JPH09223702A - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPH09223702A
JPH09223702A JP2761796A JP2761796A JPH09223702A JP H09223702 A JPH09223702 A JP H09223702A JP 2761796 A JP2761796 A JP 2761796A JP 2761796 A JP2761796 A JP 2761796A JP H09223702 A JPH09223702 A JP H09223702A
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JP
Japan
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gate electrode
effect transistor
forming
manufacturing
dummy gate
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JP2761796A
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English (en)
Inventor
Hideki Kimura
英樹 木村
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスク合わせ精度よく特性ばらつきの少ない
二段リセス構造電界効果トランジスタの製造方法を提供
すること。 【解決手段】 ダミーゲート、異方性エッチング技術を
利用しセルフアライン的に二段目のリセスおよびゲート
電極を一段目のリセス内に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体例えばGaAsを用いたシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタ(以下、ME
S FET)は、GaAsが持つ高い電子移動度を生か
して高周波用トランジスタとして実用化されている。近
年の通信分野の技術進歩によりこのようなGaAs M
ES FETに対する性能要求も年々高度化し、より高
い出力のものが求められるようになってきた。
【0003】このような性能改良要求に応えるためにゲ
ート電極付近の構造を改良しMESFETの性能を向上
させることが行なわれている。例えば従来一段型であっ
たゲートリセス部を二段型にして、高出力化に必要な耐
圧を確保するいわゆる二段リセス構造と呼ばれるものが
その代表的なものである。
【0004】従来の二段リセス構造を利用した電界効果
トランジスタの製造方法を図4、図5を参照して説明す
る。図4、図5は従来の電界効果トランジスタの製造工
程を工程順に示す断面図である。
【0005】従来の二段リセス構造を利用した電界効果
トランジスタは例えば図4(a)に示すようにGaAs
半絶縁性基板1にフォトレジスト12をマスクとした選
択イオン注入法により比較的高濃度のソースおよびドレ
イン形成用n+ 層13を形成する。
【0006】次いで図4(b)に示すように、選択イオ
ン注入用のマスクとして使用したレジスト12を除去し
た後に、動作層形成領域に幅2.0μm程度の一段目の
リセスとなるパターンを、レジスト14を用いて形成
し、その後150nm程度エッチングし第一段目のリセ
スを形成する。
【0007】続いて図4(c)に示したようにレジスト
14を除去後イオン注入法により2.0×1017cm-3
程度のn型半導体動作層15を形成する。
【0008】次いで図5(a)に示すように全面に形成
した酸化膜17に従来から知られているリフトオフ技術
を用いてソースおよびドレインオーミック電極形成域に
例えばAuGe/Pt金属からなるソースおよびドレイ
ンオーミック電極16を形成する。
【0009】その後図5(b)に示すように、先に形成
した一段目のリセス内に1.0μm程度のゲート形成用
開口パターンをフォトレジスト18に形成し、レジスト
平坦化技術、写真蝕刻技術によって50nm程度GaA
sをエッチングして二段目のリセスを形成する。
【0010】その後蒸着法、リフトオフ法を用いてAl
からなるゲート電極19を形成し、図5(c)に示すよ
うなGaAs MES FETが完成する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたような製造
方法により、動作層を高濃度化してもドレイン耐圧の低
下を抑え、高性能なMES FETを提供できる二段リ
セス構造を形成することが可能である。
【0012】しかし、従来の製造方法では一段目のリセ
ス構造を形成した後、通常のマスク合わせ技術により二
段目のリセス形成用レジストパターンを形成する。この
ため、一段目のリセス内で、二段目のリセスおよびゲー
ト電極が形成される位置は従来技術のマスク合わせ精度
で決まってしまう。
【0013】しかし、近年のGaAs MES FET
は高性能化を追求するため、ゲート長は1.0μm以下
が普通であり、一段目のリセス幅も2.0μm程度のた
め、0.1μmの位置ズレでも特性に大きな影響を及ぼ
す。現在の位置合わせ技術をもってしても、この精度で
ゲート電極の位置合わせを行なうことは容易ではなく、
このため素子特性が損なわれ歩留まりの低下を招いてい
た。
【0014】さらに上に述べた製造方法では、ソースお
よびドレイン電極に加えて一段目のリセスの段差のため
ゲート形成領域内で半導体基板の段差が大きくなる。こ
の結果、ゲート形成のためのフォトレジストを基板面内
で均一な厚さで塗布できなくなり、形成されるゲート長
がばらついていた。
【0015】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたもので、動作層の高濃度化とドレイン耐圧向上の両
立を達成する二段リセス構造を形成するに際し、二段リ
セス構造形成の精度を大幅に向上することにより、高性
能で特性の均一なFETを歩留まりよく製造できる製造
方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、半絶縁性半導体基板に第一の絶縁膜を形成
する工程と、前記第一の絶縁膜のゲート電極形成予定域
を含む第一の領域に等方性エッチングにより第一の開口
部を形成する工程と、前記第一の開口部を通して前記半
絶縁性半導体基板をエッチングして凹部を形成する工程
と、前記ゲート電極形成予定域にダミーゲートを形成す
る工程と、前記ダミーゲートをマスクとして前記半絶縁
性半導体基板にイオン注入を施して不純物層を形成する
工程と、前記凹部を含む半絶縁性半導体基板および前記
ダミーゲート上に第二の絶縁膜を形成する工程と、前記
第二の絶縁膜の前記ゲート電極予定域を含む第二の領域
に異方性エッチングにより第二の開口部を形成する工程
と、前記ダミーゲートを除去する工程と、前記第二の開
口部からイオン注入を施して不純物層を形成する工程
と、前記半絶縁性半導体基板に熱処理を施し注入イオン
を活性化させる工程と、前記ゲート電極形成予定域にゲ
ート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界
効果トランジスタの製造方法である。
【0017】また半絶縁性半導体基板がGaAsである
ことを特徴とする。
【0018】またダミーゲートをAlで形成することを
特徴とする。
【0019】また第一の絶縁膜および第二の絶縁膜がそ
れぞれシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜であること
を特徴とする。
【0020】また異方性エッチングの手段がプラズマド
ライエッチングであることを特徴とする。
【0021】またダミーゲートを除去する手段がプラズ
マを用いたドライエッチング法であることを特徴とす
る。
【0022】またゲート電極を蒸着法により形成するこ
とを特徴とする。
【0023】本発明による製造方法によりゲート電極を
セルフアライン的に、一段目のリセス内部の所望の位置
に形成することが可能となり、半導体基板面内でFET
特性のばらつきを低減することができるため、高性能な
FETを歩留まりよく製造することが可能になる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、この発明における電界効果
トランジスタの製造方法の実施の一形態について図1〜
図3によって説明する。図1〜図3は電界効果トランジ
スタの製造方法を工程順に示す断面図である。
【0025】先ず図1(a)に示すように、半絶縁性G
aAs基板1にCVDシリコン酸化膜11を堆積し、そ
の後フォトレジスト21を塗布しゲート電極形成予定域
を含む領域に対応する部分に開口部が形成されている概
略1.0μmのゲート用パターンをフォトレジスト21
に形成する。
【0026】その後シリコン酸化膜11を等方性エッチ
ング技術(ここではウェットエッチングを用いる)でエ
ッチングし、その際のサイドエッチングを利用して概略
2.0μm幅の一段目のリセス領域に対応する開口部を
シリコン酸化膜11に形成する。その後半絶縁性GaA
s基板を約150nmエッチングし幅約2.0μmの一
段目のリセスを形成する。
【0027】続いて図1(b)に示すように通常の蒸着
法およびリフトオフ法により、例えばAlのダミーゲー
ト2を形成した後レジスト21を除去する。次に図1
(c)に示すようにフォトレジスト3に通常のPEP工
程によって形成したパターンを通してフォトレジスト3
の開口部に対応するシリコン酸化膜11を除去した後に
選択イオン注入を行ない、ソースおよびドレイン形成域
に対応したn+ 層4を形成する。
【0028】続いて図2(a)に示すように、レジスト
3およびシリコン酸化膜11を除去し、ダミーゲート2
をマスクとしてn型不純物をイオン注入し、電子濃度
2.0×1017cm-3程度のn型半導体層5を形成す
る。
【0029】この後図2(b)に示すように、プラズマ
CVDシリコン窒化膜6を約50nmの厚さで堆積させ
た後、フォトレジスト7を塗布し概略1.5μmの凹状
の開口部を形成する。そしてこの開口部から開口部周辺
にプラズマCVDシリコン窒化膜6が見えるようにす
る。
【0030】さらに図2(c)に示すように、ダミーゲ
ート上および側壁のシリコン窒化膜6をダミーゲート側
壁の下端までケミカルドライエッチングCDEによって
エッチング除去する。続いてダミーゲート2もリアクテ
ィブイオンエッチングRIEによりドライエッチング除
去する。その後ダミーゲートがあった開口部にn型不純
物をイオン注入し概略2.0×1017cm-3のn型動作
層8を形成する。
【0031】続いて図3(a)に示すように、レジスト
7を除去後熱処理を行なって注入不純物を活性化させた
後、ソースおよびドレイン電極形成部のプラズマCVD
シリコン窒化膜6をパターニングし、蒸着法、リフトオ
フ法を用いてAuGe/Ptからなるソースおよびドレ
イン電極9を形成する。
【0032】その後図3(b)に示すようにシリコン窒
化膜6の開口部を通して動作層8を所定の量例えば約5
0nmエッチングして二段目のリセスを形成した後、通
常知られているPEPおよびリフトオフ法を用いてAl
からなるゲート電極10を形成してFETが完成する。
【0033】なお上に述べた実施の形態の製造方法にお
いてはダミーゲートにAlを使用したが、これはAlに
限らず例えばTiやWNx でもよい。また、シリコン窒
化膜6の代わりに例えばプラズマSiO2 膜又はSiO
N膜を用いてもよく、これを除去するエッチング方法も
CDEに限らずRIE等によるドライエッチングやウェ
ットエッチングを用いてもよい。さらに上に述べた実施
の形態はGaAs MES FETの場合について説明
したが、例えばInP等の半絶縁性基板が得られる半導
体を用いてもよい。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
段目のリセス内にセルフアライン的に二段目のリセスお
よびゲート電極を形成できるため、電気的特性のばらつ
きを大幅に低減することが可能となり歩留まりを向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電界効果トランジスタの製造方法を工
程順に示す断面図である。
【図2】本発明の電界効果トランジスタの製造方法を工
程順に示す断面図である。
【図3】本発明の電界効果トランジスタの製造方法を工
程順に示す断面図である。
【図4】従来の電界効果トランジスタの製造方法を工程
順に示す断面図である。
【図5】従来の電界効果トランジスタの製造方法を工程
順に示す断面図である。
【符号の説明】
1…半絶縁性GaAs基板 2…ダミーゲート 3、7、21…フォトレジスト 4…n+ 層 5…n層 6…プラズマCVDシリコン窒化膜 8…動作層 9…ソースおよびドレイン電極 10…ゲート電極 11…CVDシリコン酸化膜 12…フォトレジスト 13…n+ 層 14…フォトレジスト 15…動作層(n層) 16…ソースおよびドレイン電極 17…酸化膜 18…フォトレジスト 19…ゲート電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性半導体基板に第一の絶縁膜を形
    成する工程と、前記第一の絶縁膜のゲート電極形成予定
    域を含む第一の領域に等方性エッチングにより第一の開
    口部を形成する工程と、前記第一の開口部を通して前記
    半絶縁性半導体基板をエッチングして凹部を形成する工
    程と、前記ゲート電極形成予定域にダミーゲートを形成
    する工程と、前記ダミーゲートをマスクとして前記半絶
    縁性半導体基板にイオン注入を施して不純物層を形成す
    る工程と、前記凹部を含む半絶縁性半導体基板および前
    記ダミーゲート上に第二の絶縁膜を形成する工程と、前
    記第二の絶縁膜の前記ゲート電極予定域を含む第二の領
    域に異方性エッチングにより第二の開口部を形成する工
    程と、前記ダミーゲートを除去する工程と、前記第二の
    開口部からイオン注入を施して不純物層を形成する工程
    と、前記半絶縁性半導体基板に熱処理を施し注入イオン
    を活性化させる工程と、前記ゲート電極形成予定域にゲ
    ート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界
    効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 半絶縁性半導体基板がGaAsであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタの
    製造方法。
  3. 【請求項3】 ダミーゲートをAlで形成することを特
    徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 第一の絶縁膜および第二の絶縁膜がそれ
    ぞれシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜であることを
    特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 異方性エッチングの手段がプラズマケミ
    カルドライエッチングであることを特徴とする請求項1
    記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】 ダミーゲートを除去する手段がプラズマ
    を用いたドライエッチング法であることを特徴とする請
    求項1記載の電界効果トランジスタの製造方法。
  7. 【請求項7】 ゲート電極を蒸着法により形成すること
    を特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタの製
    造方法。
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