JP3036451B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3036451B2
JP3036451B2 JP9005376A JP537697A JP3036451B2 JP 3036451 B2 JP3036451 B2 JP 3036451B2 JP 9005376 A JP9005376 A JP 9005376A JP 537697 A JP537697 A JP 537697A JP 3036451 B2 JP3036451 B2 JP 3036451B2
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etching
opening
insulating
film
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善一 西村
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に超高周波帯で動作するショットキーバ
リアゲート電界効果トランジスタなどにおいてゲート電
極をソース電極側へオフセットして形成するオフセット
ゲートの形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to the formation of an offset gate formed by offsetting a gate electrode to a source electrode side in a Schottky barrier gate field effect transistor or the like operating in an ultra-high frequency band. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波帯増幅用のガリウム砒素電界
効果トランジスタ(GaAs FET)およびヘテロ接
合型電界効果トランジスタ(HJ FET)は低雑音用
および電力用を問わず、超高周波帯で高性能特性を実現
できるので、通信機器並びにレーダー機器などに広く使
用されている。
2. Description of the Related Art Gallium arsenide field effect transistors (GaAs FETs) and heterojunction field effect transistors (HJ FETs) for microwave band amplification have high performance characteristics in an ultra-high frequency band regardless of whether they are for low noise or power. Because it can be realized, it is widely used for communication equipment and radar equipment.

【0003】このようなガリウム砒素電界効果トランジ
スタおよびヘテロ接合型電界効果トランジスタは、性能
向上および電気的な破壊強度を高めるために、リセスと
呼ばれる溝をドレイン電極とソース電極との間に設け、
このリセス内にゲート電極を設置する構造を採用するこ
とが多い。
In such gallium arsenide field effect transistors and heterojunction field effect transistors, a groove called a recess is provided between a drain electrode and a source electrode in order to improve performance and increase electric breakdown strength.
In many cases, a structure in which a gate electrode is provided in the recess is employed.

【0004】このリセス構造の電界効果トランジスタに
おいて、ソース電極とゲート電極間の直列抵抗Rsはソ
ース電極側のリセス端とゲート電極間距離に強く依存し
ている。特に小電流で動作させる低雑音素子では、ゲー
ト電極直下の2次元電子ガス濃度が低く制限され、リセ
スの底部下の直列抵抗Rsが素子の雑音性能を大きく左
右する程度にまで増加する。従って素子設計上、ソース
電極側のリセス端とゲート電極間距離はできるだけ短い
方が望ましい。
In this field effect transistor having a recess structure, the series resistance Rs between the source electrode and the gate electrode strongly depends on the distance between the recess end on the source electrode side and the gate electrode. Particularly, in a low-noise element operated with a small current, the two-dimensional electron gas concentration immediately below the gate electrode is limited to a low level, and the series resistance Rs below the bottom of the recess increases to such an extent that the noise performance of the element is largely influenced. Therefore, in terms of device design, it is desirable that the distance between the recess end on the source electrode side and the gate electrode is as short as possible.

【0005】一方、ドレイン電極側のリセス端とゲート
電極間距離はゲート電極をドレイン電極の容量Cgdに
関係し、距離が小さくなるとこのCgdが増加するた
め、高周波動作時に素子の電力利得性能劣化が生じる。
On the other hand, the distance between the recess end on the drain electrode side and the gate electrode is related to the capacitance Cgd of the gate electrode to the drain electrode. When the distance is small, the Cgd increases. Occurs.

【0006】また、ゲート電極の逆方向耐圧やドレイン
耐圧を向上させて、高出力FETとして使う場合、ドレ
イン電極側のリセス端とゲート電極間距離は、ソース電
極側のリセス端とゲート電極間距離より大きく設計する
ことが望ましい。このためにこの種の電界効果トランジ
スタにおいて、リセス内で、ゲート電極をオフセットし
た位置に設けるオフセットゲート構造の検討が進められ
ている。
When the reverse breakdown voltage and the drain breakdown voltage of the gate electrode are improved and used as a high-output FET, the distance between the recess end on the drain electrode side and the gate electrode is determined by the distance between the recess end on the source electrode side and the gate electrode. It is desirable to design larger. For this reason, in such a field-effect transistor, studies are being made on an offset gate structure in which a gate electrode is provided at an offset position in a recess.

【0007】図10(A)〜(D)は従来のオフセット
ゲートの形成方法について説明するための工程順断面図
である。
FIGS. 10A to 10D are cross-sectional views in the order of steps for explaining a conventional method of forming an offset gate.

【0008】まず図10(A)に示すように、動作層1
2を設けたGaAs基板11上に絶縁膜13を設ける。
次いでレジスト層14を被着後、後でいわゆるリセスと
呼ばれるくぼみの幅に相当する開口幅を持つように、光
学露光法によってパターニングする。
First, as shown in FIG.
The insulating film 13 is provided on the GaAs substrate 11 provided with the semiconductor substrate 2.
Next, after the resist layer 14 is applied, the resist layer 14 is patterned by an optical exposure method so as to have an opening width corresponding to the width of a recess called a so-called recess.

【0009】次に図10(B)に示すように、このレジ
スト層をマスクにして絶縁膜13をエッチングして選択
的に除去した後、レジスト層を除去しこの絶縁膜13を
マスクにして、動作層12をエッチングし、リセス領域
15を形成する。更に、ゲート電極をリセス内で、ソー
ス側にオフセットさせて形成するために、図10(C)
に示すように、レジスト層16を位置決めしてパターン
形成する。この時、ゲート長は通常の光学露光法による
ときは0.5μm程度が限界であるので更に微細なパタ
ーンを形成するには電子ビーム露光などの手段を用いる
必要がある。
Next, as shown in FIG. 10B, after the insulating film 13 is selectively removed by etching using the resist layer as a mask, the resist layer is removed and the insulating film 13 is used as a mask. The operation layer 12 is etched to form a recess region 15. Further, in order to form the gate electrode in the recess so as to be offset toward the source, FIG.
As shown in (1), the resist layer 16 is positioned and patterned. At this time, since the gate length is limited to about 0.5 μm when using a normal optical exposure method, it is necessary to use a means such as electron beam exposure to form a finer pattern.

【0010】レジスト層16に開口部を形成した後、ゲ
ート金属を蒸着し、メチルエチルケトンによってレジス
ト層16とともに除去して(本工程、手法をリフトオフ
という)、図10(D)に示すように、ゲート電極17
を形成する。
After an opening is formed in the resist layer 16, a gate metal is vapor-deposited and removed together with the resist layer 16 with methyl ethyl ketone (this step and method are referred to as lift-off), and as shown in FIG. Electrode 17
To form

【0011】この場合、ゲート電極をソース側にオフセ
ットするのには、目合わせ精度としては、±0.02μ
m程度の高精度が要求される。
In this case, in order to offset the gate electrode to the source side, the alignment accuracy is ± 0.02 μm.
High precision of about m is required.

【0012】光学露光で用いるi線ステッパーや電子ビ
ーム露光で用いる電子ビーム露光機の目合わせ精度はと
もに±0.05μm程度であり、オフセットゲートを精
度よく形成するには不十分である。
The alignment accuracy of both an i-line stepper used for optical exposure and an electron beam exposure machine used for electron beam exposure is about ± 0.05 μm, which is insufficient for forming an offset gate with high accuracy.

【0013】この図10に示す従来例における問題点を
解決するため、次に述べる2種類の方法が提案されい
る。
In order to solve the problem in the conventional example shown in FIG. 10, the following two methods have been proposed.

【0014】特開平3−293732号公報に記載され
ている従来例について図11を参照して説明する。
A conventional example described in JP-A-3-293732 will be described with reference to FIG.

【0015】まず図11(A)に示すように、GaAs
基板21上の全面にチャネル層22並びにn+ 型導電層
23を形成した後、AuGeにより、1対のオーミック
電極24を形成する。
First, as shown in FIG.
After forming the channel layer 22 and the n + -type conductive layer 23 on the entire surface of the substrate 21, a pair of ohmic electrodes 24 are formed by AuGe.

【0016】続いて、図11(B)に示すようにスパッ
タリング法により、SiO2 による絶縁膜25をオーミ
ック電極24及びチャネル層23上全体に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, an insulating film 25 of SiO 2 is formed on the entire ohmic electrode 24 and the channel layer 23 by a sputtering method.

【0017】次に図11(C)に示すように、エッチン
グ法により、絶縁膜25の一部を薄化する。この時、絶
縁膜25の部分的な薄化によって生じる段差は、後述す
るゲート電極の位置に概ね対応している。
Next, as shown in FIG. 11C, a part of the insulating film 25 is thinned by an etching method. At this time, the step caused by the partial thinning of the insulating film 25 substantially corresponds to the position of the gate electrode described later.

【0018】次に図11(D)に示すように、最終的に
はゲートを形成するために使用するレジスト層26を形
成する。ここで、レジスト層26は、ゲート電極のパタ
ーンにパターニングされており、かつ、ゲート電極の形
成領域は、前の工程で絶縁膜25に形成された段差を含
むように形成されている。
Next, as shown in FIG. 11D, a resist layer 26 used for forming a gate is finally formed. Here, the resist layer 26 is patterned into a gate electrode pattern, and the gate electrode formation region is formed so as to include the step formed in the insulating film 25 in the previous step.

【0019】以上のようにして、パターニングされたレ
ジスト層26を装荷して基板1を反応性イオンエッチン
グ処理に付すことにより、図11(E)に示すように、
絶縁膜25を部分的に除去する。このときまず、レジス
ト層26が欠損している領域で絶縁膜25が垂直にエッ
チングされ、続いてサイドエッチングにより、レジスト
層26の下方に位置する絶縁膜25も部分的にエッチン
グされるようにエッチング条件を選択する。
By loading the patterned resist layer 26 as described above and subjecting the substrate 1 to a reactive ion etching process, as shown in FIG.
The insulating film 25 is partially removed. At this time, first, the insulating film 25 is vertically etched in a region where the resist layer 26 is deficient, and subsequently, the insulating film 25 located below the resist layer 26 is partially etched by side etching. Select a condition.

【0020】前述のように、絶縁膜25は部分的に薄化
されているので、このようなエッチングを行うことによ
り、絶縁膜25は薄化された領域ではサイドエッチング
が速く進行し、レジスト層26の欠損領域に対して、絶
縁膜25のエッチング領域は非対称に形成される。
As described above, since the insulating film 25 is partially thinned, by performing such etching, the side etching of the insulating film 25 proceeds rapidly in the thinned region, and the resist layer The etching region of the insulating film 25 is formed asymmetrically with respect to the defective region 26.

【0021】次に上述のように非対称にエッチングされ
た絶縁膜25をマスクとして、n+型導電層23及びチ
ャネル層22をエッチングすることによって、図11
(F)に示すように、絶縁膜25の欠損領域に対応した
リセス28が形成される。
Next, by using the insulating film 25 asymmetrically etched as described above as a mask, the n + -type conductive layer 23 and the channel layer 22 are etched to obtain a structure shown in FIG.
As shown in (F), a recess 28 corresponding to the defective region of the insulating film 25 is formed.

【0022】最後に、レジスト層26を使用したリフト
オフ法により、図11(G)に示すように、ゲート電極
27を形成する。このとき前述のように、レジスト層2
6の欠損領域に対して、リセスは非対称に形成されてい
るので、形成されたゲート電極27は、リセス領域28
内で、オフセットして形成される。
Finally, a gate electrode 27 is formed by a lift-off method using the resist layer 26, as shown in FIG. At this time, as described above, the resist layer 2
Since the recess is formed asymmetrically with respect to the defect region 6, the formed gate electrode 27 is
Within, it is formed offset.

【0023】次に、特開平5−218090号公報に記
載されている従来例について図12を参照して説明す
る。
Next, a conventional example described in JP-A-5-218090 will be described with reference to FIG.

【0024】図12(A)に示すように、動作層32が
形成された後のGaAs基板31上に第2の絶縁膜3
3、第2の絶縁膜34及び第1のリセス領域を形成する
ための開口部をパターニングしたレジスト層35を形成
する。第1の絶縁膜33としてはSiO2 膜を用い、第
2の絶縁膜34としてはSiN膜を使用する。
As shown in FIG. 12A, the second insulating film 3 is formed on the GaAs substrate 31 after the operation layer 32 is formed.
3. A resist layer 35 is formed by patterning an opening for forming the second insulating film 34 and the first recess region. As the first insulating film 33, an SiO 2 film is used, and as the second insulating film 34, an SiN film is used.

【0025】次に図12(B)に示すように、レジスト
層35をマスクとして、第2の絶縁膜(SiN)34及
び、第1の絶縁膜(SiO2 )33をエッチングした
後、第1のリセス領域36を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, the second insulating film (SiN) 34 and the first insulating film (SiO 2 ) 33 are etched using the resist layer 35 as a mask. Is formed.

【0026】次に図12(C)に示すように、上記レジ
スト層35を除去した後、第1のリセス領域の一方向
(通常はソース電極側)にオフセットするようにレジス
ト層37に開口部を設ける。その後、所望のピンチオフ
電圧或いはドレイン飽和電流が得られるように第2にリ
セス領域38を形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, after the resist layer 35 is removed, an opening is formed in the resist layer 37 so as to be offset in one direction (normally, on the source electrode side) of the first recess region. Is provided. Thereafter, a second recess region 38 is formed so as to obtain a desired pinch-off voltage or drain saturation current.

【0027】次に図12(D)に示すように、ウェット
エッチングにより、第1の絶縁膜(SiO2 )33をサ
イドエッチングした後、ゲート金属を蒸着し、レジスト
層37を利用し、リフトオフ法によりゲート電極39を
形成する。
Next, as shown in FIG. 12D, after the first insulating film (SiO 2 ) 33 is side-etched by wet etching, a gate metal is deposited, and a lift-off method is performed using the resist layer 37. Thus, a gate electrode 39 is formed.

【0028】この形成法によるゲート長はレジスト層3
7のパターン及び、第2の絶縁膜(SiN)34により
決定される。
The gate length by this method is the same as that of the resist layer 3
7 and the second insulating film (SiN) 34.

【0029】[0029]

【発明が解決しようとする課題】オフセットゲートを精
度よく形成するには不十分である図10に示す従来例の
問題点を解決するために提案された、図11に示す従来
例では、ゲート形成予定位置が、露光プロセスの目合わ
せ精度に左右され、ウェーハ内でのオフセット量がばら
つき、再現性が悪い。
The prior art shown in FIG. 11 proposed to solve the problem of the prior art shown in FIG. 10 which is insufficient to form an offset gate with high accuracy. The expected position depends on the alignment accuracy of the exposure process, and the offset amount in the wafer varies, resulting in poor reproducibility.

【0030】また、図12に示す従来例では、第1のリ
セス領域にレジストが塗布されることで、リセス底面の
汚染が懸念される。
Further, in the conventional example shown in FIG. 12, since the resist is applied to the first recess region, there is a concern that the bottom surface of the recess is contaminated.

【0031】したがって本発明の目的は、リセス底面の
汚染を起こすことなく、高精度に再現性よくオフセット
構造を実現できる半導体装置の製造方法を提供すること
である。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of realizing an offset structure with high accuracy and high reproducibility without causing contamination of the bottom surface of the recess.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体基板の活性領域の表面部上に絶縁膜を
堆積した後に該絶縁膜をパターニングすることにより、
リセス幅を規定する第1の絶縁膜を基板上に形状形成す
る工程と、所定のエッチング手段に対して、前記第1の
絶縁膜よりもエッチングレートの小さな第2の絶縁膜を
堆積する工程と、少なくとも一部が前記第1の絶縁膜
縁端上に存在するように前記第2の絶縁膜を露出させる
第1の開口部を有するレジスト層を形成する工程と、前
記レジスト層をマスクにして前記第2の絶縁膜をエッチ
ングすることにより、ゲート形成予定領域に前記第1の
絶縁膜の縁端が露出する第2の開口部を前記第2の絶縁
膜に形成する工程と、前記第2の開口部内を含め前記第
2の絶縁膜上に該第2の絶縁膜と同一種類の第3の絶縁
膜を堆積する工程と、エッチングによって前記第3及び
第2の絶縁膜からなる絶縁層を上方より、底部に前記第
1の絶縁膜の縁端の部分及び該縁端の部分に隣接する該
絶縁層の部分が残余して露出するようにエッチング除去
して、第3の開口部を形成する工程と、前記第3の開口
部を介してエッチングによって前記第1の絶縁膜を全て
除去する工程と、前記第1の絶縁膜を除去することで露
出した前記活性領域をエッチングしてリセスを形成する
工程と、前記活性領域とショットキー接合を成すゲート
金属を堆積する工程と、前記ゲート金属を所定のエッチ
ング手段により形状加工することによりゲート電極を形
成する工程とを有することを特徴とする。
According to a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, an insulating film is deposited on a surface portion of an active region of a semiconductor substrate and then patterned.
Forming a first insulating film defining the recess width on the substrate, and depositing a second insulating film having a lower etching rate than the first insulating film on a predetermined etching means; , at least a portion of said first insulating film
Forming a resist layer having a first opening exposing the second insulating film so as to be present on an edge ; and etching the second insulating film using the resist layer as a mask. And the first
Forming a second opening in which the edge of the insulating film is exposed in the second insulating film; and forming the second opening on the second insulating film including the inside of the second opening, the same as the second insulating film. Depositing a third type of insulating film, and etching the insulating layer composed of the third and second insulating films from above to the bottom by etching.
And an edge portion of the insulating film and a portion adjacent to the edge portion.
Etching removed so that the insulating layer remains exposed
To, and forming a third opening, and removing all of the first insulating film by etching through said third opening, exposed by removing the first insulating film Forming a recess by etching the active region, forming a gate metal forming a Schottky junction with the active region, and forming a gate electrode by shaping the gate metal by predetermined etching means. And a step of performing

【0033】この場合、第1の絶縁膜を酸化シリコン膜
とし、第2、第3の絶縁膜を窒化シリコン膜とし、第1
の絶縁膜をエッチングする手段をHF系エッチャントに
よるウエットエッチングとし、第2及び第3の絶縁膜を
エッチングする手段を、例えばCF4 /H2 系ガスによ
る、ドライエッチングとすることができる。
In this case, the first insulating film is a silicon oxide film, the second and third insulating films are silicon nitride films,
The means for etching the insulating film may be wet etching using an HF-based etchant, and the means for etching the second and third insulating films may be dry etching using, for example, a CF 4 / H 2 -based gas.

【0034】また、第2、第3の絶縁膜として、環状オ
レフィン系樹脂などをベースとした低誘電率膜を用い、
エッチング手段として、例えばCF4 /H2 系ガスによ
る、ドライエッチングとすることができる。
As the second and third insulating films, low dielectric constant films based on a cyclic olefin resin or the like are used.
As the etching means, for example, dry etching using a CF 4 / H 2 gas can be used.

【0035】これによってゲート電極がリセスに対して
オフセットされて設けることができる。
Thus, the gate electrode can be provided offset from the recess.

【0036】このように、本発明ではゲート開口が設け
られたレジスト層の下部に異なる種類の絶縁膜を設けて
段差を設けている。2種類の絶縁膜の所定のエッチング
手段によるエッチングレートの違いを利用して、ゲート
開口部に対して露出させた基板表面を非対称にすること
で、オフセットゲートを形成する。
As described above, in the present invention, steps are provided by providing different types of insulating films below the resist layer provided with the gate openings. The offset gate is formed by making the substrate surface exposed to the gate opening asymmetric by utilizing the difference in the etching rate of the two types of insulating films by the predetermined etching means.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明を説明
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0038】図1乃至図9は本発明の第1の実施の形態
の半導体装置の製造方法を工程順に示す図であり、それ
ぞれの図において、(A)は平面図、(B)は(A)を
切断線X−X’で切断し矢印の方向を視た断面図であ
る。
FIGS. 1 to 9 are views showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, wherein (A) is a plan view and (B) is (A). ) Is a sectional view taken along a cutting line XX ′ and viewed in the direction of the arrow.

【0039】まず図1(A)、(B)に示すように、半
絶縁性のGaAs基板1の活性領域の表面にn型GaA
s層でなる動作層2を形成したGaAs基板1を準備す
る。次に、プラズマCVD法により、例えば、厚さ50
nmの酸化シリコン膜のような第1の絶縁膜3を堆積
し、レジスト層をマスクにしてHF系エッチャントによ
ってウェットエッチングを行うことにより第1絶縁膜3
のパターンを動作層2上に部分的に配置する。
First, as shown in FIGS. 1A and 1B, an n-type GaAs is formed on the surface of an active region of a semi-insulating GaAs substrate 1.
A GaAs substrate 1 on which an operation layer 2 made of an s layer is formed is prepared. Next, by plasma CVD, for example, a thickness of 50
The first insulating film 3 is deposited by depositing a first insulating film 3 such as a silicon oxide film having a thickness of 10 nm and performing wet etching with an HF-based etchant using the resist layer as a mask.
Are partially arranged on the operation layer 2.

【0040】次に図2(A)、(B)に示すように、例
えば厚さ300nmの窒化シリコン膜のような第2の絶
縁膜4をCVD法により堆積する。
Next, as shown in FIGS. 2A and 2B, a second insulating film 4 such as a silicon nitride film having a thickness of 300 nm is deposited by a CVD method.

【0041】次に図3(A)、(B)に示すように、第
2の絶縁膜上にレジスト層5を形成し、i線露光によっ
てレジスト層5に開口部(第1の開口部)5Aを形成す
る。このときレジスト開口部5Aは動作層領域上方で部
分的に配置した第1の絶縁膜3の縁端部上に重なるよう
にする。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, a resist layer 5 is formed on the second insulating film, and an opening (first opening) is formed in the resist layer 5 by i-line exposure. Form 5A. At this time, the resist opening 5A is made to overlap the edge of the first insulating film 3 partially arranged above the operation layer region.

【0042】次に図4(A)、(B)に示すように、第
2の絶縁膜4を例えばCF4 /H2系ガスで異方性のド
ライエッチングし、ゲート開口部4A(第2の開口部)
を形成する。このとき第2の絶縁膜4をエッチングする
量は第2の絶縁膜4を抜ききらずにかつ第1の絶縁膜3
を露出させるように、たとえば330nmとする。
Next, as shown in FIGS. 4A and 4B, the second insulating film 4 is anisotropically dry-etched with, for example, a CF 4 / H 2 -based gas to form a gate opening 4A (second Opening)
To form At this time, the amount of etching of the second insulating film 4 is such that the second insulating film 4 is not completely removed and the first insulating film 3 is not removed.
Is set to, for example, 330 nm so as to be exposed.

【0043】次に図5(A)、(B)に示すように、形
成したゲート開口部4A上を含む第2の絶縁膜4上に、
第2の絶縁膜4と同一種類の第3の絶縁膜6(この場
合、窒化膜シリコン)をたとえば厚さ300nm堆積す
る。
Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, on the second insulating film 4 including the formed gate opening 4A,
A third insulating film 6 (in this case, silicon nitride film) of the same type as the second insulating film 4 is deposited, for example, to a thickness of 300 nm.

【0044】次に、図6(A)、(B)に示すように、
第2、第3の絶縁膜からなる絶縁膜をその全上面からC
4 /H2 ガスで異方性のドライエッチングで除去して
いき、ゲート電極の頭の部分となる順テーパー形状を持
つゲート開口部(第3の開口部)6Aを形成する。この
際、この際、第2、第3の絶縁膜4、6をエッチング
し、側壁加工する量は、第2、第3の絶縁膜4、6を抜
ききらずに、かつ、ゲート開口部6A内に第1の絶縁膜
3の一部分(先端部分)を露出させるような条件を用い
る。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B,
The insulating film composed of the second and third insulating films is formed by
A gate opening (third opening) 6A having a forward tapered shape, which is a head portion of the gate electrode, is formed by anisotropic dry etching with F 4 / H 2 gas. At this time, at this time, the amount of etching the second and third insulating films 4 and 6 and side wall processing is such that the second and third insulating films 4 and 6 are not completely removed and the inside of the gate opening 6A is not removed. Is used to expose a portion (tip) of the first insulating film 3.

【0045】動作層上2に配置した第1の絶縁膜3の縁
端部と側壁加工によって形成したゲート開口部6Aの縁
端部でゲート長が定まる。
The gate length is determined by the edge of the first insulating film 3 disposed on the operation layer 2 and the edge of the gate opening 6A formed by side wall processing.

【0046】次に、図7(A)、(B)に示すように、
動作層2上に部分的に配置した、例えば酸化シリコン膜
のような第1の絶縁膜3の全てを、その上に配置した、
例えば窒化シリコン膜のような第2、第3の絶縁膜4、
6と比べてエッチングレートが早いたえばHFのような
エッチャントによるウエットエッチングにより除去して
空洞3Aを形成する。
Next, as shown in FIGS. 7A and 7B,
All of the first insulating film 3 such as a silicon oxide film partially disposed on the operation layer 2 is disposed thereon.
A second and third insulating film 4 such as a silicon nitride film,
If the etching rate is higher than that of No. 6, it is removed by wet etching using an etchant such as HF to form a cavity 3A.

【0047】次に、図8(A)、(B)に示すように、
第1の絶縁膜3が除去されたことで空洞3Aに露出した
動作層2をH2 SO4 とH2 2 の混合液によってエッ
チングし、リセス7を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8A and 8B,
The active layer 2 exposed in the cavity 3A due to the removal of the first insulating film 3 is etched with a mixed solution of H 2 SO 4 and H 2 O 2 to form a recess 7.

【0048】その後、動作層2とショットキー接合を形
成する第1のゲート金属8をスパッタリング法によって
堆積させた後、第2のゲート金属9をスパッタリング法
によって堆積させる。
Thereafter, a first gate metal 8 for forming a Schottky junction with the operation layer 2 is deposited by a sputtering method, and then a second gate metal 9 is deposited by a sputtering method.

【0049】次に、図9(A)、(B)に示すように、
ゲート頭部を形成したい場所にレジスト層をパターンニ
ングし、イオンミリングなどによって第1、第2のゲー
ト金属を加工してゲート電極10を形成する。
Next, as shown in FIGS. 9A and 9B,
A resist layer is patterned at a position where a gate head is to be formed, and first and second gate metals are processed by ion milling or the like to form a gate electrode 10.

【0050】ソース側におけるゲート電極10の接合面
とリセス7との相対位置関係は露光機の目合わせ精度で
はなく、リセス7を形成するためのエッチング量によっ
て決定される。エッチングの精度はねらい値に対し、±
0.02μm程度、であり目あわせで形成する方法(図
10の従来例)と比較して精度が高い。
The relative positional relationship between the joint surface of the gate electrode 10 on the source side and the recess 7 is determined not by the alignment accuracy of the exposure apparatus but by the etching amount for forming the recess 7. The accuracy of the etching is ±
It is about 0.02 μm, and the accuracy is higher than that of the method of alignment (the conventional example in FIG. 10).

【0051】次に第2の実施の形態について説明する。Next, a second embodiment will be described.

【0052】第1の実施の形態との相違点について説明
する。CF4 /H2 ガスのドライエッチングで開口部を
形成する第2、第3の絶縁膜として環状オレフィン系樹
脂をベースとした低誘電率膜、たとえば厚さ300nm
のポリオレフィン膜を形成し、フォトリソグラフィー法
によりゲート開口部を設ける。それ以降の工程は第1の
実施の形態と同じである。ポリオレフィン膜はHF系の
エッチャントによってエッチングされない。
The difference from the first embodiment will be described. A low dielectric constant film based on a cyclic olefin resin, for example, 300 nm in thickness, as second and third insulating films for forming openings by dry etching of CF 4 / H 2 gas
Is formed, and a gate opening is provided by photolithography. Subsequent steps are the same as in the first embodiment. The polyolefin film is not etched by the HF-based etchant.

【0053】窒化シリコンの誘電率5に対しポリオレフ
ィン膜の誘電率は2.4と低いので、ゲート寄生容量を
更に小さくでき、たとえば第1の実施の形態によるFE
Tの遮断周波数が20GHzであるとすると30GHz
程度に向上できる。
Since the dielectric constant of the polyolefin film is 2.4, which is lower than the dielectric constant of silicon nitride of 5, the gate parasitic capacitance can be further reduced. For example, the FE according to the first embodiment can be used.
If the cutoff frequency of T is 20 GHz, 30 GHz
Can be improved to the extent.

【0054】以上、半導体材料としてGaAsを用いた
ものについて説明したが、InPやInGaAsなどF
ETとして使用される他の半導体材料を用いたものにつ
いても本発明を適用できることは明らかである。
The above description has been made on the case where GaAs is used as the semiconductor material. However, F such as InP or InGaAs is used.
It is clear that the present invention can be applied to those using other semiconductor materials used as ET.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート開口が設けられたレジスト層の下部に異なる種類の
絶縁膜を設けて段差を設け、2種類の絶縁膜の所定のエ
ッチング手段によるエッチングレートの違いを利用し
て、ゲート開口部に対して露出させた基板表面を非対称
にすることでオフセットゲートを形成する。そして、ソ
ース側におけるゲート電極の接合面とリセス7との相対
位置関係は露光機の目合わせ精度ではなく、リセスを形
成するためのエッチング量によって決定される。
As described above, according to the present invention, different types of insulating films are provided below a resist layer provided with a gate opening to provide steps, and two types of insulating films are formed by predetermined etching means. An offset gate is formed by making the substrate surface exposed to the gate opening asymmetric by utilizing the difference in the etching rate. The relative positional relationship between the junction surface of the gate electrode on the source side and the recess 7 is determined not by the alignment accuracy of the exposure machine but by the etching amount for forming the recess.

【0056】したがって露光プロセスの目合わせ精度に
左右されることなくオフセットゲートを精度よく形成す
ることができ、かつ、リセス領域にレジストが塗布され
ることでリセス底面の汚染される不都合も発生しない。
Therefore, the offset gate can be formed accurately without being affected by the alignment accuracy of the exposure process, and there is no inconvenience that the bottom surface of the recess is contaminated by applying the resist to the recess region.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造
方法の一工程を示す図であり、(A)は平面図、(B)
は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の方向を視た断
面図である。
FIGS. 1A and 1B are views showing one step of a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of (A) taken along a cutting line XX ′ and viewed in a direction of an arrow.

【図2】図1の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a process subsequent to FIG. 1; FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 1A cut along a cutting line XX ′ and viewed in a direction of an arrow; .

【図3】図2の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
3A and 3B are views showing a step subsequent to FIG. 2; FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view of FIG. .

【図4】図3の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
FIG. 4 is a view showing a step subsequent to FIG. 3, wherein (A) is a plan view, and (B) is a cross-sectional view of (A) taken along a cutting line XX ′ and viewed in a direction of an arrow. .

【図5】図4の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
5A and 5B are views showing a step subsequent to FIG. 4, wherein FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. .

【図6】図5の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
FIG. 6 is a view showing a step subsequent to FIG. 5, wherein (A) is a plan view, and (B) is a cross-sectional view of (A) cut along a cutting line XX ′ and viewed in a direction of an arrow. .

【図7】図6の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
7A and 7B are views showing a step subsequent to FIG. 6; FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view of FIG. .

【図8】図7の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
8A and 8B are views showing a step subsequent to that of FIG. 7; FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a cross-sectional view of FIG. .

【図9】図8の続きの工程を示す図であり、(A)は平
面図、(B)は(A)を切断線X−X’で切断し矢印の
方向を視た断面図である。
9A and 9B are views showing a step subsequent to FIG. 8, wherein FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cross-sectional view of FIG. 8A cut along a cutting line XX ′ and viewed in the direction of an arrow. .

【図10】従来技術の半導体装置の製造方法を工程順に
示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a conventional technique in the order of steps.

【図11】他の従来技術の半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing another conventional semiconductor device in the order of steps.

【図12】別の従来技術の半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing another conventional semiconductor device in the order of steps;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 動作層 3 第1の絶縁膜 3A 空洞 4 第2の絶縁膜 4A 第2の開口部 5 レジスト層 5A 第1の開口部 6 第3の絶縁膜 6A 第3の開口部 7 リセス 8 第1のゲート金属 9 第2のゲート金属 10 ゲート電極 11 GaAs基板 12 動作層 13 絶縁膜 14 レジスト層 15 リセス 16 レジスト層 17 ゲート金属 21 GaAs基板 22 チャネル層 23 n+ 型導電膜 24 オーミック電極 25 絶縁膜 26 レジスト層 27 ゲート電極 28 リセス 31 GaAs基板 32 動作層 33 第1の絶縁膜 34 第2の絶縁膜 35 レジスト層 36 第1のリセス領域 37 レジスト層 38 第2のリセス領域 39 ゲート電極Reference Signs List 1 GaAs substrate 2 working layer 3 first insulating film 3A cavity 4 second insulating film 4A second opening 5 resist layer 5A first opening 6 third insulating film 6A third opening 7 recess 8 First gate metal 9 Second gate metal 10 Gate electrode 11 GaAs substrate 12 Active layer 13 Insulating film 14 Resist layer 15 Recess 16 Resist layer 17 Gate metal 21 GaAs substrate 22 Channel layer 23 n + type conductive film 24 Ohmic electrode 25 Insulating film 26 Resist layer 27 Gate electrode 28 Recess 31 GaAs substrate 32 Operating layer 33 First insulating film 34 Second insulating film 35 Resist layer 36 First recess region 37 Resist layer 38 Second recess region 39 Gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 - 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095-27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板の活性領域の表面部上に絶縁
膜を堆積した後に該絶縁膜をパターニングすることによ
り、リセス幅を規定する第1の絶縁膜を基板上に形状形
成する工程と、所定のエッチング手段に対して、前記第
1の絶縁膜よりもエッチングレートの小さな第2の絶縁
膜を堆積する工程と、少なくとも一部が前記第1の絶縁
の縁端上に存在するように前記第2の絶縁膜を露出さ
せる第1の開口部を有するレジスト層を形成する工程
と、前記レジスト層をマスクにして前記第2の絶縁膜を
エッチングすることにより、ゲート形成予定領域に前記
第1の絶縁膜の縁端が露出する第2の開口部を前記第2
の絶縁膜に形成する工程と、前記第2の開口部内を含め
前記第2の絶縁膜上に該第2の絶縁膜と同一種類の第3
の絶縁膜を堆積する工程と、エッチングによって前記第
3及び第2の絶縁膜からなる絶縁層を上方より、底部に
前記第1の絶縁膜の縁端の部分及び該縁端の部分に隣接
する該絶縁層の部分が残余して露出するようにエッチン
グ除去して、第3の開口部を形成する工程と、前記第3
の開口部を介してエッチングによって前記第1の絶縁膜
を全て除去する工程と、前記第1の絶縁膜を除去するこ
とで露出した前記活性領域をエッチングしてリセスを形
成する工程と、前記活性領域とショットキー接合を成す
ゲート金属を堆積する工程と、前記ゲート金属を所定の
エッチング手段により形状加工することによりゲート電
極を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装
置の製造方法。
Forming a first insulating film defining a recess width on the substrate by patterning the insulating film after depositing the insulating film on a surface portion of an active region of the semiconductor substrate; Depositing a second insulating film having an etching rate smaller than that of the first insulating film with respect to a predetermined etching means, and causing at least a part of the second insulating film to be present on an edge of the first insulating film. wherein the step of forming a resist layer having a first opening exposing the second insulating film, by then the resist layer as a mask for etching the second insulating film, a gate forming region
The second opening where the edge of the first insulating film is exposed is formed in the second opening.
Forming a third insulating film of the same type as the second insulating film on the second insulating film including the inside of the second opening.
Depositing an insulating film, and etching the insulating layer composed of the third and second insulating films from above to the bottom.
An edge portion of the first insulating film and adjacent to the edge portion
Etching so that the portion of the insulating layer
Removing a third opening to form a third opening;
Removing all of the first insulating film by etching through the opening, etching the active region exposed by removing the first insulating film to form a recess, A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing a gate metal forming a Schottky junction with a region; and forming a gate electrode by shaping the gate metal by a predetermined etching means.
【請求項2】 前記第1の絶縁膜が酸化シリコン膜であ
り、前記第2及び第3の絶縁膜が窒化シリコン膜である
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. The method according to claim 1, wherein the first insulating film is a silicon oxide film, and the second and third insulating films are silicon nitride films.
【請求項3】 前記第1の絶縁膜が酸化シリコン膜であ
り、前記第2及び第3の絶縁膜が窒化シリコンより低い
誘電率の膜である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。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first insulating film is a silicon oxide film, and said second and third insulating films are films having a dielectric constant lower than that of silicon nitride. Manufacturing method.
【請求項4】 前記低い誘電率の膜は環状オレフィン系
樹脂の膜であることを特徴とする請求項3記載の半導体
装置の製造方法。
4. The method according to claim 3, wherein the low dielectric constant film is a cyclic olefin resin film.
【請求項5】 前記第1の絶縁膜はウェットエッチング
法でエッチングし、前記第2及び第3の絶縁膜はドライ
エッチング法でエッチングする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。
5. The method according to claim 1, wherein the first insulating film is etched by a wet etching method, and the second and third insulating films are etched by a dry etching method. .
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