JPH01204476A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JPH01204476A JPH01204476A JP2945188A JP2945188A JPH01204476A JP H01204476 A JPH01204476 A JP H01204476A JP 2945188 A JP2945188 A JP 2945188A JP 2945188 A JP2945188 A JP 2945188A JP H01204476 A JPH01204476 A JP H01204476A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置及びその製造方法に関する。
半導体装置、例えば、砒化ガリウム(GaAs)を用い
たシ1ットキ漱壁型電界効果トランジスタ(以下、ME
8FETと称す)として、第4図に示すような構造が知
られている。
たシ1ットキ漱壁型電界効果トランジスタ(以下、ME
8FETと称す)として、第4図に示すような構造が知
られている。
半絶縁性GaAs基板11Cn型動作層2分設け、基板
表面にシヲットキゲート13を形成する。このゲー)1
3をマスクにしてイオン注入を行い、+ n 型窩#度不純物層4m、4bを形成する。これに接
続するソース電極5a、ドレイン’1@sbを設は九後
、絶縁膜6で緩う。ソース電極5m。
表面にシヲットキゲート13を形成する。このゲー)1
3をマスクにしてイオン注入を行い、+ n 型窩#度不純物層4m、4bを形成する。これに接
続するソース電極5a、ドレイン’1@sbを設は九後
、絶縁膜6で緩う。ソース電極5m。
ドレイン電M5bとのコンタクト奢とるために絶縁膜6
を選択エツ゛チして開口部を設け、第2層金属層7を形
成する。
を選択エツ゛チして開口部を設け、第2層金属層7を形
成する。
現在、このようなME S F Eを用いた高速の集積
回路が製作されている。
回路が製作されている。
GaAs・ME S F ETを製作した場合、現状で
は所望のFETのしきい値電圧を得ることが困難であり
、従ってFETもしくはFETを用いた集積回路の歩留
まりが極めて低いという問題がある。この原因の一つと
して、化合物半導体上に形成された、ゲート電極、絶縁
膜などの薄模の応力が、化合物半導体内に圧電分極を発
生させるためと考えられている。その圧電分極により、
化合物半導体内に設けられた動作層の電荷が変化するた
め、FETのしきい値電圧が変化することになる。この
しきい値電圧の変化は短チャネルはど大きいため、微細
素子の開発に於て、特にこの問題は顕著となる。
は所望のFETのしきい値電圧を得ることが困難であり
、従ってFETもしくはFETを用いた集積回路の歩留
まりが極めて低いという問題がある。この原因の一つと
して、化合物半導体上に形成された、ゲート電極、絶縁
膜などの薄模の応力が、化合物半導体内に圧電分極を発
生させるためと考えられている。その圧電分極により、
化合物半導体内に設けられた動作層の電荷が変化するた
め、FETのしきい値電圧が変化することになる。この
しきい値電圧の変化は短チャネルはど大きいため、微細
素子の開発に於て、特にこの問題は顕著となる。
また、ピエゾ電荷は、GaAs基板の(100)面上で
ゲート方向がI:011] と[01丁]と直交する
場合、符号が逆であるため、ピエゾ電荷が発生すると両
方向のFETのしきい値電圧が異なってしまう現象が発
生する。従って、集積回路を製作する場合FETを直交
して配置することが困難であシ、このことが集積回路の
集積度を下げる問題となっている。
ゲート方向がI:011] と[01丁]と直交する
場合、符号が逆であるため、ピエゾ電荷が発生すると両
方向のFETのしきい値電圧が異なってしまう現象が発
生する。従って、集積回路を製作する場合FETを直交
して配置することが困難であシ、このことが集積回路の
集積度を下げる問題となっている。
また、絶縁膜の模厚の変化に対しても応力が変化してく
るため、FETのしきい値電圧が変化してしまうなどの
問題がある。
るため、FETのしきい値電圧が変化してしまうなどの
問題がある。
本発明の目的は、化合物半導体電界効果トランジスタの
ゲート及び絶縁膜のエツジ近傍の応力集中を抑制した信
頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供すること
にある。
ゲート及び絶縁膜のエツジ近傍の応力集中を抑制した信
頼性の高い半導体装置及びその製造方法を提供すること
にある。
本発明の半導体装置は、半導体動作層上に選択的に配置
されたゲート電極と絶縁膜とを有する半導体装置におい
て、ゲート電極の長手方向に対して垂直な断面の形状が
、三角形をしている構造をとるものである。
されたゲート電極と絶縁膜とを有する半導体装置におい
て、ゲート電極の長手方向に対して垂直な断面の形状が
、三角形をしている構造をとるものである。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板に半導体
動作層を形成する工程と、前記半導体基板上一面にゲー
ト材料層を形成する工程と、ホトレジストを前記ゲート
材料層上に一面に塗布し30秒以上の露光の後現像して
前記半導体動作層上に断面形状が三角形のホトレジスト
のパターンを形成する工程と、異方性エツチングにより
前記レジストとゲート材料層とをエツチングして断面形
状が三角形であるゲート電極を形成する工程とを含んで
構成される。
動作層を形成する工程と、前記半導体基板上一面にゲー
ト材料層を形成する工程と、ホトレジストを前記ゲート
材料層上に一面に塗布し30秒以上の露光の後現像して
前記半導体動作層上に断面形状が三角形のホトレジスト
のパターンを形成する工程と、異方性エツチングにより
前記レジストとゲート材料層とをエツチングして断面形
状が三角形であるゲート電極を形成する工程とを含んで
構成される。
GaAsのようKせん亜鉛構造では、結晶に歪が加えら
れると分極が誘起され、その分極によりピエゾ電荷が発
生することが知られている。特に、GaAs動作層上に
形成されたゲート電極、及び半導体動作層上に被着され
る絶縁膜のエツジ近傍では応力集中が生じるため、ピエ
ゾ電荷の発生が極めて多くなる。従って、この応力染中
を抑制することが重要となっている。
れると分極が誘起され、その分極によりピエゾ電荷が発
生することが知られている。特に、GaAs動作層上に
形成されたゲート電極、及び半導体動作層上に被着され
る絶縁膜のエツジ近傍では応力集中が生じるため、ピエ
ゾ電荷の発生が極めて多くなる。従って、この応力染中
を抑制することが重要となっている。
本発明者等は、ゲート電極の長手方向に対して垂直な断
面の形状が、三角形をしているとき、ゲート電極膜及び
絶縁膜のエツジ近傍に発生する応力およびピエゾ電荷の
関係を数値解析により調べた結果、ゲート電極の断面形
状が矩形の場合よりも、三角形をしている場合の方が、
ゲート電極膜及び絶縁膜のエツジ近傍に発生する応力集
中およびピエゾ電荷が小さくなることが明らかになった
。
面の形状が、三角形をしているとき、ゲート電極膜及び
絶縁膜のエツジ近傍に発生する応力およびピエゾ電荷の
関係を数値解析により調べた結果、ゲート電極の断面形
状が矩形の場合よりも、三角形をしている場合の方が、
ゲート電極膜及び絶縁膜のエツジ近傍に発生する応力集
中およびピエゾ電荷が小さくなることが明らかになった
。
また、本発明の半導体装置の製造方4は、ホトレジスト
の露光時間を30秒以上と長くしているため、レジスト
の断面形状が三角形になり、従ってドライエツチング後
のゲート断面形状も三角形になるものであυ、この方法
により前述のように高信頼性の半導体装置が製造可能と
なるのである。
の露光時間を30秒以上と長くしているため、レジスト
の断面形状が三角形になり、従ってドライエツチング後
のゲート断面形状も三角形になるものであυ、この方法
により前述のように高信頼性の半導体装置が製造可能と
なるのである。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の断面図である。
の断面図である。
この実施例は、ゲート電極3の長手方向に対して垂直な
断面の形状が、三角形をしている点に特徴があり、この
点以外は第4図に示した従来例と同じである。
断面の形状が、三角形をしている点に特徴があり、この
点以外は第4図に示した従来例と同じである。
ここで、ゲート電極材料としては、タングステンシリサ
イドのほかに、モリブデン、シリコン。
イドのほかに、モリブデン、シリコン。
アルミニウム等でもよく、絶縁膜材料も二酸化シリコン
の他に窒化シリコンでもよい。
の他に窒化シリコンでもよい。
第2図(−〜(d)は本発明の半導体装置の製造方法の
一実施例を説明するための工程順に示したチップの断面
図である。
一実施例を説明するための工程順に示したチップの断面
図である。
先ず、第2図(、)に示すように、半絶縁性GaAs基
板1の表面にStイオンを50 key、 2X 10
%”の条件でイオン注入し、更にAs8E雰囲気中で8
00℃、20分間のアニールを行いn型動作層2を形成
した。次に、動作層2を覆うようにGaAa基板1上に
2X10”zへ/ノの圧縮応力と3.9 X 10”〆
N/mの縦弾性係数を有するタングステンシリサイド(
WSi)ゲート膜8t−スパッタ法を用いて0.5μm
の膜厚に堆積した。次に、ゲート膜8上全面にホトレジ
スト膜9をα5μmの膜厚に塗布した0次に、マスクを
通して30秒間露光を行ない、その後現像を行なった。
板1の表面にStイオンを50 key、 2X 10
%”の条件でイオン注入し、更にAs8E雰囲気中で8
00℃、20分間のアニールを行いn型動作層2を形成
した。次に、動作層2を覆うようにGaAa基板1上に
2X10”zへ/ノの圧縮応力と3.9 X 10”〆
N/mの縦弾性係数を有するタングステンシリサイド(
WSi)ゲート膜8t−スパッタ法を用いて0.5μm
の膜厚に堆積した。次に、ゲート膜8上全面にホトレジ
スト膜9をα5μmの膜厚に塗布した0次に、マスクを
通して30秒間露光を行ない、その後現像を行なった。
これにより断面形状が三角形のホトレジスト膜が得られ
る。
る。
次に、第2図缶)に示すように、四フッ化炭素を用いた
異方性ドライエツチング法によりてWSlの膜を所定の
形にパターニングし、断面形状が三角形のショットキー
ゲート3を形成した。
異方性ドライエツチング法によりてWSlの膜を所定の
形にパターニングし、断面形状が三角形のショットキー
ゲート3を形成した。
次に、第2図(c)に示すように、ショットキーゲート
3をマスクにして、Stイオンを150keV。
3をマスクにして、Stイオンを150keV。
5 X 10” crn” の条件でイオン注入し、災
にA3圧雰囲気中で750℃、20什のアニールを行い
n+型の高濃度不純物層4a、4bを形成した。次に、
AuG・−Niの金属層からなるソース電極5a及びド
レイン電極5bを形成した。次に、絶縁膜として、CV
D法ヲ用イ”CI X 10” N/m” O圧縮応
力と7.3 X 10” 7’N/ m’の縦弾性係数
を有する二酸化シリコン絶縁膜6を0.8μmの厚さに
被着した。そして、コンタクト用開口部を形成した。最
後に、第2図(d)に示すように1ゲート電極3、ソー
ス電極5m、 ドレイン電極5b上KTi−Pt−A
uから成る第2層金属膜7を形成した。
にA3圧雰囲気中で750℃、20什のアニールを行い
n+型の高濃度不純物層4a、4bを形成した。次に、
AuG・−Niの金属層からなるソース電極5a及びド
レイン電極5bを形成した。次に、絶縁膜として、CV
D法ヲ用イ”CI X 10” N/m” O圧縮応
力と7.3 X 10” 7’N/ m’の縦弾性係数
を有する二酸化シリコン絶縁膜6を0.8μmの厚さに
被着した。そして、コンタクト用開口部を形成した。最
後に、第2図(d)に示すように1ゲート電極3、ソー
ス電極5m、 ドレイン電極5b上KTi−Pt−A
uから成る第2層金属膜7を形成した。
また、比較のため、ホトレジストの露光時に露光時間を
数秒と短くして、矩形断面のゲートを保有するFETも
形成した。
数秒と短くして、矩形断面のゲートを保有するFETも
形成した。
上記2種類の異なる構造を有するFETのピエゾ電荷分
布をシミニレ−ジョンによりて求めた。
布をシミニレ−ジョンによりて求めた。
第3図(a)、(b)は本発明の詳細な説明するために
従来例と本発明の実施例についてピエゾ電荷分布を示し
た分布図である。
従来例と本発明の実施例についてピエゾ電荷分布を示し
た分布図である。
第3図に於て、GaAs基板内の斜線部分が電荷−JI
X 10 ” @1ectron charges /
crr?の領域である。
X 10 ” @1ectron charges /
crr?の領域である。
第3図より明らかなように、ゲートの断面形状が三角形
の場合の方が、断面形状が矩形のゲートの場合よりも、
ゲートのエツジ部での応力集中及びピエゾ電荷の発生が
小さくなることがわかった。
の場合の方が、断面形状が矩形のゲートの場合よりも、
ゲートのエツジ部での応力集中及びピエゾ電荷の発生が
小さくなることがわかった。
以上説明し九ように、本発明によればゲート電極エツジ
部近傍に発生する応力集中を小さくすることが出来るた
め、特性変動を抑制することが可能となるという効果が
得られる。
部近傍に発生する応力集中を小さくすることが出来るた
め、特性変動を抑制することが可能となるという効果が
得られる。
第1図は本発明の一実施例の主要部を示す半導体チップ
の断面図、第2図(&)〜(d)は本発明の半導体装置
の製造方法の一実施例を説明するための工程順に示した
チップの断面図、第3図(a)、(b)は本発明の詳細
な説明するために従来例と本発明の実施例についてピエ
ゾ電荷分布を示した分布図、第4図は従来の半導体チッ
プの一例の断面図である。 1・・・・・・GaAs基板、2・・・・・・動作層、
3.13・・・・・・ショットキーゲート、4 a @
4 b * 141L、 14b・・・・・・n 型
高濃度不純物層、5a・・・・・・ソース電極、5b・
・・・・・ドレイン電極、6・・・・・・絶縁膜、7・
・・・・・第二層金属膜、8・・・・・・ゲート膜、9
・・・・・・レジスト膜。 代理人 弁理士 内 原 音第 1 国 党 47 列 2 区
の断面図、第2図(&)〜(d)は本発明の半導体装置
の製造方法の一実施例を説明するための工程順に示した
チップの断面図、第3図(a)、(b)は本発明の詳細
な説明するために従来例と本発明の実施例についてピエ
ゾ電荷分布を示した分布図、第4図は従来の半導体チッ
プの一例の断面図である。 1・・・・・・GaAs基板、2・・・・・・動作層、
3.13・・・・・・ショットキーゲート、4 a @
4 b * 141L、 14b・・・・・・n 型
高濃度不純物層、5a・・・・・・ソース電極、5b・
・・・・・ドレイン電極、6・・・・・・絶縁膜、7・
・・・・・第二層金属膜、8・・・・・・ゲート膜、9
・・・・・・レジスト膜。 代理人 弁理士 内 原 音第 1 国 党 47 列 2 区
Claims (2)
- (1)半導体動作層上に選択的に配置されたゲート電極
と絶縁膜とを有する半導体装置において、ゲート電極の
長手方向に対して垂直な断面の形状が三角形をしている
ことを特徴とする半導体装置。 - (2)半導体基板に半導体動作層を形成する工程と、前
記半導体基板上一面にゲート材料層を形成する工程と、
ホトレジストを前記ゲート材料層上に一面に塗布し30
秒以上の露光の後現像して前記半導体動作層上に断面形
状が三角形のホトレジストパターンを形成する工程と、
異方性エッチングにより前記レジストとゲート材料層と
をエッチングして断面形状が三角形であるゲート電極を
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2945188A JPH01204476A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2945188A JPH01204476A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01204476A true JPH01204476A (ja) | 1989-08-17 |
Family
ID=12276474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2945188A Pending JPH01204476A (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01204476A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5471073A (en) * | 1993-01-29 | 1995-11-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Field effect transistor and method for producing the field effect transistor |
JP2006013461A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置および電子機器 |
-
1988
- 1988-02-09 JP JP2945188A patent/JPH01204476A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5471073A (en) * | 1993-01-29 | 1995-11-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Field effect transistor and method for producing the field effect transistor |
JP2006013461A (ja) * | 2004-05-21 | 2006-01-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置および電子機器 |
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