JPH09306926A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH09306926A
JPH09306926A JP11634196A JP11634196A JPH09306926A JP H09306926 A JPH09306926 A JP H09306926A JP 11634196 A JP11634196 A JP 11634196A JP 11634196 A JP11634196 A JP 11634196A JP H09306926 A JPH09306926 A JP H09306926A
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JP
Japan
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insulating film
etching
forming
film
stopper
Prior art date
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Application number
JP11634196A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsushi Oshika
克志 大鹿
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09306926A publication Critical patent/JPH09306926A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to form short gate length with high precision by forming an opening part on an upper layer insulating film of a spacer film formed on the major surface of a substrate, forming a recess which reaches an active layer by making a side wall formed on the side wall of the opening part as an etching mask and forming a gate electrode on the bottom of the recess. SOLUTION: A spacer film 10 laminated with a lower layer insulating film 5, a middle layer insulating film 6 and an upper layer insulating film 7 is formed on the major surface of a semi-insulating GaAs substrate 1 having an active layer 2 and an opening part 11 is formed by selectively etching the upper layer insulating film 7. The opening part 11 and the upper layer insulating film 7 are covered with a stopper insulating film 5, a side wall 17 is formed on the side surface of the opening part 11 via the stopper insulating film 15 and a recess 21 is formed by etching the active layer 2 into a predetermined depth by using the side wall 17 as an etching mask A gate electrode 22 is formed on the bottom of the recess 22 and ohmic electrodes 25 and 26 which are made to be source-drain electrodes are provided on the surface of the active layer 2 and which are exposed on each region putting the gate electrode 22 in between.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置およびそ
の製造方法に関わり、特に低雑音, 高利得の通信用Ga
AsMMICの製造技術に適用して有効な技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and particularly to a low noise and high gain Ga for communication.
The present invention relates to a technique effectively applied to a manufacturing technique of AsMMIC.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路装置等半導体装置の製造
においては微細加工が進み、リソグラフィによる解像度
以上の微細加工が要求されている。特に、FETにおけ
るゲートの微細化は素子性能向上に必要不可欠である。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices such as semiconductor integrated circuit devices, microfabrication is progressing, and microfabrication beyond the resolution by lithography is required. In particular, miniaturization of the gate in the FET is indispensable for improving the device performance.

【0003】リソグラフィによる解像度以上の微細パタ
ーンを形成する加工方法として、スペーサ絶縁膜(スペ
ーサ膜)の側面に絶縁膜を異方性エッチング加工して側
壁として残し、リソグラフィによる開口寸法より小さく
する技術が知られている。
As a processing method for forming a fine pattern of resolution or more by lithography, there is a technique of anisotropically etching the insulating film on the side surface of the spacer insulating film (spacer film) to leave it as a side wall and making it smaller than the opening size by lithography. Are known.

【0004】側壁によって開口部の寸法を決定する技術
については、たとえば、電子情報通信学会発行「電子情
報通信学会技術研究報告」Vol.94 No.429 P13〜P18
〔ED94-130 超高速LSI用0.3μm−Siバイポー
ラ・プロセス技術〕に記載されている。
Regarding the technique of determining the size of the opening by the side wall, for example, "Technical Research Report of The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers" Vol.94 No.429 P13-P18 is published.
[ED94-130 0.3 μm-Si bipolar process technology for ultra high-speed LSI].

【0005】この文献には、バイポーラトランジスタの
エミッタ開口部の幅をサイドウオール(側壁)を利用し
て0.3μmに形成する技術が記載されている。すなわ
ち、一部を開口した二層のポリシリコン上に薄い酸化膜
と厚いスペーサ膜をCVD法によって形成した後、ドラ
イエッチングによって前記スペーサ膜をエッチングして
前記開口部の側面にサイドウオールを形成する。その
後、前記サイドウオールをマスクとして前記酸化膜(厚
さ50nm)をエッチングし、リンをドープするととも
に熱処理して浅いエミッタ層を形成する。
This document describes a technique for forming the width of the emitter opening of a bipolar transistor to 0.3 μm by utilizing a side wall. That is, a thin oxide film and a thick spacer film are formed on a two-layered polysilicon having a partial opening by a CVD method, and then the spacer film is etched by dry etching to form sidewalls on the side surfaces of the opening. . Then, the oxide film (thickness: 50 nm) is etched using the sidewalls as a mask, doped with phosphorus and heat-treated to form a shallow emitter layer.

【0006】一方、通信用MMICの一つとして、Ga
As−MESFETやHEMT(High Electron Mobili
ty Transistor)等が知られている。たとえば、三菱電機
技報、Vol.63、No.11 、1989年、P89〜P92には、Ga
As層(動作層)の表面にリセスを形成し、このリセス
部分にゲート電極を形成した超低雑音HEMTおよびG
aAs−MESFETについて記載されている。
On the other hand, as one of the communication MMICs, Ga
As-MESFET and HEMT (High Electron Mobili
ty Transistor) is known. For example, in Mitsubishi Electric Technical Report, Vol.63, No.11, 1989, P89-P92, Ga
Recesses are formed on the surface of the As layer (operating layer), and a gate electrode is formed on the recesses.
It describes an aAs-MESFET.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】リセスゲート構造のG
aAs−MESFETの製造において、スペーサ絶縁膜
の開口部の側面に形成した側壁を使用してエッチングを
行ってリセスを形成し、前記リセス底上にゲート電極を
形成した場合、以下のような問題が生じることが本発明
者によってあきらかにされた。
[Problems to be Solved by the Invention] Recess gate structure G
In manufacturing an aAs-MESFET, when a recess is formed by etching using a sidewall formed on a side surface of an opening of a spacer insulating film and a gate electrode is formed on the recess bottom, the following problems occur. It has been clarified by the inventor to occur.

【0008】すなわち、スペーサ絶縁膜の側面に絶縁膜
を異方性エッチング加工して側壁として残し、この側壁
等をマスクとするエッチングによって開口部の開口寸法
をより小さくする方法は、前記スペーサ絶縁膜や側壁形
成用絶縁膜をFラジカルでエッチングされるSiO2
やSiN系の材料で形成している。したがって、側壁加
工の際に、スペーサ絶縁膜と側壁形成用の絶縁膜ともF
ラジカルでエッチングされるのでエッチング選択比は不
充分である。この結果、スペーサ絶縁膜の減少による側
壁膜サイドエッチも生じ、残る側壁絶縁膜の膜厚がばら
つき、ゲート長が正確に形成できなくなるおそれがあ
る。
That is, the spacer insulating film is anisotropically etched on the side surface of the spacer insulating film and left as a side wall, and the opening size of the opening is made smaller by etching using the side wall and the like as a mask. The insulating film for forming the side wall and the side wall is formed of a SiO 2 type or SiN type material which is etched by F radicals. Therefore, during the sidewall processing, both the spacer insulating film and the insulating film for forming the sidewall are F
Since it is etched by radicals, the etching selection ratio is insufficient. As a result, side wall film side etching may occur due to the reduction of the spacer insulating film, the remaining side wall insulating film may have a different thickness, and the gate length may not be formed accurately.

【0009】また、側壁形成用絶縁膜を側壁加工する際
に、下地半導体層にダメージが入らないようにするため
に、保護膜としてストッパ層(エッチングストッパ)を
半導体層上に形成する場合がある。しかし、前記ストッ
パ層もSiN系の絶縁膜で形成されるため、側壁形成用
絶縁膜と同様にFラジカルでエッチングされることから
エッチング選択比は不充分である。したがって、下地半
導体層にダメージが入らないようにするためには、前記
ストッパ層を厚くする必要があるが、ストッパ層が厚く
なると微細加工ができ難くなる。
In addition, a stopper layer (etching stopper) may be formed as a protective film on the semiconductor layer in order to prevent damage to the underlying semiconductor layer when processing the sidewall forming insulating film. . However, since the stopper layer is also formed of a SiN-based insulating film, it is etched by F radicals similarly to the sidewall forming insulating film, so that the etching selection ratio is insufficient. Therefore, in order to prevent damage to the underlying semiconductor layer, it is necessary to make the stopper layer thick, but if the stopper layer becomes thick, it becomes difficult to perform fine processing.

【0010】本発明の目的は、短ゲート長を高精度に形
成できる半導体装置およびその製造方法を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a short gate length with high accuracy and a manufacturing method thereof.

【0011】本発明の前記ならびにそのほかの目的と新
規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきら
かになるであろう。
[0011] The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.

【0013】(1)半導体装置は、動作層を主面に有す
る半絶縁性GaAs基板の主面に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜を選択的にエッチングして開口部を形成
する工程と、前記基板の主面に側壁形成用絶縁膜を形成
した後異方性エッチングによって前記開口部の側面にの
み側壁を形成する工程と、前記側壁および絶縁膜をエッ
チングマスクとしてゲート形成領域をエッチングして前
記動作層の表層部分に到達するリセスを形成する工程
と、前記リセス底上にゲート電極を形成する工程とを有
する半導体装置の製造方法であって、前記基板の主面上
に第1のエッチング手段(Fラジカルによるドライエッ
チング)でエッチング可能な下層絶縁膜(SiO2 また
はSiNなど),第1のエッチング手段でエッチング不
可能な中層絶縁膜(AlNまたはAl23 など),第
1のエッチング手段でエッチング可能な上層絶縁膜(S
iO2 など)を順次形成してスペーサ膜を形成する工程
と、前記上層絶縁膜を選択的にエッチングしかつ前記中
層絶縁膜をエッチングストッパとしてゲート形成領域に
開口部を形成する工程と、前記基板の主面にFラジカル
でドライエッチング不可能なストッパ絶縁膜(AlNま
たはAl23 など)とFラジカルでドライエッチング
可能な側壁形成用絶縁膜(SiO2 など)を順次形成す
る工程と、前記ストッパ絶縁膜をエッチングストッパと
して前記側壁形成用絶縁膜をFラジカルの異方性ドライ
エッチングによってエッチングして前記開口部の側面に
前記ストッパ絶縁膜を介して側壁を形成してリセス形成
用開口部を形成する工程と、前記側壁をエッチングマス
クとして前記基板の動作層に到達するリセスを形成する
工程と、前記リセス底上にゲート電極を形成する工程と
によって製造される。
(1) In a semiconductor device, a step of forming an insulating film on the main surface of a semi-insulating GaAs substrate having an operating layer on the main surface, and a step of selectively etching the insulating film to form an opening A step of forming an insulating film for forming a side wall on the main surface of the substrate and then forming a side wall only on the side surface of the opening by anisotropic etching; and etching the gate formation region using the side wall and the insulating film as an etching mask. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a recess reaching the surface layer of the operating layer; and forming a gate electrode on the bottom of the recess. (subject to F radicals dry etching) etching means (such as SiO 2 or SiN) etchable lower insulating film, etching non middle insulating film in the first etching unit ( lN like or Al 2 O 3), etchable upper insulating film in the first etching means (S
iO 2 etc.) to form a spacer film, a step of selectively etching the upper insulating film and forming an opening in a gate forming region using the intermediate insulating film as an etching stopper; A step of sequentially forming a stopper insulating film (AlN or Al 2 O 3 or the like) that cannot be dry-etched by F radicals and a sidewall forming insulating film (SiO 2 or the like) that can be dry-etched by F radicals on the main surface of The sidewall insulating film is etched by anisotropic dry etching of F radicals by using the stopper insulating film as an etching stopper to form sidewalls on the side surfaces of the opening through the stopper insulating film to form the recess forming opening. Forming, a step of forming a recess reaching the operating layer of the substrate by using the sidewall as an etching mask, and the recess It is produced by forming a gate electrode on top.

【0014】前記(1)の手段によれば、(a)開口部
を形成するスペーサ膜の最上層を側壁形成用絶縁膜をエ
ッチングする第1のエッチング手段(Fラジカルでドラ
イエッチング)でエッチング不可能な絶縁膜(AlNま
たはAl23 など)で形成しているので、SiN系の
材料をストッパ材として用いた場合に比較して略完全な
エッチング選択比を得ることができる。したがって、側
壁形成用絶縁膜をエッチングして開口部の側面に側壁を
形成する際、スペーサ膜の減少による側壁サイドエッチ
が発生しなくなり、側壁によって形成されるリセス形成
用開口部の寸法ばらつきが小さくなり、リセス底上に形
成するゲート電極の長さが一定しゲート長が一定する。
According to the means (1), (a) the uppermost layer of the spacer film forming the opening is not etched by the first etching means (dry etching with F radical) for etching the side wall forming insulating film. Since it is formed of a possible insulating film (AlN or Al 2 O 3 etc.), a substantially perfect etching selection ratio can be obtained as compared with the case of using a SiN-based material as a stopper material. Therefore, when the side wall forming insulating film is etched to form the side wall on the side surface of the opening, side wall side etching due to the reduction of the spacer film does not occur, and the dimensional variation of the recess forming opening formed by the side wall is small. The length of the gate electrode formed on the bottom of the recess is constant and the gate length is constant.

【0015】(b)半絶縁性GaAs基板の主面のGa
As層(下地半導体層)をSiO膜またはSiN膜で
被っていることから、開口部形成時や側壁形成時に下地
半導体層にダメージを加えることがない。また、前記S
iO 膜またはSiN膜は前記GaAs層(下地半導
体層)に対して界面特性が安定であることから、特性の
安定した半導体装置を製造することができる。
(B) Ga on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate
Since the As layer (base semiconductor layer) is covered with the SiO 2 film or the SiN film, the base semiconductor layer is not damaged when forming the openings or forming the sidewalls. In addition, the S
Since the iO 2 film or the SiN film has stable interface characteristics with respect to the GaAs layer (base semiconductor layer), a semiconductor device having stable characteristics can be manufactured.

【0016】(c)開口部を形成するためのスペーサ膜
において、薄いSiNからなる下層絶縁膜と、厚いSi
2 からなる上層絶縁膜との間に薄いAlNからなる中
層絶縁膜を配する構造となっていることから、上層絶縁
膜をFラジカルでドライエッチングする際、上層絶縁膜
の下の中層絶縁膜がエッチングストッパとして作用する
ため、下層絶縁膜はFラジカルでドライエッチングされ
ず、下地半導体層にダメージを加えることはない。
(C) In the spacer film for forming the opening, a lower insulating film made of thin SiN and a thick Si film are used.
Since the thin middle layer insulating film made of AlN is arranged between the upper layer insulating film made of O 2 and the middle layer insulating film below the upper layer insulating film when dry etching the upper layer insulating film with F radicals. Since it acts as an etching stopper, the lower insulating film is not dry-etched by F radicals and does not damage the underlying semiconductor layer.

【0017】(d)開口部を形成するためのスペーサ膜
において、薄いSiNからなる下層絶縁膜と、厚いSi
2 からなる上層絶縁膜との間に薄いAlNからなる中
層絶縁膜を配する構造となっていることから、上層絶縁
膜をFラジカルでドライエッチングする際、上層絶縁膜
の下の中層絶縁膜がエッチングストッパとして作用する
ため、開口部の深さは常に一定に形成できる。
(D) In the spacer film for forming the opening, a lower insulating film made of thin SiN and a thick Si film are used.
Since the thin middle layer insulating film made of AlN is arranged between the upper layer insulating film made of O 2 and the middle layer insulating film below the upper layer insulating film when dry etching the upper layer insulating film with F radicals. Acts as an etching stopper, so that the depth of the opening can be always made constant.

【0018】(e)SiO2 やSiNなどからなる下層
絶縁膜および上層絶縁膜ならびに側壁形成用絶縁膜と、
AlNやAl23 などからなる中層絶縁膜およびスト
ッパ絶縁膜は、Fラジカルのドライエッチングにおいて
略完全なエッチング選択比が得られることから、下層絶
縁膜,中層絶縁膜,ストッパ絶縁膜は数nm〜数10n
mと薄膜とすることができ、リセス形成用開口部および
リセスの微細化が達成できる。したがって、GaAs−
MESFET部分の小型化が達成でき、半導体装置の小
型化・高集積化が達成できる。
(E) a lower insulating film, an upper insulating film and a side wall insulating film made of SiO 2 or SiN,
Since the intermediate insulating film and the stopper insulating film made of AlN or Al 2 O 3 can obtain a nearly perfect etching selection ratio in the dry etching of F radicals, the lower insulating film, the intermediate insulating film and the stopper insulating film have a thickness of several nm. ~ Number 10n
m and a thin film, and miniaturization of the recess forming opening and the recess can be achieved. Therefore, GaAs-
The MESFET portion can be miniaturized, and the semiconductor device can be miniaturized and highly integrated.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.

【0020】(実施形態1)図1は本発明の一実施形態
である半導体装置の概略を示す断面図、図2乃至図7は
本実施形態の半導体装置の製造方法を示す図であり、図
2は半絶縁性GaAs基板の主面に三層のスペーサ膜を
形成した状態を示す断面図、図3はスペーサ膜の上層絶
縁膜を選択的にエッチングしてゲート形成領域に開口部
を形成した状態を示す断面図、図4は開口部および上層
絶縁膜上にストッパ絶縁膜と側壁形成用絶縁膜を順次形
成した状態を示す断面図、図5は側壁形成用絶縁膜をエ
ッチングして側壁を形成した状態を示す断面図、図6は
側壁等をエッチングマスクとしてエッチングを行いリセ
スを形成した状態を示す断面図、図7はリセス底上にゲ
ート電極を形成した状態を示す断面図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 7 are views showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a three-layer spacer film is formed on the main surface of a semi-insulating GaAs substrate, and FIG. 3 is a view showing an opening formed in the gate formation region by selectively etching the upper insulating film of the spacer film. FIG. 4 is a sectional view showing a state in which a stopper insulating film and a sidewall forming insulating film are sequentially formed on the opening and the upper insulating film, and FIG. 5 is a sectional view showing the sidewall by etching the sidewall forming insulating film. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a formed state, FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where a recess is formed by etching using sidewalls and the like as an etching mask, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where a gate electrode is formed on the bottom of the recess.

【0021】本実施形態では半導体装置に組み込まれる
GaAs−MESFETに本発明を適用した例について
説明する。
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a GaAs-MESFET incorporated in a semiconductor device will be described.

【0022】本実施形態の半導体装置は、半絶縁性Ga
As基板1を用いて形成されている。半絶縁性GaAs
基板1の主面の表層部分には、部分的にn型のGaAs
層が形成されている。このGaAs層は動作層2とな
る。
The semiconductor device of this embodiment has a semi-insulating Ga.
It is formed using the As substrate 1. Semi-insulating GaAs
The surface of the main surface of the substrate 1 is partially n-type GaAs.
A layer is formed. This GaAs layer becomes the operation layer 2.

【0023】半絶縁性GaAs基板1の主面上には、下
層絶縁膜5,中層絶縁膜6,上層絶縁膜7からなるスペ
ーサ膜(スペーサ絶縁膜)10が形成されている。前記
下層絶縁膜5は、下地半導体層(GaAs層)に対して
界面特性が安定な絶縁膜で、たとえば、第1のエッチン
グ手段(Fラジカルによるドライエッチング)でエッチ
ング可能なSiO2 やSiNなどで形成されている。こ
の下層絶縁膜5は、たとえば、数10nmの厚さとなっ
ている。本実施形態では、下層絶縁膜5は厚さ20nm
のSiNで形成されている。
On the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1, a spacer film (spacer insulating film) 10 including a lower insulating film 5, an intermediate insulating film 6 and an upper insulating film 7 is formed. The lower insulating film 5 is an insulating film having stable interface characteristics with respect to the underlying semiconductor layer (GaAs layer), and is, for example, SiO 2 or SiN that can be etched by the first etching means (dry etching by F radical). Has been formed. The lower insulating film 5 has a thickness of several tens nm, for example. In this embodiment, the lower insulating film 5 has a thickness of 20 nm.
Of SiN.

【0024】前記中層絶縁膜6は、第1のエッチング手
段ではエッチング不可能な材質、すなわち、Fラジカル
でドライエッチング不可能なAlNやAl23 などの
絶縁膜で形成されている。この中層絶縁膜6は数nmの
厚さとなっている。本実施形態では、中層絶縁膜6は5
nmのAlNで形成されている。
The intermediate insulating film 6 is formed of a material that cannot be etched by the first etching means, that is, an insulating film such as AlN or Al 2 O 3 that cannot be dry-etched by F radicals. The middle insulating film 6 has a thickness of several nm. In the present embodiment, the middle insulating film 6 is 5
nm of AlN.

【0025】前記上層絶縁膜7はFラジカルでドライエ
ッチング可能なSiO2 などによる絶縁膜で形成され、
厚さは数100nm、たとえば400nmとなってい
る。
The upper insulating film 7 is formed of an insulating film such as SiO 2 which can be dry-etched with F radicals.
The thickness is several 100 nm, for example 400 nm.

【0026】また、中央において、前記三層のスペーサ
膜10のうちの上層絶縁膜7は選択的にエッチングされ
て開口部11が形成されている。この開口部11の長さ
は、たとえば、0.3μmとなっている。また、前記上
層絶縁膜7および開口部11の側面ならびに開口部11
の底面は、ストッパ絶縁膜15で被われている。このス
トッパ絶縁膜15は、第1のエッチング手段(Fラジカ
ルによるドライエッチング)でエッチング不可能な厚さ
数nmのAlNやAl23 で形成されている。本実施
形態ではストッパ絶縁膜15は5nmの厚さのAlNで
形成されている。
In the center, the upper insulating film 7 of the three-layer spacer film 10 is selectively etched to form an opening 11. The length of this opening 11 is, for example, 0.3 μm. In addition, the side surface of the upper insulating film 7 and the opening 11 and the opening 11
The bottom surface of is covered with a stopper insulating film 15. The stopper insulating film 15 is formed of AlN or Al 2 O 3 having a thickness of several nm which cannot be etched by the first etching means (dry etching by F radical). In this embodiment, the stopper insulating film 15 is made of AlN having a thickness of 5 nm.

【0027】また、前記開口部11の側面には前記スト
ッパ絶縁膜15を介して側壁17が形成されている。前
記側壁17は第1のエッチング手段(Fラジカルによる
ドライエッチング)でエッチングされるSiO2 で形成
されている。側壁17によって前記開口部11よりも狭
いリセス形成用開口部20が形成されている。このリセ
ス形成用開口部20は、たとえば、0.15μmとなっ
ている。
A side wall 17 is formed on the side surface of the opening 11 via the stopper insulating film 15. The side wall 17 is made of SiO 2 which is etched by the first etching means (dry etching by F radical). The side wall 17 forms a recess forming opening 20 narrower than the opening 11. The recess forming opening 20 is, for example, 0.15 μm.

【0028】前記側壁17は、ストッパ絶縁膜15上に
形成される側壁形成用絶縁膜をFラジカルによる異方性
ドライエッチングによってエッチングすることによって
形成されるが、このエッチングの際、Fラジカルによる
ドライエッチングによってエッチングされるSiO2
らなる上層絶縁膜7は、Fラジカルによるドライエッチ
ングでエッチングされないAlNで形成されているた
め、側壁形成においてスペーサ絶縁膜10である上層絶
縁膜7の厚さが薄くなることがなく、側壁17の高さが
変化せず、したがって側壁17の張り出し長さも一定す
る結果、リセス形成用開口部20の長さも常に一定とな
る。
The side wall 17 is formed by etching the side wall forming insulating film formed on the stopper insulating film 15 by anisotropic dry etching using F radicals. During this etching, dry etching using F radicals is performed. Since the upper insulating film 7 made of SiO 2 that is etched by etching is formed of AlN that is not etched by dry etching using F radicals, the thickness of the upper insulating film 7 that is the spacer insulating film 10 is reduced in forming the sidewall. As a result, the height of the side wall 17 does not change, and thus the protruding length of the side wall 17 is constant, so that the length of the recess forming opening 20 is always constant.

【0029】一方、前記側壁17およびストッパ絶縁膜
15をエッチングマスクとして開口部11の底のストッ
パ絶縁膜15,中層絶縁膜6,下層絶縁膜5および動作
層2の表層部分がエッチングされてリセス21が形成さ
れている。このリセス21の長さは、前記リセス形成用
開口部20の長さと略同じ0.15μmとなっている。
On the other hand, the side wall 17 and the stopper insulating film 15 are used as an etching mask to etch the stopper insulating film 15, the middle insulating film 6, the lower insulating film 5, and the surface layer portion of the operating layer 2 at the bottom of the opening 11 to form the recess 21. Are formed. The length of the recess 21 is 0.15 μm, which is substantially the same as the length of the recess forming opening 20.

【0030】また、前記リセス21の底上には、前記ス
トッパ絶縁膜15上に亘ってショットキー障壁接合構造
のゲート電極22が形成されている。このゲート電極2
2は、WSiからなる下層23と、前記下層23上に重
ねて形成されるAlやAuからなる上層24とからなっ
ている。
A gate electrode 22 having a Schottky barrier junction structure is formed on the bottom of the recess 21 over the stopper insulating film 15. This gate electrode 2
2 includes a lower layer 23 made of WSi and an upper layer 24 made of Al or Au formed on the lower layer 23.

【0031】他方、前記ゲート電極22から外れた両側
のストッパ絶縁膜15およびスペーサ膜10は選択的に
エッチングされ、露出した動作層2および基板1の表面
にそれぞれソース電極またはドレイン電極となるオーミ
ック電極25,26が設けられている。
On the other hand, the stopper insulating film 15 and the spacer film 10 on both sides separated from the gate electrode 22 are selectively etched, and ohmic electrodes serving as source electrodes or drain electrodes are formed on the exposed surfaces of the operating layer 2 and the substrate 1, respectively. 25 and 26 are provided.

【0032】つぎに、本実施形態の半導体装置の製造方
法について説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described.

【0033】最初に図2に示すように所定厚さの半絶縁
性GaAs基板1が用意される。この半絶縁性GaAs
基板1の主面の表層部分には、所定の不純物濃度のn型
GaAs層からなる動作層2が形成されている。
First, as shown in FIG. 2, a semi-insulating GaAs substrate 1 having a predetermined thickness is prepared. This semi-insulating GaAs
An operating layer 2 made of an n-type GaAs layer having a predetermined impurity concentration is formed on the surface layer of the main surface of the substrate 1.

【0034】つぎに、前記半絶縁性GaAs基板1の主
面に、CVD法によって、下地半導体層(GaAs層)
に対して界面特性が安定でかつ第1のエッチング手段
(Fラジカルによるドライエッチング)でエッチング可
能なSiO2 またはSiNなどからなる厚さ数10nm
の下層絶縁膜5、第1のエッチング手段(Fラジカルに
よるドライエッチング)でエッチング不可能なAlNま
たはAl23 などからなる厚さ数nmの中層絶縁膜
6、Fラジカルによるドライエッチングでエッチング可
能なSiO2 などからなる厚さは数100nmの上層絶
縁膜7を順次積層形成して三層のスペーサ膜(スペーサ
絶縁膜)10を形成する。
Next, a base semiconductor layer (GaAs layer) is formed on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1 by the CVD method.
On the other hand, the interface characteristics are stable and the thickness is several 10 nm made of SiO 2 or SiN that can be etched by the first etching means (dry etching by F radical).
Lower insulating film 5, middle insulating film 6 with a thickness of several nm made of AlN or Al 2 O 3 which cannot be etched by the first etching means (dry etching by F radical), and dry etching by F radical the thickness made of a SiO 2 to form a spacer film (spacer insulating film) 10 of the three layers are sequentially stacked an upper insulating film 7 having 100 nm.

【0035】本実施形態では、前記下層絶縁膜5は厚さ
20nmのSiNで形成され、中層絶縁膜6は5nmの
AlNで形成され、上層絶縁膜7は厚さ400nmのS
iO2 で形成されている。
In this embodiment, the lower insulating film 5 is made of SiN having a thickness of 20 nm, the intermediate insulating film 6 is made of AlN having a thickness of 5 nm, and the upper insulating film 7 is made of S having a thickness of 400 nm.
It is formed of i02.

【0036】前記下層絶縁膜5はSiNが選択され、上
層絶縁膜7はSiO2 が選択されている。これらSiN
やSiO2 は第1のエッチング手段(Fラジカルによる
ドライエッチング)でエッチングできる。しかし、スペ
ーサ膜10の中層を構成する中層絶縁膜6はAlNが選
択され、第1のエッチング手段ではエッチング不可能な
膜となっている。これによって、SiO2 やSiNをF
ラジカルによるドライエッチングでエッチングする場
合、AlNからなる中層絶縁膜6は全くエッチングされ
ず、エッチング選択比は極めて大きく略完全なものとな
るため、中層絶縁膜6はエッチングストッパとして機能
する。この結果、前記中層絶縁膜6を数nmと極めて薄
くすることができ、微細加工が可能となる。
SiN is selected for the lower insulating film 5, and SiO 2 is selected for the upper insulating film 7. These SiN
And SiO 2 can be etched by the first etching means (dry etching by F radical). However, AlN is selected for the middle-layer insulating film 6 forming the middle layer of the spacer film 10, and is a film that cannot be etched by the first etching means. This makes SiO 2 and SiN F
When dry etching by radicals is performed, the middle-layer insulating film 6 made of AlN is not etched at all, and the etching selection ratio is extremely large and almost perfect, so that the middle-layer insulating film 6 functions as an etching stopper. As a result, the middle-layer insulating film 6 can be made extremely thin, such as several nm, and fine processing becomes possible.

【0037】つぎに、図3に示すように、前記基板1の
主面側にホトレジスト膜30を選択的に形成した後、前
記ホトレジスト膜30をエッチングマスクとし、かつ前
記中層絶縁膜6をエッチングストッパとして前記上層絶
縁膜7をFラジカルによるドライエッチングによってゲ
ート形成領域に開口部11を形成する。この開口部11
の長さは、たとえば、0.3μm程度となっている。
Next, as shown in FIG. 3, after the photoresist film 30 is selectively formed on the main surface side of the substrate 1, the photoresist film 30 is used as an etching mask and the intermediate insulating film 6 is used as an etching stopper. As a result, an opening 11 is formed in the gate formation region of the upper insulating film 7 by dry etching with F radicals. This opening 11
Has a length of, for example, about 0.3 μm.

【0038】つぎに、前記ホトレジスト膜30を除去し
た後、図4に示すように、基板1の主面にFラジカルで
ドライエッチング不可能なAlNまたはAl23 など
からなる厚さ数nmのストッパ絶縁膜15と、Fラジカ
ルでドライエッチング可能なSiO2 などからなる厚さ
数100nmの側壁形成用絶縁膜31をCVD法によっ
て連続的に形成する。本実施形態では、前記ストッパ絶
縁膜15は厚さ5nmのAlNで形成される。
Next, after the photoresist film 30 is removed, as shown in FIG. 4, the main surface of the substrate 1 is made of AlN or Al 2 O 3 which cannot be dry-etched by F radicals and has a thickness of several nm. A stopper insulating film 15 and a sidewall-forming insulating film 31 having a thickness of several hundreds nm and made of SiO 2 or the like that can be dry-etched by F radicals are continuously formed by a CVD method. In this embodiment, the stopper insulating film 15 is formed of AlN having a thickness of 5 nm.

【0039】つぎに、図5に示すように、前記側壁形成
用絶縁膜31をFラジカルによる異方性ドライエッチン
グによってエッチングし、前記開口部11の側面側に側
壁17を形成する。このエッチングにおいて、Fラジカ
ルでドライエッチング不可能なAlNで形成されるスト
ッパ絶縁膜15がエッチングストッパとして作用するた
め、開口部11の深さ(高さ)は変化せず、側壁17の
高さが一定となる。この結果、側壁17によって形成さ
れるリセス形成用開口部20の長さも一定となり、たと
えば、0.15μmと微小開口部となる。
Next, as shown in FIG. 5, the side wall forming insulating film 31 is etched by anisotropic dry etching using F radicals to form side walls 17 on the side surfaces of the opening 11. In this etching, since the stopper insulating film 15 formed of AlN, which cannot be dry-etched by F radicals, acts as an etching stopper, the depth (height) of the opening 11 does not change, and the height of the side wall 17 increases. It will be constant. As a result, the recess forming opening 20 formed by the side wall 17 also has a constant length, for example, a minute opening of 0.15 μm.

【0040】つぎに、図6に示すように、側壁17をエ
ッチングマスクとして第1のエッチング手段とは異なる
エッチング手段、たとえば、Clラジカルによるドライ
エッチングまたは熱リン酸によるウエットエッチングに
よってAlNからなるストッパ絶縁膜15および中層絶
縁膜6をエッチングする。また、AlNやAl23
加工は薄膜の場合イオンミリングでも可能である。その
後、側壁17,ストッパ絶縁膜7および中層絶縁膜6を
エッチングマスクとして、SiNからなる下層絶縁膜5
をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 6, by using the sidewall 17 as an etching mask, an etching means different from the first etching means, for example, dry etching with Cl radicals or wet etching with hot phosphoric acid is used to form a stopper insulation made of AlN. The film 15 and the intermediate insulating film 6 are etched. Further, AlN or Al 2 O 3 can be processed by ion milling in the case of a thin film. Then, using the sidewall 17, the stopper insulating film 7 and the intermediate insulating film 6 as an etching mask, the lower insulating film 5 made of SiN is formed.
Is etched.

【0041】つぎに、露出したGaAsからなる動作層
2の表層部分を所望量ウエットエッチングしてリセス2
1を形成する。
Next, the exposed surface layer portion of the operating layer 2 made of GaAs is wet-etched by a desired amount to form the recess 2.
Form one.

【0042】前記中層絶縁膜6の厚さが5nm,下層絶
縁膜5の厚さが20nmといずれも極めて薄くかつ全体
でも薄いことから、長さ寸法精度の高いリセス21が形
成できる。たとえば、リセス21の長さは、前記リセス
形成用開口部20の長さの0.15μmと同様に0.1
5μmとなる。そして、これが最終結果として略ゲート
長となる。
Since the thickness of the middle-layer insulating film 6 is 5 nm and the thickness of the lower-layer insulating film 5 is 20 nm, both of which are extremely thin and thin as a whole, the recess 21 having high length dimension accuracy can be formed. For example, the length of the recess 21 is 0.15 μm, which is the same as the length of the recess forming opening 20.
5 μm. And, as a final result, this becomes a substantially gate length.

【0043】つぎに、図7に示すように、基板1の主面
にGaAsに対して界面特性が安定なWSiなどからな
る金属を数100nmの厚さ形成するとともに、Auや
Al等からなる低抵抗金属を順次蒸着等によって形成す
る。その後、前記低抵抗金属上にホトレジスト膜33を
選択的に形成した後、前記ホトレジスト膜33をエッチ
ングマスクとして前記低抵抗金属およびGaAsに対し
て界面特性が安定な金属をエッチングしてゲート電極2
2を形成する。前記ゲート電極22は、動作層2に対し
てショットキー障壁接合構造をとるWSiからなる下層
23と、前記下層23上に重なるAuやAl等からなる
上層24とによって形成される。
Next, as shown in FIG. 7, a metal such as WSi having a stable interface characteristic with respect to GaAs is formed to a thickness of several 100 nm on the main surface of the substrate 1, and a low metal such as Au or Al is formed. Resistive metals are sequentially formed by vapor deposition or the like. After that, a photoresist film 33 is selectively formed on the low resistance metal, and the low resistance metal and a metal having stable interface characteristics with respect to GaAs are etched by using the photoresist film 33 as an etching mask to etch the gate electrode 2
Form 2 The gate electrode 22 is formed by a lower layer 23 made of WSi having a Schottky barrier junction structure with respect to the operating layer 2 and an upper layer 24 made of Au, Al or the like overlapping the lower layer 23.

【0044】つぎに、前記ゲート電極22の両側部分の
ストッパ絶縁膜15およびスペーサ膜10を選択的にエ
ッチングした後、図1に示すように、露出した動作層2
および基板1の表面部分にソース電極やドレイン電極と
なるオーミック電極25,26を形成する。また、必要
に応じてパッシベーション膜等を形成した後、前記基板
1を縦横に切断してGaAs−MESFETを組み込ん
だ半導体装置を製造する。
Next, after selectively etching the stopper insulating film 15 and the spacer film 10 on both sides of the gate electrode 22, as shown in FIG.
Then, ohmic electrodes 25 and 26 to be a source electrode and a drain electrode are formed on the surface portion of the substrate 1. Further, after forming a passivation film and the like as necessary, the substrate 1 is vertically and horizontally cut to manufacture a semiconductor device incorporating a GaAs-MESFET.

【0045】本実施形態の半導体装置は、その製造方法
において、開口部11を形成するスペーサ膜10の最上
層の上層絶縁膜7を、側壁形成用絶縁膜31をエッチン
グする第1のエッチング手段(Fラジカルでドライエッ
チング)でエッチング不可能な絶縁膜(AlN)で形成
しているので、SiN系の材料をストッパ材として用い
た場合に比較して完全なエッチング選択比を得ることが
できる。したがって、側壁形成用絶縁膜31をエッチン
グして開口部11の側面に側壁17を形成する際、スペ
ーサ膜10の減少による側壁サイドエッチが発生しなく
なり、側壁17によって形成されるリセス形成用開口部
20の寸法ばらつきが小さくなり、リセス底上に形成す
るゲート電極22の長さが一定しゲート長が一定する。
In the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment, the first etching means for etching the uppermost insulating film 7 of the spacer film 10 forming the opening 11 and the sidewall forming insulating film 31 ( Since it is formed of an insulating film (AlN) that cannot be etched by F radical dry etching), a complete etching selection ratio can be obtained as compared with the case where a SiN-based material is used as a stopper material. Therefore, when the side wall forming insulating film 31 is etched to form the side wall 17 on the side surface of the opening 11, side wall side etching due to the reduction of the spacer film 10 does not occur, and the recess forming opening formed by the side wall 17 is removed. The dimensional variation of 20 becomes small, the length of the gate electrode 22 formed on the recess bottom becomes constant, and the gate length becomes constant.

【0046】本実施形態の半導体装置は、その製造方法
において、半絶縁性GaAs基板1の主面をGaAs層
(下地半導体層)に対して界面特性が安定なSiN膜で
被っていることから、開口部形成時や側壁形成時に下地
半導体層にダメージを加えることがなく、特性の安定し
た半導体装置を製造することができる。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the main surface of the semi-insulating GaAs substrate 1 is covered with the SiN film having stable interface characteristics with respect to the GaAs layer (base semiconductor layer). A semiconductor device having stable characteristics can be manufactured without damaging the underlying semiconductor layer when forming the opening or forming the sidewall.

【0047】本実施形態の半導体装置は、その製造方法
において、開口部11を形成するためのスペーサ膜10
において、薄いSiNからなる下層絶縁膜5と、厚いS
iO2 からなる上層絶縁膜7との間に薄いAlNからな
る中層絶縁膜6を配する構造となっていることから、上
層絶縁膜7をFラジカルでドライエッチングする際、上
層絶縁膜7の下の中層絶縁膜6がエッチングストッパと
して作用するため、下層絶縁膜5はFラジカルでドライ
エッチングされず、下地半導体層にダメージを加えるこ
とはない。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the spacer film 10 for forming the opening 11 is formed.
, The lower insulating film 5 made of thin SiN and the thick S
Since the intermediate insulating film 6 made of thin AlN is arranged between the upper insulating film 7 made of iO 2 and the upper insulating film 7 made of SiO 2 , when the upper insulating film 7 is dry-etched by F radical, Since the middle-layer insulating film 6 acts as an etching stopper, the lower-layer insulating film 5 is not dry-etched by F radicals and does not damage the underlying semiconductor layer.

【0048】本実施形態の半導体装置は、その製造方法
において、開口部11を形成するためのスペーサ膜10
は、薄いSiNからなる下層絶縁膜5と、厚いSiO2
からなる上層絶縁膜7との間に薄いAlNからなる中層
絶縁膜6を配する構造となっていることから、上層絶縁
膜7をFラジカルでドライエッチングする際、上層絶縁
膜7の下の中層絶縁膜6がエッチングストッパとして作
用するため、開口部11の深さは常に一定に形成でき
る。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the spacer film 10 for forming the opening 11 is used.
Is a lower insulating film 5 made of thin SiN and a thick SiO 2 film.
Since the intermediate insulating film 6 made of thin AlN is arranged between the upper insulating film 7 made of Al and the upper insulating film 7, the middle layer under the upper insulating film 7 is dry-etched by F radicals. Since the insulating film 6 acts as an etching stopper, the depth of the opening 11 can always be made constant.

【0049】本実施形態の半導体装置は、その製造方法
において、SiO2 やSiNなどからなる下層絶縁膜5
および上層絶縁膜7ならびに側壁形成用絶縁膜31と、
AlNやAl23 などからなる中層絶縁膜6およびス
トッパ絶縁膜15は、相互に完全なエッチング選択比が
得られることから、下層絶縁膜5,中層絶縁膜6,スト
ッパ絶縁膜15は数nm〜数10nmと薄膜化が可能と
なり、リセス形成用開口部20およびリセス21の微細
化が達成でき、GaAs−MESFET部分の小型化が
達成でき、半導体装置の小型化・高集積化が達成でき
る。
In the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment, the lower insulating film 5 made of SiO 2 or SiN is used.
And the upper insulating film 7 and the sidewall forming insulating film 31,
Since the middle layer insulating film 6 and the stopper insulating film 15 made of AlN or Al 2 O 3 and the like have a perfect etching selection ratio to each other, the lower layer insulating film 5, the middle layer insulating film 6, and the stopper insulating film 15 have a thickness of several nm. The thickness can be reduced to several tens of nm, the recess 20 and the recess 21 can be miniaturized, the GaAs-MESFET portion can be miniaturized, and the semiconductor device can be miniaturized and highly integrated.

【0050】以上のことから、本発明によれば、半導体
装置(半導体集積回路装置)は相互にエッチングストッ
パとなる薄い絶縁膜を使用する構造となっていることか
ら構造が単純化するとともに、高精度な微細加工が可能
となることから歩留りが向上し製造コストを軽減でき
る。
From the above, according to the present invention, the semiconductor device (semiconductor integrated circuit device) has a structure in which thin insulating films serving as etching stoppers are mutually used. Since the precise microfabrication is possible, the yield is improved and the manufacturing cost can be reduced.

【0051】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Needless to say.

【0052】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるGaA
s−MESFETを組み込んだ半導体装置の製造技術に
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、たとえば、動作層の下にGaAlAs層,
二次元電子ガス等の層を有するHEMTを組み込んだ半
導体装置の製造技術にも適用できる。
In the above description, the invention made mainly by the present inventor is the field of application which is the background of the invention.
The case where the invention is applied to the manufacturing technology of the semiconductor device incorporating the s-MESFET has been described, but the invention is not limited thereto. For example, a GaAlAs layer below the operation layer,
It can also be applied to the manufacturing technology of a semiconductor device incorporating a HEMT having a layer of a two-dimensional electron gas or the like.

【0053】本発明は少なくとも半絶縁性GaAs基板
を用いるFETを組み込んだ半導体装置およびその製造
方法には適用できる。
The present invention can be applied to a semiconductor device incorporating an FET using at least a semi-insulating GaAs substrate and a manufacturing method thereof.

【0054】[0054]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0055】(1)開口部を形成するスペーサ膜の最上
層の上層絶縁膜を、側壁形成用絶縁膜をエッチングする
Fラジカルでドライエッチング不可能な絶縁膜(Al
N)で形成しているので、側壁形成用絶縁膜をエッチン
グして開口部の側面に側壁を形成する際、スペーサ膜の
減少による側壁サイドエッチが発生しなくなり、側壁の
張り出し長さが一定し、側壁によって形成されるリセス
形成用開口部の寸法ばらつきが小さくなり、リセス底上
に形成するゲート電極の長さが一定しゲート長が一定す
る。これにより、GaAs−MESFET部分の小型化
達成から半導体装置の小型化・高集積化が達成できる。
(1) The uppermost insulating film of the spacer film that forms the opening is an insulating film (Al that cannot be dry-etched by F radicals that etches the sidewall-forming insulating film).
N), the side wall forming insulating film is etched to form a side wall on the side surface of the opening, side wall side etching due to the decrease in the spacer film does not occur, and the side wall overhang length is constant. The size variation of the recess forming opening formed by the side wall is reduced, the length of the gate electrode formed on the recess bottom is constant, and the gate length is constant. As a result, miniaturization of the GaAs-MESFET portion and miniaturization and high integration of the semiconductor device can be achieved.

【0056】(2)半絶縁性GaAs基板の主面をGa
As層(下地半導体層)に対して界面特性が安定なSi
N膜で被っていることから、開口部形成時や側壁形成時
に下地半導体層にダメージを加えることがなく、特性の
安定した半導体装置を製造することができる。
(2) The main surface of the semi-insulating GaAs substrate is Ga
Si whose interface characteristics are stable with respect to the As layer (base semiconductor layer)
Since it is covered with the N film, it is possible to manufacture a semiconductor device having stable characteristics without damaging the underlying semiconductor layer when forming the opening or forming the sidewall.

【0057】(3)第1のエッチング手段でエッチング
される絶縁膜とエッチングされない絶縁膜を組み込んだ
構造となることから、エッチングストッパのみを目的と
する絶縁膜の薄型化が可能となるため、高精度な微細加
工が可能となり、GaAs−MESFETの小型化が達
成できる。
(3) Since the insulating film which is etched by the first etching means and the insulating film which is not etched are incorporated, it is possible to make the insulating film thin only for the purpose of the etching stopper, so that Precise microfabrication is possible, and miniaturization of GaAs-MESFET can be achieved.

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

【図1】本発明の一実施形態である半導体装置の概略を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
半絶縁性GaAs基板の主面に三層のスペーサ膜を形成
した状態を示す断面図である。
FIG. 2 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a three-layer spacer film is formed on the main surface of a semi-insulating GaAs substrate.

【図3】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
スペーサ膜の上層絶縁膜を選択的にエッチングしてゲー
ト形成領域に開口部を形成した状態を示す断面図であ
る。
FIG. 3 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which an opening is formed in a gate formation region by selectively etching an upper insulating film of a spacer film.

【図4】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
開口部および上層絶縁膜上にストッパ絶縁膜と側壁形成
用絶縁膜を順次形成した状態を示す断面図である。
FIG. 4 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a stopper insulating film and a sidewall forming insulating film are sequentially formed on the opening and the upper insulating film.

【図5】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
側壁形成用絶縁膜をエッチングして側壁を形成した状態
を示す断面図である。
FIG. 5 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
It is sectional drawing which shows the state which formed the side wall by etching the insulating film for side wall formation.

【図6】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
側壁等をエッチングマスクとしてエッチングを行いリセ
スを形成した状態を示す断面図である。
FIG. 6 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a recess is formed by etching using side walls and the like as an etching mask.

【図7】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
リセス底上にゲート電極を形成した状態を示す断面図で
ある。
FIG. 7 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment,
It is sectional drawing which shows the state which formed the gate electrode on a recess bottom.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板(半絶縁性GaAs基板)2…動作層、5…下
層絶縁膜、6…中層絶縁膜、7…上層絶縁膜、10…ス
ペーサ膜(スペーサ絶縁膜)、11…開口部、15…ス
トッパ絶縁膜、17…側壁、20…リセス形成用開口
部、21…リセス、22…ゲート電極、23…下層、2
4…上層、25,26…オーミック電極、30…ホトレ
ジスト膜、31…側壁形成用絶縁膜、33…ホトレジス
ト膜。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate (semi-insulating GaAs substrate) 2 ... Operating layer, 5 ... Lower insulating film, 6 ... Middle insulating film, 7 ... Upper insulating film, 10 ... Spacer film (spacer insulating film), 11 ... Opening part, 15 ... Stopper insulating film, 17 ... Side wall, 20 ... Recess forming opening, 21 ... Recess, 22 ... Gate electrode, 23 ... Lower layer, 2
4 ... Upper layer, 25, 26 ... Ohmic electrode, 30 ... Photoresist film, 31 ... Sidewall forming insulating film, 33 ... Photoresist film.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも動作層を主面に有する半絶縁
性GaAs基板と、前記基板の主面に積層形成された下
層絶縁膜,中層絶縁膜,上層絶縁膜からなるスペーサ膜
と、前記上層絶縁膜を選択的にエッチングして形成され
た開口部と、前記開口部および上層絶縁膜を被うストッ
パ絶縁膜と、前記開口部の側面に前記ストッパ絶縁膜を
介して形成された側壁と、前記側壁をエッチングマスク
として開口部底部分を前記動作層の所定深さまでエッチ
ングして形成されたリセスと、前記リセス底上に形成さ
れたゲート電極と、前記ゲート電極を挟んだ各領域のス
トッパ絶縁膜およびその下方のスペーサ膜を選択的にエ
ッチングして露出した動作層の表面に設けられたソース
・ドレイン電極となるオーミック電極とを有することを
特徴とする半導体装置。
1. A semi-insulating GaAs substrate having at least an operating layer on its main surface, a spacer film composed of a lower insulating film, an intermediate insulating film and an upper insulating film laminated on the main surface of the substrate, and the upper insulating film. An opening formed by selectively etching the film; a stopper insulating film covering the opening and the upper insulating film; a sidewall formed on the side surface of the opening through the stopper insulating film; A recess formed by etching the bottom of the opening to a predetermined depth of the operating layer using the sidewall as an etching mask, a gate electrode formed on the recess bottom, and a stopper insulating film in each region sandwiching the gate electrode. And an ohmic electrode serving as a source / drain electrode provided on the surface of the operation layer exposed by selectively etching the spacer film below the semiconductor film. Place.
【請求項2】 前記下層絶縁膜はSiO2 またはSiN
で形成され、前記中層絶縁膜はAlNまたはAl23
で形成され、前記上層絶縁膜はSiO2 で形成され、前
記ストッパ絶縁膜はAlNまたはAl23 で形成さ
れ、前記側壁形成用絶縁膜はSiO2 で形成されている
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
2. The lower insulating film is SiO 2 or SiN.
The intermediate insulating film is formed of AlN or Al 2 O 3
The upper insulating film is formed of SiO 2 , the stopper insulating film is formed of AlN or Al 2 O 3 , and the side wall forming insulating film is formed of SiO 2. Item 2. The semiconductor device according to item 2.
【請求項3】 動作層を主面に有する半絶縁性GaAs
基板の主面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を選
択的にエッチングして開口部を形成する工程と、前記基
板の主面に側壁形成用絶縁膜を形成した後異方性エッチ
ングによって前記開口部の側面にのみ側壁を形成する工
程と、前記側壁および絶縁膜をエッチングマスクとして
ゲート形成領域をエッチングして前記動作層の表層部分
に到達するリセスを形成する工程と、前記リセス底上に
ゲート電極を形成する工程とを有する半導体装置の製造
方法であって、前記基板の主面上に第1のエッチング手
段でエッチング可能な下層絶縁膜,第1のエッチング手
段でエッチング不可能な中層絶縁膜,第1のエッチング
手段でエッチング可能な上層絶縁膜を順次形成してスペ
ーサ膜を形成する工程と、前記上層絶縁膜を選択的にエ
ッチングしかつ前記中層絶縁膜をエッチングストッパと
してゲート形成領域に開口部を形成する工程と、前記基
板の主面に第1のエッチング手段でエッチング不可能な
ストッパ絶縁膜と第1のエッチング手段でエッチング可
能な側壁形成用絶縁膜を順次形成する工程と、前記スト
ッパ絶縁膜をエッチングストッパとして前記側壁形成用
絶縁膜を第1のエッチング手段による異方性エッチング
によってエッチングして前記開口部の側面に前記ストッ
パ絶縁膜を介して側壁を形成してリセス形成用開口部を
形成する工程と、前記側壁をエッチングマスクとして前
記基板の動作層に到達するリセスを形成する工程とを有
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. A semi-insulating GaAs having an active layer on the main surface
A step of forming an insulating film on the main surface of the substrate; a step of selectively etching the insulating film to form an opening; and an anisotropic etching after forming an insulating film for forming a side wall on the main surface of the substrate. Forming a side wall only on the side surface of the opening by etching the gate formation region using the side wall and the insulating film as an etching mask to form a recess reaching the surface layer portion of the operating layer; and the recess bottom. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a gate electrode on the substrate; a lower-layer insulating film that can be etched by the first etching means on the main surface of the substrate, and cannot be etched by the first etching means. Forming a spacer film by sequentially forming an intermediate insulating film and an upper insulating film that can be etched by the first etching means; and selectively etching the upper insulating film and Forming an opening in the gate formation region using the intermediate insulating film as an etching stopper; forming a stopper insulating film that cannot be etched by the first etching means and a sidewall that can be etched by the first etching means on the main surface of the substrate; A step of sequentially forming an insulating film for use with the stopper insulating film, and the sidewall insulating film is etched by anisotropic etching using the stopper insulating film as an etching stopper to form the stopper insulating film on the side surface of the opening. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a side wall to form a recess forming opening; and forming a recess reaching the operating layer of the substrate by using the side wall as an etching mask. .
【請求項4】 前記第1のエッチング手段はFラジカル
によるドライエッチングであり、第1のエッチング手段
でエッチング可能な絶縁膜はSiO2 またはSiNであ
り、第1のエッチング手段でエッチング不可能な絶縁膜
はAlNまたはAl23 であることを特徴とする請求
項3記載の半導体装置の製造方法。
4. The first etching means is dry etching by F radicals, the insulating film which can be etched by the first etching means is SiO 2 or SiN, and the insulating film which cannot be etched by the first etching means. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the film is AlN or Al 2 O 3 .
【請求項5】 前記下層絶縁膜はSiO2 またはSiN
で形成され、前記中層絶縁膜はAlNまたはAl23
で形成され、前記上層絶縁膜はSiO2 で形成され、前
記ストッパ絶縁膜はAlNまたはAl23 で形成さ
れ、前記側壁形成用絶縁膜はSiO2 で形成されること
を特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
5. The lower insulating film is SiO 2 or SiN.
The intermediate insulating film is formed of AlN or Al 2 O 3
7. The upper insulating film is formed of SiO 2 , the stopper insulating film is formed of AlN or Al 2 O 3 , and the side wall forming insulating film is formed of SiO 2. 4. The method for manufacturing a semiconductor device according to 4.
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