JP3272529B2 - Method of forming recess gate - Google Patents

Method of forming recess gate

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JP3272529B2
JP3272529B2 JP03561194A JP3561194A JP3272529B2 JP 3272529 B2 JP3272529 B2 JP 3272529B2 JP 03561194 A JP03561194 A JP 03561194A JP 3561194 A JP3561194 A JP 3561194A JP 3272529 B2 JP3272529 B2 JP 3272529B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、リセスゲートの形成
方法、特に、リセス構造を有する電界効果型トランジス
タ(FET)のリセスゲートの形成方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a recess gate, and more particularly to a method of forming a recess gate of a field effect transistor (FET) having a recess structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のリセスゲートの形成方法
として、この出願に係る発明等者によるHEMT型のリ
セスゲート形成方法が文献(特願平3−184939)
に開示されている。
2. Description of the Related Art Heretofore, as a method of forming this kind of recess gate, a method of forming a HEMT type recess gate by the inventor of the present application is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-184939.
Is disclosed.

【0003】以下、この文献に開示されているHEMT
型のリセスゲートを形成する方法について簡単に説明す
る。
[0003] The HEMT disclosed in this document will be described below.
A method for forming a mold recess gate will be briefly described.

【0004】この文献によれば、先ず、基板上に、MB
E法を用いてAlGaAs層及びn+ −GaAs層を順
次積層する。
According to this document, first, an MB is placed on a substrate.
An AlGaAs layer and an n + -GaAs layer are sequentially stacked by using the E method.

【0005】次に、n+ −GaAs層上にプラズマCV
D法を用いてリセス形成用マスク層(SiN膜ともい
う)を形成する。その後、SiN膜上に開口部を有する
逆テーパ型のレジストパタンを形成する。続いて、レジ
ストパタンの開口部の上方から基板面の方向に対して異
方性エッチングを行って、SiN膜の一部を除去し、リ
セスマスク層を形成する。その後、このリセスマスク層
をマスクとして用いてウエットエッチングを行ってn+
−GaAs層中にリセスを形成する。このとき、リセス
の深さは、リセスマスク層と結合しているn+ −GaA
s層の結合面からAlGaAs層の上面が露出する面ま
でとする。
Next, a plasma CV is formed on the n + -GaAs layer.
A recess forming mask layer (also referred to as a SiN film) is formed by the method D. After that, a reverse-tapered resist pattern having an opening is formed on the SiN film. Subsequently, anisotropic etching is performed in the direction of the substrate surface from above the opening of the resist pattern to remove a part of the SiN film and form a recess mask layer. Thereafter, wet etching is performed using this recess mask layer as a mask to form n +
Forming a recess in the GaAs layer; At this time, the depth of the recess is determined by n + -GaAs coupled to the recess mask layer.
The distance from the coupling surface of the s layer to the surface where the upper surface of the AlGaAs layer is exposed.

【0006】次に、基板面の法線に対して約10度の入
射角度をもって、ドレイン電極側の斜め方向からソース
電極側に向けてゲート金属を蒸着して、リセスの底面、
すなわちAlGaAs層の上面及びソース電極側のリセ
ス側壁面の一部分に渡ってゲート電極を形成する。この
ように、ゲート電極とソース電極間は近接させ、ゲート
電極とドレイン間は、離間させて形成してある。このた
め、ゲート電極がソース電極側に接近している分、ソー
ス抵抗Rs が小さくなり、従って、相互コンダクタンス
m を大きくできる。
Next, a gate metal is deposited from an oblique direction on the drain electrode side toward the source electrode side at an incident angle of about 10 degrees with respect to the normal to the substrate surface, and the bottom of the recess is formed.
That is, the gate electrode is formed over the upper surface of the AlGaAs layer and a part of the recess side wall surface on the source electrode side. Thus, the gate electrode and the source electrode are formed close to each other, and the gate electrode and the drain are formed separately from each other. Therefore, minute gate electrode is closer to the source electrode side, the source resistance R s is reduced, thus increasing the transconductance g m.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の文献に開示されているリセスゲートの形成方法
において、ゲート電極とドレイン電極間のドレイン耐圧
を高くしたい場合、従来のリセスゲートの形成方法で
は、以下に述べるような問題があった。
However, in the method of forming a recess gate disclosed in the above-mentioned conventional literature, when it is desired to increase the drain breakdown voltage between the gate electrode and the drain electrode, the conventional method of forming a recess gate is as follows. There was a problem as described above.

【0008】ドレイン側の寄生抵抗Rd を高くするた
めにリセス幅(ここでリセス幅とは、リセスの長手方向
に対して、直交する方向の幅、すなわちチャネル方向の
幅をいう。)を広くすれば、AlGaAs層の表面空乏
層が大きくなり、チャネル中に占める表面空乏層の比率
が増大してチャネル領域を狭めてしまう。この結果、寄
生抵抗、特に、ソース抵抗RS が大きくなるので、FE
T素子の相互コンダクタンスgm が低下してしまう。
[0008] the recess width (and where the recess width, with respect to the longitudinal direction of the recess, orthogonal width, namely refers to the width in the channel direction.) In order to increase the parasitic resistance R d of the drain side wide Then, the surface depletion layer of the AlGaAs layer becomes large, the ratio of the surface depletion layer occupying in the channel increases, and the channel region becomes narrow. As a result, the parasitic resistance, in particular, the source resistance R S increases, so that the FE
Transconductance g m of the T element is reduced.

【0009】また、n+ −GaAs層の膜厚を大きく
した場合、等方性エッチングにより、n+ −GaAs層
中にリセスを形成する際に、n+ −GaAs層上にマス
ク膜(SiN膜)があるため、リセスの深さ方向とリセ
ス幅方向と均一にエッチングが進行する。このため、リ
セス深さを大きくする分、リセス幅の方向にもサイドエ
ッチングが進行するので、リセス幅を設計通りに制御す
ることが難しい。
When the thickness of the n + -GaAs layer is increased, when a recess is formed in the n + -GaAs layer by isotropic etching, a mask film (SiN film) is formed on the n + -GaAs layer. ), The etching proceeds uniformly in the depth direction of the recess and in the width direction of the recess. Therefore, the side etching proceeds in the direction of the recess width as much as the recess depth is increased, and it is difficult to control the recess width as designed.

【0010】従って、FET素子の電気特性を劣化させ
ずにドレイン耐圧を高くできる優れたリセスゲートの形
成方法が望まれていた。
Therefore, there has been a demand for an excellent recess gate forming method capable of increasing the drain withstand voltage without deteriorating the electrical characteristics of the FET element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このため、この発明のリ
セスゲートの形成方法によれば、先ず、基板上に不純物
ドープの第一半導体層と第一半導体層より高不純物濃度
を有する第二半導体層と、マスク層(SiN膜)を順次
形成する。
According to the method for forming a recess gate of the present invention, first, an impurity-doped first semiconductor layer and a second semiconductor layer having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer are formed on a substrate. And a mask layer (SiN film) are sequentially formed.

【0012】更に、このマスク層上に傾向きの大きい開
口側面と傾向きの小さい開口部側面とを有する、断面切
口が逆テーパ型の開口部をもったレジストパタンを形成
する。
Further, a resist pattern having an opening with a large tendency and a side with an opening having a small tendency and having an opening with a reverse tapered cross section is formed on the mask layer.

【0013】続いて、ドライエッチング法を用いてレジ
ストパタンの開口部の上方から基板側に対して異方性エ
ッチングを行い、マスク層を部分的に除去して、リセス
マスク層を形成する。このリセスマスク層をマスクにし
て、第二半導体層をエッチングして第二半導体層中に第
一リセスを形成する。その後、リセスマスク層の露出し
ている少なくとも傾向きの大きい開口側面側の部分をエ
ッチング除去して、第二半導体層の一部分を露出させ
る。
Subsequently, anisotropic etching is performed on the substrate side from above the opening of the resist pattern by using a dry etching method, and the mask layer is partially removed to form a recess mask layer. Using the recess mask layer as a mask, the second semiconductor layer is etched to form a first recess in the second semiconductor layer. After that, at least the exposed portion of the recess mask layer on the side surface of the opening where the tendency is large is removed by etching to expose a portion of the second semiconductor layer.

【0014】然る後、この残存したリセスマスク層をマ
スクにして、少なくとも第二半導体層の露出した一部分
を第一半導体層の上面までエッチングして、深いリセス
と浅いリセスからなる第二リセスを形成する。
Thereafter, using the remaining recess mask layer as a mask, at least an exposed portion of the second semiconductor layer is etched to the upper surface of the first semiconductor layer to form a second recess including a deep recess and a shallow recess. I do.

【0015】[0015]

【作用】上述したこの発明は、基板上に第一半導体層、
第二半導体層及びマスク層を順次に積層させた後、この
マスク層上に、開口部の傾向きが異なる逆テーパ型の開
口部をもったレジストパタンを形成する。この開口部の
上方から基板側に対して異方性エッチングを行い、マス
ク層の一部を除去して、リセスマスク層を形成する。こ
のとき、レジストパタンの開口部の寸法とほぼ同一の寸
法分だけ、リセス形成用マスク層の一部が除去されたリ
セスマスク層が形成できる。従って、開口側面の傾向き
が大きいレジストパタンの底面には、レジストパタンと
結合していない露出した表面を有するリセスマスク層が
形成される。その後、このリセスマスク層をマスクとし
て用いて、第二半導体層をエッチングして第二半導体層
中に第一リセスを形成する。
According to the present invention described above, a first semiconductor layer is formed on a substrate,
After sequentially stacking the second semiconductor layer and the mask layer, a resist pattern having an inversely tapered opening having a different opening tendency is formed on the mask layer. Anisotropic etching is performed on the substrate side from above the opening to remove a part of the mask layer to form a recess mask layer. At this time, a recess mask layer in which a part of the recess forming mask layer is removed is formed by a dimension substantially equal to the dimension of the opening of the resist pattern. Therefore, a recess mask layer having an exposed surface that is not bonded to the resist pattern is formed on the bottom surface of the resist pattern, which has a large tendency to have a side surface of the opening. Thereafter, using the recess mask layer as a mask, the second semiconductor layer is etched to form a first recess in the second semiconductor layer.

【0016】続いて、好適なエッチング法を用いて、開
口部の下方に露出しているリセスマスク層の部分を除去
する。このとき、開口部の下方に露出しているリセスマ
スク層が除去されるため、第二半導体層の露出した面の
部分が現れる(詳しくは後述する)。
Subsequently, the portion of the recess mask layer exposed below the opening is removed by using a suitable etching method. At this time, since the recess mask layer exposed below the opening is removed, an exposed surface portion of the second semiconductor layer appears (to be described in detail later).

【0017】更に、レジストパタンの下面に残存してい
るリセスマスク層をマスクとして用いて、第二半導体層
の露出した一部分を、第一半導体層の上面までエッチン
グして、深いリセスと浅いリセスから成る第二リセスを
形成する。このとき、深いリセスは、第一リセスと同じ
側であって、かつ第一半導体層中に形成され、一方、浅
いリセスは、傾向きが大きい開口側面側であって、かつ
第二半導体層中に形成される。このように、第二リセス
を形成するときも第一リセスのときと同様にウエットエ
ッチング法を用いるので、浅いリセスの底面領域は、エ
ッチングされる以前の第二半導体層の一部分が露出した
領域とほぼ同一の領域の形状に形成できる(詳しくは後
述する)。このため、第二リセスの深いリセスのソース
側の上端縁から第二リセスの浅いリセスのドレイン側の
上端縁までの長さが決まるため、後工程で第二リセスの
深いリセスの底面上にゲート電極を設けた場合、ゲート
電極とドレイン電極間も所定の長さになる。このため、
ゲート電極とドレン電極間に浅いリセスが設けられる
分、ゲート電極とドレイン電極間を離間させることがで
きるので、ゲート電極とドレイン電極間の電界が小さく
なり、従ってゲート及びドレイン電極間の耐圧を高くす
ることができる。
Further, by using the recess mask layer remaining on the lower surface of the resist pattern as a mask, the exposed part of the second semiconductor layer is etched to the upper surface of the first semiconductor layer to form a deep recess and a shallow recess. Form a second recess. At this time, the deep recess is formed on the same side as the first recess and in the first semiconductor layer, while the shallow recess is formed on the side surface of the opening having a large tendency and formed in the second semiconductor layer. Formed. As described above, when the second recess is formed, the wet etching method is used as in the case of the first recess, so that the bottom region of the shallow recess is a region where a part of the second semiconductor layer before being etched is exposed. It can be formed in the shape of substantially the same region (details will be described later). For this reason, since the length from the upper edge of the source side of the deep recess of the second recess to the upper edge of the drain side of the shallow recess of the second recess is determined, a gate is formed on the bottom surface of the deep recess of the second recess in a later step. When electrodes are provided, the distance between the gate electrode and the drain electrode also becomes a predetermined length. For this reason,
Since the shallow recess is provided between the gate electrode and the drain electrode, the gate electrode and the drain electrode can be separated from each other, so that the electric field between the gate electrode and the drain electrode is reduced, and thus the breakdown voltage between the gate and the drain electrode is increased. can do.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明のリセスゲー
トの形成方法について、MESFET(Metal S
emiconductor Field Effect
Transistorの略称)のゲート形成を例にとっ
て説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度
に各構成成分の形状、大きさ及び配置を概略的に示して
あるにすぎない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a recess gate according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
emiconducer Field Effect
A description will be given by taking as an example the formation of a gate (Transistor). It should be noted that each figure merely schematically shows the shape, size, and arrangement of each component so that the present invention can be understood.

【0019】図1の(A)〜(D)及び図2の(A)〜
(D)は、この発明の第一実施例の形成工程を説明する
ための工程図である。
1A to 1D and FIGS. 2A to 2D.
(D) is a process drawing for explaining the formation process of the first embodiment of the present invention.

【0020】先ず、基板として、この発明の第一実施例
では、GaAs基板10上にGaAsバッファ層12を
形成した基板13を用いる。そして、MBE法を用い
て、基板13上に、不純物ドープの第一半導体層(以
下、n−GaAs層という。)14、及びn−GaAs
層14より高不純物濃度を有する第二半導体層(以下、
+ −GaAs層という。)16を順次形成する。この
ときの、それぞれの層の膜厚を、n−GaAs層14を
例えば1500Å、n+ −GaAs層16を例えば10
00Åとする。
First, in the first embodiment of the present invention, a substrate 13 having a GaAs buffer layer 12 formed on a GaAs substrate 10 is used. Then, using a MBE method, an impurity-doped first semiconductor layer (hereinafter referred to as an n-GaAs layer) 14 and an n-GaAs layer are formed on the substrate 13.
A second semiconductor layer having a higher impurity concentration than the layer 14 (hereinafter, referred to as a second semiconductor layer)
It is called an n + -GaAs layer. ) 16 are sequentially formed. At this time, the thickness of each layer is set to, for example, 1500 ° for the n-GaAs layer 14 and 10 for the n + -GaAs layer 16, for example.
00 °.

【0021】次に、例えばホトリソグラフィー法によっ
て、n+ −GaAs層16上にオーミック電極であるソ
ース電極及びドレイン電極を形成する(図示せず)。そ
の後、ソース電極及びドレイン電極まで形成された構造
体の上面に、例えばプラズマCVD法を用いてリセス形
成用のマスク層(以下、SiN膜という。)20を形成
する。このとき、SiN膜20の膜厚を約1000Å程
度とする。また、このSiN膜20を用いる理由は、R
IEにより、GaAsとは選択エッチングが可能であ
り、かつ緩衝フッ酸を用いた等方的に選択エッチングが
できるためである(詳しくは後述する)。
Next, a source electrode and a drain electrode, which are ohmic electrodes, are formed on the n + -GaAs layer 16 by, for example, photolithography (not shown). Thereafter, a mask layer (hereinafter, referred to as an SiN film) 20 for forming a recess is formed on the upper surface of the structure including the source electrode and the drain electrode by using, for example, a plasma CVD method. At this time, the thickness of the SiN film 20 is set to about 1000 °. The reason for using this SiN film 20 is that R
This is because IE enables selective etching with GaAs and isotropic selective etching using buffered hydrofluoric acid (details will be described later).

【0022】次に、周知の位相シフト法による技術(例
えば、特開平3−85543)を用いて、傾向きの大き
い開口側壁面22aと傾向きの小さい開口側壁面22b
とを有する、断面切口が逆テーパ型の開口部23をもっ
たレジストパタン22を形成し、(図1の(A))に示
す構造体を得る。なお、この切口は、基板面に垂直で、
かつ、形成できるトランジスタのチャネル方向に沿った
面内にある。このとき用いるレジストパタン22の材料
は、好ましくはネガ型のレジスト、例えば富士薬品工業
社製のFSMRレジストとするのが良い。また、このレ
ジストパタン22の膜厚を約0.7μm(7000Å)
とする。また、レジストパタン22の開口部23の対向
する端縁間の、チャネル方向の間隔または長さをHとす
る。
Next, using a well-known phase shift technique (for example, JP-A-3-85543), an opening side wall surface 22a having a large tendency and an opening side wall surface 22b having a small tendency are used.
A resist pattern 22 having an opening 23 having a reverse tapered cross section is formed, and a structure shown in FIG. 1A is obtained. In addition, this cut is perpendicular to the substrate surface,
In addition, they are in a plane along the channel direction of a transistor that can be formed. The material of the resist pattern 22 used at this time is preferably a negative resist, for example, FSMR resist manufactured by Fuji Pharmaceutical Co., Ltd. The resist pattern 22 has a thickness of about 0.7 μm (7000 °).
And Also, the distance or length in the channel direction between opposing edges of the opening 23 of the resist pattern 22 is represented by H.

【0023】次に、このレジストパタン22をマスクと
して用いて、反応性エッチング法(RIE法)によって
基板面に対して垂直の方向から異方性エッチングを行っ
て、SiN膜20の一部を除去して図1の(B)の構造
体を得る。このときのRIEに用いるエッチング種とし
て、六フッ化硫黄(SF6 )、四フッ化炭素(CF4
または、その他のイオン種を用いれば良い。このエッチ
ングにより除去されるSiN膜20の部分の寸法は、レ
ジストパタン22の開口部23の長さHとほぼ同一にな
る。ここでは、このとき形成されたSiN膜20をリセ
スマスク層20a及び20bと称する。
Next, using the resist pattern 22 as a mask, anisotropic etching is performed in a direction perpendicular to the substrate surface by a reactive etching method (RIE method) to remove a part of the SiN film 20. Thus, the structure shown in FIG. 1B is obtained. At this time, sulfur hexafluoride (SF 6 ) and carbon tetrafluoride (CF 4 ) are used as etching species for RIE.
Alternatively, another ion species may be used. The dimension of the portion of the SiN film 20 removed by this etching is substantially the same as the length H of the opening 23 of the resist pattern 22. Here, the SiN film 20 formed at this time is referred to as recess mask layers 20a and 20b.

【0024】次に、リセスマスク層20a及び20bを
マスクとして用いて、任意好適なウエットエッチング
(等方性エッチング)により、n+ −GaAs層16を
エッチングして、n+ −GaAs層16中に第一リセス
24を形成して図1の(C)に示す構造体を得る。この
とき、形成された第一リセス24の側面端縁間の、チャ
ネル方向の間隔又は長さをM1 とする。周知の通り等方
性エッチングは、n+ −GaAs層16の深さ方向と横
方向が同一比でエッチングされる。このとき、リセスマ
スク層20a及び20bの開口端縁付近までエッチング
が達した時点でエッチングを終了する。このとき、エッ
チング深さは、n+ −GaAs層16の部分まであって
も良いし、その下側のn−GaAs層14の一部分に達
する深さにしてあっても良い。このときのエッチング条
件は、エッチャント液に例えばリン酸−過酸化水素系の
溶液を用い、エッチング浸漬時間を例えば約2分とす
る。
Next, using the recess mask layers 20a and 20b as a mask, the n + -GaAs layer 16 is etched by any suitable wet etching (isotropic etching) so that the n + -GaAs layer 16 One recess 24 is formed to obtain the structure shown in FIG. At this time, between the end face edge of the first recess 24 formed, the distance or length of the channel direction and M 1. As is well known, in the isotropic etching, the depth direction and the lateral direction of the n + -GaAs layer 16 are etched at the same ratio. At this time, when the etching reaches the vicinity of the opening edge of the recess mask layers 20a and 20b, the etching is finished. At this time, the etching depth may be a depth of the n + -GaAs layer 16 or a depth reaching a part of the n-GaAs layer 14 thereunder. The etching conditions at this time are, for example, a phosphoric acid-hydrogen peroxide solution as an etchant solution, and the etching immersion time is, for example, about 2 minutes.

【0025】次に、レジストパタン22をマスクとして
用いて、リセスマスク層20a及び20bの露出してい
る部分のうち、少なくともレジストパタンの傾向きの大
きい開口側面22a側のリセスマスク層の部分20bを
エッチング除去して、n+ −GaAs層16の一部分2
5を露出させる(図1の(D))。なお、エッチング液
として、緩衝フッ酸を用いて、傾向きの大きい開口側面
22a側のn+ −GaAs層16bの底面までエッチン
グが到達した時点でエッチングを終了する。このとき残
存したリセスマスク層を20c、20dとする。このよ
うな、エッチングによって、傾向きの小さい開口側面2
2b側のリセスマスク層20cの下面にある第一リセス
24の上端縁から、傾向きの大きい開口側面22a側の
リセスマスク層20dの下面にあるリセスマスク層20
dの開口端部までの、チヤネル方向の間隔又は長さL1
が決まる。ここでは、n+ −GaAs層16bの一部分
25の上面のチャネル方向の長さをM2 とする。
Next, using the resist pattern 22 as a mask, of the exposed portions of the recess mask layers 20a and 20b, at least the portion 20b of the recess mask layer on the side of the opening side 22a where the resist pattern tends to be large is removed by etching. Then, a part 2 of the n + -GaAs layer 16 is formed.
5 is exposed (FIG. 1D). The etching is completed when the etching reaches the bottom surface of the n + -GaAs layer 16b on the side of the opening side 22a, which has a large tendency, using buffered hydrofluoric acid as an etching solution. At this time, the remaining recess mask layers are 20c and 20d. By such etching, the opening side surface 2 having a small tendency is formed.
From the upper edge of the first recess 24 on the lower surface of the recess mask layer 20c on the 2b side, the recess mask layer 20 on the lower surface of the recess mask layer 20d on the side surface 22a of the opening 22a having a greater tendency.
The distance or length L 1 in the channel direction up to the open end of d.
Is determined. Here, the upper surface of the channel direction of a portion 25 of the n + -GaAs layer 16b the length and M 2.

【0026】次に、残存しているリセスマスク層20c
及び20dをマスクとして用いて、少なくともn+ −G
aAs層16a,16bの露出した一部分25を、n−
GaAs層14の上面までエッチングを行って、深いリ
セス26aと浅いリセス26bからなる第二リセス26
を形成し、図2の(A)に示す構造体を得る。このとき
のエッチングでは、第一リセスの形成のときと同様なエ
ッチャント液を用い、エッチング浸漬時間を例えば約1
5秒とする。このようにして形成される第二リセス26
は、第一リセス24の底面方向とn+ −GaAs層16
bの露出した部分25とが同一比でエッチングされるた
め、深いリセス26aと浅いリセス26bらなる二段構
造の第二リセス26が形成される。このとき、n+ −G
aAs層16bの露出した部分25の長さM2 が、浅い
リセス26bの長さとほぼ同一になるので、傾向きの小
さい開口側面22b側のリセスマスク層20cの下面に
ある深いリセス26aの上端縁から、傾向きの大きな開
口側面22a側のリセスマスク層20dの下面にある浅
いリセス26bの上端縁までの長さL2 が決まる。この
発明の実施例では、n+ −GaAs層16の膜厚を約1
000Åにしてあるため、図1の(D)の構造体の長さ
1 と図2の(A)の構造体の長さL2 とをほぼ同一の
長さにすることができる。
Next, the remaining recess mask layer 20c
And 20d as a mask, at least n + -G
The exposed portions 25 of the aAs layers 16a and 16b are
Etching is performed to the upper surface of the GaAs layer 14 to form a second recess 26 including a deep recess 26a and a shallow recess 26b.
Is formed to obtain the structure shown in FIG. In the etching at this time, the same etchant liquid as used in the formation of the first recess is used, and the etching immersion time is set to, for example, about 1 hour.
5 seconds. The second recess 26 thus formed
Indicates the direction of the bottom surface of the first recess 24 and the n + -GaAs layer 16.
Since the exposed portion 25 of b is etched at the same ratio, the second recess 26 having a two-stage structure including the deep recess 26a and the shallow recess 26b is formed. At this time, n + -G
length M 2 of the exposed portions 25 of the aAs layer 16b is, since substantially the same as the length of the shallow recess 26b, the upper edge of the deep recess 26a in the lower surface of the small opening side surface 22b side of the Risesumasuku layer 20c of-out tendency , it determines the length L 2 to the upper edge of the shallow recess 26b on the underside of the Risesumasuku layer 20d of a large open side 22a side-out tendency. In the embodiment of the present invention, the thickness of the n + -GaAs layer 16 is set to about 1
Since the length is set to 000 °, the length L 1 of the structure shown in FIG. 1D and the length L 2 of the structure shown in FIG. 2A can be made substantially the same.

【0027】次に、蒸着法を用いて、ゲート電極形成の
ためのゲート金属をレジストパタン22の上方から基板
側に対して蒸着して、ゲート金属層18a及びゲート電
極18bを形成する(図2の(B))。ここで、ゲート
金属材料としてチタン(Ti)とアルミニウム(Al)
とを用い、また、ゲート電極の構造は、好ましくはTi
上にAlを堆積させた二重構造とするのが良い。
Next, a gate metal for forming a gate electrode is deposited on the substrate side from above the resist pattern 22 by using an evaporation method to form a gate metal layer 18a and a gate electrode 18b (FIG. 2). (B)). Here, titanium (Ti) and aluminum (Al) are used as gate metal materials.
And the structure of the gate electrode is preferably Ti
It is preferable to have a double structure in which Al is deposited thereon.

【0028】次に、任意好適な有機溶剤を用いて、レジ
ストパタン22上のゲート金属層18aをリフトオフし
(図2の(C))、その後、プラズマエッチング法を用
いて残存しているSiN膜20c及び20dを除去し
て、ゲート電極18bが形成される(図2の(D))。
上述のような工程を経てこの発明のMESFETが完成
する。
Next, the gate metal layer 18a on the resist pattern 22 is lifted off by using any suitable organic solvent (FIG. 2C), and thereafter, the remaining SiN film is formed by plasma etching. The gate electrode 18b is formed by removing 20c and 20d (FIG. 2D).
Through the steps described above, the MESFET of the present invention is completed.

【0029】この実施例のような工程により形成された
MESFETは、ゲート電極側に深いリセス26aを有
し、一方、ドレイン電極側に浅いリセス26bを連続し
て有している。このとき、ドレイン側の表面空乏層は、
ゲート電極18bのドレイン側の深いリセス26aと浅
いリセス26bとの表面部分に共に形成されるが、特
に、深いリセス26a部分の底面及び側面に形成される
表面空乏層が電気特性(例えば相互コンダクタンス(g
m ))に影響を与える。この発明の実施例では、ゲート
電極側に深いリセスを形成し、かつゲート長に対するリ
セス長M1 も短くしてあるので、表面空乏層の領域を低
減できる。従って、MESFETの動作によって生じる
チャネルに対する比率を小さくすることができるため、
相互コンダクタンスgm の低下を最小限にとどめること
ができる。
The MESFET formed by the steps as in this embodiment has a deep recess 26a on the gate electrode side and a continuous shallow recess 26b on the drain electrode side. At this time, the surface depletion layer on the drain side
The gate electrode 18b is formed on both the surface of the deep recess 26a and the surface of the shallow recess 26b on the drain side of the gate electrode 18b. g
m )). In an embodiment of the present invention, a deep recess is formed on the gate electrode side, and since the recess length M 1 with respect to the gate length is also are shortened, thereby reducing the area of the surface depletion layer. Therefore, since the ratio to the channel generated by the operation of the MESFET can be reduced,
A decrease in mutual conductance g m can be minimized.

【0030】一方、ドレイン側には、浅いリセス26b
が形成されているため、ゲート電極18bとn+ −Ga
As層16dの間を離間できるので、ゲート電極18b
とドレイン電極間の電界を小さくすることができる。従
って、ドレイン耐圧が大きくなる。
On the other hand, a shallow recess 26b is formed on the drain side.
Is formed, the gate electrode 18b and n + -Ga
Since the As layer 16d can be separated, the gate electrode 18b
The electric field between the gate electrode and the drain electrode can be reduced. Therefore, the drain breakdown voltage increases.

【0031】次に、この発明の第二実施例について、図
3の断面図を参照して説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the sectional view of FIG.

【0032】この発明の第二実施例は、第一リセス24
を形成するまでの工程は、第一実施例の場合と同一であ
るため、工程の詳細な説明は省略する。
The second embodiment of the present invention relates to a first recess 24
Since the steps up to the formation of are the same as in the first embodiment, a detailed description of the steps will be omitted.

【0033】第一リセス24を形成した構造体(図1の
(C)参照)を用いて、傾向きの小さい開口側面22b
側のレジストパタンの上方から、傾向きの大きい開口側
面22a側のリセスマスク層20bの方向に対して、斜
め方向に異方性エッチングを行って、傾向きの大きい開
口側面22a側のレジストパタン22の底面にあるリセ
スマスク層20bの一部分のみをエッチング除去する
(図3)。その後の工程は、第一実施例の図2の(A)
〜(D)までの工程と同様であるので工程の詳細な説明
は省略する。
Using the structure in which the first recess 24 is formed (see FIG. 1C), the opening side surface 22b having a small tendency is used.
Anisotropic etching is performed obliquely from above the resist pattern on the side with respect to the direction of the recess mask layer 20b on the side of the opening side 22a where the tendency is large, and the resist pattern 22 on the side of the opening side 22a where the tendency is large is formed. Only a part of the recess mask layer 20b on the bottom is removed by etching (FIG. 3). Subsequent steps are shown in FIG. 2A of the first embodiment.
Since these steps are the same as steps (D) to (D), detailed description of the steps is omitted.

【0034】この発明の第二実施例では、傾向きの大き
い開口側面側22a(ドレイン電極側)のレジストパタ
ンの底面にあるリセスマスク層20bのみがエッチング
除去されて、傾向きの小さい開口側面側22b(ソース
電極側)のレジストパタン22の底面にあるリセスマス
ク層20cは、エッチングされない。従って、後処理で
第二リセスを等方性エッチングによって、深いリセス2
6aと浅いリセス26bを形成したとき、ソース電極側
へのオーバーエッチングの進行が少ない分、ゲート電極
とソース電極間の間隔を狭くできる。このため、寄生抵
抗、すなわちソース抵抗Rs が小さくなり、相互コンダ
クタンスgm を大きくできるという利点がある。また、
第二実施例では、第一実施例と同様、浅いリセス26b
によってゲート電極とドレイン電極間を離間させてある
ので、ゲート及びドレイン間の耐圧が向上する。
In the second embodiment of the present invention, only the recess mask layer 20b on the bottom of the resist pattern on the opening side 22a (drain electrode side) where the tendency is high is removed by etching, and the opening side 22b having a low tendency is removed. The recess mask layer 20c on the bottom surface of the resist pattern 22 (on the source electrode side) is not etched. Therefore, the second recess is deeply recessed by isotropic etching in the post-treatment.
6a and the shallow recess 26b, the distance between the gate electrode and the source electrode can be reduced because the over-etching to the source electrode side is small. Therefore, the parasitic resistance, i.e. the smaller the source resistance R s, is advantageous in that the mutual conductance g m can be increased. Also,
In the second embodiment, as in the first embodiment, the shallow recess 26b
Since the gate electrode and the drain electrode are separated from each other, the breakdown voltage between the gate and the drain is improved.

【0035】また、この第一及び第二実施例では、リセ
スマスク層20にSiN層を用いて説明したが、なんら
この材料に限定されるものではなく、例えばチタン(T
i)層を用いても良い。
In the first and second embodiments, the SiN layer is used as the recess mask layer 20. However, the present invention is not limited to this material.
i) A layer may be used.

【0036】また、この第一実施例では、MESFET
のリセスゲートを形成する場合について説明したが、例
えばBP−MESFET(Buried P−Laye
rMESFETの略称)やHEMT(High Ele
ctron Mobility Transistor
の略称)のリセスゲート形成にも適用できる。
In the first embodiment, the MESFET
Has been described, the BP-MESFET (Buried P-Layer) is used, for example.
rMESFET) or HEMT (High Ele)
ctron Mobility Transistor
).

【0037】[0037]

【発明の効果】上述した説明からも明らかなように、こ
の発明のリセスゲートの形成方法によれば、基板上に形
成した第一半導体中に深いリセスを形成し、第二半導体
層中に浅いリセスを連続して形成してある。このため、
深いリセスの部分にゲート電極を形成した場合、ドレイ
ン側の表面空乏層は、深いリセスの底面及び側面に依存
するので、小さくなる。このため、ドレイン側の表面空
乏層は、ゲート電極から深いリセスの底面及び側面の長
さ方向によって制御できるため、相互コンダクタンスg
m を低下させずに所定の値に設定できる。
As is apparent from the above description, according to the method of forming a recess gate of the present invention, a deep recess is formed in a first semiconductor formed on a substrate, and a shallow recess is formed in a second semiconductor layer. Are formed continuously. For this reason,
When the gate electrode is formed in the deep recess, the surface depletion layer on the drain side becomes small because it depends on the bottom and side surfaces of the deep recess. For this reason, the surface depletion layer on the drain side can be controlled by the length direction of the bottom and side surfaces of the deep recess from the gate electrode, so that the mutual conductance g
m can be set to a predetermined value without decreasing.

【0038】一方、ドレイン電極側に浅いリセスを形成
してゲート電極と第二半導体層との間を離間してあるの
で、ゲート電極とドレイン電極間の電界が小さくなり、
従って、ゲート電極とドレイン電極間の耐圧も大きくな
る。
On the other hand, since a shallow recess is formed on the drain electrode side to separate the gate electrode from the second semiconductor layer, the electric field between the gate electrode and the drain electrode is reduced.
Therefore, the breakdown voltage between the gate electrode and the drain electrode also increases.

【0039】また、リセスマスク層の一部をエッチング
する方法として、傾向きの小さい開口側面側のレジスト
パタンの上方から、傾向きの大きい開口側面側のリセス
マスク層方向に対して、斜め方向による異方性エッチン
グを行い、リセスマスク層の一部のみを除去する。この
とき、ソース電極側のリセスマスク層は、斜め異方性エ
ッチングによってエッチングされないので、第二リセス
を形成する際の等方性エッチングによって生じるソース
電極側のオーバーエッチングを小さくできる。従って、
ソース電極とゲート電極間の寄生抵抗、すなわち、ソー
ス抵抗Rs が小さくなり、相互コンダクタンスgm が大
きくなり、MESFETの電気特性を向上できる。
Further, as a method of etching a part of the recess mask layer, an anisotropic oblique direction from above the resist pattern on the side surface of the opening with a small tendency to the direction of the recess mask layer on the side surface of the opening with a large tendency. Etching is performed to remove only a part of the recess mask layer. At this time, since the recess mask layer on the source electrode side is not etched by the oblique anisotropic etching, over-etching on the source electrode side caused by isotropic etching when forming the second recess can be reduced. Therefore,
Parasitic resistance between the source electrode and the gate electrode, i.e., the source resistance R s is reduced, the transconductance g m is increased, thereby improving the electrical characteristics of the MESFET.

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

【図1】(A)〜(D)は、この発明の第一実施例を説
明するために供する工程図である。
FIGS. 1A to 1D are process diagrams provided for explaining a first embodiment of the present invention.

【図2】(A)〜(D)は、図1の後工程を説明するた
めに供する工程図である。
2 (A) to 2 (D) are process diagrams provided for explaining a post-process of FIG. 1;

【図3】この発明の第二実施例を説明するために供する
工程図である。
FIG. 3 is a process chart provided for explaining a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:GaAs基板 12:GaAsバッファ層 13:基板 14、14a:n−GaAs層 16、16a、16b、16c,16d:n+ −GaA
s層 18a:ゲート金属層 18b:ゲート電極 20:マスク層 20a、20b,20c,20d:リセスマスク層 22:レジストパタン 22a:傾向きが大きい開口側面 22b:傾向きが小さい開口側面 23:開口部 24:第一リセス 25:n+ −GaAs層の露出している部分 26:第二リセス 26a:深いリセス 26b:浅いリセス
10: GaAs substrate 12: GaAs buffer layer 13: Substrate 14, 14a: n-GaAs layer 16, 16a, 16b, 16c, 16d: n + -GaAs
s layer 18a: Gate metal layer 18b: Gate electrode 20: Mask layer 20a, 20b, 20c, 20d: Recess mask layer 22: Resist pattern 22a: Open side with high tendency 22b: Open side with low tendency 23: Opening 24 : First recess 25: Exposed portion of n + -GaAs layer 26: Second recess 26a: Deep recess 26b: Shallow recess

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 (a)基板上に、不純物ドープの第一半
導体層と該第一半導体層より高不純物濃度を有する第二
半導体層とマスク層とを順次形成する工程と(b)前記
マスク層上に、傾向きの大きい開口側面と傾向きの小さ
い開口側面とを有する、断面切口が逆テーパ型の開口部
をもったレジストパタンを形成する工程と、(c)ドラ
イエッチング法を用いて、前記レジストパタンの開口部
の上方から前記基板側に対して異方性エッチングを行
い、前記マスク層を部分的に除去して、リセスマスク層
を形成する工程と、(d)前記リセスマスク層をマスク
にして、前記第二半導体層をエッチングして、該第二半
導体層中に第一リセスを形成する工程と、(e)前記リ
セスマスク層の露出している部分のうち、少なくとも前
記傾向きの大きい開口側面側の部分をエッチング除去し
て、前記第二半導体層の一部分を露出させる工程と、
(f)前記(e)工程により残存したリセスマスク層を
マスクにして、少なくとも前記第二半導体層の露出した
一部分を前記第一半導体層の上面までエッチングして、
深いリセスと浅いリセスから成る第二リセスを形成する
工程とを含むことを特徴とするリセスゲートの形成方
法。
(A) a step of sequentially forming, on a substrate, a first semiconductor layer doped with impurities, a second semiconductor layer having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer, and a mask layer; and (b) the mask Forming a resist pattern on the layer having an opening side with a large tendency and an opening side with a small tendency, and having a cross-sectional cut surface having an opening of a reverse taper type; and (c) using a dry etching method. Anisotropically etching the substrate side from above the opening of the resist pattern to partially remove the mask layer to form a recess mask layer; and (d) masking the recess mask layer. Forming a first recess in the second semiconductor layer by etching the second semiconductor layer; and (e) at least the portion of the exposed portion of the recess mask layer where the tendency is large. Opening A step of etching and removing a part on the side surface to expose a part of the second semiconductor layer;
(F) using the recess mask layer remaining in the step (e) as a mask, etching at least an exposed part of the second semiconductor layer to the upper surface of the first semiconductor layer;
A method of forming a recess gate, comprising: forming a second recess including a deep recess and a shallow recess.
【請求項2】 請求項1に記載のリセスゲートの形成方
法において、 前記(d)工程に記載の第二半導体層中に形成する前記
第一リセスの深さを、前記第二半導体層の露出した一部
分の上面から前記第一半導体層の露出面までとすること
を特徴とするリセスゲートの形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the depth of the first recess formed in the second semiconductor layer according to the step (d) is reduced by exposing the second semiconductor layer. A method for forming a recess gate, comprising: extending from an upper surface of a portion to an exposed surface of the first semiconductor layer.
【請求項3】 請求項1に記載のリセスゲートの形成方
法において、 前記(e)工程の前記リセスマスク層の一部分をエッチ
ングする方法として、前記傾向きの小さい開口側面側の
前記レジストパタンの上方から、前記傾向きの大きい開
口側面側の前記リセスマスク層方向に対して、斜め方向
による異方性エッチングを行うことを特徴とするリセス
ゲートの形成方法。
3. The method of forming a recess gate according to claim 1, wherein the etching of a part of the recess mask layer in the step (e) is performed from above the resist pattern on a side surface of the opening having a small tendency. A method of forming a recess gate, wherein anisotropic etching is performed in an oblique direction with respect to a direction of the recess mask layer on the side surface of the opening where the tendency is large.
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