JPH03185739A - 自己整列tゲートhemt - Google Patents
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/28587—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising AIIIBV compounds characterised by the sectional shape, e.g. T, inverted T
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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、マイクロ電子装置の製造方性に関するもので
あり、特に自己整列処理を使用する高電子移動度トラン
ジスタのようなT型ゲート電光効果トランジスタの製造
方性に関するものである。
あり、特に自己整列処理を使用する高電子移動度トラン
ジスタのようなT型ゲート電光効果トランジスタの製造
方性に関するものである。
[従来の技術]
この高電子移動度トランジスタ(HEMT)はGaAs
電界効果トランジスタ技術の変形であり、特に低温度に
おいて標準の金属半導体電界効果トランジスタ(MEs
FET)より優れた特性を示す。それは通常は分子ビー
ムエピタキシャル(MBE)によって製造され、層は真
空中における分子付着によって形成される。通常のHE
MTはチャンネルと金属ゲートの間に薄いドープされた
AlGaAs層を有するドープされないGaAsのチャ
ンネルを使用する。ドープされた層はチャンネルのため
の電子を供給する。
電界効果トランジスタ技術の変形であり、特に低温度に
おいて標準の金属半導体電界効果トランジスタ(MEs
FET)より優れた特性を示す。それは通常は分子ビー
ムエピタキシャル(MBE)によって製造され、層は真
空中における分子付着によって形成される。通常のHE
MTはチャンネルと金属ゲートの間に薄いドープされた
AlGaAs層を有するドープされないGaAsのチャ
ンネルを使用する。ドープされた層はチャンネルのため
の電子を供給する。
この装置の主要な利点はチャン、ネル中の電子の易動度
がMESFETよりHEMTにおいて高いことである。
がMESFETよりHEMTにおいて高いことである。
それはキャリアを散乱させるようなドープ不純物イオン
がチャンネル中に存在しないためである。これはHEM
Tに高速ターンオン特性を与える。それらはしきい値の
ほんの少し上のゲート論理電圧によりほとんど全トラン
スコンダクタンスを発生する。さらに薄いゲート絶縁物
は比較的高いトランスコンダクタンスを与え、得られる
実効電子速度は室温におけるMESFETよりも高いた
め、潜在的なりロック速度もまた高い。
がチャンネル中に存在しないためである。これはHEM
Tに高速ターンオン特性を与える。それらはしきい値の
ほんの少し上のゲート論理電圧によりほとんど全トラン
スコンダクタンスを発生する。さらに薄いゲート絶縁物
は比較的高いトランスコンダクタンスを与え、得られる
実効電子速度は室温におけるMESFETよりも高いた
め、潜在的なりロック速度もまた高い。
HE M T置は特に低温で動作する高性能の大規模集
積回路を構成するための優れた候補である。
積回路を構成するための優れた候補である。
T型ゲートを有するHEMTは通常文献に記載されたよ
うな(Journal of’ Vacuum 5ci
ence Technology、B5(6)、 1
707〜1715頁、 1987年11/ 12月)自
己整列耐熱金属ゲート処理を使用して製造される。耐熱
金属ゲートとは800 ” C程度の温度で熱的に安定
な金属ゲートを意味する。これらのゲート金属は抵抗が
高く、珪化タングステン、窒化タングステン、および珪
化窒化タングステンを含む。
うな(Journal of’ Vacuum 5ci
ence Technology、B5(6)、 1
707〜1715頁、 1987年11/ 12月)自
己整列耐熱金属ゲート処理を使用して製造される。耐熱
金属ゲートとは800 ” C程度の温度で熱的に安定
な金属ゲートを意味する。これらのゲート金属は抵抗が
高く、珪化タングステン、窒化タングステン、および珪
化窒化タングステンを含む。
そのようなプロセスにおいては耐熱金属ゲートはニッケ
ル頂面が形成されシリコンのイオン注入が行われてゲー
トの両側にソース領域およびドレイン領域の形成される
。。それからニッケルは剥がされてウェハは注入された
イオンを活性化するために約800°Cの温度で焼鈍さ
れ、N+のソース領域およびドレイン領域が形成される
。
ル頂面が形成されシリコンのイオン注入が行われてゲー
トの両側にソース領域およびドレイン領域の形成される
。。それからニッケルは剥がされてウェハは注入された
イオンを活性化するために約800°Cの温度で焼鈍さ
れ、N+のソース領域およびドレイン領域が形成される
。
耐熱金属ゲート処理は、ゲートの抵抗が高く、注入され
たイオンを活性化するために必要な高温処理はHEMT
製造に使用するために好ましい材料を破壊する欠点があ
る。
たイオンを活性化するために必要な高温処理はHEMT
製造に使用するために好ましい材料を破壊する欠点があ
る。
装置固有の電流特性を制御するためHE M Tのゲー
トは文献に記載されているように(Journaof
Electroche++1cal 5ociety、
Vol、134.No、10.2814〜2616頁、
1987年10月)所望された程度にチャンネル領
域中に入り込んでいる。そのようなプロセスではゲート
はソースおよびドレインオームコンタクトに再整列され
る。しかしながら再整列の精度はソース金属の接近によ
って・制限される。金属は電子ビームリソグラフ処理中
に入射した電子を反射してレジストの図形を著しく歪ま
せる。これはソースゲート寸法を最小3000オングス
トロームに制限する。同様にゲートが配置されるソース
・ドレイン間隔は1ミクロン以上でなければならない。
トは文献に記載されているように(Journaof
Electroche++1cal 5ociety、
Vol、134.No、10.2814〜2616頁、
1987年10月)所望された程度にチャンネル領
域中に入り込んでいる。そのようなプロセスではゲート
はソースおよびドレインオームコンタクトに再整列され
る。しかしながら再整列の精度はソース金属の接近によ
って・制限される。金属は電子ビームリソグラフ処理中
に入射した電子を反射してレジストの図形を著しく歪ま
せる。これはソースゲート寸法を最小3000オングス
トロームに制限する。同様にゲートが配置されるソース
・ドレイン間隔は1ミクロン以上でなければならない。
HEMTの製造に使用される別のプロセスは置換または
ダミーゲートの形成を含んでいる。このゲートは動作金
属ゲートの形成に先立ってゲートおよびソースオームコ
ンタクトの製造のために一時的に使用される。置換ゲー
トを使用する処理の一例は文献に記載されている( I
EEE Electron Device Lette
rs、vol、ED−B、no、6.279〜281頁
、 1985年6月)。ダミーゲート処理の例も文献に
記載されている(IEDM Proceedings
1988,894〜89B頁)これらの処理は動作ゲー
トの形成の前の置換ゲートまたはダミーゲートの形成を
必要とし、多数の複雑な製造工程を含んでいる。
ダミーゲートの形成を含んでいる。このゲートは動作金
属ゲートの形成に先立ってゲートおよびソースオームコ
ンタクトの製造のために一時的に使用される。置換ゲー
トを使用する処理の一例は文献に記載されている( I
EEE Electron Device Lette
rs、vol、ED−B、no、6.279〜281頁
、 1985年6月)。ダミーゲート処理の例も文献に
記載されている(IEDM Proceedings
1988,894〜89B頁)これらの処理は動作ゲー
トの形成の前の置換ゲートまたはダミーゲートの形成を
必要とし、多数の複雑な製造工程を含んでいる。
[発明の解決すべき課題]
この発明は、高性能のGaAsおよびInPをベースと
するHEMTおよび関連したマイクロ電子装置のための
自己整列ゲート技術を提供するものである。
するHEMTおよび関連したマイクロ電子装置のための
自己整列ゲート技術を提供するものである。
この発明は、同等高温処理(約300 ’ C以上)を
使用することなく低い寄生抵抗を有する自己整列T型ゲ
ートHEMTの製造を可能にするものである。この発明
の方法は、従来の耐熱ゲート金属材料を使用して製造さ
れたHEMTに勝る非常に減少したゲート抵抗を持つパ
ッシベートされたT型ゲートHEMTを提供する。
使用することなく低い寄生抵抗を有する自己整列T型ゲ
ートHEMTの製造を可能にするものである。この発明
の方法は、従来の耐熱ゲート金属材料を使用して製造さ
れたHEMTに勝る非常に減少したゲート抵抗を持つパ
ッシベートされたT型ゲートHEMTを提供する。
[発明の解決のための手段]
本発明によれば、はぼT型のゲー′トが基体上の多層レ
ジスト構造の電子ビーム照射を利用して形成される。多
層レジスト構造は上層と下層から形成され、上層は下層
よりも電子ビームに対する感度が高い。照射された部分
を溶解することによって断面がほぼT型形状の開口が形
成される。導電材料が開口を満たすように付着されて基
体上にT型形状のゲートが形成される。多層レジスト構
造とその上に付着された金属が除去された後、このゲー
トの周囲の前記表面を覆ってゲートと整列してゲートの
幅よりも広い開口を有するマスク層が形成され、そのマ
スク層の開口はゲートの断面における上部部分の両端と
開口の隣接する縁部との間で第1および第2の横方向間
隔を規定している。
ジスト構造の電子ビーム照射を利用して形成される。多
層レジスト構造は上層と下層から形成され、上層は下層
よりも電子ビームに対する感度が高い。照射された部分
を溶解することによって断面がほぼT型形状の開口が形
成される。導電材料が開口を満たすように付着されて基
体上にT型形状のゲートが形成される。多層レジスト構
造とその上に付着された金属が除去された後、このゲー
トの周囲の前記表面を覆ってゲートと整列してゲートの
幅よりも広い開口を有するマスク層が形成され、そのマ
スク層の開口はゲートの断面における上部部分の両端と
開口の隣接する縁部との間で第1および第2の横方向間
隔を規定している。
導電材料を開口の前記第1および第2の横方向間隔の部
分の下方の前記半導体層表面上に付着させてソースおよ
びドレイン金属電極が形成される。
分の下方の前記半導体層表面上に付着させてソースおよ
びドレイン金属電極が形成される。
金属電極はゲートと自己整列し、金属付着中のゲートの
マスク効果によってゲートから間隔を隔てられる。ゲー
トは非対称の上部部分とすることもでき、それはゲート
・ソース電極間よりもゲート・ドレイン?l5tj間で
大きい間隔を与え、装置の破壊電圧を増加させることが
できる。ゲートの側面に酸化物絶縁側壁を形成すること
もできる。
マスク効果によってゲートから間隔を隔てられる。ゲー
トは非対称の上部部分とすることもでき、それはゲート
・ソース電極間よりもゲート・ドレイン?l5tj間で
大きい間隔を与え、装置の破壊電圧を増加させることが
できる。ゲートの側面に酸化物絶縁側壁を形成すること
もできる。
[発明の効果〕
この発明により得られる装置は非常に高い周波数応答特
性を有しており、高速周波数分割器のようなマイクロ波
およびデジタルの応用に適している。それは0.4 ミ
クロン以下のソース・ドレイン間隔と、0.15ミクロ
ン程度の短いゲート長との組み合わせによって高いトレ
イン電流と、200 G it z以上のflと、約0
.3ボルトの低いニー電圧が得られる。これは結果的に
低いミリメートル波ノイズフィギュアと、高い利得と、
減少した電圧スイングによる低い電力消費を伴った迅速
なスイッチング速度をもたらす。
性を有しており、高速周波数分割器のようなマイクロ波
およびデジタルの応用に適している。それは0.4 ミ
クロン以下のソース・ドレイン間隔と、0.15ミクロ
ン程度の短いゲート長との組み合わせによって高いトレ
イン電流と、200 G it z以上のflと、約0
.3ボルトの低いニー電圧が得られる。これは結果的に
低いミリメートル波ノイズフィギュアと、高い利得と、
減少した電圧スイングによる低い電力消費を伴った迅速
なスイッチング速度をもたらす。
この発明の自己整列ゲート処理(SAG)は1000オ
ングストローム程度のソース・ゲートおよびゲート・ド
レイン分離を可能にし、それはゲートの脚部の側方に張
出しているT方ゲートの上部部分の大きさである。ゲー
トはソースおよびトレインの金属電極の画定に使用され
るためゲート金属はオーム金属の厚さに等しい量の金属
によって厚くされている。これは25乃至50%もゲー
ト抵抗を減少させる。
ングストローム程度のソース・ゲートおよびゲート・ド
レイン分離を可能にし、それはゲートの脚部の側方に張
出しているT方ゲートの上部部分の大きさである。ゲー
トはソースおよびトレインの金属電極の画定に使用され
るためゲート金属はオーム金属の厚さに等しい量の金属
によって厚くされている。これは25乃至50%もゲー
ト抵抗を減少させる。
[実施例]
以下本発明を添付図面を参照にして説明する。
第1図を参照にして説明すると、本発明の製造プロセス
の11の工程は基体10の準備である。本発明はドープ
されたドナー層が半絶縁性ウェハ上のドープされないチ
ャンネル層上に形成されているGaAsまたはInPを
使用するHEMTの製造に特に適しているが、それのみ
に限定されるものではない。本発明は例えばMESFE
Tのような他のトランジスタ構造の製造にも使用するこ
とができる。MESFETにおいては基体loはSt。
の11の工程は基体10の準備である。本発明はドープ
されたドナー層が半絶縁性ウェハ上のドープされないチ
ャンネル層上に形成されているGaAsまたはInPを
使用するHEMTの製造に特に適しているが、それのみ
に限定されるものではない。本発明は例えばMESFE
Tのような他のトランジスタ構造の製造にも使用するこ
とができる。MESFETにおいては基体loはSt。
Ge、GaAs、或いはその他の類似した半導体材料の
単一ウェハで構成される。しかしながら、1nP材料を
使用するHEMTの製造のための本発明の好ましい実施
例においては、基体lOはInPの基体またはベース層
12を含み、それは少なくとも半絶縁性であり、この基
体層12上に形成されたエピタキシャル層14は以下説
明するようにドープされないチャンネル層上のドープさ
れたドナー層を備えている。
単一ウェハで構成される。しかしながら、1nP材料を
使用するHEMTの製造のための本発明の好ましい実施
例においては、基体lOはInPの基体またはベース層
12を含み、それは少なくとも半絶縁性であり、この基
体層12上に形成されたエピタキシャル層14は以下説
明するようにドープされないチャンネル層上のドープさ
れたドナー層を備えている。
第1図において、フォトレジストマスク16はフォトリ
ソグラフその他の手段によって本発明により能動素子の
トランジスタが形成されるエピタキシャル層14の表面
14a上に形成される。図面では説明を簡単にするため
にただ一つのマスクのみが示されているが、実際の装置
の製造ではウェハは多数のトランジスタ装置に加えて少
くとも1つの整列マークおよび“エッチ”FETをそれ
ぞれ含む多数のユニットセルに分割される。整列マーク
は製造処理中装置の要素層の一致を容易にするために設
けられ、“エッチ”FETは以下説明する任意の後続処
理段階における凹部のエツチングを制御するために設け
られる。
ソグラフその他の手段によって本発明により能動素子の
トランジスタが形成されるエピタキシャル層14の表面
14a上に形成される。図面では説明を簡単にするため
にただ一つのマスクのみが示されているが、実際の装置
の製造ではウェハは多数のトランジスタ装置に加えて少
くとも1つの整列マークおよび“エッチ”FETをそれ
ぞれ含む多数のユニットセルに分割される。整列マーク
は製造処理中装置の要素層の一致を容易にするために設
けられ、“エッチ”FETは以下説明する任意の後続処
理段階における凹部のエツチングを制御するために設け
られる。
マスク1Bのパターンが定められた後、表面14aはイ
オン注入にさらされ、それはマスク16によって覆われ
ていない区域の層14を電気的に絶縁性にする。この工
程の目的は基体lO上のトランジスタ装置を電気的に分
離することである。所望の分離を行うための好ましいイ
オンの種類には酸素および硼素が含まれる。イオン注入
後、第2図に示すようにエピタキシャル層i4はマスク
taによって覆われてイオン注入から遮蔽された内側区
域14bと、イオン注入によって絶縁性にされた外側区
域14cとを含んでいる。HEMTその他のトランジス
タ装置のような能動電子素子は本発明によって内側区域
14bに形成される。さらに本発明の技術的範囲内にお
いて装置の電気的分離は、能動区域を囲む非導電性層ま
たは半絶縁基体lOのいずれか間でエピタキシャル層1
4をエツチングすることによって行われることもできる
。
オン注入にさらされ、それはマスク16によって覆われ
ていない区域の層14を電気的に絶縁性にする。この工
程の目的は基体lO上のトランジスタ装置を電気的に分
離することである。所望の分離を行うための好ましいイ
オンの種類には酸素および硼素が含まれる。イオン注入
後、第2図に示すようにエピタキシャル層i4はマスク
taによって覆われてイオン注入から遮蔽された内側区
域14bと、イオン注入によって絶縁性にされた外側区
域14cとを含んでいる。HEMTその他のトランジス
タ装置のような能動電子素子は本発明によって内側区域
14bに形成される。さらに本発明の技術的範囲内にお
いて装置の電気的分離は、能動区域を囲む非導電性層ま
たは半絶縁基体lOのいずれか間でエピタキシャル層1
4をエツチングすることによって行われることもできる
。
さらに第2図に示されるようにマスクlBは除去され、
例えばSLOから形成された誘電体層18が活性領域1
4bの横方向外側の表面14aの所望の部分を覆うよう
に付着される。誘電体層18をもうけることは任意であ
り、ゲートおよび後で表面に付着差せる金属の絶縁領域
14cに対する付着性が満足するようなものでないとき
に下地として使用される。誘電体層18の材料はエピタ
キシャル層14および14cに強力に付着するようなも
のが選択され、また以下詳細に説明するように処理にお
いて使用する金属に強力に付着するように選択される。
例えばSLOから形成された誘電体層18が活性領域1
4bの横方向外側の表面14aの所望の部分を覆うよう
に付着される。誘電体層18をもうけることは任意であ
り、ゲートおよび後で表面に付着差せる金属の絶縁領域
14cに対する付着性が満足するようなものでないとき
に下地として使用される。誘電体層18の材料はエピタ
キシャル層14および14cに強力に付着するようなも
のが選択され、また以下詳細に説明するように処理にお
いて使用する金属に強力に付着するように選択される。
第3図乃至第8図に示された処理工程は、はぼT型の導
電材料ゲートを電子ビームリソグラフ技術を使用して形
成する状態を示す。この方法は非常に高い分解能が可能
であるために好ましいが、この発明は、装置が高電力を
要求する場合や、寸法や間隔が大きい場合には光学リソ
グラフ技術のような別の処理法を使用して実現すること
もできる。
電材料ゲートを電子ビームリソグラフ技術を使用して形
成する状態を示す。この方法は非常に高い分解能が可能
であるために好ましいが、この発明は、装置が高電力を
要求する場合や、寸法や間隔が大きい場合には光学リソ
グラフ技術のような別の処理法を使用して実現すること
もできる。
第3図に示された処理工程において第1のレジスト層2
2と第2のレジスト層24を含むレジスト層構造20の
形態のマスク層が表面14aおよび誘電体層18(存在
するならば)上に形成される。レジスト層22はポリメ
チルメタクリレート (PMMA)のような材料を含み
、レジスト層24はPMMAとメチルメタクリレート(
MMA)との混合物のような材料を含み、MMAは純粋
のPMMAよりも電子ビーム照射に敏感である。
2と第2のレジスト層24を含むレジスト層構造20の
形態のマスク層が表面14aおよび誘電体層18(存在
するならば)上に形成される。レジスト層22はポリメ
チルメタクリレート (PMMA)のような材料を含み
、レジスト層24はPMMAとメチルメタクリレート(
MMA)との混合物のような材料を含み、MMAは純粋
のPMMAよりも電子ビーム照射に敏感である。
禎4図の工程においてフィリップスビームライター(商
品名)のような電子ビームリソグラフ装置が使用されて
矢印28で示されたように電子ビームeによってレジス
ト層構造20の選択された区域2Gが照射される。電子
ビームによる書込みは図の平面に垂直に延在する2以上
の平行な通路で行われることが好ましいが、1つの通路
で行うことも可能である。電子ビームにより照射された
区域26は幅が狭い層22の下方の区域28aを含み、
上方の層24の区域28bは区域28aよりも幅が広い
。
品名)のような電子ビームリソグラフ装置が使用されて
矢印28で示されたように電子ビームeによってレジス
ト層構造20の選択された区域2Gが照射される。電子
ビームによる書込みは図の平面に垂直に延在する2以上
の平行な通路で行われることが好ましいが、1つの通路
で行うことも可能である。電子ビームにより照射された
区域26は幅が狭い層22の下方の区域28aを含み、
上方の層24の区域28bは区域28aよりも幅が広い
。
第5図に示すようにエツチング剤または溶媒が供給され
て電子ビームによって照射された区域をエツチングまた
は溶解して電子ビームによって形成された潜像を現像す
る。図示のようにエツチングまたは現像工程によって負
のりエンドラント角を有するほぼT形状の断面のゲート
開口30が生じる。所望ならばゲート開口30は第6図
に示すように任意の第2のエツチング工程にさらされ、
所望の深さまでエピタキシャル層14中に開口30の底
部を深く人込ませてもよい。このエツチング工程中に前
述のように形成されたエツチングFET(図示せず)が
エピタキシャル層14を通って流れる電流を監視するた
めに使用され、それによってエツチングの深さを選択さ
れたレベルに正確に制御することができる。
て電子ビームによって照射された区域をエツチングまた
は溶解して電子ビームによって形成された潜像を現像す
る。図示のようにエツチングまたは現像工程によって負
のりエンドラント角を有するほぼT形状の断面のゲート
開口30が生じる。所望ならばゲート開口30は第6図
に示すように任意の第2のエツチング工程にさらされ、
所望の深さまでエピタキシャル層14中に開口30の底
部を深く人込ませてもよい。このエツチング工程中に前
述のように形成されたエツチングFET(図示せず)が
エピタキシャル層14を通って流れる電流を監視するた
めに使用され、それによってエツチングの深さを選択さ
れたレベルに正確に制御することができる。
第7図に示す次の工程においては、チタニウム、プラチ
ナ、および金の層を含むことが好ましい多層金属構造の
形態の導電材料が表面14a上に付着される。金属は図
に32で示すようにレジスト層構造20の表面上に付着
され、またT型ゲート34の形態で開口30の内部に付
着される。レジスト層構造20およびその上の金属はそ
の後リフトオフによって除去され、第8図に示す構造が
生成される。
ナ、および金の層を含むことが好ましい多層金属構造の
形態の導電材料が表面14a上に付着される。金属は図
に32で示すようにレジスト層構造20の表面上に付着
され、またT型ゲート34の形態で開口30の内部に付
着される。レジスト層構造20およびその上の金属はそ
の後リフトオフによって除去され、第8図に示す構造が
生成される。
T型ゲート34は開口30の形状に一致し、脚部を形成
する幅の狭いベースまたは底部34aと、以下説明する
ようにソースおよびドレインの金属電極の自己整列マス
クとして機能する幅の広い上部部分34bとを含む断面
形状を有する。上部部分34bの幅と底部34aの幅と
の比は4:1程度である。
する幅の狭いベースまたは底部34aと、以下説明する
ようにソースおよびドレインの金属電極の自己整列マス
クとして機能する幅の広い上部部分34bとを含む断面
形状を有する。上部部分34bの幅と底部34aの幅と
の比は4:1程度である。
電子ビームリソグラフを使用する実際の装置の製造では
、底部34aを約0.1ミクロン程度に、また上部部分
34bの幅を約0.4 ミクロン程度にすることが可能
で\ある。T型ゲート34は図の紙面と垂直方向ニ約5
0ミクロンの長さで延在し、高さが約3750オングス
トロームの細長い形態で形成されることが好ましい。
、底部34aを約0.1ミクロン程度に、また上部部分
34bの幅を約0.4 ミクロン程度にすることが可能
で\ある。T型ゲート34は図の紙面と垂直方向ニ約5
0ミクロンの長さで延在し、高さが約3750オングス
トロームの細長い形態で形成されることが好ましい。
第9図および第10図はT型ゲート34に誘電体側壁を
形成するための任意の工程を示している。
形成するための任意の工程を示している。
このような側壁は一般的にInP系材系材酸使用する必
要はない。しかしながらGaAs系材料が使用される場
合には、材料は次の処理工程において形成されたソース
およびドレインの金属電極から金属電極間の部分および
T型ゲート34中に拡散しその間の抵抗を不所望に減少
させる。誘電体側壁はこの効果を阻止するV4壁として
作用する。
要はない。しかしながらGaAs系材料が使用される場
合には、材料は次の処理工程において形成されたソース
およびドレインの金属電極から金属電極間の部分および
T型ゲート34中に拡散しその間の抵抗を不所望に減少
させる。誘電体側壁はこの効果を阻止するV4壁として
作用する。
第9図に示すようにSiO2またはSi、N。
のような誘電体材料の層36が表面14aおよびT型ゲ
ート34上に付着される。第10図において反応性イオ
ンエツチング(RI E)のような垂直エツチング処理
が行われて垂直方向でマスクされない全ての区域の層3
6が除去される。好ましい形態では、T型ゲート34の
上部部分34bは自己整列マスクとして機能して、この
上部部分34bの下方のT型ゲート34の側壁と表面1
4aの部分の層36のエツチングを阻止する。このエツ
チング工程の結果として第10図に38で示されるよう
な所望の誘電体側壁が形成される。
ート34上に付着される。第10図において反応性イオ
ンエツチング(RI E)のような垂直エツチング処理
が行われて垂直方向でマスクされない全ての区域の層3
6が除去される。好ましい形態では、T型ゲート34の
上部部分34bは自己整列マスクとして機能して、この
上部部分34bの下方のT型ゲート34の側壁と表面1
4aの部分の層36のエツチングを阻止する。このエツ
チング工程の結果として第10図に38で示されるよう
な所望の誘電体側壁が形成される。
第11図を参照すると、マスクまたはフォトレジスト層
40が表面14aおよびT型ゲート34を覆って付着さ
れる。例えばクロムでパターンを描いた水晶のマスクプ
レート42がT型ゲート34と整列して層40の上部に
接触して位置される。それから紫外線の照射が行われて
マスクでカバーされた中央区域の横の外側のフォトレジ
スト層40の露光が矢印で示されるように行われる。マ
スク42は除かれ画像反転現像処理により構造は露出さ
れた区域が硬化され、覆われた区域が選択されたエツチ
ング剤でエツチングできるように軟化される。したがっ
てエツチング剤によってこのマスク42によって覆われ
た区域はエツチングにより除去され、開口44が形成さ
れる。
40が表面14aおよびT型ゲート34を覆って付着さ
れる。例えばクロムでパターンを描いた水晶のマスクプ
レート42がT型ゲート34と整列して層40の上部に
接触して位置される。それから紫外線の照射が行われて
マスクでカバーされた中央区域の横の外側のフォトレジ
スト層40の露光が矢印で示されるように行われる。マ
スク42は除かれ画像反転現像処理により構造は露出さ
れた区域が硬化され、覆われた区域が選択されたエツチ
ング剤でエツチングできるように軟化される。したがっ
てエツチング剤によってこのマスク42によって覆われ
た区域はエツチングにより除去され、開口44が形成さ
れる。
第13図に示すように合金された金およびゲルマニウム
、ニッケル、および金の各層を含むことが好ましい導電
材料4Bがフォトレジスト40および表面14aのマス
クされていない区域に付着される。
、ニッケル、および金の各層を含むことが好ましい導電
材料4Bがフォトレジスト40および表面14aのマス
クされていない区域に付着される。
表面14aに付着される材料46はソースオームコンタ
クトまたは金属電極48およびドレインオームコンタク
トまたは金属電極50を形成する。この発明の自己整列
の特徴によりマスク42の幅は図面で見て第1の横方向
間隔52がT型ゲート34の断面の上部左端と開口44
のそれに隣接する縁部との間で決定され、第2の横方向
間隔54がT型ゲート34の断面の上部右端と開口44
のそれに隣接する縁部との間で決定される。金属電極4
8および50はそれぞれ間隔52および54の下方の区
域で表面14aに付着される。
クトまたは金属電極48およびドレインオームコンタク
トまたは金属電極50を形成する。この発明の自己整列
の特徴によりマスク42の幅は図面で見て第1の横方向
間隔52がT型ゲート34の断面の上部左端と開口44
のそれに隣接する縁部との間で決定され、第2の横方向
間隔54がT型ゲート34の断面の上部右端と開口44
のそれに隣接する縁部との間で決定される。金属電極4
8および50はそれぞれ間隔52および54の下方の区
域で表面14aに付着される。
T型ゲート34の上部部分34bは同様に第10図の誘
電体側壁形成工程においてマスクとして機能し、上部部
分34bの垂直下方の区域の表面14aに金属の付着す
るのを阻止する。T型ゲート34の幅はHEMTその他
のトランジスタ装置のチャンネル幅を定め、チャンネル
幅を非常に短くすることができる。金属電極48および
50はT型ゲート34の底部34aから上部部分34b
の張出した部分の長さだけ距離を隔てられている。短い
ソース・ゲート間隔およびゲート・ドレイン間隔と短い
チャンネル長さの組み合わせによって、非常に高い周波
数で動作することのできるトランジスタを得ることがで
きる。第14図はフォトレジスト40およびその上の金
属材料46をリフトオフで除去した後の構造を示してい
る。
電体側壁形成工程においてマスクとして機能し、上部部
分34bの垂直下方の区域の表面14aに金属の付着す
るのを阻止する。T型ゲート34の幅はHEMTその他
のトランジスタ装置のチャンネル幅を定め、チャンネル
幅を非常に短くすることができる。金属電極48および
50はT型ゲート34の底部34aから上部部分34b
の張出した部分の長さだけ距離を隔てられている。短い
ソース・ゲート間隔およびゲート・ドレイン間隔と短い
チャンネル長さの組み合わせによって、非常に高い周波
数で動作することのできるトランジスタを得ることがで
きる。第14図はフォトレジスト40およびその上の金
属材料46をリフトオフで除去した後の構造を示してい
る。
T型ゲート34の幅の広い上部部分34bはさらに電流
に対して増加された断面を与えることによって装置のゲ
ート抵抗を減少させる好ましい効果を有する。さらに導
電材料46のキャップ60が第13図の工程において金
属電極48および50の形成と同時にT型ゲート34の
上面に付着される。このキャップ60は装置のゲート抵
抗をさらに約25乃至50%減少させる。
に対して増加された断面を与えることによって装置のゲ
ート抵抗を減少させる好ましい効果を有する。さらに導
電材料46のキャップ60が第13図の工程において金
属電極48および50の形成と同時にT型ゲート34の
上面に付着される。このキャップ60は装置のゲート抵
抗をさらに約25乃至50%減少させる。
第15図乃至第18図は外部回路にソースおよびドレイ
ン金属電極48および50を接続するための上部金属層
の製造工程を示している。上部金属層の材料がエピタキ
シャル層14の材料に付着してはならない場合には、上
記の方法で形成された誘電体層18が表面14aの区域
に設けられ、その上に上部金属層が形成される。
ン金属電極48および50を接続するための上部金属層
の製造工程を示している。上部金属層の材料がエピタキ
シャル層14の材料に付着してはならない場合には、上
記の方法で形成された誘電体層18が表面14aの区域
に設けられ、その上に上部金属層が形成される。
第15図に示すようにマスクまたはフォトレジスト層6
2が構造上に付着され、例えば水晶で作られたクロムの
パターンを有するマスク64がフォトレジスト層62上
に置かれる。フォトレジスト層62はマスクB4によっ
て覆われていない区域を軟化させるために矢印で示され
るように紫外線で照射される。エツチング剤で層62の
マスクで覆われなかった区域が溶解されて第16図に示
す構造が得られる。この工程は誘電体層18、金属電極
4Bおよび50、およびそれらの間の区域の上方に開口
6Bを生成する。第17図の工程において、チタニウム
、プラチナ、および金の層を含むことが好ましい導電材
料の層68が構造上に付着される。開口66の底部の覆
われていない区域に付着されたこの導電材料の層68は
ソースおよびドレイン金属電極48および50とオーム
接触するソースおよびドレイン導電層70および72を
形成する。第18図の最終工程においてフォトレジスト
層82およびその上の導電材料の層68は除去され、図
示のような構造が形成される。
2が構造上に付着され、例えば水晶で作られたクロムの
パターンを有するマスク64がフォトレジスト層62上
に置かれる。フォトレジスト層62はマスクB4によっ
て覆われていない区域を軟化させるために矢印で示され
るように紫外線で照射される。エツチング剤で層62の
マスクで覆われなかった区域が溶解されて第16図に示
す構造が得られる。この工程は誘電体層18、金属電極
4Bおよび50、およびそれらの間の区域の上方に開口
6Bを生成する。第17図の工程において、チタニウム
、プラチナ、および金の層を含むことが好ましい導電材
料の層68が構造上に付着される。開口66の底部の覆
われていない区域に付着されたこの導電材料の層68は
ソースおよびドレイン金属電極48および50とオーム
接触するソースおよびドレイン導電層70および72を
形成する。第18図の最終工程においてフォトレジスト
層82およびその上の導電材料の層68は除去され、図
示のような構造が形成される。
この発明の方法によって製造された自己整列T型ゲー)
HEMTは第19図に拡大された断面図で示され、全体
を80で示されており、第1図乃至第18図と同じ素子
には同じ参照符号が付けられている。エピタキシ、ヤル
層構造14はA I I nAsバッファ層82および
このバッファ層82上に形成された約400乃至500
オングストロームの厚さのドープされないGaAsチャ
ンネル層84を含んでいる。約15オングストロームの
厚さのドープされないA11nAsスペ一サ層8Bが層
84上に形成される。約35オングストロームの厚さの
AlInAsの負にドープされたドナー層88が層86
上に形成される。約150乃至300オングストローム
の厚さのドープされないAlInAs層90As−ト漏
洩電流を減少させるために118g上に形成される。約
20オングストロームの厚さのGa I nAsキャッ
プ層92が層90上に形成される。Au:Ge/Ni/
Au金属電極48および50ならびにキャップ60は約
1000オングストロームの厚さである。
HEMTは第19図に拡大された断面図で示され、全体
を80で示されており、第1図乃至第18図と同じ素子
には同じ参照符号が付けられている。エピタキシ、ヤル
層構造14はA I I nAsバッファ層82および
このバッファ層82上に形成された約400乃至500
オングストロームの厚さのドープされないGaAsチャ
ンネル層84を含んでいる。約15オングストロームの
厚さのドープされないA11nAsスペ一サ層8Bが層
84上に形成される。約35オングストロームの厚さの
AlInAsの負にドープされたドナー層88が層86
上に形成される。約150乃至300オングストローム
の厚さのドープされないAlInAs層90As−ト漏
洩電流を減少させるために118g上に形成される。約
20オングストロームの厚さのGa I nAsキャッ
プ層92が層90上に形成される。Au:Ge/Ni/
Au金属電極48および50ならびにキャップ60は約
1000オングストロームの厚さである。
第20図はこの発明の方法により製造された変形された
HEMTを示す。図において変形した素子は同じ符号に
ダッシュを付けて示している。T型ゲート34′の上部
34b゛は装置の破壊電圧を増加させるために非対称に
作られている。さらに詳しく説明すると、上部34b°
は底部34aからソース金属電極48の方向に第1の距
離だけ延在している第1の部分94と、底部34aから
ドレイン金属電極50の方向に第1の距離より大きい第
2の距離だけ延在している第2の部分96とを備えてい
る。第2の部分96の大きい延長部分によってT型ゲー
ト34とドレイン金属電極50との間隔はT型ゲート3
4゜とソース金属電極48との間隔より大きくなり、そ
のためHEMT80’の破壊電圧は増加される。
HEMTを示す。図において変形した素子は同じ符号に
ダッシュを付けて示している。T型ゲート34′の上部
34b゛は装置の破壊電圧を増加させるために非対称に
作られている。さらに詳しく説明すると、上部34b°
は底部34aからソース金属電極48の方向に第1の距
離だけ延在している第1の部分94と、底部34aから
ドレイン金属電極50の方向に第1の距離より大きい第
2の距離だけ延在している第2の部分96とを備えてい
る。第2の部分96の大きい延長部分によってT型ゲー
ト34とドレイン金属電極50との間隔はT型ゲート3
4゜とソース金属電極48との間隔より大きくなり、そ
のためHEMT80’の破壊電圧は増加される。
以上本発明をその特定の実施例と関連して説明したが、
当業者には本発明の技術的範囲を逸脱することなく多く
の変形変更を行うことが可能である。したがって本発明
は特定の実施例に限定されるものではない。種々の変形
変更は特許請求の範囲に定められた本発明の技術的範含
まれるべきものである。
当業者には本発明の技術的範囲を逸脱することなく多く
の変形変更を行うことが可能である。したがって本発明
は特定の実施例に限定されるものではない。種々の変形
変更は特許請求の範囲に定められた本発明の技術的範含
まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第18図は、本発明の1実施例のHEMTそ
の他のトランジスタ装置の製造のための自己整列処理方
法の工程における簡単化した断面である。 第19図は、本発明により製造されたT型ゲートを示す
拡大断面図である。 第20図は、第19図と類似した本発明により製造され
た非対称T型ゲートを示す拡大断面図である。
の他のトランジスタ装置の製造のための自己整列処理方
法の工程における簡単化した断面である。 第19図は、本発明により製造されたT型ゲートを示す
拡大断面図である。 第20図は、第19図と類似した本発明により製造され
た非対称T型ゲートを示す拡大断面図である。
Claims (12)
- (1)(a)半導体層を設け、 (b)前記半導体層の表面上にほぼT型の断面形状を有
する導電性ゲートを形成し、 (c)このゲートの周囲の前記表面を覆ってゲートと整
列してゲートの幅よりも広い開口を有するマスク層を形
成し、そのマスク層の開口はゲートの断面における上部
部分の両端とそれに隣接する開口の縁部との間で第1お
よび第2の横方向間隔を規定しており、 (d)導電材料を開口の前記第1および第2の横方向間
隔の部分の下方の前記半導体層表面上に付着させて第1
および第2の導電性コンタクトを形成することを特徴と
するトランジスタ装置の製造方法。 - (2)前記工程(d)に続いて、マスク層およびその上
にある導電材料を除去する工程を含む請求項1記載の製
造方法。 - (3)前記工程(b)は、 (e)前記半導体層の表面上にゲートマスク層を形成し
、 (f)前記ゲートの断面に対応するほぼT型の断面を有
するゲート開口をゲートマスク層を通って形成し、 (g)ゲート開口を実質上満たすように導電性ゲート材
料を付着させ、 (h)ゲートマスク層およびその上に付着された導電性
ゲート材料を除去する工程を含む請求項1記載の製造方
法。 - (4)前記工程(e)はレジスト層構造としてゲートマ
スク層を形成する工程を含み、 前記工程(f)は、 (i)電子ビームを使用してゲート開口に対応するレジ
スト層構造の区域を照射し、 (ii)エッチング剤を供給して前記照射区域中のレジ
スト層構造をエッチングして除去する工程を含む請求項
3記載の製造方法。 - (5)前記工程(e)は前記半導体層の表面を覆って形
成された第1のレジスト層とこの第1のレジスト層を覆
って形成された第2のレジスト層とを含むレジスト層構
造としてゲートマスク層を形成する工程を含み、第2の
レジスト層は第1のレジスト層よりも電子ビームに対す
る感度が高いものである請求項4記載の製造方法。 - (6)前記工程(f)の工程(i)は前記ゲート開口の
断面に垂直な方向に延在する複数の平行な通路を使用し
てレジスト層構造の区域を照射する工程を含む請求項5
記載の製造方法。 - (7)前記工程(c)は、 (j)前記開口に対応する区域を含む前記表面を覆うレ
ジスト層としてマスク層を形成し、 (k)前記開口に対応するレジスト層の区域を覆ってマ
スクを設け、 (l)マスクの外側のレジスト層を硬化させるように照
射し、 (m)マスクを除去し、 (n)エッチング剤を供給して前記工程(l)における
マスクによって覆われた未硬化区域のレジスト層をエッ
チングにより除去する工程を含む請求項1記載の製造方
法。 - (8)前記工程(b)と(c)との間において、(p)
前記表面およびゲートを覆って電気絶縁層を形成し、こ
の電気絶縁層に対して垂直エッチングを行うことによっ
てゲートに電気絶縁側壁を形成する工程を含む請求項1
記載の製造方法。 - (9)前記半導体層はドープされていないチャンネル層
を覆って形成されたドープされたドナー層を有する層構
造の一部であり、前記第1および第2の導電性コンタク
トはそれぞれソースおよびドレインコンタクトである請
求項1乃至8のいずれか1項記載のT型ゲートHEMT
の製造方法。 - (10)前記ドナー層はAlGaAsからなり、チャン
ネル層はGaAsからなる請求項9記載の製造方法。 - (11)前記ドナー層はAlInAsからなり、チャン
ネル層はGaInAsからなる請求項9記載の製造方法
。 - (12)前記ゲートはベース部分と、このベース部分よ
りも幅の広い上部部分とを備え、上部部分はベース部分
からソースコンタクトの方向に第1の距離だけ横方向に
張出している第1の部分と、ベース部分からドレインコ
ンタクトの方向に第1の距離より大きい第2の距離だけ
横方向に張出している第2の部分とを備えている請求項
9記載の製造方法。
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