JPH0249440A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0249440A
JPH0249440A JP20097688A JP20097688A JPH0249440A JP H0249440 A JPH0249440 A JP H0249440A JP 20097688 A JP20097688 A JP 20097688A JP 20097688 A JP20097688 A JP 20097688A JP H0249440 A JPH0249440 A JP H0249440A
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JP
Japan
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film
insulating film
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gaas
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JP20097688A
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Soji Omura
大村 宗司
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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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〕 GaAs系デバイスのリセス部の形成方法に関し、高周
波特性を、向上させることを目的とし、AlGaAs層
からなる第1半導体層とGaAs層からなる第2半導体
層と絶縁膜とを順次に成長した上面に、リセス部形成領
域を窓開けしたレジスト膜マスクを形成する工程、 次いで、前記絶縁膜および第2半導体層をエツチングし
てリセス部を形成した後、レジスト膜マスクを除去し、
該リセス部を含む全面に第2絶縁膜を被覆し、更に、該
第2絶縁膜をエツチング除去してリセス部側壁にのみ該
第2絶縁膜を残存させる工程、 次いで、リセス部にゲート電極を形成する工程が含まれ
てなることを特徴とする。
[産業上の利用分野] 本発明は半導体装置の製造方法のうち、特にMESFE
T、HEMTなど、GaAs系デバイスのヤセス部の形
成方法に関する。
例えば、HEMT (高電子移動度トランジスタ)は超
高速素子として知られているが、そのようなデバイスは
リセス(recess ;窪み)構造に形成されること
が多く、そのリセス構造は素子特性への影響が大きいた
めに、十分に検討した形成法が望まれている。
[従来の技術] さて、リセス構造はゲート電極を表面電位の存在する位
置から遠ざけ、且つ、電界集中が分散できる等の効果が
得られるために広く用いられている構造である。
第3図はリセス構造を有するHEMTの断面図を示して
おり、1は半絶縁性(S I −) GaAs基板。
2は1−GaAs層(バッファ層)、3はn”  Al
GaAs層(電子供給層)、4はn”−GaAs層(コ
ンタクト層)、5はゲート電極(WSi、八1など)、
6はスペーサ用絶縁膜(SiC2膜など)、7はソース
電極およびドレイン電極(AuGe/Ni/Au電極)
8はリセス部で、このリセス部にショットキー接合が形
成されており、その動作原理は伝導帯のエネルギーレベ
ルがGaAs層よりもAlGaAs層の方が高いため、
n−AlGaAs層からi −GaAs層へ電子が移動
して、i −GaAs層 n−AlGaAs界面のi 
−GaAs層側に二次元電子ガス(電子チャネル;点線
で示す)が発生し、それがゲート電圧の制御下に極めて
高速に動作するものである。
ところで、このようなリセス部を設けるための形成方法
を説明すると、第4図+a)〜(Q)はその従来の形成
工程順断面図を示している。
第4図(a)参照; S l−GaAs基板上にi −
GaAs層。
n” −AlGaAs界面 、  n” −GaAsi
g 4をエピタキシャル成長し、その表面にCVD (
化学気相成長)法で5i02膜6(スペーサ用絶縁膜;
膜厚2000〜3000人)を被覆した後、リセス部8
を窓開けするためのレジスト膜マスク9を形成する。な
お、本工程図にはn+−^lGaAs13より上層のみ
図示して、S l−GaAs基板及びi −GaAs層
は図示していない。
第4図(b)参照;次いで、リセス部8に露出したSi
0□膜6の膜厚の半分をHF(弗酸)とNH4F(弗化
アンモン)との混合液でウェットエツチングした後、次
にRIE(リアクティブイオンエツチング;ドライエツ
チング)法によってCF4とCHF、との混合反応ガス
を用いて、5i02膜の残り半分をエツチング除去する
。ここに、最初にウェットエツチングをする目的はサイ
ドエツチングを進行させて、後工程で被着するゲート電
極のカバーレイジを良くするためである。
第4図(C1参照;次いで、5i02膜6を除去して露
出したn” −GaAs層4の膜厚の50〜70%を希
釈HFとH2O2(過酸化水素)との混合液でウェット
エツチングした後、次にRIE法によってHeにCCl
2 F2  (商品名;フロン12)を混合した反応ガ
スを用いて、n” −GaAs層4の残り半分をエツチ
ング除去する。このCCl2F2ガスはAlGaAs層
3とGaAs層4とのエツチング選択性の高いものであ
る。
第4図(dl参照:次いで、レジスト膜マスク9を除去
する。
第4図(e)参照;しかる後、WSi(タングステンシ
リサイド)をリセス部を含む全面にスパッタ法によって
被着し、これをパターンニングしてW S iからなる
ゲート電極5を形成する。
以上が従来からのHEMTのリセス部およびゲート電極
の形成方法である。なお、ソース電極。
ドレイン電極7は最初に形成し、その後に上記の形成工
程がおこなわれるが、ソース電極、ドレイン電極の形成
工程は直接本発明に関係がないので省略する。
[発明が解決しようとする課題] ところが、上記のような形成方法においてリセス部8を
形成した後、スパッタ法によってW S iからなるゲ
ート電極5を被着すると、リセス部の側壁までWSiが
回り込み、n +−GaAsN4と接触する問題が発生
する。その理由はスパッタリングによって励起されたW
 S i分子がエネルギーを消失するまでマイグレーシ
ョン運動を続けるためである。
このマイグレーションは本質的なものであり、これを回
避する方策は極めて困難である。
従って、そのような接触が起こると、次のようなデバイ
ス特性を劣化させる問題点が生じる。その1つは実効ゲ
ート長の拡がりによるゲート寄生容量の増加を起こすこ
とである。第2の問題点は接触によってドレイン帰還容
量(Cgs)が著しく増大することであるつ。更に、第
3の問題点としてはゲート耐圧が大幅に低下することで
ある。例えば、ゲート耐圧は非接触の場合には耐圧7〜
8Vのデバイスが、接触すれば3v程度に低下する。
これらの問題点が生じるために、高周波特性を劣化させ
ることになるのは当然である。
本発明はこのような問題点を軽減させで、高周波特性を
向上させることを目的とした半導体装置の製造方法を提
案するものである。
[課題を解決するための手段] その目的は、AlGaAs層からなる第1半導体層とG
aAs層からなる第2半導体層と絶縁膜とを順次に成長
した上面に、リセス部形成領域を窓開けしたレジスト膜
マスクを形成する工程、 次いで、前記絶縁膜および第2半導体層をエツチングし
てリセス部を形成した後、レジスト膜マスクを除去し、
該リセス部を含む全面に第2絶縁膜を被覆し、更に、該
第2絶縁膜をエツチング除去してリセス部側壁にのみ該
第2絶縁膜を残存させる工程、 次いで、リセス部にゲート電極を形成する工程が含まれ
る製造方法によって達成される。
[作用] 即ち、本発明にかかる製造方法は従来工程に絶縁膜の成
長とエッチバックとを追加し、GaAs層とゲート電極
との間に微細な絶縁膜を介在させて、両者の接触を防止
させるものである。
そうすれば、上記問題点が著しく改善されてデバイスの
高周波特性が向上する。
[実施例] 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図(a)〜(f)は本発明にかかる形成方法の工程
順断面図を示しており、順を追って説明する。
第1図(a)参照;従来と同様に、S I −GaAs
基板上に1−GaAs層(バッファ層;膜厚5000人
)、n+^lGaAs層3(第1半導体層;電子供給層
;膜厚400人) 、  n” −GaAs層4(第2
半導体層;コンタクト層;膜厚1000人)をMOCV
D法やMBE法によってエピタキシャル成長し、その表
面にCVD法によってSiO2膜6(スペーサ用絶縁膜
;膜厚2000〜3000人)を被覆した後、フォトプ
ロセスによってリセス部を窓開けしたレジスト膜マスク
9を形成する。尚、このスペーサ用絶縁膜は他のSi3
N4膜、5iON膜などを使用しても良い。
第1図(b)参照;次いで、従来と同じく、リセス部8
に露出したSi 02 M6の上半分をHFとNH4F
の混合液でウェットエツチングし、更にRIE法を用い
、CF4とCHF3との混合反応ガスによって5i02
膜の残り半分をエツチング除去する。
第1図(C1参照;次いで、露出したn”−GaAs層
4をRIE法を用いてHe+CCl2 F2からなる反
応ガスによってn” −GaAs層4を選択エツチング
除去する。このCCl2 F2ガスは化学的エツチング
要素の大きく、且つ、結晶方位を選択するとエツチング
側面が逆テーパー形に形成される。
第1図(d)参照;次いで、レジスト膜マスク9を除去
した後、リセス部を含む全面にCVD法によって5i0
2膜10(第2絶縁膜)を被覆する。例えば、ゲート長
0.1μmの場合には膜厚2000〜3000人を被着
する。
第1図(e)参照;次いで、CF4ガスを反応ガスとし
てRIE法によって全面エツチング(エッチバック)し
てリセス部°8にn+−^lGaAs層3を露出させる
。そうすると、リセス部側壁のn+−GaAs層4側面
に僅か0.1μm程度の5i02膜IOを残存させるこ
とができる。
第1図(r1参照;しかる後、W S iをリセス部を
含む全面にスパッタ法によって被着し、これをパターン
ニングしてWSiからなるゲート電極5を形成する。
上記のような形成法を採ればリセス部側壁に5i02膜
10(第2絶縁膜)が介在するために、n+−GaAs
層4とゲート電極5との接触が防止され、前記した3つ
の問題点が軽減される。第2図(a)〜(dlは従来法
によって形成したHEMTと本発明にかかる製造方法に
よって形成したHEMTとの特性比較図である。同図(
al〜(d)に共通して縦軸はサンプル個数、斜線棒は
本発明にかかる製造方法によって形成したデバイスのデ
ータ値、梨地棒は従来法によって形成したデバイスのデ
ータ値であり、第2図(a)はゲート寄生容量(Cgs
)のデータ、第2図(blはドレイン帰還容!(Cgd
)のデータで、横軸はpFである。とりわけCgdの減
少が大きい。
また、第2図(C)は測定周波数12GH2における雑
音指数(NF)のデータ、第2図(dlは雑音最小付随
利得(Gas)のデータで、横軸はdBであるが、NF
は0.2dB以上の減少、Gasは1dB以上の向上が
見られる。
以上のデータより、顕著に改善されていることが明らか
である。更に、本発明にかかる形成法によればショート
チャネル効果の緩和にも役立っていることが解明された
。従って、本発明にががる製造方法をHEMTなどのリ
セス部の形成方法に利用してデバイス特性の向上に著し
く寄与するものである。
なお、上記はHEMTで説明したが、その他にGaAs
MES F ET (ガリウム砒素金属半導体電界効果
トランジスタ)のリセス部の形成に適用できることは云
うまでもない。
[発明の効果] 上記の実施例の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、特にリセス部を有するGaAsデバイスにおいて、
その高周波特性を改善する大きなな効果が得られるもの
である。
【図面の簡単な説明】
第1図(al〜if)は本発明にかかる形成工程順断面
図、第2図は特性比較図、 第3図はHEMTの断面図、 第4図(al〜(e)は従来の形成工程順断面図である
。 図において、 1はS I −GaAs基板、 2は1−GaAs層(バッファ層)、 3はn ”−AIGaAs層(第1半導体層;電子供給
層)、 4はn”−GaAs層(第2半導体層;コンタクト層)
、 5はゲート電極、 6は5i02膜(スペーサ用絶縁膜)、7はソース電極
およびドレイン電極、 8はリセス部、 9はレジスト膜マスク 10は5i02膜(第2絶縁膜)、 を示している。 $、)tl−どUa 第2図 HE附i吋曲図 第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  AlGaAs層からなる第1半導体層とGaAs層か
    らなる第2半導体層と絶縁膜とを順次に成長した上面に
    、リセス部形成領域を窓開けしたレジスト膜マスクを形
    成する工程、 次いで、前記絶縁膜および第2半導体層をエッチングし
    てリセス部を形成した後、レジスト膜マスクを除去し、
    該リセス部を含む全面に第2絶縁膜を被覆し、更に、該
    第2絶縁膜をエッチング除去してリセス部側壁にのみ該
    第2絶縁膜を残存させる工程、 次いで、リセス部にゲート電極を形成する工程が含まれ
    てなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
JP20097688A 1988-08-10 1988-08-10 半導体装置の製造方法 Pending JPH0249440A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07193090A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Nec Corp 半導体装置の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07193090A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Nec Corp 半導体装置の製造方法

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