JPH08191147A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH08191147A
JPH08191147A JP296195A JP296195A JPH08191147A JP H08191147 A JPH08191147 A JP H08191147A JP 296195 A JP296195 A JP 296195A JP 296195 A JP296195 A JP 296195A JP H08191147 A JPH08191147 A JP H08191147A
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insulating film
opening
forming
film
wet etching
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JP296195A
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Yusuke Matsukura
祐輔 松倉
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 工程数を増やすことなく、T字型のゲート電
極を容易に形成することができる。 【構成】 半導体層1上に第1の開口部を有するシリコ
ンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドから
なる第1の絶縁膜2が形成され、該第1の開口部4a上
に該第1の開口部幅よりも大きい幅の第2の開口部5を
有するように、該第1の絶縁膜2上に該第1の絶縁膜2
よりもウェットエッチングレートの速いシリコンナイト
ライドまたはシリコンオキシナイトライドからなる第2
の絶縁膜3が形成され、該第1、第2の開口部5内にT
字型の導電性膜6が形成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びその製
造方法に係り、詳しくは、電界効果トランジスタのT型
電極の形成技術に適用することができ、特に、工程数を
増やすことなく、T字型のゲート電極を容易に形成する
ことができる半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】近年、電界効果トランジスタの特性を向上
させるためには、ゲート長短縮によるイントリンシック
な特性を向上させなければならないほかに、例えばゲー
ト−ソース間の寄生抵抗、所謂ソース抵抗を低減させな
ければならない要求がある。このゲート長短縮によるイ
ントリンシックな特性の向上化とソース抵抗の低減化を
達成するための技術の一つとしては、ゲート電極形状を
T字型にして、このT字型にしたゲート電極の笠の部分
をマスクとしてイオン注入法等によってソース/ドレイ
ン領域を自己整合的に形成する、所謂セルフアライン技
術が注目されてきている。
【0003】通常、このT型ゲートの形成は、例えばま
ず、T字型の「1」の部分を形成し、その後、絶縁膜を
形成し、エッチバックによって頭出しをした後、T字型
の「−」となる金属を堆積して、パターニングとエッチ
ングによってT字型を完成させている。しかしながら、
このT型ゲートの形成方法では、工程数が非常に多く工
程が複雑であるという問題がある。そこで、工程数を減
らして工程を簡略化することができるT型ゲートの形成
技術が要求されている。
【0004】
【従来の技術】図8は従来の半導体装置の製造方法を示
す図である。従来では、まず、スパッッタ法等により基
板1001上にAl等の金属層1002を形成し(図8
(a))、金属層1002上にレジストを塗布した後、
塗布したレジストを露光及び現像等によりパターニング
してレジストマスク1003を形成する(図8
(b))。
【0005】次に、レジストマスク1003を用い、R
IE等により金属層1002を選択的にエッチングした
後、レジストマスク1003を除去する(図8
(c))。次に、CVD法等により金属層1002を覆
うようにSiO2 等の絶縁層1004を形成した後(図
8(d))、RIE等により絶縁層1004をエッチバ
ックして金属層1002表面を露出させる(図9
(a))。
【0006】次に、スパッタ法等により金属層1002
及び絶縁層1004上にAl等の金属層1005を形成
し(図9(b))、金属層1005上にレジストを塗布
し、塗布したレジストを露光、現像等によりパターニン
グして金属層1002幅よりも大きい幅のレジストマス
ク1006を形成する(図9(c))。そして、レジス
トマスク1006を用い、RIE等により金属層100
5を選択的にエッチングして金属層1002上に金属層
1002幅よりも大きい幅の金属層1005を形成する
ことにより、金属層1002、金属層1005からなる
T字型のゲート電極1007を形成した後、レジストマ
スク1006を除去する(図9(d))。
【0007】この従来では、ゲート電極1007をT字
型にして構成しているため、レジストマスクを用いるこ
となく、このT字型にしたゲート電極1007の笠の部
分をマスクとしてイオン注入法等によってソース/ドレ
イン領域をセルフアラインで形成することができるとい
う利点を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体装置の製造方法では、2層の金属層10
02,1005を別々に成膜、エッチング等を行うこと
により、T字型のゲート電極1007を形成していたた
め、工程数が多く、工程が複雑で面倒であるという問題
があった。
【0009】そこで、本発明は、工程数を増やすことな
く、T字型のゲート電極を容易に形成することができる
半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
半導体層上に第1の開口部を有するシリコンナイトライ
ドまたはシリコンオキシナイトライドからなる第1の絶
縁膜が形成され、該第1の開口部上に該第1の開口部幅
よりも大きい幅の第2の開口部を有するように、該第1
の絶縁膜上に該第1の絶縁膜よりもウェットエッチング
レートの速いシリコンナイトライドまたはシリコンオキ
シナイトライドからなる第2の絶縁膜が形成され、該第
1、第2の開口部内にT字型の導電性膜が形成されてな
ることを特徴とするものである。
【0011】請求項2記載の発明は、上記請求項1記載
の発明において、前記第1の絶縁膜は、前記第2の絶縁
膜中の水素含有量よりも少なくして形成されてなること
を特徴とするものである。請求項3記載の発明は、半導
体層上にシリコンナイトライドまたはシリコンオキシナ
イトライドからなる第1の絶縁膜を形成する工程と、次
いで、該第1の絶縁膜を熱処理することにより、熱処理
後の該第1の絶縁膜のウェットエッチングレートを熱処
理前の該第1の絶縁膜のウェットエッチングレートより
も遅くする工程と、次いで、該第1の絶縁膜上に該第1
の絶縁膜のウェットエッチングレートよりも速いシリコ
ンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドから
なる第2の絶縁膜を形成する工程と、次いで、該第2の
絶縁膜上に第1の開口部を有するマスクを形成する工程
と、次いで、該マスクを用い、該第1の開口部内の該第
2の絶縁膜及び該第1の絶縁膜をウェットエッチングす
ることにより、該第2の絶縁膜で幅が大きく、かつ該第
1の絶縁膜で幅が小さい第2の開口部を形成する工程
と、次いで、該第2の開口部内にT字型の導電性膜を形
成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【0012】請求項4記載の発明は、半導体層上にシリ
コンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドか
らなる第1の絶縁膜を成膜する工程と、次いで、該第1
の絶縁膜のウェットエッチングレートよりも速くなるよ
うに該第1の絶縁膜の成膜条件とは異なる成膜条件によ
り、該第1の絶縁膜上に該第1の絶縁膜のウェットエッ
チングレートよりも速いシリコンナイトライドまたはシ
リコンオキシナイトライドからなる第2の絶縁膜を成膜
する工程と、次いで、該第2の絶縁膜上に第1の開口部
を有するマスクを形成する工程と、次いで、該マスクを
用い、該第1の開口部内の該第2の絶縁膜及び該第1の
絶縁膜をウェットエッチングすることにより、該第2の
絶縁膜で幅が大きく、かつ該第1の絶縁膜で幅が小さい
第2の開口部を形成する工程と、次いで、該第2の開口
部内にT字型の導電性膜を形成する工程とを含むことを
特徴とするものである。
【0013】請求項5記載の発明は、上記請求項3,4
記載の発明において、前記第1、第2の絶縁膜の成膜方
法は、プラズマ化学気相堆積法であることを特徴とする
ものである。請求項6記載の発明は、上記請求項4記載
の発明において、前記第2の絶縁膜の成膜条件の変更
は、前記第2の絶縁膜中の水素含有量が前記第1の絶縁
膜中の水素含有量よりも多くなるように行うことを特徴
とするものである。
【0014】請求項7記載の発明は、上記請求項3乃至
6記載の発明において、前記ウェットエッチングは、前
記マスクを用いて前記第2の絶縁膜及び前記第1の絶縁
膜を異方性エッチングした後に行うことを特徴とするも
のである。
【0015】
【作用】図1〜3は本発明の原理説明図である。プラズ
マCVD法によってSiH4 等から堆積したSiON膜
あるいはSi34 膜には、膜中に大量の水素が含有さ
れている。これについては、例えば、“Thin Fi
lm Processes”Academic pre
ss 1978,p345,p353で報告されてい
る。
【0016】膜のウェットエッチング速度は、この水素
含有量によって変化し、水素含有量が多い程ウェットエ
ッチング速度は速い。また、この水素は、成膜後に熱処
理を行うことによって膜中から除去することができる。
従って、熱処理によって膜のエッチング速度を低下させ
ることができる。図1はプラズマCVD法で形成したS
iON膜の熱処理の有無によるウェットエッチング速度
の変化を示す図である。図1に示すように、約600
℃,10分の熱処理を行うことによって、ウェットエッ
チング速度は、熱処理を行わない成膜直後のものと比較
して約半分に低下しているのが判る。これに対し、ドラ
イエッチングは、ウェットエッチングに較べて物理的に
エッチングが進むため、エッチング速度は、ほとんど変
化しない。
【0017】従って、例えば以下に述べる製造方法によ
って、SiON絶縁膜に段差を形成することができる。
まず、プラズマCVD法等により基板1上にSiON絶
縁膜2を形成した後、絶縁膜2を熱処理することによ
り、絶縁膜2の水素含有量を低下させる(図2
(a))。その後、プラズマCVD法等により絶縁膜2
上にSiON絶縁膜3を形成し(図2(b))、パター
ニングして開口部4aを有するレジストマスク4を形成
する。
【0018】次に、レジストマスク4を用い、開口部4
a内のSiON絶縁膜3及びSiON絶縁膜2をドライ
エッチングによって異方性エッチングし(図2
(c))、更にウェットエッチングによって等方性エッ
チングを行うと、先に述べたエッチング速度の違いによ
って、絶縁膜3,2中に段差が付いた開口部5を形成す
る(図3(a))。その後、真空蒸着法等により、開口
部5内の基板1上から段差部の絶縁膜2上にかけてAl
等を堆積して、T字型のゲート電極6を形成した後、リ
フトオフ等によりレジストマスク4を除去する(図3
(b))。
【0019】前述の如く、SiON絶縁膜3,2のドラ
イエッチングによる異方性エッチング時では、熱処理し
ていないSiON絶縁膜3と熱処理を行ったSiON絶
縁膜2とでエッチング速度はほとんど変化しないため、
エッチング面は通常の場合と同様に段差を付けないで異
方性でエッチングされる。その後行うSiON絶縁膜
3,2のウェットエッチング時では、前述の如く、熱処
理したSiON絶縁膜2が熱処理を行っていないSiO
N絶縁膜3よりもエッチング速度が遅くなるため、Si
ON絶縁膜3でサイドエッチングが大きく入り、SiO
N絶縁膜3で幅が大きく、SiON絶縁膜2で幅が小さ
い段差が付いた開口部5が形成される。
【0020】このように、本発明では、成膜後の熱処理
を行ったSiON絶縁膜2と熱処理を行わない熱処理の
みのSiON絶縁膜3でウェットエッチング速度の違い
を生じさせることにより、SiON絶縁膜3で幅が大き
く、SiON絶縁膜2で幅が小さい段差が付いた開口部
5を形成することができる。このため、ウェットエッチ
ングでレジストマスク4を再度用いることにより、開口
部5内の基板1上から段差部の絶縁膜2上にかけてAl
等を堆積するだけでT字型のゲート電極6を形成するこ
とができるので、従来の2層でT字型のゲート電極6を
形成する場合よりも、少ない工程数でT字型のゲート電
極6を容易に形成することができる。
【0021】また、上記説明では、成膜後の熱処理によ
ってウェットエッチング速度の違いを生じさせたが、既
に述べたように、このエッチング速度の変化は、膜中の
水素含有量によるものであるから、例えば成膜温度等の
成膜条件によってこの水素含有量を変化させても同様の
効果を生じさせることができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図4,5は本発明に係る実施例1の半導体
装置の製造方法を示す図である。図4,5において、図
2,3と同符号は同一又は相当部分を示す。
【0023】本実施例では、まず、GaAs基板1上に
SiON絶縁膜2を2000オングストローム程度でプ
ラズマCVD法等により堆積する(図4(a))。その
後、例えば600℃,10分程度SiON絶縁膜2を熱
処理することにより、熱処理を行わない成膜後のSiO
N絶縁膜2よりもウェットエッチング速度を低下させる
(図4(b))。ここでの熱処理は、例えばプラズマC
VD装置内で行ってもよいし、外部の加熱装置に入れ替
えて行ってもよい。
【0024】次に、再びプラズマCVD法等によりSi
ON絶縁膜2上にSiON絶縁膜3を3000オングス
トローム程度堆積する(図4(c))。次いで、通常の
フォトリソグラフィー技術によって、SiON絶縁膜3
上にレジストを塗布し、露光、現像等により、レジスト
をゲート電極形成領域に開口を形成するようにパターニ
ングして開口部4aを有するレジストマスク4を形成す
る。
【0025】次に、レジストマスク4を用い、ドライエ
ッチングによりGaAs基板1表面まで開口部4a内の
SiON絶縁膜3及びSiON絶縁膜2を異方性エッチ
ングする(図5(a))。次いで、例えば緩衝フッ酸液
を用いてSiON絶縁膜3及びSiON絶縁膜2を等方
性エッチングし、SiON絶縁膜3で幅が大きく、Si
ON絶縁膜2で幅が小さい段差が付いた開口部5を形成
する(図5(b))。
【0026】そして、通常の真空蒸着装置を用いて、開
口部5内の基板1上から段差部の絶縁膜2上にかけて例
えばAlを5000オングストローム程度蒸着して、T
型のゲート電極6を形成した後、リフトオフ技術によ
り、レジストマスク4を除去することにより、不要部分
のAlを除去する(図5(c))。このように、本実施
例では、成膜後の熱処理を行ったSiON絶縁膜2と熱
処理を行わない熱処理のみのSiON絶縁膜3でウェッ
トエッチング速度の違いを生じさせることにより、Si
ON絶縁膜3で幅が大きく、SiON絶縁膜2で幅が小
さい段差が付いた開口部5を形成することができる。
【0027】このため、ウェットエッチングでレジスト
マスク4を再度用いることにより、開口部5内の基板1
上から段差部の絶縁膜2上にかけてAl等を堆積するだ
けでT字型のゲート電極6を形成することができるの
で、従来の2層でT字型のゲート電極6を形成する場合
よりも、少ない工程数でT字型のゲート電極6を容易に
形成することができる。 (実施例2)図6,7は本発明に係る実施例2の半導体
装置の製造方法を示す図である。図6,7において、図
2〜5と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0028】本実施例では、まず、GaAs基板1上に
SiON絶縁膜2を2000オングストローム程度でプ
ラズマCVD法等により堆積する(図6(a))。その
後、SiON絶縁膜2のプラズマCVD成膜時の例えば
SiH4 流量を増加させて膜中の水素含有量を増加させ
たSiON絶縁膜3をSiON絶縁膜2上に3000オ
ングストローム程度堆積する。次いで、通常のフォトリ
ソグラフィー技術によって、SiON絶縁膜3上にレジ
ストを塗布し、露光、現像等により、レジストをゲート
電極形成領域に開口を形成するようにパターニングして
開口部4aを有するレジストマスク4を形成する(図6
(b))。
【0029】次に、レジストマスク4を用い、ドライエ
ッチングによりGaAs基板1表面まで開口部4a内の
SiON絶縁膜3及びSiON絶縁膜2を異方性エッチ
ングする(図6(c))。次いで、例えば緩衝フッ酸液
を用いてSiON絶縁膜3及びSiON絶縁膜2を等方
性エッチングし、SiON絶縁膜3で幅が大きく、Si
ON絶縁膜2で幅が小さい段差が付いた開口部5を形成
する(図7(a))。
【0030】そして、通常の真空蒸着装置を用いて、開
口部5内の基板1上から段差部の絶縁膜2上にかけて例
えばAlを5000オングストローム程度蒸着してT型
のゲート電極6を形成した後、リフトオフ技術により、
レジストマスク4を除去することにより、不要部分のA
lを除去する(図7(b))。このように、本実施例で
は、基板1上にSiON絶縁膜2を成膜した後、SiO
N絶縁膜2上に、SiON絶縁膜2の膜中の水素含有量
が多くなるようにSiON絶縁膜2の成膜時のSiH4
流量よりも多くすることにより、SiO2 絶縁膜2より
も水素含有量の多いSiON絶縁膜3を形成している。
このため、SiON絶縁膜2とSiON絶縁膜3を成膜
する時の成膜条件を変化させることでSiON絶縁膜2
とSiON絶縁膜3とでウェットエッチング速度の違い
を生じさせることができるので、SiON絶縁膜3で幅
が大きく、SiON絶縁膜2で幅が小さい段差が付いた
開口部5を形成することができる。
【0031】このため、ウェットエッチングでレジスト
マスク4を再度用いることにより、開口部5内の基板1
上から段差部の絶縁膜2上にかけてAl等を堆積するだ
けでT字型のゲート電極6を形成することができるの
で、従来の2層でT字型のゲート電極6を形成する場合
よりも、少ない工程数でT字型のゲート電極6を容易に
形成することができる。
【0032】なお、上記実施例2では、SiON絶縁膜
3中の水素含有量をSiON絶縁膜2よりも多くするた
めに、プラズマCVD成膜時のSiH4 流量をSiON
絶縁膜2を成膜する時よりも多くして行ったが、本発明
はこれのみに限定されるものではなく、例えばSiON
絶縁膜3を成膜する時の成膜温度をSiON絶縁膜2を
成膜する時よりも低温にして行ってもよい。
【0033】上記各実施例では、絶縁膜2,3をSiO
Nで構成する場合について説明したが、本発明はこれの
みに限定されるものではなく、Si3 4 膜でもSiO
N膜と同様の原理で膜質が変化するので、絶縁膜2,3
をSi3 4 で構成する場合についても適用することが
でき、この場合も、上記各実施例と同様の効果を得るこ
とができる。
【0034】また、絶縁膜2,3の成膜方法は、絶縁膜
2,3の膜中に効率良く水素を含有させることができる
上記各実施例の如く、プラズマCVD法で行うことが好
ましいが、絶縁膜2,3の膜中に水素を含有せしめる成
膜法であれば、プラズマCVD法に限定されず、他の成
膜方法で行ってもよい。また、ゲート電極6の形成は、
上記各実施例で取り上げたリフトオフ法以外の、例えば
エッチバック等を行うことによって形成してもよいこと
は言うまでもない。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、工程数を増やすことな
く、T字型のゲート電極を容易に形成することができる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の原理説明図である。
【図3】本発明の原理説明図である。
【図4】本発明に係る実施例1の半導体装置の製造方法
を示す図である。
【図5】本発明に係る実施例1の半導体装置の製造方法
を示す図である。
【図6】本発明に係る実施例2の半導体装置の製造方法
を示す図である。
【図7】本発明に係る実施例2の半導体装置の製造方法
を示す図である。
【図8】従来の半導体装置の製造方法を示す図である。
【図9】従来の半導体装置の製造方法を示す図である。
【符号の説明】 1 基板 2,3 絶縁膜 4 レジストマスク 4a,5 開口部 6 ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/318 M

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体層(1)上に第1の開口部を有する
    シリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライ
    ドからなる第1の絶縁膜(2)が形成され、該第1の開
    口部上に該第1の開口部幅よりも大きい幅の第2の開口
    部を有するように、該第1の絶縁膜(2)上に該第1の
    絶縁膜(2)よりもウェットエッチングレートの速いシ
    リコンナイトライドまたはシリコンオキシナイトライド
    からなる第2の絶縁膜(3)が形成され、該第1、第2
    の開口部(5)内にT字型の導電性膜(6)が形成され
    てなることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記第1の絶縁膜(2)は、前記第2の絶
    縁膜(3)中の水素含有量よりも少なくして形成されて
    なることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】半導体層(1)上にシリコンナイトライド
    またはシリコンオキシナイトライドからなる第1の絶縁
    膜(2)を形成する工程と、次いで、該第1の絶縁膜
    (2)を熱処理することにより、熱処理後の該第1の絶
    縁膜(2)のウェットエッチングレートを熱処理前の該
    第1の絶縁膜(2)のウェットエッチングレートよりも
    遅くする工程と、次いで、該第1の絶縁膜(2)上に該
    第1の絶縁膜(2)のウェットエッチングレートよりも
    速いシリコンナイトライドまたはシリコンオキシナイト
    ライドからなる第2の絶縁膜(3)を形成する工程と、
    次いで、該第2の絶縁膜(3)上に第1の開口部(4
    a)を有するマスク(4)を形成する工程と、次いで、
    該マスク(4)を用い、該第1の開口部(4a)内の該
    第2の絶縁膜(3)及び該第1の絶縁膜(2)をウェッ
    トエッチングすることにより、該第2の絶縁膜(3)で
    幅が大きく、かつ該第1の絶縁膜(2)で幅が小さい第
    2の開口部(5)を形成する工程と、次いで、該第2の
    開口部(5)内にT字型の導電性膜(6)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. 【請求項4】半導体層(1)上にシリコンナイトライド
    またはシリコンオキシナイトライドからなる第1の絶縁
    膜(2)を成膜する工程と、次いで、該第1の絶縁膜
    (2)のウェットエッチングレートよりも速くなるよう
    に該第1の絶縁膜(2)の成膜条件とは異なる成膜条件
    により、該第1の絶縁膜(2)上に該第1の絶縁膜
    (2)のウェットエッチングレートよりも速いシリコン
    ナイトライドまたはシリコンオキシナイトライドからな
    る第2の絶縁膜(3)を成膜する工程と、次いで、該第
    2の絶縁膜(3)上に第1の開口部(4a)を有するマ
    スク(4)を形成する工程と、次いで、該マスク(4)
    を用い、該第1の開口部(4a)内の該第2の絶縁膜
    (3)及び該第1の絶縁膜(2)をウェットエッチング
    することにより、該第2の絶縁膜(3)で幅が大きく、
    かつ該第1の絶縁膜(2)で幅が小さい第2の開口部
    (5)を形成する工程と、次いで、該第2の開口部
    (5)内にT字型の導電性膜(6)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。
  5. 【請求項5】前記第1、第2の絶縁膜(2,3)の成膜
    方法は、プラズマ化学気相堆積法であることを特徴とす
    る請求項3,4記載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】前記第2の絶縁膜(3)の成膜条件の変更
    は、前記第2の絶縁膜(3)中の水素含有量が前記第1
    の絶縁膜(2)中の水素含有量よりも多くなるように行
    うことを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方
    法。
  7. 【請求項7】前記ウェットエッチングは、前記マスク
    (4)を用いて前記第2の絶縁膜(3)及び前記第1の
    絶縁膜(2)を異方性エッチングした後に行うことを特
    徴とする請求項3乃至6記載の半導体装置の製造方法。
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