JPH04302148A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH04302148A
JPH04302148A JP3065823A JP6582391A JPH04302148A JP H04302148 A JPH04302148 A JP H04302148A JP 3065823 A JP3065823 A JP 3065823A JP 6582391 A JP6582391 A JP 6582391A JP H04302148 A JPH04302148 A JP H04302148A
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semiconductor device
active layer
thickness
substrate
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Kazuyuki Inoguchi
猪口 和之
Masahisa Iketani
昌久 池谷
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Oki Electric Industry Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子の製造方
法特に電界効果トランジスタ(以下、「FET」と略称
することもある。)の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の製造工程、例えばGaAs
を用いたショットキーFETの製造工程では、FETの
閾値電圧(Vth)を所望の値にするためにゲート電極
形成前に能動層を所望の閾値電圧が得られる厚さまでエ
ッチング(「ライトリセスエッチング」と称することも
ある。)することが行われている(例えば文献「沖電気
研究開発」Vol.54,No.2,p.11(昭和6
2年))。
【0003】このライトリセスエッチングの従来方法に
ついて、FETの製造方法とあわせて説明する。図7(
A)〜(C)と図8(A)〜(C)はその説明に供する
工程図である。いずれの図もGaAsFETの断面によ
り示してある。
【0004】先ず、半絶縁性GaAs基板11に例えば
エピタキシャル成長法によりn型GaAs層13が形成
される(図7(A))。
【0005】次に、このn型GaAs層13のソース・
ドレイン領域となる部分に公知のイオン注入法によりn
型不純物が注入されn+領域15が形成される(図7(
B))。
【0006】次に、このウエハの、半導体素子(この例
ではFET)形成予定領域以外の領域に酸素イオンが注
入されこの領域が高抵抗化され素子間分離領域17とさ
れる。n型GaAs層13として残存している部分が能
動層13aとなる(図7(C))。
【0007】次に、n+領域15の所定部分上に公知の
方法によりオーム性電極(ソース電極、ドレイン電極)
19が形成される(図8(A))。その後、このウエハ
上に能動層13aのゲート電極形成予定領域以外の領域
を覆うレジストパターン21が公知の方法により形成さ
れる(図8(B))。
【0008】次に、このウエハが、酸系の薬液中に所定
時間浸漬され、または、真空装置中おいて塩素を含むガ
スのプラズマにより所定時間処理される。これにより、
能動層13aのゲート電極形成予定領域部分が所定量x
だけエッチングされ所定の厚さtとされる(図8(C)
)。その後、公知の方法により能動層13a上にゲート
電極23が形成されGaAsFETの主要部が得られる
【0009】なお、能動層13aのエッチング量xは、
一般には、オーム性電極15形成後に能動層13を流れ
る電流Idso を測定し、電流IdsoとFETの閾
値電圧との関係、及び能動層のエッチング量に対する電
流Idso の変化量の関係について経験的に求めてあ
るデータにこの電流Idso を照らしあわせ決定され
る。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、能動層
を所望の厚さに調整するためのエッチングを薬液を用い
て行う方法では、薬液中でウエハを移動する際の薬液の
流れ具合がウエハ各所で異なること、薬液中の試料周囲
部分でのエッチング反応物の拡散具合が薬液の各所で異
なること等の理由から、ウエハ面内各所でのエッチング
量が不均一になる。また、能動層の厚さ調整を反応性ガ
スプラズマを用いて行う方法では、ウエハへのプラズマ
の照射具合がウエハ内各所で異なるため、ウエハ面内各
所でエッチング量が不均一になる。このため、これらい
ずれの方法も、FETの閾値電圧のウエハ面内均一性を
保ちながら閾値電圧を変化させることが難しくかえって
悪化させるという問題点があった。
【0011】この発明はこのような点に鑑みなされたも
のであり従ってこの発明の目的は、半導体基板に半導体
素子形成に用いるため形成した層例えば能動層を当該半
導体素子の所望の特性を得るために所定の厚さにエッチ
ングする際にそのエッチング量を従来より均一に又は精
密に制御出来る半導体素子の製造方法を提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明によれば、半導体基板に半導体素子形成に
用いるため形成した層を当該半導体素子の所望の特性を
得るために所定の厚さにエッチングすることを、以下の
(a)及び(b)の工程を含む工程により行うことを特
徴とする半導体素子の製造方法。
【0013】(a)当該層の形成された半導体基板を加
熱した状態で該半導体基板に波長185nmの光及び波
長254nmの光を含む紫外線並びに酸素を所定時間接
触させ、前述の層をその表面からエッチングされるべき
厚みまで酸化する工程。
【0014】(b)前述の層の前述の酸化した部分を該
酸化物を選択的に除去するエッチング手段によりエッチ
ングする工程。
【0015】この発明の実施に当たり、前述の半導体素
子をGaAs電界効果トランジスタとし、半導体素子形
成に用いるため形成した前記層を能動層とし、前述の特
性を該電界効果トランジスタの閾値電圧とし、前述のエ
ッチング手段を純水とするのが好適である。
【0016】さらにこの発明の実施に当たり、前述の紫
外線の接触は、前述の半導体基板を所定基準例えば1チ
ップ単位、あるいは個々の電界効果トランジスタ単位で
複数の領域に区分けしこれら領域毎にこれら領域毎で定
めた時間前記紫外線を照射することにより行うようにし
ても良い。
【0017】ここで、半導体基板とは、GaAs基板、
InP基板、GaP基板、AlGaAs基板、InGa
As基板等の各種化合物半導体基板、Si基板、Ge基
板等の半導体基板及びこれら基板上にエピタキシャル層
が形成されているもの等をいう。
【0018】また、半導体基板を加熱する方法としては
、例えば例えばヒータ、ランプ等を用いて加熱する方法
、誘導加熱により加熱する方法等を挙げることが出来る
【0019】この際の加熱温度は、あまり低いと半導体
素子形成に用いるための層の酸化速度が遅すぎ実用的で
はなくあまり高いと例えば化合物半導体基板の構成元素
の蒸発等の異常現象が生じるので、これらを考慮した適
正値とするのが良い。半導体基板として例えばGaAs
基板を用いる場合は、100℃〜300℃の範囲内の温
度とするのが好適である。この範囲であると、実用的な
速度で当該層を酸化出来かつGaAs基板からの砒素抜
けを防止出来るからである。
【0020】また、波長185nmの光及び波長254
nmの光を含む紫外線を得る手段としては、例えば、低
圧水銀灯、水銀ランプ、キセノンランプ、エキシマレー
ザなどを挙げることが出来る。
【0021】また、酸素を接触させるとは、大気を接触
させる場合も含む。大気も酸素を含んでいるからである
。しかし、実用的な酸化速度を得るため酸素を積極的に
接触させるのが良い。酸素供給量は設計に応じ決定する
のが良い。
【0022】また、半導体素子形成に用いるための層を
その表面からエッチングされるべき厚みまで酸化するた
めの酸化条件は、予め実験を行うことにより求めておけ
ば良く、これにより当該層を所望の厚みに容易に酸化出
来る。
【0023】
【作用】この発明によれば、半導体基板に半導体素子形
成に用いるため形成した層(例えば能動層)を当該半導
体素子の所望の特性を得るために所定の厚さにエッチン
グすることを、この層の不要な厚み部分を薬液やエッチ
ングガスにより直接除去するのではなく、不要な厚み部
分を先ず酸化して酸化物としこの酸化物を選択的に除去
することにより行う。当該層をウエハ内各所で均一に酸
化させることは、当該層を薬液やエッチングガスにより
ウエハ内各所で均一な厚さで除去することに比べれば容
易であるので、当該層の厚み調整を従来より制御良く行
うことが出来る。
【0024】さらに、当該層の不要な厚み部分を酸化さ
せるために、波長185nmの光及び波長254nmの
光を含む紫外線と熱と酸素とを用いている。当該層を酸
化させる他の方法として例えば陽極酸化法が考えられる
がこの方法は溶液とウエハとの間に電流を流す必要があ
るため半導体基板は導電性のものである必要があり半導
体基板が例えば半絶縁性GaAs等のような絶縁性のも
のであると実施出来ない。また、ウエハ面内で電流密度
を均一にすることはむずかしい。これに対し、この発明
は上述の如く熱と光と紫外線とを用いているため、絶縁
性基板に対しても容易に適用可能であり、また、ウエハ
面内各所に酸素及び紫外線を均一に接触させることも容
易である。
【0025】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の半導体素子
の製造方法の実施例について説明する。なお、この実施
例は、半絶縁性GaAs基板にショットキーゲート型の
FETを多数有する半導体集積回路(以下、「ICチッ
プ」という。)を多数製造する場合の、各FETの能動
層の厚さ調整にこの発明を適用した例である。また、以
下の実施例で述べる膜厚、温度、時間、流量等の数値的
条件及び使用装置等はこの発明の範囲内の例示である。 したがってこの発明がこれら条件にのみ限定されるもの
ではないことは理解されたい。
【0026】1.第1実施例 図1(A)〜(C)、図2は、第1実施例の説明に供す
る要部工程図である。特に、1つのFET部分に着目し
てその断面図により示した工程図である。また、図3(
A)及び(B)は図1(A)に対応する工程における基
板全体の様子を示した平面図及びこの基板中の1個のI
Cチップを拡大して示した平面図である。いずれの図も
、図7及び図8を用いて説明した構成成分と同様な構成
成分については図7、図8で用いた番号と同一の番号を
付して示してある。
【0027】この第1実施例では、はじめに、図7(A
)〜(C)及び図8(A)を用いて説明した従来方法と
同様な方法により、半絶縁性GaAs基板11に、n型
GaAs層から成る能動層13a、n+領域15、素子
間分離領域17、オーム性電極(ソース・ドレイン電極
)19をそれぞれ形成する(図1(A))。なお、この
実施例では、能動層13aのキャリア密度は3*101
7/cm3とし、厚さは83.3nmとしている。また
、オーム性電極19は、n+領域15上にAuGe、N
i及びAuの各層を順に形成しこれらを熱処理すること
により形成している。
【0028】これにより、図3(A)に示すように基板
11上に多数のICチップの中間体31が形成される。 すなわち能動層13a及びオーム性電極19等までの形
成が済んだ多数のFETを有する各ICチップの中間体
31が基板11上に多数形成される。各ICチップの中
間体31中には、目的とする素子群の他に、図3(B)
に示すように、テストFET33がそれぞれ形成される
【0029】次に、各ICチップの中間体のテストFE
T33各々の能動層13aを流れる電流(Idso )
をオーム性電極19を介し公知の測定方法により測定す
る。
【0030】次に、各ICチップの中間体のIdso 
の平均値を求める。次に、この平均値が、経験的に知る
ことが出来るIdso の目標値よりどれだけ大きいか
を計算する。Idso の目標値とは、FETの目標の
閾値が得られる厚さの能動層で得られる電流である。I
dso の目標値に対するずれは、実際は、電流Ids
o と閾値電圧Vthとの関係を示す経験曲線を予め実
験的に求めておき(図4参照)、テストFETを測定し
て求めたIdso をこの経験曲線上にプロットし(例
えば図4中のPx )、目標値Po に対して閾値Vt
hのずれとしてどれだけあるかをこの曲線から求めるこ
とにより行う。また、このIdso の目標値Po に
対するずれを補正するための能動層13aのエッチング
量x、すなわち目標の閾値が得られるようにするための
能動層13aのエッチング量xは予め経験的に求めてあ
るデータ(図示せず)より決定する。目標の閾値に対す
るずれが図4(A)に示すように100mVである場合
は、このデータによれば、能動層13aを3nmエッチ
ングする必要がある。
【0031】そこで、この実施例では、このウエハを低
圧水銀灯(300Wの出力のもの)装備の容量が約2l
(リットル)の容器内に設置する。ウエハと低圧水銀灯
との距離はこの実施例の場合5cmとしている。次いで
、GaAs基板11を100℃に加熱しかつこれに低圧
水銀灯からの光を照射しながら容器内に10l(リット
ル)/分の割合で酸素を流す。このようにして、波長1
85nmの光及び波長254nmの光を含む紫外線並び
に酸素をGaAs基板31に加熱状態で接触させる。 この際、容器内にオゾンが発生していることが確認され
た。なお、酸素及び紫外線が基板に均一に接触するよう
に、基板設置位置、低圧水銀灯設置位置、及び酸素供給
方法を工夫した。
【0032】このような条件において処理時間(分)と
能動層13aの酸化膜厚との関係は、この出願の発明者
の予め行った実験によれば図4(A)のようであるので
、上述の処理(以下、「光酸化処理」と称することもあ
る。)を1分間行う。
【0033】この1分間の光酸化処理により、基板11
の各所の能動層13aに平均値が3nmで標準偏差が0
.3nmの酸化膜35がそれぞれ形成できた(図1(B
))。
【0034】次に、このウエハを超純水浴中に浸漬し超
純水の流量を3l(リットル)/分とした条件で洗浄す
る。GaAsの酸化膜は純水により除去できるので酸化
膜35のみを選択的に除去出来る(図1(C))。
【0035】酸化膜35を純水により除去した後のウエ
ハの能動層13aには膜厚0.9nmの酸化膜が認めら
れた(図示せず)。この酸化膜は自然酸化膜である。膜
厚3nmの酸化膜35を純水により除去した後に空気中
に露出された能動層が新たに酸化され形成されたものと
考えられる。
【0036】上述の光酸化処理と純水洗浄処理とを2回
ずつ行った後に各ICチップの中間体31のテストFE
T33のIdso をそれぞれ測定しさらにこれらの平
均値を求めてこれと光酸化処理等を行う前のIdso 
とを比較したところ、Idso は0.1mA減少して
いることが分った。
【0037】次に、公知の方法により、能動層13a上
にゲート電極形成する。この実施例では、能動層13a
上にTi(チタン)とAl(アルミニウム)とをこの順
に積層しゲート電極23としている。
【0038】その後、各ICチップのテストFETの閾
値電圧Vthをそれぞれ測定したところ、いずれも目標
の−0.6Vとなっていることが分った。
【0039】上述の第1実施例の説明から明らかなよう
に、この発明の方法を能動層の厚み調整に適用した場合
、光酸化処理時間を変えることや、光酸化処理の回数及
び純水洗浄処理の回数を変更することにより能動層13
aを任意の厚みだけ然も基板内全域で均一に出来るので
、能動層13aの厚みを均一に薄くすることが出来る。 このため、ウエハ面内の各ICチップのFETの閾値電
圧を一様に所定の値に変化させる得ることが分る。
【0040】2.第2実施例 また、GaAs基板11上に形成された多数のICチッ
プの中間体31各々のテストFET33(図2(A)及
び(B)参照)のIdso のバラツキが大きい場合は
、各ICチップの能動層の除去すべき厚みが異なる。こ
の第2実施例は、その場合の処理に好適な例である。
【0041】図5(A)及び(B)は、このような場合
の処理の実施に用いて好適な装置の説明図である。特に
、図5(A)はウエハ主面上方からこの装置を見て示し
た概略的な平面図、図5(B)は図5(A)のQ−Q線
に沿ってこの装置を切って示した断面図である。
【0042】この装置は、ICチップの面積と同程度の
面積の光透過窓51aを有しそれ以外の部分をクロム膜
51bで覆って構成してある石英マスク51と、基板1
1を載置するステージであって基板11をその任意のI
Cチップ部分が上記光透過窓51a下に位置するように
移動させるための可動ステージ53と、基板11を加熱
するための加熱手段55と、基板11表面に酸素を供給
するため酸素ボンベ(図示せず)に接続されているノズ
ル57と、低圧水銀灯(図示せず)とから成っている。 加熱手段55は、例えばヒータで構成出来る。ノズル5
7は基板11表面に酸素を均一に供給できるようにする
ために基板11に対し同心円な構造となっている。なお
、基板11は固定しておき石英基板51側に可動ステー
ジを設け石英基板51をその光透過窓51aが基板11
の各ICチップの位置に合うように移動させる構成とし
てももちろん良い。
【0043】この第2実施例では、まず、GaAs基板
11上に形成された多数のICチップの中間体31各々
のテストFET33のIdso を第1実施例と同様に
測定する。その後、そのIdso から第1実施例と同
様な手順で所望の閾値電圧が得られる厚みの能動層を得
るためのエッチング量を各ICチップの中間体毎に決定
する。
【0044】次に、このウエハを図5の装置の可動ステ
ージ53に置く。そして、光透過窓に51a下にあるI
Cチップの中間体に対し低圧水銀灯からの紫外線を照射
しこのICチップの中間体部分上にだけ高濃度のオゾン
を発生させこの部分だけ光酸化処理を行う。紫外線照射
時間は、このICチップの中間体の能動層に所定の膜厚
の酸化膜が形成出来る時間とする。
【0045】ウエハ面内の各ICチップの中間体それぞ
れについて上記光酸化処理を各ICチップの中間体毎の
条件で順に行う。
【0046】この光酸化処理によれば、ウエハ面内の各
ICチップの中間体の能動層各々はそれぞれ所定の膜厚
に酸化される。
【0047】その後、装置からこのウエハを取り出して
第1実施例同様に純水による洗浄を行う。
【0048】この洗浄によりウエハ面内の各ICチップ
の中間体の能動層各々は必要な厚み除去され一定のId
so が得られる厚みになる。このため、各ICチップ
のFETの閾値電圧を均一化出来る。
【0049】上述の第2実施例ではウエハ内の各ICチ
ップの閾値電圧を均一なものにする場合の例であった。 しかし、この第2実施例において各ICチップの中間体
の能動層の厚みが各ICチップ全部でまたは一部で異な
る所定の厚みとなるように光酸化処理及び洗浄処理を行
っても良い。このようにすることにより、ウエハ内の各
ICチップの閾値電圧を意図的に異ならせることも可能
になる。
【0050】上述においては、この発明の半導体素子の
製造方法の実施例について説明したが、この発明はこれ
ら実施例のみに限定されるものではなく以下に説明する
ような種々の変更を加えることが出来る。
【0051】例えば、上述の各実施例では、能動層13
aの全域と、n+領域15のオーム電極19で覆われて
いない部分とを光酸化処理により酸化させていた(図1
(B)参照)。しかし、能動層13aのゲート電極形成
予定部分のみを不要厚み分だけ光酸化処理しこれを純水
洗浄により除去してももちろん良い。その場合の光酸化
処理は、図6に示すように能動層13aのゲート電極形
成予定領域以外の領域をフォトレジスト41で覆った状
態で行なえば良い。
【0052】また、上述の各実施例はこの発明をGaA
sショットキーゲート型FETの能動層の厚さ調整に適
用した例であったが、この発明の適用範囲はこれに限ら
れない。例えば接合型FETまたは絶縁ゲート型FET
のの能動層の厚さ調整各々にも利用出来る。さらに、F
ETの能動層の厚さ調整のみに限られず、半導体基板に
半導体素子形成に用いるため形成した種々の層例えばゲ
ート絶縁膜、ソース・ドレイン領域等、さらに半導体抵
抗素子、ダイオード、バイポーラトランジスタ等の半導
体層の厚さを当該半導体素子の所望の特性を得るために
所定の厚さにエッチングする場合にも広く適用出来る。
【0053】また、この発明の適用可能な材料は、Ga
Asに限られない。InP、GaP、AlGaAs、I
nGaAs等の他の化合物半導体、SiやGe等の単元
素半導体に対しても適用出来る。これらも、光酸化処理
が可能であり、かつ、酸化された部分を純水又は薬品に
より選択的に除去することが可能だからである。さらに
、SiC、ボロンナイトライド、タンタルナイトライド
等の材料に対しての適用も期待出来る。
【0054】
【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体基板に
半導体素子形成に用いるため形成した層(例えば能動層
)を当該半導体素子の所望の特性を得るために所定の厚
さにエッチングする場合に、まずこの層の不要な厚み部
分を紫外線、酸素及び熱により酸化して酸化物とし、次
にこの酸化物を選択的に除去して結果的にこの層を所望
の厚みとする。
【0055】紫外線、酸素及び熱を用いてウエハ面内の
各所の能動層を酸化させた場合その酸化膜の膜厚均一性
は優れるので、この酸化膜を除去した場合は能動層等を
薬液やエッチングガスにより除去する場合に比べウエハ
内各所で均一な厚さで能動層を除去出来る。また、紫外
線、酸素及び熱を用いての酸化によれば、ウエハ面内の
各所の能動層をそれぞれ独立に別々の厚さに酸化するこ
とも出来る。
【0056】このため、例えばウエハ面内の各ICチッ
プのFETの閾値電圧を均一に変化させたり、または、
ウエハ内の各ICチップ毎で異なる任意の値に変化させ
ることが出来る。従って、一枚のウエハ上に同様な特性
のICチップを再現性良く、または、いくつかの規格に
合せた多種類のICチップ再現性良く製造することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、この発明の実施例の説明に
供する要部工程図であり、光酸化処理及び酸化物の選択
的な除去工程を主に示した工程図である。
【図2】この発明の実施例の説明に供する図1に続く工
程図である。
【図3】(A)及び(B)は、この発明の実施例の説明
に供する図であり、ウエハとICチップとテストFET
との関係を示した図である。
【図4】(A)及び(B)はこの発明の実施例の説明に
供する図であり、(A)はゲート電極形成前のドレイン
−ソース間を流れる電流Idso とこれを素子化した
場合の閾値電圧Vthとの関係を示した図、(B)は実
施例の光酸化処理条件における処理時間とこれにより形
成される酸化膜の膜厚との関係を示した図である。
【図5】(A)及び(B)は、第2実施例の説明に供す
る図であり、ウエハの各所を部分的に光酸化処理する際
に用いて好適な装置説明に供する図である。
【図6】変形例の説明に供する図であり、能動層の一部
を光酸化処理する例の説明に供する図である。
【図7】(A)〜(C)は、従来技術の説明に供する工
程図である。
【図8】(A)〜(C)は、従来技術の説明に供する図
7に続く工程図である。
【符号の説明】
11:半導体基板(例えば半絶縁性GaAs基板)13
a:半導体素子形成に用いる層(例えば能動層)15:
n+領域 17:素子間分離領域 19:オーム性電極 23:ゲート電極 35:半導体素子形成に用いる層の光酸化処理で酸化し
た部分 31:ICチップの中間体 33:テストFET 41:フォトレジスト 51:石英マスク 51a:光透過窓 51b:クロム膜 53:可動ステージ 55:加熱手段 57:酸素供給用ノズル

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体基板に半導体素子形成に用いる
    ため形成した層を当該半導体素子の所望の特性を得るた
    めに所定の厚さにエッチングすることを、以下の(a)
    及び(b)の工程を含む工程により行うことを特徴とす
    る半導体素子の製造方法。 (a)当該層の形成された半導体基板を加熱した状態で
    該半導体基板に波長185nmの光及び波長254nm
    の光を含む紫外線並びに酸素を所定時間接触させ、前記
    層をその表面からエッチングされるべき厚みまで酸化す
    る工程。 (b)前記層の前記酸化した部分を該酸化物を選択的に
    除去するエッチング手段によりエッチングする工程。
  2. 【請求項2】  請求項1に記載の半導体素子の製造方
    法において、前記半導体素子をGaAs半導体素子とし
    たことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  3. 【請求項3】  請求項1又は2に記載の半導体素子の
    製造方法において、前記半導体素子をGaAs電界効果
    トランジスタとし、半導体素子形成に用いるため形成し
    た前記層を能動層とし、前記特性を該電界効果トランジ
    スタの閾値電圧とし、前記エッチング手段を純水とした
    ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  4. 【請求項4】  請求項1に記載の半導体素子の製造方
    法において、前記紫外線の接触は、前記半導体基板を所
    定基準で複数の領域に区分けしこれら領域毎にこれら領
    域毎で定めた時間前記紫外線を照射することにより行う
    ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
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