JPH03242941A - Field effect semiconductor device - Google Patents

Field effect semiconductor device

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Publication number
JPH03242941A
JPH03242941A JP3993190A JP3993190A JPH03242941A JP H03242941 A JPH03242941 A JP H03242941A JP 3993190 A JP3993190 A JP 3993190A JP 3993190 A JP3993190 A JP 3993190A JP H03242941 A JPH03242941 A JP H03242941A
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JP
Japan
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active layer
layer
electrode
operating layer
buffer layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3993190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Tonami
與之 戸波
Hiroshi Noguchi
博司 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the controllability of rear-side etching by a method wherein an operating layer is formed on the surface of a buffer layer, a source electrode and a drain electrode are provided on the surface of this operating layer while a recessed part is provided in the surface of the operating layer between the two electrodes, the rear side of the operating layer is so exposed as to correspond to the recessed part, and a gate electrode is provided on the surface thus exposed. CONSTITUTION:A buffer layer 2 of AlGaAs is formed on the surface of a semiconductor substrate 1 of semi-insulative GaAs, and an operating layer 3 of GaAs of high carrier density is formed on the surface of this buffer layer 2. The semiconductor substrate 1 is etched selectively from the rear side at a spot corresponding to a region between a source electrode 4 and a drain electrode 5 formed on the surface of the operating layer 3, and the bottom of a recessed part 9a thus formed is etched further. Then a recessed part 9b is dug in and the rear side of the operating layer 3 is exposed at the bottom of this part. A gate electrode 8 of Schottky contact is provided on this flat exposed face 7 and then a recessed part 6 is formed so as to adjust the thickness of the operating layer 3. According to this constitution, the controllability of a process of digging-in (etching) onto the rear side of the operating layer can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電界効果型半導体装置に関する。具体的にい
うと、本発明は、反転ゲート構造を有するGgAs M
ESFBT等の電界効果型半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a field effect semiconductor device. Specifically, the present invention relates to a GgAs M with an inverted gate structure.
The present invention relates to field effect semiconductor devices such as ESFBTs.

[背景技術] 第3図に示すものは、従来の電界効果トランジスタ(F
ET) 20の構造を示す。通常、FET20は、半導
体基板21の表面に、イオン注入法もしくはエピタキシ
ャル成長法によって動作層22を形威し、動作層22の
表面にオーくツク接触のソース電極23及びドレイン電
極24を設け、ソース。
[Background Art] What is shown in FIG. 3 is a conventional field effect transistor (F
ET) shows the structure of 20. Typically, in the FET 20, an active layer 22 is formed on the surface of a semiconductor substrate 21 by ion implantation or epitaxial growth, and a source electrode 23 and a drain electrode 24 are provided in open contact with the surface of the active layer 22.

ドレイン電極23.24と同一平面において両電極間に
ショットキー接触のゲート電極25を設けたものである
A Schottky contact gate electrode 25 is provided between both electrodes on the same plane as the drain electrodes 23 and 24.

第4図に示すものは、従来の反転ゲート型トランジスタ
30である。反転ゲート型トランジスタ30にあっては
、半導体基板31の表面に動作層32を形威し、動作層
32の表面にオーくツク接触のソース電極33及びドレ
イン電Fi34を設けた後、画電極33.34間の領域
に対応させて半導体基板31を部分的にエツチングして
動作層32に達するまで凹部36を掘り込み、エツチン
グにより露出させられた動作層32の裏面にショットキ
ー接触のゲート電極35を設けている。
What is shown in FIG. 4 is a conventional inverted gate type transistor 30. As shown in FIG. In the inverted gate transistor 30, an active layer 32 is formed on the surface of a semiconductor substrate 31, and a source electrode 33 and a drain electrode Fi34 in open contact are provided on the surface of the active layer 32, and then a picture electrode 33 is formed. The semiconductor substrate 31 is partially etched to correspond to the area between . has been established.

 − [発明が解決しようとする課題] 第3図に示したようなFETにあっては、バックゲート
効果が発生し、このバックゲート効果のため、低伝達コ
ンダクタンス、高相互コンダクタンス等のFET特性が
問題となっていた。また、高周波領域になると、ソース
、ドレイン電極間での電子走行時間が無視できなくなり
、FETの高速動作の妨げとなっていた。
- [Problem to be solved by the invention] In the FET shown in Fig. 3, a back gate effect occurs, and due to this back gate effect, FET characteristics such as low transfer conductance and high mutual conductance are affected. It was a problem. Furthermore, in the high frequency range, the electron transit time between the source and drain electrodes cannot be ignored, which hinders the high-speed operation of the FET.

これに対し、第4図に示したような反転ゲート型トラン
ジスタにあっては、バックゲート効果を排除でき、また
、ドレイン、ソース電極間にゲート電極が存在しないの
で、ドレイン、ソース電極間の距離を短くして、FET
の高速動作を可能にでき□る。しかしながら、このよう
な反転ゲート構造のFETにあっては、裏面側から半導
体基板を部分的にエツチングし、ゲート電極を形成する
ために動作層の裏面を平らに露出させなければならない
が、半導体基板と動作層は同材質であるため、エツチン
グの制御が困難であって、半導体基板のみをエツチング
することが難しく、このため反転ゲート型トランジスタ
が実現されたという報告はない。
On the other hand, in the case of an inverted gate transistor as shown in Fig. 4, the back gate effect can be eliminated, and since there is no gate electrode between the drain and source electrodes, the distance between the drain and source electrodes can be reduced. Shorten and make FET
□ enables high-speed operation. However, in such an FET with an inverted gate structure, the semiconductor substrate must be partially etched from the backside to expose the backside of the active layer flatly in order to form a gate electrode. Since the active layer and the active layer are made of the same material, it is difficult to control etching, and it is difficult to etch only the semiconductor substrate.Therefore, there are no reports of an inverted gate transistor being realized.

また、リセス構造(図示せず)のFETでは、ゲート電
極形成前に、動作層の表面をエツチングしてリセス部を
凹設することにより、希望のピンチオフ電圧となるよう
に動作層の厚さを制御し、希望のピンチオフ電圧を得た
後に、リセス部内にゲート電極を形成している。しかし
、エピタキシャル層を動作層とするリセス構造のFET
では、ゲート電極の形成後にピンチオフ電圧の希望値か
らのずれが生じた場合でも、ゲート電極形成後はピンチ
オフ電圧を修正することができなかった。
Furthermore, in a FET with a recessed structure (not shown), the surface of the active layer is etched to create a recess before forming the gate electrode, so that the thickness of the active layer can be adjusted to obtain the desired pinch-off voltage. After controlling and obtaining the desired pinch-off voltage, a gate electrode is formed within the recessed portion. However, FETs with a recessed structure in which the epitaxial layer is the active layer
In this case, even if the pinch-off voltage deviates from the desired value after the gate electrode is formed, the pinch-off voltage cannot be corrected after the gate electrode is formed.

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、裏面エツチングの制御
性が高く、実現性の高い反転ゲート構造の電界効果型半
導体装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the drawbacks of the conventional examples described above, and its purpose is to provide a field effect semiconductor device with an inverted gate structure that has high controllability of backside etching and is highly practical. It's about doing.

[課題を解決するための手段コ このため、本発明の電界効果型半導体装置は、動作層と
エツチング特性が異なるバッファ層を半導体基板の表面
に形成し、バッファ層の表面に動作層を形成し、この動
作層の表面にソース電極及びドレイン電極を設けると共
に両電極間において動作層の表面にリセス部を凹設し、
前記半導体基板及びバッファ層をエツチングにより部分
的に除去して前記リセス部に対応させて動作層裏面を露
出させ、動作層裏面の前記露出面にゲート電極を設けた
ことを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] Therefore, in the field effect semiconductor device of the present invention, a buffer layer having etching characteristics different from that of the active layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, and the active layer is formed on the surface of the buffer layer. , a source electrode and a drain electrode are provided on the surface of the active layer, and a recess is formed in the surface of the active layer between the two electrodes,
The semiconductor substrate and the buffer layer are partially removed by etching to expose the back surface of the active layer corresponding to the recessed portion, and a gate electrode is provided on the exposed surface of the back surface of the active layer.

[作用コ 本発明にあっては、半導体基板と動作層との間に動作層
とエツチング特性の異なるバッファ層を設けたので、裏
面側からバッファ層をエツチングする場合、バッファ層
がエツチングされるが、動作層がエツチングされにくい
エツチング方法を用いることにより、動作層をエツチン
グすることなくバッファ層のみをエツチングすることが
でき、裏面エツチングの制御性が高くなる。このため、
動作層の裏面にゲート電極を形成して容易に反転ゲート
構造の電界効果型半導体装置を製造できるようになる。
[Function] In the present invention, a buffer layer having different etching characteristics from the active layer is provided between the semiconductor substrate and the active layer, so when the buffer layer is etched from the back side, the buffer layer is etched. By using an etching method in which the active layer is not easily etched, only the buffer layer can be etched without etching the active layer, and the controllability of back side etching can be improved. For this reason,
By forming a gate electrode on the back surface of the active layer, a field effect semiconductor device with an inverted gate structure can be easily manufactured.

こうして、反転ゲート構造の半導体装置の製造を実現す
ることができるようになると、バックゲート効果を排除
できるため、伝達コンダクタンスや相互コンダクタンス
等のFET特性を良好にすることができる。また、反転
ゲート構造とすることにより、ドレイン、ソース電極間
の距離を短くでき、半導体装置の高速動作が可能となる
。さらには、リセス部とゲート電極が動作層の表裏に配
置されているため、ゲート電極形成の前後に拘らず、リ
セス部の深さを調整することができ、ピンチオフ電圧を
精度よく制御することができる。
In this way, if it becomes possible to manufacture a semiconductor device with an inverted gate structure, the back gate effect can be eliminated, so that FET characteristics such as transfer conductance and mutual conductance can be improved. Further, by adopting an inverted gate structure, the distance between the drain and source electrodes can be shortened, and the semiconductor device can operate at high speed. Furthermore, since the recessed portion and the gate electrode are placed on the front and back sides of the active layer, the depth of the recessed portion can be adjusted regardless of whether before or after the gate electrode is formed, making it possible to control the pinch-off voltage with high precision. can.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を添付図に基づいて詳述する。[Example] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

第1図は、本発明の一実施例であって、反転ゲート構造
を有するGaAs MESFETI Oの断面図である
。また、第2図(a) (b) (c) (d) (e
)は、このGaAsMBSFETI Oの製造順序を示
す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a GaAs MESFETIO having an inverted gate structure, which is an embodiment of the present invention. Also, Fig. 2 (a) (b) (c) (d) (e
) is a cross-sectional view showing the manufacturing order of this GaAsMBSFETIO.

製造順序に従って説明すれば、まず、第2図(a)に示
すように、エピタキシャル成長法によって、 5− 半絶縁性GaAsの半導体基板1の表面にAQGaAs
のバッファ層2が形成され、このバッファ層2の表面に
高キャリア濃度GaAsの動作層3が形成される。
Explaining the manufacturing order, first, as shown in FIG.
A buffer layer 2 is formed, and an active layer 3 of high carrier concentration GaAs is formed on the surface of this buffer layer 2.

ここで、半導体基板1と動作層3は、同質(GaAs)
であるのに対し、バッファ層2は、半導体基板1及び動
作層3と異なる材料によって形成されており、半導体基
板1、バッファ層2及び動作層3はダブルへテロ構造と
なっている。ついで、動作層8の表面には、第2図(b
)に示すように、オー主ツク接触のソース電極4及びド
レイン電極5が所定パターンに形成される。次に、バッ
ファ層2はエツチングされにくいが、半導体基板lは容
易にエツチングされるようなエツチング方法を用い、ソ
ース電極4とドレイン電極5の間の領域に対応する箇所
で半導体基板1を裏面側から選択的にエツチングする。
Here, the semiconductor substrate 1 and the active layer 3 are made of the same material (GaAs).
On the other hand, the buffer layer 2 is formed of a different material from the semiconductor substrate 1 and the active layer 3, and the semiconductor substrate 1, the buffer layer 2, and the active layer 3 have a double heterostructure. Next, the surface of the active layer 8 is coated with the coating shown in FIG.
), an open contact source electrode 4 and drain electrode 5 are formed in a predetermined pattern. Next, using an etching method in which the buffer layer 2 is difficult to be etched but the semiconductor substrate l is easily etched, the semiconductor substrate 1 is etched on the back side at a location corresponding to the region between the source electrode 4 and the drain electrode 5. selectively etched from

例えば、CCQ 4を用いたRIE(反応性イオンエツ
チング)によれば、0aAsとAQGaAsのうち、G
aAsのみを選択的にエツチングさせることができる。
For example, according to RIE (reactive ion etching) using CCQ4, G
Only aAs can be selectively etched.

この結果、第2図(C)に示すように、ソース、ドレイ
ン電極4,5間の領域に対応して半導体基板1が部分的
に除去され、形成された凹部9aの底にバッファ層2が
露出する。さらに、バッファ層2をエツチングする場合
には、動作層8はエツチングされにくいが、バッファ層
2が容易にエツチングされるエツチング方法を用い、凹
部9aの底面をさらにエツチングすると、バッファ層2
がエツチングされて凹部9bが掘り込まれ、凹部9bの
底に動作層3の裏面が露出する。この時、バッファ層2
のみを選択的エツチングするので、裏面エツチングを精
度良く制御することができ、第2図(d)に示すように
、動作層3の裏面を掘り込むことなく、しかも、その裏
面を平らに露出させることができる。こうして、動作層
3の裏面を露出させた後、第2図(e)に示すように、
この平らな露出面7にショットキー接触のゲート電極8
を設ける。次に、ピンチオフ電圧をモニターしながら、
ソース、ドレイン電極4,5間で動作層3の表面をエツ
チングしてリセス部6を設けることにより、希望のピン
チオフ電圧に調整する。
As a result, as shown in FIG. 2(C), the semiconductor substrate 1 is partially removed corresponding to the region between the source and drain electrodes 4 and 5, and the buffer layer 2 is deposited at the bottom of the formed recess 9a. be exposed. Further, when etching the buffer layer 2, the active layer 8 is not easily etched, but if the bottom surface of the recess 9a is further etched using an etching method that easily etches the buffer layer 2, the buffer layer 8 is etched.
is etched to form a recess 9b, and the back surface of the active layer 3 is exposed at the bottom of the recess 9b. At this time, buffer layer 2
Since only the active layer 3 is selectively etched, the etching of the back surface can be controlled with high accuracy, and as shown in FIG. 2(d), the back surface of the active layer 3 is not dug and is exposed flatly. be able to. After exposing the back surface of the active layer 3 in this way, as shown in FIG. 2(e),
A gate electrode 8 with Schottky contact is formed on this flat exposed surface 7.
will be established. Next, while monitoring the pinch-off voltage,
By etching the surface of the active layer 3 between the source and drain electrodes 4 and 5 to provide a recess 6, a desired pinch-off voltage can be adjusted.

このように、ゲート電極8を設けた後にリセス部6を形
成して動作層3の厚さを調節すれば、最終段階で設定値
通りのピンチオフ電極を得ることができる。
In this way, by forming the recess portion 6 after providing the gate electrode 8 and adjusting the thickness of the active layer 3, a pinch-off electrode having the set value can be obtained at the final stage.

従って、上記のような方法によれば、第1図に示すよう
な反転ゲート構造を実現できる。このため、バックゲー
ト効果を排除できるようになる。
Therefore, according to the above method, an inversion gate structure as shown in FIG. 1 can be realized. Therefore, the back gate effect can be eliminated.

また、反転ゲート構造となっているので、ソース電極4
とドレイン電極5間の距離を短くすることができ、電子
走行時間を短くして、M8SFETの高−速動作を遠戚
することができる。、 なお、選択的なエツチング方法としては、例としてRI
Eについて述べたが、エツチング液を用いてもよい。ま
た、このエツチング方法は、具体的には、バッファ層等
の材質によって変化するものである。
Also, since it has an inverted gate structure, the source electrode 4
The distance between the electrode 5 and the drain electrode 5 can be shortened, the electron travel time can be shortened, and the high-speed operation of the M8SFET can be improved. As a selective etching method, for example, RI
Although E has been described, an etching solution may also be used. Moreover, this etching method specifically varies depending on the material of the buffer layer and the like.

また、上記の説明では、ゲート電極8の形成後にリセス
部6を設けたが、リセス部6の形成後にゲート電極8を
設けた場合でも、ゲート電極8の形成後に再びピンチオ
フ電圧を修正することができる。
Further, in the above description, the recessed portion 6 is provided after the formation of the gate electrode 8, but even if the gate electrode 8 is provided after the formation of the recessed portion 6, the pinch-off voltage may be corrected again after the formation of the gate electrode 8. can.

[発明の効果コ 本発明によれば、動作層の裏面側にバッファ層を置いた
ことで、動作層裏面への掘り込み(エツチング)工程の
制御性を高めることができ、平らに露出させた動作層裏
面にゲート電極を形成でき、反転ゲート構造の半導体装
置が実現可能となる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, by placing the buffer layer on the back side of the active layer, the controllability of the etching process on the back side of the active layer can be improved, and the layer can be exposed flatly. A gate electrode can be formed on the back surface of the active layer, making it possible to realize a semiconductor device with an inverted gate structure.

こうして、反転ゲート構造が可能となることにより、バ
ックゲート効果を排除して半導体装置の特性を向上させ
ることができる。また、ソース電極とドレイン電極間の
距離を短くできるので、高速動作が可能となり、高周波
用素子としても適する。
In this way, by making an inverted gate structure possible, the back gate effect can be eliminated and the characteristics of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since the distance between the source electrode and the drain electrode can be shortened, high-speed operation is possible, making it suitable as a high-frequency device.

さらに、ゲート電極とリセス部とが別々に構成されてい
るので、ゲート電極形成の前後に拘わりなく1.ピンチ
オフ電圧を希望通りに制御することができる。
Furthermore, since the gate electrode and the recessed portion are configured separately, 1. Pinch-off voltage can be controlled as desired.

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

第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図(a)
 (b) (c) (d) (e)は同上の製造方法を
示す断面図、第3図は従来例の断面図、第4図は別な従
来例の断面図である。  9− 0 l・・・半導体基板 2・・・バッファ層 3・・・動作層 4・・・ソース電極 5・・・ドレイン電極 6・・・リセス部 7・・・動作層裏面の露出面 8・・・ゲート電極
Figure 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention, Figure 2 (a)
(b) (c) (d) (e) are sectional views showing the same manufacturing method as above, FIG. 3 is a sectional view of a conventional example, and FIG. 4 is a sectional view of another conventional example. 9-0l...Semiconductor substrate 2...Buffer layer 3...Active layer 4...Source electrode 5...Drain electrode 6...Recess portion 7...Exposed surface 8 on the back surface of the active layer ...gate electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)動作層とエッチング特性が異なるバッファ層を半
導体基板の表面に形成し、バッファ層の表面に動作層を
形成し、この動作層の表面にソース電極及びドレイン電
極を設けると共に両電極間において動作層の表面にリセ
ス部を凹設し、前記半導体基板及びバッファ層をエッチ
ングにより部分的に除去して前記リセス部に対応させて
動作層裏面を露出させ、動作層裏面の前記露出面にゲー
ト電極を設けたことを特徴とする電界効果型半導体装置
(1) A buffer layer having different etching characteristics from the active layer is formed on the surface of the semiconductor substrate, the active layer is formed on the surface of the buffer layer, a source electrode and a drain electrode are provided on the surface of the active layer, and a source electrode and a drain electrode are provided between the two electrodes. A recess is formed in the surface of the active layer, the semiconductor substrate and the buffer layer are partially removed by etching to expose the back surface of the active layer corresponding to the recess, and a gate is formed on the exposed surface of the back surface of the active layer. A field effect semiconductor device characterized by being provided with an electrode.
JP3993190A 1990-02-21 1990-02-21 Field effect semiconductor device Pending JPH03242941A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5652451A (en) * 1994-09-05 1997-07-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Recessed gate field effect transistor
US10242936B2 (en) 2016-09-06 2019-03-26 Fujitsu Limited Semiconductor device and method of fabricating the semiconductor device

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