JPH03181138A - 化合物半導体装置 - Google Patents

化合物半導体装置

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JPH03181138A
JPH03181138A JP1322303A JP32230389A JPH03181138A JP H03181138 A JPH03181138 A JP H03181138A JP 1322303 A JP1322303 A JP 1322303A JP 32230389 A JP32230389 A JP 32230389A JP H03181138 A JPH03181138 A JP H03181138A
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fet
hole
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Yukio Higaki
檜垣 幸夫
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    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • H10D30/87FETs having Schottky gate electrodes, e.g. metal-semiconductor FETs [MESFET]
    • H10D30/877FETs having Schottky gate electrodes, e.g. metal-semiconductor FETs [MESFET] having recessed gate electrodes
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は化合物半導体装置に関し、特に、化合物半導
体の電極を接地するためのバイアホール部の改良に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来の技術における化合物半導体装置のバイアホールに
ついて図を用いて説明する。
第5図はバイアホールを備えた化合物電界効果トランジ
スタ(以下、FETと記す)の断面図である。図におい
て、lは半絶縁性化合物半導体基板、2はイオン注入法
あるいはエピタキシャル成長法によって形成された活性
層、3はゲート電極、4はソース電極、5はドレイン電
極、6はソース電極4の下部から基+7i 1の裏面に
達するバイアホール、7はソース電極4と基板裏面とを
電気的に接続するためのバイアホール内壁に形成した金
属層である。
一般的にGaAsに代表される化合物FETは高周波動
作が可能なデバイスとして開発が進められているが、F
ETの高周波特性を良好に保つためには例えばソース接
地回路で使われる場合、接地インダクタンスを低減する
ために、FETのソース電極をできるだけ短距離で接地
面(多くは半導体素子の裏面を接着したバケージの一生
面)に接続しなければならない。そのためにバイアホー
ルと呼ばれる孔を半導体基板に開孔し、その内壁に被着
させた金属を介してソース電極を直接接地する構造が実
施されている。
第5図に示した構造におけるバイアホール6は、半導体
基板の一生面上にFETを形成した後、例えば基板1の
裏面から酒石酸等を用いたウェットエツチングによって
表面のソース電極4に達するまで開孔し、メツキあるい
はスパッタ蒸着法などによりバイアホール6の内壁と基
板1の裏面にAuGe等の金属7を被着させて完成する
ものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来技術によるFETのバイアホール6は以上の様に構
成されているので、バイアホール6形成部においては半
導体素子の表と裏の間が厚さ1ミクロン以下の薄いソー
ス電極金属4で隔てられているにすぎない。そのため第
6図に示した様に、半導体チップをパッケージ8に組み
立てる時、用いた半田9によってソース電極4が溶融し
て半田9が表側にあふれ出し、FETを破壊してしまう
という問題点があった。
また、このような構造のものにおいてはホール内壁金属
7が活性層2に対しオーミツ′り接触可能であればソー
ス電極4は不用のものであり、この場合、FETチフプ
サイズの縮小化、集積度の向上を達成するにはソース電
極4を排除する事が非常に有効であるにもかかわらず、
従来の技術においてはこのソース電極4は排除できない
ものであった。なぜならバイアホール6のエツチングは
上述のように酒石酸等を用いたウェフトエツチング法に
よるためエッチレートやパターン精度の制御性が悪く、
そのため基板1裏側からエツチングを行って、基板表面
側に達した時にソース電極4にエツチングストッパとし
ての役割を担わせなければならないからである。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、半導体チップをパフケージに組み立てる時、
半田の漏れによるFETの破壊を防止できるとともに、
チップサイズの縮小化を図ることができる化合物半導体
装置を提供するとともに、より制御性の良い製造方法に
より得られる化合物半導体装置を提供するものである。
〔問題を解決するための手段〕
この発明に係る化合物半導体装置は、制御性の良好なド
ライエツチング技術を利用して、バイアホールエツチン
グを化合物半導体基板裏面からFETの活性層まで達し
た時点で停止し、活性層に対しオーミック接触可能な金
属をホール内壁に被着させるようにしたものである。
また、さらには、上記化合物半導体基板上にAlを含む
化合物半導体からなる層を設け、上記バイアホールの開
孔を基板の裏面から上記Alを含む化合物半導体層に達
した時点でエツチングが停止するドライエツチングによ
り形成したものである。
〔作用〕
この発明においては、バイアホールを備えたFETにお
いて、該バイアホールを基板裏面から活性層まで達する
ものとしたので、半導体チップをパ1.ケージに組み立
てた際に、半田が半導体基板を貫通してチップ表面にあ
ふれ出すという問題はない、また、活性層に対しオーミ
ック接触可能な金属をホール内壁に被着させるようにし
たので、ホール裏壁をソース電極あるいはドレイン電極
として使用することができ、チップ表面側のソース電極
あるいはドレイン電極を排除でき、チップ面積の縮小化
が実現できる。また、さらには基板上にAj2を含む化
合物半導体層を設け、ドライエツチングにより基板の裏
面から上記Alを含む化合物半導体層をエッチングス)
7バ層としてバイアホールを形成したので、制御性のよ
いエッチングが実現できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明の第1の実施例による化合物半導体装置
を示す図あり、図において、1はGaAS等からなる半
絶縁性化合物半導体基板、2はイオン注入法あるいはエ
ピタキシャル成長法により形成した活性層、3は活性層
2上に形成したFETのゲート電極、4はソース電極、
5はドレイン電極、6は本発明に係る基板1の裏側から
活性層2にまで達するバイアホール、7はバイアホール
6の内壁及び基板1の裏側全面に被着した活性層2に対
しオーミック接続を有する金属層である。
次に製造方法について第3図を用いて説明する。
まず、例えば基板厚が200μm以下のGaAS等の半
絶縁性化合物半導体基板1の第1の主面(表面)上にイ
オン注入法あるいはエピタキシャル層成長法を用い、1
0′7〜1OIllions−clll−3の不純物濃
度にSi等のn型不純物を含む活性層2を形成する(第
3図(a))。
続いて、基板1の第2の主面(裏面)側より活性層2に
達するまでプラズマエツチングによりバイアホール6を
開孔し、そのホール内壁と基板裏面全面に活性層2とオ
ーミック接触を形成するAuGe合金、AuGe/Ni
/Au等の金属7を蒸着、スパッタあるいはメツキ等の
方法により被着させる(第3図(bl)。
次いで、通常のフォトリソグラフィー技術により基板表
面側にドレイン電極5.及びソース電極を例えばA u
 G e / N i / A u等の金属で形成した
後、400度で約3分の熱処理を施し、これにより活性
層2に対してホール内壁金属7及びドレイン電極5及び
ソース電極4がオーミック接続となるようにする(第3
図(C))。
最後にフォトリソグラフィー技術を用いて活性層2をリ
セスエッチングした後、該リセス開孔部にゲート電極3
を形成し、FETを完成する(第3図(d))。
このような本実施例によれば、制御性の良好なドライエ
ツチング技術を利用して、バイアホールエツチングを基
板裏面からFETの活性層まで達した時点で停止し、バ
イアホールを基板表面に達するまで開孔しないようにし
たので、FETをパッケージに組み立てる時に、半田が
バイアホールから基板表面に溢れ出すようなことはなく
、FETが破壊される恐れがない。
また、バイアホール6の内壁に活性層に対しオーミンク
接触可能な例えばAuGe合金7等を被着させるように
したので、ホール内壁に設けた金属7をソース電極とし
て使用することができる。
従って、上記実施例では基板の表面にソース電極4を有
するものについて説明したが、これは必要に応じて省略
してもよい。
即ち、第2図は本発明の第2の実施例による半導体装置
を示しており、これは第1図におけるソース電極4を排
除し、FET表面を覆うように設けた絶縁膜lOの上に
配線金属1を具備させたものである。本実施例において
はバイアホール6の内壁の金属7がFETのソース電極
としての役割を担っており、第1図におけるソース電極
4のスペースは基板上に形成されたFETを含む集積回
路の配線パターンのスペースとして利用されている。従
ってこの場合には、上記実施例の効果に加えてFETチ
ップサイズの縮小化、集積度の向上を達成できるという
利点を有している。
次に本発明の第3の実施例を第4図(a)、 (b)を
用いて説明する。
本実施例は上記実施例におけるエツチング深さの制御が
、エツチングレートとエツチング時間の制御によっての
み遠戚されるのに対し、より確実なエツチングの終点の
制御方法を提供するものである。これは塩素系のエツチ
ングガスに微量(1%以下)の酸素を混合させたものを
用いるとGaAsに対するAj2GaAs、AlAs等
のAAを含む化合物半導体のエツチングレートが1/1
00以下になる現象を利用したものであり、そのため、
エピタキシャル法によって形成したFETの活性層2の
第1層(最下層)にAi!GaAsあるいはAj!As
からなる薄層12を挿入したものである。
本実施例の製造方法について説明すると、まずGaAs
等の半絶縁性化合物半導体基板1の第1の主面上に、厚
さ100〜1OOO人のAlGaAs又はA、i!As
混晶層12をM B E (Molecular Be
am Epitaxy)法等を用いてエピタキシャル成
長し、更にその上にSi等の不純物を所望量9例えば1
0 ”〜10 ”tons−co+−3ドープした活性
層2をエピタキシャル成長する。次にこのように形成し
た基板に対し上記実施例と同様に、C1t。
BCff、等の塩素系のガスに微量(1%以下)の酸素
を混合したエツチングガスを用いたプラズマエツチング
により基板裏面からエツチング開孔する(第4図(a)
)、この時、混晶層12はエツチングストソバとして有
効に作用する。
続いて上記実施例と同様にホール内壁に活性層2とオー
ミック接触する金属7を設けるとともに基板表面にドレ
イン電極5を形成しく第4図(b))、最後にゲート電
極を形成してFETを完成する(図示せず)。
このような本実施例においては、活性層2の最下面にG
aAs基板1に対するエツチングレートが1/100以
下のAlGaAs又はAji!As混晶層12を設けた
ので、エツチングの終点制御を容易に行うことができ、
活性層2に達するバイアホール6を制御性よく形成でき
る。
なお、上記実施例ではバイアホール6は活性層2の最下
面に達するように形成したが、これは素子の動作に影響
がない程度であれば、活性層2内に達して形成してもよ
い。
また、本実施例はエピタキシャル成長法により基板lの
主表面に順次AlGaAs又はAIAsr!12.及び
活性152を形成する工程を含んでいる点から、ヘテロ
エピタキシャル技術を用いて製造する高電子移動度トラ
ンジスタ(HEMT)等のFETに適用すると特に有効
であり、その場合別途にエピタキシャル成長のための装
置を設ける必要がなく、ヘテロエピタキシャル製造装置
で容易にAlGaAs又はAlAs層2活性層を形成で
きる。
なお、以上の実施例では基板1の裏面から活性N2に達
するようにバイアホール6を形成した後、基板表面にド
レインを極5.ゲート電極3を形成するようにしたが、
本発明はこの製造方法に限定されるものではなく、基板
表面に各電極を形成した後にバイアホール6を形成する
ようにしてもよい。
また、以上の実施例は本発明をリセスゲート型FETに
適用した例を示したが、本発明は耐熱ゲート型FETに
通用することも十分可能である。
〔発明の効果〕
この発明に係る化合物半導体装置は、制御性の良好なド
ライエツチング技術を利用して、バイアホールエツチン
グを基板裏面からFETの活性層まで達した時点で停止
し、活性層に対しオー電ツク接触可能な例えばAuGe
合金等をホール内壁に被着させ熱処理を施すことにより
このホール内壁をソース電極としても利用するようにし
たので、半導体チップをパッケージに組み立てる時に半
田がバイアホール6内から溢れ出してFETを破壊する
恐れがなく、しかもソース電極を省略できるので、チッ
プ面積を縮小することができ、素子の集積化、高密度化
を図ることができる効果がある。
また、FET活性層内あるいは活性層の最下層にAlG
aAs、AlAs等を挿入し、バイアホールのエツチン
グに、塩素系ガスに微量の酸素を含ませたものをエツチ
ングガスとしたドライエツチングを用いたものにおいて
は、より確実なエツチング終点を得ることができ、エツ
チングを所望の位置で容易に停止できるので、プロセス
の安定化が達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例による化合物半導体装置
の断面図、第2図は本発明の第2の実施例による化合物
半導体装置の断面図、第3図は第1図の化合物半導体装
置の製造工程を示す図、第4図は本発明の第3の実施例
による化合物半導体装置の製造工程を示す図、第5図は
本発明の従来例による化合物半導体装置の断面図、第6
図は従来の技術による化合物半導体装置をパフケージに
組立てた時の断面図である。 1は半絶縁性化合物半導体基板、2はイオン注入法ある
いはエピタキシャル成長性によって形成した活性層、3
はFETのゲート電極、4はFETのソース電極、5は
FETのドレイン電極、6はFETのバイアホール開孔
部、7はバイアホール内壁の金属層、8はパッケージ、
9は組立に用いる半田、10はFETの表面を覆う絶縁
膜層、1)はFET又は集積回路の配線金属層、12は
AlGaAs又はAgAs混晶層である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体基板の第1の主面に少なくとも電界
    効果トランジスタのゲート電極と、ドレイン電極あるい
    はソース電極を備えた化合物半導体装置において、 上記化合物半導体基板の第2の主面から上記電界効果ト
    ランジスタの活性層に達し、かつ、第1の主面にまでは
    達しないように形成された孔と、該孔の内壁と上記基板
    の第2の主面とに渡って形成された、上記活性層とオー
    ミック接触を有する金属層とを備えたことを特徴とする
    化合物半導体装置
  2. (2)請求項1記載の化合物半導体装置は、上記化合物
    半導体基板の活性層内あるいは該活性層の最下面に隣接
    して、Alを含む化合物半導体からなる層を有し、 かつ、上記孔は上記基板の第2の主面からドライエッチ
    ングにより上記Alを含む化合物半導体層をストッパ層
    として形成されたものであることを特徴とする化合物半
    導体装置。
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