JP2002100641A - 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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JP2002100641A
JP2002100641A JP2000288698A JP2000288698A JP2002100641A JP 2002100641 A JP2002100641 A JP 2002100641A JP 2000288698 A JP2000288698 A JP 2000288698A JP 2000288698 A JP2000288698 A JP 2000288698A JP 2002100641 A JP2002100641 A JP 2002100641A
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JP2000288698A
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Yutaka Yoneda
豊 米田
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 欠陥が生じにくく、かつ、製造コストの増加
を抑え、D型FETとE型FETの閾値電圧(Vth)を
再現性良く同一基板上に作製することの可能な半導体装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板(1,2,3,4)上にオー
ミック電極5a,5bを形成する第1の工程と、前記オ
ーミック電極5a,5bを含む半導体基板全面にレジス
ト10を形成する第2の工程と、前記レジスト10に対
し、オーミック電極5a,5b間の活性層のゲート形成
部分とオーミック電極5a,5b上とに開口6a,6
b,6cを設ける第3の工程と、開口6cによって表面
が露出した活性層3をエッチングする第4の工程と、所
定の深さにエッチングされた活性層3上にゲート電極8
を形成する第5の工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、コンピュータシステムの高速化の
要求に伴い、集積回路装置の高速化,低消費電力化が要
求されている。特に、GaAsはSiと比較して大きな
電子移動度を有するため、小型コンピュータへの適用が
大いに期待されている。化合物半導体の集積回路装置を
構成する場合、基本であるインバータ回路としてDCF
L(Direct Coupled FET Logic)回路が多用されており、
その場合、エンハンスメント型FET(以下ではE型F
ETとする)が駆動素子、デプレッション型FET(以
下ではD型FETとする。)が負荷素子として用いられ
る。このE型FETとD型FETの閾値電圧(Vth
は、キャリア供給層あるいは閾値電圧制御層の膜厚によ
って決定している。
【0003】従来、E型FETとD型FETとを同一基
板上に製造する方法が知られている。一般に、化合物半
導体の閾値電圧は、活性層の厚さに依存し、次式のよう
な関係がある。
【0004】
【数1】D=(2e(Vbi−Vth)/qNd1/2
【0005】ここで、Dは活性層の厚さ、Ndはドーピ
ング濃度、Vbiはショットキー電極(ゲート電極)のビ
ルトインポテンシャル、Vthは閾値電圧、qは素電荷で
ある。
【0006】数1から、閾値電圧Vthは、活性層の厚さ
Dが厚いほど負になり、活性層の厚さDが薄いほど正に
なる。
【0007】図3は特開平02−148740号に開示
されている半導体装置を示す図である。図3の半導体装
置は、半絶縁性GaAs基板201上に、チャネル層で
ある厚さ500nmのアンドープGaAs層203、電
子供給層である厚さ30nmのn型AlGaAs層20
4、D型FETにおける閾値電圧制御層となる厚さ10
nmの第4のn型GaAs層205a、第3のエッチン
グストッパ層である厚さ5nmのn型AlGaAs層2
06a、コンタクト層である厚さ15nmの第3のn型
GaAs層205b、第2のエッチングストッパ層であ
る厚さ5nmのn型AlGaAs層206b、コンタク
ト層である厚さ60nmの第2のn型GaAs層20
7、第1のエッチングストッパ層である厚さ5nmのn
型AlGaAs層208、コンタクト層である厚さ40
nmの第1のn型GaAs層209が順次にエピタキシ
ャル成長されて構成されている。そして、E型FETの
ショットキーゲート電極215は電子供給層であるn型
AlGaAs層204に接触し、D型FETのショット
キーゲート電極216は第3のエッチングストッパ層で
あるn型AlGaAs層206aに接触している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、エピタキシャル成長がかなり複雑な
ために、欠陥が生じやすく、また、製造コストが増加し
てしまう。また、E型FETのn型GaAs層207と
D型FETのn型GaAs層209とを同時に等方的選
択エッチングする場合、それぞれのエッチングされるn
型GaAs層の厚さが大きく異なるため、層厚の薄いD
型FETはオーバーエッチング量がより多くなり、サイ
ドエッチング量がより多くなってしまう。
【0009】本発明は、欠陥が生じにくく、かつ、製造
コストの増加を抑え、D型FETとE型FETの閾値電
圧(Vth)を再現性良く同一基板上に作製することの可
能な半導体装置の製造方法を提供することを目的として
いる。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、半導体基板上に異なる閾値
電圧をもつ複数の電界効果トランジスタを有する半導体
装置の製造方法において、半導体基板上にオーミック電
極を形成する第1の工程と、前記オーミック電極を含む
半導体基板全面にレジストを形成する第2の工程と、前
記レジストに対し、オーミック電極間の活性層のゲート
形成部分とオーミック電極上とに開口を設ける第3の工
程と、開口によって表面が露出した活性層をエッチング
する第4の工程と、所定の深さにエッチングされた活性
層上にゲート電極を形成する第5の工程とを有している
ことを特徴としている。
【0011】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の半導体装置の製造方法において、前記第3の工程
で、オーミック電極上の開口の面積を変えることで電界
効果トランジスタの閾値電圧を制御することを特徴とし
ている。
【0012】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載の半導体装置の製造方法において、前記オーミック電
極上の開口の面積を、電界効果トランジスタの閾値電圧
が高い場合は広く、電界効果トランジスタの閾値電圧が
低い場合は狭く形成することを特徴としている。
【0013】また、請求項4記載の発明は、請求項1記
載の半導体装置の製造方法において、前記第4の工程
で、エッチングをウェットエッチングにより行うことを
特徴としている。
【0014】また、請求項5記載の発明は、請求項4記
載の半導体装置の製造方法において、前記ウェットエッ
チングをクエン酸水溶液あるいは酒石酸水溶液で行うこ
とを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係る半導体装置の製
造工程例を示す図である。図1を参照すると、半絶縁性
のGaAs基板1上に、ノンドープGaAsバッファ層
2、n型GaAs層(n型活性層)3、n+型コンタク
ト層4を順次に積層して、半導体基板を作製する。そし
て、この半導体基板(1,2,3,4)に対し、素子分
離のために、活性領域(電界効果トランジスタ領域)以
外のn+型コンタクト層4、n型GaAs層3、バッフ
ァ層2をエッチングする(図1(a))。
【0016】次に、この半導体基板(1,2,3,4)
上に(すなわち、n+型コンタクト層4上に)、ソース
電極5a,ドレイン電極5bとなるオーミック電極を形
成する(図1(b))。
【0017】次に、フォトレジスト10を基板全面に塗
布しパターニングして、ソース電極5a上,ドレイン電
極5b上,ゲート形成部分に、それぞれ、開口6a,6
b,6cを設ける(図1(c))。
【0018】次に、開口6cにより露出したn+型コン
タクト層4及びn型GaAs層(活性層)3をウェット
エッチングで除去し、リセス7を形成する(図1
(d))。
【0019】この時、ソース電極5a,ドレイン電極5
b上の開口6a,6bの面積(広さ)wa,wbにより
GaAsのエッチングレートは変化する。すなわち、n
型GaAs層(活性層)3の厚さを調整することが可能
になる。なお、このエッチングレートがソース電極5
a,ドレイン電極5b上の開口6a,6bの面積wa,
wbにより変化することの原理については後述する。
【0020】このように、オーミック電極であるソース
電極5a,ドレイン電極5bの開口6a,6bの面積を
調節することによりn型GaAs層(活性層)3の厚さ
が変化するので、電界効果トランジスタの閾値電圧を調
整することができる。
【0021】次に、基板全面に金属(ゲート金属)8を
堆積し、リフトオフすることでフォトレジスト10およ
びフォトレジスト10上の金属8を除去し、リセス7に
ゲート電極8を形成する(図1(e))。この時、ソー
ス電極5a,ドレイン電極5b上にも金属(ゲート金
属)8が堆積するが電気特性には何ら影響を与えない。
【0022】次に、上述したオーミック電極(ソース電
極5a,ドレイン電極5b)上の開口(6a,6b)の
面積とGaAsのエッチングレートとの関係について説
明する。エッチング溶液が半導体基板に接触すると、エ
ッチングは酸化と還元を行いながら進行する。この時、
酸化反応は電子の生成によって生じるため、電子の供給
によって酸化反応は増加したり減少したりする。
【0023】図2(a)に示すリセスエッチング工程に
おいては、オーミック電極5a,5bはレジスト10に
覆われているので、ゲート領域12の酸化反応だけがな
される。
【0024】図2(b)に示すようにオーミック電極
(ソース電極5a,ドレイン電極5b)上のレジスト1
0にも開口(6a,6b)を設けると、ゲート領域12
の基板とオーミック電極(ソース電極5a,ドレイン電
極5b)の表面との間に電気化学的な電位差が生じる。
ゲート領域12の表面で発生した電子は、基板のチャネ
ル、コンタクト層4を介してオーミック電極(ソース電
極5a,ドレイン電極5b)の表面に移動する。すなわ
ち、ゲート領域12の電子はオーミック電極(ソース電
極5a,ドレイン電極5b)で還元反応に使われる。従
って、ゲート領域12の電子が不足するため、酸化反応
は加速される。すなわちエッチングレートが増加する。
すなわち、オーミック電極(ソース電極5a,ドレイン
電極5b)の開口6a,6bの面積wa,wbを広くす
ると、電気化学反応がより進み、これによって、エッチ
ングレートが増加する。
【0025】このように、本発明では、オーミック電極
(ソース電極5a,ドレイン電極5b)の開口6a,6
bの面積wa,wbを変えることで、同一の半導体基板
上に異なる閾値電圧をもつ複数の電界効果トランジスタ
(例えばD型FETとE型FET)を再現性良く形成す
ることができる。
【0026】換言すれば、本発明は、半導体基板上に異
なる閾値電圧をもつ複数の電界効果トランジスタを有す
る半導体装置を作製する場合に、半導体基板上にオーミ
ック電極を形成する第1の工程と、前記オーミック電極
を含む半導体基板全面にレジストを形成する第2の工程
と、前記レジストに対し、オーミック電極間の活性層の
ゲート形成部分とオーミック電極上とに開口を設ける第
3の工程と、開口によって表面が露出した活性層をエッ
チングする第4の工程と、所定の深さにエッチングされ
た活性層上にゲート電極を形成する第5の工程とを有し
ていることを特徴としている。
【0027】ここで、上記第3の工程で、オーミック電
極上の開口の面積を変えることで電界効果トランジスタ
の閾値電圧を制御する。
【0028】具体的に、オーミック電極上の開口の面積
を、電界効果トランジスタの閾値電圧が高い場合は広
く、低い場合は狭く形成する。
【0029】また、上記第4の工程で、エッチングは、
ウェットエッチングにより行う。
【0030】この際、ウェットエッチングをクエン酸水
溶液あるいは酒石酸水溶液で行うことで、半導体基板に
プロセス損傷が導入されない。
【0031】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項5記載の発明によれば、オーミック電極間の活性層
のゲート形成部分とオーミック電極上とに開口を設ける
工程において、オーミック電極上の開口の面積を変える
ことだけで、異なる閾値電圧の電界効果トランジスタを
同一の半導体基板上に形成できる。従って、欠陥が生じ
にくく、かつ、製造コストの増加を抑え、D型FETと
E型FETの閾値電圧(Vth)を再現性良く同一基板上
に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の製造工程例を示す図
である。
【図2】本発明の原理を説明するための図である。
【図3】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 ノンドープGaAsバッファ層 3 n型GaAs層 4 n+型コンタクト層 5a ソース電極(オーミック電極) 5b ドレイン電極(オーミック電極) 6a,6b,6c 開口 7 リセス 8 ゲート電極
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/201 H01L 29/80 H 29/778 E 27/095 Fターム(参考) 4M104 AA05 CC05 DD09 DD21 DD68 FF31 GG12 5F043 AA03 BB07 CC16 FF01 GG10 5F102 GA02 GB01 GC01 GD01 GJ05 GK05 GL05 GL17 GM05 GM06 GN05 GQ01 GR04 GR10 GV07 HB05 HB07 HC15 HC17 HC19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に異なる閾値電圧をもつ複
    数の電界効果トランジスタを有する半導体装置の製造方
    法において、半導体基板上にオーミック電極を形成する
    第1の工程と、前記オーミック電極を含む半導体基板全
    面にレジストを形成する第2の工程と、前記レジストに
    対し、オーミック電極間の活性層のゲート形成部分とオ
    ーミック電極上とに開口を設ける第3の工程と、開口に
    よって表面が露出した活性層をエッチングする第4の工
    程と、所定の深さにエッチングされた活性層上にゲート
    電極を形成する第5の工程とを有していることを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記第3の工程で、オーミック電極上の開口の
    面積を変えることで電界効果トランジスタの閾値電圧を
    制御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】 請求項2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記オーミック電極上の開口の面積を、電界効
    果トランジスタの閾値電圧が高い場合は広く、電界効果
    トランジスタの閾値電圧が低い場合は狭く形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記第4の工程で、エッチングをウェットエッ
    チングにより行うことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、前記ウェットエッチングをクエン酸水溶液ある
    いは酒石酸水溶液で行うことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
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