JPH04167533A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH04167533A
JPH04167533A JP29562490A JP29562490A JPH04167533A JP H04167533 A JPH04167533 A JP H04167533A JP 29562490 A JP29562490 A JP 29562490A JP 29562490 A JP29562490 A JP 29562490A JP H04167533 A JPH04167533 A JP H04167533A
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JP
Japan
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film
photoresist film
mask
substrate
photoresist
Prior art date
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Pending
Application number
JP29562490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kimihiko Nagami
永見 公彦
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable a gate electrode short in gate length and large in sectional area to be formed by a method wherein a photoresist film is etched away to form side-etched parts using the first metallic film formed obliquely on a substrate surface as a mask and then the second metallic film is formed in almost vertical direction. CONSTITUTION:An SiNx film (insulating film) 9 is formed on a hetero-epitaxial substrate; a photoresist film 10 is formed on the film 9; and an opening is made by photolithography. Next, an Al film (the first metallic film) 12 is deposited in the oblique direction on the substrate so as to side-etch the photoresist film 10 using the Al film 12 as a mask. Next, the SiNx film 9 is etched away using the residual photoresist film 10 and the Al film 12 as masks followed by further etching with the SiNx film 9 as a mask to form a recess part 13. Next, a gate metal (the second metallic film) 6 is evaporated on the whole surface and then the photoresist film 10 is removed to form a gate electrode 14. Through these procedures, the gate length can be reduced without increasing the gate metal resistance.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特・に微細な
線幅の電極や配線を抵抗を増やす事なく形成でき、しか
も電界効果トランジスタに適用した場合にはドレイン耐
圧を向上させることができる半導体装置の製造方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Industrial Application Field The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and in particular to a method for manufacturing a semiconductor device, in which electrodes and wiring with a fine line width can be formed without increasing resistance, and in which a field effect transistor can be manufactured. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that can improve drain breakdown voltage when applied to a semiconductor device.

(ロ)従来の技術 半導体装置の電極や配線を選択的に形成する方法として
リフトオフ法がある。これは基板上にフォトレジスト膜
を塗布して、該フォトレジスト膜を選択的に露光し、現
像してレジストを開孔しその上から電極材料を蒸着させ
フォトレジスト膜とフォトレジスト膜上の電極材料を除
去する事でフォトレジスト膜の開化部分のみで基板上に
電極を形成するものである。
(b) Prior Art A lift-off method is a method for selectively forming electrodes and wiring of a semiconductor device. This involves coating a photoresist film on a substrate, selectively exposing the photoresist film to light, developing it to open holes in the resist, and depositing an electrode material on top of the resist film to form electrodes on the photoresist film and the photoresist film. By removing the material, electrodes are formed on the substrate using only the exposed portions of the photoresist film.

一般にフォトレジスト膜の選択的な露光はマスクを用い
て行われる。紫外線あるいは遠紫外線(Deep UV
光)による露光で開口されたフォトレジスト膜をマスク
として形成した電極の実現可能な最小線幅は0.5μm
程度である。これ以下の線幅を得るにはXmによる露光
やマスクを用いずにフォトレジスト膜を電子ビームやイ
オンビームで直接描画するものがある。しかし、X線露
光の場合はX線露光用のマスクの製作が難しく多くの工
程を必要とし、製作コストが高くなる。また、電子ビー
ムや集束イオンビームで直接描画をする場合はフォトレ
ジスト膜の膜厚が厚くなると、近接効果や基板からの後
方散乱電子等によって思う様に微細なパターンを形成す
る事ができない。
Generally, selective exposure of a photoresist film is performed using a mask. Ultraviolet or deep UV
The minimum achievable line width of an electrode formed using a photoresist film as a mask with openings exposed to light (light) is 0.5 μm.
That's about it. In order to obtain a line width smaller than this, there is a method in which a photoresist film is directly drawn with an electron beam or an ion beam without using Xm exposure or a mask. However, in the case of X-ray exposure, manufacturing a mask for X-ray exposure is difficult and requires many steps, resulting in high manufacturing costs. Furthermore, when direct writing is performed using an electron beam or a focused ion beam, if the photoresist film becomes thick, it becomes impossible to form a desired fine pattern due to proximity effects, backscattered electrons from the substrate, etc.

従って、X線露光や直接描画法の採用をできるだけ避け
たい。
Therefore, it is desirable to avoid using X-ray exposure or direct writing methods as much as possible.

また、特開昭52−45280号公報に記載されている
様にHE M T (High−Electrom M
obi 1ityTransisitor ;高電子移
動度トランジスタ)やG a A s ME S F 
E T (GaAs metal−5emicondu
ctor Field−Effect Transis
tor)等の高層素子のマイクロ波特性を向上させる(
特に雑音指数の低減)にはゲート長の短縮が必要である
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-45280, HE M T (High-Electrom M
high electron mobility transistor) and GaAs MESF
E T (GaAs metal-5 semiconductor
ctor Field-Effect Transis
tor) to improve the microwave characteristics of high-rise devices such as
In particular, it is necessary to shorten the gate length to reduce the noise figure.

また、単純にゲート長を短くするとゲート電極の断面積
が減少してゲート金属抵抗(Rg)が増大してしまいゲ
ート長を短縮した効果がマイクロ波特性(雑音指数)に
反映されないという問題がある。
In addition, simply shortening the gate length will reduce the cross-sectional area of the gate electrode and increase the gate metal resistance (Rg), causing the problem that the effect of shortening the gate length will not be reflected in the microwave characteristics (noise figure). be.

さらに、マイクロ波特性を向上させるにはドレイン耐圧
を大きくすることが必要である。
Furthermore, in order to improve the microwave characteristics, it is necessary to increase the drain breakdown voltage.

(ハ)発明が解決しようとする課題 本発明はX線露光や直接描画を用いることなくゲート長
が短くしかも断面が大きいゲート電極を形成することが
でき、電界効果トランジスタに適用した場合は、ドレイ
ン耐圧を大きくできる半導体装置の製造方法を提供しよ
うとするものである。
(c) Problems to be Solved by the Invention The present invention can form a gate electrode with a short gate length and a large cross section without using X-ray exposure or direct writing. The present invention aims to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can increase the withstand voltage.

(ニ)課題を解決するための手段 本発明は半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記
絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フ
ォトレジスト膜をパターニングして開孔を形成する工程
と、基板表面に対して斜めから第一の金属膜を形成する
工程と、前記第一の金属膜をマスクとして前記フォトレ
ジスト膜をエツチングし、前記第一の金属膜下にサイド
エツチング部を形成する工程と、残存する前記絶縁膜を
マスクとして前記基板をエツチングし、リセス部を形成
する工程と、基板表面に対して略垂直方向から第二の金
属膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を除去す
る工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法である。
(D) Means for Solving the Problems The present invention includes a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a photoresist film on the insulating film, and a step of patterning the photoresist film to form an opening. forming a first metal film obliquely with respect to the substrate surface; etching the photoresist film using the first metal film as a mask; and side etching under the first metal film. a step of etching the substrate using the remaining insulating film as a mask to form a recessed portion; a step of forming a second metal film from a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate; A method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that it includes a step of removing a photoresist film.

(ホ)作用 絶縁膜上に形成されたフォトレジスト膜の開化の幅と第
一の金属膜の蒸着方向によりゲート長が決定され、また
、絶縁膜上には第一の金属膜が残存するとともにゲート
電極の絶縁膜より上方の部位の幅は前記開化の幅となる
(e) The gate length is determined by the opening width of the photoresist film formed on the functional insulating film and the deposition direction of the first metal film, and the first metal film remains on the insulating film. The width of the portion of the gate electrode above the insulating film is the width of the opening.

さらに、第一の金属膜下に形成されたサイドエツチング
部により露出された絶縁膜をエンチングし、残存する絶
縁膜をマスクとして半導体基板をエンチングすると、リ
セス部はドレイン側に寄った場所に位置する。
Furthermore, when the insulating film exposed by the side etching part formed under the first metal film is etched and the semiconductor substrate is etched using the remaining insulating film as a mask, the recessed part is located closer to the drain side. .

(へ)実施例 本発明方法をHEMTの作成に適用した場合について第
1図(a)乃至(g)に基づいて説明する。
(F) Example A case in which the method of the present invention is applied to the creation of a HEMT will be explained based on FIGS. 1(a) to (g).

まず、膜厚500人半絶縁性GaAs基板上(])上に
分子線エピタキシ(MBE)技術または有料金属エピタ
キシ(OMVPE)技術により、ノンドープGaAs層
(2)を5ooo人の厚さまで成長させ、該層上にノン
ドープA l o、 、。
First, a non-doped GaAs layer (2) is grown to a thickness of 500 nm on a semi-insulating GaAs substrate (2) with a thickness of 500 nm using molecular beam epitaxy (MBE) technology or paid metal epitaxy (OMVPE) technology. Undoped A lo, , on the layer.

G a a、 ysA S層(3)を20人の厚さまで
成長させ、該層(3)上にn −A l o、 **G
 a o、 yaA s層(キャリア濃度2 、 OX
 10 ”/cm’) (4)を5゜0人の厚さまで成
長させ、該層(4)上にn”GaAs層(キャリア濃度
2.5X10目/cffl”)(6)を500人の厚さ
まで成長させる。
G a a, ysA S layer (3) is grown to a thickness of 20 nm, and on top of the layer (3) n - A lo, **G
ao, yaAs layer (carrier concentration 2, OX
10"/cm') (4) is grown to a thickness of 500 cm, and an n" GaAs layer (carrier concentration 2.5 x 10 cm/cffl) (6) is grown on the layer (4) to a thickness of 500 cm. Let it grow.

その後、このようにして形成されたヘテロエピタキシャ
ル基板上にAu−Ge/Ni等からなるオーミック金属
を蒸着し、リフトオフによりソースを極形成部及びドレ
インを極形成部に該金属を残し、合金化を行ってソース
電極(7)及びドレイン電極(8)を形成する。
Thereafter, an ohmic metal such as Au-Ge/Ni is vapor-deposited on the heteroepitaxial substrate thus formed, and by lift-off, the metal is left in the source pole formation part and the drain pole formation part, and alloying is carried out. Then, a source electrode (7) and a drain electrode (8) are formed.

次に全面にECRCVD法により、SiNx膜(絶縁膜
)(9)を形成する(第1図(a))。
Next, a SiNx film (insulating film) (9) is formed on the entire surface by ECRCVD (FIG. 1(a)).

全面にフォトレジスト膜(PMMA)(10)を形成し
、遠紫外線を用いた光リソグラフイ技術で0.5μm幅
の開孔(11)を形成する(同図(b))。
A photoresist film (PMMA) (10) is formed on the entire surface, and an opening (11) with a width of 0.5 μm is formed by photolithography using deep ultraviolet rays (FIG. 2(b)).

基板の斜め(例えば、基板表面に対して70°)の方向
からAI!、膜(第一の金属膜) (12)を500人
蒸着する(同図(C))。このとき、前記角度はソース
電極(7)側の開孔(11)壁面及び底面の半分(0,
25μm)にAt膜(12)が蒸着されるようにする。
AI from the diagonal direction of the board (for example, 70 degrees to the board surface)! , the film (first metal film) (12) was deposited by 500 people (FIG. 3(C)). At this time, the angle is half (0,
The At film (12) is deposited to a thickness of 25 μm).

Al膜(12)をマスクとして08のRIE(反応性イ
オンエツチング)を行い、フォトレジスト膜(10)を
サイドエツチングする(同図(d))。残存したフォト
レジスト膜(10)及びAl膜(12)をマスクとして
CF4+Os (Ox 4%)のRIEを行い、SiN
x膜(9)をエツチングする。
Using the Al film (12) as a mask, 08 RIE (reactive ion etching) is performed to side-etch the photoresist film (10) (FIG. 4(d)). RIE of CF4+Os (Ox 4%) was performed using the remaining photoresist film (10) and Al film (12) as masks, and SiN
Etch the x film (9).

なお、このとき、ドレイン側のフォトレジスト膜(10
)下のSiNx膜(9)をエツチングしてもよい。これ
により、後に作成されるゲート電極がよりドレイン電極
側に寄るることになる。SiNx膜(9)をマスクとし
てリン酸十過酸化水素水+水からなるエツチング液でエ
ツチングを行いリセス部(13)を形成する(同図(e
))。
Note that at this time, the photoresist film (10
) The underlying SiNx film (9) may be etched. As a result, the gate electrode formed later will be closer to the drain electrode side. Using the SiNx film (9) as a mask, etching is performed using an etching solution consisting of phosphoric acid dehydrogen peroxide solution and water to form a recessed portion (13) (see (e) in the same figure).
)).

全面にTi  (50人)/Al(5000人)等から
なるゲート金属(第二の金属膜)(6)を蒸着しく同図
(f))、フォトレジスト膜(10)を有機溶剤(例え
ばアセトン)を用いて除去することによりゲート電極(
14)を形成する(同図(g))。
A gate metal (second metal film) (6) consisting of Ti (50 people)/Al (5000 people), etc. is deposited on the entire surface (FIG. 6(f)), and a photoresist film (10) is coated with an organic solvent (for example, acetone). ) by removing the gate electrode (
14) is formed ((g) in the same figure).

このようにして作製されたゲート電極(14)はゲート
長が0.25μmであるにもかかわらず、0.5 μm
幅の庇部(15)及び残存するAt膜(12)により該
ゲート電極(14)の断面積は大きい。またリセス部(
13)がフォトレジスト膜(10)のサイドエツチング
量に応じてドレイン側に寄った場所に位置させることが
できるので、ドレイン側での空乏層の拡がりが大きくな
りドレイン耐圧を大きくすることができる。また、ドレ
イン側のフォトレジスト膜(10)下のSiNx膜(9
)をエツチングした場合には、リセス部(13)が、こ
のエツチングと前記フォトレジスト膜(10)のサイド
エツチング量に応じてドレイン側に寄った場所に位置さ
せることができる。
Although the gate electrode (14) produced in this way has a gate length of 0.25 μm, it has a length of 0.5 μm.
The cross-sectional area of the gate electrode (14) is large due to the wide eaves (15) and the remaining At film (12). Also, the recess part (
13) can be located closer to the drain side depending on the amount of side etching of the photoresist film (10), so the depletion layer on the drain side expands more and the drain breakdown voltage can be increased. Also, the SiNx film (9) under the photoresist film (10) on the drain side
), the recess portion (13) can be located closer to the drain side depending on this etching and the amount of side etching of the photoresist film (10).

また、第2図及び第3図は他の実施例を示し、第2図は
本発明方法を適用して作製したPseudo−morp
hic (スートモルフイック)HEMTの完成断面図
、第3図はME S F ETの完成断面図である。こ
こでは、ゲート電極の形成方法は第1図に示した実施例
と同様であるのでスートモルフイックHEMT及びM 
E S F E Tの基板構造のみを紹介する。
Further, FIGS. 2 and 3 show other examples, and FIG. 2 shows a pseudo-morph produced by applying the method of the present invention.
A completed sectional view of a hic (soomorphic) HEMT, and FIG. 3 is a completed sectional view of a ME SFET. Here, since the method of forming the gate electrode is the same as that in the embodiment shown in FIG.
Only the substrate structure of ESFET will be introduced.

第2図において、(21)は膜厚500人の半絶縁性G
aAs基板、(22)は膜厚8000人のノンドープG
aAs層、(23)は膜厚150人のノンドープI n
 o、 ++G a o、 ggA s層、(24)は
膜厚20人のノンドープA l e、G a @、 @
A S層、(25)は膜厚350人のn、”A l e
、 !G a @、 mA S層(キャリア濃度2 、
 OX 10 ”/am”) 、(26)は膜厚500
人のn −G a A s層(キャリア濃度2.5X1
0”/+1’)である。
In Figure 2, (21) is a semi-insulating G with a film thickness of 500
aAs substrate, (22) is non-doped G with a film thickness of 8000
The aAs layer (23) is a non-doped In layer with a thickness of 150 nm.
o, ++G a o, ggA s layer, (24) is a non-doped A le, G a @, @ with a film thickness of 20 people.
A S layer, (25) has a film thickness of 350 people, "A le
, ! G a @, mA S layer (carrier concentration 2,
OX 10 ”/am”), (26) has a film thickness of 500
Human n-GaAs layer (carrier concentration 2.5X1
0''/+1').

また、第3図において、(31)は膜厚500μmの半
絶縁性GaAs基板、(32)は膜厚5ooo人のノン
ドープGaAs膜、(33)は膜厚2200人のnGa
As層(キャリア濃度3.0X10”/cm’) 、(
34)は膜厚2000人のn ”G a A s層(キ
ャリア濃度2 、5 X 10 ”/Cm’)である。
In Fig. 3, (31) is a semi-insulating GaAs substrate with a film thickness of 500 μm, (32) is a non-doped GaAs film with a film thickness of 500 μm, and (33) is an nGa film with a film thickness of 2200 μm.
As layer (carrier concentration 3.0X10"/cm'), (
34) is an n''GaAs layer (carrier concentration 2, 5 x 10''/Cm') with a film thickness of 2000 nm.

尚、本発明方法はゲート電極ではなく、各種電極あるい
は配線等の形成にも用いることができる。
Note that the method of the present invention can also be used for forming various electrodes, wiring, etc., instead of forming gate electrodes.

(ト)発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、ゲート金属抵抗
の増大を棺くことなく、ゲート長を短縮することができ
る。
(G) Effects of the Invention As is clear from the above description, the present invention allows the gate length to be shortened without increasing the gate metal resistance.

また、電界効果トランジスタに用いた場合はドレイン耐
圧を大きくすることができるので、HEMT、MESF
ET等の特性を大幅に改善することができる。
In addition, when used in field effect transistors, the drain breakdown voltage can be increased, so HEMT, MESF
Characteristics such as ET can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)乃至(g)は本発明方法を説明するための
工程説明図、第2図はスートモルフイックHEMTの概
略断面図、第3図はME S F ETの概略断面図で
ある。 (9)・・・絶縁膜、(10)・・・フォトレジスト膜
、(11)・・・開化、(12)・・・第一の金属膜、
(6)・・・第二の金属膜、(13)・・・リセス部、
(4)・・・ゲート電極。
FIGS. 1(a) to (g) are process explanatory diagrams for explaining the method of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of a soomorphic HEMT, and FIG. 3 is a schematic sectional view of a MESFET. . (9)...Insulating film, (10)...Photoresist film, (11)...Kaika, (12)...First metal film,
(6)...Second metal film, (13)...Recessed part,
(4)...Gate electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶
縁膜上にフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォ
トレジスト膜をパターニングして開孔を形成する工程と
、基板表面に対して斜め方向から第一の金属膜を形成す
る工程と、前記第一の金属膜をマスクとして前記フォト
レジスト膜をエッチングし、前記第一の金属膜下にサイ
ドエッチング部を形成する工程と、前記フォトレジスト
膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
残存する絶縁膜をマスクとして前記基板をエッチングし
、リセス部を形成する工程と、基板表面に対して略垂直
方向から第二の金属膜を形成する工程と、前記フォトレ
ジスト膜を除去する工程と、を含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
(1) A step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, a step of forming a photoresist film on the insulating film, a step of patterning the photoresist film to form an opening, and a step of forming an opening on the substrate surface. forming a first metal film from an oblique direction; etching the photoresist film using the first metal film as a mask to form a side etched portion under the first metal film; etching the insulating film using a resist film as a mask;
etching the substrate using the remaining insulating film as a mask to form a recessed portion; forming a second metal film from a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate; and removing the photoresist film. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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