JP2591162B2 - Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device manufactured thereby - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device manufactured thereby

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JP2591162B2
JP2591162B2 JP1143401A JP14340189A JP2591162B2 JP 2591162 B2 JP2591162 B2 JP 2591162B2 JP 1143401 A JP1143401 A JP 1143401A JP 14340189 A JP14340189 A JP 14340189A JP 2591162 B2 JP2591162 B2 JP 2591162B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 半導体層とショットキ障壁を形成する金属ゲートを有
する半導体装置の製造方法に関し, 雑音指数および動作速度の向上を目的とし, 第1の半導体層上に絶縁層を形成する第1の工程と,
該第1の半導体層を表出する窓を該絶縁層に形成する第
2の工程と,該窓内の表出した該第1の半導体層にショ
ットキ接触し且つ該絶縁層上に延在する端部を有する金
属電極を形成する第3の工程と,該金属電極の該延在す
る端部の下に存在する該絶縁層を除去して該第1の半導
体層を表出する第4の工程と,該延在する端部を含む該
金属電極の表面および該端部の下に表出した該第1の半
導体層の表面にこれら表面にならって保護膜を形成する
ことにより該金属電極の該延在する端部と該第1の半導
体層との間に空間を残すと共に該窓内に表出した該第1
の半導体層の表面を保護する第5の工程とを含むことを
特徴とする半導体装置の製造方法または第1の半導体層
と,該第1の半導体層の一表面にショットキ接触するゲ
ート電極を構成する金属電極と,該金属電極の一部分で
あって該金属電極の頂部から両側方に該第1の半導体層
表面上を延在する端部と,該端部の延在する方向におい
て該金属電極を挟んで互いに対向するようにして且つ該
第1の半導体層表面に接して配置されたソース電極およ
びドレイン電極と,該端部を含む該金属電極の表面およ
び該端部の直下の領域に表出する該第1の半導体層表面
ならびに該ソース電極およびドレイン電極の表面をこれ
ら表面にならって覆う絶縁性の保護膜とを備え,それぞ
れの表面が該保護膜によって覆われた該金属電極と該第
1の半導体層と該ソース電極とで囲まれた空間およびそ
れぞれの表面が該保護膜によって覆われた該金属電極と
該第1の半導体層と該ドレイン電極とで囲まれた空間が
空隙であることを特徴とする半導体装置のごとく構成さ
れる。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a semiconductor layer and a metal gate forming a Schottky barrier. The present invention relates to a method for improving a noise figure and an operation speed. A first step of forming
A second step of forming a window exposing the first semiconductor layer in the insulating layer; and making a Schottky contact with the exposed first semiconductor layer in the window and extending over the insulating layer. A third step of forming a metal electrode having an end; and a fourth step of removing the insulating layer under the extending end of the metal electrode to expose the first semiconductor layer. Forming a protective film on the surface of the metal electrode including the extending end portion and the surface of the first semiconductor layer exposed under the end portion following the surface. Leaving a space between the extending end of the first semiconductor layer and the first semiconductor layer and exposing the first semiconductor layer in the window.
Forming a first semiconductor layer and a gate electrode which makes Schottky contact with one surface of the first semiconductor layer, the method comprising: a fifth step of protecting a surface of the first semiconductor layer. A metal electrode, a part of the metal electrode, extending from the top of the metal electrode to both sides on the surface of the first semiconductor layer, and the metal electrode in a direction in which the end extends. A source electrode and a drain electrode which are arranged so as to be opposed to each other across the surface of the first semiconductor layer and are in contact with the surface of the metal electrode including the end and a region immediately below the end; An insulating protective film that covers the surface of the first semiconductor layer and the source electrode and the drain electrode that follow the surface of the first semiconductor layer. A first semiconductor layer and the first semiconductor layer; A space surrounded by the source electrode and a space surrounded by the metal electrode, the first semiconductor layer, and the drain electrode, each surface of which is covered by the protective film, is a gap. It is configured like a semiconductor device.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は,半導体層とショットキ障壁を形成する金属
ゲートを有する半導体装置,特にHEMT(高電子移動度ト
ランジスタ)の製造方法に関する。
The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor layer and a metal gate forming a Schottky barrier, and more particularly to a method of manufacturing a HEMT (High Electron Mobility Transistor).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GaAsを中心とする化合物半導体を用いてMESFET(金属
−半導体電界効果トランジスタ)やHEMTが実用化されて
いる。これらは,GaAs等の化合物半導体の高電子移動度
を利用した高スイッチング速度を特徴とし,半導体層と
ショットキ障壁を形成する金属ゲートを備えた構造を有
する。とくに,2次元電子ガスをキャリヤとするHEMTは,M
ESFETに比べて電子移動度が大きく,このため,雑音指
数が小さく,かつ,動作速度が高い。このような特徴を
有効に発揮させるためには,真性機能,すなわち,トラ
ンスコンダクタンス(gm)を高め,かつ,寄生容量(Cg
s,Cgd)を減少させることが重要である。
MESFETs (metal-semiconductor field effect transistors) and HEMTs have been put to practical use using compound semiconductors centered on GaAs. These are characterized by a high switching speed utilizing high electron mobility of a compound semiconductor such as GaAs, and have a structure including a semiconductor layer and a metal gate forming a Schottky barrier. In particular, HEMTs that use a two-dimensional electron gas as the carrier
The electron mobility is higher than that of the ESFET, so the noise figure is smaller and the operation speed is higher. In order to effectively exhibit such characteristics, the intrinsic function, that is, the transconductance (gm) is increased, and the parasitic capacitance (Cg
It is important to reduce s, Cgd).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のMESFETあるいはHEMTにおいては,ゲート電極と
ソース/ドレイン領域のコンタクト層となる半導体層と
の間に形成された,例えばSiO2から成る絶縁層に起因す
る特性不良が生じる問題があった。以下,従来のHEMTを
例に,上記問題点を説明する。
In the conventional MESFET or HEMT, there is a problem that a characteristic defect occurs due to an insulating layer made of, for example, SiO 2 formed between a gate electrode and a semiconductor layer serving as a contact layer of a source / drain region. Hereinafter, the above-mentioned problems will be described using a conventional HEMT as an example.

第4図は従来のHEMTの構造の要部断面図であって,電
子走行層となる真性GaAs(i−GaAs)層1と電子供給層
となるn+−Al GaAs層2が積層されており,n+−Al GaAs
層2にショットキ接触するゲート電極8が形成されてい
る。そして,ゲート電極8の両側には,ソース/ドレイ
ン領域に接触するコンタクト層(またはキャップ層)と
なるn+−Ga As層3にオーミック接触する金属層から成
るソース/ドレイン電極10が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the structure of a conventional HEMT, in which an intrinsic GaAs (i-GaAs) layer 1 serving as an electron transit layer and an n + -Al GaAs layer 2 serving as an electron supply layer are laminated. , n + −Al GaAs
A gate electrode 8 that is in Schottky contact with layer 2 is formed. On both sides of the gate electrode 8, source / drain electrodes 10 made of a metal layer that makes ohmic contact with the n + -GaAs layer 3 that becomes a contact layer (or a cap layer) that contacts the source / drain regions are formed. I have.

第4図に示すように,n+−Ga As層3に設けられた開
口,すなわち,n+−Ga As層3のリセス部分には,SiO2
ら成る側壁層7が存在している。このSiO2側壁層7は,
第5図(a)に示すように,レジストパターン9をマス
クとしてゲート電極8がパターンニングされ,このとき
に表出したSiO2層4を,第5図(b)に示すように,ゲ
ート電極8をマスクとしてエッチング除去してn+−Ga A
s層3を表出させた際に,ゲート電極8直下にSiO2層が
残ったものである。このSiO2側壁層7の存在により次の
ような問題が生じる。
As shown in FIG. 4, n + -Ga As layer 3 to provided the opening, i.e., the recess portion of the n + -Ga As layer 3, the sidewall layer 7 made of SiO 2 is present. This SiO 2 side wall layer 7
As shown in FIG. 5A, the gate electrode 8 is patterned using the resist pattern 9 as a mask, and the SiO 2 layer 4 exposed at this time is applied to the gate electrode 8 as shown in FIG. 5B. 8 as a mask to remove n + -Ga A
When the s layer 3 is exposed, the SiO 2 layer remains immediately below the gate electrode 8. The presence of the SiO 2 side wall layer 7 causes the following problem.

ゲート電極8とn+−Ga As層3およびn+−Al GaAs層2
との間の寄生容量を増大させ,とくに,3端子でのトラン
ジスタ動作の速度に大きく影響するゲート・ドレイン間
容量(Cgd)の主成分となる n+−Ga As層3のリセス部分の不連続面には,SiO2側壁
面7とn+−Al GaAs層2およびn+−Ga As層3との間の格
子整合および熱膨張率差に起因する応力が集中してお
り,このために,ゲート・ソース間あるいはゲート・ド
レイン間の逆方向耐圧の低下が生じやすくなり,また,
同一ウエハ上に形成される多数の素子の逆方向耐圧に大
きなバラツキが生じる n+−Ga As層3のリセス部分に接するSiO2側壁層7に
は,上記応力集中により多数のマイクロクラックが発生
し,静電破壊が生じやすくなる。このため,ソース−ド
レイン間耐圧の低下の原因となる 本発明は上記従来の構造における問題点を解決し,ト
ランジスタの高周波動作特性ならびに直流耐圧を向上す
ることを目的とする。
Gate electrode 8, n + -Ga As layer 3 and n + -Al GaAs layer 2
In particular, the n + −Ga As layer 3 which is a main component of the gate-drain capacitance (C gd ) greatly affects the speed of the transistor operation at the three terminals. On the continuous surface, the stress due to the lattice matching and the difference in the coefficient of thermal expansion between the SiO 2 side wall surface 7 and the n + -Al GaAs layer 2 and the n + -Ga As layer 3 is concentrated. , The reverse breakdown voltage between the gate and the source or between the gate and the drain is likely to decrease.
A large variation occurs in the reverse breakdown voltage of a large number of elements formed on the same wafer. A large number of microcracks are generated in the SiO 2 side wall layer 7 in contact with the recessed portion of the n + -GaAs layer 3 due to the stress concentration. , Electrostatic breakdown easily occurs. Therefore, an object of the present invention, which causes a decrease in the source-drain breakdown voltage, is to solve the above-described problems in the conventional structure and to improve the high-frequency operation characteristics and the DC breakdown voltage of the transistor.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は,第1の半導体層上に絶縁層を形成する第
1の工程と,該第1の半導体層を表出する窓を該絶縁層
に形成する第2の工程と,該窓内の表出した該第1の半
導体層にショットキ接触し且つ該絶縁層上に延在する端
部を有する金属電極を形成する第3の工程と,該金属電
極の該延在する端部の下に存在する該絶縁層を除去して
該第1の半導体層を表出する第4の工程と,該延在する
端部を含む該金属電極の表面および該端部の下に表出し
た該第1の半導体層の表面にこれら表面にならって保護
膜を形成することにより該金属電極の該延在する端部と
該第1の半導体層との間に空間を残すと共に該窓内に表
出した該第1の半導体層の表面を保護する第5の工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法または第
1の半導体層と,該第1の半導体層の一表面にショット
キ接触するゲート電極を構成する金属電極と,該金属電
極の一部分であって該金属極の頂部から両側方に該第1
の半導体層表面上を延在する端部と,該端部の延在する
方向において該金属電極を挟んで互いに対向するように
して且つ該第1の半導体層表面に接して配置されたソー
ス電極およびドレイン電極と,該端部を含む該金属電極
の表面および該端部の直下の領域に表出する該第1の半
導体層表面ならびに該ソース電極およびドレイン電極の
表面をこれら表面にならって覆う絶縁性の保護膜とを備
え,それぞれの表面が該保護膜によって覆われた該金属
電極と該第1の半導体層と該ソース電極とで囲まれた空
間およびそれぞれの表面が該保護膜によって覆われた該
金属電極と該第1の半導体層と該ドレイン電極とで囲ま
れた空間が空隙であることを特徴とする半導体装置によ
って達成される。
The object is to provide a first step of forming an insulating layer on a first semiconductor layer, a second step of forming a window exposing the first semiconductor layer in the insulating layer, A third step of forming a metal electrode having Schottky contact with the exposed first semiconductor layer and having an end extending over the insulating layer; and forming a metal electrode under the extending end of the metal electrode. A fourth step of removing the existing insulating layer to expose the first semiconductor layer; and a step of exposing the surface of the metal electrode including the extending end and the surface exposed below the end. Forming a protective film on the surface of the first semiconductor layer following these surfaces, leaving a space between the extending end of the metal electrode and the first semiconductor layer and exposing in the window. A method of manufacturing a semiconductor device or a first semiconductor layer, the method comprising: protecting a surface of the first semiconductor layer. And a metal electrode constituting the gate electrode of Schottky contact with one surface of the first semiconductor layer, said first on both sides from the top of the metal electrode to a portion of said metal electrode
An end extending on the surface of the semiconductor layer, and a source electrode disposed in contact with the surface of the first semiconductor layer so as to face each other with the metal electrode interposed therebetween in the direction in which the end extends. And the drain electrode, and the surface of the metal electrode including the end and the surface of the first semiconductor layer exposed in the region immediately below the end, and the surfaces of the source electrode and the drain electrode. An insulating protective film, wherein a space surrounded by the metal electrode, the first semiconductor layer, and the source electrode, each surface of which is covered by the protective film, and each surface is covered by the protective film. This is achieved by a semiconductor device, wherein a space surrounded by the metal electrode, the first semiconductor layer, and the drain electrode is a gap.

〔作 用〕(Operation)

n+−Ga As層3のリセス部分とゲート電極8との間の
絶縁層を除去し,この間を絶縁物で埋め込まないように
することによってゲート・ソース間,ゲート・ドレイン
間寄生容量が低減され,その結果,高周波特性が向上さ
れる。また,n+−Ga As層3のリセス部分に,従来のSiO2
側壁層7のような厚い絶縁層が接しないので,応力集中
や絶縁層のマイクロクラックが発生せず,これらに応力
集中やマイクロクラックに起因する耐圧低下や絶縁層の
静電破壊が生じない。
By removing the insulating layer between the recessed portion of the n + -GaAs layer 3 and the gate electrode 8 so as not to fill the gap with an insulator, the parasitic capacitance between the gate and the source and between the gate and the drain is reduced. As a result, the high frequency characteristics are improved. Further, the recessed portion of the n + -Ga As layer 3, the conventional SiO 2
Since a thick insulating layer such as the side wall layer 7 does not contact, stress concentration and microcracks in the insulating layer do not occur, and there is no reduction in breakdown voltage or electrostatic breakdown of the insulating layer due to stress concentration or microcracks.

〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。以下
の図面において,既掲の図面におけるのと同じ部分には
同一符号を付してある。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same parts as those in the already-described drawings are denoted by the same reference numerals.

第1図は本発明に係るHEMTの構造を示す要部断面図で
あって,第4図に示す従来の構造と同様に,電子走行層
となるi−GaAs層1と電子供給層となるn+−Al GaAs層
2が積層されており,n+−Al GaAs層2にショットキ接続
する金属層から成るゲート電極8が形成されている。ゲ
ート電極8の両側には,ソース/ドレイン領域に接触す
るキャップ層となるn+−Ga As層3が形成されており,n+
−Ga As層3にオーミック接触する金属層から成るソー
ス/ドレイン電極10が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part showing the structure of an HEMT according to the present invention. As in the conventional structure shown in FIG. 4, i-GaAs layer 1 serving as an electron transit layer and n serving as an electron supply layer are provided. A + -Al GaAs layer 2 is laminated, and a gate electrode 8 made of a metal layer which is Schottky connected to the n + -Al GaAs layer 2 is formed. On both sides of the gate electrode 8, and n + -Ga As layer 3 serving as a cap layer in contact with the source / drain region is formed, n +
A source / drain electrode 10 made of a metal layer in ohmic contact with the GaAs layer 3;

第1図においては,n+−Ga As層3に設けられた開口,
すなわち,n+−Ga As層3のリセス部分を埋め込む絶縁
層,すなわち,第4図における側壁層7が存在していな
い。ゲート電極8とn+−Ga As層3間には空隙11が存在
する。そして,n+−Ga As層3の露光表面,ゲート電極8
表面およびソース/ドレイン電極10表面は,例えばSi3N
4から成る薄い絶縁層12によって覆われている。その結
果,ゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間の寄生
容量(CgsおよびCgd)が低減され,高周波特性が向上可
能となり,また,素子の直流耐圧が向上される。さら
に,絶縁層12は,その厚さが小さいため応力を受けても
マイクロクラックが生じ難く,n+−Al GaAs層2の露出表
面を保護し,素子特性の安定性が保証される。
In FIG. 1, an opening provided in the n + -Ga As layer 3 is shown.
That is, there is no insulating layer burying the recessed portion of the n + -Ga As layer 3, that is, the side wall layer 7 in FIG. An air gap 11 exists between the gate electrode 8 and the n + -Ga As layer 3. Then, the exposed surface of the n + -Ga As layer 3 and the gate electrode 8
The surface and the surface of the source / drain electrode 10 are made of, for example, Si 3 N
It is covered by a thin insulating layer 12 of 4 . As a result, the parasitic capacitance (Cgs and Cgd) between the gate and the source and between the gate and the drain is reduced, the high-frequency characteristics can be improved, and the DC breakdown voltage of the element is improved. Furthermore, since the insulating layer 12 has a small thickness, microcracks are unlikely to occur even when subjected to stress, and the exposed surface of the n + -Al GaAs layer 2 is protected, and the stability of the device characteristics is guaranteed.

第2図は,本発明に係るHEMTの製造工程における要部
断面図である。まず,同図(a)を参照して,i−GaAs層
1上に,n+−Al GaAs層2およびn+−Ga As層3が順次形
成された基板上に,厚さ約0.3μmのSiO2層4を堆積し
たのち,SiO2層4上にレジストを塗布する。このレジス
ト層(図示省略)に,周知のリソグラフィの手法を用い
て,約0.4μmのゲート長を有するゲートパターンに対
応する開口を設ける。このレジスト層をマスクとして,
前記開口内に表出しているSiO2層4をエッチング除去す
る。このようにして,SiO2層4には開口5が形成され
る。
FIG. 2 is a sectional view of a main part in a manufacturing process of the HEMT according to the present invention. First, referring to FIG. 1A, on a substrate on which an n + -Al GaAs layer 2 and an n + -Ga As layer 3 are sequentially formed on an i-GaAs layer 1, a layer having a thickness of about 0.3 μm is formed. After depositing a SiO 2 layer 4, a resist is coated on the SiO 2 layer 4. An opening corresponding to a gate pattern having a gate length of about 0.4 μm is formed in this resist layer (not shown) using a known lithography technique. Using this resist layer as a mask,
The SiO 2 layer 4 exposed in the opening is removed by etching. Thus, the opening 5 is formed in the SiO 2 layer 4.

前記レジスト層を除去し,次いで,SiO2層4をマスク
として,開口5内に表出しているn+−Ga As層3を,異
方性のエッチング方法,例えばCCl2F2(フロン12)をエ
ッチャントとする周知のリアクティブオンエッチング
(RIE)法によって,選択除去する。これにより,図示
のように,n+−Ga As層3にリセス部6が形成される。
The resist layer is removed, and then, using the SiO 2 layer 4 as a mask, the n + -Ga As layer 3 exposed in the opening 5 is subjected to an anisotropic etching method, for example, CCl 2 F 2 (CFC 12). Is selectively removed by a well-known reactive-on-etching (RIE) method using as an etchant. As a result, a recess 6 is formed in the n + -Ga As layer 3 as shown.

次いで,周知のCVD法を用いて,第2図(b)に示す
ように,SiO2層4およびリセス部6に表出するn+−Al Ga
As層2上に厚さ約0.3μmのSiO2層70を堆積したのち,
例えばCF4(4弗化炭素)をエッチャントとする周知のR
IE法により,SiO2層70に対して,いわゆるエッチバック
を施す。これによりn+−Al GaAs層2が再び表出される
と共に,第2図(c)に示すように,リセス部6におけ
るn+−Ga As層3の側面に,SiO2層70から成る側壁層7が
残留する。リセス部6以外のn+−Ga As層3上には,実
質的に前記SiO2層4のみが残留する。
Next, as shown in FIG. 2B, n + -Al Ga exposed in the SiO 2 layer 4 and the recess 6 is formed by using a well-known CVD method.
After depositing a SiO 2 layer 7 0 a thickness of about 0.3μm on the As layer 2,
For example, a well-known R using CF 4 (carbon tetrafluoride) as an etchant
The IE method for SiO 2 layer 7 0, subjected to so-called etch back. Thus with n + -Al GaAs layer 2 is exposed again, as shown in FIG. 2 (c), the side surfaces of the n + -Ga As layer 3 in the recessed portion 6, the side wall made of the SiO 2 layer 7 0 Layer 7 remains. Substantially only the SiO 2 layer 4 remains on the n + -Ga As layer 3 other than the recess 6.

次いで,第2図(d)に示すように,SiO2層4と側壁
層7上およびリセス部6に表出するn+−Al GaAs層2上
に金属層80を形成する。金属層80は,厚さ約0.2mのタン
グステンシリサイド(WSi)層,厚さ約0.02μmのチタ
ン(Ti)層,および,厚さ約0.4μmの金(Au)層を順
次堆積して成る積層構造を有し,周知のスパッタリング
法により形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (d), a metal layer 8 0 on n + -Al GaAs layer 2 exposed on the upper and the recessed portion 6 SiO 2 layer 4 and the sidewall layer 7. Metal layer 8 0, tungsten silicide (WSi) layer having a thickness of about 0.2 m, a titanium (Ti) layer having a thickness of about 0.02 [mu] m, and, formed by sequentially depositing a gold (Au) layer having a thickness of about 0.4μm It has a laminated structure and is formed by a well-known sputtering method.

次いで,金属層80上にレジストを塗布し,周知のリソ
グラフィ手法により,第2図(e)に示すように,前記
リセス部6を覆うレジストパターン9(通称オーバーゲ
ート)を形成し,レジストパターン9をマスクとして,
表出する金属層80を,周知のRIE法により除去する。こ
のようにして,金属層80から成るゲート電極8が形成さ
れる。
Then, resist is applied to the metal layer 8 0, the known lithography technique, as shown in FIG. 2 (e), a resist pattern 9 which covers the recess portion 6 (commonly known as over gate), the resist pattern 9 as a mask
The metal layer 8 0 to exposed is removed by a known RIE method. In this manner, the gate electrode 8 made of a metal layer 8 0 is formed.

次いで,緩衝弗酸溶液を用いてSiO2層4をエッチング
除去する。本発明においては,ゲート電極8直下のSiO2
側壁層7も同時に除去する。その結果,第2図(f)に
示すように,n+−Ga As層3が表出するとともに,ゲート
電極8とn+−Ga As層3との間には,n+−Al GaAs層2が
表出する。
Next, the SiO 2 layer 4 is removed by etching using a buffered hydrofluoric acid solution. In the present invention, the SiO 2 just below the gate electrode 8 is used.
The sidewall layer 7 is also removed at the same time. As a result, as shown in FIG. 2 (f), an n + -Ga As layer 3 is exposed, and an n + -Al GaAs layer is provided between the gate electrode 8 and the n + -Ga As layer 3. 2 comes out.

レジストパターン9を除去し,次いで,ゲート電極8
をマスクとして,n+−Ga As層3とオーミック接触する金
属層を堆積し,これをパターニングして,第2図(g)
に示すように,ソース/ドレイン電極10を形成する。ソ
ース/ドレイン電極10を構成する上記金属層は,厚さ約
0.05μmの金ゲルマニウム(AuGe)層,厚さ約0.01μm
のニッケル(Ni)層,および厚さ約0.2μmの金(Au)
層を順次堆積して成る積層構造を有し,周知の真空蒸着
法により形成される。
The resist pattern 9 is removed, and then the gate electrode 8 is removed.
Using a mask as a mask, a metal layer in ohmic contact with the n + -Ga As layer 3 is deposited and patterned, and FIG. 2 (g)
A source / drain electrode 10 is formed as shown in FIG. The metal layer constituting the source / drain electrode 10 has a thickness of about
0.05μm gold germanium (AuGe) layer, about 0.01μm thick
Nickel (Ni) layer and gold (Au) about 0.2μm thick
It has a laminated structure in which layers are sequentially deposited, and is formed by a well-known vacuum deposition method.

上記ののち,n+−Ga As層3の露出表面,ゲート電極8
表面およびソース/ドレイン電極10表面に,例えばSi3N
4から成る厚さ200〜300Åの絶縁層12を形成し,第1図
に示した本発明に係るHEMTが形成される。絶縁層12の形
成は,例えば周知の紫外光励起による化学気相成長(CV
D)法を用いて低温で行う。紫外光励起CVD法は,他のCV
D法におけるような,化合物半導体結晶に対する熱的損
傷やイオン衝撃による損傷がなく,電流特性や高周波特
性が安定した素子が得られる。
After the above, the exposed surface of the n + -Ga As layer 3 and the gate electrode 8
On the surface and the surface of the source / drain electrode 10, for example, Si 3 N
The insulating layer 12 having a thickness of 200 to 300 ° made of 4 is formed, and the HEMT according to the present invention shown in FIG. 1 is formed. The formation of the insulating layer 12 is performed, for example, by chemical vapor deposition (CV
Perform at low temperature using method D). UV-excited CVD is another CV
An element having stable current characteristics and high-frequency characteristics without thermal damage or ion bombardment of the compound semiconductor crystal as in the method D can be obtained.

上記本発明のHEMTにおいては, ゲート電極8直下にSiO2側壁層が存在しないため,ド
レイン帰還容量は,従来の0.07(pF/200μm)から0.02
5(pF/200μm)に減少された。Si3N4絶縁層12を設けた
ことによるドレイン帰還容量の変化は,0.025(pF/200μ
m)から0.03(pF/200μm)の程度であり,ほとんど変
わらない。その結果,高周波特性は,第3図に示すよう
に,測定周波数f=12GHzにおける雑音指数(NF)が0.2
dB以上の減少し, 付随利得(Gas)が2dB以上向上した。なお,同図におい
て,*印は前記側壁層7を有する従来の構造のHEMTにつ
いての測定値,#印は本発明によるHEMTについての測定
値である。
In the above-mentioned HEMT of the present invention, since the SiO 2 side wall layer does not exist directly under the gate electrode 8, the drain feedback capacitance is increased from the conventional 0.07 (pF / 200 μm) to 0.02.
It was reduced to 5 (pF / 200 μm). The change in the drain feedback capacitance due to the provision of the Si 3 N 4 insulating layer 12 is 0.025 (pF / 200μ
m) to 0.03 (pF / 200 μm), which is almost the same. As a result, as shown in FIG. 3, the noise figure (NF) at the measurement frequency f = 12 GHz was 0.2.
It decreased by more than dB, and the incidental gain (G as ) improved by more than 2 dB. In the figure, * marks indicate measured values for the HEMT having the conventional structure having the sidewall layer 7, and # marks indicate measured values for the HEMT according to the present invention.

SiO2側壁層が存在しないため,n+−Ga As層3のリセス
部分の不連続面における応力集中が低減され,その結
果,ゲート・ソース間逆方向耐圧(Vgso)およびゲート
・ドレイン間逆方向耐圧(Vgdo)は,従来の4〜6Vから
8〜11Vに上昇した。
Since there is no SiO 2 side wall layer, the stress concentration at the discontinuous surface of the recessed portion of the n + -Ga As layer 3 is reduced. As a result, the reverse breakdown voltage (V gso ) between the gate and the source and the reverse voltage between the gate and the drain are reduced. Direction withstand voltage (V gdo ) has increased from 4 to 6 V in the past to 8 to 11 V.

SiO2側壁層に生じるマイクロクラックに起因する静電
破壊の問題が回避される結果,ソース・ドレイン間耐圧
の分布が,従来の20〜30Vから50〜60Vに上昇した。
As a result of avoiding the problem of electrostatic breakdown caused by microcracks generated in the SiO 2 side wall layer, the distribution of the breakdown voltage between the source and the drain has been increased from the conventional 20 to 30 V to 50 to 60 V.

上記においてはHEMTを例に説明したが,本発明は,半
導体層ショットキ障壁を形成する金属ゲートを有するそ
の他の半導体装置にも適用可能であることは言うまでも
ない。
In the above description, the HEMT has been described as an example, but it goes without saying that the present invention can be applied to other semiconductor devices having a metal gate forming a Schottky barrier in a semiconductor layer.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば,ショットキ接触ゲートを有するMESF
ETやHEMT等の高周波特性,ゲート耐圧およびソース・ド
レイン間耐圧を改善するとともに動作時の信頼性を向上
し,かつ,これら半導体装置の製造における特性のバラ
ツキを低減し,製造歩留りを向上可能とする効果があ
る。
According to the present invention, a MESF having a Schottky contact gate
It is possible to improve high-frequency characteristics such as ET and HEMT, gate withstand voltage and source / drain withstand voltage, improve reliability during operation, and reduce variations in characteristics in the manufacture of these semiconductor devices and improve manufacturing yield. Has the effect of doing

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

第1図は本発明に係るHEMTの構造の要部断面図, 第2図は本発明に係るHEMTの製造工程における要部断面
図, 第3図は本発明にようHEMTの高周波特性の向上例を示す
グラフ, 第4図は従来のHEMTの構造の要部断面図, 第5図は従来のHEMTの製造工程における要部断面図 である。 図において, 1はi−GaAs層,2はn+−Al GaAs層, 3はn+−Ga As層,4と70はSiO2層, 5は開口,6はリセス部, 7は側壁層,8はゲート電極, 80は金属層,9はレジストパターン, 10はソース/ドレイン電極,11は空隙, 12は絶縁層 である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a structure of a HEMT according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part in a manufacturing process of the HEMT according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the structure of the conventional HEMT, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part in a manufacturing process of the conventional HEMT. In the figure, 1 is i-GaAs layer, 2 n + -Al GaAs layer, 3 n + -Ga As layer, 4 and 7 0 SiO 2 layer, 5 is an opening, 6 is recessed portion, 7 sidewall layer , 8 denotes a gate electrode, 8 0 metal layer, 9 resist pattern, 10 the source / drain electrodes, is 11 voids, 12 denotes an insulating layer.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の半導体層上に絶縁層を形成する第1
の工程と, 該第1の半導体層を表出する窓を該絶縁層に形成する第
2の工程と, 該窓内に表出した該第1の半導体層にショットキ接触し
且つ該絶縁層上に延在する端部を有する金属電極を形成
する第3の工程と, 該金属電極の該延在する端部の下に存在する該絶縁層を
除去して該第1の半導体層を表出する第4の工程と, 該延在する端部を含む該金属電極の表面および該端部の
下に表出した該第1の半導体層の表面にこれら表面にな
らって保護膜を形成することにより該金属電極の該延在
する端部と該第1の半導体層との間に空間を残すと共に
該端部の下に表出した該第1の半導体層の表面を保護す
る第5の工程 とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first insulating layer formed on the first semiconductor layer;
And a second step of forming a window exposing the first semiconductor layer in the insulating layer; and making a Schottky contact with the first semiconductor layer exposed in the window and on the insulating layer. A third step of forming a metal electrode having an end extending to the first step; and removing the insulating layer under the extending end of the metal electrode to expose the first semiconductor layer. Forming a protective film on the surface of the metal electrode including the extending end and the surface of the first semiconductor layer exposed under the end, following the surfaces. A fifth step of leaving a space between the extending end of the metal electrode and the first semiconductor layer and protecting the surface of the first semiconductor layer exposed below the end. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】前記第1の半導体層を表出する開口を有す
る第2の半導体層を前記第1の工程に先立って該第1の
半導体層上に形成する工程と, 該開口内に表出する該第1の半導体層上から該第2の半
導体層上に延在するように前記絶縁層を形成する前記第
1の工程と, 該開口内に該第1の半導体層を表出する前記窓を該絶縁
層に形成する絶縁層第2の工程 とを含むことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の
製造方法。
2. A step of forming a second semiconductor layer having an opening for exposing the first semiconductor layer on the first semiconductor layer prior to the first step; Forming the insulating layer so as to extend from the first semiconductor layer to the second semiconductor layer, and exposing the first semiconductor layer in the opening. 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: an insulating layer second step of forming the window in the insulating layer.
【請求項3】第1の半導体層と, 該第1の半導体層の一表面にショットキ接触するゲート
電極を構成する金属電極と, 該金属電極の一部分であって該金属極の頂部から両側方
に該第1の半導体層表面上を延在する端部と, 該端部の延在する方向において該金属電極を挟んで互い
に対向するようにして且つ該第1の半導体層表面に接し
て配置されたソース電極およびドレイン電極と, 該端部を含む該金属電極の表面および該端部の直下の領
域に表出する該第1の半導体層表面ならびに該ソース電
極およびドレイン電極の表面をこれら表面にならって覆
う絶縁性の保護膜とを備え, それぞれの表面が該保護膜によって覆われた該金属電極
と該第1の半導体層と該ソース電極とで囲まれた空間お
よびそれぞれの表面が該保護膜によって覆われた該金属
電極と該第1の半導体層と該ドレイン電極とで囲まれた
空間が空隙であることを特徴とする半導体装置。
3. A first semiconductor layer, a metal electrode forming a gate electrode that makes Schottky contact with one surface of the first semiconductor layer, and a part of the metal electrode, on both sides from the top of the metal electrode. An end extending on the surface of the first semiconductor layer; and an end extending in a direction in which the end extends, being opposed to each other across the metal electrode and in contact with the surface of the first semiconductor layer. The source and drain electrodes, the surface of the metal electrode including the end and the surface of the first semiconductor layer and the surface of the source and drain electrodes exposed in a region immediately below the end. An insulating protective film covering the metal electrode, the first semiconductor layer, and the source electrode, each surface of which is covered by the protective film. Covered by a protective film Wherein a space surrounded by the metal electrode and the first semiconductor layer and the drain electrode is void.
【請求項4】前記ソース電極およびドレイン電極と前記
第1の半導体層との間に第2の半導体層が介在している
ことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a second semiconductor layer is interposed between said source and drain electrodes and said first semiconductor layer.
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