JPH0922892A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置の製造方法

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JPH0922892A
JPH0922892A JP16841895A JP16841895A JPH0922892A JP H0922892 A JPH0922892 A JP H0922892A JP 16841895 A JP16841895 A JP 16841895A JP 16841895 A JP16841895 A JP 16841895A JP H0922892 A JPH0922892 A JP H0922892A
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JP
Japan
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compound semiconductor
gas
semiconductor device
etching
reaction gas
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JP16841895A
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English (en)
Inventor
Tomoko Kamaguchi
知子 釜口
Katsushi Oshika
克志 大鹿
Shoji Asaka
昭二 浅香
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体装置において、SF6ガスによ
るドライエッチングによるゲート電極形成後、表面に付
着したイオウを除去する。 【構成】 化合物半導体基板1上に、WSi膜6を堆積
させる。これを、レジストマスク7によつて、SF6
反応ガスでエッチングした後、CF4ガスでオーバーエ
ッチングすることによりゲート電極6aを形成する。 【効果】 SF6ガスによるエッチングで表面に付着し
たイオウを、CF4ガスでオーバーエッチングすること
により、次の熱処理工程の前に除去することで、イオウ
の半導体基板1のn型層への熱拡散を防ぎ、ショットキ
ーバリアハイトを高く安定化することで、しきい値電圧
thを安定化することができ、化合物半導体装置の歩留
向上に効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体装置の製
造方法に関し、特に、ゲート電極等のドライエッチング
加工時に表面に付着した不純物の除去に適用して有効な
技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体装置のゲート電極等の加
工には、ホトリソグラフィ技術を用いエッチングによっ
て所要のパターンを形成している。高速デバイス特にG
aAs等の化合物半導体装置の製造においては、生産性
が良く面内均一性も良く異方性に優れている点から、ド
ライエッチング技術が主に用いられている。ドライエッ
チングでは種々の反応ガスが用いられており、その一つ
であるイオウの硫化物を含むSF系の反応ガス例えばS
6は、エッチングレートが速いことから、スループッ
トを重視する場合に用いられている。
【0003】このようなエッチング技術については培風
館刊「超高速化合物半導体デバイス」第211頁乃至第
217頁に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなド
ライエッチング加工において、SF系の反応ガスSF6
を用いてゲート電極のエッチング加工した場合に、形成
されたトランジスタのしきい値電圧Vthが低下してしま
うことがあった。
【0005】本発明者等は、この問題について研究を重
ね、エッチングの際にエッチングガスに含まれるイオウ
が、ゲート電極の表面に付着し、このイオウがGaAs
にとってn型ドーパントであるため、次の400℃程度
の熱処理工程においてドーピングされ、ゲート電極周辺
に高濃度n型層が形成され、この高濃度n型層により、
順方向電流が増加し、部分的にゲート電極とGaAs基
板との間のショットキーバリアハイトが低下し、このた
めしきい値電圧Vthが低下することを見出した。
【0006】また本発明者等は、エッチングが進行し半
導体基板が部分的に露出した状態になると、エッチング
ガスに含まれるイオウが半導体基板のGa或いはAsと
反応して、半導体基板表面にGa或いはAsの硫化物が
形成され、この硫化物のうち特にAsの硫化物が以降の
処理工程で加熱された際に分解し、遊離したAs或いは
Sによってリーク電流が生じることを見出した。
【0007】本発明の目的は、このような問題を解決す
ることであり、トランジスタのしきい値電圧Vthを安定
化することが可能な技術を提供することにある。
【0008】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0010】即ち、上記目的を達成するために、本発明
では、SF系ガスによるドライエッチングで表面に付着
したイオウ或いは硫化物を、以降の処理工程にて加熱を
受ける前に、CF系ガスでドライエッチングを行なうこ
とによって、SF6に再ガス化して除去する。
【0011】
【作用】上記した手段によれば、GaAs半導体基板表
面或いはゲート電極をSF系によってドライエッチング
した後、CF系ガス(例えば、CF4/O2、CF4等)
によってドライエッチングすることによって、遊離して
いるイオウがGaAs半導体基板表面或いはゲート電極
に付着しにくく、また付着したイオウもCF4ガスのF
ラジカルと反応しSF6となりガス化されて再蒸発する
と考えられる。これによって、GaAs半導体基板表面
或いはゲート電極へのイオウの付着を防止することが可
能となる。
【0012】従って、イオウの付着による前記n型層或
いは硫化物の形成が防止され、ショットキーバリアハイ
トを高く保って、形成される素子特性を安定化すること
ができる。
【0013】以下、本発明の構成について、実施例とと
もに説明する。
【0014】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【0015】
【実施例】図1乃至図4に示すのは、本発明の一実施例
であるGaAs半導体装置を製造工程ごとに示す縦断面
図である。
【0016】先ず、GaAsからなる半絶縁性の半導体
基板1上にイオン注入保護膜としてSiO2の絶縁膜2
を形成し、SiO2絶縁膜2上にホトレジストを塗布
し、このホトレジストをホトリソグラフィによりパター
ニングしてレジストマスク3として、n型キャリアとな
る、Si+を、イオン打ち込みエネルギー50keV、
イオン打ち込み量5×1012/cm2でイオン打ち込みを
して能動層となるn型層4を形成し、次に、Mg+を、
イオン打ち込みエネルギー200keV、イオン打ち込
み量1.5×1012/cm2でイオン打ち込みして能動層
から半導体基板1へのキャリアのしみ出しを抑制するp
型層5を形成する。この状態を図1に示す。
【0017】レジストマスク3を除去した後、800℃
にて20分間加熱して、n型層4及びp型層5のアニー
ルを行なう。次にイオン注入保護のためのSiO2絶縁
膜2を除去した後、例えばWSi2膜6をスパッタ法で
膜厚500〜700nmに堆積させる。このWSi2
6上にホトレジストを塗布し、このホトレジストをホト
リソグラフィによりパターニングしてレジストマスク7
を形成する。この状態を図2に示す。
【0018】形成したレジストマスク7を用いて、イオ
ウの硫化物を含むSF系の反応ガス、例えばSF6或い
はSF6/CHF3を用いたドライエッチング加工を行な
い、加工対象であるWSi2膜6をパターニング加工し
てゲート電極6aを形成する。この状態を図3に示す。
【0019】このエッチング加工の際にSF系の反応ガ
スに含まれるイオウが、ゲート電極6aの表面に付着
し、付着したイオウがGaAsの半導体基板1にとって
n型ドーパントであるため、次の400℃程度の熱処理
工程においてドーピングされ、ゲート電極6a周辺に高
濃度n型層が形成され、この高濃度n型層により、順方
向電流が増加し、部分的にゲート電極6aとGaAsの
半導体基板1との間のショットキーバリアハイトが低下
し、このためしきい値電圧Vthが低下してしまう。
【0020】また、エッチングが進行し半導体基板1が
部分的に露出した状態になると、反応ガスに含まれるイ
オウが半導体基板1のGa或いはAsと反応して、半導
体基板1表面にGa或いはAsの硫化物が形成され、こ
の硫化物のうち特にAsの硫化物が以降の処理工程で加
熱された際に分解し、遊離したAs或いはSによってリ
ーク電流が生じてしまう。
【0021】このような問題を回避するために、本実施
例ではこの後、炭素のフッ化物を含むCF系の反応ガ
ス、例えばCF4を反応ガスとしてオーバーエッチング
を行なうことにより、半導体基板1或いはゲート電極6
a表面に付着したイオウを再ガス化して除去する。
【0022】このCF4を反応ガスとしたオーバーエッ
チングは、反応ガスをSF系の反応ガスからCF系ガス
に切り換えることによって、前記SF系の反応ガスによ
るエッチング加工から連続して同一装置内で行なわれ
る。
【0023】この後、更に、例えばAu膜をスパッタ法
によって形成しホトリソグラフィによってパターニング
して、ソース電極・ドレイン電極8を形成する。更に、
例えばAuGe,W,Ni,Au膜等をスパッタ法によ
って形成しホトリソグラフィによってパターニングし
て、第1層配線9を形成する。この状態を図4に示す。
【0024】次に、素子形成領域を囲むようにして半導
体基板1のエッチングを行ない、素子間分離用のアイソ
レーション溝を形成し、CVD装置にて、窒素N2及び
トリメチルアルミニウム(CH33Alを原料ガスとし
て用い、AlNの絶縁層9a,9bを半導体基板1の露
出した部分のみに選択的に成長させる。これにより、ゲ
ート電極6a、ソース電極・ドレイン電極8及び第1層
配線9等の同層に形成された導体相互の間の同層間分離
及び前記アイソレーション溝の埋込を行なう絶縁層10
が形成され、この絶縁層10によって同時に表面の平坦
化が行なわれる。この状態を図5に示す。
【0025】前記平坦化の行なわれた表面に層間絶縁膜
11を全面に形成し、層間絶縁膜11に所定のコンタク
トホールを形成し、例えばAu膜をCVD法によって形
成しホトリソグラフィによってパターニングして、第2
層配線12を形成する。この状態を図6に示す。ゲート
電極6a、ソース電極・ドレイン電極8或いは第1層配
線9と第2層配線12とは前記コンタクトホールを通し
て所要の導通を行なっている。
【0026】半導体装置としては、この後、最終保護膜
を被覆する或いは層間絶縁膜と配線層とを積層して最終
保護膜を被覆する等の処理が更に行なわれる。
【0027】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【0028】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0029】(1)本発明によれば、SF系反応ガスに
よるドライエッチングによって表面に付着したイオウ
を、以降の処理工程にて加熱される前に除去することが
できるという効果がある。
【0030】(2)本発明によれば、上記効果(1)に
より、イオウの半導体基板n型層への熱拡散を防止でき
るという効果がある。
【0031】(3)本発明によれば、上記効果(1)に
より、ショットキーバリアハイトの低下を防止すること
ができるという効果がある。
【0032】(4)本発明によれば、上記効果(3)に
より、トランジスタのしきい値電圧Vthが安定化すると
いう効果がある。
【0033】(5)本発明によれば、上記効果(4)に
より、化合物半導体装置の歩留が向上するという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【図2】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【図3】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【図4】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【図5】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【図6】本発明の一実施例である化合物半導体を製造工
程ごとに示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…絶縁膜、3,7…レジストマス
ク、4…n型層、5…p型層、6…WSi2膜、6a…
ゲート電極、8…ソース電極・ドレイン電極、9…第1
層配線、10…絶縁層、11…層間絶縁膜、12…第2
層配線。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SF系の反応ガスを用いたエッチングを
    行なう化合物半導体装置の製造方法であって、 化合物半導体上に形成された加工対象をSF系の反応ガ
    スによるエッチング加工を行なう工程と、 前記SF系の反応ガスによるエッチング加工を行なう工
    程の後で、以降の処理にて加熱を受ける以前に、CF系
    の反応ガスによるエッチング加工を行なう工程とを有す
    ることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記CF系の反応ガスによるエッチング
    加工が、反応ガスをSF系の反応ガスからCF系ガスに
    切り換えることによって、前記SF系の反応ガスによる
    エッチング加工から連続して行なわれることを特徴とす
    る請求項1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記SF系の反応ガスがSF6であり、
    前記CF系の反応ガスがCF4であることを特徴とする
    請求項1又は請求項2に記載の化合物半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記化合物半導体が、GaAs化合物半
    導体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何
    れか一項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
JP16841895A 1995-07-04 1995-07-04 化合物半導体装置の製造方法 Pending JPH0922892A (ja)

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US7939347B2 (en) 2008-08-28 2011-05-10 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device manufacturing method
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