JP2007266461A - Method of manufacturing 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関し、特に、IC内蔵ホールセンサチップなどの電界効果トランジスタを作製するための半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a field effect transistor such as an IC built-in Hall sensor chip.
例えば、GaAs半導体装置の製造プロセスでは、GaAsウェハ上にレジストパターンを形成しアライメントマーク形成工程、イオン注入工程、アニール工程を経ることによりチャネル層とソース領域とドレイン領域が作られる。次に、チャネル層にショットキー接合で接合されるゲート電極と、ソース領域およびドレイン領域のそれぞれにオーミック接合で接合されるソース電極およびドレイン電極とが形成される。 For example, in a manufacturing process of a GaAs semiconductor device, a channel pattern, a source region, and a drain region are formed by forming a resist pattern on a GaAs wafer and passing through an alignment mark forming step, an ion implantation step, and an annealing step. Next, a gate electrode joined to the channel layer by a Schottky junction and a source electrode and a drain electrode joined to the source region and the drain region by ohmic junction are formed.
従来のGaAs半導体装置の製造プロセスにおける電極の形成工程で、ゲート電極はチタン・タングステン(Ti/W)をスパッタリング装置により成膜し、レジストパターニング後、反応性イオンエッチング(RIE)工程、レジスト剥離工程を経て完成される。またソース電極およびドレイン電極は、イメージリバースパターニング後、オーミック電極を構成する金属を蒸着により成膜し、リフトオフ法により余分な金属を除去することにより完成される。 In a conventional GaAs semiconductor device manufacturing process, the gate electrode is formed of titanium / tungsten (Ti / W) with a sputtering device, patterned after resist, and then subjected to reactive ion etching (RIE) and resist stripping. It is completed through. The source electrode and the drain electrode are completed by depositing a metal constituting the ohmic electrode by vapor deposition after image reverse patterning and removing the excess metal by a lift-off method.
上記の「イメージリバースパターニング」とは、レジストの開口部の壁面が下部に行くにつれて後退するような形状(逆テーパ形状)を形成できるパターニングをいう。また、「リフトオフ法」とは、半導体基板上に形成されたレジスト膜で囲まれたパターン領域に、このレジスト膜をマスクにして真空蒸着により金属膜を形成し、これをアセトン等の有機溶剤中に浸漬してレジスト膜および金属膜を除去する方法をいう。レジストの開口部の側面の形状を逆テーパ形状にするのは、電極部分とレジスト部分が接触することを防止するためである。電極部分とレジスト部分が接触していないため、リフトオフ法を行ったときに有機溶剤等がレジストに容易に接触し、容易にリフトオフができる。 The above-mentioned “image reverse patterning” refers to patterning capable of forming a shape (reverse taper shape) in which the wall surface of the resist opening recedes as it goes downward. In addition, the “lift-off method” is a method in which a metal film is formed by vacuum deposition in a pattern region surrounded by a resist film formed on a semiconductor substrate by using the resist film as a mask, and this is formed in an organic solvent such as acetone. A method of removing the resist film and the metal film by immersing the film in the substrate. The reason why the shape of the side surface of the opening of the resist is an inversely tapered shape is to prevent the electrode portion and the resist portion from contacting each other. Since the electrode portion and the resist portion are not in contact, when the lift-off method is performed, the organic solvent or the like can easily come into contact with the resist and can be lifted off easily.
しかしながら、上記従来の半導体装置の製造方法においては、各工程の最後に有機系溶剤によるレジスト剥離の工程を伴い、GaAsウェハ表面にダメージを与えていた。また、リフトオフを伴う場合、蒸着時のレジストへのダメージのためレジスト残渣が生じる危険性を伴う。それゆえ、剥離条件を、GaAsウェハに対してダメージを促進する方向で行う必要が生じる。その条件はGaAs表面を数百オングストロームだけエッチングする程度であり、それによりチャネル層等自体を失う結果となる。また、剥離しきれないレジスト残渣をドライエッチングにより除去する必要があるため、プラズマによるチャネル層等へのダメージが生じる。当然反応性イオンエッチング(RIE)工程においても、GaAs表面にプラズマダメージが生じる。そのダメージにより、完成した半導体装置のトランジスタ特性が安定しない、すなわち、ウェハ上でばらつきを伴うという問題点が生じていた。 However, in the above conventional method for manufacturing a semiconductor device, the surface of the GaAs wafer is damaged by a resist stripping step using an organic solvent at the end of each step. In addition, when lift-off is involved, there is a risk that a resist residue is generated due to damage to the resist during vapor deposition. Therefore, it is necessary to perform the peeling condition in a direction of promoting damage to the GaAs wafer. The condition is such that the GaAs surface is etched by several hundred angstroms, thereby losing the channel layer itself. Further, since it is necessary to remove the resist residue that cannot be removed by dry etching, damage to the channel layer or the like due to plasma occurs. Naturally, plasma damage occurs on the GaAs surface even in the reactive ion etching (RIE) process. Due to the damage, there has been a problem that the transistor characteristics of the completed semiconductor device are not stable, that is, there are variations on the wafer.
そこで本出願人は、先に、下記の特許文献1によって、上記問題点を解決する半導体装置の製造方法に係る特許出願を行った。特許文献1に開示される半導体装置の製造方法を特許文献1の図1と図2を参照して概説する。 Therefore, the present applicant has previously filed a patent application relating to a method of manufacturing a semiconductor device that solves the above-described problems, by the following Patent Document 1. A method of manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1 will be outlined with reference to FIGS.
この半導体製造装置の製造方法は、GaAs電界効果トランジスタ(GaAsMESFET)を製造する工程を有する。このGaAsMESFETの製造工程は、工程を大きく分けると、ドレイン領域、ソース領域およびチャネル層を形成する工程(ST10)、ゲート電極を形成する工程(ST20)、ドレイン電極およびソース電極を形成する工程(ST30)から成っている。 This method of manufacturing a semiconductor manufacturing apparatus includes a process of manufacturing a GaAs field effect transistor (GaAs MESFET). The manufacturing process of this GaAs MESFET is roughly divided into a process of forming a drain region, a source region and a channel layer (ST10), a process of forming a gate electrode (ST20), and a process of forming a drain electrode and a source electrode (ST30). ).
さらに詳しく述べると、上記のゲート電極形成工程(ST20)、または上記のドレイン電極およびソース電極の形成工程(ST30)では、第1の開口を通して露出する無機系絶縁層を所定膜厚になるまでドライエッチングするエッチング工程(ST23またはST32)と、第1の開口の上に第2の開口を形成する工程(ST25,ST26またはST34,ST35)と、その後に第1の開口を通して露出していた上記無機系絶縁層を取り除くまでウェットエッチングするエッチング工程(ST27またはST36)とを備える。 More specifically, in the gate electrode formation step (ST20) or the drain electrode and source electrode formation step (ST30), the inorganic insulating layer exposed through the first opening is dried until a predetermined thickness is reached. Etching step for etching (ST23 or ST32), step for forming a second opening on the first opening (ST25, ST26 or ST34, ST35), and then the inorganic material exposed through the first opening And an etching process (ST27 or ST36) for performing wet etching until the system insulating layer is removed.
特許文献1による半導体装置の製造方法によれば、上記のエッチング工程等を有するため、チャネル層、ドレイン領域およびソース領域へのプラズマによるダメージを生じないという利点を有し、それによってプラズマダメージに起因する半導体装置のトランジスタ特性にばらつきがなくなり、動作が安定する。
特許文献1による半導体装置の製造方法によれば、第1のレジストパターンを除去し、第1の開口の形成位置と同一位置に第1の開口より広い第2の開口を有する第2のレジストパターンを形成し、第2の開口を通して露出した部分のSiO2膜もその上部がエッチングされる。この工程の後、金属堆積工程により金属を蒸着法等により成膜する。その後、リフトオフ法により第2のレジストパターンを除去し、レジストパターン上に蒸着された不要な金属を除去するようにしていた。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to Patent Document 1, the first resist pattern is removed, and the second resist pattern having a second opening wider than the first opening at the same position as the first opening is formed. The upper part of the SiO 2 film exposed through the second opening is also etched. After this step, a metal is deposited by a vapor deposition method or the like in a metal deposition step. Thereafter, the second resist pattern is removed by a lift-off method, and unnecessary metal deposited on the resist pattern is removed.
しかしながら、上記製造方法で製造される半導体装置でも不良品が生じる場合がある。不良品を顕微鏡観察を行ったところ、金属残渣、ゴミ・キズ、パターニング不良、レジスト残渣などが原因となっている場合が多い。それらの原因のうち、特に金属残渣が原因となる場合が多かった。 However, a defective product may occur even in a semiconductor device manufactured by the above manufacturing method. When a defective product is observed with a microscope, it is often caused by metal residues, dust / scratches, patterning defects, resist residues, and the like. Of those causes, metal residues were often the cause.
ここで「金属残渣」とは、電極形成工程にて不要金属除去(リフトオフ)時に残存する金属粉である。この金属残渣が電極パターンの電極間をまたぐように付着すると、電極同士がショートし、ICの動作不良を引き起こす。 Here, the “metal residue” is a metal powder remaining when unnecessary metal is removed (lifted off) in the electrode forming step. If the metal residue adheres across the electrodes of the electrode pattern, the electrodes are short-circuited to cause an IC malfunction.
上記特許文献1での製造方法において、第2のレジストパターンが形成され、電極部が蒸着により堆積される際、電極部とレジスト側壁が接触している場合がある。このような場合が生じると、リフトオフ工程時に電極部とレジスト側壁の間にアセトン等の有機溶剤が浸入しないため、電極部の側部のレジストが除去されにくく、レジスト残渣が残存しやすいという問題があった。この問題を以下に詳述する。 In the manufacturing method in Patent Document 1, when the second resist pattern is formed and the electrode part is deposited by vapor deposition, the electrode part and the resist side wall may be in contact with each other. When such a case occurs, an organic solvent such as acetone does not enter between the electrode portion and the resist side wall during the lift-off process, so that the resist on the side portion of the electrode portion is difficult to remove and the resist residue tends to remain. there were. This problem is described in detail below.
図7は、第2のレジストパターンが形成され、金属蒸着で電極部が堆積した後であってリフトオフを行う前の段階での第2の開口の要部縦断面図を示す。この要部縦断面図は、SEM(走査電子顕微鏡)による断面形状観察結果に基づいて描かれている。この観察では、図7(a)で示す場合と図7(b)で示す場合の2通りの場合が観察された。 FIG. 7 shows a longitudinal sectional view of a main part of the second opening after the second resist pattern is formed and the electrode part is deposited by metal vapor deposition and before lift-off is performed. This main part longitudinal cross-sectional view is drawn based on the cross-sectional shape observation result by SEM (scanning electron microscope). In this observation, two cases of the case shown in FIG. 7A and the case shown in FIG. 7B were observed.
図7で、符号100は開口、符号101は半導体基板、符号102はSiO2膜、符号103は電極、符号104はレジスト、符号105は金属をそれぞれ示している。図7(a)においては、円Aで囲んだ部分を見て分かるように、電極103とレジスト104の側壁は接触していない。そのためリフトオフが容易に行われ、レジスト残渣は生じない。また、レジスト104の側壁に堆積された金属105も電極103に接触していない。この金属は、リフトオフ後に取り除かれ、従って金属残渣も生じない。
In FIG. 7,
一方、図7(b)においては、円Bで囲んだ部分を見て分かるように、電極103とレジスト104の側壁が接触している。さらに、レジスト104の側壁に堆積した金属105も電極103に接触している。このとき、リフトオフ法を行うときに、レジスト104の電極103に接触している部分は、アセトン等の有機溶剤に接触しにくく溶解されにくい。そのためレジスト残渣が生じてしまい、またそれと共に金属残査が生じてしまう。
On the other hand, in FIG. 7B, the
さらに、レジスト104の側壁で金属が付着している部分のレジストは金属によって有機溶剤に接触することが妨げられ、溶解しない。そのため、第2のレジストパターンの側壁部で金属粉が付着している部分が溶解されずに、レジスト残渣が残ってしまう。そのとき、レジスト残査を介して不要な金属粉(金属残渣)が電極部と接続した状態で残存し、金属残渣は、その後のレジスト残渣除去工程でも除去されない。また、その後のレジスト残渣を除去するためのアッシングによりレジスト除去しても、金属残渣は残存し、その金属残渣によりゲート電極、ドレイン電極、ソース電極のそれぞれの間で接続されてしまい、ショートの原因となっていた。
Further, the resist where the metal adheres on the side wall of the
本発明の目的は、上記課題に鑑み、簡単な工程を付加することによって電極部と開口側レジスト側壁部の接触部をなくし、レジスト残渣とこの上に形成される金属残渣の発生を確実に防ぐことができ、金属残渣に起因した電極間のショート発生をなくすことができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to eliminate the contact portion between the electrode portion and the opening-side resist side wall portion by adding a simple process, and reliably prevent the generation of resist residues and metal residues formed thereon. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can eliminate the occurrence of a short circuit between electrodes due to metal residues.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。 In order to achieve the above object, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention is configured as follows.
第1の半導体装置の製造方法(請求項1に対応)は、レジストパターンに形成された開口を通して基板上に金属を堆積させて電極を形成する工程を含む半導体装置の製造方法であり、電極を形成する工程と、その後リフトオフにより電極を形成する金属部分以外の他の金属を除去する工程との間に、レジストパターンにおける開口内のレジスト側壁部を除去する工程を有することで特徴づけられる。 A first method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 1) is a method for manufacturing a semiconductor device including a step of forming an electrode by depositing a metal on a substrate through an opening formed in a resist pattern. It is characterized by having a step of removing the resist side wall portion in the opening in the resist pattern between the step of forming and the step of removing metal other than the metal portion forming the electrode by lift-off thereafter.
第1の半導体装置の製造方法によれば、電極を形成する工程と、その後リフトオフにより電極を形成する金属部分以外の他の金属を除去する工程との間に、レジストパターンにおける開口内のレジスト側壁部を除去する工程を有するため、電極を形成する工程において形成した電極とレジスト側壁部が接触していたとしても、レジストパターンにおける開口内のレジスト側壁部を除去する工程により、レジスト側壁部が除去され、電極とレジストとの接触が取り除かれる。それにより、その後のリフトオフにより電極を形成する金属部分以外の他の金属を除去する工程において、容易にレジストと、電極を形成する金属部分以外の他の金属を除去することができ、レジスト残渣が生じにくくなる。また、レジストの側壁部に金属が付着していたとしても、レジストパターンにおける開口内のレジスト側壁部を除去する工程で側壁部に付着した金属も除去されるので、金属残渣を低減することができる。 According to the first method for manufacturing a semiconductor device, the resist sidewall in the opening in the resist pattern between the step of forming an electrode and the step of removing metal other than the metal portion that forms the electrode by lift-off thereafter. Since the resist side wall is in contact with the electrode formed in the electrode forming step, the resist side wall is removed by the step of removing the resist side wall in the opening in the resist pattern. And the contact between the electrode and the resist is removed. Thereby, in the step of removing other metal other than the metal portion forming the electrode by subsequent lift-off, the resist and the other metal other than the metal portion forming the electrode can be easily removed, and the resist residue It becomes difficult to occur. Further, even if metal adheres to the side wall portion of the resist, the metal adhering to the side wall portion is also removed in the step of removing the resist side wall portion in the opening in the resist pattern, so that the metal residue can be reduced. .
第2の半導体装置の製造方法(請求項2に対応)は、上記の方法において、好ましくはレジスト側壁部を除去する工程では、電極とレジスト側壁部との間の接触部をなくすことで特徴づけられる。 The second method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 2) is characterized in that, in the above-described method, preferably, in the step of removing the resist side wall portion, the contact portion between the electrode and the resist side wall portion is eliminated. It is done.
第3の半導体装置の製造方法(請求項3に対応)は、上記の方法において、好ましくはレジスト側壁部を除去する工程はアッシング工程であることで特徴づけられる。 A third method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 3) is characterized in that, in the above method, the step of removing the resist sidewall is preferably an ashing step.
第4の半導体装置の製造方法(請求項4に対応)は、上記の方法において、好ましくは電極は、GaAs半導体素子のゲート電極、ドレイン電極、ソース電極のうちの少なくとも1つの電極であることで特徴づけられる。 According to a fourth method of manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 4), in the above method, preferably the electrode is at least one of a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode of a GaAs semiconductor element. Characterized.
第5の半導体装置の製造方法(請求項5に対応)は、GaAs半導体基板に形成されたドレイン領域、ソース領域、チャネル層と、ドレイン領域に接合されるドレイン電極と、ソース領域に接合されるソース電極と、チャネル層に接合されるゲート電極とを備える半導体装置を製造する方法であり、ドレイン領域とソース領域とチャネル層の上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層にゲート電極を形成する工程と、絶縁層にドレイン電極およびソース電極を同時に形成する工程を含み、さらに、ゲート電極を形成する工程と、ドレイン電極およびソース電極を同時に形成する工程とうちのいずれか一方の工程または両方の工程は、絶縁層における電極の形成箇所に対応する位置に第1の開口を有する第1のレジストパターンを形成する工程と、第1の開口を通して露出する絶縁層を所定の膜厚になるまでドライエッチングする工程と、第1のレジストパターンを除去する工程と、第1のレジストパターンの第1の開口の位置と同一の箇所に第1の開口より開口幅の広い第2の開口を有する第2のレジストパターンを形成する工程と、第1の開口を通して露出する絶縁層を取り除くまでウェットエッチングする工程と、電極を形成するための金属を成膜する工程と、第2のレジストパターンの開口内のレジスト側壁部を除去する側壁部除去工程と、リフトオフでゲート電極を形成する金属以外の金属を除去する工程と、を含むことで特徴づけられる。 According to a fifth method of manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 5), a drain region, a source region, a channel layer formed on a GaAs semiconductor substrate, a drain electrode joined to the drain region, and a source region are joined. A method of manufacturing a semiconductor device including a source electrode and a gate electrode joined to a channel layer, the step of forming an insulating layer on the drain region, the source region, and the channel layer, and forming the gate electrode on the insulating layer Including a step of simultaneously forming a drain electrode and a source electrode on the insulating layer, and a step of forming a gate electrode and a step of simultaneously forming a drain electrode and a source electrode, or both of them The step of forming a first resist pattern having a first opening at a position corresponding to the electrode formation location in the insulating layer; A step of dry-etching the insulating layer exposed through one opening until a predetermined film thickness is obtained, a step of removing the first resist pattern, and the same position as the first opening of the first resist pattern. Forming a second resist pattern having a second opening wider than the first opening, performing a wet etching process until the insulating layer exposed through the first opening is removed, and forming an electrode Including a step of forming a metal film, a side wall portion removing step of removing the resist side wall portion in the opening of the second resist pattern, and a step of removing metal other than the metal forming the gate electrode by lift-off. Characterized.
第6の半導体装置の製造方法(請求項6に対応)は、上記の方法において、好ましくは側壁部除去工程はアッシング工程であることで特徴づけられる。 A sixth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 6) is characterized in that, in the above method, the side wall portion removing step is preferably an ashing step.
本発明によれば次の効果を奏する。電極形成工程において、第2のレジストパターンを利用して金属を蒸着した後、電極を形成する金属部分に接触するレジスト側壁部とをアッシング等の側壁部除去工程により除去した後、リフトオフにより第2のレジストパターンを除去したため、金属残渣を伴うレジスト残渣をなくすことができる。さらに、金属残渣をなくすことができるため、電極同士間のショートをなくすことができる。 The present invention has the following effects. In the electrode forming process, after depositing metal using the second resist pattern, the resist side wall part contacting the metal part forming the electrode is removed by a side wall part removing process such as ashing, and then the second is formed by lift-off. Since the resist pattern is removed, resist residues with metal residues can be eliminated. Furthermore, since a metal residue can be eliminated, a short circuit between electrodes can be eliminated.
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1と図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法によりGaAs電界効果トランジスタ(以下「GaAsMESFET」と記す)を製造する工程を示すフローチャートである。図1と図2は全体で上記製造工程を示し、特に、図1は製造工程の前半部を示し、図2は製造工程の後半部を示している。GaAsMESFETの製造工程は、全体の工程を大きく分けると、ドレイン領域、ソース領域およびチャネル層形成工程S10と、ゲート電極形成工程S20と、ドレイン電極およびソース電極形成工程S40とから成っている。 1 and 2 are flowcharts showing steps of manufacturing a GaAs field effect transistor (hereinafter referred to as “GaAs MESFET”) by the method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention. 1 and 2 show the manufacturing process as a whole. In particular, FIG. 1 shows the first half of the manufacturing process, and FIG. 2 shows the second half of the manufacturing process. The manufacturing process of the GaAs MESFET is roughly divided into a drain region, source region and channel layer forming step S10, a gate electrode forming step S20, and a drain electrode and source electrode forming step S40.
上記のゲート電極形成工程S20は、さらに、次の11工程S21〜S31を含んでいる。
S21:無機系絶縁層堆積工程。
S22:第1のレジストパターニング工程。
S23:ドライエッチングにより、ゲート電極を形成する部分の、第1の開口により露出する無機系絶縁層を所定の膜厚までエッチングする工程。
S24:第1のレジスト剥離工程。
S25:イメージリバースパターニングによる、第1のレジストパターンの第1の開口の位置と同一の箇所に第1の開口より開口幅の広い第2の開口を有する第2のレジストパターニング工程。
S26:アッシング工程。
S27:ウェットエッチングにより、第1の開口により露出していた所定の膜厚の無機系絶縁層を取り除くまでエッチングする工程。
S28:ゲート電極を形成する金属を堆積する工程。
S29:側壁部除去工程。
S30:リフトオフ工程。
The gate electrode forming step S20 further includes the following eleven steps S21 to S31.
S21: Inorganic insulating layer deposition step.
S22: First resist patterning step.
S23: A step of etching the inorganic insulating layer exposed through the first opening in the portion where the gate electrode is formed to a predetermined film thickness by dry etching.
S24: First resist stripping step.
S25: a second resist patterning process having a second opening having a wider opening width than the first opening at the same position as the first opening of the first resist pattern by image reverse patterning.
S26: Ashing process.
S27: A step of performing etching until the inorganic insulating layer having a predetermined thickness exposed through the first opening is removed by wet etching.
S28: depositing a metal for forming the gate electrode.
S29: Side wall portion removing step.
S30: Lift-off process.
上記のドレイン電極およびソース電極形成工程S40は、さらに、10工程S41~S50を含んでいる。
S41:第1のレジストパターニング工程。
S42:ドライエッチングによりドレイン電極およびソース電極を形成する部分の第1の開口により露出する無機系絶縁層を所定の膜厚までエッチングする工程。
S43:第1のレジスト剥離工程。
S44:イメージリバースパターニングにより第1のレジストパターンの第1の開口の位置と同一の箇所に第1の開口より開口幅の広い第2の開口を有する第2のレジストパターニング工程。
S45:アッシング工程。
S46:ウェットエッチングにより第1の開口により露出していた所定の膜厚の残りの無機系絶縁層をエッチングする工程。
S47:ドレイン電極およびソース電極を形成する金属を堆積する工程。
S48:側壁部除去工程。
S49:リフトオフ工程。
The drain electrode and source electrode forming step S40 further includes 10 steps S41 to S50.
S41: First resist patterning step.
S42: A step of etching the inorganic insulating layer exposed through the first opening of the portion where the drain electrode and the source electrode are formed by dry etching to a predetermined film thickness.
S43: First resist stripping step.
S44: a second resist patterning step having a second opening having a wider opening width than the first opening at the same position as the first opening of the first resist pattern by image reverse patterning.
S45: Ashing process.
S46: A step of etching the remaining inorganic insulating layer having a predetermined thickness exposed through the first opening by wet etching.
S47: depositing a metal for forming the drain electrode and the source electrode.
S48: Side wall removal step.
S49: Lift-off process.
ドレイン領域、ソース領域、およびチャネル層の形成工程S10は、従来と同様に、まず、アライメントマークが形成されたGaAs半導体基板にドレイン領域とソース領域となる高不純物濃度活性層を形成するために、表面に数百オングストロームの酸化膜を形成し、適当なマスクを通して、160keV、2.0×1013/cm2の高ドーズのSi+イオン注入を行う。次に、そのGaAs半導体基板にチャネル層を形成するために、適当なマスクを通して、Si+を120keV、2.0×1012/cm2でイオン注入する。その後、SiO2膜をGaAs半導体基板上に堆積し、そのGaAs半導体基板をアニール炉の中に入れ、水素(H2)雰囲気中で、800℃で約10分間加熱し、キャップアニールを行う。それにより、Siイオンが活性化され、チャネル層、ドレイン領域およびソース領域が形成される。 In the drain region, source region, and channel layer forming step S10, as in the prior art, first, in order to form a high impurity concentration active layer to be a drain region and a source region on a GaAs semiconductor substrate on which alignment marks are formed, An oxide film of several hundred angstroms is formed on the surface, and Si + ion implantation at a high dose of 160 keV and 2.0 × 10 13 / cm 2 is performed through an appropriate mask. Next, in order to form a channel layer in the GaAs semiconductor substrate, Si + is ion-implanted through an appropriate mask at 120 keV and 2.0 × 10 12 / cm 2 . Thereafter, an SiO 2 film is deposited on the GaAs semiconductor substrate, and the GaAs semiconductor substrate is placed in an annealing furnace and heated at 800 ° C. for about 10 minutes in a hydrogen (H 2 ) atmosphere to perform cap annealing. Thereby, Si ions are activated, and a channel layer, a drain region, and a source region are formed.
次に、ゲート電極形成工程S20の具体的内容を図3と図4を参照して説明する。図3と図4はゲート電極形成工程S20の各工程でのGaAs半導体基板の部分縦断面図である。図3の(a)〜(d)と図4の(a)〜(e)は連続的に実行される。 Next, the specific contents of the gate electrode formation step S20 will be described with reference to FIGS. 3 and 4 are partial longitudinal sectional views of the GaAs semiconductor substrate in each step of the gate electrode forming step S20. 3A to 3D and FIG. 4A to 4E are executed continuously.
無機系絶縁層堆積工程(S21)では、図3(a)に示すごとく、チャネル層10、ドレイン領域11、ソース領域12が形成されたGaAs半導体基板13に、プラズマCVDにより、3000オングストロームの膜厚のSiO2膜14を無機系絶縁層として成膜する。
In the inorganic insulating layer deposition step (S21), as shown in FIG. 3A, a film thickness of 3000 Å is formed on the
第1のレジストパターニング工程(S22)では、まず図3(b)に示すごとく、GaAs半導体基板13上に堆積した無機系絶縁層であるSiO2膜14の上に第1のレジスト15をスピンコータなどにより、均一に塗布する。次に、ゲート電極を形成する部分が光を通すようになっているマスクを、GaAs半導体基板13上の無機系絶縁層であるSiO2膜14上のレジスト15に密着させ、レジスト15が反応する波長の光により露光する。その後、現像液に浸けることによりレジストの露光された部分が溶け、第1の開口16を形成する。そして、リンス液により現像液を洗浄する。
In the first resist patterning step (S22), first, as shown in FIG. 3B, the first resist 15 is applied onto the SiO 2 film 14 which is an inorganic insulating layer deposited on the
その後、第1のレジスト15中に存在する現像液あるいはリンス液を除き、第1のレジスト15と無機系絶縁層であるSiO2膜14との接着性を増すため、ポストベークを行う。 Thereafter, post-baking is performed in order to increase the adhesiveness between the first resist 15 and the SiO 2 film 14 which is an inorganic insulating layer by removing the developing solution or the rinsing solution present in the first resist 15.
次に、図3(c)に示すごとく、反応性イオンエッチング(RIE)により、レジスト15の第1の開口16内のSiO2を、所定の膜厚の、例えば500オングストロームの膜厚のSiO2膜17を残すようにエッチングする(工程S23)。
Next, FIG. 3 as (c), the by reactive ion etching (RIE), the SiO 2 in the
その後、図3(d)に示すごとく、第1のレジスト15を剥離する(工程S24)。 Thereafter, as shown in FIG. 3D, the first resist 15 is removed (step S24).
さらにその後、図4(a)に示すごとく、イメージリバースパターニングにより、第1のレジストパターンの第1の開口16の位置と同一の箇所に、第1の開口16より開口幅の広い第2の開口18を有する第2のレジストパターン19を形成する(工程S25)。
Thereafter, as shown in FIG. 4A, a second opening having a wider opening width than the
この第2のレジストパターン19を形成する工程では、まず、ポジ型レジストをウェハ全面に塗布する。次に、紫外線によりゲート電極を形成する第1の開口16上に第1の開口16より広い領域が遮光されたマスクを用いて第1の露光を行う。次に、イメージリバース処理として、110℃のベークを行い、その後、ウェハ全面に紫外線により第2の露光を行い現像を行ってレジスト膜の第1の露光時の未感光部を除去する。これにより、第1の開口16上に開口幅が広くかつリフトオフが可能であるようにアンダーカット形状(逆テーパ形状)を有する第2の開口18が形成される。
In the step of forming the second resist
次に、現像残渣を除去するために、プラズマアッシング装置により酸素(O2)プラズマを発生させて、アッシングを行う(工程S26)。その後、図4(b)に示すごとく残りの500オングストロームの厚さのSiO2膜17をバッファードふっ酸(BHF)によるウェットエッチングによって除去する(工程S27)。そのとき、第2の開口18を通して露出した部分のSiO2膜も上部がエッチングされる。 Next, in order to remove the development residue, ashing is performed by generating oxygen (O 2 ) plasma with a plasma ashing apparatus (step S26). Thereafter, as shown in FIG. 4B, the remaining 500 Å thick SiO 2 film 17 is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (BHF) (step S27). At that time, the upper part of the SiO 2 film exposed through the second opening 18 is also etched.
このように、第1の開口16を通して露出する無機系絶縁層を所定の膜厚になるまでドライエッチングによりエッチングする工程S23と、第1の開口16上に第1の開口幅よりも広い第2の開口18を形成した後に、第1の開口16により露出していた所定の膜厚の無機系絶縁層をすべて取り除くまでウェットエッチングによりエッチングする工程S27によりエッチングするため、プラズマによるチャネル層10へのダメージを生じない。それにより、ダメージによる半導体装置のトランジスタ特性にばらつきがなくなり安定になる。また、無機系絶縁層がSiO2膜14の一種類であるため、無機系絶縁層堆積のための工程数を少なくすることができる。
As described above, the step S23 of etching the inorganic insulating layer exposed through the
ゲート電極を形成する金属を堆積する工程(工程S28)では、ゲート電極を形成する金属は、図4(c)に示されるごとく、例えばチタン・金・チタン(Ti/Au/Ti)を3000オングストロームの膜厚で蒸着法により成膜する。それにより、ゲート電極21とレジスト19上の金属20とが形成される。その後、側壁部除去工程(工程S29)では、レジスト側壁部を除去するために、プラズマアッシング装置により酸素(O2)プラズマを発生させて、アッシングを行う。これにより、図4(d)に示されるごとく、レジスト19の側壁部19sが削り取られる。これによってゲート電極21とレジスト19の側壁部19sとの間で接触部分が確実に生じないようにすることができる。
In the step of depositing the metal for forming the gate electrode (step S28), as shown in FIG. 4C, the metal for forming the gate electrode is, for example, titanium, gold, titanium (Ti / Au / Ti) of 3000 angstroms. The film is formed by a vapor deposition method with a film thickness of Thereby, the
その後、図4(e)に示すごとく、リフトオフによってレジスト19とそのレジスト上部に堆積した金属20とを取り除く(工程S30)。このとき、ゲート電極21とレジスト19の側壁部が接触していないので、リフトオフ用のアセトン等の有機溶剤によってレジストを溶解することができる。上記のように、レジスト19の側壁部19sが除去された状態でリフトオフ工程を行うので、金属残渣を伴うことなくレジストを除去できるため、金属残渣の発生を防止でき、金属残渣による電極同士の短絡を防止することができ、歩留まりの向上が図れる。
Thereafter, as shown in FIG. 4E, the resist 19 and the
前述のゲート電極形成工程S20の後、ドレイン電極およびソース電極形成工程S40が実施される。 After the aforementioned gate electrode formation step S20, a drain electrode and source electrode formation step S40 is performed.
次に、ドレイン電極およびソース電極形成工程S40の具体的内容を図5と図6を参照して説明する。図5と図6はゲート電極形成工程S20の各工程でのGaAs半導体基板の部分縦断面図である。図5の(a)〜(d)と図6の(a)〜(e)は連続的に実行される。 Next, specific contents of the drain electrode and source electrode formation step S40 will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are partial longitudinal sectional views of the GaAs semiconductor substrate in each step of the gate electrode forming step S20. (A) to (d) in FIG. 5 and (a) to (e) in FIG. 6 are executed continuously.
まず図5(a)に示すごとく、GaAs半導体基板13上に堆積した無機系絶縁層であるSiO2膜14の上に第1のレジスト22をスピンコータなどにより、均一に塗布する。次に図5(b)に示すごとく、ドレイン電極およびソース電極を形成する部分が光を通すようになっているマスクをGaAs半導体基板13上の無機系絶縁層であるSiO2膜14上のレジスト22に密着させ、レジスト22が反応する波長の光により露光し、その後、現像液に浸けることによりレジストの露光された部分が溶け、第1の開口23,24を形成する(工程S41)。そして、リンス液により現像液を洗浄する。
First, as shown in FIG. 5A, a first resist 22 is uniformly coated on the SiO 2 film 14 which is an inorganic insulating layer deposited on the
その後、レジスト22中に存在する現像液あるいはリンス液を除き、レジスト22と無機系絶縁層であるSiO2膜14との接着性を増すため、ポストベークを行う。 Thereafter, post-baking is performed in order to increase the adhesiveness between the resist 22 and the SiO 2 film 14 that is an inorganic insulating layer by removing the developing solution or the rinsing solution present in the resist 22.
次に、図5(c)に示すごとく、反応性イオンエッチング(RIE)により、レジスト22の第1の開口部23,24のSiO2を所定の膜厚、例えば500オングストロームの膜厚のSiO2膜25,26を残すようにエッチングする(工程S42)。
Next, FIG. 5 as (c), the reactive ion etching by (RIE), the first SiO 2 a predetermined thickness of the opening 23 of the resist 22, for example, 500 Å in the thickness of the SiO 2 Etching is performed to leave the
その後、図5(d)に示すごとく、第1のレジストを剥離する(工程S43)。 Thereafter, as shown in FIG. 5D, the first resist is stripped (step S43).
次に図6(a)に示すごとく、イメージリバースパターニングにより、第1のレジストパターンの第1の開口23,24の位置と同一の箇所に第1の開口より開口幅の広い第2の開口27,28を有する第2のレジストパターン29を形成する(工程S44)。 Next, as shown in FIG. 6A, by image reverse patterning, the second opening 27 having a wider opening width than the first opening is formed at the same position as the first openings 23 and 24 of the first resist pattern. , 28 is formed (step S44).
この第2のレジストパターン29を形成する工程では、まず、ポジ型レジストをウェハ全面に塗布する。次に、紫外線によりオーミック電極を形成する第1の開口23,24上に第1の開口より広い領域が遮光されたマスクを用いて第1の露光をする。次に、イメージリバース処理として、110℃のベークを行い、その後、ウェハ全面に紫外線による第2の露光を行い現像を行ってレジスト膜の第1の露光時の未感光部を除去する。これにより、第1の開口上に開口幅が広くかつリフトオフが可能であるようにアンダーカット形状(逆テーパ形状)を有する第2の開口27,28が形成される。
In the step of forming the second resist
次に、現像残渣を除去するために、プラズマアッシング装置により酸素(O2)プラズマを発生させて、アッシングを行う(工程S45)。 Next, in order to remove the development residue, oxygen (O 2 ) plasma is generated by a plasma ashing apparatus and ashing is performed (step S45).
その後、図6(b)に示すごとく、残りの500オングストロームの厚さのSiO2膜25,26をバッファードふっ酸(BHF)によるウェットエッチングによって除去する(工程S46)。そのとき、第2の開口27,28により露出した部分のSiO2膜も上部がエッチングされる。 Thereafter, as shown in FIG. 6B, the remaining 500 Å thick SiO 2 films 25 and 26 are removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid (BHF) (step S46). At this time, the upper part of the SiO 2 film exposed by the second openings 27 and 28 is also etched.
このように、第1の開口23,24により露出する無機系絶縁層であるSiO2を所定の膜厚になるまでドライエッチングによりエッチングする工程S42と、第1の開口上に第1の開口幅よりも広い第2の開口27,28を形成した後に、第1の開口により露出していた所定の膜厚の無機系絶縁層を取り除くまでウェットエッチングによりエッチングする工程S46によりエッチングするため、プラズマによるドレイン領域およびソース領域へのダメージを生じない。それにより、ダメージによる半導体装置のトランジスタ特性にばらつきがなくなり安定となる。また、無機系絶縁層がSiO2膜の一種類であるため、無機系絶縁層堆積のための工程数を少なくすることができる。 In this way, the step S42 of etching the SiO 2 that is the inorganic insulating layer exposed through the first openings 23 and 24 by dry etching until the film has a predetermined thickness, and the first opening width on the first opening. After forming the wider second openings 27 and 28, etching is performed by wet etching until the inorganic insulating layer having a predetermined film thickness exposed through the first opening is removed. Does not cause damage to the drain and source regions. As a result, the transistor characteristics of the semiconductor device due to damage do not vary and become stable. Further, since the inorganic insulating layer is a kind of SiO 2 film, the number of steps for depositing the inorganic insulating layer can be reduced.
次に、図6(c)に示すごとく、ドレイン電極およびソース金属を形成する金属として、例えば、AuGe/Ni/Au膜30を3000オングストロームの膜厚で蒸着により成膜する(工程S47)。それにより、ドレイン電極31とソース電極32が形成され、レジスト上に金属30が堆積される。その後、側壁部除去工程S48では、レジスト側壁部を除去するために、プラズマアッシング装置により酸素(O2)プラズマを発生させて、アッシングを行う。これにより、図6(d)で示すごとく、レジスト29の側壁部29sが削り取られ、ドレイン電極31あるいはソース電極32とレジスト29の側壁部29sとの接触がないようにすることができる。
Next, as shown in FIG. 6C, as a metal for forming the drain electrode and the source metal, for example, an AuGe / Ni /
次に、リフトオフ技術により(工程S49)、レジスト29とそのレジスト上部に堆積した金属30を取り除く(工程S49)。このとき、ドレイン電極31あるいはソース電極32とレジスト29の側壁部が接触していないので、図6(e)に示すごとくリフトオフ用のアセトン等の有機溶剤によってレジストを溶解することができる。上記のように、レジストの側壁部が除去された状態でリフトオフ工程を行うので、金属残渣を伴うことなくレジストの除去ができるため、電極同士の短絡を防止することができ、歩留まりの向上が図れる。
Next, the resist 29 and the
なお、本実施形態においては、GaAs半導体装置をあげて説明したが、Si半導体装置、SiC半導体装置、InP半導体装置などの半導体装置の製造方法においても用いることができる。また、本実施形態においては、無機系絶縁層として、SiO2膜を用いて説明したが、無機系絶縁層としてSiNxを用いて行うこともできる。また本実施形態においては、レジストの第1の開口部のSiO2の反応性イオンエッチング(RIE)によるエッチングを所定の膜厚として500オングストローム残すようにして行ったが、パターンが広がってしまうようなサイドエッチングの影響とドライエッチングの精度を考慮して、所定の膜厚として300オングストローム以上700オングストローム以下の範囲内であれば、500オングストローム以外の膜厚でも可能である。 In the present embodiment, the GaAs semiconductor device has been described, but the present invention can also be used in a method for manufacturing a semiconductor device such as a Si semiconductor device, a SiC semiconductor device, or an InP semiconductor device. In this embodiment, the SiO 2 film is used as the inorganic insulating layer. However, SiN x can also be used as the inorganic insulating layer. In this embodiment, etching by reactive ion etching (RIE) of SiO 2 in the first opening of the resist is performed so as to leave a predetermined film thickness of 500 Å. However, the pattern may spread. In consideration of the influence of side etching and the accuracy of dry etching, a film thickness other than 500 angstroms is possible as long as the predetermined film thickness is in the range of 300 angstroms or more and 700 angstroms or less.
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective configurations are only examples. Only. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
本発明は、金属残渣をなくして電極間のショートをなくし、IC内蔵ホールセンサチップ等の半導体装置を製造する方法として利用される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used as a method for manufacturing a semiconductor device such as an IC built-in Hall sensor chip by eliminating a metal residue and eliminating a short circuit between electrodes.
10 チャネル層
11 ドレイン領域
12 ソース領域
13 GaAs半導体基板
14 SiO2膜
15 レジスト
16 第1の開口
17 SiO2膜
18 第2の開口
S10 ドレイン領域、ソース領域およびチャネル層形成工程
S20 ゲート電極形成工程
S40 ドレイン電極およびソース電極形成工程
10
Claims (6)
前記電極を形成する前記工程と、その後リフトオフにより前記電極を形成する金属部分以外の他の金属を除去する工程との間に、前記レジストパターンにおける前記開口内のレジスト側壁部を除去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device, including a step of depositing metal on a substrate through an opening formed in a resist pattern to form an electrode,
A step of removing a resist side wall portion in the opening in the resist pattern between the step of forming the electrode and a step of removing metal other than the metal portion forming the electrode by lift-off thereafter. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ドレイン領域と前記ソース領域と前記チャネル層の上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層に前記ゲート電極を形成する工程と、前記絶縁層に前記ドレイン電極および前記ソース電極を同時に形成する工程を含み、さらに、
前記ゲート電極を形成する前記工程と、前記ドレイン電極および前記ソース電極を同時に形成する工程とうちのいずれか一方の工程または両方の工程は、
前記絶縁層における電極の形成箇所に対応する位置に第1の開口を有する第1のレジストパターンを形成する工程と、
前記第1の開口を通して露出する前記絶縁層を所定の膜厚になるまでドライエッチングする工程と、
前記第1のレジストパターンを除去する工程と、
前記第1のレジストパターンの第1の開口の位置と同一の箇所に前記第1の開口より開口幅の広い第2の開口を有する第2のレジストパターンを形成する工程と、
前記第1の開口を通して露出する前記絶縁層を取り除くまでウェットエッチングする工程と、
前記電極を形成するための金属を成膜する工程と、
前記第2のレジストパターンの開口内のレジスト側壁部を除去する側壁部除去工程と、
リフトオフで前記ゲート電極を形成する金属以外の金属を除去する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A drain region, a source region, and a channel layer formed on a GaAs semiconductor substrate, a drain electrode joined to the drain region, a source electrode joined to the source region, and a gate electrode joined to the channel layer A method of manufacturing a semiconductor device comprising:
Forming an insulating layer on the drain region, the source region, and the channel layer; forming the gate electrode on the insulating layer; and simultaneously forming the drain electrode and the source electrode on the insulating layer. Including steps,
The step of forming the gate electrode, the step of simultaneously forming the drain electrode and the source electrode, and either or both of the steps are:
Forming a first resist pattern having a first opening at a position corresponding to an electrode formation location in the insulating layer;
Dry etching the insulating layer exposed through the first opening to a predetermined thickness;
Removing the first resist pattern;
Forming a second resist pattern having a second opening having a wider opening width than the first opening at the same location as the position of the first opening of the first resist pattern;
Wet etching until the insulating layer exposed through the first opening is removed;
Forming a metal film for forming the electrode;
A sidewall removing step of removing a resist sidewall in the opening of the second resist pattern;
Removing a metal other than the metal forming the gate electrode by lift-off;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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