JPH0637117A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH0637117A
JPH0637117A JP22510392A JP22510392A JPH0637117A JP H0637117 A JPH0637117 A JP H0637117A JP 22510392 A JP22510392 A JP 22510392A JP 22510392 A JP22510392 A JP 22510392A JP H0637117 A JPH0637117 A JP H0637117A
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insulating film
resist
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信之 笠井
Naoto Yoshida
直人 吉田
Mitsunori Nakatani
光徳 中谷
Takahide Ishikawa
高英 石川
Yutaka Nagai
豊 永井
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Abstract

PURPOSE:To stably form a uniform two-stage recessed structure between lots or wafers by separately forming the upper and lower recessed areas of the two-recessed structure in two processes. CONSTITUTION:A pattern which decides the width W2 and gate length Lg of an upper recessed area 4 is formed on a semiconductor active layer 2 by applying a photoresist 3 to the layer 2. The area 4 and a dummy gate 5 are formed by dry etching the layer 2 by the RIE method, etc., by using the photoresist 3 as a mask. Then, after partially etching off an insulator 6 in the area 4 by using a photoresist 7 as a mask, a lower recessed area 8 is formed by etching the layer 2 which has become a dummy gate 8 and the substrate 1 below the layer 2. In the two-stage recessed area 9 formed in such a way, a T-shaped gate electrode 10 is formed. Therefore, a semiconductor device having a stable performance can be manufactured at a high yield.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は2段リセス型ゲート電
極を有する半導体装置の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess type gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】(従来例1)従来の2段リセス型ゲート
電極を有する化合物半導体電界効果トランジスタの製造
方法として、例えば図14(a) ないし(c) から図15
(a) 〜(c) の工程断面図による方法が知られている。即
ち、GaAs化合物半導体基板31上に不純物のイオン
注入等を行って半導体活性層32を形成し、この半導体
活性層32上に窒化膜(SiN)や酸化膜(SiO)な
どの絶縁膜や、フォトレジストによるスペーサ層33を
形成したのち、その上にゲートパターニングを行うため
のフォトレジスト34を積層する。次いでフォトレジス
ト34のゲートパターンをマスクにスペーサ層33をC
F4 +O2 ガスによるRIE法にてエッチング除去し
て、図14(a) に示すような幅Lが例えば0.5μmの
開口部35を形成する。上記でスペーサ層33をフォト
レジストにより形成する場合は、その上に積層するフォ
トレジスト34と種類の異なるものを用いる。
2. Description of the Related Art (Prior Art 1) As a conventional method of manufacturing a compound semiconductor field effect transistor having a two-step recess type gate electrode, for example, FIGS. 14 (a) to 14 (c) to FIG.
A method based on the process sectional views of (a) to (c) is known. That is, ion implantation of impurities or the like is performed on the GaAs compound semiconductor substrate 31 to form a semiconductor active layer 32, and an insulating film such as a nitride film (SiN) or an oxide film (SiO) or a photo film is formed on the semiconductor active layer 32. After forming the spacer layer 33 made of a resist, a photoresist 34 for performing gate patterning is laminated thereon. Next, with the gate pattern of the photoresist 34 as a mask, the spacer layer 33 is covered with C
It is removed by etching by the RIE method using F4 + O2 gas to form an opening 35 having a width L of 0.5 .mu.m as shown in FIG. When the spacer layer 33 is formed of a photoresist as described above, a different type from the photoresist 34 laminated thereon is used.

【0003】次にフォトレジスト34をマスクに開口部
35を通して半導体活性層32を所望量ウェットエッチ
ングして図14(b) のように下部リセス領域36aを形
成する。この下部リセス領域36aの深さt1 は半導体
活性層32の厚さが0.5μmの場合で約0.1μmで
ある。また下部リセス領域36aのリセス幅W1 はエッ
チング方法やエッチング液の種類にもよるが、約0.5
〜0.7μmである。次に図14(c) のように、スペー
サ層33のみを緩衝フッ酸液により両側ほぼ0.2μm
程度ずつサイドエッチングを行う。その後スペーサ層3
3をマスクにして再度半導体活性層32をウェットエッ
チングすることによって上部リセス領域36bを形成
し、図15(a) のような2段リセス領域36が得られ
る。
Next, the semiconductor active layer 32 is wet-etched by a desired amount through the opening 35 using the photoresist 34 as a mask to form a lower recess region 36a as shown in FIG. 14 (b). The depth t1 of the lower recess region 36a is about 0.1 μm when the thickness of the semiconductor active layer 32 is 0.5 μm. The recess width W1 of the lower recess region 36a is about 0.5 depending on the etching method and the type of etching solution.
Is about 0.7 μm. Next, as shown in FIG. 14 (c), only the spacer layer 33 is covered with a buffered hydrofluoric acid solution so that both sides are approximately 0.2 μm.
Side etching is performed gradually. Then spacer layer 3
The upper recess region 36b is formed by wet-etching the semiconductor active layer 32 again using 3 as a mask, and the two-step recess region 36 as shown in FIG. 15A is obtained.

【0004】上記の上部リセス領域36bを形成する2
回目のエッチングによって得られる2段リセス領域36
の各寸法は、例えば上部リセス36bの深さt2 は0.
2μm、幅W2 は1.1μmであり、下部リセス36a
の深さt1 は最初のエッチングによる深さと同じ0.1
μmである。しかしながら下部リセス36aの幅W1′
は等方性ウェットエッチングにおいては0.9μm程に
なり、始めに形成された幅W1 より広がってしまう。
2 for forming the upper recess region 36b
Two-step recess region 36 obtained by the second etching
Of the upper recess 36b has a depth t2 of 0.
2 μm, width W2 is 1.1 μm, lower recess 36a
Has a depth t1 equal to the depth of the first etching of 0.1
μm. However, the width W1 'of the lower recess 36a is
Is about 0.9 .mu.m in isotropic wet etching, which is wider than the width W1 initially formed.

【0005】その後図15(b) に示すように、真空蒸着
等によりゲート電極金属37aをフォトレジスト34上
及び開口部35を通して2段リセス領域36内に被着し
たのち、リフトオフ法によりフォトレジスト34、及び
その上のゲート電極金属37aを除去することにより、
図15(c) に示すような2段リセス領域36内にゲート
長Lg(開口部35の幅Lとほぼ同値)を有するゲート
電極37が形成されて半導体装置が得られる。そして図
示していないが、上記工程の前後のいずれかの工程にお
いてゲート電極37位置の両側にドレイン電極及びソー
ス電極を形成することによって電界効果トランジスタ
(FET)を構成する。
After that, as shown in FIG. 15B, a gate electrode metal 37a is deposited on the photoresist 34 and through the opening 35 into the two-step recess region 36 by vacuum deposition or the like, and then the photoresist 34 is lifted off. , And by removing the gate electrode metal 37a thereon,
A semiconductor device is obtained by forming a gate electrode 37 having a gate length Lg (approximately the same value as the width L of the opening 35) in a two-step recess region 36 as shown in FIG. 15C. Although not shown, a field effect transistor (FET) is formed by forming a drain electrode and a source electrode on both sides of the position of the gate electrode 37 in any step before and after the above step.

【0006】(従来例2)図6は、本発明が対象とする
化合物半導体素子の一種である2段リセス型メタルショ
ットキー接合ゲート電極を有する電界効果型トランジス
タ(MESFET)を示す断面図であり、図16は図6
の2段リセス型ゲート電極を形成するための従来の方法
の主要形成工程を示す断面図であり、図において、41
はウエハ(化合物半導体基板)であり、46はその表面
領域に形成された能動層である。42(42a,42
b)は該能動層46上に形成されたオーミック電極、4
4は上段リセス、45は下段リセスであり、43はこの
下段リセス45に形成されたゲート電極である。また、
図16において、52は絶縁膜、62はレジストであ
る。但し、図6以外は、能動層46はウエハ41の一部
と考え表示してしない。
(Conventional Example 2) FIG. 6 is a cross-sectional view showing a field effect transistor (MESFET) having a two-step recess type metal Schottky junction gate electrode, which is a kind of compound semiconductor device targeted by the present invention. 16 is shown in FIG.
FIG. 41 is a cross-sectional view showing main forming steps of a conventional method for forming the two-step recessed gate electrode of FIG.
Is a wafer (compound semiconductor substrate), and 46 is an active layer formed in its surface region. 42 (42a, 42
b) is an ohmic electrode formed on the active layer 46,
Reference numeral 4 is an upper recess, 45 is a lower recess, and 43 is a gate electrode formed in the lower recess 45. Also,
In FIG. 16, 52 is an insulating film and 62 is a resist. However, except for FIG. 6, the active layer 46 is not shown because it is considered as a part of the wafer 41.

【0007】図6および図16に示すMESFET等で
は、高出力化するためにはゲート電極43とオーミック
電極42a,42bに印加する電圧を大きくしなければ
ならない。このように耐圧を高めるためには、ゲート電
極43の近傍の能動層46を薄くする等してゲート電極
43のバイアス時にゲート電極43近傍に空乏層が横に
広がりやすい構造にする方法がある。その一方法とし
て、2段リセス型ゲート構造にする方法がある。次にそ
の従来の形成方法について説明する。
In the MESFET and the like shown in FIGS. 6 and 16, the voltage applied to the gate electrode 43 and the ohmic electrodes 42a and 42b must be increased in order to increase the output. In order to increase the breakdown voltage as described above, there is a method of making the active layer 46 in the vicinity of the gate electrode 43 thin so that the depletion layer easily spreads laterally in the vicinity of the gate electrode 43 when the gate electrode 43 is biased. As one of the methods, there is a method of forming a two-step recess type gate structure. Next, the conventional forming method will be described.

【0008】図16(a) に示すように、ウエハ41上全
面にSiO2 からなる絶縁膜52を約0.1μm厚にC
VD法等で堆積し、この上に厚さ約0.5μmのレジス
ト62を形成し、そのゲート電極形成部位付近に開口幅
0.5μmの開口パターンを形成する。次に、図16
(b) のように、レジスト62をマスクに下層の絶縁膜5
2をフッ酸を用いたウエットエッチング,またはCHF
3 +O2 ガス等を用いたドライエッチングによりエッチ
ングする。次に、図16(c) のように、絶縁膜52をマ
スクにウエハ41を酒石酸等を用いたウエットエッチン
グ,または塩素系ガスを用いたドライエッチングにより
エッチングし、深さ約0.1μmのリセス47を形成す
る。次に、図16(d) のように、絶縁膜52をフッ酸等
で選択的にサイドエッチングし、絶縁膜52の開口部を
広げる。次に、図16(e) のように、絶縁膜52をマス
クにウエハ41を酒石酸等を用いたウエットエッチング
によりエッチングすると、上記下段リセス47をさらに
下方にほりこんだ深さ約0.3μm,幅約0.9μmの
下段リセス45,及び深さ約0.1μm,幅約1.4〜
2.4μmの上段リセス44を形成する。次に、図16
(f) に示すように、ゲート電極用金属としてTi/Au
等を蒸着し、リフトオフ法を行うことにより、ゲート幅
約0.5μm,ゲート高さも約0.5μmのゲート電極
43を有する図16(g) のような構造、つまり図6の構
造が形成される。
As shown in FIG. 16 (a), an insulating film 52 made of SiO2 is formed on the entire surface of the wafer 41 so as to have a thickness of about 0.1 .mu.m.
A VD method or the like is used for deposition, a resist 62 having a thickness of about 0.5 μm is formed thereon, and an opening pattern having an opening width of 0.5 μm is formed near the gate electrode formation site. Next, in FIG.
As shown in (b), using the resist 62 as a mask, the lower insulating film 5 is formed.
Wet etching with 2 using hydrofluoric acid or CHF
Etching is performed by dry etching using 3 + O2 gas or the like. Next, as shown in FIG. 16C, the wafer 41 is etched with the insulating film 52 as a mask by wet etching using tartaric acid or the like, or dry etching using chlorine-based gas, and a recess with a depth of about 0.1 μm is formed. 47 is formed. Next, as shown in FIG. 16D, the insulating film 52 is selectively side-etched with hydrofluoric acid or the like to widen the opening of the insulating film 52. Next, as shown in FIG. 16E, the wafer 41 is etched by wet etching using tartaric acid or the like with the insulating film 52 as a mask, and the lower recess 47 is further lowered to a depth of about 0.3 μm. Lower recess 45 with a width of about 0.9 μm, depth of about 0.1 μm, width of about 1.4-
An upper recess 44 of 2.4 μm is formed. Next, in FIG.
As shown in (f), Ti / Au is used as the metal for the gate electrode.
By vapor-depositing the like and performing the lift-off method, the structure shown in FIG. 16 (g) having the gate electrode 43 having a gate width of about 0.5 μm and a gate height of about 0.5 μm, that is, the structure of FIG. 6 is formed. It

【0009】(従来例3)図17は従来のこの種の2段
リセス形電界効果トランジスタの2段リセス形成法のさ
らに他の例を示す図であり、図において、71は半導体
基板、78は活性層、72はオーミック電極、73は絶
縁膜、74はレジスト、75は第1のリセス、76は第
2のリセス、77はショットキー金属である。
(Prior art example 3) FIG. 17 is a view showing still another example of a conventional two-step recess forming method of this kind of two-step recess type field effect transistor, in which 71 is a semiconductor substrate and 78 is a semiconductor substrate. An active layer, 72 is an ohmic electrode, 73 is an insulating film, 74 is a resist, 75 is a first recess, 76 is a second recess, and 77 is a Schottky metal.

【0010】次に製作工程について説明する。図(a) に
おいて、半導体基板71上に形成された活性層78上に
ソース,ドレイン、オーミック電極72を形成した後、
絶縁膜73、例えばSiN膜を全面に形成する。次にF
ETのゲート電極を形成したい位置に開口部をもつレジ
ストパターン74を形成する。
Next, the manufacturing process will be described. In FIG. 3A, after forming the source, drain and ohmic electrodes 72 on the active layer 78 formed on the semiconductor substrate 71,
An insulating film 73, for example, a SiN film is formed on the entire surface. Then F
A resist pattern 74 having an opening is formed at a position where the ET gate electrode is desired to be formed.

【0011】次に図(b) に示すように、レジスト開口部
の絶縁膜73をSF6 プラズマ処理等によりエッチング
した後、露出された活性層78のGaAsを適当なGa
Asエッチング液、例えばH2 SO4 :H2 O2 :H2
O=3:1:1でエッチングし、第1のリセス75を得
る。
Next, as shown in FIG. 1B, after the insulating film 73 in the resist opening is etched by SF6 plasma treatment or the like, the exposed GaAs of the active layer 78 is changed to a proper Ga.
As etching solution, for example, H2 SO4: H2 O2: H2
Etching is performed with O = 3: 1: 1 to obtain a first recess 75.

【0012】次に図(c) に示すように、絶縁膜73を適
当なエッチング液、例えばHF水溶液30%に浸漬する
ことにより、これをサイドエッチングする。この状態で
先に述べたGaAsエッチング液に浸漬すると、さらに
深くエッチングされる第1のリセス75に加えて第2の
リセス76が得られ、エッチング形状は図(d) に示すよ
うに2段構造となる。
Next, as shown in FIG. 3C, the insulating film 73 is side-etched by immersing it in an appropriate etching solution, for example, 30% HF solution. In this state, when it is immersed in the GaAs etching solution described above, a second recess 76 is obtained in addition to the first recess 75 that is etched deeper. The etching shape is a two-step structure as shown in FIG. Becomes

【0013】次にショットキーメタル77、例えばTi
/Pt/Au=500オングストローム/500オング
ストローム/5000オングストロームを蒸着し、図
(e) の状態とする。次にリフトオフ工程でレジスト74
とその上の不要な金属を除去し、図(f) の状態を得る。
Next, a Schottky metal 77 such as Ti
/ Pt / Au = 500 Å / 500 Å / 5000 Å
It is in the state of (e). Next, in the lift-off process, the resist 74
And unnecessary metal on it are removed, and the state of Fig. (F) is obtained.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上のような方法で従
来の2段リセスを有する化合物半導体電界効果トランジ
スタ素子が得られるのであるが、2段リセスの形成に当
たってスペーサ層33,あるいは絶縁層52,73のサ
イドエッチングはフォトレジスト34,62,74の開
口部を通して供給されるエッチング液あるいはエッチン
グガスの浸漬時間でそのエッチング量を制御するもので
あるが、エッチング液の供給がウェハ面内で不均一であ
ったり、半導体活性層/スペーサ層(絶縁層)/フォト
レジストの付着力によってエッチング速度が変わるなど
のためにサイドエッチング量の制御が不安定となり、ロ
ット間,ウェハ間でそのサイドエッチ量にバラツキがで
るものであった。そして、この絶縁膜のサイドエッチ量
によって第1,第2リセスの幅が決定されるため上記サ
イドエッチ量のバラツキによってリセス形状が大きくば
らつくという問題があった。また、このようなロット
間,ウェハ間でのサイドエッチ量のバラツキによってリ
セス形状にバラツキ、変動があると、これはFETの特
性を決定するソース抵抗Rs,ゲート・ドレイン耐圧V
gd0 をばらつかせ、歩留り低下の原因となっていた。
A compound semiconductor field effect transistor device having a conventional two-step recess can be obtained by the above method. However, when forming the two-step recess, the spacer layer 33 or the insulating layer 52, The side etching of 73 controls the etching amount by the immersion time of the etching solution or etching gas supplied through the openings of the photoresists 34, 62, 74, but the supply of the etching solution is not uniform within the wafer surface. Or the control of the side etching amount becomes unstable because the etching rate changes due to the adhesive force of the semiconductor active layer / spacer layer (insulating layer) / photoresist, and the side etching amount varies between lots and wafers. There were variations. Since the widths of the first and second recesses are determined by the side etching amount of the insulating film, there is a problem that the recess shape greatly varies due to the variation of the side etching amount. Further, if the recess shape varies or fluctuates due to the variation in the side etch amount between lots or wafers, the source resistance Rs and the gate / drain withstand voltage V that determine the characteristics of the FET are generated.
It caused gd0 to scatter, which caused a decrease in yield.

【0015】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、2段リセス構造をロット間,ウ
ェハ間で均一なものを安定して形成することができ、素
子特性の高均一化,素子価格の低下を図ることができる
半導体装置の製造方法を得るさとを目的としている。ま
たこの発明はさらにT型ゲート電極を形成することので
きる半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is possible to stably form a two-step recess structure that is uniform between lots and between wafers, and has high device characteristics. It is an object of the present invention to obtain a method for manufacturing a semiconductor device that can achieve uniformity and reduce element cost. Another object of the present invention is to obtain a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a T-type gate electrode.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1の2
段リセスを有する半導体装置の製造方法は、まず半導体
活性層上に上部リセスの幅W2 とゲート長Lgを決める
パターニングをフォトレジストの塗布により行い、この
フォトレジストをマスクに半導体活性層をRIE法など
によりドライエッチングして上部リセス領域とダミーゲ
ートを形成し、次いで、該上部リセス領域内に絶縁物を
埋め込んでから該リセス上面を含む半導体活性層上にダ
ミーゲートより幅の広い開口部をフォトレジストの塗
布,パターニングによって形成し、該フォトレジストを
マスクに上部リセス領域内の絶縁物をエッチングによっ
て一部除去した後、ダミーゲートとなっている半導体活
性層及びその下の半導体基板をエッチングして下部リセ
ス領域を形成することによって2段リセスを得、この2
段リセス領域内に真空蒸着、リフトオフにてT型のゲー
ト電極を形成するものである。
[Means for Solving the Problems] Claim 1 of the present invention
In the method of manufacturing a semiconductor device having a stepped recess, patterning for determining the width W2 of the upper recess and the gate length Lg is first performed on the semiconductor active layer by applying a photoresist, and the semiconductor active layer is subjected to the RIE method using the photoresist as a mask. Dry etching is performed to form an upper recess region and a dummy gate, and then an insulator is embedded in the upper recess region, and then an opening wider than the dummy gate is formed on the semiconductor active layer including the upper surface of the recess by photoresist. Is formed by coating and patterning, the insulating material in the upper recess region is partially removed by etching using the photoresist as a mask, and then the semiconductor active layer serving as a dummy gate and the semiconductor substrate thereunder are etched to form a lower portion. A two-step recess is obtained by forming a recess area.
A T-shaped gate electrode is formed in the step recess region by vacuum evaporation and lift-off.

【0017】また発明の請求項2の2段リセス構造を有
する半導体装置の製造方法は、半導体活性層上に絶縁膜
にてダミーゲートとサイドウォールを形成したのち、該
サイドウォールの両側に露出する半導体活性層上にダミ
ーゲートとサイドウォールの頭出しを行なうようにフォ
トレジストを塗布し、その後、サイドウォールのみをド
ライエッチングにより選択的に除去したのち、フォトレ
ジストとダミーゲートをマスクにウェットエッチングに
て半導体活性層をエッチングして上部リセスを形成し、
上記フォトレジストを一旦除去したのち、上部リセス領
域を含む半導体活性層上に再度フォトレジストを塗布し
てダミーゲートの頭出しを行なってから該フォトレジス
トをマスクにダミーゲートのみをウェットエッチングに
て選択的に除去し、さらにその下の半導体活性層をウェ
ットエッチングして下部リセス領域を形成することによ
って2段リセスを得、この2段リセス領域内に真空蒸
着、リフトオフにてゲート電極を形成させるものであ
る。
In the method for manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to a second aspect of the invention, a dummy gate and a sidewall are formed of an insulating film on a semiconductor active layer, and then exposed on both sides of the sidewall. Photoresist is applied on the semiconductor active layer so as to expose the dummy gate and the sidewall, and then only the sidewall is selectively removed by dry etching, and then the photoresist and the dummy gate are used as a mask for wet etching. Etching the semiconductor active layer to form the upper recess,
After the photoresist is removed once, the photoresist is applied again on the semiconductor active layer including the upper recess region to cue the dummy gate, and only the dummy gate is selected by wet etching using the photoresist as a mask. To form a lower recess region by wet etching the semiconductor active layer underneath to form a lower recess region, and form a gate electrode by vacuum evaporation and lift-off in the second recess region. Is.

【0018】この発明の請求項3の2段リセス構造を有
する半導体装置の製造方法は、従来方法における上段リ
セスを形成するために絶縁膜をサイドエッチする際のサ
イドエッチ量が一定となるように、絶縁膜をあらかじめ
基板上に所定寸法にエッチングしておくようにしたもの
である。即ち、より詳細には、半導体基板上に上段リセ
スの大きさに相当する大きさの絶縁膜を形成する工程
と、上記絶縁膜を有する基板上の該絶縁膜の中央部の位
置に、下段リセスの大きさに相当する開口部を有するレ
ジストを形成する工程と、上記レジストをマスクに上記
絶縁膜をエッチングし、開口する工程と、上記開口部を
有する絶縁膜をマスクに基板をエッチングし、下段リセ
スを形成する工程と、上記開口部を有する絶縁膜を除去
する工程と、上記レジストをマスクに基板をエッチング
し、上段リセスおよびさらに深さを深くした下段リセス
からなる2段リセスを形成する工程と、上記2段リセス
の下段リセス上に上記レジストを用いて蒸着リフトオフ
によりゲート電極を形成する工程とを含むものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to a third aspect of the present invention, the side etching amount is constant when the insulating film is side-etched to form the upper step recess in the conventional method. The insulating film is previously etched to a predetermined size on the substrate. That is, more specifically, the step of forming an insulating film having a size corresponding to the size of the upper recess on the semiconductor substrate, and the lower recess at the central portion of the insulating film on the substrate having the insulating film. A step of forming a resist having an opening corresponding to the size of, a step of etching the insulating film by using the resist as a mask and opening, and a step of etching the substrate by using the insulating film having the opening as a mask. A step of forming a recess, a step of removing the insulating film having the opening, and a step of etching the substrate using the resist as a mask to form a two-step recess including an upper step recess and a deeper step lower step recess And a step of forming a gate electrode on the lower recess of the two-step recess by vapor deposition lift-off using the resist.

【0019】この発明の請求項4の2段リセス構造を有
する半導体装置の製造方法は、絶縁膜の代わりにレジス
トと混合しにくいPMGI(ポリ・メチル・グルタール
・イミド)を採用し、PMGIのサイドエッチングレー
トを露光により制御し、その後アルカリ現像液で所望幅
だけ現像除去するようにしたものである。即ち、より詳
細には、半導体基板上に、PMGI(ポリ・メチル・グ
ルタール・イミド)を塗布,露光する工程と、上記基板
上に、下段リセスの大きさに相当する開口部を有するレ
ジストパターンを形成し、かつ、上記PMGIをエッチ
ングして同じ程度の開口部を有するPMGIパターンを
形成する工程と、上記PMGIをマスクに基板をエッチ
ングし、下段リセスを形成する工程と、上記PMGIの
開口部を現像することにより、開口部寸法を上段リセス
に相当する大きさに広げる工程と、上記PMGIをマス
クに基板をエッチングし、上段リセスおよびさらに深さ
を深くした下段リセスからなる2段リセスを形成する工
程と、上記2段リセスの下段リセス上に上記レジストを
用いて蒸着リフトオフによりゲート電極を形成する工程
とを含むものである。
In the method for manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to claim 4 of the present invention, PMGI (polymethyl glutar imide), which is difficult to mix with a resist, is used instead of the insulating film, and the PMGI side is used. The etching rate is controlled by exposure, and after that, development is removed by an alkaline developer to a desired width. That is, more specifically, a step of coating and exposing PMGI (polymethyl glutar imide) on a semiconductor substrate, and a resist pattern having an opening corresponding to the size of the lower recess on the substrate. Forming and etching the PMGI to form a PMGI pattern having the same degree of opening; etching the substrate using the PMGI as a mask to form a lower recess; and opening the PMGI. By developing, a step of expanding the size of the opening to a size corresponding to the upper recess, and etching the substrate using the PMGI as a mask to form a two-stage recess consisting of an upper recess and a deeper lower recess. And a step of forming a gate electrode on the lower recess of the two-step recess by vapor deposition lift-off using the resist. Is Dressings.

【0020】この発明の請求項5の2段リセス構造を有
する半導体装置の製造方法は、光照射アシストエッチン
グを用いてサイドエッチを用いることなく2段リセス構
造を得るようにしたものである。
The method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to a fifth aspect of the present invention is to obtain a two-step recess structure by using light irradiation assisted etching without using side etching.

【0021】この発明の請求項6の2段階リセス構造を
有する半導体装置の製造方法は、半導体基板上の半導体
活性層上にその開口形成部にオーバーハング形状を有す
るレジストパターンを形成する工程と、次いで光アシス
トエッチングを用いて上記レジストパターンの上部開口
部をマスクとして上記半導体活性層をエッチングし、第
1のリセスを得る工程と、続いて光を用いない化学反応
のみによるエッチングを上記レジストの開口部下部をマ
スクとして行い第2のリセス,及びさらに深さを深くし
た第1のリセスを得る工程とを含むものである。
A method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to a sixth aspect of the present invention comprises a step of forming a resist pattern having an overhang shape at an opening forming portion on a semiconductor active layer on a semiconductor substrate, Next, a step of etching the semiconductor active layer using the upper opening of the resist pattern as a mask using photo-assisted etching to obtain a first recess, and subsequently etching only by a chemical reaction without using light to open the resist The process includes the step of using the lower part as a mask to obtain a second recess and a deeper first recess.

【0022】この発明の請求項7の2段階リセス構造を
有する半導体装置の製造方法は、半導体基板の半導体活
性層上にその開口形成部にオーバーハング形状を有する
レジストパターンを形成する工程と、次いで光を用いな
い化学反応のみによるエッチングを上記レジストの開口
部下部をマスクとして行なうことにより第2のリセスを
得る工程と、光アシストエッチングを上記レジストの開
口部上部をマスクとして行うことにより第1のリセスを
得る工程とを含むものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure, which comprises the steps of forming a resist pattern having an overhang shape in an opening forming portion on a semiconductor active layer of a semiconductor substrate, A step of obtaining a second recess by performing etching only by a chemical reaction without light using the lower portion of the resist opening as a mask, and a step of performing the photo-assisted etching using the upper portion of the resist opening as a mask And a step of obtaining a recess.

【0023】[0023]

【作用】この発明の請求項1,2の2段リセスを有する
半導体装置の製造方法では、2段リセス領域を上部リセ
ス、下部リセスと区分して形成することによって、個々
にリセス寸法を制御することができるので、特定した形
状の2段リセスを確実に形成することができ、T型ゲー
ト電極をも容易に得ることができるものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess according to the first and second aspects of the present invention, the two-step recess region is formed separately from the upper recess and the lower recess to control the recess size individually. Therefore, the two-step recess having the specified shape can be reliably formed, and the T-type gate electrode can be easily obtained.

【0024】この発明の請求項3の半導体装置の製造方
法では、絶縁膜を予め所望の大きさにエッチングして、
上段リセスの幅を規定するので、2段リセス形状を高精
度に制御でき、素子性能が均一となる。この発明の請求
項4の半導体装置の製造方法では、PMGIのエッチン
グ量を露光により、約0.01μm/secレベルにま
で高精度に制御可能にするので、その後アルカリ現像液
で所望時間現像除去することにより、リセス形状の高均
一化が図れる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to a third aspect of the present invention, the insulating film is previously etched to a desired size,
Since the width of the upper recess is regulated, the shape of the second recess can be controlled with high accuracy, and the element performance becomes uniform. In the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 of the present invention, the etching amount of PMGI can be controlled with high precision to a level of about 0.01 μm / sec by exposure. As a result, the recess shape can be made highly uniform.

【0025】この発明の請求項5,6,7の2段リセス
の構造を有する半導体装置の製造方法では、オーバーハ
ング形状のレジストパターンをマスクとしてその上部開
口幅でリセス幅が規定されるよう光アシストエッチング
を用いて第1のリセスを形成し、一方上記レジストパタ
ーンの下部開口幅でリセス幅が規定されるようウェット
エッチングにより第2のリセスを形成するから、絶縁膜
をサイドエッチして第2のリセスを得る方法におけるよ
うな第2のリセス幅のばらつきが生じない。
In the method of manufacturing a semiconductor device having a two-step recess structure according to the fifth, sixth and seventh aspects of the present invention, the recess width is defined by the upper opening width using the overhang-shaped resist pattern as a mask. Since the first recess is formed by using assist etching, and the second recess is formed by wet etching so that the recess width is defined by the lower opening width of the resist pattern, the insulating film is side-etched to form the second recess. The second recess width does not vary as in the method of obtaining the recess.

【0026】[0026]

【実施例】以下、この発明の実施例を図について詳細に
説明する。 実施例1 図1(a) 〜(d) および図2(a) 〜(d) は請求項1の発明
の一実施例を工程順に示す断面図である。図1(a) に示
すように、GaAs半導体基板1上に半導体活性層2を
形成し、この半導体活性層2上にフォトレジスト3を塗
布し、上部リセス幅W2 に相当する開口パターンと、そ
の開口パターン内にゲート長Lg に相当するパターンを
形成する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Embodiment 1 FIGS. 1 (a) to 1 (d) and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are sectional views showing an embodiment of the invention of claim 1 in the order of steps. As shown in FIG. 1 (a), a semiconductor active layer 2 is formed on a GaAs semiconductor substrate 1, a photoresist 3 is applied on the semiconductor active layer 2, and an opening pattern corresponding to the upper recess width W2 and its A pattern corresponding to the gate length Lg is formed in the opening pattern.

【0027】次に、上記のようにパターン形成したフォ
トレジスト3をマスクにしてSF6+SiCl4 ガスを
用いたRIE法によるドライエッチングにて半導体活性
層2をエッチングして図1(b) に示すような上部リセス
領域4の両脇の部分に相当する凹部を形成するととも
に、該両凹部間にダミーゲート5を残して形成し、その
後フォトレジスト3を除去する。ここで上部リセス領域
4の幅W2 は図1(a) のように予めフォトレジスト3の
塗布、パターン形成時に決められているので、スペーサ
層のサイドエッチング量のバラツキによってリセス形状
が一定しないというような従来法の問題点は解消され
る。
Next, using the photoresist 3 patterned as described above as a mask, the semiconductor active layer 2 is etched by dry etching by the RIE method using SF6 + SiCl4 gas to form an upper portion as shown in FIG. 1 (b). The recesses corresponding to the portions on both sides of the recess region 4 are formed, and the dummy gate 5 is formed between the recesses, and then the photoresist 3 is removed. Since the width W2 of the upper recess region 4 is previously determined when the photoresist 3 is applied and the pattern is formed as shown in FIG. 1A, the recess shape is not constant due to the variation in the side etching amount of the spacer layer. The problems of the conventional method are solved.

【0028】次に、図1(c) に示すように上部リセス領
域4内に窒化膜(SiN)、酸化膜(SiO)あるいは
窒化酸化膜(SiON)などの絶縁膜やフォトレジスト
を絶縁物6として埋め込んで表面を平坦化した後、絶縁
物6を埋め込んだ上部リセス領域4を含む半導体活性層
2上にダミーゲート5幅Lg より幅が広く上部リセス幅
W2 より幅の狭い開口パターンを有するフォトレジスト
7を塗布により形成する(図1(d) )。なお、上部リセ
ス領域4内の絶縁物6をフォトレジストで形成する場合
には、その上に形成したフォトレジスト7の現像時にリ
セス内のフォトレジストまでが現像されないようにする
ことが必要であり、そのために両者は異種のレジスト材
料を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1C, an insulating film such as a nitride film (SiN), an oxide film (SiO) or a nitrided oxide film (SiON) and a photoresist are provided in the upper recess region 4 as an insulator 6. And then planarize the surface, and then an opening pattern having a width wider than the width Lg of the dummy gate 5 and narrower than the width W2 of the upper recess is formed on the semiconductor active layer 2 including the upper recess region 4 in which the insulator 6 is buried. A resist 7 is formed by coating (FIG. 1 (d)). When the insulator 6 in the upper recess region 4 is formed of photoresist, it is necessary to prevent the photoresist in the recess from being developed at the time of developing the photoresist 7 formed thereon. Therefore, it is preferable to use different resist materials for both.

【0029】次いで、フォトレジスト7をマスクとして
上部リセス領域4内の絶縁物6の一部をドライエッチン
グにて図2(a) のように除去したのち、上部リセス領域
4内に残っている絶縁物6をマスクにダミーゲート5及
びその下の半導体活性層2を酒石酸系またはリン酸系エ
ッチング液にてエッチングしていって下部リセス8を形
成することにより、図2(b) に示すような2段リセス9
が得られる。その後、2段リセス9内およびフォトレジ
スト7上にゲート電極金属10aを真空蒸着法により被
着させ、不要なゲート電極金属10aをフォトレジスト
7とともにリフトオフにて除去することにより、図2
(c) に示すような2段リセス9内にT型ゲート電極10
を有する半導体装置が得られる。なお、上部リセス4内
の絶縁物6をドライエッチング又はウェットエッチング
により除去することにより、図2(d) に示す形態として
もよい。
Next, after partially removing the insulator 6 in the upper recess region 4 by dry etching using the photoresist 7 as a mask as shown in FIG. 2A, the insulation remaining in the upper recess region 4 is removed. As shown in FIG. 2B, the lower recess 8 is formed by etching the dummy gate 5 and the semiconductor active layer 2 thereunder with the substance 6 as a mask with a tartaric acid-based or phosphoric acid-based etching solution. Two-step recess 9
Is obtained. After that, by depositing the gate electrode metal 10a in the two-step recess 9 and on the photoresist 7 by a vacuum evaporation method, and removing the unnecessary gate electrode metal 10a together with the photoresist 7 by lift-off, the structure shown in FIG.
The T-shaped gate electrode 10 is provided in the two-step recess 9 as shown in (c).
A semiconductor device having is obtained. The insulator 6 in the upper recess 4 may be removed by dry etching or wet etching to obtain the form shown in FIG. 2 (d).

【0030】このような本実施例1においては、2段リ
セス領域を上部リセス領域と下部リセス領域の2つの工
程に完全に分けて形成するようにしているので、従来の
2段リセスの形成方法のように、絶縁層のサイドエッチ
ングのバラツキによって上段、下段リセスのリセス形状
にバラツキを生ずるということがなくなり、かつ最初に
形成された下部リセスの幅が上部リセス形成のためのエ
ッチングによって拡がってしまうという問題もなくな
り、2段リセスを安定して形成することができる。ま
た、上部リセスと下部リセスの形成を分けるのに絶縁物
6を用いているので、この絶縁物6により下部を細く、
上部が太いT型ゲート電極を容易に得ることができ、ゲ
ート抵抗が小さくかつ耐圧の向上した安定した性能の半
導体装置を歩留りよく製造することができる。
In the first embodiment as described above, since the two-step recess region is formed by completely dividing into two steps of the upper recess region and the lower recess region, the conventional two-step recess forming method is used. As described above, variations in the side etching of the insulating layer do not cause variations in the recess shape of the upper and lower recesses, and the width of the lower recess formed first is widened by the etching for forming the upper recess. Therefore, the two-step recess can be stably formed. Further, since the insulator 6 is used to separate the formation of the upper recess and the lower recess, the lower portion is thinned by this insulator 6,
A T-shaped gate electrode having a thick upper portion can be easily obtained, and a semiconductor device having a small gate resistance and an improved withstand voltage and stable performance can be manufactured with high yield.

【0031】実施例2 図3(a) 〜(d) 、図4(a) 〜(c) および図5(a) 〜(c)
は請求項2の一実施例を工程順に示す断面図である。図
3(a) に示すように、まず半導体基板1上に形成した半
導体活性層2の上面にSiN、SiONなどの絶縁膜1
1を形成し、この絶縁膜11上にフォトレジスト12を
塗布しパターニングを行う。そして、このフォトレジス
ト12をマスクにRIE法などのドライエッチングにて
他の部分の絶縁膜11を除去し(図3(b) )、次いでフ
ォトレジスト12を除去して図3(c) のように半導体活
性層2上にダミーゲート13を形成する。このダミーゲ
ート13の幅により、後で形成されるゲート電極の長さ
Lg が決定される。
Example 2 FIGS. 3 (a) to 3 (d), 4 (a) to 4 (c) and 5 (a) to 5 (c)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one embodiment of claim 2 in the order of steps. As shown in FIG. 3A, first, an insulating film 1 such as SiN or SiON is formed on the upper surface of the semiconductor active layer 2 formed on the semiconductor substrate 1.
1 is formed, a photoresist 12 is applied on the insulating film 11, and patterning is performed. Then, using this photoresist 12 as a mask, the insulating film 11 in the other portion is removed by dry etching such as RIE (FIG. 3 (b)), and then the photoresist 12 is removed as shown in FIG. 3 (c). Then, a dummy gate 13 is formed on the semiconductor active layer 2. The width of the dummy gate 13 determines the length Lg of the gate electrode formed later.

【0032】次に、ダミーゲート13、および半導体活
性層2上の全面にダミーゲート13を構成する絶縁膜と
は異なる材質、例えばSiOを用いてプラズマCVDに
て絶縁膜14を図3(d) のように形成する。その後、E
CR(Electron Cyclotron Resonance) エッチングの如
きドライエッチングにてダミーゲート13上と半導体活
性層2上の両端の絶縁膜を除去することにより、ダミー
ゲート13の両側に所望の幅のサイドウォール15′,
15を図4(a) のように形成する。
Next, the insulating film 14 is formed on the entire surface of the dummy gate 13 and the semiconductor active layer 2 by plasma CVD using a material different from the insulating film forming the dummy gate 13, for example, SiO 2. To form. Then E
By removing the insulating film on both ends of the dummy gate 13 and the semiconductor active layer 2 by dry etching such as CR (Electron Cyclotron Resonance) etching, sidewalls 15 ′ having a desired width are formed on both sides of the dummy gate 13.
15 is formed as shown in FIG.

【0033】次に、図4(b) に示すようにダミーゲート
13およびサイドウォール15、15の頭出しを行なわ
れるように半導体活性層2上にフォトレジスト16を塗
布する。次いで、RIE法によるドライエッチングにて
サイドウォール15、15のみを選択的に除去したの
ち、フォトレジスト16およびダミーゲート13をマス
クに半導体活性層2を酒石酸系またはリン酸系エッチン
グ液にてエッチングし、図4(c) のように上部リセス1
7およびダミーゲート18を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist 16 is applied on the semiconductor active layer 2 so that the dummy gate 13 and the sidewalls 15 and 15 are located. Then, after selectively removing only the side walls 15 and 15 by dry etching by the RIE method, the semiconductor active layer 2 is etched with a tartaric acid-based or phosphoric acid-based etching solution using the photoresist 16 and the dummy gate 13 as a mask. , Upper recess 1 as shown in Fig. 4 (c)
7 and dummy gate 18 are formed.

【0034】図4(c) におけるフォトレジスト16を一
旦除去したのち、図5(a) のようにダミーゲート18の
頭出しが行なわれるように半導体活性層2上に新たにフ
ォトレジスト19を塗布する。次に、このフォトレジス
ト19をマスクにしてダミーゲート13のみを緩衝フッ
酸液によるエッチングで選択的に除去したのち、引続い
てダミーゲート18及びその下の半導体活性層2を酒石
酸系またはリン酸系エッチング液を用いてエッチングし
ていき、図5(b) のように半導体活性層2内に下部リセ
ス20を形成することにより、上部リセス17と下部リ
セス20とにより2段リセス領域21が得られる。
After the photoresist 16 in FIG. 4 (c) is once removed, a new photoresist 19 is applied on the semiconductor active layer 2 so that the dummy gate 18 is cued as shown in FIG. 5 (a). To do. Next, using the photoresist 19 as a mask, only the dummy gate 13 is selectively removed by etching with a buffered hydrofluoric acid solution, and then the dummy gate 18 and the semiconductor active layer 2 thereunder are tartaric acid-based or phosphoric acid-based. The lower recess 20 is formed in the semiconductor active layer 2 as shown in FIG. 5 (b) by etching using a system etching solution, and the upper recess 17 and the lower recess 20 form a two-step recess region 21. To be

【0035】その後、2段リセス領域21内およびフォ
トレジスト19上にゲート電極金属10aを蒸着し、不
要なゲート電極金属10aをフォトレジスト19ととも
にリフトオフすることにより、図5(c) に示すように、
2段リセス領域21内にゲート電極10を形成した半導
体装置が得られる。
After that, the gate electrode metal 10a is vapor-deposited in the two-step recess region 21 and on the photoresist 19, and the unnecessary gate electrode metal 10a is lifted off together with the photoresist 19, so that as shown in FIG. ,
A semiconductor device having the gate electrode 10 formed in the two-step recess region 21 can be obtained.

【0036】このような本実施例2においては、実施例
1と同様2段リセス領域を上部リセス領域と下部リセス
領域の2つの工程に分けて形成するようにしたので、従
来の2段リセスの形成のように下部リセス幅が変動する
こともなく、2段リセスを安定して形成することができ
る。また、下部リセス形成のためのフォトレジスト19
をダミーゲート13をマスクとして基板をエッチングし
た空間を埋めるように形成しているので、やはりT型の
ゲート電極を容易に形成することができ、ゲート抵抗が
小さくかつ耐圧の向上した安定した性能の半導体装置を
歩留りよく製造するできる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the two-step recess region is formed in two steps, that is, the upper recess region and the lower recess region. The two-step recess can be stably formed without the lower recess width changing as in the formation. Also, a photoresist 19 for forming the lower recess is formed.
Is formed so as to fill the space where the substrate is etched using the dummy gate 13 as a mask, the T-type gate electrode can be easily formed, and the gate resistance is small and the withstand voltage is improved. A semiconductor device can be manufactured with high yield.

【0037】なお、上記実施例1,2において、酒石酸
系あるいはリン酸系、緩衝フッ酸などのエッチング液を
用いたウェットエッチングの工程は、それらに限定され
るものではなく、ドライエッチングによることも可能で
ある。また、ゲート電極金属としては、Al、WSi、
Ti/Al、Ti/Mo/Al、Ti/Mo/Ti/A
uなどの1種または2種以上の積層構造の金属を用いる
ことができる。
The wet etching process using an etching solution such as tartaric acid-based or phosphoric acid-based or buffered hydrofluoric acid in Examples 1 and 2 is not limited to these, and may be dry etching. It is possible. Further, as the gate electrode metal, Al, WSi,
Ti / Al, Ti / Mo / Al, Ti / Mo / Ti / A
It is possible to use one or two or more kinds of laminated metal such as u.

【0038】実施例3 以下、請求項3の半導体装置の製造方法の一実施例を図
について説明する。図6は該実施例による2段リセス型
ゲートを有する化合物半導体電界効果型トランジスタの
断面図、図7はその製造方法の主要工程を示す断面図で
ある。図6において、41はGaAs半導体基板、46
は半導体基板41上に形成された能動層、44は上段リ
セス、45は下段リセス、42a,42bはオーミック
電極である。また図7において、50は絶縁膜、60は
レジストである。
Embodiment 3 An embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3 will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a sectional view of a compound semiconductor field effect transistor having a two-step recess type gate according to this embodiment, and FIG. 7 is a sectional view showing the main steps of its manufacturing method. In FIG. 6, 41 is a GaAs semiconductor substrate, and 46 is
Is an active layer formed on the semiconductor substrate 41, 44 is an upper recess, 45 is a lower recess, and 42a and 42b are ohmic electrodes. Further, in FIG. 7, 50 is an insulating film and 60 is a resist.

【0039】次に、製造方法について説明する。図(a)
に示すように、半導体基板41の上面にSiO等の絶縁
膜を形成し、その上にフォトレジストを塗布し、これを
約1〜2μmの幅にパターニングを行い、このフォトレ
ジストパターンをマスクとして上記絶縁膜をエッチング
することにより、上段リセスに相当する大きさの1〜2
μm幅の絶縁膜50を形成する。次に、図(b) のよう
に、この上にレジスト60を約0.5μmの厚みに塗布
し、ゲート電極パターンに相当する約0.5μm幅のレ
ジスト60開口パターンを形成する。次に、図(c) のよ
うに、レジスト60をマスクに絶縁膜10をフッ酸を用
いたウエットエッチング,またはCHF3 +O2 ガス等
のドライエッチングによりエッチングして、該絶縁膜5
0にゲート電極パターンに相当する開口を形成する。こ
のとき絶縁膜50の開口幅は約0.6μmとなる。さら
に、この絶縁膜50をマスクに半導体基板1を酒石酸等
を用いたウエットエッチング,または塩素系ガスを用い
たドライエッチングによりエッチングし、深さ約0.1
μm,幅約0.5〜0.7μmのリセス47を形成す
る。ここで、ウエットエッチングを行った場合、深さ方
向にエッチングされると同時に、基板材料の面方位,エ
ッチング液等にもよるが、例えば1.0に対し0.7等
の割合で、横方向にもエッチングされ、リセス47の開
口幅は上記0.5μmの開口パターンより広がるため、
ここでのエッチングは寸法制御性向上の点からは上記絶
縁膜のエッチングも含めてドライエッチングを用いる方
がより望ましいものである。次に、図(d) のように、約
1〜2μmの幅の上記絶縁膜50をフッ酸等で全部除去
する。次に、図(e) に示すように、半導体基板1を酒石
酸等のエッチング液を用いたウエットエッチングにより
エッチングして、上記下段リセス47をさらに下方にほ
りこんだ深さ約0.3μm,幅約0.9μmの下段リセ
ス45,及び深さ約0.1μm,幅約1.4〜2.4μ
mの上段リセス44を形成する。次に、図(f) のよう
に、Ti/Au等のゲート電極43用金属を蒸着し、リ
フトオフすると、図(g) のように、2段リセスゲートが
形成できる。
Next, the manufacturing method will be described. Figure (a)
As shown in FIG. 3, an insulating film such as SiO 2 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 41, a photoresist is applied on the insulating film, and this is patterned into a width of about 1 to 2 μm. By etching the insulating film, the size of 1 to 2 corresponding to the upper recess is obtained.
An insulating film 50 having a width of μm is formed. Next, as shown in FIG. 6B, a resist 60 is applied on this to a thickness of about 0.5 μm to form a resist 60 opening pattern having a width of about 0.5 μm corresponding to the gate electrode pattern. Next, as shown in FIG. 3C, the insulating film 10 is etched by wet etching using hydrofluoric acid or dry etching such as CHF3 + O2 gas using the resist 60 as a mask.
An opening corresponding to the gate electrode pattern is formed at 0. At this time, the opening width of the insulating film 50 is about 0.6 μm. Further, with the insulating film 50 as a mask, the semiconductor substrate 1 is etched by wet etching using tartaric acid or the like or dry etching using chlorine-based gas to a depth of about 0.1.
A recess 47 having a width of 0.5 μm and a width of about 0.5 to 0.7 μm is formed. Here, when wet etching is performed, it is etched in the depth direction, and at the same time, depending on the plane orientation of the substrate material, the etching solution, etc. Since the opening width of the recess 47 is wider than the 0.5 μm opening pattern,
From the viewpoint of improving the dimensional controllability, it is more desirable to use dry etching including etching of the insulating film. Next, as shown in FIG. 3D, the insulating film 50 having a width of about 1 to 2 μm is completely removed by hydrofluoric acid or the like. Next, as shown in FIG. 2E, the semiconductor substrate 1 is etched by wet etching using an etching solution such as tartaric acid, and the lower recess 47 is further lowered to a depth of about 0.3 μm and a width. Lower recess 45 of about 0.9 μm, depth of about 0.1 μm, width of about 1.4 to 2.4 μ
m upper recesses 44 are formed. Next, as shown in FIG. 6F, a metal for the gate electrode 43 such as Ti / Au is deposited and lifted off, so that a two-step recess gate can be formed as shown in FIG.

【0040】このような本実施例においては2段リセス
を有する化合物半導体素子の製造方法において、絶縁膜
50を化合物半導体基板41上に所望の大きさにエッチ
ングして残しておき、これにレジスト60による開口を
利用して下段リセスを形成し、その後、該絶縁膜50を
エッチングした後、基板41をエッチングすることによ
り2段リセス44,45を形成して、上記絶縁膜50の
寸法により上段リセス44の寸法を規定するようにした
ので、リセス形状を寸法均一性よく形成することがで
き、これにより、素子性能を均一にできる。従って、良
品率を向上でき、ひいては素子の価格をより大きく低減
することができる。
In the method of manufacturing a compound semiconductor device having a two-step recess in the present embodiment, the insulating film 50 is etched and left to have a desired size on the compound semiconductor substrate 41, and the resist 60 is applied thereto. The lower recess is formed by using the opening formed by the above step, the insulating film 50 is etched, and then the substrate 41 is etched to form the second recesses 44 and 45. The upper recess is formed according to the dimensions of the insulating film 50. Since the dimension of 44 is defined, the recess shape can be formed with good dimensional uniformity, and thus the element performance can be made uniform. Therefore, the non-defective rate can be improved, and the cost of the element can be greatly reduced.

【0041】実施例4 図8は本発明の第4項の2段リセス型ゲートを有する化
合物半導体電界効果トランジスタ素子の製造方法の一実
施例の主要工程の断面図であり、図7と同一符号は同一
のものを示し、51はPMGI、61はレジストであ
る。
Embodiment 4 FIG. 8 is a cross-sectional view of the main steps of an embodiment of a method for manufacturing a compound semiconductor field effect transistor device having a two-step recess type gate according to the fourth aspect of the present invention, which is the same as FIG. Shows the same thing, 51 is PMGI and 61 is a resist.

【0042】次に、製造方法について説明する。図(a)
に示すように、半導体基板41上にPMGI51を約
0.1μmの厚さに塗布し、波長300nm以下,特に
波長280nmの光(DeepUV光)を用いて1W/
cm2 の露光エネルギーで全面を露光を行う。PMGI
は後の工程で使用する光学露光用レジストと混合しにく
い性質を有するはかりでなく、DeepUV光に感光
し、一般的な光学露光用レジストと同じく、アルカリ現
像液で現像されるという性質を有するものである。次
に、図(b) においては、光学用レジスト61を約0.5
μm厚に塗布し、その後半導体基板41上にゲートパタ
ーンとなる約0.5μm幅の開口部を有するように、露
光/現像し、パターニングする。この時、PMGI51
はアルカリ現像液で現像されて開口する。
Next, the manufacturing method will be described. Figure (a)
As shown in FIG. 3, PMGI 51 is applied on the semiconductor substrate 41 to a thickness of about 0.1 μm, and 1 W / wavelength is used by using light having a wavelength of 300 nm or less, particularly 280 nm (Deep UV light).
The entire surface is exposed with an exposure energy of cm2. PMGI
Is not a scale that has a property of being difficult to mix with an optical exposure resist used in a later step, but has a property of being exposed to DeepUV light and being developed with an alkali developing solution like a general optical exposure resist. Is. Next, in FIG. 2B, the optical resist 61 is adjusted to about 0.5.
After being applied to a thickness of μm, the semiconductor substrate 41 is exposed / developed and patterned so as to have an opening having a width of about 0.5 μm to be a gate pattern. At this time, PMGI51
Is developed with an alkaline developer and opens.

【0043】次に、図(c) のように、レジスト61をマ
スクにウエハ41を酒石酸等を用いたウエットエッチン
グ,または塩素系ガスを用いたドライエッチングにより
エッチングし、約0.1μm深さのリセス47を形成す
る。ここで、上記のように、寸法制御性向上の点からは
ドライエッチングを用いる方が望ましい。次に、図(d)
のように、PMGI51をTMAH(テトラメチルアン
モニウムハイドロオキシド)を2.38重量パーセント
含むアルカリ現像液で現像を行う。この際上記露光条件
で露光を行っていることにより、PMGIのアルカリ現
像液に対するエッチングレートを約100オングストロ
ーム/secレベルに制御することが可能であり、この
現像を、PMGIエッチング開口幅(約2〜8μm)と
して所望値が得られる時間、例えば0.2μm〜0.3
μm横方向に余分にエッチングを行いたい場合には20
〜30秒間エッチング液に浸漬して現像を行うことによ
り、所望幅のPMGIレジスト51開口を得ることがで
きる。次に、図(e) のように、レジスト61をマスクに
ウエハ41を酒石酸等でエッチングすると、深さ約0.
3μm,幅約0.9μmの下段リセス45、および深さ
約0.1μm,幅約1.4〜2.4μmの上段リセス4
4が形成される。以下は、ゲート電極用金属であるTi
/Au等を蒸着し、リフトオフ法を行うことにより、ゲ
ート幅約0.5μm,ゲート高さも約0.5μmのリセ
スゲート電極43を有する図6の構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, the wafer 41 is etched by wet etching using tartaric acid or the like, or dry etching using chlorine-based gas with the resist 61 as a mask, to a depth of about 0.1 μm. The recess 47 is formed. Here, as described above, it is preferable to use dry etching from the viewpoint of improving dimensional controllability. Next, Figure (d)
As described above, PMGI51 is developed with an alkali developer containing 2.38 weight percent of TMAH (tetramethylammonium hydroxide). At this time, by performing the exposure under the above-mentioned exposure conditions, it is possible to control the etching rate of PMGI with respect to the alkaline developing solution to a level of about 100 angstrom / sec. 8 μm) is a time for obtaining a desired value, for example, 0.2 μm to 0.3
If you want to perform extra etching in the horizontal direction of μm, 20
The PMGI resist 51 opening having a desired width can be obtained by immersing in the etching solution for about 30 seconds and performing development. Next, as shown in FIG. 3E, the wafer 41 is etched with tartaric acid or the like using the resist 61 as a mask, and the depth is about 0.
Lower recess 45 of 3 μm and width of about 0.9 μm, and upper recess 4 of depth about 0.1 μm and width of 1.4 to 2.4 μm.
4 is formed. The following is Ti, which is the metal for the gate electrode
By depositing / Au or the like and performing a lift-off method, the structure of FIG. 6 having the recess gate electrode 43 having a gate width of about 0.5 μm and a gate height of about 0.5 μm is formed.

【0044】このような本実施例においては、2段リセ
スを有する化合物半導体電界効果型トランジスタ素子の
製造方法において、上段リセス寸法を規定するのに、絶
縁膜の代わりにエッチングレートの制御性の高い、即
ち、アルカリ現像液に対するエッチングレートを100
オングストローム/secレベルまで制御することので
きるPMGIを用いたので、やはりリセス形状の寸法均
一性を大きく向上でき、素子性能を均一にでき、これに
より良品率を向上でき、ひいては素子の価格を大きく低
減できるという効果がある。
In this embodiment, in the method of manufacturing a compound semiconductor field effect transistor device having a two-step recess, the upper-step recess dimension is defined by using an insulating film instead of an insulating film with high controllability. That is, the etching rate for the alkaline developer is 100.
Since PMGI that can be controlled to the angstrom / sec level is used, the dimensional uniformity of the recess shape can be greatly improved and the device performance can be made uniform, which can improve the yield rate and, in turn, the device cost. The effect is that you can do it.

【0045】実施例5 図9は請求項6の一実施例による半導体装置の製造方法
を示し、図において、71はGaAs等の半導体基板、
78は該半導体基板71上に形成された活性層、72は
ソース,ドレイン電極を形成するオーミック電極、75
は下段の第1のリセス、76は上段の第2のリセス、7
7は下段リセス75上に形成されるショットキー金属、
84はレジストである。なお、図中の各部の寸法は、活
性層厚は2000〜6000オングストローム、レジス
トの開口幅は0.1〜1μmでその上部開口幅と下部開
口幅との差は0.1〜0.3μm、第1リセスの深さは
500〜1500オングストローム、第2リセス6の深
さは1000〜2000オングストローム、ゲート電極
幅は上記レジストの上部開口幅と同じである。
Embodiment 5 FIG. 9 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of claim 6, wherein 71 is a semiconductor substrate of GaAs or the like,
Reference numeral 78 is an active layer formed on the semiconductor substrate 71, 72 is an ohmic electrode forming source and drain electrodes, and 75.
Is the lower first recess, 76 is the upper second recess, 7
7 is a Schottky metal formed on the lower recess 75,
Reference numeral 84 is a resist. The dimensions of each part in the drawing are as follows: the active layer thickness is 2000 to 6000 angstroms, the resist opening width is 0.1 to 1 μm, and the difference between the upper opening width and the lower opening width is 0.1 to 0.3 μm. The depth of the first recess is 500 to 1500 angstroms, the depth of the second recess 6 is 1000 to 2000 angstroms, and the gate electrode width is the same as the upper opening width of the resist.

【0046】次に製造方法について説明する。図(a) に
おいて、半導体基板71上に形成された半導体活性層7
8上にソース,ドレイン,オーミック電極72を形成し
た後、ゲートショットキー電極を形成する部分の所望す
る領域を開口部とするレジストパターン84を形成す
る。ここで、レジストパターン84はオーバーハング形
状の断面プロファイルを持つように、即ち上部開口部A
が狭く、下部開口部Bが広くなるように形成する。
Next, the manufacturing method will be described. In FIG. 3A, the semiconductor active layer 7 formed on the semiconductor substrate 71.
After forming the source, drain and ohmic electrodes 72 on the gate electrode 8, a resist pattern 84 having an opening in a desired region of the portion where the gate Schottky electrode is formed is formed. Here, the resist pattern 84 has an overhang-shaped cross-sectional profile, that is, the upper opening A.
Is narrower and the lower opening B is wider.

【0047】ここで上記レジスト14のオーバーハング
プロファイル形状は、該レジストにイメージリバーサル
レジストあるいはネガ型レジストを用いるとこれを容易
に得ることができる。これは、これらのレジストでは光
が当たった所がレジストが残るため、光を上方からレジ
ストに対しあてたとき、光は膜厚方向に減衰していき、
深い所では光のあたる範囲が狭くなるため、下部開口部
が広く上部開口部が狭いオーバーハングプロファイルを
容易に得られるためである。
Here, the overhang profile shape of the resist 14 can be easily obtained by using an image reversal resist or a negative type resist as the resist. This is because in these resists, the resist remains where the light hits, so when the light is applied to the resist from above, the light attenuates in the film thickness direction,
This is because the range exposed to light is narrowed at a deep position, and thus an overhang profile having a wide lower opening and a narrow upper opening can be easily obtained.

【0048】また、このオーバーハング形状レジスト8
4を形成する際には、光の遮蔽性の向上を目的として、
レジスト84の上に任意の金属膜を形成するようにすれ
ば、該光が深い所に届く量がより少なくなり、オーバー
ハング形状をより容易に得ることができるものである。
Further, this overhang-shaped resist 8
When forming 4, in order to improve the light shielding property,
If an arbitrary metal film is formed on the resist 84, the amount of the light reaching a deeper place becomes smaller and the overhang shape can be obtained more easily.

【0049】次に光アシストエッチングを用いて上記半
導体活性層78をエッチングすることにより、図(b) に
示すような深さ約0.05〜0.15μmの第1のリセ
ス構造75を得る。この時、レジスト84がオーバーハ
ング形状であるため、エッチングはレジスト84の上部
開口幅Aの分だけ行なわれる。ここで、光アシストエッ
チングは、図12に示すように、光で励起されたときに
のみ半導体エッチング反応が進むような性質をもつ液9
1、例えば基板71,78がGaAsであれば、H2 S
O4 +H2 O,HCl水溶液,C6 H2 (OH)2 (S
O3 Na)2 +H2 O(酒石酸)などに浸漬した状態
で、被エッチング部に光を照射するようにして行なうも
のである。あるいは図13に示すように、光で励起され
たときにのみ半導体のエッチング反応が進むようなガ
ス、例えば基板71,78がGaAsであれば、常温C
l2 ガス雰囲気92内にウェハを設置し、被エッチング
部に光を照射することでエッチングを行なうこともでき
る。このいずれにおいても、用いる光としては波長70
00オングストローム以下の光を用いることができる。
Then, the semiconductor active layer 78 is etched by using photo-assisted etching to obtain a first recess structure 75 having a depth of about 0.05 to 0.15 μm as shown in FIG. At this time, since the resist 84 has an overhang shape, etching is performed for the upper opening width A of the resist 84. Here, as shown in FIG. 12, the photo-assisted etching is a liquid 9 having a property that the semiconductor etching reaction proceeds only when excited by light.
1. For example, if the substrates 71 and 78 are GaAs, H2 S
O4 + H2 O, HCl aqueous solution, C6 H2 (OH) 2 (S
This is performed by irradiating the etched portion with light while being immersed in O3 Na) 2 + H2 O (tartaric acid) or the like. Alternatively, as shown in FIG. 13, if a gas that allows the semiconductor etching reaction to proceed only when excited by light, for example, if the substrates 71 and 78 are GaAs, room temperature C
It is also possible to carry out etching by placing the wafer in the l2 gas atmosphere 92 and irradiating the portion to be etched with light. In either case, the light used has a wavelength of 70
Light below 00 Angstroms can be used.

【0050】次に、光を用いない通常のエッチングを、
例えば硫酸系エッチャント、H2 SO4 :H2 O2 :H
2 O=3:1:1により、上記オーバーハング形状レジ
スト84を用いて基板71に対し行うことにより、図
(c) に示すようにさらに深さ方向にほりこんだ第1のリ
セス75に加えて深さ約0.1〜0.2μmの第2のリ
セス76が2段リセスを得られる。この時、この第2の
リセスのエッチングはレジスト84の広い開口幅Bを持
つ下部開口部をマスクとして行なわれるため、先の第1
のリセス75より広いエッチングが行なわれ、結果とし
て上記下段リセス75と上段リセス76とからなる2段
リセス構造が得られる。
Next, a normal etching not using light is performed.
For example, sulfuric acid type etchant, H2 SO4: H2 O2: H
2 O = 3: 1: 1, by performing the above-mentioned overhang-shaped resist 84 on the substrate 71,
As shown in (c), a second recess 76 having a depth of about 0.1 to 0.2 μm can be obtained in addition to the first recess 75 further digging in the depth direction. At this time, since the etching of the second recess is performed using the lower opening portion of the resist 84 having a wide opening width B as a mask,
The etching is performed wider than the recess 75, and as a result, a two-step recess structure including the lower recess 75 and the upper recess 76 is obtained.

【0051】次に図(d) に示すように、ショットキー金
属77を全面蒸着し、リフトオフを行うことでゲート電
極73を形成し、図(e) に示すような所望のFETを得
る。
Next, as shown in FIG. 6D, a Schottky metal 77 is vapor-deposited on the entire surface and lift-off is performed to form a gate electrode 73, thereby obtaining a desired FET as shown in FIG.

【0052】このような本実施例の製造方法では、光ア
シストエッチングを用いて第1のリセス75を形成した
後、次にウェットエッチングを用いて第2のリセス76
を形成するから、第2のリセス76の幅はフォトレジス
トパターン84の下部開口部の幅Bとウェットエッチン
グの等方性エッチングの性質とによって決まり、絶縁膜
をサイドエッチして第2のリセスを得る方法におけるよ
うな第2のリセス形状のばらつきは生じない。また、図
(b) から図(c) の工程で第1のリセス75の幅はウエッ
トエッチングの横方向への広がりによって広がるが、そ
の広がる前の該第1のリセス75の幅は光アシストエッ
チングにより規定されており、その広がりの割合もエッ
チングの種類によって決まってくるから、その広がりに
よるリセス形状のバラツキもほとんど生じない。従っ
て、本実施例では、2段リセス構造としてロット間,ウ
ェハ間で均一なものを安定して形成することができ、素
子特性の高均一化,素子価格の低下を図ることができ
る。
In the manufacturing method of this embodiment as described above, after the first recess 75 is formed by using the light assist etching, the second recess 76 is then formed by using the wet etching.
Therefore, the width of the second recess 76 is determined by the width B of the lower opening of the photoresist pattern 84 and the property of isotropic etching of wet etching, and the second recess is formed by side etching the insulating film. There is no variation in the second recess shape as in the obtaining method. Also, the figure
In the steps of (b) to (c), the width of the first recess 75 is expanded by the lateral extension of the wet etching, but the width of the first recess 75 before the extension is defined by the photo-assisted etching. Since the rate of the spread is also determined by the type of etching, there is almost no variation in the recess shape due to the spread. Therefore, in this embodiment, it is possible to stably form a two-step recess structure that is uniform between lots and between wafers, and it is possible to make the element characteristics highly uniform and reduce the element cost.

【0053】実施例6 図10は請求項7の発明の一実施例による半導体装置の
製造方法を示し、上記実施例5では光アシストエッチン
グによる第1のリセス75の形成を先に行い、その後通
常のウェットエッチングにより第2のリセス76の形成
を行ったが、本実施例6は図10に示すように、ウェッ
トエッチングによる第2のリセス76の形成を先に(図
(b) において)行い、その後光アシストエッチングによ
る第1のリセス75の形成(図(c) において)を行うよ
うにしたものである。本実施例においても実施例5と同
様、第2のリセスの幅はフォトレジストパターン84の
下部開口部の幅Bと、ウェットエッチングによる横方向
へのエッチングの広がりの割合によって決まり、該リセ
ス形状のばらつきは生じない。従って、上記実施例5と
同様、2段リセス構造をロット間,ウェハ間で均一に安
定して形成でき、素子特性の高均一化,素子価格の低下
を図ることができる。さらに、本実施例では、下段の第
1のリセスの形成を、上段の第2のリセスの形成の後に
行っているので、該下段リセス75の幅はフォトレジス
トパターン84の上部開口幅Aのそのものとなり、より
2段リセス形状を安定に形成できる。
Embodiment 6 FIG. 10 shows a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In Embodiment 5, the first recess 75 is first formed by photo-assisted etching, and then the normal recess is formed. The second recess 76 was formed by the wet etching of Example 1. In the sixth embodiment, as shown in FIG. 10, the formation of the second recess 76 by the wet etching is performed first (see FIG.
(in (b)), and then the first recess 75 is formed (in FIG. (c)) by photo-assisted etching. Also in this embodiment, as in the case of the fifth embodiment, the width of the second recess is determined by the width B of the lower opening of the photoresist pattern 84 and the ratio of the lateral etching spread due to the wet etching. There is no variation. Therefore, similar to the fifth embodiment, the two-step recess structure can be formed uniformly and stably between lots and wafers, and the device characteristics can be made highly uniform and the device cost can be reduced. Further, in this embodiment, since the lower first recess is formed after the upper second recess is formed, the width of the lower recess 75 is equal to the upper opening width A of the photoresist pattern 84. Therefore, the two-step recess shape can be more stably formed.

【0054】実施例7 図11は本発明の実施例7の半導体装置の製造方法を示
し、本実施例7は、図9,10の(a) におけるオーバー
ハングレジストプロファイル形状を得るための方法に関
するものである。図11(a) に示すように、まずテーパ
形状を持つ絶縁膜90を形成した後、図(b) に示すよう
に、絶縁膜90の部分に開口部を有するレジストパター
ン84を設ける。次に、150〜200℃の熱処理を行
なうことによってレジスト84の熱ダレを起こし、上記
絶縁膜90との間の隙間を埋めることにより、図(c) の
状態を得る。次に絶縁膜90を適当なエッチング方法、
例えばHF水溶液30%に浸漬することにより除去し、
図(d) の状態を得るものである。
Embodiment 7 FIG. 11 shows a method for manufacturing a semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention. This Embodiment 7 relates to a method for obtaining the overhang resist profile shape shown in FIGS. It is a thing. As shown in FIG. 11A, first, an insulating film 90 having a tapered shape is formed, and then, as shown in FIG. 11B, a resist pattern 84 having an opening is provided in the insulating film 90. Next, heat treatment is performed at 150 to 200 ° C. to cause thermal sagging of the resist 84 and to fill the gap between the resist 84 and the insulating film 90, thereby obtaining the state of FIG. Next, the insulating film 90 is etched by a suitable etching method,
For example, remove by dipping in 30% HF aqueous solution,
The state shown in Figure (d) is obtained.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
2段リセス領域を上部リセス領域と下部リセス領域の2
つの工程に分けて形成するようにしたので、従来の2段
リセス形成のように下部リセス幅が変動することもな
く、2段リセスを安定して形成することができる。ま
た、ゲート電極の形成においてT型ゲート電極をも容易
に得ることができ、安定した性能の半導体装置を歩留り
よく製造することができる効果がある。
As described above, according to the present invention,
The two-step recess area is divided into the upper recess area and the lower recess area.
Since the two-step recess is formed separately, the two-step recess can be stably formed without changing the lower recess width unlike the conventional two-step recess formation. Further, the T-type gate electrode can be easily obtained in the formation of the gate electrode, and the semiconductor device having stable performance can be manufactured with high yield.

【0056】また、2段リセスを有する化合物半導体素
子の製造方法において、上段リセス寸法を規定する絶縁
膜を所望の大きさにエッチングするようにしたので、あ
るいは、絶縁膜の代わりに露光によりエッチングレート
の制御性を高くすることのできるPMGIを採用するよ
うにしたので、リセス形状の寸法均一性を向上でき、素
子性能を均一にでき、これにより良品率を向上でき、素
子の価格を大きく低減できるという効果がある。
In the method of manufacturing a compound semiconductor device having a two-step recess, the insulating film defining the upper recess dimension is etched to a desired size. Alternatively, instead of the insulating film, the etching rate is changed by exposure. Since PMGI that can improve the controllability of the device is adopted, the dimensional uniformity of the recess shape can be improved and the device performance can be made uniform, which can improve the yield rate and greatly reduce the device cost. There is an effect.

【0057】さらに、この発明にかかる半導体素子の製
造方法によれば、2段リセス構造の第1のリセスを光ア
シストエッチングで行なうようにしたため、絶縁膜のサ
イドエッチンクを用いて第2リセスを形成する従来法に
おけるようにバラツキを生じることなく、2段リセス構
造を均一性良く製造することができる効果がある。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first recess of the two-step recess structure is formed by photo-assisted etching. Therefore, the second recess is formed by using the side etch of the insulating film. There is an effect that the two-step recess structure can be manufactured with good uniformity without causing variations as in the conventional method of forming.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a) 〜(d) はこの発明の請求項1の半導体装置
の製造方法の一実施例(実施例1)を示す工程断面図で
ある。
1A to 1D are process sectional views showing an embodiment (embodiment 1) of a method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 of the present invention.

【図2】(a) 〜(d) は実施例1の図1(a) 〜(d) に続く
工程断面図である。
2A to 2D are process sectional views subsequent to FIGS. 1A to 1D of the first embodiment.

【図3】(a) 〜(d) はこの発明の請求項2の半導体装置
の製造方法の一実施例(実施例2)を示す工程断面図で
ある。
3 (a) to 3 (d) are process sectional views showing an embodiment (Embodiment 2) of the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 of the present invention.

【図4】(a) 〜(c) は実施例2の図3(a) 〜(d) に続く
工程断面図である。
4A to 4C are process sectional views subsequent to FIGS. 3A to 3D of the second embodiment.

【図5】(a) 〜(c) は実施例2の図4(a) 〜(c) に続く
工程断面図である。
5 (a) to 5 (c) are process cross-sectional views subsequent to FIGS. 4 (a) to 4 (c) of the second embodiment.

【図6】この発明の実施例3,4の方法,とよび従来例
2の方法によって得られる化合物半導体素子である2段
リセス型MOSFETの断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a two-stage recess type MOSFET which is a compound semiconductor device obtained by the methods of Examples 3 and 4 of the present invention and the method of Conventional Example 2.

【図7】この発明の請求項3の半導体装置の製造方法の
一実施例(実施例3)を示す工程断面図である。
FIG. 7 is a process sectional view showing an embodiment (embodiment 3) of the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3 of the present invention.

【図8】この発明の請求項4の半導体装置の製造方法の
一実施例(実施例4)を示す工程断面図である。
FIG. 8 is a process sectional view showing an embodiment (Embodiment 4) of the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4 of the present invention.

【図9】この発明の請求項6の半導体装置の製造方法の
一実施例(実施例5)を示す工程断面図である。
FIG. 9 is a process sectional view showing an embodiment (embodiment 5) of the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6 of the present invention.

【図10】この発明の請求項7の半導体装置の製造方法
の一実施例(実施例6)を示す工程断面図である。
FIG. 10 is a process sectional view showing an embodiment (embodiment 6) of the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7 of the present invention.

【図11】実施例5,6のオーバーハング形状のレジス
トパターンを製造するための製造工程を示す工程断面図
である。
FIG. 11 is a process sectional view showing a manufacturing process for manufacturing an overhang-shaped resist pattern of Examples 5 and 6.

【図12】実施例5,6における光アシストエッチング
の一例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of photo-assisted etching in Examples 5 and 6.

【図13】実施例5,6における光アシストエッチング
の一例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing an example of photo-assisted etching in Examples 5 and 6.

【図14】(a) 〜(c) は従来の半導体装置の製造方法を
示す工程断面図である。
14A to 14C are process cross-sectional views showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図15】(a) 〜(c) は従来の半導体装置の製造方法を
示す図6(a) 〜(c) に続く工程断面図である。
15A to 15C are process cross-sectional views subsequent to FIGS. 6A to 6C showing a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図16】従来の半導体装置の製造方法の他の例の主要
製造工程の断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view of main manufacturing steps of another example of the conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図17】従来の半導体装置の製造方法の他の例の主要
製造工程の断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of main manufacturing steps of another example of the conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 半導体活性層 3 フォトレジスト 4 上部リセス領域 5 ダミーゲート 6 絶縁物 7 フォトレジスト 8 下部リセス領域 9 2段リセス領域 10 ゲート電極 11 絶縁膜 12 フォトレジスト 13 ダミーゲート 14 絶縁膜 15 サイドウォール 16 フォトレジスト 17 上部リセス領域 18 ダミーゲート 19 フォトレジスト 20 下部リセス領域 21 2段リセス領域 41 ウエハ 42 オーミック電極 43 ゲート電極 44 上段リセス 45 下段リセス 46 能動層 47 リセス 50 絶縁層 60 レジスト 51 PMGI 61 レジスト 71 半導体基板 78 半導体活性層 72 オーミック電極 84 フォトレジストパターン 75 第1のリセス 76 第2のリセス 77 ゲート電極 91 光で励起されたとのみ半導体エッチング反応が進
む性質をもつ液 92 常温Cl2 ガス雰囲気
1 Semiconductor Substrate 2 Semiconductor Active Layer 3 Photoresist 4 Upper Recess Region 5 Dummy Gate 6 Insulator 7 Photoresist 8 Lower Recess Region 9 2 Step Recess Region 10 Gate Electrode 11 Insulating Film 12 Photoresist 13 Dummy Gate 14 Insulating Film 15 Sidewall 16 Photoresist 17 Upper Recess Region 18 Dummy Gate 19 Photoresist 20 Lower Recess Region 21 Two-Step Recess Region 41 Wafer 42 Ohmic Electrode 43 Gate Electrode 44 Upper Recess 45 Lower Recess 46 Active Layer 47 Recess 50 Insulating Layer 60 Resist 51 PMGI 61 Resist 71 semiconductor substrate 78 semiconductor active layer 72 ohmic electrode 84 photoresist pattern 75 first recess 76 second recess 77 gate electrode 91 semiconductor etch only when excited by light Liquid that has the property of advancing reaction 92 Normal temperature Cl2 gas atmosphere

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 高英 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内 (72)発明者 永井 豊 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Takahide Ishikawa 4-1-1 Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Corp. Optical & Microwave Device Laboratory (72) Inventor Yutaka Nagai 4-1-1 Mizuhara, Itami City, Hyogo Prefecture Address Mitsubishi Electric Corp. Optical / Microwave Device Laboratory

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2段リセスの下段リセスにゲート電極を
有する2段リセス型電界効果型トランジスタを製造する
方法において、 半導体基板上に形成した半導体活性層上にフォトレジス
トを塗布し、パターニングを行って上部リセスが形成さ
れる位置にゲート電極が形成される位置を除いて開口部
を形成する工程と、 上記フォトレジストをマスクとして開口部を通して上記
半導体活性層をエッチングして所望の寸法のダミーゲー
トをその中央に残すよう上部リセスの両側部に相当する
凹部を形成する工程と、 該上部リセスの2つの凹部内に絶縁物を封入する工程
と、 上記絶縁物を封入した上部リセス及び半導体活性層から
なる面上に上記ダミーゲートより幅の広い開口部をフォ
トレジストの塗布,パターニングによって形成する工程
と、 上記フォトレジストをマスクとしてその開口部を通して
ドライエッチングを行い上記2つの凹部内の絶縁物を一
部除去する工程と、 残った絶縁膜をマスクとして上記ダミーゲート及びその
下部の半導体層をエッチングして下部リセスを形成する
ことにより2段リセスを得る工程と、 該2段リセスの下段リセス領域内にゲート電極金属を真
空蒸着し、リフトオフしてゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a two-step recess type field effect transistor having a gate electrode in a lower recess of a two-step recess, wherein a photoresist is applied on a semiconductor active layer formed on a semiconductor substrate and patterned. Forming an opening at a position where a gate electrode is formed at a position where the upper recess is formed, and a dummy gate having a desired size by etching the semiconductor active layer through the opening using the photoresist as a mask. Forming recesses corresponding to both sides of the upper recess so as to leave the upper recess in the center, encapsulating an insulator in the two recesses of the upper recess, and the upper recess and the semiconductor active layer encapsulating the insulator. A step of forming an opening wider than the dummy gate on the surface of the substrate by applying and patterning a photoresist, The photoresist is used as a mask to perform a dry etching through the opening to partially remove the insulating material in the two recesses, and the remaining insulating film is used as a mask to etch the dummy gate and the semiconductor layer thereunder to form a lower recess. Forming a gate to form a two-step recess, and vacuum-depositing a gate electrode metal in a lower recess region of the two-step recess to lift off to form a gate electrode. Manufacturing method.
【請求項2】 2段リセスの下段リセスにゲート電極を
有する2段リセス型電界効果型トランジスタを製造する
方法において、 半導体基板上に形成した半導体活性層上に絶縁膜よりな
るダミーゲートを形成する工程と、 該ダミーゲートの両側にダミーゲートとは異なる材質の
絶縁膜よりなるサイドウォールを形成する工程と、 該サイドウォール両側の半導体活性層上にフォトレジス
トを塗布したのち、サイドウォールのみを選択的にエッ
チング除去して開口部を形成する工程と、 上記フォトレジスト及びダミーゲートをマスクに上記開
口部を通して半導体活性層をエッチングして上部リセス
の両側の凹部を形成する工程と、 該上部リセスを含む半導体活性層上にフォトレジストを
塗布したのち該フォトレジストをマスクにダミーゲート
を選択的にエッチング除去し、さらに半導体活性層をエ
ッチングして下部リセスを形成することにより2段リセ
スを得る工程と、 該2段リセス領域内にゲート電極金属を真空蒸着し、リ
フトオフしてゲート電極を形成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。
2. A method of manufacturing a two-step recess type field effect transistor having a gate electrode in a lower recess of a two-step recess, wherein a dummy gate made of an insulating film is formed on a semiconductor active layer formed on a semiconductor substrate. A step of forming a sidewall made of an insulating film made of a material different from that of the dummy gate on both sides of the dummy gate, and applying a photoresist on the semiconductor active layer on both sides of the sidewall, and then selecting only the sidewall Of the semiconductor active layer through the opening using the photoresist and the dummy gate as a mask to form recesses on both sides of the upper recess, and the upper recess. After coating a photoresist on the semiconductor active layer containing it, a dummy gate is selected using the photoresist as a mask. Of the gate electrode metal by vacuum vapor deposition of the gate electrode metal in the two-step recess region by lift-off the gate electrode. And a step of forming the semiconductor device.
【請求項3】 2段リセスの下段リセスにゲート電極を
有する2段リセス型電界効果型トランジスタを製造する
方法において、 化合物半導体基板上に上段リセスの大きさに相当する大
きさの絶縁膜を形成する工程と、 上記絶縁膜を有する基板上の該絶縁膜の中央部の位置
に、下段リセスの大きさに相当する開口部を有するレジ
ストを形成する工程と、 上記レジストをマスクに上記絶縁膜をエッチングし、開
口する工程と、 上記開口部を有する絶縁膜をマスクに基板をエッチング
し、下段リセスを形成する工程と、 上記開口部を有する絶縁膜を除去する工程と、 上記レジストをマスクに基板をエッチングし、上段リセ
ス,およびさらに深さを深くした下段リセスからなる2
段リセスを形成する工程と、 上記2段リセスの下段リセス上に上記レジストを用いて
蒸着リフトオフによりゲート電極を形成する工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A method of manufacturing a two-step recess type field effect transistor having a gate electrode in the lower recess of the two-step recess, wherein an insulating film having a size corresponding to the size of the upper step recess is formed on a compound semiconductor substrate. And a step of forming a resist having an opening corresponding to the size of the lower recess at the central portion of the insulating film on the substrate having the insulating film, and using the resist as a mask to form the insulating film. A step of etching and opening, a step of etching the substrate using the insulating film having the opening as a mask to form a lower recess, a step of removing the insulating film having the opening, and the substrate using the resist as a mask. By etching the upper recess and the deeper lower recess. 2
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a stepped recess; and a step of forming a gate electrode on the lower stepped recess of the two-stepped recess by vapor deposition lift-off using the resist.
【請求項4】 2段リセスの下段リセスにゲート電極を
有する2段リセス型電界効果型トランジスタを製造する
方法において、 化合物半導体基板上に、PMGI(ポリ・メチル・グル
タール・イミド)を塗布,露光する工程と、 上記基板上に、下段リセスの大きさに相当する開口部を
有するレジストパターンを形成し、かつ、上記PMGI
をエッチングして同じ程度の開口部を有するPMGIパ
ターンを形成する工程と、 上記PMGIをマスクに基板をエッチングし、下段リセ
スを形成する工程と、 上記PMGIの開口部を現像することにより、開口部寸
法を上段リセスに相当する大きさに広げる工程と、 上記PMGIをマスクに基板をエッチングし、上段リセ
ス,およびさらに深さを深くした下段リセスからなる2
段リセスを形成する工程と、 上記2段リセスの下段リセス上に上記レジストを用いて
蒸着リフトオフによりゲート電極を形成する工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A method of manufacturing a two-step recess type field effect transistor having a gate electrode in the lower recess of the two-step recess, wherein PMGI (polymethyl glutar imide) is applied and exposed on a compound semiconductor substrate. And a resist pattern having an opening corresponding to the size of the lower recess on the substrate, and the PMGI
To form a PMGI pattern having a similar opening, a step of etching the substrate using the PMGI as a mask to form a lower recess, and the opening of the PMGI to develop the opening. A step of expanding the dimension to a size corresponding to the upper recess, and a step of etching the substrate with the PMGI as a mask to form an upper recess, and a deeper lower recess.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a stepped recess; and a step of forming a gate electrode on the lower stepped recess of the two-stepped recess by vapor deposition lift-off using the resist.
【請求項5】 2段リセスの下段リセスにゲート電極を
有する2段リセス型電界効果型トランジスタを製造する
方法において、 下段リセスである第1のリセスの形成を光アシストエッ
チングを用いて行い2段リセス構造を得ることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
5. A method of manufacturing a two-step recess type field effect transistor having a gate electrode in the lower recess of the two-step recess, wherein the first recess, which is the lower step recess, is formed using photo-assisted etching. A method of manufacturing a semiconductor device, which comprises obtaining a recess structure.
【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 半導体基板上の半導体活性層上にその開口形成部にオー
バーハング形状を有するレジストパターンを形成する工
程と、 次いで光アシストエッチングを用いて上記レジストパタ
ーンの上部開口部をマスクとして上記半導体活性層をエ
ッチングし、第1のリセスを得る工程と、 続いて光を用いない化学反応のみによるエッチングを上
記レジストの開口部下部をマスクとして行い第2のリセ
ス,およびさらに深さを深くした第1のリセスを得る工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a step of forming a resist pattern having an overhang shape in the opening formation portion on the semiconductor active layer on the semiconductor substrate, and then using photo-assisted etching is used. Then, a step of etching the semiconductor active layer by using the upper opening of the resist pattern as a mask to obtain a first recess, and then etching only by a chemical reaction without using light as a mask of the lower opening of the resist is performed. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a second recess; and a step of obtaining a deeper first recess.
【請求項7】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 半導体基板の半導体活性層上にその開口形成部にオーバ
ーハング形状を有するレジストパターンを形成する工程
と、 次いで光を用いない化学反応のみによるエッチングを上
記レジストの開口部下部をマスクとして行なうことによ
り第2のリセスを得る工程と、 光アシストエッチングを上記レジストの開口部上部をマ
スクとして行うことにより第1のリセスを得る工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein a step of forming a resist pattern having an overhang shape in the opening forming portion on the semiconductor active layer of the semiconductor substrate, and then a chemical reaction without using light. A step of obtaining a second recess by performing etching only by using the lower part of the opening of the resist as a mask, and a step of obtaining the first recess by performing photo-assisted etching using the upper part of the opening of the resist as a mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項8】 請求項6または7記載の半導体装置の製
造方法において、 オーバーハング形状のレジストの形成工程は、 テーパ状の断面形状を持つ絶縁膜を形成する工程と、 該絶縁膜パターン部分に開口部を持つレジストパターン
を形成する工程と、 該レジストを加熱することにより熱ダレを生ぜしめ該絶
縁膜側面に圧着させる工程と、 該絶縁膜をエッチング除去する工程とからなることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the step of forming the overhang-shaped resist includes the step of forming an insulating film having a tapered cross-sectional shape, and the insulating film pattern portion. It is characterized by comprising a step of forming a resist pattern having an opening, a step of causing thermal sag by heating the resist to press-bond it to the side surface of the insulating film, and a step of etching and removing the insulating film. Manufacturing method of semiconductor device.
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