JP2906856B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JP2906856B2 JP23116692A JP23116692A JP2906856B2 JP 2906856 B2 JP2906856 B2 JP 2906856B2 JP 23116692 A JP23116692 A JP 23116692A JP 23116692 A JP23116692 A JP 23116692A JP 2906856 B2 JP2906856 B2 JP 2906856B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合を利用した
電界効果トランジスタの製造方法に関し、特に、低抵抗
電極を持ち、且つ、高均一な電界効果トランジスタの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、GaAsとAlGaAsのヘ
テロ接合を用いた電界効果トランジスタ(以下FETと
記す)は、GaAsのみを用いたFET(MESFE
T)より高速、高性能な素子として考えられ、特に、低
雑音素子及び高速ICへの応用が研究されている。
【0003】例えば、図4(d)に示すような電子親和
力の大きいノンドープGaAsとN型の不純物を含有し
た電子親和力の小さいAlGaAsの接合を用いたHE
MTあるいはMODFETは、良好な高周波特性を示
し、ICにも応用されている(GaAs ICシンポジ
ウム テクニカル ダイジェスト 1984年 125
項)。このような素子を用いたICの高性能化を図る上
では、しきい値電圧の均一性及びゲート電極の微細化、
低抵抗化が重要となる。
【0004】かかるFETは、しきい値電圧の均一性に
関しては以下のような工程で製造されている。図4
(a)〜(d)に素子の断面図を示し、工程を説明す
る。
【0005】高抵抗GaAs基板上に、高純度GaAs
層1、N型Al0.3 Ga0.7 As層2、N+ 型GaAs
層3を形成する。ここで、N+ 型GaAs層3はソース
抵抗低減のためのキャップ層である。最初に、メサある
いはイオン注入により素子分離を行う。次に、ソース及
びドレインを形成するオーミック電極4を所定の間隔を
おいて形成する。続いて、図4(b)に示すように、オ
ーミック電極4間のいわゆるチャネル領域の所望の位置
に、開口部を有し、オーミック電極4を被覆する光学用
レジスト11を形成する。次に、図4(c)に示すよう
に、光学用レジスト11をマスクとして、N+ 型GaA
s層3に凹部(いわゆるリセス領域)をGaAsとAl
GaAsの選択性のある反応性エッチングガス(例え
ば、CCl2 2 とHeの混合ガス)によって、キャッ
プ層であるN+ 型GaAs層3を選択的にエッチングし
て形成する。その後、周知の真空蒸着法により、Al等
のゲート電極材料を被着させ、図4(d)に示すよう
に、リフトオフ法を適用することにより、ショットキー
ゲート電極12がリセス内に選択的に形成されたリセス
ゲート構造を得る。
【0006】また、微細ゲート電極の形成方法として
は、電子線を用いた露光が知られており、かつ、低抵抗
なゲート電極の形成方法としては、特公昭61−773
70号公報に記載されている「パターン形成法」が知ら
れている。前記公報記載の「パターン形成法」を図5
(a)〜(c)を用いて説明する。
【0007】まず、図5(a)に示すように、低感度の
ポジ型レジスト14をGaAs基板13上に塗布し、つ
いで、高感度のポジ型レジスト15を上記低感度のポジ
型レジスト14上に塗布し、電子線により露光する。次
に、現像して、マッシュルーム型(T型)のレジストパ
ターンを得る。次に、図5(b)に示すように、ゲート
金属9を蒸着する。次に、図5(c)に示すように、有
機溶剤を用いて、低感度のポジ型レジスト14、高感度
のポジ型レジスト15、及び、ゲート金属9を除去する
ことによって、マッシュルーム型(T型)のゲート電極
10が形成される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたマッシュル
ーム型(T型)のゲート電極の形成方法を用い、しか
も、リセス形成に選択ドライエッチングを適用すること
は困難である。電子線露光用のレジストとして用いられ
ているPMMA(ポリメチルメタクリレート)系のレジ
ストは、耐ドライエッチング性がないため、マッシュル
ーム型(T型)のレジスト形状が維持できなくなる。特
に、マッシュルーム型(T型)の下層レジスト部がドラ
イエッチングにより薄くなり、ゲート金属のリフトオフ
ができない。また、ゲート長は下層レジスト開口幅で決
定されるため、下層レジストの膜厚を必要以上に厚くで
きない。
【0009】本発明の目的は、以上のような従来技術に
おける性能の限界を打破し、低抵抗かつ微細なゲート電
極を形成し、しきい値電圧の均一性に優れた電界効果ト
ランジスタの製造方法を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半絶縁性GaAs基板上に、チャネル層
となる高純度GaAs層と、キャリア供給層となるN型
AlGaAs層と、オーミックのキャップ層となるN+
型GaAs層とを形成してなるウェハー上に、オーミッ
ク電極を形成したものにおいて、オーミック電極を含む
ウェハー全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上
にPMMA(ポリメチルメタクリレート)を塗布し、電
子線あるいはイオンビームで露光し、ゲート開口部を形
成する工程と、前記絶縁膜のゲート開口部をドライエッ
チングにより開口する工程と、前記N+ 型GaAs層の
ゲート開口部を選択ドライエッチングにより開口する工
程と、前記絶縁膜上及び前記ゲート開口部上にゲート金
属を蒸着する工程と、マッシュルーム型のゲート電極の
上部のパターンを形成し、前記絶縁膜上のいらないゲー
ト金属を除去する工程とを設けたものである。
【0011】また、上記目的を達成するために、本発明
は、半絶縁性GaAs基板上に、チャネル層となる高純
度GaAs層と、キャリア供給層となるN型AlGaA
s層と、オーミックのキャップ層となるN+ 型GaAs
層とを形成してなるウェハー上に、オーミック電極を形
成したものにおいて、オーミック電極を含むウェハー全
面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にPMMA
(ポリメチルメタクリレート)を塗布し、電子線あるい
はイオンビームで露光し、ゲート開口部を形成する工程
と、前記絶縁膜のゲート開口部をドライエッチングによ
り開口する工程と、前記N+ 型GaAs層のゲート開口
部を選択ドライエッチングにより開口する工程と、光学
用レジストを用い、マッシュルーム型のゲート電極の上
部のパターンを形成する工程と、Ti/Alを蒸着し、
リフトオフ法によりマッシュルーム型ゲート電極を形成
する工程とを設けたものである。
【0012】
【実施例】以下、本発明について、図面を参照して説明
する。
【0013】図1及び図2は、本発明の一実施例の工程
断面図である。
【0014】図1(a)に示すように、半絶縁性GaA
s基板上に、チャネル層となる高純度GaAs層1を1
μm、キャリア供給層となる不純物濃度2×1018cm
-3のSiドープのN型AlGaAs層2を300オング
ストローム、オーミックのキャップ層として不純物濃度
3×1019cm-3のSiドープのN+ 型GaAs層3を
500オングストロームだけ、順々に形成する。このよ
うに形成されたウェハーを用い、素子分離としてB
+ を、30keV、1×1013cm-2で、イオン注入を
行い、AuGe/Niを用いたオーミック電極4を形成
する。
【0015】次に、図1(b)に示すように、SiO2
からなる絶縁膜5を1000オングストロームウェハー
全面に形成する。次に、電子線露光用のレジストPMM
A6を2000オングストローム塗布し、ゲート部を露
光、現像して開口する〔図1(c)〕。次に、図1
(d)に示すように、CF4 ガスを用い、ゲート部の絶
縁膜5をドライエッチング7し、開口する。CF4 ガス
でドライエッチング7した場合のSiO2 とPMMAの
エッチング率を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】このとき、PMMA6もエッチングされる
が、絶縁膜5のゲート部が開口されるため、問題にはな
らない。次に、ゲート部のN+ 型GaAs層3をCCl
2 2 +Heのガスを用いて、選択ドライエッチング8
して、リセスを形成する〔図1(e)〕。CCl2 2
+Heガスを用い、10分間選択ドライエッチング8し
た場合のGaAs,SiO2 ,及び,PMMAのエッチ
ング率を表2に示す。
【0018】
【表2】
【0019】この場合、絶縁膜5がドライエッチングの
マスクとなり得る。次に、図2(a)に示すように、ゲ
ート金属9であるWSiをスパッタ法により蒸着し、ゲ
ート開口部にゲート金属9を埋め込み、マッシュルーム
型(T型)のゲート電極10〔図2(b)〕の下部を形
成する。
【0020】次に、光学用レジストを用い、マッシュル
ーム型(T型)のゲート電極10〔図2(b)〕の上部
のパターンを形成し、SF6 ガスを用い絶縁膜5上のい
らないゲート金属9を除去して、図2(b)に示すよう
に、マッシュルーム型のゲート電極10の上部を形成す
る。
【0021】以上のような方法により、選択ドライエッ
チング8が使用でき、しかも、マッシュルーム型(T
型)のゲート電極10を形成した電界効果トランジスタ
が形成できた。
【0022】また、本実施例では、絶縁膜5として、S
iO2 を用いたが、CCl2 2 +Heガスを用いたド
ライエッチング7のマスクとなるSiN膜やSiON等
を用いてもを同様に実現できる。
【0023】図1及び図3は、本発明の他の実施例の工
程断面図である。
【0024】図1(a)に示すように、半絶縁性GaA
s基板上に、チャネル層となる高純度GaAs層1を1
μm、キャリア供給層となる不純物濃度2×1018cm
-3のSiドープのN型AlGaAs層2を300オング
ストローム、オーミックのキャップ層として不純物濃度
3×1019cm-3のSiドープのN+ 型GaAs層3を
500オングストロームだけ、順々に形成する。このよ
うに形成されたウェハーを用い、素子分離としてB
+ を、30keV、1×1013cm-2で、イオン注入を
行い、AuGe/Niを用いたオーミック電極4を形成
する。
【0025】次に、図1(b)に示すように、SiO2
からなる絶縁膜5を500オングストロームウェハー全
面に形成する。次に、電子線露光用のレジストPMMA
6を5000オングストローム塗布し、ゲート部を露
光、現像して開口する〔図1(c)〕。次に、図1
(d)に示すように、CF4 ガスを用い、ゲート部の絶
縁膜5をドライエッチング7し、開口する。このとき、
PMMA6もエッチングされるが、絶縁膜5のゲート部
が開口されるため、問題にはならない。次に、ゲート部
のN+ 型GaAs層3をCCl2 2 +Heのガスを用
いて、選択ドライエッチング8して、リセスを形成する
〔図1(e)〕。この場合、絶縁膜5がドライエッチン
グのマスクとなり得る。次に、光学用レジスト11を用
い、マッシュルーム型(T型)のゲート電極10〔図3
(b)〕の上部のパターンを形成し〔図3(a)〕、図
3(b)に示すように、Ti/Alを蒸着し、リフトオ
フ法によりマッシュルーム型(T型)ゲート電極10を
形成する。
【0026】以上のような方法により,選択ドライエッ
チング8が使用でき、しかも、マッシュルーム型のゲー
ト電極10を形成した電界効果トランジスタが形成でき
た。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リセス形成時にGaAs層の選択ドライエッチングがで
きることにより、しきい値電圧の均一性に優れ、しか
も、微細なゲート長をもち、低抵抗なゲート電極を形成
できることから、高性能な電界効果トランジスタが実現
できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例及び他の実施例の一部の工程
断面図である。
【図2】本発明の一実施例の残りの部分の工程断面図で
ある。
【図3】本発明の他の実施例の残りの部分の工程断面図
である。
【図4】従来例を説明するための工程断面図である。
【図5】従来のパターン形成法を示す図である。
【符号の説明】
1 高純度GaAs層 2 N型AlGaAs層 3 N+ 型GaAs層 4 オーミック電極 5 絶縁膜 6 PMMA 7 ドライエッチング 8 選択ドライエッチング 9 ゲート金属 10 ゲート電極 11 光学用レジスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性GaAs基板上に、チャネル層と
    なる高純度GaAs層と、キャリア供給層となるN型A
    lGaAs層と、オーミックのキャップ層となるN+
    GaAs層とを形成してなるウェハー上に、オーミック
    電極を形成したものにおいて、オーミック電極を含むウ
    ェハー全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に
    PMMA(ポリメチルメタクリレート)を塗布し、電子
    線あるいはイオンビームで露光し、ゲート開口部を形成
    する工程と、前記絶縁膜のゲート開口部をドライエッチ
    ングにより開口する工程と、前記N+ 型GaAs層のゲ
    ート開口部を選択ドライエッチングにより開口する工程
    と、前記絶縁膜上及び前記ゲート開口部上にゲート金属
    を蒸着する工程と、マッシュルーム型のゲート電極の上
    部のパターンを形成し、前記絶縁膜上のいらないゲート
    金属を除去する工程とを含むことを特徴とする電界効果
    トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】半絶縁性GaAs基板上に、チャネル層と
    なる高純度GaAs層と、キャリア供給層となるN型A
    lGaAs層と、オーミックのキャップ層となるN+
    GaAs層とを形成してなるウェハー上に、オーミック
    電極を形成したものにおいて、オーミック電極を含むウ
    ェハー全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に
    PMMA(ポリメチルメタクリレート)を塗布し、電子
    線あるいはイオンビームで露光し、ゲート開口部を形成
    する工程と、前記絶縁膜のゲート開口部をドライエッチ
    ングにより開口する工程と、前記N+ 型GaAs層のゲ
    ート開口部を選択ドライエッチングにより開口する工程
    と、光学用レジストを用い、マッシュルーム型のゲート
    電極の上部のパターンを形成する工程と、Ti/Alを
    蒸着し、リフトオフ法によりマッシュルーム型ゲート電
    極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
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