JPH11233527A - 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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JPH11233527A
JPH11233527A JP3558098A JP3558098A JPH11233527A JP H11233527 A JPH11233527 A JP H11233527A JP 3558098 A JP3558098 A JP 3558098A JP 3558098 A JP3558098 A JP 3558098A JP H11233527 A JPH11233527 A JP H11233527A
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JP
Japan
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metal layer
semiconductor substrate
insulating film
semiconductor device
film
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JP3558098A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Kawashima
克彦 川島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MESFETのゲート電極の侵食や破損を防
止する。 【解決手段】 半導体基板201上に開口を有するSi
O202を形成し、このSiO202上にSiN205
を形成し、SiO202の開口の縁以外の領域に形成さ
れたSiN205をエッチングにより除去し、その後、
半導体基板201上に第1の金属層207を形成し、続
いてこの第1の金属層207上であって、SiO202
の開口上に相当する部分に第2の金属層210を形成
し、この第2の金属層210をマスクとして第1の金属
層207をエッチングにより除去し、SiO202の開
口の縁に形成されたSiN20を残してSiO202を
エッチングにより選択除去することにより半導体装置を
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、近年、高周波数帯
を用いた通信用デバイスとして用いられている化合物半
導体を用いたMESFETの構造及び製造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の半導体装置の製造方法につ
いて図1を用いて説明する。
【0003】まず、図1(a)および(b)に示すよう
に、MESFETを形成する半導体基板101上に、第
1の絶縁膜SiO102を堆積する。
【0004】次に、図1(c)に示すように、ゲートを
形成べき領域(以下ゲート形成領域)に、通常のi線を
用いたフォトリソグラフィーによって開口したレジスト
マスクを塗布し、前記SiO102を、例えばCF4
スの反応性イオン104によって異方的にエッチング
し、半導体基板101を露出する。次に、このレジスト
103をアセトン、メタノールのような有機溶剤とO2
プラズマによる灰化により完全に除去する。
【0005】次に図1(e)に示すように全面に、第1
の絶縁膜と同じSiO105を堆積する。続いて、図1
(f)に示すように半導体基板101が露出するよう
に、SiO105を、例えばCF4ガスの反応性イオン
106によって、異方的に全面をエッチングする。半導
体基板101の露出した開口幅は、第1の絶縁膜SiO
102の膜厚と、レジストマスク103の開口幅、そし
てSiO105の膜厚によって決定されるが、i線を用
いたフォトリソグラフィーでは不可能な微細な寸法を得
ることができる。この側壁を用いた微細パターン形成方
法は、装置の高価さとスループットの悪さから生産コス
トの高い電子ビームを用いた直接描画法を用いることな
く、微細な寸法の開口幅が形成できるためよく用いられ
てきたものである。
【0006】半導体基板101が露出された後、図1
(g)に示すようにWSi107を全面にスパッタ蒸着
し、続いて図1(h)に示すように次工程のメッキの際
に種金属になるTiとAu108を全面に連続的に蒸着
する。Tiは下層のWSiとの密着性の向上のために堆
積しする。次に図1(i)に示すように半導体基板の露
出開口幅よりも広い開口幅をもつフォトレジスト109
を塗布し、それをマスクに、メッキ法によってAu11
0を成長させる。このAuの堆積は、WSiの電気抵抗
が大きいため、ゲート長0.5um以下の微細ゲートに
おいては、ゲート抵抗が大きくなり、ゲート抵抗の増大
による高周波特性の劣化を防ぐ目的で行う。次にこのレ
ジスト109を有機溶剤とO2プラズマによる灰化で除
去する。次に、メッキしたAu110をマスクに下層の
TiとAu108をArイオン111によるミリングで
除去し、WSi107をCF4の反応性イオン112で
エッチングして除去する。上記工程の場合は、WSiの
上層に種金属を堆積し、次にAuをゲート形成領域にメ
ッキ法で成長したが、WSi上にゲート形成領域に開口
をもつ厚膜のフォトレジストパターンを塗布し、Tiと
Auを連続的に蒸着し、レジストを除去し、マスクにな
るAuを形成しても良い。このようにして、図1(l)
に示すように第1の絶縁膜のSiO102が露出する。
以上の工程によって、ゲート電極が形成されたが、ゲー
ト電極と半導体基板間に厚い絶縁膜SiO102が存在
すると、ゲート電極の浮遊容量が大きくなり、高周波特
性の負の要因となる。そこで図1(m)に示すように容
量を低減するため、ゲート電極形成に用いたSiO10
2と側壁のSiO105を緩衝弗酸溶液によって全て除
去する。続いて、図1(n)に示すように、オーミック
電極をソース部とドレイン部に形成する。ソース部とド
レイン部にフォトレジストを塗布し、AuGe/Ni/
Au113を蒸着し、レジストを除去した後、450℃
で10分程度の熱処理によって合金化してオーミック電
極を形成する。以上の工程によりMESFETが形成さ
れる。
【0007】続いて、図1(o)に示すように、半導体
装置の表面の保護のため、誘電率が小さくかつ耐湿性に
優れた絶縁膜SiON114を薄く堆積する。以上の工
程によって、高信頼性金属WSiを材料としたゲート長
0.5um以下の低抵抗微細ゲートが形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来半導体装置には、次の二つの課題があった。
【0009】一つは、WSiの側面のSiOを緩衝弗酸
溶液で除去するときに、ゲートの側面が腐食され、半導
体基板とのショットキー特性が劣化するという課題であ
る。
【0010】もう一つは、高周波特性のさらなる向上を
目的として、ゲート長を0.1um程度に極微細化する
と、ゲートの軸部が傘部を支えることができなくなり、
ゲートが倒れるという課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板
と、この半導体基板上に形成され、軸部と傘部とを有す
るゲート電極と、前記軸部の側面に形成された絶縁体
と、前記ゲート電極の傘部と前記半導体基板との間の空
隙とを有するものであり、絶縁体がゲート電極の軸部を
保護しているため、ゲートの機械的強度が増す。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の半導体装置及び
その製造方法についての一実施例を図2を参照しながら
説明する。
【0013】まず、図2(a)および(b)に示すよう
に、半導体基板201上の全面に第1の絶縁膜SiO2
02を堆積する。次に図2(c)に示すように、ゲート
形成領域に、通常のi線露光を用いたフォトリソグラフ
ィーによって開口したフォトレジスト203をマスクと
し、前記SiO202を、例えばCF4ガスの反応性イ
オン204によって異方的にエッチングし、半導体基板
201を露出する。次に図2(d)に示すように、この
フォトレジスト203を有機溶剤とO2プラズマによる
灰化により除去した後、図2(e)に示すように全面に
第2の絶縁膜SiN205を堆積する。続いて図2
(f)に示すように、半導体基板201が露出するよう
に、SiN205を例えばCF4ガスの反応性イオン2
06によって異方的にエッチングする。これにより、ゲ
ート長となる微細な寸法の開口幅で半導体基板201が
露出する。次に、図2(g)に示すように第1の金属層
であるWSi207を全面にスパッタ蒸着し、続いて、
図2(h)に示すようにメッキの種金属になるTiとA
u208を連続的に全面に蒸着する。次に図2(i)に
示すように前記半導体基板201の露出開口幅よりも広
い開口幅をもつフォトレジスト209を塗布しそれをマ
スクに、メッキ法によって第2の金属層であるAu21
0を成長させる。次に、図2(j)に示すように、この
レジスト209を有機溶剤とO2プラズマによるアッシ
ングにより除去した後、図2(k)に示すようにメッキ
したAu210をマスクに、Ti/Au208をArイ
オン211でミリングして除去し,WSi207を例え
ばCF4の反応性イオン212でエッチングして除去
し、図2(l)に示すようにSiO202を露出させ
る。このとき形成されているWSi207とTi/Au
208とAu210とは、ゲート電極を構成しており、
またゲート電極全体として傘状の形状をなしており、ゲ
ート電極のうち、SiO202に接した部分近傍を軸
部、その上方部分を傘部とする。
【0014】次に図2(m)に示すように緩衝弗酸溶液
でSiO202を完全に除去する。このとき、SiN2
05は緩衝弗酸溶液に対しSiOよりエッチン速度が遅
く選択性をもつため、SiO202が完全に除去された
後もWSi207の側面にわずかなSiN205が残
る。WSiで構成された軸部側面のSiN205がゲー
ト側面を保護するため、従来の軸部の緩衝弗酸による腐
食の問題が解決された。同時に、このSiN205がゲ
ート軸部を側面から支えるため、従来課題であった機械
的強度の弱さも解決された。加えて、傘部と半導体基板
201との間に空隙が存在しているため、ゲート電極に
は大きな寄生容量は発生しない。
【0015】続いて、図2(n)に示すように、オーミ
ック電極をソース部とドレイン部に形成する。ソース部
とドレイン部にフォトレジストを塗布し、AuGe/N
i/Au213を蒸着し、レジストを除去した後、45
0℃で10分程度の熱処理によって合金化してオーミッ
ク電極を形成する。以上の工程によりMESFETが形
成された。続いて図2(o)に示すように、半導体表面
の保護のため、誘電率が小さくかつ耐湿性に優れた絶縁
膜SiON214を薄く堆積する。
【0016】図3は、図2(o)に示した最終工程図を
拡大表示したものであり、本発明の半導体装置の断面を
示す。図3からわかるように、SiN205によりゲー
トの機械的強度が増している。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によりゲー
ト電極形成後に緩衝弗酸溶液で第1の絶縁膜SiOを全
面除去した後、ゲート電極軸部の側面に第2の絶縁膜S
iNが残り、これがゲート電極軸部側面を緩衝弗酸から
保護するため、腐食の課題が解決された。同時にゲート
電極軸部を側面から支えるため、機械的強度が増大し
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の半導体装置の製造方法を示す工程図
【図2】本発明の半導体装置の製造方法を示す工程図
【図3】本発明の半導体装置を示す図
【符号の説明】
101 半導体基板 102 SiO 103 フォトレジスト 104,106 CF4イオン 105 SiO 107 WSi 108 Ti/Au 109 フォトレジスト 110 Au 111 Arイオン 112 CF4イオン 113 AuGe/Ni/Au 114 SiON 201 半導体基板 202 SiO 203 フォトレジスト 204,206,212 CF4イオン 205 SiN 207 WSi 208 Ti/Au 209 フォトレジスト 210 Au 211 Arイオン 213 AuGe/Ni/Au 214 SiON

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、この半導体基板上に形成
    され、軸部と傘部とを有するゲート電極と、前記軸部の
    側面に形成された絶縁体と、前記ゲート電極の傘部と前
    記半導体基板との間の空隙とを有することを特長とする
    半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記半導体基板上に保護層が形成されて
    いることを特長とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記保護膜が酸素を含むシリコン化合物
    で構成されることを特徴とする請求項2記載の半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記保護膜がSiONで構成されること
    を特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に開口を有する第1の絶縁
    膜を形成し、この第1絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成
    し、前記第1の絶縁膜の開口の縁以外の領域に形成され
    た前記第2の絶縁層をエッチングにより除去し、その
    後、前記半導体基板上に第1の金属層を形成し、続いて
    この第1の金属層上であって、前記第1の絶縁膜の開口
    上に相当する部分に第2の金属層を形成し、前記第2の
    金属層をマスクとして第1の金属層をエッチングにより
    除去し、前記第1の絶縁膜の開口の縁に形成された前記
    第2の絶縁層を残して前記第1の絶縁膜をエッチングに
    より選択除去することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  6. 【請求項6】 前記第1の絶縁膜をエッチングにより選
    択除去した後、前記半導体基板上に保護膜を形成するこ
    とを特長とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記保護膜が酸素を含むシリコン化合物
    で構成されることを特徴とする請求項6記載の半導体装
    置の製造方法。
  8. 【請求項8】 前記保護膜がSiONで構成されること
    を特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第1の金属層がタングステンとシリ
    コンとを含む金属から構成され、前記第2の金属層が
    金、または、金を含有する金属で構成されることを特徴
    とする請求項5ないし請求項8のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記第1の絶縁膜が酸化シリコンで構
    成され、前記第2の絶縁膜が窒化シリコンで構成され、
    前記第1の絶縁膜を選択除去するために緩衝弗酸溶液を
    用いることを特徴とする請求項5ないし請求項9のいず
    れかに記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9496222B2 (en) 2013-03-18 2016-11-15 Fujitsu Limited Semiconductor device including insulating films with different moisture resistances and fabrication method thereof
CN112509912A (zh) * 2021-02-03 2021-03-16 成都市克莱微波科技有限公司 一种半导体器件的制备方法

Cited By (3)

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