JP2002100639A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2002100639A
JP2002100639A JP2000285778A JP2000285778A JP2002100639A JP 2002100639 A JP2002100639 A JP 2002100639A JP 2000285778 A JP2000285778 A JP 2000285778A JP 2000285778 A JP2000285778 A JP 2000285778A JP 2002100639 A JP2002100639 A JP 2002100639A
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insulating film
opening
gate electrode
semiconductor device
forming
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Yutaka Yoneda
豊 米田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性の高いT型ゲート電極を形成可能な半
導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 半絶縁性GaAs基板1上に、ノンドー
プGaAsバッファ層2,ノンドープInGaAsチャ
ネル層3,n型AlGaAs電子供給層4,n型GaA
sコンタクト層5がエピタキシャル成長により順次に積
層されて、半導体基板(1,2,3,4,5)が形成さ
れている。そして、この半導体基板上(より正確にはn
型GaAsコンタクト層5)上に、ソース電極6及びド
レイン電極7がAuGe/Ni/Au合金で形成され、
さらに、絶縁膜(具体的にはSiO 2絶縁膜)8が形成
されている。ここで、SiO2絶縁膜8に形成される開
口部11の開口幅は上部から下部に行くに従って(すな
わち、半導体基板に向かうに従って)徐々に狭くなって
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、HEMTでは、遮断周波数の高周
波化、雑音指数を小さくするために、短ゲート長化が要
求されている。しかしながら、単にゲート長を短縮する
と、ゲート抵抗が増大し、素子特性は向上しないばかり
か、かえって悪化するため、ゲート電極のチャネルに接
する部分のみ短縮し、ゲート電極上部に低抵抗部分を設
けた低抵抗ゲート電極が用いられている。このようなゲ
ート電極は断面形状がT型をしているためTゲート、ま
たはマッシュルームゲートと呼ばれている。
【0003】Tゲートを作製するには、低感度,高感
度,中感度の電子線レジストを順次積層して露光,現像
することにより、基板に接触している下層のレジストは
ゲート長を規定する小さい線幅で形成し、中層のレジス
トは大きな線幅のパターンを形成し、上層のレジストは
中層のレジストよりも小さな線幅のパターンであるがゲ
ート電極上部に設ける低抵抗の部分を形成する目的に合
った大きい線幅を形成して、中層レジストと上層レジス
トでリフトオフに有利なアンダーカット形状のレジスト
パターンを形成した後、リセスエッチングを行い、最後
にゲート電極となるべき金属を蒸着してリフトオフする
方法が一般的である(例えば、文献「IEDMTech. Dig.,p
613-616(1983)」を参照)。
【0004】特開平06−168870号には、レジス
トを2層積層して上層レジストに難溶化層を形成するこ
とで、オーバーハング形状を形成して、Tゲートの低抵
抗層部分を規定するとともにゲート長を短縮させる方法
が提案されている。
【0005】また、特開平08−031844号には、
1回のパターニングでTゲートを形成する方法が提案さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
06−168870号に示されている仕方では、2層の
レジストを1回で露光するため、下層レジストの開口寸
法の再現性の制御が難しく、また、基板と下層レジスト
との密着性が悪くリセスエッチングのときにマスク寸法
どおりにエッチングが行われないという問題がある。
【0007】また、特開平08−31844号に示され
ているゲート形成法では、0.1μm程度まで開口幅が
狭くなっていくと、図3に示すように、T型ゲート電極
109となるべきゲート金属120がゲート長を規定す
る開口部111に入っていきにくくなり、ゲート電極1
09がT型に形成されなかったり、またT型ゲート電極
109のT型となるゲート金属120の厚さが足りず
に、プロセス途中,評価途中にはがれてしまうという問
題があった。なお、図3において、符号101は半絶縁
性GaAs基板,符号102はノンドープGaAsバッ
ファ層,符号103はノンドープInGaAsチャネル
層,符号104はn型AlGaAs電子供給層,符号1
05はn型GaAsコンタクト層,符号106はソース
電極,符号107はドレイン電極,符号108は絶縁
膜,符号109はゲート電極である。
【0008】本発明は、信頼性の高いT型ゲート電極を
形成可能な半導体装置およびその製造方法を提供するこ
とを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板上に開口部を有
する絶縁膜と該開口部にT型ゲート電極の下部が配設さ
れた半導体装置において、前記絶縁膜の開口部の開口幅
が半導体基板に向かうに従って徐々に狭くなるように形
成されていることを特徴としている。
【0010】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の半導体装置において、前記絶縁膜の開口部の上部の
開口幅と下部の開口幅との比が1.5〜1.2であるこ
とを特徴としている。
【0011】また、請求項3記載の発明は、請求項1記
載の半導体装置において、前記絶縁膜は、SiO2絶縁
膜であることを特徴としている。
【0012】また、請求項4記載の発明は、絶縁膜を表
面に有する半導体基板にT型ゲート電極を形成する半導
体装置の製造方法であって、前記絶縁膜を有する半導体
基板上にT型ゲート下部を形成するためのレジストパタ
ーンを形成し、該レジストパターンをマスクにして前記
絶縁膜に対して異方性のドライエッチングを行った後に
等方性のウェットエッチングを行なって前記絶縁膜に開
口部を形成し、次に、T型ゲート電極の上部を形成する
ためのレジストパターンを形成した後に、前記絶縁膜に
形成された開口部内とT型ゲート電極の上部を形成する
ためのレジストパターン内とにゲート金属を堆積してT
型ゲート電極を形成することを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係る半導体装置の構
成例を示す図である。図1の半導体装置は、半絶縁性G
aAs基板1上に、ノンドープGaAsバッファ層2,
ノンドープInGaAsチャネル層3,n型AlGaA
s電子供給層4,n型GaAsコンタクト層5がエピタ
キシャル成長により順次に積層されて、半導体基板
(1,2,3,4,5)が形成されている。そして、こ
の半導体基板上(より正確にはn型GaAsコンタクト
層5)上に、ソース電極6及びドレイン電極7がAuG
e/Ni/Au合金で形成され、さらに、絶縁膜(具体
的にはSiO2絶縁膜)8が形成されている。
【0014】そして、SiO2絶縁膜8には開口部11
が形成され、開口部11を通してn型GaAs層5をエ
ッチングしてリセス溝12が形成され、開口部11,リ
セス溝12にゲート金属20が入って、T型ゲート電極
9が形成されている。
【0015】ここで、SiO2絶縁膜8に形成される開
口部11の開口幅は上部から下部に行くに従って(すな
わち、半導体基板に向かうに従って)徐々に狭くなって
いる。具体的には、開口部11の上部の開口幅は、下部
の開口幅の1.2〜1.5倍となっている。
【0016】次に、本発明の半導体装置の製造方法を図
2を用いて説明する。図2を参照すると、先ず、半導体
基板(1,2,3,4,5)上に、ソース電極6,ドレ
イン電極7を形成し、しかる後、SiO2絶縁膜8を2
000Åの厚さに堆積する(図2(a))。
【0017】次いで、電子線レジスト10を全面に塗布
し、電子線レジスト10のゲート電極形成予定領域に開
口30を設ける(図2(b))。
【0018】しかる後、SiO2絶縁膜8に対し、電子
線レジスト10のパターンをマスクにしてCF4/H2
ラズマで異方性のドライエッチングを行う。そして、エ
ッチング後、電子線レジスト10を剥離し、BHFによ
るウェットエッチングで等方的にエッチングを行う(図
2(c))。この工程により、SiO2絶縁膜8には開口部
11が形成され、開口部11の上部の開口幅は下部の開
口幅の1.2〜1.5倍となる。
【0019】次に、n型GaAsコンタクト層5をエッ
チングしてリセス溝12を形成し、ゲートの上部を形成
するためのレジストパターン13をフォトリソグラフィ
ーで形成する(図2(d))。しかる後、ゲート金属20を
堆積し(図2(e))、リフトオフしてゲート電極9を形成
する(図2(f))。
【0020】このように、本発明の半導体装置によれ
ば、絶縁膜8の開口部11の開口幅が上部から下部に行
くに従って(半導体基板に向かうに従って)徐々に狭く
なっているので、絶縁膜8の開口部11にゲート金属2
0が容易に入ることができ、T型ゲート電極9の上部と
下部との断線を防ぐことができて、信頼性の高いT型ゲ
ート電極を得ることができる。すなわち、T型ゲート電
極の断線を低減できるので、歩留りの向上を図ることが
できる。
【0021】なお、図1,図2の例では、半導体装置が
HEMTである場合について説明し、従って、コンタク
ト層5にリセス溝12を形成したが、本発明は、HEM
T以外の半導体装置にも適用可能であり、従って、リセ
ス溝を形成することは必須の要件ではない。
【0022】換言すれば、本発明の半導体装置は、半導
体基板上に開口部を有する絶縁膜と該開口部にT型ゲー
ト電極の下部が配設された半導体装置において、前記絶
縁膜の開口部の開口幅が半導体基板に向かうに従って徐
々に狭くなるように形成されていることを特徴としてい
る。
【0023】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
絶縁膜を表面に有する半導体基板にT型ゲート電極を形
成する半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜を有
する半導体基板上にT型ゲート下部を形成するためのレ
ジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスク
にして前記絶縁膜に対して異方性のドライエッチングを
行った後に等方性のウェットエッチングを行なって前記
絶縁膜に開口部を形成し、次に、T型ゲート電極の上部
を形成するためのレジストパターンを形成した後に、前
記絶縁膜に形成された開口部内とT型ゲート電極の上部
を形成するためのレジストパターン内とにゲート金属を
堆積してT型ゲート電極を形成することを特徴としてい
る。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項3記載の発明によれば、半導体基板上に開口部を有
する絶縁膜と該開口部にT型ゲート電極の下部が配設さ
れた半導体装置において、前記絶縁膜の開口部の開口幅
が半導体基板に向かうに従って徐々に狭くなるように形
成されているので、信頼性の高いT型ゲート電極が得ら
れる。
【0025】また、請求項4記載の発明によれば、絶縁
膜を表面に有する半導体基板にT型ゲート電極を形成す
る半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜を有する
半導体基板上にT型ゲート下部を形成するためのレジス
トパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにし
て前記絶縁膜に対して異方性のドライエッチングを行っ
た後に等方性のウェットエッチングを行なって前記絶縁
膜に開口部を形成し、次に、T型ゲート電極の上部を形
成するためのレジストパターンを形成した後に、前記絶
縁膜に形成された開口部内とT型ゲート電極の上部を形
成するためのレジストパターン内とにゲート金属を堆積
してT型ゲート電極を形成するので、信頼性の高いT型
ゲート電極が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の構成例を示す図であ
る。
【図2】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する
ための図である。
【図3】従来の半導体装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】 1 半絶縁性GaAs基板 2 ノンドープGaAsバッファ層 3 ノンドープInGaAsチャネル層 4 n型AlGaAs電子供給層 5 n型GaAsコンタクト層 6 ソース電極 7 ドレイン電極 8 SiO2絶縁膜 9 ゲート電極 10 電子線レジスト 11 SiO2絶縁膜の開口部 12 リセス溝 13 レジストパターン 20 ゲート金属 30 開口

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に開口部を有する絶縁膜と
    該開口部にT型ゲート電極の下部が配設された半導体装
    置において、前記絶縁膜の開口部の開口幅が半導体基板
    に向かうに従って徐々に狭くなるように形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記絶縁膜の開口部の上部の開口幅と下部の開口幅との比
    が1.5〜1.2であることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置において、前
    記絶縁膜は、SiO 2絶縁膜であることを特徴とする半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 絶縁膜を表面に有する半導体基板にT型
    ゲート電極を形成する半導体装置の製造方法であって、
    前記絶縁膜を有する半導体基板上にT型ゲート下部を形
    成するためのレジストパターンを形成し、該レジストパ
    ターンをマスクにして前記絶縁膜に対して異方性のドラ
    イエッチングを行った後に等方性のウェットエッチング
    を行なって前記絶縁膜に開口部を形成し、次に、T型ゲ
    ート電極の上部を形成するためのレジストパターンを形
    成した後に、前記絶縁膜に形成された開口部内とT型ゲ
    ート電極の上部を形成するためのレジストパターン内と
    にゲート金属を堆積してT型ゲート電極を形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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