JP2003059943A - Semiconductor device and production method therefor - Google Patents

Semiconductor device and production method therefor

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JP2003059943A
JP2003059943A JP2001246620A JP2001246620A JP2003059943A JP 2003059943 A JP2003059943 A JP 2003059943A JP 2001246620 A JP2001246620 A JP 2001246620A JP 2001246620 A JP2001246620 A JP 2001246620A JP 2003059943 A JP2003059943 A JP 2003059943A
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Japan
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layer
channel layer
gate
diffusion region
step portion
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Junichiro Kobayashi
純一郎 小林
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a production method therefor with which the processes of high productivity can be provided, controllability in gate length line width is improved and an effective gate length is extremely fine. SOLUTION: A gate formation layer (undoped GaAs) having a step 15 is formed on a channel layer (n-type GaAs) 13, the step 15 is positioned between a source electrode 21 and a drain electrode 22, a channel layer 13 and an opposite conductivity type diffusion region (p-type GaAs) 17a are formed on a sidewall 15a of the step 15, and a gate electrode 20 is connected to that diffusion region 17a.

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】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関し、更に詳しくはチャネル層とゲート電極
との間にpn接合を介在させた接合型の電界効果トラン
ジスタ(FET:Field Effect Transistor)のゲート長
短縮技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more specifically, to a junction type field effect transistor (FET) having a pn junction interposed between a channel layer and a gate electrode. Regarding gate length reduction technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】より微細で、高速動作、低雑音のFET
を実現するためにゲート長を短縮化することが要求され
る。しかし、パターン形成に一般的に用いられている光
露光技術によるパターニングでは、例えば0.15μm
以下のゲート長を形成するのには限界がある。そこで、
より微細幅のゲート長を形成する方法として、従来より
以下の3つの方法が主に用いられている。
2. Description of the Related Art FETs that are finer, operate at high speed, and have low noise
To realize the above, it is required to shorten the gate length. However, in patterning by a light exposure technique generally used for pattern formation, for example, 0.15 μm
There is a limit to forming the following gate length. Therefore,
Conventionally, the following three methods have been mainly used as a method for forming a finer gate length.

【0003】(従来例1)いわゆる直描法と呼ばれるも
のであり、電子線用レジストに電子線で直接ゲートパタ
ーンの描画を行い微細幅の開口を形成し、この微細幅開
口が形成されたレジストを用いてゲートパターンを形成
する。
(Conventional Example 1) This is a so-called direct writing method. A gate pattern is directly drawn on an electron beam resist by an electron beam to form a fine width opening, and the resist having the fine width opening is formed. A gate pattern is formed by using.

【0004】(従来例2)図11Dに示されるように、
光露光技術にて絶縁層であるSiN層2に形成した開口
3に絶縁体でなるサイドウォール4aを形成して開口幅
を狭め、その狭められた開口3aにゲート電極となる金
属5を充填して形成する。
(Conventional Example 2) As shown in FIG. 11D,
A side wall 4a made of an insulator is formed in the opening 3 formed in the SiN layer 2 which is an insulating layer by an optical exposure technique to narrow the opening width, and the narrowed opening 3a is filled with a metal 5 to be a gate electrode. To form.

【0005】これは、先ず、図11Aに示すように、例
えばチャネル層としてのGaAs層上1にSiN層2を形成
して、そのSiN層2に光露光技術及びエッチングで開
口3を形成する。次いで、図11Bに示すように、Si
N層2上にCVD法にてSiN層4を形成する。このと
き、開口3の底部及び側壁部にもSiN層4が形成され
る。次いで、図11Cに示すように、RIE(Reactive
Ion Etching)法にて、サイドウォール4aのみが残る
ようにSiN層4を異方性エッチングする。これによ
り、微小幅の開口3aが得られる。そして、図11Dに
示すように、その微小幅の開口3aにゲート電極となる
金属層5を充填させて形成する。この場合、サイドウォ
ール4a間の幅がゲート長となる。
First, as shown in FIG. 11A, for example, a SiN layer 2 is formed on a GaAs layer 1 as a channel layer, and an opening 3 is formed in the SiN layer 2 by a light exposure technique and etching. Then, as shown in FIG. 11B, Si
The SiN layer 4 is formed on the N layer 2 by the CVD method. At this time, the SiN layer 4 is also formed on the bottom and side walls of the opening 3. Then, as shown in FIG. 11C, RIE (Reactive
The SiN layer 4 is anisotropically etched by the Ion Etching method so that only the sidewall 4a remains. As a result, the opening 3a having a minute width is obtained. Then, as shown in FIG. 11D, the opening 3a having a minute width is filled with a metal layer 5 to be a gate electrode. In this case, the width between the sidewalls 4a becomes the gate length.

【0006】(従来例3)図12Cに示されるように、
SiN層7の段差部側壁7aに蒸着した金属のサイドウ
ォール8aをゲートして用いる。(例えば特開平4−2
12428号公報に示されている。)
(Conventional Example 3) As shown in FIG. 12C,
A metal sidewall 8a deposited on the stepped sidewall 7a of the SiN layer 7 is used as a gate. (For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-2
No. 12428. )

【0007】これは、先ず、図12Aに示すように、例
えばチャネル層としてのGaAs層6上に、段差部を有する
SiN層7を形成する。次いで、図12Bに示すよう
に、段差部の側壁7aを覆うようにしてSiN層7上及
びGaAs層6上に金属層8を蒸着する。そして、図12C
に示すように、RIE法にて金属層8を異方性エッチン
グする。これにより、段差部側壁7aのサイドウォール
8aのみが残りこれがゲートとなる。
First, as shown in FIG. 12A, for example, a SiN layer 7 having a step portion is formed on a GaAs layer 6 as a channel layer. Next, as shown in FIG. 12B, a metal layer 8 is deposited on the SiN layer 7 and the GaAs layer 6 so as to cover the side wall 7a of the step portion. And FIG. 12C
As shown in, the metal layer 8 is anisotropically etched by the RIE method. As a result, only the side wall 8a of the side wall 7a of the step portion remains, which becomes the gate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したような各従来
例では以下の問題点があった。
The above-mentioned conventional examples have the following problems.

【0009】(従来例1)電子線で逐一ゲートパターン
を描画していくため、スループットが低く生産性が悪
い。また、電子線描画装置は高価である。
(Conventional Example 1) Since a gate pattern is drawn one by one with an electron beam, throughput is low and productivity is poor. Further, the electron beam drawing apparatus is expensive.

【0010】(従来例2)SiN層2への開口3の形成
時における開口寸法や、サイドウォール4aの形成時に
おける形状や厚みの制御性が悪く寸法のばらつきが生じ
やすく、これらばらつきがゲート長となるサイドウォー
ル4a間の幅に反映されるため、再現性良く所望のゲー
ト長が得られない。
(Prior art example 2) The controllability of the opening size when forming the opening 3 in the SiN layer 2 and the shape and thickness when forming the sidewalls 4a is poor, and the size tends to vary, and these variations easily occur. The desired gate length cannot be obtained with good reproducibility because it is reflected in the width between the sidewalls 4a.

【0011】(従来例3)従来例2と同様、この従来例
3におけるステップでもサイドウォール8aの形状や厚
みにばらつきが生じやすく、よってゲート長もばらつ
く。
(Prior art example 3) Similar to the prior art example 2, even in the step of the prior art example 3, variations in the shape and thickness of the side wall 8a are likely to occur, so that the gate length also varies.

【0012】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、生産
性の良いプロセスで行え、ゲート長線幅の制御性が良
く、実効ゲート長の極めて微細な半導体装置及びその製
造方法を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a very fine gate length and line width controllability and an effective gate length, and a manufacturing method thereof. And

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
半導体装置は、チャネル層上に、又は少なくとも1層の
半導体層を介在させて、段差部を有するゲート形成層が
形成され、段差部はソース電極とドレイン電極との間に
位置し、段差部の側壁にチャネル層と逆導電型の拡散領
域が形成され、その拡散領域にゲート電極が接続されて
いる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to claim 1, wherein a gate forming layer having a step portion is formed on the channel layer or with at least one semiconductor layer interposed. The portion is located between the source electrode and the drain electrode, a diffusion region having a conductivity type opposite to that of the channel layer is formed on the sidewall of the step portion, and the gate electrode is connected to the diffusion region.

【0014】本発明の請求項3に係る半導体装置の製造
方法は、チャネル層上に、又は少なくとも1層の半導体
層を介在させてゲート形成層を形成する工程と、ゲート
形成層を選択的にエッチングして段差部を形成する工程
と、段差部の側壁に不純物を拡散させて、チャネル層と
逆導電型の拡散領域を形成する工程と、拡散領域にゲー
ト電極を接続する工程と、チャネル層とオーミックコン
タクトをとるソース電極とドレイン電極を、ゲート電極
を挟むように配置して形成する工程を有する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a gate formation layer on a channel layer or with at least one semiconductor layer interposed, and a step of selectively forming the gate formation layer. A step of forming a step portion by etching, a step of diffusing impurities on a side wall of the step portion to form a diffusion region having a conductivity type opposite to that of the channel layer, a step of connecting a gate electrode to the diffusion region, a channel layer And forming a source electrode and a drain electrode which make ohmic contact with each other so as to sandwich the gate electrode.

【0015】すなわち、本発明では、段差部側壁に形成
された拡散領域の横方向の厚さ(幅)が実効的なゲート
長として作用する。そして、段差部側壁への不純物拡散
においては、形成される拡散領域の幅は極めて薄く形成
でき、更に温度と時間で所望の幅に容易に制御できるの
で、所望の短ゲート長を再現性良く形成できる。
That is, in the present invention, the lateral thickness (width) of the diffusion region formed on the side wall of the step portion acts as an effective gate length. Further, in the impurity diffusion to the side wall of the step portion, the width of the diffusion region to be formed can be made extremely thin and can be easily controlled to a desired width by temperature and time, so that a desired short gate length can be formed with good reproducibility. it can.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1〜図3は、第1の実施の形態による半
導体装置としての接合型FETの製造工程断面図を示
す。
1 to 3 are sectional views showing a manufacturing process of a junction type FET as a semiconductor device according to the first embodiment.

【0018】先ず、図1Aに示すように、半絶縁性GaAs
基板11上に、バッファ層12と、チャネル層13と、
本発明に係るゲート形成層としてのバリア層14とを順
次エピタキシャル成長させる。
First, as shown in FIG. 1A, semi-insulating GaAs is used.
On the substrate 11, a buffer layer 12, a channel layer 13,
The barrier layer 14 as the gate forming layer according to the present invention is sequentially epitaxially grown.

【0019】バッファ層12は不純物の添加されていな
いノンドープGaAs層であり、その厚さは約500nmで
ある。チャネル層13は不純物として例えばSiが濃度2
×1017cm-3で添加されたn型GaAs層であり、その厚
さは約20nmである。バリア層14はノンドープGaAs
層であり、その厚さは約500nmである。
The buffer layer 12 is a non-doped GaAs layer to which no impurities are added, and its thickness is about 500 nm. The channel layer 13 has an impurity concentration of, for example, Si of 2
It is an n-type GaAs layer added at × 10 17 cm −3 , and its thickness is about 20 nm. Barrier layer 14 is undoped GaAs
A layer, the thickness of which is about 500 nm.

【0020】次いで、選択的に開口されたレジストマス
クを用いてバリア層14をRIE法にてエッチングし、
図1Bに示すように、チャネル層13に対してほぼ垂直
で、幅約1μmの断面矩形状の段差部15を形成する。
段差部15は紙面を貫く方向に延在している。この後、
段差部15を覆うようにしてチャネル層13上に絶縁膜
としてSiN膜(厚さ約100nm)16を形成する。
なお、図示では段差部15以外のバリア層14は、チャ
ネル層13の表面が露出するまでエッチングされている
が、エッチングは任意の深さでよく、バリア層14の途
中まででもよい。あるいは、チャネル層13の一部まで
エッチングしてもよい。このようなエッチングの深さ
は、望むFETのゲートしきい電圧、チャネル層13の
厚さと不純物濃度、バリア層14の厚さ、後述するステ
ップにおける拡散領域17の深さなどに応じて制御す
る。
Next, the barrier layer 14 is etched by the RIE method using the resist mask which is selectively opened,
As shown in FIG. 1B, a step portion 15 having a rectangular cross-section with a width of about 1 μm is formed substantially perpendicular to the channel layer 13.
The step portion 15 extends in a direction penetrating the paper surface. After this,
A SiN film (about 100 nm thick) 16 is formed as an insulating film on the channel layer 13 so as to cover the step portion 15.
Although the barrier layer 14 other than the step portion 15 is etched until the surface of the channel layer 13 is exposed in the drawing, the etching may be performed at any depth, or may be performed halfway through the barrier layer 14. Alternatively, a part of the channel layer 13 may be etched. The depth of such etching is controlled according to the desired gate threshold voltage of the FET, the thickness of the channel layer 13 and the impurity concentration, the thickness of the barrier layer 14, the depth of the diffusion region 17 in the step described later, and the like.

【0021】次いで、図1Cに示すように、SiN膜1
6に例えば幅約1μmの開口16aを形成して、段差部
15の一方の側壁15aを露出させる。
Then, as shown in FIG. 1C, the SiN film 1
An opening 16a having a width of, for example, about 1 .mu.m is formed in 6 to expose one side wall 15a of the step portion 15.

【0022】次いで、例えばジエチルZn雰囲気中、6
00℃の熱拡散処理を行う。これにより、図2Dに示す
ように、開口16aを通して、不純物としてZn(ある
いはMg)が段差部15及びチャネル層13の露出して
いる部分に拡散し、p型拡散領域17が形成される。拡
散の深さ(厚さ)は例えば100nmである。
Then, for example, in a diethyl Zn atmosphere, 6
A thermal diffusion process at 00 ° C. is performed. As a result, as shown in FIG. 2D, Zn (or Mg) as an impurity diffuses into the exposed portion of the step portion 15 and the channel layer 13 through the opening 16a to form the p-type diffusion region 17. The diffusion depth (thickness) is, for example, 100 nm.

【0023】次いで、SiN膜16を除去した後、RI
E法にて全面を異方性エッチバックする。これにより、
図2Eに示すように、段差部側壁15a以外の拡散領域
17bが除去される。異方性エッチングのため段差部側
壁15aとその直下の拡散領域17aはエッチングされ
ずに残る。
Next, after removing the SiN film 16, RI
The entire surface is anisotropically etched back by the E method. This allows
As shown in FIG. 2E, the diffusion region 17b other than the step portion side wall 15a is removed. Due to the anisotropic etching, the side wall 15a of the step portion and the diffusion region 17a immediately below the side wall 15a remain without being etched.

【0024】次いで、図2Fに示すように、全面に再び
絶縁膜として例えばSiN膜(厚さ約300nm)18
を堆積する。次いで、そのSiN膜18上にレジストを
塗布し、RIE法にてそのレジストを点線で示すように
エッチバックして段差部15上のSiN膜18の上部を
露出させた後、SiN膜18のエッチングを行い、図3
Gに示すように側壁15aの拡散領域17aを含む段差
部15の上部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 2F, for example, a SiN film (thickness: about 300 nm) 18 is again formed on the entire surface as an insulating film.
Deposit. Next, a resist is applied on the SiN film 18, and the resist is etched back by the RIE method as shown by the dotted line to expose the upper portion of the SiN film 18 on the step portion 15, and then the SiN film 18 is etched. Figure 3
As shown in G, the upper portion of the step portion 15 including the diffusion region 17a of the side wall 15a is exposed.

【0025】次いで、図3Hに示すように、露出した拡
散領域17aを覆うようにしてゲート電極(例えばTi
/Pt/Au=50nm/30nm/300nm)20
を形成する。形成方法はリフトオフ法、ミリングやRI
E法によるエッチングなどの既存のプロセスが用いられ
る。なお、ゲート電極20の形成前に絶縁膜で段差部1
5の上部を被覆した後、拡散領域17aを含むゲート電
極形成部分のみを開口して、この開口にゲート電極20
を形成するようにしてもよい。
Then, as shown in FIG. 3H, a gate electrode (for example, Ti) is formed so as to cover the exposed diffusion region 17a.
/ Pt / Au = 50 nm / 30 nm / 300 nm) 20
To form. The forming method is lift-off method, milling or RI
An existing process such as etching by the E method is used. In addition, before forming the gate electrode 20, the step portion 1 is formed of the insulating film.
5 is covered, then only the gate electrode formation portion including the diffusion region 17a is opened, and the gate electrode 20 is formed in this opening.
May be formed.

【0026】次いで、図3Iに示すように、ソース電極
21及びドレイン電極22となるオーミックメタル(例
えばAuGe/Ni=170nm/30nm)を、SiN層1
8を開口してチャネル層13上に形成し、例えば400
℃、1分程度の熱処理を行ってチャネル層13にオーミ
ックコンタクトをとる。更に、FETの動作領域以外の
導電層を、例えばB+ やO+ のイオン注入によって高抵
抗化して素子間分離領域23を形成して素子間分離を施
す。あるいは、図1Aで最初にメサ部を形成するエッチ
ングを行って素子間分離してもよい。
Next, as shown in FIG. 3I, an ohmic metal (for example, AuGe / Ni = 170 nm / 30 nm) to be the source electrode 21 and the drain electrode 22 is formed on the SiN layer 1.
8 is opened and formed on the channel layer 13, for example, 400
An ohmic contact is made with the channel layer 13 by performing a heat treatment at 1 ° C. for about 1 minute. Further, the resistance of the conductive layer other than the operating region of the FET is increased by ion implantation of, for example, B + or O + , and the element isolation region 23 is formed to perform element isolation. Alternatively, the elements may be separated by performing etching for forming the mesa portion first in FIG. 1A.

【0027】以上のようにして、第1の実施の形態によ
る接合型FET10が得られる。なお、図4はその接合
型FET10の模式平面図を示す。ゲート電極20の一
端側は外部接続端子20aに接続されている。チャネル
層13はキャリアとして電子が電流の担い手となるn型
であり、チャネル層13との間にpn接合が介在された
ゲート電極20に印加する電圧を制御することでソース
−ドレイン間の電流が制御される。
As described above, the junction type FET 10 according to the first embodiment is obtained. 4 shows a schematic plan view of the junction type FET 10. One end of the gate electrode 20 is connected to the external connection terminal 20a. The channel layer 13 is an n-type in which electrons are carriers of current as carriers, and by controlling the voltage applied to the gate electrode 20 having a pn junction between the channel layer 13 and the channel layer 13, the current between the source and drain is Controlled.

【0028】そして、以上のようにして形成された接合
型FET10では、p型拡散領域17aの横方向の厚さ
(幅)が実効的なゲート長として作用し、拡散の厚さは
極めて薄く形成できるため、よって極めて短い(例えば
0.15μm以下の)ゲート長を実現することができ
る。更に、拡散領域17aの、チャネル層13との接触
部においては図5に拡大して示すように、等方的に不純
物が拡散される拡散の性質上、形状が円弧状となるため
最もゲートとして強く作用するのは、チャネル層13の
厚さが最も薄いP点付近に集約され実効的なゲート長は
更に短くなると考えられる。
In the junction type FET 10 formed as described above, the lateral thickness (width) of the p-type diffusion region 17a acts as an effective gate length, and the diffusion thickness is extremely thin. Therefore, an extremely short gate length (for example, 0.15 μm or less) can be realized. Further, at the contact portion of the diffusion region 17a with the channel layer 13, as shown in an enlarged view in FIG. 5, due to the nature of diffusion in which the impurities are isotropically diffused, the shape becomes an arc shape, so that the most gate is formed. It is considered that the strong action is concentrated near the thinnest point P where the channel layer 13 is thin, and the effective gate length is further shortened.

【0029】また、拡散領域17aの幅は拡散時間と温
度とにより容易に制御でき、よって所望のゲート長を精
度良く且つ再現性良く形成できる。また、ゲート電極2
0は段差部15及びSiN層18にも支持させて幅広く
形成でき、拡散領域17aとの接触も側面からもとれる
ため、ゲート直列抵抗を低く抑えることができる。ま
た、段差部15はノンドープなのでゲート容量も小さく
できる。
Further, the width of the diffusion region 17a can be easily controlled by the diffusion time and the temperature, so that a desired gate length can be formed with high accuracy and reproducibility. In addition, the gate electrode 2
0 can be widely formed by supporting the step portion 15 and the SiN layer 18, and the contact with the diffusion region 17a can be obtained from the side surface, so that the gate series resistance can be suppressed low. Further, since the step portion 15 is non-doped, the gate capacitance can be reduced.

【0030】更に、ゲートの形成に際しては、マスクの
位置合わせが必要な工程が、図1Cにおける開口16a
の形成時と図3Hにおけるゲート電極20の形成時の2
工程のみで、他の工程は全面にCVDやRIE、拡散を
行うだけなので生産性がよく、製造コストを低く抑える
ことができる。
Further, in forming the gate, the step which requires alignment of the mask is the opening 16a in FIG. 1C.
2 at the time of forming the gate electrode and at the time of forming the gate electrode 20 in FIG. 3H.
With only the steps, the other steps only perform CVD, RIE, and diffusion over the entire surface, so that the productivity is good and the manufacturing cost can be kept low.

【0031】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。なお、第1の実施の形態と同じ構成部分には
同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0032】第2の実施の形態では、第1の実施の形態
における図1Aに対応する工程で、図6に示すようにエ
ッチングストッパ層(例えばノンドープAlGaAs層)25
をチャネル層13とバリア層14との間に介在させる。
すなわち、チャネル層13に引き続いてエッチングスト
ッパ層25をエピタキシャル成長させる。エッチングス
トッパ層25はノンドープAlGaAs層であり、上下に接す
るバリア層(ノンドープGaAs)14と、チャネル層(n
型GaAs)13と材質が異なる。よって、エッチングガス
種などエッチング条件を適宜選択することによって、バ
リア層14及びチャネル層13に対してエッチング選択
性をもたせることができる。
In the second embodiment, an etching stopper layer (for example, a non-doped AlGaAs layer) 25 as shown in FIG. 6 is used in the step corresponding to FIG. 1A in the first embodiment.
Is interposed between the channel layer 13 and the barrier layer 14.
That is, the etching stopper layer 25 is epitaxially grown subsequent to the channel layer 13. The etching stopper layer 25 is a non-doped AlGaAs layer, and includes the barrier layer (non-doped GaAs) 14 and the channel layer (n
Type GaAs) 13 and the material is different. Therefore, by appropriately selecting the etching conditions such as the type of etching gas, it is possible to give the etching selectivity to the barrier layer 14 and the channel layer 13.

【0033】従って、バリア層14、エッチングストッ
パ層25、チャネル層13の各層ごとにエッチングを制
御して行うことができ、段差部15を形成する工程にお
いて、バリア層14のエッチングに引き続いてチャネル
層13がオーバーエッチングされてしまうのを防ぐこと
ができる。これにより、ゲート直下のチャネル層13の
膜厚を所望の厚さに制御でき、このゲート直下の膜厚に
よって決まってくるゲートしきい電圧を所望の値に制御
できる。
Therefore, etching can be controlled for each layer of the barrier layer 14, the etching stopper layer 25, and the channel layer 13, and in the step of forming the step portion 15, the etching of the barrier layer 14 is continued after the etching of the barrier layer 14. It is possible to prevent 13 from being over-etched. As a result, the film thickness of the channel layer 13 immediately below the gate can be controlled to a desired thickness, and the gate threshold voltage determined by the film thickness directly below the gate can be controlled to a desired value.

【0034】なお、エッチングストッパ層25は、望む
ゲート直下のチャネル層13の厚さに応じて、チャネル
層13中またはバリア層14中に入れてもよい。
The etching stopper layer 25 may be placed in the channel layer 13 or the barrier layer 14 depending on the desired thickness of the channel layer 13 immediately below the gate.

【0035】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。なお、上記各実施の形態と同じ構成部分には
同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. It should be noted that the same components as those in each of the above-described embodiments are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0036】第3の実施の形態は、本発明を単純な接合
型FETではなく、高電子移動度トランジスタであるH
EMT(High Electron Mobility Transistor )に適用
したものである。
In the third embodiment, the present invention is not a simple junction type FET but a high electron mobility transistor H.
It is applied to EMT (High Electron Mobility Transistor).

【0037】図7は、第1の実施の形態における図1A
の工程に対応し、半絶縁性のGaAs基板30上に、バッフ
ァ層(ノンドープGaAs層)31、チャネル層(ノンドー
プGaAs層)32、スペーサ層(ノンドープAlGaAs層)3
3、電子供給層(n型AlGaAs層)34、本発明に係るゲ
ート形成層としてのバリア層(ノンドープAlGaAs層)3
5が、順次エピタキシャル成長により積層される。な
お、バッファ層31をノンドープAlGaAs、チャネル層3
2をノンドープInGaAs、バリア層35をノンドープGaAs
としてもよい。
FIG. 7 shows FIG. 1A in the first embodiment.
The buffer layer (non-doped GaAs layer) 31, channel layer (non-doped GaAs layer) 32, spacer layer (non-doped AlGaAs layer) 3 on the semi-insulating GaAs substrate 30
3, electron supply layer (n-type AlGaAs layer) 34, barrier layer (non-doped AlGaAs layer) 3 as a gate forming layer according to the present invention 3.
5 are sequentially laminated by epitaxial growth. The buffer layer 31 is made of non-doped AlGaAs, the channel layer 3
2 is non-doped InGaAs, barrier layer 35 is non-doped GaAs
May be

【0038】そして、第1の実施の形態と同様な工程を
経て、図8に示すHEMT37が得られる。このHEM
T37においては、バリア層35に段差部35aが形成
され、その段差部35aの側壁にp型拡散領域36が形
成されている。そして、p型拡散領域36にゲート電極
20が接続している。
Then, the HEMT 37 shown in FIG. 8 is obtained through the same steps as those in the first embodiment. This HEM
At T37, the step portion 35a is formed in the barrier layer 35, and the p-type diffusion region 36 is formed on the side wall of the step portion 35a. The gate electrode 20 is connected to the p-type diffusion region 36.

【0039】以上のように構成されるHEMT37にお
いては、チャネル層32の方が電子供給層34よりも電
子親和力が大きいため、電子供給層34へ添加された不
純物から放出された電子がチャネル層32へ移動しチャ
ネル層32表面に2次元的に高密度に集まる。この電子
がチャネル層32表面を移動するが、チャネル層32は
不純物を含まない高純度結晶であるため不純物による散
乱が少なく電子の移動度が高くなる。また、電子密度も
高いため、高速動作トランジスタが実現される。このよ
うに、チャネル層32はキャリアとして電子が電流の担
い手となるn型であり、チャネル層32との間にpn接
合が介在されたゲート電極20に印加する電圧を制御す
ることでソース−ドレイン間の電流が制御される。
In the HEMT 37 having the above structure, the channel layer 32 has a higher electron affinity than the electron supply layer 34, and thus the electrons emitted from the impurities added to the electron supply layer 34 are emitted from the channel layer 32. And two-dimensionally gather on the surface of the channel layer 32 at a high density. The electrons move on the surface of the channel layer 32, but since the channel layer 32 is a high-purity crystal containing no impurities, the electrons are less scattered and the electron mobility is higher. Also, since the electron density is high, a high speed operation transistor is realized. As described above, the channel layer 32 is an n-type in which electrons serve as carriers for the current, and the source-drain is controlled by controlling the voltage applied to the gate electrode 20 in which the pn junction is interposed between the channel layer 32 and the channel layer 32. The current in between is controlled.

【0040】本実施の形態においても第1の実施の形態
と同様の効果が得られ、p型拡散領域36の横方向の厚
さ(幅)が実効的なゲート長として作用し、拡散の厚さ
は極めて薄く形成できるため、よって極めて短い(例え
ば0.15μm以下の)ゲート長を実現することができ
る。そして、拡散領域36の幅は拡散時間と温度とによ
り容易に制御でき、よって所望のゲート長を精度良く且
つ再現性良く形成できる。
In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the lateral thickness (width) of the p-type diffusion region 36 acts as an effective gate length, so that the diffusion thickness is increased. Since it can be formed to be extremely thin, an extremely short gate length (for example, 0.15 μm or less) can be realized. Further, the width of the diffusion region 36 can be easily controlled by the diffusion time and the temperature, so that a desired gate length can be formed with high accuracy and reproducibility.

【0041】次に、本発明の第4の実施の形態について
説明する。なお、上記各実施の形態と同じ構成部分には
同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. It should be noted that the same components as those in each of the above-described embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0042】第4の実施の形態は、チャネル層を挟むよ
うに、チャネル層の上下に電子供給層を積層させたダブ
ルヘテロ構造のHEMTに本発明を適用したものであ
る。
In the fourth embodiment, the present invention is applied to a HEMT having a double hetero structure in which an electron supply layer is stacked above and below the channel layer so as to sandwich the channel layer.

【0043】図9は、第1の実施の形態における図1A
の工程に対応し、半絶縁性のGaAs基板40上に、バッフ
ァ層(ノンドープGaAs層)41、バッファ層(ノンドー
プAlGaAs層)42、電子供給層(n型AlGaAs層)43、
スペーサ層(ノンドープAlGaAs層)44、チャネル層
(ノンドープGaAs層)45、スペーサ層(ノンドープAl
GaAs層)46、電子供給層(n型AlGaAs層)47、本発
明に係るゲート形成層としてのバリア層(ノンドープAl
GaAs層)48が、順次エピタキシャル成長により積層さ
れる。
FIG. 9 shows FIG. 1A in the first embodiment.
Corresponding to the above process, a buffer layer (non-doped GaAs layer) 41, a buffer layer (non-doped AlGaAs layer) 42, an electron supply layer (n-type AlGaAs layer) 43, on a semi-insulating GaAs substrate 40.
Spacer layer (non-doped AlGaAs layer) 44, channel layer (non-doped GaAs layer) 45, spacer layer (non-doped Al)
GaAs layer) 46, electron supply layer (n-type AlGaAs layer) 47, barrier layer (non-doped Al) as a gate formation layer according to the present invention.
GaAs layer) 48 is sequentially laminated by epitaxial growth.

【0044】そして、第1の実施の形態と同様な工程を
経て、図10に示すHEMT50が得られる。このHE
MT50においては、バリア層48に段差部48aが形
成され、その段差部48aの側壁にp型拡散領域49が
形成されている。そして、p型拡散領域49にゲート電
極20が接続している。なお、図10においては、スペ
ーサ層44、46の図示を省略している。
Then, the HEMT 50 shown in FIG. 10 is obtained through the same steps as those in the first embodiment. This HE
In the MT 50, the step portion 48a is formed on the barrier layer 48, and the p-type diffusion region 49 is formed on the side wall of the step portion 48a. The gate electrode 20 is connected to the p-type diffusion region 49. In FIG. 10, the spacer layers 44 and 46 are not shown.

【0045】このHEMT50においては、チャネル層
45の上下の界面に、それぞれ電子供給層47、43か
ら電子が供給されチャネルが形成される。チャネル層4
5はキャリアとして電子が電流の担い手となるn型であ
り、チャネル層45との間にpn接合が介在されたゲー
ト電極20に印加する電圧を制御することでソース−ド
レイン間の電流が制御される。
In the HEMT 50, electrons are supplied from the electron supply layers 47 and 43 to the upper and lower interfaces of the channel layer 45 to form channels. Channel layer 4
Reference numeral 5 denotes an n-type in which electrons are carriers of current as carriers, and the current between the source and drain is controlled by controlling the voltage applied to the gate electrode 20 having a pn junction between the channel layer 45 and the channel layer 45. It

【0046】本実施の形態においても第1の実施の形態
と同様の効果が得られ、p型拡散領域49の横方向の厚
さ(幅)が実効的なゲート長として作用し、拡散の厚さ
は極めて薄く形成できるため、よって極めて短い(例え
ば0.15μm以下の)ゲート長を実現することができ
る。そして、拡散領域49の幅は拡散時間と温度とによ
り容易に制御でき、よって所望のゲート長を精度良く且
つ再現性良く形成できる。
In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the lateral thickness (width) of the p-type diffusion region 49 acts as an effective gate length, resulting in the diffusion thickness. Since it can be formed to be extremely thin, an extremely short gate length (for example, 0.15 μm or less) can be realized. Then, the width of the diffusion region 49 can be easily controlled by the diffusion time and the temperature, so that a desired gate length can be formed with high accuracy and reproducibility.

【0047】また、このダブルヘテロ構造のHEMT5
0において、チャネル層45の上側の電子供給層47を
削除したいわゆる逆HEMT構造にも本発明は適用でき
る。
The HEMT5 having this double hetero structure
0, the present invention can be applied to a so-called reverse HEMT structure in which the electron supply layer 47 above the channel layer 45 is deleted.

【0048】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、
本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能であ
る。
Although the respective embodiments of the present invention have been described above, of course, the present invention is not limited to these.
Various modifications are possible based on the technical idea of the present invention.

【0049】上記第3、第4の実施の形態のようなGaAs
系のHEMTに限らず、InP系のHEMTにも本発明
は適用できる。この場合には、 GaAs基板30、40→InP基板 バッファ層31、41→ノンドープInAlAs チャネル層32、45→ノンドープInGaAs スペーサ層33、44、46→ノンドープInAlAs 電子供給層34、43、47→n型InAlAs バリア層35、48、バッファ層42→ノンドープInAl
As に置き換わる。
GaAs as in the third and fourth embodiments
The present invention is applicable not only to the HEMT of the system but also to the HEP of the InP system. In this case, the GaAs substrates 30, 40 → InP substrate buffer layers 31, 41 → non-doped InAlAs channel layers 32,45 → non-doped InGaAs spacer layers 33,44,46 → non-doped InAlAs electron supply layers 34,43,47 → n-type InAlAs barrier layers 35, 48, buffer layer 42 → non-doped InAl
Replaced by As.

【0050】また、HEMT構造にも、第2の実施の形
態で示したようなエッチングストッパ層を設けてもよ
い。例えば、第3の実施の形態ではバリア層35中に、
第4の実施の形態ではバリア層48中に入れる。
Further, the HEMT structure may be provided with the etching stopper layer as shown in the second embodiment. For example, in the third embodiment, in the barrier layer 35,
In the fourth embodiment, it is placed in the barrier layer 48.

【0051】また、上記各実施の形態において、チャネ
ル層がホールを多数キャリアとするp型であるなら、段
差部側壁にはn型の拡散領域を形成するようにする。
In each of the above embodiments, if the channel layer is p-type with holes as majority carriers, an n-type diffusion region is formed on the side wall of the step portion.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明の請求項1、3によれば、短いゲ
ート長を制御性よく実現でき、接合型FETの各種特性
(相互コンダクタンス、ゲイン、雑音指数、遮断周波
数、高周波利得など)が向上する。
According to the first and third aspects of the present invention, a short gate length can be realized with good controllability, and various characteristics (junction conductance, gain, noise figure, cutoff frequency, high frequency gain, etc.) of the junction FET can be obtained. improves.

【0053】また、本発明の請求項5によれば、所望の
位置にエッチングストッパ層を設けることで、ゲート直
下の膜厚を所望の厚さに制御して、ゲートしきい電圧を
所望の値に制御できる。
According to the fifth aspect of the present invention, by providing the etching stopper layer at a desired position, the film thickness immediately below the gate is controlled to a desired thickness, and the gate threshold voltage is set to a desired value. Can be controlled.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による半導体装置の
製造工程図(その1)である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram (1) of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に続く製造工程図(その2)である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram (2) following FIG.

【図3】図2に続く製造工程図(その3)である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram (3) following FIG. 2;

【図4】第1の実施の形態による半導体装置の模式平面
図である。
FIG. 4 is a schematic plan view of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図5】図3Iにおける要部拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a main part in FIG. 3I.

【図6】本発明の第2の実施の形態による、図1Aに対
応する図である。
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 1A, according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態による、図1Aに対
応する図である。
FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 1A, according to a third embodiment of the present invention.

【図8】第3の実施の形態による半導体装置の断面図で
ある。
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment.

【図9】本発明の第4の実施の形態による、図1Aに対
応する図である。
FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 1A, according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】第4の実施の形態による半導体装置の断面図
である。
FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment.

【図11】従来例2による、ゲート形成方法の工程図で
ある。
FIG. 11 is a process diagram of a gate forming method according to Conventional Example 2.

【図12】従来例3による、ゲート形成方法の工程図で
ある。
FIG. 12 is a process diagram of a gate forming method according to Conventional Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10……接合型FET、11……半絶縁性基板、12…
…バッファ層、13……チャネル層、14……ゲート形
成層(バリア層)、15……段差部、15a……側壁、
17、17a、17b……拡散領域、20……ゲート電
極、21……ソース電極、22……ドレイン電極、25
……エッチングストッパ層、30……半絶縁性基板、3
1……バッファ層、32……チャネル層、34……電子
供給層、35……ゲート形成層(バリア層)、35a…
…段差部、36……拡散領域、37……HEMT、40
……半絶縁性基板、41……バッファ層、42……バッ
ファ層、43……電子供給層、45……チャネル層、4
7……電子供給層、48……ゲート形成層(バリア
層)、48a……段差部、49……拡散領域、50……
ダブルヘテロHEMT。
10 ... Junction type FET, 11 ... Semi-insulating substrate, 12 ...
... buffer layer, 13 ... channel layer, 14 ... gate formation layer (barrier layer), 15 ... step portion, 15a ... side wall,
17, 17a, 17b ... Diffusion region, 20 ... Gate electrode, 21 ... Source electrode, 22 ... Drain electrode, 25
...... Etching stopper layer, 30 …… Semi-insulating substrate, 3
1 ... Buffer layer, 32 ... Channel layer, 34 ... Electron supply layer, 35 ... Gate formation layer (barrier layer), 35a ...
... step portion, 36 ... diffusion area, 37 ... HEMT, 40
...... Semi-insulating substrate, 41 …… Buffer layer, 42 …… Buffer layer, 43 …… Electron supply layer, 45 …… Channel layer, 4
7 ... Electron supply layer, 48 ... Gate formation layer (barrier layer), 48a ... Step portion, 49 ... Diffusion region, 50 ...
Double hetero HEMT.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソース電極とドレイン電極間を結ぶチャ
ネル層と、ゲート電極との間にpn接合を介在させた半
導体装置において、 前記チャネル層上に、又は少なくとも1層の半導体層を
介在させて、段差部を有するゲート形成層が形成され、 前記段差部は前記ソース電極と前記ドレイン電極との間
に位置し、前記段差部の側壁に前記チャネル層と逆導電
型の拡散領域が形成され、 前記拡散領域に前記ゲート電極が接続されていることを
特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device in which a pn junction is interposed between a gate electrode and a channel layer connecting a source electrode and a drain electrode, wherein at least one semiconductor layer is interposed on the channel layer. A gate forming layer having a step portion is formed, the step portion is located between the source electrode and the drain electrode, and a diffusion region having a conductivity type opposite to that of the channel layer is formed on a sidewall of the step portion. A semiconductor device, wherein the gate electrode is connected to the diffusion region.
【請求項2】 前記チャネル層はn型であり、 前記ゲート形成層はIII−V族化合物半導体でなり、 前記拡散領域は前記III−V族化合物半導体にZnが拡散
されたp型であることを特徴とする請求項1に記載の半
導体装置。
2. The channel layer is n-type, the gate formation layer is made of III-V group compound semiconductor, and the diffusion region is p-type in which Zn is diffused in the III-V group compound semiconductor. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 チャネル層上に、又は少なくとも1層の
半導体層を介在させてゲート形成層を形成する工程と、 前記ゲート形成層を選択的にエッチングして段差部を形
成する工程と、 前記段差部の側壁に不純物を拡散させて、前記チャネル
層と逆導電型の拡散領域を形成する工程と、 前記拡散領域にゲート電極を接続する工程と、 前記チャネル層とオーミックコンタクトをとるソース電
極とドレイン電極を、前記ゲート電極を挟むように配置
して形成する工程を有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
3. A step of forming a gate formation layer on a channel layer or with at least one semiconductor layer interposed, a step of selectively etching the gate formation layer to form a step portion, A step of diffusing impurities on the side wall of the step portion to form a diffusion region having a conductivity type opposite to that of the channel layer; a step of connecting a gate electrode to the diffusion region; and a source electrode having ohmic contact with the channel layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a drain electrode so as to sandwich the gate electrode.
【請求項4】 前記チャネル層はn型であり、 前記ゲート形成層はIII−V族化合物半導体でなり、 前記拡散領域は前記III−V族化合物半導体にZnが拡散
されたp型であることを特徴とする請求項3に記載の半
導体装置の製造方法。
4. The channel layer is n-type, the gate formation layer is made of III-V group compound semiconductor, and the diffusion region is p-type in which Zn is diffused in the III-V group compound semiconductor. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein
【請求項5】 前記チャネル層と前記ゲート形成層との
間、前記チャネル層中、前記ゲート形成層中、前記半導
体層中の何れかに、接する層との間にエッチング選択性
を有するエッチングストッパ層を形成する工程を有し、 前記エッチングの際に前記エッチングストッパ層の下層
のオーバーエッチングを防止するようにしたことを特徴
とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
5. An etching stopper having etching selectivity between a layer in contact with the channel layer and the gate formation layer, in the channel layer, in the gate formation layer, or in the semiconductor layer. 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, further comprising a step of forming a layer, wherein during the etching, overetching of a lower layer of the etching stopper layer is prevented.
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