JPH0298946A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH0298946A
JPH0298946A JP25123288A JP25123288A JPH0298946A JP H0298946 A JPH0298946 A JP H0298946A JP 25123288 A JP25123288 A JP 25123288A JP 25123288 A JP25123288 A JP 25123288A JP H0298946 A JPH0298946 A JP H0298946A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
forming
contact
gallium arsenide
Prior art date
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Application number
JP25123288A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Sasa
佐々 誠彦
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0298946A publication Critical patent/JPH0298946A/en
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Abstract

PURPOSE:To surely reduce a contact resistance and a parasitic resistance in an easy process by using a molecular beam crystal growth method. CONSTITUTION:A GaAs layer as a buffer layer 11 is grown to be at 6000Angstrom on the surface of a semiconductor substrate 10; an AlGaAs layer as a two-dimensional electron-gas supply layer 2 is formed to be at 350Angstrom in thickness on the surface of the buffer layer 11. In succession, a GaAs layer as a contact layer 3 is grown to be at 2000Angstrom . A gate-electrode formation position of the contact layer 3 is etched. A V-groove is formed; after that, an InAs layer as a non-alloy ohmic contact layer 4 is formed to be at 10Angstrom in thickness on the surface of a surface protective layer 50 by using a molecular beam crystal growth method again; after the non-alloy ohmic contact layer 4 has been grown, elements are isolated by a mesa etching operation; Al is evaporated to be at about 3000@R as an ohmic electrode 7 and a gate electrode 8; they are formed by a lift-off method. Thereby, a contact resistance and a parasitic resistance can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔4既要〕 高電子移動度トランジスタ等、電界効果トランジスタの
製造方法に関し、 容易な工程で、確実にコンタクト抵抗や、寄生抵抗を低
減できる製造方法を提供することを目的とし、 主面が(100)である半導体基板表面の第1半導体層
表面に、第2半導体層を形成する工程と、該第2半導体
層表面に、第3半導体層を形成する工程と、該第3半導
体層表面を食刻除去して、結晶の(111)面が露出し
た面を形成する工程と、分子線結晶成長法を用いて、該
第3半導体層の(100)表面上に選択的に、Ing 
Gap−x As (但し、0.5≦x≦1)(インジ
ウムガリウム砒素)からなる第4半導体層を形成する工
程と、該第4半導体層表面に、オーミック電極を形成す
る工程と、該第3半導体層の前記食刻除去して形成した
面上に、ゲート電極を形成する工程とを有して構成する
[Detailed Description of the Invention] [4 Already Required] It is an object of the present invention to provide a manufacturing method of field effect transistors such as high electron mobility transistors, which can reliably reduce contact resistance and parasitic resistance through easy steps. A step of forming a second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate whose main surface is (100), and a step of forming a third semiconductor layer on the surface of the second semiconductor layer. A step of etching away the surface of the third semiconductor layer to form a surface in which the (111) plane of the crystal is exposed, and using a molecular beam crystal growth method to form a surface on the (100) surface of the third semiconductor layer. Optionally, Ing
a step of forming a fourth semiconductor layer made of Gap-x As (where 0.5≦x≦1) (indium gallium arsenide); a step of forming an ohmic electrode on the surface of the fourth semiconductor layer; 3. Forming a gate electrode on the etched and removed surface of the third semiconductor layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、高電子移動度トランジスタ等、電界効果トラ
ンジスタの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor such as a high electron mobility transistor.

この高電子移動度トランジスタと称せられる半導体素子
は、電界効果トランジスタの一種であり、スイッチング
速度が破格に高速であることを最大の特徴として登場し
た。しかしこの素子を更に高速動作可能なものにしよう
とすると、障害となるいくつかの課題が現れた。
This semiconductor device, called a high electron mobility transistor, is a type of field effect transistor, and its main feature is that it has an exceptionally high switching speed. However, when trying to make this device capable of operating at even higher speeds, several problems arose.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

以下、スイッチング性能の指標について説明したうえで
、第4図を参照してスイッチング性能向上の障害である
コンタクト抵抗や寄生抵抗に関して説明する。
Hereinafter, indicators of switching performance will be explained, and then contact resistance and parasitic resistance, which are obstacles to improving switching performance, will be explained with reference to FIG.

第4図は、高電子移動度トランジスタの回路図でのコン
タクト抵抗Relと寄生抵抗RC2の説明図である。図
中、■、はデーl−電圧、1.はドレイン電流である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the contact resistance Rel and the parasitic resistance RC2 in the circuit diagram of the high electron mobility transistor. In the figure, ■ indicates data l-voltage, 1. is the drain current.

素子のスイッチング性能の指標となるものに「伝達コン
ダクタンスJ(G、)と呼ばれる値がある。
There is a value called "transfer conductance J(G,)" that serves as an index of the switching performance of an element.

ΔI0 Gっ − ΔVG この値は、上記のようにゲートi%圧■。の変化ΔV、
に対するドレイン電’/A I oの変化△Ioの割合
を示すもので、いかにしてこの伝達コンダクタンスG、
、、を高めるかが素子の性能向上の鍵となる。
ΔI0 G - ΔVG This value is the gate i% pressure ■ as described above. change ΔV,
It shows the ratio of change △Io in drain current '/A Io with respect to the transfer conductance G,
, , is the key to improving device performance.

さて、オーミック電極とその下層との間に流れる電流は
、コンタクト抵抗PCIによって妨げられる。このコン
タクト抵抗PCIは、オーミンク電極を設ける下層のバ
ンドギャップが大きければ、それだけ大きくなる。また
、オーミック電極とゲート電極との間には、寄生抵抗R
C2が発生してやはり電流を妨げる。この寄生抵抗Rc
zは両電極間の距離が長ければ、それだけ大きくなる。
Now, the current flowing between the ohmic electrode and the underlying layer is blocked by the contact resistance PCI. This contact resistance PCI increases as the bandgap of the lower layer in which the ohmink electrode is provided increases. Furthermore, there is a parasitic resistance R between the ohmic electrode and the gate electrode.
C2 occurs and again impedes current flow. This parasitic resistance Rc
The longer the distance between the two electrodes, the larger z becomes.

コンタクト抵抗RCIと寄生抵抗Rczの和Rcが第4
図の示すようにソース・チャネル間で理想的な電流の流
路に並列に作用する。
The sum Rc of the contact resistance RCI and the parasitic resistance Rcz is the fourth
As shown in the figure, it acts in parallel to the ideal current flow path between the source and channel.

よって、先に説明した伝達コンダクタンスは現実には、
伝達コンダクタンスの理想値G、。と抵抗Rcとの並列
抵抗として得られる。
Therefore, the transfer conductance explained earlier is actually
Ideal value G of transfer conductance. and a resistor Rc in parallel.

すなわち、       G、。In other words, G.

G、! I+RC−G、。G! I+RC-G.

となる。becomes.

このために現実には、この値G、は伝達コンダクタンス
の理想値G1゜よりも幾分小さくなる。
Therefore, in reality, this value G is somewhat smaller than the ideal value G1° of transfer conductance.

したがって、高電子移動度トランジスタ等、電界効果ト
ランジスタ本来のスイッチング性能発揮のためには、前
記コンタクト抵抗RCIや、寄生抵抗RC1を低減する
ことが必要である。
Therefore, in order to exhibit the original switching performance of a field effect transistor such as a high electron mobility transistor, it is necessary to reduce the contact resistance RCI and the parasitic resistance RC1.

そこで登場したのがオーミック電極下部にコンタクト層
を設けて、バンドギャップを低くすることでコンタクト
抵抗を低減した方法である。以下、この方法について第
5図を参照しつつ説明する。
Therefore, a method was developed that reduces contact resistance by providing a contact layer below the ohmic electrode and lowering the band gap. This method will be explained below with reference to FIG.

第5図は、従来の高電子移動度トランジスタの要部断面
図であり、電極付近のコンタクト抵抗Rc1と寄生抵抗
Rczを説明したものである。第5図中、10は半導体
基板であり、GaAs (ガリウム砒素)からなる。1
1はバッファ層であり、AIGaAs(アルミニウムガ
リウム砒素)からなる。lはチャネル層であり、GaA
s (ガリウム砒素)からなる。
FIG. 5 is a sectional view of a main part of a conventional high electron mobility transistor, and illustrates the contact resistance Rc1 and the parasitic resistance Rcz near the electrode. In FIG. 5, 10 is a semiconductor substrate made of GaAs (gallium arsenide). 1
1 is a buffer layer made of AIGaAs (aluminum gallium arsenide). l is the channel layer, GaA
Consists of s (gallium arsenide).

2は二次元電子ガス供給層であり、AIGaAs (ア
ルミニウムガリウム砒素)にSi (シリコン)を添加
してなる。3はコンタクト層であり、GaAs (ガリ
ウム砒素)にSi (シリコン)を添加してなる。7は
オーミンク電極であり、AuGe/Au  (金ゲルマ
ニウム合金/金)からなる。8はゲー1”!極であり、
AuGe/Au  (金ゲルマニウム合金/金)からな
る。
2 is a two-dimensional electron gas supply layer, which is made of AIGaAs (aluminum gallium arsenide) with Si (silicon) added thereto. 3 is a contact layer, which is made of GaAs (gallium arsenide) doped with Si (silicon). 7 is an ohmink electrode made of AuGe/Au (gold germanium alloy/gold). 8 is game 1”! pole,
It consists of AuGe/Au (gold germanium alloy/gold).

この方法は、半導体基板10表面にバッファ層11゜チ
ャネル層1.二次元電子ガス供給層2を順に禎層したう
えで、二次元電子ガス供給層2とオーミック電極7との
間に、2 XIO”cm−’程度に不純物をドープした
GaAs (ガリウム砒素)層(コンタクト層3)を比
較的厚< (0,1μm程度)形成して電極底面でのコ
ンタクト抵抗を低減しようとしたものである。
In this method, a buffer layer 11° channel layer 1. After sequentially depositing the two-dimensional electron gas supply layer 2, a GaAs (gallium arsenide) layer doped with impurities to about 2 XIO"cm-' is placed between the two-dimensional electron gas supply layer 2 and the ohmic electrode 7. This is an attempt to reduce the contact resistance at the bottom surface of the electrode by forming the contact layer 3) with a relatively thick thickness (about 0.1 μm).

しかし第5図の従来技術でも、GaAs (ガリウム砒
素)層(コンタクト層3)とオーミック電極7との間の
バンドギャップは大きく、コンタクト抵抗RC1は無視
できるほどには小さくならないとの欠点が明らかになっ
ている。
However, even with the conventional technique shown in FIG. 5, the band gap between the GaAs (gallium arsenide) layer (contact layer 3) and the ohmic electrode 7 is large, and the drawback is that the contact resistance RC1 cannot be reduced to a negligible value. It has become.

そこでGaAs (ガリウム砒素)に比べてバンドギャ
ップがずっと小さい材料1例えばn −1nGaAs(
インジウムガリウム砒素)を前記コンタクト層3表面に
成長させることにより、ノンアロイオーミックコンタク
ト層を形成して、コンタクト抵抗Rc+を低減する方法
(特願昭63−57257号の発明)が現れた。
Therefore, materials 1 with a much smaller bandgap than GaAs (gallium arsenide), such as n -1nGaAs (
A method (invention of Japanese Patent Application No. 63-57257) has emerged in which a non-alloy ohmic contact layer is formed by growing indium gallium arsenide (indium gallium arsenide) on the surface of the contact layer 3 to reduce the contact resistance Rc+.

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

この方法では、コンタクトiのゲート電極形成位置を食
刻除去して後、選択的にノンアロイオーミックコンタク
ト層を形成する手順により、Sing(二酸化珪素)や
窒化シリコン膜をマスクとして利用する。この結果、ノ
ンアロイオーミックコンタクトaを形成する工程が極め
て面倒になる。加えて、形成したノンアロイオーミック
コンタクト層がゲートit極に接触してしまう恐れが充
分にあり、ノンアロイオーミックコンタクト層をコンタ
クトaの端ぎりぎりの部分まで形成するということは不
可能であった。
In this method, Sing (silicon dioxide) or a silicon nitride film is used as a mask by etching away the gate electrode forming position of contact i and then selectively forming a non-alloy ohmic contact layer. As a result, the process of forming the non-alloy ohmic contact a becomes extremely troublesome. In addition, there is a strong possibility that the formed non-alloy ohmic contact layer will come into contact with the gate it electrode, making it impossible to form the non-alloy ohmic contact layer to the very edge of contact a.

なお、前記した手順とは異なり、ノンアロイオーミンク
コンタクト層までを一様に形成後、このノンアロイオー
ミックコンタクト層の下層であるGaAs (ガリウム
砒素)層(コンタクト層3)までを−気に食刻除去する
方法によっても、ノンブロイオーミックコンタクト層を
コンタクト層の端ぎりぎりの部分まで形成することは不
可能である。
Note that, unlike the above-mentioned procedure, after uniformly forming up to the non-alloy ohmic contact layer, the layer up to the GaAs (gallium arsenide) layer (contact layer 3) which is the lower layer of the non-alloy ohmic contact layer is Even with the cutting and removal method, it is impossible to form a non-blowing ohmic contact layer to the very edge of the contact layer.

この理由は、現在までInAs (インジウム砒素)。The reason for this is that until now InAs (indium arsenide) has been used.

あるいはInGaAs (インジウムガリウム砒素)を
エツチングするのに適したエツチングガスが見つかって
いないために、ドライエツチングを用いることができず
、専ら化学エツチングによらねばならなくなる。しかし
、化学エツチングを用いてノンアロイオーミックコンタ
クト層と一緒にGaAs (ガリウム砒素)JW(コン
タクト層3)を食刻除去しようとすると、ノンアロイオ
ーミンクコンタクト層をなすrnAs (インジウム砒
素)あるいはInGaAs(インジウムガリウム砒素)
と、コンタクト層3をなすGaAs (ガリウム砒素)
等との間にエツチングレート差があるためである。
Alternatively, because no etching gas suitable for etching InGaAs (indium gallium arsenide) has been found, dry etching cannot be used, and chemical etching must be used exclusively. However, when attempting to remove the GaAs (gallium arsenide) JW (contact layer 3) together with the non-alloy ohmic contact layer using chemical etching, it is difficult to remove the rnAs (indium arsenide) or InGaAs (indium arsenide) that forms the non-alloy ohmic contact layer. indium gallium arsenide)
and GaAs (gallium arsenide) forming the contact layer 3.
This is because there is a difference in etching rate between the two.

結局、現在のいずれの方法を用いても、コンタクト層3
の端ぎりぎりまでノンアロイオーミンクコンタクト層を
形成できない。このため、ノンブロイオーミックコンタ
クト層とゲート電極との間の距離は縮まらず、寄生抵抗
RczO問題は解決できない。
In the end, no matter which current method is used, contact layer 3
It is not possible to form a non-alloy ohmic contact layer right up to the very edge. Therefore, the distance between the non-blowing ohmic contact layer and the gate electrode cannot be reduced, and the parasitic resistance RczO problem cannot be solved.

本発明は、前記した従来技術の課題に鑑みてなされたも
ので、容易な工程で、確実にコンタクト抵抗や、寄生抵
抗を低減できる製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a manufacturing method that can reliably reduce contact resistance and parasitic resistance with easy steps.

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

本発明では、このような課題を解決するために、主面が
(100)である半導体基板表面の第1半導体層表面に
、第2半導体層を形成する工程と、該第2半導体層表面
に、第3半導体層を形成する工程と、該第3半導体層表
面を食刻除去して、結晶の(111)面が露出した面を
形成する工程と、分子線結晶成長法を用いて、該第3半
導体層の(100)表面上に選択的に、Inx Ga1
−x As (但し、0.5≦x≦1)(インジウムガ
リウム砒素)からなる第4半導体層を形成する工程と、
該第4半導体層表面に、オーミック電極を形成する工程
と、該第3半導体層の前記食刻除去して形成した面上に
、ゲート電極を形成する工程とを手段として有する。
In order to solve such problems, the present invention includes a step of forming a second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer on the surface of the semiconductor substrate whose main surface is (100), and a step of forming the second semiconductor layer on the surface of the second semiconductor layer. , a step of forming a third semiconductor layer, a step of etching away the surface of the third semiconductor layer to form a surface in which the (111) plane of the crystal is exposed, and a step of forming the third semiconductor layer using a molecular beam crystal growth method. Inx Ga1 selectively on the (100) surface of the third semiconductor layer
-x As (however, 0.5≦x≦1) (indium gallium arsenide), a step of forming a fourth semiconductor layer;
The method includes the steps of forming an ohmic electrode on the surface of the fourth semiconductor layer, and forming a gate electrode on the etched and removed surface of the third semiconductor layer.

〔作用〕[Effect]

以下、本発明の作用に関し、第2図を参照しつつ説明す
る。
Hereinafter, the operation of the present invention will be explained with reference to FIG. 2.

第2図は、本発明の実施例に則した高電子移動度トラン
ジスタの構造図である。図中、10は半導体基板であり
、11はバッファ層、■は第1半導体層(チャネル層)
、2は第2半導体層(二次元電子ガス供給N)、3は第
3半導体層(コンタクトN)、4は第4半導体層(ノン
アロイオーミンクコンタクトN)、7はオーミック電極
、8はゲート電極である。
FIG. 2 is a structural diagram of a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a semiconductor substrate, 11 is a buffer layer, and ■ is a first semiconductor layer (channel layer).
, 2 is the second semiconductor layer (two-dimensional electron gas supply N), 3 is the third semiconductor layer (contact N), 4 is the fourth semiconductor layer (non-alloy ohmic contact N), 7 is the ohmic electrode, 8 is the gate It is an electrode.

発明者は、一般式1nz Ga、−1As (0,5≦
x≦1)で表されるインジウムガリウム砒素の分子線結
晶成長実験を通じ、コンタクト層3をなす半導体、例え
ばGaAs (ガリウム砒素)がウェットケミカルエツ
チングによれば、逆三角形状にエツチングでき、容易に
(111)面を露出させうること、並びにコンタクト層
3表面にノンアロイオーミンクコンタクト層4を形成す
る時に、分子線結晶成長法を用いれば、(100)面上
にはInGaAs (インジウムガリウム砒素)の成長
率が非常に高く、一方で食刻除去して形成した(111
)面が露出した部分には無視しうる程度にしか成長しな
いとの現象を利用し、本発明に到達したものである。
The inventor has the general formula 1nz Ga, -1As (0,5≦
Through molecular beam crystal growth experiments of indium gallium arsenide represented by 111) plane can be exposed, and if a molecular beam crystal growth method is used when forming the non-alloy ohmic contact layer 4 on the surface of the contact layer 3, InGaAs (indium gallium arsenide) can be formed on the (100) plane. The growth rate was very high, while the etched-out formation (111
) The present invention was achieved by taking advantage of the phenomenon that growth occurs only to a negligible extent in areas where the surface is exposed.

本発明において、食刻除去してできた表面にある結晶の
面方位がすべて(111)面であれば(すなわち食刻除
去してできた表面が(111)面であれば)、成長時の
選択性が最も良い。参考として、コンタクト層3の表面
を食刻除去して形成した斜面に成長したInGaAs 
(インジウムガリウム砒素)膜の厚さに対する、(10
0)面上の成長膜の厚さの相対比を、分子線結晶成長時
の成長温度毎に示したグラフを第3図として添付した。
In the present invention, if all the plane orientations of the crystals on the surface formed by etching are (111) planes (that is, if the surface formed by etching removal is (111) plane), then during growth Best selectivity. For reference, InGaAs grown on a slope formed by etching away the surface of the contact layer 3 is shown.
(indium gallium arsenide) film thickness (10
A graph showing the relative ratio of the thickness of the grown film on the 0) surface for each growth temperature during molecular beam crystal growth is attached as Figure 3.

このグラフの横軸は、分子線結晶成長によるノンアロイ
オーミンクコンタクト層4の成長温度(単位は°C)を
示し、一方縦軸は食刻除去してできた斜面に対する(1
00)面の成長膜厚比を示す。このグラフが示すように
食刻除去して形成した斜面が(111)面となれば、こ
の斜面へのInAs (インジウム砒素)の成長は殆ど
ない。一般式1nx Ga+−x As (0,5≦x
≦1)で表されるインジウムガリウム砒素ならば同様に
選択成長が可能である。なお、この斜面は(311、)
、(711)等傾斜が緩やかであってもよいが、第4図
に示すように結晶成長の選択性が悪化するために、素子
としての機能を得るには幾分高い温度で成長させなけれ
ばならない。
The horizontal axis of this graph shows the growth temperature (in °C) of the non-alloyed mink contact layer 4 by molecular beam crystal growth, while the vertical axis shows the (1
00) shows the growth film thickness ratio of the plane. If the slope formed by etching and removal becomes a (111) plane as shown in this graph, there will be almost no growth of InAs (indium arsenide) on this slope. General formula 1nx Ga+-x As (0,5≦x
Similarly, selective growth is possible for indium gallium arsenide expressed by ≦1). Furthermore, this slope is (311,)
, (711) may have a gentle slope, but as shown in FIG. 4, the selectivity of crystal growth deteriorates, so the crystal must be grown at a somewhat higher temperature in order to function as an element. It won't happen.

また、一般式1nx Ga+−x As (0,5≦x
≦1)で表されるインジウムガリウム砒素を基板表面に
成長させるに際して、第3図に示す成長FIIJJ!X
比に従って、(100)面に対しては、InXGa1−
x Asが成長するが、食刻除去した部分が(111)
面である場合、つまり食刻除去した部分表面が結晶の有
する微細な(111,)面のみからなる場合には、Ga
As (ガリウム砒素)が成長する。一般には、(10
0)面に対してIn、 Ga、、 Asが成長するとき
、斜面の傾斜が緩やかなほど、斜面に成長するrnGa
As (インジウムガリウム砒素)中のIn (インジ
ウム)の割合が畜くなる傾向にある。素子として機能さ
せるためには、傾斜面に成長するインジウム砒素がrn
x Ga、−xAs(0≦x≦0.5)であることが望
ましい。
Moreover, the general formula 1nx Ga+-x As (0,5≦x
≦1) When growing indium gallium arsenide on the substrate surface, the growth FIIJJ! shown in FIG. X
According to the ratio, for the (100) plane, InXGa1-
x As grows, but the etched part is (111)
If the etched partial surface consists of only the fine (111,) planes of the crystal, Ga
As (gallium arsenide) grows. In general, (10
0) When In, Ga, and As grow on a surface, the gentler the slope, the more rnGa grows on the slope.
The proportion of In (indium) in As (indium gallium arsenide) tends to decrease. In order to function as a device, indium arsenide grown on the inclined surface must be
It is desirable that xGa, -xAs (0≦x≦0.5).

以上の条件を満たすように構成すれば、ノンブロイオー
ミックコンタクト層4は、分子線結晶成長法により斜面
以外の表面上に選択成長が可能になる。このため、従来
同様コンタクト抵抗を低減できる他、ゲート電極近傍ま
では近付けられなかったノンブロイオーミックコンタク
ト層4は、コンタクト層の端部まで自己整合的に形成で
きることとなって、課題となっていた寄生抵抗の問題は
容易な製造工程で解消されることとなる。
If the above-mentioned conditions are satisfied, the non-broiohmic contact layer 4 can be selectively grown on surfaces other than the inclined surfaces by the molecular beam crystal growth method. Therefore, in addition to being able to reduce the contact resistance as in the past, the non-blowing ohmic contact layer 4, which could not be brought close to the gate electrode, can now be formed in a self-aligned manner up to the edge of the contact layer, which has been an issue. The problem of parasitic resistance can be solved with a simple manufacturing process.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第1図に従って本発明の一実施例について説明す
る。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

第1図は、本実施例に則した工程説明図である。FIG. 1 is a process explanatory diagram according to this embodiment.

第1図中、10は半導体基板であり、主面が(100)
面であるもの、11はバッファ層であり、GaAs (
ガリウム砒素)からなるもの、1は第1半導体層(チャ
ネル層)であり、GaAs (ガリウム砒素)からなる
もの、2は第2半導体層(二次元電子ガス供給層)であ
り、AlGaAs (アルミニウムガリウム砒素)から
なる層にSi (シリコン)をドープしたもの、3は第
3半導体層(コンタクト層)であり、GaAs (ガリ
ウム砒素)からなる層にSi (シリコン)をドープし
たもの、4は第4半導体層(ノンアロイオーミックコン
タクト層)であり、rnAs(インジウム砒素)からな
る層にSi (シリコン)をドープしたもの、7はオー
ミック電極であり、AuGe/Au  (金ゲルマニウ
ム/金)からなる。8はゲート電極であり、AuGe/
Au  (金ゲルマニウム/金)からなる。
In Fig. 1, 10 is a semiconductor substrate whose main surface is (100).
11 is a buffer layer made of GaAs (
1 is the first semiconductor layer (channel layer), which is made of GaAs (gallium arsenide), and 2 is the second semiconductor layer (two-dimensional electron gas supply layer), which is AlGaAs (aluminum gallium arsenide). 3 is a third semiconductor layer (contact layer); 4 is a layer made of GaAs (gallium arsenide) doped with Si (silicon); 4 is a fourth semiconductor layer (contact layer); A semiconductor layer (non-alloy ohmic contact layer) is a layer made of rnAs (indium arsenide) doped with Si (silicon), and 7 is an ohmic electrode made of AuGe/Au (gold germanium/gold). 8 is a gate electrode, made of AuGe/
Made of Au (gold germanium/gold).

第1図a〕参照。See Figure 1a].

第1図a)は、半導体基板10表面に二次元電子ガス供
給N2までを形成する工程の説明図である。
FIG. 1a) is an explanatory diagram of the process of forming up to the two-dimensional electron gas supply N2 on the surface of the semiconductor substrate 10.

GaAs (ガリウム砒素)からなる主面が(100)
である半導体基板10表面に、分子線結晶成長法を用い
て、以下に記す順に層を形成する。
The main surface made of GaAs (gallium arsenide) is (100)
Layers are formed on the surface of the semiconductor substrate 10 using the molecular beam crystal growth method in the order described below.

まず前記半導体基板10表面に、バッファ層11として
GaAs (ガリウム砒素)層を6000人成長する。
First, 6,000 GaAs (gallium arsenide) layers are grown as a buffer layer 11 on the surface of the semiconductor substrate 10 .

このバッファN11表面に、二次元電子ガス供給層2と
してAlGaAs (アルミニウムガリウム砒素)層を
350人の厚さに形成する。この層には2X10”cm
 −’の濃度にSt (シリコン)がドープされている
On the surface of this buffer N11, an AlGaAs (aluminum gallium arsenide) layer is formed as a two-dimensional electron gas supply layer 2 to a thickness of 350 nm. 2X10”cm for this layer
St (silicon) is doped to a concentration of -'.

引き続き、コンタクトN3としてGaAs (ガリウム
砒素)層を2000人成長する。この層には2×10”
 C11l −’の濃度にS+ (シリコン)をドープ
する。更に、このままの状態ではコンタクト層3表面に
表面準位の発生があるために、表面準位の発生のないI
nAs (インジウム砒素)でコンタクト層3表面を覆
っておき、第1回目の成長を終了する。このとき形成す
る表面保護層50は厚さ10人のTnAs (インジウ
ム砒素)Nで、後に形成するノンアロイオーミックコン
タクト層4の一部として利用できるよう、この層にも2
 XIO”cm−’の濃度にSi (シリコン)をドー
プする。
Subsequently, 2000 GaAs (gallium arsenide) layers are grown as contact N3. This layer has 2×10”
S+ (silicon) is doped to a concentration of C11l-'. Furthermore, in this state, since surface states are generated on the surface of the contact layer 3, I
The surface of the contact layer 3 is covered with nAs (indium arsenide), and the first growth is completed. The surface protective layer 50 formed at this time is made of TnAs (indium arsenide)N with a thickness of 10 layers.
Dope Si (silicon) to a concentration of XIO"cm-'.

なお、半導体基板10表面が(100)面であることか
ら、その表面に形成されるバッファN11表面は(10
0)面となる。同様に、バッファ層11表面に形成され
るチャネル層1表面も(100)面となり、また二次元
電子ガス供給N2. コンタクト層3何れも表面が(1
00)面となる。
Note that since the surface of the semiconductor substrate 10 is a (100) plane, the surface of the buffer N11 formed on the surface is a (10) plane.
0) side. Similarly, the surface of the channel layer 1 formed on the surface of the buffer layer 11 is also a (100) plane, and the two-dimensional electron gas supply N2. The surface of contact layer 3 is (1
00) side.

第1図b)参照。See Figure 1 b).

第1図b)は、コンタクト層3のゲート電極形成位置を
エツチングする工程である。
FIG. 1b) is a step of etching the contact layer 3 at the location where the gate electrode is to be formed.

このため、ゲートリセス構造の部分を逆三角形状(■溝
)に加工する。この際、電子ビーム露光によりレジスト
に直径0.2μmの穴を開け、基板面((100)面)
に対して選択性の高い異方エッチャントでエツチングす
ることにより、■溝((111)面)が形成される。こ
の際使用するエツチング液は、硫酸:過酸化水素:水=
3:l:1(体積比)とした溶液である。レジストに開
ける穴の寸法は、半導体素子のゲート長、コンタクト層
の厚さ、及びエツチング液のエッチレートにより決定さ
れる。
For this reason, the gate recess structure portion is processed into an inverted triangular shape (■ groove). At this time, holes with a diameter of 0.2 μm were made in the resist by electron beam exposure, and the substrate surface ((100) plane) was
A groove ((111) plane) is formed by etching with an anisotropic etchant that is highly selective to the substrate. The etching solution used at this time is sulfuric acid: hydrogen peroxide: water =
This is a solution with a ratio of 3:l:1 (volume ratio). The size of the hole formed in the resist is determined by the gate length of the semiconductor element, the thickness of the contact layer, and the etch rate of the etching solution.

第1図C)参照。See Figure 1 C).

第1図C)は、ノンアロイオーミックコンタクトN4を
形成する工程の説明図である。
FIG. 1C) is an explanatory diagram of the process of forming the non-alloy ohmic contact N4.

■溝形成後、再び分子線結晶成長法を用いて、前記表面
保護層50表面に、ノンブロイオーミックコンタクトN
4としてInAs (インジウム砒素)層を10人の厚
さに形成し、この層にも2X10”cm−’の濃度にS
t (シリコン)を添加する。但しこのときには、(1
00)面にのみInAs (インジウム砒素)が成長す
るように、成長温度を450°C〜550 ’Cにする
。成長温度は次のような条件で選ばれた。成長温度を5
50°C以上に高めて分子線結晶成長を行おうとすれば
、(100)基板表面に対しても、rnGaAs (イ
ンジウムガリウム砒素)の成長が少なくなって、素子と
しての機能に障害をきたすことになるし、成長温度を4
50°C以下にすると、(111)面への成長が著しく
て、具合が悪いのである。
After forming the groove, the molecular beam crystal growth method is again used to form a non-blowing ohmic contact N on the surface of the surface protection layer 50.
4, an InAs (indium arsenide) layer is formed to a thickness of 10 mm, and this layer is also coated with S at a concentration of 2 x 10"cm-'.
Add t (silicon). However, in this case, (1
The growth temperature is set to 450°C to 550'C so that InAs (indium arsenide) grows only on the 00) plane. The growth temperature was selected under the following conditions. growth temperature 5
If you try to perform molecular beam crystal growth at a temperature higher than 50°C, the growth of rnGaAs (indium gallium arsenide) on the (100) substrate surface will decrease, which will impede the functionality of the device. Then, increase the growth temperature to 4
If the temperature is lower than 50°C, the growth toward the (111) plane will be significant, which is unsatisfactory.

第1図d)参照。See Figure 1 d).

第1図d)は、電極を形成する工程の説明図である。FIG. 1d) is an explanatory diagram of the process of forming an electrode.

ノンアロイオーミンクコンタクト層4成長後に、メサエ
ッチングによって素子分離を行い、オーミック電極7、
及びゲー)74極8として、AI (アルミニウム)を
3000人程度蒸着し、リフトオフで形成する。
After growing the non-alloy ohmic contact layer 4, device isolation is performed by mesa etching, and ohmic electrodes 7,
74 poles 8 are formed by vapor depositing AI (aluminum) by about 3000 people and lift-off.

以上の工程によって、コンタクト抵抗や、寄生抵抗の問
題は容易に解消され、第2図に示す電界効果トランジス
タが完成することとなる。
Through the above steps, the problems of contact resistance and parasitic resistance are easily solved, and the field effect transistor shown in FIG. 2 is completed.

ところで、本実施例は本発明の主旨に従い、種々の変形
が可能である。上述の実施例では高電子移動度トランジ
スタを例として説明してきたが、本発明は例えばM E
 S F E T (Metal Semicondu
ctor Field Effect Transis
tor)等、他の電界効果トランジスタにも適用するこ
とができる。また本実施例中、第4半導体層4をなす物
質にInAs (インジウム砒素)を用いたが、一般式
InイGa14 As(0,5≦x≦1)(インジウム
ガリウム砒素)であればショットキー障壁が低く、電極
をなす金属との合金化を行う加熱の工程を要せず、更に
ほこの暦を形成後、放置しても表面準位の自然形成が生
じない。従って第4半導体層(ノンアロイオーミックコ
ンタクト層)4をなす物質をこれらで置き換えてもよい
。また食刻除去した部分の傾斜も任意の斜度にすること
ができる(つまりは、食刻除去した部分表面に(111
)面が露出した結晶の割合を任意のものにできる)が、
既に〔作用〕で述べたように、傾斜面へ成長するインジ
ウムガリウム砒素がIng Ga、4 As (0≦x
≦0.5)でなければならない。
By the way, this embodiment can be modified in various ways according to the gist of the present invention. Although the above-mentioned embodiments have been explained using high electron mobility transistors as an example, the present invention can also be applied to, for example, M E
S F E T (Metal Semiconductor)
ctor Field Effect Transis
It can also be applied to other field effect transistors such as (tor). Furthermore, in this embodiment, InAs (indium arsenide) was used as the material forming the fourth semiconductor layer 4, but if it has the general formula InIGa14As (0,5≦x≦1) (indium gallium arsenide), it can be used as a Schottky material. The barrier is low, there is no need for a heating process for alloying with the metal forming the electrode, and furthermore, no surface states will spontaneously form even if left alone after the formation of the pores. Therefore, the material forming the fourth semiconductor layer (non-alloy ohmic contact layer) 4 may be replaced with these materials. In addition, the slope of the etched portion can be set to any slope (in other words, the etched portion surface is (111
), the proportion of crystals with exposed faces can be set to any desired value), but
As already mentioned in [Operation], indium gallium arsenide growing on the inclined surface is Ing Ga, 4 As (0≦x
≦0.5).

(発明の効果〕 以上説明してきたように、本発明は、高速動作を目標と
している電界効果トランジスタが、オーミック電極・ゲ
ート電極相互間の寄生抵抗の課題を容易な工程で解消し
たことに最大の効果がある。
(Effects of the Invention) As explained above, the present invention has the greatest advantage in that it solves the problem of parasitic resistance between ohmic electrodes and gate electrodes in a field effect transistor aiming at high-speed operation through a simple process. effective.

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

添付した図面のうち、 第1図は、本発明の実施例に則した高電子移動度トラン
ジスタの工程説明図(要部断面図)、第2図は、本発明
の実施例に則した高電子移動度トランジスタの構造図(
要部断面図)、第3図は、食刻除去して形成した斜面に
成長したInGaAs (インジウムガリウム砒素)膜
の厚さに対する、(100)面上の成長膜の厚さの相対
比を、分子線結晶成長時の成長温度毎に示したグラフ、
第4図は、コンタクト抵抗、寄生抵抗の説明図、第5図
は、従来の高電子移動度トランジスタの構造図(要部断
面図)である。図中、 10は半導体基板、11はバッファ層、1は第1半導体
層(チャネルN)、2は第2半導体層(二次元電子ガス
供給層)、3は第3半導体層(コンタクト層)24は第
4半導体層(ノンアロイオーミックコンタクトJilり
、50は表面保護層、7はオーミック電極、8はゲート
電極である。 コンダクト中8、キし肩生狛艮わしのtた明凹茅4 図
Of the attached drawings, FIG. 1 is a process explanatory diagram (main part sectional view) of a high electron mobility transistor according to an embodiment of the present invention, and FIG. Structural diagram of mobility transistor (
Figure 3 shows the relative ratio of the thickness of the InGaAs (indium gallium arsenide) film grown on the (100) plane to the thickness of the InGaAs (indium gallium arsenide) film grown on the slope formed by etching. Graphs shown for each growth temperature during molecular beam crystal growth,
FIG. 4 is an explanatory diagram of contact resistance and parasitic resistance, and FIG. 5 is a structural diagram (main part sectional view) of a conventional high electron mobility transistor. In the figure, 10 is a semiconductor substrate, 11 is a buffer layer, 1 is a first semiconductor layer (channel N), 2 is a second semiconductor layer (two-dimensional electron gas supply layer), and 3 is a third semiconductor layer (contact layer) 24 is the fourth semiconductor layer (non-alloy ohmic contact), 50 is the surface protection layer, 7 is the ohmic electrode, and 8 is the gate electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 主面が(100)である半導体基板(10)表面の第1
半導体層(1)表面に、第2半導体層(2)を形成する
工程と、 該第2半導体層(2)表面に、第3半導体層(3)を形
成する工程と、 該第3半導体層(3)表面を食刻除去して、結晶の(1
11)面が露出した面を形成する工程と、分子線結晶成
長法を用いて、該第3半導体層(3)の(100)表面
上に選択的に、In_xGa_1_−_xAs(但し、
0.5≦x≦1)(インジウムガリウム砒素)からなる
第4半導体層(4)を形成する工程と、該第4半導体層
(4)表面に、オーミック電極(7)を形成する工程と
、 該第3半導体層(3)の前記食刻除去して形成した面上
に、ゲート電極(8)を形成する工程とを有する電界効
果トランジスタの製造方法。
[Claims] The first surface of the semiconductor substrate (10) whose main surface is (100)
a step of forming a second semiconductor layer (2) on the surface of the semiconductor layer (1); a step of forming a third semiconductor layer (3) on the surface of the second semiconductor layer (2); and a step of forming the third semiconductor layer (3) on the surface of the second semiconductor layer (2). (3) Etch the surface and remove the crystal (1
11) Using a step of forming an exposed surface and a molecular beam crystal growth method, In_xGa_1_-_xAs (however,
a step of forming a fourth semiconductor layer (4) made of (indium gallium arsenide) (0.5≦x≦1); a step of forming an ohmic electrode (7) on the surface of the fourth semiconductor layer (4); A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of forming a gate electrode (8) on the etched and removed surface of the third semiconductor layer (3).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02183543A (en) * 1989-01-10 1990-07-18 Agency Of Ind Science & Technol Field effect transistor and its manufacture
US5234848A (en) * 1991-11-05 1993-08-10 Texas Instruments Incorporated Method for fabricating lateral resonant tunneling transistor with heterojunction barriers
US6218685B1 (en) 1998-01-08 2001-04-17 Matsushita Electronics Corporation Semiconductor device and method for fabricating the same

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