JP3353767B2 - 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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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に化合物半導体の電界効果トランジスタの
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAsのような化合物半導体はSiに
比べて高い電子易動度を有することから、高周波特性に
優れ、ショットキー接合ゲートによる電界効果トランジ
スタ(以下、MESFETという)あるいは集積化した
アナログ信号増幅回路、デジタル信号増幅回路等への種
々の展開が進んでいる。そして、このようなMESFE
の高速化のためにはゲート長の微細化が最も効果的であ
る。
【0003】以下、このようなMESFETの典型的な
製造方法について図5を参照して説明する。図5は化合
物半導体に形成したMESFETの製造工程順の断面図
である。
【0004】図5(a)に示すように、GaAs基板1
01上のスペーサ酸化膜102には所望の場所に公知の
ドライエッチング技術により形成されたゲート開口部分
が存在する。そして、WSiのスパッタで全面にショッ
トキー用導電層103が成膜され、この上にメッキ等で
ゲート電極104が形成される。
【0005】次に、図5(b)に示すように、ゲート電
極104をエッチングマスクにして、ショットキー用導
電層103が公知のドライエッチング技術で加工され、
それぞれ孤立する短冊状のゲート電極が形成される。
【0006】従来、ミリ波帯(30GHz以上)に使用
されるMESFETの場合、その遮断周波数や最大発振
周波数を向上させるために、図5(c)に示すように、
スペーサ酸化膜102はHF(フッ酸)のウェットエッ
チングまたはHFの蒸気エッチングによってGaAs基
板101表面から全面除去される。そして、ゲート電極
104の保護のために全面に保護絶縁膜105が成膜さ
れる。さらに、Siのイオン注入と熱処理とでn+ 型拡
散層106が形成される。これらのn+ 型拡散層106
がMESFETのソース・ドレイン領域になる。このよ
うにして、ゲートとソース・ドレイン間の寄生容量が低
減されるようになる。
【0007】最後に、図5(d)に示すように、公知の
フォトリソグラフィ技術により所望の領域がウェットエ
ッチングで開口されAuGeの蒸着およびリフトオフ工
程によりオーミック電極107が形成される。このよう
にして従来のMESFETの基本構造が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の方法では、スペーサ酸化膜102の除去あるいはリ
フトオフ工程の後の洗浄工程における超音波洗浄(以
下、US処理という)でゲート電極104に横方向の力
が加わるときに、ゲート電極104を支える物が無いた
めに、ゲート電極104が折れてしまったり、ショット
キー用導電層103がショットキー界面から剥がれると
いう不良が発生し易くなっていた。
【0009】このような問題は、MESFETのゲート
長が小さくなると共により顕著になるものである。
【0010】本発明の目的は、簡便な方法でもって上記
のようなゲート電極の剥がれや折れを防ぐ半導体装置の
製造方法を提供することにある。
【0011】
【0012】
【課題を解決するための手段】 このために、 本発明の半
導体装置の製造方法は、化合物半導体基板上に絶縁膜を
形成し前記絶縁膜に前記半導体基板表面に達する複数の
開口部を設ける工程と、前記複数の開口部のうちの所定
の開口部の前記半導体基板表面にショットキー接合ゲー
ト型の電界効果トランジスタのソース・ドレイン用の拡
散層を形成する工程と、前記開口部の半導体基板表面を
被着する導電層を全面に成膜する工程と、前記開口部上
の前記導電層上にショットキー接合ゲート型の電界効果
トランジスタのゲート電極、ソース・ドレイン用のオー
ミック電極を同一金属で同時に形成する工程とを含む。
【0013】そして、本発明は更に、前記ショットキー
接合ゲート型の電界効果トランジスタのゲート電極、ソ
ース・ドレイン用のオーミック電極を同一金属で同時に
形成した後、前記ゲート電極と隣接する前記オーミック
電極とを被覆するレジストマスクを形成する工程と、前
記レジストマスクをエッチングマスクにして前記導電層
をエッチング除去する工程と、前記絶縁膜を全てエッチ
ング除去する工程と、前記絶縁膜の除去後に全面に薄い
第1の保護絶縁層を形成する工程と、前記半導体基板に
洗浄を施す工程とを有する。
【0014】さらに、前記第1の保護絶縁層の形成後、
前記ゲート電極と隣接するオーミック電極間に残存する
導電層と第1の保護絶縁層とを選択的にエッチング除去
し前記ゲート電極と隣接するオーミック電極とを切り離
す。そして、前記ゲート電極と隣接するオーミック電極
とを切り離した後、全面に第2の保護絶縁層を成膜す
る。
【0015】ここで、前記導電層は、バリアメタルとシ
リサイドがこの順に積層して形成されるものである。あ
るいは、前記ゲート電極とオーミック電極は、Auメッ
キで形成されるものである。
【0016】このように、本発明では、ショットキー接
合ゲート型の電界効果トランジスタのゲート電極とソー
ス・ドレイン領域のオーミック電極とが同一金属で同時
に形成される。また、半導体装置の製造工程で一時的に
ゲート電極とそれに隣接するオーミック電極とが導電層
で接続されている。そして、この状態で半導体基板の洗
浄がなされる。このために、MESFETの製造工程で
ゲート電極が折れてしまったり、スパッタメタルがショ
ットキー界面から剥がれてしまったりという不良の発生
は皆無になる。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、微細ゲート長の
GaAsのMESFETの製造方法において、ゲート電
極とオーミック電極とを同一工程で同一メタルで形成
し、更にゲート電極とオーミック電極のメタルを選択的
に除去することで、ゲート電極の剥がれや折れを防ぐ点
にある。
【0018】以下、本発明の発明の第1の実施の形態に
ついて図1と図2に基づいて説明する。ここで、図1と
図2とは、本発明のMESFETの製造工程順の断面図
である。
【0019】まず、図1(a)に示すように、GaAs
基板1上のスペーサ酸化膜2には所望の場所に公知のド
ライエッチング技術により、ゲート電極およびオーミッ
ク電極を形成するための開口部が形成される。そして、
Siのイオン注入と熱処理とでn+ 型拡散層3が形成さ
れる。これらのn+ 型拡散層3がMESFETのソース
・ドレイン領域になる。
【0020】この状態でウェーハ全体にスパッタリング
法等でWSi/TiN/Ptのような積層する導電層4
が成膜される。ここで、TiN/Ptは窒化チタン/白
金のバリアメタルであり、WSiはタングステンシリサ
イドである。
【0021】次に、図1(b)に示すように、レジスト
マスク5がAuメッキ用のマスクにされ、公知のメッキ
技術によりゲート電極6およびオーミック電極7が形成
される。
【0022】この後、図1(c)に示すように、隣接す
るゲート電極6とオーミック電極7間にレジストマスク
8が形成され、公知のドライエッチング技術により導電
層4が選択的に除去される。
【0023】このようにすることで、ゲート電極6の周
辺部には導電層4が残った状態になる。そして、上記の
レジストマスク8が除去される。このような状態で、図
1(d)に示すように、気相のHF等でスペーサ酸化膜
2がエッチング除去される。続いて、シリコン酸化膜の
化学気相成長(CVD)法で全面に第1の保護絶縁層9
が形成される。この第1の保護絶縁層9は空洞部にも入
り込み、残存する導電層4表面にも被着する。
【0024】次に、図2(a)に示すように、ゲート電
極6とオーミック電極7との間が開口されたレジストマ
スク10が公知のフォトリソグラフィ技術で形成され
る。そして、図2(b)に示すように、公知のドライエ
ッチング技術で隣接するゲート電極6とオーミック電極
7間の第1の保護絶縁層9と導電層4とがエッチング除
去される。そして、レジストマスク10が公知の剥離除
去される。
【0025】最後に、図2(c)に示すように、第2の
保護絶縁層11が全面に成膜される。この第2の保護絶
縁層11はシリコン窒化膜である。このようにしてME
SFETの基本構造が形成される。
【0026】このように本発明では、ゲート電極6がオ
ーミック電極7と同一工程で同時に形成されるために、
従来技術のようにゲート電極104を形成してから、オ
ーミック電極107をメタル蒸着してリフトオフする工
程がなくなり、MESFET形成の工程短縮が図れる。
また、スペーサ酸化膜2除去後の洗浄工程に於けるUS
処理の際、ゲート電極6は隣接するオーミック電極7に
より支えられる。このために、横方向の力に対してこの
支えがあることからゲート電極6が折れるような不良は
防止できる。従って、製造の歩留まりが高く、MESF
ETのゲート・ソース間に存在する容量は低減され、M
ESFETの遮断周波数等の性能が向上し高周波化が図
れるようになる。
【0027】次に、本発明の第2の実施の形態を図3と
図4に基づいて説明する。ここで、図3は本発明のME
SFETの一部の製造工程順の断面図である。そして、
図4は、上記の断面図に対応する平面図である。ここ
で、第1の実施の形態と同一なものは同一の符号で示さ
れる。第2の実施の形態の特徴は、第1の実施の形態の
図1(c)で説明した導電層4の選択的除去で、レジス
トマスク8に開口部を形成する点にある。
【0028】第1の実施の形態と同様に、図3(a)に
示すように、GaAs基板1上のスペーサ酸化膜2には
公知のドライエッチング技術により、ゲート電極および
オーミック電極を形成するための開口部が形成される。
ここで、図4(a)に示すように、ゲート用開口部12
およびソース・ドレイン用開口部13が互いに隣接し交
互に形成される。そして、Siのイオン注入と熱処理と
でn+ 型拡散層3が形成される。これらのn+ 型拡散層
3がMESFETのソース・ドレイン領域になる。この
状態で、図3(a)および図4(a)に示すように、ウ
ェーハ全体にスパッタリング法等でWSi/TiN/P
tのような積層する導電層4が成膜される。
【0029】ここで、第1の実施の形態と同様に、上記
シリサイド/バリアメタル構造の導電層4は、ゲート用
開口部12でショットキー接合を形成し、ソース・ドレ
イン用開口部13でn+ 型拡散層3とオーミック接続す
る。
【0030】次に、図3(b)および図4(b)に示す
ように、レジストマスク5がAuメッキ用のマスクにさ
れ、公知のメッキ技術によりゲート電極6およびオーミ
ック電極7が形成される。
【0031】次に、図3(c)および図4(c)に示す
ように、隣接するゲート電極6とオーミック電極7間に
レジストマスク8aが形成される。ここで、レジストマ
スク8aには所定の領域にレジスト開口部14が形成さ
れる。そして、公知のドライエッチング技術により導電
層4が選択的に除去される。
【0032】以下は、第1の実施の形態で説明したもの
と同様になる。すなわち、このようにすることでゲート
電極6の周辺部には導電層4が残った状態になる。そし
て、上記のレジストマスク8aが除去される。このよう
な状態で、図1(d)に示すように、気相のHF等でス
ペーサ酸化膜2がエッチング除去される。続いて、シリ
コン酸化膜の化学気相成長(CVD)法で全面に第1の
保護絶縁層9が形成される。
【0033】次に、図2(a)に示すように、ゲート電
極6とオーミック電極7との間が開口されたレジストマ
スク10が公知のフォトリソグラフィ技術で形成され
る。そして、図2(b)に示すように、公知のドライエ
ッチング技術で隣接するゲート電極6とオーミック電極
7間の第1の保護絶縁層9と導電層4とがエッチング除
去される。そして、レジストマスク10が公知の剥離除
去される。
【0034】最後に、図2(c)に示すように、第2の
保護絶縁層11が全面に成膜される。この第2の保護絶
縁層11はシリコン窒化膜である。このようにしてME
SFETの基本構造が形成される。
【0035】このように第2の実施の形態では、ゲート
電極6とオーミック電極7との間にレジスト開口部14
が形成されている。このため、このレジスト開口部14
を通して導電層4およびスペーサ酸化膜2がエッチング
速やかに除去でき、上記エッチング工程が大幅に短縮す
る。また、第1の実施の形態で説明したのと同様な効果
も生じる。
【0036】上記の実施の形態では、バリアメタルとし
てTiN/Ptが用いられ、シリサイドとしてWSiが
用いられている。そして、これらで導電層が構成されて
いる。本発明は、このようなバリアメタルあるいはシリ
サイドに限定されるものでない。この他のバリアメタル
あるいはシリサイドが適用されても同様な効果が生じる
ことに言及しておく。
【0037】
【発明の効果】上述したように、本発明では、ショット
キー接合ゲート型の電界効果トランジスタのゲート電極
とソース・ドレイン領域のオーミック電極とが同一金属
で同時に形成される。そして、半導体装置の製造工程で
一時的にゲート電極とそれに隣接するオーミック電極と
が導電層で接続されている。そして、この状態で半導体
基板の洗浄がなされる。
【0038】このために、本発明の半導体装置の製造方
法によれば、MESFETの製造工程でゲート電極が折
れてしまったり、ショットキー用導電層がショットキー
界面から剥がれてしまったりという不良の発生は皆無に
なる。
【0039】本発明の効果は、MESFETの駆動能力
の向上あるいは駆動周波数の短波長化のためにゲート長
が短くなるに従ってより顕著になる。そして、本発明は
GaAsのような化合物半導体に形成するMESFET
の高性能化を更に促進するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明するための製
造工程順の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を説明するための製
造工程順の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態を説明するための製
造工程順の断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態を説明するための製
造工程順の平面図である。
【図5】従来の技術を説明するための製造工程順の断面
図である。
【符号の説明】
1,101 GaAs基板 2,102 スペーサ酸化膜 3,106 n+ 型拡散層 4 導電層 5,8,8a,10 レジストマスク 6,104 ゲート電極 7,107 オーミック電極 9 第1の保護絶縁層 11 第2の保護絶縁層 12 ゲート用開口部 13 ソース・ドレイン用開口部 14 レジスト開口部 103 ショットキー用導電層 105 保護絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/812 H01L 29/872 H01L 29/47

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板上に絶縁膜を形成し前
    記絶縁膜に前記半導体基板表面に達する複数の開口部を
    設ける工程と、前記複数の開口部のうちの所定の開口部
    の前記半導体基板表面にショットキー接合ゲート型の電
    界効果トランジスタのソース・ドレイン用の拡散層を形
    成する工程と、前記開口部の半導体基板表面を被着する
    導電層を全面に成膜する工程と、前記開口部上の前記導
    電層上にショットキー接合ゲート型の電界効果トランジ
    スタのゲート電極、ソース・ドレイン用のオーミック電
    極を同一金属で同時に形成する工程と、前記ショットキ
    ー接合ゲート型の電界効果トランジスタのゲート電極、
    ソース・ドレイン用のオーミック電極を同一金属で同時
    に形成した後、前記ゲート電極と隣接する前記オーミッ
    ク電極とを被覆するレジストマスクを形成する工程と、
    前記レジストマスクをエッチングマスクにして前記導電
    層をエッチング除去する工程と、前記絶縁膜を全てエッ
    チング除去する工程と、前記絶縁膜の除去後に全面に薄
    い第1の保護絶縁層を形成する工程と、前記半導体基板
    に洗浄を施す工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の保護絶縁層の形成後、前記ゲ
    ート電極と隣接するオーミック電極間に残存する導電層
    と第1の保護絶縁層とを選択的にエッチング除去し前記
    ゲート電極と隣接するオーミック電極とを切り離すこと
    を特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ゲート電極と隣接するオーミック電
    極とを切り離した後、全面に第2の保護絶縁層を成膜す
    ることを特徴とする請求項記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記導電層は、バリアメタルとシリサイ
    ドがこの順に積層して形成されることを特徴とする請求
    項1から請求項のうち1つの請求項に記載の半導体装
    置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記ゲート電極とオーミック電極は、A
    uメッキで形成されることを特徴とする請求項1から請
    求項のうち1つの請求項に記載の半導体装置の製造方
    法。
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