JP5202877B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、化合物半導体層上に電極を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of forming an electrode on a compound semiconductor layer.
化合物半導体層を用いた半導体装置、例えばHEMT(High Electron Mobility Transistor)等のFET(Field Effect Transistor)は、携帯電話基地局用増幅器などの高周波数かつ高出力で動作する高周波高出力増幅用素子として注目されている。 A semiconductor device using a compound semiconductor layer, for example, an FET (Field Effect Transistor) such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) is used as a high-frequency and high-output amplification element that operates at a high frequency and high output, such as an amplifier for a mobile phone base station Attention has been paid.
特許文献1には、化合物半導体層としてGaN系半導体層上に窒化シリコン膜を形成し、該窒化シリコン膜の所定領域を除去し、GaN系半導体層上にゲート電極を形成するFETの製造方法が開示されている。
ここで、図1を参照して、特許文献1に示されるようなFETの製造方法について検討してみる。図1は、化合物半導体層を用いたFETの断面図である。サファイア基板10上に、GaN電子走行層12及びAlGaN電子供給層14からなる化合物半導体層16が形成されている。化合物半導体層16上に絶縁膜21が形成されている。絶縁膜21には開口が形成され。それぞれの開口を覆うように、ゲート電極28、ソース電極30及びドレイン電極32が化合物半導体層16上に形成されている。ゲート電極28はNi(ニッケル)等のショットキ層24とAu(金)等の導電層26とから構成される。
Here, with reference to FIG. 1, a method for manufacturing an FET as disclosed in Patent Document 1 will be examined. FIG. 1 is a cross-sectional view of an FET using a compound semiconductor layer. A
図1に記載のFETにおいては、開口端Aの形状が急峻であるため、開口端Aにショットキ層24が成膜されにくく、ショットキ層24の被覆性が悪くなってしまう。このため、導電層26がショットキ層24の被覆性の悪い部分から化合物半導体層16に拡散する可能性がある。なお、絶縁膜21の開口をウエットエッチング等の等方性エッチングを用いて行うことにより、開口端でのショットキ層24の被覆性を向上させることが考えられる。しかし、ゲート電極28は短ゲート長とすること、ゲート長の制御性を向上させることが求められる。絶縁膜21を等方性エッチングしたのでは、短いゲート長あるいは制御性のよいゲート電極の形成が困難となる。
In the FET shown in FIG. 1, since the shape of the opening end A is steep, the Schottky
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な製造方法により、絶縁膜の開口に形成する電極の被覆性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to improve the coverage of an electrode formed in an opening of an insulating film by a simple manufacturing method.
本発明は、化合物半導体層の上に窒化シリコン膜である第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜を550℃以上の温度で熱処理する工程と、前記第1絶縁膜上に窒化シリコン膜である第2絶縁膜を形成する工程と、前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜を同一マスクを用い選択的にエッチングすることで、前記化合物半導体層が露出するとともに、前記第1絶縁膜における開口幅が前記第2絶縁膜における開口幅よりも小さい開口部を形成する工程と、前記開口部の内壁に接するゲート電極を形成する工程と、を有し、前記熱処理は、ソース電極及びドレイン電極をオーミック化するための熱処理であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の開口端に段差が形成される。これにより、絶縁膜の開口端における電極の被覆性を向上させることができる。 The present invention includes a step of forming a first insulating film that is a silicon nitride film on a compound semiconductor layer, a step of heat-treating the first insulating film at a temperature of 550 ° C. or more, and nitriding the first insulating film. The step of forming a second insulating film, which is a silicon film, and the second insulating film and the first insulating film are selectively etched using the same mask, so that the compound semiconductor layer is exposed and the first semiconductor film is exposed. a step of opening width in the insulating film to form an opening smaller than the opening width of the second insulating film, have a, and forming a gate electrode in contact with the inner wall of said opening, said heat treatment, a source electrode And a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the heat treatment is performed to make the drain electrode ohmic . According to the present invention, a step is formed at the opening ends of the first insulating film and the second insulating film. Thereby, the coverage of the electrode at the opening end of the insulating film can be improved.
上記構成において、前記熱処理は、ソース電極及びドレイン電極をオーミック化するための熱処理である構成とすることができる。この構成によれば、製造工程を簡略化することができる。 In the above configuration, the heat treatment may be a heat treatment for ohmicizing the source electrode and the drain electrode. According to this configuration, the manufacturing process can be simplified.
上記構成において、前記化合物半導体層はGaN系半導体層である構成とすることができる。 In the above configuration, the compound semiconductor layer may be a GaN-based semiconductor layer .
上記構成において、前記エッチングは、ドライエッチングである構成とすることができる。
In the above structure, the etching may be dry etching .
本発明によれば、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の開口端に段差が形成される。これにより、絶縁膜の開口端における電極の被覆性を向上させることができる。 According to the present invention, a step is formed at the opening ends of the first insulating film and the second insulating film. Thereby, the coverage of the electrode at the opening end of the insulating film can be improved.
本発明は、絶縁膜を熱処理するとドラエッチングのレートが低下することを利用している。以下、図面を参照に、本発明の実施例について説明する。 The present invention utilizes the fact that the rate of Dora etching decreases when the insulating film is heat-treated. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図2(a)から図4を用い、実施例1に係るFETの製造方法を説明する。図2(a)のように、サファイア基板10上にGaN電子走行層12及びAlGaN電子供給層14をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用い成長する。これにより、GaN電子走行層12及びAlGaN電子供給層14からなる化合物半導体層16が形成される。
A method for manufacturing the FET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, a GaN
図2(b)のように、化合物半導体層16上にプラズマCVD法を用い、窒化シリコン膜からなる第1絶縁膜20を形成する。ここで、プラズマCVD法による成膜条件は、温度が300℃、圧力が0.9torr、モノシランガス流量が4sccm、窒素ガス流量が200sccm、アンモニアガス流量が0.5sccm、ヘリウムガス流量が900sccm、RF(高周波)パワーが50Wとすることができる。第1絶縁膜20の膜厚は約30nmである。図2(c)のように、第1絶縁膜20のオーミック電極を形成すべき領域を除去し、化合物半導体層16上に形成された第1絶縁膜20の開口にオーミック電極としてソース電極30及びドレイン電極32を蒸着法及びリフトオフ法を用い形成する。ソース電極30及びドレイン電極32は下から膜厚が5nmから15nmのTa(タンタル)、膜厚が200から400nmのAl(アルミニウム)からなる。図2(d)のように、550℃で熱処理を行う。これにより、ソース電極30及びドレイン電極32が化合物半導体層16と合金化され、ソース電極30及びドレイン電極32と化合物半導体層16との間がオーミック接触される。
As shown in FIG. 2B, a first
図3(a)のように、第1絶縁膜20、ソース電極30及びドレイン電極32上にプラズマCVD法を用い、窒化シリコン膜からなる第2絶縁膜22を形成する。第2絶縁膜22の膜厚は約30nmである。これにより、第1絶縁膜20と第2絶縁膜22とから絶縁膜23が形成される。図3(b)のように、第2絶縁膜22上にフォトレジスト40を塗布し、露光現像を行うことにより、フォトレジスト40のゲート電極を形成すべき領域に開口部42を形成する。
As shown in FIG. 3A, a second
図3(c)のように、第2絶縁膜22及び第1絶縁膜20を同一マスク(フォトレジスト40)を用い選択的にエッチングし化合物半導体層16が露出する開口部44を形成する。エッチングは、例えばSF6及びCHF3を用いたドライエッチングで行う。このとき、第1絶縁膜20は熱処理によりエッチングレートが低下する。一方、第2絶縁膜22は熱処理を経ていないため、エッチングレートは低下していない。そこで、第1絶縁膜20を異方性エッチングし開口部44を形成した際、第2絶縁膜22はオーバエッチング状態となり、第2絶縁膜22にサイドエッチング領域46が形成される。
As shown in FIG. 3C, the second
図3(d)のように、フォトレジスト40を除去する。第2絶縁膜22上に感光性の異なる2層のフォトレジスト層を塗布し、露光現像する。これにより、フォトレジスト48にオーバーハング形状の開口部50を形成する。
As shown in FIG. 3D, the
図4(a)のように、絶縁膜23の開口部44、46の内壁及び化合物半導体層16に接するようにゲート電極28を蒸着法及びリフトオフ法を用い形成する。ゲート電極28は下から、膜厚が60nmのNi(ニッケル)からなるショットキ層24と、膜厚が300nmのAu(金)からなる導電層26と、から構成される。図4(b)のように、ソース電極30、ドレイン電極32、ゲート電極28及び第2絶縁膜22上に保護膜34として窒化シリコン膜を形成する。ソース電極30及びドレイン電極32にそれぞれ接続されるAuからなる配線36を形成する。以上により、実施例1に係るFETが完成する。
As shown in FIG. 4A, the
実施例1によれば、熱処理工程を経た第1絶縁膜20と熱処理工程を経ていない第2絶縁膜22をエッチングすることにより、図3(c)のように、開口部に段差を設けることができる。図5は、実施例1の図2(a)から図3(c)と同じ工程を行い、フォトレジスト40を除去後、ゲート電極28と同じ金属を形成した後の断面SEM画像を模式化した図である。図5のBように、絶縁膜23の開口端Bは、上部の開口が下部の開口より大きくなるような段差を有している。これにより、絶縁膜23の開口端Bにおけるゲート電極28中のショットキ層24の被覆性が向上する。よって、導電層24が化合物半導体層16に拡散することを抑制することができる。
According to the first embodiment, by etching the first insulating
実施例1においては、電極としてゲート電極28を例に説明したが、その他の電極でもよい。半導体装置としてFETを例に説明したが他の半導体装置でもよい。しかしながら、化合物半導体層16に接する電極はゲート電極28であることが好ましい。ゲート電極28は短ゲート長化及びゲート長制御性の向上が求められている。よって、本発明を適用することが有効である。特に、図3(c)のエッチングとしてドライエッチングを用いることにより、第1絶縁膜20が異方性エッチングされるため、ゲート電極の短ゲート長化及びゲート長制御性の向上を図ることができる。
In the first embodiment, the
図2(d)のように、熱処理工程は、ソース電極30及びドレイン電極32をオーミック化するための熱処理であることが好ましい。これにより、製造工程を簡略化することができる。なお、実施例1のようにGaN系半導体層16とオーミック電極とのオーミック化のための熱処理は、比較的高温(例えば550℃以上)で実施されている。これは、第1絶縁膜20と第2絶縁膜22とのエッチングレート差を実用的に得ることのできる温度であり、絶縁膜23に開口部の段差を設けることによりショットキ層24の被覆性を向上させるという目的によく合致する。
As shown in FIG. 2D, the heat treatment step is preferably a heat treatment for making the
化合物半導体層16としてGaN系半導体層を例に説明したが、化合物半導体層はGaAs等の化合物半導体層であってもよい。しかしながら、GaN系半導体層の場合、図2(d)のオーミック電極の合金化のための熱処理を比較的高温で行う。化合物半導体層16はGaN系半導体層であることが好ましい。なお、GaN系半導体としては、例えば、窒化ガリウム(GaN)並びにGaNと窒化アルミニウム(AlN)または窒化インジウム(InN)との混晶であるAlGaNまたはInGaN等の半導体を用いることができる。
Although the GaN-based semiconductor layer has been described as an example of the
熱処理温度として550℃、第1絶縁膜20及び第2絶縁膜22として窒化シリコン膜、エッチングのエッチャントとしてSF6及びCHF3を例に説明した。熱処理によりエッチングレートが遅くなる熱処理温度、材料、エッチャントを適宜選択することができる。
The heat treatment temperature is 550 ° C., the first insulating
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 サファイア基板
12 GaN電子走行層
14 AlGaN電子供給層
16 化合物半導体層
20 第1絶縁膜
22 第2絶縁膜
28 ゲート電極
30 ソース電極
32 ドレイン電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1絶縁膜を550℃以上の温度で熱処理する工程と、
前記第1絶縁膜上に窒化シリコン膜である第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜及び前記第1絶縁膜を同一マスクを用い選択的にエッチングすることで、前記化合物半導体層が露出するとともに、前記第1絶縁膜における開口幅が前記第2絶縁膜における開口幅よりも小さい開口部を形成する工程と、
前記開口部の内壁に接するゲート電極を形成する工程と、
を有し、
前記熱処理は、ソース電極及びドレイン電極をオーミック化するための熱処理であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating film that is a silicon nitride film on the compound semiconductor layer;
Heat-treating the first insulating film at a temperature of 550 ° C. or higher ;
Forming a second insulating film, which is a silicon nitride film, on the first insulating film;
The compound semiconductor layer is exposed by selectively etching the second insulating film and the first insulating film using the same mask, and the opening width in the first insulating film is the opening width in the second insulating film. Forming a smaller opening, and
Forming a gate electrode in contact with the inner wall of the opening;
I have a,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the heat treatment is a heat treatment for making the source electrode and the drain electrode ohmic .
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