JPH0210842A - リセスゲートを有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

リセスゲートを有する半導体装置の製造方法

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JPH0210842A
JPH0210842A JP63162196A JP16219688A JPH0210842A JP H0210842 A JPH0210842 A JP H0210842A JP 63162196 A JP63162196 A JP 63162196A JP 16219688 A JP16219688 A JP 16219688A JP H0210842 A JPH0210842 A JP H0210842A
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JP
Japan
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gate
layer
semiconductor
ion beam
gaas
Prior art date
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JP63162196A
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English (en)
Inventor
Masaaki Ono
雅章 小野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 ストッパー層に設けられた開口内に形成されるリセスゲ
ートを有する半導体装置の製造方法に関し。
ストッパー層とリセスゲート間の寄生容量を低減するこ
とによりこの種の半導体装置の動作速度の向上を目的と
し。
半導体層と該半導体層に接する側壁部分を有するリセス
ゲートとを半導体基板上の所定領域にそれぞれ形成する
工程と、該側壁部分に集束イオンビームを選択的に照射
して該部分を除去することにより該半導体層と該リセス
ゲートを分離する工程を含むことから構成される。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ストッパー層に設けられた開口内に形成され
るリセスゲートを有する半導体装置の製造方法に関する
〔従来の技術〕
超高速LSIとしてGaAsを用いた半導体装置の開発
が進められており、とくに、 MES−FETやIIE
MT等から成るLSIが注目されている。この種のLS
Iの動作速度を向上するために、ゲート長を短縮して相
互コンダクタンスの増加および素子容量の低減を図るこ
とが有効である。MES−FETに比較して。
チャネル層における薄い2次元電子ガス層を用いるHE
MTO方がより短チヤネル効果による闇値電圧の変動が
小さいため、ゲート長の短縮による高速度LSIの実用
化の可能性が高い。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、 HEMTにおいても、ゲート長が1μ
m以下のサブミクロン領域になると、素子容量の低減が
困難となる。これは、ゲート電極の両端にゲート長に依
存しない寄生容量(フリンジング容量)が存在するため
である。すなわち、 HEMTを用いる集積回路におい
ては5通常、リセスゲート構造を適用することが有効で
あるとされているが。
このリセスゲ−1・とその周囲に存在するストッパー層
を構成する半導体層との接合部分に容量が発生する問題
がある。
第5図はリセスゲートを有する通常のエンハンスメント
型のHEMTの要部断面図であって、後述する電子供給
層となるn−AlGaAs層3にショットキ接合をして
いるリセス型のゲート9は周囲のGaAs層4と接して
おり、これらの間にもショットキ接合が形成されている
。このため、これらの間に前記フリンジング容量C7が
発生している。この容量C2はゲート長し、を短縮して
も減少しない。したがって、このトランジスタの動作速
度は、この容量Crによって上限が決まってしまう。な
お。
同図において符号5および6は、それぞれ、ストッパー
層および→キャップ層である。
本発明は、リセスゲートを有する半導体装置における上
記のようなGaAs層4とゲート9との間の寄生容量を
低減することによりこの種の半導体装置の動作速度の向
上を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、半導体層と該半導体層に接する側壁部分を
有するリセスゲートとを半導体基板上の所定領域にそれ
ぞれ形成する工程と、該側壁部分に集束イオンビームを
選択的に照射して該部分を除去することにより該半導体
層と該リセスゲートを分離する工程を含むことを特徴と
する本発明に係るリセスゲートを有する半導体装置の製
造方法によって達成される。
0作 用〕 サブミクロン領域の超微細加工が可能な集束イオンビー
ム(FIB)を用いて、ストッパー層半導体と接してい
るリセスゲートの側壁部分を切削除去し、これらを分離
する。その結果、これらの間の寄生容量が実質的に排除
され、動作速度が向上可能となる。このようなFIB加
工による寄生容量の低減は、 LSI中の、とくに高速
動作を必要とする素子について行えば充分であり、実用
的な切削加工のスループットが得られる。
〔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、既出の図面におけるのと同じ部分
には同一符号を付しである。
第1図は本発明の一実施例の工程の一部を示す要部断面
図であって1通常のリセスゲートを有する半導体装置の
製造工程と同様である。
第1図(a)に示すように1例えば半絶縁性のGaAs
(S、 I−GaAs)基板1の上に、チャネル層を構
成する絶縁性のGaAs (i−GaAs)層2と電子
供給層を構成するn型のAIGaAs(n−AIGaA
s)層3を順次エピタキシャル成長させる。さらに、こ
の上に、後述する選択的ドライエツチングにおいてスト
ッパー層となるA lGaAs層5を間にはさんだキャ
ップ層、すなわち、 GaAs層4およびn“−GaA
s層6をエピタキシャル成長させる。GaAsキャンプ
層4および6は。
後述するソース/ドレイン電極とオーミックコンタクト
を形成するために設けられる。
上記ののち1図示のように1例えば^uGe/Auから
成るソース/ドレイン電極7を蒸着法により形成し、さ
らに熱処理を施す。ソース/ドレイン電極7の一部は上
記熱処理によってGaAs層6から1−GaAs層2に
達する領域に拡散し、アロイ層8を形成する。このよう
にして、ソース/ドレイン電極7と1−GaAs層2と
の間にオーミックコンタクトが形成される。
次いで、第1図(b)に示すように、ゲート形成領域に
対応する開口11を有するレジストマスク10を形成し
、開口11内におけるn ” −GaAsR6およびA
lGaAs層5をウェットエツチングにより除去してG
aAs層4を表出させる。こののち、 CClgPgガ
スを用いてGaAs層4をドライエツチングする。この
ドライエツチングにおいて、デイプリージョン型のHE
MTが形成される領域(図示省略)におけるn゛GaA
sGaAs層6ingされるが、n′″−1IGaAs
層5がこの際のストッパーとなる。このように。
AlGaAsストッパー層5を設けたことにより、エン
ハンスメント型とデイプリージョン型のHEMTを同一
基板上に同時に形成可能となる。なお、符号12は上記
CCC12Fガスのイオンを示す。
上記ののち、レジストマスク10を除去し、第1図(C
)に示す構造を得る。上記CChFzガスを用いるドラ
イエツチングにおいては+ AlGaA3層5のエツチ
ング速度に比べ、 GaAs層4および6のエツチング
速度が200倍程変人きい。このため、ゲーi・形成領
域13周囲には1図示のように、 GaAs層4ないし
GaAs層6の傾斜面が表出する。
次いで、第1図(dlに示すように、ゲート形成領域1
3に対応する開口を有するレジストマスク15を形成し
、ゲート形成領域13に表出するn−AlGaAs層3
およびレジストマスク15上に2例えばアルミニウム(
A1)ら成るゲート電極層9′を堆積する。
そして、レジストマスク15を溶解・除去することによ
り、レジストマスク15上のゲート電極層9′がリフト
オフされ、第1図(e)に示すように、ゲート形成領域
13にゲート9が残る。
上記のように形成されたゲート9は、第5図を参照して
説明したように、ゲート形成領域13周囲の側壁部分で
GaAs層4と接してショットキ接合を形成しており、
これらの間に寄生容量が発生している。上記のようなゲ
ート9とGaAs層4の接触は。
ゲート長t、gが小さくなるほどリフトオフによる電極
形成の制御性が悪くなるため、避けることが困難であっ
た。
本発明においては、 GaAs層4と接しているゲート
9の側壁部分を、サブミクロンオーダーの微細加工が可
能なFIB法を用いて選択的に切削除去し。
ゲート9とGaAs層4を分離する。
FIB法は、電界研磨によって先端を数μm程度に加工
したタングステンエミッタの先に、ガリウム(Ga)の
ような低融点金属をのせ、真空中で固定したのち加熱し
、高電界を印加してタングステンエミッタの先端からイ
オン化した金属原子(例えばGa” )を放出し・これ
を加速して被加工物体に衝突させ、被加工物体をスパッ
タリングにより除去する方法である。
第2図は上記加工に用いるFIBシステムの概要構成を
示すブロック図であって、イオン源21で発生されたG
a”イオンは、コンデンサレンズ22で集束され、可変
絞り23により所定形状寸法に整形されたのち対物レン
ズ24で再集束され、走査電極25によるXY力方向の
偏向を受けて、試料台26上に載置された半導体基板2
7上を走査する。可変絞り23を制御することにより、
半導体基板27上におけるイオンビームの寸法は0.2
μmから100μm程度まで変化させられる。
走査電極25に印加される電圧は、 CPU30の配下
にあるスキャンコントローラ31によって制御され。
この走査と同期してビームブランカ28によりイオンビ
ームの照射がオン・オフ制御される。走査電極25によ
る偏向幅以上の走査位置移動を可能にするために、 C
Pt130配下にあるステージコントローラ32により
X方向移動モータ33およびX方向移動モータ34が駆
動され、試料台26がXY力方向所定量移動される。な
お、試料台26近傍には、2次電子検出器35が設けら
れており、イオンビームの照射にともなって半導体基板
27から発生する2次電子が検出される。この2次電子
電流をイオンビームの走査に同期して処理することによ
り、半導体基板27表面の2次元的2次電子像を観察す
ることができる。FIB加工の特徴は、同一のイオンビ
ームにより9表面加工と上記表面観察と行うことができ
る点にあり3ビームの径を0.1 μm程度まで絞れる
ことと合わせて、微細加工に適している。
上記FIBシステムを用いて、第3図fa)に示すよう
に、 GaAs層4と接合を形成しているゲート9の側
壁部分にサブミクロンオーダの微細集束イオンビーム1
6を照射し、第3図(blに示すように削り取る。その
結果、ゲート9とGaAs層4は分離され。
接合による前記寄生容量が低減ないし消失する。
上記集束イオンビーム16によるゲート9の切削は。
下地のn−AlGaAs層3が表出される直前で停止す
るのが望ましい。これは、ゲート9とGaAs層4間に
おけるn−AlGaAs層3の表出面に、スパッタリン
グ時のダメージによる表面単位が形成されて素子の特性
が劣化するのを防ぐためである。
第4図は上記集束イオンビーム16による加工の効果を
示すグラフであり、横軸はゲート−ソース間電圧(Vc
s)、縦軸は上記GaAs層4−ゲート9間の寄生容量
に対応するゲート−ソース間容量(CGりを示す。実線
は第5図に示すようにGaAs層4とゲート9間に接合
が形成されているエンハンスメント型の素子の場合、破
線は本発明によるFIR切削加工を施したエンハンスメ
ント型の素子の場合である。なお+ vthはエンハン
スメント型素子の闇値電圧である。
図示のように1本発明の方法によりゲート−ソース間容
量(CG3)が低減され、とくにVGSの上昇に伴う前
記寄生容量(C2)の増大が顕著となる高VGS側の領
域42におけるcesの急増がなくなっている。領域4
1は1−GaAs層2のへテロ界面側に形成されるチャ
ネルとゲート電極9との間がn’−AlGaAs層3を
介した理想的な平行平板とみなせる状態で、上記平行平
板間の距離をdとすると、単位面積当たりの容量Cr、
sがε、、。mat/dで表せる領域(ここにεALG
mASはAlGaAs層! 3の誘電率)であって、こ
の領域ではCGSのVGS依存性が小さい。
上記FIBによる切削加工は、 CPU30にあらかじ
め入力されているレイアウト情報と2次電子像による加
工位置の割り出しにより、全自動で行うことができる。
また、その加工速度は1ゲート当たり数秒程度以下であ
る。集積回路において高動作速度を必要とする素子につ
いて選択的に加工を行えば、実用的な加ニスループツト
が得られる。ゲート9とGaAs層4とを分離するため
のFIB切削加工は、上記のようにゲート9に対しての
み行うのが望ましい。これは、 FIB切削加工により
、半導体層4.5.6に不要なダメージを与え、その結
果。
素子特性を劣化させるのを避けるためである。
なお、上記実施例においては、 H1l!MT構造のリ
セスゲートの切削加工を例に説明したが9本発明は同様
のリセスゲートを有するその他の半導体装置の製造にも
適用できる。また、リセスゲート型でないゲート電極を
有する半導体装置の製造において、プロセス条件の変動
によりゲート電極と半導体層が接触して形成された場合
に1 これらを分離する目的でも適宜適用できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、リセスゲートを有する半導体装置にお
いて、ゲート電極をサブミクロンオーダで加工でき、ゲ
ート電極と周囲の半導体層との接合容量が低減され、サ
ブミクロンオーダのゲート長を有する半導体装置の動作
速度を向上可能とする効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の工程の一部を示す要部断面
図。 第2図は本発明において用いられるFIBシステムの概
要構成を示すブロック図。 第3図はFIBによるゲート電極の切削工程を示す要部
断面図。 第4図は本発明によるゲート−ソース間容量の低減を示
すグラフ。 第5図は従来のリセスゲート構造における寄生容量の発
生を説明するための要部断面図である。 図において。 1はS、 l−GaAs基板、2は1−GaAs層。 3はn−AlGaAs層、4はGaAs層。 5はAlGaAs層、6はn+ −GaAs層。 7はソース/ドレイン4電極。 8はアロイ層、9はゲート。 9′はゲート電極層、10はレジストマスク。 11は開口112はエツチングガスイオン。 13はゲート形成領域、15はレジストマスク16は集
束イオンビーム、21はイオン源。 22はコンデンサレンズ、23は可変絞り。 24は対物レンズ、25は走査電極。 26は試料台、27は半導体基板 28はビームブランカ、30はcpu。 31はスキャンコントローラ。 32はステージコントローラ。 33はX方向移動モータ 34はY方向移動モータ。 である。 35は2次電子検出器 不全ryf4q製造力法り薊十の五複 第 j 図 木イ亡e月にとL17 困し・テ札うFIBシZテ4の
力1ガく第2図 ノ(!λケ゛−ht−あ1すろ寄生容1し乃企先第 5
 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体層と該半導体層に接する側壁部分を有するリセス
    ゲートとを半導体基板上の所定領域にそれぞれ形成する
    工程と、 該側壁部分に集束イオンビームを選択的に照射して該部
    分を除去することにより該半導体層と該リセスゲートを
    分離する工程 を含むことを特徴とするリセスゲートを有する半導体装
    置の製造方法。
JP63162196A 1988-06-29 1988-06-29 リセスゲートを有する半導体装置の製造方法 Pending JPH0210842A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5346854A (en) * 1991-11-07 1994-09-13 Goldstar Co., Ltd. Method of making a semiconductor laser
KR100827868B1 (ko) * 2007-01-29 2008-05-07 우관식 매립형 욕실 수납함
JP2010219144A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> エッチング装置及びエッチング方法

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