JPH08335589A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH08335589A
JPH08335589A JP13915595A JP13915595A JPH08335589A JP H08335589 A JPH08335589 A JP H08335589A JP 13915595 A JP13915595 A JP 13915595A JP 13915595 A JP13915595 A JP 13915595A JP H08335589 A JPH08335589 A JP H08335589A
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JP
Japan
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gate electrode
insulating film
opening
source
semiconductor substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP13915595A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Oshima
知之 大島
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP13915595A priority Critical patent/JPH08335589A/en
Publication of JPH08335589A publication Critical patent/JPH08335589A/en
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Abstract

PURPOSE: To reduce a parasitic capacitance produced between a gate electrode which has an approximately T-shaped cross section and a channel region and improve the high frequency characteristics of a field effect transistor. CONSTITUTION: A semiconductor device 1 has a gate electrode 21 which is provided on the channel region 12 of a semiconductor substrate 11, has overhangs 22 on both sides of its upper part and has an approximately T-shaped cross section, source/drain regions 23 and 24 which are formed in the upper layer of the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 21 and source/drain electrodes 25 and 26 which are connected to the source/drain regions 23 and 24. In the semiconductor device 1, a nearly vacuum state enclosed spaces 27 and 28 are provided at least between the semiconductor substrate 11 and the overhangs 22 of the gate electrode 21.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、断面略T字形状のいわ
ゆるマッシュルーム形のゲート電極を有する電界効果ト
ランジスタにおいて、マッシュルーム形のゲート電極の
上部とチャネル領域との間に生じる寄生容量を低減した
半導体装置およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention In a field effect transistor having a so-called mushroom-shaped gate electrode having a substantially T-shaped cross section, the present invention has reduced the parasitic capacitance generated between the upper portion of the mushroom-shaped gate electrode and the channel region. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAs電界効果トランジスタの基礎,
(1992)福田益美,平地康剛(コロナ社)p.59
−60に開示されているように、電界効果トランジスタ
においては、ゲート長の微細化にともなうゲート抵抗の
増大を防ぐために、ゲート電極をいわゆるマッシュルー
ム形(あるいはT形)のゲート電極で形成している。こ
のゲート電極はゲート長となるチャネルとの接点部を細
く形成するとともにゲート抵抗を低減するためにゲート
電極の上部を太く形成したものである。
2. Description of the Related Art Basics of GaAs field effect transistor,
(1992) Masumi Fukuda, Yasutake Hirachi (Corona) p. 59
As disclosed in -60, in the field effect transistor, the gate electrode is formed of a so-called mushroom type (or T type) gate electrode in order to prevent an increase in the gate resistance due to the miniaturization of the gate length. . This gate electrode is formed by forming a thin contact portion with the channel which becomes the gate length and forming a thick upper portion of the gate electrode in order to reduce the gate resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6の
示すように、上記マッシュルーム形のゲート電極61を
有する電界効果トランジスタ60では、ゲート電極61
の上部62と半導体基板63との間に寄生する容量CG
S,CGDによって、電界効果トランジスタ60の高周波
特性が劣化するという課題があった。
However, as shown in FIG. 6, in the field effect transistor 60 having the mushroom-shaped gate electrode 61, the gate electrode 61 is used.
The parasitic capacitance CG between the upper part 62 and the semiconductor substrate 63
There is a problem that the high frequency characteristics of the field effect transistor 60 are deteriorated by S and CGD.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置およびその製造方法で
ある。半導体装置は、半導体基板に形成したチャネル領
域上に設けられかつ上部両側に張り出し部を設けた断面
略T字形状のゲート電極と、このゲート電極の両側にお
ける半導体基板に形成されたソース・ドレイン領域に接
続したソース・ドレイン電極とを備えた半導体装置であ
って、少なくとも、半導体基板とゲート電極の張り出し
部との間に閉塞空間を備えたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a semiconductor device and a method of manufacturing the same which are made to solve the above problems. A semiconductor device includes a gate electrode having a substantially T-shaped cross section, which is provided on a channel region formed on a semiconductor substrate and has projecting portions on both upper sides thereof, and source / drain regions formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. A semiconductor device having a source / drain electrode connected to the semiconductor device, wherein at least a closed space is provided between the semiconductor substrate and the protruding portion of the gate electrode.

【0005】半導体装置の製造方法は、第1工程で、半
導体基板のチャネル領域上に、上部両側に張り出し部を
有する断面略T字形状のゲート電極を形成した後、半導
体基板上にゲート電極を覆う第1絶縁膜を成膜後、エッ
チバックしてゲート電極の上部を露出させる。次いで第
2工程で、露出したゲート電極上部を覆う第2絶縁膜を
成膜し、第3工程で、第2絶縁膜上にレジスト膜を形成
した後、ソース・ドレイン電極が形成される領域のレジ
スト膜に第1開口部を開口してレジストパターンを形成
する。続いて第4工程で、第1開口部から第2絶縁膜を
エッチングして第2開口部を形成した後、第5工程で、
第2開口部から第1絶縁膜をゲート電極まで除去する。
そして第6工程で、電極用金属を堆積して第2開口部を
塞いだ後、レジストパターンを除去するとともにレジス
トパターン上の電極用金属を除去してソース・ドレイン
電極を形成する。
In the method of manufacturing a semiconductor device, in the first step, a gate electrode having a substantially T-shaped cross section having overhang portions on both upper sides is formed on a channel region of the semiconductor substrate, and then the gate electrode is formed on the semiconductor substrate. After forming the first insulating film for covering, etching back is performed to expose the upper portion of the gate electrode. Then, in a second step, a second insulating film is formed to cover the exposed upper part of the gate electrode, and in a third step, a resist film is formed on the second insulating film, and then a region where the source / drain electrodes are formed is formed. A first opening is opened in the resist film to form a resist pattern. Then, in the fourth step, the second insulating film is etched from the first opening to form the second opening, and then in the fifth step,
The first insulating film up to the gate electrode is removed from the second opening.
Then, in a sixth step, after depositing a metal for electrodes and closing the second opening, the resist pattern is removed and the metal for electrodes on the resist pattern is removed to form source / drain electrodes.

【0006】[0006]

【作用】上記半導体装置では、半導体基板に形成したチ
ャネル領域と、上部両側に張り出し部を設けた断面略T
字形状のゲート電極の張り出し部との間に閉塞空間を備
えたことから、その間の誘電率が低減されるので、寄生
容量が小さくなる。
In the above semiconductor device, the channel region formed in the semiconductor substrate and the cross section T having the protruding portions on both sides of the upper portion are formed.
Since the closed space is provided between the gate electrode and the projecting portion of the gate electrode, the dielectric constant therebetween is reduced, and the parasitic capacitance is reduced.

【0007】上記製造方法では、半導体基板上に断面略
T字形状のゲート電極を覆う第1絶縁膜を成膜した後、
ゲート電極上部を露出させてから第2絶縁膜を成膜す
る。そして第2絶縁膜に第2開口部を形成した後、第2
開口部から第1絶縁膜をゲート電極まで除去することか
ら、チャネル領域と張り出し部との間に空間が形成され
る。さらに蒸着法によって電極用金属を堆積して第2開
口部を塞いだ後、レジストパターンを除去するとともに
レジストパターン上の電極用金属を除去してソース・ド
レイン電極を形成することから、第2開口部はソース・
ドレイン電極によって塞がれる。このため、上記空間
は、チャネル領域、ソース・ドレイン電極、第2絶縁
膜、ゲート電極とによって閉塞された状態になる。
In the above manufacturing method, after the first insulating film covering the gate electrode having a substantially T-shaped cross section is formed on the semiconductor substrate,
A second insulating film is formed after exposing the upper part of the gate electrode. Then, after forming the second opening in the second insulating film,
By removing the first insulating film up to the gate electrode from the opening, a space is formed between the channel region and the projecting portion. Further, the electrode metal is deposited by the vapor deposition method to close the second opening, and then the resist pattern is removed and the electrode metal on the resist pattern is removed to form the source / drain electrodes. Department is the source
Blocked by the drain electrode. Therefore, the space is closed by the channel region, the source / drain electrodes, the second insulating film, and the gate electrode.

【0008】[0008]

【実施例】本発明の実施例を図1の概略構成断面図によ
って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.

【0009】図1に示すように、半導体基板11の表面
側にはチャネル領域12が形成され、このチャネル領域
12上にはゲート電極21が形成されている。このゲー
ト電極21は、上部両側に張り出し部22を設けた断面
略T字形状を成している。また上記チャネル領域12の
両側の半導体基板11にはソース・ドレイン領域23,
24が形成されている。上記の如くに電界効果トランジ
スタが形成されている。
As shown in FIG. 1, a channel region 12 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 11, and a gate electrode 21 is formed on the channel region 12. The gate electrode 21 has a substantially T-shaped cross section with protrusions 22 provided on both sides of the upper portion. The semiconductor substrate 11 on both sides of the channel region 12 has source / drain regions 23,
24 are formed. The field effect transistor is formed as described above.

【0010】また上記ソース・ドレイン領域23,24
上およびチャネル領域12上を除く半導体基板11上に
は第1絶縁膜31が形成されている。さらに半導体基板
11上には、ソース・ドレイン領域23,24上および
チャネル領域12上に空間を形成する状態でかつ上記第
1絶縁膜31上部および上記ゲート電極21上部に接続
する状態に第2絶縁膜32が形成されている。上記ソー
ス・ドレイン領域23,24上の上記第2絶縁膜32に
は開口部33,34が形成され、その開口部33,34
を埋め込むとともに上記ソース・ドレイン領域23,2
4に接続(例えばオーミック接続)する状態にソース・
ドレイン電極25,26が形成されている。
Further, the source / drain regions 23, 24
A first insulating film 31 is formed on the semiconductor substrate 11 except above and on the channel region 12. Further, the second insulation is formed on the semiconductor substrate 11 so as to form spaces on the source / drain regions 23 and 24 and the channel region 12 and to connect to the upper part of the first insulating film 31 and the upper part of the gate electrode 21. The film 32 is formed. Openings 33, 34 are formed in the second insulating film 32 on the source / drain regions 23, 24, and the openings 33, 34 are formed.
And the source / drain regions 23, 2
Source in the state of connecting to 4 (for example, ohmic connection)
Drain electrodes 25 and 26 are formed.

【0011】したがって、上記空間(以下、閉塞空間2
7,28という)は、半導体基板11に形成されたチャ
ネル領域12、ゲート電極21と第2絶縁膜32とソー
ス・ドレイン電極25,26とで形成される。この閉塞
空間27,28はほぼ真空状態になっていて、その雰囲
気の圧力は例えば10μPa程度またはそれ以下になっ
ている。
Therefore, the above space (hereinafter, the closed space 2
7 and 28) are formed by the channel region 12, the gate electrode 21, the second insulating film 32, and the source / drain electrodes 25 and 26 formed on the semiconductor substrate 11. The closed spaces 27, 28 are in a substantially vacuum state, and the pressure of the atmosphere is, for example, about 10 μPa or less.

【0012】上記半導体装置1では、半導体基板11に
形成したチャネル領域12とゲート電極21の張り出し
部22との間にほぼ真空状態に近い閉塞空間27,28
を設けたことから、その間の誘電率がほぼ1に近い状態
になる。そのため、チャネル領域12と張り出し部22
との間の寄生容量は小さくなる。よって、トランジスタ
の高周波特性は、例えばゲート電極とチャネル領域との
間を酸化シリコン膜で埋め込んだものと比較して、およ
そ30%向上する。
In the semiconductor device 1, the closed spaces 27 and 28 between the channel region 12 formed in the semiconductor substrate 11 and the overhanging portion 22 of the gate electrode 21 are almost in a vacuum state.
Since the above is provided, the dielectric constant between them is close to 1. Therefore, the channel region 12 and the overhanging portion 22
The parasitic capacitance between and becomes small. Therefore, the high frequency characteristics of the transistor are improved by about 30% as compared with, for example, a transistor in which the silicon oxide film is embedded between the gate electrode and the channel region.

【0013】次に上記断面略T字形状のゲート電極を有
する電界効果トランジスタの製造方法の一例を、図2の
製造工程図によって説明する。図では、上記図1で説明
したのと同様の構成部品には同一の符号を付す。
Next, an example of a method of manufacturing the field effect transistor having the gate electrode having a substantially T-shaped cross section will be described with reference to the manufacturing process chart of FIG. In the figure, the same components as those described in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0014】図2の(1)に示すように、例えばイオン
注入法によって半導体基板11の表面側にチャネル領域
12を形成する。次いで半導体基板11上にレジストを
塗布して第1レジスト膜51を形成した後、露光(例え
ば電子ビーム露光),現像、ベーキング等にによって、
例えば最大0.2μm程度の第1レジスト開口部52を
開口して第1レジストパターン53を形成する。
As shown in FIG. 2A, the channel region 12 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 11 by, for example, an ion implantation method. Next, a resist is applied on the semiconductor substrate 11 to form the first resist film 51, and then the first resist film 51 is exposed (for example, electron beam exposure), developed, baked, etc.
For example, the first resist pattern 53 is formed by opening the first resist opening 52 having a maximum size of about 0.2 μm.

【0015】次に図2の(2)に示すように、上記第1
レジスト膜51とは現像性が異なるレジストを塗布して
第2レジスト膜54を形成した後、露光(例えばi線縮
小投影露光),現像、ベーキング等にによって、例えば
最大0.6μm程度の第2レジスト開口部55を上記第
1レジスト開口部52が露出する状態に開口して第2レ
ジストパターン56を形成する。
Next, as shown in (2) of FIG.
After forming a second resist film 54 by applying a resist having a developability different from that of the resist film 51, the second resist film 54 having a maximum of about 0.6 μm is formed by exposure (for example, i-line reduction projection exposure), development and baking. A second resist pattern 56 is formed by opening the resist opening 55 so that the first resist opening 52 is exposed.

【0016】続いて図2の(3)に示すように、蒸着法
によってゲート金属57を堆積して、上記第1レジスト
開口部52内にゲート金属57を埋め込むとともに第2
レジスト開口部55の途中までゲート金属57を埋め込
む。その際、第2レジストパターン56上にもゲート金
属57が堆積される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a gate metal 57 is deposited by a vapor deposition method to fill the first resist opening 52 with the gate metal 57 and to
The gate metal 57 is embedded up to the middle of the resist opening 55. At that time, the gate metal 57 is also deposited on the second resist pattern 56.

【0017】その後、リフトオフ法によって上記第1,
第2レジストパターン53,56を除去することで、図
2の(4)に示すように、上部に張り出し部22を設け
た断面略T字形状のいわゆるマッシュルーム形のゲート
電極21が完成する。上記ゲート電極21の大きさは、
例えば、チャネル領域12から張り出し部22の下面ま
での高さh=0.1μm、ゲート長Lg =0.2μm、
ゲート電極21の上部の張り出し部22の厚さt=0.
4μm、ゲート長方向の長さLc =0.6μmとなって
いる。その後、例えばイオン注入法によって、ゲート電
極21の両側における半導体基板11の上層にソース・
ドレイン領域23,24を形成する。
Then, by the lift-off method,
By removing the second resist patterns 53 and 56, as shown in (4) of FIG. 2, the so-called mushroom-shaped gate electrode 21 having a substantially T-shaped cross section with an overhang 22 is completed. The size of the gate electrode 21 is
For example, the height h from the channel region 12 to the lower surface of the overhang 22 is 0.1 μm, the gate length Lg is 0.2 μm,
The thickness t of the overhanging portion 22 above the gate electrode 21 is t = 0.
The length is 4 μm and the length Lc in the gate length direction is 0.6 μm. After that, a source layer is formed on the upper layer of the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 21 by ion implantation, for example.
Drain regions 23 and 24 are formed.

【0018】次に本発明の半導体装置1の製造方法の第
1実施例を、図3,図4の製造工程図(その1),(そ
の2)によって説明する。図では、上記図1で説明した
のと同様の構成部品には同一の符号を付す。
Next, a first embodiment of the method of manufacturing the semiconductor device 1 of the present invention will be described with reference to manufacturing process diagrams (No. 1) and (No. 2) of FIGS. In the figure, the same components as those described in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

【0019】まず第1工程では、上記図2で説明した工
程によって、図3の(1)に示すように、上部両側に張
り出し部22を有しかつ断面略T字形状のゲート電極2
1を半導体基板11のチャネル領域12上に形成する。
その後半導体基板11上に、例えばポリイミド樹脂を
0.8μmの厚さに塗布して、ゲート電極21を覆う第
1絶縁膜31を成膜する。なお、ゲート電極21の両側
における半導体基板11の上層にはソース・ドレイン領
域23,24が形成されている。
First, in the first step, as shown in (1) of FIG. 3, by the step described in FIG.
1 is formed on the channel region 12 of the semiconductor substrate 11.
After that, for example, a polyimide resin is applied to the semiconductor substrate 11 to a thickness of 0.8 μm to form a first insulating film 31 that covers the gate electrode 21. Source / drain regions 23 and 24 are formed in the upper layer of the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 21.

【0020】続いて図3の(2)に示すように、第1絶
縁膜31を酸素プラズマ中でアッシング(灰化)するこ
とによって、第1絶縁膜31をエッチバックしてゲート
電極21の上部を露出させる。このときのエッチバック
では、第1絶縁膜31を0.3μmの厚さに残す。これ
によって、ゲート電極21は第1絶縁膜31から0.2
μm程度露出する。
Subsequently, as shown in (2) of FIG. 3, the first insulating film 31 is ashed (ashed) in oxygen plasma to etch back the first insulating film 31 to form an upper portion of the gate electrode 21. Expose. In the etching back at this time, the first insulating film 31 is left with a thickness of 0.3 μm. As a result, the gate electrode 21 is removed from the first insulating film 31 to 0.2
Expose about μm.

【0021】次いで図3の(3)に示すように、第2工
程を行う。この工程では、第1絶縁膜31上に露出した
ゲート電極21の上部を覆う第2絶縁膜32を成膜す
る。この第2絶縁膜32は、例えばプラズマ化学的気相
成長(以下、化学的気相成長はCVDという、CVDは
Chemical Vapour Depositionの略)法によって、窒化シ
リコン膜を0.2μmの厚さに堆積して形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the second step is performed. In this step, the second insulating film 32 that covers the upper portion of the gate electrode 21 exposed on the first insulating film 31 is formed. The second insulating film 32 is formed, for example, by plasma chemical vapor deposition (hereinafter, chemical vapor deposition is referred to as CVD.
It is formed by depositing a silicon nitride film to a thickness of 0.2 μm by the chemical vapor deposition method.

【0022】続いて図3の(4)に示す第3工程を行
う。この工程では、上記第2絶縁膜32上にレジストを
塗布してレジスト膜41を形成した後、露光、現像、ベ
ーキング等を行うことによって、ソース・ドレイン電極
が形成される領域のレジスト膜41に第1開口部42,
43を開口してレジストパターン44を形成する。
Subsequently, a third step shown in FIG. 3D is performed. In this step, a resist is applied on the second insulating film 32 to form a resist film 41, and then exposure, development, baking, etc. are performed to form a resist film 41 in the region where the source / drain electrodes are formed. The first opening 42,
43 is opened to form a resist pattern 44.

【0023】次いで図4の(1)に示す第4工程を行
う。この工程では、エッチングとして、例えば反応性イ
オンエッチングによって、上記第1開口部42,43か
ら上記第2絶縁膜32をエッチングして、この第2絶縁
膜32に第2開口部(図1の開口部33,34に相当)
35,36を形成する。
Then, a fourth step shown in FIG. 4A is performed. In this step, the second insulating film 32 is etched from the first opening portions 42 and 43 by etching, for example, reactive ion etching, and the second opening portion (opening in FIG. 1) is formed in the second insulating film 32. (Corresponding to parts 33 and 34)
35 and 36 are formed.

【0024】そして図4の(2)に示す第5工程を行
う。この工程では、有機アルカリ溶剤〔例えばテトラメ
チルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)〕によっ
て、上記第2開口部35,36から第2絶縁膜32下の
上記第1絶縁膜31をエッチングして上記ゲート電極2
1側に後退させる。このとき、ゲート電極21とは反対
側にも第1絶縁膜31のエッチングは進行する。さらに
酸素プラズマ中でのアッシングによって、上記ゲート電
極21の側部が完全に露出するまで第1絶縁膜31を除
去する。このアッシングでは、レジストパターン44の
第1開口部42,43の開口径が大きくなる方向にアッ
シングされるのでその開口径が大きくなる。ここで、先
に有機アルカリ溶剤によって第1絶縁膜31をエッチン
グしているので、ゲート電極21上のレジストパターン
44は残る。
Then, the fifth step shown in FIG. 4B is performed. In this step, the first insulating film 31 under the second insulating film 32 is etched through the second openings 35 and 36 with an organic alkaline solvent [eg, tetramethylammonium hydroxide (TMAH)], and the gate electrode 2 is removed.
Retreat to side 1. At this time, the etching of the first insulating film 31 also proceeds on the side opposite to the gate electrode 21. Further, the first insulating film 31 is removed by ashing in oxygen plasma until the side portion of the gate electrode 21 is completely exposed. In this ashing, since the ashing is performed in the direction in which the opening diameters of the first opening portions 42 and 43 of the resist pattern 44 increase, the opening diameter increases. Here, since the first insulating film 31 is previously etched by the organic alkaline solvent, the resist pattern 44 on the gate electrode 21 remains.

【0025】その後図4の(3)に示す第6工程を行
う。この工程では、蒸着法によって、上記レジストパタ
ーン44の第1開口部42,43をほぼ埋め込む状態に
かつ第2開口部35,36を埋め込む状態に電極用金属
45を堆積する。その後、有機溶剤(例えばアセトン)
中でのリフトオフ法によって、上記レジストパターン4
4を除去するとともにレジストパターン44上に堆積し
ている電極用金属45を除去する。その結果、図4の
(4)に示すように、残した電極用金属(45)でソー
ス・ドレイン電極25,26を形成する。
Thereafter, the sixth step shown in FIG. 4C is performed. In this step, the electrode metal 45 is deposited by the vapor deposition method so that the first openings 42 and 43 of the resist pattern 44 are substantially filled and the second openings 35 and 36 are filled. Then an organic solvent (eg acetone)
By the lift-off method in
4 is removed, and the electrode metal 45 deposited on the resist pattern 44 is removed. As a result, as shown in (4) of FIG. 4, the source / drain electrodes 25 and 26 are formed from the remaining electrode metal (45).

【0026】上記説明では、第1絶縁膜31としてポリ
イミド、第2絶縁膜32として窒化シリコンを用いた
が、第2絶縁膜32をマスクとして第1絶縁膜31をエ
ッチングすることが可能なものであれば、第1,第2絶
縁膜31,32の膜種は上記に限定されない。例えば、
第1絶縁膜31に窒化シリコン、第2絶縁膜32に酸化
シリコンを用いることも可能である。この場合には、六
フッ化イオウ(SF6 )をエッチングガスに用いて、第
2絶縁膜32に第2開口部33,34を形成し、さらに
第1絶縁膜31をエッチングすれば、上記と同様のプロ
セスが可能となる。
Although polyimide is used as the first insulating film 31 and silicon nitride is used as the second insulating film 32 in the above description, it is possible to etch the first insulating film 31 using the second insulating film 32 as a mask. If so, the film types of the first and second insulating films 31 and 32 are not limited to the above. For example,
It is also possible to use silicon nitride for the first insulating film 31 and silicon oxide for the second insulating film 32. In this case, sulfur hexafluoride (SF 6 ) is used as an etching gas to form the second openings 33 and 34 in the second insulating film 32, and the first insulating film 31 is further etched, A similar process is possible.

【0027】また、ポリイミドからなる第1絶縁膜31
の後退を有機アルカリ溶剤によるエッチングと酸素プラ
ズマ中でのアッシングとの2回のプロセスで行っている
が、例えば有機アルカリ溶剤によるエッチングのみで行
うことも可能である。ただし、このプロセスでは、別
途、レジストパターン44の第1開口部42,43を大
きくするアッシングが必要になる。なお、レジストパタ
ーン44は、アッシングした際にも厚さ方向に十分に残
るような厚さに形成される。
The first insulating film 31 made of polyimide
Is performed by two processes of etching with an organic alkali solvent and ashing in oxygen plasma. However, it is also possible to perform the etching with only an organic alkali solvent. However, this process requires separate ashing for enlarging the first openings 42, 43 of the resist pattern 44. The resist pattern 44 is formed to have a thickness sufficient to remain in the thickness direction even after ashing.

【0028】上記第1実施例によれば、半導体基板11
に形成したチャネル領域12上にいわゆるマッシュルー
ム形の断面略T字形状のゲート電極21を有し、このゲ
ート電極21と一定間隔を置いてソース・ドレイン電極
(ソース電極)25とソース・ドレイン電極(ドレイン
電極)26が形成される。しかも、ゲート電極21とソ
ース・ドレイン電極25,26との間が、半導体基板1
1と第2絶縁膜32とゲート電極21と各ソース・ドレ
イン電極25,26とで閉塞された閉塞空間27とな
る。そしてこの閉塞空間は、真空蒸着雰囲気とほぼ同等
の圧力雰囲気になるので、10μPaまたはそれ以下の
圧力になり、ほぼ真空状態になる。当然のことながら、
真空蒸着雰囲気がもっと低圧であれば、閉塞空間27の
状態もさらに高真空になる。このような構造の電界効果
トランジスタが得られることから、張り出し部22とチ
ャネル領域12との間の誘電率を低減することが可能に
なり、寄生容量の発生を抑制することができる。
According to the first embodiment described above, the semiconductor substrate 11
A so-called mushroom-shaped gate electrode 21 having a substantially T-shaped cross section is provided on the channel region 12 formed in the above. The source / drain electrode (source electrode) 25 and the source / drain electrode ( A drain electrode) 26 is formed. Moreover, the space between the gate electrode 21 and the source / drain electrodes 25 and 26 is the semiconductor substrate 1
The closed space 27 is closed by the first and second insulating films 32, the gate electrode 21, and the source / drain electrodes 25 and 26. Since this closed space has a pressure atmosphere almost equal to the vacuum deposition atmosphere, the pressure is 10 μPa or less, and the space is almost in a vacuum state. As a matter of course,
If the vacuum deposition atmosphere has a lower pressure, the state of the closed space 27 also has a higher vacuum. Since the field effect transistor having such a structure is obtained, the dielectric constant between the overhanging portion 22 and the channel region 12 can be reduced, and the generation of parasitic capacitance can be suppressed.

【0029】ここで、対向する電極間の静電容量を検討
する。対向する電極間の静電容量は(1)式のように表
される。
Here, the capacitance between the opposing electrodes will be examined. The capacitance between the electrodes facing each other is expressed by the equation (1).

【0030】[0030]

【数1】C=εS/d ・・・(1) (式中、Cは静電容量、εは誘電率、Sは電極の面積、
dは電極間距離を表す。)
## EQU1 ## C = ε S / d (1) (where C is capacitance, ε is dielectric constant, S is electrode area,
d represents the distance between the electrodes. )

【0031】ここで真空の誘電率をε0 とすると、通
常、層間絶縁膜として用いられる材料である窒化シリコ
ン膜のの誘電率はεSiN =7.5ε0 となり、酸化シリ
コン膜の誘電率εSiO2=3.9ε0 となる。したがっ
て、ゲート電極21とチャネル領域12との間をほぼ真
空に近い雰囲気(誘電率が1に近い状態)とすること
で、寄生容量を大幅に低減する2とができ、良好な高周
波特性が得られる。
Assuming that the vacuum permittivity is ε 0 , the permittivity of a silicon nitride film, which is a material usually used as an interlayer insulating film, is ε SiN = 7.5 ε 0 , and the permittivity ε of a silicon oxide film is ε 0 . SiO2 = 3.9ε 0 . Therefore, by setting the atmosphere between the gate electrode 21 and the channel region 12 in a nearly vacuum atmosphere (state in which the dielectric constant is close to 1), it is possible to significantly reduce the parasitic capacitance 2 and obtain good high frequency characteristics. To be

【0032】次に第2実施例を図5の製造工程図によっ
て説明する。図では、上記製造方法の第1実施例で説明
したのと同様の構成部品には同一の符号を付す。
Next, a second embodiment will be described with reference to the manufacturing process chart of FIG. In the figure, the same components as those described in the first embodiment of the manufacturing method are designated by the same reference numerals.

【0033】この第2実施例は、上記第1実施例におけ
るリフトオフ法の代わりにドライエッチングによってソ
ース・ドレイン電極25,26を形成する方法である。
すなわち、上記第1実施例の図4(1)までは上記説明
と同様である。
The second embodiment is a method of forming the source / drain electrodes 25 and 26 by dry etching instead of the lift-off method in the first embodiment.
That is, up to FIG. 4A of the first embodiment is the same as the above description.

【0034】その後図5の(1)に示すように、第2絶
縁膜32に第2開口部35,36を形成した後、第5工
程として、レジストパターン44(2点鎖線で示す部
分)を有機溶剤(例えばアセトン)中で除去する。
After that, as shown in FIG. 5A, after forming the second openings 35 and 36 in the second insulating film 32, as a fifth step, a resist pattern 44 (portion indicated by a chain double-dashed line) is formed. Remove in organic solvent (eg acetone).

【0035】次いで図5の(2)に示すように、酸素プ
ラズマ中でのアッシングによって第2絶縁膜32下の第
1絶縁膜31を少なくともゲート電極21側に後退さ
せ、ゲート電極21の側部が完全に露出した状態で停止
する。このアッシングでは、ゲート電極21とは反対方
向にも第1絶縁膜31はエッチングされる。
Next, as shown in FIG. 5B, the first insulating film 31 under the second insulating film 32 is made to recede at least to the gate electrode 21 side by ashing in oxygen plasma, and the side portion of the gate electrode 21 is removed. Stops when it is completely exposed. In this ashing, the first insulating film 31 is also etched in the direction opposite to the gate electrode 21.

【0036】次いで図5の(3)に示す第6工程を行
う、この工程では、蒸着法によって、全面にソース・ド
レイン電極を形成するための電極用金属45を0.8μ
m程度の厚さに堆積する。このとき、電極用金属45は
ソース・ドレイン領域23,24に接続(オーミック接
続)するように堆積される。
Next, a sixth step shown in FIG. 5C is performed. In this step, 0.8 μm of electrode metal 45 for forming source / drain electrodes is formed on the entire surface by vapor deposition.
Deposit to a thickness of about m. At this time, the electrode metal 45 is deposited so as to be connected (ohmic connection) to the source / drain regions 23 and 24.

【0037】その後図5の(4)に示すように、レジス
ト塗布、露光、現像、ベーキング等の処理を行う通常の
リソグラフィー技術によって、上記堆積した電極用金属
45上にレジストパターン46を形成する。続いてこの
レジストパターン46をマスクにしたエッチング(例え
ばドライエッチング)によって、堆積した電極用金属4
5の2点鎖線で示す部分を除去して、ソース・ドレイン
領域23,24に接続するソース・ドレイン電極25,
26を形成する。
Thereafter, as shown in (4) of FIG. 5, a resist pattern 46 is formed on the deposited electrode metal 45 by an ordinary lithography technique in which resist coating, exposure, development and baking are performed. Subsequently, the deposited electrode metal 4 is formed by etching (for example, dry etching) using the resist pattern 46 as a mask.
The portion indicated by the two-dot chain line of 5 is removed, and the source / drain electrodes 25 connected to the source / drain regions 23, 24
26 is formed.

【0038】図示はしないが、その後、有機溶剤(例え
ばアセトン)によって上記レジストパターン46を除去
する。このようにして、第1実施例と同様の構造を得る
ことができる。
Although not shown, the resist pattern 46 is then removed with an organic solvent (eg acetone). In this way, a structure similar to that of the first embodiment can be obtained.

【0039】以上のように、第2実施例によっても、第
1実施例と同様の構造が得られるので、第1実施例で説
明したのと同様の効果が得られる。また、第2実施例の
製造方法では、レジストパターン44を除去した後、第
1絶縁膜31を後退させるためのアッシングを行うの
で、余裕をもったアッシング時間の設定が可能になる。
そのため、工程の安定化が図れる。
As described above, also in the second embodiment, the same structure as that of the first embodiment can be obtained, so that the same effect as that described in the first embodiment can be obtained. Further, in the manufacturing method of the second embodiment, after removing the resist pattern 44, ashing for retracting the first insulating film 31 is performed, so that it is possible to set the ashing time with a margin.
Therefore, the process can be stabilized.

【0040】上記第1,第2実施例で説明した製造方法
は、断面略T字形状のゲート電極21を有する全ての電
界効果トランジスタに適用することが可能である。
The manufacturing method described in the first and second embodiments can be applied to all field effect transistors having the gate electrode 21 having a substantially T-shaped cross section.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置によれば、半導体基板に形成したチャネル領域と、上
部両側に張り出し部を設けた断面略T字形状のゲート電
極を有する電界効果トランジスタのゲート電極の張り出
し部との間に閉塞空間を備えたので、その間の誘電率を
低減して寄生容量を小さくすることができる。したがっ
て、半導体装置の高周波特性の向上が図れる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, a field effect transistor having a channel region formed in a semiconductor substrate and a gate electrode having a substantially T-shaped cross section with protrusions on both upper sides. Since the closed space is provided between the gate electrode and the projecting portion of the gate electrode, it is possible to reduce the dielectric constant therebetween and reduce the parasitic capacitance. Therefore, the high frequency characteristics of the semiconductor device can be improved.

【0042】本発明の製造方法によれば、半導体基板の
チャネル領域上に形成した上部に庇状部を形成した断面
略T字形状のゲート電極上部を露出させる状態に第1絶
縁膜を形成してから第2絶縁膜を形成し、その第2絶縁
膜に第2開口部を形成した後、第2開口部から第1絶縁
膜をゲート電極まで除去するので、チャネル領域と張り
出し部との間に空間が形成される。さらに蒸着法によっ
て電極用金属を堆積して第2開口部を塞いだ後、ソース
・ドレイン電極を形成することから、第2開口部をソー
ス・ドレイン電極によって塞ぐことができる。このた
め、上記空間は、チャネル領域、ソース・ドレイン電
極、第2絶縁膜、ゲート電極とによって閉塞された状態
に形成できる。
According to the manufacturing method of the present invention, the first insulating film is formed in such a manner that the upper portion of the gate electrode having the eaves-like portion formed on the channel region of the semiconductor substrate and having a substantially T-shaped cross section is exposed. Then, the second insulating film is formed, the second opening is formed in the second insulating film, and then the first insulating film is removed from the second opening to the gate electrode. A space is formed in. Furthermore, since the source / drain electrodes are formed after the electrode metal is deposited by the vapor deposition method to close the second opening, the second opening can be closed by the source / drain electrode. Therefore, the space can be formed in a closed state by the channel region, the source / drain electrodes, the second insulating film, and the gate electrode.

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

【図1】本発明に係わる半導体装置の実施例の概略構成
断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】ゲート電極の製造工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a gate electrode.

【図3】本発明の第1実施例の製造工程図(その1)で
ある。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram (1) of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例の製造工程図(その2)で
ある。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram (2) of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施例の製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process drawing of the second embodiment of the present invention.

【図6】課題の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a problem.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体装置 11 半導体基板 12 チャネル領域 21 ゲート電極 22 張り出し部 23 ソース・ドレイン領域 24 ソース・ドレイン領域 25 ソース・ドレイン電極 26 ソース・ドレイン電極 27 閉塞空間 1 Semiconductor Device 11 Semiconductor Substrate 12 Channel Region 21 Gate Electrode 22 Overhang 23 Source / Drain Region 24 Source / Drain Region 25 Source / Drain Electrode 26 Source / Drain Electrode 27 Closed Space

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板に形成したチャネル領域上に
設けられかつ上部両側に張り出し部を設けた断面略T字
形状のゲート電極と、 前記ゲート電極の両側における半導体基板に形成された
ソース・ドレイン領域と、 前記ソース・ドレイン領域に接続したソース・ドレイン
電極とを備えた半導体装置において、 少なくとも、前記半導体基板と前記ゲート電極の張り出
し部との間に閉塞空間を備えたことを特徴とする半導体
装置。
1. A gate electrode having a substantially T-shaped cross section, which is provided on a channel region formed on a semiconductor substrate and has protrusions on both sides of an upper portion, and source / drain formed on the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode. A semiconductor device comprising a region and a source / drain electrode connected to the source / drain region, characterized in that a closed space is provided at least between the semiconductor substrate and the protruding portion of the gate electrode. apparatus.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記閉塞空間はほぼ真空状態であることを特徴とする半
導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the closed space is in a substantially vacuum state.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の半導体装
置において、 前記閉塞空間は、前記半導体基板と前記ゲート電極と該
ゲート電極を覆う状態に形成した絶縁膜と該絶縁膜表面
から該半導体基板の前記ソース・ドレイン領域に達する
前記ソース・ドレイン電極とで形成されていることを特
徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the closed space includes the semiconductor substrate, the gate electrode, an insulating film formed so as to cover the gate electrode, and the semiconductor film from the surface of the insulating film. A semiconductor device, comprising: the source / drain electrodes reaching the source / drain regions of a substrate.
【請求項4】 半導体基板に形成したチャネル領域上
に、上部両側に張り出し部を有しかつ断面略T字形状の
ゲート電極を形成した後、該ゲート電極を覆う状態で該
半導体基板上に第1絶縁膜を成膜し、続いて該第1絶縁
膜をエッチバックして該ゲート電極の上部を露出させる
第1工程と、 前記第1絶縁膜上に前記露出したゲート電極上部を覆う
第2絶縁膜を成膜する第2工程と、 前記第2絶縁膜上にレジスト膜を形成した後、ソース・
ドレイン電極が形成される領域の該レジスト膜に第1開
口部を開口してレジストパターンを形成する第3工程
と、 前記第1開口部から前記第2絶縁膜をエッチングして該
第2絶縁膜に第2開口部を形成する第4工程と、 前記第2開口部から前記ゲート電極までの前記第1絶縁
膜を除去する第5工程と、 電極用金属を堆積して前記第2開口部を塞いだ後、前記
レジストパターンを除去するとともに前記レジストパタ
ーン上の電極用金属を除去することで残した電極用金属
でソース・ドレイン電極を形成する第6工程とを備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. A gate electrode having protruding portions on both sides of an upper portion and having a substantially T-shaped cross section is formed on a channel region formed on the semiconductor substrate, and then a gate electrode is formed on the semiconductor substrate in a state of covering the gate electrode. A first step of forming a first insulating film and subsequently etching back the first insulating film to expose an upper portion of the gate electrode; and a second step of covering the exposed upper portion of the gate electrode on the first insulating film. A second step of forming an insulating film; a resist film formed on the second insulating film;
A third step of forming a resist pattern by forming a first opening in the resist film in a region where a drain electrode is formed; and etching the second insulating film from the first opening to form the second insulating film. A fourth step of forming a second opening in the first opening, a fifth step of removing the first insulating film from the second opening to the gate electrode, and a second metal opening for depositing the second opening. After closing, the sixth step of removing the resist pattern and forming a source / drain electrode with the electrode metal left by removing the electrode metal on the resist pattern. Device manufacturing method.
【請求項5】 半導体基板に形成したチャネル領域上
に、上部両側に張り出し部を有しかつ断面略T字形状の
ゲート電極を形成した後、該ゲート電極を覆う状態で該
半導体基板上に第1絶縁膜を成膜し、続いて該第1絶縁
膜をエッチバックして該ゲート電極の上部を露出させる
第1工程と、 前記第1絶縁膜上に前記露出したゲート電極上部を覆う
第2絶縁膜を成膜する第2工程と、 前記第2絶縁膜上にレジスト膜を形成した後、ソース・
ドレイン電極が形成される領域の該レジスト膜に第1開
口部を開口してレジストパターンを形成する第3工程
と、 前記第1開口部から前記第2絶縁膜をエッチングして該
第2絶縁膜に第2開口部を形成する第4工程と、 前記レジストパターンを除去した後、前記第2開口部か
ら前記ゲート電極までの前記第1絶縁膜を除去する第5
工程と、 蒸着法によって電極用金属を堆積して前記第2開口部を
塞いだ後、該堆積した電極用金属膜上にレジストパター
ンを形成し、続いてレジストパターンをマスクにしたエ
ッチングによって該堆積した電極用金属膜を除去してソ
ース・ドレイン電極を形成する第6工程とを備えたこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。
5. A gate electrode having protruding portions on both sides of an upper portion and having a substantially T-shaped cross section is formed on a channel region formed on the semiconductor substrate, and then, a gate electrode is formed on the semiconductor substrate in a state of covering the gate electrode. A first step of forming a first insulating film and subsequently etching back the first insulating film to expose an upper portion of the gate electrode; and a second step of covering the exposed upper portion of the gate electrode on the first insulating film. A second step of forming an insulating film; a resist film formed on the second insulating film;
A third step of forming a resist pattern by opening a first opening in the resist film in a region where a drain electrode is formed; and etching the second insulating film from the first opening to form the second insulating film. A fourth step of forming a second opening in the first step, and a fifth step of removing the first insulating film from the second opening to the gate electrode after removing the resist pattern
And a step of depositing a metal for an electrode by a vapor deposition method to block the second opening, forming a resist pattern on the deposited metal film for an electrode, and then performing etching using the resist pattern as a mask. And a sixth step of forming the source / drain electrodes by removing the metal film for electrodes described above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437360B1 (en) * 1998-03-25 2002-08-20 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Vacuum field transistor

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