JPS63181480A - 自己整列ひ化ガリウム装置の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ひ化ガリウム（ＧａＡｓ）電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法に関するものであり、特に集
積回路で使用する自己整列ゲート（ＳＡＧ）ＧａＡｓ　
トランジスタの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 現在使用されている処理は二つのカデゴリーに分けられ
る。すなわち、 （１）熱安定耐熱ゲート（ＲＧ）、 （２）置換ゲート（ＳＧ）である。

処理の観点から見るとＲＧ処理はＳＧ処理よりも製造が
簡単で容易であるが、ショッッキゲート金属の熱安定性
にきびしい要求がある。ＳＧ処理はゲート金属について
通常以上の熱安定性の要求はないが、形成が困難な注意
深く制御されたＴ型形状の３層ゲート置換マスクが必要
とされる。

ＲＧ処理は全体としてＳＧ処理よりもすぐれているが、
ＲＧ処理の従来の実施においては不適当な技術によりプ
ロセスのいくつかの部分について妥協が必要である。Ｓ
Ｇ処理においては、金が耐熱金属として使用されている
。それは低い比抵抗を有し、その熱安定性もその処理に
充分であるからである。しかしながら、ＲＧ処理では、
使用された耐熱金属はゲートショッッキコンタクトの必
要な熱安定性が得られるようなものでなければならない
。金はこの処理には適当な金属ではない。

過去における主要な問題はＲＧ処理に適した耐熱金属の
比抵抗が金の比抵抗に比較して高いことである。耐熱ゲ
ート金属の比抵抗が高いことはＲＧ処理を複雑にし、耐
熱金属で可能であるよりも低い比抵抗でなければならな
い第１のレベルの接続金属はＳＧ処理におけるようなゲ
ートマスクレベルではなく追加のマスクレベルによって
決定される。また高いゲート抵抗はＲＧ処理されたＦＥ
Ｔの特性を低下させ、アナログ回路を製作するためにこ
の高度（こ製造容易な処理の使用を不可能にする。

［発明の解決すべき問題点］ それ故、この発明の目的は、従来技術の欠点を克服した
自己整列ゲート型電界効果トランジスタを提供すること
である。

この発明の付加的な目的は、高温度で安定なショツツキ
バリアおよび金に対する高温度で安定な拡散バリアの両
者を同時に与える耐熱ゲート金属部分を提供することで
ある。

この発明のさらに別の目的は、自己整列注入マスクとし
て使用するＴ型ゲート構造を製造し、ＦＥＴのゲート抵
抗を減少させるためにｎ十活性化アニール中その場所に
金を残すためにエツチングマスクとして金を使用するこ
とである。（これはｎ＋アニール前にＮｉエツチングマ
スクを除去する現在の過程を不要にし、そのため処理工
程の数を減少させる。） この発明のさらに別の目的は、ゲート金属および第１の
レベルの接続金属の両者に耐熱金属と金層よりなる金属
を使用することである。これはＧ　ａ　Ａ　ｓ集積回路
の生産効率を増加させ、製造コストを、減少させる。

この発明のさらに別の目的は、ゲート抵抗を減少させる
ことによってＲ，Ｇ処理を使用１．て製造されたＧ　ａ
　Ａ　ｓ　を界効果トランジスタの特性を改善すること
である。

この発明のさらに別の目的は、アナログ電界効果トラン
ジスタおよびＭＭＩＣ３の製造に非常に製造が容易なＲ
Ｇ処理の適用を＝Ｊ能にすることである。

［問題点解決のための手段］ これらの目的は以下の説明から明らかなように、窒化チ
タニウム・タングステンから構成されたゲート金属層が
前記基体上に形成され、前記トランジスタに対する拡散
障壁として使用される工程を有するこの発明の電界効果
トランジスタの製造方法によって達成される。

［実施例］ 第１図はこの発明の１実施例による自己整列ゲートを有
する電界効果トランジスタｌＯの構造を示している。

第２図を参照に半導体ウェハ１１の処理について説明す
る。ひ化ガリウム（ＧａＡｓ）基体１２は最初に溶媒中
で清浄にされ、それから機械的研磨処理を使用するため
に生じたダメージを受けている基体１２の部分がエツチ
ングにより除去される。各基体表面から少なくとも約５
μｍを除去することによってダメージを受けた部分が除
去され、改善された電気的特性が得られる。基体から材
料を除去する場合の問題は、エツチング液の種類によっ
てはビットまたは粗いざらざらした表面が生じることで
ある。この問題の生じない好ましいエツチング液は５：
１：１の比率の硫酸と過酸化水素と水（Ｈ２ＳＯ４：Ｈ
２Ｏ２：Ｈ２Ｏ）との混合液であり、約３０〜４０℃の
範囲の温度で使用することによって避けることができる
。このエツチング液はウェハ１１にダメージを与えるこ
とがなく、ウェハ１１の表面を平滑な仕上げ面とし、そ
れはウェハの次の処理特にフォトリソグラフ処理を行な
うのに役立っている。

ＧａＡｓに対するパッシベイション層として作用する誘
電体層１４が適当な誘電体材料の９００Å以下の厚さの
層として基体１２の表面に形成される。

誘電体層１４として好ましい材料は窒化シリコン（Ｓ　
ｉ　Ｎ）　、オキシ窒化シリコン（Ｓ　ｉ　ＯＮ）、ま
たは２酸化シリコン（Ｓｉ０２）である。誘電体層１４
の形成は後の工程においてフォトレジストの残留物から
分離することによって基体表面を保護する。しかしなが
ら、誘電体層１４が省略されてイオン注入が直接ＧａＡ
ｓ表面に行われてもよい。

フォトレジスト層１Ｂが誘電体層１４の１表面１５上に
形成される。フォトレジスト層１６は後の処理における
イオン注入のパターンを定めるためにウェハ１１上のマ
スクと整列するようにする一致マーク１３に対してパタ
ーンが定められる。一致マーク１３のパターンは誘電体
層１４中およびその下のＧａＡｓ基体までエツチングさ
れる。エッチング後フォトレジスト層１６は好ましくは
酸素プラズマによって除去される。

別のフォトレジスト層１８が第３図に示すように表面１
５上に形成される。フォトレジスト層１８は誘電体層１
４を通ってその下のＧａＡｓ基体１２中に選択的にイオ
ン注入されるために１以上の窓１７を形成するようにパ
ターン付される。パターン付はよく知られた方法で行わ
れる。典型的には所望のパターンを育する写真マスクが
基体１２上の一致マークとその一致マークが一致するよ
うにフォトレジスト層１８上に位置せしめられる。フォ
トレジスト層１８はマスクを通して露光され、それから
マスクが除去される。溶媒により露光された区域のフォ
トレジストが溶解して洗い流されて除去され、露光され
ない区域のフォトレジストが注入マスクとして残される
。

イオン注入処理が周知の任意の方法で行われる。

一つの方法では、ウェハ１１が真空容器内に配置され、
イオンビームで一様にその上を走査しマスクの窓１７を
通してＧａＡｓ基体１２中に注入する。注入領域は図に
１９で示される。誘電体層１４の材料はアモルファス構
造を有し、したがってこの誘電体層１４を通って入来す
るイオンのプレーナチャンネル効果を最小のものにする
。もしも、もつと急俊な注入プロファイルが所望される
のであれば、誘電体層■４が除去されて直接ＧａＡｓ基
体１２にイオン注入が行われる。イオン注入が行われた
後、フォトレジスト層１Ｂは酸素プラズマ中で除去され
る。

誘電体層１４の頂面に別のフォトレジスト層を形成し、
このフォトレジスト層のパターン付けを行なって窓を形
成し、その窓区域を通り誘電体層１４およびＧａＡｓ基
体１２中に所望の材料のイオンを注入する別の選択的イ
オン注入処理が行われてもよい。フォトレジスト層１８
はその後除去される。

このようにして多数の異なった型式の能動および受動装
置、例えばエンファンスメントモードおよびデプレショ
ンモード電界効果トランジスタ、ダイオードおよび抵抗
が同じウェハ上に形成される。

所望の選択的イオン注入処理が完了した後、誘電体層１
４はフッ化水素（ＨＦ）により除去され、金属層２０が
ウェハのイオン注入された表面２Ｂ上に形成される。金
属層２０はチタン・タングステン窒化物（ＴｉＷｎｘ）
で形成される。

金属層２０を形成する方法の一つは、窒素／アルゴンプ
ラズマ中でＴｉＷ（３０原子％のＴｉ）ターゲットによ
る反応性スパッタリングによるものである。金属層２０
は次の処理で金属層２０上に付着される金とＧａＡｓ基
体との間の拡散障壁として作用する。窒素の原子％を変
化させることによって拡散障壁としての層の効率を予想
外に著しく増加できることが発見された。ｌ／４のＮ／
（Ｎ十Ａｒ）の流皿比が好ましいが、１／■０乃至１／
１の範囲でもよい。窒素の比率をこの範囲に維持するこ
とによって、このような窒素の原子％の結果として障壁
機能を損うことなく２０分以上の後続する焼鈍処理に耐
える金属層２０を得ることができる。

第４図には金属層２０上の別のマスクレベルの形成で始
まる次のゲート構造のパターン形成の工程が示されてい
る。このマスクレベルは金から形成され次のようにして
リフト・オフにより形成される金属エツチングマスク２
２である。高解像度のポジのフォトレジストマスクが金
属層２０上に配置される。このポジのフォトレジストマ
スクはエツチングマスク２２を形成する金属が付着され
る区域を定める開口を有する。エツチングマスク２２の
金属はポジのフォトレジストマスクの開口部分を埋める
ようにこのポジのフォトレジストマスク上に蒸着される
。蒸着後ポジのフォトレジストマスク上の蒸着金属はフ
ォトレジストマスクの除去によりリフト・オフされ、金
属層２０上に残った金属がエツチングマスク２２を形成
する。前記のようにエツチングマスク２２として好まし
い材料は金であり、この金属エツチングマスク２２は除
去されないで完成後もその位置に残ってゲートの抵抗を
大きく減少させる。

高解像度のポジのフォトレジストマスクをリフト・オフ
により金属エツチングマスク２２を形成するのに使用す
ることはフォトレジストエツチングマスクを使用するよ
りもずっと容易に１ミクロン以下のゲートライン幅を得
ることを可能にすることが認められる。さらに金属エツ
チングマスク２２は以下説明するようにすぐれたイオン
注入マスクとして作用する。この高解像度のポジのフォ
トレジスト／リフト・オフ処理がウェハ１１の次の処理
においても再び行われる。

金属エツチングマスク２２の下にあるＴｉＷＮＸの金属
層２０は金属マスク２２を利用してフッ素ベースのプラ
ズマ中で反応性イオンエツチングされる。

プラズマは金属マスク２２で覆われていない区域の金属
層２０をエツチングし、また第４図に示すように断面Ｔ
形のゲート構造を形成するためにマスクされた区域のア
ンダーカットを行なう。プラズマによるアンダーカット
の量はプラズマのエツチングパラメータを変化させるこ
とによって制御することができる。これは最初に低い圧
力でエツチングして異方性プロファイルを形成し、次に
圧力を増加して迅速なプラズマアンダーカットを行なう
ことによって達成される。

ゲートパターンの形成に続いて、フォトレジストマスク
２８が第５図に示すように自己整列イオン注入される領
域２９を定めるように表面２６に形成される。自己整列
と言う用語が使用されるのは、マスク２２がイオンビー
ム注入のマスクとして作用１゜て基体中の高濃度ドープ
領域を定めるからである。

ｎ型ドープレベルが良好なショッッキ接触を形成するレ
ベルで最初のチャンネル注入に使用されるから、オーム
接触を良好にするようにこのイオン注入においてはずっ
と高いレベルのｎ＋ドープが使用される。ショツツキ接
触およびオーム接触としてそれぞれｐおよびｐ＋イオン
注入も使用できるが、ｎ型のほうがずっと速いキャリア
速度が得られる。

フォトレジストマスク２８はウェハ１１上にポジのフォ
トレジストを付着させ、イオン注入が望まれる区域をマ
スクを通して露光することによって形成される。マスク
および露光されたフォトレジスト部分は除去される。高
濃度イオン注入のための窓２７がそれによってウェハ１
１の表面２Ｇに形成される。金属エツチングマスク２２
は窓区域に向けられるイオンに対する自己整列構造とし
て作用する。

イオンはゲート構造２４の両側の区域に各ゲート縁と隣
接するｎ＋領領域の間に小さな分離区域を生じるように
注入される。金属エツチングマスク２２はゲートの幅よ
りも大きい注入領域の間の間隔の生成を可能にする。こ
れはこのＧａＡｓ　　ＳＡＧ処理の重要な特徴である。

それはこれら二つの大きさの差を制御することによって
のみ装置はゲートキャパシタンスと破壊電圧対規制直列
抵抗の間の関係を最良のものとすることができるからで
ある。

ｎ＋イオン注入はゲート金属のプラズマアンダーカット
によって決定された隣接するｎ十領域と各ゲートの縁と
の間の分離間隔を有してエツチングマスク２２によって
ゲート構造２４の領域からマスクされている。プラズマ
アンダーカットはゲートキャパシタンスと直列抵抗の両
者に関してゲート構造を最良のものとするのに充分の正
確性で制御されることができる。エツチングマスク２２
はゲート構造２４の抵抗を大きく減少させるために除去
されずにその場所に残される。

ウェハはその後３０００Å以下の誘電体密封体３０によ
って覆われ、約８５０℃で２０分間アニールされる。

高いアニール温度においてひ素は蒸発し易いから密封体
３０はＧａＡｓ基体を分解しないように保護する。Ｔｉ
ＷＮＸ中のＮの原子％は層２ｏに非常に高い熱安定性を
与えるから、チャンネルおよびイオン注入の両者に対し
てただ一つのアニール処理が必要であるに過ぎない。上
述のように、これによって最良の各イオン注入の活性化
、高いイオン移動度、減少した寄生抵抗および優れた装
置の特性が得られる。それはまた一つのアニール炉およ
び二つの別々のアニール処理を必要なくし、それにより
製造価格を減少させる。

ＴｉＷＮ）Ｈ金属層２０の障壁特性が維持され、ウェハ
１１の次の処理中に大きく劣化することがないことが確
保されるために、誘電体密封体３ｏは１．５５乃至１．
９５の範囲の屈折率（ＲＩ）を有する化学気相付着シリ
コンオキシ窒化物（Ｓ　ｉ　ＯＮ）を選択することが望
ましい。１．５５の屈折率が好ましい。

所定の範囲の５ｉＯＮ薄膜の屈折率を得るためにＮ２０
／ＳｉＨ４ガス流量比が密封体薄膜の付着中調整される
。

次の工程は表面２Ｇのオーム接触３２の形成である。

これは二つの方法のいずれかで行なうことができる。一
つの方法はアニール密封体３０がフッ酸中で除去され、
接触３２が蒸着およびリフト・オフによって形成される
。リフト・オフはエツチングマスク２２の形成について
説明したような方法で行われる。

第２の、好ましい方法では、第６図のようにアニール密
封体３０がウェハ１１上の位置に残され、埋設された接
触３２が密封体３０を通って表面２Ｂに達するオーム接
触パターンをプラズマエツチングによって形成し、それ
から金属をエツチングされたパターン中に蒸着し、パタ
ーンがリフト・オフして形成される。

接触３２として好ましい材料は金ゲルマニウム化合物の
第１の層とその上のニッケル層とからなるものである。

第１の方法は処理の点からみれば簡単であるが、第２の
方法は完全なゲートパッシベイションを与える利点があ
り、装置の信頼性を高める。いずれかの方法により接触
３２の材料はスパッタリングよりは蒸着によって形成さ
れる。それはより表面を清浄にし、再現可能な接触特性
を与えるからである。

いずれの場合にも接触３２は４００℃に１０秒急速に加
熱されてＧａＡｓ基体に合金される。加熱には石英ハロ
ゲンタングステンランプを使用することが好ましい。

第７図において、オーム接触３２の合金後に第１のレベ
ルの導電接続金属層３４が表面に形成される。

この金属層３４はオーム接触３２上にも延在し、各ゲー
トフィンガーの端部においてゲートパッドと接続を形成
する。

金属層３４は金属層２０の形成に使用されたような窒素
／アルゴンプラズマ中のＴｉＷターゲットの反応性スパ
ッタリングにより形成される。ＴｉＷターゲットのＴｉ
の原子％は約３０である。この場合にも金属層２０の形
成のときと同様にスパッターシステム中のＮ　（Ｎ＋Ａ
ｒ　）の流量比が調整され、窒素の原子％はｌ／１０な
いし１／１の範囲であり、１　／４の比が好ましい。

層３４のＴｉＷＮＸ部分の付着後、ウェハ１１は真空シ
ステム中に移動され、そこでＴｉまたはＭＯがＴｉＷＮ
）（上に蒸着される。その後金がＴｉまたはＭｏ上に蒸
着される。もしも金の付着がスパッタリングにより行わ
れるならば、層３４の中間のＴｉまたはＭｏ部分が省略
できる。それは付着されたＴｉＷＮｘと蒸着された金と
の間の接着層として作用するものであるからである。

第２のレベルの接続金属層を形成するために、ウェハは
次に適当な誘電体で被覆されて層８６が形成される。ポ
リイミドのような有機材料が誘電体材料として使用され
る。その他の誘電体材料としてはプラズマ付着されたＳ
ｉＮおよび５ｉＯＮのような無機材料がある。接続路３
８がパターン化されたフォトレジスト層４０を通りプラ
ズマエツチングすることによって誘電体層３Ｂに開口さ
れる。接続路３８は第７図に示すように下方の第ルベル
接続層３４と第２の接続金属層との接続を可能にする。

第２のレベルの接続金属層は第１図に示した第１のレベ
ルの接続金属層が開口および接続部によって行なったよ
うに付着され、リフト・オフまたはエツチングによって
パターン化される。

同様にさらに別のレベルの接続金属層が形成されてもよ
く、所望ならばウェハは引掻き傷等を防ぐために最終的
な誘電体パッシベイション被覆を施されてもよい。

以上、特定の装置に関連してこの発明の詳細な説明した
が、この説明は単なる例示に過ぎないものであって、特
許請求の範囲に記載されたこの発明の技術的範囲を限定
するものではないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により製造された電界効果トランジス
タの１実施例の断面図であり、第２図乃至第７図はこの
発明による電界効果トランジスタの製造の各段階を示す
概略図である。 １２・・・半導体基体、１４・・・誘電体層、１Ｂ、　
１８．２８・・・フォトレジスト層、２０・・・金属層
、２２・・・金属エッチングマスク、３２・・・オーム
接触。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）注入されたイオンを有するＧａＡｓ基体の加熱を
   含む電界効果トランジスタの製造方法において、 窒化チタニウム・タングステン（ＴｉＷＮ＿ｘ）から構
   成されたゲート金属層が前記基体上に形成され、前記ト
   ランジスタに対する拡散障壁として使用されることを特
   徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 （２）前記ゲート金属層が窒素／アルゴンプラズマ中の
   ＴｉＷ（３０原子％のＴｉ）ターゲットの反応性スパッ
   タリングによつて形成される特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 （３）拡散障壁としての前記層の効率を増加させるため
   に前記層中の窒素の原子％を変化させるように前記層の
   形成中反応性スパッタリングされる窒素とアルゴンの流
   量比を変化させる特許請求の範囲第２項記載の方法。 （４）前記流量比が１／１０乃至１／１の範囲にある特
   許請求の範囲第３項記載の方法。（５）前記ゲート金属
   層上に金のマスク層を付着させる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 （６）ＧａＡｓ基体の少なくとも１領域に第１のイオン
   注入を行ない、 前記注入された基体上に窒化チタニウム・タングステン
   （ＴｉＷＮ＿ｘ）金属層を形成し、前記注入された領域
   の金属層上に金のマスク層を付着させ、 マスクされない金属層部分を除去し、 金のマスク層を保持しながらマスクされていない第１の
   イオン注入された領域中に自己整列されて第２のイオン
   注入を行ない、 前記基体をアニールして注入された領域を活性化するこ
   とを特徴とする自己整列ゲート型電界効果トランジスタ
   の製造方法。 （７）前記窒化チタニウム・タングステン金属層の形成
   は窒素／アルゴンプラズマ中のＴｉＷターゲットの反応
   性スパッタリングにより行われる特許請求の範囲第６項
   記載の方法。 （８）拡散障壁としての前記層の効率を増加させるため
   に前記層中の窒素の原子％を変化させるように前記金属
   化層の形成中反応性スパッタリングされる窒素（Ｎ）と
   アルゴン（Ａｒ）の流量比（Ｎ／Ｎ＋Ａｒ）を変化させ
   る特許請求の範囲第７項記載の方法。 （９）前記流量比が１／１０乃至１／１の範囲にある特
   許請求の範囲第８項記載の方法。（１０）アニーリング
   に先立つて前記基体上にシリコンオキシナイトライド（
   ＳｉＯＮ）の誘電体密閉層を設ける特許請求の範囲第６
   項記載の方法。 （１１）所定の屈折率を有する前記シリコンオキシナイ
   トライド層を設けるためにプラズマ強調化学蒸気付着技
   術によつて前記誘電体層が設けられる特許請求の範囲第
   １０項記載の方法。 （１２）前記屈折率が１．５５乃至１．９５の範囲であ
   る特許請求の範囲第１１項記載の方法。 （１３）前記屈折率が前記化学蒸気付着中ガスの流量比
   を調整することにより調節される特許請求の範囲第１２
   項記載の方法。 （１４）基体上の所定の区域中の前記密閉層を除去する
   ことによつて注入された基体上にコンタクトを形成し、
   窒化チタニウム・タングステンの第１のレベルの導電接
   続層を使用する前記区域に導電材料を付着させる特許請
   求の範囲第１０項記載の方法。 （１５）前記第１のレベルの導電接続層は窒素／アルゴ
   ンプラズマ中におけるＴｉＷターゲットの反応性スパッ
   タリングにより形成される特許請求の範囲第１４項記載
   の方法。 （１６）前記ターゲットは３０原子％のＴｉを含んでい
   る特許請求の範囲第１５項記載の方法。 （１７）前記導電接続層上にチタニウムまたはモリブデ
   ンの層を付着させる特許請求の範囲第１４項記載の方法
   。 （１８）前記付着は前記金属層上にポジチブのフォトレ
   ジスト層を置き、窒化チタニウム・タングステンの層を
   前記フォトレジスト層の開口区域に満たし、その後前記
   フォトレジスト層をリフトオフする特許請求の範囲第６
   項記載の方法。 （１９）前記金属マスク層および前記金属化層がＴ型形
   状を形成するように前記金属層付加的部分を除去する特
   許請求の範囲第６項記載の方法。