(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＡｓ系の結晶からなる活性層、Ｐ系結晶からなるエッチング停止層、およびＡｓ系結晶からなるキャップ層を順次成長させてエピタキシャル層を形成する第１の工程と、
Ａｓ系またはＰ系のエッチング液を用いて上記エピタキシャル層をエッチングして素子間分離構造をなすメサを形成する第２の工程と、
しかる後、臭素水および臭化水素酸、若しくは臭化水素酸および過酸化水素水を含む水溶液を用いて前記メサの断面形状を、滑らかな丸みを有する肩部を備えた形状に成型する第３の工程と、
その後、前記メサの表面に電極を形成する第４の工程とを備えた電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程は、臭素水、臭化水素酸、および水を１：１：１０の比率で混合させたＢｒ系エッチング液に、素子間分離構造をなすメサ部分を浸漬して行われることを特徴とする請求項１に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極配線の断線を防いで製造歩留まりを高めた電界効果トランジスタの製造方法に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、ソース・ドレイン間に流れる電流を、ゲートに印加するバイアスによりその空乏層の厚みを、ひいてはチャネル層の厚みを変化させることで制御する電子デバイスである。特にＧaＡsやＩnＰ等の化合物半導体は、Ｓiに比較して電子の移動度が高く、動作周波数が高い等の利点を有している。近年、このような化合物半導体の特徴を活かして、超高速・低雑音デバイスとして、或いは高出力デバイスとして化合物半導体系の電界効果トランジスタが注目されている。
【０００３】
この種の化合物半導体系の電界効果トランジスタであるメサ型のＭＥＳ（metal-semiconductor）ＦＥＴは、ゲートを金属電極とし、半導体とのショットキー接合を利用したもので、図３に示すような構造を有する。即ち、このＭＥＳＦＥＴは、半絶縁性のＧaＡ基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＥＢ）によりエピタキシャル層を成長させた後、このエピタキシャル層をエッチングしてメサを形成し、このメサ上に金属電極を形成して製作される。
【０００４】
具体的には、先ず図４(ａ)に示すようにＧaＡ基板１上にＡlＧaＡs抵抗バッファ層２を成長させ、その上にｎ-ＧaＡs活性層３を成長させる。更にＦＥＴの動作閾値やドレイン電流ＩDS等の均一化を図るべく、ｎ-ＧaＡs活性層３上にｎ-ＩnＧaＰエッチング停止層４を成長させ、その上にソース・ドレイン間の寄生抵抗の低減を目的としてｎ+-ＧaＡsキャップ層５を順次成長させることによりエピタキシャル層を形成する。
【０００５】
しかる後、図４(ｂ)に示すようにドライエッチングまたはウェットエッチングにより上記エピタキシャル層をメサエッチングして素子間分離構造をなすメサを形成した上で、その表面に表面保護の為のパッシベーション膜（図示せず）を形成する。次いで図４(ｃ)に示すようにメサの上にソース電極およびドレイン電極の為のＡuＧeＮi／Ａuからなるオーミック電極金属６を蒸着し、これを合金化する。その後、ゲート電極形成用のパターニングを施し、ＢＨＦ等を用いてパッシベーション膜をエッチングし、更に図４(ｄ)に示すようにエッチング停止層４までをリセスエッチングしてｎ-ＧaＡs活性層３を露出させ、このｎ-ＧaＡs活性層３上にＴi／Ｐt／Ａuからなるゲート電極７を蒸着形成してＭＥＳＦＥＴを実現する。
【０００６】
このゲート電極７の蒸着によりｎ-ＧaＡs活性層３に表面空乏層が形成されてそのチャネル幅が規定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した如くして製作されるＭＥＳＦＥＴにおいては、エッチング停止層４としてｎ-ＩnＧaＰを用いているので、その素子分離工程（メサの形成工程）において積層構造のエピタキシャル層をなすＡs系の結晶とＰ系の結晶とを交互にエッチングする必要がある。具体的には、ＨＦ-Ｈ2Ｏ2系等のＡs系エッチング液を用いて先ずキャップ層５をエッチングした後、ＨＣl-Ｈ2Ｏ系等のＰ系エッチング液を用いてエッチング停止層４を除去し、再度、ＨＦ-Ｈ2Ｏ2系等のＡs系エッチング液を用いて活性層３およびバッファ層２をエッチングすることで、アイソレーションメサが形成される。
【０００８】
このようにしてＡs系エッチング液を用いて活性層３およびバッファ層２をエッチングする際、そのエッチングが深さ方向のみならず横方向にも進むので、エッチング停止層４の近傍の活性層３は、図３(ｂ)に矢視Ｂ-Ｂの断面構造を示すように逆メサ形状となり、またキャップ層５はそのメサエッジから後退する。この為、その表面にオーミックに形成されるソース・ドレイン電極６が、図３(ｂ)に示すように逆メサ部分にて段切れを生じ、断線するという問題が発生する虞がある。また断線しないまでも、ソース・ドレイン電極６が切れかかった状態となり易い。
【０００９】
またキャップ層５を除去してメサの上部にリセス構造を形成した後、そのリセス部にゲート電極７を蒸着形成するに際しても、図３(ｃ)に矢視Ｃ-Ｃの断面構造を示すようにゲート電極７に同様な段切れが生じ易い。このようなエッチング停止層４の近傍の、活性層３の逆メサ形状に起因するソース・ドレイン電極６やゲート電極７の段切れは、ＭＥＳＦＥＴの製造歩留まりやその信頼性を著しく低下させる。
【００１０】
この点、結晶選択性のないＣＨ4／Ｈ2／Ａr等のＣＨ4ガスを用いたドライエッチングによりアイソレーションメサを形成することが考えられる。しかしながらこの場合、そのエッチング端面（メサ断面）が略垂直に近い切り立った形状となるので、同様にソース・ドレイン電極６やゲート電極７の段切れ（断線）の問題が生じ、その製造歩留まりが低下する。
【００１１】
尚、特開昭６４−４１２９３号公報には、臭素水または臭酸を含む溶液、例えば臭素水を含むメチルアルコールによりメサエッチングすることが開示される。しかしながらそのメサ断面が切り立った形状となること、更にはエッチング液の供給律即に従ってそのエッチングが進むので、深さ方向の面内均一性が悪いと言う問題がある。更にはそのエッチング速度がエッチング液の攪拌方法にも依存するため、そのエッチング制御が難しく、例えばメサ近傍が不必要に深く除去される等の問題が生じ易い。
【００１２】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡易なエッチング制御の下で素子間分離構造をなすメサを滑らかに形成し、電極配線の途切れ等の問題を招来することのない信頼性の高い電界効果トランジスタを、歩留まり良く製造することのできる電界効果トランジスタの製造方法を提供することにある。
【００１３】
上述した目的を達成するべく、本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＡｓ系の結晶からなる活性層、Ｐ系結晶からなるエッチング停止層、およびＡｓ系結晶からなるキャップ層を順次成長させてエピタキシャル層を形成した後（第１の工程）、このエピタキシャル層をＡｓ系またはＰ系のエッチング液を用いてエッチングして素子間分離構造をなすメサを形成し（第２の工程）、しかる後、臭素水および臭化水素酸、若しくは臭化水素酸および過酸化水素水を含む水溶液を用いて前記メサの断面形状を、滑らかな丸みを有する肩部を備えた形状に成形した後（第３の工程）、メサの表面に電極を形成する（第４の工程）ことを特徴としている。
【００１４】
好ましくは請求項２に記載するように、臭素水、臭化水素酸、および水を１：１：１０の比率で混合させた臭素系エッチング液に、素子間分離構造をなすメサ部分を浸漬することで、メサの断面形状を滑らかに成型することを特徴としている。この際、エッチング液を攪拌することなく、静止させた状態でそのエッチングを行うことが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタの製造方法について、ＭＥＳＦＥＴを例に説明する。
図１はＭＥＳＦＥＴの概略的な製造手順を示す流れ図であり、図２はこれによって製造されるＭＥＳＦＥＴの構造を模式的に示す図である。このＭＥＳＦＥＴは、先ず第１の工程として、前述した図４に示す手順に従って半絶縁性ＧaＡ基板１上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＥＢ）により、ＡlＧaＡs高抵抗バッファ層２、ｎ-ＧaＡs活性層３、ｎ-ＩnＧaＰエッチング停止層４、そしてｎ+-ＧaＡsキャップ層５を順に成長させて積層構造のエピタキシャル層を形成することから開始される［ステップＳ１］。尚、ｎ-ＩnＧaＰエッチング停止層４は、ＭＥＳＦＥＴの動作閾値やドレイン電流ＩDS等の均一化を図ることを目的として設けられる。またｎ+-ＧaＡsキャップ層５は、ソース・ドレイン間の寄生抵抗の低減を目的として設けられる。
【００１６】
しかる後、第２の工程として上記エピタキシャル層に素子間分離構造をなすメサを形成するべく、ドライエッチングまたはウェットエッチングによりエピタキシャル層をメサエッチングする［ステップＳ２］。具体的には、所定のパターニングを施した後、ＨＦ-Ｈ2Ｏ2系等のＡs系エッチング液を用いてキャップ層５をエッチングし、エッチング停止層４を露出させる［ステップＳ２ａ］。次いでＨＣl系等のＰ系エッチング液を用いて、上述した如く露出したエッチング停止層４を除去する［ステップＳ２ｂ］。尚、ＨＣl系等のＰ系エッチング液としては、ＨＣl-Ｈ2ＯやＨＣl-Ｈ3ＰＯ4等を用いることができる。しかる後、再度、ＨＦ-Ｈ2Ｏ2系等のＡs系エッチング液を用いて、活性層３とバッファ層２とを所定の深さまでエッチングする［ステップＳ２ｃ］。その後、活性層３およびバッファ層２のエッチング時に、エッチング停止層４の上下において横方向にエッチングが進むことにより後退したキャップ層５の縁部に残されたエッチング停止層４を、ＨＣl系等のＰ系エッチング液を用いて除去する［ステップＳ２ｄ］。
【００１７】
尚、Ａs系エッチング液としてＨＦ-Ｈ2Ｏ2系を用いるのは、エピタキシャル層を（０１１）面およびこれに直交する（０１-１）面で劈開したとき、その断面形状を順メサの滑らかな形状に保ち得ることに着目している。
しかる後、第３の工程として、臭素水、臭化水素酸、および水を１：１：１０の比率で混合させた溶液（Ｂr系エッチング液）を用いて、上述した如く形成したメサの断面形状、特にその肩部の形状を滑らかに成型する［ステップＳ３］。このＢr系エッチング液を用いたメサの成型は、Ｂr系エッチング液中に数秒〜数十秒に亘ってメサを浸漬することによってなされる。この際、Ｂr系エッチング液の供給律即が支配的であることを考慮し、Ｂr系エッチング液を攪拌することなく、静止させた状態でメサを浸漬することが望ましい。即ち、断面形状が凸型の領域を滑らかにすると言うエッチング特性を利用し、メサの肩部を滑らかにすれば十分であるから、Ｂr系エッチング液を攪拌することなくその形状を成型するようにすれば良い。この結果、図２(ｂ)(ｃ)に矢視Ｂ-Ｂおよび矢視Ｃ-Ｃの断面構造をそれぞれ示すように、そのアイソレーションメサ形状は、逆メサ部が除かれて、滑らかな丸みを有する肩部を備えた形状となる。
【００１８】
尚、Ｂr系エッチング液として、臭化水素水、過酸化水素水、および水を１０：１：１００の比率で混合した溶液を用いることも可能である。
次いで第４の工程として、先ずアイソレーションメサの表面に、その表面保護の為のパッシベーション膜（図示せず）を形成し、次いでパッシベーション膜の上にソース電極およびドレイン電極を形成する為のＡuＧeＮi／Ａuからなるオーミック電極金属６を蒸着し、これを合金化する［ステップＳ４ａ］。この際、前述したようにメサ形状が、逆メサ部のない滑らかな肩部を有する形状なので、従来のような電極金属６の途切れ（断線）が生じることがなく、図２(ｂ)に示すようにメサの形状に沿って連なる滑らかな電極金属層となる。
【００１９】
しかる後、ゲート電極形成用のパターニングを施し［ステップＳ４ｂ］、ＢＨＦ等を用いてパッシベーション膜をエッチングする［ステップＳ４ｃ］。次いでクエン酸系のエッチング液を用いてキャップ層５からエッチング停止層４までをリセスエッチングしてｎ-ＧaＡs活性層３を露出させる［ステップＳ４ｄ］。その後、露出させたｎ-ＧaＡs活性層３上にＴi／Ｐt／Ａuからなるゲート電極７を蒸着形成する。このゲート電極７の蒸着形成においても、そのリセス部分におけるメサの肩部が滑らかな形状を有しているので、図２(ｃ)にその断面構造を示すように示すようにゲート電極７に途切れ（断線）が生じることがない。従って途切れ等の不具合を招来することなく電極６,７を形成することができる。
【００２０】
即ち、本発明によれば、Ａs系またはＰ系のエッチング液を交互に用いてエピタキシャル層をエッチングして素子間分離構造をなすメサ（アイソレーションメサ）を形成した後、そのアイソレーションメサをＢr系エッチング液を用いて滑らかに成型するので、メサの肩部に形成され易い逆メサ部を効果的に除去し、メサ形状自体を滑らかなものとすることができる。この結果、ソース・ドレイン電極をなすオーミック電極金属６やゲート電極７の途切れ（断線）を防いで、動作信頼性の高いＭＥＳＦＥＴを歩留まり良く製造することが可能となる。
【００２１】
ちなみに上述した製造方法に従ってＭＥＳＦＥＴを備えたプリアンプ用集積回路を製作したところ、従来、３インチのウェハ面内において部分的にしか動作しなかったデバイスが、その周辺の５ｍｍ幅の領域を除く中央部において、９５％以上の歩留まりで動作することが確認された。また動作信頼性の点でも問題がないことが確認された。また高温通電劣化加速試験においても、室温における平均故障時間（ＭＴＴＦ）で１０8時間以上を確保し得ることが確認できた。
【００２２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばヘテロ接合型ＦＥＴであるＩnＧaＰ／ＩnＧaＡs、或いはＩnＡlＡs／ＩnＧaＡs系やＩnＰ／ＩnＧaＡs系等のＩnＰ系のＦＥＴを製造する場合にも同様に適用可能である。またＦＥＴのみならず、電子供給層によってできる二次元電子ガスを用いてメサを形成する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）やヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を製作する場合にも同様に適用可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、分離素子構造をなすメサに配設される電極配線の途切れを効果的に防ぐことができるので、動作信頼性の高い電界効果トランジスタを歩留まり良く製造することができる。しかもアイソレーションメサを臭素系エッチング液を用いて滑らかに成型すると言う工程を加えるだけで、簡易に電界効果トランジスタの製造歩留まりを向上させ得る等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタの製造手順を示す図。
【図２】本発明の製造方法によって製作されるＭＥＳＦＥＴの概略構造と、そのメサ部分の断面構造を示す図。
【図３】従来の一般的な製造方法によって製作されるＭＥＳＦＥＴの概略構造と、そのメサ部分の断面構造を示す図。
【図４】ＭＥＳＦＥＴの概略的な製造手順を模式的に示す図。
【符号の説明】
１  ＧaＡｓ基板
２  ＡlＧaＡs高抵抗バッファ層
３  ｎ-ＧaＡs活性層
４  ｎ-ＩnＧaＰエッチング停止層
５  ｎ+-ＧaＡsキャップ層
６  オーミック電極金属
７  ゲート電極
【図１】
0004652505.tif 000002
【図２】
0004652505.tif 000003
【図３】
0004652505.tif 000004
【図４】
0004652505.tif 000005