JPH0897235A - Forming method of gate electrode and manufacture of semiconductor device - Google Patents

Forming method of gate electrode and manufacture of semiconductor device

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JPH0897235A
JPH0897235A JP22961394A JP22961394A JPH0897235A JP H0897235 A JPH0897235 A JP H0897235A JP 22961394 A JP22961394 A JP 22961394A JP 22961394 A JP22961394 A JP 22961394A JP H0897235 A JPH0897235 A JP H0897235A
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JP
Japan
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forming
semiconductor layer
gate electrode
opening
semiconductor substrate
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Withdrawn
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JP22961394A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Tanabe
充 田邊
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a method for forming a gate electrode of small gate length by using lithography. CONSTITUTION: After an SiO2 film 12 is deposited on a GaAs substrate 11, a resist pattern 13 is formed on the SiO2 film 12 which pattern has two oblong apertures formed at an interval of 0.5μm. The resist pattern 13 is used as a mask, and an aperture 14 is formed by etching the SiO2 film 12. After a pair of GaAs layers 15 having mushroom-shaped sections are epitaxially grown at an interval of 0.1μm on the GaAs substrate 11, the SiO2 film 12 is eliminated. A gate electrode whose gate length is 0.1μm is formed by evaporating metal for a gate electrode on the GaAs substrate 11, from the part between the GaAs layers.

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、ゲート電極の形成方法
及び該ゲート電極の形成方法を用いた半導体装置の製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a gate electrode and a method for manufacturing a semiconductor device using the method for forming a gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】FETの高周波化には遮断周波数ftを
大きくすることが最も有効であり、この遮断周波数ft
を大きくするには、FETのゲート電極のゲート長の短
縮化(短ゲート化)が最も有効である。
2. Description of the Related Art Increasing the cutoff frequency ft is most effective for increasing the frequency of FETs.
In order to increase, the shortening of the gate length of the FET gate electrode (shortening the gate) is most effective.

【0003】FETの短ゲート化を実現するため、従来
は電子ビームによりレジスト膜に直接ゲート電極のパタ
ーンを描画する方法(電子ビーム露光法)を用いてい
た。
In order to shorten the gate of the FET, a method of directly drawing a pattern of the gate electrode on the resist film with an electron beam (electron beam exposure method) has been conventionally used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子ビーム露光法によると、ゲート電極のパターンを1
本ずつ露光するため、ウエハーの径が大きくなればなる
ほどレジストパターンの形成工程に多くの時間が掛かる
と共に一度に多数のウェハーを処理できないので、電子
ビーム露光法は大量生産に適しないという問題を有して
いる。
However, according to the conventional electron beam exposure method, the pattern of the gate electrode is 1
Since the wafers are exposed one by one, the larger the diameter of the wafer, the longer the process of forming the resist pattern and the inability to process a large number of wafers at a time.Therefore, the electron beam exposure method is not suitable for mass production. are doing.

【0005】前記に鑑み、本発明は、電子ビーム露光法
を用いず、従来のリソグラフィー技術によって、ゲート
長が小さいゲート電極を形成する方法及びゲート長が小
さいゲート電極を有する半導体装置を製造する方法を実
現することを目的とする。
In view of the above, the present invention is a method of forming a gate electrode having a small gate length and a method of manufacturing a semiconductor device having a gate electrode having a small gate length by a conventional lithography technique without using an electron beam exposure method. The purpose is to realize.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項1の発明が講じた解決手段は、ゲート電極の
形成方法を、半導体基板上に、所定の間隔で一対の長方
形状の開口部を有するマスクパターンを形成する第1の
工程と、前記マスクパターンの開口部に露出した前記半
導体基板上にエピタキシャル成長させて、該半導体基板
及び前記マスクパターンの上に、傘部の先端同士の距離
がゲート電極のゲート長になるよう断面きのこ状の一対
の結晶体を形成する第2の工程と、前記マスクパターン
を除去して、前記半導体基板を前記一対の結晶体同士の
間から露出させる第3の工程と、ゲート電極形成用の金
属を前記一対の結晶体同士の間から前記半導体基板上に
蒸着してゲート電極を形成する第4の工程とを備えてい
る構成とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object, a means for solving the problems according to the invention of claim 1 is to form a gate electrode by forming a pair of rectangular shapes on a semiconductor substrate at predetermined intervals. A first step of forming a mask pattern having an opening, and epitaxial growth on the semiconductor substrate exposed in the opening of the mask pattern to form a tip of an umbrella portion on the semiconductor substrate and the mask pattern. A second step of forming a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section so that the distance becomes the gate length of the gate electrode, and removing the mask pattern to expose the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. A structure including a third step and a fourth step of forming a gate electrode by vapor-depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. A.

【0007】請求項2の発明は、請求項1の構成に、前
記第4の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前記一対
の結晶体同士の間から前記半導体基板上に蒸着すると共
に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面に蒸着して断面Y
字状のゲート電極を形成する工程であるという構成を付
加するものである。
According to a second aspect of the present invention, in the structure of the first aspect, in the fourth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. A pair of crystals is vapor-deposited on the inner slopes of the umbrellas to form a cross section Y.
The configuration is added, which is a step of forming a gate electrode having a V-shape.

【0008】請求項3の発明が講じた解決手段は、ゲー
ト電極の形成方法を、半導体基板上にエピタキシャル成
長させて第1の半導体層を形成する第1の工程と、前記
第1の半導体層の上にエピタキシャル成長させて特定の
エッチャントに対して前記第1の半導体層よりもエッチ
ング速度が遅い第2の半導体層を形成する第2の工程
と、前記第2の半導体層の上に、所定幅の開口部を有す
るマスクパターンを形成する第3の工程と、前記マスク
パターンをマスクとして前記第2の半導体層に対してエ
ッチングを行ない、該第2の半導体層に、該第2の半導
体層の下面における開口幅がゲート電極のゲート長に相
当する断面逆台形状の第2半導体層開口部を形成する第
4の工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記第
1の半導体層に対して前記特定のエッチャントにより選
択的にエッチングを行ない、前記第1の半導体層に、前
記第2半導体層開口部と連通し且つ該第2半導体層開口
部の前記開口幅よりも大きい開口幅を有する第1半導体
層開口部を形成する第5の工程と、前記第2半導体層開
口部から前記半導体基板上にゲート電極形成用の金属を
蒸着してゲート電極を形成する第6の工程とを備えてい
る構成とするものである。
According to a third aspect of the present invention, a method for forming a gate electrode comprises a first step of epitaxially growing a gate electrode on a semiconductor substrate to form a first semiconductor layer, and a step of forming the first semiconductor layer. A second step of epitaxially growing on the second semiconductor layer to form a second semiconductor layer having an etching rate slower than that of the first semiconductor layer with respect to a particular etchant; A third step of forming a mask pattern having an opening; and etching the second semiconductor layer using the mask pattern as a mask to form a second semiconductor layer on the lower surface of the second semiconductor layer. A fourth step of forming a second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross-section whose opening width corresponds to the gate length of the gate electrode, and to the first semiconductor layer using the mask pattern as a mask. Etching selectively with the specific etchant, communicating with the first semiconductor layer opening and having an opening width larger than the opening width of the second semiconductor layer opening; 1) A fifth step of forming a semiconductor layer opening, and a sixth step of forming a gate electrode by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from the second semiconductor layer opening. It is configured to be.

【0009】請求項4の発明は、請求項3の構成に、前
記第6の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前記第2
導電体層開口部から前記半導体基板上に蒸着すると共に
前記第2の半導体層における前記第2半導体層開口部の
両側の斜面に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成す
る工程であるという構成を付加するものである。
According to a fourth aspect of the invention, in the structure of the third aspect, in the sixth step, a metal for forming a gate electrode is added to the second electrode.
It is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by depositing on the semiconductor substrate from the conductor layer opening and depositing on the slopes on both sides of the second semiconductor layer opening in the second semiconductor layer. The configuration is added.

【0010】請求項5の発明が講じた解決手段は、半導
体装置の製造方法を、半導体基板上にソース・ドレイン
領域を形成する第1の工程と、前記半導体基板上に、所
定の間隔で一対の長方形状の開口部を有するマスクパタ
ーンを形成する第2の工程と、前記半導体基板上の前記
ソース・ドレイン領域の上にオーミック電極を形成する
第3の工程と、前記マスクパターンの開口部に露出した
前記半導体基板上にエピタキシャル成長させて、該半導
体基板及び前記マスクパターンの上に、傘部の先端同士
の距離がゲート電極のゲート長になるよう断面きのこ状
の一対の結晶体を形成する第4の工程と、前記マスクパ
ターンを除去して、前記半導体基板を前記一対の結晶体
同士の間から露出させる第5の工程と、ゲート電極形成
用の金属を前記一対の結晶体同士の間から前記半導体基
板上に蒸着してゲート電極を形成する第6の工程とを備
えている構成とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate; and a pair of semiconductor devices on the semiconductor substrate at predetermined intervals. A second step of forming a mask pattern having a rectangular opening, a third step of forming an ohmic electrode on the source / drain regions on the semiconductor substrate, and an opening of the mask pattern. Epitaxially growing on the exposed semiconductor substrate to form a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section on the semiconductor substrate and the mask pattern so that the distance between the tips of the umbrella portions becomes the gate length of the gate electrode. 4 step, a fifth step of removing the mask pattern to expose the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, and a metal for forming a gate electrode It is an arrangement which from between the crystal bodies and a sixth step of forming a gate electrode by depositing on the semiconductor substrate.

【0011】請求項6の発明は、請求項5の構成に、前
記第6の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前記一対
の結晶体同士の間から前記半導体基板上に蒸着すると共
に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面に蒸着して断面Y
字状のゲート電極を形成する工程であるという構成を付
加するものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in the structure of the fifth aspect, the sixth step comprises depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. A pair of crystals is vapor-deposited on the inner slopes of the umbrellas to form a cross section Y.
The configuration is added, which is a step of forming a gate electrode having a V-shape.

【0012】請求項7の発明が講じた解決手段は、半導
体装置の製造方法を、半導体基板上にソース・ドレイン
領域を形成する第1の工程と、前記半導体基板上に、所
定の間隔で一対の長方形状の開口部を有するマスクパタ
ーンを形成する第2の工程と、前記マスクパターンの開
口部に露出した前記半導体基板上にエピタキシャル成長
させて、該半導体基板及び前記マスクパターンの上に、
傘部の先端同士の距離がゲート電極のゲート長になるよ
う断面きのこ状の一対の結晶体を形成する第3の工程
と、前記マスクパターンを除去して、前記半導体基板を
前記一対の結晶体同士の間から露出させる第4の工程
と、ゲート電極形成用の金属を前記一対の結晶体同士の
間から前記半導体基板上に蒸着してゲート電極を形成す
る第5の工程と、前記半導体基板上の前記ソース・ドレ
イン領域の上にオーミック電極を形成する第6の工程と
を備えている構成とするものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate; and a pair of semiconductor devices on the semiconductor substrate at predetermined intervals. A second step of forming a mask pattern having a rectangular opening, and epitaxial growth on the semiconductor substrate exposed in the opening of the mask pattern, and on the semiconductor substrate and the mask pattern,
A third step of forming a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section so that the distance between the tips of the umbrella portions becomes the gate length of the gate electrode, and removing the mask pattern to form the semiconductor substrate on the pair of crystal bodies. A fourth step of exposing the metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies to form a gate electrode; A sixth step of forming an ohmic electrode on the source / drain regions above.

【0013】請求項8の発明は、請求項7の構成に、前
記第5の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前記一対
の結晶体同士の間から前記半導体基板上に蒸着すると共
に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面に蒸着して断面Y
字状のゲート電極を形成する工程であるという構成を付
加するものである。
According to an eighth aspect of the invention, in the structure of the seventh aspect, in the fifth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. A pair of crystals is vapor-deposited on the inner slopes of the umbrellas to form a cross section Y.
The configuration is added, which is a step of forming a gate electrode having a V-shape.

【0014】請求項9の発明が講じた解決手段は、半導
体基板上にソース・ドレイン領域を形成する第1の工程
と、前記半導体基板上にエピタキシャル成長させて第1
の半導体層を形成する第2の工程と、前記第1の半導体
層の上にエピタキシャル成長させて特定のエッチャント
に対して前記第1の半導体層よりもエッチング速度が遅
い第2の半導体層を形成する第3の工程と、前記第2の
半導体層の上に、所定幅の開口部を有するマスクパター
ンを形成する第4の工程と、前記半導体基板の前記ソー
ス・ドレイン領域の上にオーミック電極を形成する第5
の工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記第2
の半導体層に対してエッチングを行ない、該第2の半導
体層に、該第2の半導体層の下面における開口幅がゲー
ト電極のゲート長に相当する断面逆台形状の第2半導体
層開口部を形成する第6の工程と、前記マスクパターン
をマスクとして前記第1の半導体層に対して前記特定の
エッチャントにより選択的にエッチングを行ない、前記
第1の半導体層に、前記第2半導体層開口部と連通し且
つ該第2半導体層開口部の下面における開口幅よりも大
きい開口幅を有する第1半導体層開口部を形成する第7
の工程と、前記第2半導体層開口部から前記半導体基板
上にゲート電極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形
成する第8の工程とを備えている構成とするものであ
る。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a solving means, which comprises a first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate and a first epitaxial growth on the semiconductor substrate.
Second step of forming the semiconductor layer, and epitaxially growing on the first semiconductor layer to form a second semiconductor layer having an etching rate slower than that of the first semiconductor layer for a specific etchant. A third step, a fourth step of forming a mask pattern having an opening of a predetermined width on the second semiconductor layer, and an ohmic electrode formed on the source / drain region of the semiconductor substrate. 5th to do
And the second step using the mask pattern as a mask.
Of the second semiconductor layer is etched to form a second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross-section whose opening width on the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode. A sixth step of forming, and using the mask pattern as a mask, the first semiconductor layer is selectively etched by the specific etchant, and the second semiconductor layer opening is formed in the first semiconductor layer. Forming a first semiconductor layer opening communicating with the first semiconductor layer opening and having an opening width larger than the opening width at the lower surface of the second semiconductor layer opening;
And the eighth step of forming a gate electrode by vapor-depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from the opening of the second semiconductor layer.

【0015】請求項10の発明は、請求項9の構成に、
前記第8の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前記第
2導電体層開口部から前記半導体基板上に蒸着すると共
に前記第2の半導体層における前記第2半導体層開口部
の両側の斜面に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成
する工程であるという構成を付加するものである。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the structure of the ninth aspect.
In the eighth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from the second conductor layer opening, and slopes on both sides of the second semiconductor layer opening in the second semiconductor layer are formed. The structure is added to the step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by vapor deposition.

【0016】請求項11の発明が講じた解決手段は、半
導体装置の製造方法を、半導体基板上にソース・ドレイ
ン領域を形成する第1の工程と、前記半導体基板上にエ
ピタキシャル成長させて第1の半導体層を形成する第2
の工程と、前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成
長させて特定のエッチャントに対して前記第1の半導体
層よりもエッチング速度が遅い第2の半導体層を形成す
る第3の工程と、前記第2の半導体層の上に、所定幅の
開口部を有するマスクパターンを形成する第4の工程
と、前記マスクパターンをマスクとして前記第2の半導
体層に対してエッチングを行ない、該第2の半導体層
に、該第2の半導体層の下面における開口幅がゲート電
極のゲート長に相当する断面逆台形状の第2半導体層開
口部を形成する第5の工程と、前記マスクパターンをマ
スクとして前記第1の半導体層に対して前記特定のエッ
チャントにより選択的にエッチングを行ない、前記第1
の半導体層に、前記第2半導体層開口部と連通し且つ該
第2半導体層開口部の前記開口幅よりも大きい開口幅を
有する第1半導体層開口部を形成する第6の工程と、前
記第2半導体層開口部から前記半導体基板上にゲート電
極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形成する第7の
工程と、前記半導体基板の前記ソース・ドレイン領域の
上にオーミック電極を形成する第8の工程とを備えてい
る構成とするものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate; and a first step of epitaxial growth on the semiconductor substrate. Second forming a semiconductor layer
And a third step of epitaxially growing on the first semiconductor layer to form a second semiconductor layer having an etching rate slower than that of the first semiconductor layer with respect to a specific etchant, A second step of forming a mask pattern having an opening of a predetermined width on the second semiconductor layer, and etching the second semiconductor layer using the mask pattern as a mask to form the second semiconductor A fifth step of forming in the layer a second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross section whose opening width on the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode; and using the mask pattern as a mask. The first semiconductor layer is selectively etched by the specific etchant,
A sixth step of forming in the semiconductor layer a first semiconductor layer opening communicating with the second semiconductor layer opening and having an opening width larger than the opening width of the second semiconductor layer opening; A seventh step of forming a gate electrode by vapor-depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from the opening of the second semiconductor layer, and forming an ohmic electrode on the source / drain regions of the semiconductor substrate. And an eighth step.

【0017】請求項12の発明は、請求項11の構成
に、前記第7の工程は、ゲート電極形成用の金属を、前
記第2導電体層開口部から前記半導体基板上に蒸着する
と共に前記第2の半導体層における前記第2半導体層開
口部の両側の斜面に蒸着して断面Y字状のゲート電極を
形成する工程であるという構成を付加するものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the structure of the eleventh aspect, in the seventh step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from the second conductor layer opening. A configuration is added, which is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by vapor deposition on the slopes on both sides of the second semiconductor layer opening in the second semiconductor layer.

【0018】[0018]

【作用】請求項1の構成により、半導体基板の上に傘部
の先端同士の距離がゲート電極のゲート長になるよう断
面きのこ状の一対の結晶体を形成し、ゲート電極形成用
の金属を一対の結晶体同士の間から半導体基板上に蒸着
してゲート電極を形成するため、ゲート電極のゲート長
は一対の結晶体の傘部の先端同士の距離になる。この場
合、断面きのこ状の結晶体は一対の長方形状の開口部に
露出した半導体基板上にエピタキシャル成長により形成
されるので、断面きのこ状の結晶体の傘部の先端同士の
距離ひいてはゲート電極のゲート長は一対の開口部同士
の間隔よりも小さいことになる。
According to the structure of claim 1, a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section is formed on the semiconductor substrate so that the distance between the tips of the umbrella portions becomes the gate length of the gate electrode. Since the gate electrode is formed by vapor deposition on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, the gate length of the gate electrode is the distance between the tips of the umbrella portions of the pair of crystal bodies. In this case, since the crystal body having the mushroom-shaped cross section is formed by epitaxial growth on the semiconductor substrate exposed in the pair of rectangular openings, the distance between the tips of the umbrella portions of the crystal body having the mushroom-shaped cross section and thus the gate electrode gate The length is smaller than the distance between the pair of openings.

【0019】請求項2の構成により、ゲート電極形成用
の金属を、一対の結晶体同士の間から半導体基板上に蒸
着すると共に一対の結晶体の傘部の内側斜面に蒸着して
断面Y字状のゲート電極を形成するため、ゲート長が小
さく且つ金属配線との接触面積が大きいマッシュルーム
形状のゲート電極が形成される。
According to the second aspect of the present invention, the metal for forming the gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies and is vapor-deposited on the inner slope of the umbrella portion of the pair of crystal bodies to form a Y-shaped section. Since the gate electrode is formed in a striped shape, a mushroom-shaped gate electrode having a small gate length and a large contact area with the metal wiring is formed.

【0020】請求項3の構成により、第2の半導体層に
形成され該第2の半導体層の下面における開口幅がゲー
ト電極のゲート長に相当する断面逆台形状の第2半導体
層開口部から半導体基板上にゲート電極形成用の金属を
蒸着してゲート電極を形成するため、ゲート電極のゲー
ト長は断面逆台形状の第2半導体層開口部の開口幅にな
る。この場合、断面逆台形状の第2半導体層開口部は所
定幅の開口部を有するマスクパターンをマスクとするエ
ッチングにより形成されるので、断面逆台形状の第2半
導体層開口部の開口幅ひいてはゲート長はマスクパター
ンの開口部の所定幅よりも小さいことになる。また、第
1半導体層開口部の開口幅は第2半導体層開口部の開口
幅よりも大きいのでゲート電極は第1半導体層に接触し
ない。
According to the structure of claim 3, from the opening of the second semiconductor layer which is formed in the second semiconductor layer and whose opening width in the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode, the second semiconductor layer has an inverted trapezoidal cross section. Since the gate electrode is formed by depositing the metal for forming the gate electrode on the semiconductor substrate, the gate length of the gate electrode is the opening width of the second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross section. In this case, since the second semiconductor layer opening having the inverted trapezoidal cross section is formed by etching using the mask pattern having the opening having the predetermined width as the mask, the opening width of the second semiconductor layer opening having the inverted trapezoidal cross section, and thus the opening. The gate length is smaller than the predetermined width of the opening of the mask pattern. Further, since the opening width of the first semiconductor layer opening is larger than the opening width of the second semiconductor layer opening, the gate electrode does not contact the first semiconductor layer.

【0021】請求項4の構成により、ゲート電極形成用
の金属を、第2導電体層開口部から半導体基板上に蒸着
すると共に第2の半導体層における第2半導体層開口部
の両側の斜面に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成
するため、ゲート長が小さく且つ金属配線との接触面積
が大きいマッシュルーム形状のゲート電極が形成され
る。
According to the structure of claim 4, the metal for forming the gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from the opening of the second conductor layer, and on the slopes on both sides of the opening of the second semiconductor layer in the second semiconductor layer. Since the gate electrode having a Y-shaped cross section is formed by vapor deposition, a mushroom-shaped gate electrode having a short gate length and a large contact area with a metal wiring is formed.

【0022】請求項5又は7の構成により、請求項1と
同様にして、ゲート長が一対の開口部同士の間隔よりも
小さいゲート電極を有する半導体装置が製造される。
According to the structure of claim 5 or 7, in the same manner as in claim 1, a semiconductor device having a gate electrode having a gate length smaller than a distance between a pair of openings is manufactured.

【0023】請求項6又は8の構成により、請求項2と
同様にして、ゲート長が小さく且つ金属配線との接触面
性が大きいマッシュルーム形状のゲート電極を有する半
導体装置が製造される。
According to the sixth or eighth aspect of the invention, similarly to the second aspect, a semiconductor device having a mushroom-shaped gate electrode having a short gate length and a large contact surface property with a metal wiring is manufactured.

【0024】請求項9又は11の構成により、請求項3
と同様にして、ゲート長がマスクパターンの開口部の幅
よりも小さいゲート電極を有する半導体装置が製造され
る。請求項10又は12の構成により、請求項4と同様
にして、ゲート長が小さく且つ金属配線との接触面性が
大きいマッシュルーム形状のゲート電極を有する半導体
装置が製造される。
According to the configuration of claim 9 or 11, claim 3
Similarly, a semiconductor device having a gate electrode having a gate length smaller than the width of the opening of the mask pattern is manufactured. According to the structure of claim 10 or 12, similarly to claim 4, a semiconductor device having a mushroom-shaped gate electrode having a short gate length and a large contact surface property with a metal wiring is manufactured.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】(第1実施例)図1〜図3は本発明の第1
実施例に係るゲート電極の形成方法の各工程を示してい
る。
(First Embodiment) FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the present invention.
7A to 7C show each step of the method of forming the gate electrode according to the example.

【0027】まず、図1(a)に示すように、基板面方
位が(001)であるGaAs基板11上にプラズマC
VD法を用いてSiO2 膜12を20nmの厚さに堆積
した後、図1(b),(c)に示すように、SiO2
12の上に、幅が0.5μmであり、長さがゲート幅に
等しく且つ0.5μmの間隔に形成された2つの長方形
状の開口部を有するマスクを用いてフォトリソグラフィ
により[0-11]方向に延びる開口部13aを有するレ
ジストパターン13を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, plasma C is formed on a GaAs substrate 11 having a substrate plane orientation of (001).
After depositing the SiO 2 film 12 to a thickness of 20 nm by using the VD method, as shown in FIGS. 1B and 1C, the SiO 2 film 12 has a width of 0.5 μm and a long length on the SiO 2 film 12. Forming a resist pattern 13 having an opening 13a extending in the [0-11] direction by photolithography using a mask having two rectangular openings formed with a width equal to the gate width and at an interval of 0.5 μm. To do.

【0028】次に、レジストパターン13をマスクと
し、バッファードフッ酸(フッ化アンモニウムとフッ酸
との混合物:NH4 F−6%HF)を用いてSiO2
12に対してエッチングを行なうことにより、図2
(a)に示すように、SiO2 膜12に開口部14を形
成した後、図2(b)に示すように、アセトンによって
レジストパターン13を除去する。その後、例えば有機
金属気相成長法によって、図2(c)に示すように、G
aAs基板11の上に断面きのこ状の結晶体としての一
対のGaAs層15を0.656μmの高さにエピタキ
シャル成長させる。この有機金属気相成長法は例えば次
のような成長条件で行なう。供給原料としてトリメチル
ガリウム(Ga(CH3 3 )及びアルシン(As
3 )を用い、V/III 比(V属の元素とIII 属の元素
とのモル比)を100とし、成長温度を700℃、成長
圧力を100torrとし、キャリアガスとして水素ガ
スを用い、その流量を6000c.c./minとする
ことにより、GaAsの(111)A面が図2(c)に
示すように選択成長する。この場合、図2(c)に示す
ように、GaAs層15をその高さが0.656μmに
なるように成長させると、GaAs層15の傘部の内側
先端同士の間隔は0.1μmになる。次に、図2(d)
に示すように、バッファードフッ酸によってSiO2
12を除去する。
Next, using the resist pattern 13 as a mask, the SiO 2 film 12 is etched using buffered hydrofluoric acid (a mixture of ammonium fluoride and hydrofluoric acid: NH 4 F-6% HF). 2
After forming the opening 14 in the SiO 2 film 12 as shown in (a), the resist pattern 13 is removed by acetone as shown in FIG. 2 (b). After that, as shown in FIG. 2C, G
On the aAs substrate 11, a pair of GaAs layers 15 as a crystal body having a mushroom-shaped cross section is epitaxially grown to a height of 0.656 μm. This metal-organic vapor phase epitaxy is performed under the following growth conditions, for example. Trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ) and arsine (As
H 3 ), the V / III ratio (molar ratio of the group V element and the group III element) is 100, the growth temperature is 700 ° C., the growth pressure is 100 torr, and hydrogen gas is used as a carrier gas. Flow rate is 6000 c. c. / Min, the (111) A plane of GaAs is selectively grown as shown in FIG. 2 (c). In this case, as shown in FIG. 2C, when the GaAs layer 15 is grown to a height of 0.656 μm, the distance between the inner tips of the caps of the GaAs layer 15 becomes 0.1 μm. . Next, FIG. 2 (d)
As shown in FIG. 5, the SiO 2 film 12 is removed by buffered hydrofluoric acid.

【0029】次に、図3(a)に示すように、GaAs
基板11及びGaAs層15の上に、フォトリソグラフ
ィによりゲート電極形成領域の上に開口部16を有する
レジストパターン17を形成した後、図3(b)に示す
ように、レジストパターン17の上に蒸着によりゲート
電極用金属膜18Aを全面的に堆積する。その後、図3
(c)に示すように、ゲート電極用金属膜18Aをリフ
トオフしてゲート長が0.1μmであるゲート電極18
Bを形成する。
Next, as shown in FIG.
After forming a resist pattern 17 having an opening 16 on the gate electrode formation region on the substrate 11 and the GaAs layer 15 by photolithography, vapor deposition is performed on the resist pattern 17 as shown in FIG. 3B. Thus, the gate electrode metal film 18A is entirely deposited. After that, FIG.
As shown in (c), the gate electrode metal film 18A is lifted off to have a gate length of 0.1 μm.
Form B.

【0030】(第2実施例)図4及び図5は本発明の第
2実施例に係るゲート電極の形成方法の各工程を示して
いる。
(Second Embodiment) FIGS. 4 and 5 show respective steps of a method of forming a gate electrode according to a second embodiment of the present invention.

【0031】まず、図4(a)に示すように、基板面方
位が(001)であるGaAs基板21上に第1の半導
体層としてのGaAs層22を20nmの厚さにエピタ
キシャル成長した後、GaAs層22の上に第2の半導
体層としてのAl0.15Ga0. 85As層23を210nm
の厚さにエピタキシャル成長する。その後、ゲート長方
向に0.5μmの開口幅を有するマスクを用いてフォト
リソグラフィーにより、Al0.15Ga0.85As層23の
上に[1-10]方向に延びる開口部24aを有するレジ
ストパターン24を形成する。その後、例えば、HNO
3 :H2 O=1:3よりなるエッチャントを用いて、A
0.15Ga0.85As層23に対して等方性エッチングを
行なう。この場合、図4(c)において二点鎖線で示す
ように、Al0.15Ga0.85As層23がレジストパター
ン24の開口部24aよりも水平方向に深くエッチング
される事態は避ける。尚、HNO3 :H2 O=1:3は
(111)A面が露出する等方性エッチャントである。
また、この等方性エッチングによってAl0.15Ga0.85
As層23には、Al0.15Ga0.85As層23の下面に
おける開口幅が0.1μmである第2半導体層開口部と
しての逆台形状開口部25Aが形成される。この場合、
GaAs層22の上面には逆台形状開口部25Aに連通
した断面三角形状の凹部が形成される。
First, as shown in FIG. 4A, a GaAs layer 22 as a first semiconductor layer is epitaxially grown to a thickness of 20 nm on a GaAs substrate 21 having a substrate plane orientation of (001), and then GaAs is formed. the Al 0.15 Ga 0. 85 as layer 23 as a second semiconductor layer 210nm on the layer 22
Epitaxially grown to a thickness of. Then, a resist pattern 24 having an opening 24a extending in the [1-10] direction is formed on the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 23 by photolithography using a mask having an opening width of 0.5 μm in the gate length direction. To do. Then, for example, HNO
Using an etchant composed of 3 : H 2 O = 1: 3, A
Isotropic etching is performed on the 0.15 Ga 0.85 As layer 23. In this case, as shown by the chain double-dashed line in FIG. 4C, the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 23 is prevented from being etched deeper in the horizontal direction than the opening 24 a of the resist pattern 24. HNO 3 : H 2 O = 1: 3 is an isotropic etchant with the (111) A plane exposed.
Also, this isotropic etching results in Al 0.15 Ga 0.85
An inverted trapezoidal opening 25A is formed in the As layer 23 as a second semiconductor layer opening having an opening width of 0.1 μm on the lower surface of the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 23. in this case,
On the upper surface of the GaAs layer 22, a recess having a triangular cross section is formed which communicates with the inverted trapezoidal opening 25A.

【0032】次に、図5(a)に示すように、例えば、
クエン酸:H2 2 =50:1にアンモニア水を加えp
H=6.5に調整したエッチャント(以後、クエン酸系
エッチャントと称する。)によって、逆台形状開口部2
5AからGaAs層22を選択的に除去して、逆台形状
開口部25Aの0.1μmの開口幅よりも大きい開口幅
を有する第1半導体層としての長方形状開口部25Bを
形成する。尚、クエン酸系エッチャントは、Al0.15
0.85Asに対するGaAsのエッチング速度比が80
と、GaAsに対して高い選択比を有する選択エッチャ
ントである(信学技報ED93−99)。その後、図5
(b)に示すように、蒸着によりゲート電極用金属膜2
6Aを全面に堆積した後、該ゲート電極用金属膜26A
をリフトオフして、図5(c)に示すように、ゲート長
が0.1μmであるゲート電極26Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, for example,
Add aqueous ammonia to citric acid: H 2 O 2 = 50: 1 and add p
The inverted trapezoidal opening 2 is formed by an etchant adjusted to H = 6.5 (hereinafter referred to as a citric acid-based etchant).
The GaAs layer 22 is selectively removed from 5A to form a rectangular opening 25B as a first semiconductor layer having an opening width larger than the opening width of 0.1 μm of the inverted trapezoidal opening 25A. The citric acid type etchant is Al 0.15 G
a The etching rate ratio of GaAs to 0.85 As is 80
And a selective etchant having a high selection ratio with respect to GaAs (Study Tech. Report ED93-99). After that, FIG.
As shown in (b), the gate electrode metal film 2 is formed by vapor deposition.
After depositing 6A on the entire surface, the gate electrode metal film 26A
Is lifted off to form a gate electrode 26B having a gate length of 0.1 μm as shown in FIG.

【0033】(第3実施例)図6〜図12は、本発明の
第3実施例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示し
ている。第3実施例は第1実施例に係るゲート電極の形
成方法を適用したMESFETの製造方法である。
(Third Embodiment) FIGS. 6 to 12 show steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is a MESFET manufacturing method to which the gate electrode forming method according to the first embodiment is applied.

【0034】まず、図6(a)に示すように、基板面方
位が(001)である半絶縁性のGaAs基板31上
に、例えば分子線エピタキシー装置(MBE)によりi
型GaAs緩衝層32を500nmの厚さに積層した
後、Siを5×1017cm-3ドープしてi型GaAs緩
衝層32の上にn- 型GaAs層33を50nmの厚さ
に積層し、その後、同じくSiを5×1018cm-3ドー
プしてn- 型GaAs層33の上にn+ 型GaAs層3
4を50nmの厚さに積層する。その後、図6(b)に
示すように、n+ 型GaAs層34の上におけるFET
を形成する領域にフォトリソグラフィーによりレジスト
パターン35を形成する。その後、レジストパターン3
5をマスクとして例えばリン酸系エッチャントにより深
さ150nmにメサエッチングをして素子間分離を行な
う。
First, as shown in FIG. 6A, a semi-insulating GaAs substrate 31 having a substrate surface orientation of (001) is formed on a semi-insulating GaAs substrate 31 by, for example, a molecular beam epitaxy apparatus (MBE).
After the type GaAs buffer layer 32 is laminated to a thickness of 500 nm, Si is doped at 5 × 10 17 cm −3 and the n type GaAs layer 33 is laminated to a thickness of 50 nm on the i type GaAs buffer layer 32. Then, similarly, Si is doped at 5 × 10 18 cm −3 and the n + type GaAs layer 3 is formed on the n type GaAs layer 33.
4 is laminated to a thickness of 50 nm. Thereafter, as shown in FIG. 6B, the FET on the n + type GaAs layer 34
A resist pattern 35 is formed by photolithography in the region where the is to be formed. After that, resist pattern 3
5 is used as a mask to perform mesa etching to a depth of 150 nm with a phosphoric acid-based etchant to separate the elements.

【0035】次に、図7(a)に示すように、レジスト
パターン35を除去した後、第1のSiO2 膜36を6
0nmの厚さに堆積する。その後、図7(b)に示すよ
うに、第1のSiO2 膜36の上におけるFET形成領
域に、フォトリソグラフィーにより、幅寸法(図7
(b)における左右方向の寸法)が2μmであり、長さ
寸法がゲート幅に等しい長方形状の開口部を有するレジ
ストパターン37を形成する。尚、レジストパターン3
7の開口部の幅を2μmにする理由については後述す
る。その後、図7(c)に示すように、レジストパター
ン37をマスクとして第1のSiO2 膜36に対してエ
ッチングを行なった後、レジストパターン37を除去す
る。
Next, as shown in FIG. 7A, after removing the resist pattern 35, a first SiO 2 film 36 is formed to a thickness of 6 μm.
Deposit to a thickness of 0 nm. After that, as shown in FIG. 7B, the width dimension (FIG. 7) is formed on the FET formation region on the first SiO 2 film 36 by photolithography.
A resist pattern 37 having a rectangular opening with a horizontal dimension in (b) of 2 μm and a length dimension equal to the gate width is formed. The resist pattern 3
The reason why the width of the opening of 7 is 2 μm will be described later. Thereafter, as shown in FIG. 7C, the first SiO 2 film 36 is etched using the resist pattern 37 as a mask, and then the resist pattern 37 is removed.

【0036】次に、図8(a)に示すように、第1のS
iO2 膜36をマスクとして例えばリン酸系エッチャン
トによりn+ 型GaAs層34をリセスエッチングす
る。この場合、レジストパターン37の開口部の幅が2
μmであるので、n+ 型GaAs層34に形成される開
口部の幅も2μmになる。その後、図8(b)に示すよ
うに、第1のSiO2 膜36を除去した後、プラズマC
VD法を用いて第2のSiO2 膜39を20nmの厚さ
に堆積した後、第1実施例と同様、幅が0.5μmであ
り、長さがゲート幅に等しく且つ0.5μmの間隔に形
成された2つの長方形状の開口部を有するマスクを用い
てフォトリソグラフィにより[0-11]方向に延びる開
口部を有するレジストパターンを形成し、該レジストパ
ターンをマスクとしバッファードフッ酸を用いるエッチ
ングを行なうことにより、第2のSiO2 膜39に、図
8(b)に示すような第1実施例(図2(b)を参照)
と同様の開口部を形成する。その後、例えば、第1実施
例と同条件の有機金属気相成長法によって、図8(b)
に示すように、GaAs基板31の上に断面きのこ状の
結晶体としての一対のGaAs層38を0.656μm
の高さに成長する。この場合、GaAs層38の傘部の
内側先端同士の間隔は0.1μmになり、GaAs層3
8の傘部の外側先端同士の距離は1.9μmになる。こ
の外側先端同士の距離を確保するために、前述したn+
型GaAs層34に形成される開口部の幅つまりレジス
トパターン37の開口部の幅を2μmにしたものであ
る。その後、図8(c)に示すように、GaAs層38
の上に、ソース・ドレイン電極となるオーミック電極を
形成するためのレジストパターン40を形成する。
Next, as shown in FIG. 8A, the first S
The n + -type GaAs layer 34 is recess-etched with, for example, a phosphoric acid-based etchant using the iO 2 film 36 as a mask. In this case, the width of the opening of the resist pattern 37 is 2
Since it is μm, the width of the opening formed in the n + type GaAs layer 34 is also 2 μm. After that, as shown in FIG. 8B, after removing the first SiO 2 film 36, plasma C
After depositing the second SiO 2 film 39 to a thickness of 20 nm by using the VD method, the width is 0.5 μm, the length is equal to the gate width, and the interval is 0.5 μm, as in the first embodiment. A resist pattern having an opening extending in the [0-11] direction is formed by photolithography using a mask having two rectangular openings formed in 1., and buffered hydrofluoric acid is used with the resist pattern as a mask. By performing etching, the second SiO 2 film 39 is formed on the second SiO 2 film 39 according to the first embodiment as shown in FIG. 8B (see FIG. 2B).
An opening similar to that is formed. After that, for example, by the metal organic chemical vapor deposition method under the same conditions as in the first embodiment, as shown in FIG.
As shown in FIG. 6, a pair of GaAs layers 38 as a crystal body having a mushroom-shaped cross section are formed on the GaAs substrate 31 at 0.656 μm.
Grow to the height of. In this case, the distance between the inner tips of the caps of the GaAs layer 38 is 0.1 μm, and
The distance between the outer tips of the umbrella portions of No. 8 is 1.9 μm. In order to secure the distance between the outer tips, n +
The width of the opening formed in the type GaAs layer 34, that is, the width of the opening of the resist pattern 37 is 2 μm. Then, as shown in FIG. 8C, the GaAs layer 38
A resist pattern 40 for forming an ohmic electrode to be a source / drain electrode is formed thereon.

【0037】次に、図9(a)に示すように、レジスト
パターン40をマスクとして例えばバッファードフッ酸
(HF6%)により第2のSiO2 膜39に対して選択
的にエッチングを行なった後、例えばAuGe/Niを
130nm/40nmの厚さにそれぞれ蒸着して、図9
(b)に示すように、全面に亘ってオーミック電極形成
用金属膜41Aを堆積する。
Next, as shown in FIG. 9A, after selectively etching the second SiO 2 film 39 by using, for example, buffered hydrofluoric acid (HF 6%) with the resist pattern 40 as a mask, For example, AuGe / Ni is vapor-deposited to a thickness of 130 nm / 40 nm, respectively.
As shown in (b), the ohmic electrode forming metal film 41A is deposited over the entire surface.

【0038】次に、図10(a)に示すように、オーミ
ック電極形成用金属膜41Aをリフトオフしてオーミッ
ク電極41Bを形成した後、図10(b)に示すよう
に、GaAs層38及びオーミック電極41Bの上にゲ
ート電極を形成するためのレジストパターン42を形成
する。
Next, as shown in FIG. 10A, the ohmic electrode forming metal film 41A is lifted off to form an ohmic electrode 41B, and then the GaAs layer 38 and the ohmic electrode 41B are formed as shown in FIG. 10B. A resist pattern 42 for forming a gate electrode is formed on the electrode 41B.

【0039】次に、図11(a)に示すように、レジス
トパターン42をマスクとして例えばバッファードフッ
酸(HF6%)により第2のSiO2 膜39に対してエ
ッチングを行なうことにより、第2のSiO2 膜39に
おけるゲート電極形成領域を除去し、n- 型GaAs層
33を露出させる。その後、図11(b)に示すよう
に、n- 型GaAs層33におけるゲート電極形成領域
を例えばリン酸系エッチャントにより数nmの深さにリ
セスエッチングする次に、図12(a)に示すように、
例えばTi/Pt/Auをそれぞれを50/50/40
0nmの厚さに全面に蒸着してゲート電極用金属膜43
Aを堆積した後、図12(b)に示すように、ゲート電
極用金属膜43Aをリフトオフしてゲート電極43Bを
形成すると、ゲート長が0.1μmであるMESFET
を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 11A, the second SiO 2 film 39 is etched by using, for example, buffered hydrofluoric acid (HF 6%) with the resist pattern 42 as a mask, thereby forming a second film. The gate electrode formation region in the SiO 2 film 39 is removed to expose the n type GaAs layer 33. After that, as shown in FIG. 11B, the gate electrode formation region in the n type GaAs layer 33 is recess-etched to a depth of several nm with, for example, a phosphoric acid-based etchant. Next, as shown in FIG. To
For example, Ti / Pt / Au are 50/50/40 respectively
Metal film 43 for gate electrode is deposited on the entire surface to a thickness of 0 nm.
After depositing A, as shown in FIG. 12B, when the gate electrode metal film 43A is lifted off to form the gate electrode 43B, a MESFET having a gate length of 0.1 μm is formed.
Can be manufactured.

【0040】(第4実施例)図13〜図17は、本発明
の第4実施例に係る半導体装置の製造方法の各工程を示
している。第4実施例は第2実施例に係るゲート電極の
形成方法を適用したMESFETの製造方法である。
(Fourth Embodiment) FIGS. 13 to 17 show steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment is a MESFET manufacturing method to which the gate electrode forming method according to the second embodiment is applied.

【0041】まず、図13(a)に示すように、基板面
方位が(001)である半絶縁性GaAs基板51上
に、例えば分子線エピタキシー装置(MBE)によっ
て、i型GaAs緩衝層52を500nmの厚さに積層
した後、Siを5×1017cm-3ドープしてi型GaA
s緩衝層52の上にn- 型GaAs層53を50nmの
厚さに積層し、その後、同じくSiを5×1018cm-3
ドープしてn- 型GaAs層53の上にn+ 型GaAs
層54を50nmの厚さに積層する。その後、図13
(b)に示すように、n+ 型GaAs層54の上におけ
るFET形成領域にフォトリソグラフィーによってレジ
ストパターン55を形成した後、図13(c)に示すよ
うに、該レジストパターン55をマスクとして例えばリ
ン酸系エッチャントにより深さ150nmにメサエッチ
ングをして素子間分離を行なう。
First, as shown in FIG. 13A, an i-type GaAs buffer layer 52 is formed on a semi-insulating GaAs substrate 51 having a substrate surface orientation of (001) by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) device. After stacking to a thickness of 500 nm, Si is doped at 5 × 10 17 cm −3 to form i-type GaA.
An n -type GaAs layer 53 having a thickness of 50 nm is stacked on the s buffer layer 52, and then Si is also added at 5 × 10 18 cm −3.
N + type GaAs on the n type GaAs layer 53 by doping
Layer 54 is laminated to a thickness of 50 nm. After that, FIG.
As shown in (b), after forming a resist pattern 55 by photolithography in the FET formation region on the n + -type GaAs layer 54, as shown in FIG. 13C, using the resist pattern 55 as a mask, for example, The elements are separated by performing mesa etching to a depth of 150 nm with a phosphoric acid-based etchant.

【0042】次に、図14(a)に示すように、レジス
トパターン55を除去した後、第2実施例と同様、第1
の半導体層としてのGaAs層56を20nmの厚さに
エピタキシャル成長した後、GaAs層56の上に第2
の半導体層としてのAl0.15Ga0.85As層57を21
0nmの厚さにエピタキシャル成長する。その後、図1
4(b)に示すように、Al0.15Ga0.85As層57の
上にフォトリソグラフィーによりオーミック領域を形成
するためのレジストパターン58を形成した後、リアク
ティブイオンエッチング装置(RIE)によって、レジ
ストパターン58をマスクとするRIEエッチングを行
ない、図14(c)に示すように、Al0.15Ga0.85
s層57及びGaAs層56を選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 14A, after removing the resist pattern 55, the first pattern is formed in the same manner as in the second embodiment.
After epitaxially growing a GaAs layer 56 as a semiconductor layer of 20 nm in thickness, a second layer is formed on the GaAs layer 56.
Of Al 0.15 Ga 0.85 As layer 57 as a semiconductor layer of
Epitaxially grow to a thickness of 0 nm. Then, Figure 1
As shown in FIG. 4B, a resist pattern 58 for forming an ohmic region is formed on the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 57 by photolithography, and then the resist pattern 58 is formed by a reactive ion etching apparatus (RIE). Is used as a mask to perform RIE etching. As shown in FIG. 14 (c), Al 0.15 Ga 0.85 A
The s layer 57 and the GaAs layer 56 are selectively removed.

【0043】次に、例えばAuGe/Niを130nm
/40nmの厚さにそれぞれ全面に蒸着して、15
(a)に示すように、ソース・ドレイン電極であるオー
ミック電極を形成するためのオーミック電極用金属膜5
9Aを堆積した後、該オーミック電極用金属膜59Aを
リフトオフして、15(b)に示すように、オーミック
電極59Bを形成する。その後、15(c)に示すよう
に、Al0.15Ga0.85As層57及びオーミック電極5
9Bの上に、第2実施例と同様、フォトリソグラフィー
により、長さがゲート幅に相当し、幅が0.5μmであ
り、[1-10]方向に延びる開口部を有するゲート電極
形成用のレジストパターン60を形成した後、該レジス
トパターン60をマスクとしてAl0.15Ga0.85As層
57及びGaAs層56に対して等方性エッチングを行
なう。この等方性エッチングによってAl0.15Ga0.85
As層57に形成される第2半導体層開口部としての逆
台形状開口部の下辺の幅は0.1μmとなる。その後、
Al0.15Ga0.85As層57の逆台形状開口部からGa
As層56を選択的に除去して第1半導体層開口部とし
ての長方形状開口部を形成する。
Next, for example, AuGe / Ni is added to 130 nm.
/ 40nm thickness is vapor-deposited on the entire surface.
As shown in (a), the ohmic electrode metal film 5 for forming ohmic electrodes that are source / drain electrodes.
After depositing 9A, the ohmic electrode metal film 59A is lifted off to form an ohmic electrode 59B as shown in 15 (b). After that, as shown in FIG. 15C, the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 57 and the ohmic electrode 5 are formed.
Similar to the second embodiment, a gate electrode for forming a gate electrode having a length corresponding to the gate width, a width of 0.5 μm, and an opening extending in the [1-10] direction is formed on 9B by photolithography. After forming the resist pattern 60, the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 57 and the GaAs layer 56 are isotropically etched using the resist pattern 60 as a mask. By this isotropic etching, Al 0.15 Ga 0.85
The width of the lower side of the inverted trapezoidal opening as the second semiconductor layer opening formed in the As layer 57 is 0.1 μm. afterwards,
From the inverted trapezoidal opening of the Al 0.15 Ga 0.85 As layer 57 to Ga
The As layer 56 is selectively removed to form a rectangular opening as the first semiconductor layer opening.

【0044】次に、図16(a)に示すように、n+
GaAs層54を選択エッチャントによりリセスエッチ
ングした後、耐圧を向上させるため、図16(b)に示
すように、n- 型GaAs層53を僅かにリセスエッチ
ングする。その後、図16(c)に示すように、例えば
Ti/Pt/Auをそれぞれを50/50/400nm
の厚さに全面的に蒸着してゲート電極用金属膜61Aを
堆積する。
Next, as shown in FIG. 16 (a), after the recess etching by selective etchant n + -type GaAs layer 54, in order to improve the breakdown voltage, as shown in FIG. 16 (b), n - -type The GaAs layer 53 is slightly recessed. Then, as shown in FIG. 16C, for example, Ti / Pt / Au is added to 50/50/400 nm, respectively.
Then, a metal film for gate electrode 61A is deposited by vapor deposition over the entire thickness.

【0045】次に、図17に示すように、ゲート電極用
金属膜61Aをリフトオフして、ゲート長が0.1μm
であるMESFETを製造する。
Next, as shown in FIG. 17, the gate electrode metal film 61A is lifted off so that the gate length is 0.1 μm.
Is manufactured.

【0046】(第5実施例)図18は、本発明の第5実
施例に係る半導体装置の製造方法の工程を示しており、
該第5実施例は第1実施例に係るゲート電極の形成方法
を適用したHFET(ヘテロ接合電界効果トランジス
タ)の製造方法である。
(Fifth Embodiment) FIG. 18 shows steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
The fifth embodiment is a method of manufacturing an HFET (heterojunction field effect transistor) to which the gate electrode forming method according to the first embodiment is applied.

【0047】第5実施例は、膜構造が第3実施例と異な
るのみで、他の構成については第3実施例と同様であ
る。従って、以下においては、膜構造の製造工程につい
てのみ説明する。
The fifth embodiment is different from the third embodiment only in the film structure, and the other structures are the same as those in the third embodiment. Therefore, only the manufacturing process of the film structure will be described below.

【0048】図18に示すように、半絶縁性のGaAs
基板71の上に、例えば分子線エピタキシー装置によ
り、i型GaAs緩衝層72を500nmの厚さに積層
した後、該i型GaAs緩衝層72の上にi型Al0.2
Ga0.8 As層73を2nmの厚さに積層する。その
後、Siを5×1017cm-3ドープしてn- 型Al0.2
Ga0.8 As層74を30nmの厚さに積層した後、同
じくSiを5×1018cm-3ドープしてn+ 型GaAs
層75を50nmの厚さに積層する。尚、図18におい
て、76はSiO2 膜、77はGaAs層、78はオー
ミック電極、79はゲート電極である。
As shown in FIG. 18, semi-insulating GaAs
An i-type GaAs buffer layer 72 having a thickness of 500 nm is stacked on the substrate 71 by, for example, a molecular beam epitaxy apparatus, and then an i-type Al 0.2 layer is formed on the i-type GaAs buffer layer 72.
A Ga 0.8 As layer 73 is laminated to a thickness of 2 nm. Then, Si is doped at 5 × 10 17 cm −3 and n type Al 0.2 is formed.
A Ga 0.8 As layer 74 is laminated to a thickness of 30 nm, and then Si is also doped at 5 × 10 18 cm −3, and then n + type GaAs.
Layer 75 is deposited to a thickness of 50 nm. In FIG. 18, 76 is a SiO 2 film, 77 is a GaAs layer, 78 is an ohmic electrode, and 79 is a gate electrode.

【0049】(第6実施例)図19は、本発明の第6実
施例に係る半導体装置の製造方法の工程を示しており、
該第6実施例は第2実施例に係るゲート電極の形成方法
を適用したHFETの製造方法である。
(Sixth Embodiment) FIG. 19 shows steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.
The sixth embodiment is a method of manufacturing an HFET to which the gate electrode forming method according to the second embodiment is applied.

【0050】第5実施例は、膜構造が第3実施例と異な
るのみで、他の構成については第3実施例と同様であ
る。従って、以下においては、膜構造の製造工程につい
てのみ説明する。
The fifth embodiment is different from the third embodiment only in the film structure, and the other structures are the same as those in the third embodiment. Therefore, only the manufacturing process of the film structure will be described below.

【0051】図19に示すように、半絶縁性のGaAs
基板81の上に、例えば分子線エピタキシー装置によ
り、i型GaAs緩衝層82を500nmの厚さに積層
した後、該i型GaAs緩衝層82の上にi型Al0.2
Ga0.8 As層83を2nmの厚さに積層する。その
後、Siを5×1017cm-3ドープしてn- 型Al0.2
Ga0.8 As層84を30nmの厚さに積層した後、同
じくSiを5×1018cm-3ドープしてn+ 型GaAs
層85を50nmの厚さに積層する。尚、図19におい
て、86はGaAs層、87はAl0.15Ga0.85As
層、88はオーミック電極、89はゲート電極である。
As shown in FIG. 19, semi-insulating GaAs
An i-type GaAs buffer layer 82 having a thickness of 500 nm is stacked on the substrate 81 by, for example, a molecular beam epitaxy apparatus, and then an i-type Al 0.2 layer is formed on the i-type GaAs buffer layer 82.
A Ga 0.8 As layer 83 is laminated to a thickness of 2 nm. Then, Si is doped at 5 × 10 17 cm −3 and n type Al 0.2 is formed.
A Ga 0.8 As layer 84 having a thickness of 30 nm is laminated, and then Si is also doped at 5 × 10 18 cm −3 and n + type GaAs.
Layer 85 is deposited to a thickness of 50 nm. In FIG. 19, 86 is a GaAs layer and 87 is Al 0.15 Ga 0.85 As.
A layer, 88 is an ohmic electrode, and 89 is a gate electrode.

【0052】[0052]

【発明の効果】請求項1の発明に係るゲート電極の形成
方法によると、半導体基板の上に傘部の先端同士の距離
がゲート長になるよう断面きのこ状の一対の結晶体を形
成し、ゲート電極形成用の金属を一対の結晶体同士の間
から半導体基板上に蒸着してゲート電極を形成するた
め、ゲート長は、一対の結晶体の傘部の先端同士の距離
となり一対の開口部同士の間隔よりも小さいことになる
ので、フォトリソグラフィにより形成されるマスクパタ
ーンの一対の開口部同士の間隔よりも小さいゲート長を
有するゲート電極を実現できる。このようにフォトリソ
グラフィにより形成されるマスクパターンを用いてゲー
ト長の小さいゲート電極を形成できるので、つまり簡易
な方法により一度に多数の大径のウエハーを処理できる
ので、電子ビーム露光法に比べて大量生産に適してい
る。
According to the method of forming a gate electrode of the first aspect of the present invention, a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section is formed on a semiconductor substrate so that the distance between the tips of the umbrella portions becomes the gate length. Since the gate electrode is formed by vapor-depositing the metal for forming the gate electrode on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, the gate length is the distance between the tips of the umbrella portions of the pair of crystal bodies and the pair of openings. Since it is smaller than the distance between the openings, it is possible to realize a gate electrode having a gate length smaller than the distance between the pair of openings of the mask pattern formed by photolithography. Since a gate electrode having a small gate length can be formed using a mask pattern formed by photolithography in this manner, that is, a large number of large-diameter wafers can be processed at a time by a simple method. Suitable for mass production.

【0053】請求項2の発明に係るゲート電極の形成方
法によると、ゲート電極形成用の金属を、一対の結晶体
同士の間から半導体基板上に蒸着すると共に一対の結晶
体の傘部の内側斜面に蒸着して断面Y字状のゲート電極
を形成するため、ゲート長が小さく且つ金属配線との接
触面積が大きいゲート電極を形成できるので、ゲート長
が小さいにも拘らずゲート抵抗の小さいゲート電極を実
現できる。
According to the method of forming a gate electrode of the second aspect of the present invention, the metal for forming the gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies and at the same time, inside the umbrella portion of the pair of crystal bodies. Since a gate electrode having a Y-shaped cross section is formed by vapor deposition on a slope, a gate electrode having a small gate length and a large contact area with a metal wiring can be formed. An electrode can be realized.

【0054】請求項3の発明に係るゲート電極の形成方
法によると、第2の半導体層に形成され該第2の半導体
層の下面における開口幅がゲート電極のゲート長に相当
する断面逆台形状の第2半導体層開口部から半導体基板
上にゲート電極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形
成するため、ゲート長は断面逆台形状の第2半導体層開
口部の開口幅になり、フォトリソグラフィにより形成さ
れるマスクパターンの開口幅よりも小さいゲート長を有
するゲート電極を実現できる。このようにフォトリソグ
ラフィにより形成されるマスクパターンを用いてゲート
長の小さいゲート電極を形成できるので、つまり簡易な
方法により一度に多数の大径のウエハーを処理できるの
で、電子ビーム露光法に比べて大量生産に適している。
According to the method of forming a gate electrode of the third aspect of the present invention, the inverted trapezoidal cross section is formed in the second semiconductor layer and the opening width in the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode. Since the gate electrode is formed by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from the second semiconductor layer opening of the second semiconductor layer opening, the gate length becomes the opening width of the second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross section. A gate electrode having a gate length smaller than the opening width of a mask pattern formed by lithography can be realized. Since a gate electrode having a small gate length can be formed using a mask pattern formed by photolithography in this manner, that is, a large number of large-diameter wafers can be processed at a time by a simple method. Suitable for mass production.

【0055】請求項4の発明に係るゲート電極の形成方
法によると、ゲート電極形成用の金属を、第2導電体層
開口部から半導体基板上に蒸着すると共に第2の半導体
層における第2半導体層開口部の両側の斜面に蒸着して
断面Y字状のゲート電極を形成するため、ゲート長が小
さく且つ金属配線との接触面積が大きいゲート電極を形
成できるので、ゲート長が小さいにも拘らずゲート抵抗
の小さいゲート電極を実現できる。
According to the method of forming a gate electrode of the fourth aspect of the present invention, the metal for forming the gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from the opening of the second conductor layer, and the second semiconductor in the second semiconductor layer is formed. Since the gate electrode having a Y-shaped cross section is formed by vapor deposition on the slopes on both sides of the layer opening, the gate electrode having a small gate length and a large contact area with the metal wiring can be formed. Therefore, a gate electrode having a low gate resistance can be realized.

【0056】請求項5又は7の発明に係る半導体装置の
製造方法は、請求項1の発明に係るゲート電極の形成方
法を利用して半導体装置を製造するので、ゲート長が小
さいゲート電極を有する高周波FETを生産性良く製造
することができる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of claim 5 or 7, since the semiconductor device is manufactured by using the method of forming a gate electrode according to the invention of claim 1, it has a gate electrode having a small gate length. A high frequency FET can be manufactured with high productivity.

【0057】請求項6又は8の発明に係る半導体装置の
製造方法は、請求項2の発明に係るゲート電極の形成方
法を利用しているため、ゲート長が小さいにも拘らずゲ
ート抵抗が小さいゲート電極を実現できるので、高周波
特性に優れた高周波FETを生産性良く製造することが
できる。
Since the method of manufacturing a semiconductor device according to the invention of claim 6 or 8 uses the method of forming a gate electrode according to the invention of claim 2, the gate resistance is small despite the small gate length. Since the gate electrode can be realized, a high frequency FET having excellent high frequency characteristics can be manufactured with high productivity.

【0058】請求項9又は11の発明に係る半導体装置
の製造方法によると、請求項3の発明に係るゲート電極
の形成方法を利用して半導体装置を製造するので、ゲー
ト長が小さいゲート電極を有する高周波FETを生産性
良く製造することができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device of the ninth or eleventh aspect of the invention, the semiconductor device is manufactured by using the method of forming a gate electrode of the third aspect of the invention. The high-frequency FET included therein can be manufactured with high productivity.

【0059】請求項10又は12の発明に係る半導体装
置の製造方法によると、請求項4の発明に係るゲート電
極の形成方法を利用しているため、ゲート長が小さいに
も拘らずゲート抵抗が小さいゲート電極を実現できるの
で、高周波特性に優れた高周波FETを生産性良く製造
することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the tenth or twelfth aspect of the invention, since the method of forming the gate electrode of the fourth aspect of the invention is used, the gate resistance is small despite the small gate length. Since a small gate electrode can be realized, a high frequency FET having excellent high frequency characteristics can be manufactured with high productivity.

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

【図1】本発明の第1実施例に係るゲート電極の形成方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a step of a method of forming a gate electrode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例に係るゲート電極の形成方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step in a method of forming a gate electrode according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例に係るゲート電極の形成方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step in a method of forming a gate electrode according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2実施例に係るゲート電極の形成方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step in a method of forming a gate electrode according to the second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施例に係るゲート電極の形成方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a step in a method of forming a gate electrode according to the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps of a method of manufacturing a semiconductor device according to a third embodiment of the invention.

【図7】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step in a method for manufacturing a semiconductor device according to a third exemplary embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the third example of the present invention.

【図9】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造方
法の工程を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the third example of the present invention.

【図11】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第3実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the third example of the present invention.

【図13】本発明の第4実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth example of the present invention.

【図14】本発明の第4実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth example of the present invention.

【図15】本発明の第4実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth exemplary embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第4実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth example of the present invention.

【図17】本発明の第4実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth example of the present invention.

【図18】本発明の第5実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a step in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図19】本発明の第6実施例に係る半導体装置の製造
方法の工程を示す断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 GaAs基板 12 SiO2 膜 13 レジストパターン 14 長方形状の開口部 15 GaAs層(断面きのこ状の結晶体) 16 開口部 17 レジストパターン 18A ゲート電極用金属膜 18B ゲート電極 21 GaAs基板 22 GaAs層(第1の半導体層) 23 Al0.15Ga0.85As層(第2の半導体層) 24 レジストパターン 25A 逆台形状開口部(第2半導体層開口部) 25B 長方形状開口部(第1半導体層開口部) 26A ゲート電極用金属膜 26B ゲート電極 31 GaAs基板 32 i型GaAs緩衝層 33 n- GaAs層 34 n+ GaAs層 35 レジストパターン 36 第1のSiO2 膜 37 レジストパターン 38 GaAs層(断面きのこ状の結晶体) 39 第2のSiO2 膜 40 レジストパターン 41A オーミック電極用金属膜 41B オーミック電極 42 レジストパターン 43A ゲート電極用金属膜 43B ゲート電極 51 GaAs基板 52 i型GaAs緩衝層 53 n- 型GaAs層 54 n+ 型GaAs層 55 レジストパターン 56 GaAs層(第1の半導体層) 57 Al0.15Ga0.85As層(第2の半導体層) 58 レジストパターン 59A オーミック電極用金属膜 59B オーミック電極 60 レジストパターン 61A ゲート電極用金属膜 61B ゲート電極 71 GaAs基板 72 i型GaAs緩衝層 73 i型Al0.2 Ga0.8 As層 74 n- 型Al0.2 Ga0.8 As層 75 n+ GaAs層 76 SiO2 膜 77 GaAs層 78 オーミック電極 79 ゲート電極 81 GaAs基板82 GaAs緩衝層 83 i型Al0.2 Ga0.8 As層 84 n- Al0.2 Ga0.8 As層 85 n+ GaAs層 86 GaAs層 87 Al0.15Ga0.85As層 88 オーミック電極 89 ゲート電極11 GaAs Substrate 12 SiO 2 Film 13 Resist Pattern 14 Rectangular Opening 15 GaAs Layer (Crystalline Mushroom Crystal) 16 Opening 17 Resist Pattern 18A Gate Electrode Metal Film 18B Gate Electrode 21 GaAs Substrate 22 GaAs Layer (First) 1 semiconductor layer) 23 Al 0.15 Ga 0.85 As layer (second semiconductor layer) 24 Resist pattern 25A Reverse trapezoidal opening (second semiconductor layer opening) 25B Rectangular opening (first semiconductor layer opening) 26A Metal film for gate electrode 26B Gate electrode 31 GaAs substrate 32 i-type GaAs buffer layer 33 n - GaAs layer 34 n + GaAs layer 35 Resist pattern 36 First SiO 2 film 37 Resist pattern 38 GaAs layer (Crystalline mushroom body in cross section) ) 39 second SiO 2 film 40 resist pattern 41A Ohmic electrode metal film 41B Ohmic electrode 42 Resist pattern 43A Gate electrode metal film 43B Gate electrode 51 GaAs substrate 52 i-type GaAs buffer layer 53 n - type GaAs layer 54 n + type GaAs layer 55 Resist pattern 56 GaAs layer (first) Semiconductor layer) 57 Al 0.15 Ga 0.85 As layer (second semiconductor layer) 58 Resist pattern 59A Ohmic electrode metal film 59B Ohmic electrode 60 Resist pattern 61A Gate electrode metal film 61B Gate electrode 71 GaAs substrate 72 i-type GaAs buffer Layer 73 i-type Al 0.2 Ga 0.8 As layer 74 n - type Al 0.2 Ga 0.8 As layer 75 n + GaAs layer 76 SiO 2 film 77 GaAs layer 78 Ohmic electrode 79 gate electrode 81 GaAs substrate 82 GaAs buffer layer 83 i-type Al 0.2 G 0.8 As layer 84 n - Al 0.2 Ga 0.8 As layer 85 n + GaAs layer 86 GaAs layer 87 Al 0.15 Ga 0.85 As layer 88 ohmic electrode 89 gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/28 G 21/027 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/28 G 21/027

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に、所定の間隔で一対の長
方形状の開口部を有するマスクパターンを形成する第1
の工程と、 前記マスクパターンの開口部に露出した前記半導体基板
上にエピタキシャル成長させて、該半導体基板及び前記
マスクパターンの上に、傘部の先端同士の距離がゲート
電極のゲート長になるよう断面きのこ状の一対の結晶体
を形成する第2の工程と、 前記マスクパターンを除去して、前記半導体基板を前記
一対の結晶体同士の間から露出させる第3の工程と、 ゲート電極形成用の金属を前記一対の結晶体同士の間か
ら前記半導体基板上に蒸着してゲート電極を形成する第
4の工程とを備えていることを特徴とするゲート電極の
形成方法。
1. A first mask pattern is formed on a semiconductor substrate, the mask pattern having a pair of rectangular openings at predetermined intervals.
And a step of epitaxially growing on the semiconductor substrate exposed in the opening of the mask pattern, and a cross-section on the semiconductor substrate and the mask pattern such that the distance between the tips of the umbrella portions is the gate length of the gate electrode. A second step of forming a pair of mushroom-shaped crystal bodies, a third step of removing the mask pattern to expose the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, and a third step for forming a gate electrode A fourth step of forming a gate electrode by vapor-depositing a metal from between the pair of crystal bodies on the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記第4の工程は、ゲート電極形成用の
金属を、前記一対の結晶体同士の間から前記半導体基板
上に蒸着すると共に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面
に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成する工程であ
ることを特徴とする請求項1に記載のゲート電極の形成
方法。
2. In the fourth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies and on the inner slope of the umbrella portion of the pair of crystal bodies. The method of forming a gate electrode according to claim 1, which is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section.
【請求項3】 半導体基板上にエピタキシャル成長させ
て第1の半導体層を形成する第1の工程と、 前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長させて特
定のエッチャントに対して前記第1の半導体層よりもエ
ッチング速度が遅い第2の半導体層を形成する第2の工
程と、 前記第2の半導体層の上に、所定幅の開口部を有するマ
スクパターンを形成する第3の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第2の半導体層
に対してエッチングを行ない、該第2の半導体層に、該
第2の半導体層の下面における開口幅がゲート電極のゲ
ート長に相当する断面逆台形状の第2半導体層開口部を
形成する第4の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第1の半導体層
に対して前記エッチャントにより選択的にエッチングを
行ない、前記第1の半導体層に、前記第2半導体層開口
部と連通し且つ該第2半導体層開口部の前記開口幅より
も大きい開口幅を有する第1半導体層開口部を形成する
第5の工程と、 前記第2半導体層開口部から前記半導体基板上にゲート
電極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形成する第6
の工程とを備えていることを特徴とするゲート電極の形
成方法。
3. A first step of epitaxially growing on a semiconductor substrate to form a first semiconductor layer; and an epitaxial growth on the first semiconductor layer to perform a specific etchant on the first semiconductor layer. A second step of forming a second semiconductor layer having an etching rate slower than that; a third step of forming a mask pattern having an opening of a predetermined width on the second semiconductor layer; Etching is performed on the second semiconductor layer using the pattern as a mask, and the second semiconductor layer has an inverted trapezoidal cross section whose opening width at the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode. A fourth step of forming a second semiconductor layer opening, and selectively etching the first semiconductor layer with the etchant using the mask pattern as a mask, A fifth step of forming in the first semiconductor layer a first semiconductor layer opening communicating with the second semiconductor layer opening and having an opening width larger than the opening width of the second semiconductor layer opening; Forming a gate electrode by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate through the opening of the second semiconductor layer;
And a step of forming a gate electrode.
【請求項4】 前記第6の工程は、ゲート電極形成用の
金属を、前記第2導電体層開口部から前記半導体基板上
に蒸着すると共に前記第2の半導体層における前記第2
半導体層開口部の両側の斜面に蒸着して断面Y字状のゲ
ート電極を形成する工程であることを特徴とする請求項
3に記載のゲート電極の形成方法。
4. In the sixth step, a metal for forming a gate electrode is deposited on the semiconductor substrate through the second conductor layer opening, and the second metal in the second semiconductor layer is deposited.
4. The method of forming a gate electrode according to claim 3, which is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by vapor-depositing on slopes on both sides of the semiconductor layer opening.
【請求項5】 半導体基板上にソース・ドレイン領域を
形成する第1の工程と、 前記半導体基板上に、所定の間隔で一対の長方形状の開
口部を有するマスクパターンを形成する第2の工程と、 前記半導体基板上の前記ソース・ドレイン領域の上にオ
ーミック電極を形成する第3の工程と、 前記マスクパターンの開口部に露出した前記半導体基板
上にエピタキシャル成長させて、該半導体基板及び前記
マスクパターンの上に、傘部の先端同士の距離がゲート
電極のゲート長になるよう断面きのこ状の一対の結晶体
を形成する第4の工程と、 前記マスクパターンを除去して、前記半導体基板を前記
一対の結晶体同士の間から露出させる第5の工程と、 ゲート電極形成用の金属を前記一対の結晶体同士の間か
ら前記半導体基板上に蒸着してゲート電極を形成する第
6の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の
製造方法。
5. A first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate, and a second step of forming a mask pattern having a pair of rectangular openings at predetermined intervals on the semiconductor substrate. A third step of forming an ohmic electrode on the source / drain regions on the semiconductor substrate, and epitaxial growth on the semiconductor substrate exposed in the opening of the mask pattern to form the semiconductor substrate and the mask. A fourth step of forming a pair of crystal bodies having a mushroom-shaped cross section on the pattern so that the distance between the tips of the umbrella portions becomes the gate length of the gate electrode; and removing the mask pattern to form the semiconductor substrate. A fifth step of exposing from between the pair of crystal bodies, and a gate by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by and a sixth step of forming a pole.
【請求項6】 前記第6の工程は、ゲート電極形成用の
金属を、前記一対の結晶体同士の間から前記半導体基板
上に蒸着すると共に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面
に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成する工程であ
ることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造
方法。
6. In the sixth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies and on the inner slope of the umbrella portion of the pair of crystal bodies. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section.
【請求項7】 半導体基板上にソース・ドレイン領域を
形成する第1の工程と、 前記半導体基板上に、所定の間隔で一対の長方形状の開
口部を有するマスクパターンを形成する第2の工程と、 前記マスクパターンの開口部に露出した前記半導体基板
上にエピタキシャル成長させて、該半導体基板及び前記
マスクパターンの上に、傘部の先端同士の距離がゲート
電極のゲート長になるよう一対の断面きのこ状の結晶体
を形成する第3の工程と、 前記マスクパターンを除去して、前記半導体基板を前記
一対の結晶体同士の間から露出させる第4の工程と、 ゲート電極形成用の金属を前記一対の結晶体同士の間か
ら前記半導体基板上に蒸着してゲート電極を形成する第
5の工程と、 前記半導体基板上の前記ソース・ドレイン領域の上にオ
ーミック電極を形成する第6の工程とを備えていること
を特徴とする半導体装置の製造方法。
7. A first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate, and a second step of forming a mask pattern having a pair of rectangular openings at predetermined intervals on the semiconductor substrate. And a pair of cross-sections that are epitaxially grown on the semiconductor substrate exposed in the opening of the mask pattern and on the semiconductor substrate and the mask pattern such that the distance between the tips of the umbrella portions is the gate length of the gate electrode. A third step of forming a mushroom-shaped crystal body, a fourth step of removing the mask pattern to expose the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, and a metal for forming a gate electrode. A fifth step of forming a gate electrode by vapor-depositing on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies, and ohmic contact on the source / drain regions on the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by and a sixth step of forming a pole.
【請求項8】 前記第5の工程は、ゲート電極形成用の
金属を、前記一対の結晶体同士の間から前記半導体基板
上に蒸着すると共に前記一対の結晶体の傘部の内側斜面
に蒸着して断面Y字状のゲート電極を形成する工程であ
ることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造
方法。
8. In the fifth step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from between the pair of crystal bodies and on the inner slope of the umbrella portion of the pair of crystal bodies. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, which is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section.
【請求項9】 半導体基板上にソース・ドレイン領域を
形成する第1の工程と、 前記半導体基板上にエピタキシャル成長させて第1の半
導体層を形成する第2の工程と、 前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長させて特
定のエッチャントに対して前記第1の半導体層よりもエ
ッチング速度が遅い第2の半導体層を形成する第3の工
程と、 前記第2の半導体層の上に、所定幅の開口部を有するマ
スクパターンを形成する第4の工程と、 前記半導体基板の前記ソース・ドレイン領域の上にオー
ミック電極を形成する第5の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第2の半導体層
に対してエッチングを行ない、該第2の半導体層に、該
第2の半導体層の下面における開口幅がゲート電極のゲ
ート長に相当する断面逆台形状の第2半導体層開口部を
形成する第6の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第1の半導体層
に対して前記特定のエッチャントにより選択的にエッチ
ングを行ない、前記第1の半導体層に、前記第2半導体
層開口部と連通し且つ該第2半導体層開口部の下面にお
ける開口幅よりも大きい開口幅を有する第1半導体層開
口部を形成する第7の工程と、 前記第2半導体層開口部から前記半導体基板上にゲート
電極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形成する第8
の工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製
造方法。
9. A first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate, a second step of epitaxially growing on the semiconductor substrate to form a first semiconductor layer, and the first semiconductor layer. A third step of forming a second semiconductor layer having an etching rate slower than that of the first semiconductor layer with respect to a specific etchant by epitaxial growth on the second semiconductor layer, and a predetermined width on the second semiconductor layer. A fourth step of forming a mask pattern having an opening of the semiconductor substrate, a fifth step of forming an ohmic electrode on the source / drain regions of the semiconductor substrate, and the second semiconductor using the mask pattern as a mask. The second semiconductor layer is etched into a second half having an inverted trapezoidal cross section whose opening width at the lower surface of the second semiconductor layer corresponds to the gate length of the gate electrode. A sixth step of forming a body layer opening; and using the mask pattern as a mask, selectively etching the first semiconductor layer with the specific etchant to form the first semiconductor layer with the first A second step of forming a first semiconductor layer opening communicating with the second semiconductor layer opening and having an opening width larger than the opening width of the lower surface of the second semiconductor layer opening; Forming a gate electrode by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate
The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項10】 前記第8の工程は、ゲート電極形成用
の金属を、前記第2導電体層開口部から前記半導体基板
上に蒸着すると共に前記第2の半導体層における前記第
2半導体層開口部の両側の斜面に蒸着して断面Y字状の
ゲート電極を形成する工程であることを特徴とする請求
項9に記載の半導体装置の製造方法。
10. In the eighth step, a metal for forming a gate electrode is deposited on the semiconductor substrate from the second conductor layer opening portion, and the second semiconductor layer opening in the second semiconductor layer is formed. 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, which is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by vapor deposition on slopes on both sides of the portion.
【請求項11】 半導体基板上にソース・ドレイン領域
を形成する第1の工程と、 前記半導体基板上にエピタキシャル成長させて第1の半
導体層を形成する第2の工程と、 前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長させて特
定のエッチャントに対して前記第1の半導体層よりもエ
ッチング速度が遅い第2の半導体層を形成する第3の工
程と、 前記第2の半導体層の上に、所定幅の開口部を有するマ
スクパターンを形成する第4の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第2の半導体層
に対してエッチングを行ない、該第2の半導体層に、該
第2の半導体層の下面における開口幅がゲート電極のゲ
ート長に相当する断面逆台形状の第2半導体層開口部を
形成する第5の工程と、 前記マスクパターンをマスクとして前記第1の半導体層
に対して前記特定のエッチャントにより選択的にエッチ
ングを行ない、前記第1の半導体層に、前記第2半導体
層開口部と連通し且つ該第2半導体層開口部の前記開口
幅よりも大きい開口幅を有する第1半導体層開口部を形
成する第6の工程と、 前記第2半導体層開口部から前記半導体基板上にゲート
電極形成用の金属を蒸着してゲート電極を形成する第7
の工程と、 前記半導体基板の前記ソース・ドレイン領域の上にオー
ミック電極を形成する第8の工程とを備えていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。
11. A first step of forming source / drain regions on a semiconductor substrate, a second step of epitaxially growing on the semiconductor substrate to form a first semiconductor layer, and the first semiconductor layer. A third step of forming a second semiconductor layer having an etching rate slower than that of the first semiconductor layer with respect to a specific etchant by epitaxial growth on the second semiconductor layer, and a predetermined width on the second semiconductor layer. A fourth step of forming a mask pattern having an opening, and etching the second semiconductor layer using the mask pattern as a mask to form a second semiconductor layer on the second semiconductor layer. A fifth step of forming a second semiconductor layer opening having an inverted trapezoidal cross section whose opening width on the lower surface corresponds to the gate length of the gate electrode; and the first semiconductor using the mask pattern as a mask. An opening is formed in the first semiconductor layer, the opening being in communication with the second semiconductor layer opening and larger than the opening width of the second semiconductor layer opening, by selectively etching the layer with the specific etchant. A sixth step of forming a first semiconductor layer opening having a width, and a seventh step of forming a gate electrode by depositing a metal for forming a gate electrode on the semiconductor substrate from the second semiconductor layer opening
And a step of forming an ohmic electrode on the source / drain regions of the semiconductor substrate, the method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項12】 前記第7の工程は、ゲート電極形成用
の金属を、前記第2導電体層開口部から前記半導体基板
上に蒸着すると共に前記第2の半導体層における前記第
2半導体層開口部の両側の斜面に蒸着して断面Y字状の
ゲート電極を形成する工程であることを特徴とする請求
項11に記載の半導体装置の製造方法。
12. In the seventh step, a metal for forming a gate electrode is vapor-deposited on the semiconductor substrate from the second conductor layer opening portion, and the second semiconductor layer opening in the second semiconductor layer is formed. 12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the step is a step of forming a gate electrode having a Y-shaped cross section by vapor deposition on slopes on both sides of the portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6235626B1 (en) 1997-11-28 2001-05-22 Nec Corporation Method of forming a gate electrode using an insulating film with an opening pattern

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