(57)【要約】【課題】トランジスタの配線の断切れや水分の浸透による電流のショートといった不良を防止する。【解決手段】半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ＋−ＧａＡｓコレクタコンタクト層１２、　ｎ−−ＧａＡｓコレクタ層１３、　ｐ＋−ＧａＡｓベース層１４、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層１５、ｎ＋−ＧａＡｓおよび　ｎ＋−ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタコンタクト層１６をエピタキシャル成長により形成した後にエッチングを施して素子分離領域を形成し、表面を平坦化する有機絶縁膜を塗布し、有機絶縁膜１８をドライエッチングして、コレクタ電極を形成する部分にコンタクトホールを形成する。その後、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを全面に蒸着またはスパッタ後、合金化熱処理を行ってコレクタ電極形成用下地金属１９を全面に形成し、ＣＭＰ法により平坦化処理を施す。【選択図】　図２
2004055663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に半導体多層膜を成膜してトランジスタ構造を形成する工程と、前記半導体多層膜の上に有機物からなる層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にオーミック電極形成用の開口を形成する工程と、前記開口に金を用いた埋め込みプラグを形成する工程と、前記埋め込みプラグを平坦化する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記埋め込みプラグを平坦化する工程は、化学的機械的研磨法を用いることにより形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話に用いられる高周波半導体装置に関し、そのオーミック電極の形成に関するもので、特に平坦化絶縁膜の開口に金の埋め込みプラグを形成し、更に埋め込みプラグを平坦化した構造を特徴とする半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下に、例えば、トランジスタの一つとして、ＧａＡｓ系ヘテロバイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴ）を示す。ＨＢＴはエミッタにベースよりもバンドギャップの大きい半導体を用いることで、バンドオフセット効果から、ベースからエミッタへのホールの逆注入を抑える事ができるため、ベースの濃度を高くする事ができる。そのため、ベースのシート抵抗が低く、高い最大発振周波数ｆｍａｘを有する、高周波特性に優れたデバイスである。一方、ＨＢＴの短所としては、その電流パスがコレクタ→エミッタという縦型構造である為、段差が大きいことが挙げられる。故に、絶縁膜の段差被覆性、構造の平坦性が要求される。
【０００３】
ところで、このＧａＡｓ系ＨＢＴに用いられる電極としては、Ｃｕではなく、ＡｕやＡｕの合金を用いる場合が多い。例えば、ＧａＡｓ系ＨＢＴのコレクタ電極など、ｎ型ＧａＡｓに対するオーミック電極としては、Ａｕの合金であるＡｕＧｅとＮｉとＡｕを積層した、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ構造を用いることが多い。そして、熱処理でｎ型ＧａＡｓと合金化することが一般的である。また、ＧａＡｓ系ＨＢＴのベース電極として使われるｐ型ＧａＡｓに対するオーミック電極としては、Ｔｉ／Ｐｔ／　Ａｕがよく用いられている。このようにＣｕではなく、ＡｕやＡｕの合金がよく用いられるのは、Ｃｕのドライエッチングプロセスが困難であること、大電流を流すときにＣｕが酸化しやすいこと、Ｃｕイオンが酸化膜中を拡散しやすいことに対して、ＡｕがＧａＡｓ内に拡散しても、半導体装置の動作に悪影響を及ぼす深い準位を形成しない、大電流が流れてもマイグレーションが起きにくい、化学的に安定であるといった理由からである。
【０００４】
これらの電極を形成する方法としては、電極を形成する領域が開口するレジストのパターニングを行い、金属を全面に蒸着後、有機溶剤中でレジストを溶かすことにより、レジスト上の金属を半導体上から除去するリフトオフ法がよく用いられる。このリフトオフを用いた電極形成の一つの例として、ＨＢＴのコレクタ電極を形成し、層間膜を堆積して１層配線を形成するまでの半導体装置の製造方法の従来の実施例を図３と図４を用いて説明する。
【０００５】
半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に、ｎ＋−ＧａＡｓコレクタコンタクト層３２、　ｎ−−ＧａＡｓコレクタ層３３、　ｐ＋−ＧａＡｓベース層３４、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層３５、ｎ＋−ＧａＡｓおよび　ｎ＋−ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタコンタクト層３６をエピタキシャル成長により形成する。次に、高融点金属であるＷＳｉをスパッタで形成後、反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）による加工を行うことにより、エミッタ電極３７を形成する　（図３（ａ））　。
【０００６】
エミッタ電極３７をマスクにしたウェットもしくはドライエッチングにより、ｎ＋−ＧａＡｓおよび　ｎ＋−ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタコンタクト層３６をエッチングして、ｎ−ＩｎＧａＰで構成されるエミッタ層３５を露出する　（図３（ｂ））。
【０００７】
次に、ベース領域を規定するためのレジストパターン（図示せず）を形成して、ｎ−ＩｎＧａＰで構成されるエミッタ層３５をエッチングし、またＰ＋−ＧａＡｓで構成されるベース層３４とｎ−−ＧａＡｓで構成されるコレクタ層３３の途中までをエッチングする（図３（ｃ））　。
【０００８】
コレクタ電極を形成するためのレジストパターン（図示せず）を形成して、ｎ−−ＧａＡｓで構成されるコレクタ層３３をエッチングし、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕより構成されるコレクタ電極３８をｎ＋−ＧａＡｓで構成されるコレクタコンタクト層３２上に電子ビーム法で蒸着する。次に、アセトンなどの有機溶剤中に浸漬してレジストを溶かすことにより、不要な金属部分を半導体表面から除去する。その後、４００℃で１０分間の合金化熱処理を行うことにより、良好なオーミック特性を持つコレクタ電極３８が形成される　（図３（ｄ））。
【０００９】
エミッタ電極、ベース電極を形成する部分が開口したレジスト（図示せず）をパターニングして、このレジストをマスクにＩｎＧａＰ３５上に、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを電子ビーム法で蒸着する。次に、アセトンなどの有機溶剤中に浸漬してレジストを溶かすことにより、不要な金属部分を半導体表面から除去し、ベース電極３９、エミッタ電極４０が形成される　（図４（ａ））。
【００１０】
素子間を電気的に分離するエッチングを行い、素子分離領域を形成する。そして、ＳｉＯ２、ＳｉＮといった層間絶縁膜４１を堆積してコレクタ電極３８、ベース電極３９、エミッタ電極４０上にコンタクトホールを形成する（図４（ｂ））。
【００１１】
コレクタ電極の引出し電極４２、ベース電極の引出し電極４３、エミッタ電極の引出し電極４４をドライエッチング加工または、電解メッキ法などにより形成する　（図４（ｃ））。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４（ｃ）からわかるように、従来のプロセスの場合、エッチングによる段差が完全に反映され、段差が大きい。その為に、層間絶縁膜の段差被覆性が悪いと配線の断切れや水分の浸透による電流のショートといった不良を引き起こす課題がある。
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明はリフトオフを用いずに電極を形成する方法として、平坦化絶縁膜の開口に金の埋め込みプラグを形成し、更に化学的機械的研磨法（ケミカルメカニカルポリッシング、Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰという）により完全平坦化された構造、すなわち、ダマシン構造を特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板の上に半導体多層膜を成膜してトランジスタ構造を形成する工程と、前記半導体多層膜の上に有機物からなる層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜にオーミック電極形成用の開口を形成する工程と、前記開口に金を用いた埋め込みプラグを形成する工程と、前記埋め込みプラグを平坦化する工程とを有するものである。
【００１５】
この構成により、ＡｕはＧａＡｓ内に拡散しても、半導体装置の動作に悪影響を及ぼす深い準位を形成せず、安定であるので、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００１６】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに前記埋め込みプラグを平坦化する工程は、化学的機械的研磨法を用いることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のバイポーラトランジスタ及びその製造方法の実施の形態について、図１を参照しながら説明する。
【００１８】
半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ｎ＋−ＧａＡｓコレクタコンタクト層１２、　ｎ−−ＧａＡｓコレクタ層１３、　ｐ＋−ＧａＡｓベース層１４、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層１５、ｎ＋−ＧａＡｓおよび　ｎ＋−ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタコンタクト層１６をエピタキシャル成長により形成する。次に、高融点金属であるＷＳｉをスパッタで形成後、反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）による加工を行うことにより、エミッタ電極１７を形成する　（図１（ａ））　。
【００１９】
エミッタ電極１７をマスクにしたドライエッチングにより、ｎ＋−ＧａＡｓおよび　ｎ＋−ＩｎＧａＡｓから構成されるエミッタコンタクト層１６をエッチングして、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層１５を露出する。次に、レジスト（図示せず）をマスクとして、ｎ−ＩｎＧａＰエミッタ層１５をエッチングすることによりベース層１４を露出する（図１（ｂ））　。
【００２０】
レジスト（図示せず）をマスクとしたウエットエッチングまたはドライエッチングにより、コレクタコンタクト層１２を露出する。（図１（ｃ））。
【００２１】
素子間を電気的に分離するエッチングを行い、素子分離領域を形成する　（図１（ｄ））。
【００２２】
表面を平坦化する有機絶縁膜（ここでは例えばＢＣＢとする）１８を塗布する　（図１（ｅ））。
【００２３】
コレクタ電極を形成する部分が開口したレジスト（図示せず）をパターニングして、このレジストをマスクに有機絶縁膜１８をドライエッチングして、コレクタ電極を形成する部分にコンタクトホールを形成する。ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを全面に蒸着またはスパッタ後、４００℃で１０分間の合金化熱処理を行うことにより、コレクタ電極形成用下地金属１９が全面に形成される　（図２（ａ））。
【００２４】
次に、電解メッキによりウェハ全面に亘ってメッキ金属を成長させ、コンタクトホールを埋め込み（図示せず）、ＣＭＰ法により平坦化処理を施すことでコレクタバンプ電極２０を形成する　（図２（ｂ））。
【００２５】
ベース電極、エミッタ電極を形成する部分が開口したレジスト（図示せず）をパターニングして、このレジストをマスクに有機絶縁膜１８をドライエッチングして、ベース電極、エミッタ電極を形成する部分にコンタクトホールを形成する。Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを全面に蒸着後、３５０℃で３分の熱処理を行うことによりベース、エミッタ電極形成用下地電極２１が全面に形成される。このとき、ベース電極は、Ｐｔの膜厚を３００Å以上とし、３５０℃で３分の熱処理により良好なオーミック特性が得られることが筆者らのこれまでの実験で分かっている　（図２（ｃ））。
【００２６】
次いで、エミッタ電極形成用下地電極２１を電極とした電解メッキによりウェハ全面に亘ってメッキ金属を成長させ、コンタクトホールを埋め込み（図示せず）、ＣＭＰ法により平坦化処理を施すことでベースバンプ電極２２、　エミッタバンプ電極２３を形成する　（図２（ｄ））。
【００２７】
ここで、Ａｕの代わりにＣｕ、Ｗをメタル材料とした、配線におけるダマシンプロセスを用いた従来の構成では、ＣｕはＡｕに比べて化学的に不安定で、すぐに酸化してしまう。つまり我々が望む高速、高電流動作トランジスタにおいて、Ｃｕ電極を用いると、Ｃｕが酸化したり、もしくはＣｕイオンが拡散しない為のバリア層により抵抗が上昇してしまう。これに対し、本発明に係るＡｕはＧａＡｓ内に拡散しても、半導体装置の動作に悪影響を及ぼす深い準位を形成せず、安定である。また、上記本発明のＨＢＴは、表面の段差がほとんどないので、配線の断切れや水分の浸透による電流のショートといった不良を引き起こさないようにでき、結果としてＨＢＴの歩留まりが向上する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法では、平坦化し、段差被覆性を改善することで、配線の断切れや水分の浸透による電流のショートといった不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すバイポーラトランジスタの製造方法の断面図
【図２】本発明の一実施の形態を示すバイポーラトランジスタの製造方法の断面図
【図３】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の断面図
【図４】従来のバイポーラトランジスタの製造方法の断面図
【符号の説明】
１１　半絶縁性ＧａＡｓ基板
１２　コレクタコンタクト層　ｎ＋−ＧａＡｓ
１３　コレクタ層　ｎ−−ＧａＡｓ
１４　ベース層　ｐ＋−ＧａＡｓ
１５　エミッタ層　ｎ−ＩｎＧａＰ
１６　エミッタコンタクト層　ｎ＋−ＧａＡｓ／ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ
１７　エミッタ電極
１８　有機絶縁膜
１９　コレクタ電極形成用下地金属
２０　コレクタバンプ電極
２１　ベース、エミッタ電極形成用下地金属
２２　ベースバンプ電極
２３　エミッタバンプ電極
３１　半絶縁性ＧａＡｓ基板
３２　コレクタコンタクト層　ｎ＋−ＧａＡｓ
３３　コレクタ層　ｎ−−ＧａＡｓ
３４　ベース層　ｐ＋−ＧａＡｓ
３５　エミッタ層　ｎ−ＩｎＧａＰ
３６　エミッタコンタクト層　ｎ＋−ＧａＡｓ／ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ
３７　エミッタ電極
３８　コレクタ電極
３９　ベース電極
４０　エミッタ電極
４１　層間絶縁膜
４２　コレクタ引出し電極
４３　ベース引出し電極
４４　エミッタ引出し電極
【図１】
2004055663.tif 000003
【図２】
2004055663.tif 000004
【図３】
2004055663.tif 000005
【図４】
2004055663.tif 000006