JPS6180869A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6180869A
JPS6180869A JP20231484A JP20231484A JPS6180869A JP S6180869 A JPS6180869 A JP S6180869A JP 20231484 A JP20231484 A JP 20231484A JP 20231484 A JP20231484 A JP 20231484A JP S6180869 A JPS6180869 A JP S6180869A
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JP
Japan
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layer
etching
resin layer
gate
metal
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JP20231484A
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English (en)
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Hitoshi Ito
仁 伊藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に高周波トランジスタの寄生因
子を低減し、性能向上を図る半導体装置の製造方法に関
するものである。
〔従来技術〕
近来、高周波トランジスタは、動作周波数がX帯(8〜
12G出)からに帯(18〜26G出)、血帯(26〜
40GHz)とより高周波域での高性能化、高信頼性化
を目指しての研究開発が盛んに行なわれている。高性能
化を図るためには、トランジスタのゲート長の短縮、即
ちサブミクロン以下ゲートによるカットオフ周波数の増
加、ソース及びゲートの各寄生抵抗の低減等を実現しな
ければならない、従来、このような寄生抵抗の低減を図
9、サブミクロン以下ゲートのトランジスタの蝕遣方法
としては、昭和58年度電子通信学会全国大会において
、発明者らが報告しているが、これは第2図(JL)に
示すように、まず能動層32を設けてなる半絶縁性基板
31上にゲート金八であるA433を被着し、通常の写
真蝕刻法により形したフォトレジストパターンあをマス
クに、例えば熱リン酸により第2図(b)のように該A
133をオーバーエツチングし、続いてオーミック金F
i35を被着し、第2図(e)のよウニフォトレジスト
パターン34ヲ除去するり7トオフ法でソース電極36
、ドレイン電極37およびゲート電極38f:形成し、
0.5ミクロンゲートでソース8ゲート電極間隔を0.
5ミクロンと短縮し、ソース抵抗を低減したトランジス
タを実現するものである。又、従来の別の製造方法とし
ては、1979年IEDMにおいて、K、 0hata
らが報告しているが、これは第3因(a)に示すように
、まず能動層42を設けてなる半絶縁性基板41上にス
ペーサ43とな駆iへ膜を被着し、通常の写真蝕刻法に
より形成したフォトレジストパターン44ヲマスクに該
スペーサ招をオーバエツチングし、能動層42を掘り込
み、次いで第3図(b)のようにゲート金MAA!45
を被着し、次に第3図(e)のようにレジストパターン
劇を除去するリフトオフ法によりゲート電極48を形成
し、続いてソース電極4G、ドレイン電極47のオーミ
ック電極を形成することによって掘り込み構造により、
ソース抵抗の低減化を図った0、5ミクロンゲートトラ
ンジスタを実現するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、従来のこのようなサイドエツチング法お
よびリフトオフ法によりサブばクロン長以下のゲート電
極を形成する方法では得られたゲート電極断面形状は等
方性エツチングおよびレジストマスク側面にゲート金属
Mが被着するために矩形ではなく台形状あるいは三角形
状になり、従って、ゲート抵抗の増加をもたらすことと
なる・特にトランジスタ特性の一層の高性能化の為に、
更にゲート長を帆2ミクロンまで短縮した場合に  1
は、同一ゲート抵抗を得るために2.5倍のゲート高さ
が必要となるにもかかわらず、実際には前述の理由にと
もない第4図(a) 、 (b)のゲート51 、52
0形状に示すようにゲート高さを高くできず、一層のゲ
ート抵抗の増加をまねき、従って、トランジスタの性能
向上の面での大きな欠点となっていた。
本発明はこのような従来の欠点を除去せしめてゲート抵
抗を低減し、性能向上をはかった半導体装置の!!遣方
法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
不発り]は導電型の半導体からなる能動層上に樹脂層を
塗布、高温ベータした後、スピン塗布、ベータした電気
絶縁IVJを設は更に1電性膜を設けた後、該導電性膜
および電気絶縁層をエツチング開口する工程と、引き続
き柄脂層をまずエツチングマスクよりも広い寸法、即ち
電気絶縁層がオーバハングになるようにエツチングする
工程と、エツチングマスクと同一寸法に能動層に達する
まで樹脂層をエツチング除去する工程と、露出した能動
層上に第1の金団層を被着し、次いでエツチングマスク
を除去した必、第2 、 Eα3の全4層をゲート開口
部で樹脂層厚みよりも厚く被着する工程と、該開口部よ
りも広く、第2.第3の金属層をびうパターンのマスク
により第2.第3の金現層をエツチングする工程と、樹
脂層をエツチング除去するリフトオフ法により、断面略
アルファベットのT文字型をなすゲート電極を形成し、
次にオーミック金目を被着し、セルファライン的にソー
ス・ドレインのオーミック電極を形成する工程を行うこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法である。
本発明において、第1の金属層として高耐熱性ショット
キ金属であるW、 Mo、 Taおよびそれらと5ll
Nの化合物を用い、第2の金属層として金属間反応のス
トッパおよび接着材となるTi、Ptt、また第3の金
属として電気導電率の大きいAu、Agを用いる。
本発明は上述の構成をとることにより従来技術の問題点
を解決した。即ち、スペーサとなる中間層ζ基板上の開
口幅はゲート寸法にして、第1の薄いショットキ全域で
ゲート長を決め、マスク側はオーバハング構造に広く開
口し、かつマスクを除去後に第2.第3の金属層を被着
するために、従来のようにマスク側面に被着して開口部
がふさがり、ある厚さ以上のゲート高さを得られないと
いう問題は解消され、ゲート抵抗の低減された高くて短
いゲート長のものが得られる。又、中間層に高己ベーク
した樹脂層音用いることにより、制御性に優れたドライ
エツチングのみによシ上述の形状が得られ、更に例えば
プラズマエツチングによって容易に除去できリフトオフ
のスペーサとしても良好である。一方、第1の金属層と
して高耐ハ性ショットキ遷移金員ヲ用いる事により、熱
的にも安定なショットキ特性が得られ、他方、これら金
4は抵抗率が高く、従って上層金属としては電気伝導率
の高い金圀石を厚く設けることによって、ゲート抵抗の
低減化全図ることができ、又、ショットキ金員と上層金
員との間にはそれらの金↓A間反応のストッパおよび接
層性を強化する膜を形成することにより本発明が有効に
実現される。
〔実施例〕
以下、本発明の具体的芙施例としてガリウム砒素ショッ
トキ障壁ゲート電界効果トランジスタ(以下GaAs 
MESFETと称す)の場合について図面を参照して詳
細に説明する。第1図(a)〜(2))は本発明の実施
例を示す断面図であり、まず第1図(a)において半絶
縁性GaAs基板11にSi+30をドース量:3X 
10 ”rx−2、加速エネルギ−70KeVO条件で
打ち込み、800℃で20分間水素中でのアニールによ
り能動層目を形成する0次にレジス) AZ−1350
(商品名)を300Orpmを塗布し、紫外光照射後、
窒素雰囲気中にて、300℃1時間ベータし、〜500
0人厚のバノアァ層13(樹脂層)を形成する0次いで
、Si5.9(%) OCDフィルム(商品名)を50
0Orpmで塗布し、250℃30分間窒素中でベーク
し、5iyx膜141−1000λ形成する・次に半絶
縁性基板上へのEB露光によるパターン形成の際の導通
用としてタングステン膜15を形成し、続いて感荷電粒
子線性レジストであるPMMA (Poly meth
71 metha−crylate )レジスト16を
塗布、ベークし電子ビーム露光により0.2ミクロンの
開口部17を設ける。    1続いて該レジストパタ
ーンをマスクにタングステン膜15.810.膜14t
−それぞれSF、 、 CF4ガスを用いた平行平板型
反応性イオンビームエツチングによシエッチングし、開
口部17fc転写する。次いでバッファ層13を1ず、
0□ガスを用いた円筒型プラズマエツチングにより 2
00 (W) 、 100 mTorrの条件下におい
て、35ooAエツチングしオーバエツチングによりマ
スクよりも広い開口部18を形成する(第1図(b))
。次に、連続してバッファ層13tO,ガスを用いた平
行平板型反応性イオンビームエッチ/ダにより、100
 W + 80mTorrの条件下において、GaAs
能動層L2に到達するまでエツチングし、マスクと同一
寸法のG130部19を形成する(第1図(C))。尚
、この時、最上層PMMA 16はエツチング除去され
る。続いてスパッタ蒸着により第1の金Siであるタン
グステン20を1500 A被着する(81図(d) 
’) 、次いでStow LCD 14を弗酸+水(1
:10 )で除去した後、第2の全屈であるチタン21
および第3の金属である金22をそれぞれスパッタ蒸着
により300人、 6000人被着する(第1図(e)
)。
続いてゲート開口部17よジ広く、金22を峻うように
通常の写其蝕刻法により形成したレジストパターン23
ヲマスクに金22、チタン21ヲイオンミリングにより
バッファ層13に到達するまでエツチングする(第1図
(f))。次にO,ガスを用いた円筒型プラズマエツチ
ングにより 100 (W) 100 mTorrの条
件下でバッファ層13をエツチング除去する・尚、この
時、レジストパターンおけエツチング除去される。続い
てオーミック金属AuGe/Ni 24を蒸着する事に
より、第1図(ロ)に示すようにアルファベットのT文
字型類似形状のゲート電極部に対してセルフアライメン
ト的にノース電極部、ドレイン電極26が形成され、0
.2ミクロン長のT型ゲー)GaAs MESFET 
カ得られる。
〔発明の効果〕
本発明によって得られたGaAs5 MESF′F:r
(第1図(g)に示すもの)と従来の製造方法によって
得られたもの(第4図(a) 、 (b)に示すもの)
とを比較すると、本発明のものは中間層に高温ベーク樹
脂層を、ゲートマスクとしてスピン塗布し、樹脂層より
低温ベークで耐スパツタ性に優れ、弱酸で腐喰される電
気絶縁層を用いたため、マスク側面にゲート金属が付着
して断面形状が三角形となったり、あるいは厚みに限界
が生じたりすることなく、ゲート膜厚が厚く、アルファ
ベットのT文字型で断面積の大きいゲート電極を形成す
ることが出来る。
中間層に樹脂層を用いる効果としては、更に例えば酸化
膜スペーサの様に弗酸系の化学エツチング′tLを用い
て、金属層を侵す恐れのあるのとは異なり、0.プラズ
マにより容易にエツチング、ゲートリフトオフできる点
が挙げられる1本発明の様にショットキ金属となる第1
の金属とその上に積層していく第2.第3の金属層を別
のプロセス工程で被着する事によシ、金桟材料の選択に
当たり、信頼性も考慮したショットキ特性とゲート抵抗
の低減化を独立に考える事が出来る。即ち、第1層金憾
としてショットキ特性として優れる高耐熱性遷移金Ir
4を用いた場合にはこれらは従来のMに比較すると高抵
抗であり、単体金属でT型ゲートを形成してもゲート抵
抗の低減化は図れない、そこで該第1層金属を薄く被着
した後、勤のような電気伝導率の大きな材料を厚く、金
属間反応のストッパおよび接着材を介して積層する事に
よって容易にT型構造で効果的にゲート抵抗の低減をは
かることができる。
この様にして得られたGaAa MESFETは従来の
ものに比べ断面積および全域材料の比抵抗からゲート抵
抗を試算すると従来の5.40から2.20に低減され
る。その結果、12 GHzにおける雑音指数が2.4
 (i Bから1.9 d Bに改善されることになる
以上実施例においては、T型ゲートの傘がドレイン電極
側に長い、即ちゲート・ドレイン電極間隔を長くしたオ
フセットゲート形状の場合を示しているが、ゲート金属
エツチング用マスク詔のパターン形状に依存すのもので
あり、容易に実現できる。
また、実施例ではG a A sについて述べているが
、81 z I nAsでもよく、材料は本発明を何ら
限定するものではない。
+、tgmiotm*ia”           1
第1図(a)〜(g)は本発明の半導体装置の製造方法
を工程[K示す断面図、第2図(a)〜(c)は従来の
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図、第3図(
a)〜(c)は従来の別の半導体装置の製造方法を工程
j狐に示す断面図、第4図(a) 、 (b)は従来の
半導体装置の製造方法により得られたトランジスタの断
面図である。
11.31,41・・・半絶縁性基板、L2.32.4
2・・・能動層、13・・・バッファ1’G、14・・
・Sin、、15・・・夕/ゲステン、16・・・PM
MA、17・・・開口部、工8・・・第1のバッファ層
開口部、19・・・第2のバッファ層開口部、20・・
・W、21・・・Ti、 22・・・M、23 、44
・・・レジストパターン、24゜35− AuGe/N
i 、 25.36.46−ソース電極、26,37.
47−・・ドレイン電極、27.38.48,51.5
2・・・ゲート電極、34・・・フォトレジスト、33
 、45・・・M、43・−・スペーサSin。
特許出顯入  日本電気株式会社 第1図 (Q) (b) (C) 第1図 (d) (e) (f) 第1図 箆2図 第2図 (C) 第3図 (Q) (b) 第3図 (C) 第4図 (Q) (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)導電型の半導体からなる能動層上に樹脂層を塗布
    、高温ベークした後、スピン塗布、ベークした電気絶縁
    層を設け、更に導電圧膜を設けた後、該導電性膜上に設
    けた感荷電粒子線性レジストパターンをマスクとして、
    導電性膜および電気絶縁層をエッチング開口する工程と
    、引き続き該樹脂層をまずエッチングマスクよりも広い
    寸法にエッチングする工程と、エッチングマスクと同一
    寸法に能動層に達するまで該樹脂層をエッチング除去す
    る工程と、露出した能動層上に第1の金属層を被着し、
    次いでエッチングマスクを除去した後、第2、第3の金
    属層をゲート開口部で樹脂層よりも厚く被着する工程と
    、該開口部より広く、第2、第3の金属層を覆うパター
    ンのマスクにより、第2、第3の金属層をエッチングす
    る工程と、樹脂層をエッチング除去するリフトオフ法に
    より、断面略T型をなすゲート電極を形成し、次にオー
    ミック金属を被着し、セルフアライン的にソース、ドレ
    インのオーミック電極を形成する工程を行うことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
JP20231484A 1984-09-27 1984-09-27 半導体装置の製造方法 Pending JPS6180869A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871687A (en) * 1985-01-28 1989-10-03 Telettra Telefonia Elettronica E Radio S.P.A. Method of fabricating a MESFET transistor with gate spaced above source electrode by layer of air or the like
JPH022640A (ja) * 1987-12-23 1990-01-08 Internatl Standard Electric Corp 自己整列ゲートfetの製造方法
US5036017A (en) * 1988-11-29 1991-07-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of making asymmetrical field effect transistor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4871687A (en) * 1985-01-28 1989-10-03 Telettra Telefonia Elettronica E Radio S.P.A. Method of fabricating a MESFET transistor with gate spaced above source electrode by layer of air or the like
JPH022640A (ja) * 1987-12-23 1990-01-08 Internatl Standard Electric Corp 自己整列ゲートfetの製造方法
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