JPH0461352A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH0461352A
JPH0461352A JP17209890A JP17209890A JPH0461352A JP H0461352 A JPH0461352 A JP H0461352A JP 17209890 A JP17209890 A JP 17209890A JP 17209890 A JP17209890 A JP 17209890A JP H0461352 A JPH0461352 A JP H0461352A
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JP
Japan
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active layer
gate
forming
semiconductor substrate
temporary gate
Prior art date
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Application number
JP17209890A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoru Takasugi
知 高杉
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form a self-alignment structure in which a short-channel effect is suppressed and a source resistance is simultaneously reduced by epitaxially growing a highly active layer on a semiconductor substrate with a temporary gate as a mask. CONSTITUTION:A resist pattern 12 is formed on a semiconductor substrate 10, an active layer 14 is formed by ion implanting, the pattern is removed, Si ions are implanted deeper than the layer 14 with a resist pattern 16 to form an active layer 18, the resist pattern is removed, a resist pattern 20 is then formed on the entire substrate, and a temporary gate 21 is formed by reactive ion etching. An insulating film 30 is formed on a region except the active layer by an ECR plasma CVD, with the gate 21 and the film 30 as masks an N<+>-type GaAs layer is selectively epitaxially grown as an active layer 22, thereby alleviating source and drain resistances. Then, the gate 21 is etched to form a space between the layer 22 and the gate 21.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電界効果トランジスタ(以下FETという)の
製造方法、特にセルファライン型MESFETを製造す
る方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor (hereinafter referred to as FET), and particularly to a method for manufacturing a self-lined MESFET.

[従来の技術] 従来より、GaAs等の化合物半導体を用いたショット
キ接合型FET、いわゆるMESFETの開発が行われ
ている。このME S F ETはその構造及び製造工
程が簡単なためゲートの微細化に適しており、ゲート長
が短いほど高い周波数での動作が可能となるため高周波
特性の優れた素子や高速動作の集積回路に広く用いられ
ている。
[Prior Art] Schottky junction FETs, so-called MESFETs, using compound semiconductors such as GaAs have been developed. This MESFET has a simple structure and manufacturing process, making it suitable for miniaturizing the gate.The shorter the gate length, the higher the frequency of operation possible, making it ideal for integrating elements with excellent high-frequency characteristics and high-speed operation. Widely used in circuits.

しかしながら、単にゲート長を短縮するのみではゲート
の電気抵抗が増大してしまい、逆に高速動作を妨げ、ま
た雑音特性を劣化させる結果となる。そこで、半導体の
能動層と接触する下部は細く、逆に上部は太くなるよう
な断面形状丁字形あるいはマツシュルーム形のゲートを
形成し、ゲート抵抗を低減する方法が考えられている。
However, simply shortening the gate length increases the electrical resistance of the gate, which on the contrary impedes high-speed operation and deteriorates noise characteristics. Therefore, a method has been considered to reduce the gate resistance by forming a gate with a T-shaped or mushroom-shaped cross section, with the lower part in contact with the active layer of the semiconductor being thinner and the upper part being thicker.

一方、FETの高速化を実現するには、このようなゲー
トの微細化のみならずソース抵抗の低減も重要な課題と
なっている。このため、ソース・ドレイン領域の能動層
がゲート下の能動層より深くかつ不純物濃度も高くなる
ように形成された構造が一般に用いられている。
On the other hand, in order to increase the speed of FETs, it is important to not only miniaturize the gate but also reduce the source resistance. For this reason, a structure is generally used in which the active layer in the source/drain region is formed deeper and has a higher impurity concentration than the active layer under the gate.

このようなソース・ドレイン領域の高濃度層はソース・
ドレイン電極直下のみではなく、ゲートのソース側及び
ドレイン側の端まで延びていることが望ましい。
Such a high concentration layer in the source/drain region is
It is desirable that it extends not only directly below the drain electrode but also to the ends of the source and drain sides of the gate.

しかしながらこの場合、このソース・ドレイン領域の能
動層(高濃度層)とゲートとの位置ずれが前述のゲート
の微細化に伴って問題となる。このため、ソース・ドレ
イン領域とゲートとが自己整合的に構成されたセルファ
ライン型MESFETが広く用いられている。
However, in this case, misalignment between the active layer (high concentration layer) of the source/drain region and the gate becomes a problem as the gate becomes finer as described above. For this reason, self-lined MESFETs in which source/drain regions and gates are configured in a self-aligned manner are widely used.

このようなセルファライン型ME S F ETは、耐
熱ゲートをマスクとして高濃度層のイオン注入を行い、
耐熱ゲートをそのままにしてイオン注入層を電気的に活
性化するための熱処理を行う方法や、仮ゲートを形成し
この仮ゲートをマスクとして高濃度層イオン注入を行っ
た後、その仮ゲートまたは仮ゲートの反転パターンを半
導体基板上に残したまま熱処理を行い、仮ゲートが存在
した位置にゲートを形成する方法により製造される。
Such self-line type ME SFET performs ion implantation of a high concentration layer using a heat-resistant gate as a mask.
There is a method of performing heat treatment to electrically activate the ion-implanted layer while leaving the heat-resistant gate as it is, or a method of forming a temporary gate and performing ion implantation of a high concentration layer using this temporary gate as a mask, and then implanting the temporary gate or the temporary gate. It is manufactured by a method in which heat treatment is performed while the inverted pattern of the gate remains on the semiconductor substrate, and a gate is formed at the position where the temporary gate existed.

また、イオン注入によるセルファライン型でかつ断面形
状が丁字形のゲートをもつFETを仮ゲートを用いた簡
易な工程で作成する方法も用いられている(特願平1−
120989号)。
In addition, a method of fabricating a self-line type FET with a gate with a T-shaped cross section by ion implantation using a simple process using a temporary gate is also used (Japanese Patent Application No.
No. 120989).

しかしながら、このようにゲート長を短縮化していくと
閾値電圧の負側へのずれ、相互コンダクタンスの低下等
のいわゆる短チャンネル効果と呼ばれる現象が現れる。
However, as the gate length is shortened in this way, phenomena called short channel effects, such as a shift of the threshold voltage to the negative side and a decrease in mutual conductance, occur.

G a A s M E S F E Tの場合、これ
はゲート下の能動層下の半絶縁性GaAs中を電流が流
れるためと考えられている。
In the case of GaAsMESFET, this is thought to be due to the current flowing through the semi-insulating GaAs under the active layer under the gate.

この電流の低減には前記ソース・ドレイン領域の高濃度
層の厚さを薄くすることが有効であることが知られてい
る。しかし、上記高濃度層の薄層化は電気抵抗の増大を
招き、その結果ソース抵抗が増大し、相互コンダクタン
スが低下する。
It is known that reducing the thickness of the highly doped layer in the source/drain region is effective in reducing this current. However, the thinning of the high concentration layer causes an increase in electrical resistance, resulting in an increase in source resistance and a decrease in mutual conductance.

そこで、この高濃度層とゲートとの間に一定の距離を置
き、ゲートと上記高濃度層の間にゲート下の能動層と上
記ソース・ドレイン領域の高濃度層の中間の厚さをもつ
第2の高濃度層を設けたいわゆるLDD構造のMESF
ETが用いられている。しかし、この第2の高濃度層の
薄層化にも上記と同様の理由で限界がある。
Therefore, a certain distance is placed between this high concentration layer and the gate, and a layer having a thickness intermediate between the active layer under the gate and the high concentration layer in the source/drain region is placed between the gate and the high concentration layer. MESF with a so-called LDD structure with two high concentration layers
ET is used. However, there is a limit to how thin the second high concentration layer can be made for the same reason as above.

このソース・ドレイン領域の高濃度層薄層化による短チ
ヤンネル効果抑制とソース抵抗の低減という相反する要
求を同時に満たす構造として、上記高濃度層をイオン注
入を用いてゲート下の能動層より深く形成するのではな
く、上記能動層上にエピタキシャル成長させる形のセル
ファライン型ME S F ETが提案され、試作され
ている。
In order to create a structure that simultaneously satisfies the conflicting demands of suppressing the short channel effect and reducing source resistance by thinning the highly doped layer in the source/drain region, the highly doped layer is formed deeper than the active layer under the gate using ion implantation. Instead, a self-line type MESFET has been proposed and prototyped that is epitaxially grown on the active layer.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記エピタキシャル成長は耐熱ゲートを
マスクとした選択エピタキシャル成長を用いており、ゲ
ート長の短縮に伴ってゲート抵抗の増大が高周波での動
作や雑音特性を劣化させるという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the epitaxial growth described above uses selective epitaxial growth using a heat-resistant gate as a mask, and as the gate length is shortened, the gate resistance increases, which deteriorates high-frequency operation and noise characteristics. There was a problem.

本発明は上記従来のFETの製造方法に鑑みなされたも
のであり、高濃度層を選択エピタキシャル成長を用いて
形成することにより短チャンネル効果の抑制とソース抵
抗の低減を同時に実現すると共に、上記選択エピタキシ
ャル成長のマスクとして耐熱ゲートではなく仮ゲートを
用いることによりゲートに低抵抗の金属を用いることが
でき、またその断面形状を丁字形またはマツシュルーム
形にすることによりさらにゲート抵抗を低減することが
可能な高周波特性に優れたFETの製造方法を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the conventional FET manufacturing method described above, and by forming a highly doped layer using selective epitaxial growth, it is possible to simultaneously suppress the short channel effect and reduce the source resistance. By using a temporary gate instead of a heat-resistant gate as a mask for the high-frequency An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an FET with excellent characteristics.

[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、請求項(1)に係るFET
の製造方法は、半導体基板の所定領域に所定導電型の第
1の能動層を形成する第1工程と、この第1の能動層上
に仮ゲートを形成する第2工程と、この仮ゲートをマス
クとして前記半導体基板上に高濃度の不純物を含む第2
の能動層を選択エピタキシャル成長させる第3工程と、
前記仮ゲートを導電材料と置換することによりゲート電
極を形成する第4工程とを有することを特徴としている
[Means for solving the problem] In order to achieve the above object, the FET according to claim (1)
The manufacturing method includes a first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate, a second step of forming a temporary gate on this first active layer, and a second step of forming a temporary gate on the first active layer. A second layer containing high concentration impurities is placed on the semiconductor substrate as a mask.
A third step of selectively epitaxially growing the active layer of
The method is characterized by comprising a fourth step of forming a gate electrode by replacing the temporary gate with a conductive material.

また、上記目的を達成するために、請求項(2)に係る
FETの製造方法は、半導体基板の所定領域に所定導電
型の第1の能動層を形成する第1工程と、この第1の能
動層上に仮ゲートを形成する第2工程と、この第1の能
動層にソース電極及びドレイン電極が形成されるべき領
域を加えた領域以外の領域の前記半導体基板上に選択エ
ピタキシャル成長のマスクとなる薄膜を形成する第3工
程と、この薄膜及び前記仮ゲートをマスクとして前記半
導体基板上に高濃度の不純物を含む第2の能動層を選択
エピタキシャル成長させる第4工程と、前記仮ゲートを
導電材料と置換することによりゲート電極を形成する第
5工程とを有することを特徴としている。
In addition, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an FET according to claim (2) includes a first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate; a second step of forming a temporary gate on the active layer; and a mask for selective epitaxial growth on the semiconductor substrate in a region other than the first active layer plus the region where the source electrode and the drain electrode are to be formed. a fourth step of selectively epitaxially growing a second active layer containing a high concentration of impurities on the semiconductor substrate using this thin film and the temporary gate as a mask; and a fifth step of forming a gate electrode by replacing the .

また、上記目的を達成するために、請求項(3)に係る
FETの製造方法は、請求項(1)記載のFETの製造
方法において、前記第4工程が、半導体基板全面を覆う
レジストを塗布する工程と、このレジストに前記仮ゲー
ト上部のみが所定量露出するように一定の厚さのレジス
トが底に残り、その断面形状がレジスト表面から半導体
基板に向けて幅が広くなる逆テーパ状となる溝を形成す
る工程と、この溝内の前記仮ゲートを除去する工程と、
前記工程で処理された半導体基板上の全面に前記溝の深
さより薄いゲート材料を被着する工程と、前記レジスト
を除去する工程とを含むことを特徴としている。
Further, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an FET according to claim (3) is such that in the method for manufacturing FET according to claim (1), the fourth step applies a resist covering the entire surface of the semiconductor substrate. A resist with a certain thickness remains at the bottom so that only the upper part of the temporary gate is exposed by a predetermined amount, and the cross-sectional shape is inverted tapered so that the width becomes wider from the resist surface toward the semiconductor substrate. a step of forming a groove, and a step of removing the temporary gate in this groove;
The present invention is characterized in that it includes the steps of depositing a gate material thinner than the depth of the trench on the entire surface of the semiconductor substrate processed in the step, and removing the resist.

また、上記目的を達成するために、請求項(4)に係る
FETの製造方法は、請求項(1)記載のFETの製造
方法において、前記第1工程前または前記第1工程と第
2工程の間のいずれかに、ソース電極及びドレイン電極
が形成されるべき領域を含み、かつ仮ゲートが形成され
るべき領域から一定距離離れた領域にイオン注入を用い
て前記第1の能動層より深い高濃度の不純物を含む第3
の能動層を形成する工程を含むことを特徴としている。
Further, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an FET according to claim (4) includes a method for manufacturing an FET according to claim (1), wherein the method includes a step before the first step or a step between the first step and the second step. A region deeper than the first active layer by using ion implantation into a region that includes a region where a source electrode and a drain electrode are to be formed and is a certain distance away from a region where a temporary gate is to be formed. tertiary containing high concentration of impurities
The method is characterized in that it includes a step of forming an active layer.

さらに、上記目的を達成するために、請求項(5)に係
るFETの製造方法は、半導体基板の所定領域に所定導
電型の第1の能動層を形成する第1工程と、この第1の
能動層上に仮ゲートを形成する第2工程と、この仮ゲー
トをマスクとして前記半導体基板上に高濃度の不純物を
含む第2の能動層を選択エピタキシャル成長させる第3
工程と、前記仮ゲートを導電材料と置換することにより
ゲート電極を形成する第4工程とを有し、かつ前記第3
工程または前記第4工程の後に電界効果トランジスタと
なる領域以外の領域に選択エピタキシャル成長によって
形成された前記第2の能動層を除去または絶縁化する工
程とを含むことを特徴としている。
Furthermore, in order to achieve the above object, the method for manufacturing an FET according to claim (5) includes a first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate; a second step of forming a temporary gate on the active layer; and a third step of selectively epitaxially growing a second active layer containing a high concentration of impurities on the semiconductor substrate using the temporary gate as a mask.
a fourth step of forming a gate electrode by replacing the temporary gate with a conductive material;
The method is characterized by including a step of removing or insulating the second active layer formed by selective epitaxial growth in a region other than the region to become a field effect transistor after the step or the fourth step.

[作用] このように、本発明のFETの製造方法は仮ゲートをマ
スクとして高能動層を半導体基板上にエピタキシャル成
長させるので、短チャンネル効果を抑制すると同時にソ
ース抵抗が低減されたセルファライン構造を実現できる
[Function] As described above, the FET manufacturing method of the present invention epitaxially grows a highly active layer on a semiconductor substrate using a temporary gate as a mask, thereby realizing a self-line structure in which short channel effects are suppressed and source resistance is reduced. can.

更に、高濃度層を形成した後、この仮ゲートを逆テーパ
形状を有するレジスト溝を用いて金属ゲートと置換する
ので、ゲート金属として通常の低抵抗金属を用いること
ができ、またその断面形状を丁字形またはマツシュルー
ム形にすることができるのでゲートの低抵抗化を図るこ
とが可能となる。
Furthermore, after forming the high concentration layer, this temporary gate is replaced with a metal gate using a resist groove with an inversely tapered shape, so a normal low resistance metal can be used as the gate metal, and its cross-sectional shape Since it can be made into a T-shape or a mushroom shape, it is possible to reduce the resistance of the gate.

[実施例] 以下、図面を用いながら本発明に係るFETの製造方法
の好適な実施例を説明する。
[Example] Hereinafter, a preferred example of the method for manufacturing an FET according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本実施例におけるセルファライン型MESFE
Tの製造方法を説明する一部断面図である。
Figure 1 shows the self-line type MESFE in this example.
It is a partial sectional view explaining the manufacturing method of T.

まず、第1図(a)に示されるように、半絶縁性GaA
s等の半導体基板10上にN層形成用レジストパターン
12を作成し、Si等のイオンを注入して能動層14を
形成する。なお、本実施例においては、この能動層14
の導電型はN型である(以下、この層をN層という)。
First, as shown in FIG. 1(a), semi-insulating GaA
A resist pattern 12 for forming an N layer is created on a semiconductor substrate 10 such as S, and ions such as Si are implanted to form an active layer 14. Note that in this embodiment, this active layer 14
The conductivity type is N type (hereinafter, this layer will be referred to as the N layer).

上記レジストパターンを除去した後、第1図(b)に示
されるように、レジストパターン16を前記半導体基板
10上に形成して能動層14(N層)よりも深<Siイ
オンを注入して能動層]8(以下、N“層という)を形
成する。
After removing the resist pattern, as shown in FIG. 1(b), a resist pattern 16 is formed on the semiconductor substrate 10, and Si ions are implanted deeper than the active layer 14 (N layer). Active layer] 8 (hereinafter referred to as N'' layer) is formed.

その後、レジストパターン16を除去し、7゜0〜90
0℃で熱処理しイオン注入された不純物を活性化する。
After that, the resist pattern 16 is removed and the
Heat treatment is performed at 0° C. to activate the ion-implanted impurities.

更に、半導体基板全面に仮ゲート膜としてSi02 、
S I ON層等を形成した後、仮ゲート膜上の仮ゲー
トとなるべき位置に仮ゲート形成用レジストパターン2
0を形成する。
Furthermore, SiO2 is applied as a temporary gate film on the entire surface of the semiconductor substrate.
After forming the S I ON layer etc., a resist pattern 2 for forming a temporary gate is placed on the temporary gate film at the position where the temporary gate is to be formed.
form 0.

ソノ後、第1図(C)に示されるようにこの仮ゲート形
成用レジストパターン20をマスクとして反応性イオン
エツチング(RI E)を用いて仮ゲート股をエツチン
グし仮ゲート21を形成する。
After the etching, as shown in FIG. 1C, using this temporary gate forming resist pattern 20 as a mask, the temporary gate rim is etched using reactive ion etching (RIE) to form a temporary gate 21.

その後、ECRプラズマCVDを用いたS I N %
5iON膜等の絶縁物膜30をリフトオフ法を用いて第
1図(d)に示すように前記能動層以外の領域の半導体
基板表面に形成する。
After that, S I N % using ECR plasma CVD
An insulating film 30 such as a 5iON film is formed on the surface of the semiconductor substrate in a region other than the active layer using a lift-off method, as shown in FIG. 1(d).

そして、第1図(e)に示されるように、この仮ゲート
21及び絶縁物膜30をマスクとして半導体基板10上
に高濃度の不純物を含むN  −GaAs層を選択エピ
タキシャル成長させる。このN”−GaAs層は能動層
22として機能し、ソース抵抗、ドレイン抵抗を軽減さ
せる作用を有する。
Then, as shown in FIG. 1(e), an N-GaAs layer containing a high concentration of impurities is selectively epitaxially grown on the semiconductor substrate 10 using the temporary gate 21 and the insulating film 30 as masks. This N''-GaAs layer functions as the active layer 22 and has the effect of reducing source resistance and drain resistance.

次に、第1図(f)に示されるように、ウェットエツチ
ングまたはプラズマエツチング等により仮ゲート21を
所定量エツチングすることにより、前述の第1図(e)
に示される工程で形成された能動層22(N層層)と仮
ゲート21との間に微少な空間を形成する。
Next, as shown in FIG. 1(f), the temporary gate 21 is etched by a predetermined amount by wet etching or plasma etching, etc., as shown in FIG. 1(e).
A minute space is formed between the active layer 22 (N layer) formed in the step shown in FIG. 2 and the temporary gate 21.

このように、第1図(a)〜(f)の各工程を経ること
により、自己整合的に仮ゲートとN層層が半導体基板上
に形成され、N層層がN層の上に形成されているため短
チャンネル効果を抑制することが可能となるが、本実施
例においては、更にこの仮ゲート21を低抵抗のゲート
金属に置換する工程を経ることにより断面形状T字型の
ゲートを得るものである。
In this way, by going through the steps shown in FIGS. 1(a) to (f), the temporary gate and the N layer are formed on the semiconductor substrate in a self-aligned manner, and the N layer is formed on the N layer. This makes it possible to suppress the short channel effect, but in this embodiment, a gate with a T-shaped cross section is formed by going through a step of replacing the temporary gate 21 with a gate metal of low resistance. It's something you get.

すなわち、まず第1図(g)に示されるように、能動層
18(N 層)の領域の能動層22(N層層)上にソー
ス電極23及びドレイン電極25となる一対のオーミッ
ク電極を形成した後、仮ゲート21及びこのソース電極
23、ドレイン電極25を覆うレジスト24を基板上の
全面に塗布し、仮ゲート21の上部のみが所定量露出す
るように底に一定の厚さのレジストが残り、かつレジス
ト表面から半導体基板に向けて幅が徐々に広くなる逆テ
ーパ状の形状を有する満26を形成する。
That is, first, as shown in FIG. 1(g), a pair of ohmic electrodes that will become the source electrode 23 and the drain electrode 25 are formed on the active layer 22 (N layer) in the region of the active layer 18 (N layer). After that, a resist 24 covering the temporary gate 21, the source electrode 23, and the drain electrode 25 is applied to the entire surface of the substrate, and a resist of a certain thickness is applied to the bottom so that only the upper part of the temporary gate 21 is exposed by a predetermined amount. The remaining portion 26 is formed to have an inverted tapered shape whose width gradually increases from the resist surface toward the semiconductor substrate.

以下、この逆テーパ状の満26を形成する工程をイメー
ジリバースホトリソグラフィ法を例にとり説明する。
Hereinafter, the process of forming the reversely tapered groove 26 will be explained using image reverse photolithography as an example.

レジスト24としてのポジ型ホトレジストは半導体基板
10上にスピンコードにより所定の厚さに回転塗布され
る。このポジ型ホトレジストは、一定の露光量とリバー
スベイク条件下で現像液に対する溶解速度を減少させる
ような感光剤が添加されている特殊なレジストである。
A positive photoresist as the resist 24 is spin coated onto the semiconductor substrate 10 to a predetermined thickness using a spin cord. This positive photoresist is a special resist in which a photosensitizer is added that reduces the dissolution rate in a developer under certain exposure and reverse baking conditions.

そして、このポジ型レジスト塗布後、ブリベイクを行い
、ホトマスクを介してイニシャル露光を行う。このとき
、溝26が形成されるべき領域は露光されないようにす
る。
After applying this positive type resist, pre-baking is performed and initial exposure is performed through a photomask. At this time, the area where the groove 26 is to be formed is not exposed to light.

そして、所定の温度条件下でリバースベイクを行い、ポ
ジ型ホトレジストのイニシャル露光部分を安定化する。
Then, reverse baking is performed under predetermined temperature conditions to stabilize the initially exposed portion of the positive photoresist.

次に、ポジ型ホトレジスト全面へのフラッド露光を行い
、前述のイニシャル露光時の未露光部分のレジストのア
ルカリ現像液に対する溶解速度を増加させる。これによ
り、イニシャル露光された部分はアルカリ現像液に対し
て溶は難くなる一方、イニシャル露光時の未露光部分の
ポジ型レジストは溶は易くなる。
Next, flood exposure is performed over the entire surface of the positive photoresist to increase the rate of dissolution of the unexposed portions of the resist in the alkaline developer during the above-mentioned initial exposure. As a result, the initially exposed portions become difficult to dissolve in an alkaline developer, while the positive resist in the unexposed portions during the initial exposure becomes easily soluble.

そして、アルカリ現像液による現像によってイニシャル
露光時の未露光部分のみが除去される。
Then, only the unexposed portions at the time of initial exposure are removed by development with an alkaline developer.

すると、前述したようにイニシャル露光された部分は未
露光部分より現像液に対する溶解速度が小さく、またイ
ニシャル露光時のレジストが受ける光量はレジスト表面
から深くなるほど減衰するため、形成される溝は第1図
(g)に示されるように、レジスト表面から半導体基板
10に向けて幅が徐々に広くなる逆テーパ状となる。
Then, as mentioned above, the initially exposed portion has a lower dissolution rate in the developer than the unexposed portion, and the amount of light received by the resist at the time of initial exposure is attenuated as it gets deeper from the resist surface. As shown in Figure (g), it has a reverse tapered shape in which the width gradually increases from the resist surface toward the semiconductor substrate 10.

また、低ゲート21上部のみを所定量露出させるように
底に一定の厚さのレジストを残すためには、フラッド露
光における露光量を通常より少なくすればよい。
Further, in order to leave a resist of a certain thickness on the bottom so that only the upper part of the low gate 21 is exposed by a predetermined amount, the exposure amount in the flood exposure may be made smaller than usual.

このように逆テーパ状の溝26が形成された後、第1図
(h)に示されるように、この満26内の仮ゲート21
を緩衝フッ酸等を用いて除去し、更に真空蒸着法等を用
いてゲート金属を全面に蒸着することにより、金属ゲー
ト28を溝26内に形成する。
After the inversely tapered groove 26 is formed, as shown in FIG.
A metal gate 28 is formed in the groove 26 by removing the metal using buffered hydrofluoric acid or the like, and then depositing a gate metal over the entire surface using a vacuum evaporation method or the like.

ゲート金属としては、例えば周知のT i / P t
/Au等の低抵抗金属を用いることができる。
As the gate metal, for example, the well-known Ti/Pt
A low resistance metal such as /Au can be used.

最後に、第1図(g)にて塗布されたレジスト24を除
去することにより第1図(j)に示されるように、断面
形状T字型の金属ゲートが半導体基板上に形成される。
Finally, by removing the resist 24 applied in FIG. 1(g), a metal gate having a T-shaped cross section is formed on the semiconductor substrate as shown in FIG. 1(j).

このように、本実施例の工程を用いることにより、容品
に断面形状T字型の低抵抗ゲートを得ることができ、か
つ短チヤネル効果の抑制されたセルファライン型MES
FETを得ることができるが、本発明のFETの製造方
法はこのようなセルファライン型MESFETの製造方
法に適用されるだけでなく、例えばHEMTの製造にも
用いることが可能である。
As described above, by using the process of this example, a low-resistance gate with a T-shaped cross section can be obtained in the container, and a self-line type MES with suppressed short channel effect can be manufactured.
However, the FET manufacturing method of the present invention is not only applicable to such a self-line type MESFET manufacturing method, but can also be used, for example, to manufacture a HEMT.

すなわち、HEMTの製造方法においては、ゲートを形
成する際ゲート周囲のリセスエッチングが必要であるが
、本実施例の工程によりリセスエッチングが不要となり
、このため再現性等を向上させることができるようにな
る。
That is, in the manufacturing method of HEMT, recess etching around the gate is required when forming the gate, but the process of this example eliminates the need for recess etching, and therefore, reproducibility etc. can be improved. Become.

第2図は本実施例におけるHEMTの製造方法を説明す
る一部断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the HEMT in this example.

まず、第2図(a)に示されるように、半絶縁性GaA
s基板11上にアンドープGaAs層12、N型AlG
aAs層13、N型GaAs層16を順にエピタキシャ
ル成長させる。この際、上記アンドープGaAs層12
とN型AlGaAs層13との間に形成されたヘテロ接
合界面のアンドープGaAs層12側に2次元電子ガス
が生成される。
First, as shown in FIG. 2(a), a semi-insulating GaA
Undoped GaAs layer 12 and N-type AlG on s-substrate 11
The aAs layer 13 and the N-type GaAs layer 16 are epitaxially grown in this order. At this time, the undoped GaAs layer 12
A two-dimensional electron gas is generated on the undoped GaAs layer 12 side of the heterojunction interface formed between the N-type AlGaAs layer 13 and the undoped GaAs layer 12 .

次に、上記N型GaAs層14上に仮ゲート21と絶縁
物膜30を前述のMESFET例と同様の方法で形成す
る。
Next, a temporary gate 21 and an insulating film 30 are formed on the N-type GaAs layer 14 in the same manner as in the MESFET example described above.

更に、上記仮ゲート21と絶縁物膜30をマスクとして
高濃度の不純物を含むN  −GaAs層を上記N型G
aAs層16上に選択エピタキシャル成長させる。
Furthermore, using the temporary gate 21 and the insulating film 30 as a mask, the N-GaAs layer containing a high concentration of impurities is formed into the N-type G.
Selective epitaxial growth is performed on the aAs layer 16.

そして、素子分離を行った後、前述のMESFETの例
と同様の方法でオーミック電極、ゲート電極を形成する
After element isolation, ohmic electrodes and gate electrodes are formed in the same manner as in the MESFET example described above.

このように、本実施例の工程を用いることにより、再現
性に問題の多いリセスエッチングを用いることなく、ソ
ース抵抗、ドレイン抵抗が低減されたHEMTを製造す
ることができる。
As described above, by using the process of this embodiment, a HEMT with reduced source resistance and drain resistance can be manufactured without using recess etching, which has many problems with reproducibility.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明に係るFETの製造方法に
よれば、容易に断面形状丁字形またはマツシュルーム型
の低抵抗ゲートを製造することができ、かつ短チャンネ
ル効果を抑制して高周波特性に優れたセルファライン形
MESFET等を容易に製造することができる効果があ
る。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the FET manufacturing method according to the present invention, a low resistance gate with a T-shaped or pine mushroom cross-sectional shape can be easily manufactured, and the short channel effect can be suppressed. This has the effect that self-line type MESFETs and the like having excellent high frequency characteristics can be easily manufactured.

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

第1図は本発明に係るME S F ETの製造方法の
一実施例の説明図、 第2図は本発明に係るHEMTの製造方法の一実施例の
説明図である。 10 ・・・ 半導体基板 11 ・・・ 半絶縁性GaAs基板 12 ・・・ アンドープGaAs層 13−N型AlGaAs層 14 ・・・ 能動層(N層) 26  ・・・ 28  ・・・ 30  ・・・ 2次元電子ガス N型GaAs層 能動層(N 層) 仮ゲート形成用レジストパターン 仮ゲート 能動層(N層層) N 選択エピタキシャル成長Ga As層 溝 金属ゲート 絶縁物膜
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of the MESFET manufacturing method according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of the HEMT manufacturing method according to the invention. 10... Semiconductor substrate 11... Semi-insulating GaAs substrate 12... Undoped GaAs layer 13-N-type AlGaAs layer 14... Active layer (N layer) 26... 28... 30... Two-dimensional electron gas N-type GaAs layer active layer (N layer) Resist pattern for temporary gate formation Temporary gate active layer (N layer) N selective epitaxial growth GaAs layer trench metal gate insulator film

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体基板の所定領域に所定導電型の第1の能動
層を形成する第1工程と、 この第1の能動層上に仮ゲートを形成する第2工程と、 この仮ゲートをマスクとして前記半導体基板上に高濃度
の不純物を含む第2の能動層を選択エピタキシャル成長
させる第3工程と、 前記仮ゲートを導電材料と置換することによりゲート電
極を形成する第4工程と、 を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造
方法。
(1) A first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate, a second step of forming a temporary gate on this first active layer, and using this temporary gate as a mask. a third step of selectively epitaxially growing a second active layer containing a high concentration of impurities on the semiconductor substrate; and a fourth step of forming a gate electrode by replacing the temporary gate with a conductive material. A method for manufacturing a featured field effect transistor.
(2)半導体基板の所定領域に所定導電型の第1の能動
層を形成する第1工程と、 この第1の能動層上に仮ゲートを形成する第2工程と、 この第1の能動層にソース電極及びドレイン電極が形成
されるべき領域を加えた領域以外の領域の前記半導体基
板上に選択エピタキシャル成長のマスクとなる薄膜を形
成する第3工程と、 この薄膜及び前記仮ゲートをマスクとして前記半導体基
板上に高濃度の不純物を含む第2の能動層を選択エピタ
キシャル成長させる第4工程と、前記仮ゲートを導電材
料と置換することによりゲート電極を形成する第5工程
と、 を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造
方法。
(2) a first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate; a second step of forming a temporary gate on this first active layer; and a second step of forming a temporary gate on this first active layer. a third step of forming a thin film serving as a mask for selective epitaxial growth on the semiconductor substrate in a region other than the region where the source electrode and the drain electrode are to be formed; A fourth step of selectively epitaxially growing a second active layer containing a high concentration of impurities on a semiconductor substrate, and a fifth step of forming a gate electrode by replacing the temporary gate with a conductive material. A method for manufacturing a field effect transistor.
(3)請求項(1)記載の電界効果トランジスタの製造
方法において、前記第4工程が、半導体基板全面を覆う
レジストを塗布する工程と、 このレジストに前記仮ゲート上部のみが所定量露出する
ように一定の厚さのレジストが底に残り、その断面形状
がレジスト表面から半導体基板に向けて幅が広くなる逆
テーパ状となる溝を形成する工程と、 この溝内の前記仮ゲートを除去する工程と、前記工程で
処理された半導体基板上の全面に前記溝の深さより薄い
ゲート材料を被着する工程と、前記レジストを除去する
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。
(3) In the method for manufacturing a field effect transistor according to claim (1), the fourth step includes the step of applying a resist covering the entire surface of the semiconductor substrate, and exposing only the upper part of the temporary gate to the resist by a predetermined amount. a process of forming a groove in which a certain thickness of resist remains at the bottom and whose cross-sectional shape becomes an inversely tapered shape that becomes wider from the resist surface toward the semiconductor substrate; and removing the temporary gate in this groove. A step of depositing a gate material thinner than the depth of the trench on the entire surface of the semiconductor substrate treated in the step, and a step of removing the resist. Method.
(4)請求項(1)記載の電界効果トランジスタの製造
方法において、 前記第1工程前または前記第1工程と第2工程の間のい
ずれかに、ソース電極及びドレイン電極が形成されるべ
き領域を含み、かつ仮ゲートが形成されるべき領域から
一定距離離れた領域にイオン注入を用いて前記第1の能
動層より深い高濃度の不純物を含む第3の能動層を形成
する工程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。
(4) In the method for manufacturing a field effect transistor according to claim (1), a region where a source electrode and a drain electrode are to be formed either before the first step or between the first and second steps. and forming a third active layer containing highly concentrated impurities deeper than the first active layer using ion implantation in a region a certain distance away from the region where the temporary gate is to be formed. A method for manufacturing a field effect transistor characterized by:
(5)半導体基板の所定領域に所定導電型の第1の能動
層を形成する第1工程と、 この第1の能動層上に仮ゲートを形成する第2工程と、 この仮ゲートをマスクとして前記半導体基板上に高濃度
の不純物を含む第2の能動層を選択エピタキシャル成長
させる第3工程と、 前記仮ゲートを導電材料と置換することによりゲート電
極を形成する第4工程と、 を有し、かつ前記第3工程または前記第4工程の後に電
界効果トランジスタとなる領域以外の領域に選択エピタ
キシャル成長によって形成された前記第2の能動層を除
去または絶縁化する工程と、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。
(5) A first step of forming a first active layer of a predetermined conductivity type in a predetermined region of a semiconductor substrate, a second step of forming a temporary gate on this first active layer, and using this temporary gate as a mask. a third step of selectively epitaxially growing a second active layer containing a high concentration of impurities on the semiconductor substrate; and a fourth step of forming a gate electrode by replacing the temporary gate with a conductive material; and a step of removing or insulating the second active layer formed by selective epitaxial growth in a region other than the region that becomes a field effect transistor after the third step or the fourth step. A method of manufacturing a field effect transistor.
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