JPH08306707A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
均一性から生じる電界・電流密度の分布がばらつきを抑
制し、FETの電気特性や信頼性の低下を防ぐ。また電
気化学反応によるゲート金属近傍のAlGaAsの溶解
をなくし、飽和電流の減少を抑制する。 【構成】高融点金属のシリサイドにより形成した電極を
有する半導体基板上のSiO2 膜を、フッ化水素の蒸気
を含む気体により除去する工程を有する。またAlGa
As層上に電極を有する構造をもつ半導体基板上のSi
O2 膜を、フッ化水素の蒸気を含む気体により除去する
工程を有する。
Description
に関し、特に半導体基板上のSiO2 膜を除去する工程
を有する半導体装置の製造方法に関する。
よる半導体基板上のSiO2 膜を除去する工程について
説明する。同様の従来技術は例えば、特開平5−748
17号公報にも開示されている。
ESFET構造の製法を図4によって説明する。
た半導体基板の断面を示している。半導体基板は半絶縁
性GaAs基板1上にノンドープGaAsバッファ層
2、不純物がドーピングされているGaAsチャネル層
3と高濃度の不純物がドーピングされ、ソース、ドレイ
ンの予定領域にのみ残されたGaAsキャップ層5とか
ら構成されている。
O2 膜を開口し、ショットキ金属7、ここではタングス
テンシリサイド(WSi)、をスパッタ法により成膜
し、その上にさらにゲート抵抗を下げるための金属8、
ここでは金(Au)、をスパッタ法により成膜してい
る。次に通常のフォトリソグラフィとイオンミリング又
はドラエッチグの方法によりレジストをマスクにゲート
電極部分以外の金属を選択的にエッチング除去し、その
後レジストを除去すると図4(b)に示すようにゲート
電極が形成される。
膜が存在し、その比誘電率は4程度であるためゲート容
量が大きくFETの高周波特性を劣化させる要因となっ
ている。このため図4(c)の様にこの厚いSiO2 膜
をフッ酸系のエッチング液によるウェットエッチングに
より除去し、その後、図4(d)の様に薄いSiO21
0をパシベーション膜として成膜している。SiO2 膜
の除去にフッ酸系のウェットエッチングを用いるのはゲ
ート金属の庇下部分をエッチングするためにエッチング
が等方的であって欲しいこと、ドライエッチでは半導体
結晶へのダメージがあること、またコスト的に有利であ
ることなどがその理由である。
口、オーミック電極用金属の成膜、リフトオフ、アニー
ルなどの工程により図4(e)の様にソース電極とドレ
イン電極に相当するオーミック電極11、ここではAu
GeNi、を形成してMESFETが完成する。
As半導体によるヘテロジャックションFET(HJF
ET)構造の製法を図5によって説明する。
た半導体基板の断面を示している。半導体基板は半絶縁
性GaAs基板1上にアンドープGaAsバッファ層
2、不純物がドーピングされていないGaAsチャネル
層3、電子供給層となるAl0.2 2Ga0.8 As層4と
高濃度の不純物がドーピングされ、ソース、ドレインの
予定領域にのみ残されたGaAsキャップ層5とから構
成されている。
O2 膜を開口し、ショットキ金属9、ここではタングス
テン(W)、をスパッタ法により成膜する。次に通常の
フォトリソグラフィとドライエッチングの方法によりレ
ジストをマスクにゲート電極部分以外の金属を選択的に
エッチング除去し、その後レジストを除去すると図5
(b)に示すようなゲート電極が形成される。
ッ酸系のエッチング液によるウェットエッチングにより
除去し(図5(c))、パシベーションSiO2 膜10
を成膜し(図5(d))、ドレイン電極とソース電極に
相当するオーミック電極11を形成して(図5
(e))、HJFETが完成する。
体装置の製造方法ではショットキ金属としては信頼性上
の要求から耐熱性のタングステンシリサイドWSi7な
どの高融点金属の珪化物の用いる場合が多く、その場
合、SiO2 膜6の除去の際に図4(c)に示したよう
に側壁下部の一部がフッ酸系のエッチング液によるウェ
ットエッチングで溶解してしまうという問題があった。
この理由は、高融点金属の珪化物のスパッタ成膜時にS
iO2 膜6の開口部分の側壁部で組成・構造の変動が生
じ、部分的にフッ酸系のエッチングに対して耐性がない
領域が生じるためと考えられる。このゲート金属の溶解
が起こった場合、局所的なゲート形状の不均一が生じ、
電界・電流密度の分布がばらつき、FETの電気特性や
信頼性の低下を招く原因となる。
表面がAlGaAs層の場合、図5(c)に示すように
電気化学反応によりゲート金属近傍のAlGaAsの一
部がフッ酸系のエッチング液に溶解してしまう問題があ
った。この場合には半導体表面の形状が変わりキャリア
の空乏層が変化して飽和電流が減少する原因となる。
造方法は、高融点金属の珪素化合物により形成した電極
を有する半導体基板上のSiO2 膜を、フッ化水素の蒸
気を含む気体により除去する工程を有することを特徴と
する。
をもつ半導体基板上のSiO2 膜を、フッ化水素の蒸気
を含む気体により除去する工程を有することを特徴とす
る。
グによる場合も化学反応式は
反応にはH2 Oが必要である。ウェットエッチングの場
合は豊富に水が存在し、(1)がエッチング反応全体を
律速することはなく、一旦イオン化反応が始まれば
(2)の反応が右に進みH2 Oが生成されて正のフィー
ドバックがかかり、反応が加速されると考えられる。
Fイオン化のためのH2 Oが十分はない。基板表面の状
態、即ち、親水性か疎水性かなどにより表面でのH2 O
の凝集量が異なり、表面に十分にH2 Oが凝集した場合
のみ反応(1)が開始される。また(2)で生成したH
2 Oが(1)の反応に使われるか、あるいは気化して失
われるかにより反応のフィードバックの程度が異なって
くる。従って気相エッチングの場合はウェットエッチン
グに比べてエッチング反応はSiO2 の膜質などに敏感
に依存することになる。
チングで溶解する現象が、WSi中に取り込まれたSi
O2 がエッチングされる、あるいはそれに非常に近い反
応によると考えると本発明の気相エッチングの場合は、
WSi表面では(1)に相当する反応が起こりにくく、
その結果WSiの溶解は起こらないものと考えられる。
sが溶解する現象は、以下のように考えられる。すなわ
ち、ウェットエッチングの場合には、Al,Ga,As
のイオン化傾向が強く、詳細な反応式は明確ではないが
ゲート電極(W,Au)−AlGaAs結晶−HF溶液
間で電流ループを形成し、気化化学反応によりゲート金
属近傍のAlGaAsの一部がフッ酸系のエッチング液
に溶解してしまうと考えられる。
内での電荷の移動が生じず、上記の電流ループは開いた
状態となる。表面に凝集したわずかの液相があったとし
ても平衡状態に達した後は反応は進行せず、ウェットエ
ッチングの際のようにAlGaAsの一部がエッチング
液に溶解してしまうようなことはない。
て説明する。
体装置の製造方法の工程をSiO2示す断面図であり、
具体的にはGaAsによるMESFET構造の製造工程
を示している。
0nm成膜した半導体基板の断面を示している。半導体
基板は半絶縁性GaAs基板1上にアンドープGaAs
バッファ層2(厚さ800nm)、不純物としてSiが
2.5×1017/cm3 ドーピングされているGaAs
チャネル層3(厚さ200nm)とSi不純物が5×1
017/cm3 ドーピングされ、ソース、ドレインの予定
領域にのみ残されたGaAsキャップ層5(厚さ100
nm)とから構成されている。
O2 膜を開口し、WSi(ショットキ金属)7をスパッ
タ法により約200nm成膜し、その上にさらにゲート
抵抗を下げるためのAu8をスパッタ法により約400
nm成膜した。次に通常のフォトリソグラフィとArイ
オンミリングそして、SF6 /CF4 混合ガスによるマ
グネトロン反応性イオンエッチング法によりレジトをマ
スクにゲート電極部分以外の金属を選択的にエッチング
除去し、さらにレジストを除去して図1(b)に示すよ
うなゲート電極を形成した。
蒸気を含む気体により気相エッチングを行い、図1
(c)の様にSiO2 膜6を除去する。気相エッチング
は図2の様な装置を用いて行っている。ウェーハ26の
温度は23〜30℃に制御した。HFの蒸気はHF気化
タンク23内で23〜30℃に保たれた無水フッ化水素
の表面に沿ってキャリアガスN2 を流すことにより得ら
れる。水蒸気も同様にH2O気化タンク22内で純水の
表面に沿ってキャリアガスとしてH2 を流すことにより
得られる。キャリアガス24のN2 はマスフローコント
ローラ26を通してそれぞれの気化タンク22,23に
導入されていて、それぞれの流量をコントロールする事
により所望の組成比のエッチングガスが得られる。HF
のキャリアガスの流量(以下、[HF]と略記)とH2
Oのキャリアガスの流量(以下、[H2 O]と略記)と
の比(流量比)を1より小さい値に比べれば、ゲート電
極下部のWSiおよびAlGaAsの以上溶解現象は生
じない。本実施例では、SiO2 のエッチングレートや
表面の残渣等から最適化し[HF]=5 l/min、
[H2 O]=15 l/minと設定した。これらの蒸
気は混合されてプロセスチャンバー20内に送気され、
ディフューザを通してスピナー21上のウェーハ26表
面に吹き付けられてエッチングが行われる。その後、使
用済みの混合蒸気ガスは排気口25から排出される。
て図1(d)のようにSiO2 膜10約100nmをパ
シベーション膜として全面に成膜する。最後にパシベー
ション膜への開口形成、オーミック金属成膜、リフトオ
フ、アニールなどの工程を経て図1(e)の様にオーミ
ック電極11ここではAuGeNiを形成してMESF
ETが完成する。
体装置の製造方法の工程断面図であり、AlGaAs/
GaAsによるHJFET構造の製造工程を示してい
る。
た半導体基板の断面を示している。半導体基板は半絶縁
性GaAs基板1上にアンドープGaAsバッファ層2
(厚さ800nm)、不純物がドーピングされていない
GaAsチャネル層3(厚さ20nm)、電子供給層と
なるAl0.2 Ga0.8 As層4(Si:3×1018/c
m3 、厚さ50nm)と高濃度の不純物がドーピングさ
れ、ソース、ドレインの予定領域にのみ残されたGaA
sキャップ層5(Si:3×1018/cm3 、厚さ80
nm)とから構成されている。
O2 膜を開口し、W9をスパッタ法により約500nm
成膜した。次に通常のフォトリソグラフィとSF6 /C
F4混合ガスによるマグネトロン反応性イオンエッチン
グ法によりレジストをマスクにゲート電極部分以外の金
属を選択的にエッチング除去し、レジストを除去すると
図3(b)に示すようなゲート電極が形成される。
フッ化水素の蒸気を含む気体により気相エッチングを行
い、図3(c)の様にこの厚いSiO2 膜を除去する。
成膜し(図3(d))、ドレイン電極とソース電極に相
当するAuGeNiオーミック電極11を蒸着により形
成して(図3(e))、HJFETが完成する。
純水から別々に蒸発した蒸気を混合して用いたが、H2
O気化タンクを省略し、23〜30℃に温度制御された
フッ化水素の水溶液(フッ酸)から気化させた蒸気のみ
を用いても同様の効果が得られた。この場合は、気相エ
ッチング装置の構成が簡単となり、制御が容易になる利
点がある。キャリアガスとしてN2 を5〜20 l/m
in流し、HFをH2Oで10〜30%に薄めた水溶液
を用いたところ、SiO2 に対して20〜400nm/
minのエッチングレートが得られ、なおかつゲート電
極下部WSiやAlGaAsを侵すことなく所望の形状
にエッチングすることができた。
SiO2 膜の除去の際に高融点金属の珪化物の側壁下部
の一部がフッ酸系のエッチング液によるウェットエッチ
ングで溶解してしまい、局所的なゲート形状の不均一性
から電解・電流密度の分布がばらつき、FETの電気特
性や信頼性の低下を招くという問題がなくなる。
合、電気化学反応によりゲート金属近傍のAlGaAs
の一部がフッ酸系のエッチング液に溶解してしまい、半
導体表面の形状が変わりキャリアの空乏層が変形して飽
和電流が減少するという問題がなくなる。
って、(a)〜(e)からなる工程順断面図。
説明するための図。
って、(a)〜(e)からなる工程順断面図。
するための図であって、(a)〜(e)からなる工程順
断面図。
するための図であって、(a)〜(e)からなる工程順
断面図。
Claims (6)
- 【請求項1】 高融点金属シリサイドにより形成した電
極とシリコン酸化膜とを有する半導体基板上から、前記
シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含む気体により除
去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項2】 AlGaAs層と、このAlGaAs層
上に形成した電極とシリコン酸化膜とを有する半導体基
板上から、前記シリコン酸化膜をフッ化水素の蒸気を含
む気体により除去する工程を有することを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記フッ化水素の蒸気を含む気体が、無
水フッ酸とH2 Oからそれぞれ気化させた蒸気を混合し
たものであることを特徴とする請求項1または請求項2
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記フッ化水素の蒸気を含む気体が、気
化した無水フッ酸蒸気を含む窒素ガスとH2 O蒸気を含
む窒素ガスを混合してなり、前記H2 O蒸気を含む窒素
ガスに対する前記気化した無水フッ酸蒸気を含む窒素ガ
スの混合比率が1より小さいことを特徴とする請求項1
または請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記フッ化水素の蒸気が、フッ化水素水
溶液から気化させたものであることを特徴とする請求項
1または請求項2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記フッ化水素の蒸気を含む気体が、体
積濃度10〜30%のフッ化水素水溶液から気化したフ
ッ化水素の蒸気を含む窒素ガスからなることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の半導体装置の製造方
法。
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