JPH02231731A - 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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JPH02231731A
JPH02231731A JP5264989A JP5264989A JPH02231731A JP H02231731 A JPH02231731 A JP H02231731A JP 5264989 A JP5264989 A JP 5264989A JP 5264989 A JP5264989 A JP 5264989A JP H02231731 A JPH02231731 A JP H02231731A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特にリ
セス段が2段になったゲートリセス構造(以下、リセス
構造という)とT型ゲートを有する電界効果トランジス
タ及びその製造方法に関するものである. 〔従来の技術〕 第3図は従来の電界効果トランジスタのリセス構造とT
型ゲート電極構造を示した図である.図において、lは
GaAs基板、2は活性層、23′はT型のゲート電極
、22はリセス部、Wはリセスの幅、tはリセスの深さ
、aはゲート電極23′の下の活性層2の厚さ、Il.
はゲート電極23′の長さである。
次に第4図(a)〜(j)を用いて従来の電界効果トラ
ンジスタの製造方法について説明する.まず、第4図(
a)に示すように窒化膜3を基板1上に形成された活性
層2の上にプラズマCVD等で堆積し、次に電子ビーム
用レジスト,例えば、PMMA (ポリメチルメタクリ
レート)レジスト20をスピンコート等で塗布する. 次に第4図(ロ)のようにPMMAレジスト20に電子
ビーム21を照射し、現像する事によって第4図(C)
のように開口部を形成する.次に第4図(d)のように
RIE等の手段を用いて窒化膜をエッチングした後、第
4図(e)に示すように化学エッチングによって活性層
2をリセスエッチングし、リセス開口部22を形成する
その後、第4図(f)に示すようにPMMAレジスト2
0を除去した後、第4図(6)のようにゲート金属23
を蒸着等の手段で全面に形成する.次に第4図(ロ)に
示すようにネガレジスト24でT型ゲートの頭部のパタ
ーン形成をした後、第4図(i)のようにミーリング等
の手段でゲート金属23をエッチングし、ゲート電極2
3′を形成する.最後に第4図(j)に示すようにネガ
レジスト24と窒化膜3を除去する事によってリセス開
口部22にT型のゲート電極23′を有するリセス型T
型ゲート電界効果トランジスタを完成する.ここで本構
造の電界効果トランジスタではゲート電極23′の取付
部の活性層2をエッチングにより所定の電流値、 1−N−a になるように活性層厚さaまで掘込むリセス構造となっ
ている(ただし、Nはキャリア濃度)。このリセス構造
のリセス幅Wとリセス深さtにより、電界効果トランジ
スタのRF性能およびゲート逆方向耐圧が大きく左右さ
れる。またゲート逆方向耐圧を大きくするにつれてRF
性能が劣化するという傾向がある.これらの原因として
はゲニ゜ト逆方向耐圧を決定する空乏層の拡がり,及び
RF特性に大きな影響を与える寄生抵抗ならびに寄生容
量がリセス構造により大きく変化する事があげられ、リ
セス幅Wとリセス深さtの最適化が試みられている.し
かしながら、リセス幅Wとリセス深さtを制御する方法
では高耐圧化、高性能化に制約が多く、また従来の1段
リセス構造ではりセスエッヂへの電界集中が起こり、ゲ
ート・ドレイン間の電界集中を分散するこどができず、
他方、これらの寄生抵抗と寄生容量の改善策としてT型
ゲ一ト構造も採用しているが、このT型ゲート構造の採
用も1段リセス構造では寄生抵抗や寄生容量の低減には
十分効果が発揮できない. このように上記のような従来の電界効果トランジスタで
は、高耐圧化.高性能化に制約が多く、ゲート逆方向耐
圧を向上させ、かつゲート・ソース間の寄生抵抗を低減
することは、1段リセス構造のリセス幅Wとリセス深さ
tの最適化.及びT型ゲート構造の採用だけでは困難で
あり、またこのような構造のリセスではゲート・ドレイ
ン間の電界集中がリセスエッヂ1箇所に集申す葛という
問題があった. そこで、上記従来例の1段リセス構造の改善をはかった
ものとして以下に示すものがある.即ち、第5図(a)
〜(g)は、特開昭61−89681号公報に示された
2段リセス構造を有する半導体装置の製造方法の各主要
工程を示しており、図において、31は半導体基板、3
2はソース電極、33はドレイン電極、41はスペーサ
膜、42はフォトレジスト膜、43は窓、44は第1の
開口部、45は凹部、46は第2の開口部、47は第1
段のリセス、4日は第2段のリセス、49はゲート電極
である. 次に製造方法について説明する. まず、第5図(a)に示すように半導体基板3lの主面
上に一定の間隔をおいてソース電極32及びドレイン電
極33を形成した後に、半導体基仮31の主面上,ソー
ス電極32の表面上及びドレイン電極33の表面上にわ
たって半導体基板31をエッチングする第1のエッチン
グ液と異なる第2のエッチング液でエッチングされる窒
化シリコン膜,酸化シリコン膜などからなるスペーサ膜
41を形成する。
次に、第5図℃)に示すように、スペーサ膜41の表面
上にフォトレジスト膜42を形成し、半導体基板31の
ソース電極32とドレイン電極33との間のゲート電極
を形成すべき部分に対応するフォトレジスト膜42の部
分にゲート電極のパターンに対応するパターンを有する
窓を形成する。
次に、第5図(C)に示すように、窓43が形成された
フォトレジスト膜42をマスクとし、上記第2のエッチ
ング液を用いたエッチングによってスペーサ膜41に窓
43のパターンに対応するパターンを有する第1の開口
部44を形成する.次に第5図(d)に示すように、第
1の開口部44が形成されたスペーサ膜4lをマスクと
し上記第1のエッチング液を用いたエッチングによって
半導体蒸板31の主面部に第2のリセスを形成するため
の凹部45を形成する. 次に第5図(e)に示すように、再度、窓43が形成さ
れたフォトレジスト膜42をマスクとし上記第2のエッ
チング液を用いたエッチングによってスペーサ膜41に
第1の開口部44のパターンを拡大して第1段のリセス
のパターンに対応するパターンを有する第2の開口部4
6を形成する.次に、第5図(f)に示すように、第2
の開口部46が形成されたスペーサ膜41をマスクとし
て上記第1のエッチング液を用いたエッチングによって
半導体基板lの主面部に第2の開口部46のパターンに
対応するパターンを有する第1段のりセス47を形成す
ると同時に第1段のリセス47の底面部に凹部45のパ
ターンに対応する第2段のリス48を形成する. 最後に、第5図(6)に示すように、窓42が形成され
たフォトレジスト膜42の表面上と第2段のリセス48
の底面上とにゲート電極形成用金属蒸着膜を形成し、リ
フトオフ法によってフォトレジスト膜42をその表面上
の金属蒸着膜とともに除去して第2段のリセス48の底
面上にゲート電極49を形成し、2段リセス構造の素子
を完成する。
上記の製造方法による半導体装置によれば、ゲート電極
形成部分を2段リセス構造とすることができるので、リ
セスエッヂへの電界集中.を緩和でき、素子の耐圧を大
きくすることができる.〔発明が解決しようとする課題
〕 しかしながら、上記のよ・うな従来の電界効果トランジ
スタの製造方法によれば、リセスの中央部にゲート電極
が形成されるのでゲート・ソース間距離は常にゲート・
ドレイン間距離と等しくなり、素子のRF特性の向上に
つながるドレイン耐圧の向上とゲート・ソース間容量.
ソース抵抗の低減を同時に図ることができなかった.ま
た、このような製造方法によれば、形成されるゲート電
極は台形状となり、ゲート長を0,5μm以下に形成す
ることは極めて困難であり、また、ゲート長の微細化を
図るためにはEBあるいはFIB等の装置の使用を必要
とし、量産の上で問題があった.さらにこのようなゲー
ト電極構造ではゲート長の微細化を図るにしたがうてゲ
ート断面積が減少してしまい、ゲート抵抗を低減するこ
とが困難であった.また、上記製造方法によれば、第1
段のリセス47の幅は第5図(e)の工程におけるスペ
ーサ膜41のサイドエッチングの程度により決定するが
、このサイドエッチの終点はフォトレジスト42の下に
入り込んでおり、終点検出が困難であるため、エッチン
グを制御性良くしかも再現性良く形成することができな
かった。このように従来の半導体装置,及びその製造方
法では高耐圧化・高性能化に制約が多《、ゲート逆方向
耐圧を向上させるとともにゲート抵抗,及びゲート・ソ
ース間の寄生抵抗を低減することは困難であった.この
発明は、係る問題点を解決するためになされたもので、
寄生抵抗の低減や寄生容量の低減を図ることができ、R
F性能及びゲート逆方向耐圧が大きい高性能で高耐圧の
再現性に優れた半導体装置及びその製造方法を提供する
ことを目的とする. 〔課題を解決するための手段〕 この発明に係る半導体装置は、半導体基板上のソース電
極とドレイン電極間に形成された幅の広い上段リセス部
と、この上段リセス部にドレイン電極側よりもソース電
極側に近づけて配置した幅の狭い下段リセス部と、この
下段リセス部に幅広の頭部を有するT型のゲート電極と
を備えたことを特徴とするものである. また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体
基板上にダミーゲート部を残して幅の広い上段リセス部
を形成し、T型ゲート電極の頭部を形成するためのパタ
ーンを形成した後、このパターンを活用してダミーゲー
トの頭出しを行ない、幅の狭い下段リセス部をソース電
極側に近付けて形成して2段リセス構造を得、さらに下
段リセス部にT型ゲート電極を形成するようにしたもの
である.さらに詳細に言えば、半導体基板上の活性層上
に第1の窒化膜を形成し、第1のレジストパターンをマ
スクとして、第1の窒化膜,及び活性層をエッチングし
、幅W63′のゲート・ソースリセス部.幅w.D’の
ゲート・ドレインリセス部,及び幅W6 ′のダミーゲ
ート部を、゜W63′〈WGl,(但し、Was ’ 
+W@  ’ +We* ’−WG)の関係に形成し、
この第1のレジストパターン及び第1の窒化膜を除去し
た後、基板全面に上記ダミーゲート部,ゲート・ソース
リセス部.及びゲート・ドレインリセス部を埋め込むよ
うに第2の窒化膜を形成し、この上にT型ゲート電極の
頭部を形成するためのT型ゲート頭部開口部を有する第
2のレジストパターンを形成し、このパターンをマスク
として第2の窒化膜をエッチングし、ダミーゲート部の
頭出しを行い、第2のレジスト,及び第2の窒化膜をマ
スクとして幅WGの下段リセス部を形成するとともに、
幅WaSの上段ゲート・ソースリセス部.及び幅WGI
,の上段ゲート・ドレインリセス部(但し、WG+WG
。+W s s = W )を形成し、その後、リフト
オフ法,第2の窒化膜を除去する工程を経て下段リセス
部に幅広の頭部を脊するT型のゲート電極を形成し、2
段リセス部にT型ゲート電極が形成されたゲート構造を
存する半導体装置を得るようにしたものである. 〔作用〕 この発明における半導体装置は、幅の広レ゜)リセス段
とゲート電極を形成する幅の狭いリセス段とを有し、か
つ幅の狭いリセス段はソース電極側に寸法を近づけて配
置され、幅の狭いリセス段にT型ゲート電極を有するよ
うに構成されているので、リセス部が2段に形成された
ことにより電界集中が分離され、さらにゲート・ドレイ
ン間の電界が分散され、動作層とバッファ層間のリーク
電流を減少できる.また幅の狭いリセス段をソース電極
側に寸法を近づけて配置している為、ソース・ゲート間
寄生抵抗の増大が抑制される.また、T型ゲートの採用
により、微細ゲート長l,にょる寄生容量の低減とゲー
ト断面積の増大による寄生抵抗の低減もなさしめられ、
高性能化・高耐圧化を図ることができる. また、この発明の半導体装置の製造方法では、ダミーゲ
ート部を残して上段リセスエッチングを行った後に、ダ
ミーゲー上部を頭出しして下段リセスエッチングを行う
事によって寸法制御よく2段リセス構造を得るようにす
ると共に、前記リセス段形成後にT型ゲート電極を形成
するようにしたので、オフセット式2段リセス構造のT
型ゲート電極構造の電界効果トランジスタを従来技術の
装置類で十分に達成できるため、高耐圧・高性能な電界
効果トランジスタが安価で精度よ《得られる.また幅の
広いリセス段と幅の狭いリセス段を容易に精度良く構成
できる効果があり、前記リセス段形成時にゲート電極形
成パターンも精度よ《形成される為に、T型ゲート電極
の形成も容易に精度良く達成できる. 〔実施例〕 以下、この発明の一実施例による半導体装置.及びその
製造方法を図について説明する.第1図は、この発明の
半導体装置の一実施例としての電界効果トランジスタを
示し、第2図(a)〜(鎖は第1図の半導体装置の製造
工程における各主要工程の一例を説明するための図であ
る。
これらの図において、第3図及び第4図と同一符号は同
一部分を示し、4は窒化膜3の上に塗布形成されるボジ
型レジスト、5は幅WG ’ を有する活性層2の上段
部を化学エッチングした時のダミーゲート部、6は幅W
68′を有する活性層2の上段部を化学エッチングした
時の上段ゲート・ソースリセス開口部、7は幅W。′を
有する活性層2の上段部を化学エッチングした時の上段
ゲート・ドレインリセス開口部、8はそれぞれの開口部
6.7を覆うように基板全面に堆積した窒化膜、9はT
型ゲート頭部を形成するためのレジスト、10はレジス
ト9のT型ゲート頭部の開口部、l1はダミーゲート5
の頭出し部、12は幅w6を有する活性層2の下段部を
化学エッチングした下段リセス部、13は幅WG雪を有
する下段リセス部l2を形成した後に形成される上段ゲ
ート・ソースリセス開口部、14は同様に形成される幅
W。
を有する上段ゲート・ドレインリセス開口部、15は幅
Wの上段のリセス幅、16はゲート電極、16a,16
bはゲート電極用金属、17はゲート電極16のゲート
長2,である. 次に、第1図の電界効果トランジスタの製造方法を説明
する. まず、第2図(a)において、GaAs半導体基板1上
にエビタキシャル成長により、あるいは基板1内にイオ
ン注入することにより、約1μm程度の層厚に活性層2
を形成する.その後、活性層2一上にSLO,SiN,
SiON等の窒化膜3をプラズマCvD等の方法により
1000人〜2000人堆積し、その上にポジレジスト
4を堆積して上段リセス部を形成する為のパターニング
をする.この時のレジストパターンは、ダミーゲート形
成部のパターン寸法が0.4〜0..5μmで、しかも
ソース・ゲート間リセス開口部の幅がドレイン・ゲート
間リセス開口部の幅よりも狭くなるように、好まし《は
これらの開口部の幅がl:2の比率で形成されるような
パターン形状とする.次に、第2図(ハ)に示すように
、このパターン4を用いて、まず窒化膜3をRIE等で
除去した後、活性層2を化学エッチングでリセスエッチ
ングし、幅WG′(グ0.2μm)のダミーゲート5と
幅w.,”の上段ゲート・ソースリセス開口部6と幅W
o′の上段ゲート・ドレインリセス開口部7を形成する
. 次に第2図(C)に示す様に、ボジレジスト4と窒化膜
3を除去した後、活性層2の上にブラブマCVD等の方
法により窒化膜8を形成し、さらに窒化膜8の上にレジ
ストを形成し、T型ゲート電極の頭部を形成する為のT
型ゲート頭部開口部1oを有するレジストパターン9を
形成する.但し、T型ゲート頭部開口部の幅は上記の上
段リセス開口部の長さW ( =Wao ’ +Wt.
s ’ +Wb  ’ )よりも短くなるようにパター
ン設計する. 次に第2図(ロ)に示すように窒化膜8をRIE等でエ
ッチングしダミーゲート5を頭出ししてダミーゲート頭
出し部11を得、続いて第2図(e)に示す様に活性層
2を例えば酒石酸のウエットエッチング等により化学エ
ッチングし、幅WGの下段リセス12を形成し、これに
よって幅Wsを有する上段ゲート・ソースリセス開口部
13と幅WGDを有する上段ゲート・ドレインリセス開
口部14を得る.以上によって本発明の幅W(−WG。
+WaS+W0)の上段リセス15と幅WGの下段リセ
ス1λとを、下段リセスの幅WG12をW e * <
 W e nの位置関係で形成し、ゲート・ドレイン間
隔よりもゲート・ソース間隔を狭くしたオフセット式の
2段リセス構造が形成される. 次に第1図げ)のように、基板全面にシッットキーメタ
ルとしてTi/Mo/Au,Ti/A1等の金属を電子
ビーム蒸着等の手段で約1μm堆積し、次にリフトオフ
等でゲート金属16a.16b、レジスト9を除去し、
続いて窒化膜8をウエットエッチング等の方法により除
去することに−よって、第1図(9)に示すゲート長!
,17のオフセット式2段リセスT型ゲート構造の電界
効果トランジスタを得る. 以上のように本発明の製造方法によれば、第2図(a)
〜(b)の工程で示すように幅0.4〜0.5μmを有
するダミーゲート形成用のレジスト4をマスクとして窒
化膜3及び活性層2を順次サイドエッチングして幅W6
 ′のダミーゲート5を形成し、しかもこのダミーゲー
ト5の幅Wa  ’により、のちに形成されるT型ゲー
ト16のゲート長l,を決定するようにしたので、第2
図(a)〜(ロ)の工程での活性層2のサイドエッチン
グを制御することにより、ゲート長!,を0.  5μ
m以下、例えば0.2μmにまで微細化することができ
、微細なゲート電極16を精度良く形成することができ
る.また、ゲート長の微細化に伴ないゲート寄生容量も
低減することができる.また、ゲート電極16の形状を
T型構造としたので、ゲート電極の断面積を大きくする
ことができ、ゲート抵抗の低減を図ることもできる.ま
た、さらにはリセス部を2段に形成するとともに幅の狭
いリセス段をソース電極側に近づけて配置している為、
電界集中を分離でき、動作層とバッファ層間のリーク電
流を減少でき、ゲート・ドレイン間の電界を分散するこ
とができるとともに、ソース・ゲート間抵抗の増大を抑
制することができる.以上から、RF特性を向上でき、
素子の高性能化及び高耐圧化を図ることができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の半導体装置によれば、半導体基板
上のソース電極とドレイン電極間に形成された幅の広い
上段リセス部と、この上段リセス部にドレイン電極側よ
りもソース電極側に近づけて配置した幅の狭い下段リセ
ス部と、この下段リセス部に幅広の頭部を有するT型の
ゲート電極とを備えた2段リセスT型ゲート構造とした
ので、リセス部が2段に形成されたことにより電界集中
が分離され、ゲート・ドレイン間の電界が分散され、動
作層とバッファ層間のリーク電流を減少できる.また幅
の狭いリセス段をソース電極側に寸法を近づけて配置し
ている為、ソース・ゲート間寄生抵抗の増大が抑制され
る.また、T型ゲートの採用により、微細ゲート長!,
による寄生容量の低減とゲート断面積の増大による寄生
抵抗の低減もなさしめられ、高性能化,高耐圧化を図る
ことができる.また、この発明の半導体装置の製造方法
によれば、半導体基板上にダミーゲート部を残して幅の
広い上段リセス部を形成し、T型ゲート電極の頭部を形
成するためのパターンを形成した後、このパターンを活
用してダミーゲートの頭出しを行ない、幅の狭い下段リ
セス部をソース電極側に近付けて形成して2段リセス構
造を得た後、下段リセス部にT型ゲート電極を形成する
ようにしたので、従来技術の装置類でオフセット式2段
リセス構造のT型ゲート電極構造の電界効果トランジス
タを十分に製造できるため、高耐圧.高性能な電界効果
トランジスタが安価で精度よく得られる効果がある.ま
た幅の広いリセス段と幅の狭いリセス段を容易に精度良
く構成できる効果があり、前記リセス段形成時にゲート
電極形成パターンも精度よく形成される為に、T型ゲー
ト電極の形成も容易に精度良く達成できる効果がある.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体装置を示す断面
図、第2図(a)〜(自)は本発明の一実施例による半
導体装置の製造方法を示す主要工程の断面図、第3図は
従来の半導体装置を示す断面図、第4図(a)〜(j)
は第3図の半導体装置の製造方法を示す主要工程の断面
図、第5図(a)〜(6)は他の従来例による半導体装
置の製造方法を示す主要工程の断面図である. 図において、1はGaAs基板、2は活性層、3は窒化
膜、4はポジ型レジスト、5はダミーゲート部、6は上
段ゲート・ソースリセス開口部、7は上段ゲート・ドレ
インリセス開口部、8は窒化膜、9はレジスト、10は
T型ゲート頭部開口部、11はダミーゲート頭出し部、
12は下段リセス部、13は上段ゲート・ソースリセス
開口部、14は上段ゲート・ドレインリセス開口部、l
5は上段リセス幅、16はゲート電極、16a,16b
はゲート金属、l7はゲート長である.なお図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上のソース電極とドレイン電極との間
    に形成された幅の広い上段リセス部と、該上段リセス部
    にドレイン電極側よりもソース電極側に近付けて配置さ
    れた幅の狭い下段リセス部と、 該下段リセス部に配置された幅広の頭部を有するT型の
    ゲート電極とを備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)2段リセス部に幅広の頭部を有するT型のゲート
    電極を有する半導体装置の製造方法において、 半導体基板上にダミーゲート部を残して幅の広い上段リ
    セス部を形成する工程と、 T型ゲート電極の頭部を形成するためのパターンを形成
    する工程と、 上記パターンを活用して、上記ダミーゲート部の頭出し
    をした後、幅の狭い下段リセス部をソース電極側に近付
    けて形成し、2段リセス構造を得る工程と、 上記下段リセス部にT型ゲート電極を形成する工程とを
    備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. (3)2段リセス部に幅広の頭部を有するT型のゲート
    電極を有する半導体装置の製造方法において、 半導体基板上の活性層上に第1の窒化膜を形成し、第1
    のレジストパターンをマスクとして、該第1の窒化膜、
    及び活性層をエッチングし、幅W_G__3′のゲート
    ・ソースリセス部、幅W_G_D′のゲート・ドレイン
    リセス部、及び幅W_G′のダミーゲート部を、W_G
    _S′<W_G_D′(但し、W_G_S′+W_G′
    +W_G_D′=W)の関係に形成する第1の工程と、
    上記第1のレジストパターン及び第1の窒化膜を除去し
    た後、基板全面に上記ダミーゲート部、ゲート・ソース
    リセス部、及びゲート・ドレインリセス部を埋め込むよ
    うに第2の窒化膜を形成し、該第2の窒化膜上にT型ゲ
    ート電極の頭部を形成するためのT型ゲート頭部開口部
    を有する第2のレジストパターンを形成する第2の工程
    と、該第2のレジストパターンをマスクとして上記第2
    の窒化膜をエッチングし、上記ダミーゲート部の頭出し
    を行う第3の工程と、 上記第2のレジスト及び第2の窒化膜をマスクとして上
    記活性層をエッチングし、幅W_Gの下段リセス部を形
    成するとともに、幅W_G_Sの上段ゲート・ソースリ
    セス部、及び幅W_G_Dの上段ゲート・ドレインリセ
    ス部(但し、W_G+W_G_D+W_G_S=W)を
    形成する第4の工程と、 基板全面にゲート電極金属を蒸着し、リフトオフ法によ
    り上記第2のレジスト及びその上に形成されたゲート電
    極金属を除去し、その後さらに上記第2の窒化膜を除去
    して、上記下段リセス部に幅広の頭部を有するT型のゲ
    ート電極を形成する第5の工程とを含むことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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