JP2002270821A - Method of manufacturing field effect semiconductor device - Google Patents

Method of manufacturing field effect semiconductor device

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JP2002270821A JP2001072936A JP2001072936A JP2002270821A JP 2002270821 A JP2002270821 A JP 2002270821A JP 2001072936 A JP2001072936 A JP 2001072936A JP 2001072936 A JP2001072936 A JP 2001072936A JP 2002270821 A JP2002270821 A JP 2002270821A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the drain breakdown voltage so that the gate and the channel are not short-circuited while increase in the number of processes is suppressed low in the manufacturing method of a field effect semiconductor device. SOLUTION: A channel layer 3, an etching stop layer 5, a cap layer 6 and a cap layer 7 are formed on a substrate 1. The periphery of a transistor formation scheduled part on the surface of the cap layer 7 is etched over the channel layer 3, and an inter-element isolation region 2A is formed. A gate recess 6A is formed in the cap layer 7 and the cap layer 6, and etching for enlarging the gate recess of the cap layer 7 is conducted. The gate recess is made into a two-stage structure, and the edge of the channel layer 3 exposed to the side of the inter-element isolation region 2A is etched so as to form an air gap 3A. Then, a gate electrode 10 derived to the inter-element isolation region 2A is formed, over the air gap 3A from the gate recess 6A.

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、HEMT(hig
h electron mobility trans
istor)或いはMESFET(metal sem
iconductor field effect t
ransistor)などの化合物半導体を材料とする
電界効果型半導体装置を製造するのに好適な方法に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a HEMT (hig
electron mobility trans
isor) or MESFET (metal sem)
icon field effect t
The present invention relates to a method suitable for manufacturing a field-effect semiconductor device using a compound semiconductor such as a radiator as a material.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、化合物半導体を材料とする電界
効果型半導体装置、特にHEMTは、優れた低雑音特性
をもつので、マイクロ波やミリ波などの周波数帯域で用
いる増幅器、或いは、光通信に於ける信号処理回路など
に多用されている。
2. Description of the Related Art Generally, a field effect type semiconductor device using a compound semiconductor as a material, in particular, a HEMT has an excellent low noise characteristic, and is used for an amplifier used in a frequency band such as a microwave or a millimeter wave, or for optical communication. It is often used for signal processing circuits in the system.

【0003】前記したような電界効果型半導体装置のう
ち、特にInP系材料を用いたものは高速動作性に優
れ、また、低雑音である為、前記分野で用いるには好適
であるが、例えばInP系HEMTは、素子間分離を行
なう場合、イオン注入法に依る絶縁領域形成は困難であ
ることから、メサ化に依る素子間分離を行なっている。
[0003] Among the above-mentioned field effect type semiconductor devices, those using an InP-based material are particularly suitable for use in the above-mentioned fields because of their excellent high-speed operation and low noise. In the case of the InP-based HEMT, when performing isolation between elements, it is difficult to form an insulating region by an ion implantation method. Therefore, isolation between elements is performed by mesa formation.

【0004】素子間分離を積層した各半導体層のメサ化
で実現した場合、メサ側面には各半導体層の側面が表出
されることになり、その状態でゲート電極を形成した場
合、その導出端部はメサ側面を這うことになるので、そ
のままでは、ゲート電極と例えばInGaAsチャネル
層とが接触してしまう。
In the case where the isolation between elements is realized by mesa formation of the stacked semiconductor layers, the side surfaces of the respective semiconductor layers are exposed on the side surfaces of the mesa. Since the portion crawls on the side of the mesa, the gate electrode and the InGaAs channel layer, for example, come into contact with each other.

【0005】そこで、InGaAsチャネル層をサイド
・エッチングしてエア・ギャップと呼ばれる空間を生成
させ、ゲート電極がInGaAsチャネル層に接触しな
い構成を採っている。
Therefore, the InGaAs channel layer is side-etched to create a space called an air gap, and the gate electrode does not contact the InGaAs channel layer.

【0006】通常、InGaAsチャネル層は、その上
下をInAlAsバッファ層とInAlAsキャリア供
給層とで挟まれているので、サイド・エッチングする場
合には、InAlAsに対してInGaAsを選択的に
エッチングすることができるエッチング液を用いること
で容易にエア・ギャップを形成することができる。
Usually, the InGaAs channel layer is sandwiched between an InAlAs buffer layer and an InAlAs carrier supply layer on the upper and lower sides. Therefore, when performing side etching, it is necessary to selectively etch InGaAs with respect to InAlAs. An air gap can be easily formed by using a possible etchant.

【0007】前記した状態で真空蒸着法に依ってゲート
電極材料膜を形成した場合、前記エア・ギャップは、そ
のまま維持されるので、チャネルとゲートとの短絡は回
避することができる。尚、前記サイド・エッチングは、
ゲート電極を形成する直前に実施するのが普通である。
When a gate electrode material film is formed by a vacuum deposition method in the above state, the air gap is maintained as it is, so that a short circuit between the channel and the gate can be avoided. The side etching is
Usually, it is carried out immediately before forming the gate electrode.

【0008】さて、チャネルとゲートとが短絡する旨の
前記問題とは別にInP系HEMTはGaAs系HEM
Tに比較してドレイン耐圧が低いという問題もあり、こ
の問題を回避する為、ゲート・リセスを二段に形成して
ゲート・ドレイン間に加わる電界を緩和してドレイン耐
圧を向上することが行なわれている。
[0008] Apart from the above-mentioned problem that the channel and the gate are short-circuited, the InP HEMT is a GaAs HEM.
There is also a problem that the drain withstand voltage is lower than that of T. In order to avoid this problem, a gate recess is formed in two stages to reduce the electric field applied between the gate and the drain to improve the drain withstand voltage. Have been.

【0009】ところで、前記エア・ギャップの形成、及
び、二段ゲート・リセスの形成は、それぞれ別の工程で
実施されるので、全体の工程数は増加し、且つ、複雑に
なってしまう旨の問題がある。
However, since the formation of the air gap and the formation of the two-stage gate recess are performed in separate steps, the number of steps is increased and complicated. There's a problem.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、工程数の
増加を低く抑えながら、ゲートとチャネルとが短絡しな
いように、また、ドレイン耐圧を向上させることができ
るようにする。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, the gate and the channel are prevented from being short-circuited and the drain withstand voltage can be improved while suppressing the increase in the number of steps.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、ゲート・リ
セスを形成する工程中にエア・ギャップも形成できるよ
うにすることが基本になっている。
According to the present invention, it is essential that an air gap can be formed during the step of forming a gate recess.

【0012】例えばInP系HEMTの半導体層構成に
於いては、ゲート・リセスのエッチング停止層にはIn
P層を用いることが多く、また、キャップ層としてIn
AlAs(エッチング停止層側)/InGaAs(表面
側)の積層構造を用いる。
For example, in a semiconductor layer configuration of an InP-based HEMT, an etching stop layer of a gate recess has In
In many cases, a P layer is used, and In is used as a cap layer.
A stacked structure of AlAs (etching stop layer side) / InGaAs (front side) is used.

【0013】この積層構造の場合、ゲート・リセスを形
成するには、InGaAs層、InAlAs層をInP
層に対して選択的にエッチングすることで第1のリセス
開口を形成し、次いで、InGaAs層のみを選択的に
エッチングすることで第2のリセスとチャネル層のエア
・ギャップを同時に形成する。
In the case of this laminated structure, to form a gate recess, an InGaAs layer and an InAlAs layer are formed by an InP layer.
A first recess opening is formed by selectively etching the layer, and an air gap between the second recess and the channel layer is formed simultaneously by selectively etching only the InGaAs layer.

【0014】前記手段、即ち、ゲート・リセス形成途中
にエア・ギャップを形成することで二段リセスが自動的
に形成され、ゲート及びチャネル間の短絡回避、及び、
二段リセス構造に依るドレイン耐圧の向上の二つの課題
を少ない工程で容易に解決することができる。
The means, that is, a two-stage recess is automatically formed by forming an air gap during the formation of the gate recess, avoiding a short circuit between the gate and the channel, and
The two problems of the improvement of the drain withstand voltage due to the two-stage recess structure can be easily solved with a small number of steps.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施の形態に依
って作製した電界効果型半導体装置を表す要部切断平面
図であり、図に於いて、5はi−InPエッチング停止
層、6はn−InAlAsキャップ層、7はn−InG
aAsキャップ層、8はソース電極、9はドレイン電
極、10はゲート電極をそれぞれ示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a fragmentary plan view showing a field-effect semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 5 denotes an i-InP etching stop layer. , 6 are n-InAlAs cap layers, 7 is n-InG
aAs cap layer, 8 is a source electrode, 9 is a drain electrode, and 10 is a gate electrode.

【0016】図2は図1に見られる電界効果型半導体装
置を表す要部切断側面図であって、(A)は図1に見ら
れる線X−Xに沿う要部切断側面、(B)は図1に見ら
れる線Y−Yに沿う要部切断側面であり、図1に於いて
用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を
持つものとする。
FIGS. 2A and 2B are cutaway side views of the main part showing the field effect type semiconductor device shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is a cutaway side view of the main part along line XX shown in FIG. Is a cutaway side of the main part along the line Y-Y seen in FIG. 1, and the same symbols as those used in FIG. 1 represent the same parts or have the same meanings.

【0017】図2に於いて、1は半絶縁性InP基板、
2はi−InAlAsバッファ層、3はi−InGaA
sチャネル層、3Aはチャネル層3をアンダ・カットし
て形成したエア・ギャップ、4はn−InAlAsキャ
リア(この場合は電子)供給層をそれぞれ示している。
In FIG. 2, 1 is a semi-insulating InP substrate,
2 is an i-InAlAs buffer layer, 3 is i-InGaAs
The s channel layer 3A is an air gap formed by undercutting the channel layer 3, and 4 is an n-InAlAs carrier (in this case, electron) supply layer.

【0018】図1に見られる最外側は素子間分離の為の
メサ側壁を示し、図2から明らかであるが、ソース電極
8及びドレイン電極9に挟まれて二段のゲート・リセス
が形成されている。
The outermost portion shown in FIG. 1 shows a mesa side wall for element isolation. As is apparent from FIG. 2, a two-stage gate recess is formed between the source electrode 8 and the drain electrode 9. ing.

【0019】ゲート電極10は素子間分離のメサに依る
段差側面を経てリセス内に形成されて、その段差側壁に
於いてチャネル層3のエッジが存在する箇所を這うので
あるが、チャネル層3のエッジはアンダ・カットされて
エア・ギャップ3Aが形成されているので、チャネル層
3とゲート電極10との短絡が発生することは皆無であ
る。
The gate electrode 10 is formed in the recess through the side surface of the step formed by the mesa for element isolation, and crawls on the step side wall where the edge of the channel layer 3 exists. Since the edge is undercut to form the air gap 3A, a short circuit between the channel layer 3 and the gate electrode 10 does not occur.

【0020】図3乃至図6は本発明の一実施の形態を説
明する為の工程要所に於ける電界効果型半導体装置を表
す要部切断側面図であり、図1及び図2に於いて用いた
記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つも
のとし、何れの図に於いても(A)は図1に見られる線
X−Xに沿う要部切断側面、(B)は図1に見られる線
Y−Yに沿う要部切断側面であり、以下、これ等の図を
参照しつつ説明する。
FIG. 3 to FIG. 6 are cutaway side views of a main part of a field effect type semiconductor device in a process step for explaining an embodiment of the present invention. The same symbols as used symbols represent the same parts or have the same meanings. In each of the figures, (A) is a cutaway side of a main part along line XX shown in FIG. 1, (B) Is a cut-away side view of the main part along the line Y-Y seen in FIG. 1 and will be described below with reference to these figures.

【0021】図3参照 (1)MOCVD(metalorganic che
mical vapourdeposition)法を
適用することに依って、基板1上にバッファ層2、チャ
ネル層3、キャリア供給層4、エッチング停止層5、キ
ャップ層6、キャップ層7を成長する。
See FIG. 3 (1) MOCVD (metalorganic che
The buffer layer 2, the channel layer 3, the carrier supply layer 4, the etching stop layer 5, the cap layer 6, and the cap layer 7 are grown on the substrate 1 by applying a physical vapor deposition method.

【0022】図3に見られる各半導体部分に関する主要
なデータを例示すると以下の通りである。 基板1 材料:半絶縁性InP バッファ層2 材料:i−InAlAs 厚さ:300〔nm〕 チャネル層3 材料:i−InGaAs 厚さ:25〔nm〕 キャリア供給層4 材料:n−InAlAs 不純物濃度:3×1018〔cm-3〕 厚さ:25〔nm〕 エッチング停止層5 材料:i−InP 厚さ:6〔nm〕 キャップ層6 材料:n−InAlAs 不純物濃度:5×1018〔cm-3〕 厚さ:20〔nm〕 キャップ層7 材料:n−InGaAs 不純物濃度:1×1019〔cm-3〕 厚さ:30〔nm〕
The main data of each semiconductor portion shown in FIG. 3 is exemplified as follows. Substrate 1 Material: Semi-insulating InP buffer layer 2 Material: i-InAlAs Thickness: 300 [nm] Channel layer 3 Material: i-InGaAs Thickness: 25 [nm] Carrier supply layer 4 Material: n-InAlAs Impurity concentration: 3 × 10 18 [cm −3 ] Thickness: 25 [nm] Etching stop layer 5 Material: i-InP Thickness: 6 [nm] Cap layer 6 Material: n-InAlAs Impurity concentration: 5 × 10 18 [cm − 3 ] Thickness: 20 [nm] Cap layer 7 Material: n-InGaAs Impurity concentration: 1 × 10 19 [cm −3 ] Thickness: 30 [nm]

【0023】(2)リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを適用することに依り、素子間分離領域形成
予定部分のみを露出させるレジスト層11を形成する。
(2) By applying a resist process in a lithography technique, a resist layer 11 that exposes only a portion where an element isolation region is to be formed is formed.

【0024】(3)リン酸+過酸化水素+水の混合液を
エッチャントとするウエット・エッチング法を適用する
ことに依り、露出されているキャップ層7の表面からエ
ッチング停止層5に達するメサ・エッチングを行なう。
(3) By applying a wet etching method using a mixture of phosphoric acid + hydrogen peroxide + water as an etchant, the mesa layer reaching the etching stop layer 5 from the exposed surface of the cap layer 7 Perform etching.

【0025】塩酸をエッチャントとするウエット・エッ
チング法を適用することに依り、InPからなるエッチ
ング停止層5を除去してから、再び前記リン酸系エッチ
ング液を用いてバッファ層2内に達するメサ・エッチン
グを行なって素子間分離領域2Aを形成する。
By applying a wet etching method using hydrochloric acid as an etchant, the etching stop layer 5 made of InP is removed, and then the mesa / etching solution reaching the inside of the buffer layer 2 using the above-mentioned phosphoric acid-based etching solution. Etching is performed to form the inter-element isolation region 2A.

【0026】図4参照 (4)レジスト剥離液中に浸漬してレジスト層11を除
去してから改めてリソグラフィ技術に於けるレジスト・
プロセスを適用することに依り、ソース電極形成予定部
分及びドレイン電極形成予定部分のみを露出させるレジ
スト層を形成する。
Referring to FIG. 4, (4) the resist layer 11 is removed by immersion in a resist stripping solution, and then the resist layer in the lithography technique is renewed.
By applying the process, a resist layer that exposes only a portion where a source electrode is to be formed and a portion where a drain electrode is to be formed is formed.

【0027】(5)真空蒸着法を適用することに依り、
基板側から10〔nm〕厚のTi膜/30〔nm〕厚の
Pt膜/300〔nm〕厚のAu膜を成膜する。
(5) By applying a vacuum deposition method,
From the substrate side, a 10 nm thick Ti film / 30 nm thick Pt film / 300 nm thick Au film is formed.

【0028】(6)工程(4)で形成したレジスト層を
工程(5)で形成した各金属膜と共に除去するリフト・
オフ法を適用することに依り、ソース電極8及びドレイ
ン電極9を形成する。
(6) A lift for removing the resist layer formed in the step (4) together with each metal film formed in the step (5).
The source electrode 8 and the drain electrode 9 are formed by applying the off method.

【0029】(7)リソグラフィ技術に於けるレジスト
・プロセスを適用することに依り、ゲート・リセス形成
予定部分のみを露出させるレジスト層12を形成する。
この場合、レジスト・プロセスには、フォト・リソグラ
フィを適用して良いが、必要あれば電子ビーム・リソグ
ラフィを適用して良い。
(7) By applying a resist process in a lithography technique, a resist layer 12 exposing only a portion where a gate recess is to be formed is formed.
In this case, photolithography may be applied to the resist process, but electron beam lithography may be applied if necessary.

【0030】(8)リン酸+過酸化水素+水の混合液を
エッチャントとするウエット・エッチング法を適用する
ことに依り、露出されているキャップ層7及びキャップ
層6のエッチングを行なってゲート・リセス6Aを形成
する。
(8) The exposed cap layer 7 and cap layer 6 are etched by applying a wet etching method using a mixed solution of phosphoric acid + hydrogen peroxide + water as an etchant. A recess 6A is formed.

【0031】この場合、キャップ層7及びキャップ層6
は略同じようにエッチングされるので、ゲート・リセス
6Aの開口は等しい。
In this case, the cap layers 7 and 6
Are etched in substantially the same manner, so that the openings in the gate recesses 6A are equal.

【0032】図5参照 (9)クエン酸+過酸化水素+水の混合液をエッチャン
トとするウエット・エッチング法を適用することに依
り、図5(B)に見られるようにメサ側壁に露出されて
いるInGaAsからなるチャネル層3をInAlAs
に対して選択的にエッチングすることに依ってアンダ・
カットし、エア・ギャップ3Aを生成させる。
Referring to FIG. 5 (9) By applying a wet etching method using a mixed solution of citric acid + hydrogen peroxide + water as an etchant, as shown in FIG. Channel layer 3 made of InGaAs is formed of InAlAs.
Under etching by selectively etching
Cut to generate an air gap 3A.

【0033】ここで、前記エア・ギャップ3Aを生成さ
せるエッチング工程中に同じエッチャントに依ってIn
GaAsからなるキャップ層7のみがサイド・エッチン
グされ、従って、キャップ層7及びキャップ層6とで構
成されるゲート・リセス6Aは自動的に二段構造とな
る。
Here, during the etching step for generating the air gap 3A, the same etchant is used to form the air gap 3A.
Only the cap layer 7 made of GaAs is side-etched, so that the gate recess 6A composed of the cap layer 7 and the cap layer 6 automatically has a two-stage structure.

【0034】図6参照 (10)リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス
を適用することに依り、ゲート電極形成予定部分のみを
露出させるレジスト層を形成する。この場合、レジスト
・プロセスには、フォト・リソグラフィを適用して良い
が、必要あれば電子ビーム・リソグラフィを適用して良
い。
Referring to FIG. 6 (10) A resist layer exposing only a portion where a gate electrode is to be formed is formed by applying a resist process in a lithography technique. In this case, photolithography may be applied to the resist process, but electron beam lithography may be applied if necessary.

【0035】(11)真空蒸着法を適用することに依
り、基板側から10〔nm〕厚のTi膜/30〔nm〕
厚のPt膜/600〔nm〕厚のAu膜を成膜する。
(11) By applying the vacuum evaporation method, a 10 nm thick Ti film / 30 nm from the substrate side
A thick Pt film / a 600 [nm] thick Au film is formed.

【0036】(12)工程(10)で形成したレジスト
層を工程(11)で形成した各金属膜と共に除去するリ
フト・オフ法を適用してゲート電極10を形成する。
(12) The gate electrode 10 is formed by applying a lift-off method of removing the resist layer formed in the step (10) together with each metal film formed in the step (11).

【0037】前記工程を経て作製された電界効果型半導
体装置、即ち、HEMTでは、図6(A)に見られるよ
うに、二段構造のゲート・リセス6Aが形成され、そし
て、図6(B)に見られるように、ゲート電極10がメ
サ側壁に沿って延在してもチャネル層3に接触すること
はなく、しかも、このような構造、即ち、エア・ギャッ
プ3Aの生成と二段構造のゲート・リセス6Aの形成は
同時に達成されることが明らかである。
In the field-effect type semiconductor device manufactured through the above steps, that is, in the HEMT, as shown in FIG. 6A, a gate recess 6A having a two-stage structure is formed. As can be seen in FIG. 1B, even if the gate electrode 10 extends along the mesa side wall, it does not contact the channel layer 3 and has such a structure, namely, the formation of the air gap 3A and the two-stage structure. It is clear that the formation of the gate recess 6A of FIG.

【0038】前記実施の形態では、InP系HEMTを
採り上げて説明したが、これに限られることなく、例え
ばGaAs系HEMTについても本発明を適用すること
ができ、その場合には、チャネル層にInGaAsを、
キャリア供給層にInGaPを、キャップ層にInGa
As/GaAs、又は、InGaAs/AlGaAsを
それぞれ採用すれば、前記説明したInP系HEMTの
場合と全く同じ効果を享受することができる。
In the above embodiment, an InP-based HEMT has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a GaAs-based HEMT. To
InGaP for the carrier supply layer and InGa for the cap layer.
If As / GaAs or InGaAs / AlGaAs is adopted, the same effect as in the case of the InP-based HEMT described above can be obtained.

【0039】また、エネルギ・バンド・ギャップが広い
半導体を擬似ゲート絶縁膜とすると共にヘテロ接合を用
いたMISFETやMESFETなど、他の電界効果型
半導体装置についても同様に本発明を適用することがで
き、更にまた、前記実施の形態に見られるゲート電極1
0はT型ゲート電極、或いは、ノッチ型ゲート電極に代
替することは任意である。
The present invention can be similarly applied to other field effect type semiconductor devices such as MISFETs and MESFETs using a semiconductor having a wide energy band gap as a pseudo gate insulating film and using a heterojunction. , And furthermore, the gate electrode 1 shown in the above embodiment.
It is optional to substitute 0 for a T-type gate electrode or a notch-type gate electrode.

【0040】前記したところから明らかであるが、本発
明はInP系HEMTの他に種々な構成の電界効果型ト
ランジスタに実施することができるので、InP系HE
MTで第1のキャップ層、即ち、基板側のキャップ層の
下地になっているInPエッチング停止層は、他の構成
の電界効果型トランジスタではキャリヤ供給層の場合も
あるし、また、前記MISFETなどではエネルギ・バ
ンド・ギャップが広い半導体層がキャップ下地層になっ
ている場合もある。
As is apparent from the above description, the present invention can be applied to field-effect transistors having various structures in addition to the InP-based HEMT.
In the MT, the first cap layer, that is, the InP etching stop layer underlying the cap layer on the substrate side may be a carrier supply layer in a field-effect transistor having another configuration, or may be a MISFET or the like. In some cases, a semiconductor layer having a wide energy band gap may be used as a cap underlayer.

【0041】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。 (付記1)基板(例えば半絶縁性InP基板1)上に少
なくともチャネル層(例えばi−InGaAsチャネル
層3)及びキャップ下地層(例えばi−InPエッチン
グ停止層5、他の構造の電界効果型トランジスタではキ
ャリヤ供給層、エネルギ・バンド・ギャップが広い半導
体層など)及び第1のキャップ層(例えばn−InAl
Asキャップ層6)及びチャネル層と同じエッチング手
段でエッチングされる第2のキャップ層(例えばn−I
nGaAsキャップ層7)を順次積層形成する工程と、
次いで、トランジスタ形成予定部分の周囲を表面(例え
ば第2のキャップ層であるn−InGaAsキャップ層
7の表面)からチャネル層を越えるエッチングを行って
素子間分離領域(例えば素子間分離領域2A)を形成す
る工程と、次いで、第2のキャップ層及び第1のキャッ
プ層にゲート・リセス(例えばゲート・リセス6A)を
形成する工程と、次いで、第2のキャップ層に形成され
たゲート・リセスを拡大するエッチングを行って第1の
キャップ層に於けるゲート・リセスと相俟って二段構造
となるゲート・リセスを形成すると同時に素子間分離領
域側面に表出されたチャネル層のエッジをアンダ・カッ
トするエッチングを行ってエア・ギャップ(例えばエア
・ギャップ3A)を形成する工程と、その後、ゲート・
リセス内に表出されたキャップ下地層上に形成されエア
・ギャップを越えて素子間分離領域にまで導出されるゲ
ート電極(例えばゲート電極10)を形成する工程とが
含まれてなることを特徴とする電界効果型半導体装置の
製造方法。
The present invention can be embodied in many forms, including the above-described embodiment. (Supplementary Note 1) At least a channel layer (for example, an i-InGaAs channel layer 3) and a cap underlayer (for example, an i-InP etching stop layer 5, a field effect transistor having another structure) on a substrate (for example, a semi-insulating InP substrate 1). A carrier supply layer, a semiconductor layer having a wide energy band gap, etc.) and a first cap layer (eg, n-InAl
As cap layer 6) and a second cap layer (for example, nI) etched by the same etching means as the channel layer.
sequentially forming an nGaAs cap layer 7).
Next, the periphery of the portion where the transistor is to be formed is etched from the surface (for example, the surface of the n-InGaAs cap layer 7 as the second cap layer) to the channel layer to form an element isolation region (for example, the element isolation region 2A). Forming, then forming a gate recess (eg, gate recess 6A) in the second cap layer and the first cap layer, and then removing the gate recess formed in the second cap layer. By performing the expanding etching to form a gate recess having a two-stage structure in combination with the gate recess in the first cap layer, the edge of the channel layer exposed on the side surface of the element isolation region is simultaneously removed. A step of forming an air gap (for example, an air gap 3A) by performing etching for cutting, and thereafter, forming a gate;
Forming a gate electrode (eg, gate electrode 10) formed on the cap underlayer exposed in the recess and extending to the device isolation region beyond the air gap. Of manufacturing a field-effect type semiconductor device.

【0042】(付記2)キャップ下地層は少なくともI
nとPとを含む材料(例えばInP)からなることを特
徴とする(付記1)記載の電界効果型半導体装置の製造
方法。
(Supplementary Note 2) The cap underlayer has at least I
The method for manufacturing a field-effect type semiconductor device according to (Supplementary Note 1), comprising a material containing n and P (for example, InP).

【0043】(付記3)第1のキャップ層は少なくとも
Alを含む材料(例えばInAlAs)からなり且つ第
2のキャップ層は少なくともInとAsとを含む材料
(例えばInGaAs)からなることを特徴とする(付
記1)記載の電界効果型半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 3) The first cap layer is made of a material containing at least Al (eg, InAlAs), and the second cap layer is made of a material containing at least In and As (eg, InGaAs). (Supplementary Note 1) The method for manufacturing a field-effect semiconductor device according to (1).

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明に依る電界効果型半導体装置の製
造方法に於いては、基板上に少なくともチャネル層及び
キャップ下地層及び第1のキャップ層及びチャネル層と
同じエッチング手段でエッチングされる第2のキャップ
層を順次積層形成し、トランジスタ形成予定部分の周囲
を表面からチャネル層を越えるエッチングを行って素子
間分離領域を形成し、第2のキャップ層及び第1のキャ
ップ層にゲート・リセスを形成し、第2のキャップ層に
形成されたゲート・リセスを拡大するエッチングを行っ
て第1のキャップ層に於けるゲート・リセスと相俟って
二段構造となるゲート・リセスを形成すると同時に素子
間分離領域側面に表出されたチャネル層のエッジをアン
ダ・カットするエッチングを行ってエア・ギャップを形
成し、ゲート・リセス内に表出されたキャップ下地層上
に形成されエア・ギャップを越えて素子間分離領域にま
で導出されるゲート電極を形成する。
In the method of manufacturing a field-effect semiconductor device according to the present invention, at least the channel layer, the cap underlayer, and the first cap layer and the channel layer are etched on the substrate by the same etching means. 2 are sequentially formed in layers, and the periphery of the portion where the transistor is to be formed is etched beyond the channel layer from the surface to form an element isolation region, and a gate recess is formed in the second cap layer and the first cap layer. Is formed and etching is performed to enlarge the gate recess formed in the second cap layer to form a gate recess having a two-stage structure in combination with the gate recess in the first cap layer. At the same time, etching is performed to undercut the edge of the channel layer exposed on the side surface of the element isolation region to form an air gap, and the gate Is formed on the exposed by a cap underlayer in the scan beyond the air gap to form a gate electrode that is derived to the device isolation region.

【0045】前記構成を採ることに依り、二段リセスを
形成する工程中にチャネル層のアンダ・カットに依るエ
ア・ギャップの形成が自動的に実施され、ゲート及びチ
ャネルの短絡を回避できる構造、及び、ドレイン耐圧を
向上することが可能な二段リセス構造を少ない工程で容
易に実現することができる。
By adopting the above structure, the formation of the air gap by the undercut of the channel layer is automatically performed during the step of forming the two-step recess, and a short circuit between the gate and the channel can be avoided. Further, a two-step recess structure capable of improving the drain withstand voltage can be easily realized with a small number of steps.

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

【図1】本発明の一実施の形態に依って作製した電界効
果型半導体装置を表す要部切断平面図である。
FIG. 1 is a fragmentary plan view showing a field-effect semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に見られる電界効果型半導体装置を表す要
部切断側面図である。
FIG. 2 is a fragmentary side view showing a main part of the field-effect semiconductor device shown in FIG. 1;

【図3】本発明の一実施の形態を説明する為の工程要所
に於ける電界効果型半導体装置を表す要部切断側面図で
ある。
FIG. 3 is a fragmentary side view showing a field-effect semiconductor device at a key step in the process for describing one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態を説明する為の工程要所
に於ける電界効果型半導体装置を表す要部切断側面図で
ある。
FIG. 4 is a fragmentary sectional side view showing a field-effect semiconductor device at a key point in a process for describing an embodiment of the present invention;

【図5】本発明の一実施の形態を説明する為の工程要所
に於ける電界効果型半導体装置を表す要部切断側面図で
ある。
FIG. 5 is a fragmentary sectional side view showing a field-effect semiconductor device at an important point in a process for describing an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施の形態を説明する為の工程要所
に於ける電界効果型半導体装置を表す要部切断側面図で
ある。
FIG. 6 is a fragmentary sectional side view showing a field-effect semiconductor device at an important point in a process for describing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 2A 素子間分離領域 3 i−InGaAsチャネル層 3A エア・ギャップ 4 n−InAlAsキャリア供給層 5 エッチング停止層 6 キャップ層(第1のキャップ層) 6A ゲート・リセス 7 キャップ層(第2のキャップ層) 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 ゲート電極 11 レジスト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buffer layer 2A Element isolation region 3 i-InGaAs channel layer 3A air gap 4 n-InAlAs carrier supply layer 5 Etch stop layer 6 Cap layer (first cap layer) 6A Gate recess 7 Cap layer (first layer) 2 cap layer) 8 source electrode 9 drain electrode 10 gate electrode 11 resist layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に少なくともチャネル層及びキャッ
プ下地層及び第1のキャップ層及びチャネル層と同じエ
ッチング手段でエッチングされる第2のキャップ層を順
次積層形成する工程と、 次いで、トランジスタ形成予定部分の周囲を表面からチ
ャネル層を越えるエッチングを行って素子間分離領域を
形成する工程と、 次いで、第2のキャップ層及び第1のキャップ層にゲー
ト・リセスを形成する工程と、 次いで、第2のキャップ層に形成されたゲート・リセス
を拡大するエッチングを行って第1のキャップ層に於け
るゲート・リセスと相俟って二段構造となるゲート・リ
セスを形成すると同時に素子間分離領域側面に表出され
たチャネル層のエッジをアンダ・カットするエッチング
を行ってエア・ギャップを形成する工程と、 その後、ゲート・リセス内に表出されたキャップ下地層
上に形成されエア・ギャップを越えて素子間分離領域に
まで導出されるゲート電極を形成する工程とが含まれて
なることを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方
法。
A step of sequentially forming at least a channel layer, a cap underlayer, and a second cap layer etched by the same etching means as the first cap layer and the channel layer on a substrate; Forming a device isolation region by performing etching beyond the channel layer from the surface around the portion, forming a gate recess in the second cap layer and the first cap layer, and Etching to enlarge the gate recess formed in the second cap layer is performed to form a gate recess having a two-stage structure in combination with the gate recess in the first cap layer, and at the same time, an element isolation region A step of undercutting the edge of the channel layer exposed on the side surface to form an air gap, and thereafter, Forming a gate electrode formed on the cap underlayer exposed in the gate recess and extending to the element isolation region beyond the air gap. Of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】キャップ下地層は少なくともInとPとを
含む材料からなることを特徴とする請求項1記載の電界
効果型半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the cap underlayer is made of a material containing at least In and P.
【請求項3】第1のキャップ層は少なくともAlを含む
材料からなり且つ第2のキャップ層は少なくともInと
Asとを含む材料からなることを特徴とする請求項1記
載の電界効果型半導体装置の製造方法。
3. The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein the first cap layer is made of a material containing at least Al, and the second cap layer is made of a material containing at least In and As. Manufacturing method.
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JP2010238975A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Semiconductor device, and method of manufacturing the same
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