JPH02191344A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH02191344A
JPH02191344A JP1069189A JP1069189A JPH02191344A JP H02191344 A JPH02191344 A JP H02191344A JP 1069189 A JP1069189 A JP 1069189A JP 1069189 A JP1069189 A JP 1069189A JP H02191344 A JPH02191344 A JP H02191344A
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JP
Japan
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electrode
layer
gate
gate electrode
gaas
Prior art date
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JP1069189A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Suzuki
康之 鈴木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain a field-effect transistor having high uniformity and high performance by a method wherein, after ions are implanted by using a temporary gate electrode as a mask, the temporary gate electrode is removed and, after a recess is formed in the removed gate region, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode are formed simultaneously. CONSTITUTION:A high purity GaAs channel layer 2, an Si-doped N-type AlGaAs carrier supply layer 3 and an Si-doped N-type GaAs layer 4 successively built up on a semi-insulating GaAs substrate 1. On a wafer prepared like this, a temporary gate electrode 9 is formed by dry etching. After that, Al<+> ions are implanted by using the temporary gate 9 as a mask. After the temporary gate 9 is removed, a gate recess 11 is formed by dry etching. Then Au is evaporated in a self-alignment manner to form a gate electrode 7, a source electrode 5 and a drain electrode 6 simultaneously and a device is completed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電界効果トランジスタの製造方法に関するもの
で、特にヘテロ接合を利用した電界効果トランジスタの
製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor, and particularly to a method for manufacturing a field effect transistor using a heterojunction.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来技術の一例としてGaAsとAj2GaAsの異種
接合の場合について説明する。GaAsとAj!GaA
sのへテロ接合を用いた電界効果トランジスタ(以下F
ETと記す)は、GaAsのみを用いたFET (ME
SFET)より高速、高性能な素子として考えられ、低
雑音素子及び高速ICへ応用されている。
As an example of the prior art, a case of heterojunction of GaAs and Aj2GaAs will be described. GaAs and Aj! GaA
A field effect transistor using a heterojunction of s (hereinafter referred to as F
ET) is an FET (ME
It is considered to be a faster and more efficient device than SFET (SFET), and is applied to low-noise devices and high-speed ICs.

FET0高性能化には、微細ゲート電極の形成とソース
抵抗の低減が不可欠である。ソース抵抗の低減に関して
は、第2図(a)に示すように、ゲート部が掘り込まれ
、ソース・ドレイン領域がゲート電極7の側面に形成さ
れるリセス構造が採用されている。また微細ゲート電極
形成に関しては、エレクトロンビーム(以下EBと記す
)直溝により0.3〜0,4μmのゲート電極形成が最
近成されている。なお図中、lは半絶縁性GaAs基板
、2は高純度GaAs層、3はN型AIGaAS層、4
はN型GaAs層、5はソース電極、6はドレイン電極
である。
To improve the performance of FET0, it is essential to form a fine gate electrode and reduce source resistance. In order to reduce the source resistance, as shown in FIG. 2(a), a recessed structure is adopted in which the gate portion is dug and the source/drain regions are formed on the side surfaces of the gate electrode 7. Regarding the formation of fine gate electrodes, gate electrodes of 0.3 to 0.4 μm have recently been formed using electron beam (hereinafter referred to as EB) straight grooves. In the figure, l is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a high-purity GaAs layer, 3 is an N-type AIGaAS layer, and 4 is a semi-insulating GaAs substrate.
is an N-type GaAs layer, 5 is a source electrode, and 6 is a drain electrode.

このような構造のFETは、基本的に以下のような工程
で製造されている。第2図(b)〜(d)に素子の断面
図を示し、工程を説明する。
FETs having such a structure are basically manufactured through the following steps. FIGS. 2(b) to 2(d) show cross-sectional views of the device, and the steps will be explained.

まず、第2図(b)に示すように、高抵抗GaAs基板
1上に分子線エピタキシ(MBE)法により、高純度G
aAs層2. N型Aj!GaAs層3、N型GaAs
層4を形成する。ここで、高純度GaAs層2はチャネ
ル層、N型AffiGaAs層3はキャリア供給層、N
型G a A S MA 4はソース抵抗低減のための
キャップ層である。
First, as shown in FIG. 2(b), high-purity G was deposited on a high-resistance GaAs substrate 1 by molecular beam epitaxy (MBE).
aAs layer 2. N type Aj! GaAs layer 3, N-type GaAs
Form layer 4. Here, the high-purity GaAs layer 2 is a channel layer, the N-type AffiGaAs layer 3 is a carrier supply layer, and the N-type AffiGaAs layer 3 is a carrier supply layer.
The type G a SMA 4 is a cap layer for reducing source resistance.

次に、メサエッチングあるいはB゛イオン注入より素子
分離を行う。次に、第2図(C)に示すように、ソース
電極5及びドレイン電8i6のオーミック電極を所定の
間隔をおいて形成する。続いて、第2図(d)に示すよ
うに、ソース電極5とドレイン電極6間のいわゆるチャ
ネル領域の所望の位置に開口部を残して他を被覆するレ
ジストN8を形成する。次に、第2図(a)に示すよう
に、レジストをマスクとして半導体層4に凹部、いわゆ
るリセス領域を形成した後、周知の真空蒸着法によりT
 i / A u等のゲート電極材料を被着させ、その
後、リフトオフ法を適用することによりシッットキバリ
アゲート電極7がリセス内に選択的に形成されたりセス
ゲート構造を得る。
Next, element isolation is performed by mesa etching or B ion implantation. Next, as shown in FIG. 2(C), ohmic electrodes of the source electrode 5 and the drain electrode 8i6 are formed at predetermined intervals. Subsequently, as shown in FIG. 2(d), a resist N8 is formed to leave an opening at a desired position in the so-called channel region between the source electrode 5 and the drain electrode 6, and to cover the rest. Next, as shown in FIG. 2(a), a concave portion, a so-called recess region, is formed in the semiconductor layer 4 using a resist as a mask, and then T
A gate electrode material such as i/Au is deposited, and then a lift-off method is applied to selectively form a Schittky barrier gate electrode 7 in the recess or obtain a recess gate structure.

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

以上のような製造方法では、リセスは1.lGaAsと
GaAsの選択性がないリン酸系のエツチング液で、開
口するため、素子のしきい値電圧並びに特性のバラツキ
が大きくウェハー面内の均一性が非常に悪い。
In the above manufacturing method, the recess is 1. Since the openings are made using a phosphoric acid-based etching solution that does not have selectivity between GaAs and GaAs, the threshold voltage and characteristics of the devices vary widely and the uniformity within the wafer surface is very poor.

一方、第3図に示すようなAlGaAsとGaAsとの
選択比が大きいCG 12 F ! + He系のガス
を用い、リセス開口部をドライエツチングで形成する方
法も考えられる。この場合、リセス部の掘り込みはAl
GaAs層で停止し、高均一性が期待される。しかしな
がら、EB露光用のレジストは耐ドライエツチ性がない
ため、EBn光で微細なゲートを形成しようとしてもド
ライエッチは使用できない。また耐ドライエツチ性があ
る光学露光用レジストを用いゲート形成を行っても0.
3〜0.4μmの長さのゲートはできない。
On the other hand, as shown in FIG. 3, CG 12 F has a high selection ratio between AlGaAs and GaAs! A method of forming the recess opening by dry etching using + He type gas is also considered. In this case, the recess should be dug with Al.
It stops at the GaAs layer, and high uniformity is expected. However, since the resist for EB exposure does not have dry etching resistance, dry etching cannot be used even if an attempt is made to form a fine gate using EBn light. Furthermore, even if gate formation is performed using an optical exposure resist that has dry etching resistance, 0.
A gate with a length of 3 to 0.4 μm is not possible.

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、高均一・高性能な電界効果トランジスタ
の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to overcome the performance limitations of the conventional techniques as described above and to provide a method for manufacturing highly uniform and high-performance field effect transistors.

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

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、異種の半
導体材料を積層してウェハーを形成する工程と、 前記ウェハー上に仮のゲート電極を形成する工程と、 前記仮のゲート電極をマスクにイオン注入する工程と、 前記仮のゲート電極を除去し、除去したゲート領域の半
導体層を選択的にエツチングする工程と、ゲート電極、
ソース電極、ドレイン電極を同時に形成する工程とを含
むことを特徴とする。
A method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention includes: forming a wafer by stacking different types of semiconductor materials; forming a temporary gate electrode on the wafer; and implanting ions using the temporary gate electrode as a mask. a step of removing the temporary gate electrode and selectively etching the semiconductor layer in the removed gate region;
The method is characterized in that it includes a step of simultaneously forming a source electrode and a drain electrode.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第1
図は本発明の一実施例を説明するための模式的断面図で
ある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1st
The figure is a schematic cross-sectional view for explaining one embodiment of the present invention.

この素子は以下のようにして製作される。まず、第1図
(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板1上に、M
BE法を用いチャネル層となる高純度GaAs層2を1
μm、次に、キャリア供給層となる不純物濃度2xlO
”cm−3のStドープN型のAlGaAs層3を20
0人、次にキャップ層として不純物濃度I XIO”c
m−3のSiドープN型GaAs層4を2000人成長
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100keV、IXIOI4cm−2でイ
オン注入を行う。
This element is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 1(a), M is placed on a semi-insulating GaAs substrate 1.
A high purity GaAs layer 2 that will become a channel layer is formed using the BE method.
μm, then the impurity concentration 2xlO which becomes the carrier supply layer
20cm-3 St-doped N-type AlGaAs layer 3
0, then the impurity concentration I XIO”c as a cap layer
2000 m-3 Si-doped N-type GaAs layers 4 are grown. Using the wafer thus formed, B' is ion-implanted at 100 keV and IXIOI 4 cm-2 for element isolation.

次に、ウェハー全面にCVD法によりSiO□膜を20
00人被着した後、レジストをマスクとして、SF、ガ
スによりドライエッチを行い、第1図(b)に示すよう
に、0.3μm長の仮ゲート電極9を形成する。その後
、第1図(c)に示すように゛、仮ゲート電極9をマス
クにしてAl”を30key、■×1012cm−1で
イオン注入を行う。
Next, a 20% SiO
After depositing the resist, dry etching is performed using SF and gas using the resist as a mask to form a temporary gate electrode 9 having a length of 0.3 μm as shown in FIG. 1(b). Thereafter, as shown in FIG. 1(c), ions of ``Al'' are implanted using the temporary gate electrode 9 as a mask at a depth of 30 keys and a thickness of 1012 cm-1.

次に、仮ゲート電極9をHF等で除去した後、CCl 
t F ! + He系のガスを用いて、ドライエッチ
を行い、第1図(d)に示すようにゲートリセス11を
形成する。なお図中、10はAl゛がイオン注入された
GaAs層を示している。
Next, after removing the temporary gate electrode 9 with HF or the like, CCl
tF! + Dry etching is performed using a He-based gas to form a gate recess 11 as shown in FIG. 1(d). In the figure, numeral 10 indicates a GaAs layer into which Al ions have been implanted.

このとき、CCj! z F z + l(e系のガス
により、GaAsとAlGaAsは選択的にドライエツ
チングできる。その原理は、AIがCC12F t f
He系のガスと反応して/lF3が生成され、これがエ
ツチングの停止層として働く。したがってAj2”のイ
オン注入された層10もAlGaAsと同様にエツチン
グされない。したがって仮ゲート電極9を除去したGa
As層4の領域のみが掘り込まれる。
At this time, CCj! z F z + l (GaAs and AlGaAs can be selectively dry etched using e-based gas. The principle is that AI is CC12F t f
It reacts with He-based gas to generate /lF3, which acts as an etching stop layer. Therefore, the ion-implanted layer 10 of Aj2'' is not etched like AlGaAs. Therefore, the Ga layer 10 from which the temporary gate electrode 9 has been removed
Only the region of the As layer 4 is dug.

その後、第1図(e)に示すように、ゲート金属となり
、しかも高濃度GaAs層4とノンアロイオーミックと
なるT i / A uをセルファライン的に蒸着して
、ゲート電極7.ソース電極5.ドレイン電極6を同時
に形成して、素子が完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 1(e), Ti/Au, which becomes the gate metal and is non-alloyohmic with the high-concentration GaAs layer 4, is deposited in a self-line manner to form the gate electrode 7. Source electrode5. A drain electrode 6 is formed at the same time to complete the device.

このように作製したFETでは、リセス形成を選択ドラ
イエッチを用いているために、ウェハー面内のしきい値
電圧並びに素子特性の均一性が非常によく、さらにゲー
ト長はドライエッチで形成した仮ゲート電極の長さで決
まるため、0.3〜0.4μmとEB露光と同程度の微
細ゲートが形成され、高性能な素子が実現できた。
In FETs fabricated in this manner, selective dry etching is used to form recesses, so the threshold voltage and device characteristics within the wafer surface are very uniform, and the gate length is Since it is determined by the length of the gate electrode, a fine gate of 0.3 to 0.4 μm, which is comparable to EB exposure, was formed, and a high-performance device was realized.

上記実施例は高純度GaAsとN型A#GaASの接合
の電界効果トランジスタの場合について述べたが、高純
度GaAs層の上部にN型GaA3層、このN型GaA
s層上に高純度AlGaAs層、この高純度AlGaA
sJi上にN型GaAsNが積層されているN型GaA
sと高純度AlGaAsの接合の電界効果トランジスタ
においても、同様に作製される。さらに、他の異種材料
を用いた電界効果トランジスタにおいても選択比がある
ガスを用いて、同様に作製することが可能である。
The above embodiment describes the case of a field effect transistor with a junction of high purity GaAs and N-type A#GaAS.
A high-purity AlGaAs layer on the s-layer, this high-purity AlGaA
N-type GaA with N-type GaAsN stacked on sJi
A field effect transistor having a junction of S and high-purity AlGaAs is manufactured in the same manner. Furthermore, field effect transistors using other different materials can also be manufactured in the same way using gases with selectivity.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、微細ゲートでし
かも選択ドライエッチが使用でき、高性能・高均一な電
界効果トランジスタが実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a high performance and highly uniform field effect transistor with a fine gate and selective dry etching.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図(a)〜(e)は、本発明の詳細な説明するため
の素子断面図、 第2図(a)〜(d)は、従来例を説明するための素子
断面図、 第3図は、CCj!2F、+He系のエツチングレート
を表した図である。 1・・・・・半絶縁性GaAs基板 2・・・・・高純度GaAs層 3−−− ・−N型AlGaAs層 4・・・・・N型GaAs層 5・・・・・ソース電極 6・・・・・ドレイン電極 7・・・・・ゲート電極 8・・・・・レジスト 9・・・・・Sin、仮ゲート電極 10・・・・・Al″″をイオン注入されたGaAs層 11・・・・・ゲートリセス (G) (b) 代理人 弁理士  岩 佐  義 幸 (C) 第1図 (d) (e) 第1図 (d) 第2図 (C) 第2図 エラチンσ時間(sec) 第3図
1(a) to (e) are sectional views of an element for explaining the present invention in detail; FIGS. 2(a) to 2(d) are sectional views of an element for explaining a conventional example; The figure is CCj! 2 is a diagram showing the etching rate of 2F, +He system. 1... Semi-insulating GaAs substrate 2... High purity GaAs layer 3 --- N-type AlGaAs layer 4... N-type GaAs layer 5... Source electrode 6 ...Drain electrode 7 ...Gate electrode 8 ...Resist 9 ...Sin, temporary gate electrode 10 ...GaAs layer 11 ion-implanted with Al'''' ...Gate recess (G) (b) Agent Patent attorney Yoshiyuki Iwasa (C) Figure 1 (d) (e) Figure 1 (d) Figure 2 (C) Figure 2 Elatin σ time (sec) Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)異種の半導体材料を積層してウェハーを形成する
工程と、 前記ウェハー上に仮のゲート電極を形成する工程と、 前記仮のゲート電極をマスクにイオン注入する工程と、 前記仮のゲート電極を除去し、除去したゲート領域の半
導体層を選択的にエッチングする工程と、ゲート電極、
ソース電極、ドレイン電極を同時に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。
(1) forming a wafer by stacking different types of semiconductor materials; forming a temporary gate electrode on the wafer; implanting ions using the temporary gate electrode as a mask; and the temporary gate. a step of removing the electrode and selectively etching the semiconductor layer in the removed gate region;
A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of simultaneously forming a source electrode and a drain electrode.
JP1069189A 1989-01-19 1989-01-19 Manufacture of field-effect transistor Pending JPH02191344A (en)

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JP1069189A JPH02191344A (en) 1989-01-19 1989-01-19 Manufacture of field-effect transistor

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6117713A (en) * 1997-02-12 2000-09-12 Denso Corporation Method of producing a MESFET semiconductor device having a recessed gate structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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