JPH10209435A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device and its manufacturing method

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JPH10209435A
JPH10209435A JP709297A JP709297A JPH10209435A JP H10209435 A JPH10209435 A JP H10209435A JP 709297 A JP709297 A JP 709297A JP 709297 A JP709297 A JP 709297A JP H10209435 A JPH10209435 A JP H10209435A
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JP
Japan
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gate electrode
layer
opening
sio
side etching
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JP709297A
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Japanese (ja)
Inventor
Michihisa Kono
通久 河野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH10209435A publication Critical patent/JPH10209435A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a gate electrode from peeling off due to stress for improved mechanical strength, by forming a side etching part at an opening part comprising a multi-layer structure of SiO2 and SiN layer, for incorporation of the gate electrode. SOLUTION: With a wet processing with buffered hydrofluoric acid, only an SiO2 layer 7 is selectively etched in horizontal direction to form a side etching part 14. Then by a CVD method wherein particle's sticking factor is very small wile excellent in creeping characteristics, a film-formation for a gate electrode is performed, so that Wsi and W may infiltrate inside the side etching part 14, thereby filling up an opening part. Further, a gate electrode 10 is shaped by reactive dry etching. With this method, the gate electrode 10 infiltrates in the side etching part 14, so peeling-off caused by stress is prevented, thus degradation in element characteristics is avoided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、特に、GaAsやAlGaAs等の化
合物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device using a compound semiconductor such as GaAs or AlGaAs and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、GaAsを用いたMESFET
(金属一半導体電界効果トランジスタ)やAlGaAs
等を用いたHJFET(異種接合電界効果トランジス
タ)においては、素子特性の高信頼性を得るために、W
Si等の耐熱性金属をゲート材料に用いる場合が多い。
耐熱性WSiゲートを用いることにより、500℃程度
以上の比較的高い温度に対しても良好なショットキー特
性を維持することができる。このためゲート形成後にソ
ース及びドレインのオーミック電極を形成することがで
きるのでプロセスの幅を広げることができ、また長時間
にわたり高出力動作をさせても電流値の劣化等の問題が
発生しない等の利点がある。
2. Description of the Related Art Generally, a MESFET using GaAs is used.
(Metal-semiconductor field effect transistor) or AlGaAs
HJFET (heterojunction field effect transistor) using the same or the like, in order to obtain high reliability of the device characteristics,
In many cases, a heat-resistant metal such as Si is used as a gate material.
By using a heat-resistant WSi gate, good Schottky characteristics can be maintained even at a relatively high temperature of about 500 ° C. or higher. For this reason, the ohmic electrodes of the source and drain can be formed after the gate is formed, so that the process width can be expanded, and even if the high output operation is performed for a long time, the problem such as deterioration of the current value does not occur. There are advantages.

【0003】一方、WSiは比較的抵抗の高い物質(比
抵抗値=100〜200μΩ・cm)であるため、ゲー
ト電極を低抵抗化し素子特性の向上を図るためには、W
Siの上に他の低抵抗金属を成膜して多層構造とする方
法が用いられている。上記金属材料としては従来、2〜
10μΩ・cm程度の比較的小さい比抵抗値を有するA
uやPt等の貴金属が用いられることが多かった。
On the other hand, since WSi is a material having a relatively high resistance (specific resistance value: 100 to 200 μΩ · cm), WSi is required to reduce the resistance of the gate electrode and improve the device characteristics.
A method of forming another low-resistance metal on Si to form a multilayer structure is used. Conventionally, as the above metal material,
A having a relatively small specific resistance of about 10 μΩ · cm
Precious metals such as u and Pt have often been used.

【0004】一方、近年の素子微細化・高性能化に伴い
ゲート形成方法は従来のリフトオフ法からドライエッチ
加工法が主流となってきているが、AuやPt等をドラ
イ加工するためにはイオンミリング法を用いてイオンの
衝突エネルギーで物理的に加工する必要があり、その結
果、AuやPtの切り屑が発生しやすい。これらの切り
屑は配線間の短絡やトランジスタ動作不良等の原因とな
って素子歩留りを低下させるため、極力その発生を回避
するべきである。
On the other hand, with the recent miniaturization and high performance of elements, the dry etching process has become the mainstream from the conventional lift-off method as a gate forming method. However, in order to dry Au, Pt or the like, ion etching is required. It is necessary to perform physical processing using the collision energy of ions using a milling method, and as a result, chips such as Au and Pt are likely to be generated. These chips cause a short circuit between wirings, a malfunction of the transistor, and the like, thereby lowering the element yield. Therefore, the generation of the chips should be avoided as much as possible.

【0005】そこで、AuやPtの代わりに、化学的な
効果によるドライエッチング加工が可能でかつWSiと
の密着性の優れたWが、上記金属材料として用いられる
ようになってきている。このようなゲート構成を用いた
半導体装置の製造方法は、例えば、本出願人が出願した
特願平6-222585号に開示されている。この従来
例の製造工程を図15乃至図20に示す。
[0005] Therefore, instead of Au or Pt, W, which can be dry-etched by a chemical effect and has excellent adhesion to WSi, has been used as the metal material. A method for manufacturing a semiconductor device using such a gate configuration is disclosed, for example, in Japanese Patent Application No. 6-222585 filed by the present applicant. The manufacturing process of this conventional example is shown in FIGS.

【0006】まず、図15に示すように、半絶縁性Ga
As基板41上にアンドープの高純度GaAsバッファ
ー層42、Siドープのn型AlGsAs電子供給層4
3、Siドープのn型GaAsコンタクト層44を順に
周知の分子線エピタキシ(MBE)法を用いてエピタキ
シャル結晶成長する。図15中、45は2次元電子ガス
である。
[0006] First, as shown in FIG.
An undoped high-purity GaAs buffer layer 42 and an Si-doped n-type AlGsAs electron supply layer 4 on an As substrate 41
3. The Si-doped n-type GaAs contact layer 44 is epitaxially grown in sequence using the well-known molecular beam epitaxy (MBE) method. In FIG. 15, reference numeral 45 denotes a two-dimensional electron gas.

【0007】次いで、図16に示すように、SiO2
らなるゲート絶縁膜46をn型GaAsコンタクト層4
4上に被覆する。
Next, as shown in FIG. 16, a gate insulating film 46 made of SiO 2 is formed on the n-type GaAs contact layer 4.
4 on top.

【0008】次いで、図17に示すように、BCl3
SF6のガスを用いて、電子サイクロトロン共鳴(EC
R)プラズマエッチングによりGaAs/AlGaAs
選択ドライエッチングを行ない、低抵抗GaAs層を選
択的に除去して開口部47を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, BCl 3 /
Electron cyclotron resonance (EC) using SF 6 gas
R) GaAs / AlGaAs by plasma etching
An opening 47 is formed by performing selective dry etching to selectively remove the low-resistance GaAs layer.

【0009】次いで、図18に示すように、開口部47
の側壁にSiO2を成長し、CF4ガスを用いたRIE法
で異方性エッチングを行い、側壁膜48を形成する。
Next, as shown in FIG.
SiO 2 is grown on the side wall of the substrate and anisotropically etched by RIE using CF 4 gas to form a side wall film 48.

【0010】次いで、図19に示すように、側壁膜48
の内面にゲート電極49となるWF6及び低抵抗化のた
めのWを成膜する。
[0010] Next, as shown in FIG.
WF 6 to be the gate electrode 49 and W for lowering the resistance are formed on the inner surface of the substrate.

【0011】次いで、図20に示すように、フォトリソ
グラフ法によりソース電極50およびドレイン電極51
のパターニングを行ない、リフトオフ法及び約400℃
の熱処理で、AuGeNiとn型GaAsコンタクト層
44を合金化させ、低抵抗のオーム性接合の形成を行な
ってソース電極50およびドレイン電極51を形成す
る。このようにして図20に示す電界効果トランジスタ
が製造される。
Next, as shown in FIG. 20, a source electrode 50 and a drain electrode 51 are formed by photolithography.
Patterning, lift-off method and about 400 ° C
AuGeNi is alloyed with the n-type GaAs contact layer 44 by heat treatment to form a low-resistance ohmic junction to form the source electrode 50 and the drain electrode 51. Thus, the field effect transistor shown in FIG. 20 is manufactured.

【0012】また、特開昭61ー120476号公報で
は、図21に示すように、ソース電極60とドレイン電
極61との間にゲート電極62が設けられ、ゲート電極
62は、半絶縁性GaAs基板63上のドレイン用イオ
ン注入層64に形成された絶縁膜65、66の開口部6
7に埋め込まれている。絶縁膜65、66の開口部67
の側壁には溝68が形成され、ゲート電極62の一部
は、その溝68に入り込んでいる。
In JP-A-61-120476, as shown in FIG. 21, a gate electrode 62 is provided between a source electrode 60 and a drain electrode 61, and the gate electrode 62 is formed of a semi-insulating GaAs substrate. Openings 6 of insulating films 65 and 66 formed in drain ion implantation layer 64 on
7 embedded. Opening 67 of insulating films 65 and 66
A groove 68 is formed in the side wall of the gate electrode 62, and a part of the gate electrode 62 enters the groove 68.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】特願平6-22258
5号に開示されている従来例では、Wが通常比較的大き
い圧縮応力(約1×1010dyn/cm2)を有するの
で、ゲート抵抗を低くするために膜厚を厚くすると、ゲ
ート電極の端部が半導体から剥がれて素子の特性を劣化
させる場合がある。
[Problems to be Solved by the Invention] Japanese Patent Application No. 6-22258
In the conventional example disclosed in No. 5, W usually has a relatively large compressive stress (about 1 × 10 10 dyn / cm 2 ). Therefore, when the film thickness is increased to reduce the gate resistance, the thickness of the gate electrode is reduced. In some cases, the end portions are peeled off from the semiconductor to deteriorate the characteristics of the device.

【0014】また、特開昭61ー120476号公報に
開示されている従来例では、絶縁膜の開口部の側壁に形
成された溝にゲート電極の一部が入り込んでいるので、
応力に対して機械的強度の大きいゲート電極を形成でき
るが、溝を所望の形状に形成することは困難である。従
って、この従来例の構造をもってゲート電極の応力によ
る剥がれを再現性良く防止することは困難である。
In the conventional example disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-120476, a part of the gate electrode enters a groove formed on the side wall of the opening of the insulating film.
Although a gate electrode having high mechanical strength against stress can be formed, it is difficult to form a groove in a desired shape. Therefore, it is difficult to prevent peeling due to the stress of the gate electrode with good reproducibility using the structure of the conventional example.

【0015】本発明は、ゲート電極の開口部に再現性の
良好なサイドエッチング部を形成でき、かつ機械的強度
の高いゲート電極を得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する。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a side-etched portion having good reproducibility in an opening of a gate electrode and obtaining a gate electrode having high mechanical strength, and a method of manufacturing the same. And

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ゲート電極を埋め込む開口部を有する半導体装置におい
て、開口部はSiO2層とSiN層の多層構造から成
り、かつSiO2層が略水平方向に選択的にエッチング
されて形成されたサイドエッチング部を有し、そのサイ
ドエッチング部にゲート電極が入り込んでいることを特
徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
In a semiconductor device having an opening for burying a gate electrode, the opening has a multilayer structure of a SiO 2 layer and a SiN layer, and has a side etching portion formed by selectively etching the SiO 2 layer in a substantially horizontal direction. In addition, the gate electrode enters the side-etched portion.

【0017】本発明によれば、ゲート電極を埋め込む開
口部にサイドエッチング部を形成し、そのサイドエッチ
ング部にCVD法等の埋め込み性のよい成膜方法でゲー
ト電極が入り込んでいるので、ゲート電極の応力による
剥がれを防止することができる。
According to the present invention, a side-etched portion is formed in an opening for burying a gate electrode, and the gate electrode enters the side-etched portion by a film forming method having a good burying property such as a CVD method. Can be prevented from being peeled off due to the stress.

【0018】また、開口部がSiO2層とSiN層の多
層構造から成り、その開口部のサイドエッチング部は、
SiO2層を略水平方向に選択的にエッチングして形成
されるので、再現性の良好なサイドエッチング部を形成
できる。
The opening has a multilayer structure of a SiO 2 layer and a SiN layer, and the side etching portion of the opening has
Since the SiO 2 layer is formed by selectively etching in a substantially horizontal direction, a side-etched portion with good reproducibility can be formed.

【0019】開口部は、SiO2層がSiN層の間に配
置されるように形成され、サイドエッチング部は、開口
部の底面から所定距離離れた位置に形成されてもよい。
この場合には、ゲート部にサイドエッチング部を設ける
ことによりゲート長が増大することがないので、特に短
いゲート長を必要とする電界効果トランジスタの製造に
有効である。
The opening may be formed such that the SiO 2 layer is disposed between the SiN layers, and the side-etched portion may be formed at a predetermined distance from the bottom surface of the opening.
In this case, since the gate length does not increase by providing the side etching portion in the gate portion, it is particularly effective for manufacturing a field effect transistor requiring a short gate length.

【0020】本発明の半導体装置の製造方法は、ゲート
電極を埋め込む開口部を有する半導体装置の製造方法に
おいて、(1)開口部をSiO2層とSiN層の多層構
造により形成する工程と、(2)SiO2層を略水平方
向に選択的にエッチングしてサイドエッチング部を形成
する工程と、(3)ゲート電極をサイドエッチング部に
入り込むように成膜する工程と、を有することを特徴と
するものである。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device having an opening for burying a gate electrode, (1) forming an opening with a multilayer structure of a SiO 2 layer and a SiN layer; 2) a step of selectively etching the SiO 2 layer in a substantially horizontal direction to form a side-etched portion, and (3) a step of forming a gate electrode so as to enter the side-etched portion. Is what you do.

【0021】サイドエッチング部をウェットエッチング
処理により形成してもよく、ドライエッチング処理によ
り形成してもよい。
The side etching portion may be formed by a wet etching process or a dry etching process.

【0022】また、SiO2層がSiN層の間に配置さ
れるように開口部を形成し、サイドエッチング部を開口
部の底面から所定距離離れた位置に形成してもよい。
Further, an opening may be formed so that the SiO 2 layer is disposed between the SiN layers, and the side etching portion may be formed at a position separated from the bottom surface of the opening by a predetermined distance.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次いで、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。図1乃至図7を用
いて本発明の第1の形態の製造工程を順に説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The manufacturing steps of the first embodiment of the present invention will be described in order with reference to FIGS.

【0024】まず、図1に示すように、半絶縁性GaA
s基板1上に厚さ600nmのアンドープの高純度Ga
Asバッファー層2、厚さ40nmでSiドープ(Nd
=2×1018cm-3)のn型AlGsAs電子供給層
3、厚さ80nmでSiドープ(Nd=3.5×1018
cm)のn型GaAsコンタクト層4を順に周知の分子
線エピタキシ(MBE)法を用いてエピタキシャル結晶
成長する。n型AlGaAs電子供給層3のAl組成は
0.2とする。図1中、5は2次元電子ガスである。
First, as shown in FIG.
undoped high-purity Ga having a thickness of 600 nm
As buffer layer 2, 40 nm thick, Si doped (Nd
= 2 × 10 18 cm −3 ) n-type AlGsAs electron supply layer 3, 80 nm thick and Si-doped (Nd = 3.5 × 10 18)
cm) of the n-type GaAs contact layer 4 is epitaxially grown in sequence using the well-known molecular beam epitaxy (MBE) method. The Al composition of the n-type AlGaAs electron supply layer 3 is set to 0.2. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes a two-dimensional electron gas.

【0025】次いで、図2に示すように、フォトレジス
ト6をマスクとして電子サイクロトロン共鳴(ECR)
プラズマエッチングによりGaAs/AlGaAs選択
ドライエッチングを行ない低抵抗GaAs層4を選択的
に除去して開口部13を形成する。ガス種およびガス流
量は、BCl3(4SCCM)/SF6(1.5SCCM)であ
り、プラズマガス圧力は4mTorr、マイクロ波電力は1
00Wである。
Next, as shown in FIG. 2, electron cyclotron resonance (ECR) is performed using the photoresist 6 as a mask.
GaAs / AlGaAs selective dry etching is performed by plasma etching to selectively remove the low-resistance GaAs layer 4 to form an opening 13. The gas type and gas flow rate were BCl 3 (4 SCCM) / SF 6 (1.5 SCCM), the plasma gas pressure was 4 mTorr, and the microwave power was 1
00W.

【0026】次いで、図3に示すように、SiO2(2
酸化珪素)層7およびSiN(窒化珪素)層8をこの順
にCVD法により2層成膜する。SiO2層7とSiN
層8の膜厚はそれぞれ50nm(SiO2)および50
0nm(SiN)である。
[0026] Then, as shown in FIG. 3, SiO 2 (2
Two silicon oxide (Si) layers 7 and SiN (silicon nitride) layers 8 are formed in this order by a CVD method. SiO 2 layer 7 and SiN
The thickness of the layer 8 is 50 nm (SiO 2 ) and 50 nm, respectively.
0 nm (SiN).

【0027】次いで、図4に示すように、フォトレジス
ト9をマスクとして、SF6ガスプラズマを用いた平行
平板型リアクティブドライエッチングによりSiN/S
iO 2層膜を垂直加工する。SF6ガス流量は50SCCM・
ガス圧力は10mTorr、RFバイアス電力は50Wであ
る。また開口幅は約0.5μmである。
Next, as shown in FIG.
With the mask 9 as the mask6Parallel using gas plasma
SiN / S by flat reactive dry etching
iO TwoThe layer film is processed vertically. SF6Gas flow rate is 50 SCCM
Gas pressure is 10mTorr, RF bias power is 50W
You. The opening width is about 0.5 μm.

【0028】次いで、図5に示すように、バッファード
フッ酸(BHF)によるウェット処理を行なうことによ
り、SiO2層7のみが水平方向に選択的にエッチング
されてサイドエッチング部14が形成される。サイドエ
ッチング量はエッチング時間により決定され、100n
mとなるように調整される。この場合、サイドエッチン
グ部14の縦(膜厚)と横(サイドエッチ距離)の寸法
比は1:2である。
Next, as shown in FIG. 5, by performing a wet process with buffered hydrofluoric acid (BHF), only the SiO 2 layer 7 is selectively etched in the horizontal direction to form a side etching portion 14. . The amount of side etching is determined by the etching time, and 100 n
m. In this case, the dimension ratio between the vertical (film thickness) and the horizontal (side etch distance) of the side etching portion 14 is 1: 2.

【0029】次いで、フォトレジストマスクを有機洗浄
により除去した後に、ゲート電極成膜をCVD法により
行なう。まずWF6とSiH4ガスを用いて、基板温度3
50℃にてWSiを厚さ100nm成膜する。ガス流量
はそれぞれ10SCCM(WF6)および120SCCM(Si
4)、総ガス圧力は20Torrである。このあと続けて
基板温度400℃にてWF6とH2およびArガスの組み
合わせを用いてWを厚さ500nm成膜する。ガス流量
はそれぞれ20SCCM(WF6)、200SCCM(H2)、2
000SCCM(Ar)である。また、総ガス圧力は30To
rrである。CVD法は粒子の付着係数が極めて小さく回
り込み性に優れるため、サイドエッチング部14の内部
までWSiおよびWが入り込んでかつ開口部が完全に埋
められる。
Next, after removing the photoresist mask by organic washing, a gate electrode is formed by a CVD method. First, using WF 6 and SiH 4 gas, the substrate temperature 3
At 50 ° C., a WSi film is formed to a thickness of 100 nm. The gas flow rates were 10 SCCM (WF 6 ) and 120 SCCM (Si
H 4 ), the total gas pressure is 20 Torr. Subsequently, at a substrate temperature of 400 ° C., W is deposited to a thickness of 500 nm using a combination of WF 6 , H 2 and Ar gas. The gas flow rates were 20 SCCM (WF 6 ), 200 SCCM (H 2 ),
000 SCCM (Ar). The total gas pressure is 30 To
rr. Since the CVD method has an extremely small particle adhesion coefficient and excellent wraparound property, WSi and W enter the inside of the side etching portion 14 and the opening is completely filled.

【0030】次いで、図6に示すように、フォトレジス
トをマスクとしてリアクティブドライエッチングにより
ゲート電極10を整形する。ガス種および流量はSF6
(10SCCM)、プラズマ圧力は7mTorrである。
Next, as shown in FIG. 6, the gate electrode 10 is shaped by reactive dry etching using a photoresist as a mask. Gas type and flow rate are SF 6
(10 SCCM), the plasma pressure is 7 mTorr.

【0031】次いで、図7に示すように、フォトリソグ
ラフ法によりソース電極11およびドレイン電極12の
パターニングを行ない,AuGeNi膜を真空蒸着して
からリフトオフ法によりソース電極11およびドレイン
電極12を整形する。
Next, as shown in FIG. 7, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are patterned by a photolithographic method, an AuGeNi film is vacuum deposited, and the source electrode 11 and the drain electrode 12 are shaped by a lift-off method.

【0032】最後に約400℃のH2(水素)雰囲気中
でAuGeNiとn型GaAsコンタクト層4を合金化
させ、低抵抗のオーム性接合の形成を行なってソース電
極11およびドレイン電極12を形成する。以上のよう
にして図7に示す電界効果トランジスタが製造される。
Finally, AuGeNi and the n-type GaAs contact layer 4 are alloyed in an H 2 (hydrogen) atmosphere at about 400 ° C. to form a low-resistance ohmic junction to form a source electrode 11 and a drain electrode 12. I do. As described above, the field effect transistor shown in FIG. 7 is manufactured.

【0033】本発明によれば、ゲート電極10を埋め込
む開口部13にサイドエッチング部14を形成し、その
サイドエッチング部14にCVD法等の埋め込み性のよ
い成膜方法でゲート電極10が入り込んでいるので、ゲ
ート電極10の応力による剥がれを防止することができ
る。これにより素子特性の劣化を防止でき、高性能の電
界効果トランジスタが高歩留りでできるようになる。
According to the present invention, the side etching portion 14 is formed in the opening 13 in which the gate electrode 10 is buried, and the gate electrode 10 enters the side etching portion 14 by a film forming method having a good burying property such as a CVD method. Therefore, peeling of the gate electrode 10 due to stress can be prevented. As a result, deterioration of device characteristics can be prevented, and a high-performance field-effect transistor can be produced at a high yield.

【0034】また、開口部13がSiO2層7とSiN
層8の多層構造から成り、その開口部のサイドエッチン
グ部14は、SiO2層7を略水平方向に選択的にエッ
チングして形成されるので、再現性の良好なサイドエッ
チング部14を形成できる。
The opening 13 is formed by the SiO 2 layer 7 and the SiN
Since the side etching portion 14 of the opening is formed by selectively etching the SiO 2 layer 7 in a substantially horizontal direction, the side etching portion 14 with good reproducibility can be formed. .

【0035】次に、図8乃至図14を用いて、本発明の
第2の形態の製造工程を順に説明する。
Next, the manufacturing steps of the second embodiment of the present invention will be described in order with reference to FIGS.

【0036】まず、図8に示すように、半絶縁性GaA
s基板21上に厚さ600nmのアンドープの高純度G
aAsバッファー層22、厚さ40nmでSiドープ
(Nd=2×1018cm-3)のn型AlGaAs電子供
給層23、厚さ80nmでSiドープ(Nd=3.5×
1018cm-3)のn型GaAsコンタクト層24を順に
周知の分子線エピタキシ(MBE)法を用いてエピタキ
シャル結晶成長する。n型AlGaAs電子供給層23
のAl組成は0.2とする。図8中、25は2次元電子
ガスである。
First, as shown in FIG.
Undoped high-purity G having a thickness of 600 nm on the s substrate 21
aAs buffer layer 22, 40 nm thick Si-doped (Nd = 2 × 10 18 cm −3 ) n-type AlGaAs electron supply layer 23, 80 nm thick Si-doped (Nd = 3.5 ×
An n-type GaAs contact layer 24 of 10 18 cm -3 ) is epitaxially grown in sequence using a well-known molecular beam epitaxy (MBE) method. n-type AlGaAs electron supply layer 23
Has an Al composition of 0.2. In FIG. 8, reference numeral 25 denotes a two-dimensional electron gas.

【0037】次いで、図9に示すように、フォトレジス
ト26をマスクとして、GaAs/AlGaAs選択ド
ライエッチングを行ない低抵抗GaAs層を選択的に除
去して開口部27を形成する。ガス種およびガス流量
は、BCl3(4SCCM)/SF6(1.5SCCM)であり、
プラズマガス圧力は4mTorrである。
Next, as shown in FIG. 9, using the photoresist 26 as a mask, GaAs / AlGaAs selective dry etching is performed to selectively remove the low-resistance GaAs layer to form an opening 27. The gas type and gas flow rate were BCl 3 (4 SCCM) / SF 6 (1.5 SCCM),
The plasma gas pressure is 4 mTorr.

【0038】次いで、図10に示すように、SiN層2
8、SiO2層29およびSiN層30をこの順にCV
D法により3層成膜する。膜厚はそれぞれ、100nm
(SiN)/50nm(SiO2)/500nm(Si
N)である。
Next, as shown in FIG.
8, the SiO 2 layer 29 and the SiN layer 30
Three layers are formed by the method D. The film thickness is 100 nm each.
(SiN) / 50 nm (SiO 2 ) / 500 nm (Si
N).

【0039】次いで、図11に示すように、フォトレジ
スト31をマスクとして、SF6ガスプラズマを用いた
平行平板型ドライエッチングによりSiN/SiO2
層膜を垂直加工する。SF6ガス流量は50SCCM、ガス
圧力は10mTorr、RFバイアス電力は50Wである。
また開口幅は、0.8μmである。
Then, as shown in FIG. 11, using the photoresist 31 as a mask, SiN / SiO 2 2 is formed by parallel plate dry etching using SF 6 gas plasma.
The layer film is processed vertically. The SF 6 gas flow rate was 50 SCCM, the gas pressure was 10 mTorr, and the RF bias power was 50 W.
The opening width is 0.8 μm.

【0040】次いで、図12に示すように、CF4(4
フッ化炭素)およびCO(一酸化炭素)の混合ガスプラ
ズマによるリアクティブドライエッチングにより、Si
N層28、30の間に配置されたSiO2層29のみが
水平方向に選択的にエッチングされてサイドエッチング
部32が形成される。CF4とCOのガス流量はそれぞ
れ40SCCMおよび160SCCM、ガス圧力は50mTorr、
RFバイアス電力は500mWである。サイドエッチン
グ量はエッチング時間により決定され、150nmとな
るように調整される。この場合、サイドエッチング部3
2の縦(膜厚)と横(サイドエッチ距離)の寸法比は
1:3である。
Next, as shown in FIG. 12, CF 4 (4
By reactive dry etching using a mixed gas plasma of fluorocarbon and CO (carbon monoxide), Si
Only the SiO 2 layer 29 disposed between the N layers 28 and 30 is selectively etched in the horizontal direction to form a side etching portion 32. The gas flow rates of CF 4 and CO were 40 SCCM and 160 SCCM, respectively, the gas pressure was 50 mTorr,
The RF bias power is 500 mW. The amount of side etching is determined by the etching time, and is adjusted to be 150 nm. In this case, the side etching portion 3
The dimensional ratio between the length (film thickness) and the width (side etch distance) of No. 2 is 1: 3.

【0041】次いで、フォトレジスト31を有機洗浄に
より除去した後に、ゲート電極成膜をCVD法により行
なう。まずWF6(6フッ化タングステン)とSiH
4(シラン)ガスを用いて、基板温度350℃にてWS
iを厚さ100nm成膜する。ガス流量はそれぞれ10
SCCM(WF6)および120SCCM(SiH4)、総ガス圧
力は20Torrである。このあと続けて基板温度400℃
にてWF6とH2およびAr(アルゴン)ガスの組み合わ
せを用いてWを厚さ500nm成膜する。ガス流量はそ
れぞれ20SCCM(WF6)、200SCCM(H2)、200
0SCCM(Ar)である。また、総ガス流量は30Torrで
ある。
Next, after removing the photoresist 31 by organic washing, a gate electrode is formed by a CVD method. First, WF 6 (tungsten hexafluoride) and SiH
4 Using (silane) gas at a substrate temperature of 350 ° C, WS
i is deposited to a thickness of 100 nm. Gas flow rate is 10
SCCM (WF 6 ) and 120 SCCM (SiH 4 ), total gas pressure is 20 Torr. Subsequent substrate temperature is 400 ° C
A film of W is formed to a thickness of 500 nm using a combination of WF 6 , H 2 and Ar (argon) gas. The gas flow rates were 20 SCCM (WF 6 ), 200 SCCM (H 2 ),
0 SCCM (Ar). Further, the total gas flow rate is 30 Torr.

【0042】次いで、図13に示すように、フォトレジ
ストをマスクとしてリアクティブドライエッチングによ
りゲート電極33を整形する。ガス種および流量はSF
6(10SCCM)、プラズマ圧力は30mTorrである。
Next, as shown in FIG. 13, the gate electrode 33 is shaped by reactive dry etching using a photoresist as a mask. Gas type and flow rate are SF
6 (10 SCCM), the plasma pressure is 30 mTorr.

【0043】次いで、フォトリソグラフ法によりソース
電極34およびドレイン電極35のパターニングを行な
い、AuGeNi膜を真空蒸着してからリフトオフ法に
よりソース電極34およびドレイン電極35を整形す
る。
Next, the source electrode 34 and the drain electrode 35 are patterned by a photolithographic method, an AuGeNi film is vacuum-deposited, and the source electrode 34 and the drain electrode 35 are shaped by a lift-off method.

【0044】最後に約400℃のH2雰囲気中でAuG
eNiとn型GaAsコンタクト層24を合金化させ、
低抵抗のオーム性接合の形成を行なってソース電極34
およびドレイン電極35を形成する。以上のようにして
図14に示す電界効果トランジスタが製造される。
Finally, the AuG in an H 2 atmosphere at about 400 ° C.
eNi and the n-type GaAs contact layer 24 are alloyed,
By forming a low-resistance ohmic junction, the source electrode 34 is formed.
And a drain electrode 35 are formed. As described above, the field effect transistor shown in FIG. 14 is manufactured.

【0045】本発明の第2の実施の形態によれば、ゲー
ト部にサイドエッチング部を設けることによりゲート長
が増大することがないため、特に短いゲート長を必要と
する電界効果トランジスタの製造に有効である。
According to the second embodiment of the present invention, since the gate length is not increased by providing the side etching portion in the gate portion, it is particularly suitable for manufacturing a field effect transistor requiring a short gate length. It is valid.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート電極を埋め込む
開口部にサイドエッチング部を形成し、そのサイドエッ
チング部にCVD法等の埋め込み性のよい成膜方法でゲ
ート電極が入り込んでいるので、ゲート電極の応力によ
る剥がれを防止することができる。これにより素子特性
の劣化を防止でき、高性能の電界効果トランジスタが高
歩留りでできるようになる。
According to the present invention, a side-etched portion is formed in an opening for burying a gate electrode, and the gate electrode enters the side-etched portion by a film forming method having a good burying property such as a CVD method. Peeling due to stress of the gate electrode can be prevented. As a result, deterioration of device characteristics can be prevented, and a high-performance field-effect transistor can be produced at a high yield.

【0047】また、開口部がSiO2層とSiN層の多
層構造から成り、その開口部のサイドエッチング部は、
SiO2層を略水平方向に選択的にエッチングして形成
されるので、再現性の良好なサイドエッチング部を形成
できる。
The opening has a multilayer structure of a SiO 2 layer and a SiN layer, and the side etching portion of the opening has
Since the SiO 2 layer is formed by selectively etching in a substantially horizontal direction, a side-etched portion with good reproducibility can be formed.

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

【図1】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing step according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the first embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第1の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step according to the second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step according to the second embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step according to the second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step according to the second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2の形態の製造工程を示す断面図
である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the second embodiment of the present invention.

【図15】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図16】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図17】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図18】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図19】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図20】従来の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing process.

【図21】従来の他の半導体装置を示す断面図である。FIG. 21 is a sectional view showing another conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:半絶縁性GaAs基板 2:高純度GaAsバッファー層 3:n型AlGaAs電子供給層 4:n型GaAsコンタクト層 5:2次元電子ガス 6:フォトレジスト 7:SiO2層 8:SiN層 9:フォトレジスト 10:ゲート電極 11:ソース電極 12:ドレイン電極 13:開口部 14:サイドエッチング部1: semi-insulating GaAs substrate 2: high-purity GaAs buffer layer 3: n-type AlGaAs electron supply layer 4: n-type GaAs contact layer 5: two-dimensional electron gas 6: photoresist 7: SiO 2 layer 8: SiN layer 9: Photoresist 10: Gate electrode 11: Source electrode 12: Drain electrode 13: Opening 14: Side etching part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ゲート電極を埋め込む開口部を有する半導
体装置において、前記開口部はSiO2層とSiN層の
多層構造から成り、かつSiO2層が略水平方向に選択
的にエッチングされて形成されたサイドエッチング部を
有し、そのサイドエッチング部に前記ゲート電極が入り
込んでいることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having an opening for burying a gate electrode, the opening has a multilayer structure of an SiO 2 layer and a SiN layer, and is formed by selectively etching the SiO 2 layer in a substantially horizontal direction. A semiconductor device having a side-etched portion, wherein the gate electrode enters the side-etched portion.
【請求項2】前記開口部は、SiO2層がSiN層の間
に配置されるように形成され、前記サイドエッチング部
は、開口部の底面から所定距離離れた位置に形成される
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the opening is formed such that the SiO 2 layer is disposed between the SiN layers, and the side etching part is formed at a position separated from the bottom surface of the opening by a predetermined distance. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】ゲート電極を埋め込む開口部を有する半導
体装置の製造方法において、(1)前記開口部をSiO
2層とSiN層の多層構造により形成する工程と、
(2)前記SiO2層を略水平方向に選択的にエッチン
グしてサイドエッチング部を形成する工程と、(3)前
記ゲート電極をサイドエッチング部に入り込むように成
膜する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A method of manufacturing a semiconductor device having an opening for burying a gate electrode, wherein:
A step of forming a multilayer structure of two layers and a SiN layer;
(2) a step of selectively etching the SiO 2 layer in a substantially horizontal direction to form a side etching portion; and (3) a step of forming the gate electrode so as to enter the side etching portion. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
【請求項4】前記サイドエッチング部をウェットエッチ
ング処理により形成することを特徴とする請求項3に記
載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein said side etching portion is formed by a wet etching process.
【請求項5】前記サイドエッチング部をドライエッチン
グ処理により形成することを特徴とする請求項3に記載
の半導体装置の製造方法。
5. The method according to claim 3, wherein the side etching portion is formed by a dry etching process.
【請求項6】SiO2層がSiN層の間に配置されるよ
うに前記開口部を形成し、前記サイドエッチング部を開
口部の底面から所定距離離れた位置に形成することを特
徴とする請求項3乃至5のいずれか1つの項に記載の半
導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein the opening is formed so that the SiO 2 layer is disposed between the SiN layers, and the side etching portion is formed at a position separated from the bottom surface of the opening by a predetermined distance. Item 6. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 3 to 5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006190991A (en) * 2004-12-09 2006-07-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Field effect transistor and its manufacturing method
US7470967B2 (en) * 2004-03-12 2008-12-30 Semisouth Laboratories, Inc. Self-aligned silicon carbide semiconductor devices and methods of making the same

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