JPH1187365A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH1187365A
JPH1187365A JP24306497A JP24306497A JPH1187365A JP H1187365 A JPH1187365 A JP H1187365A JP 24306497 A JP24306497 A JP 24306497A JP 24306497 A JP24306497 A JP 24306497A JP H1187365 A JPH1187365 A JP H1187365A
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JP
Japan
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substrate
gate electrode
gaas
semiconductor device
manufacturing
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JP24306497A
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English (en)
Inventor
Soji Eguchi
聡司 江口
Katsushi Oshika
克志 大鹿
Eigo Tange
英吾 丹下
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート耐圧を充分に確保する。 【解決手段】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
分とする化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法に
おいて、該基板の表面にCx2x+2(x=1〜4)ガス
を用いたプラズマ処理を行う工程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に係り、特に、GaAsあるいはそれを主成
分とする化合物半導体を基板とする半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえばGaAsを基板とするFET
(Field-Effect Transistor)型の半導体装置は、該基
板の表面に、ソース電極およびドレイン電極が対向して
形成され、さらにそれら各電極の間にゲート電極が形成
されて構成されている。
【0003】ゲート電極に電圧を印加させることによっ
て、その下層に形成されている基板内に空乏層を発生せ
しめ、この空乏層によってソース電極およびドレイン電
極との間の該基板内に流れる電流を制御するようになっ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成された半導体装置は、特に、その基板の表面に
おいて、以下に説明するような不都合が生じていること
が指摘されるに到った。
【0005】まず、GaAs基板上にゲート電極を形成
した後に、このゲート電極をも被って基板面に保護膜を
形成するようにするが、これらの各工程の間において、
該基板の表面は大気中にさらされてしまう結果、ガリウ
ム酸化膜およびひ素酸化膜が必然的に形成されてしま
う。
【0006】これらの酸化膜のうち、特にひ素酸化膜は
電気的に不安定であり、それによる界面電流の発生によ
って、ゲート耐圧を充分に確保できないという不都合が
生じていた。
【0007】また、同様に、ゲート電極においても大気
中にさらされてしまう結果、そのゲート電極に腐食が生
じ、その接触抵抗が大きくなって、FET特性が劣化し
てしまうという不都合が生じていた。
【0008】本発明はこのような事情に基づいてなされ
たものであり、その目的は、ゲート耐圧を充分に確保で
きる半導体装置およびその製造方法を提供することにあ
る。
【0009】また、本発明の他の目的は、FET特性の
劣化を回避できる半導体装置およびその製造方法を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【0011】手段1.基板としてGaAsあるいはそれ
を主成分とする化合物半導体を用いた半導体装置の製造
方法において、該基板の表面にCx2x+2(x=1〜
4)ガスを用いたプラズマ処理を行う工程を含むことを
特徴とするものである。
【0012】このように構成することによって、GaA
sあるいはそれを主成分とする化合物半導体の基板の表
面に自然的に発生するひ素酸化物は、フッ素のプラズマ
によって、その大部分がひ素フッ化物に置換されること
になる。
【0013】そして、このひ素フッ化物は半導体基板の
表面に留まることなく揮発されることになる。
【0014】一方、半導体基板の表面には、ガリウム酸
化物および一部ガリウムフッ化物が残存するが、これら
は電気的に比較的安定であるとともに、これらガリウム
酸化物の存在によって、その後のひ素酸化物の発生を抑
制できるようになる。
【0015】このことは、たとえば半導体基板の表面を
エッチング(たとえばフッ酸系ウェットエッチ)するこ
とによってひ素酸化物を除去する方法と比べると、極め
て効果的となる。
【0016】該方法の適用は、その後においてすぐに新
たなひ素酸化物が発生してしまうからである。
【0017】手段2.基板としてGaAsあるいはそれ
を主成分とする化合物半導体を用い、その主表面にゲー
ト電極が形成された半導体装置の製造方法において、前
記ゲート電極の形成後に、該ゲート電極および露出され
た該基板の表面にCx2x+2(x=1〜4)ガスを用い
たプラズマ処理を行う工程を含むことを特徴とするもの
である。
【0018】このように構成することによって、半導体
基板の表面が安定化するとともに、ゲート電極の腐食を
抑制することもできるようになる。
【0019】フッ素のプラズマによって、該ゲート電極
の表面にフッ化膜が形成され、このフッ化膜がゲート電
極の腐食を防止できるからである。
【0020】このことは、たとえばゲート電極の表面を
酸化させることによってその腐食を防止する方法に比べ
て、極めて効果的となる。
【0021】該方法の適用は、半導体基板の表面にひ素
酸化物が発生してしまうことから、該ゲート電極の耐圧
劣化の不都合が生じてしまうからである。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置お
よびその製造方法の実施例を図面を用いて説明をする。
【0023】実施例1. 《半導体装置の構造》図1に示すように、まず、GaA
sの化合物半導体からなる半導体基板1がある。
【0024】そして、この半導体基板1の主表面には、
ソース電極2、ドレイン電極3、およびゲート電極4が
他の介在層を介在させることなく直接に形成されてい
る。
【0025】すなわち、ゲート電極4を中央部とする
と、ソース電極2およびドレイン電極3はそれぞれ該ゲ
ート電極4を間にして左右両隣に形成されている。
【0026】この場合、ゲート電極4は2層構造からな
り、その半導体基板1側から、FETの特性に直接に影
響を与える本来の電極4Aと、前記ソース電極2および
ドレイン電極3と同材料(同一工程)で形成され引出用
電極としての機能を有する電極4Bとが重畳されて構成
されている。
【0027】ここで、ソース電極2、ドレイン電極3、
およびゲート電極4は、たとえばアルミシリコン(Al
Si)から形成されている。また、アルミ、モリブデン
シリコン等の他の材料であってもよいことはいうまでも
ない。
【0028】さらに、これら各電極が形成された半導体
基板1の主表面にはたとえばシリコン酸化膜からなる保
護膜5が形成されている。
【0029】この保護膜5は、前記ゲート電極4のうち
の本来の電極4Aを被って形成されているとともに、前
記ソース電極2、ドレイン電極3、およびゲート電極4
のうちの引出用電極4Bは、この保護膜5に形成された
開口に充填されるように形成されている。
【0030】これにより、ソース電極2およびドレイン
電極3は該保護膜5の開口をとおして半導体基板1に接
続され、ゲート電極4のうちの引出用電極4Bは該保護
膜5の開口をとおして本来の電極4Aに接続されるよう
になっている。
【0031】ここで、ソース電極2、ドレイン電極3、
およびゲート電極4のうちの引出用電極4Bは、それぞ
れ、保護膜5の表面よりも上方へ突出して形成され、さ
らに、その上端部は周辺外方に延在する傘部を有するよ
うにして形成されている。
【0032】これは、上記各電極2、3、4Bを形成す
る場合に、保護膜5の上面に他の層が形成されており、
これら各層に貫通して形成された開口に該各電極2、
3、4Bが充填されるように形成し、その後に該他の層
を除去した工程を経ているという痕跡をとどめているこ
とを意味する。
【0033】そして、この実施例では、半導体基板1の
主表面における他の部材(保護膜5、ソース電極2、ド
レイン電極3、およびゲート電極4)との界面には、特
に、ひ素酸化膜が除去されている痕跡をとどめている。
【0034】すなわち、上述した半導体装置において、
従来、上記界面にはひ素酸化膜が若干形成され、このひ
素酸化膜による界面電流の発生によって、ゲート耐圧を
充分に確保できなかった不都合を回避した構成となって
いる。
【0035】また、ゲート電極4のうち本来の電極4A
の表面(半導体基板1との接触面を除く他の全ての表
面)には、アルミのフッ化膜が形成され、このフッ化膜
によって該電極4Aの腐食が防止された構成となってい
る。
【0036】《製造方法》図2および図3は、図1に示
した半導体装置の製造方法の一実施例を示す工程図であ
る。
【0037】工程1:GaAsからなる半導体基板1を
用意し、その主表面をスパッタエッチングによって清浄
化する(図2(a))。
【0038】工程2:該半導体基板1の主表面の全域
に、たとえば蒸着によってゲート電極4Aの材料である
アルミシリコンを被着させて金属層10を形成する(図
2(b))。
【0039】工程3:この金属層10の表面の全域にフ
ォトレジスト膜11を形成し、このフォトレジスト膜1
1にいわゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ゲート
電極4Aのパターンに相当する部分を残し他を除去する
(図2(c))。
【0040】工程4:残存されたフォトレジスト膜11
をマスクとし、このマスクから露呈されている前記金属
層10をエッチングする。この場合のエッチングとして
はたとえばECR法を用い、そのチャンバー内でエッチ
ングする(図2(d))。
【0041】工程5:その後、前工程のエッチングの際
のチャンバー内で、たとえばCF4ガスを用いたプラズ
マ処理を行う(図2(e))。
【0042】このような工程を経ることによって、半導
体基板1の表面に自然的に発生するひ素酸化物(As2
3、As25等)は、フッ素のプラズマによって、そ
の大部分がひ素フッ化物(AsF3、AsF5等)に置換
されることになる。
【0043】そして、このひ素フッ化物は半導体基板の
表面に留まることとなく揮発されることになる。
【0044】一方、半導体基板の表面には、ガリウム酸
化物(Ga23、Ga2O等)および一部ガリウムフッ
化物(GaF3)が残存するが、これらは電気的に比較
的安定であるとともに、これらガリウム酸化物の存在に
よって、その後のひ素酸化物の発生を抑制できるように
なる。
【0045】このことは、たとえば半導体基板の表面を
エッチング(たとえばフッ酸系ウェットエッチ)するこ
とによってひ素酸化物を除去する方法と比べると、極め
て効果的となる。
【0046】該方法の適用は、その後においてすぐに新
たなひ素酸化物が発生してしまうからである。
【0047】また、このような工程を経ることによっ
て、ゲート電極4Aの腐食を抑制することもできるよう
になる。
【0048】フッ素のプラズマによって、該ゲート電極
4Aの表面にフッ化膜が形成され、このフッ化膜がゲー
ト電極の腐食を防止できるからである。
【0049】このことは、たとえばゲート電極の表面を
酸化させることによってその腐食を防止する方法に比べ
て、極めて効果的となる。
【0050】該方法の適用は、半導体基板の表面にひ素
酸化物が発生してしまうことから、該ゲート電極の耐圧
劣化の不都合が生じてしまうからである。
【0051】上述したプラズマ処理の前後における半導
体基板1の表面における状態をそれぞれ図4(a)、
(b)に示している。
【0052】なお、前工程で用いたチャンバ内でプラズ
マ処理を行うのは、予め半導体基板1の表面にひ素酸化
物の自然発生をなるべく低減させる目的をも有してい
る。
【0053】工程6:マスクとなったフォトレジスト膜
11を除去する。これによって、半導体基板1の表面に
は所定のパターンのゲート電極4Aが形成されることに
なる(図2(f))。
【0054】工程7:半導体基板1の主表面に前記ゲー
ト電極4Aをも被って保護膜5を被着する。この保護膜
5はたとえばシリコン酸化膜からなりプラズマCVD方
法によって形成する(図2(g))。
【0055】工程8:この保護膜5上から、たとえばB
(ボロン)を打ち込む(インプラ)ことによって、半導
体基板1の表面にチャネルを形成する(図3(h))。
【0056】工程9:保護膜5の表面の全域にフォトレ
ジスト膜12を形成し、このフォトレジスト膜12にい
わゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ゲート電極、
ソース電極およびドレイン電極のコンタクトホールに相
当する部分を除去し他を残存させる。
【0057】さらに、残存されたフォトレジスト膜12
をマスクとし、このマスクから露呈されている前記保護
膜5をエッチングする。
【0058】これにより、ソース電極およびドレイン電
極のコンタクトホールには半導体基板1の表面が露呈さ
れ、また、ゲート電極のコンタクトトホールには前記ゲ
ート電極4Aの表面が露呈されるようになる(図3
(i))。
【0059】工程10:このように加工された半導体基
板1の表面の全域に、たとえばアルミシリコンからなる
金属層13を被着する(図3(j))。
【0060】工程11:この金属層13の表面の全域に
フォトレジスト膜14を形成し、このフォトレジスト膜
14にいわゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ソー
ス電極2、ドレイン電極3、およびゲート電極4の引出
電極4Bのパターンに相当する部分を残し他を除去する
(図3(h))。
【0061】工程12:残存されたフォトレジスト膜を
マスクとし、このマスクから露呈されている前記金属層
をエッチングする。
【0062】工程13:これにより、図1に示した半導
体装置が完成する(図3(i))。
【0063】実施例2. 《半導体装置の構造》図5に示すように、まず、GaA
sの化合物半導体からなる半導体基板1がある。
【0064】そして、この半導体基板1の主表面には、
ソース電極2、ドレイン電極3、およびゲート電極4が
他の介在層を介在させることなく直接に形成されてい
る。
【0065】すなわち、ゲート電極4を中央部とする
と、ソース電極2およびドレイン電極3はそれぞれ該ゲ
ート電極4を間にして左右両隣に形成されている。
【0066】さらに、これら各電極2、3、4が形成さ
れた半導体基板1の主表面には第1保護膜6が形成され
ている。
【0067】この場合の第1保護膜6には、そのソース
電極およびドレイン電極の各形成領域において、それに
形成された開口に該ソース電極2およびドレイン電極3
とが充填されて形成されているが、ゲート電極4の形成
領域においては、それに形成された開口内に比較的ゆと
りをもってその中央に該ゲート電極4が形成されてい
る。
【0068】第1保護膜2の上面には、該第1保護膜と
同一のパターンで、かつ前記ソース電極およびドレイン
電極とを被って第2保護膜7が形成されている。
【0069】この場合においても、第2保護膜7には、
そのゲート電極4の形成領域において、それに形成され
た開口内に比較的ゆとりをもってその中央に該ゲート電
極4が形成されている。
【0070】すなわち、ゲート電極4は、その周囲に形
成されている第1保護膜6および第2保護膜7とは若干
の距離を隔てて形成され、このゲート電極4と第1保護
膜6および第2保護膜7との間には後述する第3保護膜
8が充填された状態で形成されている。
【0071】このような構造は、該ゲート電極4を形成
する場合に、その微細加工ができるために、いわゆるリ
フトオフ法を用いた痕跡をとどめたものとなっている。
【0072】そして、このように第2保護膜7が形成さ
れた半導体基板1の主表面には、該第2保護膜7(その
下層の第1保護膜6も)に形成された開口をも被って
(すなわち、ゲート電極4をも被って)、第3保護膜が
形成され、この第3保護膜8(その下層の第2保護膜7
も)には、ソース電極2、ドレイン電極3、およびゲー
ト電極4のそれぞれの一部を露呈させるための開口が形
成されている。
【0073】《製造方法》図6、図7、および図8は、
図5に示した半導体装置の製造方法の一実施例を示した
工程図である。
【0074】工程1:GaAsからなる半導体基板1を
用意し、その主表面をスパッタエッチングして清浄化す
る(図6(a))。
【0075】工程2:該半導体基板1の主表面にたとえ
ばプラズマCVD方法によりシリコン酸化膜(Si
2)からなる第1保護膜6を被着する(図6
(b))。
【0076】工程3:この第1保護膜6の表面の全域に
フォトレジスト膜21を形成し、このフォトレジスト膜
21にいわゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ソー
ス電極およびドレイン電極の各コンタクトホールのパタ
ーンに相当する部分を除去し他を残す(図6(c))。
【0077】工程4:残存されたフォトレジスト膜21
をマスクとし、このマスクから露呈されている前記第1
保護膜6をエッチングする。(図6(d))。
【0078】工程5:マスクとなった前記フォトレジス
タ膜21を除去した後、第1保護膜6の上面に、そのコ
ンタクトホールをも含んでアルミシリコンからなる金属
層22を被着する(図6(e))。
【0079】工程6:この金属層22の表面の全域にフ
ォトレジスト膜23を形成し、このフォトレジスト膜2
3にいわゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ソース
電極およびドレイン電極のパターンに相当する部分を残
存させ他を除去する。
【0080】そして、残存されたフォトレジスト膜23
をマスクとして、前記金属層をエッチングする(図7
(f))。
【0081】工程7:これにより、前記金属層22によ
ってソース電極2およびドレイン電極3が形成される
(図7(g))。
【0082】工程8:このように加工された半導体基板
1の表面の全域に第2保護膜7を被着し、この第2保護
膜7の表面の全域にフォトレジスト膜24を形成する。
【0083】そして、このフォトレジスト膜24にいわ
ゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ゲート電極のパ
ターンに相当する部分を除去し他を残す(図7
(h))。
【0084】工程9:残存されたフォトレジスト膜24
をマスクとし、それから露呈されている第2保護膜7を
エッチングし、さらに該第2保護膜7の下層の第1保護
膜6をもエッチングする(図7(i))。
【0085】工程10:マスクとなった前記フォトレジ
スト膜24をそのまま残存させ、その上面の全域にアル
ミシリコンの金属層25を堆積させる。これにより、該
フォトレジスト膜24の開口(ゲート電極のパターンに
相当する部分)をとおして、半導体基板1上にゲート電
極4が形成されるようになる(図7(j))。
【0086】工程11:前記フォトレジスト膜24を除
去する。これにより、元気ゲート電極4を構成する金属
層25以外の他の金属層25はフォトレジスト膜24の
除去と同時に除去される(図8(k))。
【0087】工程12:たとえばCF4ガスを用いたプ
ラズマ処理を行う。実施例1におけるプラズマ処理と同
様の効果を得るがためである。
【0088】この場合、半導体基板1の表面に形成され
るひ素酸化膜は、ゲート電極4と第1保護膜6との間の
領域であり、この部分のひ素酸化膜はその大部分がひ素
フッ化物に置換される(図8(l))。
【0089】工程13:このように加工された半導体基
板1の表面に第3保護膜8を被着させる。この第3保護
膜8は、第2保護膜7および第1保護膜6に形成された
開口をも被って(ゲート電極4をも被って)被着される
(図8(m))。
【0090】工程14:第3保護膜8の上面に、フォト
レジスト膜26を形成し、このフォトレジスト膜26に
いわゆるフォトリソグラフィ技術を用いて、ソース電極
2、ドレイン電極3、およびゲート電極4のコンタクト
孔に相当する部分を除去し他を残す(図8(n))。
【0091】工程15:残存されたフォトレジスト膜2
6をマスクとして、第3保護膜8、第2保護膜6をエッ
チングする。そして、マスクとなった該フォトレジスト
膜26を除去することによって、図5に示した半導体装
置が完成する。
【0092】上述した各実施例では、半導体基板として
GaAsからなるものを説明したものであるが、AlG
aAs、あるいはInGaAs等からなる半導体基板に
おいても上述したと同様の不都合が生じることから、こ
のような半導体基板からなる半導体装置およびその製造
方法にも適用できることはいうまでもない。
【0093】また、上述した各実施例では、プラズマ処
理を行う際のガスとして、CF4を用いたが、C26
あっても同様の効果が得られることが判明している。ま
た、一般にCx2x+2(x=1〜4)で示されるガスで
あっても同様の効果が得られることが判明している。
【0094】
【発明の効果】以上説明したことから明らかになるよう
に、本発明による半導体装置およびその製造方法によれ
ば、ゲート耐圧を充分に確保できるようになる。また、
FET特性の劣化を回避できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体装置の一実施例を示す構成
図である。
【図2】図1に示す半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程図で、図3とともに一つの図面を構成する。
【図3】図1に示す半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程図で、図2とともに一つの図面を構成する。
【図4】本発明による半導体装置およびその製造方法の
効果を示すための説明図である。
【図5】本発明による半導体装置の他の実施例を示す構
成図である。
【図6】図5に示す半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程図で、図7、図8とともに一つの図面を構成す
る。
【図7】図5に示す半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程図で、図6、図8とともに一つの図面を構成す
る。
【図8】図5に示す半導体装置の製造方法の一実施例を
示す工程図で、図6、図7とともに一つの図面を構成す
る。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…ソース電極、3…ドレイン電極、
5、6、7、8…保護膜。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用いた半導体装置において、該
    基板の主表面における他の部材との界面に生じるひ素酸
    化膜が除去されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用いた半導体装置において、該
    基板の主表面における他の部材との界面にガリウムフッ
    化物が存在していることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法に
    おいて、該基板の表面にCx2x+2(x=1〜4)ガス
    を用いたプラズマ処理を行う工程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】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用い、その主表面にゲート電極
    が形成された半導体装置において、該基板の主表面にお
    ける他の部材との界面に生じるひ素酸化膜が除去されて
    いることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用い、その主表面にゲート電極
    が形成された半導体装置において、該基板の主表面にお
    ける他の部材との界面にガリウムフッ化物が存在してい
    ることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 基板としてGaAsあるいはそれを主成
    分とする化合物半導体を用い、その主表面にゲート電極
    が形成された半導体装置の製造方法において、前記ゲー
    ト電極の形成後に、該ゲート電極および露出された該基
    板の表面にCx2x+2(x=1〜4)ガスを用いたプラ
    ズマ処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 GaAsあるいはそれを主成分とする化
    合物半導体基板の主表面に、ゲート電極形成領域に孔開
    けされたフォトレジスト膜を形成する工程と、このフォ
    トレジスト膜の表面に該孔をも含んでゲート電極を構成
    する材料を堆積させる工程と、該フォトレジスト膜を除
    去する工程とを含む半導体装置の製造方法において、前
    記フォトレジスト膜の除去の後に、該基板の表面にCx
    2x+2(x=1〜4)ガスを用いたプラズマ処理を行う
    工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 GaAsあるいはそれを主成分とする化
    合物半導体基板の主表面に、ゲート電極を構成する材料
    を堆積させる工程と、この材料を選択エッチングによっ
    て該ゲート電極を形成する工程とを含む半導体装置の製
    造方法において、前記ゲート電極の形成後に、該基板の
    表面にCx2x+2(x=1〜4)ガスを用いたプラズマ
    処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
  9. 【請求項9】 選択エッチングによってゲート電極を形
    成する工程と、プラズマ処理を行う工程は、同一チャン
    バ内で行うことを特徴とする請求項8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
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JP2003309105A (ja) * 2002-04-15 2003-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法
JP2010287899A (ja) * 2003-03-31 2010-12-24 Canon Inc 回路基板の製造方法および回路基板、液体吐出装置

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