JP2008103459A - Field effect transistor and its manufacturing method - Google Patents

Field effect transistor and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2008103459A
JP2008103459A JP2006283487A JP2006283487A JP2008103459A JP 2008103459 A JP2008103459 A JP 2008103459A JP 2006283487 A JP2006283487 A JP 2006283487A JP 2006283487 A JP2006283487 A JP 2006283487A JP 2008103459 A JP2008103459 A JP 2008103459A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
layer
gate
opening
field effect
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.)
Pending
Application number
JP2006283487A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Saka
直樹 坂
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2006283487A priority Critical patent/JP2008103459A/en
Publication of JP2008103459A publication Critical patent/JP2008103459A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a field effect transistor for reducing distance between a gate electrode and a trench to zero not depending on alignment accuracy and moreover for making narrower an aperture width of the trench not depending on aperture capability of a stepper. <P>SOLUTION: After an insulating film 18A and a resist layer R1 having an aperture H1 having an opening diameter L1 are formed (S1, S2) on a diffusing layer 17, an aperture is formed to the insulating film 18A using a resist layer R1 as a mask (S3). After the resist layer R1 is removed, a gate region 20A is formed to an exposed part of a diffusing layer 17 using the insulating film 18A as a mask (S4). After a resist layer R2 having an aperture H2 having an opening diameter L2 is formed (S5), a gate electrode 21 is formed to a part of the aperture H2 with the lift-off method (S6). A pair of trenches 19 are formed to both sides of the gate electrode 21 using the gate electrode 21 and insulating film 18A as masks (S7). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゲートドレイン間およびゲートソース間のそれぞれにトレンチを有する電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor having a trench between a gate drain and between a gate source and a method for manufacturing the same.

携帯電話のRFフロントエンド部に使用されているスイッチICは、一般的に図25(A)に示したように、入力ポートPと出力ポートPとの間に直列挿入されたFET(Field effect transistor:電界効果トランジスタ)と、Pとグラウンドとの間に直列挿入されたFETとで主に構成されており、PとPとの間がオンの場合、その等価回路は、図25(B)に示したようなCR回路となっている。 As shown in FIG. 25A, the switch IC used in the RF front end portion of a cellular phone is generally an FET 1 (series-inserted between an input port P 1 and an output port P 2 ). Field effect transistor), and FET 2 inserted in series between P 1 and ground, and when P 1 and P 2 are on, the equivalent circuit is The CR circuit as shown in FIG.

このスイッチICに必要とされる特性の一つに挿入損失特性がある。スイッチICの挿入損失は、DC的な抵抗損とAC的な容量損との和で表される。そのため、スイッチICにとって、DC的な抵抗損を抑えるためにFETのオン抵抗R3を低減することが重要であり、AC的な容量損を抑えるためにFETのオフ容量C1を低減することが重要であると言える。 One of the characteristics required for this switch IC is an insertion loss characteristic. The insertion loss of the switch IC is represented by the sum of DC resistance loss and AC capacitance loss. Therefore, it is important for the switch IC to reduce the on-resistance R3 of the FET 1 in order to suppress DC resistance loss, and to reduce the off-capacitance C1 of the FET 2 in order to suppress AC capacitance loss. It can be said that it is important.

また、第2世代から第3世代携帯電話にシステムが移り変わることによって、挿入損失特性だけでなく、歪み特性も重要になってきた。今後の携帯電話のフロントエンド部は、例えば、図26に示したように第2世代のGSMシステム(SGSM)と、第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)が混在する、マルチモード且つマルチバンドシステムになるか、あるいは、図示しないが第3世代のW−CDMAシステム(SW−CDMA)のみのマルチバンドシステムになると考えられる。 In addition, not only the insertion loss characteristic but also the distortion characteristic has become important as the system is changed from the second generation to the third generation mobile phone. For example, as shown in FIG. 26, the front-end unit of a future mobile phone is a multi - function system in which a second generation GSM system (S GSM ) and a third generation W-CDMA system (S W-CDMA ) are mixed. It may be a mode and multi-band system, or a multi-band system of only a third generation W-CDMA system (S W-CDMA ) (not shown).

第3世代携帯で採用されているSW−CDMAのように、デュプレクサDPXによって送受信信号を選別するシステムでは、スイッチSWとして非線形性を有するものを使うと、大気中に存在する妨害波と送信波とがミキシングされて、相互変調歪み(IMD)が発生し、受信経路Rx1内に侵入するという問題が生じる。例えば、送信波(fTX1)が1.95GHz、受信波(fRX1)が2.14GHzとする。デュプレクサDPXはこの2つの周波数の信号しか通さないものとする。ここでアンテナANTから190MHzの妨害波(fblock)が入ってきたとする。スイッチSWの非線形性によって周波数のミキシングが起こり、fIMD=fTX1+fblock=1.95GHz+190MHz=2.14GHzの2次IMD信号が発生する。この2次IMD信号の周波数は、受信波(fRX1)と同じ周波数なので、2次IMD信号がデュプレクサDPXを通過し、受信経路Rx1内にノイズとして侵入してしまう。また、スイッチSWの非線形性によって高調波が発生するが、この高調波歪みの問題は第2世代携帯電話システムの問題の一つとして挙がっている。 In a system for selecting transmission / reception signals by duplexer DPX, such as SW -CDMA adopted in third-generation mobile phones, if a switch SW 1 having non-linearity is used, interference waves existing in the atmosphere and transmission are transmitted. The wave is mixed and intermodulation distortion (IMD) is generated, which causes a problem of entering the reception path R x1 . For example, the transmission wave (f TX1 ) is 1.95 GHz and the reception wave (f RX1 ) is 2.14 GHz. It is assumed that the duplexer DPX passes only signals of these two frequencies. Here, it is assumed that an interference wave (f block ) of 190 MHz enters from the antenna ANT. The non-linearity of the switch SW 1 causes frequency mixing, and a secondary IMD signal of f IMD = f TX1 + f block = 1.95 GHz + 190 MHz = 2.14 GHz is generated. Since the frequency of the secondary IMD signal is the same as that of the received wave (f RX1 ), the secondary IMD signal passes through the duplexer DPX and enters the reception path R x1 as noise. Although harmonics generated by the nonlinear properties of the switch SW 1, a problem of the harmonic distortion is raised as one of the problems second generation mobile phone system.

これらの歪み問題を解決するためには、FETのオフ容量Cの非線形性を抑制することが有効であると考えられる。これを裏付ける例として、図27(A),(B)に示したシミュレーション結果から推測できる。なお、図27(A),(B)は、キャパシタに周波数の異なる2つの波(fTX1,fblock)を同時に入力したときの反射波のスペクトルであり、図27(A)は容量が電圧に依存しない線形のキャパシタの結果であり、図27(B)は容量が電圧に依存する非線形のキャパシタの結果である。 In order to solve these distortion problems, it is considered effective to suppress the non-linearity of the off capacitance C 1 of the FET 2 . As an example to support this, it can be estimated from the simulation results shown in FIGS. 27 (A) and 27 (B). FIGS. 27A and 27B are spectra of reflected waves when two waves (f TX1 and f block ) having different frequencies are input to the capacitor at the same time. FIG. FIG. 27B shows the result of a non-linear capacitor whose capacitance depends on the voltage.

図27(A),(B)から、線形のキャパシタに周波数の異なる2つの波を入れても入力した波と同じ周波数の反射波しか出てこないが、容量が電圧に依存する、例えば容量が電圧に比例する非線形の容量)にキャパシタに周波数の異なる2つの波を入れると、IMDや高調波歪みが発生することがわかる。このことから、FETのオフ容量Cの非線形性がIMDや高調波を発生させる要因の一つであると言える。 27A and 27B, even if two waves having different frequencies are put into a linear capacitor, only a reflected wave having the same frequency as the input wave is output, but the capacitance depends on the voltage, for example, the capacitance is It can be seen that IMD and harmonic distortion occur when two waves with different frequencies are put into the capacitor (nonlinear capacitance proportional to the voltage). From this, it can be said that the non-linearity of the off-capacitance C 1 of the FET 2 is one of the factors that generate IMD and harmonics.

従って、挿入損失が少なく、IMDや高調波歪みの少ない高性能なスイッチICを提供するためには、以下の3点が重要である。
(1)FET1のオン抵抗R3の低減
(2)FET2のオフ容量C1の低減
(3)FET2のオフ容量C1の非線形性の低減
Therefore, the following three points are important in order to provide a high-performance switch IC with low insertion loss and low IMD and harmonic distortion.
(1) Reduction of on-resistance R3 of FET1 (2) Reduction of off-capacitance C1 of FET2 (3) Reduction of non-linearity of off-capacitance C1 of FET2

ところで、無線通信機器向けのスイッチICの1つとして、pHEMT(高電子移動度トランジスタ、pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)プロセスを採用したpn接合ゲート型FETがある。このpn接合ゲート型FETには、ゲートソース間の寄生容量Cgs、ゲートドレイン間の寄生容量Cgd、ドレインソース間の寄生容量Cdsが存在し、このFETのオフ容量(Coff)は、図28から、数(1)のように表現できる。

Figure 2008103459
By the way, as one of switch ICs for wireless communication devices, there is a pn junction gate type FET adopting a pHEMT (pseudomorphic high electron mobility transistor) process. This pn junction gate type FET has a parasitic capacitance C gs between the gate and source, a parasitic capacitance C gd between the gate and drain, and a parasitic capacitance C ds between the drain and source. The off capacitance (C off ) of this FET is From FIG. 28, it can be expressed as number (1).
Figure 2008103459

数(1)から、Coffを低減するためには、寄生容量Cgs、CgdおよびCdsを低減する必要があることが分かる。また、Coffの非線形性を抑制するためには、寄生容量Cgs、CgdおよびCdsの非線形性を抑制することが重要であるこということも分かる。 From equation (1), it can be seen that the parasitic capacitances C gs , C gd and C ds need to be reduced in order to reduce C off . It can also be seen that it is important to suppress the non-linearity of the parasitic capacitances C gs , C gd and C ds in order to suppress the non-linearity of C off .

なお、pn接合ゲート型FETは、例えば特許文献1に開示されている。
特許第3675078号
A pn junction gate type FET is disclosed in, for example, Patent Document 1.
Japanese Patent No. 3675078

これまでに、pn接合ゲート型FETにおいて、オン抵抗の上昇を極力抑えつつ、寄生容量Cgdを低減する方法が報告されている。これは、ゲートドレイン間にトレンチを設けるというものである。 So far, there has been reported a method of reducing the parasitic capacitance C gd while suppressing an increase in on-resistance as much as possible in a pn junction gate type FET. This is to provide a trench between the gate and drain.

具体的には、基板1010上に、バッファ層1011、下部ドーピング層1012、下部スペーサ層1013、チャネル層1014、上部スペーサ層1015、上部ドーピング層1016、拡散層1017をこの順にエピタキシャルに積層したのち、その上に絶縁膜1018Aを積層する(図29(A))。次に、絶縁膜1018A上に後述のトレンチ1019に対応する部分に開口を有するレジスト層R1をリソグラフィ工程により形成する(図29(B))。そして、そのレジスト層R1をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法により例えばCFにHまたはOを添加した混合ガスを用いて、絶縁膜1018Aのトレンチ1019に対応する部分をエッチングしたのち、RIE法またはウエットエッチング法により拡散層1017のトレンチ1019に対応する部分をエッチングし、トレンチ1019を形成する(図30(A))。 Specifically, after the buffer layer 1011, the lower doping layer 1012, the lower spacer layer 1013, the channel layer 1014, the upper spacer layer 1015, the upper doping layer 1016, and the diffusion layer 1017 are epitaxially stacked in this order on the substrate 1010, An insulating film 1018A is stacked thereover (FIG. 29A). Next, a resist layer R1 having an opening in a portion corresponding to a trench 1019 described later is formed over the insulating film 1018A by a lithography process (FIG. 29B). Then, using the resist layer R1 as a mask, a portion corresponding to the trench 1019 of the insulating film 1018A is etched by a reactive ion etching (RIE) method using, for example, a mixed gas obtained by adding H 2 or O 2 to CF 4 . After that, a portion corresponding to the trench 1019 of the diffusion layer 1017 is etched by the RIE method or the wet etching method to form the trench 1019 (FIG. 30A).

次に、レジスト層R1を除去したのち、トレンチ1019を含む表面全体に絶縁膜1018Bを形成する(図30(B))。続いて、絶縁膜1018B上に後述のゲート領域1020に対応する部分に開口を有するレジスト層R2をリソグラフィ工程により形成する(図31(A))。そして、そのレジスト層R2をマスクとして、RIE法により絶縁膜1018A,1018Bのゲート領域1020に対応する部分をエッチングし、開口部1018Dを形成する(図31(B))。これにより、開口部1018Dの底部に拡散層1017が露出する。   Next, after removing the resist layer R1, an insulating film 1018B is formed over the entire surface including the trench 1019 (FIG. 30B). Subsequently, a resist layer R2 having an opening in a portion corresponding to a gate region 1020 described later is formed over the insulating film 1018B by a lithography process (FIG. 31A). Then, using the resist layer R2 as a mask, portions of the insulating films 1018A and 1018B corresponding to the gate regions 1020 are etched by RIE to form openings 1018D (FIG. 31B). As a result, the diffusion layer 1017 is exposed at the bottom of the opening 1018D.

次に、レジスト層R2を除去したのち、基板1010を拡散炉(図示せず)内に入れ、ジエチルジンク(DEZ)と砒素(As)を含む雰囲気中で600℃前後の温度に加熱することによりp型不純物であるZnを開口部1018Dを通じて拡散層1017中に拡散させて、p型のゲート領域1020を形成する(図32(A))。続いて、開口部1018Dを通じてゲート領域1020上にTi/Pt/Au膜からなるゲート電極1021を形成する(図32(B))。   Next, after removing the resist layer R2, the substrate 1010 is placed in a diffusion furnace (not shown) and heated to a temperature of around 600 ° C. in an atmosphere containing diethyl zinc (DEZ) and arsenic (As). Zn which is a p-type impurity is diffused into the diffusion layer 1017 through the opening 1018D to form a p-type gate region 1020 (FIG. 32A). Subsequently, a gate electrode 1021 made of a Ti / Pt / Au film is formed over the gate region 1020 through the opening 1018D (FIG. 32B).

次に、ゲート電極1021を含む表面全体に絶縁膜1018Cを形成し、絶縁膜1018A,1018Bと共に絶縁層1018を形成する(図33(A))。その後、絶縁層1018の所定部分をエッチングして、開口部(図示せず)を2つ形成し、これらの開口部を通じて拡散層1017上にAuGe/Ni/Au膜からなるソース電極1022およびドレイン電極1023を形成する(図33(B))。続いて、アロイすることにより、ソース電極1022およびドレイン電極1023とチャネル層1014とを互いに電気的に接続する反応領域1024を形成する。このようにして、従来のpn接合ゲート型FETは製造される。   Next, an insulating film 1018C is formed over the entire surface including the gate electrode 1021, and the insulating layer 1018 is formed together with the insulating films 1018A and 1018B (FIG. 33A). Thereafter, a predetermined portion of the insulating layer 1018 is etched to form two openings (not shown), and the source electrode 1022 and the drain electrode made of AuGe / Ni / Au film are formed on the diffusion layer 1017 through these openings. 1023 is formed (FIG. 33B). Subsequently, a reaction region 1024 that electrically connects the source electrode 1022 and the drain electrode 1023 and the channel layer 1014 to each other is formed by alloying. In this way, the conventional pn junction gate type FET is manufactured.

このように、pn接合ゲート型FETにおいて、ゲートドレイン間にトレンチ1019を設けることにより、抵抗が上昇するのはトレンチ1019直下の部分だけであり、オン抵抗の上昇を極力抑えることができる。また、図34に示したように、ゲートドレイン間にトレンチ1019を設けることにより、寄生容量Cgdを低減することができ、さらに、寄生容量Cgdの電圧依存性が少なく、寄生容量Cgdがほぼ一定の電圧範囲(図中で丸で囲んだ範囲)が存在している。従って、この範囲では、寄生容量Cgdの非線形性が抑制されていることがわかる。 Thus, in the pn junction gate type FET, by providing the trench 1019 between the gate and the drain, the resistance rises only in the portion immediately below the trench 1019, and the rise of the on-resistance can be suppressed as much as possible. Further, as shown in FIG. 34, by providing the trench 1019 in between the gate and the drain, it is possible to reduce the parasitic capacitance C gd, further less voltage dependence of the parasitic capacitance C gd, parasitic capacitance C gd is There is an almost constant voltage range (the circled range in the figure). Therefore, it can be seen that in this range, the nonlinearity of the parasitic capacitance C gd is suppressed.

これらのことから、挿入損失が少なく、IMDや高調波歪みも少ない高性能なスイッチICを提供するためには、トレンチを設けることが好ましいと言える。ここで、トレンチを設けるにあたって、鍵となるポイントは以下の2点である。
(1)ゲート電極1021とトレンチ1019との間の距離Laが短いこと
(2)トレンチ1019の開口幅Lbが狭いこと
From these facts, it can be said that it is preferable to provide a trench in order to provide a high-performance switch IC with low insertion loss and low IMD and harmonic distortion. Here, the following two points are key when providing the trench.
(1) The distance La between the gate electrode 1021 and the trench 1019 is short. (2) The opening width Lb of the trench 1019 is narrow.

距離Laの最短距離は理論的にはゼロであるが、距離Laをゼロにするためには、トレンチ1019をゲート電極1021に接して設けることが必要となる。しかし、上記したように、トレンチ1019を形成するために用いるレジスト層R1と、ゲート電極1021を形成するために用いるレジスト層R2とは共通化することができず、別個に形成することが必要となるので、位置合わせの精度の関係で、現在の量産技術では距離Laを0.2μm程度にまでしか縮めることができない。また、トレンチ1019の開口幅Lbは、ステッパーの開口能力に依存し、i線ステッパーでは0.4μm程度にまでしか狭めることができない。従って、上記の作り方では、理想的なトレンチ構造を有するpn接合ゲート型FETを量産することが容易ではないという問題がある。   Although the shortest distance La is theoretically zero, in order to make the distance La zero, it is necessary to provide the trench 1019 in contact with the gate electrode 1021. However, as described above, the resist layer R1 used to form the trench 1019 and the resist layer R2 used to form the gate electrode 1021 cannot be shared, and need to be formed separately. Therefore, the distance La can be reduced only to about 0.2 μm by the current mass production technology because of the alignment accuracy. Further, the opening width Lb of the trench 1019 depends on the opening capability of the stepper, and can only be reduced to about 0.4 μm in the i-line stepper. Therefore, the above-described manufacturing method has a problem that it is not easy to mass-produce pn junction gate type FETs having an ideal trench structure.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、位置合わせの精度に依存しないでゲート電極とトレンチとの間の距離をゼロにすることができ、さらにステッパーの開口能力に依存しないでトレンチの開口幅を狭くすることの可能な電界効果トランジスタの製造方法を提供することにある。また、第2の目的は、挿入損失が少なく、IMDや高調波歪みも少ない電界効果トランジスタを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and a first object of the present invention is to make the distance between the gate electrode and the trench zero without depending on the alignment accuracy. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a field effect transistor capable of narrowing the opening width of a trench without depending on the opening capability. A second object is to provide a field effect transistor with low insertion loss and low IMD and harmonic distortion.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、以下の(A)〜(E)の各工程を含むものである。
(A)半導体層上に絶縁膜を形成する工程
(B)絶縁膜上に所定の大きさの第1開口部を有する第1マスクを形成したのち、絶縁膜のうち第1開口部内の露出部分を除去して半導体層を露出させる工程
(C)第1マスクを除去したのち、第1開口部よりも小さな第2開口部を半導体層の露出部分に対応して有する第2マスクを形成する工程
(D)第2開口部の部位にゲート電極を形成すると共に第2マスクを除去する工程
(E)絶縁膜およびゲート電極をマスクとして半導体層をエッチングして、半導体層のうちゲート電極直下の部分に接するトレンチをゲート電極直下の部分の両側に形成する工程
The manufacturing method of the field effect transistor of the present invention includes the following steps (A) to (E).
(A) Step of forming an insulating film on the semiconductor layer (B) After forming a first mask having a first opening of a predetermined size on the insulating film, an exposed portion in the first opening of the insulating film (C) forming a second mask having a second opening smaller than the first opening corresponding to the exposed portion of the semiconductor layer after removing the first mask (D) A step of forming a gate electrode at a portion of the second opening and removing the second mask (E) A portion of the semiconductor layer directly under the gate electrode is etched by etching the semiconductor layer using the insulating film and the gate electrode as a mask. Forming trenches on both sides of the portion directly under the gate electrode

本発明の電界効果トランジスタの製造方法では、絶縁膜およびゲート電極をマスクとして半導体層をエッチングして一対のトレンチが形成される。   In the field effect transistor manufacturing method of the present invention, a pair of trenches is formed by etching a semiconductor layer using an insulating film and a gate electrode as a mask.

本発明の電界効果トランジスタは、半導体層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極がこの順に配列されて構成されたものである。このトランジスタは、半導体層のうち、ゲート電極とソース電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間に一対のトレンチを有しており、これらのトレンチが半導体層のうちゲート電極直下の部分に接している。   The field effect transistor of the present invention is configured by arranging a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode in this order on a semiconductor layer. This transistor has a pair of trenches between a gate electrode and a source electrode and between a gate electrode and a drain electrode in a semiconductor layer, and these trenches are located in a portion of the semiconductor layer immediately below the gate electrode. Touching.

本発明の電界効果トランジスタでは、ゲート電極とソース電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間に形成された一対のトレンチがゲート電極直下の部分に接している。   In the field effect transistor of the present invention, a pair of trenches formed between the gate electrode and the source electrode and between the gate electrode and the drain electrode are in contact with a portion immediately below the gate electrode.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法によれば、絶縁膜およびゲート電極をマスクとして半導体層をエッチングして一対のトレンチを形成するようにしたので、ゲート電極と、一対のトレンチとの位置合わせをせずに、ゲート電極直下の部分に接して一対のトレンチを形成することができる。また、トレンチを形成する際に、絶縁膜およびゲート電極をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチの開口幅、ひいてはトレンチの内壁間の幅を狭くすることもできる。   According to the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention, the semiconductor layer is etched using the insulating film and the gate electrode as a mask to form the pair of trenches. Therefore, the alignment between the gate electrode and the pair of trenches is performed. Without this, a pair of trenches can be formed in contact with the portion directly under the gate electrode. Further, since the insulating film and the gate electrode are used as a mask when forming the trench, the opening width of the trench and thus the width between the inner walls of the trench can be reduced without depending on the opening ability of the stepper.

本発明の電界効果トランジスタによれば、ソース電極およびドレイン電極と、ゲート電極との間に形成された一対のトレンチをゲート電極直下の部分に接して設けるようにしたので、ソース電極またはドレイン電極からの入力信号に対して挿入損失を少なくすることができ、さらにIMDや高調波歪みも少なくすることができる。特に、一対のトレンチを上記の製造方法を用いて形成した場合には、位置合わせの精度に依存しないで一対のトレンチをゲート電極直下の部分に精確に接して設けることができ、さらに、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチの開口幅を狭くすることができ、これにより、挿入損失、IMDおよび高調波歪みを大幅に少なくすることができる。   According to the field effect transistor of the present invention, the pair of trenches formed between the source electrode and the drain electrode and the gate electrode are provided in contact with the portion immediately below the gate electrode. Insertion loss can be reduced, and IMD and harmonic distortion can also be reduced. In particular, when the pair of trenches is formed using the above manufacturing method, the pair of trenches can be provided in exact contact with the portion directly under the gate electrode without depending on the alignment accuracy. The trench opening width can be reduced without depending on the opening capability, which can greatly reduce insertion loss, IMD, and harmonic distortion.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタ1の断面構成を表すものである。この電界効果トランジスタ1は、pHEMTプロセスを採用したpn接合ゲート型FETであり、基板10の一面側に、バッファ層11、下部ドーピング層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部ドーピング層16、拡散層17をこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a field effect transistor 1 according to a first embodiment of the present invention. This field effect transistor 1 is a pn junction gate type FET adopting a pHEMT process, and a buffer layer 11, a lower doping layer 12, a lower spacer layer 13, a channel layer 14, an upper spacer layer 15, The upper doping layer 16 and the diffusion layer 17 are epitaxially stacked in this order.

基板10は、半絶縁性基板、例えばGaAs基板である。バッファ層11は、結晶成長性を良くするために基板10の表面に形成されたものであり、例えば、AlGaAsとGaAsとを交互に繰り返し積層して構成されており、この周期構造の最上層にはGaAsが形成されている。下部ドーピング層12は例えばn型AlGaAsからなり、下部スペーサ層13は例えばアンドープAlGaAsからなり、チャネル層14は例えばアンドープInGaAsからなり、上部スペーサ層15は例えばアンドープAlGaAsからなり、上部ドーピング層16は例えばn型AlGaAsからなり、拡散層17は例えばAlGaAsからなる。   The substrate 10 is a semi-insulating substrate, for example, a GaAs substrate. The buffer layer 11 is formed on the surface of the substrate 10 in order to improve crystal growth. For example, the buffer layer 11 is formed by alternately and repeatedly laminating AlGaAs and GaAs. The buffer layer 11 is formed on the uppermost layer of this periodic structure. GaAs is formed. The lower doped layer 12 is made of, for example, n-type AlGaAs, the lower spacer layer 13 is made of, for example, undoped AlGaAs, the channel layer 14 is made of, for example, undoped InGaAs, the upper spacer layer 15 is made of, for example, undoped AlGaAs, and the upper doped layer 16 is made of, for example, The diffusion layer 17 is made of, for example, AlGaAs.

この電界効果トランジスタ1には、ゲート電極21、ソース電極22およびドレイン電極23が拡散層17上に設けられている。ソース電極22およびドレイン電極23は所定の間隔を空けてゲート電極21の両側に設けられている。また、上部スペーサ層15、上部ドーピング層16および拡散層17のうちソース電極22およびドレイン電極23と対向する領域に、反応領域24が形成されており、ソース電極22およびドレイン電極23は反応領域24を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。   In this field effect transistor 1, a gate electrode 21, a source electrode 22 and a drain electrode 23 are provided on the diffusion layer 17. The source electrode 22 and the drain electrode 23 are provided on both sides of the gate electrode 21 with a predetermined interval. A reaction region 24 is formed in a region of the upper spacer layer 15, the upper doping layer 16, and the diffusion layer 17 that faces the source electrode 22 and the drain electrode 23. A contact with the channel layer 14 can be made through the.

ここで、ゲート電極21はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極22およびドレイン電極23はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。反応領域24は後述するように拡散層17上にソース電極22およびドレイン電極23を形成したのちアロイを行うことにより形成されたものである。   Here, the gate electrode 21 is configured by stacking Ti, Pt, and Au in this order, and the source electrode 22 and the drain electrode 23 are configured by stacking AuGe, Ni, and Au in this order. As will be described later, the reaction region 24 is formed by forming the source electrode 22 and the drain electrode 23 on the diffusion layer 17 and then performing alloying.

この電界効果トランジスタ1にはさらに、拡散層17のうちゲート電極21直下の部分にゲート領域20が形成されており、ゲート領域20の上部がゲート電極21の下部と接している。このゲート領域20は例えばp型AlGaAsからなり、後述するように拡散層17の表面にp型不純物(例えばZn)を導入して形成されたものである。ゲート領域20の幅(ゲート長)Lgはゲート電極21の幅L3と等しくてもよいが、それよりも狭くなっていることが好ましい。なお、図1には、ゲート長Lgがゲート電極21の幅L3よりも狭くなっているケースが例示されている。   In the field effect transistor 1, a gate region 20 is formed in a portion of the diffusion layer 17 immediately below the gate electrode 21, and the upper portion of the gate region 20 is in contact with the lower portion of the gate electrode 21. The gate region 20 is made of, for example, p-type AlGaAs, and is formed by introducing a p-type impurity (for example, Zn) into the surface of the diffusion layer 17 as will be described later. The width (gate length) Lg of the gate region 20 may be equal to the width L3 of the gate electrode 21, but is preferably narrower than that. 1 illustrates a case where the gate length Lg is narrower than the width L3 of the gate electrode 21.

また、このゲート領域20の両側(具体的にはゲート領域20とソース電極22との間、およびゲート領域20とドレイン電極23との間)には一対のトレンチ19が形成されている。このトレンチ19はゲート電極21直下の部分であるゲート領域20に接して形成されている。つまり、ゲート電極21とトレンチ19との間の距離Laがゼロとなっている。このトレンチ19の開口幅Lbはゲート電極21の幅L3よりも広くてもよいが、ゲート電極21の幅L3と等しいことが好ましく、それよりも狭いことがより好ましい。また、トレンチ19の深さはゲート領域20の深さよりも浅くてもよいが、ゲート領域20の深さと等しいことが好ましく、それよりも深いことがより好ましい。なお、図1には、トレンチ19の深さがゲート領域20の深さよりも深くなっているケースが例示されている。   A pair of trenches 19 are formed on both sides of the gate region 20 (specifically, between the gate region 20 and the source electrode 22 and between the gate region 20 and the drain electrode 23). The trench 19 is formed in contact with the gate region 20 that is a portion immediately below the gate electrode 21. That is, the distance La between the gate electrode 21 and the trench 19 is zero. The opening width Lb of the trench 19 may be wider than the width L3 of the gate electrode 21, but is preferably equal to the width L3 of the gate electrode 21 and more preferably narrower than that. The depth of the trench 19 may be shallower than the depth of the gate region 20, but is preferably equal to the depth of the gate region 20, and more preferably deeper than that. FIG. 1 illustrates a case where the depth of the trench 19 is deeper than the depth of the gate region 20.

また、基板20とは反対側の表面全体に絶縁層18が形成されている。この絶縁層18は一対のトレンチ19の内部空間にまで及んでおり、トレンチ19の内部空間が絶縁層18を構成する絶縁性材料で充填されている。また、ゲート領域20およびゲート電極21についてはその全体が絶縁層18中に埋め込まれている。ソース電極22およびドレイン電極23についてはこれらの側面が絶縁層18で覆われている。ここで、絶縁層18は誘電率の低い材料で構成されており、窒化シリコンよりも誘電率の低い材料で構成されていることが好ましい。その場合には、寄生容量を大幅に低減することができる。   An insulating layer 18 is formed on the entire surface opposite to the substrate 20. The insulating layer 18 extends to the internal space of the pair of trenches 19, and the internal space of the trench 19 is filled with an insulating material constituting the insulating layer 18. The gate region 20 and the gate electrode 21 are entirely embedded in the insulating layer 18. The side surfaces of the source electrode 22 and the drain electrode 23 are covered with the insulating layer 18. Here, the insulating layer 18 is made of a material having a low dielectric constant, and is preferably made of a material having a dielectric constant lower than that of silicon nitride. In that case, the parasitic capacitance can be greatly reduced.

このような構成の電界効果トランジスタ1は、例えば次のようにして製造することができる。   The field effect transistor 1 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

図2および図3は本実施の形態の電界効果トランジスタ1の製造方法の一例をフローチャートで表したものである。図4〜図9はこの製造過程を説明するための断面構成図である。   2 and 3 are flowcharts showing an example of the manufacturing method of the field effect transistor 1 of the present embodiment. 4 to 9 are cross-sectional configuration diagrams for explaining the manufacturing process.

まず、基板10上に、バッファ層11、下部ドーピング層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部ドーピング層16、拡散層17をこの順に、分子線エピタキシー(MBE)法や、有機金属化学気相成長(MOCVD,MOVPE)法などによりエピタキシャルに積層したのち、その上にCVD法(Chemical Vapor Deposition)などによって絶縁膜18Aを積層する(S1、図4(A))。次に、絶縁膜18A上にゲート領域20A(図5(B)参照)を形成することとなる部分に開口径L1(>Lg)の開口部H1を有するレジスト層R1をリソグラフィ工程により形成する(S2、図4(B))。なお、開口径L1は後述の開口部H2をゲート領域20Aに形成する際の位置合わせ精度を考慮した大きさとすることが好ましい。   First, the buffer layer 11, the lower doping layer 12, the lower spacer layer 13, the channel layer 14, the upper spacer layer 15, the upper doping layer 16, and the diffusion layer 17 are formed on the substrate 10 in this order by the molecular beam epitaxy (MBE) method. Then, after epitaxially laminating by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) or the like, an insulating film 18A is laminated thereon by CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like (S1, FIG. 4A). Next, a resist layer R1 having an opening H1 having an opening diameter L1 (> Lg) is formed on the insulating film 18A in a portion where the gate region 20A (see FIG. 5B) is to be formed (lithography process) (see FIG. 5). S2, FIG. 4 (B)). Note that the opening diameter L1 is preferably a size that takes into account the alignment accuracy when forming an opening H2 described later in the gate region 20A.

次に、そのレジスト層R1をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法により例えばCFにHまたはOを添加した混合ガスを用いて、絶縁膜18Aを選択的にエッチングして、絶縁膜18Aに開口部を形成する(S3、図5(A))。これにより、絶縁膜18Aの開口部の底部に拡散層17が露出する。 Next, using the resist layer R1 as a mask, the insulating film 18A is selectively etched by reactive ion etching (RIE), for example, using a mixed gas in which H 2 or O 2 is added to CF 4 , thereby insulating the insulating film 18A. An opening is formed in the film 18A (S3, FIG. 5A). Thereby, the diffusion layer 17 is exposed at the bottom of the opening of the insulating film 18A.

次に、レジスト層R1を除去したのち、絶縁膜18Aをマスクとして、拡散層17の露出部分にZnの有機金属化合物であるジエチルジンク(DEZ)を用いて気相拡散を行ってZnを導入し、拡散層17の露出部分にゲート領域20Aを形成する(S4、図5(B))。   Next, after removing the resist layer R1, using the insulating film 18A as a mask, vapor diffusion is performed on the exposed portion of the diffusion layer 17 using diethyl zinc (DEZ), which is an organometallic compound of Zn, to introduce Zn. Then, the gate region 20A is formed in the exposed portion of the diffusion layer 17 (S4, FIG. 5B).

次に、ゲート領域20Aに対応する部分に開口径L2(Lg≦L2<L1)の開口部H2を有するレジスト層R2をリソグラフィ工程により形成する(S5、図6(A))。このとき、開口部H2をゲート領域20Aの中央部分に設けた場合には、後述の開口部H3がゲート電極21の両側に対称に形成されるので、一対のトレンチ19を左右対称に形成することができる。なお、一対のトレンチ19を左右非対称に形成したい場合には、開口部H2をゲート領域20Aの中央部分以外の部分に設ければよい。   Next, a resist layer R2 having an opening H2 having an opening diameter L2 (Lg ≦ L2 <L1) is formed in a portion corresponding to the gate region 20A by a lithography process (S5, FIG. 6A). At this time, when the opening H2 is provided in the central portion of the gate region 20A, the opening H3 described later is formed symmetrically on both sides of the gate electrode 21, so that the pair of trenches 19 are formed symmetrically. Can do. If it is desired to form the pair of trenches 19 asymmetrically, the opening H2 may be provided in a portion other than the central portion of the gate region 20A.

次に、開口部H2を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R2を剥離して、開口部H2の部位にゲート電極21を形成する(S6、図6(B))。このとき、ゲート電極21の幅L3は開口部H2の開口径L2と等しい。また、リフトオフに伴い、ゲート電極21の両脇に、開口部H3が形成される。これにより、開口部H3の底部にゲート領域20Aが露出する。   Next, after forming a Ti / Pt / Au metal film on the entire surface including the opening H2, the resist layer R2 is peeled off by lift-off to form the gate electrode 21 at the site of the opening H2 (S6, FIG. 6). (B)). At this time, the width L3 of the gate electrode 21 is equal to the opening diameter L2 of the opening H2. Further, an opening H3 is formed on both sides of the gate electrode 21 with the lift-off. As a result, the gate region 20A is exposed at the bottom of the opening H3.

次に、ゲート電極21および絶縁膜18Aをマスクとして、開口部H3を通じてゲート領域20Aをエッチングし、ゲート電極21の両脇に一対のトレンチ19を形成すると共に、ゲート電極21直下にゲート領域20を形成する(S7、図7(A))。このとき、例えばクエン酸などを用いて等方的にエッチングした場合には、ゲート電極21直下の部分が少し削れるので、ゲート領域20の幅(ゲート長)Lgがゲート電極21の幅L3よりも狭くなる。このように、一対のトレンチ19を形成する際に等方的なエッチング法を用いることによりゲート長Lgを狭く形成することができる。なお、例えばRIE法などを用いて異方的にエッチングした場合には、ゲート電極21直下の部分はほとんど削れないので、ゲート領域20の幅(ゲート長)Lgをゲート電極21の幅L3と等しくすることもできる。   Next, using the gate electrode 21 and the insulating film 18A as a mask, the gate region 20A is etched through the opening H3 to form a pair of trenches 19 on both sides of the gate electrode 21, and the gate region 20 is formed immediately below the gate electrode 21. It forms (S7, FIG. 7 (A)). At this time, for example, when isotropic etching is performed using citric acid or the like, the portion immediately below the gate electrode 21 is slightly cut, so that the width (gate length) Lg of the gate region 20 is larger than the width L3 of the gate electrode 21. Narrow. Thus, the gate length Lg can be narrowed by using an isotropic etching method when forming the pair of trenches 19. Note that when anisotropic etching is performed using, for example, the RIE method, the portion immediately below the gate electrode 21 is hardly etched, so that the width (gate length) Lg of the gate region 20 is equal to the width L3 of the gate electrode 21. You can also

なお、トレンチ19を形成する際に、トレンチ19の深さを構造で制御したい場合には、拡散層17中にAl組成の高いAlGaAsやInGaPなどからなるエッチングストップ層(図示せず)を設けておくことが好ましい。   When the trench 19 is formed, if it is desired to control the depth of the trench 19 by the structure, an etching stop layer (not shown) made of AlGaAs or InGaP having a high Al composition is provided in the diffusion layer 17. It is preferable to keep.

次に、トレンチ19を含む表面全体にCVD法などによって絶縁膜18Bを形成する(S8、図7(B))。これにより、トレンチ19内に絶縁性物質が充填される。また、絶縁膜18Aと共に絶縁層18が形成されるので、ゲート電極21はこの絶縁層18内に埋め込まれる。   Next, an insulating film 18B is formed on the entire surface including the trench 19 by a CVD method or the like (S8, FIG. 7B). As a result, the trench 19 is filled with an insulating material. Further, since the insulating layer 18 is formed together with the insulating film 18A, the gate electrode 21 is embedded in the insulating layer 18.

次に、絶縁層18上に、ソース電極22およびドレイン電極23がそれぞれ形成される部分に開口を有するレジスト層R3をリソグラフィ工程により形成する(S9、図8(A))。その後、このレジスト層R3をマスクとして、RIEにより絶縁層18を選択的にエッチングして絶縁層18に開口部を2つ形成する(S10、図8(B))。これにより、各開口部の底部に拡散層17が露出する。   Next, a resist layer R3 having openings in portions where the source electrode 22 and the drain electrode 23 are formed is formed on the insulating layer 18 by a lithography process (S9, FIG. 8A). Thereafter, using the resist layer R3 as a mask, the insulating layer 18 is selectively etched by RIE to form two openings in the insulating layer 18 (S10, FIG. 8B). As a result, the diffusion layer 17 is exposed at the bottom of each opening.

次に、拡散層17の露出部分を含む表面全体にAuGe/Ni/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R3を剥離して、開口部の部位にソース電極22Aおよびドレイン電極23Aを形成する(S11、図9(A))。続いて、アロイを行って反応領域24を形成したのち(S12、図9(B))、表面を平坦化する(S13、図1)。このようにして、本実施の形態の電界効果トランジスタ1が形成される。   Next, after an AuGe / Ni / Au metal film is formed on the entire surface including the exposed portion of the diffusion layer 17, the resist layer R3 is peeled off by lift-off, and a source electrode 22A and a drain electrode 23A are formed at the site of the opening. (S11, FIG. 9A). Subsequently, after alloying is performed to form the reaction region 24 (S12, FIG. 9B), the surface is flattened (S13, FIG. 1). In this way, the field effect transistor 1 of the present embodiment is formed.

本実施の形態の電界効果トランジスタ1の製造方法では、絶縁膜18Aおよびゲート電極21をマスクとして拡散層17をエッチングして一対のトレンチ19を形成するようするようにしたので、ゲート電極21と、一対のトレンチ19との位置合わせをせずに、ゲート電極21直下のゲート領域20に接して一対のトレンチ19を形成することができる。また、トレンチ19を形成する際に、絶縁膜18Aおよびゲート電極21をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ19の開口幅Lb(開口部H3の開口径)を狭くすることができる。   In the method of manufacturing the field effect transistor 1 according to the present embodiment, the pair of trenches 19 are formed by etching the diffusion layer 17 using the insulating film 18A and the gate electrode 21 as a mask. Without aligning with the pair of trenches 19, the pair of trenches 19 can be formed in contact with the gate region 20 immediately below the gate electrode 21. Further, since the insulating film 18A and the gate electrode 21 are used as a mask when forming the trench 19, the opening width Lb (opening diameter of the opening H3) of the trench 19 is reduced without depending on the opening capability of the stepper. be able to.

これにより、本実施の形態の電界効果トランジスタ1では、一対のトレンチ19がゲート電極21直下のゲート領域20に精確に接して設けられており、ゲート電極21とトレンチ19との距離Laがゼロとなっているので、オン抵抗の上昇を極力抑えて、寄生容量Cgs,Cgdを低減することができる。さらに、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性(非線形性)も少なくすることができる。その結果、ソース電極22またはドレイン電極23からの入力信号に対する挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。 As a result, in the field effect transistor 1 of the present embodiment, the pair of trenches 19 are provided in exact contact with the gate region 20 immediately below the gate electrode 21, and the distance La between the gate electrode 21 and the trench 19 is zero. Therefore, it is possible to reduce the parasitic capacitances C gs and C gd while suppressing an increase in on-resistance as much as possible. Furthermore, voltage dependence (nonlinearity) of the parasitic capacitances C gs and C gd can be reduced. As a result, insertion loss, IMD, and harmonic distortion with respect to an input signal from the source electrode 22 or the drain electrode 23 can be reduced.

ところで、例えば、i線ステッパーの開口能力が0.4μm程度である場合には、従来の方法では、ゲート電極1021の幅L3およびトレンチ1019の開口径Lbは0.4μm程度にまでしか狭めることができなかった。また、ゲート電極1021とトレンチ1019との間の距離Laは位置合わせの精度の関係で、現在の量産技術では0.2μm程度にまでしか縮めることができなかった。そのため、従来はオン抵抗を効果的に低減することができなかった。   By the way, for example, when the opening capability of the i-line stepper is about 0.4 μm, the width L3 of the gate electrode 1021 and the opening diameter Lb of the trench 1019 can be narrowed only to about 0.4 μm by the conventional method. could not. Further, the distance La between the gate electrode 1021 and the trench 1019 can be reduced only to about 0.2 μm by the current mass production technique because of the alignment accuracy. Therefore, conventionally, the on-resistance cannot be effectively reduced.

他方、本実施の形態では、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ19の開口幅Lb(開口部H3の開口径)を狭く(例えば0.25μm程度)することができるので、オン抵抗を効果的に低減することができる。これにより、挿入損失をより一層少なくすることができる。   On the other hand, in this embodiment, since the opening width Lb (opening diameter of the opening H3) of the trench 19 can be narrowed (for example, about 0.25 μm) without depending on the opening ability of the stepper, the on-resistance is effective. Can be reduced. Thereby, insertion loss can be further reduced.

また、本実施の形態では、トレンチ19を形成する際に等方性エッチャントを用いることにより、ゲート長Lgをゲート電極21の幅L3よりも狭くすることができるので、ゲート長Lgをゲート電極21の幅L3と等しいか、それよりも大きくした場合と比べて取り扱い可能な周波数の上限を上げることができる。   In the present embodiment, by using an isotropic etchant when forming the trench 19, the gate length Lg can be made smaller than the width L3 of the gate electrode 21, so that the gate length Lg is reduced to the gate electrode 21. The upper limit of the frequency that can be handled can be increased compared to the case where the width L3 is equal to or larger than the width L3.

以下に、上記実施の形態とは異なる他の実施の形態について説明する。ただし、以下では、上記実施の形態と異なる構成、作用、効果について特に詳細に説明し、上記実施の形態と同様の構成、作用、効果についての記載を適宜省略するものとする。   Hereinafter, other embodiments different from the above-described embodiment will be described. However, in the following, configurations, operations, and effects different from those in the above embodiment will be described in detail, and descriptions of configurations, operations, and effects similar to those in the above embodiment will be omitted as appropriate.

[第2の実施の形態]
図10は、本発明の第2の実施の形態に係る電界効果トランジスタ2の断面構成を表すものである。本実施の形態の電界効果トランジスタ2は、基板30に選択イオン注入などを行うことによりトランジスタの層構造を形成したものであり、基板10上にエピタキシャルに結晶成長させることによりトランジスタの層構造を形成した上記実施の形態と相違する。
[Second Embodiment]
FIG. 10 shows a cross-sectional configuration of the field effect transistor 2 according to the second embodiment of the present invention. The field effect transistor 2 of the present embodiment has a transistor layer structure formed by performing selective ion implantation or the like on the substrate 30, and the transistor layer structure is formed by epitaxial growth on the substrate 10. This is different from the above embodiment.

この電界効果トランジスタ2は、基板30内部に、イオン注入により形成されたチャネル層31、オーミックコンタクト層32および埋め込み層33と、気相拡散により形成されたゲート領域35とを備えている。   This field effect transistor 2 includes a channel layer 31, an ohmic contact layer 32 and a buried layer 33 formed by ion implantation, and a gate region 35 formed by vapor phase diffusion in a substrate 30.

基板30は、半絶縁性基板、例えばGaAs基板である。チャネル層31は、基板30のうち一面側の表層に、例えば加速電圧80kV、ドーズ量1.5×1013cm−2でSiを選択イオン注入することにより形成されている。オーミックコンタクト層32は、基板30のうち一面側の表層であって、チャネル層31の両側にチャネル層31に接して形成されている。このオーミックコンタクト層32は、チャネル層31の深さよりも深く形成されており、例えば加速電圧150kV、ドーズ量3×1013cm−2でSiを基板30の表面に選択イオン注入することにより形成されている。埋め込み層33は、基板30のうちチャネル層31およびオーミックコンタクト層32の形成されている領域と、これらの形成されていない領域との境界に形成されており、チャネル層31およびオーミックコンタクト層32の底面および側面を覆うように形成されている。この埋め込み層33は、例えば加速電圧220kV、ドーズ量1.2×1012cm−2でMgを基板30の表面に選択イオン注入することにより形成されている。ゲート領域35はチャネル層31の表層に、選択的に気相拡散を行って形成されたものである。 The substrate 30 is a semi-insulating substrate, for example, a GaAs substrate. The channel layer 31 is formed by selectively ion-implanting Si into the surface layer on one side of the substrate 30 with, for example, an acceleration voltage of 80 kV and a dose of 1.5 × 10 13 cm −2 . The ohmic contact layer 32 is a surface layer on one side of the substrate 30, and is formed on both sides of the channel layer 31 in contact with the channel layer 31. The ohmic contact layer 32 is formed deeper than the channel layer 31. For example, the ohmic contact layer 32 is formed by selective ion implantation of Si into the surface of the substrate 30 at an acceleration voltage of 150 kV and a dose of 3 × 10 13 cm −2. ing. The buried layer 33 is formed at the boundary between the region where the channel layer 31 and the ohmic contact layer 32 are formed in the substrate 30 and the region where these are not formed. It is formed so as to cover the bottom and side surfaces. The buried layer 33 is formed by, for example, selective ion implantation of Mg into the surface of the substrate 30 at an acceleration voltage of 220 kV and a dose of 1.2 × 10 12 cm −2 . The gate region 35 is formed on the surface layer of the channel layer 31 by selectively performing vapor phase diffusion.

この電界効果トランジスタ2には、ゲート電極36がゲート領域35上に設けられており、ソース電極38およびドレイン電極39がチャネル層31上にそれぞれ設けられている。ソース電極38およびドレイン電極39は所定の間隔を空けてゲート電極36の両側に設けられている。ここで、ゲート電極36はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極38およびドレイン電極39はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。   In the field effect transistor 2, a gate electrode 36 is provided on the gate region 35, and a source electrode 38 and a drain electrode 39 are provided on the channel layer 31, respectively. The source electrode 38 and the drain electrode 39 are provided on both sides of the gate electrode 36 at a predetermined interval. Here, the gate electrode 36 is configured by stacking Ti, Pt, and Au in this order, and the source electrode 38 and the drain electrode 39 are configured by stacking AuGe, Ni, and Au in this order.

この電界効果トランジスタ2において、ゲート電極36の両側(具体的にはゲート電極36とソース電極38との間、およびゲート電極36とドレイン電極39との間)には、一対のトレンチ37がゲート電極36に接して形成されている。つまり、ゲート電極36とトレンチ37との間の距離Laがゼロとなっている。このトレンチ37の開口幅Lbはゲート電極36の幅L6よりも広くてもよいが、ゲート電極36の幅L6と等しいことが好ましく、それよりも狭いことがより好ましい。また、トレンチ37の深さはゲート電極36直下のゲート領域35の底面よりも浅くてもよいが、ゲート領域35の底面と等しいことが好ましく、それよりも深いことがより好ましい。なお、図10には、トレンチ37の深さがゲート領域35の底面よりも深くなっているケースが例示されている。   In the field effect transistor 2, a pair of trenches 37 are formed on both sides of the gate electrode 36 (specifically, between the gate electrode 36 and the source electrode 38 and between the gate electrode 36 and the drain electrode 39). 36 in contact with. That is, the distance La between the gate electrode 36 and the trench 37 is zero. The opening width Lb of the trench 37 may be wider than the width L6 of the gate electrode 36, but is preferably equal to the width L6 of the gate electrode 36, and more preferably narrower than that. The depth of the trench 37 may be shallower than the bottom surface of the gate region 35 immediately below the gate electrode 36, but is preferably equal to the bottom surface of the gate region 35, and more preferably deeper than that. FIG. 10 illustrates a case where the depth of the trench 37 is deeper than the bottom surface of the gate region 35.

なお、トレンチ37の深さがゲート電極36の底面よりも深くなっている場合には、ゲート領域35の幅(ゲート長)Lgがゲート電極45の幅L3と等しくてもよいが、それよりも狭くなっていることが好ましい。なお、図10には、ゲート長Lgがゲート電極21の幅L6よりも狭くなっているケースが例示されている。   When the depth of the trench 37 is deeper than the bottom surface of the gate electrode 36, the width (gate length) Lg of the gate region 35 may be equal to the width L3 of the gate electrode 45, but more than that. It is preferable that it is narrow. FIG. 10 illustrates a case where the gate length Lg is narrower than the width L6 of the gate electrode 21.

また、基板30とは反対側の表面全体に絶縁層34が形成されている。この絶縁層34は一対のトレンチ37の内部空間にまで及んでおり、トレンチ37の内部空間が絶縁層34を構成する絶縁性材料で充填されている。また、ゲート電極36およびその直下のゲート領域35についてはその全体が絶縁層34中に埋め込まれている。ソース電極38およびドレイン電極39についてはこれらの側面が絶縁層34で覆われている。ここで、絶縁層34は誘電率の低い材料で構成されており、窒化シリコンよりも誘電率の低い材料で構成されていることが好ましい。その場合には、寄生容量を大幅に低減することができる。   An insulating layer 34 is formed on the entire surface opposite to the substrate 30. The insulating layer 34 extends to the internal space of the pair of trenches 37, and the internal space of the trench 37 is filled with an insulating material that constitutes the insulating layer 34. The gate electrode 36 and the gate region 35 immediately below the gate electrode 36 are entirely embedded in the insulating layer 34. The side surfaces of the source electrode 38 and the drain electrode 39 are covered with an insulating layer 34. Here, the insulating layer 34 is made of a material having a low dielectric constant, and is preferably made of a material having a dielectric constant lower than that of silicon nitride. In that case, the parasitic capacitance can be greatly reduced.

このような構成の電界効果トランジスタ2は、例えば次のようにして製造することができる。   The field effect transistor 2 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

図11〜図14は本実施の形態の電界効果トランジスタ1の製造製造過程を説明するための断面構成図である。まず、例えば加速電圧80kV、ドーズ量1.5×1013cm−2でSiを基板30の表面の所定の領域に選択イオン注入したのち、例えば加速電圧150kV、ドーズ量3×1013cm−2でSiを先にイオン注入した領域の両側に選択イオン注入し、さらに例えば加速電圧220kV、ドーズ量1.2×1012cm−2でMgをSiをイオン注入した表面に選択イオン注入する。その後、基板30を例えばAsH/Ar/Hガス中に入れて、840度に加熱してキャップレスアニールをすることにより、チャネル層31、オーミックコンタクト層32および埋め込み層33を基板30の表層にそれぞれ形成する(図11(A))。 FIG. 11 to FIG. 14 are cross-sectional configuration diagrams for explaining a manufacturing process of the field effect transistor 1 of the present embodiment. First, after selective ion implantation of Si into a predetermined region of the surface of the substrate 30 with an acceleration voltage of 80 kV and a dose of 1.5 × 10 13 cm −2 , for example, an acceleration voltage of 150 kV and a dose of 3 × 10 13 cm −2. Then, selective ions are implanted into both sides of the region where Si is ion-implanted first, and further, for example, selective ions are implanted into the surface into which Mg is ion-implanted at an acceleration voltage of 220 kV and a dose of 1.2 × 10 12 cm −2 . Thereafter, the substrate 30 is placed in, for example, AsH 3 / Ar / H 2 gas, and heated to 840 degrees to perform capless annealing, whereby the channel layer 31, the ohmic contact layer 32, and the buried layer 33 are formed on the surface layer of the substrate 30. (FIG. 11A).

次に、CVD法などによって表面全体に絶縁膜34Aを積層したのち(図11(B))、絶縁膜34A上にゲート電極36およびトレンチ37を形成することとなる部分に開口径L4(>Lg)の開口部H4を有するレジスト層R4をリソグラフィ工程により形成する(図11(C))。なお、開口径L4は後述の開口部H5をゲート領域35Aに形成する際の位置合わせ精度を考慮した大きさとすることが好ましい。   Next, after the insulating film 34A is laminated on the entire surface by CVD or the like (FIG. 11B), an opening diameter L4 (> Lg) is formed in a portion where the gate electrode 36 and the trench 37 are to be formed on the insulating film 34A. The resist layer R4 having the opening H4 is formed by a lithography process (FIG. 11C). Note that the opening diameter L4 is preferably set in consideration of alignment accuracy when forming an opening H5 described later in the gate region 35A.

次に、そのレジスト層R4をマスクとして、RIE法により絶縁膜34Aを選択的にエッチングして、絶縁膜34Aに開口部を形成する(図12(A))。これにより、絶縁膜34Aの開口部の底部にチャネル層31が露出する。   Next, with the resist layer R4 as a mask, the insulating film 34A is selectively etched by RIE to form an opening in the insulating film 34A (FIG. 12A). As a result, the channel layer 31 is exposed at the bottom of the opening of the insulating film 34A.

次に、レジスト層R4を除去したのち、絶縁膜34Aをマスクとして、チャネル層31の露出部分にジエチルジンク(DEZ)を用いて気相拡散を行ってZnを導入し、チャネル層31の露出部分にゲート領域35Aを形成する(図12(B))。   Next, after removing the resist layer R4, using the insulating film 34A as a mask, gas phase diffusion is performed on the exposed portion of the channel layer 31 using diethyl zinc (DEZ) to introduce Zn, thereby exposing the exposed portion of the channel layer 31. Then, a gate region 35A is formed (FIG. 12B).

次に、ゲート領域35Aに対応する部分に開口径L5(Lg≦L5<L4)の開口部H5を有するレジスト層R5をリソグラフィ工程により形成する(図12(C))。このとき、開口部H5をゲート領域35Aの中央部分に設けた場合には、後述の開口部H6がゲート電極36の両側に対称に形成されるので、一対のトレンチ37を左右対称に形成することができる。なお、一対のトレンチ37を左右非対称に形成したい場合には、開口部H5をゲート領域35Aの中央部分以外の部分に設ければよい。   Next, a resist layer R5 having an opening H5 having an opening diameter L5 (Lg ≦ L5 <L4) is formed in a portion corresponding to the gate region 35A by a lithography process (FIG. 12C). At this time, when the opening H5 is provided in the central portion of the gate region 35A, an opening H6 described later is formed symmetrically on both sides of the gate electrode 36, so that the pair of trenches 37 are formed symmetrically. Can do. If it is desired to form the pair of trenches 37 asymmetrically, the opening H5 may be provided in a portion other than the central portion of the gate region 35A.

次に、開口部H6を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R5を剥離して、開口部H6の部位にゲート電極36を形成する(図13(A))。このとき、ゲート電極36の幅L6は開口部H5の開口径L5と等しい。また、リフトオフに伴い、ゲート電極36の両脇に、開口部H6が形成される。これにより、開口部H6の底部にチャネル層31が露出する。   Next, after a Ti / Pt / Au metal film is formed on the entire surface including the opening H6, the resist layer R5 is peeled off by lift-off to form a gate electrode 36 at the site of the opening H6 (FIG. 13A). )). At this time, the width L6 of the gate electrode 36 is equal to the opening diameter L5 of the opening H5. Further, an opening H6 is formed on both sides of the gate electrode 36 along with the lift-off. Thereby, the channel layer 31 is exposed at the bottom of the opening H6.

次に、ゲート電極36および絶縁膜34Aをマスクとして、開口部H6を通じてチャネル層31をエッチングし、ゲート電極36の両脇に一対のトレンチ37を形成すると共に、ゲート電極36直下にゲート領域35を形成する(図13(B))。このとき、例えばクエン酸などを用いて等方的にエッチングした場合には、ゲート電極36直下の部分が少し削れるので、ゲート電極36直下の部分(ゲート領域35)の幅(ゲート長)Lgがゲート電極36の幅L6よりも狭くなる。このように、一対のトレンチ37を形成する際に等方的なエッチング法を用いることによりゲート長Lgを狭く形成することができる。なお、例えばRIE法などを用いて異方的にエッチングした場合には、ゲート電極36直下の部分はほとんど削れないので、ゲート電極36直下の部分(ゲート領域35)の幅(ゲート長)Lgをゲート電極36の幅L6と等しくすることもできる。   Next, using the gate electrode 36 and the insulating film 34A as a mask, the channel layer 31 is etched through the opening H6 to form a pair of trenches 37 on both sides of the gate electrode 36, and a gate region 35 is formed immediately below the gate electrode 36. It is formed (FIG. 13B). At this time, for example, when isotropic etching is performed using citric acid or the like, the portion immediately below the gate electrode 36 is slightly cut, so the width (gate length) Lg of the portion (gate region 35) immediately below the gate electrode 36 is reduced. It becomes narrower than the width L6 of the gate electrode. Thus, the gate length Lg can be narrowed by using an isotropic etching method when forming the pair of trenches 37. For example, when anisotropic etching is performed using the RIE method or the like, the portion immediately below the gate electrode 36 is hardly etched, so the width (gate length) Lg of the portion (gate region 35) immediately below the gate electrode 36 is set to be small. It can be made equal to the width L6 of the gate electrode.

なお、トレンチ37を形成する際に、トレンチ37の深さを構造で制御したい場合には、チャネル層31中にAl組成の高いAlGaAsやInGaPなどからなるエッチングストップ層(図示せず)を設けておくことが好ましい。   When forming the trench 37, if it is desired to control the depth of the trench 37 by a structure, an etching stop layer (not shown) made of AlGaAs, InGaP or the like having a high Al composition is provided in the channel layer 31. It is preferable to keep.

次に、トレンチ37を含む表面全体にCVD法などによって絶縁膜34Bを形成する(図13(C))。これにより、トレンチ37内に絶縁性物質が充填される。また、絶縁膜34Aと共に絶縁層34が形成されるので、ゲート電極36はこの絶縁層34内に埋め込まれる。   Next, an insulating film 34B is formed over the entire surface including the trench 37 by a CVD method or the like (FIG. 13C). As a result, the trench 37 is filled with an insulating material. Further, since the insulating layer 34 is formed together with the insulating film 34A, the gate electrode 36 is embedded in the insulating layer 34.

次に、絶縁層34の上面に、ソース電極38およびドレイン電極39がそれぞれ形成される部分に開口を有するレジスト層R6をリソグラフィ工程により形成する(図14(A))。その後、このレジスト層R6をマスクとして、RIEにより絶縁層34を選択的にエッチングする(図14(B))。これにより、絶縁層34の開口部の底部にオーミックコンタクト層32が露出する。   Next, a resist layer R6 having openings in portions where the source electrode 38 and the drain electrode 39 are formed is formed on the upper surface of the insulating layer 34 by a lithography process (FIG. 14A). Thereafter, the insulating layer 34 is selectively etched by RIE using the resist layer R6 as a mask (FIG. 14B). As a result, the ohmic contact layer 32 is exposed at the bottom of the opening of the insulating layer 34.

次に、オーミックコンタクト層32の露出部分を含む表面全体にAuGe/Ni/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R6を剥離して、開口部の部位にソース電極38Aおよびドレイン電極39Aを形成する(図14(C))。続いて、アロイを行って、ソース電極38Aおよびドレイン電極39Aとオーミックコンタクト層32とのコンタクトを取ったのち、表面を平坦化する(図10)。このようにして、本実施の形態の電界効果トランジスタ2が形成される。   Next, after an AuGe / Ni / Au metal film is formed on the entire surface including the exposed portion of the ohmic contact layer 32, the resist layer R6 is peeled off by lift-off, and the source electrode 38A and the drain electrode 39A are formed at the openings. It is formed (FIG. 14C). Subsequently, alloying is performed to make contact between the source electrode 38A and drain electrode 39A and the ohmic contact layer 32, and then the surface is planarized (FIG. 10). In this manner, the field effect transistor 2 of the present embodiment is formed.

本実施の形態の電界効果トランジスタ2の製造方法では、絶縁膜34Aおよびゲート電極36をマスクとしてチャネル層31をエッチングして一対のトレンチ37を形成するようするようにしたので、ゲート電極36と、一対のトレンチ37との位置合わせをせずに、ゲート電極36およびその直下のゲート領域35に接して一対のトレンチ37を形成することができる。また、トレンチ37を形成する際に、絶縁膜34Aおよびゲート電極36をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ37の開口幅Lb(開口部H6の開口径)を狭くすることができる。   In the method of manufacturing the field effect transistor 2 of the present embodiment, the channel layer 31 is etched using the insulating film 34A and the gate electrode 36 as a mask to form the pair of trenches 37. Without aligning with the pair of trenches 37, the pair of trenches 37 can be formed in contact with the gate electrode 36 and the gate region 35 immediately below the gate electrode 36. Further, since the insulating film 34A and the gate electrode 36 are used as a mask when forming the trench 37, the opening width Lb (opening diameter of the opening H6) of the trench 37 is reduced without depending on the opening capability of the stepper. be able to.

これにより、本実施の形態の電界効果トランジスタ2では、一対のトレンチ37がゲート電極36およびその直下のゲート領域35に精確に接して設けられており、ゲート電極36とトレンチ37との距離Laがゼロとなっているので、オン抵抗の上昇を極力抑えて、寄生容量Cgs,Cgdを低減することができる。さらに、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性(非線形性)も少なくすることができる。その結果、ソース電極38またはドレイン電極39からの入力信号に対する挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。 As a result, in the field effect transistor 2 of the present embodiment, the pair of trenches 37 is accurately provided in contact with the gate electrode 36 and the gate region 35 immediately below the gate electrode 36, and the distance La between the gate electrode 36 and the trench 37 is Since it is zero, it is possible to reduce the parasitic capacitances C gs and C gd while suppressing an increase in on-resistance as much as possible. Furthermore, voltage dependence (nonlinearity) of the parasitic capacitances C gs and C gd can be reduced. As a result, insertion loss, IMD, and harmonic distortion with respect to the input signal from the source electrode 38 or the drain electrode 39 can be reduced.

さらに、本実施の形態では、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ37の開口幅Lb(開口部H3の開口径)を狭く(例えば0.25μm程度)することができるので、オン抵抗を効果的に低減することができる。これにより、挿入損失をより一層少なくすることができる。   Furthermore, in this embodiment, the on-resistance can be effectively reduced because the opening width Lb of the trench 37 (opening diameter of the opening H3) can be narrowed (for example, about 0.25 μm) without depending on the opening ability of the stepper. Can be reduced. Thereby, insertion loss can be further reduced.

また、本実施の形態では、トレンチ37を形成する際に等方性エッチャントを用いることにより、ゲート長Lgをゲート電極36の幅L6よりも狭くすることができるので、ゲート長Lgをゲート電極36の幅L3と等しいか、それよりも大きくした場合と比べて取り扱い可能な周波数の上限を上げることができる。   Further, in the present embodiment, by using an isotropic etchant when forming the trench 37, the gate length Lg can be made narrower than the width L6 of the gate electrode 36, so that the gate length Lg is reduced to the gate electrode 36. The upper limit of the frequency that can be handled can be increased compared to the case where the width L3 is equal to or larger than the width L3.

[第3の実施の形態]
図15は、本発明の第3の実施の形態に係る電界効果トランジスタ3の断面構成を表すものである。本実施の形態の電界効果トランジスタ3は、上部ドーピング層16上のバリア層40(後述)の表面にゲート電極45を形成した、ショットキーゲート型FETであり、その点で、ゲート領域20上にゲート電極21を形成したpn接合ゲート型FETである上記第1の実施の形態と相違する。
[Third Embodiment]
FIG. 15 illustrates a cross-sectional configuration of a field effect transistor 3 according to the third embodiment of the present invention. The field effect transistor 3 of the present embodiment is a Schottky gate type FET in which a gate electrode 45 is formed on the surface of a barrier layer 40 (described later) on the upper doping layer 16, and in that respect, on the gate region 20. This is different from the first embodiment, which is a pn junction gate type FET in which the gate electrode 21 is formed.

この電界効果トランジスタ3は、基板10の一面側に、バッファ層11、下部ドーピング層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部ドーピング層16、バリア層40、第1キャップ層41、エッチングストップ層42および第2キャップ層43をこの順にエピタキシャルに積層して構成されている。   The field effect transistor 3 includes a buffer layer 11, a lower doping layer 12, a lower spacer layer 13, a channel layer 14, an upper spacer layer 15, an upper doping layer 16, a barrier layer 40, and a first cap layer on one surface side of the substrate 10. 41, the etching stop layer 42 and the second cap layer 43 are epitaxially laminated in this order.

バリア層40は例えばアンドープAlGaAsからなり、第1キャップ層41は例えばアンドープGaAsからなり、エッチングストップ層42は例えばアンドープAlGaAsからなり、第2キャップ層43は例えばn型GaAsからなる。   The barrier layer 40 is made of, for example, undoped AlGaAs, the first cap layer 41 is made of, for example, undoped GaAs, the etching stop layer 42 is made of, for example, undoped AlGaAs, and the second cap layer 43 is made of, for example, n-type GaAs.

この電界効果トランジスタ3はまた、ゲート電極45、ソース電極47およびドレイン電極48を備えている。ゲート電極45は第2キャップ層43、エッチングストップ層42および第1キャップ層41を選択的にエッチングして露出させたバリア層40上に設けられており、ソース電極47およびドレイン電極48は第2キャップ層43上に設けられている。ソース電極47およびドレイン電極48は所定の間隔を空けてゲート電極45の両側に設けられている。上部スペーサ層15、上部ドーピング層16、バリア層40、第1キャップ層41、エッチングストップ層42および第2キャップ層43のうちソース電極47およびドレイン電極48と対向する領域に反応領域49が形成されており、ソース電極47およびドレイン電極48は反応領域49を介してチャネル層14とコンタクトをとれるようになっている。   The field effect transistor 3 also includes a gate electrode 45, a source electrode 47 and a drain electrode 48. The gate electrode 45 is provided on the barrier layer 40 exposed by selectively etching the second cap layer 43, the etching stop layer 42, and the first cap layer 41, and the source electrode 47 and the drain electrode 48 are the second one. It is provided on the cap layer 43. The source electrode 47 and the drain electrode 48 are provided on both sides of the gate electrode 45 at a predetermined interval. In the upper spacer layer 15, the upper doping layer 16, the barrier layer 40, the first cap layer 41, the etching stop layer 42, and the second cap layer 43, a reaction region 49 is formed in a region facing the source electrode 47 and the drain electrode 48. The source electrode 47 and the drain electrode 48 are in contact with the channel layer 14 through the reaction region 49.

ここで、ゲート電極45はTi、PtおよびAuをこの順に積層して構成されており、ソース電極47およびドレイン電極48はAuGe、NiおよびAuをこの順に積層して構成されている。反応領域49は後述するように第2キャップ層43上にソース電極47およびドレイン電極48を形成したのちアロイを行うことにより形成されたものである。   Here, the gate electrode 45 is configured by stacking Ti, Pt, and Au in this order, and the source electrode 47 and the drain electrode 48 are configured by stacking AuGe, Ni, and Au in this order. As will be described later, the reaction region 49 is formed by forming the source electrode 47 and the drain electrode 48 on the second cap layer 43 and then performing alloying.

この電界効果トランジスタ3において、ゲート電極45の両側(具体的にはゲート電極45とソース電極47との間、およびゲート電極45とドレイン電極48との間)には、一対のトレンチ46がゲート電極45に接して形成されている。つまり、ゲート電極45とトレンチ46との間の距離Laがゼロとなっている。このトレンチ46の開口幅Lbはゲート電極45の幅L9よりも広くてもよいが、ゲート電極45の幅L9と等しいことが好ましく、それよりも狭いことがより好ましい。また、トレンチ46の深さはゲート電極45の底面よりも深くなっている(図15参照)。   In this field effect transistor 3, a pair of trenches 46 are formed on both sides of the gate electrode 45 (specifically, between the gate electrode 45 and the source electrode 47 and between the gate electrode 45 and the drain electrode 48). 45 is formed in contact with. That is, the distance La between the gate electrode 45 and the trench 46 is zero. The opening width Lb of the trench 46 may be wider than the width L9 of the gate electrode 45, but is preferably equal to the width L9 of the gate electrode 45, and more preferably narrower than that. Further, the depth of the trench 46 is deeper than the bottom surface of the gate electrode 45 (see FIG. 15).

なお、トレンチ46の深さがゲート電極45の底面よりも深くなっている場合には、バリア層40のうちゲート電極45直下の部分の幅(ゲート長)Lgがゲート電極45の幅L3と等しくてもよいが、それよりも狭くなっていることが好ましい。なお、図15には、ゲート長Lgがゲート電極21の幅L6よりも狭くなっているケースが例示されている。   When the depth of the trench 46 is deeper than the bottom surface of the gate electrode 45, the width (gate length) Lg of the portion of the barrier layer 40 immediately below the gate electrode 45 is equal to the width L3 of the gate electrode 45. However, it is preferably narrower than that. FIG. 15 illustrates a case where the gate length Lg is narrower than the width L6 of the gate electrode 21.

また、第1キャップ層41、エッチングストップ層42および第2キャップ層43のうちソース電極47およびドレイン電極48の形成されていない表面上には絶縁層44が形成されている。この絶縁層44は一対のトレンチ46の内部空間にまで及んでおり、トレンチ46の内部空間が絶縁層44を構成する絶縁性材料で充填されている。また、ゲート電極45およびその直下の部分についてはその全体が絶縁層44中に埋め込まれている。ソース電極47およびドレイン電極48についてはこれらの側面が絶縁層44で覆われている。ここで、絶縁層44は誘電率の低い材料で構成されており、窒化シリコンよりも誘電率の低い材料で構成されていることが好ましい。その場合には、寄生容量を大幅に低減することができる。   An insulating layer 44 is formed on the surface of the first cap layer 41, the etching stop layer 42, and the second cap layer 43 where the source electrode 47 and the drain electrode 48 are not formed. The insulating layer 44 extends to the internal space of the pair of trenches 46, and the internal space of the trench 46 is filled with an insulating material that constitutes the insulating layer 44. Further, the entire gate electrode 45 and the portion immediately below the gate electrode 45 are embedded in the insulating layer 44. The side surfaces of the source electrode 47 and the drain electrode 48 are covered with an insulating layer 44. Here, the insulating layer 44 is made of a material having a low dielectric constant, and is preferably made of a material having a dielectric constant lower than that of silicon nitride. In that case, the parasitic capacitance can be greatly reduced.

このような構成の電界効果トランジスタ3は、例えば次のようにして製造することができる。   The field effect transistor 3 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows.

上記の構成で例示した各半導体層を、分子線エピタキシー(MBE)法や、有機金属化学気相成長(MOCVD,MOVPE)法により形成する。   Each semiconductor layer exemplified in the above structure is formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD, MOVPE) method.

まず、基板10上に、バッファ層11、下部ドーピング層12、下部スペーサ層13、チャネル層14、上部スペーサ層15、上部ドーピング層16、バリア層40、第1キャップ層41、エッチングストップ層42および第2キャップ層43をこの順にエピタキシャルに積層する(図16(A))。その後、その上に所定の径の開口部を有するレジスト層R7をリソグラフィ工程により形成する(図16(B))。   First, on the substrate 10, the buffer layer 11, the lower doping layer 12, the lower spacer layer 13, the channel layer 14, the upper spacer layer 15, the upper doping layer 16, the barrier layer 40, the first cap layer 41, the etching stop layer 42, and The second cap layer 43 is epitaxially stacked in this order (FIG. 16A). Thereafter, a resist layer R7 having an opening with a predetermined diameter is formed thereon by a lithography process (FIG. 16B).

次に、レジスト層R7をマスクとして、例えばクエン酸などにより第2キャップ層43をウエットエッチングしたのち、エッチングストップ層42をエッチングする(図17(A))。これにより、第1キャップ層41の一部が露出する。次に、CVD法などによって絶縁膜44Aを積層したのち(図17(B))、絶縁膜44A上にゲート電極45およびトレンチ46を形成することとなる部分に開口径L7(>Lg)の開口部H7を有するレジスト層R8をリソグラフィ工程により形成する(図18(A))。なお、開口径L7は後述の開口部H8を開口部H7の内部に形成する際の位置合わせ精度を考慮した大きさとすることが好ましい。   Next, using the resist layer R7 as a mask, the second cap layer 43 is wet etched with, for example, citric acid, and then the etching stop layer 42 is etched (FIG. 17A). Thereby, a part of the first cap layer 41 is exposed. Next, after the insulating film 44A is stacked by CVD or the like (FIG. 17B), an opening having an opening diameter L7 (> Lg) is formed in a portion where the gate electrode 45 and the trench 46 are to be formed on the insulating film 44A. A resist layer R8 having a portion H7 is formed by a lithography process (FIG. 18A). The opening diameter L7 is preferably set to a size that takes into account the alignment accuracy when an opening H8 described later is formed inside the opening H7.

次に、そのレジスト層R8をマスクとして、RIE法により絶縁膜44Aを選択的にエッチングして、絶縁膜44Aに開口部を形成したのち、例えばクエン酸などによりエッチングストップ層42のうち開口部内に露出している部分をウエットエッチングする(図18(B))。これにより、絶縁膜44Aの開口部の底部にバリア層40が露出する。   Next, using the resist layer R8 as a mask, the insulating film 44A is selectively etched by the RIE method to form an opening in the insulating film 44A. Then, for example, citric acid is used in the opening of the etching stop layer 42. The exposed portion is wet etched (FIG. 18B). As a result, the barrier layer 40 is exposed at the bottom of the opening of the insulating film 44A.

次に、レジスト層R8を除去したのち、ゲート電極45の形成されることとなる部分に開口径L8(Lg≦L8<L7)の開口部H8を有するレジスト層R9をリソグラフィ工程により形成する(図19(A))。このとき、開口部H8を開口部H7の中央部分に設けた場合には、後述の開口部H9がゲート電極45の両側に対称に形成されるので、一対のトレンチ46を左右対称に形成することができる。なお、一対のトレンチ46を左右非対称に形成したい場合には、開口部H8を開口部H7の中央部分以外の部分に設ければよい。   Next, after removing the resist layer R8, a resist layer R9 having an opening H8 having an opening diameter L8 (Lg ≦ L8 <L7) in a portion where the gate electrode 45 is to be formed is formed by a lithography process (FIG. 19 (A)). At this time, when the opening H8 is provided in the central portion of the opening H7, the opening H9 described later is formed symmetrically on both sides of the gate electrode 45, so that the pair of trenches 46 is formed symmetrically. Can do. If it is desired to form the pair of trenches 46 asymmetrically, the opening H8 may be provided in a portion other than the central portion of the opening H7.

次に、開口部H8を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R9を剥離して、開口部H9の部位にゲート電極45を形成する(図19(B))。このとき、ゲート電極45の幅L9は開口部H8の開口径L8と等しい。また、リフトオフに伴い、ゲート電極45の両脇に、開口部H9が形成される。これにより、開口部H9の底部にバリア層40が露出する。   Next, after a Ti / Pt / Au metal film is formed on the entire surface including the opening H8, the resist layer R9 is peeled off by lift-off to form a gate electrode 45 at the site of the opening H9 (FIG. 19B). )). At this time, the width L9 of the gate electrode 45 is equal to the opening diameter L8 of the opening H8. Further, an opening H9 is formed on both sides of the gate electrode 45 along with the lift-off. As a result, the barrier layer 40 is exposed at the bottom of the opening H9.

次に、ゲート電極45および絶縁膜44Aをマスクとして、開口部H9を通じてバリア層40をエッチングし、ゲート電極45の両脇に一対のトレンチ46を形成すると共に、ゲート電極45直下に柱状の部分を形成する(図20(A))。このとき、例えばクエン酸などを用いて等方的にエッチングした場合には、ゲート電極45直下の部分が少し削れるので、ゲート電極45直下の部分の幅(ゲート長)Lgがゲート電極45の幅L9よりも狭くなる。このように、一対のトレンチ46を形成する際に等方的なエッチング法を用いることによりゲート長Lgを狭く形成することができる。なお、例えばRIE法などを用いて異方的にエッチングした場合には、ゲート電極45直下の部分はほとんど削れないので、ゲート電極45直下の部分の幅(ゲート長)Lgをゲート電極45の幅L9と等しくすることもできる。   Next, using the gate electrode 45 and the insulating film 44A as a mask, the barrier layer 40 is etched through the opening H9 to form a pair of trenches 46 on both sides of the gate electrode 45, and a columnar portion is formed immediately below the gate electrode 45. They are formed (FIG. 20A). At this time, when isotropic etching is performed using, for example, citric acid or the like, the portion immediately below the gate electrode 45 is slightly shaved, so the width (gate length) Lg of the portion immediately below the gate electrode 45 is the width of the gate electrode 45. It becomes narrower than L9. Thus, the gate length Lg can be narrowed by using an isotropic etching method when forming the pair of trenches 46. For example, when anisotropic etching is performed using, for example, the RIE method, the portion immediately below the gate electrode 45 is hardly etched, so the width (gate length) Lg of the portion immediately below the gate electrode 45 is set to the width of the gate electrode 45. It can also be equal to L9.

なお、トレンチ46を形成する際に、トレンチ46の深さを構造で制御したい場合には、バリア層40中にAl組成の高いAlGaAsやInGaPなどからなるエッチングストップ層(図示せず)を設けておくことが好ましい。   When forming the trench 46, if it is desired to control the depth of the trench 46 by the structure, an etching stop layer (not shown) made of AlGaAs, InGaP or the like having a high Al composition is provided in the barrier layer 40. It is preferable to keep.

次に、トレンチ46を含む表面全体にCVD法などによって絶縁膜44Bを形成する(図20(B))。これにより、トレンチ46内に絶縁性物質が充填される。また、絶縁膜44Aと共に絶縁層44が形成されるので、ゲート電極45はこの絶縁層44内に埋め込まれる。   Next, an insulating film 44B is formed over the entire surface including the trench 46 by a CVD method or the like (FIG. 20B). As a result, the trench 46 is filled with an insulating material. Further, since the insulating layer 44 is formed together with the insulating film 44 </ b> A, the gate electrode 45 is embedded in the insulating layer 44.

次に、上記第1の実施の形態と同様にして、ソース電極47、ドレイン電極48および反応領域49を形成する(図15)。このようにして、本実施の形態の電界効果トランジスタ3が形成される。   Next, in the same manner as in the first embodiment, a source electrode 47, a drain electrode 48, and a reaction region 49 are formed (FIG. 15). In this way, the field effect transistor 3 of the present embodiment is formed.

本実施の形態の電界効果トランジスタ3の製造方法では、絶縁膜44Aおよびゲート電極45をマスクとしてバリア層40をエッチングして一対のトレンチ46を形成するようするようにしたので、ゲート電極45と、一対のトレンチ46との位置合わせをせずに、ゲート電極45およびその直下の部分に接して一対のトレンチ46を形成することができる。また、トレンチ46を形成する際に、絶縁膜44Aおよびゲート電極45をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ46の開口幅Lb(開口部H9の開口径)を狭くすることができる。   In the method of manufacturing the field effect transistor 3 according to the present embodiment, the pair of trenches 46 are formed by etching the barrier layer 40 using the insulating film 44A and the gate electrode 45 as a mask. Without aligning with the pair of trenches 46, the pair of trenches 46 can be formed in contact with the gate electrode 45 and the portion immediately below the gate electrode 45. Further, since the insulating film 44A and the gate electrode 45 are used as a mask when forming the trench 46, the opening width Lb (opening diameter of the opening H9) of the trench 46 is reduced without depending on the opening capability of the stepper. be able to.

これにより、本実施の形態の電界効果トランジスタ3では、一対のトレンチ46がゲート電極45およびその直下の部分に精確に接して設けられており、ゲート電極45とトレンチ46との距離Laがゼロとなっているので、オン抵抗の上昇を極力抑えて、寄生容量Cgs,Cgdを低減することができる。さらに、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性(非線形性)も少なくすることができる。その結果、ソース電極47またはドレイン電極48からの入力信号に対する挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。 As a result, in the field effect transistor 3 of the present embodiment, the pair of trenches 46 are provided in exact contact with the gate electrode 45 and the portion immediately below the gate electrode 45, and the distance La between the gate electrode 45 and the trench 46 is zero. Therefore, it is possible to reduce the parasitic capacitances C gs and C gd while suppressing an increase in on-resistance as much as possible. Furthermore, voltage dependence (nonlinearity) of the parasitic capacitances C gs and C gd can be reduced. As a result, insertion loss, IMD, and harmonic distortion with respect to an input signal from the source electrode 47 or the drain electrode 48 can be reduced.

さらに、本実施の形態では、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ46の開口幅Lb(開口部H6の開口径)を狭く(例えば0.25μm程度)することができるので、オン抵抗を効果的に低減することができる。これにより、挿入損失をより一層少なくすることができる。   Furthermore, in the present embodiment, since the opening width Lb of the trench 46 (opening diameter of the opening H6) can be narrowed (for example, about 0.25 μm) without depending on the opening capability of the stepper, the on-resistance is effective. Can be reduced. Thereby, insertion loss can be further reduced.

また、本実施の形態では、トレンチ46を形成する際に等方性エッチャントを用いることにより、ゲート長Lgをゲート電極45の幅L9よりも狭くすることができるので、ゲート長Lgをゲート電極45の幅L9と等しいか、それよりも大きくした場合と比べて取り扱い可能な周波数の上限を上げることができる。   In the present embodiment, the gate length Lg can be made narrower than the width L9 of the gate electrode 45 by using an isotropic etchant when the trench 46 is formed. The upper limit of the frequency that can be handled can be increased compared with the case where the width L9 is equal to or larger than the width L9.

[第4の実施の形態]
図21は、本発明の第4の実施の形態に係る電界効果トランジスタ4の断面構成を表すものである。本実施の形態の電界効果トランジスタ4は、第1キャップ層41上にエピタキシャルに再成長させることにより形成されたゲート層50(後述)の表面にゲート電極51を有するpn接合ゲート型FETであり、その点で、拡散層17の表面に不純物を導入することにより形成されたゲート領域21の表面にゲート電極21を有するpn接合ゲート型FETである第1の実施の形態と相違し、また、バリア層40上にゲート電極45を有するショットキーゲート型FETである第3の実施の形態とも相違する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 21 shows a cross-sectional configuration of a field effect transistor 4 according to the fourth embodiment of the present invention. The field effect transistor 4 of the present embodiment is a pn junction gate type FET having a gate electrode 51 on the surface of a gate layer 50 (described later) formed by epitaxial regrowth on the first cap layer 41. In that respect, unlike the first embodiment, which is a pn junction gate type FET having a gate electrode 21 on the surface of the gate region 21 formed by introducing impurities into the surface of the diffusion layer 17, This is also different from the third embodiment, which is a Schottky gate type FET having a gate electrode 45 on the layer 40.

この電界効果トランジスタ4において、ゲート電極51の両側(具体的にはゲート電極51とソース電極47との間、およびゲート電極51とドレイン電極48との間)には、一対のトレンチ52がゲート電極51に接して形成されている。このトレンチ52の開口幅Lbはゲート電極51の幅L11よりも広くてもよいが、ゲート電極51の幅L11と等しいことが好ましく、それよりも狭いことがより好ましい。また、トレンチ52の深さはゲート電極51直下のゲート層50の底面よりも深くなっている。   In this field effect transistor 4, a pair of trenches 52 are formed on both sides of the gate electrode 51 (specifically, between the gate electrode 51 and the source electrode 47 and between the gate electrode 51 and the drain electrode 48). 51 is formed in contact with. The opening width Lb of the trench 52 may be wider than the width L11 of the gate electrode 51, but is preferably equal to the width L11 of the gate electrode 51, and more preferably narrower than that. The depth of the trench 52 is deeper than the bottom surface of the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51.

ゲート層50の幅(ゲート長)Lgはゲート電極51の幅L11と等しくてもよいが、それよりも狭くなっていることが好ましい。なお、図20には、ゲート長Lgがゲート電極51の幅L11よりも狭くなっているケースが例示されている。   The width (gate length) Lg of the gate layer 50 may be equal to the width L11 of the gate electrode 51, but is preferably narrower than that. 20 illustrates a case where the gate length Lg is narrower than the width L11 of the gate electrode 51.

また、基板10とは反対側の表面には絶縁層53が形成されている。この絶縁層53は一対のトレンチ52の内部空間にまで及んでおり、トレンチ52の内部空間が絶縁層53を構成する絶縁性材料で充填されている。また、ゲート電極51およびその直下のゲート層50についてはその全体が絶縁層53中に埋め込まれている。ソース電極47およびドレイン電極48についてはこれらの側面が絶縁層53で覆われている。ここで、絶縁層53は誘電率の低い材料で構成されており、窒化シリコンよりも誘電率の低い材料で構成されていることが好ましい。その場合には、寄生容量を大幅に低減することができる。   An insulating layer 53 is formed on the surface opposite to the substrate 10. The insulating layer 53 extends to the internal space of the pair of trenches 52, and the internal space of the trench 52 is filled with an insulating material constituting the insulating layer 53. The gate electrode 51 and the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51 are entirely embedded in the insulating layer 53. The side surfaces of the source electrode 47 and the drain electrode 48 are covered with an insulating layer 53. Here, the insulating layer 53 is made of a material having a low dielectric constant, and is preferably made of a material having a dielectric constant lower than that of silicon nitride. In that case, the parasitic capacitance can be greatly reduced.

このような構成の電界効果トランジスタ4は、例えば次のようにして製造することができる。なお、上記第3の実施の形態の図18(A)までの工程は同一であることから、それ以降の工程について主に説明する。   The field effect transistor 4 having such a configuration can be manufactured, for example, as follows. Since the steps up to FIG. 18A of the third embodiment are the same, the subsequent steps are mainly described.

CVD法などによって例えばSiOからなる絶縁膜44Aを積層したのち、絶縁膜44A上にゲート電極51およびトレンチ52を形成することとなる部分に開口径L7(>Lg)の開口部H7を有するレジスト層R8をリソグラフィ工程により形成する(図17(A))。次に、レジスト層R8を除去したのち(図22(A))、MOCVD法などにより例えばC(炭素)をドーパントとするp型GaAsからなるゲート層50Aを再成長させる(図22(B))。 A resist having an opening H7 having an opening diameter L7 (> Lg) at a portion where the gate electrode 51 and the trench 52 are to be formed on the insulating film 44A after the insulating film 44A made of, for example, SiO 2 is laminated by the CVD method or the like. The layer R8 is formed by a lithography process (FIG. 17A). Next, after removing the resist layer R8 (FIG. 22A), a gate layer 50A made of p-type GaAs using, for example, C (carbon) as a dopant is regrown by MOCVD or the like (FIG. 22B). .

次に、ゲート電極51の形成されることとなる部分に開口径L10(Lg≦L10<L7)の開口部H10を有するレジスト層R10をリソグラフィ工程により形成する(図23(A))。このとき、開口部H10をゲート層50Aの中央部分に設けた場合には、後述の開口部H11がゲート電極51の両側に対称に形成されるので、一対のトレンチ52を左右対称に形成することができる。なお、一対のトレンチ52を左右非対称に形成したい場合には、開口部H10をゲート層50Aの中央部分以外の部分に設ければよい。   Next, a resist layer R10 having an opening H10 having an opening diameter L10 (Lg ≦ L10 <L7) is formed in a portion where the gate electrode 51 is to be formed by a lithography process (FIG. 23A). At this time, when the opening H10 is provided in the central portion of the gate layer 50A, the opening H11 described later is formed symmetrically on both sides of the gate electrode 51, so that the pair of trenches 52 is formed symmetrically. Can do. If it is desired to form the pair of trenches 52 asymmetrically, the opening H10 may be provided in a portion other than the central portion of the gate layer 50A.

次に、開口部H8を含む表面全体にTi/Pt/Au金属膜を形成したのち、リフトオフによりレジスト層R10を剥離して、開口部H10の部位にゲート電極51を形成する(図23(B))。このとき、ゲート電極51の幅L11は開口部H10の開口径L10と等しい。また、リフトオフに伴い、ゲート電極51の両脇に、開口部H11が形成される。これにより、開口部H11の底部にゲート層50Aが露出する。   Next, after forming a Ti / Pt / Au metal film on the entire surface including the opening H8, the resist layer R10 is peeled off by lift-off, and a gate electrode 51 is formed at the site of the opening H10 (FIG. 23B). )). At this time, the width L11 of the gate electrode 51 is equal to the opening diameter L10 of the opening H10. Moreover, the opening part H11 is formed in the both sides of the gate electrode 51 with lift-off. As a result, the gate layer 50A is exposed at the bottom of the opening H11.

次に、ゲート電極51および絶縁膜44Aをマスクとして、開口部H11を通じてゲート層50A(さらに第1キャップ層41)をエッチングし、ゲート電極51の両脇に一対のトレンチ52を形成する(図24(A))。これにより、ゲート電極51直下の部分にゲート層50が形成される。このとき、例えばクエン酸などを用いて等方的にエッチングした場合には、ゲート電極51直下の部分が少し削れるので、ゲート電極51直下のゲート層50の幅(ゲート長)Lgがゲート電極51の幅L11よりも狭くなる。このように、一対のトレンチ52を形成する際に等方的なエッチング法を用いることによりゲート長Lgを狭く形成することができる。なお、例えばRIE法などを用いて異方的にエッチングした場合には、ゲート電極51直下の部分はほとんど削れないので、ゲート電極51直下のゲート層50の幅(ゲート長)Lgをゲート電極51の幅L11と等しくすることもできる。   Next, using the gate electrode 51 and the insulating film 44A as a mask, the gate layer 50A (further, the first cap layer 41) is etched through the opening H11 to form a pair of trenches 52 on both sides of the gate electrode 51 (FIG. 24). (A)). As a result, the gate layer 50 is formed immediately below the gate electrode 51. At this time, for example, when isotropic etching is performed using citric acid or the like, the portion immediately below the gate electrode 51 is slightly cut, so that the width (gate length) Lg of the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51 is equal to the gate electrode 51. It becomes narrower than the width L11. Thus, the gate length Lg can be narrowed by using an isotropic etching method when forming the pair of trenches 52. Note that when anisotropic etching is performed using, for example, the RIE method, the portion immediately below the gate electrode 51 is hardly etched, so the width (gate length) Lg of the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51 is set to the gate electrode 51. It can also be made equal to the width L11.

なお、トレンチ52を形成する際に、トレンチ52の深さを構造で制御したい場合には、第1キャップ層41中にAl組成の高いAlGaAsやInGaPなどからなるエッチングストップ層(図示せず)を設けておくことが好ましい。   When the trench 52 is to be formed and the depth of the trench 52 is to be controlled by the structure, an etching stop layer (not shown) made of AlGaAs, InGaP or the like having a high Al composition is formed in the first cap layer 41. It is preferable to provide it.

次に、トレンチ52を含む表面全体にCVD法などによって絶縁膜53Aを形成する(図24(B))。これにより、トレンチ52内に絶縁性物質が充填される。また、絶縁膜44Aと共に絶縁層53が形成されるので、ゲート電極51はこの絶縁層53内に埋め込まれる。   Next, an insulating film 53A is formed over the entire surface including the trench 52 by a CVD method or the like (FIG. 24B). As a result, the trench 52 is filled with an insulating material. In addition, since the insulating layer 53 is formed together with the insulating film 44 </ b> A, the gate electrode 51 is embedded in the insulating layer 53.

次に、上記第1の実施の形態と同様にして、ソース電極47、ドレイン電極48および反応領域49を形成する(図21)。このようにして、本実施の形態の電界効果トランジスタ4が形成される。   Next, a source electrode 47, a drain electrode 48, and a reaction region 49 are formed in the same manner as in the first embodiment (FIG. 21). In this way, the field effect transistor 4 of the present embodiment is formed.

本実施の形態の電界効果トランジスタ4の製造方法では、絶縁膜44Aおよびゲート電極51をマスクとして第1キャップ層41をエッチングして一対のトレンチ52を形成するようするようにしたので、ゲート電極51と、一対のトレンチ52との位置合わせをせずに、ゲート電極51およびその直下のゲート層50に接して一対のトレンチ52を形成することができる。また、トレンチ52を形成する際に、絶縁膜44Aおよびゲート電極51をマスクとして用いているので、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ52の開口幅Lb(開口部H11の開口径)を狭くすることができる。   In the method of manufacturing the field effect transistor 4 of the present embodiment, the first cap layer 41 is etched using the insulating film 44A and the gate electrode 51 as a mask to form the pair of trenches 52. Then, without aligning with the pair of trenches 52, the pair of trenches 52 can be formed in contact with the gate electrode 51 and the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51. Further, since the insulating film 44A and the gate electrode 51 are used as a mask when forming the trench 52, the opening width Lb (opening diameter of the opening H11) of the trench 52 is reduced without depending on the opening capability of the stepper. be able to.

これにより、本実施の形態の電界効果トランジスタ4では、一対のトレンチ52がゲート電極51およびその直下のゲート層50に精確に接して設けられており、ゲート電極51とトレンチ52との距離Laがゼロとなっているので、オン抵抗の上昇を極力抑えて、寄生容量Cgs,Cgdを低減することができる。さらに、寄生容量Cgs,Cgdの電圧依存性(非線形性)も少なくすることができる。その結果、ソース電極47またはドレイン電極48からの入力信号に対する挿入損失、IMDおよび高調波歪みを少なくすることができる。 As a result, in the field effect transistor 4 of the present embodiment, the pair of trenches 52 are provided in exact contact with the gate electrode 51 and the gate layer 50 immediately below the gate electrode 51, and the distance La between the gate electrode 51 and the trench 52 is Since it is zero, it is possible to reduce the parasitic capacitances C gs and C gd while suppressing an increase in on-resistance as much as possible. Furthermore, voltage dependence (nonlinearity) of the parasitic capacitances C gs and C gd can be reduced. As a result, insertion loss, IMD, and harmonic distortion with respect to an input signal from the source electrode 47 or the drain electrode 48 can be reduced.

さらに、本実施の形態では、ステッパーの開口能力に依存しないでトレンチ52の開口幅Lb(開口部H11の開口径)を狭く(例えば0.25μm程度)することができるので、オン抵抗を効果的に低減することができる。これにより、挿入損失をより一層少なくすることができる。   Furthermore, in this embodiment, the on-resistance can be effectively reduced because the opening width Lb of the trench 52 (opening diameter of the opening H11) can be narrowed (for example, about 0.25 μm) without depending on the opening capability of the stepper. Can be reduced. Thereby, insertion loss can be further reduced.

また、本実施の形態では、トレンチ52を形成する際に等方性エッチャントを用いることにより、ゲート長Lgをゲート電極51の幅L11よりも狭くすることができるので、ゲート長Lgをゲート電極51の幅L11と等しいか、それよりも大きくした場合と比べて取り扱い可能な周波数の上限を上げることができる。   Further, in the present embodiment, by using an isotropic etchant when forming the trench 52, the gate length Lg can be made narrower than the width L11 of the gate electrode 51. Therefore, the gate length Lg is reduced to the gate electrode 51. The upper limit of the frequency that can be handled can be increased compared with the case where the width L11 is equal to or larger than the width L11.

以上、複数の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。   The present invention has been described with reference to a plurality of embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of the field effect transistor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1の電界効果トランジスタの製造工程を説明するための流れ図である。2 is a flowchart for explaining a manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 1. 図2の続きの工程を説明するための流れ図である。FIG. 3 is a flowchart for explaining a process subsequent to FIG. 2. 図1の電界効果トランジスタの製造過程の断面構成図である。FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 1. 図4の続きの工程の断面構成図である。FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of the process subsequent to FIG. 4. 図5の続きの工程の断面構成図である。FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 5. 図6の続きの工程の断面構成図である。FIG. 7 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 6. 図7の続きの工程の断面構成図である。FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 7. 図8の続きの工程の断面構成図である。FIG. 9 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a process continued from FIG. 8. 本発明の第2の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a field effect transistor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図10の電界効果トランジスタの製造過程の断面構成図である。FIG. 11 is a cross-sectional configuration diagram of a manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 10. 図11の続きの工程の断面構成図である。FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a process continued from FIG. 11. 図12の続きの工程の断面構成図である。FIG. 13 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 12. 図13の続きの工程の断面構成図である。FIG. 14 is a cross-sectional configuration diagram of a step subsequent to FIG. 13. 本発明の第3の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a field effect transistor concerning a 3rd embodiment of the present invention. 図15の電界効果トランジスタの製造過程の断面構成図である。FIG. 16 is a cross-sectional configuration diagram of a manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 15. 図16の続きの工程の断面構成図である。FIG. 17 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a process continued from FIG. 16. 図17の続きの工程の断面構成図である。FIG. 18 is a cross-sectional configuration diagram of the process following FIG. 17. 図18の続きの工程の断面構成図である。FIG. 19 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 18. 図19の続きの工程の断面構成図である。FIG. 20 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a process continued from FIG. 19. 本発明の第4の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面構成図である。It is a section lineblock diagram of a field effect transistor concerning a 4th embodiment of the present invention. 図21の電界効果トランジスタの製造過程の断面構成図である。FIG. 22 is a cross-sectional configuration diagram of a manufacturing process of the field effect transistor of FIG. 21. 図22の続きの工程の断面構成図である。FIG. 23 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 22; 図23の続きの工程の断面構成図である。FIG. 24 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 23. スイッチICの概略構成図およびその等価回路図である。It is a schematic block diagram of switch IC, and its equivalent circuit schematic. 図25のスイッチICの適用例を説明するための機能ブロック図である。FIG. 26 is a functional block diagram for explaining an application example of the switch IC of FIG. 25. 図25のスイッチICに複数の周波数の信号を入力したときの出力信号の周波数スペクトル図である。FIG. 26 is a frequency spectrum diagram of an output signal when signals having a plurality of frequencies are input to the switch IC of FIG. 25. 電界効果トランジスタ内部の寄生容量の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the parasitic capacitance inside a field effect transistor. 従来の電界効果トランジスタの製造過程の断面構成図である。It is a cross-sectional block diagram of the manufacturing process of the conventional field effect transistor. 図29の続きの工程の断面構成図である。FIG. 30 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a process continued from FIG. 29. 図30の続きの工程の断面構成図である。FIG. 31 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 30. 図31の続きの工程の断面構成図である。FIG. 32 is a cross-sectional configuration diagram of the process following FIG. 31. 図32の続きの工程の断面構成図である。FIG. 33 is a cross-sectional configuration diagram of a process continued from FIG. 32. ゲートドレイン間にトレンチを設けた場合と設けなかった場合における寄生容量Cgdの電圧依存性を表す特性図である。It is a characteristic view showing the voltage dependence of the parasitic capacitance Cgd when the trench is provided between the gate and the drain.

符号の説明Explanation of symbols

1〜4…電界効果トランジスタ、10,30…基板、11…バッファ層、12…下部ドーピング層、13…下部スペーサ層、14,31…チャネル層、15…上部スペーサ層、16…上部ドーピング層、17…拡散層、18,34,44,53…絶縁層、18A,18B,34A,34B,44A,44B,53A…絶縁膜、19,37,46,52…トレンチ、20,20A,35,35A…ゲート領域、21,36,45,51…ゲート電極、22,22A,38,38A,47…ソース電極、23,23A,39,39A,48…ドレイン電極、24,49…反応領域、32…オーミックコンタクト層、33…埋め込み層、40…バリア層、41…第1キャップ層、42…エッチングストップ層、43…第2キャップ層、50,50A…ゲート層、H1,H2,H4,H5,H7,H8…レジスト層の開口部、H3,H6,H9…ゲート電極と絶縁膜との間の開口部、La…ゲート電極とトレンチとの距離、Lb…トレンチの開口幅、Lg…ゲート長、L1,L2,L4,L5,L7,L8,L10…レジスト層の開口部の幅、L3,L6,L9,L11…ゲート電極の幅、R1〜R10…レジスト層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-4 ... Field effect transistor 10, 30 ... Substrate, 11 ... Buffer layer, 12 ... Lower doping layer, 13 ... Lower spacer layer, 14, 31 ... Channel layer, 15 ... Upper spacer layer, 16 ... Upper doping layer, 17 ... Diffusion layer, 18, 34, 44, 53 ... Insulating layer, 18A, 18B, 34A, 34B, 44A, 44B, 53A ... Insulating film, 19, 37, 46, 52 ... Trench, 20, 20A, 35, 35A ... gate region, 21, 36, 45, 51 ... gate electrode, 22, 22A, 38, 38A, 47 ... source electrode, 23, 23A, 39, 39A, 48 ... drain electrode, 24, 49 ... reaction region, 32 ... Ohmic contact layer, 33 ... buried layer, 40 ... barrier layer, 41 ... first cap layer, 42 ... etching stop layer, 43 ... second cap layer, 50, 50A Gate layer, H1, H2, H4, H5, H7, H8 ... opening of resist layer, H3, H6, H9 ... opening between gate electrode and insulating film, La ... distance between gate electrode and trench, Lb ... trench opening width, Lg ... gate length, L1, L2, L4, L5, L7, L8, L10 ... resist layer opening width, L3, L6, L9, L11 ... gate electrode width, R1-R10 ... Resist layer.

Claims (11)

半導体層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に所定の大きさの第1開口部を有する第1マスクを形成したのち、前記絶縁膜のうち前記第1開口部内の露出部分を除去して前記半導体層を露出させ、
前記第1マスクを除去したのち、前記第1開口部よりも小さな第2開口部を前記半導体層の露出部分に対応して有する第2マスクを形成し、
前記第2開口部の部位にゲート電極を形成すると共に前記第2マスクを除去し、
前記絶縁膜およびゲート電極をマスクとして前記半導体層をエッチングして、前記半導体層のうち前記ゲート電極直下の部分に接するトレンチを前記ゲート電極直下の部分の両側に形成する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
Forming an insulating film on the semiconductor layer;
After forming a first mask having a first opening of a predetermined size on the insulating film, the exposed portion in the first opening of the insulating film is removed to expose the semiconductor layer,
After removing the first mask, a second mask having a second opening smaller than the first opening corresponding to the exposed portion of the semiconductor layer is formed,
Forming a gate electrode at a portion of the second opening and removing the second mask;
Etching the semiconductor layer using the insulating film and the gate electrode as a mask to form trenches in contact with the portion immediately below the gate electrode of the semiconductor layer on both sides of the portion immediately below the gate electrode. A method for manufacturing a transistor.
前記第2開口部を含む表面全体に金属膜を形成したのち、リフトオフにより前記第2開口部の部位にゲート電極を形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
2. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 1, wherein after forming a metal film on the entire surface including the second opening, a gate electrode is formed at a site of the second opening by lift-off. 3.
前記半導体層を露出させたのち、前記第1マスクを除去する前に、前記半導体層の露出部分に、pまたはnの導電型不純物を含有するゲート領域を形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
The gate region containing p or n conductivity type impurities is formed in the exposed portion of the semiconductor layer after the semiconductor layer is exposed and before the first mask is removed. A method for producing the field effect transistor according to 1.
前記ゲート領域を気相拡散により形成する
ことを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 3, wherein the gate region is formed by vapor phase diffusion.
前記ゲート領域を結晶成長により形成する
ことを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 3, wherein the gate region is formed by crystal growth.
前記トレンチを前記ゲート領域より浅く、等しく、または深く形成する
ことを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 3, wherein the trench is formed shallower, equal, or deeper than the gate region.
前記ゲート電極直下の部分の幅は、前記ゲート電極の幅以下となっている
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
2. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 1, wherein a width of a portion immediately below the gate electrode is equal to or less than a width of the gate electrode.
半導体層上にゲート電極と、前記ゲート電極の両側に設けられたソース電極およびドレイン電極とを備えた電界効果トランジスタであって、
前記半導体層のうち、前記ゲート電極とソース電極との間およびゲート電極とドレイン電極との間に設けられた一対のトレンチを有し、
前記トレンチは、前記半導体層のうち前記ゲート電極直下の部分に接して設けられている
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
A field effect transistor comprising a gate electrode on a semiconductor layer, and a source electrode and a drain electrode provided on both sides of the gate electrode,
Of the semiconductor layer, having a pair of trenches provided between the gate electrode and the source electrode and between the gate electrode and the drain electrode,
The trench is provided in contact with a portion of the semiconductor layer immediately below the gate electrode.
前記ゲート電極直下の部分は、pまたはnの導電型不純物を含有するゲート領域となっている
ことを特徴とする請求項8に記載の電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 8, wherein a portion immediately below the gate electrode is a gate region containing p or n conductivity type impurities.
前記トレンチは、前記ゲート領域より浅い深さ、前記ゲート領域と等しい深さ、または前記ゲート領域よりも深い深さを有する
ことを特徴とする請求項9に記載の電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 9, wherein the trench has a depth shallower than the gate region, a depth equal to the gate region, or a depth deeper than the gate region.
前記ゲート電極直下の部分の幅は、前記ゲート電極の幅以下となっている
ことを特徴とする請求項8に記載の電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 8, wherein a width of a portion immediately below the gate electrode is equal to or less than a width of the gate electrode.
JP2006283487A 2006-10-18 2006-10-18 Field effect transistor and its manufacturing method Pending JP2008103459A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006283487A JP2008103459A (en) 2006-10-18 2006-10-18 Field effect transistor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006283487A JP2008103459A (en) 2006-10-18 2006-10-18 Field effect transistor and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008103459A true JP2008103459A (en) 2008-05-01

Family

ID=39437576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006283487A Pending JP2008103459A (en) 2006-10-18 2006-10-18 Field effect transistor and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008103459A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134345A (en) * 2010-12-22 2012-07-12 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61168269A (en) * 1985-01-19 1986-07-29 Sony Corp Manufacture of junction gate field effect transistor
JP2003297853A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 New Japan Radio Co Ltd Method of manufacturing field effect transistor
JP2004179318A (en) * 2002-11-26 2004-06-24 Nec Compound Semiconductor Devices Ltd Junction field effect transistor and method for manufacturing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61168269A (en) * 1985-01-19 1986-07-29 Sony Corp Manufacture of junction gate field effect transistor
JP2003297853A (en) * 2002-03-29 2003-10-17 New Japan Radio Co Ltd Method of manufacturing field effect transistor
JP2004179318A (en) * 2002-11-26 2004-06-24 Nec Compound Semiconductor Devices Ltd Junction field effect transistor and method for manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012134345A (en) * 2010-12-22 2012-07-12 Toshiba Corp Semiconductor device and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10541324B2 (en) Semiconductor device with a recessed ohmic contact and methods of fabrication
US9306031B2 (en) Compound semiconductor device, method of manufacturing the same, power supply device and high-frequency amplifier
EP2601678B1 (en) Manufacturing of scalable gate length high electron mobility transistors
JP2006196802A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR20000048423A (en) Semiconductor device and fabrication method thereof
CN110429127B (en) Gallium nitride transistor structure and preparation method thereof
CN115868029A (en) Self-passivated nitrogen polar group III nitride transistors
WO2019208034A1 (en) Switching transistor and semiconductor module
JP3651964B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2008103459A (en) Field effect transistor and its manufacturing method
US20220367697A1 (en) Group iii-nitride transistors with back barrier structures and buried p-type layers and methods thereof
JP5768340B2 (en) Compound semiconductor device
CN113793806A (en) Semiconductor device and preparation method
WO2014154125A1 (en) Radio-frequency power device for realizing source-drain gate asymmetrical self-alignment and manufacturing method
CN114843335A (en) High-linearity GaN HEMT device based on asymmetric ohm regrowth region and preparation method thereof
CN108878458B (en) Epitaxial structure of SOI-based monolithic laterally integrated PHEMT and MOSFET and preparation method
CN114649410A (en) Trench type semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2009032729A (en) Switching element and electronic apparatus
CN113113478B (en) GaN-based radio frequency power device based on ohmic regrowth and preparation method thereof
WO2023286307A1 (en) Semiconductor device, semiconductor module and electronic machine
US20230187385A1 (en) Rfldmos device and manufacturing method thereof
JP2000307102A (en) Field-effect transistor and manufacture thereof
JP2003258003A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2011035197A (en) Field effect transistor, manufacturing method of field effect transistor, and communication device
US7646060B2 (en) Method and device of field effect transistor including a base shorted to a source region

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090930

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120731

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130116

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02