JP2007317735A - Semiconductor device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は半導体装置、特にゲート電極とソースドレイン電極とを埋め込み材で埋め込むようにした半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device in which a gate electrode and a source / drain electrode are embedded with a filling material, and a manufacturing method thereof.
従来の半導体装置、例えば低雑音GaAs高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron
Mobility Transistor ) は図10に断面図を示すように、半導体基板1上にT型のゲート電極2を設け、その両側にゲート電極2の高さよりも低くなるようにソースドレイン電極3を形成し、全ての電極を埋め込み材4によって埋め込む構成とされている。(例えば特許文献1参照)。
Conventional semiconductor devices such as low noise GaAs high electron mobility transistors (HEMT)
As shown in the cross-sectional view of FIG. 10, the Mobility Transistor) is provided with a T-
従来の半導体装置は上記のように構成され、T型ゲート電極2の高さは、通常その両側に位置するソースドレイン電極3の高さの2倍以上とされているため、T型ゲート電極2を埋め込み材4、例えばHEMTの高周波特性改善のためのMSQ(Methyl silsesquioxane)のようなlow-k材で埋め込む場合に、次のような問題点が生じていた。
The conventional semiconductor device is configured as described above, and the height of the T-
即ち、ゲート電極2を完全に埋め込むために埋め込み材4を厚く塗布すると、ソースドレイン電極3の上部における埋め込み材4の塗布膜厚が厚くなるため、ソースドレイン電極3上に形成するコンタクトホールの開口が困難になっていた。
That is, if the embedding
また、上記コンタクトホールの開口を容易にするため埋め込み材4を薄く塗布すると、図10に示すように、ゲート電極2の頭が埋め込み材4から露出するなど各電極の埋め込みが不完全になっていた。
Further, when the embedding
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ゲート電極を完全に埋め込むことが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device in which a gate electrode can be completely embedded and a method for manufacturing the same.
この発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の両側で上記半導体基板上に配設されたソースドレイン電極と、上記各ソースドレイン電極間に塗布され、上記ゲート電極を埋め込む埋め込み材とを備えた半導体装置において、上記各ソースドレイン電極の上記半導体基板の表面から上端までの高さを、上記ゲート電極の上記半導体基板の表面から上端までの高さより高くしたものである。 A semiconductor device according to the present invention is applied between a gate electrode formed on a semiconductor substrate, a source / drain electrode disposed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, and the source / drain electrodes. In a semiconductor device including a filling material for embedding a gate electrode, the height of each source / drain electrode from the surface of the semiconductor substrate to the upper end is made higher than the height of the gate electrode from the surface of the semiconductor substrate to the upper end. Is.
この発明に係る半導体装置は上記のように構成され、ゲート電極の両側に位置するソースドレイン電極の構造物としての上端の高さが、ゲート電極の上端の高さよりも高く形成されているため、2つのソースドレイン電極で挟まれた部分が埋め込み材の液溜まりとして機能する結果、ゲート電極を完全に埋め込むことが可能となるものである。
また、ソースドレイン電極の上部における埋め込み材の厚さが薄くなるため、コンタクトホールの開口が容易となるものである。
The semiconductor device according to the present invention is configured as described above, and the height of the upper end as the structure of the source / drain electrode located on both sides of the gate electrode is formed higher than the height of the upper end of the gate electrode. As a result of the portion sandwiched between the two source / drain electrodes functioning as a reservoir for the filling material, the gate electrode can be completely buried.
In addition, since the thickness of the filling material on the upper portion of the source / drain electrode is reduced, the opening of the contact hole is facilitated.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1の構成を示す断面図、図2は、実施の形態1の製造方法を工程順に示した断面図である。
なお、これらの図において、図10と同一または相当部分には同一符号を付している。
In these drawings, the same or corresponding parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
実施の形態1による半導体装置は図1に示すように、半導体基板1上にT型のゲート電極2を設けると共に、その両側にゲート電極2よりも高いソースドレイン電極3を形成し、埋め込み材4によって全電極を埋め込むようにしたものである。即ち、ソースドレイン電極3の半導体基板1の表面から上端までの高さがゲート電極2の半導体基板1の表面から上端までの高さより高くされている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment is provided with a T-
このような構成を有する半導体装置の製造方法を図2の工程図にもとづいて説明する。
先ず、(a)に示すように、半導体基板1上に第1のレジストパターン10を形成し、所定位置に開口部11を形成する。
A method of manufacturing the semiconductor device having such a configuration will be described with reference to the process diagram of FIG.
First, as shown to (a), the
次に、(b)に示すように、第1のレジストパターン10上に第2のレジストパターン12を形成し、上記開口部11に対応する位置にT型のゲート電極2を形成するための開口部13を形成する。
Next, as shown in (b), a
その後、(c)に示すように、第1、第2のレジストパターンの開口部11、13を用いてT型のゲート電極2を形成し、第1、第2のレジストパターン10、12を除去する。
次に、(d)に示すように、半導体基板1上及びゲート電極2上に第3のレジストパターン14を形成し、ゲート電極2の両側にソースドレイン電極3用の開口部15を形成する。
Thereafter, as shown in (c), the T-
Next, as shown in (d), a
その後、(e)に示すように、開口部15を用いてゲート電極2の両側にソースドレイン電極3を形成する。この場合、ソースドレイン電極3の半導体基板1の表面から上端までの高さSHがゲート電極2の半導体基板1の表面から上端までの高さGHより高くなるように形成する。なお、SH≦2×GH、W/SH≦2 とすることが望ましい。
Thereafter, as shown in FIG. 5E, the source /
次に、(f)に示すように、ゲート電極2及びソースドレイン電極3を完全に埋め込むように、埋め込み材4を塗布しキュアする。その後、(g)に示すように、埋め込み材4のソースドレイン電極3に対応する位置にコンタクトホール16を形成し、(h)に示すように、コンタクトホール16に配線層17を形成して完了する。
Next, as shown in (f), a
なお、化合物半導体では、ソースドレイン電極3にAuGe系の材料が広く用いられているが、この場合は、オーミックアロイ工程が必要となる。オーミックアロイ工程では約380℃と高温となるため、通常、ゲート電極2の劣化を避けるためにゲート電極2の形成前にソースドレイン電極3を形成する必要がある。(後述する実施の形態2の製造方法参照)。
In the compound semiconductor, an AuGe-based material is widely used for the source /
一方、ソースドレイン電極3を厚くすると、ゲート電極2形成用の下層レジストパターン形成が困難になる。従って、実施の形態1においてはオーミックアロイ工程を必要とするソースドレイン電極に適用する場合は、ゲート電極2にWSi等の高融点材料を使用するか、もしくは、ノンアロイでオーミック電極を形成する手法、例えば半導体基板側にコンタクト層(n+-InGaAs等)を形成する必要がある。
On the other hand, when the source /
実施の形態1は上記のように構成されているため、埋め込み材4の塗布に際し、一対のソースドレイン電極3の間の空間が液溜まりとして機能し、ゲート電極2の頭を完全に埋め込むことができる。
Since the first embodiment is configured as described above, when the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図にもとづいて説明する。図3は、実施の形態2の構成を示す断面図、図4は、実施の形態2の製造方法を工程順に示した断面図である。
これらの図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing method of the second embodiment in the order of steps.
In these drawings, the same or corresponding parts as those in FIG.
実施の形態2による半導体装置は図3に示すように、半導体基板1上にT型のゲート電極2を設けると共に、その両側に通常のソースドレイン電極3を形成し、更にソースドレイン電極3上に配線電極5を積層して半導体基板1の表面から配線電極5の上端までの高さがゲート電極2の半導体基板1の表面から上端までの高さより高くし、埋め込み材4によって全電極を埋め込むようにしている。
In the semiconductor device according to the second embodiment, as shown in FIG. 3, a T-
このような構成を有する半導体装置の製造方法を図4の工程図にもとづいて説明する。
先ず(a)に示すように、半導体基板1上に一対のソースドレイン電極3を形成し約380℃でオーミックアロイを行う。
A method of manufacturing the semiconductor device having such a configuration will be described with reference to the process diagram of FIG.
First, as shown in FIG. 2A, a pair of source /
次に、(b)に示すように、各ソースドレイン電極3上に第1のレジストパターン10を形成し、各ソースドレイン電極3の間に開口部11を形成する。
次に、(c)に示すように、第1のレジストパターン10上に第2のレジストパターン12を形成し、上記開口部11に対応する位置にT型のゲート電極2を形成するための開口部13を形成する。
Next, as shown in (b), a
Next, as shown in (c), a
その後、(d)に示すように、第1、第2のレジストパターンの開口部11、13を用いてT型のゲート電極2を形成し、第1、第2のレジストパターン10、12を除去する。
次に、(e)に示すように、各ソースドレイン電極3上及びゲート電極2上に第3のレジストパターン14を形成し、各ソースドレイン電極上に開口部15を形成する。
Thereafter, as shown in (d), the T-
Next, as shown in (e), a
その後、(f)に示すように、開口部15を用いて各ソースドレイン電極3上に配線電極5を形成する。この場合、半導体基板1の表面から配線電極5の上端までの高さSHがゲート電極2の半導体基板1の表面から上端までの高さGHより高くなるように形成する。なお、SH≦2×GH、W/SH≦2 とすることが望ましい。また、配線電極5の幅HWはソースドレイン電極3の幅SWに極力近くすることが望ましい。
Thereafter, as shown in (f), the
次に、(g)に示すように、埋め込み材4をゲート電極2及び各配線電極5が完全に埋まるように塗布しキュアする。その後、(h)に示すように、埋め込み材4の各配線電極5に対応する位置にコンタクトホール16を形成し、(i)に示すように、コンタクトホール16に配線層17を形成して完了する。
Next, as shown in (g), the filling
実施の形態2は上記のように構成され、通常のソースドレイン電極3の上に配線電極5を形成し、ソースドレイン電極3と配線電極5の高さの和がゲート電極2の高さより高くなるようにしているため、実施の形態1と同様に、埋め込み材4の塗布に際し、一対の配線電極5の間の空間が液溜まりとして機能し、ゲート電極2の頭を完全に埋め込むことができる。
In the second embodiment, the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図にもとづいて説明する。図5は、実施の形態3の構成を示す断面図である。この図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of the third embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG.
実施の形態3による半導体装置は実施の形態2の簡略形で、図3に示す配線電極5に代えてゲート電極6をソースドレイン電極3上に設けるものであり、ゲート電極6はT型のゲート電極2の形成時に同時形成するようにしたものである。
The semiconductor device according to the third embodiment is a simplified form of the second embodiment, in which a
この半導体装置の製造工程は図示していないが、実施の形態2の工程を示す図4の(c)において、ソースドレイン電極3上にも開口部13を形成し、(d)の工程においてT型のゲート電極2の形成と同時にソースドレイン電極3上にもゲート電極6を形成するものである。
Although the manufacturing process of this semiconductor device is not shown, in FIG. 4C showing the process of the second embodiment, an
ゲート電極6とソースドレイン電極3の高さの和SHと、T型のゲート電極2の高さGHとの関係、ゲート電極6の幅HWとソースドレイン電極3の幅SWとの関係等は実施の形態2と同じであり、また、その後の製造工程は図4の(f)(g)(h)(i)と同じであるため説明を省略する。
The relationship between the sum SH of the height of the
実施の形態3は上記のように構成されているため、実施の形態2と同等の効果を期待することができる。 Since the third embodiment is configured as described above, an effect equivalent to that of the second embodiment can be expected.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図6は、実施の形態4の構成を示す断面図である。この図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付している。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the fourth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG.
実施の形態4による半導体装置は実施の形態2の変形であり、図3に示す配線電極5に代えてSiOやSiNからなる絶縁膜7をソースドレイン電極3上に設けたものである。
The semiconductor device according to the fourth embodiment is a modification of the second embodiment, in which an insulating film 7 made of SiO or SiN is provided on the source /
この半導体装置の製造工程は図4の配線電極5を絶縁膜7に代えればほぼ同じ製造工程であるため、図示及び説明を省略する。図4と異なる製造工程は、(h)の工程の後に、フッ酸等で絶縁膜7をウェットエッチングすることにより、絶縁膜7中にソースドレイン電極3に至る開口部(図示せず)を形成する工程が加えられ、その後(i)の工程に至る点である。
The manufacturing process of this semiconductor device is substantially the same if the
なお、埋め込み材4としてはフッ酸で腐食されない有機系low-k材である例えばポリイミドやPAE(ポリアリーレンエーテル)を用いることができる。
As the embedding
実施の形態4は上記のように構成されているため、実施の形態2と同等の効果を期待することができる。 Since the fourth embodiment is configured as described above, an effect equivalent to that of the second embodiment can be expected.
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5を図にもとづいて説明する。図7は、実施の形態5の構成を示す断面図である。この図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付している。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the fifth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as those in FIG.
実施の形態5による半導体装置は、実施の形態4の変形であり、図6に示す絶縁膜7に代えてレジスト等の有機膜8をソースドレイン電極3上に積層させるものである。
The semiconductor device according to the fifth embodiment is a modification of the fourth embodiment, in which an
この半導体装置の製造工程は図4の配線電極5をレジスト等の有機膜8に代えればほぼ同じ製造工程であるため、図示及び説明を省略する。
図4と異なる製造工程は、実施の形態4と同様に、(h)の工程の後に、レジスト剥離液等の有機溶剤で有機膜8をウェットエッチングすることにより、有機膜8中にソースドレイン電極3に至る開口部(図示せず)を形成する工程が加えられ、その後(i)の工程に至る点である。
Since the manufacturing process of this semiconductor device is substantially the same manufacturing process if the
The manufacturing process different from FIG. 4 is the same as in the fourth embodiment, after the step (h), the
なお、埋め込み材4としては有機溶剤で腐食されない無機系low-k材である例えばHSQ(Hydrogen Silsesquioxane)を用いることができる。
As the embedding
実施の形態5は上記のように構成されているため、実施の形態2と同等の効果を期待することができる。 Since the fifth embodiment is configured as described above, an effect equivalent to that of the second embodiment can be expected.
実施の形態6.
次に、この発明の実施の形態6を図にもとづいて説明する。図8は、実施の形態6の構成を示す断面図、図9は、実施の形態6の製造方法を工程順に示した断面図である。
これらの図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付している。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of the sixth embodiment, and FIG. 9 is a sectional view showing the manufacturing method of the sixth embodiment in the order of steps.
In these drawings, the same or corresponding parts as those in FIG.
実施の形態6による半導体装置は図8に示すように、ソースドレイン電極3と同じ高さの下部ゲート電極9を形成し、ソースドレイン電極3との間に埋め込み材4Aを塗布してキュアした後、エッチバックによってソースドレイン電極3及び下部ゲート電極9の頭出しを行い、その後、上記ソースドレイン電極3及び下部ゲート電極9上にそれぞれ同じ高さの配線電極5を形成したものである。
In the semiconductor device according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 8, after a
このような構成を有する半導体装置の製造工程を図9の工程図にもとづいて説明する。
先ず(a)に示すように、半導体基板1上に一対のソースドレイン電極3を形成し、約380℃でオーミックアロイを行う。
A manufacturing process of the semiconductor device having such a configuration will be described with reference to the process diagram of FIG.
First, as shown in (a), a pair of source /
次に、(b)に示すように、各ソースドレイン電極3上に第1のレジストパターン10を形成し、各ソースドレイン電極3の間に開口部11を形成する。
次に、(c)に示すように、開口部11によりソースドレイン電極3と同じ高さの下部ゲート電極9を形成し、第1のレジストパターン10を除去する。
Next, as shown in (b), a first resist
Next, as shown in FIG. 3C, the
その後、(d)に示すように、各ソースドレイン電極3及び下部ゲート電極9を覆うように第1の埋め込み材4Aを塗布しキュアする。次に、(e)に示すように、第1の埋め込み材4Aをエッチバックし、ソースドレイン電極3及び下部ゲート電極9が第1の埋め込み材4Aの表面から露出するように頭出しを行う。
Thereafter, as shown in (d), the
続いて(f)に示すように、各ソースドレイン電極3上及び下部ゲート電極9上に第2のレジストパターン14を形成し、各ソースドレイン電極3及び下部ゲート電極9に対応する位置に開口部15を形成する。
Subsequently, as shown in (f), a second resist
次に、(g)に示すように、各開口部15によりソースドレイン電極3上及び下部ゲート電極9上に同じ高さの配線電極5を形成し、第2のレジストパターン14を除去する。
その後、(h)に示すように、各配線電極5を覆うように第2の埋め込み材4Bを塗布しキュアする。各配線電極5は高さが揃っているため完全に埋め込まれることになる。
Next, as shown in (g), the
Thereafter, as shown in (h), the second embedding
次に、(i)に示すように、第2の埋め込み材4Bの各ソースドレイン電極3上の配線電極5に対応する位置にコンタクトホール16を形成し、(j)に示すように、コンタクトホール16に配線層17を形成して完了する。なお、上述の説明で第1の埋め込み材4Aと第2の埋め込み材4Bは同一材料であることが望ましいが、同一でなくてもよい。
Next, as shown in (i), a
実施の形態6は上記のように構成され、第1の埋め込み材に対するエッチバックと、その上に塗布される第2の埋め込み材によって各配線電極を完全に埋め込むことができる。 The sixth embodiment is configured as described above, and each wiring electrode can be completely embedded by the etch back with respect to the first filling material and the second filling material applied thereon.
1 半導体基板、 2 ゲート電極、 3 ソースドレイン電極、 4 埋め込み材、
5 配線電極、 6 ゲート電極、 7 絶縁膜、 8 有機膜、 9 下部ゲート電極、 10 第1のレジストパターン、 11 開口部、 12 第2のレジストパターン、 13 開口部、 14 第3のレジストパターン、 15 開口部、 16 コンタクトホール、 17 配線層。
1 semiconductor substrate, 2 gate electrode, 3 source / drain electrode, 4 filling material,
5 Wiring electrode, 6 Gate electrode, 7 Insulating film, 8 Organic film, 9 Lower gate electrode, 10 First resist pattern, 11 Opening, 12 Second resist pattern, 13 Opening, 14 Third resist pattern, 15 openings, 16 contact holes, 17 wiring layers.
Claims (12)
Forming a pair of source / drain electrodes on a semiconductor substrate and performing an ohmic alloy; forming a first resist pattern on the semiconductor substrate and the source / drain electrodes; and opening portions between the source / drain electrodes. Forming a lower gate electrode having the same height as each of the source / drain electrodes through the opening, removing the first resist pattern, and covering the source / drain electrodes and the lower gate electrode. Applying and curing a first burying material, etching back the first burying material to cue each source / drain electrode and lower gate electrode, and above each source / drain electrode and lower gate A second resist pattern is formed on the electrodes and opened at positions corresponding to the source / drain electrodes and the lower gate electrode. Forming a portion, forming a wiring electrode of the same height on each of the source / drain electrodes and the lower gate electrode by the opening, removing the second resist pattern, and covering each of the wiring electrodes A step of applying and curing the second filling material, a step of forming a contact hole at a position corresponding to the wiring electrode on each source / drain electrode of the second filling material, and a wiring layer in each contact hole Forming a semiconductor device.
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