JPH0513458A - 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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JPH0513458A
JPH0513458A JP18542991A JP18542991A JPH0513458A JP H0513458 A JPH0513458 A JP H0513458A JP 18542991 A JP18542991 A JP 18542991A JP 18542991 A JP18542991 A JP 18542991A JP H0513458 A JPH0513458 A JP H0513458A
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Fujio Okui
富士雄 奥井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 T型ゲート法に類似した方法により、n+
入層とゲート電極の間にn′層を形成することができ、
しかも、n′層の長さやゲート長を自由に決定できるよ
うにする。 【構成】 GaAs基板1のn型半導体層の直上に設け
たダミーゲート本体(絶縁層3及び高融点金属膜4)の
上面に低融点金属層5を積層してほぼ均一な幅のダミー
ゲート6を形成した後、ダミーゲート本体をエッチン
グしてダミーゲート6を略T形にする工程と、略T形
のダミーゲート6の低融点金属膜5をダミーゲート本体
の上面で溶融させ、元のダミーゲート6よりも幅の狭
い、ほぼ均一な幅のダミーゲート6を作成する工程の2
工程を繰り返すたびに、順次ダミーゲートの幅を狭くす
ることができる。従って、順次ダミーゲートの幅を小さ
くする過程で、まずn+注入層8を形成し、さらにダミ
ーゲート6の幅を小さくした段階で低不純物密度のn′
層9を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関する。具体的にいうと、本発明は、自己整合(セル
フアライメント)プロセスによる半導体装置の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より化合物半導体MESFET等の
相互コンダクタンスgmを向上させ、雑音を低減させる
ことを目的として、ソース抵抗の低減とゲート長の短縮
を実現できるゲート電極の自己整合プロセスが採用され
ている。
【0003】自己整合プロセスとしては、耐熱ゲート法
やダミーゲート法(T型ゲート法、側壁ゲート法)が知
られているが、上記目的を達成するためには、プロセス
条件の選定の自由度が高いダミーゲート法が有効であ
る。
【0004】図15(a)〜(d)は、T型ゲート法に
よるGaAsMESFETの製造プロセスを示す。ま
ず、図15(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板
51の表面のフィールド部にフォトレジスト52を形成
し、フォトレジスト52をマスクとして素子形成領域に
イオン注入によりn型活性層53を形成し、n型活性層
53の中央部にダミーゲート54及びキャップ55を積
層する。さらに、図15(b)のように、ダミーゲート
54をエッチングしてダミーゲート54及びキャップ5
5をT型にし、キャップ55をマスクとしてGaAs基
板51の素子形成領域にイオン注入を行ない、図15
(c)のようにn型活性層53の両側にn+注入層56
を形成する。ついで、キャップ55を除去した後、図1
5(d)のようにn+注入層56の上にソース及びドレ
イン電極57を形成し、さらに、ダミーゲート54の位
置をレジスト等により反転させた後、ダミーゲート54
を除去し、ショットキー電極材料によってダミーゲート
54を複製することによりゲート電極58を形成する。
【0005】このT型ゲート法によれば、キャップの幅
によってn+注入層の間隔を制御でき、ダミーゲートの
幅によってゲート長を制御できるので、n+注入層の間
隔を大きくし、ゲート長を短くして相互コンダクタンス
mの向上を図れる。
【0006】しかしながら、ゲート長を短くすると短チ
ャネル効果が発生するので、n+注入層とゲート電極と
の間にn+注入層よりも不純物密度の小さなn′層が必
要になる。ところが、従来のT型ゲート法の標準工程で
は、プロセス上、n′層を形成することが不可能であっ
た。
【0007】図16(a)〜(d)は、側壁ゲート法に
よるLDD(Lightly Doped Drain)構造のGaAsM
ESFETの製造プロセスを示す。まず、図16(a)
に示すように、フィールド部に形成されたフォトレジス
ト62をマスクとして半絶縁性GaAs基板61の素子
形成領域にイオン注入によりn型活性層63を形成し、
n型活性層63の上にダミーゲート64を設ける。さら
に、図16(b)のように、ダミーゲート64の両側面
に絶縁膜からなるサイドウォール65を設け、ダミーゲ
ート64及びサイドウォール65をマスクとしてGaA
s基板61の素子形成領域にイオン注入を行ない、n型
活性層63の両側にn+注入層66を形成する。つい
で、サイドウォール65を除去した後、ダミーゲート6
4及びフォトレジスト62をマスクとして素子形成領域
にイオン注入を行ない、図16(c)に示すように、n
+注入層66とn型活性層63との間に中間の不純物密
度のn′層67を形成する。この後、図16(d)に示
すように、n+注入層66の上にソース及びドレイン電
極68を形成し、さらに、ダミーゲート64の位置をレ
ジスト等により反転させた後、ダミーゲート64を除去
し、ショットキー電極材料によってダミーゲート64を
複製することによりゲート電極69を形成する。
【0008】この側壁ゲート法によれば、サイドウォー
ルの厚みによってn′層の長さを制御でき、ダミーゲー
トの幅によってゲート長を制御できる。
【0009】しかしながら、側壁ゲート法では、絶縁膜
によってサイドウォールを形成するので、厚いサイドウ
ォールを得ることができず、長さの大きなn′層を得る
ことができなかった。また、ゲート長はフォトリソグラ
フィの性能で制限され、現状ではサブミクロンダミーゲ
ートの作製が非常に困難であるので、ゲート長の短縮化
にも制限があった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、n+注入層とゲート電極の間にn′層を形成
することができ、しかも、n′層の長さやゲート長を自
由に決定することができるようにすることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
の製造方法は、ソース及びドレイン領域とゲート電極の
側壁部との間に、ソース及びドレイン領域よりも低不純
物密度のイオン注入領域を設けた半導体装置の製造方法
であって、半導体基板のチャネル領域の直上に設けたダ
ミーゲート本体の上面に低融点材料からなる低融点層を
積層してほぼ均一な幅のダミーゲートを形成する工程
と、前記ダミーゲート本体の両側面をエッチングしてダ
ミーゲートを略T形にする工程と、略T形のダミーゲー
トの低融点層をダミーゲート本体の上面で溶融させ、元
のダミーゲートよりも幅の狭い、ほぼ均一な幅のダミー
ゲートを作成する工程とを有することを特徴としてい
る。
【0012】
【作用】本発明にあっては、3層のダミーゲートを形成
した後、上記第2及び第3の工程を繰り返すたびに、順
次ダミーゲートの幅を狭くしてゆくことができる。従っ
て、順次ダミーゲートの幅を小さくする過程で、まずソ
ース・ドレイン領域(n+注入層)を形成し、さらにダ
ミーゲートの幅を小さくした段階でソース・ドレイン領
域よりも低不純物密度の領域(n′層)を形成すること
が可能になる。
【0013】しかも、ソース・ドレイン間隔、低不純物
密度の領域間の間隔、ゲート長などを自由に決定するこ
とができ、目的とする電気的特性を得ることができる。
【0014】
【実施例】図1〜図14は本発明の一実施例であって、
イオン注入法を用いて自己整合型MESFETを製造す
るための主要工程を示す断面図である。
【0015】まず、半絶縁性GaAs基板1のフィール
ド部をフォトレジスト(図示せず)で覆い、このフォト
レジストをマスクとしてGaAs基板1の表面に選択イ
オン注入を行なってn型活性層(チャネル領域)2を形
成する〔図1〕。
【0016】フォトレジストを除去した後、SiNx膜
やSiO2膜等の絶縁膜3と、高融点金属膜4と、低融
点金属膜5とをGaAs基板1の全面に堆積させる〔図
2〕。ついで、絶縁膜3、高融点金属膜4及び低融点金
属膜5を、GaAs基板1のほぼ中央において数ミクロ
ン幅以下で残すようにしてウエットエッチング法もしく
はドライエッチング法によって部分的に除去し、同じ幅
の絶縁膜3、高融点金属膜4及び低融点金属膜5からな
る3層構造のダミーゲート6を形成する〔図3〕。この
エッチング工程は、一般的なフォトリソグラフィー技術
を用いて行なえばよいが、エッチング後残された絶縁膜
3、高融点金属膜4及び低融点金属膜5の幅が、最終的
なMESFETのソース・ドレイン領域間の間隔となる
ので、目的にあった形状とする。なお、この実施例で
は、絶縁膜3と高融点金属膜4とによってダミーゲート
本体が構成されている。
【0017】この後、フォトレジスト7によりフィール
ド部に注入マスクを形成し、フォトレジスト7及び3層
のダミーゲート6をマスクとして高濃度のn型イオン注
入を行い、n+注入層(ソース及びドレイン領域)8を
形成する〔図4〕。
【0018】つぎに、CF4/O2等のガスを用いた反応
性イオンエッチング(RIE)によりダミーゲート6の
絶縁膜3を選択的かつ等方的にエッチングしてT型のダ
ミーゲート6を形成する〔図5〕。この絶縁膜3のエッ
チング長さ(あるいは、高融点金属膜4及び低融点金属
膜5の張り出し寸法)は、後述のように、n′層9の長
さとなるので、必要なn′層9の長さと等しくなるまで
エッチングする。
【0019】さらに、ダミーゲート6の高融点金属膜4
だけを絶縁膜3の長さと等しくなるまでエッチングする
〔図6〕。この高融点金属膜4のエッチングは、反応性
イオンエッチングでも、ウエットエッチングでも可能で
あるが、高融点金属膜4と低融点金属膜5の選択エッチ
ング性を確保するためには、ウエットエッチングが望ま
しい。
【0020】つぎに、図6のような構造を形成したGa
As基板1を加熱し、低融点金属膜5を溶融させ、溶融
した低融点金属膜5を高融点金属膜4の全体に広がらせ
る〔図7〕。加熱方法としては、表面からのランプ照射
でもよく、オーブン加熱でもよい。このとき、低融点金
属膜5の下に高融点金属膜4が存在しないと、溶融した
低融点金属膜5は丸く凝集(ボールアップ)してしまう
が、下に高融点金属膜4を形成しておくことにより図7
のような形状を実現できる。
【0021】こうしてダミーゲート6の幅を短くした
後、ダミーゲート6及びフォトレジスト7をマスクとし
てn+注入層8よりも若干ドーズ量の少ないイオン注入
を行い、n+注入層8とn型活性層3との間にn′層9
を形成する〔図8〕。
【0022】この後、反応性イオンエッチングによりダ
ミーゲート6の絶縁膜3を等方的にエッチングして再度
T型のダミーゲート6を形成する〔図9〕。この絶縁膜
3の幅は、ゲート電極13aのゲート長となるので、目
的のゲート長になるまでエッチングする。
【0023】ついで、ダミーゲート6の高融点金属膜4
及び低融点金属膜5をウエットエッチングにより絶縁膜
3から剥離させ、さらに、フォトレジスト7もエッチン
グにより剥離させる〔図10〕。この状態で、As分圧
3Torr、850℃の条件下で15分程度イオン注入層の
活性化アニールを行う。
【0024】つぎに、フォトリソグラフィ工程によりA
uGe/Ni/Auのオーミック電極(ソース電極及び
ドレイン電極)10をn+注入層8の上に形成し、合金
化処理を行なう〔図11〕。フォトレジスト11をGa
As基板1の全面に塗布してダミーゲート6(絶縁膜
3)及びオーミック電極10を覆い、フォトレジスト1
1をベーキングして平坦化した後、反応性イオンエッチ
ングを用いてダミーゲート6の頂上面が露出するまでエ
ッチングする〔図12〕。
【0025】続けて、フォトレジスト11をマスクとし
て反応性イオンエッチングによりダミーゲート6をエッ
チング除去し、フォトレジスト11内にコンタクト孔1
2を形成し、Ti/Pt/AuやTi/Al等のショッ
トキー電極用金属13を蒸着法により堆積させた〔図1
3〕後、リフトオフ法によりフォトレジスト11の上の
ショットキー電極用金属13を除去してゲート電極13
aを形成する〔図14〕。
【0026】なお、図10〜図14の工程はMESFE
T形成のための一例であって、他の公知の方法のほとん
どを適用することができる。
【0027】しかして、上記方法によれば、従来例のT
型ゲート法に類似した方法によってLDD構造のGaA
sMESFETを製造することができ、相互コンダクタ
ンスgmを増大させながら短チャネル効果を抑制するこ
とができる。
【0028】図示しないが、本発明の別な実施例によれ
ば、つぎのようにしてMESFETを製造してもよい。
すなわち、図1〜図3の工程を行なった後、イオン注入
してn+注入層を形成する図4の工程を抜かして図5〜
図7の工程を実施する。この後、図7の状態で高不純物
濃度のイオン注入を行なってn+注入層を形成し、図5
の工程に戻り図5〜図14の工程を最初の実施例と同様
に実施する。
【0029】この別な実施例によれば、n+注入層の間
隔や、n′層の間隔、ゲート長などを最初の実施例より
も短くすることができる。
【0030】同様に、図5〜図7の工程を繰り返すこと
により任意にダミーゲートの幅を狭くすることができ
る。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、イオン注入用のマスク
となるダミーゲートの幅を任意に細くできるので、T型
ゲート法に類似した方法によりソース・ドレイン領域よ
りも低不純物密度の領域を形成することが可能になり、
LDD構造の半導体装置を製造することが可能になる。
したがって、短チャネル効果の抑制とソース抵抗の低減
(相互コンダクタンスgmの増大)を両立させることが
できる。
【0032】しかも、ソース・ドレイン間隔、低不純物
密度の領域間の間隔、ゲート長などを自由に決定するこ
とができ、目的とする電気的特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1ないし図14は、本発明の一実施例を示す
断面図である。
【図2】図1の分図である。
【図3】図1の分図である。
【図4】図1の分図である。
【図5】図1の分図である。
【図6】図1の分図である。
【図7】図1の分図である。
【図8】図1の分図である。
【図9】図1の分図である。
【図10】図1の分図である。
【図11】図1の分図である。
【図12】図1の分図である。
【図13】図1の分図である。
【図14】図1の分図である。
【図15】(a)(b)(c)(d)は、従来のT型ゲ
ート法による半導体装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【図16】(a)(b)(c)(d)は、従来の側壁ゲ
ート法による半導体装置の製造方法を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 n型活性層 3 絶縁膜 4 高融点金属膜 5 低融点金属膜 6 ダミーゲート 8 n+注入層 9 n′層 10 オーミック電極 13a ショットキー電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 ソース及びドレイン領域とゲート電極の
    側壁部との間に、ソース及びドレイン領域よりも低不純
    物密度のイオン注入領域を設けた半導体装置の製造方法
    であって、 半導体基板のチャネル領域の直上に設けたダミーゲート
    本体の上面に低融点材料からなる低融点層を積層してほ
    ぼ均一な幅のダミーゲートを形成する工程と、前記ダミ
    ーゲート本体の両側面をエッチングしてダミーゲートを
    略T形にする工程と、 略T形のダミーゲートの低融点層をダミーゲート本体の
    上面で溶融させ、元のダミーゲートよりも幅の狭い、ほ
    ぼ均一な幅のダミーゲートを作成する工程とを有する半
    導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0613190A2 (en) * 1993-02-22 1994-08-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Schottky junction type field effect transistor and method of manufacturing the same
KR100518239B1 (ko) * 1998-12-30 2005-12-06 주식회사 하이닉스반도체 반도체 장치 제조방법
US9281365B2 (en) 2013-09-03 2016-03-08 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method for manufacturing the same

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