JPH04286130A - Algaas/gaas heterojunction transistor - Google Patents

Algaas/gaas heterojunction transistor

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JPH04286130A
JPH04286130A JP3073703A JP7370391A JPH04286130A JP H04286130 A JPH04286130 A JP H04286130A JP 3073703 A JP3073703 A JP 3073703A JP 7370391 A JP7370391 A JP 7370391A JP H04286130 A JPH04286130 A JP H04286130A
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JP
Japan
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layer
algaas
gaas
transistor
etching
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Application number
JP3073703A
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Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Miyamoto
広信 宮本
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor having a stopper layer for automatically stopping etching without using fluorocarbon gas. CONSTITUTION:At least one or more semiconductor layers 5 containing In are provided in GaAs layers 4, 5 present in an AlGaAs layer or on the AlGaAs layer. High selectivity of dry etching is obtained without using fluorocarbon gas, and a transistor structure having excellent controllability for a threshold value voltage is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、AlGaAs/GaA
sヘテロ接合トランジスタに関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to AlGaAs/GaA
s-heterojunction transistor.

【0002】0002

【従来の技術】これまでGaAs半導体結晶のAlGa
As半導体結晶に対する選択ドライエッチング技術は、
彦坂らによってジャパンジャーナル・オブ・アプライド
フィジックスレターズ第20巻,1981年,第847
頁(Japan.J.  Appl.  Phys. 
 20  L847(1981))に報告されているよ
うにAlGaAs/GaAsヘテロ接合トランジスタの
しきい値電圧制御に用いられた。これは、AlGaAs
層の上層に成長するGaAs層中に2nmのAlGaA
s層を挿入し、この挿入層によりドライエッチングを自
動的に停止させる。この方法により、トランジスタのし
きい値電圧を決定するゲート電極と活性層までの距離を
均一性,再現性良く形成できる。
[Prior Art] Until now, GaAs semiconductor crystal AlGa
Selective dry etching technology for As semiconductor crystals is
Japan Journal of Applied Physics Letters Vol. 20, 1981, No. 847 by Hikosaka et al.
Page (Japan. J. Appl. Phys.
20 L847 (1981)), it was used to control the threshold voltage of an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor. This is AlGaAs
2 nm of AlGaA in the GaAs layer grown on top of the layer.
An S layer is inserted and the dry etching is automatically stopped by this inserted layer. By this method, the distance between the gate electrode and the active layer, which determines the threshold voltage of the transistor, can be formed with good uniformity and reproducibility.

【0003】選択ドライエッチングは、エッチングガス
によって半導体結晶表面上に形成される反応生成物の蒸
発の容易さが物質によって異なることを利用している。 すなわちアルミニウム(Al)の弗化物(AlFX)が
ガリウム(Ga)の弗化物(AlFX)に対して非常に
蒸発しにくいことを利用している。エッチングガスとし
ては彦坂らによってジャパンジャーナル・オブ・アプラ
イドフィジックスレターズ第20巻,1981年,第8
47頁(Japan.J.  Appl.  Phys
.  20  L847(1981))に報告されてい
るように、塩素と弗素原子を含むフロン12(CCl2
F2)ガスがこれまで多く用いられてきた。
Selective dry etching utilizes the fact that the ease of evaporation of reaction products formed on the surface of a semiconductor crystal by an etching gas differs depending on the material. That is, it utilizes the fact that aluminum (Al) fluoride (AlFX) is much less likely to evaporate than gallium (Ga) fluoride (AlFX). As an etching gas, Hikosaka et al., Japan Journal of Applied Physics Letters Vol. 20, 1981, No. 8
47 pages (Japan. J. Appl. Phys.
.. 20 L847 (1981)), Freon-12 (CCl2) containing chlorine and fluorine atoms
F2) gas has been widely used so far.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フロン
12(CCl2F2)ガスは、選択エッチングが行える
条件と塩化炭素系(CClx)のプラズマ重合膜が形成
される条件が近いため再現性よくエッチングを行うには
エッチング装置管理を厳重にする必要があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, with Freon-12 (CCl2F2) gas, the conditions for selective etching are close to the conditions for forming a carbon chloride-based (CClx) plasma polymerized film, so it is difficult to perform etching with good reproducibility. necessitated strict management of the etching equipment.

【0005】また加工損傷を小さくするため自己バイパ
ス電圧を下げようとすると、プラズマ重合膜が形成され
低損傷加工を行うにも限界があった。
Furthermore, when attempting to lower the self-bypass voltage in order to reduce machining damage, a plasma polymerized film is formed, which limits the ability to perform low-damage machining.

【0006】さらにフロンガスはオゾン層を破壊するこ
とが問題となり地球環境保護のため使用ないことが取り
決められ、選択ドライエッチング用代替ガスが必要とさ
れている。
Furthermore, there is a problem that fluorocarbon gas destroys the ozone layer, and it has been decided not to use it in order to protect the global environment, and an alternative gas for selective dry etching is needed.

【0007】本発明の目的は、フロンガスを用いずかつ
自動的にエッチングが停止するストッパー層を有するA
lGaAs/GaAsヘテロ接合トランジスタを提供す
ることにある。
[0007] The object of the present invention is to provide an A material having a stopper layer that automatically stops etching without using fluorocarbon gas.
An object of the present invention is to provide a GaAs/GaAs heterojunction transistor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、AlGaAs
/GaAsヘテロ接合トランジスタにおいて、AlGa
As層中あるいはAlGaAs層上層に存在するGaA
s層中にInを含む半導体層が少なくとも一層以上存在
することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides AlGaAs
/GaAs heterojunction transistor, AlGa
GaA present in the As layer or above the AlGaAs layer
The s-layer is characterized by the presence of at least one semiconductor layer containing In.

【0009】[0009]

【作用】従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合トラ
ンジスタは、AlGaAsとGaAsの選択ドライエッ
チングをフロン12(CCl2 F2)ガスを用いて行
った。そのため、プラズマ重合膜が形成されやすく、エ
ッチング条件の管理が困難であった。また低加工損傷化
にも限界があった。さらにオゾン層を破壊するフロンガ
スは、使用が規制されている。
[Operation] In the conventional AlGaAs/GaAs heterojunction transistor, selective dry etching of AlGaAs and GaAs was performed using Freon 12 (CCl2 F2) gas. Therefore, a plasma polymerized film is likely to be formed, making it difficult to control etching conditions. There was also a limit to reducing machining damage. Furthermore, the use of chlorofluorocarbon gas, which depletes the ozone layer, is regulated.

【0010】本発明によれば、塩素(Cl2 )ガスに
よるドライエッチングでは、GaAsとAlGaAsは
等速度でエッチングされるが、インジウム(In)を含
む半導体層、例えばInGaAs層,AlInGaAs
層は塩素(Cl2 )ガスではエッチングされず、選択
エッチングができる。このInを含む半導体層を利用し
て、フロンガスを使用せず選択ドライエッチングができ
るAlGaAs/GaAsヘテロ接合トランジスタが得
られる。
According to the present invention, in dry etching using chlorine (Cl2) gas, GaAs and AlGaAs are etched at the same rate, but semiconductor layers containing indium (In), such as InGaAs layers and AlInGaAs layers, are etched at the same rate.
The layer is not etched by chlorine (Cl2) gas and can be selectively etched. Utilizing this In-containing semiconductor layer, an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor that can be selectively dry etched without using fluorocarbon gas can be obtained.

【0011】[0011]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Embodiments Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0012】実施例1 図1に本発明のAlGaAs/GaAsヘテロ接合トラ
ンジスタ構造を示す。このトランジスタ構造は、高抵抗
GaAs基板1上にノンドープGaAsバファー層2を
0.5μm成長し、SiドープAlGaAs層3(Si
  2×1018cm−3  3nm)、SiドープG
aAs層4(Si  2×1018cm−3  10n
m、Inを含む半導体層5としてIn0.15Ga0.
85As層(Si  2×1018cm−3  2nm
)、SiドープGaAs層6(Si  2×1018c
m−3  60nm)成長した構造である。
Example 1 FIG. 1 shows an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor structure of the present invention. This transistor structure consists of a non-doped GaAs buffer layer 2 grown to a thickness of 0.5 μm on a high-resistance GaAs substrate 1, and a Si-doped AlGaAs layer 3 (Si
2×1018cm-3 3nm), Si-doped G
aAs layer 4 (Si 2×1018cm-3 10n
The semiconductor layer 5 containing In0.15Ga0.
85As layer (Si 2×1018cm-3 2nm
), Si-doped GaAs layer 6 (Si 2×1018c
m-3 60 nm) is the grown structure.

【0013】ドライエッチングの実験は、図2に示す、
電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用してプラズマ
を発生するECRドライエッチング装置を用いて行った
。エッチングガスは塩素(Cl2)ガスを用い、反応性
ガス導入口17より導入した。全流量は34sccmと
した。この時のプラズマ室18のガス圧力は、7×10
−4Torrであった。プラズマは、2.45GHzの
周波数を持つマイクロ波19を電力にして300W入射
した。試料10は、ECRポジションに置き、試料20
にRFバイアス電源21により周波数13.56MHz
,50Wの電力をを加え、試料20に入射するイオンの
エネルギーを制御した。ここで12はガス排気口、23
はECR放電用に用いる磁場用コイルである。
The dry etching experiment is shown in FIG.
This was carried out using an ECR dry etching device that generates plasma using electron cyclotron resonance (ECR). Chlorine (Cl2) gas was used as the etching gas, and was introduced from the reactive gas inlet 17. The total flow rate was 34 sccm. The gas pressure in the plasma chamber 18 at this time is 7×10
-4 Torr. The plasma was incident with 300 W of power from a microwave 19 having a frequency of 2.45 GHz. Sample 10 is placed in the ECR position, and sample 20 is placed in the ECR position.
The frequency is 13.56MHz by the RF bias power supply 21.
, 50 W was applied to control the energy of ions incident on the sample 20. Here, 12 is a gas exhaust port, 23
is a magnetic field coil used for ECR discharge.

【0014】図3に、GaInAsとAlGaInAs
のIn組成比に対するエッチング速度を示す。塩素ガス
のみではGaAsとAlGaAsは等速度でエッチング
され選択比は1である。In組成を高くしていくと、エ
ッチング速度は1/100以下まで低下する。
FIG. 3 shows GaInAs and AlGaInAs.
The etching rate with respect to the In composition ratio is shown. With only chlorine gas, GaAs and AlGaAs are etched at the same rate, and the selection ratio is 1. As the In composition increases, the etching rate decreases to 1/100 or less.

【0015】トランジスタの製作は、従来のリセス構造
電界効果トランジスタの製造方法と同様の方法による。 その製造工程図を、図4(a)〜(c)に示す。まず図
4(a)に示すように、オーミック電極7を形成する。 次に図4(b)に示すように、レジスト8をマスクに塩
素ガスを用いたドライエッチングを行う。このときエッ
チングは、Inを含む半導体5、ここではIn0.15
Ga0.85As層(Si  2×1018cm−3 
2nm)で自動的に停止する。その後、ゲート電極9と
してAl金属を蒸着し、リフトオフしゲート電極を形成
しトランジスタを製作した。
The transistor is manufactured by a method similar to that of a conventional recess structure field effect transistor. The manufacturing process diagrams are shown in FIGS. 4(a) to 4(c). First, as shown in FIG. 4(a), an ohmic electrode 7 is formed. Next, as shown in FIG. 4B, dry etching is performed using chlorine gas using the resist 8 as a mask. At this time, the etching is performed on the semiconductor 5 containing In, here In0.15
Ga0.85As layer (Si 2×1018cm-3
2nm). Thereafter, Al metal was deposited as a gate electrode 9, and lifted off to form a gate electrode to fabricate a transistor.

【0016】製作したトランジスタのしきい値電圧は、
−1.5V、バラツキσvtは20mVというように、
選択ドライエッチングしても従来と同等の物が得られた
The threshold voltage of the manufactured transistor is
-1.5V, variation σvt is 20mV, etc.
Even with selective dry etching, a product equivalent to the conventional one was obtained.

【0017】実施例2 図5に本発明のデジタル集積回路用AlGaAs/Ga
Asヘテロ接合トランジスタの構造を示す。このトラン
ジスタ構造は、高抵抗GaAs基板1上にノンドープG
aAsバファー層2を0.6μm成長し、SiドープA
lGaAs層3(Si  2×1018cm−3  3
0nm)、ノンドープIn0.15Al0.85As層
52nm)、SiドープGaAs層4(Si  2×1
018cm−3  20nm)、ノンドープIn0.1
5Ga0.85As層5(2nm)、SiドープGaA
s層6(Si2×1018cm−3  50nm)を成
長した構造であり、Inを含む半導体層が2層存在して
いる。
Example 2 FIG. 5 shows AlGaAs/Ga for digital integrated circuits of the present invention.
The structure of an As heterojunction transistor is shown. This transistor structure has non-doped G on a high resistance GaAs substrate 1.
The aAs buffer layer 2 is grown to a thickness of 0.6 μm, and the Si-doped A
lGaAs layer 3 (Si 2 x 1018 cm-3 3
0 nm), non-doped In0.15Al0.85As layer 52 nm), Si-doped GaAs layer 4 (Si 2×1
018cm-3 20nm), non-doped In0.1
5Ga0.85As layer 5 (2 nm), Si-doped GaA
This is a structure in which an s-layer 6 (Si2×10 18 cm −3 50 nm) is grown, and there are two semiconductor layers containing In.

【0018】トランジスタの製作は、従来のリセス構造
電界効果トランジスタの製造方法と同様の方法による。 図6(a)〜(d)に、その製造工程図を示す。まず図
6(a)に示すようにオーミック電極7を形成する。次
に図6(b)に示すように、レジスト8をマスク7にエ
ンハンスメント型になるべきトランジスタゲート部を塩
素ガスを用いたドライエッチングを行う。このときエッ
チングは、Inを含む半導体層5、ここではIn0.1
5Ga0.85As層(Si  2×1018cm−3
  2nm)で自動的に停止する。その後、一旦ウェッ
トエッチングにより、Inを含む半導体層5、ここでは
In0.15Ga0.85As層(Si  2×101
8cm−3  2nm)を除去する。次に、デプレッシ
ョン型トランジスタのゲート部のレジストを開口し、再
び塩素ガスを用いたドライエッチングを行う。これによ
りエンハンスメント型トランジスタゲート開口部は、2
層目のInを含む半導体層5、ここではノンドープIn
0.15Al0.85As層(2nm)までエッチング
され自動的に停止する。またデプレッション型トランジ
スタゲート開口部は、1層面のInを含む半導体層5ま
でエッチングされ、自動的に停止する。その後、Al金
属を蒸着し、リフトオフしゲート電極9を形成しトラン
ジスタを製作した。
The transistor is manufactured by a method similar to that of a conventional recess structure field effect transistor. FIGS. 6(a) to 6(d) show diagrams of the manufacturing process. First, as shown in FIG. 6(a), an ohmic electrode 7 is formed. Next, as shown in FIG. 6B, using the resist 8 as a mask 7, dry etching is performed using chlorine gas on the gate portion of the transistor to be an enhancement type transistor. At this time, the etching is performed on the semiconductor layer 5 containing In, here In0.1
5Ga0.85As layer (Si 2×1018cm-3
2nm). Thereafter, by wet etching, a semiconductor layer 5 containing In, here an In0.15Ga0.85As layer (Si2×101
8cm-3 2nm). Next, the resist at the gate portion of the depression type transistor is opened, and dry etching using chlorine gas is performed again. As a result, the enhancement type transistor gate opening is 2
Semiconductor layer 5 containing In, here non-doped In
Etching is completed to the 0.15Al0.85As layer (2 nm) and then automatically stopped. Further, the depletion type transistor gate opening is etched up to one layer of the semiconductor layer 5 containing In, and is automatically stopped. Thereafter, Al metal was deposited and lifted off to form a gate electrode 9 and a transistor was manufactured.

【0019】このときエンハンスメント型トランジスタ
のしきい値電圧は Vt=0.13V,  σvt=20mVデプレッショ
ン型トランジスタのしきい値電圧はVt=−0.50V
,  σvt=74mVであった。
At this time, the threshold voltage of the enhancement type transistor is Vt=0.13V, σvt=20mV, and the threshold voltage of the depletion type transistor is Vt=-0.50V.
, σvt=74mV.

【0020】またここではECRドライエッチング装置
を用いたが、塩素(Cl2)ガスを用いることにより、
従来のマグネトロン・エンハンスメント・リアクチィブ
・エッチング(MERIE)装置においても、低い自己
バイアス電圧(10V)でプラズマ重合膜が発生せず選
択エッチングが可能となり、加工損傷も低減できた。
Although an ECR dry etching apparatus was used here, by using chlorine (Cl2) gas,
Even with a conventional magnetron enhancement reactive etching (MERIE) device, selective etching was possible without generating a plasma polymerized film at a low self-bias voltage (10V), and processing damage was also reduced.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ロンガスを使用せずに高選択性が得られしきい値電圧の
制御性のよいトランジスタ構造が得られる。
As described above, according to the present invention, a transistor structure with high selectivity and good controllability of threshold voltage can be obtained without using fluorocarbon gas.

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

【図1】第1実施例のAlGaAs/GaAsヘテロ接
合トランジスタの構造図である。
FIG. 1 is a structural diagram of an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor of a first embodiment.

【図2】ECRドライエッチング装置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an ECR dry etching apparatus.

【図3】GaInAsとAlGaInAsのエッチング
速度のIn組成比依存性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the In composition ratio dependence of the etching rate of GaInAs and AlGaInAs.

【図4】第1の実施例のAlGaAs/GaAsヘテロ
接合トランジスタの製造工程図である。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the AlGaAs/GaAs heterojunction transistor of the first example.

【図5】第2の実施例であるデジタル集積回路用AlG
aAs/GaAsヘテロ接合トランジスタの構造図であ
る。
[Fig. 5] AlG for digital integrated circuits, which is a second embodiment
FIG. 2 is a structural diagram of an aAs/GaAs heterojunction transistor.

【図6】第2の実施例のAlGaAs/GaAsヘテロ
接合トランジスタの構造工程図である。
FIG. 6 is a structural process diagram of an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor of a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  高抵抗GaAs基板 2  GaAsバファー層 3  AlGaAs 4  GaAs層 5  Inを含む半導体層 6  GaAs層 7  オーミック電極 8  レジスト 9  ゲート電極 17  反応性ガス導入口 18  プラズマ室 19  マイクロ波 20  試料 21  RFバイアス電源 22  排気口 23  磁場用コイル 1 High resistance GaAs substrate 2 GaAs buffer layer 3 AlGaAs 4 GaAs layer 5 Semiconductor layer containing In 6 GaAs layer 7 Ohmic electrode 8 Resist 9 Gate electrode 17 Reactive gas inlet 18 Plasma chamber 19 Microwave 20 Sample 21 RF bias power supply 22 Exhaust port 23 Magnetic field coil

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】AlGaAs/GaAsヘテロ接合トラン
ジスタにおいて、AlGaAs層中あるいはAlGaA
s層上層に存在するGaAs層中にInを含む半導体層
が少なくとも一層以上存在することを特徴とするAlG
aAs/GaAsヘテロ接合トランジスタ。
Claim 1: In an AlGaAs/GaAs heterojunction transistor, an AlGaAs layer or an AlGaAs
AlG characterized in that at least one semiconductor layer containing In is present in the GaAs layer present above the s-layer.
aAs/GaAs heterojunction transistor.
JP3073703A 1991-03-14 1991-03-14 Algaas/gaas heterojunction transistor Pending JPH04286130A (en)

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