JP2006040940A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化合物半導体を用いた半導体装置の特性を向上させる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that improves the characteristics of a semiconductor device using a compound semiconductor.
GaAsなどの化合物半導体を用いた半導体装置、たとえば電界効果型トランジスタ(以下FETという)は、高周波特性に優れ、マイクロ波帯で動作する半導体装置として広く実用化されている。 A semiconductor device using a compound semiconductor such as GaAs, for example, a field effect transistor (hereinafter referred to as an FET) is excellent in high frequency characteristics and widely used as a semiconductor device operating in a microwave band.
ここで、従来の半導体装置の製造方法について、FETを例にとり図2を参照して説明する。 Here, a conventional method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to FIG.
図2(a)に示すように、半導体基板30は、GaAs基板31上に、たとえばチャネル層32および電子供給層33、キャップ層34を順に形成している。チャネル層32および電子供給層33、キャップ層34は、それぞれ高純度GaAsおよびn−AlGaAs、n−GaAsの各半導体層で形成されている。そして、キャップ層34上に第1レジスト膜35が形成されている。第1レジスト膜35はパターン化されその一部に開口35aが形成される。
As shown in FIG. 2A, the
次に、図2(b)に示すように、第1レジスト膜35の開口35aを利用して、選択ドライエッチングによりキャップ層34の一部を除去し、開口34aいわゆる1stリセスを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a part of the
次に、第1レジスト膜35を除去し、図2(c)に示すように、開口34aを設けたキャップ層34上に第2レジスト膜36を形成し、さらにパターン化してその一部に開口36aを形成する。
Next, the
次に、図2(d)に示すように、開口36aを利用して電子供給層33をある深さまでエッチングし、電子供給層33の一部に凹部33aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, the
次に、図2(e)に示すように、全面にゲートメタル37を蒸着する。
Next, as shown in FIG. 2E, a
次に、図2(f)に示すように、リフトオフによりゲート電極Gを形成する。 Next, as shown in FIG. 2F, the gate electrode G is formed by lift-off.
次に、図2(g)に示すように、全面にトップパシベーション38、たとえばSiN膜をプラズマCVD法で形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, a
上記したような半導体装置の製造方法は特許文献1および特許文献2などに開示されている。
従来の半導体装置の製造方法は、第1レジスト膜35のパターンをマスクにしてキャップ層34をエッチングし、キャップ層34の一部に開口34a(1stリセス)を形成している。この場合、第1レジスト膜35には、たとえば炭素(C)および水素(H)、酸素(O)などを含む有機物が使用され、キャップ層34のエッチングには、たとえばSiCl4/SF6ガス、あるいはBCl3/SF6ガスなどが使用される。
In the conventional method for manufacturing a semiconductor device, the
上記した従来の方法は、開口34aの寸法が0.3μm以下になると、選択ドライエッチングを行なう際に、キャップ層34の開口34aに面する側壁領域や開口34aの底面領域に、エッチング再堆積物が生成する場合がある。このため、側壁領域のサイドエッチングが進まなくなったり、あるいは、開口34aの底面領域にエッチング残りが生じたりして、開口34aの再現性が低下する。その結果、良好な耐圧特性が得られないなど歩留が低下する。
In the conventional method described above, when the size of the opening 34a is 0.3 μm or less, an etching redeposit is formed on the side wall region facing the opening 34a of the
エッチング再堆積物が生成する理由は明確ではないが、たとえば第1レジスト膜35に含まれる酸素(O)とエッチング用ガスに含まれるSiとが反応し、酸素系の化合物、たとえばSiO2が生成するためと推測される。また、このとき、エッチング再堆積物として、同時に、炭素系化合物も生成すると考えられる。
Although the reason why the etching redeposit is generated is not clear, for example, oxygen (O) contained in the
また、従来の方法は、キャップ層34の開口34aの形成には、パターン化した第1レジスト膜35をマスクにしている。一方、ゲ−トメタル・パターンの形成は、第1レジスト膜35とは別に形成し、それをパターン化した第2レジスト膜36をマスクにしている。このため、第1レジスト膜35のパターンと第2レジスト膜36のパターンとの間に位置の合わせずれが生じる場合がある。その結果、たとえばソ−ス・ゲート抵抗にばらつきなどが発生するなど、均一な電気特性が得られず歩留が低下する。
In the conventional method, the patterned
本発明は、上記した欠点を解決し、良好な特性を有し、歩留が改善する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that solves the above-described drawbacks, has good characteristics, and improves yield.
本発明の半導体装置の製造方法は、へテ口接合を有する第1および第2の半導体層を設けた半導体基板上に、酸素および炭素の少なくとも一方を含まないマスク層を堆積する第1工程と、前記マスク層を堆積した前記半導体基板上にレジスト膜を形成する第2工程と、前記レジスト膜の所定位置に開口を形成する第3工程と、前記開口を通して前記マスク層をエッチングし前記マスク層に開口を形成する第4工程と、前記レジスト膜を剥離する第5工程と、前記マスク層の開口を通して、前記第2半導体層と選択的に前記第1半導体層をエッチングする第6工程とからなることを特徴とする。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first step of depositing a mask layer that does not contain at least one of oxygen and carbon on a semiconductor substrate provided with first and second semiconductor layers each having a junction. A second step of forming a resist film on the semiconductor substrate on which the mask layer is deposited; a third step of forming an opening at a predetermined position of the resist film; and etching the mask layer through the opening to form the mask layer A fourth step of forming an opening in the substrate, a fifth step of removing the resist film, and a sixth step of selectively etching the first semiconductor layer with the second semiconductor layer through the opening of the mask layer. It is characterized by becoming.
本発明によれば、酸素および炭素の少なくとも一方を含まないマスク層をパターン化し、それをマスクにして、第2半導体層と選択的に第1半導体層をエッチングしている。この場合、マスク層が酸素および炭素の少なくとも一方を含まないため、第1半導体層をエッチングする際のエッチング再堆積物、たとえば酸素系化合物あるいは炭素系化合物の堆積が少なくなる。したがって、エッチングの再現性が向上し、良好な特性を有し、歩留が改善する半導体装置の製造方法が実現する。 According to the present invention, the mask layer not containing at least one of oxygen and carbon is patterned, and the first semiconductor layer is selectively etched from the second semiconductor layer using the mask layer as a mask. In this case, since the mask layer does not contain at least one of oxygen and carbon, deposition of an etching redeposit, for example, an oxygen-based compound or a carbon-based compound when the first semiconductor layer is etched is reduced. Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device with improved reproducibility of etching, good characteristics, and improved yield is realized.
本発明の実施形態について、化合物半導体を用いたFETを例にとり、ゲート近傍を抜き出した図1の工程断面図を参照して説明する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the process cross-sectional view of FIG. 1 in which the vicinity of the gate is extracted by taking an FET using a compound semiconductor as an example.
図1(a)に示すように、半導体基板10は、半絶縁性のたとえばGaAs基板11上に複数の半導体層、たとえばチャネル層12および電子供給層13、キャップ層14などを順に形成している。チャネル層12および電子供給層13、キャップ層14は、たとえばそれぞれ高純度GaAsおよびn−AlGaAs、n−GaAsで形成され、電子供給層13およびキャップ層14はヘテロ接合になっている。そして、キャップ層14上に、酸素および炭素の少なくとも一方を含まない材質のマスク層、たとえば酸素を含まない材質の第1絶縁膜15、たとえばプラズマCVD法で形成したSiN膜(以下、P−SiN膜という)が形成されている。また、第1絶縁膜15上に第1レジスト膜16を形成し、さらにパターン化し、その一部に開口16aが形成されている。
As shown in FIG. 1A, a
図示していないが、開口16aよりも右側のキャップ層14上にたとえばドレイン電極が設けられ、開口16aよりも左側のキャップ層14上にたとえばソース電極が設けられている。
Although not shown, for example, a drain electrode is provided on the
次に、レジスト膜16の開口16aを利用して、図1(b)に示すように、第1絶縁膜15をエッチングし、開口15aを形成する。その後、レジスト膜16を除去する。
Next, using the opening 16a of the
次に、図1(c)に示すように、第1絶縁膜15の開口15aを利用して、キャップ層14を、電子供給層13と選択的にドライエッチングし開口14a、いわゆる1stリセスを形成する。このとき、キャップ層14の開口14aは、第1絶縁膜15の開口15aよりも図の左右方向に広く、所望の1stリセス幅になるまでサイドエッチングを施す。また、このドライエッチングにより、開口14aの底面に電子供給層13が露出する。
Next, as shown in FIG. 1C, the
次に、図1(d)に示すように、第2絶縁膜17たとえばP−SiN膜を全面に形成する。このとき、第2絶縁膜17は、第1絶縁膜15の図示上面および開口15aに面する側壁上、開口14aに面する第1絶縁膜15の図示下面、そして、キャップ層14の開口14aに面する側壁上、開口14aの底面部分に露出する電子供給層13上に形成される。
Next, as shown in FIG. 1D, a second
第2絶縁膜17は第1絶縁膜15の開口15aを塞がない厚さに形成し、第1絶縁膜15の開口15a内側に第2絶縁膜17の開口17aが形成される。また、第2絶縁膜17は、キャップ層14の開口14aに面する側壁上などに形成され、いわゆるサイドウォールを形成する。
The second
次に、図1(e)に示すように、エッチバックにより、第2絶縁膜17の一部を除去し、開口14aの底面部分に位置する電子供給層13の一部を露出させる。このとき、電子供給層13が露出する領域は、たとえば図1(d)の工程で説明した第2絶縁膜17の開口17aの下方に位置し、その大きさや形状は開口17aに対応している。
Next, as shown in FIG. 1E, a part of the second insulating
次に、図1(f)に示すように、第2絶縁膜17をマスクにして、りん酸系のエッチャントを用い、開口14a部分に露出した電子供給層13をある深さまでエッチングして凹溝13aを形成し、これによってたとえば電流値を調整する。
Next, as shown in FIG. 1F, the second insulating
次に、図1(g)に示すように、第1絶縁膜15上に、第2レジスト膜18および第3レジスト膜19を順に形成し、それぞれをパターン化し、開口18a、19aを形成する。
Next, as shown in FIG. 1G, a second resist
第2レジスト膜18の開口18aは、図の左右方向において、たとえば第1絶縁膜15の開口15aの外側まで広がっている。第3レジスト膜19の開口19aは、図の左右方向において、第2レジスト膜18の開口18aよりも狭く、第1絶縁膜15の開口15aよりも広く形成されている。
The
次に、図1(h)に示すように、第3レジスト膜19をマスクにしてゲートメタル20、たとえばAu/Pt/Tiを蒸着する。このとき、ゲートメタル20は、第3レジスト膜19の図示上面、および、凹溝13a内を含め凹溝13aの上方領域、たとえばキャップ層14の開口14a部分の一部領域、第2絶縁膜17の開口17a部分を満たす領域、第2レジスト膜18の開口18a部分の一部領域たとえば開口19aの下方領域に形成される。
Next, as shown in FIG. 1H, a
次に、図1(i)に示すように、リフトオフ法によって第2レジスト膜18および第3レジスト膜19を剥がし、断面がT字状のゲート電極Gを形成する。
Next, as shown in FIG. 1I, the second resist
次に、図1(j)に示すように、トップパシベーション21たとえばP−SiN膜を全面に形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (j), a
上記の実施形態は、第2半導体層たとえば電子供給層33を所定の深さにエッチングし、その凹溝33a内にゲート電極を形成している。この場合、凹溝33aの形状たとえばその深さによって電流を調整できる。また、第1半導体層たとえばキャップ層をエッチングする際に発生する第2半導体層面の損傷による影響を軽減できる。
In the above embodiment, the second semiconductor layer, for example, the
上記した方法によれば、酸素を含まない絶縁膜、たとえばP−SiN膜をマスクにしてキャップ層をエッチングしている。このため、キャップ層をエッチングする場合に、SiCl4/SF6ガスなどを使用しても、酸素系化合物たとえばSiO2が生成しない。したがって、キャップ層の側壁などへのエッチング再堆積が少なくなり、サイドエッチングを確実に行える。そのため、絶縁膜の開口を小さくすることができ、セルフアライン技術の採用が容易になる。 According to the method described above, the cap layer is etched using an insulating film not containing oxygen, for example, a P-SiN film as a mask. For this reason, when the cap layer is etched, even if SiCl4 / SF6 gas or the like is used, an oxygen-based compound such as SiO2 is not generated. Therefore, etching redeposition on the side wall of the cap layer is reduced, and side etching can be performed reliably. Therefore, the opening of the insulating film can be reduced, and the adoption of the self-alignment technique is facilitated.
また、エッチング残りも少ないため、キャップ層をエッチングする場合の再現性が改善し、ゲート長が0.3μm以下と小さい場合でも、電気特性が均一化するなど歩留りが向上する。 In addition, since the etching residue is small, the reproducibility when the cap layer is etched is improved, and even when the gate length is as small as 0.3 μm or less, the electrical characteristics are uniformed and the yield is improved.
また、1つの絶縁膜に設けた開口を基準にして、キャップ層を1stリセス幅にサイドエッチングするとともに、ゲートメタルを形成している。したがって、1stリセス端とゲートメタルとの位置合わせのずれがなくなり、ゲート・ソ一ス抵抗のばらつきが抑えられる。また、耐圧の低下なども防止でき、歩留が向上する。 Further, the cap layer is side-etched to the 1st recess width with reference to the opening provided in one insulating film, and a gate metal is formed. Therefore, there is no misalignment between the first recess end and the gate metal, and variations in gate-source resistance can be suppressed. In addition, a decrease in breakdown voltage can be prevented and yield is improved.
また、キャップ層の側壁を絶縁膜で覆い、ゲートメタルを蒸着している。このため、ゲートメタルとキャップ層の側壁部分との接触がなくなり、耐圧劣化を防止できる。 Further, the side wall of the cap layer is covered with an insulating film, and gate metal is deposited. For this reason, the contact between the gate metal and the side wall portion of the cap layer is eliminated, and deterioration of the breakdown voltage can be prevented.
上記の実施形態は、キャップ層14上に形成するマスク層として、酸素を含まない材質の第1絶縁膜15たとえばP−SiN膜を用いている。しかし、P−SiN膜に代えて炭素を含まない材質のマスク層、たとえばメタルマスクなどを用いることもできる。この場合、キャップ層14をエッチングする場合に、炭素系化合物の堆積を防止でき、P−SiN膜を用いた場合と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the first insulating
また、マスク層を、酸素および炭素の両方を含まない材質で形成すれば、酸素系化合物および炭素系化合物の堆積を防止でき、再現性のよいエッチングが行える。 Further, if the mask layer is formed of a material that does not contain both oxygen and carbon, deposition of oxygen-based compounds and carbon-based compounds can be prevented, and etching with good reproducibility can be performed.
なお、FETなどを製造する場合、メタルマスクを使用すると、メタルマスクが導電性をもつため、その後の工程に支障となる虞がある。このような場合は、たとえばキャップ層をエッチングした後にメタルマスクを除去し、あるいは、メタルマスクを除去した後に絶縁膜などを設ければ、上記した問題は解消できる。 When manufacturing a FET or the like, if a metal mask is used, the metal mask has conductivity, which may hinder subsequent processes. In such a case, for example, if the metal mask is removed after etching the cap layer, or if an insulating film or the like is provided after removing the metal mask, the above problem can be solved.
10…半導体基板
11…GaAs基板
12…チャネル層
13…電子供給層
14…キャップ層
15…第1絶縁膜
16…第1レジスト膜
17…第2絶縁膜
18…第2レジスト膜
19…第3レジスト膜
20…ゲートメタル
21…トップパシベーション
G…ゲート
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Claims (3)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004214435A JP2006040940A (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method of manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004214435A JP2006040940A (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method of manufacturing semiconductor device |
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JP2006040940A true JP2006040940A (en) | 2006-02-09 |
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ID=35905662
Family Applications (1)
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JP2004214435A Pending JP2006040940A (en) | 2004-07-22 | 2004-07-22 | Method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2006040940A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7446054B2 (en) * | 2003-10-28 | 2008-11-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
-
2004
- 2004-07-22 JP JP2004214435A patent/JP2006040940A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7446054B2 (en) * | 2003-10-28 | 2008-11-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
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