JP2001274173A - 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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JP2001274173A
JP2001274173A JP2000086843A JP2000086843A JP2001274173A JP 2001274173 A JP2001274173 A JP 2001274173A JP 2000086843 A JP2000086843 A JP 2000086843A JP 2000086843 A JP2000086843 A JP 2000086843A JP 2001274173 A JP2001274173 A JP 2001274173A
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Toru Kuzuhara
徹 葛原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タブルリセス構造を再現性よく形成でき、ま
た、少ないリソグラフィ工程で形成できる化合物半導体
装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】 半絶縁性半導体基板101上にバッフア
層102、チャネル層103、コンタクト層104を形
成する第1工程と、一部に開口107aを有するレジス
トマスク107をコンタクト層104上に形成する第2
工程と、レジストマスク107の開口107aを通して
等方性エッチングを行い第1リセス構造R1を形成する
第3工程と、レジストマスク107の開口107aを通
して異方性エッチングを行い第2リセス構造R2を形成
する第4工程とからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電極をダブ
ルリセス部に形成した化合物半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】GaAsやInGaAsなどの化合物半
導体は、Siよりも電子の飽和速度が大きい。そのた
め、化合物半導体を動作層とする半導体装置、たとえば
電界効果トランジスタは、マイクロ波帯やミリ波帯の増
幅素子などに用いられている。
【0003】電界効果トランジスタでは、ソース抵抗を
低減し、ゲート耐圧を改善するためにリセス構造が採用
されている。また、特性をより向上させるために、2段
構造のいわゆるタブルリセス構造も多く用いられてい
る。
【0004】ここで、タブルリセス構造を有する従来の
化合物半導体装置の製造方法について、図2の模式的断
面図を参照して説明する。まず、図2(a)に示すよう
に、半絶縁性GaAs基板201上に、アンドープGa
Asのバッファ層202、SiドープnGaAsのチャ
ネル層203、および、Siドープn+ GaAsのコン
タクト層204を、それぞれエピタキシャル成長により
順次形成する。その後、コンタクト層204上に、ソー
ス電極205およびドレイン電極206を形成する。さ
らに、レジストマスク207をコンタクト層204上に
形成し、1段目のリセスを設ける領域に開口207aを
形成する。
【0005】次に、上記工程を経た基板201を反応性
イオンエッチング装置内に導入し、ハロゲンガスとフロ
ンガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、レ
ジストマスク207をマスクとして、図2(b)に示す
ように、コンタクト層204の所望部分をエッチング
し、第1のリセス構造R1を形成する。
【0006】次に、レジストマスク207を除去し、図
2(c)に示すように、チャネル層203上にレジスト
マスク208を設け、2段目のリセスを設ける領域に開
口208aを設ける。その後、レジストマスク208を
マスクにしてエッチングを行い、2段目のリセス構造R
2を形成する。
【0007】次に、図2(d)に示すように、レジスト
マスク208を除去し、チャネル層203とショットキ
ー特性を有する金属材料を、蒸着およびリフトオフ法を
用い、ゲート電極209を2段目のリセス構造R2部分
に形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の化合物半導体装
置たとえば電界効果トランジスタの場合、タブルリセス
構造を採用することにより、ソース抵抗を低減し、同時
に、ゲート耐圧を改善できる。しかし、これらの特性は
リセスの形状や寸法に大きく依存する。
【0009】従来の化合物半導体装置の製造方法による
と、1段目および2段目のリセス構造の深さや幅をそれ
ぞれ独立に精度よく形成できる。しかし、1段目のリセ
スを形成するレジストマスクと2段目のリセスを形成す
るレジストマスクとの位置合わせ精度の確保が難しく、
1段目と2段目の2つのリセスの位置関係を再現性よく
形成するのが困難になっている。たとえば、1段目のリ
セス幅と2段目のリセス幅が近い値の低雑音素子などの
場合、1段目と2段目のリセスの位置関係のずれが歩留
まりを低下させる要因になっている。
【0010】また、従来の化合物半導体装置の製造方法
の場合、リセス構造の段数が増加すると、その分、マス
ク作成のためのリソグラフィ工程が増加し、工程が複雑
化する。
【0011】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、タブルリセス構造を再現性よく形成でき、また、少
ないリソグラフィ工程で形成できる化合物半導体装置の
製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体装
置の製造方法は、半絶縁性半導体基板上に半導体層を形
成する第1工程と、一部に開口を有するマスクを前記半
導体基板上の前記半導体層上に形成する第2工程と、前
記マスクの前記開口を通して等方性エッチングを行い第
1リセスを形成する第3工程と、前記マスクの前記開口
を通して異方性エッチングを行い第2リセスを形成する
第4工程とからなっている。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、電界
効果トランジスタを例にとりその製造工程を示した図1
の模式的断面図を参照して説明する。まず、図1(a)
に示すように、半絶縁性GaAs基板101上に、アン
ドープGaAsのバッファ層102、SiドープnGa
Asのチャネル層103、および、Siドープn+ Ga
Asのコンタクト層104を、それぞれエピタキシャル
成長により順次形成する。その後、コンタクト層104
上に、ソース電極105とドレイン電極106を形成す
る。さらに、コンタクト層104上にレジストマスク1
07を設け、2段目のリセスを開口する領域に開口10
7aを形成する。
【0014】上記の工程において、チャネル層103と
コンタクト層104の間に、たとえば後述するようなエ
ッチングストッパ層が必要に応じて設けられる。
【0015】次に、上記工程を経た基板101を反応性
イオンエッチング装置に導入し、ハロゲンガスとフロン
ガスとの混合ガスからなるエッチングガスを用い、レジ
ストマスク107をマスクとして、コンタクト層104
の所望の部分を等方性エッチングして、図1(b)に示
すように第1のリセス構造R1を形成する。
【0016】この場合のエッチング条件は、たとえば、
SF6 =10sccm、SiCl4=20sccm、圧
力3Pa、高周波出力80W(13.56MHz)、基
板温度20℃である。このエッチング条件の場合、Ga
Asは等方的にエッチングされ、エッチング時間に比例
してサイドエッチングが進み、所望のリセス幅が得られ
る。横方向のエッチング量と縦方向のエッチング量は、
ガス組成やエッチング圧力、温度などを調整し、所望の
条件に設定される。
【0017】なお、コンタクト層104の所望の部分を
等方性エッチングする場合、チャネル層103とコンタ
クト層104との間に、エッチングストッパ層として、
たとえばAlを構成元素として含む結晶層を挿入してお
けば、縦方向のエッチング量はコンタクト層104の厚
さで制御される。また、横方向はオーバーエッチング量
によって制御される。このため、高精度のリセス形状が
作成される。
【0018】次に、図1(c)に示すように、酸素プラ
ズマを導入して、第1のリセス構造R1の表面に存在す
る反応生成物を酸化し、保護膜層108を形成する。こ
の場合の条件は、たとえば、O2 =50sccm、圧力
10Pa、高周波出力50W(13.56MHz)、基
板温度20℃である。
【0019】上記条件の場合、GaやAsの酸化物だけ
でなく、Siを構成元素として含んだ酸化物が生成され
る。このため、ハロゲンガスを用いたエッチングを効果
的に抑止できる。
【0020】次に、再び、ハロゲンガスとフロンガスと
の混合ガスからなるエッチングガスで、レジストマスク
107をマスクとして、コンタクト層104の所望の部
分を異方性エッチングして、図1(d)に示すように、
第2のリセス構造R2を形成する。
【0021】この場合のエッチング条件は、たとえば、
SF6 =5sccm、SiCl4 =25sccm、圧力
0.5Pa、高周波出力120W(13.56MH
z)、基板温度0℃である。このエッチング条件の場
合、GaAsは異方性エッチングされるため、レジスト
マスク107の開口で決まる開口幅でエッチングが進行
する。
【0022】エッチングを行うハロゲンガスである塩素
は科学的な等方性エッチング傾向が強く、1段目のリセ
ス構造R1の全面にエッチングガスが回り込んでしま
う。しかし、リセス構造R1の表面に保護膜層108が
存在するため、エッチングは効果的に抑止される。一
方、レジストマスク107の開口部と対向する領域はス
パッタ性のイオンにさらされる。そのため、保護膜10
8が除去され、矢印Y方向のエッチングのみが進行す
る。この場合、異方性のきわめて強い条件を用いて回り
込みを抑制する方法を用いれば、保護膜108がなくと
も異方性エッチングが可能となる。しかし、このような
エッチング条件はスパッタ性が強く、結晶に損傷を与
え、キャリアの補償や移動度の低下などを生じ、好まし
くない。
【0023】次に、緩衝フッ酸を用いて、第1のリセス
構造R1に残っている保護膜108を除去し、チャネル
層103とショットキー特性を有する金属材料を蒸着と
リフトオフ法を用いて形成し、図1(e)に示すよう
に、ゲート電極109を2段目のリセス構造R2部分に
形成する。
【0024】上記の方法によれば、1つのマスクを利用
してタブルリセスを形成できる。このため、リセスごと
のマスク合わせが不要となり、1段目と2段目のリセス
構造に位置ずれが発生しない。また、各リセス構造は、
それぞれのエッチング工程で独立に制御できる。したが
って、マスクが1枚であっても制御性が低下することは
ない。
【0025】上記の実施形態では、エッチングガスとし
てSiCl4 を用いる場合で説明している。しかし、B
Cl3 を用いても同様の効果が得られる。また、保護膜
を形成する場合に酸素を用いているが、窒素を用いるこ
ともできる。窒素を用いた場合、より強固な保護膜が形
成され、第2のリセスを作成する際のエッチング抑止に
対してより大きい効果が得られる。
【0026】上記したように、本発明の化合物半導体装
置の製造方法によれば、1つのマスクでタブルリセス構
造を作成できる。そのため、マスクの合わせ精度による
影響がなくなる。また、第1のリセスの表面に保護膜層
を形成した構造の場合、第2のリセスをエッチングする
際に、科学的な等方性エッチング傾向の強い塩素ガスの
回り込みがあっても、開口部と対向する領域以外へのエ
ッチングの進行を抑制できる。また、リソグラフィ工程
が減り、工数が低減する。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、ソース抵抗が減少し、
ゲート耐圧が向上するタブルリセス構造を、より少ない
リソグラフィ工程で、かつ、再現性よく形成できる化合
物半導体装置の製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための工程を示す
断面図である。
【図2】従来例を説明するための工程を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
101…半絶縁性GaAs基板 102…アンドープGaAsのバッフア層 103…SiドープnGaAsのチャネル層 104…Siドープn+ GaAsのコンタクト層 105…ソース電極 106…ドレイン電極 107…レジストマスク 108…保護膜層 109…ゲート電極 R1…第1リセス構造 R2…第2リセス構造

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性半導体基板上に半導体層を形成
    する第1工程と、一部に開口を有するマスクを前記半導
    体基板上の前記半導体層上に形成する第2工程と、前記
    マスクの前記開口を通して等方性エッチングを行い第1
    リセスを形成する第3工程と、前記マスクの前記開口を
    通して異方性エッチングを行い第2リセスを形成する第
    4工程とからなる化合物半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 半絶縁性半導体基板上に、第1リセスが
    形成される第1半導体層および前記第1リセスよりも深
    い第2リセスが形成される第2半導体層、前記第1半導
    体層と前記第2半導体層間に位置するエッチングストッ
    パ層をそれぞれ形成する第1工程と、一部に開口を有す
    るマスクを前記第1半導体層上に形成する第2工程と、
    前記マスクの前記開口を通して等方性エッチングを行
    い、前記第1半導体層に第1リセスを形成する第3工程
    と、前記マスクの前記開口を通して異方性エッチングを
    行い、前記第2半導体層に第2リセスを形成する第4工
    程とからなる化合物半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 エッチングストッパ層がAlを構成元素
    として含む結晶層である請求項2記載の化合物半導体装
    置の製造方法。
  4. 【請求項4】 半導体層が少なくともGaおよびAsを
    含む請求項1または請求項2記載の化合物半導体装置の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 第3工程と第4工程との間に、第1リセ
    スの表面に保護膜層を形成する工程を設けた請求項1ま
    たは請求項2記載の化合物半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 保護膜層の形成を、少なくとも酸素もし
    くは窒素を構成元素として含むプラズマで行う請求項5
    記載の化合物半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 等方性エッチングおよび異方性エッチン
    グを、少なくともSiCl4 またはBCl3 を含むハロ
    ゲンガスおよびフロンガスとからなるエッチングガスで
    行う請求項1または請求項2記載の化合物半導体装置の
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170041692A (ko) * 2014-08-13 2017-04-17 인텔 코포레이션 자기 정렬 게이트 최종 ⅲ-n 트랜지스터

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