JP2007234803A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にゲートリセス構造を有する高周波素子等の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, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device such as a high-frequency element having a gate recess structure.
優れたマイクロ波特性を有しマイクロ波帯域で動作する高出力・低雑音な半導体装置として、例えば、ガリウム砒素(以下、GaAsと表す)等を用いた電界効果型トランジスタ(以下、FETと表す)が広く実用化されている。近年では、このようなFETの出力や効率等の特性をさらに向上させるために、ゲート電極部にリセスを設けたゲートリセス構造が用いられている。 As a high-output and low-noise semiconductor device having excellent microwave characteristics and operating in the microwave band, for example, a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) using gallium arsenide (hereinafter referred to as GaAs) or the like. ) Is widely used. In recent years, a gate recess structure in which a recess is provided in the gate electrode portion has been used in order to further improve characteristics such as output and efficiency of the FET.
ゲートリセス構造を有する従来のFET等の一例を図4に示す。図4は、ゲートリセス構造を有する従来のFET等の一例を示す断面図である。この図4に示した従来のFET40においては、例えば、GaAs等の半導体基板41上にドレイン電極42及びソース電極43が形成されており、これら2つの電極の間に設けられたリセス44にゲート電極45が形成されている。
An example of a conventional FET having a gate recess structure is shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional FET having a gate recess structure. In the
このようなゲートリセス構造を有するFET等を形成するための、従来の半導体装置の製造方法を図5及び図6に例示する。これらの図は、特にゲートリセス構造の製造方法を形成工程順に例示しており、図5、及び図6は、それぞれその第1段階、及び第2段階を示す断面図である。 5 and 6 illustrate a conventional method for manufacturing a semiconductor device for forming an FET or the like having such a gate recess structure. These drawings particularly illustrate the manufacturing method of the gate recess structure in the order of forming steps, and FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views showing the first stage and the second stage, respectively.
まず、図5(a)に示すように、GaAs等の半導体基板51上に、窒化シリコン(SiN)等の絶縁膜52を堆積する。次に、図5(b)に示すように、絶縁膜52のリセス形成位置に対応する部位に、ドライエッチングにより開口53を形成する。このドライエッチング時に、開口53により露出した半導体基板51の露出部位51aがプラズマダメージを受ける。
First, as shown in FIG. 5A, an
次に、図5(c)に示すように、開口53からウェットエッチングを行なうことによって、リセス54を形成する。なお、プラズマダメージを受けた半導体基板51の露出部位51aは、このウェットエッチング時に除去される。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図5(d)に示すように、絶縁膜52上に、リセス54の形成部位に開口56を有するフォトレジスト膜55を形成する。そして、後の工程でリフトオフを可能にするため、図6(a)に示すように、この開口56からドライエッチングにより絶縁膜52の開口53を広げてオーバーハング構造を形成する。このドライエッチング時に、開口53により露出した半導体基板51の露出部位51bがプラズマダメージを受ける。
Next, as shown in FIG. 5D, a
次に、図6(b)に示すように、例えば金等を基板表面から蒸着することによって金属膜57を形成した後、図6(c)に示すように、リフトオフ法によりフォトレジスト膜55及びその上に堆積された金属膜57を除去し、ゲート電極58を形成する。そして、図6(d)に示すように絶縁膜52を除去し、リセス54の形成部位にゲート電極58を設けたゲートリセス構造を得ている。
Next, as shown in FIG. 6B, a
このようなゲートリセス構造を有する半導体装置の製造方法の事例は、例えば、特許文献1、及び特許文献2に開示されている。
ゲートリセス構造を有するFET等の半導体装置においては、リセスの形状は、ドレイン電極とソース電極との間の電流の量を決めるとともに、ゲート電極の電流量調節能力に深く関係する。特に、図6(d)に示したゲート電極のエッジとリセスのエッジとの距離d(図4中のdに同じ)や、図5(c)に示したリセスの深さeは、ゲートリセス構造において半導体装置の特性を決める重要なパラメータであり、その形成時には、これらの値を常に良好な精度を維持することが求められる。 In a semiconductor device such as an FET having a gate recess structure, the shape of the recess determines the amount of current between the drain electrode and the source electrode, and is closely related to the current amount adjustment capability of the gate electrode. In particular, the distance d (same as d in FIG. 4) between the edge of the gate electrode and the recess edge shown in FIG. 6D and the depth e of the recess shown in FIG. Are important parameters that determine the characteristics of the semiconductor device. At the time of formation, it is required that these values always maintain good accuracy.
ここに、図5及び図6に例示した従来の半導体装置の製造方法においては、上記の距離dは、図5(d)の工程において絶縁膜52上に形成する、開口56を有するフォトレジスト膜55の形成位置に依存する。また、リセスの深さeは、図5(c)の工程におけるエッチング時間に依存する。
Here, in the conventional method of manufacturing a semiconductor device illustrated in FIGS. 5 and 6, the distance d is a photoresist film having an
しかしながら、フォトレジスト膜55の形成にあたっては、フォトマスク合わせのずれや開口56の寸法のばらつきなどを伴う。このため、良好な精度で所定の位置及び開口寸法を有するフォトレジスト膜を形成することが難しく、両エッジ間の距離dも、フォトレジスト膜55の形成時の精度に依存してしまい、良好な精度を維持することが困難であった。また、リセスの深さeも、プラズマダメージを受けた半導体基板51の露出部位51aの除去、及びプラズマダメージによるエッチングレートの差を考慮に入れると、必ずしも所定の値に安定させることが難しかった。
However, the formation of the
さらに、図6(a)の工程においてプラズマダメージを受けた半導体基板51の露出部位51bが、半導体装置形成後もリセス周辺にそのまま残り、素子のチャンネル層の組成に影響を及ぼしていた。このため、形成後の半導体装置の特性にばらつきが多く、その製造時の歩留まりが低下するとともに、製造プロセスも不安定なものとなっていた。
Furthermore, the exposed
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ゲートリセス構造を有する高周波素子等の半導体装置を良好な歩留まりで製造することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of manufacturing a semiconductor device such as a high-frequency element having a gate recess structure with a good yield. .
上記目的を達成するために、本発明の半導体の製造方法はセルフアライン方法でゲートを形成する方法であり、半導体基板上に、第1の絶縁膜を堆積する工程と、前記半導体基板のゲート電極形成予定領域に対向する前記第1の絶縁膜の部位に開口を形成する工程と、この開口を含む前記第1の絶縁膜の全表面に第2の絶縁膜を所定の膜厚に堆積する工程と、この第2の絶縁膜を所定のエッチング時間異方性エッチングし、前記開口に面した前記第1の絶縁膜の側壁に前記第2の絶縁膜を残しつつ前記第2の絶縁膜を除去して前記第1の絶縁膜、及び前記開口内の前記半導体基板を露出させる工程と、この露出した半導体基板の露出部位を所定のエッチング時間等方性エッチングし、リセスを形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に2層のフォトレジスト膜を形成するとともに、これら2層のフォトレジスト膜に前記リセスを形成した部位を露出させるようにオーバーハング形状の開口を形成する工程と、このオーバーハング形状の開口に露出した前記リセスを含め前記2層のフォトレジスト膜上に金属膜を堆積する工程と、リフトオフ法を用いて前記2層のフォトレジスト膜及びその上に堆積された金属膜を剥離し、前記リセスに堆積された前記金属膜をゲート電極とする工程とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a semiconductor manufacturing method of the present invention is a method of forming a gate by a self-alignment method, a step of depositing a first insulating film on a semiconductor substrate, and a gate electrode of the semiconductor substrate. A step of forming an opening in a portion of the first insulating film facing the region to be formed, and a step of depositing a second insulating film in a predetermined film thickness on the entire surface of the first insulating film including the opening Then, the second insulating film is anisotropically etched for a predetermined etching time, and the second insulating film is removed while leaving the second insulating film on the side wall of the first insulating film facing the opening. A step of exposing the first insulating film and the semiconductor substrate in the opening, a step of isotropically etching the exposed portion of the exposed semiconductor substrate for a predetermined etching time, and forming the recess, Two layers of film on the first insulating film. Forming a resist film, forming an overhang-shaped opening so as to expose the recess-formed portion in the two-layer photoresist film, and including the recess exposed in the overhang-shaped opening. A step of depositing a metal film on the two-layer photoresist film, and peeling off the two-layer photoresist film and the metal film deposited thereon using a lift-off method, and the metal deposited in the recess And a step of using the film as a gate electrode.
本発明によれば、ゲートリセス構造を有する高周波素子等の半導体装置を良好な歩留まりで製造することのできる半導体装置の製造方法を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which can manufacture semiconductor devices, such as a high frequency element which has a gate recess structure, with a favorable yield can be obtained.
以下に、本発明に係る半導体装置の製造方法を実施するための最良の形態について、図1乃至図3を参照して説明する。 The best mode for carrying out the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1乃至図3は、本発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例を工程順に示す断面図である。図1はその第1段階を、図2はその第2段階を、図3はその第3段階をそれぞれ示している。本実施例においては、例えば、高周波素子としてはゲート電極を有するFETとし、そのゲートリセス構造を製造する場合をとりあげている。 1 to 3 are cross-sectional views showing an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention in the order of steps. 1 shows the first stage, FIG. 2 shows the second stage, and FIG. 3 shows the third stage. In the present embodiment, for example, the high frequency element is an FET having a gate electrode, and the gate recess structure is manufactured.
まず、図1(a)に示すように、半導体基板1上に、第1の絶縁膜2を堆積する。本実施例においては、半導体基板1の材料はGaAsとしている。また、この第1の絶縁膜2の材料は窒化シリコン(SiN)とし、CVD法等を用いて半導体基板1上に堆積するものとしている。
First, as shown in FIG. 1A, a first
次に、図1(b)に示すように、半導体基板1のゲート電極形成予定領域に対向する第1の絶縁膜2の部位に、開口3を形成する。この開口3は、例えば、開口3の形成位置に対応した開口部を有するフォトレジスト膜を絶縁膜2上に形成しておき、この開口部を通して異方性エッチングを行なった後、このフォトレジスト膜を除去することによって形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, an
次に、図1(c)に示すように、開口3を含む第1の絶縁膜2の表面全面に、第2の絶縁膜4を所定の膜厚Lに堆積する。本実施例においては、この第2の絶縁膜4の材料は酸化シリコン(SiO2)とし、CVD法等により堆積するものとしている。
Next, as shown in FIG. 1C, a second
次に、図1(d)に示すように、第2の絶縁膜4を所定のエッチング時間異方性エッチングすることにより、開口3に面した第1の絶縁膜2の側壁に第2の絶縁膜4を残しつつ、この第2の絶縁膜4を除去して第1の絶縁膜2、及び開口3内の半導体基板1を露出させる。本実施例においては、異方性エッチングとしてRIE等のドライエッチングを行なっている。
Next, as shown in FIG. 1D, the second
この工程において、開口3の周縁には、エッチング時に残された第2の絶縁膜4によりサイドウォール5が形成される。また、サイドウォール5内に露出した半導体基板1の露出部位6は、後の工程で形成されるリセスの幅に対応する。この幅は、サイドウォール5の断面幅を調整することによって制御することが可能である。本実施例においては、このサイドウォール5の断面幅(L1)を、直前の工程にて形成した第2の絶縁膜の膜厚Lとこの工程におけるドライエッチングの時間とにより制御している。
In this step, a sidewall 5 is formed on the periphery of the
すなわち、ドライエッチングの場合、エッチング時間によりエッチング量を良好に制御することができるので、本実施例では、第2の絶縁膜4に対するドライエッチング時間を、その膜厚Lに相当する量を除去するのに必要な時間とすることによって、開口3の周縁に形成されるサイドウォール5の断面幅を、第2の絶縁膜4の膜厚Lに等しくしている。
That is, in the case of dry etching, the etching amount can be well controlled by the etching time. Therefore, in this embodiment, the dry etching time for the second
次に、図2(a)に示すように、開口3内に露出した半導体基板1の露出部位6を所定のエッチング時間等方性エッチングすることにより、リセス7を形成する。本実施例においては、等方性エッチングとしてウェットエッチングを行ない、また、そのエッチング時間を制御することによって、形成されるリセス7の深さを制御している。
Next, as shown in FIG. 2A, a
なお、直前の図1(d)に例示した工程でドライエッチングを用いた場合、半導体基板1の露出部位6がドライエッチングによるプラズマダメージを受ける場合があるが、この工程においてリセス7を形成する際に、このプラズマダメージを受けた部位はエッチング除去される。
When dry etching is used in the process illustrated in FIG. 1D immediately before, the exposed portion 6 of the
次に、図2(b)に示すように、第1の絶縁膜2上に2層のフォトレジスト膜8を形成するとともに、リセス7を形成した部位を露出させるように、2層のフォトレジスト膜8にオーバーハング形状の開口9を形成する。そして、図2(c)に示すように、オーバーハング形状の開口9に露出しているリセス7を含む2層のフォトレジスト膜8上に、金などの金属膜10を蒸着等により堆積する。
Next, as shown in FIG. 2B, a two-layer photoresist film 8 is formed on the first insulating
次に図2(d)に示すように、リフトオフ法を用いて2層のフォトレジスト膜8及びその上に堆積された金属膜10を剥離する。このリフトオフにより、直前の工程において開口9を通して堆積されていた金属膜10が残り、ゲート電極11の原型が形成される。
Next, as shown in FIG. 2D, the two-layer photoresist film 8 and the
次に、図3(a)に示すように、第2の絶縁膜4によるサイドウォール5を等方性エッチングにより除去する。そして、図3(b)に示すように、同じくウェットエッチングにより第1の絶縁膜2を除去し、所望するゲートリセス構造を得る。
Next, as shown in FIG. 3A, the sidewall 5 made of the second
以上説明したように、本実施例においては、第2の絶縁膜4を堆積する膜厚をあらかじめ所定の厚さとし、この第2の絶縁膜をエッチングする時間を所定の時間とすることによって、開口3の周縁に形成されるサイドウォール5の断面幅を調整し、後の工程にてこのリセス7が形成される半導体基板1の露出部位6の幅を所望の値に制御している。また、この半導体基板1の露出部位6にリセスを形成する際は、そのエッチング時間を制御することによって形成されるリセス7の深さを所望の値に制御している。従って、良好な精度でゲートリセス構造を形成することができ、ゲートリセス構造を有する高周波素子等の半導体装置を良好な歩留まりで製造することのできる半導体装置の製造方法を得ることができる。
As described above, in this embodiment, the film thickness for depositing the second
さらに、半導体基板1の露出部位6にリセス7を形成する際には、多くのプラズマダメージを受けた部位もエッチング除去され、プラズマダメージによる半導体装置の特性への影響を大幅に低減することができる。
Further, when the
加えて、リセス7を形成後にサイドウォール5を残したままでリセス7を含む基板表面に金属膜10を蒸着し、その後にこれら金属膜10をリフトオフ法により剥離してゲート電極11を形成している。これにより、リセス7とゲート電極10との位置関係がセルフアラインされ、その距離を常に安定に維持しながらゲートリセス構造を形成することができ、良好な歩留まりでゲートリセス構造を有する高周波素子等の半導体装置を製造することができる。
In addition, after forming the
なお、本実施例においては、第1の絶縁膜2の材料を窒化シリコン(SiN)とし、第2の絶縁膜の材料を酸化シリコン(SiO2)としたが、これらを逆にして、第1の絶縁膜2の材料を酸化シリコン(SiO2)とし、第2の絶縁膜の材料を窒化シリコン(SiN)とすることもでき、その場合も、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the material of the first insulating
1 半導体基板
2 第1の絶縁膜
3 開口
4 第2の絶縁膜
5 サイドウォール
6 露出部位
7 リセス
8 2層のフォトレジスト膜
9 オーバーハング形状の開口
10 金属膜
11 ゲート電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記半導体基板のゲート電極形成予定領域に対向する前記第1の絶縁膜の部位に開口を形成する工程と、
この開口を含む前記第1の絶縁膜の全表面に第2の絶縁膜を所定の膜厚に堆積する工程と、
この第2の絶縁膜を所定のエッチング時間異方性エッチングし、前記開口に面した前記第1の絶縁膜の側壁に前記第2の絶縁膜を残しつつ前記第2の絶縁膜を除去して前記第1の絶縁膜、及び前記開口内の前記半導体基板を露出させる工程と、
この露出した半導体基板の露出部位を所定のエッチング時間等方性エッチングし、リセスを形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に2層のフォトレジスト膜を形成するとともに、これら2層のフォトレジスト膜に前記リセスを形成した部位を露出させるようにオーバーハング形状の開口を形成する工程と、
このオーバーハング形状の開口に露出した前記リセスを含め前記2層のフォトレジスト膜上に金属膜を堆積する工程と、
リフトオフ法を用いて前記2層のフォトレジスト膜及びその上に堆積された金属膜を剥離し、前記リセスに堆積された前記金属膜をゲート電極とする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Depositing a first insulating film on the semiconductor substrate;
Forming an opening in a portion of the first insulating film facing the gate electrode formation scheduled region of the semiconductor substrate;
Depositing a second insulating film in a predetermined thickness on the entire surface of the first insulating film including the opening;
The second insulating film is anisotropically etched for a predetermined etching time, and the second insulating film is removed while leaving the second insulating film on the side wall of the first insulating film facing the opening. Exposing the first insulating film and the semiconductor substrate in the opening;
A step of isotropically etching the exposed portion of the exposed semiconductor substrate for a predetermined etching time to form a recess;
Forming a two-layer photoresist film on the first insulating film, and forming an overhang-shaped opening so as to expose the recess-formed portion in the two-layer photoresist film;
Depositing a metal film on the two-layer photoresist film including the recess exposed in the overhang-shaped opening;
A step of peeling the two-layer photoresist film and the metal film deposited thereon using a lift-off method, and using the metal film deposited in the recess as a gate electrode. Manufacturing method.
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WO2021208997A1 (en) * | 2020-04-15 | 2021-10-21 | 苏州能讯高能半导体有限公司 | Electrode manufacturing method, electrode, and semiconductor device |
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- 2006-02-28 JP JP2006053605A patent/JP2007234803A/en active Pending
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