JPH0360179B2 - - Google Patents

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JPH0360179B2
JPH0360179B2 JP59247019A JP24701984A JPH0360179B2 JP H0360179 B2 JPH0360179 B2 JP H0360179B2 JP 59247019 A JP59247019 A JP 59247019A JP 24701984 A JP24701984 A JP 24701984A JP H0360179 B2 JPH0360179 B2 JP H0360179B2
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JP
Japan
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gate electrode
film
etching
layer
forming
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Kimyoshi Yamazaki
Takatomo Enoki
Kuniki Oowada
Masahiro Hirayama
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板の主表面にゲート領域の
能動層ならびにソースおよびドレインイオン注入
領域を配設してなる電界効果トランジスタの製造
方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor in which an active layer of a gate region and source and drain ion implantation regions are disposed on the main surface of a semiconductor substrate. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

例えばGaAs等の化合物半導体を用いたシヨツ
トキー接合ゲート形電界効果トランジスタ(以下
MESFETを称す)は、高周波増幅器や発振器な
どを構成する個別半導体素子として広く使われ、
また最近では高周波ならびに高速集積回路の基本
素子としても重要な役割を果しつつある。ところ
で、このようなMESFETの高周波性能指数は、
良く知られているように伝達コンダクタンスgm
とゲート容量Cgを用いてgm/Cgで記述される。
For example, a Schottky junction gate field effect transistor (hereinafter referred to as "field effect transistor") using a compound semiconductor such as GaAs
MESFET) is widely used as an individual semiconductor element that constitutes high-frequency amplifiers and oscillators.
Recently, they are also playing an important role as basic elements of high-frequency and high-speed integrated circuits. By the way, the high frequency figure of merit of such MESFET is
As is well known, transfer conductance gm
It is expressed as gm/C g using the gate capacitance C g .

すなわち、gmを大きくしCgを減らすことによ
り高周波性能指数は改善される。この場合、gm
に着目すると、MESFETの実効的なgmは、チヤ
ネル部の特性から決まる真性伝達コンダクタンス
gm0とソース・ゲート間の直列付加抵抗Rsとに
よりgm=gm0/(1+gm0Rs)で表わされるこ
とが知られている。すなわち、Rsがあるため実
効的なgmは真性gm0より小さくなつてしまう。
したがつて、このRsをいかに小さくするかが、
大きな伝達コンダクタンスを得てMESFETの高
周波特性を改善するための1つの鍵である。
That is, the high frequency figure of merit is improved by increasing gm and decreasing C g . In this case, g.m.
Focusing on
It is known that gm=gm 0 /(1+gm 0 Rs) is expressed by gm 0 and the series added resistance Rs between the source and gate. In other words, due to Rs, the effective gm becomes smaller than the intrinsic gm 0 .
Therefore, the question is how to reduce this Rs.
This is one key to obtaining large transfer conductance and improving the high frequency characteristics of MESFET.

Rsを低減させる方法として、ゲート・シヨツ
トキ接合とソースおよびドレイン領域との自己整
合法が知られている。これには、具体的にはいく
つかの方法があるが、代表的なのは第4図に示す
ようなものである。つまり、GaAs等の高抵抗化
合物半導体基板11の主表面にn形不純物として
例えばSiを選択イオン注入し、能動層となる1次
イオン注入層12を形成する(第4図a)。上記
主表面上に、例えばプラズマCVD法によつて厚
さ0.15μmの窒化シリコン膜13を堆積させる。
さらにこの上に例えばレジスト141、SiO2など
の絶縁膜142およびレジスト143の3層構造を
有する3層レジストを形成する。次に、3層レジ
スト14のうち最上層のレジスト143を光露光
法によりパタニングし、これをマスクとしてより
下層の絶縁膜142を、さらに最下層レジスト1
1を、順次反応性イオンエツチング(RIE)等
で加工し、ソース・ドレイン形成領域に開口をあ
けて窒化シリコン膜13を選択的に露出させる。
続いて、この3層レジスト14をマスクにしてn
形不純物として例えばSiを選択イオン注入し、前
記の1次イオン注入層12に対して10倍前後の不
純物密度を有する高密度イオン注入層15を形成
する(第4図b)。このように形成した基板主面
上に絶縁膜、例えば0.3μm厚のSiO2膜を堆積させ
る。引続き、3層レジスト14上に堆積した上記
SiO2膜を、3層レジスト14とともにリフト・
オフによつて除去することにより、3層レジスト
の最下層レジスト141のパタンを反転させたパ
タンを有するSiO2膜16を、窒化シリコン膜1
3の上に形成する(第4図c)。このリフト・オ
フ加工により、SiO2膜16は高密度イオン注入
層15のほぼ真上に形成される。この場合、3層
レジストの最下層レジスト141を中間層142
対してサイド・エツチされた形状、すなわち第4
図bに示したようにT形形状にしておくと、上記
SiO2膜16は高密度イオン注入層15の注入端
より上記サイド・エツチ分だけ余分に高密度イオ
ン注入層15を被うこととなる。次いで、イオン
注入層を活性化させるため、例えば窒素雰囲気中
で800℃、20分間の熱処理を行なう。
A self-alignment method between the gate-shot junction and the source and drain regions is known as a method for reducing Rs. There are several concrete methods for this, but the typical one is shown in FIG. That is, selective ions of, for example, Si as an n-type impurity are implanted into the main surface of a high-resistance compound semiconductor substrate 11 such as GaAs to form a primary ion-implanted layer 12 that will become an active layer (FIG. 4a). A silicon nitride film 13 having a thickness of 0.15 μm is deposited on the main surface, for example, by plasma CVD.
Furthermore, a three-layer resist having a three-layer structure including, for example, a resist 14 1 , an insulating film 14 2 such as SiO 2 , and a resist 14 3 is formed on this. Next, the uppermost resist 14 3 of the three-layer resist 14 is patterned by a light exposure method, and using this as a mask, the lower insulating film 14 2 is patterned, and then the lowermost resist 14 3 is patterned.
4 1 is sequentially processed by reactive ion etching (RIE) or the like to make openings in the source/drain formation regions and selectively expose the silicon nitride film 13.
Next, using this three-layer resist 14 as a mask,
For example, Si is selectively ion-implanted as a type impurity to form a high-density ion-implanted layer 15 having an impurity density approximately 10 times that of the primary ion-implanted layer 12 (FIG. 4b). An insulating film, for example a 0.3 μm thick SiO 2 film, is deposited on the main surface of the substrate thus formed. Subsequently, the above deposited on the three-layer resist 14
Lift and lift the SiO 2 film together with the three-layer resist 14.
By removing the SiO 2 film 16 by turning it off, the SiO 2 film 16 having a pattern that is an inversion of the pattern of the bottom resist 14 1 of the three-layer resist is replaced with the silicon nitride film 1
3 (Fig. 4c). By this lift-off processing, the SiO 2 film 16 is formed almost directly above the high-density ion implantation layer 15. In this case, the bottom layer resist 14 1 of the three-layer resist is side-etched with respect to the middle layer 14 2 , that is, the fourth
If you make it into a T-shape as shown in Figure b, the above
The SiO 2 film 16 covers the high-density ion-implanted layer 15 by an amount corresponding to the side etching above the implanted end of the high-density ion-implanted layer 15 . Next, in order to activate the ion-implanted layer, heat treatment is performed at 800° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere, for example.

次に、窒化シリコン膜13およびSiO2膜16
を搭載した基板主表面上に、ソース電極およびド
レイン電極に対応する部分のみに開口をもつレジ
ストパタンを形成し、これをマスクとして前記
SiO2膜16および窒化シリコン膜13を、それ
ぞれ例えば反応性イオンエツチングおよびプラズ
マエツチングによつて除去する。次いで、上記レ
ジストパタンを利用して、オーミツク金属として
例えばAuGe/Niを蒸着後、リフト・オフし、残
留部を合金化することによつて、ソース電極1
7、ドレイン電極18を形成する。次に、基板主
表面上に、ゲート電極金属に対応する部分のみに
開口をもつレジストパタンを形成し、SiO2膜に
比べて窒化シリコン膜のエツチング速度の方が大
きいエツチング方法、例えばプラズマエツチング
や反応性イオンエツチングを用いて窒化シリコン
膜13をエツチングし、1次イオン注入層12の
表面を露出させる。次いで、GaAsとシヨツトキ
接合を形成する金属を堆積させた後、不要部分を
レジストとともにリフト・オフすることによつて
ゲート電極19を形成する(第4図d)。
Next, silicon nitride film 13 and SiO 2 film 16
A resist pattern having openings only in the portions corresponding to the source and drain electrodes is formed on the main surface of the substrate on which the
The SiO 2 film 16 and the silicon nitride film 13 are removed by, for example, reactive ion etching and plasma etching, respectively. Next, using the resist pattern, for example, AuGe/Ni is deposited as an ohmic metal, lifted off, and the remaining portion is alloyed to form the source electrode 1.
7. Form the drain electrode 18. Next, a resist pattern is formed on the main surface of the substrate with an opening only in the portion corresponding to the gate electrode metal, and etching is performed using an etching method that has a higher etching rate for the silicon nitride film than the SiO 2 film, such as plasma etching or etching. The silicon nitride film 13 is etched using reactive ion etching to expose the surface of the primary ion implantation layer 12. Next, after depositing a metal forming a shot junction with GaAs, unnecessary portions are lifted off together with the resist to form a gate electrode 19 (FIG. 4d).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、この製造方法により得られる自
己整合形MESFETには、ゲート電極19が絶縁
膜16の上にのり上げてしまうという欠点があ
る。すなわち、この構造によれば、ゲート電極と
チヤネル層との間の容量Cgは、第5図に示すよ
うに接合容量Cjと他に、絶縁膜上にのり上げた電
極部分とチヤネル間の浮遊容量Cpが加わつてCg
=Cj+2Cpとなる。Cgの値が大きくなると、前述
したように素子の高周波・高速特性は悪くなり、
GaAs ICの性能を減じることになる。
However, the self-aligned MESFET obtained by this manufacturing method has a drawback in that the gate electrode 19 rises above the insulating film 16. That is, according to this structure, the capacitance C g between the gate electrode and the channel layer is, as shown in FIG. With the addition of stray capacitance Cp, C g
=C j +2Cp. As the value of C g increases, the high-frequency and high-speed characteristics of the element deteriorate, as described above.
This will reduce the performance of the GaAs IC.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

このような問題点を解決するために、本発明
は、ゲート電極の絶縁膜上へののり上げ部分を無
くすもので、その第1の方法はソース・ドレイン
領域を覆う絶縁膜を形成した半導体主表面上にゲ
ート電極材料自体を表面が平坦になるように堆積
させた後で、主表面に平行な方向に対し垂直な方
向のエツチング速度が大きい異方的エツチング法
により当該ゲート電極材料をエツチングするも
の、第2の方法はゲート電極材料上にさらに被膜
を堆積させて表面を平坦にした後、上記異方的エ
ツチングにより当該被膜をエツチングし、その後
残留した被膜をマスクにゲート電極材料をエツチ
ングするもの、さらに第3の方法はゲート電極材
料を堆積させた後、当該主表面をエツチング粒子
の入射方向に対し傾けて、指向性の強い粒子によ
るエツチングを行なうものである。
In order to solve these problems, the present invention eliminates the part of the gate electrode that rises above the insulating film. After depositing the gate electrode material itself on the surface so that the surface is flat, the gate electrode material is etched using an anisotropic etching method in which the etching rate is high in the direction perpendicular to the direction parallel to the main surface. In the second method, a film is further deposited on the gate electrode material to make the surface flat, and then the film is etched by the above-mentioned anisotropic etching, and then the gate electrode material is etched using the remaining film as a mask. A third method is to deposit a gate electrode material, then tilt the main surface with respect to the direction of incidence of etching particles, and perform etching using highly directional particles.

〔作用〕[Effect]

第1および第2の方法では、予め表面を平坦に
形成して異方的エツチングを施すことにより、本
来厚く形成されていた絶縁膜に挾まれたゲート領
域上のみにゲート電極材料を残すことが可能とな
る。また、第3の方法では異方的エツチングのシ
ヤドウ効果により、絶縁膜の陰のゲート領域上の
みにゲート電極材料を残すことができる。
In the first and second methods, by forming the surface flat in advance and performing anisotropic etching, it is possible to leave the gate electrode material only on the gate region sandwiched between the originally thick insulating films. It becomes possible. Furthermore, in the third method, due to the shadow effect of anisotropic etching, the gate electrode material can be left only on the gate region behind the insulating film.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の一実施例を示す工程断面図で
ある。半導体基板としては、例えばSi等の単元素
半導体を用いてもよいが、以下、化合物半導体の
GaAsを用いる例について説明する。もちろん、
他の化合物半導体、例えばInP等を用いることも
できる。
FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention. As the semiconductor substrate, for example, a single element semiconductor such as Si may be used, but below, we will use compound semiconductors.
An example using GaAs will be explained. of course,
Other compound semiconductors such as InP can also be used.

まず、高抵抗GaAs基板31の主表面に、図上
省略したが1.2μm厚のフオトレジストをマスクと
してn形不純物となる、例えばSiを、60keVの加
速電圧、ドーズ量1×1012cm-2でイオン注入し、
1次注入層32を形成する(第1図a)。続いて、
厚さが0.15μmの窒化シリコン膜33をプラズマ
CDV法で全面に堆積させた後、ソース・ドレイ
ン領域となる部分のみ開口した前記3層レジスト
14と同様の構造を有する多層レジスト34を、
反応性イオンエツチング等を用いて形成する。こ
の多層レジスト34をマスクにして、n形不純物
となる、例えばSiを、加速電圧200keV、ドーズ
量4×1013cm-2で高密度イオン注入し、高密度注
入層35を形成する(第1図b)。次いで、多層
レジスト34を搭載した基板主表面を例えばスパ
ツタ堆積法によりSiO2で覆つた後、当該多層レ
ジスト34上のSiO2膜を多層レジスト34とと
もにリフト・オフにより除去することによつて、
多層レジスト34の最下層レジストのパタンを反
転させたパタンを有するSiO2膜36を窒化シリ
コン膜33上に形成する(第1図c)。ここで、
イオン注入層32,35を活性化させるために、
例えば窒素雰囲気中で800℃、20分間の熱処理を
行なう。なお、イオンの熱拡散の少ないレーザア
ニールやフラツシユアニール等を用いることによ
つて活性化処理時の注入イオンの再分布を避ける
手法もある。
First, an n-type impurity, such as Si, is applied to the main surface of a high-resistance GaAs substrate 31 using a 1.2 μm thick photoresist as a mask (not shown in the figure) at an acceleration voltage of 60 keV and a dose of 1×10 12 cm -2 ion implantation with
A primary injection layer 32 is formed (FIG. 1a). continue,
A silicon nitride film 33 with a thickness of 0.15 μm is coated with plasma.
After depositing on the entire surface by CDV method, a multilayer resist 34 having a structure similar to the three-layer resist 14 with openings only in the portions that will become the source/drain regions,
Formed using reactive ion etching or the like. Using this multilayer resist 34 as a mask, high-density ion implantation of, for example, Si as an n-type impurity is performed at an acceleration voltage of 200 keV and a dose of 4×10 13 cm -2 to form a high-density implantation layer 35 (first Figure b). Next, the main surface of the substrate on which the multilayer resist 34 is mounted is covered with SiO 2 by, for example, a sputter deposition method, and then the SiO 2 film on the multilayer resist 34 is removed together with the multilayer resist 34 by lift-off.
An SiO 2 film 36 having a pattern that is an inversion of the pattern of the bottom resist layer of the multilayer resist 34 is formed on the silicon nitride film 33 (FIG. 1c). here,
In order to activate the ion implantation layers 32 and 35,
For example, heat treatment is performed at 800° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. Note that there is also a method of avoiding redistribution of implanted ions during activation processing by using laser annealing, flash annealing, or the like that causes less thermal diffusion of ions.

次に、基板主表面上に、図上省略したがソース
電極およびドレイン電極に対応する部分のみに開
口を持つレジストパタンを形成し、これをマスク
としてSiO2膜36および窒化シリコン膜33を、
それぞれ例えば反応性イオンエツチングおよびプ
ラズマエツチングによつて除去する。続いて当該
レジストパタンを利用して、オーミツク金属とし
て0.13μm層のAuGe/Niを蒸着した後リフト・
オフし、残留部を合理化することによつて、ソー
ス電極37およびドレイン電極38を形成する
(第1図d)。
Next, on the main surface of the substrate, a resist pattern (not shown in the figure) having openings only in the portions corresponding to the source and drain electrodes is formed, and using this as a mask, the SiO 2 film 36 and the silicon nitride film 33 are formed.
Removal by, for example, reactive ion etching and plasma etching, respectively. Next, using the resist pattern, a 0.13μm layer of AuGe/Ni was deposited as an ohmic metal, and then lift and
By turning off and streamlining the remaining parts, a source electrode 37 and a drain electrode 38 are formed (FIG. 1d).

次に、窒化シリコン膜33のうち少なくともゲ
ート領域上を、SiO2膜36をマスクとするプラ
ズマエツチングあるいは反応性イオンエツチング
等によつて除去することにより、1次注入層32
を露出させた後、GaAsとシヨツトキ接合を形成
するゲート電極材料39を基板主表面上に堆積さ
せ表面を平坦にする(第1図e)。このようにゲ
ート電極材料39を、表面が平坦になるように堆
積させるためには、基板主表面に対して垂直な方
向と平行な方向の堆積速度がほぼ等しい、比較的
等方的な堆積法を用いるか、あるいはSiO2膜3
6に挾まれた凹状のゲート領域での堆積速度が他
の平坦領域での堆積速度より大きくなるような堆
積方法を用いる。なお、ゲート電極材料は必ずし
も単層で構成される必要はなく、多層構造であつ
てもよいが、そのような場合には、上述したよう
な堆積法を少なくとも一層の形成に用いることに
より、表面を平坦にすることが可能である。例え
ば、比較的等方的な堆積法を利用する例として
は、CVD法によつてW等の金属やSi−Ge−Bの
アモルフアス半導体を堆積させる方法、スパツタ
法によつてAl、Mo、W等の金属やそのシリサイ
ドを堆積させる方法、あるいはTi/Pt/Au等の
金属を蒸着させた後にメツキ法によつてAu等の
金属を堆積させる方法がある。ただし、このよう
な比較的等方的な堆積法により形成したゲート電
極材料の厚さは、ゲート接合部分の開口長、すな
わち互いに対向するSiO2膜36の間隔の半分よ
り厚くすることによつて、ゲート領域上のゲート
電極材料を平坦化させる。例えば、前記ゲート開
口長が0.5μmの場合、このゲート電極材料の厚さ
は0.25μm以上にすればよい。
Next, at least the gate region of the silicon nitride film 33 is removed by plasma etching or reactive ion etching using the SiO 2 film 36 as a mask, thereby removing the primary implantation layer 32.
After exposing the gate electrode material 39, which forms a shot junction with GaAs, is deposited on the main surface of the substrate to flatten the surface (FIG. 1e). In order to deposit the gate electrode material 39 so that the surface is flat, a relatively isotropic deposition method is used in which the deposition rate in the direction perpendicular and parallel to the main surface of the substrate is approximately equal. or SiO 2 film 3
A deposition method is used in which the deposition rate in the concave gate region sandwiched by the gate electrodes 6 is higher than the deposition rate in the other flat regions. Note that the gate electrode material does not necessarily have to be composed of a single layer and may have a multilayer structure, but in such a case, by using the deposition method described above to form at least one layer, the surface It is possible to make it flat. For example, examples of using relatively isotropic deposition methods include depositing metals such as W and amorphous semiconductors such as Si-Ge-B using the CVD method, and depositing Al, Mo, W, etc. using the sputtering method. There is a method of depositing metals such as or their silicides, or a method of depositing metals such as Ti/Pt/Au and then depositing metals such as Au by a plating method. However, the thickness of the gate electrode material formed by such a relatively isotropic deposition method can be increased by making it thicker than half the opening length of the gate junction portion, that is, the interval between the SiO 2 films 36 facing each other. , planarize the gate electrode material over the gate region. For example, when the gate opening length is 0.5 μm, the thickness of the gate electrode material may be 0.25 μm or more.

また、凹状ゲート領域の堆積速度が平坦領域の
堆積速度より大きくなる堆積法としては、堆積と
堆積膜のエツチングとが同時に進行するバイア
ス・スパツタ法がある。この場合には、前記ゲー
ト開口長の半分以下の膜厚でもゲート領域上のゲ
ート電極材料を平坦化することができる。
Further, as a deposition method in which the deposition rate in the concave gate region is higher than the deposition rate in the flat region, there is a bias sputtering method in which deposition and etching of the deposited film proceed simultaneously. In this case, the gate electrode material on the gate region can be planarized even if the film thickness is less than half the gate opening length.

このようにゲート電極材料を堆積させた後、引
続いて基板主表面に垂直方向のエツチング速度が
平行方向のエツチング速度に対して格段に大きい
異方的エツチング法、例えばイオン・ミリング、
反応性イオンエツチングあるいは反応性イオンビ
ームエツチングによつて、ゲート電極材料を、
SiO2膜36上の厚さに相当する分だけ除去する。
After depositing the gate electrode material in this manner, an anisotropic etching method in which the etching rate in the direction perpendicular to the main surface of the substrate is much higher than the etching rate in the parallel direction, such as ion milling, is used.
The gate electrode material is etched by reactive ion etching or reactive ion beam etching.
An amount corresponding to the thickness on the SiO 2 film 36 is removed.

この結果、1次注入層31上は覆うがSiO2
36上にはのり上げないゲート電極391が自己
整合的に形成される(第1図f)。なお、残留し
たゲート電極材料39のうち不要な部分、例えば
第1図fのオーミツク電極周辺の部分392は、
必要ならば、図上省略したが少なくともゲート領
域上のゲート電極391を覆うレジストパタンを
マスクにしてエツチング除去することが可能であ
る。
As a result, a gate electrode 39 1 that covers the primary injection layer 31 but does not rise above the SiO 2 film 36 is formed in a self-aligned manner (FIG. 1f). Incidentally, an unnecessary portion of the remaining gate electrode material 39, for example, a portion 39 2 around the ohmic electrode in FIG.
If necessary, although not shown in the figure, it is possible to perform etching removal using at least a resist pattern covering the gate electrode 391 on the gate region as a mask.

次に、第2図は、本発明の他の実施例を示す工
程断面図である。ただし、第1図dに相当するソ
ース・ドレイン電極形成までの工程は前述した実
施例の場合と同一であるため、その部分は省略
し、ゲート電極形成工程のみを示す。
Next, FIG. 2 is a process sectional view showing another embodiment of the present invention. However, since the steps up to the formation of the source/drain electrodes corresponding to FIG. 1d are the same as those in the above-described embodiment, that portion will be omitted and only the gate electrode forming steps will be shown.

すなわち、先の実施例と同様にソース・ドレイ
ン電極37,38を形成した後、1次注入層32
を露出させる。次いで、GaAsに対してシヨツト
キ接合を形成するゲート電極材料41として、例
えばAlのような単層金属、あるいはTi(最下
層)/Pt(中間層)/Au(最上層)のような多層
金属を、例えば0.3μm厚さだけ、真空蒸着法によ
つて基板主表面上に堆積させる。引続いてその上
に等方的な堆積法、例えばプラズマCVD法によ
つて、絶縁膜、例えば窒化シリコン膜42を堆積
させ、表面を平坦化させる(第2図a)。ただし、
平坦化されるためには窒化シリコン膜42の厚さ
はゲート接合部分の開口長、すなわち、対向する
SiO2膜36の間隔の半分より厚くする必要があ
る。例えば、ゲート接合部分の開口長が0.5μmの
場合、窒化シリコン膜42の厚さは0.25μm以上
にすればよい。第1図の実施例においてゲート電
極材料39を堆積させる場合と同様に、このよう
な等方的な堆積法の代りにバイアス・スパツタ法
等を利用してもよい。
That is, after forming the source/drain electrodes 37 and 38 in the same manner as in the previous embodiment, the primary injection layer 32 is formed.
expose. Next, as the gate electrode material 41 that forms a shot junction with GaAs, a single layer metal such as Al or a multilayer metal such as Ti (bottom layer)/Pt (middle layer)/Au (top layer) is used. , for example, to a thickness of 0.3 μm, is deposited on the main surface of the substrate by vacuum evaporation. Subsequently, an insulating film, such as a silicon nitride film 42, is deposited thereon by an isotropic deposition method, such as a plasma CVD method, and the surface is planarized (FIG. 2a). however,
In order to be planarized, the thickness of the silicon nitride film 42 must be equal to the opening length of the gate junction portion, that is, the thickness of the silicon nitride film 42 must be
It is necessary to make the thickness thicker than half the distance between the SiO 2 films 36. For example, if the opening length of the gate junction portion is 0.5 μm, the thickness of the silicon nitride film 42 may be 0.25 μm or more. As in the case of depositing the gate electrode material 39 in the embodiment of FIG. 1, a bias sputtering method or the like may be used instead of such an isotropic deposition method.

引続いて、基板主表面に対して垂直方向のエツ
チング速度が平行方向のエツチング速度に対して
格段に大きい異方的エツチング、例えば反応性イ
オンエツチングによつて窒化シリコン膜42を、
SiO2膜36上のゲート電極材料41が露出する
までエツチングすると、SiO2膜上に比べて窒化
シリコン膜42の厚さが厚い、ゲート接合部上の
ゲート電極42、および、SiO2膜36の周辺部
分422のみが残留する(第2図b)。続いて、少
なくともゲート接合部上の窒化シリコン膜42を
覆うレジストパタンを用いてSiO2膜36の周辺
部分に残留する窒化シリコン膜422を、例えば
反応性イオンエツチング、あるいはプラズマエツ
チングによつて除去する。上記レジストを除去し
た後、残留する窒化シリコン膜421をマスクに
して、ゲート接合部以外のゲート電極材料41を
例えばイオンミリングによつてエツチング除去
し、さらに当該窒化シリコン膜421を例えばプ
ラズマエツチングによつて除去することによつ
て、ゲート電極材料41がSiO2膜36上にはの
り上げず、ゲート接合部にのみゲート電極411
を有するMESFET構造を自己整合的に得る(第
2図c)。
Subsequently, the silicon nitride film 42 is etched by anisotropic etching, such as reactive ion etching, in which the etching rate in the direction perpendicular to the main surface of the substrate is much higher than the etching rate in the parallel direction.
When etching is performed until the gate electrode material 41 on the SiO 2 film 36 is exposed, the gate electrode 42 on the gate junction where the silicon nitride film 42 is thicker than on the SiO 2 film and the SiO 2 film 36 are etched. Only the peripheral portion 422 remains (FIG. 2b). Subsequently, using a resist pattern that covers at least the silicon nitride film 42 on the gate junction, the silicon nitride film 42 2 remaining in the peripheral portion of the SiO 2 film 36 is removed by, for example, reactive ion etching or plasma etching. do. After removing the resist, using the remaining silicon nitride film 42 1 as a mask, the gate electrode material 41 other than the gate junction portion is etched away by, for example, ion milling, and the silicon nitride film 42 1 is further etched by, for example, plasma etching. By removing the gate electrode material 41 by , the gate electrode material 41 does not rise on the SiO 2 film 36, and the gate electrode material 41 is removed only at the gate junction.
A self-aligned MESFET structure is obtained (Figure 2c).

第1図の実施例が、ゲート電極材料自体を平坦
に形成したのに対し、本実施例では表面を平坦化
するために別の被膜を用いるため、ゲート電極材
料の選択の幅が広くなる。すなわち、表面が平坦
になるように堆積させるためには、それが可能で
しかもGaAsとシヨツトキー接合を形成するもの
として、使用できる材料および堆積法は自ら制限
されるが、本実施例ではゲート電極材料41それ
自体はそのような厳しい制約を受けずに、単に
GaAsとシヨツトキー接合を形成する電極材料と
して自由に選択でき、かつ最も容易な堆積法を用
いることができる。一方、被膜としては平坦化の
容易な材料を任意に選択することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the gate electrode material itself is formed flat, but in this embodiment, another film is used to flatten the surface, so the range of selection of the gate electrode material is widened. In other words, in order to deposit so that the surface is flat, there are limitations on the materials and deposition methods that can be used as long as it is possible to do so and also form a Schottky junction with GaAs, but in this example, the gate electrode material 41 itself is not subject to such severe constraints, but simply
It can be freely selected as an electrode material to form a Schottky junction with GaAs, and the easiest deposition method can be used. On the other hand, any material that can be easily planarized can be selected for the coating.

第3図は、本発明のさらに他の実施例を示す工
程断面図である。ただし、第1図dに相当するソ
ース・ドレイン電極形成までの工程は先に述べた
第1の実施例の場合と同一であるため省略し、ゲ
ート電極形成工程のみを示す。
FIG. 3 is a process sectional view showing still another embodiment of the present invention. However, since the steps up to the formation of the source/drain electrodes corresponding to FIG. 1d are the same as those of the first embodiment described above, they are omitted, and only the gate electrode forming steps are shown.

すなわち、前述したと同様にソース・ドレイン
電極37,38を形成した後、1次注入層32を
露出させる。続いて、GaAsに対してシヨツトキ
接合を形成するゲート電極材料51、例えばAl
のような単層金属、あるいはTi(最下層)/Pt
(中間層)/Au(最上層)のような多層金属を、
真空蒸着法やスパツタ法によつて基板主表面上に
堆積させる。次に、イオン・ミリングや反応性イ
オンビームエツチング等の一定の方向へ直進する
粒子による指向性の強いエツチング方法を用い
て、SiO2膜36に挾まれたゲート領域上に堆積
したゲート電極材料が入射するエツチング粒子に
対して当該SiO2膜36の陰になるように、基板
主表面をエツチング粒子の入射方向に対して角度
θ傾け(第3図a)、SiO2膜36上に堆積したゲ
ート電極材料が完全に除去されるまでエツチング
する。これにより、ゲート電極材料51のうち、
上記ゲート領域上のみを自己整合的に残留させて
ゲート電極511としたMESFETを得る(第3図
b)。なお、基板主表面の法線方向と入射方向の
角度θは、SiO2膜36に挾まれたゲート領域の
開口長をlg、窒化シリコン膜33の厚さをt3
SiO2膜36の厚さをt6、ゲート電極材料51の厚
さをt1とした場合tanθlg/(t3+t6−t1)を満足
するようにすればよく、例えばlg=0.3μm、t3
0.15μm、t6=0.5μm、t1=0.3μmの場合、θは40
度より大きくすればよい。なお、上記t3+t6の厚
さは、絶縁膜の厚さt0に相当する。
That is, after forming the source/drain electrodes 37 and 38 in the same manner as described above, the primary injection layer 32 is exposed. Next, a gate electrode material 51 that forms a shot junction with GaAs, such as Al, is then applied.
Single layer metal such as or Ti (bottom layer)/Pt
(middle layer)/Au (top layer)
It is deposited on the main surface of the substrate by vacuum evaporation or sputtering. Next, the gate electrode material deposited on the gate region sandwiched by the SiO 2 film 36 is etched using a highly directional etching method using particles moving straight in a fixed direction, such as ion milling or reactive ion beam etching. The main surface of the substrate is tilted at an angle θ with respect to the incident direction of the etching particles so that the SiO 2 film 36 is in the shadow of the incident etching particles (FIG. 3a), and the gate deposited on the SiO 2 film 36 is Etch until the electrode material is completely removed. As a result, out of the gate electrode material 51,
A MESFET with a gate electrode 511 remaining only on the gate region in a self-aligned manner is obtained (FIG. 3b). Note that the angle θ between the normal direction of the main surface of the substrate and the incident direction is determined by l g being the opening length of the gate region sandwiched between the SiO 2 films 36, t 3 being the thickness of the silicon nitride film 33,
When the thickness of the SiO 2 film 36 is t 6 and the thickness of the gate electrode material 51 is t 1 , it is sufficient to satisfy tanθl g /(t 3 +t 6 −t 1 ), for example, l g =0.3. μm, t 3 =
If 0.15μm, t 6 = 0.5μm, t 1 = 0.3μm, θ is 40
It can be made larger than the degree. Note that the thickness t 3 +t 6 above corresponds to the thickness t 0 of the insulating film.

この方法の場合、ゲート電極材料の堆積方法は
別に制限がなく、表面を平坦にするために他の被
膜を形成する必要もない。
In the case of this method, there is no particular restriction on the method of depositing the gate electrode material, and there is no need to form any other film to flatten the surface.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、自己整
合形MESFETにおいて、ゲート電極材料の絶縁
膜上へののり上げ部分を無くすことによつてゲー
ト電極の不要な浮遊容量をなくすことができるか
ら、従来法によるものに比べて高周波・高速動作
の優れたMESFETが得られる。
As explained above, according to the present invention, in a self-aligned MESFET, unnecessary stray capacitance of the gate electrode can be eliminated by eliminating the part of the gate electrode material that is built up on the insulating film. A MESFET with superior high frequency and high speed operation can be obtained compared to conventional methods.

【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工程断面図、
第2図および第3図はそれぞれ本発明の他の実施
例を示す工程断面図、第4図および第5図は従来
の製造方法を示す工程断面図およびその欠点を説
明するための要部断面図である。 31……高抵抗GaAs基板、32……1次注入
層(能動層)、33,42,421……窒化シリコ
ン膜、34……多層レジスト、35……高密度イ
オン注入層、36……SiO2膜、37……ソース
電極、38……ドレイン電極、39,41,51
……ゲート電極材料、391,411,511……
ゲート電極。
FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention;
2 and 3 are process cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are process cross-sectional views showing a conventional manufacturing method and cross-sections of essential parts for explaining the drawbacks thereof. It is a diagram. 31... High resistance GaAs substrate, 32... Primary implantation layer (active layer), 33, 42, 42 1 ... Silicon nitride film, 34... Multilayer resist, 35... High density ion implantation layer, 36... SiO 2 film, 37... Source electrode, 38... Drain electrode, 39, 41, 51
... Gate electrode material, 39 1 , 41 1 , 51 1 ...
gate electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板の主表面を含む一部領域に形成し
た半導体能動層のソース・ドレイン形成領域に開
口を有する少なくとも1層のフオトレジストを含
む1層以上の膜から構成されたレジストマスクを
形成する工程と、このレジストマスクを用いてイ
オン注入を行なうことにより高密度イオン注入層
を形成する工程と、当該レジストマスクを搭載し
た半導体基板上に絶縁膜を形成した後この絶縁膜
のうち前記高密度イオン注入層に対向する部分の
みを残して他は前記レジストマスクとともに除去
する工程と、イオン注入層を活性化させる熱処理
工程と、前記高密度イオン注入層の一部にソース
およびドレイン電極を、また前記半導体能動層上
の前記絶縁膜に挟まれた領域にゲート電極を形成
する工程とを含み、ゲート電極の形成工程は、半
導体主表面にゲート電極材料を堆積させる工程
と、その上に表面が平坦になるように被膜を堆積
させる工程と、当該主表面に平行な方向に対して
垂直な方向のエツチング速度が大きい異方的エツ
チング方法で、前記被膜のゲート電極が形成され
る凹領域を平坦化させるエツチングを行い、前記
絶縁膜に挟まれたゲート領域上のみに当該被膜を
残す工程と、この残留した被膜をマスクとしてゲ
ート電極材料をエツチングして前記ゲート領域上
のみに当該ゲート電極材料を残す工程とを含むこ
とを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
法。 2 半導体基板の主表面を含む一部領域に形成し
た半導体能動層のソース・ドレイン形成領域に開
口を有する少なくとも1層のフオトレジストを含
む1層以上の膜から構成されたレジストマスクを
形成する工程と、このレジストマスクを用いてイ
オン注入を行なうことにより高密度イオン注入層
を形成する工程と、当該レジストマスクを搭載し
た半導体基板上に絶縁膜を形成した後この絶縁膜
のうち前記高密度イオン注入層に対向する部分の
みを残して他は前記レジストマスクとともに除去
する工程と、イオン注入層を活性化させる熱処理
工程と、前記高密度イオン注入層の一部にソース
およびドレイン電極を、また前記半導体能動層上
の前記絶縁膜に挟まれた領域にゲート電極を形成
する工程とを含み、ゲート電極の形成工程は、半
導体主表面にゲート電極材料を堆積させる工程
と、直進する粒子による指向性の強いエツチング
方法でかつ基板主表面をエツチング粒子の入射方
向に対して傾けて前記ゲート電極材料をエツチン
グして前記絶縁膜に挟まれたゲート領域上のみに
当該ゲート電極材料を残す工程とを含み、前記基
板主表面をエツチング粒子の入射方向に対して傾
けた角度をθ、前記絶縁膜に挟まれたゲート領域
の開口長をlg、前記絶縁膜の厚さをt0、前記ゲー
ト電極の厚さをt1とした場合、 tanθ≧lg/(t0−t1) の関係となることを特徴とする電界効果トランジ
スタの製造方法。
[Scope of Claims] 1. Consisting of one or more layers including at least one layer of photoresist having openings in source/drain formation regions of a semiconductor active layer formed in a partial region including the main surface of a semiconductor substrate. A step of forming a resist mask, a step of forming a high-density ion implantation layer by performing ion implantation using this resist mask, and a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate on which the resist mask is mounted, and then removing this insulating film. A step of leaving only the portion facing the high-density ion-implanted layer and removing the rest along with the resist mask, a heat treatment step of activating the ion-implanted layer, and a source and a part of the high-density ion-implanted layer. forming a drain electrode and a gate electrode in a region sandwiched between the insulating films on the semiconductor active layer; the step of forming the gate electrode includes the step of depositing a gate electrode material on the main surface of the semiconductor; A gate electrode of the film is formed by depositing a film thereon so that the surface is flat, and an anisotropic etching method in which the etching rate is high in the direction perpendicular to the direction parallel to the main surface. etching is performed to planarize the concave region, leaving the film only on the gate region sandwiched between the insulating films; and etching the gate electrode material using the remaining film as a mask, leaving the film only on the gate region. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of leaving the gate electrode material. 2. Forming a resist mask composed of one or more layers including at least one layer of photoresist having openings in the source/drain formation regions of the semiconductor active layer formed in a partial region including the main surface of the semiconductor substrate. , a step of forming a high-density ion implantation layer by performing ion implantation using this resist mask, and a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate on which the resist mask is mounted, and then implanting the high-density ions in this insulating film. a step of leaving only a portion facing the implanted layer and removing the rest along with the resist mask; a heat treatment step of activating the ion implanted layer; forming a gate electrode in a region sandwiched between the insulating films on the semiconductor active layer; the step of forming the gate electrode includes a step of depositing gate electrode material on the main surface of the semiconductor; etching the gate electrode material using a strong etching method and tilting the main surface of the substrate with respect to the direction of incidence of etching particles, leaving the gate electrode material only on the gate region sandwiched between the insulating films; , θ is the angle at which the main surface of the substrate is inclined with respect to the direction of incidence of etching particles, lg is the opening length of the gate region sandwiched between the insulating films, t 0 is the thickness of the insulating film, and is the thickness of the gate electrode. A method for manufacturing a field effect transistor, characterized in that the relationship tanθ≧lg/(t 0 −t 1 ) is satisfied, where the length is t 1 .
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57103364A (en) * 1980-12-18 1982-06-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Preparation of field-effect trasistor
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JPS58130575A (en) * 1982-01-29 1983-08-04 Hitachi Ltd Manufacture of field effect transistor

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