形成されている能動素子の上にも形成されることになる。
【０００６】
ここで問題となるのが、能動素子によっては、無機絶縁材料による絶縁層を直接（接して）形成してしまうと、表面リーク電流が増大してしまう点である。能動素子の端子間でのリーク電流は、集積回路の動作に悪影響を与えてしまう恐れがあるため極力低減する必要がある。
【０００７】
例えば、ＩｎＰヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）では、ベース層にＩｎＧａＡｓがよく用いられるが、エミッタメサとベース電極間のＩｎＧａＡｓ層表面に無機絶縁材料が直接接した状態で堆積してしまうと、エミッタ・ベース間のリーク電流が増大することが知られている。このため、ＩｎＰによるＨＢＴを用いた集積回路では、表面リーク電流を抑制可能な有機絶縁材料が、能動素子表面の保護層などに用いられている。
【０００８】
しかしながら、有機絶縁材料は無機絶縁材料と比べて熱伝導率が小さいため、有機絶縁材料による絶縁層に薄材料抵抗体を形成すると、抵抗体からＩｎＰ基板への排熱が妨げられてしまうという問題が生じる。この問題を防ぐためには、ＨＢＴの表面保護のための有機絶縁材料を全面に堆積して絶縁層を形成した後に、ＨＢＴ周辺部以外の絶縁層はエッチングにより除去し、この後に、改めて熱伝導率の高い無機絶縁材料を堆積して新たな絶縁層を形成する方法が用いられる（特許文献１参照）。
【０００９】
例えば、図２に示すように、ＩｎＰからなる基板２０１の上に、能動素子であるＨＢＴ２０２が形成され、ＨＢＴ２０２は、有機絶縁材料からなる絶縁層２０３に覆われ、絶縁層２０３および他の領域の基板２０１の上に無機絶縁材料からなる絶縁層２０４が形成されている。また、ＨＢＴ２０２形成領域以外の絶縁層２０４の上に受動素子である負荷抵抗体２０５および負荷抵抗体２０５に接続する第１金属配線２０６，２０７が形成されている。また、負荷抵抗体２０５および第１金属配線２０６，２０７の上には、無機絶縁材料からなる絶縁層２０８が形成されている。また、絶縁層２０４，絶縁層２０８の上には、ＨＢＴ２０２と第１金属配線２０６とを接続する第２金属配線２０９，第１金属配線２０７に接続する配線２１０などの配線層が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−０７７２０４号公報
【特許文献２】特許第５３４２４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の技術では、次に示す問題がある。能動素子部分を有機絶縁材料の絶縁層で保護する従来構造では、有機絶縁材料による絶縁層の形成、および形成した絶縁層のエッチング工程などによるパターニングが必要であり、結果的に工程、および材料費の増大によりコストを高める要因となっている。
【００１２】
更に、能動素子上に、有機絶縁材料による絶縁層と無機絶縁材料による絶縁層とが２重に形成されるため、絶縁層上に形成される金属配線と能動素子を接続するための貫通孔を形成する工程において、貫通孔の形状制御を難しくしているという問題点がある。絶縁層に貫通孔を形成する際には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられるが、有機絶縁材料と無機絶縁材料とではエッチング特性が大きく異なるため、特に能動素子の微細化が進むにつれて、貫通孔の形状制御の困難度は高まっている。このことにより、適切なエッチング形状を得るためには作製工程数増大が問題となるとともに、集積回路の歩留りを低下させる要因となる恐れもある。
【００１３】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、化合物半導体からなる基板の上に化合物半導体による能動素子を含む集積回路をより容易に製造できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、化合物半導体から構成された基板の上に、化合物半導体から構成された能動素子を形成する第１工程と、リフトオフ法により能動素子が形成されている領域以外の基板の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層を形成する第２工程と、第１絶縁層の上に受動素子を形成する第３工程と、能動素子、第１絶縁層、および受動素子が形成されている基板の上に、有機絶縁材料からなる第２絶縁層を形成して能動素子が第２絶縁層で覆われた状態とする第４工程と、第２絶縁層の上に能動素子と受動素子とを電気的に接続する配線を含む配線層を形成する第５工程とを備える。
【００１５】
上記半導体装置の製造方法において、無機絶縁材料は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物であればよい。また、有機絶縁材料は、ベンゾシクロブテンまたはポリイミドであればよい。
【００１６】
上記半導体装置の製造方法において、能動素子は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタである。なお、基板は、ＩｎＰから構成されている。
【００１７】
半導体装置は、化合物半導体から構成された基板の上に形成された化合物半導体から構成された能動素子と、能動素子が形成されている領域以外の基板の上に形成された無機絶縁材料からなる第１絶縁層と、第１絶縁層の上に形成された受動素子と、能動素子、第１絶縁層、および受動素子が形成されている基板の上に形成されて能動素子を覆う有機絶縁材料からなる第２絶縁層と、第２絶縁層の上に形成された能動素子と受動素子とを電気的に接続する配線を含む配線層とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したことにより、本発明によれば、化合物半導体からなる基板の上に化合物半導体による能動素子を含む集積回路が、より容易に製造できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【図２】図２は、化合物半導体による能動素子や受動素子を備える集積回路の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１Ａ〜図１Ｆを参照して説明する。図１Ａ〜図１Ｆは、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための各工程の状態を示す断面図である。
【００２１】
まず、図１Ａに示すように、化合物半導体から構成された基板１０１の上に、化合物半導体から構成された能動素子１０２を形成する（第１工程）。基板１０１は、例えば、ＩｎＰから構成されている。能動素子１０２は、例えば、ＩｎＰおよびＩｎＧａＡｓとから構成されたコレクタ層、ｐ+−ＩｎＧａＡｓから構成されたベース層、ｎ-−ＩｎＰから構成されたエミッタ層を備えるヘテロ接合バイポーラトランジスタである。また、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を備える。
【００２２】
次に、図１Ｂに示すように、能動素子１０２を覆うリフトオフマスク１５１を形成し、この上に、無機絶縁材料からなる第１絶縁層１０３を形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術によりリフトオフマスク１５１を形成すればよい。次に、よく知られたスパッタリング法により、酸化シリコン（シリコン酸化物）または窒化シリコン（シリコン窒化物）を堆積することで、第１絶縁層１０３とすればよい。
【００２３】
次に、リフトオフマスク１５１とともにリフトオフマスク上の堆積物を除去するリフトオフ法により、図１Ｃに示すように、能動素子１０２が形成されている領域以外の基板１０１の上に第１絶縁層１０３が形成された状態とする（第２工程）。
【００２４】
ここで、リフトオフマスク１５１の基板１０１に垂直な平面の断面が、基板１０１の側から見て逆台形状態とし、垂直異方性が高い条件で堆積をすることで、リフトオフマスク１５１の側面に対する堆積物の堆積が抑制できる。この状態であれば、図１Ｂに示すように、リフトオフマスク１５１は、側面が露出した状態となる。なお、ここでリフトオフマスク１５１は、公知の２層レジスト法により、上層レジストの開口よりも、下層レジストの開口を大きくすることによっても同様な効果が得られる。例えば、スパッタリング法において、ターゲットから叩き出された材料粒子の直進性を高めるいくつかの方法が提案されてきており、これらの方法を適切に組み合わせることで、上述した状態とすることができ、この状態でリフトオフを実施すれば、リフトオフマスク１５１が容易に除去でき、上述したリフトオフ法により第１絶縁層１０３をパターニングすることが可能である（特許文献２参照）。
【００２５】
次に、図１Ｄに示すように、第１絶縁層１０３の上に受動素子１０４を形成する（第３工程）。また、受動素子１０４に接続する第１金属配線１０５，１０６を形成する。例えば、ＷＳｉＮなど抵抗材料から受動素子１０４を構成すればよい。例えば、リフトオフマスクを用い、スパッタリング法により堆積した抵抗材料膜をパターニングすることで、受動素子１０４を形成すればよい。また、リフトオフマスクを用い、真空蒸着法により堆積したＡｕなどの金属材料膜をパターニングすることで、第１金属配線１０５，１０６を形成すればよい。
【００２６】
次に、図１Ｅに示すように、能動素子１０２、第１絶縁層１０３、および受動素子１０４が形成されている基板１０１の上に、有機絶縁材料からなる第２絶縁層１０７を形成して能動素子１０２が第２絶縁層１０７で覆われた状態とする（第４工程）。また、第２絶縁層１０７には、受動素子１０４に到達する貫通孔１０７ａ、第１金属配線１０５，１０６に到達する貫通孔１０７ｂ，１０７ｃを形成する。
【００２７】
例えば、ベンゾシクロブテンやポリイミドなどをスピンコートすることで樹脂膜を形成し、形成した樹脂膜を加熱などにより硬化させることで第２絶縁層１０７を形成すればよい。第２絶縁層１０７は、能動素子１０２の保護層としても機能する。この構成では、能動素子１０２は有機絶縁材料からなる第２絶縁層１０７により覆われ、能動素子１０２の側面などには、有機絶縁材料が接した状態となる。このため、ＨＢＴなどにおける表面リークの問題が抑制できる。
【００２８】
また、公知のリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、貫通孔１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃを形成すればよい。この形成においては、貫通孔１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ形成箇所には、無機材料からなる絶縁層がないため、一度のエッチング工程で形成が可能であり、従来に比較して工程数が少なくなるとともに、安定して微細な貫通孔が形成できることから、歩留り向上の効果も期待できる。
【００２９】
次に、図１Ｆに示すように、第２絶縁層１０７の上に能動素子１０２と受動素子１０４とを電気的に接続する第２金属配線１０８，１０９を含む配線層を形成する（第５工程）。例えば、リフトオフマスクを用い、真空蒸着法により堆積したＡｕなどの金属材料膜をパターニングすることで、第２金属配線１０８，１０９を形成すればよい。
【００３０】
以上のことにより、化合物半導体から構成された基板１０１の上に形成された化合物半導体から構成された能動素子１０２と、能動素子１０２が形成されている領域以外の基板１０１の上に形成された無機絶縁材料からなる第１絶縁層１０３と、第１絶縁層１０３の上に形成された受動素子１０４と、能動素子１０２、第１絶縁層１０３、および受動素子１０４が形成されている基板１０１の上に形成されて能動素子１０２を覆う有機絶縁材料からなる第２絶縁層１０７と、第２絶縁層１０７の上に形成された能動素子１０２と受動素子１０４とを電気的に接続する第２金属配線１０８，１０９を含む第２金属配線１０８，１０９層と、を備える半導体集積回路が得られる。
【００３１】
以上に説明したように、本発明によれば、リフトオフ法により能動素子が形成されている領域以外の基板の上に無機絶縁材料からなる第１絶縁層を形成するようにしたので、化合物半導体からなる基板の上に化合物半導体による能動素子を含む集積回路をより容易に製造できるようになる。
【００３２】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、配線層は２層に限るものではなく、１層，３層、またこれ以上の配線層が層間絶縁層を介して配置された多層配線構造としてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０１…基板、１０２…能動素子、１０３…第１絶縁層、１０４…受動素子、１０５，１０６…第１金属配線、１０７…第２絶縁層、１０７ａ…貫通孔、１０７ｂ…貫通孔、１０７ｃ…貫通孔、１０８，１０９…第２金属配線。
【図１Ａ】
0006581031.tif 000002
【図１Ｂ】
0006581031.tif 000003
【図１Ｃ】
0006581031.tif 000004
【図１Ｄ】
0006581031.tif 000005
【図１Ｅ】
0006581031.tif 000006
【図１Ｆ】
0006581031.tif 000007
【図２】
0006581031.tif 000008