JPH03250741A - 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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JPH03250741A
JPH03250741A JP4796390A JP4796390A JPH03250741A JP H03250741 A JPH03250741 A JP H03250741A JP 4796390 A JP4796390 A JP 4796390A JP 4796390 A JP4796390 A JP 4796390A JP H03250741 A JPH03250741 A JP H03250741A
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drain
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gate
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Masahisa Suzuki
雅久 鈴木
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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】 Jl!I要: 電界効果トランジスタ(FET)型の半導体装置の製造
方法に関し、 ソース/ドレイン作成プロセスに与える制限か少ない半
導体装置の製造方法を提供することを目的とし、 半導体基板のチャネル領域を形成すべき領域の上にダミ
ーゲートを形成する工程と、ダミーゲートを用いてチャ
ネル領域を形成すべき領域を挾んで自己整合的にソース
、ドしインの少なくとも一部を形成する工程と、ダミー
ゲートをエッチングして、その側面を後退させる工程と
、エツチング工程で寸法の小さくなったタミーケートの
側面をマスクで覆う工程と、ダミーゲートを除去してマ
スクの開口内に半導体基板を露出する工程と、マスクの
開口内にゲートt %を形成する工程とを構成する。
二産業上の利用分野: 本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に電界効果ト
ランジスタ(FET)型の半導体装置の製造方法に関す
る。
FET型の半導体装置とは、接合ゲート型、絶縁ゲート
型の電界効果トランジスタの他、ショットキゲート型、
SIS型電界効果トランジスタや高電子移動度トランジ
スタ(HEMT)等も含む。
1従来の技術〕 FETの動作速度を向上させるためには、オン時のソー
ス・ドレイシ間力抵抗が小さく、クー1〜電極等に付随
する容量が小さいことが望まれる。
また、半導体集積回路装置の集積度を上げるためには、
構成要素であるトランジスタの寸法を小さくすることか
有効である。
ゲート長を短縮することは、高速化と高集積化の両者に
とって有効である。しかし、むやみにチャネル長を短く
すると、ソース・ドレイン間がパシチスルーして飽和特
性が得られず、ホットキャリアかドレインに注入される
こと等か起こる。このような短チヤネル効果を防止する
には、チャネル長を高精度に制御する必要かある。
オン時のFETのソース・ドレイン間抵抗は、ソースの
抵抗、チャネルの抵抗、ドレインの抵抗とソース・チャ
ネル間の抵抗、ドレイン・チャネル間の抵抗の和と考え
られる。これらのうち、ソース抵抗、ドレイン抵抗は初
めから低くなるように作る。チャネル抵抗はゲート電圧
によって変1ヒする。ところで、ゲート電極下に誘起さ
れるチャネルから低抵抗のソース領域ないしドレイン領
域までのソース・チャネル間抵抗、ドレイン・チャネル
間抵抗は、ゲート電圧ではほとんど制御できない。この
抵抗を小さくするには、ゲート電極とソース領域ないし
ドレイン領域との間の距離を最適のものとすることか要
求される。
また、ゲート電極に付随する容量は、ゲート電極からソ
ース構造ないしドレイン構造までの距離に敏感である。
たとえば、■−v族化合物半導体を用いたFET型の半
導体装置の製造方法において、ソーストしイン領域形成
のためには、主にイオン注入技術が用いられている。
二のイオン注入工程を、第2図(A)に概略的に示す。
半導体基板51上にゲート電極52を設計通りの寸法に
形成し、その後このゲート電[i52をマスクとしてイ
オン注入を行う、不純物となるイオン53は垂直に飛来
りで半導体基板51内にある深さまで侵入する。イオン
注入された不純物はある程度横方向にも分布するのみて
・なく、その後に加熱工程かあると熱拡散てし移動する
このようにして、イオン注入され、拡散した不純物は破
線54て示すように、チー1−;極52の下まで入り込
んでしまう。このクー1〜電極下への回り込みは短チヤ
ネル効果の原因となる。
なお、第2図(A)ではFET型半導体装置として高電
子移動度トランジスタ(HEMT)を示している。i型
GaAsの下地基板55上にj型GaAsの電子走行層
56、n型AlGaAsの電子供給層57、電子供給層
57の保護と抵抗低減のためのn型Ga^S層ヲ8か積
層されている。電子供給層57と接する電子走行層56
の表面部には2次元電子カスラリか発生している。
イオン注入によるチャネル長の変化は、HEMTに限ら
す、5ISFET、ショットキケートFET等、池のF
ET型半導体装置でも起きる現象である。
第2図(B)は、HEMTのチャネルにソース・ドレイ
ン領域を直接接続するように、選択成長を行う場合予想
されるW4遣を示す。半導体基板51上にゲート@ 極
52を形成した後、このゲート$掻52をマスクとして
GaAs層58、電子供給層ヲ7をエツチングし、さら
に下の電子走行層56の途中までエツチングを行う、エ
ツチングによって露出しな面に、低抵抗率のソース領域
61およびドレイン領域62をエピタキシャルに成長さ
せる。
このような構成とすれば、電子走行層56表面部に形成
される2次元電子カスが低抵抗ソース領域61、低抵抗
ドレイン領tIf262に1iiiコンタクトするので
、ソース・ドレイン間抵抗の小さなHE M Tが実現
て゛きる。
しかしながら、ソース領域61、ドしイン領域62の選
択成長の工程において、たとえばM OC〜′Dによっ
て結晶成長を行うとすれば、600〜700°Cの加熱
を行わなくてはならない、ゲートtfl!52かこの加
熱温度に耐えられないと、HEMT横遥か破壊されてし
まう、600〜700℃という高温に耐えられるゲート
を極材料としては、現時点においてはタングステン等の
高融点金属以外にはない。より抵抗率の低いA1等の通
常のゲート電極材料を用いようとする場合には、選択成
長を行うことが困難になる。
1発明か解決しようとする課頭I 以上説明したように、ゲート電極はソース、ドレインを
ゲート電極と自己整合的に作製する際、必要な要素であ
る。しかしながら、ゲート電極か半導体基板上に存在す
ると、ソース、ドレイン作成のプロセスか制限されてし
まう。
イオン注入によって、ソース、ドしインを作成すると一
不純物がゲート下へ回り込みやすく、短チヤネル効果を
起こしやすい。
イオン注入によって、極めて高不純物濃度の領域を作る
ことは鮪しい、また、HEMTの場合の様に、電流通路
内にヘテロ界面か存在すると、ヘテロ界面によるバリア
効果に対しては、不純物濃度を上げても効果は生じない
本発明の目的は、ソース/ドレイン作成プロセスに与え
る制限か少ない半導体装置の′fI!遣方法全方法する
ことである。
本発明の池の目的は、ゲート電極とソース、ドレインと
の間の距離を高精度に制御できる半導体装置の製造方法
を提供することである。
3課題を解決するための手段] 第1図(A)〜(F)は、本発明の原理説明図である。
第】図(A)に示すように、半導体基板1の上にダミー
ゲート2を形成する。ダミーゲート2の材料は、ソース
、′ドレイン領域のプロセスにおいて、なんら悪影響を
与えないものを選ぶ6たとえば、5i02 、Si3 
N4 、SiOxNy等の絶縁物で形成する。
次に、第1図(B)に示すように、ダミーゲート2を用
い、自己整合的にソース3およびドレイン4の少なくと
も一部を形成する。
次に、第1図(C)に示すように、等方的エツチング等
によって、ダミーゲート2の側面を後退させる。この結
果、寸法が小さくなったダミーゲート2aか残る。
次に、第1図N))に示すように、このエツチングによ
って寸法の小さくなったダミーゲート2aの側面を覆う
ように、マスク5を形成する。たとえば、ホトレジスト
層でダミーゲート2aを完全に覆った後、エツチングに
よってダミーゲート2aの表面が出るまでホトレジスト
層を薄くしてもよい。
ダミーゲート2aの表面か露出したら、第1図(E)に
示すように、タミーゲーh2aをエッチング等によって
除去する。ダミーゲート2aを除去すると、マスク5内
に開口6か形成され、半導体基板1の表面か露出する。
次に一部1図(F)に示すように、マスク5を用いて、
露出した半導体基板1の表面上にゲート44極7を形成
する。
なお、マスク5をホトレジストで形成した時はマスク5
上に残るゲートを極材料は、マスク5と共にリフトオフ
すればよい。
マスク5として、耐久性のある絶縁材料を用いた時には
、マスクラを除去せずに、ゲート7かマスク上にも延在
するように製作した後、ゲート電極層をバタ一二シグし
てもよい。
J作用] ダミーゲート2と自己整合的にソース3、ドレイン5か
形成されるか、ダミーゲートはソース/ドレイン形成プ
ロセスに影響を与えない材料で形成されるので、ソース
・ドレイン製作プロセスか制限されることかない。
二のようにして、ゲート電極とソース・ドレインとを自
己整合的に作成しつつ、ゲート電極材料によって、ソー
ス ドレイン領域のプロセスが制@されない半導体装1
の製造方法が実現される。
また、ダミーゲートの寸法を一旦縮小した後にマスク5
で埋め込み、その後ダミーゲートを除去して形成された
開口内にゲート電極を形成するため、ソース、ドしイン
とゲート電極との開に高精度の所望の小さなギャップを
作成することができる。
ゲート@ !!!はソース3、ドレイン4作成後に形成
するので、ゲー)’ t &材料かソース・ドしイン作
成プロセスを利尿することがない。
J実施例; 第3図は、本発明の実施例によって製造しようとするH
 E M Tの構造を示す断面図である。i型GaAs
基板11の上に、i型GaAsノを子走行層12、n型
AlGaAsの電子供給層13、n型GaAs層15が
積層され、n型GaAs層15−を子供給層13および
電子走行層12の一部がエツチングされて、メサ型構造
を残している。電子供給層13から供給された電子によ
って電子走行層12表面近傍に2次元電子カス14か発
生している。このメサ型構造部分のGaAS層15層中
5部をリセスエンチングで除去し、その除去された部分
の電子供給層13表面上にショットキ・ゲート電極17
が形成されている。ショットキ・ゲート電極17は、た
とえばA1で形成される。また、メサ型構造の側面に露
出した2次元電子カス14に接するように、n型ソース
領域18、n”型ドレイン領域19か形成される。これ
らのソース/′ドレインM域は、たとえばn=型GaA
S、 n″型1nGaAs、またはn+型GaASから
n′型2nGaAsへの組成勾配層で形成される。これ
らのソース領域、ドレイン領域はエピタキシャル成長で
形成するので、たとえば1×1019(1−3程度の高
濃度の不純物をドープすることができる。
ソース領域18、ドレイン領域19の上に^uGe/A
uやAuGe/ N i / Au等のソース電[i2
1、ドレインS極22が形成される。ソース領域18、
ドレイン領域19の表面がInGaASで形成されてい
る時は、八1、W S i等の金属を表面に形成するた
けて、合金処理を要することなくオーミンク接触が形成
できる0合金処理を行う必要がないので、半導体の結晶
性が良好に保てる。また合金処理のための加熱工程か必
要ない。
第4図(A)〜(G)は、本発明の実施例により、第3
図に示すようなHE M Tを製造する方法を示す。
第4図(A)に示すように、先ず高抵抗率のi型GaA
Sの半導体基板11の上に、やはり高抵抗率のj型Ga
ASの電子走行層12をたとえば1ブさ10000人成
長させ、この上にn型AlGaAsからなる電子供給層
13を、たとえば厚さ300人成長し、さらにその表面
上に低抵抗率のn型GaAs層15を約1000人M 
OCV DまたはMBEによって成長する。このように
積層を形成した半導体基板表面上に、たとえば5i02
からなるダミーゲート24を、たとえば厚さ10000
人形成する。タミ−ゲートの形成は、たとえばCVDに
よって厚さ1oOOo人のSi02層を堆積し、その上
にホトしシスト膜をスピン塗布し、ゲートパターンを現
像して−RIE (リアクティブ・イオン・エツチング
)によってホトレジスト層をマスクとして、Si02層
をパターンニングすることによって行う。
次に、第4図(B)に示すように、ダミーゲート24を
エツチングマスクとして下の半導体基板をエツチングす
る。先ず、CCl2 F2をエッチャントとするRIE
により、n”型GaAs層15を垂直にエツチングし、
次に、HF−8202混合水溶液によりn型AlGaA
sの電子供給層13およびi型GaAsの電子走行層1
2の一部(たとえは深さ約ヲOO入)を等方的にウェッ
トエツチングする。
なお、ウェットエツチングの代すつにドライエンチシグ
を行うこともて′きる。これらのエンチングによって、
ダミーゲート24の下にメサ状の半導体領域か残され、
メサの側面か露出される。この状態で、M OCV D
により、たとえば厚さ約2000人、不純物濃度4×1
018(l−3のn”型GaAs(ないし厚さ約ヲ○○
久、不純物4度1\IC18CIII−3のn−型1n
GaAsiたはn−型GaAsからn”型1nGaAs
への組成勾配層)のソース、′ドレイン領域18.1つ
を選択的に成長させる。5i02のダミーゲート24の
表面には成長が生じない。
このようにして、電子走行層12の表面部に形成される
2次元電子カスか、直接低抵抗ソース領域18、低抵抗
ドレイン領域19に接続される。
次に、第4図(C)に示すようにHF水溶液により、S
iO2のダミーゲート24を等方的にエツチングする6
等方的エツチングによって、ダミーゲート24はその高
さを減じると共に、側面を後退させる。このようにして
、n″型GaAs層15表面の両端部が露出される。な
お、エツチングによってダミーゲート24の側面を後退
させる量は、容易にホトリングラフィの精度よりも高精
度に精密に制御できる。
第4図(D)に示すように、側面を@退させたダミーゲ
ート24aを持つ半導体基板表面上にホトレジストを塗
布し、たとえば厚さ12000人のしシスト層26を形
成する。続いて、RIEによりレジス)〜層26をエッ
チバックし、S+02のダミーゲート24aの上面を露
出させる。
ダミーゲー)−24aか露出したら、第4図(E)に示
すようにHF水溶液によりSiO2をエツチングする。
すなわち、ダミーゲート24aがエンチングされる。続
いて、露出しなn十型GaAs層1ヲをリセスエッチン
グし、電子供給層13の表面を露出する。ここで、電子
供給層13を適当な厚さまて工・ンチングすることもて
゛きる。GaAS層15全15残すこともできる。
次に第4図(F)に示すように、露出した電子供給層1
3の表面上に八1で形成されたゲート電極11、7を蒸
着する。なお、レジスト層26の表面上にも41層17
aが堆積する。
次に、第4図(G)に示すように、不要な41層1、7
 aをその下のレジスト層26と共にリフトオフして除
去する。
このようにして、所望の寸法を有するゲート電極17か
ソース領域18−ドレイン領域19と自己整合しつつ、
かつ間隔をおいて形成される。ゲート電fl!17は、
ソース領域18、I−′ジイン領域19の選択成長後に
形成されるのて゛、その材料としてA1等任意の導電体
を選択することができる。
その後、ソース領域18、ドレイン領域19上に八uG
e/Au、へtJGe/Ni/’^U等のソースt%、
ドレイン電極を形成し、合金処理すれば、第3図に示す
半導体の構造か形成される。ソース/ドレイン領域の表
面か]nGaAsの場合はソース/′ドレイン電極とし
てAIを用い、合金処理は省略する。
なお、ダミーゲートとして5i02を用いたが、ソース
/′ドレイン作成工程て制限とならない材t1てあれば
、他の材料を用いることもできる。たとえば81ONや
Si3 N4 、複合絶縁膜等を用いることもできる。
また−積層の最上層として、n型Ga43層15を有す
る構造を説明したが、この低抵抗率層は必すしも必要な
乙のではない、また、HEMTの場合を説明したが、そ
のfi!2FET型半導体装置であれば、同等の工程に
よって、ダミーゲートを作成し、ソース7/ドνインの
少なくとも一部を作成し、ダミーゲートの寸法を小さく
した後に、ダミーゲートをマスつて゛埋め込み、ダミー
ゲートを削除して半導体表面を露出し、その上にゲート
電極を作成する工程を用いることができる。
また、第4図(B)の工程において、エンチングを行っ
た後、選択成長を行っているが、チャネルか半導体基板
表面近傍に形成される通常FET等の場合には、エツチ
ングを行わす、表面上に直接ソース電極、ドレイン電極
を形成することもできる。
また、−旦エッチングを行って、その上にソース電極、
ドレイン電極を形成することもできる。
第5図(A)〜(C)は、本発明の他の実施例による半
導体装置の製造方法を示す。
第4図の実施例においては、ゲート電極作成時のマスク
としてレジストマスクを用いたが、本実施例においては
、5i02 + Si3 N4− SiO’:<−S○
G (spin−on glass )等の絶縁物でダ
ミーゲートと異なるエツチング特性のものをマスクとし
て用い、そのマスクをその後そのまま絶縁層として利用
するものである。
第5図(A)は、ダミーゲートを絶縁物マスク28で覆
った後、ダミーゲート表面を露出し、ダミーケートをエ
ンチンク除去し、露出した半導体表面の低抵抗率層I5
をリセスエッチジグした状態を示す。絶縁物マスク28
はスピンオングラス等のように塗布することによって平
坦な表面が得られるものが好ましい。
次に、第5図(B)に示すように、露出した電子供給N
 13表面および絶縁物マスク28表面上に連続したゲ
ート電極層17aを作成する。
その後、第5図(C)に示すように一絶縁物マスク28
上のゲート電極層17aをパターニングL、ゲート電極
17bを作成する。チー+−電&かT字型断面を有する
ようになる。
以上の実施例による場合、ゲート電極は絶縁物マスク2
8上にも延在するので、ゲートt %の抵抗を低減する
ことができる。このため、チャンネル上では幅の狭いゲ
ート電極であっても、抵抗が低く、信頼性の高いゲート
tfl!が得られる。
なお、GaASでチャンネルか形成される場合を説明し
たが、SlやJnP基板上の]nGaASでチャンネル
を形成してもよい。他の材料もチャンネルの材料に合わ
せて適宜変更する。
以上説明した実m例においては、ダミーゲートのエツチ
ング量によってゲート電極とソース/ドレインとの間の
距離が正確に制御できる。また、チャンネルとソース/
ドレインとの間の領域上にはn”型GaAs層か存在し
、チャンネル形成を確実に行って、抵抗増大防止してい
る。また、チャンネルか゛ノース/ドレインとバリアを
介することなく電気的に9.枕され、実動抵抗を低減し
ている。
また、リセスエッチジグの量を調整することにより閾値
電圧を高精度に制御できる。
以上、実施例に沿って本発明を説明したか、本発明はこ
れらに制限されるものではない、たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明で
あろう。
7発明の効果し 以上説明したように、本発明によれば一ソーストしイン
と電気的分離が確実で、ソース2・′ヒレ42作成プロ
セスに制限を与えることの少ないゲート電極を持つ半導
体装置の製造方法が堤供される。
ゲート電極端部とソース/ドレインとの間の距離をホト
リソグラフィの精度以上に向上することもできる。
゛ノース/ビレ4フ作成後、チー1−電極形成前にリセ
スエ・ソチンクを行うことがてきるのて、閾値電圧を高
精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(F)は、本発明の原理説明図、第2図
(A)、(B)は、従来の技術を示す断面図、 第3図は、本発明の実施例によって製造しようとするH
EMTを示す断面図、 第4図(A)〜(G)は1本発明の実施例によって第3
図の構造のHE M Tを製造するための方法を説明す
る断面図、 第5図(A)〜(C)は、本発明の他の実施例によるH
 E M Tの製造方法を示す断面図である。 1 2 3 4 1ヲ 7 8 半導体基板 ダミーゲート ソース ドレイン マスク 開口 ゲート電極 i型GaAs基板 i型GaAsの電子走行層 n型^lGaAsの電子供給層 2次元電子カス n型GaAs層 ショットキ・ゲート電極 ソース領域 9 1 2 4 6 8 ドレイン形成 ソース電極 ドしイン電極 ダミー・ゲート レジストマスク 絶縁物マスク (A、)ダミー・ゲート形成 (B)ソースとドレイン形成 (C)ダミー・ゲートの部分エツチング(D>ダミー・
ゲート側面をマスクで覆う本発明の原理説明図 第1図(その1) (E)ダミー・ゲート除去 (F)ゲート形成 本発明の原理説明図 第1図(その2) 59 (A)イオン注入による短チヤネル化 2 (B)!!択成長構造(予想) 従来の技術 第2図 1 2 3 4 本発明の実施例によって製造しようとするHEMT第3
図 4 (A)積層上にダミーゲート形成 実施例による第3図のHEMTの製造方法第4図(その
1) (B)エツチングと選択成長 (C)ダミー・ゲートの横方向エツチング実施例による
第3図のHEMTの製造方法第4図(その2) (A>ダミー ゲート除去、リセスエッチング 1つ (B)電極層形成 (C)パターニング 他の実施例 第5図 − へ−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕半導体基板(1)のチャネル領域を形成すべき領
    域の上にダミーゲート(2)を形成する工程と、 前記ダミーゲート(2)を用いてチャネル領域を形成す
    べき領域を挾んで自己整合的にソース(3)、ドレイン
    (4)の少なくとも一部を形成する工程と、 前記ダミーゲート(2)をエッチングして、その側面を
    後退させる工程と、 前記エッチング工程で寸法の小さくなったダミーゲート
    (2a)の側面をマスク(5)で覆う工程と、 前記ダミーゲート(2a)を除去して前記マスク(5)
    の開化(6)内に半導体基板(1)を露出する工程と、 前記マスク(5)の開口(6)内にゲート電極(7)を
    形成する工程と を含む半導体装置の製造方法。 〔2〕前記ソース、ドレイン形成工程が、半導体基板(
    1)の表面をエッチングし、エッチングした表面上にエ
    ピタキシャル成長を行うことを含む請求項1記載の半導
    体装置の製造方法。 〔3〕前記マスク(5)がホトレジスト膜で形成され、 前記ゲート電極形成工程の後にさらに前記マスク(5)
    をその上の堆積物ごとリフトオフするリフトオフ工程を
    含む請求項1ないし2記載の半導体装置の製造方法。 〔4〕前記マスク(5)が絶縁膜で形成され、前記ゲー
    ト電極形成工程の後にさらに前記マスク(5)上の堆積
    物をパターニングするパターニング工程を含む請求項1
    ないし2記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6235564B1 (en) 1999-07-27 2001-05-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing MISFET
JP2017163082A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 住友電気工業株式会社 高電子移動度トランジスタ、及び高電子移動度トランジスタの製造方法

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