JPS63193570A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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、ＧａＡｓの高周波デバイスの微細ゲートパタ
ーンの形成にかかわるものであり、特に微細化によって
生ずるゲートの高抵抗化を防ぎ、微細なレジストパター
ンを必要としない半導体装置の製造方法に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 半導体デバイス、特に高周波デバイスの低雑音化をめざ
して加工は益々微細化しているが、最近ではＦＪＢ露光
機等を用いて０１〜０．２μｍレベルのゲートの形成が
なされている。化合物半導体、中でもＧａＡｓデバイス
は、そのキャリア移動度の高速性からＳｉにかわる次世
代材料として非常に注目を集め、また高周波素子では実
用化の段階まで技術が高められている。

一般に、ＧａＡｓ等の化合物半導体で形成されるＦＥＴ
ば、ＭＥＳ構造（メタル−半導体接触）をとり、そのゲ
ート形成は、レジスト等にパターンを形成した後、金属
を表面に蒸着等で全面析出させ、レジストが可溶な有機
溶媒に浸しパターン以外の部分を取り去るリフトオフ法
が良く用いられる。この方法の問題点は、微細なゲート
パターンを得る場合、更に微細なレジストパターンが必
要なことであり、このため上記したＥＢ露光機等が用い
られることになる。

また、他のゲート形成法として、エツチングによって金
属を細らせてゆき、所望のゲート長を得るエツチング法
があり、レジストによるパターンもリフトオフ法よりも
微細化しなくて済む長所がある。

〈発明が解決しようとする問題点ン しかしながら、ＧａＡｓのゲート形成法として上記のよ
うなエツチング法を用いた場合、化合物半導体の表面は
酸、アルカリの水溶液に非常に弱く、ゲート金属ととも
に溶解してしまう問題があって適用できなかった。即ち
、ＧａＡｓのゲート形成法として上記したエツチング法
を用いる場合、前述のようにゲート形成を行い、酸性水
溶液に浸すとゲートの回りのＧａＡ　ｓがエツチングを
受は素子の活性層が溶けてソース・ドレイ／間に電流が
流れない現象が生ずる問題点があった。

また、ゲートの微細化に伴いゲート抵抗の増大が生じ、
素子の特性に悪影響を及ぼすようになるため、Ｔ型の断
面を持つゲートが提案されているが、リフトオフ法で形
成するとプロセス的に複雑で生産性が悪いという問題が
生じる。

本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、Ｇａ
Ａｓ上での前述したエツチング法によるゲート形成法を
可能せしめ、低抵抗で、微細なゲートパターンを得る半
導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

く問題点を解決するための手段及びその解決原理〉上記
の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法
は、任意のパターン状に任意の不純物濃度を持つＧａＡ
ｓウェハー上にアルミニウム−チタン−金よりなるショ
ットキー接合を持つ三層構造ゲート及び、オーミック接
合を持つソース。

ドレイン電極を形成する第１の工程と、この第１の工程
で形成されたソース・ドレイン電極をアルミニウムによ
り配線し短絡させる第２の工程と、上記のソース・ドレ
イン電極を外部と導通させ、その後レジストパターンに
よってゲート部分を露出させる第３の工程と、試料極と
して上記の第３の工程で得られた試料を、対極として白
金またはニッケル、及び参照電極として飽和カロメル電
極を用意したｐＨ３〜１の弱酸性から酸性水溶液中に入
れ、飽和カロメル電極に対して−０，１〜−１Ｖの範囲
で、ソース・ドレイン電極を分極させつつ、ゲート部分
のアルミニウムのエツチングを酸性溶液により行う第４
の工程とからなる金属ゲート形成工程を含むように構成
している。

本発明は上記のように構成されているが、次に本発明の
構成原理について説明する。

上記したように、ＧａＡｓのゲート形成法とじてエツチ
ング法を用いる場合、ゲートの回９のＧａＡｓがエツチ
ングを受け、素子の活性層が溶けてソース・ドレイ／間
に電流が流れない現象が生ずる。

即ち一般に、半導体が水溶液と接触状態にある場合、金
属との接触で見られるようなショットキー接触がその界
面で生じていることが知られているが、上述の場合、ゲ
ート金属・半導体で生ずる金属・半導体界面と半導体バ
ルクのポテンシャル差（Ｐｍ、−バリヤハイド）より溶
液・半導体界面とバルクのポテンシャル差（Ｐｓ）の方
が大きいため室温生成しているホールは溶液・半導体界
面の特定部分に集中してＧａＡｓを酸化して溶出せしめ
るものと考えられる。

したがって溶出を防ぐためには、Ｐｓ＜Ｐｍの情況を作
り出せばよく、そのための方法として、（１）半導体バ
ルクのポテンシャルを高めＰｓを小さくする。

（２）　　Ｐｍが大きい金属全ゲートに用いる。

の二つの方法がある。

上記（２）の場合、ショットキー接触を作る金属はほと
んどが同じパリャーノ・イトを示し、またＧａＡｓのバ
ンドギャップが約１．４Ｖと小さいためＰｍを大きくす
ることは困難であると考えられる。一方、（１）の方法
を行うには、バルクのエネルギーポテンシャルを引き上
げればよいので、水溶液中の参照電極に対し、（−）側
【分極することによって達成される。この際、ソース・
ドレイン両電極は、ＧａＡｓとオーミック接触を形成し
ているので、これらを短絡し外部のポテンシオスタット
と結線することにより容易に行える。

しかし、単にゲート部分を細くするだけでは、ゲート抵
抗の増大を招き素子の特性に憂い影響を与えるので、下
層に酸性水溶液でエツチングを受けやすく、上層に低抵
抗でエツチングを受けにくい金属といった多層構造にす
れば、低抵抗で実行ゲート長の微細なゲートが形成され
る。

このような特徴を持つ金属として、下層にアルミニウム
を用いると共に上層に金を用いることが考えられるが、
これらの二層構造の場合、界面で高抵抗を持つ層が生じ
て目的が達せられない。しかしながらアルミニウム／チ
タン／金の三層構造の場合には、上記の目的に合致する
ため、本発明を実施するに当ってはこの構造を採用して
いる。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図乃至第５図は、それぞれ本発明の一実施例の工程
を示す図である。

まず、第１図に示すように半絶縁性ＧａＡｓ基板７上に
ｎ型不純物をドープしてｎ−ＧａＡｓ層５を形成し、更
にソース、ドレイン電極形成位置に対応してｎ”−Ｇａ
Ａｓ層６，６を形成し、該ｎ”−ＧａＡｓ層６，６上に
オーミック接触を持つソース、ドレイン電極１，１を形
成し、更に両電極１，１間にゲートパターンをレジスト
により形成し、アルミニウム、チタン、金の順に蒸着し
てリフトオフ法により、例えばゲート長２μｍ１幅３０
０μｍのアルミニウム／チタン／金よりなるゲートを形
成した（第１の工程）０また、アルミニウム４．チタン
３及び金２の厚みは、それぞれ０．５μｍ、０．１μｍ
。

０．８μｍになるように蒸着を行なった。

次に、上記の第１の工程で形成したソース・ドレイン両
極１．１を短絡し、外部と導通がとれるようにレジスト
でパターンを形成した後、アルミニウムを１．０μｍの
厚さＫなるように蒸着し、リフトオフ法により第２図に
示すようにアルミニウムによる配線パターン８を形成し
た（第２の工程〕。

次に第３図に示すように、全面をレジストで覆いい、ゲ
ート金属缶周辺が露出し、ゲート回りを０．５μｍｆつ
広ケた開口（レジスト）パターン９カロメル電極（ＳＣ
Ｅ）、対極（白金もしくはニッケルのネット）１４を第
４図に示すようにボテ浸シ、ポテンシオスタット（ＰＳ
）１１を操作して、参照電極（ＳＣＥ）に対して−０，
１〜−１，ＯＶに分極させた。また電解液１５は窒素に
よりパージして溶存酸素を出来る限り抑えた０このとき
試料１２の表面状態や、不純物濃度によって最適な印加
電圧は異なるので、あらかじめ平衡電位を測定し、その
電位より０．５　Ｖ　（−）側に印加することにより再
現性の良い結果が得られた。

電解液１５に浸すと同時に試料１２に設定電圧を印加し
、アルミニウムのエツチングを任意時間行い電解液から
取り去りエチルアルコール等の水分を溶かす有機溶媒中
で洗浄して、一連の第４の工程を実行した。

このようにして得られたゲートの形状は第５図に示すよ
うに断面がＴ型になりゲートの実行部分が細く、かつゲ
ート抵抗を低くできるものであった０ 上記の第４の工程を具体的数値例を挙げてよシ詳細に説
明すると、ゲート回９を０．５μｍずつ広げた開ロバタ
ーンの形成された試料を試料極１２として、第４図に示
すようにポテンシオスタット（ＰＳ）１１と結線し、参
照電極にはＳＣＥ　（飽和カロメル電極）１３を用い、
対極には白金のネット１４を使用した。電解液１５は、
濃塩酸を純水により薄めｐＨ＝３になるようにアンモニ
ア水で調製し、２５℃に保った。

電解液１５をポリエチレン製のビーカー１６に入れ、５
分以上窒素を吹き込み溶存酸素を除いた後、試料極（Ｔ
Ｅ）１２、参照電極（ＲＥ）１３、対極（ＣＥ　）　１
４をこの電解液１５に入れ、ｐｓｌｌを操作し５ＣＥ１
３に対して、−１，ＯＶ印加した０ １０秒後、置２の印加電圧を切り、エチルアルコール中
で充分に洗浄したのちゲート部を走査型電子顕微鏡によ
り観察すると、第５図に示したように断面がＴ型の形状
が得られ、またＧａＡｓ面の溶出は認められなかった。

また、電解液のｐＨは１〜３で、更に分極させる範囲は
−０，１〜〜１．０Ｖ（ｖｓＳＣＦ）で実施することに
より上記実施例と同様の結果が得られた。

〈発明の効果〉 以上説明したごとく本発明によれば、ＧａＡｓ上におい
てゲートをエツチング法により加工することができ、微
細なパターン形成を必要としないでサブミクロンのゲー
トを得ることができるので、高周波素子の製造に好適で
あり、工業的利用価値は高い。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はそれぞれ本発明の半導体装置の製造
方法の一実施例の各工程を説明するための工程図である
。 １．１・・・ソース、ドレイン電極（オーミック電極）
、２・・・金、３・・・チタン、４・・・アルミニウム
、７・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、８　・アルミニウム
配線、１１・・・ポテンシオスタット、１２・・・試料
極、１３・・・参照電極、１４・・・対極ネット。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）属ｌ　図 第２１７Ｉ 第３　図 ′Ｐ、４　　図 ｅ　ｎｆ層　ＣσＪＪ ７　Ｂ、ｒ、　　ＧａＡｓ 真５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、任意のパターン状に任意の不純物濃度をもつＧａＡ
   ｓウェハー上にアルミニウム−チタン−金よりなるショ
   ットキー接合をもつ三層構造ゲート及び、オーミック接
   合をもつソース、ドレイン電極を形成する第１の工程と
   、 前記第１の工程で形成されたソース−ドレイン電極をア
   ルミニウムにより配線し短絡させる第２の工程と、 前記ソース−ドレイン電極を外部と導通させ、その後レ
   ジストパターンによってゲート部分を露出させる第３の
   工程と、 試料極として前記第３の工程で得られた試料を、対極と
   して白金またはニッケル、及び参照電極として飽和カロ
   メル電極を用意したｐＨ３〜１の弱酸性から酸性水溶液
   中に入れ、飽和カロメル電極に対し−０．１〜−１Ｖの
   範囲でソース−ドレイン電極を分極させつつ、ゲート部
   分のアルミニウムのエッチングを酸性溶液により行う第
   ４の工程と からなる金属ゲート形成工程を含んでなることを特徴と
   する半導体装置の製造方法。