JP2001257215A - Field effect transistor and method of forming gate electrode - Google Patents

Field effect transistor and method of forming gate electrode

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JP2001257215A
JP2001257215A JP2000068918A JP2000068918A JP2001257215A JP 2001257215 A JP2001257215 A JP 2001257215A JP 2000068918 A JP2000068918 A JP 2000068918A JP 2000068918 A JP2000068918 A JP 2000068918A JP 2001257215 A JP2001257215 A JP 2001257215A
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gate electrode
film
forming
mask
insulating film
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Tsuyoshi Oki
強師 大木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor having a high withstand voltage, a small parasitic capacitance, and a good high-frequency characteristic. SOLUTION: This field effect transistor is composed of a compound semiconductor-based field effect transistor formed on a GaAs substrate 41 and has a gate electrode 52 electrically connected to the channel area (not shown in the figure) of the substrate 41 through an SiN film 42 formed on the substrate 41. The electrode 52 is formed as a T-shaped gate electrode composed of a conductive plug section 52a formed by filling up a gate opening 46, which is formed through the film 42 and in which the channel area (not shown) of the substrate 41 is exposed and a conductive extension 52b extended on the film 42 from the top of the plug section 52a. The electrode 52 is constituted as a laminated film of a gate electrode base film 48 formed by electron gun vapor deposition or sputtering and a gate electrode metallic layer 51 formed on the film 48 by electroplating. The peripheral section of the extended section 52b of the electrode 52 is separated from the SiN film 42 so that a gap G may be formed between the section and film 42.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタのT字型ゲート電極及びその形成方法に関し、更に
詳細には、耐圧が高く、しかも寄生容量が小さく、高周
波特性の良好な電界効果トランジスタ、及びそのゲート
電極の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a T-shaped gate electrode of a field effect transistor and a method of forming the same, and more particularly, to a field effect transistor having a high withstand voltage, a small parasitic capacitance and good high frequency characteristics. And a method for forming the gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAsなどの化合物半導体系電界効果
型トランジスタ(FET)は、良好な高周波動作特性を
有するトランジスタとして、CCDカメラ用等の半導体
装置として盛んに用いられている。
2. Description of the Related Art A compound semiconductor field effect transistor (FET) such as GaAs is widely used as a transistor having good high-frequency operation characteristics as a semiconductor device for a CCD camera or the like.

【0003】ここで、図5及び図6を参照して、FET
のゲート電極の従来の形成方法を説明する。図5(a)
から(e)及び図6(f)から(h)は、それぞれ、従
来の形成方法に従ってゲート電極を形成した際の工程毎
の基板断面図である。まず、図5(a)に示すように、
GaAs化合物半導体基板11上に窒化シリコン絶縁膜
(以下、SiN膜)12を成膜する。次いで、SiN膜
12上にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、フォトリソ
グラフィ処理を行って、図5(b)に示すように、ゲー
ト電極形成領域に開口部14を有するエッチングマスク
13を形成する。続いて、図5(c)に示すように、C
4 ガス15を使った異方性エッチング法によってSi
N膜12をエッチングし、GaAs基板11を露出させ
たゲート開口部16を形成する。次いで、エッチングマ
スク13にアッシング処理を施して剥離し、図5(d)
に示すように、ゲート開口部16を有するSiN膜12
を露出させる。続いて、電子銃蒸着法又はスパッタ法に
よって、図5(e)に示すように、ゲート開口部16の
壁も含めて、SiN膜12上に電極金属層17を形成す
る。
Here, referring to FIG. 5 and FIG.
A conventional method of forming the gate electrode will be described. FIG. 5 (a)
6 (e) to 6 (e) and FIGS. 6 (f) to 6 (h) are cross-sectional views of the substrate in each step when a gate electrode is formed according to a conventional forming method. First, as shown in FIG.
A silicon nitride insulating film (hereinafter, SiN film) 12 is formed on a GaAs compound semiconductor substrate 11. Next, a photoresist film is applied and formed on the SiN film 12, and photolithography is performed to form an etching mask 13 having an opening 14 in a gate electrode formation region as shown in FIG. 5B. . Subsequently, as shown in FIG.
Si by anisotropic etching using F 4 gas 15
The N film 12 is etched to form a gate opening 16 exposing the GaAs substrate 11. Next, the etching mask 13 is subjected to an ashing process to be peeled off.
As shown in FIG. 3, the SiN film 12 having the gate opening 16
To expose. Subsequently, as shown in FIG. 5E, an electrode metal layer 17 is formed on the SiN film 12 including the walls of the gate openings 16 by an electron gun evaporation method or a sputtering method.

【0004】次いで、電極金属層17上にフォトレジス
ト膜を塗布、成膜し、フォトリソグラフィ処理によっ
て、図6(f)に示すように、ゲート電極形成領域を覆
うパターン部を有するエッチングマスク18を形成す
る。次に、エッチングマスク18を使い、Arガス19
によるイオンビームエッチング法によって、電極金属層
17をエッチングし、図6(g)に示すように、ゲート
電極20を形成する。最後に、エッチングマスク18を
剥離し、図6(h)に示すように、ゲート電極20を露
出させる。
[0006] Next, a photoresist film is applied and formed on the electrode metal layer 17, and an etching mask 18 having a pattern portion covering a gate electrode formation region is formed by photolithography as shown in FIG. Form. Next, using an etching mask 18, an Ar gas 19 is used.
The electrode metal layer 17 is etched by an ion beam etching method according to the method described above to form a gate electrode 20 as shown in FIG. Finally, the etching mask 18 is peeled off to expose the gate electrode 20 as shown in FIG.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のゲート電極の形成方法によってゲート電極を形成した
際には、図7に示すように、窪みがゲート開口部16内
の電極金属層17に出来てしまい、ゲート開口部16の
底部ではSiN膜12の影響によってカバレージが悪く
なり、図7のA部に示すように、電極金属17が薄くな
り、更には、電極金属17の段切れ(断線状態)が発生
することがある。これでは、ゲート電極の抵抗が増大
し、電界効果トランジスタの電気的特性の向上が難し
い。
However, when the gate electrode is formed by the above-mentioned conventional method for forming a gate electrode, a depression is formed in the electrode metal layer 17 in the gate opening 16 as shown in FIG. As a result, the coverage is deteriorated at the bottom of the gate opening 16 due to the influence of the SiN film 12, and the electrode metal 17 becomes thinner as shown in the part A of FIG. Condition) may occur. This increases the resistance of the gate electrode, making it difficult to improve the electrical characteristics of the field effect transistor.

【0006】また、イオンビームエッチングにより電極
金属17をエッチングする際には、図8に示すように、
エッチングマスク18の外側のSiN膜12がエッチン
グにより削られるという問題があった。そして、SiN
膜12が削れて薄くなると、ゲート電極17を配線とし
て使用した場合、GaAs基板11と配線17間に介在
するSiN膜12の膜厚が薄いために、電界効果トラン
ジスタの耐圧不良が生じる。更には、GaAs基板11
と配線17間のSiN膜12が薄くなれば、寄生容量が
増大して、電界効果トランジスタの高周波特性に悪影響
を及ぼす。逆に、SiN膜12の削れを少なくするため
に、イオンビームエッチングのオーバーエッチング量を
少なくすると、今度は、電極金属層17のエッチング残
りが生じてしまい、短絡等の配線不良が生じる。従っ
て、オーバーエッチング量を少なくして、SiN膜12
の膜厚減少を防止することも難しい。
When the electrode metal 17 is etched by ion beam etching, as shown in FIG.
There is a problem that the SiN film 12 outside the etching mask 18 is shaved by etching. And SiN
When the film 12 is shaved and thinned, when the gate electrode 17 is used as a wiring, the thickness of the SiN film 12 interposed between the GaAs substrate 11 and the wiring 17 is small, so that a breakdown voltage failure of the field effect transistor occurs. Further, the GaAs substrate 11
If the SiN film 12 between the gate electrode and the wiring 17 becomes thinner, the parasitic capacitance increases, which adversely affects the high frequency characteristics of the field effect transistor. Conversely, if the over-etching amount of the ion beam etching is reduced in order to reduce the abrasion of the SiN film 12, the electrode metal layer 17 will be left unetched, resulting in a wiring failure such as a short circuit. Therefore, the amount of over-etching is reduced and the SiN film 12
It is also difficult to prevent the film thickness from decreasing.

【0007】そこで、本発明の目的は、耐圧が高く、し
かも寄生容量が小さく、高周波特性の良好な電界効果ト
ランジスタ、及びそのゲート電極の形成方法を提供する
ことである。
It is an object of the present invention to provide a field effect transistor having a high withstand voltage, a small parasitic capacitance and good high frequency characteristics, and a method of forming a gate electrode thereof.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来のゲー
ト電極形成方法によってゲート電極を形成したときに生
じる問題を研究した結果、T字型ゲート電極を形成する
金属層を一回の工程で電子銃蒸着法又はスパッタ法で行
い、しかも絶縁膜上に延在する電極部分が絶縁膜上に直
接成膜されていることにその原因があることを見い出
し、種々の実験の末に、本発明を完成するに到った。
The present inventor has studied the problems that occur when a gate electrode is formed by a conventional method for forming a gate electrode. As a result, the metal layer forming the T-shaped gate electrode is formed in one step. It was performed by an electron gun vapor deposition method or a sputtering method, and it was found that the cause was that the electrode portion extending on the insulating film was formed directly on the insulating film. The invention has been completed.

【0009】上記目的を達成するために、本発明に係る
電界効果トランジスタは、半導体基板上に形成された絶
縁膜を貫通して半導体基板のチャンネル領域に電気的に
接続するゲート電極を有する電界効果トランジスタにお
いて、ゲート電極が、絶縁膜を貫通してチャンネル領域
を露出させた貫通孔を埋め込んで形成された導電性プラ
グ部と、導電性プラグ部の上部から絶縁膜上に傘状に延
在する導電性延在部とを備えるT字型ゲート電極として
形成され、T字型ゲート電極の延在部は、導電性プラグ
部近傍領域で絶縁膜に接し、周辺部分で絶縁膜から離隔
して、絶縁膜との間に間隙を有することを特徴としてい
る。
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the present invention has a gate electrode which penetrates an insulating film formed on a semiconductor substrate and is electrically connected to a channel region of the semiconductor substrate. In the transistor, a gate electrode is formed by burying a through-hole penetrating an insulating film and exposing a channel region, and extends in an umbrella shape over the insulating film from above the conductive plug portion. A T-shaped gate electrode having a conductive extension portion, wherein the extension portion of the T-shaped gate electrode is in contact with the insulating film in a region near the conductive plug portion and is separated from the insulating film in a peripheral portion; It is characterized by having a gap between the insulating film and the insulating film.

【0010】本発明及び後述の本発明方法では、半導体
基板、絶縁膜、及びT字型ゲート電極を構成する金属の
種類、組成に制約はないものの、GaAs等の化合物半
導体基板上に形成した電界効果トランジスタのゲート電
極として最適である。本発明では、絶縁膜を貫通してチ
ャンネル領域を露出させた貫通孔が完全に導電性プラグ
部で埋め込まれているので、従来のようなゲート電極内
の段切れのようなゲート電極不良は発生しない。
In the present invention and the method of the present invention described below, although there is no restriction on the type and composition of the metal constituting the semiconductor substrate, the insulating film and the T-shaped gate electrode, the electric field formed on the compound semiconductor substrate such as GaAs is not limited. It is most suitable as a gate electrode of an effect transistor. In the present invention, since the through-hole penetrating the insulating film and exposing the channel region is completely buried with the conductive plug portion, a gate electrode defect such as a disconnection in the gate electrode as in the related art occurs. do not do.

【0011】本発明に係るゲート電極の形成方法は、半
導体基板上に形成された絶縁膜を貫通して半導体基板の
チャンネル領域を露出させた貫通孔を埋め込んで形成し
た導電性プラグ部と、プラグ部の上部から絶縁膜上に傘
状に延在する導電性延在部とを備える、電界効果トラン
ジスタのT字型ゲート電極を形成する方法であって、半
導体基板上に成膜された絶縁膜を貫通して、半導体基板
のチャンネル領域を露出させる第1の貫通孔を開口する
工程と、絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、
フォトリソグラフィ処理を行って、第1の貫通孔及び第
1の貫通孔周辺の絶縁膜を露出させる開口パターンを備
える第1のマスクを絶縁膜上に形成する工程と、第1の
マスク上、露出絶縁膜上及び第1の貫通孔壁上に第1の
金属膜を成膜する工程と、第1の金属膜上にフォトレジ
スト膜を塗布、成膜し、フォトリソグラフィ処理を行っ
て、ゲート電極の延在部形成領域の第1の金属膜を露出
させる第2の貫通孔の開口パターンを有する第2のマス
クを形成する工程と、第2の貫通孔を埋めるようにし
て、電解メッキ法によってメッキ金属を第2の貫通孔内
の露出した第1の金属膜上に被着させ、メッキ金属層を
形成する工程と、第2のマスクを除去する工程と、メッ
キ金属層の外側領域にある第1のマスク上の第1の金属
膜をエッチングして除去する工程と、第1のマスクを除
去する工程とを備えていることを特徴としている。
A method of forming a gate electrode according to the present invention is directed to a method of forming a gate electrode, comprising the steps of: forming a conductive plug portion formed by burying a through hole exposing a channel region of a semiconductor substrate through an insulating film formed on the semiconductor substrate; Forming a T-shaped gate electrode of a field-effect transistor, comprising: a conductive extension portion extending in an umbrella shape from an upper portion of the portion onto the insulating film, wherein the insulating film is formed on a semiconductor substrate. Forming a first through-hole that exposes the channel region of the semiconductor substrate by penetrating the semiconductor substrate; applying and forming a photoresist film on the insulating film;
Performing a photolithography process to form a first mask on the insulating film, the first mask including an opening pattern exposing the first through hole and the insulating film around the first through hole; Forming a first metal film on the insulating film and the first through-hole wall; applying and forming a photoresist film on the first metal film; performing photolithography; Forming a second mask having an opening pattern of a second through hole exposing the first metal film in the extension portion forming region, and filling the second through hole with an electrolytic plating method. Depositing a plating metal on the exposed first metal film in the second through hole to form a plating metal layer, removing the second mask, and removing the second mask from the outer region of the plating metal layer. Etching the first metal film on the first mask A step of to, is characterized by comprising a step of removing the first mask.

【0012】本発明方法の好適な実施態様では、第1の
マスクを絶縁膜上に形成する工程の後、第1の金属膜を
成膜する工程に移る前に、第1のマスクに加熱処理を施
して、開口パターンの開口縁部分を第1の貫通孔に向か
って傾斜した曲面状に形成する。これにより、T字型ゲ
ート電極の延在部のうちプラグ部の近傍領域が、絶縁膜
と円滑に接して好ましいT字型形状となる。
In a preferred embodiment of the method of the present invention, after the step of forming the first mask on the insulating film, and before moving to the step of forming the first metal film, the first mask is subjected to a heat treatment. To form an opening edge portion of the opening pattern into a curved surface inclined toward the first through hole. Thereby, the region in the vicinity of the plug portion in the extending portion of the T-shaped gate electrode smoothly contacts the insulating film to have a preferable T-shaped shape.

【0013】また、第1の金属膜をエッチングして除去
する工程では、メッキ金属の外側領域にある第1のマス
ク上の第1の金属膜をイオンビームエッチング法によっ
て除去する。
In the step of removing the first metal film by etching, the first metal film on the first mask in the outer region of the plating metal is removed by an ion beam etching method.

【0014】第1の金属膜の成膜方法には、制約はない
が、好適には、第1の金属膜を成膜する工程では、電子
銃蒸着法又はスパッタ法によって、金属を蒸着させ、金
属膜を成膜する。更には、第1の金属膜を成膜する前
に、密着層としてTi層を成膜する。これにより、第1
の金属膜と絶縁膜との密着性が向上する。
The method of forming the first metal film is not limited, but preferably, in the step of forming the first metal film, a metal is deposited by an electron gun evaporation method or a sputtering method. A metal film is formed. Further, a Ti layer is formed as an adhesion layer before forming the first metal film. Thereby, the first
The adhesion between the metal film and the insulating film is improved.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。電界効果トランジスタの実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る電界効果トランジスタの
実施形態の一例であって、図1は本実施形態例の電界効
果トランジスタの要部、即ちゲート電極の構成を示す断
面図である。本実施形態例の電界効果トランジスタは、
図1に示すように、GaAs基板41上に形成された化
合物半導体系の電界効果トランジスタであって、要部4
0としてGaAs基板41上に形成されたSiN膜42
を貫通してGaAs基板41のチャンネル領域(図示せ
ず)に電気的に接続するゲート電極52を有する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment of Field Effect Transistor This embodiment is an example of an embodiment of a field effect transistor according to the present invention, and FIG. 1 shows a main part of the field effect transistor of this embodiment, that is, a configuration of a gate electrode. FIG. The field-effect transistor of this embodiment is
As shown in FIG. 1, a compound semiconductor field-effect transistor formed on a GaAs substrate 41,
SiN film 42 formed on GaAs substrate 41 as 0
, And a gate electrode 52 electrically connected to a channel region (not shown) of the GaAs substrate 41.

【0016】本実施形態例の電界効果トランジスタのゲ
ート電極52は、GaAs基板41上に形成されたSi
N膜42を貫通してGaAs基板41のチャンネル領域
(図示せず)を露出させたゲート開口部46を埋め込ん
で形成した導電性プラグ部52aと、導電性プラグ部5
2aの上部からSiN膜42上に傘状に延在する導電性
延在部52bとからなるT字型ゲート電極として形成さ
れている。また、ゲート電極52は、電子銃蒸着法又は
スパッタ法で形成されたゲート電極下地膜48と、ゲー
ト電極下地膜48上に電解メッキ法によって被着させた
ゲート電極金属層51との積層膜として構成されてい
る。本実施形態例では、ゲート電極下地膜48及びゲー
ト電極金属層51ともAuで形成されている。T字型ゲ
ート電極52の延在部52bは、導電性プラグ部52a
近傍領域でSiN膜42に接し、周辺部分でSiN膜4
2から離隔して、SiN膜42との間に間隙Gを有す
る。また、ゲート電極下地膜48の下にSiN膜42と
の密着層としてTi層等を成膜しても良い。
The gate electrode 52 of the field effect transistor according to the present embodiment is formed of a Si electrode formed on a GaAs substrate 41.
A conductive plug portion 52a formed by burying a gate opening 46 which penetrates the N film 42 and exposes a channel region (not shown) of the GaAs substrate 41;
It is formed as a T-shaped gate electrode including a conductive extension portion 52b extending in an umbrella shape over the SiN film 42 from the upper portion of 2a. The gate electrode 52 is a laminated film of a gate electrode base film 48 formed by an electron gun evaporation method or a sputtering method, and a gate electrode metal layer 51 deposited on the gate electrode base film 48 by an electrolytic plating method. It is configured. In the present embodiment, the gate electrode base film 48 and the gate electrode metal layer 51 are both formed of Au. The extending portion 52b of the T-shaped gate electrode 52 has a conductive plug portion 52a.
The SiN film 42 is in contact with the SiN film 42 in the vicinity area, and the SiN film 4
2 and a gap G between itself and the SiN film 42. Further, a Ti layer or the like may be formed below the gate electrode base film 48 as an adhesion layer with the SiN film 42.

【0017】以上の構成によって、ゲート開口部46が
完全に導電性プラグ部52aで埋め込まれているので、
従来のようにゲート電極金属層が薄くなったり、段切れ
等が生じるようなことはない。また、ゲート電極形成の
際、SiN膜42が最後までマスクで保護されているの
で、SiN膜42の膜厚減少が生じない。よって、寄生
容量が小さく、また耐圧が高い。
With the above structure, the gate opening 46 is completely buried with the conductive plug 52a.
Unlike the conventional case, the gate electrode metal layer does not become thin or the step is not broken. Further, when forming the gate electrode, the SiN film 42 is protected by the mask to the end, so that the thickness of the SiN film 42 does not decrease. Therefore, the parasitic capacitance is small and the breakdown voltage is high.

【0018】ゲート電極の形成方法の実施形態例 本実施形態例は、本発明に係るゲート電極の形成方法の
実施形態の一例であって、図2(a)から(e)、図3
(f)から(i)、及び図4(j)から(l)は、それ
ぞれ、本実施形態例の方法に従ってゲート電極を形成す
る際の各工程毎の基板断面図である。先ず、図2(a)
に示すように、GaAs化合物半導体基板41上にSi
N膜42を成膜する。次いで、SiN膜42上にフォト
リソグラフィ膜を塗布、成膜し、フォトリソグラフィ処
理を行って、図2(b)に示すように、開口部44の開
口パターンを備えたエッチングマスク43を形成す
る。。続いて、エッチングマスク43を使い、CF4
ス45による異方性エッチング法によってSiN膜42
をエッチングし、図2(c)に示すように、GaAs基
板41のチャンネル領域(図示せず)を露出させるゲー
ト開口部46を形成する。次いで、アッシング処理を施
して、図2(d)に示すように、エッチングマスク43
を除去し、SiN膜42を露出させる。次いで、図2
(e)に示すように、基板全面にフォトレジスト膜4
7′を塗布、成膜する。
Embodiment of the Method for Forming a Gate Electrode This embodiment is an example of an embodiment of the method for forming a gate electrode according to the present invention, and is shown in FIGS.
(F) to (i) and FIGS. 4 (j) to (l) are cross-sectional views of the substrate in each step when forming a gate electrode according to the method of the present embodiment. First, FIG.
As shown in FIG.
An N film 42 is formed. Next, a photolithography film is applied and formed on the SiN film 42, and a photolithography process is performed to form an etching mask 43 having an opening pattern of the opening 44 as shown in FIG. . Subsequently, using an etching mask 43, the SiN film 42 is anisotropically etched with a CF 4 gas 45.
Is etched to form a gate opening 46 for exposing a channel region (not shown) of the GaAs substrate 41, as shown in FIG. Next, an ashing process is performed, and as shown in FIG.
Is removed, and the SiN film 42 is exposed. Then, FIG.
As shown in (e), a photoresist film 4 is formed on the entire surface of the substrate.
7 'is applied and formed into a film.

【0019】続いて、フォトリソグラフィ処理を行っ
て、図3(f)に示すように、ゲート開口部46周辺の
SiN膜42を露出させる開口パターン、いわゆるエア
ーブリッジパターンを有する第1のマスク47をSiN
膜42に形成する。次に、第1のマスク47にベーキン
グ処理を施し、図3(g)に示すように、エッチングマ
スク47のエアーブリッジパターンの開口縁部をゲート
開口部46に向かって傾斜した曲面形状にする。次い
で、ゲート電極下地膜として、電子銃蒸着法又はスパッ
タ法によって、図3(h)に示すように、第1のマスク
47上、露出SiN膜42上、及びゲート開口部46の
壁面上に金属膜48を成膜する。金属膜48として、例
えばAu膜を成膜する。次に、金属膜48上にフォトレ
ジスト膜を塗布、成膜し、フォトリソグラフィ処理を行
って、図3(i)に示すように、電極メッキ用開口部5
0の開口パターンを有する第2のマスク49を形成す
る。
Subsequently, a first mask 47 having an opening pattern for exposing the SiN film 42 around the gate opening 46, that is, a so-called air bridge pattern is formed by photolithography as shown in FIG. SiN
Formed on the film 42. Next, a baking process is performed on the first mask 47, and the opening edge of the air bridge pattern of the etching mask 47 is formed into a curved surface inclined toward the gate opening 46 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3H, a metal is formed on the first mask 47, on the exposed SiN film 42, and on the wall surface of the gate opening 46 by an electron gun evaporation method or a sputtering method as a gate electrode base film. A film 48 is formed. As the metal film 48, for example, an Au film is formed. Next, a photoresist film is applied and formed on the metal film 48, and a photolithography process is performed, and as shown in FIG.
A second mask 49 having an opening pattern of 0 is formed.

【0020】次いで、図4(j)に示すように、電極メ
ッキ用開口部50を埋め込むようにして、電解メッキ法
によって、金属、例えばAuを金属膜48上に被着さ
せ、ゲート電極金属51を形成する。続いて、剥離液を
使って第2のマスク49を剥離し、エッチングマスク
(図示せず)を形成し、図4(k)に示すように、Ar
ガス53によるイオンビームエッチング法によってゲー
ト電極金属51の外側領域にあって第1のマスク47上
のゲート電極下地膜48をエッチングして、除去する。
最後に、アッシング処理を施して、第1のマスク47を
剥離すると、図4(l)に示すように、ゲート電極下地
膜48とゲート電極金属51との積層金属からなるゲー
ト電極52を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 4J, a metal, for example, Au is deposited on the metal film 48 by electrolytic plating so as to fill the electrode plating opening 50, and the gate electrode metal 51 is formed. To form Subsequently, the second mask 49 is peeled off using a peeling liquid to form an etching mask (not shown), and as shown in FIG.
The gate electrode base film 48 on the first mask 47 in the region outside the gate electrode metal 51 is etched and removed by an ion beam etching method using a gas 53.
Finally, when the first mask 47 is peeled off by performing an ashing process, a gate electrode 52 made of a laminated metal of the gate electrode base film 48 and the gate electrode metal 51 is formed as shown in FIG. be able to.

【0021】本実施形態例の方法では、SiN膜42
が、最後まで、第1のマスク47で保護されているの
で、従来のように、SiN膜42がエッチングされて肉
減りするようなことは生じない。
In the method of this embodiment, the SiN film 42
However, since the SiN film 42 is protected by the first mask 47 to the end, the SiN film 42 is not etched and reduced in thickness as in the related art.

【0022】本実施形態例の変形例として、異方性エッ
チングによりゲート開口部46を開口した後、エッチン
グマスク43を剥離することなく、エッチングマスク4
3を第1のマスク47として利用し、第1のマスク47
の形成工程を省くこともできる。
As a modification of this embodiment, after opening the gate opening 46 by anisotropic etching, the etching mask 4 is removed without removing the etching mask 43.
3 is used as the first mask 47 and the first mask 47 is used.
Can be omitted.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極が、絶縁膜
を貫通してチャンネル領域を露出させた貫通孔を埋め込
んで形成した導電性プラグ部と、プラグ部の上部から絶
縁膜上に傘状に延在する導電性延在部とを備えるT字型
ゲート電極として形成され、T字型ゲート電極の延在部
の周辺部分が、絶縁膜から離隔して、絶縁膜との間に間
隙を有することにより、貫通孔が完全に導電性プラグ部
で埋め込まれているので、従来のようにゲート電極金属
層が薄くなったり、段切れ等が生じない。また、ゲート
電極形成の際、絶縁膜が最後までマスクで保護されてい
るので、絶縁膜の膜厚減少が生じない。よって、本発明
に係る電界効果トランジスタは、寄生容量が小さいく、
また耐圧が高い。また、本発明方法によれば、電解メッ
キ法によってメッキ金属(ゲート電極金属層)を第1の
金属膜(下地膜)上に被着させているので、貫通孔が完
全に第1の金属及びメッキ金属で埋め込まれているの、
ゲート電極の段切れ等の形成不良が生じない。更には、
絶縁膜が最後まで第1のマスクで保護されているので、
絶縁膜の膜厚減少が生じない。
According to the present invention, the gate electrode is formed by burying a through hole penetrating the insulating film and exposing the channel region, and the gate electrode is formed on the insulating film from above the plug portion. A T-shaped gate electrode having a conductive extension portion extending in the shape of a circle, a peripheral portion of the extension portion of the T-shaped gate electrode is separated from the insulating film, and a gap is formed between the T-shaped gate electrode and the insulating film. Since the through-hole is completely buried in the conductive plug portion, the thickness of the gate electrode metal layer does not become thinner and the step is not broken as in the related art. Further, when the gate electrode is formed, the insulating film is protected by the mask to the end, so that the thickness of the insulating film does not decrease. Therefore, the field effect transistor according to the present invention has a small parasitic capacitance,
Also, the pressure resistance is high. According to the method of the present invention, since the plating metal (gate electrode metal layer) is deposited on the first metal film (base film) by the electrolytic plating method, the through-hole is completely formed of the first metal and the first metal film. Embedded in plated metal,
There is no formation failure such as disconnection of the gate electrode. Furthermore,
Since the insulating film is protected by the first mask to the end,
There is no decrease in the thickness of the insulating film.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例の電界効果トランジスタの要部、即
ちゲート電極の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a field-effect transistor according to an embodiment, that is, a configuration of a gate electrode.

【図2】図2(a)から(e)は、それぞれ、実施形態
例の方法に従ってゲート電極を形成する際の各工程毎の
基板断面図である。
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views of a substrate in each step when forming a gate electrode according to the method of the embodiment.

【図3】図3(f)から(i)は、それぞれ、図2
(e)に続いて、本実施形態例の方法に従ってゲート電
極を形成する際の各工程毎の基板断面図である。
FIGS. 3 (f) to 3 (i) correspond to FIGS.
FIG. 5E is a cross-sectional view of the substrate at each step when a gate electrode is formed according to the method of the present embodiment, following (e).

【図4】図4(j)から(l)は、それぞれ、図3
(i)に続いて、実施形態例の方法に従ってゲート電極
を形成する際の各工程毎の基板断面図である。
FIGS. 4 (j) to 4 (l) correspond to FIGS.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the substrate at each step when a gate electrode is formed according to the method of the embodiment, following (i).

【図5】図5(a)から(e)は、それぞれ、従来の形
成方法に従ってゲート電極を形成した際の工程毎の基板
断面図である。
5 (a) to 5 (e) are cross-sectional views of a substrate in each step when a gate electrode is formed according to a conventional forming method.

【図6】図6(f)から(h)は、それぞれ、図5
(e)に続いて、従来の形成方法に従ってゲート電極を
形成した際の工程毎の基板断面図である。
6 (f) to 6 (h) correspond to FIG. 5 respectively.
FIG. 4E is a cross-sectional view of the substrate in each step when a gate electrode is formed according to a conventional forming method, following (e).

【図7】従来の形成方法による問題点を説明するゲート
電極断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a gate electrode for explaining a problem due to a conventional forming method.

【図8】従来の形成方法による別の問題点を説明するゲ
ート電極断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a gate electrode for explaining another problem caused by a conventional forming method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11……GaAs化合物半導体基板、12……SiN
膜、13……エッチングマスク、14……開口部、15
……CF4 ガス、16……ゲート開口部、17……電極
金属層、18……エッチングマスク、19……Arガス
によるイオンビームエッチング、20……ゲート電極、
40……実施形態例の電界効果トランジスタの要部、4
1……GaAs半導体基板、42……SiN膜、43…
…エッチングマスク、44……開口部、45……CF4
ガス、46……ゲート開口部、47……第1のマスク、
48……金属膜(ゲート電極下地膜9、49……第2の
マスク、50……電極メッキ用開口部、51……ゲート
電極金属、52……ゲート電極。
11: GaAs compound semiconductor substrate, 12: SiN
Film, 13 etching mask, 14 opening, 15
... CF 4 gas, 16 ... gate opening, 17 ... electrode metal layer, 18 ... etching mask, 19 ... ion beam etching with Ar gas, 20 ... gate electrode,
40... Essential parts of the field effect transistor of the embodiment example, 4
1 GaAs semiconductor substrate, 42 SiN film, 43
... Etching mask, 44 ... Opening, 45 ... CF 4
Gas, 46 ... gate opening, 47 ... first mask,
48... Metal film (gate electrode base film 9, 49... Second mask, 50... Electrode plating opening, 51... Gate electrode metal, 52... Gate electrode.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成された絶縁膜を貫通
して半導体基板のチャンネル領域に電気的に接続するゲ
ート電極を有する電界効果トランジスタにおいて、 ゲート電極が、絶縁膜を貫通してチャンネル領域を露出
させた貫通孔を埋め込んで形成された導電性プラグ部
と、導電性プラグ部の上部から絶縁膜上に傘状に延在す
る導電性延在部とを備えるT字型ゲート電極として形成
され、 T字型ゲート電極の延在部は、導電性プラグ部近傍領域
で絶縁膜に接し、周辺部分で絶縁膜から離隔して、絶縁
膜との間に間隙を有することを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。
1. A field effect transistor having a gate electrode penetrating an insulating film formed on a semiconductor substrate and electrically connecting to a channel region of the semiconductor substrate, wherein the gate electrode penetrates the insulating film and forms a channel region. Formed as a T-shaped gate electrode including a conductive plug portion formed by embedding a through hole exposing the conductive plug portion, and a conductive extension portion extending in an umbrella shape from above the conductive plug portion onto the insulating film. The extended portion of the T-shaped gate electrode is in contact with the insulating film in a region near the conductive plug portion, is separated from the insulating film in a peripheral portion, and has a gap with the insulating film. Effect transistor.
【請求項2】 半導体基板上に形成された絶縁膜を貫通
して半導体基板のチャンネル領域を露出させた貫通孔を
埋め込んで形成した導電性プラグ部と、プラグ部の上部
から絶縁膜上に傘状に延在する導電性延在部とを備え
る、電界効果トランジスタのT字型ゲート電極を形成す
る方法であって、 半導体基板上に成膜された絶縁膜を貫通して、半導体基
板のチャンネル領域を露出させる第1の貫通孔を開口す
る工程と、 絶縁膜上にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、フォトリ
ソグラフィ処理を行って、第1の貫通孔及び第1の貫通
孔周辺の絶縁膜を露出させる開口パターンを備える第1
のマスクを絶縁膜上に形成する工程と、 第1のマスク上、露出絶縁膜上及び第1の貫通孔壁上に
第1の金属膜を成膜する工程と、 第1の金属膜上にフォトレジスト膜を塗布、成膜し、フ
ォトリソグラフィ処理を行って、ゲート電極の延在部形
成領域の第1の金属膜を露出させる第2の貫通孔の開口
パターンを有する第2のマスクを形成する工程と、 第2の貫通孔を埋めるようにして、電解メッキ法によっ
てメッキ金属を第2の貫通孔内の露出した第1の金属膜
上に被着させ、メッキ金属層を形成する工程と、 第2のマスクを除去する工程と、 メッキ金属層の外側領域にある第1のマスク上の第1の
金属膜をエッチングして除去する工程と、 第1のマスクを除去する工程とを備えていることを特徴
とするゲート電極の形成方法。
2. A conductive plug formed by penetrating an insulating film formed on a semiconductor substrate and filling a through hole exposing a channel region of the semiconductor substrate, and an umbrella formed on the insulating film from above the plug. A T-shaped gate electrode of a field-effect transistor, comprising: a conductive extension portion extending in the shape of a channel; Opening a first through hole exposing the region; applying and depositing a photoresist film on the insulating film; and performing photolithography to insulate the first through hole and the periphery of the first through hole. First having an opening pattern for exposing the film
Forming a mask on the insulating film, forming a first metal film on the first mask, on the exposed insulating film, and on the wall of the first through-hole; and forming a mask on the first metal film. A second mask having an opening pattern of a second through hole exposing a first metal film in a region where a gate electrode is to be formed is formed by applying and forming a photoresist film and performing a photolithography process. Forming a plating metal layer on the exposed first metal film in the second through hole by electrolytic plating so as to fill the second through hole. Removing the second mask; etching the first metal film on the first mask in an outer region of the plating metal layer to remove the first metal film; and removing the first mask. A method of forming a gate electrode.
【請求項3】 第1のマスクを絶縁膜上に形成する工程
の後、第1の金属膜を成膜する工程に移る前に、第1の
マスクに加熱処理を施して、開口パターンの開口縁部分
を第1の貫通孔に向かって傾斜した曲面状に形成するこ
とを特徴とする請求項2に記載のゲート電極の形成方
法。
3. After the step of forming the first mask on the insulating film and before proceeding to the step of forming the first metal film, the first mask is subjected to a heat treatment so as to form an opening of the opening pattern. 3. The method according to claim 2, wherein the edge portion is formed in a curved shape inclined toward the first through hole.
【請求項4】 第1の金属膜をエッチングして除去する
工程では、メッキ金属の外側領域にある第1のマスク上
の第1の金属膜をイオンビームエッチング法によって除
去することを特徴とする請求項2に記載のゲート電極の
形成方法。
4. The step of etching and removing the first metal film comprises removing the first metal film on the first mask in an outer region of the plating metal by an ion beam etching method. A method for forming a gate electrode according to claim 2.
【請求項5】 第1の金属膜を成膜する前に、密着層と
してTi層を第1のマスク上、露出絶縁膜上及び第1の
貫通孔壁上に成膜することを特徴とする請求項2に記載
のゲート電極の形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein a Ti layer is formed as an adhesion layer on the first mask, on the exposed insulating film, and on the wall of the first through hole before forming the first metal film. A method for forming a gate electrode according to claim 2.
【請求項6】 第1の金属膜を成膜する工程では、電子
銃蒸着法又はスパッタ法によって、金属を蒸着させ、第
1の金属膜を成膜することを特徴とする請求項2に記載
のゲート電極の形成方法。
6. The method according to claim 2, wherein in the step of forming the first metal film, a metal is deposited by an electron gun evaporation method or a sputtering method to form the first metal film. Of forming a gate electrode.
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