JPH05235058A - Manufacture of compound semiconductor device - Google Patents

Manufacture of compound semiconductor device

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Publication number
JPH05235058A
JPH05235058A JP3775792A JP3775792A JPH05235058A JP H05235058 A JPH05235058 A JP H05235058A JP 3775792 A JP3775792 A JP 3775792A JP 3775792 A JP3775792 A JP 3775792A JP H05235058 A JPH05235058 A JP H05235058A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
layer
gate
opening
electrode layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP3775792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Asano
哲郎 浅野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP3775792A priority Critical patent/JPH05235058A/en
Publication of JPH05235058A publication Critical patent/JPH05235058A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To increase the sectional area of a gate and to reduce significantly a gate resistance by a method wherein a second gate electrode is patterned by wet etching. CONSTITUTION:An insulating film 12 is formed on the surface of a GaAs substrate 11 and a' first photoresist layer 13 is formed thereon to formed an opening. A thin aluminium layer to form a first gate electrode 15 is deposited from over the opening in the oblige direction. The film 12 is opened using the electrode 15 as a mask and moreover, the surface of the substrate 11 is subjected to recess etching. An aluminium layer to form a second gate electrode 18 is deposited in the vertical direction and this aluminium layer is patterned by a a wet etching method to form the second gate electrode 18.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はゲート長を微細化できる
と共に、ゲート電極の厚みを大幅に増大してゲート抵抗
の低減を図ることが可能な化合物半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a compound semiconductor device capable of reducing the gate resistance by reducing the gate length and greatly increasing the thickness of the gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】砒化ガリウムはシリコンに比べ電子移動
度が4〜5倍大きいため、砒化ガリウムを能動層とする
種々の電界効果トランジスタが高速および高周波トラン
ジスタとして使用されている。代表的なものとしてショ
ットキーゲート電界効果型トランジスタ(MESFE
T)やヘテロ接合型電界効果トランジスタがあげられ
る。
2. Description of the Related Art Since gallium arsenide has an electron mobility 4 to 5 times higher than that of silicon, various field effect transistors using gallium arsenide as an active layer are used as high speed and high frequency transistors. As a typical one, a Schottky gate field effect transistor (MESFE
T) and a heterojunction field effect transistor.

【0003】これらのトランジスタの諸特性の向上は、
主としてゲート長の微細化とゲート抵抗の減少に左右さ
れている。しかし、単純にゲート長を狭めるとゲート断
面積が小さくなってゲート抵抗が増大することから、両
者の両立は困難であった。そこで、ゲート電極を斜め方
向に蒸着することによって上記ゲート長の微細化とゲー
ト抵抗の減少を両立せんとする技術がある。(例えば特
願平2−202024号に類似技術が記載されている)
この技術を図7を参照して簡単に説明する。図7におい
て、GaAs基板(1)の能動領域の表面をSiN膜
(2)が覆い、その両側にAuGe/Ni/Au等から
なるオーミック用のソース・ドレイン電極が形成され、
それらの上にレジスト(3)が形成されている。この状
態でレジスト(3)の上方からAl等の第1の金属層
(4)を斜め方向に蒸着する。レジスト(3)の開口内
の第1の金属層(4)はSiN膜(2)の一部しか覆わ
ないので、この第1の金属層(4)をマスクとしてSi
N膜(2)を除去し、基板(1)表面をリセスエッチン
グする。
Improvement of various characteristics of these transistors is
It is mainly affected by miniaturization of gate length and reduction of gate resistance. However, simply reducing the gate length reduces the gate cross-sectional area and increases the gate resistance, making it difficult to achieve both. Therefore, there is a technique in which the miniaturization of the gate length and the reduction of the gate resistance are made compatible by vapor-depositing the gate electrode in an oblique direction. (For example, Japanese Patent Application No. 2-202024 describes a similar technique.)
This technique will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 7, the surface of the active region of the GaAs substrate (1) is covered with the SiN film (2), and ohmic source / drain electrodes made of AuGe / Ni / Au or the like are formed on both sides thereof.
A resist (3) is formed on them. In this state, a first metal layer (4) of Al or the like is obliquely deposited from above the resist (3). Since the first metal layer (4) in the opening of the resist (3) covers only a part of the SiN film (2), the first metal layer (4) is used as a mask for Si.
The N film (2) is removed, and the surface of the substrate (1) is recess-etched.

【0004】その後、ゲート電極(5)を垂直方向に蒸
着し、レジスト(3)をリフトオフするものである。
After that, the gate electrode (5) is vertically vapor-deposited and the resist (3) is lifted off.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た手法はゲート電極(5)のパターニングがレジスト
(3)の膜厚を利用したリフトオフ手法であるため、レ
ジストの膜厚以上の厚みに形成することができず、ゲー
ト抵抗を下げるのに限界がある欠点があった。
However, since the above-mentioned method is a lift-off method in which the patterning of the gate electrode (5) utilizes the film thickness of the resist (3), the film thickness of the resist film or more must be formed. However, there is a drawback that there is a limit in reducing the gate resistance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は上述した従来の
課題に鑑み成され、量産化に適すると同時にゲート電極
の断面積を一層増大できる、化合物半導体装置の製造方
法を提供するもので、第1のホトレジスト層(13)に
開口(14)を形成する工程と、斜め方向から第1のゲ
ート電極層(15)を蒸着する工程と、前記開口(1
4)内の第1のゲート電極(15)で覆われない能動領
域表面をリセスエッチングする工程と、全面に厚い第2
のゲート電極層(16)を形成する工程と、第2のホト
レジスト層(17)により第1のホトレジスト層(1
3)を露出するまで第1と第2のゲート電極層(15)
(18)を選択エッチングする工程と、第1と第2のホ
トレジスト層(13)(17)を除去する工程と、を具
備するものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and provides a method of manufacturing a compound semiconductor device, which is suitable for mass production and at the same time can further increase the cross-sectional area of the gate electrode. Forming an opening (14) in the first photoresist layer (13), depositing a first gate electrode layer (15) from an oblique direction, and forming the opening (1)
4) a step of recess etching the surface of the active region which is not covered with the first gate electrode (15) and a second thick surface
The step of forming the gate electrode layer (16) of the first photoresist layer (1) and the second photoresist layer (17).
3) until the first and second gate electrode layers (15) are exposed
It comprises a step of selectively etching (18) and a step of removing the first and second photoresist layers (13) and (17).

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、第2のゲート金属層(18)
を通常のホトエッチング技術によって行うことができる
ので、従来のリフトオフ手法のように膜厚に制限を受け
ることが無く、その為膜厚を大幅に増大することができ
る。しかも、斜め蒸着を利用したリセスエッチングによ
り実質的なゲート長を縮小できる。
According to the invention, the second gate metal layer (18)
Since it can be performed by a normal photo-etching technique, the film thickness is not limited as in the conventional lift-off method, and therefore the film thickness can be significantly increased. Moreover, the substantial gate length can be reduced by recess etching using oblique deposition.

【0008】[0008]

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら詳細に説明する。図1〜図6は本発明の製造方法を工
程順に示す断面図である。半絶縁性GaAs基板(1
1)の表面は、エピタキシャル成長法による積層か若し
くはイオン注入法による拡散でn−GaAs/n+−G
aAs構造となっており、n−GaAs層が能動層、n
+−GaAs層がソース・ドレイン領域となる。装置が
ヘテロ接合型FETであれば、GaAs基板(11)の
表面はノンドープGaAs/n−AlGaAs/n+
aAs構造となる。また、前記n+−GaAs表面には
AuGe/Ni/Auからなるオーミック電極が形成さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 to 6 are sectional views showing the manufacturing method of the present invention in the order of steps. Semi-insulating GaAs substrate (1
The surface of 1) is n-GaAs / n + -G by stacking by epitaxial growth or diffusion by ion implantation.
It has an aAs structure, the n-GaAs layer is the active layer,
The + -GaAs layer becomes the source / drain region. If the device is a heterojunction FET, the surface of the GaAs substrate (11) is undoped GaAs / n-AlGaAs / n + G
It has an aAs structure. An ohmic electrode made of AuGe / Ni / Au is formed on the surface of the n + -GaAs.

【0009】先ず図1を参照して、GaAs基板(1
1)の能動領域となる部分の表面にプラズマ窒化膜(S
ixNy)からなる0.1μ程度の絶縁膜(12)を形
成し、その上にポジ型レジストから成る第1のホトレジ
スト層(13)を0.5μ程度の厚みでスピンオン塗布
し、通常のリソグラフィー技術によって絶縁膜(12)
の表面を露出する幅0.8μ程の開口(14)を形成す
る。
First, referring to FIG. 1, a GaAs substrate (1
Plasma nitride film (S
ixNy) is formed on the insulating film (12) having a thickness of about 0.1 μ, and the first photoresist layer (13) made of a positive type resist is spin-on coated thereon with a thickness of about 0.5 μ, and a normal lithography technique is used. Insulating film by (12)
An opening (14) having a width of about 0.8 μ is formed to expose the surface of the.

【0010】図2を参照して、ウェハを蒸着源に対して
傾けてセットし、開口(14)の上方からアルミニウム
を0.1μ堆積して第1のゲート電極(15)を形成す
る。角度はウェハの水平面に対して60〜70°、方向
はソース電極に向うような方向で行う。これで、第1の
レジスト層(13)の膜厚によって開口(14)内に第
1のゲート電極(15)で被着されない部分が生じる。
被着されない部分の線幅は、第1のレジスト層(13)
の膜厚と蒸着の角度とに依存する。上記0.5μの膜厚
と60〜70°の組み合わせでは、被着されない部分の
線幅は約0.25μとなる。
Referring to FIG. 2, the wafer is set to be inclined with respect to the vapor deposition source, and 0.1 μm of aluminum is deposited from above the opening (14) to form the first gate electrode (15). The angle is 60 to 70 ° with respect to the horizontal plane of the wafer, and the direction is toward the source electrode. As a result, a portion of the first resist layer (13) not covered with the first gate electrode (15) is formed in the opening (14) due to the film thickness of the first resist layer (13).
The line width of the non-deposited portion is determined by the first resist layer (13).
Depending on the film thickness and the deposition angle. With the combination of the film thickness of 0.5 μ and 60 to 70 °, the line width of the non-deposited portion is about 0.25 μ.

【0011】図3を参照して、被着した第1のゲート電
極(15)を一方のマスクとして絶縁膜(12)を開口
し、開口した絶縁膜(12)をマスクとして基板(1
1)表面をリセスエッチする。絶縁膜(12)の開口に
はCF4を用いたRIE、リセスエッチにはリン酸水溶
液を夫々用いる。尚、本工程のリセスエッチは、前記n
+−GaAs層を貫通させ前記n−GaAs能動層を露
出する深さまで行う。
Referring to FIG. 3, the deposited first gate electrode.
Open the insulating film (12) using the pole (15) as one mask
Then, using the opened insulating film (12) as a mask, the substrate (1
1) Recess etching the surface. In the opening of the insulating film (12)
Is CFFourRIE using, water-soluble phosphoric acid for recess etching
Use each liquid. In addition, the recess etching of this step is the same as the above n.
+Through the -GaAs layer to expose the n-GaAs active layer
Do it to the depth that it comes out.

【0012】図4を参照して、今度は垂直方向に膜厚
1.0μのアルミニウム層(16)を堆積する。アルミ
ニウム層(16)は開口(14)を埋没し、リセスエッ
チした部分では絶縁膜(12)の線幅に対応した線幅で
GaAs表面にショットキー接触する。従って絶縁膜
(12)の線幅が実効ゲート長となる。図5を参照し
て、アルミニウム層(16)の上にネガレジストを塗
布、露光、現像して第2のホトレジスト層(17)を形
成し、第2のホトレジスト層(17)をマスクとしてア
ルミニウム層(16)を選択エッチングすることにより
線幅が1.0μ程の第2のゲート電極(17)を形成す
る。本工程ではウェット手法を用い、アルミニウム層
(16)を除去すると同時に第1のゲート電極(15)
を形成するアルミニウム層をも除去して、第1のホトレ
ジスト層(13)の表面を露出させる。
Referring to FIG. 4, a 1.0 μ thick aluminum layer (16) is now deposited vertically. The aluminum layer (16) buries the opening (14), and has a Schottky contact with the GaAs surface at the recess etched portion with a line width corresponding to the line width of the insulating film (12). Therefore, the line width of the insulating film (12) becomes the effective gate length. Referring to FIG. 5, a negative resist is applied on the aluminum layer (16), exposed and developed to form a second photoresist layer (17), and the second photoresist layer (17) is used as a mask to form the aluminum layer. By selectively etching (16), a second gate electrode (17) having a line width of about 1.0 μ is formed. In this step, a wet method is used to remove the aluminum layer (16) and at the same time, to remove the first gate electrode (15).
The aluminum layer forming the is also removed to expose the surface of the first photoresist layer (13).

【0013】図6を参照して、第1と第2のホトレジス
ト層(13)(17)を除去することにより、第1のゲ
ート電極(15)と第2のゲート電極(18)との積層
構造から成るゲート構造が完成する。上記本願の製造方
法によれば、斜め蒸着した第1のゲート電極(15)を
マスクとして絶縁膜(12)の開口を行うので、サブミ
クロン以下の開口を容易に行うことができる。絶縁膜
(12)の開口の線幅が実質的に第2のゲート電極(1
8)のゲート長となるので、微細化したゲート長が実現
できる。その一方で、ゲート電極を前記実効的なゲート
長より太い線幅に形成できるので、ゲート断面積を増大
できる。しかも、第2のゲート電極(18)をウェット
エッチング手法によってパターニングできるので、リフ
トオフ手法のようにレジスト膜厚に制限を受けることが
なく、その膜厚を大幅に増大できる。従って、ゲート断
面積を一層増大しゲート抵抗を大幅に減少できる。さら
に、ゲート電極としてTi等の高融点低抵抗素材を用い
ずに済むので、プロセスが簡素化できる。
Referring to FIG. 6, by removing the first and second photoresist layers (13) and (17), the first gate electrode (15) and the second gate electrode (18) are laminated. The gate structure consisting of the structure is completed. According to the manufacturing method of the present application, since the opening of the insulating film (12) is formed using the first gate electrode (15) obliquely deposited as a mask, the opening of submicron or less can be easily formed. The line width of the opening of the insulating film (12) is substantially equal to that of the second gate electrode (1
Since the gate length is 8), a miniaturized gate length can be realized. On the other hand, since the gate electrode can be formed with a line width thicker than the effective gate length, the gate cross-sectional area can be increased. Moreover, since the second gate electrode (18) can be patterned by the wet etching method, the film thickness can be greatly increased without being restricted by the resist film thickness unlike the lift-off method. Therefore, the gate cross-sectional area can be further increased and the gate resistance can be greatly reduced. Furthermore, since it is not necessary to use a high melting point low resistance material such as Ti as the gate electrode, the process can be simplified.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明によれば斜
め蒸着を利用することにより微細化されたゲート長が得
られると同時に、第2のゲート電極(18)の膜厚を任
意に厚くできるので、ゲート断面積を増大しゲート抵抗
を大幅に低減できる利点を有する。その結果、最小雑音
指数NFを大幅に改善した、高性能の素子を提供でき
る。
As described above, according to the present invention, a fine gate length can be obtained by utilizing oblique deposition, and at the same time, the thickness of the second gate electrode (18) can be arbitrarily increased. Therefore, there is an advantage that the gate cross-sectional area can be increased and the gate resistance can be significantly reduced. As a result, it is possible to provide a high-performance element in which the minimum noise figure NF is significantly improved.

【0015】さらに、第2のゲート電極(18)をアル
ミの単層構造とすることにより、単純なウェットエッチ
ング処理のみで本発明の工程を実施できるので、プロセ
スを簡素化できる利点をも有する。
Further, since the second gate electrode (18) has a single-layer structure of aluminum, the process of the present invention can be carried out only by a simple wet etching process, so that the process can be simplified.

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

【図1】本発明の製造方法を説明するための第1の断面
図である。
FIG. 1 is a first cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図2】本発明の製造方法を説明するための第2の断面
図である。
FIG. 2 is a second cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図3】本発明の製造方法を説明するための第3の断面
図である。
FIG. 3 is a third sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図4】本発明の製造方法を説明するための第4の断面
図である。
FIG. 4 is a fourth sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図5】本発明の製造方法を説明するための第5の断面
図である。
FIG. 5 is a fifth cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図6】本発明の製造方法を説明するための第6の断面
図である。
FIG. 6 is a sixth sectional view for explaining the manufacturing method of the present invention.

【図7】従来の製造方法を説明するための断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a conventional manufacturing method.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性基板の能動領域上にゲート電極
を形成する化合物半導体装置の製造方法において、 前記能動領域の表面を絶縁膜で被覆する工程と、 前記能動領域の上に開口を有する第1のホトレジスト層
を形成する工程と、 前記第1のホトレジスト層の上方からマスクとなる電極
層を斜め方向に堆積し、前記開口内の前記絶縁膜の一部
分を被覆する工程と、 前記マスクとなる電極層を選択マスクとして前記開口内
に露出した前記絶縁膜を除去し、さらに前記絶縁膜を除
去することで露出した前記半絶縁性基板の表面をリセス
エッチングする工程と、 前記マスクとなる電極層の上に、前記リセスエッチした
基板表面に接触する第2のゲート電極層を形成する工程
と、 前記第2のゲート電極層上に第2のホトレジスト層を形
成し、前記開口を充満する第2のゲート電極層を残すよ
うに前記マスクとなる電極層と前記第2のゲート電極層
を除去する工程と、 前記第1と第2のホトレジスト層を除去する工程と、を
具備することを特徴とする化合物半導体装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein a gate electrode is formed on an active region of a semi-insulating substrate, wherein a step of covering a surface of the active region with an insulating film, and an opening above the active region are provided. A step of forming a first photoresist layer; a step of obliquely depositing an electrode layer serving as a mask from above the first photoresist layer to cover a part of the insulating film in the opening; Removing the insulating film exposed in the opening by using the electrode layer as a selective mask, and further recess etching the surface of the semi-insulating substrate exposed by removing the insulating film; and the electrode serving as the mask Forming a second gate electrode layer on the layer in contact with the recess-etched substrate surface; and forming a second photoresist layer on the second gate electrode layer, A step of removing the masking electrode layer and the second gate electrode layer so as to leave the second gate electrode layer filling the opening, and a step of removing the first and second photoresist layers. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising:
【請求項2】 前記第2のゲート電極層がアルミニウム
であることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装
置の製造方法。
2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode layer is aluminum.
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