JP2785334B2 - 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】 〔概 要〕 半導体装置、特に側壁埋め込み構造をなし断面幅が上
方で広がっているショットキゲート電極を有し、側壁埋
め込みに用いた絶縁膜を除去してゲート電極直下の寄生
容量を低減させたFETの製造方法に関し、 上記絶縁膜の除去の際に、ゲート電極と接合する半導
体層を露出させないようにしてFETの特性劣化を防ぎな
がら、該絶縁膜を十分に除去し得るようにすることを目
的とし、 基板上の第1半導体層上の第2半導体層の上に、第2
半導体層を露出させた第1溝を有する第1絶縁膜を形成
する工程と、第1溝をエッチング窓にして、第2半導体
層に第1溝よりも幅広で第1半導体層を露出させる第2
溝を形成する工程と、第1溝から第2溝に至る第1絶縁
膜下面を除き第1半導体層の露出面を含む表面を覆う第
2絶縁膜を第1絶縁膜と異なる材料で形成した後、上記
溝の領域を含む第1絶縁膜上に、該溝に沿い底面が該溝
の中心部に位置する凹部を有する第3絶縁膜を第1絶縁
膜と同じ材料で形成する工程と、第3絶縁膜から第1絶
縁膜に達するまでエッチバックして、第2半導体層を露
出させることなく上記凹部の底面に第1半導体層を露出
させる工程と、上記エッチバックした面上に、第1半導
体層とショットキ接合する導電体層を形成し、それをパ
ターニングしてショットキゲート電極を形成する工程
と、上記ゲート電極と第2半導体層の間に介在する第3
絶縁膜を第1絶縁膜と共に除去して、第1半導体層に接
している第2絶縁膜を残存させる工程とを有して、第2
半導体層上にソース/ドレイン電極を有するFETを形成
するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、側壁
埋め込み構造をなして断面幅が上方で広がっているショ
ットキゲート電極を有し、側壁埋め込みに用いた絶縁膜
を除去してゲート電極直下の寄生容量を低減させたFET
の製造方法に関する。
上記FETは、化合物半導体を用いたFETやHEMTなどがあ
り、性能向上のために、ゲート電極に側壁埋め込み構造
を採用してゲート長を例えば0.25μmといったように微
細化し、ゲート電極の断面形状を幅が上方で広がってい
るT字型やマッシュルーム型にしてゲート長の微細化に
よるゲート抵抗の増大を緩和し、更に、側壁埋め込みに
用いた絶縁膜を除去してゲート電極直下におけるショッ
トキ接合部容量以外の寄生容量を低減させたものであ
る。
このFETの製造では、特性の劣化を防ぐために、上記
絶縁膜の除去の際にゲート電極と接合する半導体層を露
出させないようにすることが必要である。
〔従来の技術〕
第2図(a)〜(d)は、上述したFETを製造する従
来例の工程を説明する側断面図である。
同図において、この従来例はHEMTの一例をを例にとっ
た場合であり、完成状態が(d)に示され、1は表面が
I−GaAsの基板、2は二次元電子供給層となるn+AlGaAs
層、3はコンタクト層となるn+GaAs層、4はAlGaAs層2
にショットキ接合するショットキゲート電極、5はAlGa
As層2を露出させないようにしている絶縁膜、6はソー
ス/ドレイン電極、である。そして製造工程は次のよう
である。
即ち、先ず(a)を参照して、基板1上にAlGaAs層2
とGaAs層3を順次成長した後、SiO2絶縁膜7を堆積し、
絶縁膜7及びGaAs層3をパターニングしてAlGaAs層2を
露出させる溝8を形成し、更に、SiO2絶縁膜9を堆積す
る。絶縁膜9は、溝8に沿い底面が溝8の中心部に位置
する凹部10を有するものとなる。
次いで(b)を参照して、絶縁膜9から絶縁膜7に達
するまでエッチバックして、GaAs層3を露出させること
なく凹部10の底面にAlGaAs層2を露出させる。
次いで(c)を参照して、エッチバックした面上に、
AlGaAs層2とショットキ接合する導電体層ここではWSi
(下層)+Au(上層)の2層構成にした導電体層を形成
し、それをパターニングして断面幅が上方で広がってい
るゲート電極4を形成する。
次いで(d)を参照して、ゲート電極4とGaAs層3の
間に介在して側壁埋め込みに用いた絶縁膜9を、その途
中までゲート電極4の両脇から絶縁膜7と共にウエット
エッチングにより除去し、露出したGaAs層3上にソース
/ドレイン電極を形成してHEMTを完成させる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の工程で絶縁膜7の除去と共に行う絶縁膜9の除
去は、ゲート電極直下におけるショットキ接合部容量以
外の寄生容量を低減させるためであるが、その低減を最
大限にするために絶縁膜9を全て除去すると、ゲート電
極4と接合するAlGaAs層2が露出して表面変成などによ
るHEMTの特性劣化を招くので、エッチングを途中で止め
て絶縁膜9の一部を絶縁膜5として残存させてその劣化
を防いでいる。従ってこのエッチングイの途中停止は、
エッチングストッパなしに停止時点を定めるものとなっ
ている。
このために従来の製造方法では、ゲート電極4直下の
寄生容量が十分に低減するように絶縁膜5が薄くなるま
で絶縁膜9を十分に除去することが困難であり、然も、
エッチングの停止箇所が変動すれば、ゲート電極4直下
の容量がばらつく問題がある。
そこで本発明は、側壁埋め込み構造をなし断面幅が上
方で広がっているショットキゲート電極を有し、側壁埋
め込みに用いた絶縁膜を除去してゲート電極直下の寄生
容量を低減させたFETの製造方法において、上記絶縁膜
の除去の際に、ゲート電極と接合する半導体層を露出さ
せないようにしてFETの特性劣化を防ぎながら、該絶縁
膜を十分に除去し得るようにすることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、基板上の第1半導体層上の第2半導体層
の上に、第2半導体層を露出させた第1溝を有する第1
絶縁膜を形成する工程と、 第1溝をエッチング窓にして、第2半導体層に第1溝
よりも幅広で第1半導体層を露出させる第2溝を形成す
る工程と、 第1溝から第2溝に至る第1絶縁膜下面を除き第1半
導体層の露出面を含む表面を覆う第2絶縁膜を第1絶縁
膜と異なる材料で形成した後、上記溝の領域を含む第1
絶縁膜上に、該溝に沿い底面が該溝の中心部に位置する
凹部を有する第3絶縁膜を第1絶縁膜と同じ材料で形成
する工程と、 第3絶縁膜から第1絶縁膜に達するまでエッチバック
して、第2半導体層を露出させることなく上記凹部の底
面に第1半導体層を露出させる工程と、 上記エッチバックした面上に、第1半導体層とショッ
トキ接合する導電体層を形成し、それをパターニングし
てショットキゲート電極を形成する工程と、 上記ゲート電極と第2半導体層の間に介在する第3絶
縁膜を第1絶縁膜と共に除去して、第1半導体層に接し
ている第2絶縁膜を残存させる工程とを有して、 第2半導体層上にソース/ドレイン電極を有するFET
を形成する本発明の製造方法によって達成される。
〔作 用〕
上記ゲート電極と第2半導体層の間に介在する第3絶
縁膜が側壁埋め込みに用いた絶縁膜(従来側の絶縁膜
9)となるが、この第3絶縁膜は、上記第1溝から第2
溝に至る第1絶縁膜下面の部分を通して同一材料の第1
絶縁膜(従来例の絶縁膜7)と連通しており、然も、ゲ
ート電極と接合する第1半導体層との間に第2絶縁膜が
介在している。
従って、側壁埋め込みに用いた第3絶縁膜は、ウエッ
トエッチングにより第1絶縁膜の除去と共に除去するこ
とができ、然も、第2絶縁膜をエッチングストッパにす
れば第2絶縁膜が第1半導体層上に残存して、第3絶縁
膜を余すことなく除去しても第1半導体層が露出しな
い。
このことから、本発明の製造方法によれば、側壁埋め
込みに用いた絶縁膜を除去する際に、ゲート電極と接合
する半導体層を露出させないようにしてFETの特性劣化
を防ぎながら、該絶縁膜を十分に除去し得るようにな
り、ゲート電極直下の寄生容量が十分に低減してFETの
特性を向上させ、同時にゲート電極直下の容量のばらつ
きが減少して特性のばらつきを少なくさせる。
〔実施例〕
以下本発明による製造方法の実施例について第1図
(a)〜(f)の側断面図を用いて説明する。全図を通
し同一符号は同一対象物を示す。
この実施例は、従来例で説明したHEMTに本発明を適用
したものである。
即ち第1図においてい、先ず(a)を参照して、基板
1上にAlGaAs層2(前述の第1半導体層)とGaAs層3
(前述の第2半導体層)を順次成長した後、SiO2絶縁膜
7(前述の第1絶縁膜)を堆積し、絶縁膜7をパターニ
ングして従来例の溝8の位置にGaAs層2を露出させる溝
8a(前述の第1溝)を形成する。溝8aの幅は溝8よりも
若干狭くする。
次いで(b)を参照して、溝8aをエッチング窓にし
て、GaAs層3に溝8aよりも幅広でAlGaAs層2を露出させ
る溝8b(前述の第2溝)を形成する。溝落8bの幅は従来
例の溝8とほぼ等しくなるようにする。このエッチング
は、異方性と等方性を併せ持つRIEによって行うことが
できる。
次いで(c)を参照して、溝8aから溝8bに至る絶縁膜
7下面を除きAlGaAs層2の露出面に含む表面に、AlGaAs
層2の表面保護になり得てなるべく薄い厚さ例えば200
ÅのSi3N4絶縁膜11(前述の第2絶縁膜)を堆積し、そ
の後、SiO2絶縁膜9(前述の第3絶縁膜)を堆積する。
絶縁膜11が極めて薄いことから、絶縁膜9は、絶縁膜11
に影響されることなく従来例と同様に、溝8a,8bに沿い
底面がその溝の中心部に位置する凹部10を有するものと
なる。また、絶縁膜9は、溝8aから溝8bに至る絶縁膜7
下面の部分を通して同一材料の絶縁膜7と連通し、且
つ、AlGaAs層2との間に絶縁膜11が介在している。
次いで(d)を参照して、従来例と同様に、絶縁膜9
から絶縁膜7に達するまでエッチバックして、GaAs層3
を露出させることなく凹部10の底面にAlGaAs層2を露出
させる。絶縁膜9は溝8aと8bの内部のみに残り、絶縁膜
11は、溝8b内のものがそのままであり、絶縁膜7に接し
ているものが上面の全部と側面の上側部が除去される。
次いで(e)を参照して、従来例と同様に、エッチバ
ックした面上に、AlGaAs層2とショットキ接合する導電
体層〔WSi(下層)+Au(上層)の2層構成〕を形成
し、それをパターニングして断面幅が上方で広がってい
るゲート電極4を形成する。
次いで(f)を参照して、ゲート電極4とGaAs層3の
間に介在して側壁埋め込みに用いた絶縁膜9を、HF溶液
を用いたウエットエッチングによりゲート電極4の両脇
から絶縁膜7と共に余すことなく除去し、露出したGaAs
層3上にソース/ドレイン電極を形成してHEMTを完成さ
せる。このエッチングでは、溝8内b内の絶縁膜11はエ
ッチングストッパとなってAlGaAs層2上に残存し、絶縁
膜7側面の絶縁膜11は絶縁膜7及び9と共に除去され
る。このために、絶縁膜9を余すことなく除去してもAl
GaAs層2が露出しない。
以上のことから、側壁埋め込みに用いた絶縁膜9を除
去する際に、ゲート電極4と接合するAlGaAs層2を露出
させないようにしてHEMTの特性劣化を防ぎながら、絶縁
膜9を十分に除去し得るようになり、ゲート電極4直下
の寄生容量が十分に低減してHEMTの特性が向上し、同時
にゲート電極4直下の容量のばらつきが減少する。
本発明者の確認によれば、12GHz帯で使用するHEMTを
従来例及び実施例の方法で製造してその特性を比較した
ところ、平均的に利得で約3dB(30%)、雑音特性で約
0.4dBの差があっていずれも実施例による方が優れ、然
も、ばらつきも実施例による方が少なかった。
なお、上述の実施例はHEMTの一例を例にとった場合で
あるが、ゲート電極の構成が同様であるならは、他のHE
MT或いは二次元電子を利用しないFETにおいても本発明
が実施例と同様な効果を有することはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の構成によれば、側壁埋め
込み構造をなし断面幅が上方で広がっているショットキ
ゲート電極を有し、側壁埋め込みに用いた絶縁膜を除去
してゲート電極直下の寄生容量を低減させたFETの製造
方法において、上記絶縁膜の除去の際に、ゲート電極と
接合する半導体層を露出させないようにしてFETの特性
劣化を防ぎながら、該絶縁膜を十分に除去し得るように
なり、ゲート電極直下の寄生容量が十分に低減してFET
の特性を向上させ、同時にゲート電極直下の容量のばら
つきが減少して特性のばらつきを少なくさせる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は実施例の工程を説明する側断面
図、 第2図(a)〜(d)は従来例の工程を説明する側断面
図、 である。 図において、 1は表面がI−GaAsの基板(基板)、 2はn+AlGaAs層(第1半導体層)、 3はn+GaAs層(第2半導体層)、 4はショットキゲート電極、 5は絶縁膜、 6はソース/ドレイン電極、 7はSiO2絶縁膜(第1絶縁膜)、 8、8a、8bは溝、 9はSiO2絶縁膜(第3絶縁膜)、 10は凹部、 11はSi3N4絶縁膜(第2絶縁膜)、 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板(1)上の第1半導体層(2)上の第
    2半導体層(3)の上に、第2半導体層(3)を露出さ
    せた第1溝(8a)を有する第1絶縁膜(7)を形成する
    工程と、 第1溝(8a)をエッチング窓にして、第2半導体層
    (3)に第1溝(8a)よりも幅広で第1半導体層(2)
    を露出させる第2溝(8b)を形成する工程と、 第1溝(8a)から第2溝(8b)に至る第1絶縁膜(7)
    下面を除き第1半導体層(2)の露出面を含む表面を覆
    う第2絶縁膜(11)を第1絶縁膜(7)と異なる材料で
    形成した後、上記溝(8a,8b)の領域を含む第1絶縁膜
    (7)上に、該溝(8a,8b)に沿い底面が該溝(8a,8b)
    の中心部に位置する凹部(10)を有する第3絶縁膜
    (9)を第1絶縁膜(7)と同じ材料で形成する工程
    と、 第3絶縁膜(9)から第1絶縁膜(7)に達するまでエ
    ッチバックして、第2半導体層(3)を露出させること
    なく上記凹部(10)の底面に第1半導体層(2)を露出
    させる工程と、 上記エッチバックした面上に、第1半導体層(2)とシ
    ョットキ接合する導電体層を形成し、それをパターニン
    グしてショットキゲート電極(4)を形成する工程と、 上記ゲート電極(4)と第2半導体層(3)の間に介在
    する第3絶縁膜(9)を第1絶縁膜(7)と共に除去し
    て、第1半導体層(2)に接している第2絶縁膜(11)
    を残存させる工程とを有して、 第2半導体層(3)上にソース/ドレイン電極(6)を
    有するFETを形成することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
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