JPH0252438A - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPH0252438A
JPH0252438A JP20411888A JP20411888A JPH0252438A JP H0252438 A JPH0252438 A JP H0252438A JP 20411888 A JP20411888 A JP 20411888A JP 20411888 A JP20411888 A JP 20411888A JP H0252438 A JPH0252438 A JP H0252438A
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metal film
gate electrode
film
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Kazuyuki Inoguchi
猪口 和之
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co 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】 (産業上の利用分野) 本発明は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ(以下、M
IS−FE’l’という)、ショットキー障壁ゲート電
界効果トランジスタ(以下、MES・FETという)等
の電界効果トランジスタ(以下、FETという)の製造
方法、特にチャネル(導電路)の形成方法に関するもの
である。
(bη来の技術) 従来、このような分野の技術としては、昭和58年度電
子3ml言学会半導体・材料部門全国大会予稿集、吉塚
・片野等著、「耐熱ゲーhn  セレファライン構造G
aAs  1VIEsFETJ 、P。
116に記載されるものがあった。
一般に、FETはその一例としてM E S・FETを
挙げた場合、第2図に示されるように、半導体基板1上
にゲート電極2、ソース電極3及びドレイン電極4から
成るオーム性電極を形成して製造される。ソース電極3
の下部とゲート電極1との間、およびドレイン電極4の
下部とゲート電極2との間のチャネル5は、それぞれの
電極間の電気的抵抗を低減させるために不純物濃度を高
くする。また、ソース電極3とドレイン電極4の下部に
はそれぞれ、チャネル5に比べて、大きい不純物領域6
.7を形成する。
この種のMES−FE’l’を初めとするFETでは、
実用上の利点から高集績化のための微細化が図られ、そ
のゲート長は益々短くなる傾向にある。
これに伴い、例えばゲート長が1.0μm程度以下にな
ると、この不純物領域6,7がゲート電極2と近接して
いるため、短チヤネル効果と呼ばれる現象が顕著になる
。短チヤネル効果とは、本来一定値の基本パラメータと
して扱われる閾値電圧がチャネル5の長さが短くなるこ
とにより負側に変化したり、不純物領域6.7に相当す
るソースからドレイン1R11への電界が強くなるため
キャリア(電子または正孔)の移動度の低下が著しくな
る等のものであり、この効果が大きい程、FETの電気
的特性は劣化する。
そこで、Me来この短チヤネル効果を低減させるために
種々の対策が講じられており、その−手段としてゲート
電極2の両側に位置する不純物領域6.7をゲート電極
2の側端から0,1〜0,2μm程度の距離だけ遠ざけ
て形成する方法があった。
第3図は前記文献に記載された従来のMES・FETの
製造方法を示すMES、FETの概略の断面図である。
以下、その製造方法を図を用いて説明する。
第3図のMES−FETでは、基板11として例えば半
絶縁性のGaAs (ガリウム砒素)結晶を用いて、そ
の基板11の表面にn形活性層12を形成し、さらにそ
の上に耐熱性の金属により、ゲート電極13を選択的に
形成する。次いで、基板11の全面に例えば5i02等
の絶縁膜を被着した後、この絶縁膜にRIE法(反応性
イオンエツチング)等の異方性エツチングを用いて、ゲ
ート電極13の(■11壁部にだけ(■11壁v4(サ
イドウオール)1.4.14を形成する。さらに、基板
1.1の累子形成領域を除く部分にフォトレジスト等か
ら成るイオン注入用の保護膜15を形成した後、ゲート
電極13、側壁膜14および保護膜15をマスクとして
基板11に不純物・イオンを注入すれば、ゲート電極1
3の側端から側壁[14,14の幅d、dだけ離れた位
置に不純物領域16.17が形成されると共に、ゲート
電極13及び側壁膜14.14の下部にあたるn形活性
層12にチャネル18が形成される。その後、保護膜1
5を除去すると共に、不純物領域16.17上にそれぞ
れ図示されないソース電極、ドレイン電極を形成すれば
、短チヤネル効果を低減しなMES・FETが得られる
(発明が解決しようとする課、り しかしながら、上記第3図のFETの製造方法において
は、次のような課題があった。
(i) 側壁pA14,14は異方性エツチングを用い
て形成されるなめ、ゲート電極13の厚さより大きくす
ることができない。
(ii>  エツチング条件を調節して側壁膜14゜1
4の幅d、dを制御することが困難である。
(iii )  異方性エツチングによって側壁膜14
゜14が丸みを帯びた形状となるので、側壁M 1.4
 。
14のゲート電極13から最も離れたところは鋸状とな
る。この鋸状の部分は、側壁plA14.14の膜厚が
非常に小さいなめ、イオン注入時に注入イオンを阻止す
るマスクどして充分機能しなくなる。
(1■)  上記構成のFETの製造方法では、側壁膜
14.iの形成とイオン注入用の保護膜15の形成は不
可欠であるが、両者の形成は別々の工程で行われるため
、FETの製造工程を複雑なものとしている。
本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、側壁
膜はゲー1へ電極の厚さより大きくできない点、側壁膜
の幅を1ill 1fllすることが困難である点、側
壁膜の一部が注入イオンを阻止するマスクとして充分機
能しない点、及びFETの製造工程が複雑である点につ
いて解決したFETの製造方法を提1共するものて゛あ
る。
(課題を解決するための手段) +’+ir記課題を解決するなめに、請求項1の発明で
は、FET’の製造方法において、金属または金属の化
合物から成るゲート電極を基板上に選択的に形成する第
1の工程と、基板上の素子形成領域に保護膜を形成する
第2の工程と、前記基板の全面に第1の金属膜を形成し
た後、前記保護膜を除去する第3の工程と、前記ゲート
電極及び第1の金属膜をめっき用電極としてめっきを施
し、前記グー4−電極とは異種の金属から成る第2の金
属膜を形成する第4の工程と、前記第2の金属膜をマス
クとじたイオン注入によって前記基板内に不純物領域を
形成する第5の工程とを、順に施すようにしたものであ
る。
請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記第
4の工程の終了後、前記ゲート電極の片側を含む所定の
領域に他の保護膜を被着する工程と、前記第2の金属膜
をめっき用電極としてめっきを施し、前記他の保護膜に
対する非肢着箇所の前記第2の金属膜を再成長さぜな後
、萌記他の保護膜を除去する工程とを、順に施し、前記
第5の工程に進むようにしたものである。
(作用) 請求項1の発明によれば、以上のようにFETの製造方
法を構成しなので、第2の工程で形成される保護膜は、
基板上の素子形成領域において第1の金属膜の被着を防
止するは働きがある。また、第4の工程で第2の金属膜
の形成に用いるめっきは金属にだけ選択的に被膜を鍍着
する機能を有しているので、第2の金属膜が金属または
金属化合物から成るゲート電極と金属から成る第1の金
属膜にのみ形成されて、基板上の素子形成領域には形成
されないように働く。さらにそのめっきは、イオン注入
時のマスクとしての役割を果たす第2の金属114!を
グー1−電極の全面と第1の金属膜の全面とに同時に形
成させるので、F E Tの製造工程を簡略化する働き
を有する。また、ゲート電イ如1−に被着する第2の金
属膜は、不純物領域の形成に際して、その不純物領域を
ゲート電極から所定の幅だけ離れた位置に形成させるよ
うに働く。
請求項2の発明において、ゲート電極の片側に′!Ii
、着する曲の(呆設膜は、第2の金属膜をめっき用電極
として再度のめっきを行う際に、池の(!A畏膜の下方
に形成されている第2の金属膜の膜厚が増大するのを阻
止するように働く。また、再度のめっきは、曲の保護膜
に対する非被箇所の第2の金属膜を再成長させるので、
ゲート電極の両端に形成される2つの不純物領域をゲー
ト電極から異なる1壬意の位置に設定することが可能と
なるような働きがある。
従って前記課題を解決できるのである。
(実施例) 第1図(1a)〜(5)は本発明の第1の実施例に係る
MES−FETの製造方法を示す製造工程図であり、同
図(1a)、(2a)、(3a)、(4)及び(5)は
概略の断面図、および同図(it))、(2b)及び(
3L) )はそれぞれ同図(1a)、(2a)及び(3
a)の概略の平面図である。以下、この図面を参照しつ
つ各製造工程を説明する。
(1)第1図(la>、(lb)の工程先ず、半絶縁性
のGaAs結晶から成る基板21の表面に、Si等のド
ナイオンを注入してチャネル形成用の高伝導性のn形活
性層22を形成する。
次いで、例えばW(タングステン)、MO(モリブデン
)、或いはそれらの化合物(WNx、WSix、WNx
Siy、]VIoNx、MoSixなど)(ここで、x
、yは化合物を構成する各元素間の化学正論的割合を示
す)等の耐熱性金属を、スパッタ蒸着法等で基板21に
堆fJLな後、その耐熱性金属を32択的にエツチング
してゲート”i極23を形成する。
(2)第1図(2a) 、 (2b)の工程基板21−
1−のチャネル及び不純物領域が形成される素子形成領
域21−1の上にのみ選択的に、膜)51Bm程度のフ
ォトレジスト 膜パターン24を形成する。ゲート電極23の一部に例
えば素子形成領域21−1と重複しない箇所があれば、
第1図(2b)に示すようにゲート電極23の一部は保
護膜パターン24に被包されない。
その1命、真空蒸着法等を用いて、例えばNiにッケル
)等の塩酸に容易に溶解する金属を基板21の全面に被
着さぜ、膜厚500人程次の第1の金属膜25を形成す
る.例えば、第1の金属膜25の形成に電子ビーム蒸着
装置を利用する真空蒸着法を用いる場合、先ず装置内の
るつぼの中に蒸発源の金属を詰めておき、外側から電子
ビームを照射する。電子ビームは偏向コイルによって2
70度偏向され、蒸発源を照射するようにしである。そ
して、ビームが当った部分から溶解して蒸発した蒸発源
の金属を基板21上に入射するようにする。
この時、蒸着して基板21上に飛来する金属原子が基板
21に対して垂直方向に入射するように、真空蒸着装置
の蒸発源は基板21の中心点を通る垂線」二の遠方に置
かれる。このようにすれば、1呆設膜パターン24の側
壁部に金属原子が付着することを防ぐことが可能である
(3)第1図 (3a)、   (3b)  の工程有
機溶剤等を用いて、保護膜パターン24の総てとその上
に被着した第1の金属膜25を除去する.すると、第1
図(3b)に示すように基板21上の素子形成領域21
−1を除く領域でゲート電極23と第1の金属膜25と
が接触し、電気的に導通状態となる。
(4)第1図(4)の工程 ゲート電極23及び第1の金属膜25をめっき用電極と
して、例えば約50mAの一定電流の条CP下でゲート
電極23とは!A種の金用から成るNi等の金属による
めっきを施し、ゲート電極23の全面及び第1の金属膜
25の全面にそれぞれ第2の金属J1.!26及び27
を形成する。
第2のfL居膜26及び27の形成にはめっきを用いる
ため、第2の金属膜26及び27として鍍着するNi等
の金属は基板21上におけるグー1〜電極23及び第1
の金属膜25以外の非金属の部分、例えば素子形成領域
21−1等には鍍着しない。また、ゲート電極23の上
面部、Ln、11面部及び第1の金属膜25の上面部に
それぞれ形成される第2の金属膜26及び27は等しい
膜厚を有している。
(5)第1図(5)の工程 グー1〜電極23、第1の金属膜25とそれらの」二に
形成された第2の金属膜26.27をマスクにして、基
板21に例えば約100Kev、ドーズi(単位面積当
り注入されたイオンの原子数)1、5x1 013cm
−2程度の81をイオン注入し、不純物領域であるn+
領域28a及び28bを形成する。第2の金属膜26が
ゲート電極23の両端の側壁部に鍍着した部分を第2の
金属膜26の側壁部26a,26bとし、それらのry
A厚(幅)をそれぞれdi,diとする。この時、n 
領域28a及び28bがそれぞれゲート電極23からd
l及びdlだけ離れた位1りrに形成されると共に、チ
ャネル29がゲート電極23及び第2の金属膜26の直
下にあたるn形活性層22内に形成される。
その後,基板21上の第2の金属膜26.27で被包さ
れていない露出した部分に損向を与えることのない塩酸
等のエツチング液に基板21を浸してウェットエツチン
グを施し、第2の金属膜26、27を全面的に除去ずれ
ば所望のMES・FETが得られる。
第1の実施例の利点をまとめると、次のようになる。
(t>  第2の金属膜26の側壁部26a。
26bは第3図に示す従来のFETにおいてイオン注入
時のマスクとしての役割を担う側壁膜14。
14に相当する部分である0本実施例では、第2の金属
膜26をめっきで形成するため、第2の金属膜26はゲ
ート電極の全面を被包した状態になる。従って第2の金
属J模26の側壁部26a。
261)はゲート電極23の膜厚よりも大゛きくできる
ばかりでなく、側壁部26a、26bがゲート電極から
最も離れた位置で鋸状とな、るような不具合も発生しな
い。
(ii)  第4図は、第1図においてめっきによって
形成された第2の金属膜26.27のめっき時間と膜J
ゾの関1系を示すめっき特性図である。基板21として
例えば3インチ程度の径を有するウェハを用いて、その
ウェハ上に約50mAの定電流の条件下でNiのめっき
を行っている。ゲート電44i23と第1の金属膜25
とは異種の金属で形成されているにも拘わらず、ゲート
電極23の上面部、側面部、及び第1の金属膜25の上
面部の何れの部分でも第4図に示す関係をもって第2の
金属膜26.27は形成され、さらにその第2の金属膜
26,27のplA厚はめっき時間に正比例しな関係を
有している。
また、ウエハーヒでめっきされない部分はウェハ面積の
1/10程度であり、めっきはウェハ」二のほぼ全面に
均一に行われるので、ウェハ上に形成されるF IF、
 Tの1固数や配置の影響を殆ど受けず、第4図の関係
を充分保つことができる。従ってどのような構成を有す
る回路の製造工程でも、めっき条件を充分子fi制御す
れば、第2の金属膜26゜27の膜厚を任意に設定でき
る。そのため、例えばめっき時間が約4分15秒で、第
2の金属膜26.27の膜厚を2000人±100人程
度とすることが可能である。
従って、第2の金属膜26の側壁部26a。
26bはウェハ上の回路構成に拘わらず、常に制御性の
非常に良好なものを得ることができる。また、第1の金
属膜25と第2の金属膜27との膜厚を合わせると、2
500八程度の膜厚を有する被膜となるので、イオン注
入時のマスクとして十分な阻止能をもっている。
(iii )  ゲート電極23の1ftll壁膜にあ
たる側壁部26a、26bを有する第2の金属膜26と
基板21上の素子形成領域21−1以外に形成された第
2の金属膜27は、両者共にイオン注入時のマスクとな
るものであるが、従来これらは別個の工程で形成せざる
を得なかった。本実施例では、金属にだけ選択的に被膜
を錠着する機能を有するめっきを利用して、第2の金属
膜26.27を同一の工程、例えば第1図(5)の工程
で形成することができるので、FETの製造工程が非常
に簡略化される。
次に、第2の実施例について第1図及び第5図(a)、
(b)を用いてその製造方法を説明する。
第5図(a)、(b)は本発明の第2の実施例に係るM
ES−FETの製造方法を示す製造工程図の一部であり
、第1図中の要素と共通の要素には同一の符号が付され
ている。
先ず、第1図(1)〜(4)の工程を順次行って第2の
金属膜26.27を形成する。次に、第5図(a>に示
すように、ゲート電極23の片側半部として、例えば第
2の金属膜26の側壁部26a側の半部とそれに隣接す
る素子形成領域21−1を全て被包するように、基板2
1上に選択的にフォトレジスト等から成る保護膜パター
ン30を形成する。この保護膜パターン30の非被着箇
所である1R11壁部261)(pjlの第2の金属j
1り26と、第2の金属膜27をめっき用電極とし°ζ
、−定電流の条件下で再度、Ni等の金属によるめっき
(以下、追加めっきという)を行う。すると、保護膜パ
ターン30の非被着箇所である側壁部26b側の第2の
金属膜26と、第2の金属膜27のpA厚が追加めっき
分26−1.27−1だけ大きくなる。従って、第2の
金属M26のlJ1+7壁部26bの膜厚は例えば側壁
部26aのdlよりも大きなd2を有するようになる。
さらに、第5図(b)に示すように有機溶剤等を用いて
保護膜パターン30を総て除去した後、ゲート電極23
、第1の金属膜25とそれらの上に形成された第2の金
属膜26.27をマスクにして、基板21にイオン注入
を行って、n+領域2821及び28bを形成する。こ
のようにすれば、n1領域28 ;L及び28L)はゲ
ート電極23からそれぞれ(11及びd2だけ離れた位
置に形成されると共に、チャネル29がゲート電極23
及び第2の金属[26の直下にあたるn形活性層22内
に形成される。その後、ウェットエツチング等によって
第2の金属FIA26.27を全面的に除去ずjtば、
所望のMES −FETが得られる。
第2の実施例は、次のような利点を有する。
(A >  1iir記第1の実施例の利点(i)及び
(ii)と同様の利点を有する。
(B)  この実施例のように、第2の金属膜26の側
壁部26aと26bの膜厚を異なったものとし゛C形成
する場合でも第1の実異例の利点(iii )を活用で
きるため、従来の製造工程数に比して製造工程数を一工
程分、省略できる。
(C)  n  領域28a、28bはMES −F’
ETのソース領域、若しくはドレイン領域に相当してお
り、ゲート電極23に対してソース領域側とドレイン領
域側とを異なる最適の位置に設定することが可能である
次に、第3の実施例について第1図及び第6図を用いて
その製造方法を説明する。
第6図は本発明の第3の実施例に係るIVI I S・
FETの製造方法を示す概略断面図である。
先ず、例えばP形Siから成る導電性の半導体基板31
−1−にS i 02等の絶縁膜32を形成した後、さ
らにその上に選択的に耐熱性金属等から成るゲート電極
23を形成する。その後、第1図(2)の工程に進み、
以下第1図(5)の工程に至るまで順次同様の処理を行
って、半導体基板31にn 領域28a、28b及びチ
ャネル2つを形成する。このようにしても、前記第1の
実施例と同様の利点が得られる。さらに、前記第2の実
施例のような第2の金属膜26.27に追加めっきを施
す工程を付加すれば、第2の実施例と同様の利点を得る
ことも可能である。
尚、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形が
可能である。その変形例としては、例えば次のようなも
のがある。
■ 」−記第1及び第2の実施例では基板21として半
絶縁膜GaAs結晶を用いて説明したが、InP(イン
ジウム燐)やGaP (ガリウム隣)等から成る半絶縁
性の化合物半導体を用いてもよい。
(2)第1の金属膜25及び第2の金属膜26゜27に
はNiを用いたが、基板21をエツチングすることなく
硫酸で除去できるCu(銅)等の金属等を用いることも
できる。この他にも多種の金属の利用が考えられるが、
出来れば高いイオン阻止能を有tJ−る質量数の大きい
金属を代用する方が好ましい6 ■ 保護1模パターン24を形成するフォトレジス!・
の代りに絶縁膜を用いてもよい。また金属膜を代用する
場合には、耐熱性金属から成るゲート電信123やNi
等から成る第1の金属膜25に損傷を与えることのない
、例えばフッ酸で除去できるTi(−7−タン)やAg
 (アルミニウム)等を用いることも可能である。
(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、請求項1の発明によれば
、基板−ヒの素子形成領域を除く領域に第1の金属膜を
形成した後、その第1の金属膜とグー1−電極をめっき
用電極として、それぞれ第2の金属膜を形成するように
したので、その第2の全屈j模がゲート″J3.極にお
いてはゲート電極の1則壁膜に、第1の金属股上におい
てはイオン注入時のマスクになり、而も両者を同一工程
で形成できるため、素子の製造工程が非常に簡略化され
る。また、第2の金属膜の形成手段であるめっきは、基
板上の素子の配置やその数等によってメツキ条件が影響
を殆ど受けないなめ、再現性の向−[zが期待できる。
さらに、第2の金属膜はゲート電極の全面を被包した状
態で形成されるので、第2の金属膜のうちゲート電極の
側壁に被着した側壁部はゲート電極の1厚より大きくす
ることができると共に、膜の幅の制御性が非常に゛良好
なゲート電極の側壁膜となるため、極めて信頼性の優れ
た素子の製造が可能になる。
請求項2の発明においては、ゲート電極の両側で第2の
金属膜が構成する側壁膜をその片側の側壁膜にのみ再度
めっきを施して膜厚を増大させるようにしなので、ゲー
ト電極の両端に形成されるソースljl、+1とドレイ
ン側の2つの不純物領域のゲート電極に対する位置をそ
れぞれ異なる最適の位置に設定できるようになり、それ
によって実用価値に富んだ汎用性のある素子の製造が期
待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すMrF、S・FE
Tの製造工程図、第2図は従来のMES・FETの(既
略断面図、第3図は従来の池のMES・FETの概略断
面図、第4図は第1図における第2の金属膜の膜厚とめ
つき時間との関係を示すめつき4.ν付図、第5図は本
発明の第2の実施例に係るMES−FETの製造工程の
一部を示す図、第6図は本発明の第3の実施例に係るM
IS・FE’T’の製造工程の一部を示す図である。 21・・・・・・基板、21−1・・・・・・素子の形
成領域、23・・・・・・ゲート電極、24.30・・
・・・・保護膜、25・・・・・・第1の金JAM、2
6.27・・・・・・第2の金属膜、28 a 、 2
8 り・・曲n+領域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属または金属の化合物から成るゲート電極を基板
    上に選択的に形成する第1の工程と、基板上の素子形成
    領域に保護膜を形成する第2の工程と、 前記基板の全面に第1の金属膜を形成した後、前記保護
    膜を除去する第3の工程と、 前記ゲート電極及び第1の金属膜をめっき用電極として
    めっきを施し、前記ゲート電極とは異種の金属から成る
    第2の金属膜を形成する第4の工程と、 前記第2の金属膜をマスクとしたイオン注入によって前
    記基板内に不純物領域を形成する第5の工程とを、 順に施すことを特徴とする電界効果トランジスタの製造
    方法。 2、請求項1記載の電界効果トランジスタの製造方法に
    おいて、 前記第4の工程の終了後、前記ゲート電極の片側を含む
    所定の領域に他の保護膜を被着する工程と、 前記第2の金属膜をめっき用電極としてめっきを施し、
    前記他の保護膜に対する非被着箇所の前記第2の金属膜
    を再成長させた後、前記他の保護膜を除去する工程とを
    、順に施し、 前記第5の工程に進むことを特徴とする電界効果トラン
    ジスタの製造方法。
JP20411888A 1988-08-17 1988-08-17 電界効果トランジスタの製造方法 Pending JPH0252438A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0650660A (ja) * 1992-06-11 1994-02-25 Nakamura Seisakusho:Yugen 温風減圧乾燥方法
JP2000004025A (ja) * 1999-06-02 2000-01-07 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Mis型半導体装置とその作製方法
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