JPH0464459B2 - - Google Patents

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関するものである。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
に関するものである。

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を改良されてきた。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リアクテイブ・イオン・
エツチングによつ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
つた。この現象の典型的な現われは、〜族化
合物、典型的にはアルミニウム・ガリウム砒素の
縦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、したがつ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。この作用によつてト
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
際にアンダーカツトを受ける問題は、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。そき特許では、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
うことによつて実現される。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膜を形成する。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
た膜を除去する問題が残つている。この保護膜は
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4528066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を覆うゲート誘電
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層と多結晶シリコン
層からなるゲート電極をエツチングするためのリ
アクテイブ・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、ゲートをポリ四フツ化
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、ゲートの側壁を過剰な側方
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
りポリ四フツ化エチレン被膜部材２６非常に難し
い。

当技術における第３の開発は、米国特許第
4482442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。したがつ
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。したがつて、
半導体ウエ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
たがつ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〜族化合物型半導
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、除去し難い被覆を
付着せずに、側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つきりする。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。

Ｃ 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。

Ｄ 問題点を解決するための手段 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
面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半導体素子
は、電界効果トランジスタ素子またはヘテロ接合
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、トランジスタのヘテロ接合を
横切る電子の流れを制御するゲートまたはエミツ
タを含んでいる。すなわち、ゲート（またはエミ
ツタ）が、トランジスタ素子中を流れる電流を制
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〜族化合物半導体で
ある。当業者なら知つている通り、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、このグ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好ましい〜族化合
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。

ガタ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。ただ
し、当然のことながら、すべての〜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
もヘ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
ましい実施例では耐火金属である。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１
０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
リウム砒素半導体素子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１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、すなわちリアクテイ
ブ・イオン・エツチングまたはリアクテイブ・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
たガリウム砒素が側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
リウム砒素結晶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の除去に伴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を腐食抑制マス
クで覆うことである。この腐食抑制マスクは、ト
ランジスタ技術の専門家には異方性乾式エツチン
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、フオトレジストとすることが
好ましい。素子２０に対するこのステツプの結果
を３図に示す。図では、フオトレジストを１３で
示してある。

第３図に示すように、フオトレジスト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４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。したがつて、こ
の所期の結果を実現するには、フオトレジスト１
３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
ンジスタまたはヘ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。

当業者なら知つている通り、ポジテイブ・フオ
トレジストは紫外線に当てると除去できる。した
がつて、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、フオトレ
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
たつて入射紫外線は、金属接点２のオーバーハン
グによつて遮蔽されるため、表面１１上にあるフ
オトレジスト１３には影響を及ぼさない。したが
つて、フオトレジスト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。

このフオ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てある。フオトレジスト
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を覆つているが、水平表面７は覆つて
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
響を与えない。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
オトレジスト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５図に、素子２０に乾
式エツチングを施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
は違つ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。当業者なら知つているように、フオトレジス
トは通常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材料、すなわち〜族化合
物半導体は、フオトレジスト１３を除去するのに
使う有機溶媒には溶けない。したがつて、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ツプであ
る。

Ｅ 発明の効果 以上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被
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。したがつ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、所期の縦型半導体構造の概略図であ
る。第２図は、不完全な表面構造をもつことを特
徴とする、縦型半導体構造の概略図である。第３
図は、腐食抑制マスクを備えた、第２図の半導体
の概略図である。第４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……
フオトレジスト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不完全な表面構造を有する水平表面層が半導
   体基板の上に設けられ、実質的に垂直な表面を有
   する導電部材が前記水平表面層の一部分の上に設
   けられ、前記導電部材よりも幅が広くて突き出て
   いる接点手段が前記導電部材の上に設けられた縦
   型半導体構造体を準備し、 前記縦型半導体構造体をフオトレジストで覆
   い、 前記縦型半導体構造体に紫外線を実質的に垂直
   に当てて露光及び現像をすることにより、前記接
   点手段の下に存在する部分以外のフオトレジスト
   を除去し、 露出した前記水平表面層を乾式エツチングして
   不完全な表面構造を取り除き、 前記導電部材の実質的に垂直な表面から残つて
   いるフオトレジストを除去する、 ことを含む縦型半導体素子の製造方法。