JPH11354538A - 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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JPH11354538A
JPH11354538A JP10159073A JP15907398A JPH11354538A JP H11354538 A JPH11354538 A JP H11354538A JP 10159073 A JP10159073 A JP 10159073A JP 15907398 A JP15907398 A JP 15907398A JP H11354538 A JPH11354538 A JP H11354538A
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JP
Japan
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opening
insulating film
etching
cap layer
mask
Prior art date
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Pending
Application number
JP10159073A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Kawashima
克彦 川島
Hiroyuki Masato
宏幸 正戸
Masahiro Maeda
昌宏 前田
Tomoya Uda
智哉 宇田
Mitsuru Tanabe
充 田邊
Kazuhisa Fujimoto
和久 藤本
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 半導体基板とゲート電極との容量が小さく、
かつソース抵抗の小さな電界効果型トランジスタを製造
する。 【解決手段】 半導体基板100上にキャップ層102
と、第1の絶縁膜103と、第2の絶縁膜104とを順
次形成し、前記第2の絶縁膜に、第1の開口104hを
形成し、この開口をマスクとする等方性エッチングを行
うことにより、前記第1の絶縁膜103に、前記第1の
開口よりも大きい第2の開口103hを形成し、前記第
2の絶縁膜104上に、前記第1の開口よりも広い第3
の開口107hを有するレジストマスクを形成し、ドラ
イエッチングにより前記キャップ層をリセスエッチング
し、蒸着によりゲート電極108を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体基板
を材料としたFETの構造及び製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】まず、従来の半導体装置の製造方法につ
いて説明する。
【0003】図2(a)ないし図2(i)は、従来の半
導体装置の製造工程図である。図2(a)において、金属
半導体電界効果トランジスタ(MESFET)を形成するため
の、GaAsで構成された半導体基板200上に、ゲートと
ショットキーコンタクトをとる目的でAlxGa1-xAs(0<x<
1 以下同様)で構成されたショットキー層201と、
オーミックコンタクトをとる目的でエピタキシャル成長
したGaAsで構成されるキャップ層202とから構成され
るヘテロ接合構造を形成する。
【0004】次に、図2(b)に示すように、キャップ層
202上に、酸化シリコンで構成される第1の絶縁膜2
03を50nm、窒化シリコンで構成される第2の絶縁
膜204を150nm、それぞれ順次CVD法で堆積す
る。
【0005】次に、図2(c)に示すように、第2の絶縁
膜204上にPMMAで構成されるレジストマスク205を
塗布する。その後、電子ビームにより、レジストマスク
205上のゲート形成領域にゲートパターンを直接描画
する。次にMIBKとIPAの混合液によってPMMAを現像する
ことにより、レジストマスク205に、サブクオータミ
クロン長の開口205hを形成する。
【0006】次に、図2(d)に示すように、レジスト
マスク205をマスクとして、CF4ガスを用いた異方性
ドライエッチングを行うことにより、第2の絶縁層20
4に第1の開口204hを設ける。ここで、窒化シリコ
ンと酸化シリコンとはCF4エッチングに対し選択性を有
するので、エッチングは第1の絶縁膜203の上面で制
御良く止めることができる。そして、レジストマスク2
05を有機溶剤、例えばアセトンとメタノールを用い、
アッシングによって除去する。
【0007】次に、通常のレジストをマスクとして、第
2の絶縁膜 204、第1の絶縁膜203のオーミック
電極形成領域を、エッチングにより窓開けをし、キャッ
プ層201を露出した後、オーミック金属AuGeNi、Au
を連続的に蒸着し、リフトオフし、450℃で5分程度
の熱処理を施すことによって、図2(e)に示すように、
ソース電極206S、ドレイン電極206Dがそれぞれ形
成される。
【0008】さらに図2(f)に示すように、第2の絶
縁層204上に、i線に感光するフォトレジスト207
を塗布し、フォトリソグラフィーの技術で第1の開口2
04hよりも幅が広い、幅0.5μmないし1.0μm
程度の第3の開口207hを形成する。これは、ゲート
長が短く、ゲートの断面積が小さくなるとゲート抵抗が
増大し高周波特性を劣化の要因となる。これを防止する
ために、ゲート電極上部の断面積を大きくする。
【0009】次に、図2(g)に示すように、第1の絶縁
層203のゲート形成領域を緩衝沸酸溶液でウェットエ
ッチングすることにより、第2の開口203hを設け、
キャップ層 202を露出する。このエッチングは等方
的であり、第2の開口203hは、縦方向と同じ厚さ以
上に横方向にも広がる。酸化シリコンと窒化シリコンと
は沸酸のエッチングに対し選択性を有するため、沸酸で
第1の絶縁層203のエッチングを行っても、第1の開
口204hが広がることはほとんどない。
【0010】次に、図2(h)に示すように、第2の開口
203hをマスクとして、燐酸と過酸化水素と水の混合
液を用い、所望のソースドレイン電流が得られる程度に
キャップ層202をリセスエッチングする。
【0011】その後、Ti、Pt、Auを順に蒸着し、リフト
オフすることによって図2(i)に示すようにゲート電極
208が形成される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】電界効果型トランジス
タの高周波特性を向上させる方法として、ゲート電極と
半導体基板間の容量を小さくする方法と、ソース抵抗を
小さくする方法とがある。
【0013】しかしながら、上記従来の製造方法では、
ゲート電極と半導体基板間の容量を低減し、かつソース
抵抗も低減することは困難である。その理由について、
次に述べる。
【0014】従来の半導体装置の製造方法においては、
ゲート電極と半導体基板との間の容量を低減するには、
第1の絶縁層の膜厚を厚くして、ゲート電極傘部と半導
体基板の間隔を大きくすれば良い。ところが、第1の絶
縁層の膜厚を厚くする程、エッチングの際に、第2の開
口が広がってしまい、その結果、ソース側のキャップ層
とゲート電極との距離が広がり、ソース抵抗が増大して
しまう。
【0015】また、キャップ層下にAlを有するショッ
トキー層が存在する場合、キャップ層をエッチングした
後、再度緩衝沸酸で、第1の絶縁層を横方向に広げるた
めのエッチングすることによってキャップ層とゲート電
極との間の容量を低減する方法が考えられるが、この方
法では、ショットキー接合をとるショットキー層が露出
された状態で、沸酸で再び第1の絶縁層を除去するた
め、ショットキー層と反応性の強い沸酸が直接接触して
しまうという問題が発生してしまう。その理由につい
て、次に述べる。高周波用のデバイスとして用いられる
ヘテロ接合半導体基板のショットキー層は、AlxGa1-xAs
やInxAl1-xAsのようにAlを含む場合がほとんどである。
Alと反応性の強い沸酸が反応し、表面層が変性し、ショ
ットキー特性が劣化してしまう。したがって、この方法
は用いることができない。
【0016】本発明は、半導体基板とゲート電極との容
量が小さく、かつソース抵抗の小さな電界効果型トラン
ジスタを製造することを目的とする。
【0017】
【課題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、半導体基板上に、キャップ層と、第1の絶縁
膜と、第2の絶縁膜とを順次形成し、前記第2の絶縁膜
に、第1の開口を形成し、この開口をマスクとする等方
性エッチングを行うことにより、前記第1の絶縁膜に、
前記第1の開口よりも広い第2の開口を形成し、前記第
2の絶縁膜上に、前記第1の開口よりも広い第3の開口
を有するレジストマスクを形成し、ドライエッチングに
より前記キャップ層をリセスエッチングし、蒸着により
ゲート電極を形成するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態におけ
る半導体装置の製造方法について説明する。
【0019】図1(a)ないし図1(i)は、従来の半
導体装置の製造工程を示す図である。図1(a)におい
て、金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)を形成
するための、GaAsで構成された半導体基板100上に、
ゲートとショットキーコンタクトをとる目的でAlxGa1-x
Asで構成されたショットキー層101と、オーミックコ
ンタクトをとる目的でエピタキシャル成長されたGaAsで
構成されたキャップ層102とから構成されるヘテロ接
合構造を形成する。
【0020】次に、図1(b)に示すように、キャップ
層102上に酸化シリコンで構成される第1の絶縁膜1
03を従来例よりも厚く150nm、続いて窒化シリコ
ンで構成される第2の絶縁膜104を50nm、順次CV
D法で堆積する。
【0021】次に、図1(c)に示すように、第2の絶縁
膜104上にPMMAで構成されるレジストマスク105を
塗布する。そして、このレジストマスク105上のゲー
ト形成領域にゲートパターンを電子ビームにより直接描
画する。次にMIBKとIPAの混合液によってPMMAを現像す
ることにより、レジストマスク105に、サブクオータ
ミクロン長の開口105hを形成する。そして、従来の
半導体装置の製造方法と同様に、レジストマスク105
をマスクとして、CF4ガスを用いた異方性ドライエッチ
ングを行うことにより、第2の絶縁層104に第1の開
口104hする。
【0022】次に、通常のレジストをマスクとして、第
2の絶縁膜 104、第1の絶縁膜103のオーミック
電極形成領域を、エッチングにより窓開けをし、キャッ
プ層102を露出した後、オーミック金属AuGeNi、Au
を連続的に蒸着し、リフトオフし、450℃で5分程度
の熱処理を施すことによって、図1(d)に示すように、
ソース電極106S、ドレイン電極106Dがそれぞれ形
成される。
【0023】さらに図1(e)に示すように、i線に感
光するフォトレジスト107を塗布し、フォトリソグラ
フィーの技術で第1の開口104hよりも幅が広い、幅
0.5μmないし1.0μm程度の第3の開口107h
を形成する。
【0024】次に、図1(f)に示すように、第1の開口
104hをマスクとして、第1の絶縁層103を緩衝沸
酸溶液でウェットエッチングし、第3の開口107hよ
りも広くなる程度に横方向にエッチングする。
【0025】さらに、図1(g)に示すように、キャップ
層102をリセスエッチングする。このリセスエッチン
グは次のとおり行う。まず、塩素と沸素から構成される
混合ガスを用いて、異方性のエッチングを行う。このエ
ッチングガスは、キャップ層102のGaAsをエッチング
するが、Alを含むAl xGa1-xAs層に対しては、AlとFの不
揮発性の化合物が形成されるため、エッチングが進行し
ないという選択性を有する。よって、キャップ層102
のみを削ることができる。このとき、エッチングは、前
に述べたように最初は異方性であるため、第2の開口1
03hと同じ幅の開口102hが形成される。その後、
ガスの種類を変えてエッチングモードを変化させ、選択
性を保持したまま等方性エッチングを行い、図1(h)に
示すように、開口102hを横方向に広げる。広げる量
は、エッチング時間によって制御可能で、必要なゲート
耐圧を満足するように広げれば良い。
【0026】最後に、図1(i)に示すように、Ti、Pt、A
u を連続的に蒸着し、リフトオフすることにより、ゲー
ト電極108を形成する。
【0027】以上、説明したように半導体装置を製造す
ることにより、半導体基板とゲート電極との容量が小さ
く、かつソース抵抗の小さな電界効果型トランジスタを
製造することができる。
【0028】なお、半導体基板はGaAs基板でなく、他の
化合物、例えばInPであっても良く、また、ショトキー
層101をInxAl1-xAsで構成してもよい。また、ソース
電極およびドレイン電極の形成は、ゲート電極の前後い
ずれに行っても良い。
【0029】また、第2の絶縁膜の形成方法は、電子ビ
ームを用いた方法に限られない。また、ゲート抵抗低減
のためには、蒸着膜厚は厚い方が有効であるが、逆にリ
フトオフが困難となる。そのため、厚い蒸着膜厚に対し
てリフトオフを容易にするため、傘部を形成するための
マスクは、レジストマスクの下にスペーサ層を挿入した
構造であっても良い。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、第3の開口を広げ
ることなく、第1の絶縁膜を厚くすることができるの
で、ゲート電極−半導体基板間容量を低減し、かつソー
ス抵抗の小さな半導体素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の製造方法を示す工程断面図
【図2】本発明の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
100,200 半導体基板 101,201 ショットキー層 102,202 キャップ層 103,203 第1の絶縁層 104,204 第2の絶縁層 105,205 レジストマスク 106S,206S ソース側オーミック電極 106D,206D ドレイン側オーミック電極 107,207 レジストマスク 108,208 ゲート電極 104h,204h 第1の開口 103h,203h 第2の開口 107h,207h 第3の開口 102h,105h,202h,205h 開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田 智哉 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田邊 充 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤本 和久 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に、キャップ層と、第1の
    絶縁膜と、第2の絶縁膜とを順次形成し、前記第2の絶
    縁膜に、第1の開口を形成し、この開口をマスクとする
    等方性エッチングを行うことにより、前記第1の絶縁膜
    に、前記第1の開口よりも広い第2の開口を形成し、前
    記第2の絶縁膜上に、前記第1の開口よりも広い第3の
    開口を有するレジストマスクを形成し、ドライエッチン
    グにより前記キャップ層をリセスエッチングし、蒸着に
    よりゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にキャップ層と、第1の絶
    縁膜と、第2の絶縁膜とを順次形成し、前記第2の絶縁
    膜に、第1の開口を形成し、この開口をマスクとする異
    方性エッチングを行うことにより、前記第1の絶縁膜
    に、第2の開口を形成し、続いて等方性エッチングを行
    うことにより、第2の開口を前記第1の開口よりも大き
    く広げ、前記第2の絶縁膜上に、前記第1の開口よりも
    広い第3の開口を有するレジストマスクを形成し、ドラ
    イエッチングにより前記キャップ層をリセスエッチング
    し、蒸着によりゲート電極を形成することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1の絶縁膜が酸化シリコンで構成
    され、前記第2の絶縁膜が窒化シリコンで構成されるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第2の開口が第3の開口よりも広い
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに
    記載の半導体装置の製造方法。
JP10159073A 1998-06-08 1998-06-08 半導体装置の製造方法 Pending JPH11354538A (ja)

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