(57)【要約】【課題】本願発明の技術的な課題は、段差による電極の断線および残留空気による破裂が起こらないようにすることである。即ち、本発明の目的は、閃亜鉛鉱型化合物半導体基体が有する凹部が、その断面形状が表面部より底面の広さが大きい形状に伴う難点を解消した半導体装置を提供すること、並びにその製造方法を提供するものである。【解決手段】本願発明は、半導体装置を構成する半導体基体の有する孔又は段差部を、前記半導体基体表面の結晶の方向性によらず順メサ形状の孔又は段差となしたものである。この為に、本願発明は、更に、前記孔又は段差を形成するため、エッチング用マスク下のサイドエッチ速度が半導体基体の深さ方向のエッチ速度より早い新らたなウエットエッチング液を用いる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体と、前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体或いはその上部に半導体活性領域とを少なくとも有し、
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の、少なくとも１つの面に、孔又は段差を有し、
前記孔又は段差は、前記孔又は段差が形成された結晶面で孔を形成せずに残された面と孔の側面との接点での成す角が全て９０°より大きい斜面を有する形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記孔又は段差が四辺形であり、この前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面が、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が一方の側面は５４度以下、他方の側面が前記５４度以下の側面より急峻なことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料でなることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体が結晶成長用基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体が結晶成長用基板上にエピタキシャル成長層を有する半導体基体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体がＧａＡｓ結晶体又はＩｎＰ結晶体であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記結晶成長用基板がＧａＡｓ結晶体又はＩｎＰ結晶体であることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の（１００）面に孔又は段差が形成されており、前記（１００）面に垂直な（０１１）面、あるいはその面に平行な面から見た断面、及び前記（１００）面と前記（０１１）面に垂直な（０１−１）面、あるいはその面に平行な面から見た断面において、前記孔又は段差の開口部と底面までの間の面（すなわち孔の側面）と残された（１００）面との成す角の平均が１２５．３°より大きい順メサ形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体と、
半導体基体の第１の結晶面に搭載された半導体素子部とを少なくとも有し、
半導体基体は、半導体基体の前記第１の結晶面と対向する第２の結晶面の、前記半導体素子部に対向する領域の少なくとも一部を含んで前記半導体基体を貫通する孔又は段差部を有し、
前記孔又は段差部は、前記孔又は段差が形成された結晶面で孔を形成せずに残された面と孔の側面との接点での成す角が全て９０°より大きい斜面を有する形状であり、且つ
前記半導体基体を貫通する孔を介して、前記半導体素子部に電気的に接続される導体層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体基体の第１の結晶面に搭載された半導体素子部がヘテロ接合トランジスタであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記ヘテロ接合トランジスタは、前記半導体基体側がエミッタ領域であり、前記エミッタ領域を挟んで前記半導体基体と反対側にコレクタ領域が配置されたことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記孔又は段差が四辺形であり、この前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面が、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が一方の側面は５４度以下、他方の側面が前記５４度以下の側面より急峻なことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体上に所望形状の開口部を有するレジスト膜を形成する工程、
こうして準備した半導体基体を前記レジスト膜の前記半導体基体との界面に沿ってエッチング液を含浸させながらエッチング液によってエッチングし、当該開口部におけるエッチング方向のいずれにも、当該開口部断面がメサ型状となす工程を少なくとも有する半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記当該開口部断面がメサ型状となす工程が、酸と過酸化水素水とアルコール類を含むエッチング液によってエッチングする工程であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記当該開口部断面がメサ型状となす工程が、酸と過酸化水素水と界面活性剤を含むエッチング液によってエッチングする工程であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料でなることを特徴とする請求項１７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、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＡｓ、ＩｎＰ等の閃亜鉛鉱型単結晶半導体基板を用いた半導体装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信機や光通信機の需要の急成長に伴い、通信機に用いる半導体装置の研究開発が盛んに行われている。例えば、電力増幅器としてＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体であるＧａＡｓ基板の裏面に孔を持つヘテロ接合バイポーラトランジスタコレクタ（ＨＢＴ：Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が特開平６−５６２０公報（特許文献１）に、コレクタトップヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｃ−ｔｏｐ  ＨＢＴ）が特開平１０−４１３２０号公報（特許文献２）に報告がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−５６２０号公報（段落００１６、図１）
【特許文献２】
特開平１０−４１３２０号公報（段落０００６、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板を加工する際、一般にはガスによるドライエッチング、又は液体によるウエットエッチング、あるいはその両方を組み合わせたエッチング方法が使われる。ドライエッチングでは孔又は段差の側面と基板表面との角度がすべて垂直に近く逆メサ形状にはならない。しかし、側壁が、垂直に近い形状では側面に電極材料を形成することが難しく、段差が大きい場合はそこで断線する可能性がある。又、ドライエッチングの終了を数ナノメートル程度の精度で制御することは難しい。一方、ウエットエッチングのみでエッチングを行った場合は、選択比の異なる物質の層を利用することにより自動的にエッチングを停止することができる。例えば、ＧａＡｓ層を酸および過酸化水素水を含むエッチング液でウエットエッチングしてＩｎＧａＰ層でエッチングを停止する方法である。
【０００５】
しかし、ＧａＡｓ基板を従来知られている組成のエッチング液とマスク材でエッチングした場合には、｛１１１｝Ａ面の結晶面でエッチングが停止してしまい、逆メサ及び順メサ形状が現れて必要な形状や深さが得られないことは良く知られている。例として、図２、図３および図４にＧａＡｓ基板９の（１００）面６に孔を形成した場合の孔形状を示す。図２はＧａＡｓ結晶体９の座標軸上に示した斜視図である。同図には、ＧａＡｓの結晶方位と一般に現れる順メサ形状４１及び逆メサ形状４２の位置関係が示される。（１００）面６に垂直な（０１−１）面７から見ると順メサ４１、（０１１）面８から見ると逆メサ形状４２が観察される。尚、本願明細書おいて、例えば面指数（０１−１）における「−１」は、次の意味で用いることとする。即ち、結晶学等の分野では、ある面が軸と原点に関して負の側で交わるとき、その指数が負となり、一般には負号を指数の上につける。本願明細書では、書体の関係で、この指数の上につける負号を指数の前につけ、例えば、「−１」と表示することとする。
【０００６】
図３に、ＧａＡｓ基板９の（０１−１）面から見た順メサ形状の孔を拡大した断面図を示す。｛１１１｝Ａ面１０でエッチング停止した孔の側面と孔開口部外側に残った基板表面（１００）面６との成す角１１は約１２５．３°である。同様に、図４にＧａＡｓ基板９の（０１１）面からみて逆メサ形状の孔を拡大した断面図を示す。｛１１１｝Ａ面１０でエッチング停止した孔の側面と基板表面（１００）６との成す角１３は約５４．７°になる。このように従来のエッチング液によるウエットエッチでは結晶方位によって逆メサ形状が現れてしまう。従って、孔の内側と外側とにまたがるように電極を形成した場合には逆メサ部分で断線する可能性がある。ＧａＡｓ基板を用いたＦＥＴのゲート作製時には逆メサ方向に電極を取り出さないようにレイアウトを限定することがある。又、孔に銀ペースト等の導電性物質を充填してモジュール基板に接着する場合には、逆メサ部分に十分入り込まずに空気が残り、温度上昇により破裂が起こる可能性がある。
【０００７】
一方、ドライエッチングとウエットエッチングを組み合わせた方法では、一般にドライエッチングの後にはウエットエッチングを行う。この時、ドライエッチングのガスとエッチングされた物質との反応生成物の再付着場所によっては、反応生成物がマスク材となり次のウエットエッチングでエッチングが進まなくなることがある。
【０００８】
本願発明の技術的な課題は、段差による電極の断線および残留空気による破裂が起こらないようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、閃亜鉛鉱型化合物半導体基体が有する凹部が、その断面形状が表面部より底面の広さが大きい形状に伴う難点を解消した半導体装置を提供すること、並びにその製造方法を提供するものである。
【００１０】
本願発明は、半導体装置を構成する半導体基体の有する孔又は段差部を、前記半導体基体表面の結晶の方向性によらず順メサ形状の孔又は段差となしたものである。この為に、本願発明は、更に、前記孔又は段差を形成するため、エッチング用マスク下のサイドエッチ速度が半導体基体の深さ方向のエッチ速度より早い新らたなウエットエッチング液を用いる新規な半導体装置の製造方法をも提供する。
【００１１】
本願発明の半導体装置の基本的な構成は、次の通りである。即ち、本願発明の半導体装置は、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体と、前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体或いはその上部に半導体活性領域とを少なくとも有し、前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の、少なくとも１つの面に、孔又は段差を有する半導体装置である。そして、前記孔又は段差は、前記孔又は段差が形成された結晶面で孔を形成せずに残された面と孔の側面との接点での成す角が全て９０°より大きい斜面を有する形状である。
【００１２】
本願発明の半導体装置の実際的な形態は、前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有する半導体装置である。
【００１３】
本願発明の半導体装置の更に別な実際的な形態は、前記孔又は段差が四辺形であり、この前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面が、互いに交差する方向の側面の形状が非対称な異なる形状を有する半導体装置である。
【００１４】
本願発明の半導体装置の更に別な実際的な形態は、前記孔又は段差の、閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の底面に平行な方向な食刻方向の側面は、互いに交差する方向の側面の形状が一方の側面は５４度以下、他方の側面が前記５４度以下の側面より急峻な半導体装置である。尚、前記５４度以下との角度は、前述しているように、より正確には５４．７度である。ここでは、この角度は実際工程における実用的な角度を意味している。従って、この角度の意味を別な観点でみれば、本願明細書における、いわゆる順メサ面が｛１１１｝Ａ面より浅い面であることを意味している。前記孔又は段差の順メサ面と｛１１１｝Ａ面とのなす角度が５４度以下であることを意味している。以下、この角度範囲については同様の意味である。
【００１５】
本願発明の半導体装置の更に別な実際的な形態は、前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体の（１００）面に孔又は段差が形成されており、前記（１００）面に垂直な（０１１）面、あるいはその面に平行な面から見た断面、及び前記（１００）面と前記（０１１）面に垂直な（０１−１）面、あるいはその面に平行な面から見た断面において、前記孔又は段差の開口部と底面までの間の面（すなわち孔の側面）と残された（１００）面との成す角の平均が１２５．３°より大きい順メサ形状である半導体装置である。
【００１６】
本願発明の別な観点からの半導体装置は、次の形態である。即ち、本願発明の別な観点からの半導体装置は閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体と、半導体基体の第１の結晶面に搭載された半導体素子部とを少なくとも有する。そして、半導体基体は、半導体基体の前記第１の結晶面と対向する第２の結晶面の、前記半導体素子部に対向する領域の少なくとも一部を含んで前記半導体基体を貫通する孔又は段差部を有し、前記孔又は段差部は、前記孔又は段差が形成された結晶面で孔を形成せずに残された面と孔の側面との接点での成す角が全て９０°より大きい斜面を有する形状である。そして、前記半導体基体を貫通する孔を介して、前記半導体素子部に電気的に接続される導体層を有する形態である。
【００１７】
そして、前記半導体基体の第１の結晶面に搭載された半導体素子部の代表的な例は、ヘテロ接合トランジスタである。更に、当該半導体素子部は、その要請に応じて、電力増幅器、ＦＥＴを用いた諸半導体装置、或いは光半導体装置などを用いることが出来る。光半導体装置の代表例を掲げれば、例えばＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ―Ｄｉｏｄｅ）である。
【００１８】
本願発明の半導体製造方法は、前記閃亜鉛鉱型単結晶半導体基体上に所望形状の開口部を有するレジスト膜を形成する工程、こうして準備した半導体基体を前記レジスト膜の前記半導体基体との界面に沿ってエッチング液を含浸させながらエッチング液によってエッチングし、当該開口部におけるエッチング方向のいずれにも、当該開口部断面がメサ型状となす工程を少なくとも有する。
【００１９】
そして、前記当該開口部断面がメサ型状となす工程が、酸と過酸化水素水とアルコール類を含むエッチング液によってエッチングするのが代表的な例である。更に、別な例は、酸と過酸化水素水と界面活性剤を含むエッチング液によってエッチングする例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
半導体装置の具体例を説明するに先立って、本願発明に関係する基板結晶の結晶方位によらず、順メサ形状の孔あるいは段差部を形成する方法について説明する。
【００２１】
図１は、本願発明の半導体基板に順メサ形状の孔もしくは段差を有する半導体装置の孔もしくは段差の断面図である。図１の（ａ）は基体１に孔３を有する例、図１の（ｂ）は基体１に孔３‘を有する例である。ＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板１の一面に、基板表面２と孔側面４との接点での成す角５が９０°より大きい順メサ形状の孔３を形成し、他の面あるいは同じ面に半導体能動素子を形成する。本願発明においては、図２の例とは異なり、この孔３を基板表面に垂直な断面であれば、どの断面で観察しても順メサ形状となっていることが特徴である。
【００２２】
孔形成工程でドライエッチングを用いた場合、この角度はほぼ垂直、即ち９０°程度になる。又、従来のウエットエッチング液を用いて形成した場合は｛１１１｝Ａ面でエッチングが停止する。この為、前述したように、結晶方位により順メサ及び逆メサ形状が現れ、ある断面からみた場合には９０°より小さくなる。この従来の例として、図３及び図４にＧａＡｓ（１００）面に孔を形成した場合の断面形状を示した。
【００２３】
これに対して、本発明における孔はどの断面から観察しても逆メサ形状が現れない。本実施例によれば、ＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板に半導体装置を形成する場合に、結晶方位により孔形状が異なることを考慮する必要がなくなり、レイアウトの自由度が大幅に向上する。又、すべて順メサ形状であるために形成した孔または段差上に電極等を形成した場合に断線が起こることはない。更に、孔に銀ペースト等の導電性物質を充填してモジュール基板等に接着する場合の残留空気による破裂の可能性がなくなり信頼性が向上する。
【００２４】
本願発明はこうした順メサ形状を結晶方位によらず形成することが肝要である。半導体装置の供されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板結晶の代表例はＧａＡｓ基板或いはＩｎＰ基板である。更に、こうしたＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板の表面に半導体のエピタキシャル層を形成した半導体基板も目的に応じて用いることが出来る。本願明細書では、こうした単独の半導体基板及びエピタキシャル層を形成した半導体基板などをも含め「半導体基体」と称する。図５は、結晶成長用半導体基板４３上にエピタキシャル層４４を形成した半導体基体４５の例を示す断面図である。半導体基体は通例（１００）面を主面として用いられる。尚、この結晶面は概ね±２度程度の尤度を有している。
【００２５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板結晶は閃亜鉛鉱型（Ｚｉｎｃ  Ｂｌｅｎｄ  ｔｙｐｅ）を有している。こうした化合物半導体結晶に所望形状のエッチング用マスクを形成し、ウエット・エッチングによって孔或いは段差部を形成するに際し、エッチング液にアルコール類或いは界面活性剤を含有させてエッチングすることによって、本願発明の形態を実現することが出来る。エッチング用マスクは半導体分野で用いられているレジストで十分である。当該レジストは有機高分子樹脂材料になるフォトレジストであり、且つポジ型或いはネガ型の双方を、その要請に応じて用いることが出来る。このエッチング用マスクは、ＷＳｉやＳｉＯ２などの無機物材料のマスクは好ましくない。こうしたマスクは、半導体基体との接着がレジストと比較して強固であるため、主に基板の内部へのエッチングが進む。この為、前述したように｛１１１｝Ａ面でエッチストップしてしまい、順メサおよび逆メサの両方の形状が現れる。
【００２６】
本願発明のエッチング液の母体となるエッチング液は、化合物半導体結晶に対するエッチング液を用いて十分である。化合物半導体結晶に対し、通例用いているエッチング液の代表例として、酸、例えば沸酸、硫酸と、過酸化水素、及び水の混合液を挙げることが出来る。こうした通例のエッチング液に対して、アルコール類、或いは界面活性剤を添加して用いることによって、本願発明の順メサ形状の開孔等を実現することが出来る。アルコール類の代表例はイソプロピルアルコール、エタノール、メタノールなどである。界面活性剤はエマール（商品名）がわけても好適である。エッチング液の組成は、エッチングの対象となる半導体結晶の組成、厚さ、開孔などの深さなどの諸条件で設定される。アルコール類或いは界面活性剤の添加は、酸、過酸化水素水混合のエッチング液に対して容量比で２割では本願発明の要求する効果が見られず、５割を超えると現在のエッチング用マスク用材料のフォトレジストが破損され好ましくない。前述のように対となるエッチングの諸条件によるが、当該添加量は、前記エッチング液に対して概ね容量比で３割５分より４割程度が好適である。エッチングの温度、時間などの環境は、加工の諸条件によるが、これらも半導体装置の製造に関する通例の諸条件に準じて設定して十分である。
【００２７】
上述した本願発明のエッチング方法は、当該エッチング用マスクと化合物半導体結晶との界面に沿って、エッチングの進行と共にエンチング液を含侵させつつエッチングし、食刻方向のいずれにもメサ形状にエッチングする方法と云って良い。即ち、本発明の製造方法はアルコール類を含むエッチング液とレジストマスクを使うことによってウエットエッチングが基板の内部へ進むより早く基板とマスクの界面付近のサイドエッチが早く進む性質を利用する。このことの趣旨について、図６、図７を用いて詳細に説明する。
【００２８】
このような本発明のエッチングの状態を説明する為の断面図を図６および図７に示す。いずれも、符号１は半導体基体、符号４０はフォトレジストである。
【００２９】
図６は、ＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体の（１００）面に垂直な（０１−１）面から見た孔の模式的な断面図である。（１００）面に孔３が形成され、開口部と孔底面までの間の面である孔の側面１４と孔開口部外側、即ち、残った（１００）面６との成す角度１５の平均が（１００）面６と｛１１１｝Ａ面１０との成す角度である１２５．３°より大きいことを特徴とする。ここで、孔形成工程で従来のエッチング液によるウエットエッチングを用いた場合は図の破線（小さな点の破線）で示す｛１１１｝Ａ面１０でのエッチストップが起こる。即ち、アルコール類を含まない従来の酸と過酸化水素からなるエッチング液とレジストマスクを使用してウエットエッチングを行った場合は、主に基板の内部へのエッチングが進み、前述したように｛１１１｝Ａ面でエッチストップしてしまい、順メサおよび逆メサの両方の形状が現れるのである。
【００３０】
しかし、本発明によるエッチングでは実線１４で示すように、同じ孔底面積と深さの場合には孔開口部の広がりが大きくなる。即ち、アルコール類を含むエッチング液とレジストマスクでは、｛１１１｝Ａ面でエッチストップするより強いエッチング力でマスク界面付近のサイドエッチが進むために、孔の広がりの大きさ３８が孔の深さ３９より大きく、逆メサ形状は現れずにすべての面で順メサ形状になり、孔の側面とエッチングされずに残ったマスク下面との成す角の平均が｛１１１｝Ａ面を表す１２５．３°より大きくなる。本実施例によれば、入手しやすいレジストマスクと従来の酸と過酸化水素を含むエッチング液にアルコール類を追加することだけですべて順メサ形状の孔が形成できる。
【００３１】
但し、孔側面の角度は一定とは限らず、孔底面近くより孔開口部近くの角度が大きい場合もある。図８が、（０１−１）面から見た断面の具体例を示す図である。
【００３２】
更に、（１００）面と（０１−１）面に垂直な（０１１）面から見た孔の模式的な断面図を図７に示す。従来のエッチング液によるウエットエッチングを用いた場合は、同様に図の破線（小さな点の破線）で示す｛１１１｝Ａ面１０でのエッチストップが起き逆メサ形状が現れる。しかし、本発明のエッチングでは実線１４で示すように順メサ形状になり、更に孔開口部外側の面、即ち、残った（１００）面６と側面１４との成す角度１７の平均が１２５．３°より大きくなる。図９が、（０１１）面から見た断面の具体例を示す図である。
【００３３】
このように、上述した順メサ形状の基体表面の横方向への広がりは、エッチング用マスクと化合物半導体結晶との界面に沿って、エッチングの進行と共にエンチング液が含侵されていることを示している。従って、これら両方向の一対の断面形状は、同じ順メサ形状ではあるが、具体的な詳細形状は異なっている。即ち、互いに一対の食刻方向の側面は非対称となっている。そして、一般に、一対の食刻方向の側面が５４度以下となり、他方の側面の一対はこの角度より急な角度となっている。
【００３４】
次に、本発明と適用したコレクタトップＨＢＴを用いた半導体装置に関する実施例を説明する。図１０は、この縦断面構造図である。この半導体装置は、本発明の第３の実施例である順メサ形状の放熱孔を有するコレクタトップＨＢＴを用いて構成されている。
【００３５】
ＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体である半絶縁性ＧａＡｓ基板９の（１００）面にコレクタトップＨＢＴを形成し、その下の基板に実施例１と同様な基板表面と孔側面との接点での成す角が９０°より大きい順メサ形状の孔３を形成する。半絶縁性ＧａＡｓ基板９上に、ＩｎＧａＰバッファ層（ＩｎＰモル比０．５から１．０まで徐々に増加、アンドープ、膜厚１．５μｍ）１８、高ドープｎ型ＩｎＧａＡｓサブエミッタ層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度４×１０１９ｃｍ−３、膜厚０．６μｍ）１９、ｎ型ＩｎＡｌＡｓエミッタ層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度５×１０１７ｃｍ−３、膜厚０．２μｍ）２０、ｐ型ＧａＡｓＳｂベース層（ＧａＡｓモル比０．５、Ｃ濃度３×１０１９ｃｍ−３、膜厚７０ｎｍ）２１、ｎ型ＩｎＰコレクタ層（Ｓｉ濃度３×１０１６ｃｍ−３、膜厚０．８μｍ）２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層（ＩｎＡｓモル比０．５、Ｓｉ濃度４×１０１９ｃｍ−３、膜厚０．２μｍ）２３が存在し、コレクタ電極２４とベース電極２７は非自己整合的に形成されている。勿論、コレクタ電極２４とベース電極２７とを、いわゆる自己整合的な方法で形成しても構わない。ここで、エミッタ層２０およびサブエミッタ層１９におけるトランジスタ寄生領域（コレクタ電極２４直下のＨＢＴ真性領域以外の領域）には、硼素イオンが打ち込まれた高抵抗ＩｎＡｌＡｓ寄生エミッタ領域２５とｎ型ＩｎＡｌＡｓ寄生サブエミッタ領域２６が存在し、寄生エミッタ−ベース接合を流れるベース電流を抑制している。尚、打ち込むイオンとしては、硼素以外にヘリウム、酸素、フッ素、のいずれか、又はそれらの組み合わせであっても、同様に高抵抗化領域２５およびｎ型領域２６が形成される。
【００３６】
真性領域を含むＨＢＴ直下のＧａＡｓ基板９およびＩｎＧａＰバッファ層１８は除去され、エミッタ電極３０はＨＢＴ直下で高ドープｎ型ＩｎＧａＡｓサブエミッタ層１９に接触して形成されている。
【００３７】
続いて、図１１から図２６を参照して、図１０に例示した放熱孔を有するコレクタトップＨＢＴの製造方法を説明する。はじめに、半絶縁性ＧａＡｓ基板９上に有機金属気相エピタキシー法あるいは分子線エピタキシー法を用いて、ＩｎＧａＰバッファ層１８、高ドープｎ型ＧａＡｓサブエミッタ層１９、ｎ型ＩｎＡｌＡｓエミッタ層２０、ｐ型ＧａＡｓＳｂベース層２１、ｎ型ＩｎＰコレクタ層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２３を順次エピタキシャル成長した。その後、高周波スパッタ法を用いてＷＳｉ（Ｓｉモル比０．３、膜厚０．３μｍ）をウエハ全面に堆積し、ホトリソグラフィー及びＣＦ４を用いたドライエッチングにより、コレクタ電極２４を形成した（図１１）。
【００３８】
そして、そのコレクタ電極２４の領域をマスクに、ｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２３をリン酸、過酸化水素水、水の混合液を用いてウエットエッチングし、０．３μｍのアンダーカットを入れた（図１２）。その後、ｎ型ＩｎＰコレクタ層２２をＣＦ２およびＣｌ２を用いたドライエッチングにより０．７μｍエッチングした（図１３）。
【００３９】
続いて、塩酸水溶液を用いたウエットエッチングにより、ｎ型ＩｎＰコレクタ層２２を除去した（図１４）。この際、ｐ型ＧａＡｓＳｂ層２１は塩酸水溶液ではエッチングされず、ｐ型ＧａＡｓＳｂ層２１の表面が露出されるとともに、ｎ型ＩｎＰコレクタ層２２にはｎ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２３のウエットエッチング時のサイドエッチング量に対応した幅約０．３μｍのアンダーカットが形成された。その後、熱分解化学的気相堆積法を用いて、３９０℃にてＳｉＯ２膜（膜厚４００ｎｍ）を堆積し、Ｃ２Ｆ６及びＣＨＦ３を用いたドライエッチングによりＳｉＯ２側壁３１の加工を行った（図１５）。引き続き、コレクタ電極２４の領域及びＳｉＯ２側壁３０をマスク領域として、硼素イオン３２を加速エネルギー５０ｋｅＶ、入射角０度、ドース量２×１０１２ｃｍ−２の条件で、室温にて打ち込んだ。この際、イオン打ち込みにより形成された結晶欠陥は横方向に拡散し、高抵抗ＩｎＡｌＡｓ寄生エミッタ領域２５は横方向に拡がった（図１６）。この拡がり幅はその後の製造工程における熱工程でさらに拡がり、素子作製工程完了後、コレクタ電流のコレクタメササイズ依存性から０．３μｍから０．５μｍ程度と見積もられた。尚、ｎ型ＩｎＧａＡｓ寄生サブエミッタ領域２６も高抵抗ＩｎＡｌＡｓ寄生エミッタ領域２５と同様に横方向へ広がるものの、ＩｎＧａＡｓはイオン打ち込みによっては高抵抗化されず、導電型はｎ型が維持されるため、ｎ型ＩｎＧａＡｓ寄生サブエミッタ領域２６のＨＢＴ動作への問題は全くなかった。
【００４０】
その後、フッ酸水溶液を用いてＳｉＯ２側壁３０を除去し、ベース電極Ｐｔ（２０ｎｍ）／Ｔｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（５０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）／Ｍｏ（２０ｎｍ）２７を電子ビーム蒸着を用いたリフトオフ法により形成した（図１７）。次に、ホトリソグラフィーならびにアルゴンイオンミリングを用いて、ベース電極２７をマスクにｐ型ＧａＡｓＳｂベース層丸を除去し、高抵抗ＩｎＡｌＡｓ寄生エミッタ領域２１を露出させた（図１８）。そして、ホトリソグラフィーならびにリン酸、過酸化水素、水の混合液を用いたウエットエッチングを用いて、素子間分離領域３３のサブエミッタ層１９を除去し、バッファ層１８表面を露出させた（図１９）。
【００４１】
その後、プラズマ励起化学的気相堆積法により、２５０℃にてＳｉＯ２膜（膜厚０．５μｍ）２８を堆積し、ベース電極と配線を接続するベースコンタクト孔の形成、第１層配線金属となるＭｏ（膜厚０．１５μｍ）／Ａｕ（膜厚０．８μｍ）／Ｍｏ（膜厚０．１５μｍの全面堆積、ホトリソグラフィー及びアルゴンイオンミリングによるベース配線を行った（ベース配線は紙面に直行し、ＨＢＴ寄生領域に存在するため、図示せず）。そして、再び、プラズマ励起化学的気相堆積法により、２５０℃にてＳｉＯ２膜（膜厚０．５μｍ）１３を堆積し、コレクタ電極２４と配線を接続するコレクタコンタクト孔３４を形成した（図２０）。引き続き、第２層配線金属となるＭｏ（膜厚０．１５μｍ）／Ａｕ（膜厚０．８μｍ）を全面堆積し、ホトリソグラフィーおよびアルゴンイオンミリングによりコレクタ配線２９を形成した（図２１）。
【００４２】
その後、ウエハ全面に接着剤３５を塗布し、ガラス基板３６上に貼りつけた（図２２）。そして接着剤を１５０℃の加熱により硬化させた後、ＧａＡｇ基板を５０μｍにまで薄層化した。
【００４３】
続いて、ホトリソグラフィー並びにドライエッチング又はウエットエッチングあるいはそれらを組み合わせたエッチングにより、基板表面と孔側面との接点での成す角が９０°より大きくなるようにＨＢＴ真性領域を含む領域の基板を除去し、順メサ形状の放熱孔を形成した（図２３）。この際、エッチングはＩｎＧａＰバッファ層１８の下面で停止した。ここで、ウエットエッチングを用いる場合、前述した酸と過酸化水素水とアルコール類を含むエッチング液が好適である。酸としては、前述したように沸酸と硫酸が代表例である。そのエッチング液の例として、例えば、フッ酸、過酸化水素水、硫酸、水、イソプロピルアルコールの混合比が、容量パーセントで、順次［４〜６］：［５〜１０］：［８〜２５］：［３０〜４５］：［２０以上でバランスさせる］の比率のものが好適である。又、酸と過酸化水素水と界面活性剤を含むエッチング液を用いることも可能である。
【００４４】
その後、塩酸水溶液を用いて、ＩｎＧａＰバッファ層１８を除去し、ＩｎＧａＡｓサブエミッタ層１９下面を露出させた（図２１）。最後に基板裏面全面にＴｉ（膜厚５０ｎｍ）／Ｐｔ（膜厚５０ｎｍ）／Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）をスパッタ堆積し、Ａｕメッキ（膜厚３μｍ）により裏面エミッタ電極３０を堆積させ（図２５）、接着剤３５を除去して放熱孔を有するコレクタトップＨＢＴ（図２６）を作製した。
【００４５】
本実施例によれば、形成した放熱孔はすべて順メサ形状であるため孔を覆うようにエミッタ電極を形成した場合に断線が起こることはない。更に、放熱孔に銀ペースト等の導電性物質を充填してモジュール基板等にエミッタ接地で接着する場合にも残留空気による破裂の可能性がなくなり、信頼性が向上する効果がある。図ではＨＢＴを数個まとめて１つの放熱孔を形成しているが、ＨＢＴ１個の下１つの放熱孔を形成しても同様に実施できる。また、本実施例ではコレクタトップＨＢＴをとりあげたが、エミッタトップＨＢＴでも同様に実施できるのはもちろんである。
【００４６】
又、ＧａＡｓ基板を用いたが、ＩｎＰ基板を用いたＨＢＴでも同様である。
【００４７】
ＦＥＴやＡＰＤなどＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体を使用する半導体装置においても、上記結晶方位に関係なくすべて順メサ形状が現れると、レイアウトの自由度があがる利点がある。
【００４８】
本発明によれば、結晶方位に関係なく段差による電極断線の可能性がなくなる。また、孔に銀ペースト等の導電性物質を充填してモジュール基板等に接着する場合に、残留空気による破裂が起こらなくなる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の第１の観点は、閃亜鉛鉱型化合物半導体基体が有する凹部が、その断面形状が表面部より底面の広さが大きい形状に伴う難点を解消した半導体装置を提供することが出来る。
【００５０】
本発明の第２の観点は、閃亜鉛鉱型化合物半導体基体に、その断面形状が表面部の広さが底面の広さより大きい形状の凹部を結晶方位によらず形成可能な工程を配してなる半導体装置の製造方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の半導体装置に用いたＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の断面図である。
【図２】図２は、従来のウエットエッチング液で形成したＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の形状と結晶方位との関係を示す斜視図である。
【図３】図３は、従来のウエットエッチング液でＩＩＩ−Ｖ族族単結晶半導体基板の（１００）面に形成した孔を（０１−１）面から見た断面図である。
【図４】図４は、従来のウエットエッチング液でＩＩＩ−Ｖ族族単結晶半導体基板の（１００）面に形成した孔を（０１１）面から見た断面図である。
【図５】図５は、本願発明における半導体基体の例を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の半導体装置に用いたＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の（０１−１）面から見た、食刻の状態を説明する為の模式的な断面図である。
【図７】図７は、本発明の半導体装置に用いたＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の（０１１）面から見た、食刻の状態を説明する為の模式的な断面図である。
【図８】図８は、本発明の半導体装置に用いたＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の（０１−１）面から見た、詳細形状を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の半導体装置に用いたＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板の孔の（０１１）面から見た、詳細形状を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例である半導体装置に用いた直下に放熱孔を有するＨＢＴの縦断面構造図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１８】図１８、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【図２６】図２６は、本発明の実施例であるＨＢＴの製造工程順に示した半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１：ＩＩＩ−Ｖ族単結晶半導体基板、２：基板表面、３：孔、４：開口部における孔側面、５：基板表面と孔側面との成す角、６：（１００）面、７：（０１）面、８：（０１１）面、９：ＧａＡｓ基板、１０：｛１１１｝Ａ面、１１：（０１−１）断面からみた（１００）面と｛１１１｝Ａ面との成す角、１３：（０１１）断面からみた（１００）面と｛１１１｝Ａ面との成す角、１４：孔側面、１５：（０１−１）断面からみた（１００）面と孔側面との成す角、１７：（０１１）断面からみた（１００）面と孔側面との成す角、１８…バッファ層、１９：サブエミッタ層、２０：エミッタ層、２１：ベース層、２２：コレクタ層、２３：キャップ層、２４：コレクタ電極、２５：高抵抗寄生エミッタ領域、２６：寄生サブエミッタ領域、２７：ベース電極、２８：絶縁膜、２９：配線、３０：裏面エミッタ電極、３１：絶縁膜側壁、３２：硼素イオン、３３：素子間分離領域、３４：コレクタコンタクト孔、３５：接着剤、３６：ガラス基板、３７：レジストマスク、３８：孔の広がり、３９：孔の深さ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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