JP2643849B2 - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor integrated circuit

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JP2643849B2
JP2643849B2 JP6197159A JP19715994A JP2643849B2 JP 2643849 B2 JP2643849 B2 JP 2643849B2 JP 6197159 A JP6197159 A JP 6197159A JP 19715994 A JP19715994 A JP 19715994A JP 2643849 B2 JP2643849 B2 JP 2643849B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の分野】本発明は、半導体集積回路の製造方法
に関し、特に、しきい値電圧の異なる複数の電界効果型
トランジスタ(FET)を同一半導体基板上に集積化し
た半導体集積回路の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit in which a plurality of field effect transistors (FETs) having different threshold voltages are integrated on the same semiconductor substrate. It is about.

【0002】[0002]

【従来技術】現在、GaAsなどの化合物半導体FET
を用いた高速かつ低消費電力の半導体集積回路(LSI
を含む)の研究・開発が精力的に行われている。而し
て、特にディジタル型のこの種半導体集積回路において
は、しきい値電圧を高精度にかつ再現性よく実現できる
ことおよびしきい値電圧の差の小さいFETを形成でき
るようにすることは高速動作、誤動作の防止、消費電力
の低減化のために極めて重要なことである。
2. Description of the Related Art At present, compound semiconductor FETs such as GaAs
-Speed and low-power semiconductor integrated circuit (LSI)
) Are being actively researched and developed. In particular, in a digital type semiconductor integrated circuit of this kind, it is necessary to realize a threshold voltage with high accuracy and reproducibility and to form an FET having a small difference in threshold voltage at a high speed operation. This is extremely important for preventing malfunction and reducing power consumption.

【0003】従来、高電子移動度トランジスタ(HEM
T)においては異なるしきい値電圧を実現する手段とし
て、ゲート電極直下の電子供給層の膜厚を変化させるこ
とが行われてきた。例えば、特開昭60−116177
号や特開昭60−116178号公報には、AlGaA
sからなる電子供給層上にGaAsとAlGaAsとか
らなる多層膜を形成しておき、まずエンハンスメント型
トランジスタのゲート形成領域の半導体層を一定深さ掘
り下げ、次いでエンハンスメント型とデプリーション型
のトランジスタのゲート形成領域を同時のエッチングし
ていき、エンハンスメント型トランジスタのリセスの方
を深く形成する方法が提案されている。これらの従来例
では、GaAsとAlGaAsとのエッチングレートの
違いを利用して、両トランジスタのリセス深さの差を制
御性よくコントロールできるようにしている。
Conventionally, high electron mobility transistors (HEMs)
In T), as a means for realizing different threshold voltages, changing the film thickness of the electron supply layer immediately below the gate electrode has been performed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-116177
And Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho.
A multilayer film made of GaAs and AlGaAs is formed on an electron supply layer made of s, and a semiconductor layer in a gate formation region of an enhancement transistor is first dug down to a certain depth, and then a gate of an enhancement type transistor and a depletion type transistor is formed. A method has been proposed in which regions are simultaneously etched to form recesses of enhancement type transistors deeper. In these conventional examples, a difference in recess depth between the two transistors can be controlled with good controllability by utilizing a difference in etching rate between GaAs and AlGaAs.

【0004】[0004]

【本発明が解決しようとする課題】半導体集積回路にお
いては、論理回路の外にメモリを等他の回路を搭載する
こともありまたドライブ回路には論理回路部とは異なる
しきい値のトランジスタが必要となるなど、集積回路に
対する多様なニーズに応じるためにあるいは設計の自由
度を上げるために二つ以上の異なるしきい値のトランジ
スタを同一基板上に形成できるようにすることが求めら
れている。しかるに、上述した従来の製造方法では、二
つの異なるしきい値電圧のFETを製造することは可能
であるもののより多くの異なるしきい値電圧をもつFE
Tを集積化することは困難である。
In a semiconductor integrated circuit, other circuits such as a memory may be mounted in addition to a logic circuit, and a transistor having a threshold value different from that of the logic circuit portion is provided in a drive circuit. There is a need to be able to form two or more transistors with different threshold values on the same substrate in order to meet various needs of integrated circuits, such as the need, or to increase design flexibility. . However, in the above-described conventional manufacturing method, although it is possible to manufacture two FETs having different threshold voltages, the FE having more different threshold voltages is used.
It is difficult to integrate T.

【0005】また、上述の従来例ではGaAsとAlG
aAsなどの異なる材料に対するエッチング速度の違い
を利用しているため、これらの半導体層の表面状態の違
いによって、エッチング開始時刻と実際に半導体層がエ
ッチングされ始める時刻とが異なる場合があり、エッチ
ング深さの制御性は高くはない。このため、しきい値電
圧のばらつきが大きくなるという問題を生じていた。ま
た、従来例ではAlGaAsとGaAsの多層膜を形成
しなければならないという工程上の煩雑さがあり、さら
にAlGaAsの成膜厚さが直接しきい値の差に現れる
ため厳格な工程管理が必要となるという問題もあった。
In the above-described conventional example, GaAs and AlG
Since the difference in the etching rate for different materials such as aAs is used, the etching start time and the time when the semiconductor layer actually starts to be etched may be different due to the difference in the surface state of these semiconductor layers. Controllability is not high. For this reason, there has been a problem that the variation of the threshold voltage is increased. Further, in the conventional example, there is a complicated process in that a multilayer film of AlGaAs and GaAs must be formed, and strict process control is required because the film thickness of AlGaAs directly appears in the difference in threshold value. There was also the problem of becoming.

【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、2つ以上の異なるしきい値
電圧をもつFETを同一基板上に集積化した半導体集積
回路を、簡易な方法で製造することができるようにする
とともに、しきい値を高精度にかつ再現性よく実現でき
るようにすることである。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit in which two or more FETs having different threshold voltages are integrated on the same substrate. And a threshold value can be realized with high accuracy and high reproducibility.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、 (1)半絶縁性半導体基板上にチャネル層およびコンタ
クト層を含む半導体層を成長させその上に保護層を形成
る工程と、 (2)前記保護層およびコンタクト層を選択的にエッチ
ング除去して前記チャネル層上の複数のゲート形成領域
を露出させる工程と、 (3)前記複数のゲート形成領域の内の一部のゲート形
成領域およびその周辺部のみをマスクで覆う工程と、 (4)処理雰囲気中に曝し、マスクで覆われていないゲ
ート形成領域の表面を変質させて該領域に変質層を形成
する工程と、 (5)前記変質層を除去する工程と、 (6)前記ゲート形成領域上にそれぞれ断面形状がT字
型のショットキー障壁型ゲート電極を形成する工程と、(7)少なくともオーミック電極形成領域の前記保護層
を除去し、前記コンタクト層上にソース・ドレイン電極
となるオーミック電極を形成する工程と、 を含むことを
特徴とする半導体集積回路の製造方法、が提供される。
To achieve the above object, according to the present invention, there are provided (1) a channel layer and a contour on a semi-insulating semiconductor substrate.
Growing a semiconductor layer containing transfected layer forming a protective layer thereon
A step you, (2) selectively etching said protective layer and the contact layer
Exposing a plurality of gate formation regions on the channel layer by removing the gate; and (3) covering only a part of the plurality of gate formation regions and a peripheral portion thereof with a mask. (4) a step of exposing to a processing atmosphere to change the surface of the gate forming region not covered with the mask to form a deteriorated layer in the region; (5) removing the deteriorated layer; and (6) Forming a Schottky barrier type gate electrode having a T-shaped cross section on each of the gate formation regions; and (7) at least the protective layer in the ohmic electrode formation region
Is removed, and a source / drain electrode is formed on the contact layer.
Forming an ohmic electrode to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit.

【0008】[0008]

【作用】本発明によれば、例えば電子供給層上に複数の
ゲート形成領域が露出され、その内のマスクで覆われな
い領域の半導体表面は変質層(例えば酸化物層)に変換
され除去される。この方法によれば、除去される半導体
層の膜厚が処理雰囲気(例えばプラズマ雰囲気)律速で
あるため、その膜厚をnmオーダに正確にコントロール
することができ、またその再現性を高く維持することが
できる。したがって、本発明によれば、異なる値のしき
い値を簡単な方法で実現することができるとともに、し
きい値の差を正確にコントロールすることが可能とな
り、また、しきい値の差を小さくすることが可能とな
る。よって、本発明により、多様な回路構成上の要請に
応えることができるようになるとともに高速で低消費電
力の半導体集積回路を提供することが可能になる。
According to the present invention, for example, a plurality of gate forming regions are exposed on the electron supply layer, and the semiconductor surface in the region not covered by the mask is converted into an altered layer (eg, an oxide layer) and removed. You. According to this method, since the thickness of the semiconductor layer to be removed is determined by the processing atmosphere (for example, plasma atmosphere), the thickness can be accurately controlled on the order of nm, and its reproducibility is maintained high. be able to. Therefore, according to the present invention, different threshold values can be realized by a simple method, the difference between the threshold values can be accurately controlled, and the difference between the threshold values can be reduced. It is possible to do. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a high-speed and low-power-consumption semiconductor integrated circuit while being able to meet various circuit configuration requirements.

【0009】[0009]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 [第1の実施例]図1(a)乃至(f)は、本発明の第
1の実施例の主な製造工程段階を示す工程断面図であ
る。図1(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板1
01上に、膜厚約500nmでアンドープのGaAs層
を堆積してGaAsバッファ層102を形成し、その上
に、膜厚約15nmでアンドープのInGaAsチャネ
ル層103、ドナー密度が約2×1018cm-3で膜厚約
35nmのn型AlGaAs電子供給層104、ドナー
密度が約4×1018cm-3で膜厚約50nmのn型Ga
Asコンタクト層105をそれぞれ分子線エピタキシャ
ル(MBE)法を用いて順次成長させる。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIGS. 1A to 1F are process cross-sectional views showing main manufacturing steps of a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, a semi-insulating GaAs substrate 1
An undoped GaAs layer having a thickness of about 500 nm is deposited on the GaAs buffer layer 01 to form a GaAs buffer layer 102. An undoped InGaAs channel layer 103 having a thickness of about 15 nm and a donor density of about 2 × 10 18 cm -3 at a film thickness of about 35 nm n-type AlGaAs electron supply layer 104, donor density of about 4 × 10 18 cm -3 with a thickness of about 50 nm n-type Ga
The As contact layers 105 are sequentially grown using a molecular beam epitaxy (MBE) method.

【0010】次に、フォトレジスト(図示なし)で部分
的にマスクし、ボロンをイオン注入して素子分離領域1
06を形成する。続いて、膜厚約300nmのSiO2
膜107を熱CVD法を用いて堆積し、フォトリソグラ
フィ法によりフォトレジスト108をパターンニングし
た後、CF4 ガスを用いてSiO2 膜107のドライエ
ッチングを行い、約幅0.5μmの開口部を形成する。
Next, the mask is partially masked with a photoresist (not shown), and boron is ion-implanted to form an element isolation region 1.
06 is formed. Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of about 300 nm is formed.
After depositing the film 107 by the thermal CVD method and patterning the photoresist 108 by the photolithography method, the SiO 2 film 107 is dry-etched by using CF 4 gas to form an opening having a width of about 0.5 μm. Form.

【0011】この後、図1(b)に示すように、SiO
2 を減圧CVD法を用いて約150nmの膜厚に堆積
し、CF4 ガスを用いた異方性ドライエッチングを行っ
て、側壁酸化膜(厚さ約100nm)109を形成す
る。次に、図1(c)に示すように、BCl3 とSF6
の混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法により、
開口部の表面に露出したn型GaAsコンタクト層10
5を選択的に除去し、n型AlGaAs電子供給層10
4を表面に露出させる開口110および111を形成す
る。この段階で第1のしきい値電圧が決定される。
Thereafter, as shown in FIG.
2 is deposited to a thickness of about 150 nm using a low pressure CVD method, and anisotropic dry etching using CF 4 gas is performed to form a sidewall oxide film (thickness about 100 nm) 109. Next, as shown in FIG. 1C, BCl 3 and SF 6
By reactive ion etching using a mixed gas of
N-type GaAs contact layer 10 exposed on the surface of the opening
5 is selectively removed to form an n-type AlGaAs electron supply layer 10.
Openings 110 and 111 for exposing 4 to the surface are formed. At this stage, the first threshold voltage is determined.

【0012】次に、図1(d)に示すように、第1のし
きい値電圧に設定すべきFETのゲート形成領域をフォ
トレジスト112でマスクする。その後、酸素プラズマ
中に一定時間、例えば約20分間放置し、一部のゲート
形成領域において表面に露出したn型AlGaAs電子
供給層104の表面を酸化させ、薄い変質層を形成す
る。この場合、フォトレジスト112が酸素プラズマに
よって、完全に灰化除去されないように条件を設定する
必要がある。次に、塩酸に浸漬してこの変質層を除去す
る。この段階で第2のしきい値電圧が決定される。
Next, as shown in FIG. 1D, a gate forming region of the FET to be set to the first threshold voltage is masked with a photoresist 112. Thereafter, the surface of the n-type AlGaAs electron supply layer 104 exposed on the surface in a part of the gate formation region is oxidized by leaving the substrate in oxygen plasma for a certain period of time, for example, about 20 minutes to form a thin altered layer. In this case, it is necessary to set conditions so that the photoresist 112 is not completely ashed and removed by oxygen plasma. Next, the altered layer is removed by immersion in hydrochloric acid. At this stage, the second threshold voltage is determined.

【0013】続いて、第3のしきい値電圧をもつFET
を形成するために、第1、第2のしきい値電圧のFET
のゲート領域をフォトレジスト(図示なし)によってマ
スクし、変質層を形成してこれを除去し、さらに、第4
のしきい値電圧をもつFETを形成するために、第1、
第2および第3のしきい値電圧のFETのゲート領域を
フォトレジスト(図示なし)によってマスクし、変質層
を形成してこれを除去する。
Subsequently, an FET having a third threshold voltage
FETs with first and second threshold voltages to form
Is masked with a photoresist (not shown) to form an altered layer and remove it.
In order to form an FET having a threshold voltage of
The gate regions of the FETs having the second and third threshold voltages are masked with a photoresist (not shown) to form an altered layer and remove it.

【0014】次に、図1(e)に示すように、ゲート電
極用金属膜として、WSi膜113およびTi/Pt/
Au多層膜114をスパッタ法で堆積し、フォトレジス
トマスクを用いてパターニングしてゲート電極を形成す
る。次に、図1(f)に示すように、フォトレジストを
マスクにして、AuGe/Ni/Au多層膜115を蒸
着し、リフトオフした後、アロイ化処理を行って、オー
ミック電極であるソース電極およびドレイン電極を形成
する。
Next, as shown in FIG. 1E, a WSi film 113 and a Ti / Pt /
An Au multilayer film 114 is deposited by a sputtering method, and is patterned using a photoresist mask to form a gate electrode. Next, as shown in FIG. 1F, an AuGe / Ni / Au multilayer film 115 is deposited using a photoresist as a mask, lift-off is performed, and an alloying process is performed. A drain electrode is formed.

【0015】本実施例により、−0.4V、−0.15
V、+0.1V、+0.35Vという4つの異なるしき
い値電圧のFETが得られた。また、各々の標準偏差
も、ゲート長が約0.3μmと微細であるにも拘らず、
10から20mVと非常に小さく、その再現性が高いこ
とが分かった。
According to this embodiment, -0.4 V, -0.15
FETs with four different threshold voltages of V, + 0.1V and + 0.35V were obtained. In addition, each standard deviation, despite the fact that the gate length is as fine as about 0.3 μm,
It was very small, 10 to 20 mV, and it was found that the reproducibility was high.

【0016】[第2の実施例]次に、図2を参照して本
発明の第2の実施例について説明する。図2(a)乃至
(f)は、本発明の第2の実施例の主な製造工程を順に
示した工程断面図である。まず、図2(a)に示すよう
に、半絶縁性InP基板201上に、膜厚約500nm
でアンドープのAlInAsバッファ層202、膜厚約
50nmでアンドープのInGaAsチャネル層20
3、ドナー密度が約3×1018cm-3で膜厚約20nm
のn型AlInAs層と膜厚約15nmでアンドープの
AlInAs層との2層膜からなるAlInAs電子供
給層204、ドナー密度が約6×1018cm-3で膜厚約
50nmのn型InGaAsコンタクト層205を、そ
れぞれ分子線エピタキシャル法を用いて順次成長させ
る。
[Second Embodiment] Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 2A to 2F are process cross-sectional views sequentially showing main manufacturing steps of the second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a film thickness of about 500 nm is formed on a semi-insulating InP substrate 201.
Undoped AlInAs buffer layer 202 and undoped InGaAs channel layer 20 having a thickness of about 50 nm.
3. A donor density of about 3 × 10 18 cm -3 and a film thickness of about 20 nm
AlInAs electron supply layer 204 composed of a two-layer film of an n-type AlInAs layer having a thickness of about 15 nm and an undoped AlInAs layer, an n-type InGaAs contact layer having a donor density of about 6 × 10 18 cm -3 and a thickness of about 50 nm 205 are sequentially grown using molecular beam epitaxy.

【0017】続いて、フォトレジスト(図示なし)で部
分的にマスクし、酸素をイオン注入して素子分離領域2
06を形成し、その後、膜厚約300nmのSiN膜2
07をプラズマCVD法により堆積する。次いで、フォ
トリソグラフィ法を用いてフォトレジスト208をパタ
ーンニングした後、CF4 とSF6 の混合ガスを用いて
SiN膜207のドライエッチングを行い、幅約0.5
μmの開口部を形成する。
Subsequently, the element isolation region 2 is partially masked with a photoresist (not shown) and ion-implanted with oxygen.
06 and then a SiN film 2 having a thickness of about 300 nm
07 is deposited by a plasma CVD method. Next, after patterning the photoresist 208 using a photolithography method, the SiN film 207 is dry-etched using a mixed gas of CF 4 and SF 6 to have a width of about 0.5.
An opening of μm is formed.

【0018】その後、図2(b)に示すように、SiO
2 を減圧CVD法を用いて約150nmの膜厚に堆積
し、CF4 ガスを用いてSiO2 膜の異方性ドライエッ
チングを行って、膜厚約100nmの側壁酸化膜209
を形成する。次に、図2(c)に示すように、Cl2
Heの混合ガスを用いた反応性イオンエッチング法によ
り、開口部の表面に露出したn型InGaAsコンタク
ト層205を選択的に除去し、AlInAs電子供給層
204のアンドープ層の表面を露出させる開口210お
よび211を形成する。この段階で第1のしきい値電圧
が決定される。
Thereafter, as shown in FIG.
2 is deposited to a thickness of about 150 nm using a low pressure CVD method, and an anisotropic dry etching of the SiO 2 film is performed using a CF 4 gas to form a sidewall oxide film 209 having a thickness of about 100 nm.
To form Next, as shown in FIG. 2C, the n-type InGaAs contact layer 205 exposed on the surface of the opening is selectively removed by a reactive ion etching method using a mixed gas of Cl 2 and He. Openings 210 and 211 for exposing the surface of the undoped layer of the AlInAs electron supply layer 204 are formed. At this stage, the first threshold voltage is determined.

【0019】次に、図2(d)に示すように、第1のし
きい値電圧に設定すべきFETのゲート領域をフォトレ
ジスト212でマスクする。その後、CCl22 ガス
のプラズマ中に一定時間、例えば約10分間放置し、一
部のゲート形成領域において表面に露出したAlInA
s電子供給層204の表面を弗化させ、薄い変質層を形
成する。次に、緩衝HF液に浸漬し、この変質層を除去
する。この段階で第2のしきい値電圧が決定される。
Next, as shown in FIG. 2D, the gate region of the FET to be set to the first threshold voltage is masked with a photoresist 212. Thereafter, the substrate is left in a plasma of CCl 2 F 2 gas for a certain period of time, for example, about 10 minutes, and the AlInA exposed on the surface in a part of the gate formation region
The surface of the s-electron supply layer 204 is fluorinated to form a thin altered layer. Next, it is immersed in a buffered HF solution to remove the altered layer. At this stage, the second threshold voltage is determined.

【0020】次に、第3のしきい値電圧をもつFETを
形成するために、第1、第2のしきい値電圧のFETの
ゲート領域をフォトレジスト(図示なし)にてマスク
し、さらに上記の条件で変質層を形成し、これを除去す
る。次に、図2(e)に示すように、ゲート電極用金属
膜として、WSi膜213およびTi/Pt/Au多層
膜214をスパッタ法で堆積し、フォトレジストマスク
を用いてゲート電極に加工する。続いて、図2(f)に
示すように、フォトレジストをマスクにして、AuGe
/Ni/Au多層膜215を蒸着し、リフトオフした
後、アロイ化処理を行って、オーミック電極であるソー
ス電極およびドレイン電極を形成する。
Next, in order to form an FET having a third threshold voltage, the gate regions of the FETs having the first and second threshold voltages are masked with a photoresist (not shown). An altered layer is formed under the above conditions, and is removed. Next, as shown in FIG. 2E, a WSi film 213 and a Ti / Pt / Au multilayer film 214 are deposited as a metal film for the gate electrode by a sputtering method, and processed into a gate electrode using a photoresist mask. . Subsequently, as shown in FIG. 2F, AuGe is
After the / Ni / Au multilayer film 215 is deposited and lifted off, an alloying process is performed to form a source electrode and a drain electrode which are ohmic electrodes.

【0021】本実施例により形成された半導体集積回路
においては、−0.4V、−0.1V、+0.2Vとい
う3つの異なるしきい値電圧のFETが得られた。ま
た、各々の標準偏差も、ゲート長が約0.3μmと微細
であるにも拘らず、10から20mVと非常に小さく、
均一性に優れていることが分かった。
In the semiconductor integrated circuit formed by this embodiment, three different threshold voltages of -0.4 V, -0.1 V and +0.2 V were obtained. Also, each standard deviation is very small, 10 to 20 mV, despite the gate length being as fine as about 0.3 μm.
It was found that the uniformity was excellent.

【0022】[第3の実施例]次に、図3を参照して本
発明の第3の実施例について説明する。本実施例は、M
ISFETを有する半導体集積回路に関するものであ
る。図3(a)乃至(f)は、本発明の第3の実施例の
主な製造工程を順に示した工程断面図である。
[Third Embodiment] Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, M
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having an ISFET. 3A to 3F are process cross-sectional views sequentially showing main manufacturing steps of the third embodiment of the present invention.

【0023】まず、図3(a)に示すように、半絶縁性
Si基板301上に、膜厚約500nmでアンドープの
第1GaAsバッファ層302a、膜厚約2nmでアン
ドープのGaAs層と膜厚約2nmでアンドープのAl
GaAs層とを交互に成長させた合計膜厚約400nm
のGaAs/AlGaAsバッファ層302b、膜厚約
50nmでアンドープの第2GaAsバッファ層302
c、ドナー密度が約3×1018cm-3で膜厚約10nm
のn型GaAsチャネル層303、膜厚約30nmでア
ンドープのAlGaAs高抵抗層304、ドナー密度が
約5×1018cm-3で膜厚約50nmのn型GaAsコ
ンタクト層305を、それぞれ分子線エピタキシャル法
を用いて順次成長させる。
First, as shown in FIG. 3A, an undoped first GaAs buffer layer 302a having a thickness of about 500 nm and an undoped GaAs layer having a thickness of about 2 nm are formed on a semi-insulating Si substrate 301. 2 nm undoped Al
A total film thickness of about 400 nm formed by alternately growing GaAs layers
GaAs / AlGaAs buffer layer 302b of about 50 nm in thickness and undoped second GaAs buffer layer 302b
c, the donor density is about 3 × 10 18 cm -3 and the film thickness is about 10 nm
An n-type GaAs channel layer 303, an undoped AlGaAs high-resistance layer 304 having a thickness of about 30 nm, and an n-type GaAs contact layer 305 having a donor density of about 5 × 10 18 cm -3 and a thickness of about 50 nm, respectively. It grows sequentially using the method.

【0024】次に、フォトレジスト(図示なし)で部分
的にマスクし、酸素をイオン注入して素子分離領域30
6を形成し、その後、膜厚約300nmのSiON膜3
07をプラズマCVD法により堆積する。続いて、フォ
トリソグラフィ法を用いてフォトレジスト308をパタ
ーンニングした後、CF4 とSF6 の混合ガスを用いて
SiON膜307のドライエッチングを行い、幅約0.
5μmの開口部を形成する。
Next, the element isolation region 30 is partially masked with a photoresist (not shown) and ion-implanted with oxygen.
6 and then a SiON film 3 having a thickness of about 300 nm
07 is deposited by a plasma CVD method. Subsequently, after patterning the photoresist 308 using a photolithography method, the SiON film 307 is dry-etched using a mixed gas of CF 4 and SF 6 to have a width of about 0.3 mm.
An opening of 5 μm is formed.

【0025】次いで 図3(b)に示すように、SiO
2 を減圧CVD法を用いて約150nmの膜厚に堆積
し、CF4 ガスを用いてこのSiO2 膜の異方性ドライ
エッチングを行い、膜厚約100nmの側壁酸化膜30
9を形成する。次に、図3(c)に示すように、CCl
22 とHeとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチ
ング法により、開口部の表面に露出したn型GaAsコ
ンタクト層305を選択的に除去し、AlGaAs高抵
抗層304の表面を露出させた開口310および311
を形成する。この段階で第1のしきい値電圧が決定され
る。
Next, as shown in FIG.
2 is deposited to a thickness of about 150 nm using a low pressure CVD method, and the SiO 2 film is anisotropically dry-etched using CF 4 gas to form a sidewall oxide film 30 having a thickness of about 100 nm.
9 is formed. Next, as shown in FIG.
The n-type GaAs contact layer 305 exposed on the surface of the opening was selectively removed by a reactive ion etching method using a mixed gas of 2 F 2 and He, thereby exposing the surface of the AlGaAs high resistance layer 304. Openings 310 and 311
To form At this stage, the first threshold voltage is determined.

【0026】次に、図3(d)に示すように、第1のし
きい値電圧に設定すべきFETのゲート形成領域をフォ
トレジスト312でマスクする。その後、N2 Oガスの
プラズマ中に一定時間、例えば約10分間放置し、一部
のゲート形成領域において露出したAlGaAs高抵抗
層304の表面を窒化あるいは酸化させ、薄い変質層を
形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, a gate forming region of the FET to be set to the first threshold voltage is masked with a photoresist 312. After that, the surface of the AlGaAs high resistance layer 304 exposed in a part of the gate formation region is nitrided or oxidized by being left in a plasma of N 2 O gas for a predetermined time, for example, about 10 minutes, to form a thin altered layer.

【0027】次に、酸性の電解イオン水に浸漬し、この
変質層を除去する。この場合、微量の酸性液をイオン水
に添加したものであってもよい。この段階で第2のしき
い値電圧が決定される。次に、第3のしきい値電圧をも
つFETを形成するために、第1、第2のしきい値電圧
のFETのゲート領域をフォトレジスト(図示なし)に
てマスクし、さらに上記の条件で変質層を形成し、これ
を除去する。
Next, the altered layer is immersed in acidic electrolytic ionized water to remove the altered layer. In this case, a small amount of an acidic liquid may be added to the ionic water. At this stage, the second threshold voltage is determined. Next, in order to form an FET having a third threshold voltage, the gate regions of the FETs having the first and second threshold voltages are masked with a photoresist (not shown). To form an altered layer and remove it.

【0028】次に、図3(e)に示すように、ゲート電
極用金属膜として、WSi膜313およびTi/Pt/
Au多層膜314をスパッタ法で堆積し、フォトレジス
トマスクを用いて加工する。続いて、図3(f)に示す
ように、フォトレジストをマスクにして、AuGe/N
i/Au多層膜315を蒸着し、リフトオフした後、ア
ロイ化処理を行って、オーミック電極であるソース電極
およびドレイン電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 3E, a WSi film 313 and a Ti / Pt /
An Au multilayer film 314 is deposited by a sputtering method and processed using a photoresist mask. Subsequently, as shown in FIG. 3 (f), the AuGe / N
After the i / Au multilayer film 315 is deposited and lifted off, an alloying process is performed to form a source electrode and a drain electrode which are ohmic electrodes.

【0029】本実施例により形成された半導体集積回路
においては、−0.4V、−0.1V、+0.2Vとい
う3つの異なるしきい値電圧のFETが得られた。ま
た、各々の標準偏差も、ゲート長が約0.3μmと微細
であるにも拘らず、10から20mVと非常に小さく、
均一性に優れていた。なお、本実施例においては、変質
層除去に酸性の電解イオン水を用いたが、変質層によっ
てはアルカリ性の電解イオン水が有効な場合もある。
In the semiconductor integrated circuit formed by this embodiment, three different threshold voltages of -0.4 V, -0.1 V, and +0.2 V were obtained. Also, each standard deviation is very small, 10 to 20 mV, despite the gate length being as fine as about 0.3 μm.
The uniformity was excellent. In this embodiment, acidic electrolytic ionized water is used for removing the deteriorated layer. However, alkaline electrolytic ionized water may be effective depending on the deteriorated layer.

【0030】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、各種
の変更が可能である。例えば、半導体材料としてGaS
b、InSb、InAs、AlSb、GaInP等他の
材料を用いることができ、半導体層の形成方法として分
子線エピタキシャル法に代えて、液相成長法、有機金属
気相成長法、原子層成長法等を用いることができる。ま
た、ドーピング手段として単原子層(δ)ドーピング等
のドーピング方法あるいはこの方法によるドーピング領
域を持つ構造を採用することもできる。また、チャネル
層をイオン注入法や拡散法等のエピタキシャル成長法以
外の方法により形成するようにしてもよい。また、本発
明は、MES型のFETや正孔チャネルのFETについ
ても適用が可能なものである。
While the preferred embodiment has been described above,
The present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. For example, GaS is used as a semiconductor material.
Other materials such as b, InSb, InAs, AlSb, and GaInP can be used. As a method of forming a semiconductor layer, a liquid phase growth method, an organic metal vapor phase growth method, an atomic layer growth method, or the like is used instead of the molecular beam epitaxy method. Can be used. Further, as the doping means, a doping method such as monoatomic layer (δ) doping or a structure having a doping region by this method can be adopted. Further, the channel layer may be formed by a method other than the epitaxial growth method such as an ion implantation method or a diffusion method. The present invention is also applicable to MES type FETs and hole channel FETs.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体集積回路の製造方法は、複数のゲート形成領域の表面
を露出させ、一部のゲート形成領域をマスクした後、処
理雰囲気中で処理してマスクされていないゲート形成領
域の表面を変質層に変換しこれを除去するものであるの
で、2つ以上の異なるしきい値電圧を有するFETを含
む半導体集積回路を容易に形成することができるように
なる。また、本発明によれば、ゲート形成領域の除去さ
れる半導体層の膜厚を正確にかつ再現性よく制御するこ
とができるので、各トランジスタのしきい値の精度と再
現性を向上させることができる。
As described above, in the method of manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention, after exposing the surfaces of a plurality of gate formation regions and masking some of the gate formation regions, the process is performed in a processing atmosphere. Since the surface of the gate forming region which is not masked is converted into an altered layer and removed, the semiconductor integrated circuit including FETs having two or more different threshold voltages can be easily formed. Become like Further, according to the present invention, since the thickness of the semiconductor layer to be removed from the gate formation region can be controlled accurately and with good reproducibility, the accuracy and reproducibility of the threshold value of each transistor can be improved. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の主要製造工程を順に示
した工程断面図。
FIG. 1 is a process sectional view sequentially showing main manufacturing steps of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の主要製造工程を順に示
した工程断面図。
FIG. 2 is a process sectional view sequentially showing main manufacturing steps of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の主要製造工程を順に示
した工程断面図。
FIG. 3 is a process sectional view sequentially showing main manufacturing steps of a third embodiment of the present invention.

【符合の説明】[Description of sign]

101 半絶縁性GaAs基板 201 半絶縁性InP基板 301 半絶縁性Si基板 102 GaAsバッファ層 202 AlInAsバッファ層 302a 第1GaAsバッファ層 302b GaAs/AlGaAsバッファ層 302c 第2GaAsバッファ層 103、203 InGaAsチャネル層 303 n型GaAsチャネル層 104 n型AlGaAs電子供給層 204 AlInAs電子供給層 304 AlGaAs高抵抗層 105、305 n型GaAsコンタクト層 205 n型InGaAsコンタクト層 106、206、306 素子分離領域 107 SiO2 膜 207 SiN膜 307 SiON膜 108、112、208、212、308、312 フ
ォトレジスト 109、209、309 側壁酸化膜 110、111、210、211、310、311 開
口 113、213、313 WSi膜 114、214、314 Ti/Pt/Au多層膜 115、215、315 AuGe/Ni/Au多層膜
101 semi-insulating GaAs substrate 201 semi-insulating InP substrate 301 semi-insulating Si substrate 102 GaAs buffer layer 202 AlInAs buffer layer 302a first GaAs buffer layer 302b GaAs / AlGaAs buffer layer 302c second GaAs buffer layer 103, 203 InGaAs channel layer 303n -Type GaAs channel layer 104 n-type AlGaAs electron supply layer 204 AlInAs electron supply layer 304 AlGaAs high resistance layer 105, 305 n-type GaAs contact layer 205 n-type InGaAs contact layer 106, 206, 306 Device isolation region 107 SiO 2 film 207 SiN film 307 SiON film 108, 112, 208, 212, 308, 312 Photoresist 109, 209, 309 Side wall oxide film 110, 111, 21 , 211,310,311 openings 113, 213, 313 WSi film 114,214,314 Ti / Pt / Au multilayer 115,215,315 AuGe / Ni / Au multilayer film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (1)半絶縁性半導体基板上にチャネル
およびコンタクト層を含む半導体層を成長させその上
に保護層を形成する工程と、 (2)前記保護層およびコンタクト層を選択的にエッチ
ング除去して前記チャネル層上の複数のゲート形成領域
を露出させる工程と、 (3)前記複数のゲート形成領域の内の一部のゲート形
成領域およびその周辺部のみをマスクで覆う工程と、 (4)処理雰囲気中に曝し、マスクで覆われていないゲ
ート形成領域の表面を変質させて該領域に変質層を形成
する工程と、 (5)前記変質層を除去する工程と、 (6)前記ゲート形成領域上にそれぞれ断面形状がT字
型のショットキー障壁型ゲート電極を形成する工程と、(7)少なくともオーミック電極形成領域の前記保護層
を除去し、前記コンタクト層上にソース・ドレイン電極
となるオーミック電極を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体集積回路の製造方法。
1. A (1) thereon is grown semiconductor layer including a channel layer and a contact layer on a semi-insulating semiconductor substrate
Selectively etching the steps that form a protective layer, the protective layer and the contact layer (2) to
Exposing a plurality of gate formation regions on the channel layer by removing the gate; and (3) covering only a part of the plurality of gate formation regions and a peripheral portion thereof with a mask. (4) a step of exposing to a processing atmosphere to change the surface of the gate forming region not covered with the mask to form a deteriorated layer in the region; (5) removing the deteriorated layer; and (6) Each of the gate forming regions has a T-shaped cross section.
Forming a type of Schottky barrier gate electrode, (7) at least the protective layer of the ohmic electrode formation region
Is removed, and a source / drain electrode is formed on the contact layer.
Forming an ohmic electrode to be a semiconductor integrated circuit.
【請求項2】 前記第(3)から前記第(5)に至る各
工程が複数回繰り返し行われることを特徴とする請求項
1記載の半導体集積回路の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein each of the steps (3) to (5) is repeated a plurality of times.
【請求項3】 前記ゲート形成領域が前記チャネル層上
に形成された電子供給層上または高抵抗層上に設定され
ていることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路
の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the gate forming region is set on an electron supply layer or a high resistance layer formed on the channel layer.
【請求項4】 前記第(4)の工程における処理雰囲気
が、酸素、窒素またはハロゲン元素の中の一種または複
数種を含むプラズマ雰囲気であることを特徴とする請求
項1記載の半導体集積回路の製造方法。
4. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the processing atmosphere in the step (4) is a plasma atmosphere containing one or more of oxygen, nitrogen and halogen elements. Production method.
【請求項5】 前記第(5)の工程において、電解イオ
ン水を用いて前記変質層を除去することを特徴とする請
求項1記載の半導体集積回路の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein, in the step (5), the altered layer is removed using electrolytic ion water.
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