JPH04252031A - Insulating film and its formation, formation of insulating-film pattern and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Insulating film and its formation, formation of insulating-film pattern and manufacture of semiconductor device

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JPH04252031A
JPH04252031A JP818491A JP818491A JPH04252031A JP H04252031 A JPH04252031 A JP H04252031A JP 818491 A JP818491 A JP 818491A JP 818491 A JP818491 A JP 818491A JP H04252031 A JPH04252031 A JP H04252031A
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JP
Japan
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insulating film
forming
etching
opening
substrate
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Application number
JP818491A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Samoto
典彦 佐本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide the following when an insulating-film opening pattern such as a contact hole or the like is formed: an insulating film which can control its opening shape so as to be a desired shape; its formation method; and a pattern-formation method using the insulating film. CONSTITUTION:When an insulating film is formed, a silicon nitride film is formed by a plasma chemical vapor growth operation. At this time, the insulating film is formed while the flow rate of ammonia out of gases to be intrduced is being changed with reference to the flow rate of silane in the example of the figure. As shown in the figure, it is possible to form the insulating film in which an etch rate is changed in the thickness direction of the insulating film. When the film is used, the insulating film having a desired shape can be formed after an etching operation.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの絶縁
膜及びパターンの形成法、及び絶縁膜を用いて電極、配
線を形成するパターン形成法、さらにこのパターン形成
方法を用いた半導体装置の製造方法に関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for forming an insulating film and pattern for a semiconductor device, a pattern forming method for forming electrodes and wiring using an insulating film, and a manufacturing method for semiconductor devices using this pattern forming method. Regarding the method.

【0002】0002

【従来の技術】現在、絶縁膜を用いた開口パターン、例
えば、コンタクトホール等のパターン形成の方法の一つ
として特開平2−122628号公報「半導体装置の製
造方法」に記載の方法が知られている。前記公報記載の
形成法を図10(a)〜(b)に示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION Currently, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-122628 entitled "Method for Manufacturing a Semiconductor Device" is known as one of the methods for forming an opening pattern, such as a contact hole, using an insulating film. ing. The formation method described in the above publication is shown in FIGS. 10(a) to 10(b).

【0003】図10(a)に示すように下地導電性膜7
5上に絶縁膜76を形成し、次いでレジスト77を前記
絶縁膜76上に塗布形成しコンタクトホール78をパタ
ーニングする。その後、反応性イオンエッチング(RI
E)装置を用いて、異方性エッチングして、ほぼ垂直な
形状が得られる様に加工する。次に、上記コンタクトホ
ール78の上部のみをテーパー状に加工する第二のエッ
チングを準異方性エッチングの条件で行い、図10(b
)に示す様なテーパー形状79に加工する。
As shown in FIG. 10(a), a base conductive film 7
An insulating film 76 is formed on the insulating film 76, and then a resist 77 is coated on the insulating film 76 and a contact hole 78 is patterned. Then reactive ion etching (RI)
E) Using a device, perform anisotropic etching to obtain a substantially vertical shape. Next, a second etching process is performed to process only the upper part of the contact hole 78 into a tapered shape under quasi-anisotropic etching conditions.
) is processed into a tapered shape 79 as shown in FIG.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、コン
タクトホール上部の面積のみを選択的に大きくすること
で、蒸着される導電性膜のカバレッジを改善することが
可能であり、更にコンタクトホールの底部面積を大きく
しないことで他の配線層との電気的な接触、リーク、干
渉が避けられる。しかしながら、この従来技術では、コ
ンタクトホール低部に垂直な側壁を有しているため、コ
ンタクトホール底面部の面積が小さくなるに従って、蒸
着される導電性膜のカバレッジは改善されない。このカ
バレッジを改善する為には、テーパー形状の開始位置を
下地導電性膜に接近させていくことが必要となる、とこ
ろが、このコンタクトホール底面部の垂直側壁は、前記
公報に記載されているように、準異方性エッチングによ
り形成するテーパーが絶縁膜下部に及んで底面部の面積
を大きくしてしまうのを避けるために、残存することが
余儀なくされているのである。また、テーパー形状は、
ドライエッチングを用いているために、直線的であり、
上に凸に緩やかに変化させる様に形状を制御することは
不可能である。更に、テーパー開始位置とコンタクトホ
ール上部の開口寸法には、相関があり、テーパー開始位
置を固定してコンタクトホール開口寸法を可変とするこ
とが不可能である。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional technology, by selectively increasing only the area above the contact hole, it is possible to improve the coverage of the conductive film to be deposited, and further improve the coverage of the conductive film to be deposited. By not increasing the bottom area, electrical contact, leakage, and interference with other wiring layers can be avoided. However, in this conventional technique, since the bottom of the contact hole has vertical sidewalls, the coverage of the conductive film to be deposited is not improved as the area of the bottom of the contact hole becomes smaller. In order to improve this coverage, it is necessary to bring the starting position of the tapered shape closer to the underlying conductive film.However, as described in the above publication, the vertical sidewall of the bottom of this contact hole Furthermore, the taper formed by quasi-anisotropic etching is forced to remain in order to prevent the taper from extending to the lower part of the insulating film and increasing the area of the bottom surface. In addition, the tapered shape is
Because it uses dry etching, it is linear,
It is impossible to control the shape so that it gradually changes upward in a convex manner. Furthermore, there is a correlation between the taper start position and the opening size of the upper part of the contact hole, and it is impossible to fix the taper start position and make the contact hole opening size variable.

【0005】本発明の目的は、コンタクトホールの様な
絶縁膜開口パターンを形成する際に、その開口形状を所
望の形状に制御することが可能な絶縁膜とその形成方法
、及び、この絶縁膜を用いたパターン形成方法及び半導
体装置の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an insulating film, a method for forming the same, and a method for forming the insulating film, which can control the opening shape to a desired shape when forming an insulating film opening pattern such as a contact hole. An object of the present invention is to provide a pattern forming method and a semiconductor device manufacturing method using the method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の絶縁膜は、基板
上に形成された絶縁膜において、絶縁膜の厚さ方向にエ
ッチングガスあるいはエッチング液に対するエッチング
速度が変化していることを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The insulating film of the present invention is characterized in that, in the insulating film formed on a substrate, the etching rate of the etching gas or etching solution changes in the thickness direction of the insulating film. do.

【0007】また本発明の絶縁膜の形成方法は、基板上
に絶縁膜を形成する工程に於て使用される原料ガスの内
、キャリアガス以外のガスの流量を、絶縁膜形成を行な
う間に変化させることにより、絶縁膜の厚さ方向にエッ
チングガスあるいはエッチング液に対するエッチング速
度を変化させたことを特徴とする。
The insulating film forming method of the present invention also includes controlling the flow rate of gases other than the carrier gas among the raw material gases used in the step of forming the insulating film on the substrate during the insulating film formation. The feature is that the etching rate of the etching gas or etching solution is changed in the thickness direction of the insulating film by changing the etching rate.

【0008】本発明による絶縁膜パターン形成方法は、
基板上に形成された、厚さ方向にエッチング速度が変化
している絶縁膜上に、ホトレジストを塗布形成する工程
と、露光現像を行ない、該絶縁膜を露呈させる工程と、
残余のホトレジストをマスクとしてウエットエッチング
により露呈した前記絶縁膜を除去して、基板を露呈させ
る工程とを少なくとも含むことを特徴とする。
The insulating film pattern forming method according to the present invention includes:
a step of coating and forming a photoresist on an insulating film formed on a substrate and having an etching rate varying in the thickness direction; a step of exposing the insulating film by performing exposure and development;
The method is characterized in that it includes at least the step of removing the exposed insulating film by wet etching using the remaining photoresist as a mask to expose the substrate.

【0009】あるいは基板上に形成された、厚さ方向に
エッチング速度が変化している絶縁膜上にホトレジスト
を塗布形成する工程と、露光現像を行ない、該絶縁膜を
露呈させる工程と、残余のホトレジストをマスクとして
方向性エッチングにより露呈した前記絶縁膜部を除去し
、次いでウエットエッチングにより露呈している前記絶
縁膜を一部除去する工程とを少なくとも含むことを特徴
とする。
Alternatively, a step of coating a photoresist on an insulating film formed on a substrate and having an etching rate varying in the thickness direction, a step of exposing the insulating film by exposure and development, and a step of exposing the insulating film, and removing the remaining The method is characterized in that it includes at least the steps of removing the exposed insulating film portion by directional etching using a photoresist as a mask, and then removing a portion of the exposed insulating film by wet etching.

【0010】また本発明による半導体装置の製造方法は
、基板上の一部に導電性膜を形成する工程と、基板から
離れるにつれて絶縁膜のエッチング液に対するエッチン
グ速度が大きくなるように、成長ガスの組成を制御して
CVD法により絶縁膜を形成する工程と、リソグラフィ
法により、レジストをマスクとして前記導電性膜の上部
に開口部を形成する工程と、方向性エッチングにより前
記開口部下に垂直に近い側壁をもつ前記絶縁膜の開口部
を形成する工程と、前記絶縁膜を前記エッチング液でエ
ッチングし、開口部の上部寸法が下部より大きい形状の
開口部を形成する工程とを備えることによりコンタクト
ホールを形成することを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the step of forming a conductive film on a part of the substrate, and the step of controlling the growth gas so that the etching rate of the insulating film with respect to the etching solution increases as the distance from the substrate increases. A step of forming an insulating film by controlling the composition using a CVD method, a step of forming an opening in the upper part of the conductive film by using a resist as a mask by a lithography method, and a step of forming an insulating film near perpendicularly below the opening by directional etching. A contact hole is formed by forming an opening in the insulating film having a sidewall, and etching the insulating film with the etching solution to form an opening in which the upper part of the opening is larger than the lower part. It is characterized by the formation of

【0011】あるいは本発明による半導体装置の製造方
法は、半導体基板上に少なくとも動作層を含む半導体層
を形成する工程と、該半導体層上の一部にソース電極、
ドレイン電極を形成する工程と、基板から離れるにつれ
て絶縁膜のエッチング液に対するエッチング速度が小さ
くなるように、成長ガスの組成を制御してCVD法によ
り絶縁膜を形成する工程と、リソグラフィ法によりレジ
ストをマスクとして開口部を形成する工程と、方向性エ
ッチングにより前記開口部下に垂直に近い側壁をもつ前
記絶縁膜の開口部を形成する工程と、前記絶縁膜を前記
エッチング液でエッチングし、開口部の上部寸法が下部
より小さい形状の開口部を形成する工程と、ゲート金属
膜を蒸着により形成する工程と、開口部を含む領域にレ
ジストを形成する工程と、ゲート部以外の前記金属膜を
除去する工程と、前記絶縁膜とレジストをそれぞれ除去
する工程とを備えることを特徴とする。
Alternatively, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of forming a semiconductor layer including at least an active layer on a semiconductor substrate, and forming a source electrode and a source electrode on a part of the semiconductor layer.
A process of forming a drain electrode, a process of forming an insulating film by CVD method by controlling the composition of the growth gas so that the etching rate of the insulating film with respect to the etching solution becomes smaller as the distance from the substrate increases, and a process of forming a resist by a lithography method. forming an opening as a mask; forming an opening in the insulating film with a nearly vertical sidewall below the opening by directional etching; and etching the insulating film with the etching solution to form an opening in the opening. A step of forming an opening having a shape in which the upper dimension is smaller than the lower part, a step of forming a gate metal film by vapor deposition, a step of forming a resist in a region including the opening, and removing the metal film other than the gate part. and a step of removing the insulating film and the resist, respectively.

【0012】0012

【作用】本発明では、基板上に絶縁膜を形成する工程に
於て使用されるガスの内、キャリアガス以外のガス流量
を、絶縁膜形成を行なう間に変化させ、絶縁膜の厚さ方
向にエッチングガスあるいはエッチング液に対するエッ
チング速度を変化させた絶縁膜を形成する。これにより
エッチングによる形状の制御が自由にできるのでエッチ
ング後の絶縁膜開口の断面を所望の形状に加工すること
ができる。
[Operation] In the present invention, among the gases used in the process of forming an insulating film on a substrate, the flow rate of gases other than carrier gas is changed during the insulating film formation, and the gas flow rate is changed in the thickness direction of the insulating film. An insulating film is formed by changing the etching rate of an etching gas or an etching solution. This allows the shape to be freely controlled by etching, so that the cross section of the insulating film opening after etching can be processed into a desired shape.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例を、窒化珪素(SiN)絶縁
膜の形成法を例にして説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described using a method of forming a silicon nitride (SiN) insulating film as an example.

【0014】プラズマ化学気相成長(PCVD)により
窒化珪素膜を基板温度250℃真空度1.0Torr、
シラン(SiH4 )10.2sccm、窒素(N2 
)100sccm、電力200Wの一定条件で堆積させ
るとき、アンモニア(NH3 )の流量の関数として単
位時間当りの膜の堆積量と、バッファード弗酸(例えば
弗化アンモニウム(NH4 F)1000ccに弗酸(
HF)100cc添加したもの、100BHF)に対す
るエッチング速度は変化する。図1はSiH4 のNH
3 に対する流量比と窒化珪素膜の堆積成長速度及びエ
ッチング速度の関係を示す図である。これより、NH3
 の流量を変化させたとき単位時間当りの堆積量は、1
8〜20nm/min.の範囲に限定されるが、100
BHFに対するエッチング速度はNH3 流量を増加さ
せるにしたがって、20nm/min.から170nm
/min.まで増加する。この結果により、前記条件下
において35nm/min.以上のエッチング速度を有
するような領域でのエッチング速度T(M)(μm/m
in.)とSiH4 /NH3 流量比M(%)の関係
は次の数式(1)で与えられることがわかる。
[0014] A silicon nitride film was formed by plasma chemical vapor deposition (PCVD) at a substrate temperature of 250°C and a vacuum level of 1.0 Torr.
Silane (SiH4) 10.2 sccm, nitrogen (N2
) 100 sccm and a power of 200 W, the amount of film deposited per unit time is a function of the flow rate of ammonia (NH3), and the amount of film deposited per unit time as a function of the flow rate of ammonia (NH3).
The etching rate for HF) with 100cc added and 100BHF) varies. Figure 1 shows the NH of SiH4
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow rate ratio to 3 and the deposition growth rate and etching rate of a silicon nitride film. From this, NH3
When the flow rate of is changed, the amount of deposition per unit time is 1
8-20nm/min. limited to a range of 100
As the NH3 flow rate increases, the etching rate for BHF decreases to 20 nm/min. from 170nm
/min. increase to. Based on this result, under the above conditions, 35 nm/min. Etching rate T (M) (μm/m
in. ) and the SiH4/NH3 flow rate ratio M (%) is found to be given by the following equation (1).

【0015】     T(M)=(48.2M−324)x10−4
                      (1)
従って、例えば、エッチング後の絶縁膜断面がアンダー
カット(絶縁膜上部の開口寸法が絶縁膜下部の寸法より
小さい)形状になるようにするためには、絶縁膜上部の
100BHFに対するエッチング速度が小さく、また絶
縁膜下部ではエッチング速度が大きくなるように、絶縁
膜形成時に流量を制御すればよい。従って、絶縁膜の成
長厚さR(μm)、基板から測った絶縁膜中での位置を
Lとして絶縁膜のエッチング速度Tz(L)を二次関数
的に変化させようとすると、次の数式(2)で与えられ
る関係と数式(1)を満足するように絶縁膜成長時に流
量比M、即ちNH3 流量を変えればよいことになる。
T(M)=(48.2M−324)×10−4
(1)
Therefore, for example, in order to make the cross section of the insulating film after etching have an undercut shape (the opening size in the upper part of the insulating film is smaller than the dimension in the lower part of the insulating film), the etching rate for 100BHF on the upper part of the insulating film should be low. Further, the flow rate may be controlled during the formation of the insulating film so that the etching rate becomes high in the lower part of the insulating film. Therefore, if we try to change the etching rate Tz (L) of the insulating film in a quadratic manner, where the growth thickness of the insulating film is R (μm) and the position in the insulating film measured from the substrate is L, we can use the following formula: It is only necessary to change the flow rate ratio M, that is, the NH3 flow rate, during the growth of the insulating film so as to satisfy the relationship given by (2) and the equation (1).

【0016】[0016]

【数1】[Math 1]

【0017】[0017]

【0018】ここでTz(0)=0.17μm/min
.,Tz(R)=0.02μm/min.とし、また、
成長速度を19nm/minと仮定すれば、SiH4 
/NH3 流量比Mと絶縁膜成長時間、成長厚さRとの
関係及び厚さ方向の基板からの位置Lとエッチング速度
Tz(L)との関係は図2のようになる。従って、図2
に示すようにSiH4 /NH3 流量比Mを時間に対
して変化させることにより、絶縁膜の厚さ方向に100
BHFに対してエッチング速度の変化した絶縁膜を形成
することが可能である。
[0018] Here, Tz(0)=0.17μm/min
.. , Tz(R)=0.02μm/min. And also,
Assuming a growth rate of 19 nm/min, SiH4
The relationship between the /NH3 flow rate ratio M, the insulating film growth time, and the growth thickness R, and the relationship between the position L from the substrate in the thickness direction and the etching rate Tz (L) are as shown in FIG. Therefore, Figure 2
By changing the SiH4 /NH3 flow rate ratio M with respect to time as shown in
It is possible to form an insulating film whose etching rate is different from that of BHF.

【0019】この絶縁膜を用いた場合のプロセス実施例
として、アンダーカット形状の絶縁膜開口パターン形成
方法を図3を用いて説明する。図3はその製作工程を示
す図であり図3(a)に示すように、基板31上に、数
式(1)及び(2)を満足するエッチング速度を有する
窒化珪素絶縁膜32を0.3μm形成し、次いで、ホト
レジスト33(例えばヘキスト社製AZ−1370)を
塗布形成した後、図3(b)に示すように、所望のパタ
ーンを前記ホトレジスト33に露光した後、現像して、
レジスト開口34を形成する。次いで100BHFによ
りエッチングを行なうことにより、図3(c)に示すよ
うなアンダーカット形状の絶縁膜開口パターンを4分の
エッチング時間で形成することができる。
As an example of a process using this insulating film, a method for forming an undercut-shaped insulating film opening pattern will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing the manufacturing process. As shown in FIG. 3(a), a silicon nitride insulating film 32 having an etching rate satisfying formulas (1) and (2) is deposited on a substrate 31 to a thickness of 0.3 μm. Then, after coating and forming a photoresist 33 (for example, AZ-1370 manufactured by Hoechst), a desired pattern is exposed on the photoresist 33 and developed, as shown in FIG. 3(b).
A resist opening 34 is formed. Next, by performing etching with 100BHF, an undercut-shaped insulating film opening pattern as shown in FIG. 3C can be formed in an etching time of 4 minutes.

【0020】又、反応性イオンエッチングと100BH
Fの併用によるコンタクトホール形成の実施例を図4及
び図5(a)〜(c)と図6を用いて説明する。この例
における窒化珪素絶縁膜の100BHFに対するエッチ
ング速度の変化を絶縁膜上部で大きく、絶縁膜下部で小
さくなるようにするには、数式(2)の代わりに、次の
数式(3)をエッチング速度Tz(L)(μm/min
)として用いればよい。
[0020] Also, reactive ion etching and 100BH
An example of forming a contact hole by using F in combination will be described with reference to FIGS. 4 and 5(a) to 5(c) and FIG. 6. In order to make the change in etching rate for 100BHF of the silicon nitride insulating film in this example larger at the upper part of the insulating film and smaller at the lower part of the insulating film, the following formula (3) is used instead of formula (2) to change the etching rate. Tz (L) (μm/min
).

【0021】     Tz(L)=1.67L2 +0.02   
                         
(3)数式(1)と数式(3)から図4に示すようなS
iH4 /NH3流量比Mと成長時間と成長厚さRとの
関係が得られる。
[0021] Tz(L)=1.67L2 +0.02

(3) From formula (1) and formula (3), S as shown in Figure 4 is obtained.
The relationship between the iH4/NH3 flow rate ratio M, the growth time, and the growth thickness R is obtained.

【0022】図5と図6は絶縁膜パターン形成方法の工
程を示す図である。図5(a)に示すように、基板51
上に形成された導電性膜56(例えば金(Au)厚さ0
.2μm)の上に窒化珪素絶縁膜52を図4に示される
ような条件で厚さ0.3μm形成し、次いで、ホトレジ
スト53(例えばヘキスト社製AZ−1370)を塗布
形成した後、図5(b)に示すように、所望のパターン
を導電性膜56上方の前記レジスト53に露光した後、
現像して、レジスト開口54を形成する。次いで図5(
c)に示すように、反応性イオンエッチング(例えば四
塩化フッ素CF4 )により、レジスト開口54下に垂
直に近い側壁を有する窒化珪素絶縁膜開口55を形成す
る。次いで100BHFによりエッチングを行なうこと
により、開口に垂直側壁を有することのない、図6に示
すようなオーバーカット形状(絶縁膜上部寸法が、絶縁
膜下部寸法より大きい形状)のコンタクトホールに敵し
た絶縁膜パターンを形成することが可能である。この場
合、導電性膜56と接している部分の窒化珪素絶縁膜5
2の100BHFに対するエッチング速度は、20nm
/min.以下に設定する事が可能であり、絶縁膜開口
下部の広がりを抑えることが可能である。
FIGS. 5 and 6 are diagrams showing steps of an insulating film pattern forming method. As shown in FIG. 5(a), the substrate 51
A conductive film 56 (for example, gold (Au) with a thickness of 0
.. A silicon nitride insulating film 52 with a thickness of 0.3 μm is formed on the silicon nitride insulating film 52 (2 μm thick) under the conditions shown in FIG. As shown in b), after exposing the resist 53 above the conductive film 56 to a desired pattern,
Developing is performed to form resist openings 54. Next, Figure 5 (
As shown in c), a silicon nitride insulating film opening 55 having a nearly vertical sidewall is formed below the resist opening 54 by reactive ion etching (eg, fluorine tetrachloride CF4). Next, by etching with 100BHF, an insulator suitable for a contact hole with an overcut shape (the upper dimension of the insulating film is larger than the lower dimension of the insulating film) as shown in FIG. 6, which does not have vertical sidewalls in the opening, is formed. It is possible to form a film pattern. In this case, the portion of the silicon nitride insulating film 5 that is in contact with the conductive film 56
The etching rate for 100BHF of 2 is 20nm
/min. It is possible to set it as follows, and it is possible to suppress the expansion of the lower part of the insulating film opening.

【0023】次に、本発明の別の実施例として、図7、
図8、図9の工程断面図を用いて、GaAsショットキ
ー電界効果トランジスタ(GaAsMESFET)を例
として、図3で示した窒化珪素絶縁膜パターン形成法を
用いてゲート電極を形成する半導体装置の一製造方法を
説明する。図7(a)に示すように、半絶縁性GaAs
基板61上にn−GaAs層62がエピタキシャル成長
されたGaAsエピタキシャルウエハ60上にソース、
ドレイン電極64と数式(1)と数式(2)で記述され
る様な絶縁膜厚さ方向にエッチング速度の変化している
窒化珪素絶縁膜65(例えば、厚さ0.3μm)を形成
する。ついで、図7(b)に示すように、絶縁膜65上
にレジスト66を塗布形成し、露光によって、所望の開
口幅を有するレジスト開口67を形成する。ついで、図
7(c)に示すように、反応性イオンエッチングによっ
てレジスト開口67を通して絶縁膜65を一部除去する
。ついで、100BHFを用いて露呈している絶縁膜6
5の側壁をエッチングし、図8(a)に示すようなアン
ダーカット形状を有する絶縁膜開口パターン68を形成
する。
Next, as another embodiment of the present invention, FIG.
Using the process cross-sectional views of FIGS. 8 and 9, a GaAs Schottky field effect transistor (GaAs MESFET) is taken as an example of a semiconductor device in which a gate electrode is formed using the silicon nitride insulating film pattern forming method shown in FIG. The manufacturing method will be explained. As shown in FIG. 7(a), semi-insulating GaAs
A source is placed on a GaAs epitaxial wafer 60 on which an n-GaAs layer 62 is epitaxially grown on a substrate 61.
A drain electrode 64 and a silicon nitride insulating film 65 (eg, 0.3 μm thick) whose etching rate changes in the direction of the insulating film thickness as described by equations (1) and (2) are formed. Next, as shown in FIG. 7B, a resist 66 is applied and formed on the insulating film 65, and exposed to light to form a resist opening 67 having a desired opening width. Then, as shown in FIG. 7C, a portion of the insulating film 65 is removed through the resist opening 67 by reactive ion etching. Next, the exposed insulating film 6 is removed using 100BHF.
5 is etched to form an insulating film opening pattern 68 having an undercut shape as shown in FIG. 8(a).

【0024】ついで、残余のレジスト66を有機洗浄あ
るいは灰化処理あるいはレジスト剥離液により除去した
後、n−GaAs層をリセスエッチングし、電流の値を
所望の値とする。ついで、図8(b)に示すように、ゲ
ート金属膜(例えば、アルミニウム、Al)69を蒸着
により形成した後、レジスト(例えば、ヘキスト社製A
Z−1350)70を全面に塗布し、絶縁膜開口パター
ン68内にもレジスト70を流し込む。ついで、図8(
c)に示すように、絶縁膜開口パターン68を含む領域
にレジスト70が残るように露光現像し、ついで、燐酸
により絶縁膜68上の不要の金属膜69を除去した後、
四塩化弗素(CF4 )により絶縁膜68を除去するこ
とによって、図9に示すように、ゲート電極71が形成
される。
Next, after removing the remaining resist 66 by organic cleaning, ashing treatment, or resist stripping solution, the n-GaAs layer is recess-etched to set the current value to a desired value. Next, as shown in FIG. 8B, a gate metal film (for example, aluminum) 69 is formed by vapor deposition, and then a resist (for example, A manufactured by Hoechst Co., Ltd.) is formed.
Z-1350) 70 is applied to the entire surface, and resist 70 is also poured into the insulating film opening pattern 68. Next, Figure 8 (
As shown in c), exposure and development is carried out so that the resist 70 remains in the region including the insulating film opening pattern 68, and then unnecessary metal film 69 on the insulating film 68 is removed with phosphoric acid.
By removing the insulating film 68 using fluorine tetrachloride (CF4), a gate electrode 71 is formed as shown in FIG.

【0025】本製造方法を用いることにより、従来レジ
ストリフトオフにより形成されていたアルミニウムゲー
トの抵抗が、レジストからのガス放出によって、720
Ω・mmであったものが従来の半分の360Ω・mmに
改善された。本実施例は、GaAsMESFETに次い
て述べたが、二次元電子ガスFETのゲート形成工程に
ついても同様であることは言うまでもない。更にこのよ
うな細かいパターンの電極を有する半導体装置にも応用
できる。
By using this manufacturing method, the resistance of the aluminum gate, which was conventionally formed by resist lift-off, is reduced to 720% by gas release from the resist.
The resistance was improved from Ω・mm to 360Ω・mm, which is half of the conventional value. Although this embodiment has been described following the GaAs MESFET, it goes without saying that the same applies to the gate formation process of the two-dimensional electron gas FET. Furthermore, it can also be applied to semiconductor devices having electrodes with such fine patterns.

【0026】以上、図1から図9までを用いて説明した
本発明の実施例は、窒化珪素を絶縁膜の例とし、アンモ
ニアの流量を変化させたものであるが、二酸化珪素(S
iO2 )の形成時におけるN2 Oの流量を変化させ
ることでも同様な性質を有する絶縁膜を形成することが
可能であり、流量変化によるエッチング速度変化は、窒
化珪素絶縁膜形成のみに限定されるものではないことは
明らかである。又、実施例中に用いた、窒化珪素絶縁膜
の形成条件の内、温度、電力、圧力あるいは流量は一例
であり、別の形成条件においても、絶縁膜の厚さ方向に
エッチング速度を可変とした絶縁膜形成条件が可能であ
り、実施例に限定されない。また、エッチング速度の変
化は厚さ方向に対して二次関数的であるとしたが、任意
の関数形状とする事が可能であることは言うまでもない
。更に、実施例中に用いたレジスト、金属膜は、工程上
使用可能なものであれば、実施例に限定されないことも
明らかである。
In the embodiments of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 9, silicon nitride is used as an example of the insulating film, and the flow rate of ammonia is varied, but silicon dioxide (S
It is also possible to form an insulating film with similar properties by changing the flow rate of N2O during the formation of iO2), and the change in etching rate due to the change in flow rate is limited only to the formation of a silicon nitride insulating film. It is clear that this is not the case. Furthermore, among the conditions for forming the silicon nitride insulating film used in the examples, the temperature, power, pressure, and flow rate are only examples, and the etching rate can be varied in the thickness direction of the insulating film even under other forming conditions. The following insulating film formation conditions are possible and are not limited to the examples. Furthermore, although it has been assumed that the change in etching rate is quadratic in the thickness direction, it goes without saying that it is possible to have an arbitrary function shape. Furthermore, it is clear that the resists and metal films used in the examples are not limited to those used in the examples as long as they can be used in the process.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明によれば、絶縁膜の厚さ方向にエ
ッチング速度が可変にできるので、所望の絶縁膜及びそ
の開口パターンの形成が可能となる。この方法をコンタ
クトホール形成に適用すると、形状を所望の形に制御す
ることが可能となる。さらに半導体装置のゲート電極形
成に利用すると、ゲート抵抗を半分以下に低減でき、良
好な素子を製造できる。
According to the present invention, since the etching rate can be varied in the thickness direction of the insulating film, it is possible to form a desired insulating film and its opening pattern. When this method is applied to forming contact holes, it becomes possible to control the shape to a desired shape. Furthermore, when used to form gate electrodes of semiconductor devices, gate resistance can be reduced to less than half, and good devices can be manufactured.

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

【図1】SiH4 /NH3 に対する流量比と窒化珪
素膜の堆積成長速度及びエッチング速度の関係を示す図
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the flow rate ratio for SiH4/NH3 and the deposition growth rate and etching rate of a silicon nitride film.

【図2】SiH4 /NH3 流量比と絶縁膜成長時間
、成長厚さとの関係及び厚さ方向の位置とエッチング速
度の関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the SiH4/NH3 flow rate ratio, the insulating film growth time, and the growth thickness, and the relationship between the position in the thickness direction and the etching rate.

【図3】本発明の実施例の製作工程を説明する図。FIG. 3 is a diagram illustrating the manufacturing process of an embodiment of the present invention.

【図4】SiH4 /NH3 流量比と成長時間と成長
厚さとの関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between SiH4/NH3 flow rate ratio, growth time, and growth thickness.

【図5】本発明による絶縁膜パターン形成方法の製作工
程図。
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of a method for forming an insulating film pattern according to the present invention.

【図6】本発明による絶縁膜パターン形成方法の製作工
程図で図5の続きである。
6 is a continuation of FIG. 5, which is a manufacturing process diagram of the method for forming an insulating film pattern according to the present invention; FIG.

【図7】本発明によりゲート電極を形成する半導体装置
の製造工程を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the manufacturing process of a semiconductor device in which a gate electrode is formed according to the present invention.

【図8】本発明によりゲート電極を形成する半導体装置
の製造工程を説明するための図で図7の続きである。
8 is a diagram for explaining the manufacturing process of a semiconductor device in which a gate electrode is formed according to the present invention, and is a continuation of FIG. 7; FIG.

【図9】本発明によりゲート電極を形成する半導体装置
の製造工程を説明するための図で、図7、図8の続きで
ある。
9 is a diagram for explaining the manufacturing process of a semiconductor device in which a gate electrode is formed according to the present invention, and is a continuation of FIGS. 7 and 8. FIG.

【図10】従来の方法による絶縁膜を用いたコンタクト
ホールの形成工程を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a process of forming a contact hole using an insulating film according to a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31  基板 32  窒化珪素絶縁膜 33  ホトレジスト 34  レジスト開口 51  基板 52  窒化珪素絶縁膜 53  ホトレジスト 54  レジスト開口 55  窒化絶縁膜開口 56  導電性膜 60  GaAsエピタキシャルウエハ61  半絶縁
性GaAs基板 62  n−GaAs層 64  ソースドレイン電極 65  窒化珪素絶縁膜 66  レジスト 67  レジスト開口 68  絶縁膜開口パターン 69  ゲート金属膜 70  レジスト 71  ゲート電極 75  下地導電性膜 76  絶縁膜 77  レジスト 78  コンタクトホール 79  テーパー形状
31 Substrate 32 Silicon nitride insulating film 33 Photoresist 34 Resist opening 51 Substrate 52 Silicon nitride insulating film 53 Photoresist 54 Resist opening 55 Nitride insulating film opening 56 Conductive film 60 GaAs epitaxial wafer 61 Semi-insulating GaAs substrate 62 N-GaAs layer 64 Source Drain electrode 65 Silicon nitride insulating film 66 Resist 67 Resist opening 68 Insulating film opening pattern 69 Gate metal film 70 Resist 71 Gate electrode 75 Base conductive film 76 Insulating film 77 Resist 78 Contact hole 79 Tapered shape

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基板上に形成された絶縁膜において、
絶縁膜の厚さ方向にエッチングガスあるいはエッチング
液に対するエッチング速度が変化していることを特徴と
する絶縁膜。
Claim 1: In an insulating film formed on a substrate,
An insulating film characterized in that the etching rate of an etching gas or an etching solution changes in the thickness direction of the insulating film.
【請求項2】  基板上に絶縁膜を形成する工程に於て
使用される原料ガスの内、キャリアガス以外のガスの流
量を、絶縁膜形成を行なう間に変化させることにより、
絶縁膜の厚さ方向にエッチングガスあるいはエッチング
液に対するエッチング速度を変化させたことを特徴とす
る絶縁膜の形成方法。
2. By changing the flow rate of a gas other than the carrier gas among the raw material gases used in the process of forming the insulating film on the substrate, while forming the insulating film,
A method for forming an insulating film, characterized in that the etching rate of an etching gas or an etching solution is varied in the thickness direction of the insulating film.
【請求項3】  絶縁膜基板上に形成された、厚さ方向
にエッチング速度が変化している絶縁膜上に、ホトレジ
ストを塗布形成する工程と、露光現像を行ない、該絶縁
膜を露呈させる工程と、残余のホトレジストをマスクと
してウエットエッチングにより露呈した前記絶縁膜を除
去して、基板を露呈させる工程とを少なくとも含むこと
を特徴とする絶縁膜パターン形成方法。
3. A step of coating and forming a photoresist on an insulating film formed on an insulating film substrate and having an etching rate varying in the thickness direction, and a step of exposing the insulating film by performing exposure and development. and removing the exposed insulating film by wet etching using the remaining photoresist as a mask to expose the substrate.
【請求項4】  基板上に形成された、厚さ方向にエッ
チング速度が変化している絶縁膜上にホトレジストを塗
布形成する工程と、露光現像を行ない、該絶縁膜を露呈
させる工程と、残余のホトレジストをマスクとして方向
性エッチングにより露呈した前記絶縁膜部を除去し、次
いでウエットエッチングにより露呈している前記絶縁膜
を一部除去する工程とを少なくとも含むことを特徴とす
る絶縁膜パターン形成方法。
4. A step of coating and forming a photoresist on an insulating film formed on a substrate and having an etching rate varying in the thickness direction, a step of exposing the insulating film by exposure and development, and a step of exposing the insulating film, A method for forming an insulating film pattern, comprising at least the steps of removing the exposed insulating film portion by directional etching using a photoresist as a mask, and then removing a part of the exposed insulating film by wet etching. .
【請求項5】  基板上の一部に導電性膜を形成する工
程と、基板から離れるにつれて絶縁膜のエッチング液に
対するエッチング速度が大きくなるように、成長ガスの
組成を制御してCVD法により絶縁膜を形成する工程と
、リソグラフィ法により、レジストをマスクとして前記
導電性膜の上部に開口部を形成する工程と、方向性エッ
チングにより前記開口部下に垂直に近い側壁をもつ前記
絶縁膜の開口部を形成する工程と、前記絶縁膜を前記エ
ッチング液でエッチングし、開口部の上部寸法が下部よ
り大きい形状の開口部を形成する工程とを備えることを
特徴とするコンタクトホールの製造方法。
5. A step of forming a conductive film on a part of the substrate, and controlling the composition of the growth gas so that the etching rate of the insulating film with respect to the etching solution increases as the distance from the substrate increases. a step of forming a film, a step of forming an opening in the upper part of the conductive film using a resist as a mask using a lithography method, and an opening in the insulating film having a nearly perpendicular side wall below the opening by directional etching. and etching the insulating film with the etching solution to form an opening in which the upper part of the opening is larger than the lower part.
【請求項6】  半導体基板上に少なくとも動作層を含
む半導体層を形成する工程と、該半導体層上の一部にソ
ース電極、ドレイン電極を形成する工程と、基板から離
れるにつれて絶縁膜のエッチング液に対するエッチング
速度が小さくなるように、成長ガスの組成を制御してC
VD法により絶縁膜を形成する工程と、リソグラフィ法
によりレジストをマスクとして開口部を形成する工程と
、方向性エッチングにより前記開口部下に垂直に近い側
壁をもつ前記絶縁膜の開口部を形成する工程と、前記絶
縁膜を前記エッチング液でエッチングし、開口部の上部
寸法が下部より小さい形状の開口部を形成する工程と、
ゲート金属膜を蒸着により形成する工程と、開口部を含
む領域にレジストを形成する工程と、ゲート部以外の前
記金属膜を除去する工程と、前記絶縁膜とレジストをそ
れぞれ除去する工程とを備えることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
6. A step of forming a semiconductor layer including at least an active layer on a semiconductor substrate, a step of forming a source electrode and a drain electrode on a part of the semiconductor layer, and a step of forming an etching solution for an insulating film as the distance from the substrate increases. The composition of the growth gas is controlled to reduce the etching rate for C.
A step of forming an insulating film by a VD method, a step of forming an opening by a lithography method using a resist as a mask, and a step of forming an opening in the insulating film having a nearly vertical sidewall below the opening by directional etching. etching the insulating film with the etching solution to form an opening in which the upper dimension of the opening is smaller than that of the lower part;
The method includes a step of forming a gate metal film by vapor deposition, a step of forming a resist in a region including the opening, a step of removing the metal film other than the gate portion, and a step of removing the insulating film and the resist, respectively. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
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