JPS6195571A - 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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JPS6195571A
JPS6195571A JP21681684A JP21681684A JPS6195571A JP S6195571 A JPS6195571 A JP S6195571A JP 21681684 A JP21681684 A JP 21681684A JP 21681684 A JP21681684 A JP 21681684A JP S6195571 A JPS6195571 A JP S6195571A
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JP
Japan
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thin film
aluminum thin
gate electrode
mask
etching
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Pending
Application number
JP21681684A
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English (en)
Inventor
Tadatoshi Nozaki
野崎 忠敏
Kazuo Nakamura
和夫 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6195571A publication Critical patent/JPS6195571A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a 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
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/47Schottky barrier electrodes
    • H01L29/475Schottky barrier electrodes on AIII-BV compounds

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • 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、%に化合物半導体電界効果トラン
ジスタを含む半導体装置の製造方法に関する。
(従来の技術) 化合物半導体、とりわけ砒化ガリウム(GaAs)はポ
ストシリコン材料と称され、高速動作が可能な電界効果
トランジスタ(FET)並びに集積回路の製造が可能で
ある事から、現在各所で研究試作がなされている。FE
T%性の高性能化の要請から現状では、ゲート領域に近
接して高電導度ソース・ドレイン層(以下n+層と称す
る)を形成する製造方法が知られている。
第3図は従来のFETの一例の断面図を示したもので、
高電導度ソース・ドレイン層はゲート電極をマスクに、
動作層と同一電導型を示す不純物を、イオン注入法を用
いて高濃度に注入する周知の方法で製造されたものであ
る。
第3図において、1は半絶縁性基板、2は動作層、3は
ゲート電極、4は高電導度ソース・ドレイン層、5は眉
間絶縁膜、6はソース・ドレイン電極配線である。この
ような高電導度ソース・ドレイン層を有するFETでは
寄生抵抗の低減化が可能で17、相互コンダクタンスの
増大をもタラすためFET特性及び集積回路の性能向上
につながる。
(発明が解決しようとする問題点) 第3図に示した構造のFETに関しては、ゲート電極を
マスクとしてn+層用不純物を注入し、高温アニールを
経てn+層が形成されるが、この際、1層の横方向拡散
が生じ、ゲート電極とn+層との重なりが生ずる結果、
いわゆる短チヤト ネル効果が顕著とな9、ゲート長の縮少に伴い、しきい
値電圧の負方向シフトが生じ、しきい値電圧の制御が困
難となる大きな問題が生ずる。この問題を回避するため
いわゆる”Tゲート“構造が検討されている。
第4図は従来のFETの他の例の断面図である。
ゲート電極13はその上に設けられたゲート電極エツチ
ング用マスク14をマスクにエツチングにより形成され
るが、その際ゲート電極のオーバーエツチングを意識的
に行ない、ゲート電極のアンダーカットを生ぜしめ”T
ゲート1構造を実現している。ここで、11は半絶縁性
基板、12は動作層、15はソース・ドレイン層、16
は層間絶縁膜、17はソース・ドレイ/1を他配線で6
る。
この1Tゲート1構造においては、ゲート電極エツチン
グ用マスク14がそのままn+層形成用不純物の注入用
マスクとして使用される結果、高温アニールによるn+
層の横方向拡散が生じたとしても、エツチング用マスク
14に対するゲー)1[極13のアンダーカット量を制
御する事により、ゲート電極13とn+層15との重な
りを回避する事が可能となり、上述した短チヤネル効果
の抑制が可能となる。以上の例においては、ゲートa極
エツチング用マスクが、そのまま残存する例について述
べたカ、例えばエツチング用マスクとしてホトレジスト
を用い、ホトレジストをマスクとしてゲート電極をエツ
チングし、更にゲート電極のアンダーカットを生ぜしめ
、ホトレジストをマスクにn+層形成用不純物を注入し
ホトレジスト除去後高温アニールにより注入不純物の電
気的活性化を行なわしめる方法においても、第4図に示
したと同様のゲート電極とn+層との重なりを回避する
事が可能であり、いわゆる“Tゲート”構造の拡張と考
える事が出来る。しかしながら、以上述べ几ゲート電極
のエツチング用マスクに対するアンダーカットは、ゲー
ト電極の横方向エツチングを制御する事により達成され
るが、横方向エツチングはゲート電極の縦方向エツチン
グに比べ、供給される反応性ガスのウェーハ上のフロー
の不均一さの影響を受けやすく、ウェーハ内及びウェー
ハ間において、アンダーカット量を精密に制御する事が
困難であるという問題が生ずる。
以上述べた様にゲート領域に近接してn+層を形成する
事が、高性能FET及び集積回路の製造にと9不可欠で
ある事が認識されているにもかかわらず、ゲート領域n
+層との間隔を精度よくかつ再現性よく制御する製造方
法が開発されていないのが現状である。
本発明の目的は、ゲート領域とn+層との間隔を精度良
く、かつ再現性良く制御する事が可能な化合物半導体電
界効果トランジスタを含む半導体装置の製造方法を提供
することKある。
(問題点を解決するための手段) 本発明の半導体装置の製造方法は、半導体動作層を上面
に有する基板の前記半導体動作層を覆って全面に高融点
金属のゲート材料及びアルミニウム薄膜を順次堆積する
工程と、前記アルミニウム薄膜を選択エツチングしてパ
ターン化する工程と、前記パターン化されたアルミニウ
ム薄膜全マスクとしてフッ素系ガスを用いる反応性イオ
ンエツチングにより前記ゲート材料を選択エツチングし
てゲート電極を形成すると同時に反応性イオンエツチン
グ中に生ずる軟化流動現象により前記ゲート電極側面に
アルミニウム薄膜を付着せしめる工程と、前記アルミニ
ウム薄膜とゲート電極とをマスクにして前記半導体動作
層と1b]−導電型の不紳物を前記基板にイオン注入す
る工程と、前記アルミニウム薄膜を除去する工程と、前
記基板をアニールして注入されたイオンを活性化してソ
ース・ドレイン領域を形成する工程とを含んで構成され
る。
(実施例) 次に、本発明の実施例について説明する。
第1図(a)〜(C)は本発明の一実施例を説明するた
めの工程順に示したEI’TCili図である。
まず、第1図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基
板21にレジストをマスクとしてSiイオンを40 k
eVのイオンエネルギーで2X10120−2注入し、
動作層領域22を形成する。レジスト除去後ゲート電極
材料としてTiW膜2膜上3パッタ法により3ooo1
の膜厚で形成し、更にアルミニウム薄膜を抵抗加熱法を
用いて3000λの膜厚で形成し、パターン化したホト
レジストバタークにアルミニウム薄hl熱リン酸溶液で
エツチングしアルミニウム薄膜パターン24を形成する
次に、第1図(b)に示すように、アルミニウム薄膜パ
ターン24をエツチングマスクとして、8F6ガスを用
いた反応性イオンエツチングによりTiW膜23′t−
エツチングしゲート電極25を形成すると同時釦、アル
ミニウム薄膜の軟化流動を利用し、ゲート電極側面にア
ルミニウム薄膜を付着せしめたアルミニウム薄膜パター
ン26を形成する。引続き、アルミニウム薄膜で覆われ
たゲート電極をマスクにSiイオンを80KeVのイオ
ンエネルギーで2X10  cIn ソース・ドレイン
領域27となる領域に注入する。
次に、第1図(C)に示すように、アルミニウム薄膜を
熱リン酸溶液を用いて除去し次後、眉間絶縁膜としてS
in、膜28を2000λの膜厚で堆積し、H2ガス中
で800℃、20分の7ニールを行い注入された8iの
電気的活性化を行なわしめ、ソース・ドレイン領域27
を形成する。以後ソース・ドレイン領域の所定の個所に
コンタクト孔を開孔し、コンタクト部にAuGe−Ni
薄膜を形成し、H2ガス中で400℃の熱処理をして合
金化を行わしめて、ソース・ドレイン1甑29を形成し
、本発明の方法によるGaAs−FETの製造を完了せ
しめる。
以上述べた本発明の方法によるGaAs 、 PETと
は別忙、比較のため、以下の製造工程による従来法を用
いてFET金製造した。即ち、動作層形成後、ゲート電
極材料としてTiW膜を形成した後、ホトレジストパタ
ーンを形成し、このホトレジストバター/をマスクにT
iW膜をエツチングしかつオーバーエツチングを施こし
、レジストマスクに対しアンダーカットを生ぜしめた後
、レジストマスクとしてn+層形成用Siイオンを注入
し、レジスト除去後、層間絶縁膜としてS io、膜を
堆積し、高温アニール工程を経て従来法によるFETの
製造を完了した。S1イオン注入条注、TiW、SiO
□膜厚及び高温アニール条件は本発明の実施例で述べた
条件と同一である。
以上、本発明の方法及び従来の方法によジ製造されたゲ
ート長0.5,1,2.4μmを有するトランジスタの
しきい値電圧をウェーハ内2o個のトランジスタについ
て測定した。第2図に本発明によるものと従来法による
ものとを比較した結果を示す。従来法を用いて製造され
たトランジスタに関しては、ゲート長の縮小に伴うしき
い値電圧の負方向シフトの程度が増大すると同時にウェ
ーハ面内のばらつきが著るしく大きい。一方、本発明の
方法を用いて製造されたトランジスタについては、ゲー
ト長の縮小に伴うしきい値電圧の負方向シフトが低減さ
れると同時にウェーハ面内のばらつきが非常に小さい結
果が得られておp、本発明の効果が確認された。これは
、従来法においては横方向エツチングでゲート金属のア
ンダーカット量を制御するのに対し、本発明においては
、ゲート電極の縦方向エツチングに寄与する反応性イオ
ンの照射によるアルミニウム薄膜の軟化流動現象の利用
により、縦方向エツチングに寄与する反応性イオンのウ
ェーハ面内での分布のむらが、横方向エツチングに寄与
するラジカルのウェーハ面内での分布のむらに比べ著る
しく小さい事に起因していると考えられる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、ゲート領域とn
+層との間隔を精度良く、かつ再現性良く制御すること
ができる半導体装置の製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図<a>〜(C)は本発明の一実施例を説明するた
めの工程順に示した断面図、第2図は本発明の方法と従
来の方法とにより製造されたトランジスタの特性を示す
特性図、第3図は従来のFETの一例の断面図、第4図
は従来のFETの他の例の断面図である。 1・・・・・・半絶縁性基板、2・・・・・・動作層、
3・・・・・・ゲート電極、4・・・・・・ソース・ド
レイン領域、5・・・・・・層間絶縁膜、6・・・・・
・ソース・ドレインを他、配線、11・・・・・・半絶
縁性基板、12・・・・・・動作層、13・・・・・・
ゲート11!極、14・・・・・・ゲート電iエツチン
グ用マスク、15・・・・・・ソース・ドレイン領L1
6・・・・・・層間絶縁膜、17・・・・・・ソース・
ドレイン電極配線、21・・・・・・半絶縁性基板、2
2・・・・・・動作層、23・・・・・・TiW膜、2
4・・・・・・アルミニウム薄膜パターン、25・・・
・・・ゲート電極、26・旧・・アルミニウム薄膜パタ
ーン、27・・・・・・ソース・ドレイン領域、28・
・・・・・S+O,IJ、29・・・・・・ソース・ド
レイン電極。 、)7      z227 第1図 Q、/          /          1
0テート委 (μ、−L) 、粂2 図 14     t6 第4 旧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体動作層を上面に有する基板の前記半導体動作層を
    覆って全面に高融点金属のゲート材料及びアルミニウム
    薄膜を順次堆積する工程と、前記アルミニウム薄膜を選
    択エッチングしてパターン化する工程と、前記パターン
    化されたアルミニウム薄膜をマスクとしてフッ素系ガス
    を用いる反応性イオンエッチングにより前記ゲート材料
    を選択エッチングしてゲート電極を形成すると同時に反
    応性イオンエッチング中に生ずる軟化流動現象により前
    記ゲート電極側面にアルミニウム薄膜を付着せしめる工
    程と、前記アルミニウム薄膜とゲート電極とをマスクに
    して前記半導体動作層と同一導電型の不純物を前記基板
    にイオン注入する工程と、前記アルミニウム薄膜を除去
    する工程と、前記基板をアニールして注入されたイオン
    を活性化してソース・ドレイン領域を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP21681684A 1984-10-16 1984-10-16 半導体装置の製造方法 Pending JPS6195571A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6436024A (en) * 1987-07-31 1989-02-07 Nec Corp Formation of wiring of semiconductor device
US5540812A (en) * 1991-01-31 1996-07-30 Sony Corporation Dry etching method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6436024A (en) * 1987-07-31 1989-02-07 Nec Corp Formation of wiring of semiconductor device
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