JP2002134736A - Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002134736A
JP2002134736A JP2000323850A JP2000323850A JP2002134736A JP 2002134736 A JP2002134736 A JP 2002134736A JP 2000323850 A JP2000323850 A JP 2000323850A JP 2000323850 A JP2000323850 A JP 2000323850A JP 2002134736 A JP2002134736 A JP 2002134736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
metal
film
gate electrode
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000323850A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mizuhisa Nihei
瑞久 二瓶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2000323850A priority Critical patent/JP2002134736A/en
Publication of JP2002134736A publication Critical patent/JP2002134736A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably and accurately obtain an expected threshold Vth, without increasing the amount of gate recess in a field effect type compound semiconductor device, and to provide a manufacturing method of the field effect type compound semiconductor device. SOLUTION: A gate electrode 8, formed on a semiconductor layer 4, is composed by a lamination structure where a reaction layer 5 of a semiconductor layer 4 and a metal film, a metal oxide film 6, and a metal layer 7 are successively laminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電界効果型化合物半
導体装置及びその製造方法に関するものであり、特に、
異なったしきい値電圧Vthを有する複数のHEMT(高
電子移動度トランジスタ)やMESFET(Metal
−Semiconductor FET)等の電界効果
型化合物半導体素子を集積化した電界効果型化合物半導
体装置におけるしきい値Vthを精度良く制御するための
構成に特徴のある電界効果型化合物半導体装置及びその
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field-effect compound semiconductor device and a method of manufacturing the same, and
A plurality of HEMT having different threshold voltages V th (high electron mobility transistor) or MESFET (Metal
-Semiconductor FET) field-effect compound semiconductor device and a manufacturing method thereof is characterized by the arrangement for accurately controlling the threshold V th of field effect type compound semiconductor device obtained by integrating a field effect type compound semiconductor elements such as It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、高周波増幅素子或いは超高速
集積回路装置を構成するGaAs或いはInP等の化合
物半導体を用いた電子デバイスにおいては界面準位の問
題があるため、MESFETやHEMT等の電界効果型
化合物半導体素子が用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electronic device using a compound semiconductor such as GaAs or InP constituting a high-frequency amplifying element or an ultra-high-speed integrated circuit device has a problem of an interface state. A type compound semiconductor device is used.

【0003】この様な電界効果型化合物半導体素子を用
いた集積回路装置において、異なるVthを有する素子を
同一基板に作り分ける場合があり、例えば、エンハンス
メントモード(Eモード)とデプレッションモード(D
モード)の2種類の素子により回路を構成する場合があ
るので、ここで、図10を参照して、従来のE−DHE
MTを説明する。
In an integrated circuit device using such a field-effect type compound semiconductor element, elements having different V th may be separately formed on the same substrate. For example, an enhancement mode (E mode) and a depletion mode (D mode) may be used.
Mode), a circuit may be constituted by two types of elements, and here, with reference to FIG. 10, a conventional E-DHE
MT will be described.

【0004】図10参照 図10は従来のE−DHEMTの概略的断面図であり、
まず、半絶縁性GaAs基板51上に、MOVPE法
(有機金属気相成長法)を用いて、i型AlGaAsバ
ッファ層52、i型InGaAsチャネル層53、n型
AlGaAs電子供給層54、n型GaAsキャップ層
55、n型AlGaAsエッチングストッパ層56、n
型GaAsキャップ層57、n型AlGaAsエッチン
グストッパ層58、及び、n型GaAsキャップ層59
を順次成長させる。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional E-DHEMT.
First, an i-type AlGaAs buffer layer 52, an i-type InGaAs channel layer 53, an n-type AlGaAs electron supply layer 54, an n-type GaAs are formed on a semi-insulating GaAs substrate 51 by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition). Cap layer 55, n-type AlGaAs etching stopper layer 56, n
-Type GaAs cap layer 57, n-type AlGaAs etching stopper layer 58, and n-type GaAs cap layer 59
Are sequentially grown.

【0005】次いで、酸素イオンを選択的にイオン注入
することによって、i型AlGaAsバッファ層52に
達する素子分離領域60を形成したのち、この素子分離
領域60にかかるようにオーミック性のソース・ドレイ
ン電極61を形成する。
Next, an element isolation region 60 reaching the i-type AlGaAs buffer layer 52 is formed by selectively implanting oxygen ions, and then ohmic source / drain electrodes are formed so as to extend over the element isolation region 60. 61 is formed.

【0006】次いで、Eモード素子側においては、n型
GaAsキャップ層55に達する深いゲートリセス領域
62を形成するとともに、Dモード素子側においては、
n型GaAsキャップ層57に達する浅いゲートリセス
領域63を形成したのち、ゲート電極64,65を形成
したものである。
Next, on the E-mode element side, a deep gate recess region 62 reaching the n-type GaAs cap layer 55 is formed, and on the D-mode element side,
After forming a shallow gate recess region 63 reaching the n-type GaAs cap layer 57, gate electrodes 64 and 65 are formed.

【0007】この様なE−DHEMTにおいては、ゲー
ト電極64,65の接触面とi型InGaAsチャネル
層53との距離によってVthを制御するものであり、ゲ
ートリセス領域62,63の深さを制御することによっ
てVthを異なるようにしている。
In such an E-DHHEMT, V th is controlled by the distance between the contact surfaces of the gate electrodes 64 and 65 and the i-type InGaAs channel layer 53, and the depth of the gate recess regions 62 and 63 is controlled. By doing so, V th is made different.

【0008】したがって、Eモード素子を形成する場合
には、選択エッチング工程が1回多くなるが、この様な
選択エッチング工程におけるエッチングの異方性は充分
ではなく、等方性である場合が多く、ゲートリセス領域
62の深さを深くする際にサイドエッチング量も大きく
なる。
Therefore, when an E-mode element is formed, the number of selective etching steps is increased by one. However, the anisotropy of etching in such a selective etching step is not sufficient, and is often isotropic. When the depth of the gate recess region 62 is increased, the amount of side etching also increases.

【0009】この様にゲートリセス領域62の深さが深
くなるとソース抵抗Rs が増加するが、それに加えてサ
イドエッチング量が増えるとさらにソース抵抗Rs が増
加し、したがって、Eモード素子では、ゲートリセス領
域62の深さとサイドエッチング量が共に大きくなるの
で、ソース抵抗Rs が著しく増加し、その結果、相互コ
ンダクタンスgm が劣化して、高速化が阻害されるとい
う問題がある。なお、ゲートリセス領域62を形成する
際のエッチング量については、しきい値Vthを決定する
ために少なくすることができない。
As described above, when the depth of the gate recess region 62 is increased, the source resistance R s is increased. However, when the side etching amount is increased, the source resistance R s is further increased. since depth and amount of side etching region 62 are both large, the source resistance R s increases significantly, resulting in degradation transconductance g m, there is a problem that high speed is inhibited. Note that the amount of etching when forming the gate recess region 62 cannot be reduced to determine the threshold value V th .

【0010】一方、InGaAs/InAlAs系HE
MTにおいては、GaAsに対するAlGaAsのよう
な良好なエッチングストッパ層が存在しないため、ゲー
ト電極との反応層を利用することによってVthを制御す
ることが提案されている(必要ならば、特開平5−47
800号公報参照)ので、ここで、図11を参照して、
従来の改良型E−DHEMTを説明する。
On the other hand, an InGaAs / InAlAs HE
In MT, since there is no good etching stopper layer such as AlGaAs for GaAs, it has been proposed to control V th by using a reaction layer with a gate electrode. −47
No. 800 publication), so here, with reference to FIG.
A conventional improved E-DHEMT will be described.

【0011】図11参照 図11は、従来の改良型E−DHEMTの概略的断面図
であり、まず、半絶縁性InP基板71上に、MBE
(分子線エピタキシャル成長)法を用いて、i型In
0.52Al0.48Asバッファ層72、i型In0.53Ga
0.47As能動層73、及び、n型In0.52Al0.48As
電子供給層74を順次成長させたのちメサエッチングを
施す。
FIG. 11 is a schematic sectional view of a conventional improved E-DHEMT. First, an MBE is placed on a semi-insulating InP substrate 71.
(Molecular beam epitaxial growth) method, i-type In
0.52 Al 0.48 As buffer layer 72, i-type In 0.53 Ga
0.47 As active layer 73 and n-type In 0.52 Al 0.48 As
After sequentially growing the electron supply layer 74, mesa etching is performed.

【0012】次いで、リフトオフ法を用いてAuGe/
Auからなるドレイン電極75、ソース・ドレイン電極
76、及び、ソース電極77を形成したのち、Dモード
素子側にはAlからなるゲート電極78を形成するとも
に、Eモード素子側にはPt層81、Ti層82、Pt
層83、及び、Au層84を順次堆積させる。
Next, AuGe /
After forming a drain electrode 75, a source / drain electrode 76, and a source electrode 77 made of Au, a gate electrode 78 made of Al is formed on the D mode element side, and a Pt layer 81 is formed on the E mode element side. Ti layer 82, Pt
A layer 83 and an Au layer 84 are sequentially deposited.

【0013】次いで、300〜450℃、例えば、35
0℃において10分間アニールすることによって、Pt
層81の一部とn型In0.52Al0.48As電子供給層7
4とを反応させることによってPtAs2 層80が形成
され、PtAs2 層80/Pt層81/Ti層82/P
t層83/Au層84からなる埋込型のゲート電極79
が形成される。
Then, at 300 to 450 ° C., for example, at 35
By annealing at 0 ° C. for 10 minutes, Pt
Part of layer 81 and n-type In 0.52 Al 0.48 As electron supply layer 7
PTAS 2 layer 80 is formed by reacting a 4, PTAS 2 layer 80 / Pt layer 81 / Ti layer 82 / P
Buried gate electrode 79 composed of t layer 83 / Au layer 84
Is formed.

【0014】この改良型E−DHEMTにおいては、反
応層、即ち、PtAs2 層80を用いることによって、
ゲート電極とi型In0.53Ga0.47As能動層73との
間の距離を変えているので、同じ平面上にゲート電極を
形成すれば良く、サイドエッチング量による相互コンダ
クタンスgm の劣化が生ずることがない。
In the improved E-DHHEMT, by using a reaction layer, that is, a PtAs 2 layer 80,
Since the distance between the gate electrode and the i-type In 0.53 Ga 0.47 As active layer 73 is changed, the gate electrode only needs to be formed on the same plane, and the mutual conductance g m may be deteriorated due to the amount of side etching. Absent.

【0015】したがって、この様な技術事項をGaAs
/AlGaAs系HEMTに適用した場合には、Eモー
ド素子側のゲートリセス領域は、Dモード素子側のゲー
トリセス領域の深さと同じで良いので、エッチングスト
ッパ層は一層のみで良くなり、したがって、サイドエッ
チング量が増大することを抑制することができる。
[0015] Therefore, such technical matters are referred to as GaAs.
/ AlGaAs-based HEMT, the gate recess region on the E-mode device side may be the same depth as the gate recess region on the D-mode device side, so that only one etching stopper layer is required, and therefore the side etching amount Can be suppressed from increasing.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
アニールによって形成した反応層を利用してしきい値V
thを制御する場合、反応層を形成するのに要する温度が
300〜450℃であり、この温度は、実際のデバイス
作製プロセスにおいて、ゲート電極の耐熱性として要求
される温度も同様の350℃程度であるので、反応層形
成後の工程における熱環境によって反応がさらに進行
し、反応層の深さが変化してしきい値Vthが変動すると
いう問題がある。
However, as described above,
Using the reaction layer formed by annealing, the threshold V
thThe temperature required to form a reaction layer
300-450 ° C., this temperature is
Demand for heat resistance of gate electrode in fabrication process
The reaction temperature is about 350 ° C.
Reaction progresses further due to thermal environment in post-process
Then, the depth of the reaction layer changes and the threshold VthFluctuates
There is a problem.

【0017】また、図11のEモード素子におけるゲー
ト電極79にはTi層82が挿入されているが、Tiも
Ptと同様にInAlAsやAlGaAsと反応してT
iAsを形成することが知られているので、このTi層
82は反応ストッパ層として機能することはなく、した
がって、反応層形成後に長い熱環境に置かれた場合、T
i層82まで反応して反応層の深さはさらに深くなって
しきい値Vthが変動するので、所期のVth特性が安定し
て得られなくなるという問題がある。
A Ti layer 82 is inserted in the gate electrode 79 in the E-mode element shown in FIG. 11, and Ti reacts with InAlAs or AlGaAs similarly to Pt to form a T layer.
Since it is known to form iAs, this Ti layer 82 does not function as a reaction stopper layer, and therefore, when placed in a long thermal environment after the formation of the reaction layer, T
The reaction reaches the i-layer 82, and the depth of the reaction layer further increases, so that the threshold value Vth fluctuates. Therefore, there is a problem that the desired Vth characteristic cannot be stably obtained.

【0018】したがって、本発明は、ゲートリセス量を
増大させることなく、所期のしきい値Vthを安定して精
度良く得ることを目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to stably and accurately obtain a desired threshold value Vth without increasing the amount of gate recess.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】ここで、図1及び図2を
参照して本発明における課題を解決するための手段を説
明する。なお、図1は、本発明の電界効果型化合物半導
体装置の概略的断面図であり、この場合には、半導体基
板1上にチャネル層2、キャリア供給層3、及び、半導
体層4を順次積層させたHEMTとして示しており、符
号10はソース・ドレイン電極を表す。また、図2は、
本発明の電界効果型化合物半導体装置におけるしきい値
thの反応層厚依存性の説明図である。
Here, means for solving the problem in the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. FIG. 1 is a schematic sectional view of a field-effect compound semiconductor device according to the present invention. In this case, a channel layer 2, a carrier supply layer 3, and a semiconductor layer 4 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 1. Reference numeral 10 denotes a source / drain electrode. Also, FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the dependence of the threshold value V th on the thickness of the reaction layer in the field-effect compound semiconductor device of the present invention.

【0020】図1参照 上述の課題を解決するために、本発明は、電界効果型化
合物半導体装置において、半導体層4上に形成するゲー
ト電極8を、半導体層4と金属膜との反応層5、金属酸
化膜6、及び、金属層7を順次積層させた積層構造で構
成することを特徴とする。
Referring to FIG. 1, in order to solve the above-mentioned problem, the present invention relates to a field effect type compound semiconductor device, in which a gate electrode 8 formed on a semiconductor layer 4 is formed by a reaction layer 5 between the semiconductor layer 4 and a metal film. , A metal oxide film 6 and a metal layer 7 are sequentially stacked.

【0021】図2参照 図2から明らかなように、反応層5の厚さ、即ち、埋込
部の厚さによりしきい値Vthはほぼリニアーに変化する
ので、反応層5の厚さを制御することによってしきい値
thを任意に制御することができ、反応層5の厚さの異
なった素子を集積化することによってE−D電界効果型
化合物半導体装置を構成することができる。なお、反応
層5の厚さが0の場合が、金属酸化膜6/金属層7から
なるゲート電極9となり、Dモード素子となる。
Referring to FIG. 2, as is apparent from FIG. 2, the threshold value V th varies substantially linearly with the thickness of the reaction layer 5, that is, the thickness of the buried portion. The threshold V th can be controlled arbitrarily by controlling, and an ED field-effect compound semiconductor device can be configured by integrating elements having different thicknesses of the reaction layer 5. When the thickness of the reaction layer 5 is 0, the gate electrode 9 composed of the metal oxide film 6 and the metal layer 7 becomes a D-mode element.

【0022】本発明においては、金属酸化膜6は反応層
5を形成する際の反応ストッパ層となるので、反応層5
の形成後の熱環境によって反応層5の厚さが変化するこ
とがなく、したがって、所期のしきい値Vthを安定して
精度良く実現することができる。
In the present invention, the metal oxide film 6 serves as a reaction stopper layer when the reaction layer 5 is formed.
Therefore, the thickness of the reaction layer 5 does not change due to the thermal environment after the formation, and thus the desired threshold value V th can be stably and accurately realized.

【0023】この場合、金属酸化膜6を構成する金属元
素としては、Ti,Co,Ta,Ni,Pd,Pr,H
f,Zr等の酸化物の生成エネルギーの大きな金属が好
適であり、ゲート界面の界面準位を低減することができ
る。
In this case, the metal elements constituting the metal oxide film 6 include Ti, Co, Ta, Ni, Pd, Pr, H
A metal having a large generation energy of an oxide such as f or Zr is preferable, and the interface state at the gate interface can be reduced.

【0024】また、本発明は、電界効果型化合物半導体
装置の製造方法において、半導体層4上に金属膜/金属
酸化膜6/金属層7からなるゲート電極8と、金属酸化
膜6/金属からなるゲート電極9を設ける工程、熱処理
を施すことによって半導体層4と金属膜とを反応させて
反応層5を形成する工程を有することを特徴とする。
The present invention also relates to a method of manufacturing a field-effect compound semiconductor device, comprising the steps of: forming a gate electrode 8 comprising a metal film / metal oxide film 6 / metal layer 7 on a semiconductor layer 4; And a step of forming a reaction layer 5 by reacting the semiconductor layer 4 and the metal film by performing a heat treatment.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】ここで、図3乃至図5を参照して
本発明の第1の実施の形態の製造工程を説明する。 図3(a)参照 まず、半絶縁性GaAs基板11上に、MOVPE法を
用いて、厚さが、例えば、200nmのi型AlGaA
sバッファ層12、厚さが、例えば、25nmのi型I
nGaAsチャネル層13、厚さが、例えば、25nm
で、n型不純物濃度が、例えば、2×1018cm-3のn
型AlGaAs電子供給層14、厚さが、例えば、50
nmで、n型不純物濃度が、例えば、2×1018cm-3
のn型GaAs層15、厚さが、例えば、5nmで、n
型不純物濃度が、例えば、2×1018cm-3のn型Al
GaAsエッチングストッパ層16、及び、厚さが、例
えば、50nmで、n型不純物濃度が、例えば、2×1
18cm-3のn型GaAsキャップ層17を順次堆積さ
せる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A manufacturing process according to a first embodiment of the present invention will now be described with reference to FIGS. First, an i-type AlGaAs having a thickness of, for example, 200 nm is formed on a semi-insulating GaAs substrate 11 by MOVPE.
s buffer layer 12, i-type I having a thickness of, for example, 25 nm
The nGaAs channel layer 13 has a thickness of, for example, 25 nm.
Then, the n-type impurity concentration is, for example, 2 × 10 18 cm −3 n
Type AlGaAs electron supply layer 14 having a thickness of, for example, 50
nm, the n-type impurity concentration is, for example, 2 × 10 18 cm −3.
N-type GaAs layer 15 having a thickness of, for example, 5 nm
N-type Al having a type impurity concentration of, for example, 2 × 10 18 cm −3
GaAs etching stopper layer 16 and a thickness of, for example, 50 nm, and an n-type impurity concentration of, for example, 2 × 1
An n-type GaAs cap layer 17 of 0 18 cm -3 is sequentially deposited.

【0026】次いで、素子形成領域に対応する大きさを
有するレジストパターン18をマスクとして、酸素イオ
ン19を、150keVの加速エネルギーで2×1012
cm -2のドーズ量でイオン注入することによってi型A
lGaAsバッファ層12に達する素子分離領域20を
形成する。
Next, the size corresponding to the element formation region is
Using the resist pattern 18 having
19 at an acceleration energy of 150 keV.12
cm -2Ion implantation at a dose of
The element isolation region 20 reaching the lGaAs buffer layer 12 is
Form.

【0027】図3(b)参照 次いで、レジストパターン18を除去したのち、新たな
レジストパターン(図示を省略)を設け、このレジスト
パターンを利用したリフトオフ法によって、厚さが、例
えば、30nmのAuGe層及び300nmのAu層か
らなるソース・ドレイン電極21を形成する。
Next, after removing the resist pattern 18, a new resist pattern (not shown) is provided, and a lift-off method using the resist pattern is used to form an AuGe layer having a thickness of, for example, 30 nm. A source / drain electrode 21 made of a layer and a 300 nm Au layer is formed.

【0028】次いで、レジストパターンを除去したの
ち、N2 ガス雰囲気中で、例えば、350℃で、5分間
のRTA(Rapid Thermal Annea
l)を施すことによってソース・ドレイン電極21をア
ロイ化してオーミック電極とする。
Then, after removing the resist pattern, RTA (Rapid Thermal Anneal) for 5 minutes at 350 ° C. in an N 2 gas atmosphere, for example.
By performing l), the source / drain electrodes 21 are alloyed to form ohmic electrodes.

【0029】図3(c)参照 次いで、新たなレジストパターン22を設け、このレジ
ストパターン22をマスクとしてSiCl4 +SF6
らなる混合ガスを用いた選択ドライ・エッチングエッチ
ングを施すことによって、露出するn型GaAsキャッ
プ層17を除去し、次いで、アンモニア系ウェット・エ
ッチングによって、露出するn型AlGaAsエッチン
グストッパ層16を選択的に除去することによってEモ
ード素子及びDモード素子に対応するゲートリセス領域
23を同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, a new resist pattern 22 is provided, and the resist pattern 22 is used as a mask to perform selective dry etching using a mixed gas of SiCl 4 + SF 6 to expose n. The GaAs cap layer 17 is removed, and then the exposed n-type AlGaAs etching stopper layer 16 is selectively removed by ammonia-based wet etching, thereby simultaneously forming the gate recess regions 23 corresponding to the E-mode element and the D-mode element. Form.

【0030】図4(d)参照 次いで、レジストパターン22を除去したのち、新たな
レジストを塗布し、所定の露光・現像を行うことによっ
て、Eモード素子形成領域のみに下向きの凸状の開口部
を有するレジストパターン24,25を形成する。な
お、実際には3層のレジスト層を設けているが、ここで
は、説明を簡単にするために2層のレジスト層としてい
る。
Next, after the resist pattern 22 is removed, a new resist is applied, and a predetermined exposure and development are performed, whereby a downward convex opening is formed only in the E-mode element forming region. Are formed. Although three resist layers are actually provided, two resist layers are used here for the sake of simplicity.

【0031】次いで、蒸着法を用いることによって、厚
さが、例えば、5nmのTi膜を堆積させたのち、Ti
膜の表面をO2 プラズマに晒すことによって表面を酸化
してTi酸化膜27とし、Ti膜26を、例えば、3n
m残した状態とする。
Next, a Ti film having a thickness of, for example, 5 nm is deposited by using a vapor deposition method.
The surface of the film is oxidized by exposing the surface of the film to O 2 plasma to form a Ti oxide film 27.
m.

【0032】図4(e)参照 次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、例えば、10
nmのPt層と、400nmのAu層を順次堆積させる
ことによってT字状のゲート電極28を形成する。な
お、リフトオフ法を用いる場合には、レジストパターン
と一緒に除去される部位に堆積される蒸着膜等は図示を
省略している。
Referring to FIG. 4E, the thickness is again reduced to, for example, 10
A T-shaped gate electrode 28 is formed by sequentially depositing a Pt layer of nm and a Au layer of 400 nm. In the case where the lift-off method is used, the illustration of a deposited film or the like deposited on a portion to be removed together with the resist pattern is omitted.

【0033】図4(f)参照 次いで、レジストパターン24,25を除去して、不所
望な部位に堆積した蒸着膜等を除去したのち、再び、新
たなレジストを塗布し、所定の露光・現像を行うことに
よって、Dモード素子形成領域のみに下向きの凸状の開
口部を有するレジストパターン29,30を形成する。
Next, after removing the resist patterns 24 and 25 to remove the deposited film and the like deposited on the undesired portions, a new resist is applied again, and predetermined exposure and development are performed. Is performed, resist patterns 29 and 30 having downwardly convex openings only in the D-mode element formation region are formed.

【0034】次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、
例えば、2nmのTi膜を堆積させたのち、O2 プラズ
マ雰囲気に晒すことによって、Ti膜を完全に酸化して
Ti酸化膜31を形成する。
Then, again, by using the vapor deposition method,
For example, after depositing a 2 nm Ti film, the Ti film is completely oxidized by exposure to an O 2 plasma atmosphere to form a Ti oxide film 31.

【0035】図5(g)参照 次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、例えば、10
nmのPt層と、400nmのAu層を順次堆積させる
ことによってT字状のゲート電極32を形成する。
Referring to FIG. 5 (g), the thickness is again reduced to, for example, 10
A T-shaped gate electrode 32 is formed by sequentially depositing a Pt layer of nm and a Au layer of 400 nm.

【0036】図5(h)参照 次いで、レジストパターン29,30を除去して、不所
望な部位に堆積した蒸着膜等を除去したのち、N2 ガス
雰囲気中で、150〜450℃、望ましくは、250〜
350℃、例えば、300℃において、5〜60分、例
えば、30分間熱処理することによって、Eモード素子
におけるTi膜26とn型GaAs層15とをTi膜2
6が完全になくなるように反応させて反応層33を形成
することによって、E−DHEMTの基本構造が完成す
る。
Next, after removing the resist patterns 29 and 30 to remove the deposited film and the like deposited on the undesired portions, the resist patterns 29 and 30 are removed in an N 2 gas atmosphere at 150 to 450 ° C., preferably at 150 to 450 ° C. , 250-
A heat treatment is performed at 350 ° C., for example, 300 ° C. for 5 to 60 minutes, for example, 30 minutes, so that the Ti film 26 and the n-type GaAs layer 15 in the E-mode element are
By forming a reaction layer 33 by causing a reaction so that 6 completely disappears, the basic structure of the E-DHEMT is completed.

【0037】この場合、Eモード素子においては、反応
層33が実効的にゲート電極28の先端となるため、ゲ
ート電極28とのi型InGaAsチャネル層13の間
の距離は、Dモード素子より短縮され、上述の図2に示
したように、正のVthを有するEモード素子が得られ
る。
In this case, in the E-mode element, since the reaction layer 33 effectively becomes the tip of the gate electrode 28, the distance between the gate electrode 28 and the i-type InGaAs channel layer 13 is shorter than that in the D-mode element. As a result, an E-mode element having a positive V th is obtained as shown in FIG.

【0038】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、反応層33を利用してVthを制御しているの
で、Eモード素子とDモード素子とのゲートリセス領域
23の深さを同じにすることができ、したがって、Eモ
ード素子のゲートリセス領域23を深くする必要がない
ので、ゲートリセス領域23がサイドエッチングによっ
て拡大することがなく、ソース抵抗Rs が増大すること
がない。
As described above, in the first embodiment of the present invention, since V th is controlled by using the reaction layer 33, the depth of the gate recess region 23 between the E mode element and the D mode element is reduced. Therefore, it is not necessary to make the gate recess region 23 of the E-mode element deep, so that the gate recess region 23 does not expand by side etching and the source resistance R s does not increase.

【0039】また、この第1の実施の形態においては、
Ti酸化膜27,31を反応ストッパ層として用いてい
るので、図11に示した従来例のように、後処理工程に
おける熱環境によって不所望な反応が生ずることがな
く、Eモード素子側においてV thが設定通りに精度良く
得られ、且つ、Dモード素子側においてゲート電極32
を構成するPt層とn型GaAs層15とが不所望に反
応することがない。
In the first embodiment,
The Ti oxide films 27 and 31 are used as reaction stopper layers.
Therefore, as in the conventional example shown in FIG.
Undesirable reactions do not occur due to the thermal environment.
And V on the E-mode element side thWith high accuracy as set
And the gate electrode 32 on the D-mode element side.
The Pt layer and the n-type GaAs layer 15 constituting
I will not respond.

【0040】次に、図6及び図7を参照して、本発明の
第2の実施の形態の製造工程を説明するが、この第2の
実施の形態はゲート電極の形成工程を共通化したもので
ある。 図6(a)参照 まず、上記第1の実施の形態と全く同様に、図3(a)
乃至図3(c)の工程を経ることによって、Eモード素
子及びDモード素子に対応するゲートリセス領域23を
同時に形成する。
Next, the manufacturing process of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. This second embodiment uses a common gate electrode forming process. Things. Referring to FIG. 6 (a), first, as in the first embodiment, FIG.
3C, the gate recess regions 23 corresponding to the E mode element and the D mode element are simultaneously formed.

【0041】図6(b)参照 次いで、レジストパターン22を除去したのち、新たな
レジストを塗布し、所定の露光・現像を行うことによっ
て、Eモード素子形成領域のみに開口部を有するレジス
トパターン34を形成し、次いで、蒸着法を用いること
によって、厚さが、例えば、3nmのTi膜35を堆積
させる。
Next, after the resist pattern 22 is removed, a new resist is applied, and predetermined exposure and development are performed to thereby form a resist pattern 34 having an opening only in the E-mode element formation region. Is formed, and then a Ti film 35 having a thickness of, for example, 3 nm is deposited by using an evaporation method.

【0042】図6(c)参照 次いで、レジストパターン34を除去して、不所望な部
位に堆積したTi膜を除去したのち、再び、新たなレジ
ストを塗布し、所定の露光・現像を行うことによって、
Eモード素子及びDモード素子のゲート電極形成領域に
対応する下向きの凸状の開口部を有するレジストパター
ン36,37を形成する。
Next, after removing the resist pattern 34 to remove the Ti film deposited on an undesired portion, a new resist is applied again, and predetermined exposure and development are performed. By
Resist patterns 36 and 37 having downward convex openings corresponding to the gate electrode formation regions of the E mode element and the D mode element are formed.

【0043】次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、
例えば、2nmのTi膜を堆積させたのち、O2 プラズ
マ雰囲気に晒すことによって、Ti膜を完全に酸化し
て、Eモード素子及びDモード素子のゲート電極形成領
域にTi酸化膜38を形成する。
Then, again, by using the vapor deposition method,
For example, after depositing a 2 nm Ti film, the Ti film is completely oxidized by exposing it to an O 2 plasma atmosphere to form a Ti oxide film 38 in the gate electrode formation regions of the E mode element and the D mode element. .

【0044】図7(d)参照 次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、例えば、10
nmのPt層と、400nmのAu層を順次堆積させる
ことによってT字状のゲート電極39,40を形成す
る。
Next, referring to FIG. 7D, the thickness is again reduced to, for example, 10
T-shaped gate electrodes 39 and 40 are formed by sequentially depositing a Pt layer of nm and an Au layer of 400 nm.

【0045】図7(e)参照 次いで、レジストパターン36,37を除去して、不所
望な部位に堆積した蒸着膜等を除去したのち、N2 ガス
雰囲気中で、150〜450℃、望ましくは、250〜
350℃、例えば、300℃において、5〜60分、例
えば、30分間熱処理することによって、Eモード素子
におけるTi膜35とn型GaAs層15とをTi膜2
6が完全になくなるように反応させて反応層41を形成
することによって、E−DHEMTの基本構造が完成す
る。
Next, after removing the resist patterns 36 and 37 to remove the deposited film and the like deposited on the undesired portions, the resist patterns 36 and 37 are removed in an N 2 gas atmosphere at 150 to 450 ° C., preferably at 450 to 450 ° C. , 250-
By performing a heat treatment at 350 ° C., for example, 300 ° C. for 5 to 60 minutes, for example, 30 minutes, the Ti film 35 and the n-type GaAs layer 15 in the E-mode element are
By forming a reaction layer 41 by causing a reaction such that 6 completely disappears, a basic structure of the E-DHEMT is completed.

【0046】この場合も、Eモード素子においては、反
応層41が実効的にゲート電極28の先端となるため、
ゲート電極28とのi型InGaAsチャネル層13の
間の距離は、Dモード素子より短縮され、上述の図2に
示したように、正のVthを有するEモード素子が得られ
る。
Also in this case, in the E-mode element, since the reaction layer 41 effectively becomes the tip of the gate electrode 28,
The distance between the gate electrode 28 and the i-type InGaAs channel layer 13 is shorter than that of the D-mode element, and an E-mode element having a positive Vth is obtained as shown in FIG.

【0047】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、ゲート電極39,40の形成工程を共通化して
いるので、工程数を減らすことができ、それによって、
スループットの向上、低コスト化が可能になる。但し、
図6(b)から図6(c)への工程において、レジスト
パターン36の開口部をTi膜35に精度良く位置合わ
せする必要がある。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the steps of forming the gate electrodes 39 and 40 are shared, so that the number of steps can be reduced, and
It is possible to improve the throughput and reduce the cost. However,
In the process from FIG. 6B to FIG. 6C, the opening of the resist pattern 36 needs to be accurately aligned with the Ti film 35.

【0048】次に、図8及び図9を参照して、本発明の
第3の実施の形態の製造工程を説明するが、この第3の
実施の形態は反応層の厚さによって、即ち、反応層の深
さによってVthを異ならせるものであり、第1の実施の
形態におけるDモード素子側にも反応層を形成するだけ
で、他の、基本的な製造工程は第1の実施の形態と同様
である。
Next, the manufacturing process of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. This third embodiment is based on the thickness of the reaction layer, V th is varied depending on the depth of the reaction layer, and only the reaction layer is formed on the D-mode element side in the first embodiment. Other basic manufacturing steps are the same as those in the first embodiment. Same as the form.

【0049】図8(a)参照 まず、上記第1の実施の形態と全く同様に、図3(a)
乃至図3(c)の工程を経ることによって、高VthEモ
ード素子及び低VthEモード素子に対応するゲートリセ
ス領域23を同時に形成する。
Referring to FIG. 8A, first, just as in the first embodiment, FIG.
3C, the gate recess regions 23 corresponding to the high V th E mode element and the low V th E mode element are simultaneously formed.

【0050】図8(b)参照 次いで、レジストパターン22を除去したのち、新たな
レジストを塗布し、所定の露光・現像を行うことによっ
て、高VthEモード素子形成領域のみに下向きの凸状の
開口部を有するレジストパターン24,25を形成す
る。なお、この場合も、実際には3層のレジスト層を設
けているが、ここでは、説明を簡単にするために2層の
レジスト層としている。
Next, after the resist pattern 22 is removed, a new resist is applied, and predetermined exposure and development are performed, so that a downward convex shape is formed only in the high V th E mode element formation region. The resist patterns 24 and 25 having the openings are formed. In this case, three resist layers are actually provided, but here, two resist layers are used for the sake of simplicity.

【0051】次いで、蒸着法を用いることによって、厚
さが、例えば、8nmのTi膜を堆積させたのち、Ti
膜の表面をO2 プラズマに晒すことによって表面を酸化
してTi酸化膜27とし、Ti膜26を、例えば、6n
m残した状態とする。
Next, a Ti film having a thickness of, for example, 8 nm is deposited by using a vapor deposition method.
By exposing the surface of the film to O 2 plasma, the surface is oxidized to form a Ti oxide film 27, and the Ti film 26 is formed of, for example, 6n.
m.

【0052】図8(c)参照 次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、例えば、10
nmのPt層と、400nmのAu層を順次堆積させる
ことによってT字状のゲート電極28を形成する。
Next, referring to FIG. 8C, the thickness is again reduced to, for example, 10
A T-shaped gate electrode 28 is formed by sequentially depositing a Pt layer of nm and a Au layer of 400 nm.

【0053】図9(d)参照 次いで、レジストパターン24,25を除去して、不所
望な部位に堆積した蒸着膜等を除去したのち、再び、新
たなレジストを塗布し、所定の露光・現像を行うことに
よって、低VthEモード素子形成領域のみに下向きの凸
状の開口部を有するレジストパターン29,30を形成
する。
Next, after removing the resist patterns 24 and 25 to remove the deposited film and the like deposited on the undesired portions, a new resist is applied again, and a predetermined exposure / development is performed. Is performed, resist patterns 29 and 30 having downwardly convex openings are formed only in the low V th E mode element formation region.

【0054】次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、
例えば、5nmのTi膜を堆積させたのち、Ti膜の表
面をO2 プラズマに晒すことによって表面を酸化してT
i酸化膜43とし、Ti膜42を、例えば、3nm残し
た状態とする。
Next, again by using the vapor deposition method,
For example, after depositing a 5 nm Ti film, the surface of the Ti film is exposed to O 2 plasma to oxidize
The i-oxide film 43 is left, for example, with the Ti film 42 remaining at 3 nm.

【0055】図9(e)参照 次いで、再び、蒸着法を用いて、厚さが、例えば、10
nmのPt層と、400nmのAu層を順次堆積させる
ことによってT字状のゲート電極44を形成する。
Referring to FIG. 9E, the thickness is again reduced to, for example, 10
A T-shaped gate electrode 44 is formed by sequentially depositing a Pt layer of nm and a Au layer of 400 nm.

【0056】図9(f)参照 次いで、レジストパターン29,30を除去して、不所
望な部位に堆積した蒸着膜等を除去したのち、N2 ガス
雰囲気中で、150〜450℃、望ましくは、250〜
350℃、例えば、300℃において、5〜60分、例
えば、30分間熱処理することによって、高VthEモー
ド素子におけるTi膜26及び低VthEモード素子にお
けるTi膜42とn型GaAs層15とを、Ti膜26
及びTi膜42が完全になくなるように反応させて反応
層33及び反応層45を形成することによって、互いに
thの異なったEモード素子からなるE−EHEMTの
基本構造が完成する。
Next, after removing the resist patterns 29 and 30 to remove the deposited film and the like deposited on an undesired portion, the resist patterns are removed in an N 2 gas atmosphere at 150 to 450 ° C., preferably at 150 to 450 ° C. , 250-
350 ° C., for example, at 300 ° C., 5 to 60 minutes, for example, by heat treatment for 30 minutes, the Ti film 42 and the n-type GaAs layer 15 in the Ti film 26 and a low V th E mode element in the high V th E mode element And the Ti film 26
And by the Ti film 42 to form a reaction layer 33 and the reaction layer 45 was reacted as completely eliminated, the basic structure of the E-EHEMT is completed consisting E mode elements having different V th each other.

【0057】この場合、図2から明らかなように、各素
子におけるVthは反応層の深さに依存するので、深い反
応層33が形成される左側の素子のVthは右側の素子の
thより高くなる。
In this case, as is apparent from FIG. 2, V th of each element depends on the depth of the reaction layer, so that V th of the left element on which the deep reaction layer 33 is formed is V th of the right element. higher than th .

【0058】この様に、本発明の第3の実施の形態にお
いては、反応層の厚さを制御することによって、Vth
異なる素子を構成することができ、基本的製造工程変更
することなく、回路設計上、必要とする種類の異なった
thを有するHEMTを同一基板上に集積化することが
可能になる。
As described above, in the third embodiment of the present invention, by controlling the thickness of the reaction layer, devices having different V th can be formed, and the basic manufacturing process is not changed. It is possible to integrate HEMTs having different types of V th required in terms of circuit design on the same substrate.

【0059】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載した構成及び条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態においては、Ti酸化膜を形成
する際に、Ti膜をO2 プラズマ雰囲気に晒して酸化す
ることによって形成しているが、プラズマ酸化に限られ
るものではなく、酸素雰囲気中或いは大気中で150℃
以上の温度において酸化しても良いものである。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in the embodiments, and various changes can be made. For example, in each of the above embodiments, when the Ti oxide film is formed, the Ti film is formed by exposing the Ti film to an O 2 plasma atmosphere to oxidize the Ti film. 150 ° C in atmosphere or air
Oxidation may be performed at the above temperature.

【0060】また、上記の各実施の形態においては、反
応ストッパ層となる金属酸化膜を構成する金属元素とし
てTiを用いてるが、Tiに限られるものではなく、T
iと同様に酸化物の生成エネルギーの大きな金属である
Co,Ta,Ni,Pd,Pr,Hf,Zrを用いても
良いものである。
In each of the above embodiments, Ti is used as the metal element constituting the metal oxide film serving as the reaction stopper layer. However, the present invention is not limited to Ti.
Like i, Co, Ta, Ni, Pd, Pr, Hf, and Zr, which are metals having a large oxide generation energy, may be used.

【0061】また、上記の各実施の形態の説明において
は、反応層を形成する金属としてTiを用いているが、
Tiと同様にGaAs層との反応が容易なPtを用いて
も良いものである。
In the above embodiments, Ti is used as the metal forming the reaction layer.
Pt, which easily reacts with the GaAs layer like Ti, may be used.

【0062】また、上記の各実施の形態の説明において
は、ゲート電極をPt/Au膜で構成しているが、Al
膜を用いても良いものである。
In the description of each of the above embodiments, the gate electrode is made of a Pt / Au film.
A film may be used.

【0063】また、上記の各実施の形態においては、2
つの異なったVthを有するE−DHEMT或いはE−E
HEMTとして説明しているが、この様な構成に限られ
るものではなく、反応層を有さないDモード素子、及
び、反応層の深さが互いに異なる複数のEモード素子を
同一基板に集積化しても良いものである。
In each of the above embodiments, 2
E-DHEMT or EE with two different V th
Although described as the HEMT, the present invention is not limited to such a configuration, and a D-mode element having no reaction layer and a plurality of E-mode elements having different reaction layer depths are integrated on the same substrate. It is a good thing.

【0064】また、上記の第3の実施の形態において
は、両方の素子をEモード素子として説明しているが、
n型GaAs層15の層厚に依存するものので、反応層
の深さが浅い場合には、反応層を有していてもDモード
素子とすることが可能であるので、異なったVthを有す
るDモード素子を集積化することも可能になる。
In the third embodiment, both devices are described as E-mode devices.
Since it depends on the layer thickness of the n-type GaAs layer 15, if the depth of the reaction layer is shallow, it is possible to use a D-mode element even with the reaction layer, so that a different V th is required. It becomes possible to integrate a D-mode device having the same.

【0065】また、上記の各実施の形態の説明において
は、nチャネル型GaAs系HEMTとして説明してい
るが、nチャネル型GaAs系HEMTに限られるもの
ではなく、pチャネル型GaAs系HEMTにも適用さ
れるものであり、さらには、図11に示したInP系H
EMTやMESFET等の他の電界効果型化合物半導体
装置にも適用されるものである。
In each of the above embodiments, an n-channel GaAs HEMT has been described. However, the present invention is not limited to an n-channel GaAs HEMT, but is also applicable to a p-channel GaAs HEMT. The InP-based H shown in FIG.
The present invention is also applied to other field effect type compound semiconductor devices such as EMT and MESFET.

【0066】ここで、再び、図1を参照して、本発明の
詳細な特徴点を説明する。 図1参照 (付記1) 半導体層4上に形成するゲート電極8を、
前記半導体層4と金属膜との反応層5、金属酸化膜6、
及び、金属層7を順次積層させた積層構造で構成するこ
とを特徴とする電界効果型化合物半導体装置。 (付記2) 同一半導体基板1に、半導体層4と金属膜
との反応層5/金属酸化膜6/金属層7からなるゲート
電極8と、金属酸化膜6/金属層7からなるゲート電極
9とを少なくとも設けたことを特徴とする電界効果型化
合物半導体装置。 (付記3) 同一半導体基板1に、半導体層4と金属膜
との反応層5/金属酸化膜6/金属層7からなるゲート
電極8を複数設けるとともに、少なくとも1つの前記ゲ
ート電極8における反応層5の厚さが、他のゲート電極
8の反応層5の厚さと異なっていることを特徴とする電
界効果型化合物半導体装置。 (付記4) 上記金属酸化膜6を構成する金属が、T
i,Co,Ni,Pd,Ta,Pr,Hf,Zrの内の
いずれか1つであることを特徴とする付記1乃至3のい
ずれか1に記載の電界効果型化合物半導体装置。 (付記5) 上記半導体層4と反応させる金属膜が、T
i或いはPtのいずれかからなることを特徴とする付記
1乃至4のいずれか1に記載の電界効果型化合物半導体
装置。 (付記6) 上記電界効果型化合物半導体装置が、半導
体基板1上に、チャネル層2、キャリア供給層3、及
び、半導体層4を順次積層させた積層構造を有する高電
子移動度トランジスタであることを特徴とする付記1乃
至5のいずれか1に記載の電界効果型化合物半導体装
置。 (付記7) 半導体層4上に金属膜/金属酸化膜6/金
属層7からなるゲート電極8と、金属酸化膜6/金属層
からなるゲート電極9を設ける工程、熱処理を施すこと
によって前記半導体層4と金属膜とを反応させて反応層
5を形成する工程を有することを特徴とする電界効果型
化合物半導体装置の製造方法。 (付記8) 上記金属酸化膜6が、上記半導体層4と金
属膜とを反応させて反応層5を形成する工程における反
応ストッパ層として機能することを特徴とする付記7記
載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
Here, the detailed features of the present invention will be described with reference to FIG. 1 again. See FIG. 1 (Supplementary Note 1) The gate electrode 8 formed on the semiconductor layer 4 is
A reaction layer 5 between the semiconductor layer 4 and the metal film, a metal oxide film 6,
And a field effect compound semiconductor device having a stacked structure in which the metal layers 7 are sequentially stacked. (Supplementary Note 2) On the same semiconductor substrate 1, a gate electrode 8 composed of a reaction layer 5 of a semiconductor layer 4 and a metal film / a metal oxide film 6 / a metal layer 7, and a gate electrode 9 composed of a metal oxide film 6 / a metal layer 7 And a field-effect compound semiconductor device provided with at least: (Supplementary Note 3) A plurality of gate electrodes 8 including a reaction layer 5 of a semiconductor layer 4 and a metal film / a metal oxide film 6 / a metal layer 7 are provided on the same semiconductor substrate 1, and at least one reaction layer in the gate electrode 8 is provided. A field-effect compound semiconductor device, characterized in that the thickness of the gate electrode is different from the thickness of the reaction layer of the other gate electrode. (Supplementary Note 4) The metal constituting the metal oxide film 6 is T
4. The field-effect compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the field-effect compound semiconductor device is any one of i, Co, Ni, Pd, Ta, Pr, Hf, and Zr. (Supplementary Note 5) When the metal film to be reacted with the semiconductor layer 4 is T
5. The field-effect compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the field-effect compound semiconductor device is made of any one of i and Pt. (Supplementary Note 6) The field-effect compound semiconductor device is a high electron mobility transistor having a stacked structure in which a channel layer 2, a carrier supply layer 3, and a semiconductor layer 4 are sequentially stacked on a semiconductor substrate 1. 6. The field-effect compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 5, characterized in that: (Supplementary Note 7) A step of providing a gate electrode 8 composed of a metal film / metal oxide film 6 / metal layer 7 on the semiconductor layer 4 and a gate electrode 9 composed of the metal oxide film 6 / metal layer, A method for manufacturing a field effect compound semiconductor device, comprising a step of forming a reaction layer 5 by reacting a layer 4 with a metal film. (Supplementary Note 8) The field-effect compound according to supplementary note 7, wherein the metal oxide film 6 functions as a reaction stopper layer in a step of reacting the semiconductor layer 4 and the metal film to form the reaction layer 5. A method for manufacturing a semiconductor device.

【0067】[0067]

【発明の効果】本発明によれば、反応層の深さによって
しきい値Vthを制御しているので、Eモード素子におけ
る特性の劣化を引き起こすことがなく、且つ、反応層の
形成に際して、ゲート電極を構成する金属層と反応層と
の間に反応ストッパとして機能する金属酸化膜を介在さ
せているので、反応層の深さが、後処理工程における熱
環境によって変化することがなく、それによって、各素
子のしきい値Vthを設計通りに精度良く制御することが
でき、ひいては、電界効果型化合物半導体装置の高性能
化、信頼性の向上に寄与するところが大きい。
According to the present invention, since the threshold value Vth is controlled by the depth of the reaction layer, the characteristics of the E-mode element are not deteriorated. Since the metal oxide film functioning as a reaction stopper is interposed between the metal layer constituting the gate electrode and the reaction layer, the depth of the reaction layer does not change due to the thermal environment in the post-processing step. Thereby , the threshold value Vth of each element can be controlled with high precision as designed, and this greatly contributes to the enhancement of the performance and reliability of the field-effect compound semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】しきい値電圧の反応層厚依存性の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a dependency of a threshold voltage on a reaction layer thickness.

【図3】本発明の第1の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態の図3以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention up to the middle of FIG.

【図5】本発明の第1の実施の形態の図4以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the first embodiment of the present invention after FIG. 4;

【図6】本発明の第2の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2の実施の形態の図6以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the second embodiment of the present invention after FIG. 6;

【図8】本発明の第3の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a manufacturing process partway through a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施の形態の図8以降の製造工
程の説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the third embodiment of the present invention after FIG. 8;

【図10】従来のE−DHEMTの概略的断面図であ
る。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional E-DHEMT.

【図11】従来の改良型E−DHEMTの概略的断面図
である。
FIG. 11 is a schematic sectional view of a conventional improved E-DHHEMT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 チャネル層 3 キャリア供給層 4 半導体層 5 反応層 6 金属酸化膜 7 金属層 8 ゲート電極 9 ゲート電極 10 ソース・ドレイン電極 11 半絶縁性GaAs基板 12 i型AlGaAsバッファ層 13 i型InGaAsチャネル層 14 n型AlGaAs電子供給層 15 n型GaAs層 16 n型AlGaAsエッチングストッパ層 17 n型GaAsキャップ層 18 レジストパターン 19 酸素イオン 20 素子分離領域 21 ソース・ドレイン電極 22 レジストパターン 23 ゲートリセス領域 24 レジストパターン 25 レジストパターン 26 Ti膜 27 Ti酸化膜 28 ゲート電極 29 レジストパターン 30 レジストパターン 31 Ti酸化膜 32 ゲート電極 33 反応層 34 レジストパターン 35 Ti膜 36 レジストパターン 37 レジストパターン 38 Ti酸化膜 39 ゲート電極 40 ゲート電極 41 反応層 42 Ti膜 43 Ti酸化膜 44 ゲート電極 45 反応層 51 半絶縁性GaAs基板 52 i型AlGaAsバッファ層 53 i型InGaAsチャネル層 54 n型AlGaAs電子供給層 55 n型GaAsキャップ層 56 n型AlGaAsエッチングストッパ層 57 n型GaAsキャップ層 58 n型AlGaAsエッチングストッパ層 59 n型GaAsキャップ層 60 素子分離領域 61 ソース・ドレイン電極 62 ゲートリセス領域 63 ゲートリセス領域 64 ゲート電極 65 ゲート電極 71 半絶縁性InP基板 72 i型In0.52Al0.48Asバッファ層 73 i型In0.53Ga0.47As能動層 74 n型In0.52Al0.48As電子供給層 75 ドレイン電極 76 ソース・ドレイン電極 77 ソース電極 78 ゲート電極 79 ゲート電極 80 PtAs2 層 81 Pt層 82 Ti層 83 Pt層 84 Au層Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 channel layer 3 carrier supply layer 4 semiconductor layer 5 reaction layer 6 metal oxide film 7 metal layer 8 gate electrode 9 gate electrode 10 source / drain electrode 11 semi-insulating GaAs substrate 12 i-type AlGaAs buffer layer 13 i-type InGaAs Channel layer 14 n-type AlGaAs electron supply layer 15 n-type GaAs layer 16 n-type AlGaAs etching stopper layer 17 n-type GaAs cap layer 18 resist pattern 19 oxygen ion 20 element isolation region 21 source / drain electrode 22 resist pattern 23 gate recess region 24 resist Pattern 25 resist pattern 26 Ti film 27 Ti oxide film 28 gate electrode 29 resist pattern 30 resist pattern 31 Ti oxide film 32 gate electrode 33 reaction layer 34 resist pattern 35 T Film 36 resist pattern 37 resist pattern 38 Ti oxide film 39 gate electrode 40 gate electrode 41 reaction layer 42 Ti film 43 Ti oxide film 44 gate electrode 45 reaction layer 51 semi-insulating GaAs substrate 52 i-type AlGaAs buffer layer 53 i-type InGaAs channel Layer 54 n-type AlGaAs electron supply layer 55 n-type GaAs cap layer 56 n-type AlGaAs etching stopper layer 57 n-type GaAs cap layer 58 n-type AlGaAs etching stopper layer 59 n-type GaAs cap layer 60 element isolation region 61 source / drain electrode 62 gate recess region 63 recessed gate region 64 a gate electrode 65 gate electrode 71 semi-insulating InP substrate 72 i-type In 0.52 Al 0.48 As buffer layer 73 i-type In 0.53 Ga 0.47 As active layer 74 n-type I 0.52 Al 0.48 As electron supply layer 75 drain electrode 76 source and drain electrodes 77 source electrode 78 gate electrode 79 gate electrode 80 PTAS 2 layer 81 Pt layer 82 Ti layer 83 Pt layer 84 Au layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA05 BB10 BB36 CC01 CC03 DD26 DD34 DD68 DD79 DD80 DD81 DD83 DD88 FF07 FF13 GG12 HH20 5F102 FA03 GA02 GB01 GC01 GD01 GD10 GJ05 GJ06 GK04 GK06 GL04 GM04 GM06 GN05 GQ01 GR04 GR10 GS00 GS01 GS02 GS04 GT03 GT04 GT10 HC01 HC17 HC21 HC24  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4M104 AA05 BB10 BB36 CC01 CC03 DD26 DD34 DD68 DD79 DD80 DD81 DD83 DD88 FF07 FF13 GG12 HH20 5F102 FA03 GA02 GB01 GC01 GD01 GD10 GJ05 GJ06 GK04 GK06 GL04 GM04 GM04 GM04 GM04 GM04 GM04 GS02 GS04 GT03 GT04 GT10 HC01 HC17 HC21 HC24

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体層上に形成するゲート電極を、前
記半導体層と金属膜との反応層、金属酸化膜、及び、金
属層を順次積層させた積層構造で構成することを特徴と
する電界効果型化合物半導体装置。
1. An electric field, wherein a gate electrode formed on a semiconductor layer has a stacked structure in which a reaction layer of the semiconductor layer and a metal film, a metal oxide film, and a metal layer are sequentially stacked. Effect type compound semiconductor device.
【請求項2】 同一半導体基板に、半導体層と金属膜と
の反応層/金属酸化膜/金属層からなるゲート電極と、
金属酸化膜/金属層からなるゲート電極とを少なくとも
設けたことを特徴とする電界効果型化合物半導体装置。
2. A gate electrode comprising a reaction layer of a semiconductor layer and a metal film / a metal oxide film / a metal layer on the same semiconductor substrate;
A field-effect compound semiconductor device comprising at least a gate electrode comprising a metal oxide film / metal layer.
【請求項3】 同一半導体基板に、半導体層と金属膜と
の反応層/金属酸化膜/金属層からなるゲート電極を複
数設けるとともに、少なくとも1つの前記ゲート電極に
おける反応層の厚さが、他のゲート電極の反応層の厚さ
と異なっていることを特徴とする電界効果型化合物半導
体装置。
3. A plurality of gate electrodes comprising a reaction layer of a semiconductor layer and a metal film / a metal oxide film / a metal layer are provided on the same semiconductor substrate, and at least one of the gate electrodes has a thickness of another reaction layer. A field-effect compound semiconductor device, wherein the thickness of the reaction layer is different from that of the gate electrode.
【請求項4】 上記金属酸化膜を構成する金属が、T
i,Co,Ni,Pd,Ta,Pr,Hf,Zrの内の
いずれか1つであることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれか1項に記載の電界効果型化合物半導体装置。
4. The method according to claim 1, wherein the metal constituting the metal oxide film is T
4. The field-effect compound semiconductor device according to claim 1, wherein the device is any one of i, Co, Ni, Pd, Ta, Pr, Hf, and Zr. 5.
【請求項5】 半導体層上に金属膜/金属酸化膜/金属
層からなるゲート電極と、金属酸化膜/金属層からなる
ゲート電極を設ける工程、熱処理を施すことによって前
記半導体層と金属膜とを反応させて反応層を形成する工
程を有することを特徴とする電界効果型化合物半導体装
置の製造方法。
5. A step of providing a metal film / metal oxide film / metal layer gate electrode on a semiconductor layer and a metal oxide film / metal layer gate electrode, and performing heat treatment on the semiconductor layer and the metal film. A step of forming a reaction layer by reacting the same with each other.
JP2000323850A 2000-10-24 2000-10-24 Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method Withdrawn JP2002134736A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000323850A JP2002134736A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000323850A JP2002134736A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002134736A true JP2002134736A (en) 2002-05-10

Family

ID=18801466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000323850A Withdrawn JP2002134736A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002134736A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007512705A (en) * 2003-11-24 2007-05-17 トライクウィント セミコンダクター,インコーポレーテッド Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode FET and method of manufacturing the same
JP2008530781A (en) * 2005-02-04 2008-08-07 レイセオン・カンパニー Monolithic integrated circuit having three field effect transistors
US8933497B2 (en) 2009-05-19 2015-01-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor switch device and method of manufacturing semiconductor switch device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007512705A (en) * 2003-11-24 2007-05-17 トライクウィント セミコンダクター,インコーポレーテッド Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode FET and method of manufacturing the same
JP4912886B2 (en) * 2003-11-24 2012-04-11 トライクウィント セミコンダクター,インコーポレーテッド Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode FET and method of manufacturing the same
JP2008530781A (en) * 2005-02-04 2008-08-07 レイセオン・カンパニー Monolithic integrated circuit having three field effect transistors
US8933497B2 (en) 2009-05-19 2015-01-13 Murata Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor switch device and method of manufacturing semiconductor switch device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA1214575A (en) Method of manufacturing gaas semiconductor device
JP4751498B2 (en) Semiconductor three-terminal device
US5780922A (en) Ultra-low phase noise GE MOSFETs
JP2006093617A (en) Semiconductor resistance element and its manufacturing method
JP2002134736A (en) Field effect type compound semiconductor device and its manufacturing method
JP2630446B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH10173137A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3762588B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US5747838A (en) Ultra-low phase noise GaAs MOSFETs
JP2884596B2 (en) Compound semiconductor device and method of manufacturing element separation band
JPH1140578A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP3858888B2 (en) Etching method and semiconductor device manufacturing method
JP2643849B2 (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit
JP2000243917A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JP2668418B2 (en) Semiconductor device
JP2000195871A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
JPH11176839A (en) Semiconductor device and its manufacture
JPH0810701B2 (en) Method for manufacturing junction field effect transistor
JP2002176065A (en) Method for fabricating semiconductor device
JP2000012563A (en) Field effect semiconductor device
JP3710613B2 (en) Semiconductor device
JP2001524759A (en) InxGa1-xP etch stop layer for selective recess of gallium arsenide based epitaxial field effect transistor and method of manufacturing the same
JPH06204259A (en) Manufacture of compound semiconductor device
JPH10326890A (en) Semiconductor device and its manufacture
KR100554967B1 (en) pseudomorphic high electron mobility transistor for suppressing negative differential resistance and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080108