JP2655497B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特にGaAs電界効果型トランジスタ(以下Ga
As FETと記す)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波・高出力用のGaAs FETで
は、ゲート耐圧を向上させるために、動作層をエッチン
グして形成した溝内にゲート電極を形成するリセス構造
と呼ばれる構造が用いられている。
【0003】この構造で耐圧をさらに向上させるために
は、ドレイン側のゲート電極端とリセス端距離を広げて
ゲート電極をオフセットさせた非対称構造が有効である
が、ドレイン側表面空乏層の影響を受け易くなり出力特
性の劣化を招きやすいという問題がある。
【0004】そこで、特開平4−336432号公報に
記載されているように、ゲート電極を形成する領域の動
作層を更に掘込む2段リセス構造が提案されている。
【0005】図2(a)〜(e)および図3(a)〜
(c)は従来の半導体装置の製造方法の第1の例を説明
するための工程順に示した断面図である。
【0006】まず、図2(a)に示すように、半絶縁性
GaAs基板1の上に形成したn型のGaAs動作層2
の上にソース電極12およびドレイン電極13を形成
し、これらを含む表面に絶縁膜14を堆積し、絶縁膜1
4の上に形成してパターニングしたフォトレジスト膜1
5をマスクとして絶縁膜14をエッチングし開口部16
を形成する。
【0007】次に、図2(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜15および絶縁膜14をマスクとしてGaAs
動作層の表面を所定の深さにエッチングして第1のリセ
ス17を形成する。
【0008】次に、図2(c)に示すように、厚さ数1
0nmのTi膜18を斜め方向から被着してフォトレジ
スト膜15の上面および開口部16内に露出しているフ
ォトレジスト膜16,絶縁膜15および第1のリセス1
7のソース電極12側の側面を被覆する。
【0009】次に、図2(d)に示すように、Ti膜1
8をマスクとして開口部16のドレイン電極13側の絶
縁膜14をサイドエッチングする。
【0010】次に、図2(e)に示すように、Ti膜1
8を除去した後フォトレジスト膜15をマスクとしてソ
ース電極12側およびドレイン電極13側の絶縁膜14
をサイドエッチングし、ソース電極12側では狭くドレ
イン電極13側では広くGaAs動作層2の表面を非対
称に露出させる。
【0011】次に、図3(a)に示すように、フォトレ
ジスト膜15および絶縁膜14をマスクとして露出され
たGaAs動作層2の表面をエッチングし、狭くて深い
第1のリセス17と広くて浅い第2のリセス19を有す
る2段リセスを形成する。
【0012】次に、図3(b)に示すように、開口部1
6を含む表面に金属膜10を堆積する。
【0013】次に、図3(c)に示すように、リフトオ
フ法により、フォトレジスト膜15およびフォトレジス
ト膜15上の金属膜10を除去して非対称2段リセス1
7にゲート電極11を有するGaAs FETを構成す
る。
【0014】また、他の例として特開平4−20673
3号公報に記載されている非対称2段リセス構造の製造
方法も提案されている。
【0015】図4(a)〜(e)は従来の半導体装置の
製造方法の第2の例を説明するための工程順に示した断
面図である。
【0016】まず、図4(a)に示すように、半絶縁性
GaAs基板1の上に形成したn型のGaAs動作層2
の上にソース電極12およびドレイン電極13を形成し
た後、GaAs動作層2の上に第1のフォトレジスト膜
20を塗布してパターニングし、狭い第1のリセス形成
領域に対応する開口部21と広い第2のリセス形成領域
に対応するパターンを形成する。
【0017】次に、図4(b)に示すように、フォトレ
ジスト膜20を含む表面にフォトレジスト膜20とエッ
チングレートの異なる第2のフォトレジスト膜22を塗
布してパターニングし、開口部21に位置合わせした開
口部23を形成する。次に、フォトレジスト膜20,2
2をマスクとして開口部21に露出したGaAs動作層
2の表面を所定の深さにエッチングしてリセス17を形
成する。
【0018】次に、図4(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜20のみを溶解するエッチング液で除去し、G
aAs動作層2の表面を露出させる。
【0019】次に、図4(d)に示すように、フォトレ
ジスト膜22をマスクとしてリセス17を含むGaAs
動作層2の表面を所定の深さにエッチングして狭くて深
いリセス17と広くて浅いリセス19を有する2段リセ
ス構造を形成する。
【0020】次に、図4(e)に示すように、開口部2
3を含むフォトレジスト膜22の表面に金属膜10を堆
積し、開口部23直下のリセス17にゲート電極11を
形成する。
【0021】以後、リフトオフ法によりフォトレジスト
膜22およびその上に金属膜10を除去してGaAs
FETを構成する。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】この従来の半導体装置
の製造方法の第1の例では、斜め蒸着を用いてゲート開
口部の片側のみを被覆する方法を用いて非対称リセスを
形成しているが、被覆性が悪く形状制御が困難という問
題がある。また、絶縁膜のサイドエッチング量で広いリ
セスの幅が設定されるため寸法制御性も悪い。
【0023】また第2の例では、この点は改善されてお
り、リセスの寸法制御性には優れているが、ゲートリセ
スの開口部とゲート電極形成用の開口部が目合わせで形
成されるため、リセスとゲート電極の位置合わせ精度が
低下するという問題がある。また、種類の異なる2層の
レジスト膜を用いているが、露光、現像工程において完
全に選択制を得るのは困難である。
【0024】本発明の目的は、多段型非対称リセス構造
を精度良く、しかも再現性良く形成してGaAs FE
Tの特性を向上させる半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半絶縁性GaAs基板上に形成したGaAs
動作層の表面にウェットエッチング速度の異なる第1の
シリコン化合物膜と第2のシリコン化合物膜とを順次堆
積して積層した後前記第2および第1のシリコン化合
物膜を選択的に順次異方性ドライエッチングして狭い幅
の第1のリセス形成領域に対応する第1の開口部と前記
第1のリセス形成領域を含み且つ前記第1のリセス形成
領域よりも広い幅の第2のリセス形成領域に対応するパ
ターンを有するマスク層を形成する工程と、前記マスク
層を含む表面にフォトレジスト膜を塗布してパターニン
グし前記第1の開口部を含み且つ前記第1の開口部より
広い第2の開口部を該フォトレジスト膜に形成する工程
と、前記フォトレジスト膜および前記マスク層を用い前
記第1の開口部に露出した前記GaAs動作層の表面を
エッチングして第1のリセスを形成する工程と、ウェッ
トエッチングにより前記マスク層を構成する前記第1の
シリコン化合物膜をエッチングして全て除去し前記Ga
As動作層の表面を露出させる工程と、前記フォトレジ
スト膜をマスクとして露出した前記GaAs動作層の表
面をウェットエッチングして深くて狭い第1のリセスお
よび前記第1のリセスよりも浅くて広い第2のリセスを
有する多段リセスを形成する工程と、前記第1の開口部
直下の前記第1のリセスを含む前記フォトレジスト膜の
表面に金属膜を堆積した後リフトオフにより前記フォ
トレジスト膜および前記第2のシリコン化合物膜並びに
前記フォトレジスト膜上の前記金属膜を除去して前記第
1のリセスにゲート電極を形成する工程とを含んで構成
される。
【0026】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0027】図1(a)〜(e)は本発明の一実施例を
説明するための工程順に示した断面図である。
【0028】まず、図1(a)に示すように、半絶縁性
GaAs基板1上に形成したn型のGaAs動作層2の
上に厚さ200nmの酸化シリコン膜3および厚さ10
0nmの窒化シリコン膜4を順次堆積して積層し、RI
E(反応性イオンエッチング)法等の異方性ドライエッ
チングにより窒化シリコン膜4および酸化シリコン膜3
を選択的に順次エッチングしてゲート電極を形成するた
めの狭い幅の第1のリセス形成領域に対応する幅1〜2
μmの第1の開口部5とこの第1のリセス形成領域を含
み且つドレイン電極側に広い幅の領域を有する第2のリ
セス形成領域に対応するパターンを有するマスク層を形
成する。
【0029】次に、図1(b)に示すように、このマス
ク層を含む表面にフォトレジスト膜6を塗布してパター
ニングし、開口部5を含み且つ開口部5よりも広い開口
部7を形成する。次に、フォトレジスト膜6およびマス
ク層を用い、開口部5に露出するGaAs動作層2の表
面を硫酸と過酸化水素水との混合溶液により所定の深さ
にウェットエッチングしてリセス8を形成する。
【0030】次に、図1(c)に示すように、弗酸:弗
化アンモン=1:20(重量比)からなるバッファード
弗酸を用い開口部5に露出した酸化シリコン膜3をウェ
ットエッチングして除去し、窒化シリコン膜4直下のG
aAs動作層2の表面を露出させる。次に、硫酸と過酸
化水溶液との混合溶液により露出したGaAs動作層2
の表面をエッチングしてリセス8およびリセス8を含む
広い領域のリセス9からなる非対称2段リセス構造を形
成する。
【0031】次に、図1(d)に示すように、開口部5
を含む表面にアルミニウム膜等の金属膜10を500n
mの厚さに蒸着して開口部5直下のリセス8にも選択的
に金属膜10を堆積する。
【0032】次に、図1(e)に示すように、有機溶剤
によりフォトレジスト膜6およびフォトレジスト膜6の
上面の金属膜10並びに窒化シリコン膜4をリフトオフ
により除去してリセス8のゲート電極11を形成する。
次に、リセス9の外側のGaAs動作層2の上にAu−
Ge−Ni合金からなるソース電極12およびドレイン
電極13のそれぞれを形成する。
【0033】なお、酸化シリコン膜3および窒化シリコ
ン膜4からなるマスク層の窒化シリコン膜4の代りにタ
ングステンシリサイド膜等の高融点金属シリサイド膜を
使用しても良く酸化シリコン膜とのエッチング選択性を
更に高めることができるという利点がある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、動作層の
上に形成したウェットエッチングに対して選択性のある
第1と第2のシリコン化合物膜によりゲート電極形成用
の狭い第1のリセスとドレイン側に広い領域を有する第
2のリセスの相互位置精度および寸法精度を再現性良く
形成することができ、GaAs FETを制御性良く形
成できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための工程順に示
した断面図。
【図2】従来の半導体装置の製造方法の第1の例を説明
するための工程順に示した断面図。
【図3】従来の半導体装置の製造方法の第1の例を説明
するための工程順に示した断面図。
【図4】従来の半導体装置の製造方法の第2の例を説明
するための工程順に示した断面図。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 GaAs動作層 3 酸化シリコン膜 4 窒化シリコン膜 5,7,16,23 開口部 6,15,20,22 フォトレジスト膜 8,17,19 リセス 10 金属膜 11 ゲート電極 12 ソース電極 13 ドレイン電極 14 絶縁膜 18 Ti膜

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性GaAs基板上に形成したGa
    As動作層の表面にウェットエッチング速度の異なる第
    1のシリコン化合物膜と第2のシリコン化合物膜とを順
    次堆積して積層した後前記第2および第1のシリコン
    化合物膜を選択的に順次異方性ドライエッチングして狭
    い幅の第1のリセス形成領域に対応する第1の開口部と
    前記第1のリセス形成領域を含み且つ前記第1のリセス
    形成領域よりも広い幅の第2のリセス形成領域に対応す
    るパターンを有するマスク層を形成する工程と、前記マ
    スク層を含む表面にフォトレジスト膜を塗布してパター
    ニングし前記第1の開口部を含み且つ前記第1の開口部
    より広い第2の開口部を該フォトレジスト膜に形成する
    工程と、前記フォトレジスト膜および前記マスク層を用
    い前記第1の開口部に露出した前記GaAs動作層の表
    面をエッチングして第1のリセスを形成する工程と、ウ
    ェットエッチングにより前記マスク層を構成する前記第
    1のシリコン化合物膜をエッチングして全て除去し前記
    GaAs動作層の表面を露出させる工程と、前記フォト
    レジスト膜をマスクとして露出した前記GaAs動作層
    の表面をウェットエッチングして深くて狭い第1のリセ
    スおよび前記第1のリセスよりも浅くて広い第2のリセ
    スを有する多段リセスを形成する工程と、前記第1の開
    口部直下の前記第1のリセスを含む前記フォトレジスト
    膜の表面に金属膜を堆積した後リフトオフにより前記
    フォトレジスト膜および前記第2のシリコン化合物膜並
    び前記フォトレジスト膜上の前記金属膜を除去して前記
    第1のリセスにゲート電極を形成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。
  2. 【請求項2】 第1のシリコン化合物膜が酸化シリコン
    膜であり、第2のシリコン化合物膜が窒化シリコン膜又
    は高融点金属シリサイド膜からなる請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。
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