JPS6352483A - 縦型半導体素子の製造方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、縦型半導体素子たとえば縦型トランジスタ
素子の製造方法に１１１するものである。さらに具体的
に言うと、この発明は、縦型トランジスタ構造のゲート
構造を腐食操作中保護する方法に１１．１するものであ
る。

Ｂ、従来技術 半導体産業が驚くべき成長を遂げた結果、縦型トランジ
スタ素子の製造が改良されてきた。この製造に伴う１つ
の問題は、通常はハロゲンを主成分とするプラズマ中で
のりアクティブ・イオン・エツチングによって縦型トラ
ンジスタを画定した後でしばしば不完全な表面構造が生
じることであった。この現象の典型的な現われは、Ｉ１
１〜■族化合物、典型的にはアルミニウム・ガリウム砒
素の縮型半導体構造の絶縁体表面の上に「グラス」が残
ることである。

従来、不完全な表面構造をもつ縦型トランジスタ素子の
表面にハロゲン雰囲気中でプラズマ・エツチングを施し
ていた。この方法はグラスを除去する点では、したがっ
て表面構造を改善する点では成果があるものの、エツチ
ングを施された水平表面が改善される間に、ゲートの垂
直表面もエツチングされる結果、その表面が損傷を受け
るために不満足なことが判明した。この作用によってト
ランジスタが使いものにならなくなる。

トランジスタ素子が光電気化学的エツチングの際にアン
ダーカットを受ける問題は、当技術では以前から知られ
ている。この問題に対処するため、いくつかの方法が開
発されてきた。すなわち、上記の悪影響を与える側方エ
ツチングを起こさずに、縦型半導体構造の異方性エツチ
ングを実施するための方法がいくつか開発されてきた。

かかる１つの方法は、米国特許第４５２９４７５号に記
載されている。その特許では、選択的エツチングを受け
る加工片に表面損傷を与えずに異方性エツチングが実現
されるという、乾式エツチングの装置と方法が開示され
ている。このことは、真空室に２種の原料ガスを導入し
てエツチングを行なうことによって実現される。一方の
ガスはエツチング作用をもたらし、もう一方のガスは加
工片のエツチングされた部分の側壁にその側壁を側方エ
ツチングから保護するｒ：、１５を形成する。この方法
は効果があると称されているが、こうして形成されなＩ
Ｉ々を除去する問題が残っている。この保Ｋｍ　ｌ＋１
５は非常に除去するのが難しい。

当技術で開発されたもう１つの方法は、米国特許第４５
２８０６６号に記載されている。この特許の方法は、ソ
ース領域とドレン領域ヲ覆うゲート誘電体として働く下
側の二酸化ケイ素層をエツチングせずに、ケイ化タング
ステンリと多結晶シリコン層からなるゲート電極をエツ
チングするためのりアクティブ・イオン・エツチング技
法に関係している。この特許の発明は、ゲートをポリ四
フッ化エチレンで被覆して、ゲートの両側の底面でエツ
チングを続けながら、ゲートの側壁を過イ４りな側方エ
ツチングから保護することに関係している。この方法は
効果があると称されているものの、やはりポリ四フッ化
エチレン被膜の除去は非常に稚しい。

当技術における第３の開発は、米国特許第４４８２４４
２号に組み込まれている。この特許は、ｎ型ガリウム砒
素、ならびにそれと密接な関係のあるアルミニウム・ガ
リウム砒素とアルミニウム・ガリウム・リンの化合物半
導体を光電気化学的にエツチングする方法を開示してい
る。この方法では、半導体を、酸化剤と酸化過程の生成
物を溶かす溶媒とを含む電解質水溶液と接触させながら
、エツチングすべき領域を照射する。酸化剤を使うため
、光が当たる所は確実に酸化され、光が当たらない所は
過剰な酸化が起こらない。したがって、照射されない領
域は最小限しかエツチングされない異方性エツチングが
起こる。したがって、半導体ウェハの側面は照射されな
いため、側方エツチングが抑えられる。この方法は特別
のエツチング装置が必要なため、光電気化学工程がより
複雑になる。

乾式プラズマ・エツチングの間、半導体構造の垂直面を
保護する方法を提供する、他の半導体製方法が、特開昭
５７−７３１８０号公報および５８−１３２９３３号公
報に記載されている。これらの方法は、本発明にもとづ
いて処理した半導体構造と一緒に用いた場合、水平表面
を覆うことになり、したがって半導体素子の水平表面の
不完全な表面構造は改善されないはずだと言うだけ留め
ておく。これらの開示は、本発明のＩＩＩ〜Ｖ　’ＩＸ
化合物型半導体ではなく、有名なシリコン半導体素子を
対象としているので、そう予想できる。

以上の論評から、当技術で、除去し維い被覆を１４着せ
ずに、１ｌｌｊｌ方エツチングを効果的に制御できる、
縦型半導体構造を製造する新しい方法が求められている
ことがはっきりする。さらに、この方法は、半導体操作
に通常使用されている機器の改造を必要とすべきでない
ことも明らかである。

Ｃ４発明が解決しようとする問題点 垂直表面の側方腐食進行ともよく呼ばれている縦型半導
体構造の側方エツチングがほとんど起こらない方法が今
回発見された。この方法は、容易には除去できない側壁
保護膜の形成を伴わずに行なわれる。その上、この方法
は、半導体素子の異方性乾式エツチング用の従来技術の
手順で使用される設計のままのエツチング室で行なわれ
る。

Ｄ９問題点を解決するための千〇 本発明によれば、縦型半導体構造を製造する方法が提供
される。この方法は、水平表面と垂直表をもつ縦型半導
体構造を垂直腐食抑制マスクで被覆することを含む。次
に、腐食抑制マスクで覆われた水平表面を除去する。続
いて、被覆されていない水平表面の腐食操作を行なう。

最後に、半導体構造の垂直表面を覆う垂直腐食抑制マス
クを除去する。

Ｅ、実施例 本発明は、縦型半導体素子の表面構造を改良するための
方法に関するものである。さらに具体的に言えば、本発
明の方法を適用できる米導体素子は、電界効果トランジ
スタ素子またはへテロ接合バイポーラ・トランジスタ素
子である。かかるトランジスタ素子は、トランジスタの
へテロ接合を横切る電子の流れを制御するゲートまたは
エミッタを含んでいる。すなわち、ゲート（またはエミ
ッタ）が、トランジスタ素子中″？：流れる電流を制御
する。

本発明で企図する特に好ましいトランジスタ素子のクラ
スは、いわゆる１１１〜■族化合物半導体である。当業
者なら知っている通り、ガリウム砒素半導体またはアル
ミニウム・ガリウム砒素半導体が、このクラスの半導体
のうちで実用的に最も開発されているものである。本発
明の方法で企図する対象に含まれるその他の奸ましいＩ
１１〜■族１ヒ合物半導体には、アルミニウム砒素、イ
ンジウム砒素、アルミニウム・アンチモン、ガリウム・
アンチモン、インジウム・アンチモンなどがある。

ガリウム砒素半導体またはアルミニウム・ガリウム砒素
半導体は、本発明で企図する半導体の最も好ましい実施
例なので、本発明の方法をかかる半導体素子に関して説
明することにする９ただし、当然のことながら、すべて
のＩＩＩ〜Ｖ族化合物半導体が、以下にガリウム砒素半
導体素子について規定する手順にもとづいて処理できる
。

第１図に、所期のガリウム砒素縦型半導体１を示す。半
導体素子１は、電界効果トランジスタでもペテロ接合バ
イポーラ・トランジスタでもよい。

この素子１は、ゲート５が存在することを特徴とする。

ゲート５は、金属接点２とドープされたガリウム砒素結
晶４を含む。金属接点２は、好ましい実施例ではえ火金
属である。本発明の実施例で使用する特に好ましい耐火
金属は、モリブデン−ゲルマニウムである。素子１の水
平表面７は、絶縁層６で覆われている。絶縁層６は、ガ
リウム砒素半導体の場合、アルミニウム・ガリウム砒素
である。ドープされないガリウム砒素結晶１０が層６の
下にあり、その下はガリウム砒素基板結晶１２である。

残念なことに、所期の素子は通常の形成工程で製造でき
ないことがしばしばである。典型的な場合、トランジス
タ形成操作中の通常の異方性乾式エツチング段階で、少
なくとも１つの水平面が有害な表面作用を受ける。これ
を第２図に示す。ガリウムε上素半導体素子２０は、ア
ルミニウム・ガリウム砒素被覆６の水平表面に不完全な
表面構造をもつことを特徴とする。これを、「グラス」
９で表わす。このグラス９は、ガリウム砒素の小さなひ
げである。このひげは、素子２０を使いものにならない
ようにする効果がある。第１図の所期の半導体素子］を
製造するには、素子２０の表面以外に悪影響を与えずに
、グラス９を除去しなければならない。

異方性乾式エツチング、すなわちリアクティブ゛・イオ
ン・エツチングまたはりアクディプ・イオン・ビーム・
エツチングを使うと、グラス９が効果的に除去されるこ
とが、従来技術で知られている。

しかし、この処理を行なうと、ドープされたガリウム砒
素が１１１１方エツチングも受けてしまう。具体的に言
うと、ゲート５のドープされたガリウムごヒ素結品４の
垂直表面１１が、有害なエツチングを受ける。垂直表面
１１がエツチングされても、素子２０が動作できなくな
る恐れがある。

グラス９の除去に１′１５うこの問題を解決するため、
次のような方法が開発された。

その第１ステツプは、素子２０を１奮食抑’Ｉｌｌマス
クで覆うことである。この、腐食抑制マスクは、トラン
ジスタ技＜Ｆｊの専門家には５″＋１方性乾にエッチン
グ手順のエツチング作用に対して抵抗力をもつことが知
られている、フォトレジストとすることが好ましい。素
子２０に対するこのステップの結果を３図に示す。図で
は、フォトレジストを１３で示しである。

第３図に示すように、フォトレジスト１３は、水平表面
７の全体とゲート５を覆う。ただし、上記の議論から明
らかなように、ゲート５の損傷しやすい表面、すなわち
ドープされたガリウム砒素結晶１１の側表面はエツチン
グせずに、表面７をエツチングすることが狙いである。

したがって、この所期の結果を実現するには、フォトレ
ジスト１３を、エツチングの前に、表面１１からは除去
せずに表面７から除去しなければならない。この結果が
得られるのは、半導体構造が、電界効果トランジスタま
たはへテロ接合バイポーラ・トランジスタ、あるいは「
Ｔ」字形ゲートを備えた他のかかる素子のときだけであ
る。

当業者なら知っている通り、ポジティブ・フォトレジス
トは紫外線に当てると除去できる。したがって、本発明
の方法では、垂直に入射する紫外線に当て、続いて現像
することにより、フォトレジスト・パターン１３を画定
する。ゲート５が「Ｔ」字形であるため、表面７に対し
て垂直に当たった入射紫外線は、金属接点２のオーバー
ハシグによって遮蔽されるため、表面１１上にあるフォ
トレジスト１３には影響を及ぼさない。したがって、フ
ォトレジスト１３は、ドープされたガリウム砒素結晶４
の表面１１上に残る。

このフォトレジストがトランジスタ素子の少なくとも１
つの水平表面から除去された結果を第４図に示す。第４
図には、素子２０を紫外線に当てて現像した後の姿を示
しである。フォトレジスト被覆１３はドープされたガリ
ウム砒素結晶４の垂直表面１１を預っているが、水平表
面７は覆っていない。

このときトランジスタ素子２０は、アルミニウム・ガリ
ウム砒素被覆６の表面７上になお存在するグラス９を除
去できる状態にある。そのために、素子２０に通常の等
方性乾式エツチングを施す。

普通はハロゲンのプラズマ、好ましくは塩素のプラズマ
に当てる。等方性乾式エツチングの条件は、アルミニウ
ム・ガリウム砒素の表面には影響を分ない。乾式エツチ
ングは、グラス９を除去する作用をもち、その結果、水
平表面７の表面構造が著しく改善される。同時に、表面
１１はフォトレジスト１３で覆われているため、この表
面はエツチングされない。第４図に、素子２０に乾式エ
ツチングを、物した後で得られた結果を図示する。

本発明の方法の最終段階は、従来技術の方法とは違って
側方エツチングを受けた表面から腐食抑制マスクを除去
することであり、比較的簡単である。当業者なら知って
いるように、フォトレジストは垂直の有機溶媒によく溶
ける。有機溶媒としてはアセトンまたはＮ−メチルピロ
ドリンを使用することが好ましく、アセトンが特に好ま
しい。

もちろん、本発明で使用するのが好ましいトランジスタ
素子の半導体ネオ科、すなわちＩｌｌ〜〜′族化合物手
導体は、フォトレジスト１３を除去するのに使う南頗溶
媒には溶けない。したがって、本発明の方法で使用する
有機溶媒で素子２０を処理すると、第１図に示すような
所期の素子１が形成される。この溶媒処理がこの方法の
最終ステップである。

Ｉミ、　発明の効果 以−ヒ説明したようにこの発明によれば縦型半導体構造
体を縦方向腐食性を有するマスク材料で汲覆し、このの
ちエツチングすることにより、半導体構造体の縦方向表
面にのみマスク材料が残るようにしている。そしてこの
のち半導体構造体の横方向表面上のひげをエツチングす
るようにしている。したがって縦方向表面を側方エツチ
ングすることなくひげを取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、所期のれｔ型半導体構造のイ既略図である。 第２図は、不完全な表面構造をもつことを特徴とする、
縦型゛ト導体構造の概略図である。 第３図は、駆食抑；１ｉｌｌマスクを備えた、第２図の
半導体の概略図である。 第、１図は、上記半導体の水平表面から、腐食抑制マス
クを除去した後の、第３図の半導体の概略図である。 第５図は、腐食操作後の、第４図の半導体の概略図であ
る。 ７・・・・水平表面、１１・・・・垂直表面、１３・・
・・フオトレ°シスト。 出顆人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 縦方向に構成要素を積層してなる半導体構造体を含む縦
   型半導体素子の製造方法において、上記半導体構造体を
   縦方向腐食性を有するマスク材料で被覆するステップと
   、 上記半導体構造体の少なくとも１つの横方向表面から上
   記マスク材料を取り除くステップと、上記マスク材料が
   取り除かれた横方向表面をエッチングするステップと、 上記半導体構造体の縦方向表面から上記マスク材料を取
   り除くステップとを有する縦型半導体素子の製造方法。