JPH09306927A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof

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JPH09306927A
JPH09306927A JP11634296A JP11634296A JPH09306927A JP H09306927 A JPH09306927 A JP H09306927A JP 11634296 A JP11634296 A JP 11634296A JP 11634296 A JP11634296 A JP 11634296A JP H09306927 A JPH09306927 A JP H09306927A
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JP
Japan
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layer
gaas
stopper
etching
insulating film
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JP11634296A
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Japanese (ja)
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Katsushi Oshika
克志 大鹿
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make gate length of a GaAs-MESFET short and to be able to form with high precision by such means as providing a GaAlAs stopper layer on a GaAs active layer, forming a side wall on a side surface of an opening part formed on a GaAs ohmic layer, forming a recess by masking the side wall and so on. SOLUTION: A first conductive GaAlAs stopper layer 3 of which carrier density is about the same as of a GaAs active layer 2 is provided on the GaAs active layer 2 of a GaAsMESFET and a stopper insulating film 5 is provided on a GaAs ohmic layer 4. An insulating side wall 7 is so formed on a side surface of an opening part 6 on the ohmic layer 4 as to be mounted on a part of the GaAlAs stopper layer 3 and a recess 10 is formed by eliminating the GaAlAs stopper layer 3 on the bottom of the opening part 6 which exists out of the side wall 7. A gate electrode 11 is formed on the bottom of the recess 10 and ohmic electrodes 15 and 16 are formed on the GaAs ohmic layer 4 by partially eliminating the stopper insulating film 5.

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 has progressed, 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を組み込んだ半導体装置が知られて
いる。たとえば、株式会社培風館「超高速化合物半導体
デバイス」1986年11月30日発行、P72には、MESFE
Tの一つとして、n型の動作層上にゲート電極を形成す
るとともに、動作層上に設けたn+ 型層上にソース・ド
レイン電極となるオーミック電極を設けたn+ リセスゲ
ート構造について記載されている。
On the other hand, as one of the communication MMICs, Ga
A semiconductor device incorporating an As-MESFET is known. For example, Baifukan Co., Ltd. “Ultra High Speed Compound Semiconductor Device” issued on November 30, 1986, P72 contains MESFE
As one of Ts, an n + recess gate structure in which a gate electrode is formed on an n type operation layer and an ohmic electrode to be a source / drain electrode is provided on an n + type layer provided on the operation layer is described. ing.

【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、前記リセス底上にショットキー
障壁接合構造の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 the aAs-MESFET, when a sidewall is formed on the side surface of the opening of the spacer insulating film to perform etching to form a recess, and a gate electrode having a Schottky barrier junction structure is formed on the recess bottom, It has been clarified by the present inventors that the following problems 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
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 系や
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おそれがある。
That is, a method of anisotropically etching an insulating film on a side surface of the spacer insulating film to leave it as a side wall, and making the opening size of the opening smaller by etching using the side wall as a mask is described in The side wall forming insulating film is formed of a SiO 2 type or SiN type material that is etched by F radicals. Therefore, when the sidewall is processed, both the spacer insulating film and the insulating film for forming the sidewall are etched by F radicals, so that the selection ratio is insufficient.
As a result, side wall film side etching occurs due to the reduction of the spacer insulating film, the remaining side wall insulating film has a non-uniform 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】さらに、GaAs−MESFETは、絶縁
膜とGaAsの界面凖位が多く存在し、これによる表面
空乏層が広がり、ゲートとソース間の寄生抵抗が増大す
る欠点がある。これを克服する方法の一つとしてリセス
ゲート構造やn+ リセスゲート構造がある。リセスゲー
ト構造では、FETの動作層(能動層)のゲート直下の
部分をエッチング除去して、所望のチャネル層厚を得
て、ソースとゲート間のn層領域の厚さをチャネル層厚
さより大きくして寄生抵抗を低減する。
Further, the GaAs-MESFET has many defects in that there are many interface levels between the insulating film and GaAs, the surface depletion layer is widened thereby, and the parasitic resistance between the gate and the source increases. One of the methods to overcome this is a recess gate structure or an n + recess gate structure. In the recess gate structure, a portion of the FET operating layer (active layer) immediately below the gate is removed by etching to obtain a desired channel layer thickness, and the thickness of the n-layer region between the source and the gate is made larger than the channel layer thickness. Reduce the parasitic resistance.

【0011】しかし、このリセスゲート構造は、エッチ
ングによって所望のチャネル層厚さを得ることから、エ
ッチングばらつきがIC歩留に直接影響するため、高集
積回路には不向きである。
However, this recess gate structure is not suitable for a highly integrated circuit, because the desired channel layer thickness is obtained by etching, and the variation in etching directly affects the IC yield.

【0012】本発明の目的は、GaAs−MESFET
のゲート長を短くするとともに、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 GaAs-MESFET.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of shortening the gate length and accurately forming the gate length, and a manufacturing method thereof.

【0013】本発明の他の目的は、GaAs−MESF
ETの寄生抵抗の低減が達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。
Another object of the present invention is GaAs-MESF.
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can reduce the parasitic resistance of ET and a manufacturing method thereof.

【0014】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。
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0015】[0015]

【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.

【0016】(1)半導体装置は、半絶縁性GaAs基
板と、前記基板の主面に形成された第1導電型(n型)
のGaAs動作層と、前記GaAs動作層上に形成され
かつ前記GaAs動作層よりもキャリヤ濃度が高いGa
Asオーミック層と、前記GaAsオーミック層の一部
を選択的にエッチングして形成した開口部と、前記開口
部底のGaAs動作層上に形成されかつ前記GaAsオ
ーミック層に対して絶縁されたゲート電極と、前記Ga
Asオーミック層上に形成されたソース・ドレイン電極
となるオーミック電極とからなるGaAs−MESFE
Tを有する半導体装置であって、前記GaAs動作層上
に設けられかつ前記GaAs動作層とキャリヤ濃度が略
同一となる第1導電型のGaAlAsストッパ層と、前
記GaAsオーミック層上に設けられたストッパ絶縁膜
と、前記GaAlAsストッパ層の一部に載りかつ前記
開口部の側面に形成された絶縁性の側壁と、前記側壁か
ら外れた開口部底のGaAlAsストッパ層を除去して
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、前記ストッパ絶縁膜を部分的に除いて前記G
aAsオーミック層上に形成されたオーミック電極とを
有する。
(1) A semiconductor device comprises a semi-insulating GaAs substrate and a first conductivity type (n type) formed on the main surface of the substrate.
GaAs operating layer and Ga formed on the GaAs operating layer and having a higher carrier concentration than the GaAs operating layer.
An As ohmic layer, an opening formed by selectively etching a portion of the GaAs ohmic layer, and a gate electrode formed on the GaAs operating layer at the bottom of the opening and insulated from the GaAs ohmic layer. And the Ga
GaAs-MESFE comprising ohmic electrodes serving as source / drain electrodes formed on the As ohmic layer
A semiconductor device having T, wherein a GaAlAs stopper layer of the first conductivity type is provided on the GaAs operating layer and has a carrier concentration substantially the same as that of the GaAs operating layer, and a stopper provided on the GaAs ohmic layer. An insulating film, an insulating side wall formed on a part of the GaAlAs stopper layer and formed on a side surface of the opening, and a recess formed by removing the GaAlAs stopper layer at the bottom of the opening separated from the side wall. The gate electrode formed on the bottom of the recess and the stopper insulating film are partially removed to remove the G
and an ohmic electrode formed on the aAs ohmic layer.

【0017】前記GaAlAsストッパ層はGaAsに
対して選択エッチが可能となるAlの混晶比x(0.4
以上)を有するとともに、前記ストッパ絶縁膜は前記G
aAsオーミック層およびGaAlAsストッパ層をエ
ッチングするエッチング手段や側壁形成時のエッチング
手段でエッチングされずかつ前記GaAsオーミック層
に対して選択エッチが可能な材質で形成され、前記側壁
は前記GaAlAsストッパ層をエッチングするエッチ
ング手段でエッチングされない材質で形成されている。
The GaAlAs stopper layer has an Al mixed crystal ratio x (0.4) which enables selective etching with respect to GaAs.
And the stopper insulating film is G
The aGaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer are formed of a material which is not etched by an etching means for etching the aGaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer and an etching means at the time of forming the sidewall and which can selectively etch the GaAs ohmic layer, and the sidewall etches the GaAlAs stopper layer. It is made of a material that is not etched by the etching means.

【0018】前記GaAs動作層およびGaAlAsス
トッパ層はそれぞれ数10nmの厚さであり、前記Ga
Asオーミック層は数100nmの厚さであり、前記ス
トッパ絶縁膜は数nmである。
The GaAs operating layer and the GaAlAs stopper layer each have a thickness of several tens nm, and the Ga
The As ohmic layer has a thickness of several 100 nm, and the stopper insulating film has a thickness of several nm.

【0019】このような半導体装置は、半絶縁性GaA
s基板の主面に第1導電型(n型)のGaAs動作層,
前記GaAs動作層と略同一のキャリヤ濃度となる第1
導電型のGaAlAsストッパ層,前記GaAs動作層
よりもキャリヤ濃度が高い第1導電型のGaAsオーミ
ック層,ストッパ絶縁膜を順次積層形成する工程と、前
記ストッパ絶縁膜を選択的にエッチングした後残留する
ストッパ絶縁膜および前記GaAlAsストッパ層をエ
ッチングストッパとして前記GaAsオーミック層を前
記GaAlAsストッパ層まで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
形成する工程と、前記ストッパ絶縁膜およびGaAlA
sストッパ層をエッチングストッパとして前記側壁形成
用絶縁膜をエッチングして前記開口部の側面に側壁を形
成してリセス形成用溝を形成する工程と、前記GaAs
オーミック層上のストッパ絶縁膜および前記側壁をエッ
チング用マスクとして前記GaAlAsストッパ層をエ
ッチングして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、前記GaAsオーミッ
ク層上のストッパ絶縁膜を選択的に除去するとともに除
去部分にソース・ドレイン電極となるオーミック電極を
形成する工程とによって製造される。
Such a semiconductor device has a semi-insulating GaA structure.
A GaAs operating layer of the first conductivity type (n type) on the main surface of the s substrate,
The first has a carrier concentration substantially the same as that of the GaAs operating layer
A step of sequentially forming a conductive GaAlAs stopper layer, a first conductive type GaAs ohmic layer having a higher carrier concentration than the GaAs operating layer, and a stopper insulating film, and remaining after selectively etching the stopper insulating film. A step of etching the GaAs ohmic layer to the GaAlAs stopper layer to form an opening by using the stopper insulating film and the GaAlAs stopper layer as an etching stopper; and a step of forming a sidewall forming insulating film on the main surface of the substrate, The stopper insulating film and GaAlA
etching the side wall forming insulating film using the s stopper layer as an etching stopper to form a side wall on the side surface of the opening to form a recess forming groove;
Etching the GaAlAs stopper layer using the stopper insulating film on the ohmic layer and the sidewall as an etching mask to form a recess, forming a gate electrode on the bottom of the recess, and stopper on the GaAs ohmic layer It is manufactured by a step of selectively removing the insulating film and forming ohmic electrodes to be source / drain electrodes in the removed portion.

【0020】前記GaAlAsストッパ層はGaAsに
対して選択エッチが可能となるAlの混晶比x(0.4
以上)を有するとともに、前記ストッパ絶縁膜は前記G
aAsオーミック層およびGaAlAsストッパ層をエ
ッチングするエッチング手段や側壁形成時のエッチング
手段でエッチングされずかつ前記GaAsオーミック層
に対して選択エッチが可能な材質で形成され、前記側壁
は前記GaAlAsストッパ層をエッチングするエッチ
ング手段でエッチングされない材質で形成されている。
The GaAlAs stopper layer has a mixed crystal ratio x (0.4) of Al that enables selective etching with respect to GaAs.
And the stopper insulating film is G
The aGaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer are formed of a material which is not etched by an etching means for etching the aGaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer and an etching means at the time of forming the sidewall and which can selectively etch the GaAs ohmic layer, and the sidewall etches the GaAlAs stopper layer. It is made of a material that is not etched by the etching means.

【0021】前記ストッパ絶縁膜はAlNやAl23
で形成されかつ選択的にCl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、前記GaAsオーミッ
ク層はCl系ガスによるドライエッチングで選択的にエ
ッチングされ、前記側壁形成用絶縁膜はSiNで形成さ
れかつFラジカルによるドライエッチングによって選択
的にエッチングされ、前記GaAlAsストッパ層はH
F系エッチング液によってエッチングされる。
The stopper insulating film is made of AlN or Al 2 O 3
And selectively etched by dry etching with Cl radicals, the GaAs ohmic layer is selectively etched by dry etching with Cl-based gas, and the sidewall forming insulating film is formed of SiN and dry by F radicals. It is selectively etched by etching, and the GaAlAs stopper layer is H
It is etched with an F-based etching solution.

【0022】前記GaAs動作層およびGaAlAsス
トッパ層はそれぞれ数10nmの厚さとなり、前記Ga
Asオーミック層は数100nmの厚さとなり、前記ス
トッパ絶縁膜は数nmとなっている。
The GaAs operating layer and the GaAlAs stopper layer each have a thickness of several tens nm, and the Ga
The As ohmic layer has a thickness of several 100 nm, and the stopper insulating film has a thickness of several nm.

【0023】(2)前記手段(1)におけるキャリヤ濃
度が略同一のGaAs動作層およびGaAlAsストッ
パ層(Alの混晶比x0.4以上)を有する半絶縁性G
aAs基板を得る方法であり、半絶縁性GaAs基板の
主面に厚さ数10nmのノンドープGaAlAs層(A
lの混晶比x0.4以上)をエピタキシャル形成した
後、選択的に形成したホトレジスト膜をマスクとして所
望の不純物を注入して、不純物のピーク濃度が前記Ga
AlAs層の界面付近となるように形成し、その後アニ
ールしてキャリヤ濃度が略同一のGaAs動作層とGa
AlAsストッパ層を形成する。
(2) Semi-insulating G having a GaAs operating layer and a GaAlAs stopper layer (Al mixed crystal ratio x 0.4 or more) having substantially the same carrier concentration in the means (1).
This is a method for obtaining an aAs substrate, which is a non-insulating GaAlAs layer (A
(a mixed crystal ratio of l × 0.4 or more) is epitaxially formed, and then a desired impurity is implanted using the selectively formed photoresist film as a mask so that the peak concentration of the impurity is the Ga
It is formed so as to be near the interface of the AlAs layer, and then annealed to form a Ga and GaAs operating layer having a carrier concentration approximately the same.
An AlAs stopper layer is formed.

【0024】前記(1)の手段によれば、(a)GaA
sオーミック層を選択的にエッチングして開口部を形成
した後、この開口部の側面に側壁を形成するに当たっ
て、前記GaAsオーミック層の下面および上面に主と
して側壁形成用絶縁膜のエッチングに対して完全なるエ
ッチング選択比を有するGaAlAsストッパ層および
ストッパ絶縁膜をあらかじめ設け、その後、ストッパ絶
縁膜とGaAsオーミック層をエッチングして開口部を
形成した後、側壁形成用絶縁膜を形成し、かつ側壁形成
用絶縁膜を異方性エッチングして側壁を形成するため、
前記異方性エッチング時、開口部から外れたストッパ絶
縁膜によって異方性エッチングが停止されることにな
り、GaAsオーミック層とストッパ絶縁膜からなるス
ペーサ膜の高さ(厚さ)が低く(薄く)なることがな
く、側壁の張り出し長さが常に一定してリセス形成用開
口部の寸法が一定するため、結果として一定長さのゲー
ト長が形成できる。
According to the means (1), (a) GaA
After selectively etching the s ohmic layer to form an opening, and forming a sidewall on the side surface of the opening, the sidewall of the GaAs ohmic layer is completely etched with respect to the etching of the sidewall forming insulating film. GaAlAs stopper layer and stopper insulating film having the following etching selection ratio are provided in advance, and then the stopper insulating film and the GaAs ohmic layer are etched to form an opening, and then a sidewall forming insulating film is formed and a sidewall forming insulating film is formed. Since the side wall is formed by anisotropically etching the insulating film,
During the anisotropic etching, the anisotropic etching is stopped by the stopper insulating film separated from the opening, and the height (thickness) of the spacer film including the GaAs ohmic layer and the stopper insulating film is low (thin). 2), the overhanging length of the side wall is always constant and the size of the recess forming opening is constant, and as a result, a constant gate length can be formed.

【0025】(b)側壁を利用してリセス形成用開口部
を形成することから、短ゲート長化が達成できる。
(B) Since the recess forming opening is formed by using the side wall, the gate length can be shortened.

【0026】(c)前記GaAlAsストッパ層は数1
0nmの厚さとなり、前記ストッパ絶縁膜は数nmとな
り薄いことから、微細加工が達成できる。
(C) The GaAlAs stopper layer is a number 1
Since the thickness is 0 nm and the stopper insulating film is as thin as several nm, fine processing can be achieved.

【0027】(d)GaAs動作層上にエッチングスト
ッパとしてのGaAlAsストッパ層が設けられている
ことから、開口部形成および側壁形成時のエッチングに
よってGaAs動作層の表面にダメージが加わらず、特
性の安定した半導体装置を製造することかできる。
(D) Since the GaAlAs stopper layer as an etching stopper is provided on the GaAs operating layer, the surface of the GaAs operating layer is not damaged by the etching at the time of forming the opening and the sidewall, and the characteristics are stable. It is possible to manufacture such a semiconductor device.

【0028】(e)リセスはGaAs動作層上のGaA
lAsストッパ層のみをエッチングすることによって形
成されるため、リセス底のチャネル層の厚さはエピタキ
シャル成長によって膜厚および膜質が均一に形成された
GaAs動作層によって形成され、チャネル層の厚さの
再現性が良くなり、GaAs−MESFETの特性が安
定する。
(E) The recess is GaA on the GaAs operating layer.
Since it is formed by etching only the 1As stopper layer, the thickness of the channel layer at the bottom of the recess is formed by the GaAs operating layer whose film thickness and film quality are made uniform by epitaxial growth. Is improved and the characteristics of the GaAs-MESFET are stabilized.

【0029】(f)リセスの両側にはGaAlAsスト
ッパ層が存在しかつ開口部の両側には高不純物濃度のG
aAsオーミック層が存在するため、寄生抵抗が低減で
きる。
(F) GaAlAs stopper layers are present on both sides of the recess, and G having a high impurity concentration is present on both sides of the opening.
Since the aAs ohmic layer is present, the parasitic resistance can be reduced.

【0030】(g)常に一定の厚さの側壁を形成できる
ことによる短ゲート長化、GaAlAsストッパ層やス
トッパ絶縁膜の厚さが薄いことによる微細加工化、チャ
ネル層の厚さの一定化、チャネル層表面の損傷防止等に
よって精度の高いGaAs−MESFETを形成できる
ため、歩留りの向上による製造コストの低減および半導
体装置の高集積化が達成できる。
(G) Shorter gate length due to the ability to always form a side wall with a constant thickness, microfabrication due to the thin thickness of the GaAlAs stopper layer and stopper insulating film, constant channel layer thickness, channel Since it is possible to form a highly accurate GaAs-MESFET by preventing damage to the layer surface, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the integration of the semiconductor device by improving the yield.

【0031】前記(2)の手段によれば、キャリヤ濃度
が略同一となるGaAs動作層とGaAlAsストッパ
層を有する半絶縁性GaAs基板を簡単な方法で製造す
ることができる。
According to the above-mentioned means (2), the semi-insulating GaAs substrate having the GaAs operating layer and the GaAlAs stopper layer having the same carrier concentration can be manufactured by a simple method.

【0032】[0032]

【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.

【0033】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に係わる図であり、図2は半絶縁性
GaAs基板の主面にGaAs動作層,GaAlAsス
トッパ層,GaAsオーミック層およびストッパ絶縁膜
を形成した状態の断面図、図3はストッパ絶縁膜および
GaAsオーミック層を選択的にエッチングして開口部
を形成した状態の断面図、図4は基板の主面に側壁形成
用絶縁膜を形成した状態の断面図、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の断面図、図
6は側壁およびストッパ絶縁膜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の断面図、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。
FIG. 1 is a sectional view showing an outline of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 7 are views relating to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a GaAs operating layer, a GaAlAs stopper layer, a GaAs ohmic layer and a stopper insulating film are formed on the main surface of a GaAs substrate. FIG. 3 shows an opening formed by selectively etching the stopper insulating film and the GaAs ohmic layer. 6 is a sectional view showing a state where a side wall forming insulating film is formed on the main surface of the substrate, FIG. 5 is a sectional view showing a side wall forming state by etching the side wall forming insulating film, and FIG. FIG. 7 is a sectional view showing a state in which a recess is formed by etching using the sidewall and the stopper insulating film as an etching mask, and FIG. 7 is a sectional view showing a state in which a gate electrode is formed on the recess bottom.

【0034】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.

【0035】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の主面には、たとえば、厚さ数10nmの第1導
電型(n型)のGaAs層からなるGaAs動作層2
と、このGaAs動作層2上に形成された厚さ数10n
mの第1導電型(n型)のGa1-X AlX Asからなる
GaAlAsストッパ層3が設けられている。このGa
AlAsストッパ層3のAlの混晶比xは0.4以上と
なり、HFウエットエッチにおいてGaAsに対して選
択エッチ可能となっている。前記GaAs動作層2はエ
ピタキシャル成長によって形成されていることから膜厚
および膜質が均一になっている。
The semiconductor device of this embodiment has a semi-insulating Ga.
It is formed using the As substrate 1. Semi-insulating GaAs
On the main surface of the substrate 1, for example, a GaAs operating layer 2 composed of a GaAs layer of the first conductivity type (n type) having a thickness of several 10 nm.
And a thickness of 10 n formed on the GaAs operating layer 2
A GaAlAs stopper layer 3 of m 1st conductivity type (n-type) Ga 1-x Al x As is provided. This Ga
The Al mixed crystal ratio x of the AlAs stopper layer 3 is 0.4 or more, and HF wet etching can be selectively etched with respect to GaAs. Since the GaAs operating layer 2 is formed by epitaxial growth, the film thickness and film quality are uniform.

【0036】前記GaAlAsストッパ層3上には、前
記GaAs動作層2よりも不純物濃度が高い厚さ数10
0nmの第1導電型(n型)のGaAs層からなるGa
Asオーミック層4が設けられている。さらに、前記G
aAsオーミック層4上には厚さ数nmのAlNまたは
Al23 からなるストッパ絶縁膜5が設けられてい
る。
On the GaAlAs stopper layer 3, a thickness of several 10 having a higher impurity concentration than the GaAs operating layer 2 is provided.
Ga consisting of a 0 nm first conductivity type (n-type) GaAs layer
An As ohmic layer 4 is provided. Furthermore, the G
A stopper insulating film 5 made of AlN or Al 2 O 3 having a thickness of several nm is provided on the aAs ohmic layer 4.

【0037】また、前記ストッパ絶縁膜5およびストッ
パ絶縁膜5の下のGaAsオーミック層4は、選択的に
エッチングされて開口部6が設けられている。そして、
前記開口部6の側面には、たとえばSiNからなる絶縁
性の側壁7が形成されている。
The stopper insulating film 5 and the GaAs ohmic layer 4 under the stopper insulating film 5 are selectively etched to form an opening 6. And
An insulating side wall 7 made of, for example, SiN is formed on the side surface of the opening 6.

【0038】一方、前記側壁7から外れた開口部6の底
部分のGaAlAsストッパ層3部分はエッチングされ
てリセス10が形成されている。
On the other hand, the GaAlAs stopper layer 3 portion of the bottom portion of the opening 6 which is separated from the side wall 7 is etched to form a recess 10.

【0039】また、前記リセス10の底のGaAs動作
層2上にはゲート電極11が形成されている。このゲー
ト電極11は、GaAsとの界面特性が安定なWSiな
どからなる下層電極12と、AuやAlなどからなる低
抵抗金属からなる上層電極13とで形成されている。
A gate electrode 11 is formed on the GaAs operating layer 2 at the bottom of the recess 10. The gate electrode 11 is formed of a lower layer electrode 12 made of WSi or the like, which has stable interface characteristics with GaAs, and an upper layer electrode 13 made of a low resistance metal such as Au or Al.

【0040】また、前記ゲート電極11を挟んでGaA
sオーミック層4上にはソース・ドレイン電極となるオ
ーミック電極15,16が設けられている。
GaA is sandwiched between the gate electrodes 11.
Ohmic electrodes 15 and 16 serving as source / drain electrodes are provided on the s ohmic layer 4.

【0041】また、前記ストッパ絶縁膜5およびゲート
電極11上には、絶縁膜20が設けられている。
An insulating film 20 is provided on the stopper insulating film 5 and the gate electrode 11.

【0042】前記構造において、所定の材質は、その製
造における各エッチング手段でそれぞれエッチングマス
クやエッチングストッパとして作用する材質で形成され
ている。すなわち、前述のように、Ga1-X AlX As
からなる前記GaAlAsストッパ層3は、GaAsに
対して選択エッチが可能となるようにAlの混晶比xは
0.4以上となっている。したがって、GaAlAsス
トッパ層3はGaAsオーミック層4をエッチング(塩
素系ガスによるドライエッチング)する際はエッチング
ストッパとして作用する。
In the above structure, the predetermined material is formed of a material that acts as an etching mask or an etching stopper by each etching means in the manufacturing. That is, as described above, Ga 1-X Al X As
The GaAlAs stopper layer 3 made of Al has an Al mixed crystal ratio x of 0.4 or more so that it can be selectively etched with respect to GaAs. Therefore, the GaAlAs stopper layer 3 acts as an etching stopper when the GaAs ohmic layer 4 is etched (dry etching with a chlorine-based gas).

【0043】また、ストッパ絶縁膜5は前記GaAsオ
ーミック層4およびGaAlAsストッパ層3をエッチ
ングするエッチング手段(塩素系ガスによるドライエッ
チングやHFによるウエットエッチ)や、側壁7を形成
する時のエッチング手段(Fラジカルによる異方性ドラ
イエッチング)でエッチングされず、かつ前記GaAs
オーミック層4に対して選択エッチ(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
チもしくはイオンミリング)が可能な材質(AlNまた
はAl23 など)で形成されている。
Further, the stopper insulating film 5 is an etching means for etching the GaAs ohmic layer 4 and the GaAlAs stopper layer 3 (dry etching with a chlorine-based gas or wet etching with HF) and an etching means for forming the side wall 7 ( Is not etched by anisotropic dry etching with F radicals) and the GaAs
The ohmic layer 4 is formed of a material (AlN or Al 2 O 3 ) capable of performing selective etching (dry etching using Cl radicals, wet etching using hot phosphoric acid, or ion milling).

【0044】また、前記側壁7は前記GaAlAsスト
ッパ層3をエッチングするエッチング手段(HFによる
ウエットエッチ)でエッチングされない材質(SiNな
ど)で形成されている。
The side wall 7 is formed of a material (SiN or the like) which is not etched by the etching means (wet etching with HF) for etching the GaAlAs stopper layer 3.

【0045】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.

【0046】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の主面には、第1導電型(n型)のGaAs層か
らなるGaAs動作層2,第1導電型(n型)のGaA
lAsストッパ層3,第1導電型(n型)のGaAs層
からなるGaAsオーミック層4,AlNまたはAl2
3 などからなるストッパ絶縁膜5が順次積層形成され
る。
First, as shown in FIG. 2, a semi-insulating GaAs substrate 1 having a predetermined thickness is prepared. This semi-insulating GaAs
On the main surface of the substrate 1, a GaAs operating layer 2 composed of a GaAs layer of the first conductivity type (n type) 2 and GaA of the first conductivity type (n type)
lAs stopper layer 3, GaAs ohmic layer 4 composed of GaAs layer of the first conductivity type (n type) 4, AlN or Al 2
A stopper insulating film 5 made of O 3 or the like is sequentially laminated.

【0047】前記GaAs動作層2はチャネル層を形成
するための層であり、所定の不純物濃度(キャリヤ濃
度)を有し、かつ数10nmの厚さとなっている。ま
た、GaAs動作層2はエピタキシャル成長によって形
成され、膜厚および膜質が均一に形成されるため、チャ
ネル層として使用した場合所望のドレイン・ソース電流
を得ることができるようになっている。
The GaAs operating layer 2 is a layer for forming a channel layer, has a predetermined impurity concentration (carrier concentration), and has a thickness of several tens nm. Further, since the GaAs operating layer 2 is formed by epitaxial growth and has a uniform film thickness and film quality, a desired drain / source current can be obtained when used as a channel layer.

【0048】前記GaAlAsストッパ層3は、前記G
aAs動作層2と略同一の不純物濃度となり、厚さは数
10nmとなっている。Ga1-X AlX AsからなるG
aAlAsストッパ層3は、Alの混晶比xが0.4以
上と選択され、HF系ウエットエッチにおいてGaAs
に対して選択エッチが可能となる。また、GaAlAs
ストッパ層3は、同系材質となることから下層のGaA
s動作層2に対して界面特性が安定な層となる。また、
このGaAlAsストッパ層3は、前記開口部6や側壁
7の形成時のエッチングにおいてエッチングストッパと
して作用するとともに、GaAs動作層2のエッチング
による損傷を防止する保護膜として作用する。GaAl
Asストッパ層3はエッチング時、HFによるウエット
エッチでエッチングされる。
The GaAlAs stopper layer 3 is formed of the G
The impurity concentration is substantially the same as that of the aAs operating layer 2, and the thickness thereof is several tens nm. G consisting of Ga 1-X Al X As
The aAlAs stopper layer 3 is selected to have a mixed crystal ratio x of Al of 0.4 or more, and is made of GaAs by HF wet etching.
It becomes possible to selectively etch. In addition, GaAlAs
Since the stopper layer 3 is made of the same material, the lower GaA layer is formed.
The interface characteristics are stable with respect to the s-motion layer 2. Also,
The GaAlAs stopper layer 3 acts as an etching stopper during etching when forming the opening 6 and the side wall 7, and also acts as a protective film for preventing damage of the GaAs operating layer 2 due to etching. GaAl
At the time of etching, the As stopper layer 3 is etched by wet etching with HF.

【0049】前記GaAsオーミック層4は前記GaA
s動作層2に比較して不純物濃度が高くなり、オーミッ
ク電極15,16との間でオーミックがとれるようにな
っている。このGaAsオーミック層4の厚さは数10
0nmとなっている。GaAsオーミック層4はエッチ
ング時、塩素系ガス(たとえばCCl22 +He)に
よるドライエッチングによってエッチングされる。
The GaAs ohmic layer 4 is made of GaA.
The impurity concentration is higher than that of the s-operation layer 2, and ohmic contact can be established between the ohmic electrodes 15 and 16. The thickness of this GaAs ohmic layer 4 is several tens.
It is 0 nm. At the time of etching, the GaAs ohmic layer 4 is etched by dry etching using a chlorine-based gas (for example, CCl 2 F 2 + He).

【0050】前記ストッパ絶縁膜5は、前記GaAsオ
ーミック層4をエッチングするエッチング手段(塩素系
ガスによるドライエッチング)や、GaAlAsストッ
パ層3をエッチングするエッチング手段(HFによるウ
エットエッチ)や、側壁7を形成する時のエッチング手
段でエッチングされず、かつ前記GaAsオーミック層
4に対して選択エッチが可能な材質で形成されている。
たとえば、前記側壁7を形成する側壁形成用絶縁膜は、
Fラジカルによる異方性ドライエッチングでエッチング
するSiNで形成することから、ストッパ絶縁膜5は、
AlNまたはAl23 などで形成され、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
エッチによってエッチングされる。また、前記ストッパ
絶縁膜5は数nmと薄いことから、イオンミリングでも
エッチングできる。
The stopper insulating film 5 is formed by etching means for etching the GaAs ohmic layer 4 (dry etching by chlorine gas), etching means for etching the GaAlAs stopper layer 3 (wet etching by HF), and the side wall 7. The GaAs ohmic layer 4 is formed of a material which is not etched by the etching means at the time of formation and which can be selectively etched with respect to the GaAs ohmic layer 4.
For example, the side wall forming insulating film forming the side wall 7 is
Since the stopper insulating film 5 is formed of SiN that is etched by anisotropic dry etching using F radicals,
It is formed of AlN or Al 2 O 3 and is etched by dry etching using Cl radicals or wet etching using hot phosphoric acid. Further, since the stopper insulating film 5 is as thin as several nm, it can be etched by ion milling.

【0051】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25を選択的に形成した後、前
記ホトレジスト膜25をエッチングマスクとし、かつ前
記GaAs動作層2上のGaAlAsストッパ層3をエ
ッチングストッパとして前記ストッパ絶縁膜5およびG
aAsオーミック層4をエッチングしてゲート形成領域
に開口部6を形成する。前記開口部6は、たとえば、
0.3μmの長さとなる。
Next, as shown in FIG. 3, after the photoresist film 25 is selectively formed on the main surface side of the substrate 1, the photoresist film 25 is used as an etching mask and the GaAlAs on the GaAs operation layer 2 is formed. Using the stopper layer 3 as an etching stopper, the stopper insulating films 5 and G are formed.
The aAs ohmic layer 4 is etched to form an opening 6 in the gate formation region. The opening 6 is, for example,
The length is 0.3 μm.

【0052】前記ストッパ絶縁膜5はAlNまたはAl
23 などからなるため、Clラジカルによるドライエ
ッチングや熱リン酸によるウエットエッチングによって
エッチングする。また、ストッパ絶縁膜5が数nmと薄
いことから、イオンミリングによってストッパ絶縁膜5
を選択的に除去することができる。
The stopper insulating film 5 is made of AlN or Al.
Since it is made of 2 O 3, etc., it is etched by dry etching using Cl radicals or wet etching using hot phosphoric acid. In addition, since the stopper insulating film 5 is as thin as several nm, the stopper insulating film 5 can be formed by ion milling.
Can be selectively removed.

【0053】また、ストッパ絶縁膜5は数nmと薄いこ
とから、微細加工が可能となり、開口部6を高精度に形
成することができる。
Further, since the stopper insulating film 5 is as thin as several nm, fine processing becomes possible and the opening 6 can be formed with high precision.

【0054】また、図示はしないが、この工程に引き続
いて所定のホトレジストをマスクとして、前記GaAs
動作層2も除去して素子間分離を行う。
Although not shown in the figure, following this step, using the predetermined photoresist as a mask, the GaAs
The operating layer 2 is also removed to perform element isolation.

【0055】つぎに、前記ホトレジスト膜25を除去し
た後、図4に示すように、基板1の主面側に厚さ数10
0nmの側壁形成用絶縁膜26を形成する。側壁形成用
絶縁膜26は、前記GaAlAsストッパ層3をエッチ
ングする際のエッチングマスクとして使用する。そこ
で、側壁形成用絶縁膜26は、前記GaAlAsストッ
パ層3をエッチングする手段(HFによるウエットエッ
チ)においてエッチングされず、かつ前記AlNまたは
Al23 などからなるストッパ絶縁膜5とは異なるエ
ッチング手段でエッチングされる材質が選択される。す
なわち、側壁形成用絶縁膜26は、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されるSiN
などによって形成される。
Next, after the photoresist film 25 is removed, as shown in FIG.
An insulating film 26 for forming a sidewall having a thickness of 0 nm is formed. The side wall forming insulating film 26 is used as an etching mask when the GaAlAs stopper layer 3 is etched. Therefore, the side wall forming insulating film 26 is not etched by the means for etching the GaAlAs stopper layer 3 (wet etching with HF), and is different from the stopper insulating film 5 made of AlN or Al 2 O 3 or the like. The material to be etched is selected. That is, the sidewall forming insulating film 26 is formed of SiN that is etched by anisotropic dry etching using F radicals.
It is formed by

【0056】つぎに、図5に示すように、Fラジカルに
よる異方性ドライエッチングによって前記側壁形成用絶
縁膜26をエッチングし、開口部6の側面に側壁7を形
成する。このエッチング手段において、ストッパ絶縁膜
5およびGaAlAsストッパ層3はエッチングストッ
パとして作用するため、側壁形成用絶縁膜26のエッチ
ングに伴ってストッパ絶縁膜5がエッチングされること
もなく、側壁7を形成するためのGaAsオーミック層
4とストッパ絶縁膜5とからなるスペーサ膜の厚さは減
少せず、常に一定の厚さ(張り出し長さ)を有する側壁
7が形成される。これら側壁7によって、リソグラフィ
によって形成された開口部6よりも寸法の小さいリセス
形成用開口部27が形成される。前記リセス形成用開口
部27の長さは、たとえば、0.15μmとなる。
Next, as shown in FIG. 5, the sidewall forming insulating film 26 is etched by anisotropic dry etching using F radicals to form sidewalls 7 on the side surfaces of the opening 6. In this etching means, since the stopper insulating film 5 and the GaAlAs stopper layer 3 act as an etching stopper, the side wall 7 is formed without etching the stopper insulating film 5 accompanying the etching of the side wall forming insulating film 26. The thickness of the spacer film composed of the GaAs ohmic layer 4 and the stopper insulating film 5 does not decrease, and the side wall 7 having a constant thickness (overhanging length) is always formed. These sidewalls 7 form a recess forming opening 27 having a smaller size than the opening 6 formed by lithography. The length of the recess forming opening 27 is, for example, 0.15 μm.

【0057】つぎに、図6に示すように、ストッパ絶縁
膜5および側壁7をエッチングマスクとして、開口部6
の底に露出するGaAlAsストッパ層3をHFによる
ウエットエッチによってエッチングする。GaAlAs
ストッパ層3はAlの混晶比xが0.4以上となってい
ることから、選択エッチが可能となり、GaAlAsス
トッパ層3の下層のGaAs動作層2をエッチングする
ことなく、リセス10を形成できる。GaAlAsスト
ッパ層3は数10nmと薄いため微細加工が可能とな
り、前記リセス10の長さは、前記リセス形成用開口部
27の長さと同様に0.15μmとなる。そして、これ
が最終結果として略ゲート長となる。
Next, as shown in FIG. 6, the opening 6 is formed by using the stopper insulating film 5 and the side wall 7 as an etching mask.
The GaAlAs stopper layer 3 exposed at the bottom of is etched by wet etching with HF. GaAlAs
Since the mixed crystal ratio x of Al of the stopper layer 3 is 0.4 or more, selective etching is possible, and the recess 10 can be formed without etching the GaAs operating layer 2 below the GaAlAs stopper layer 3. . Since the GaAlAs stopper layer 3 is as thin as several tens of nanometers, fine processing is possible, and the length of the recess 10 is 0.15 μm like the length of the recess forming opening 27. And, as a final result, this becomes a substantially gate length.

【0058】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1
1を形成する。前記ゲート電極11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
31と、前記下層31上に重なるAuやAl等からなる
上層32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 on the main surface of the substrate 1 to a thickness of several 100 nm, 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 30 is selectively formed on the low resistance metal, and then the low resistance metal and a metal having stable interface characteristics with respect to GaAs are etched by using the photoresist film 30 as an etching mask to etch the gate electrode 1.
Form one. The gate electrode 11 is formed by a lower layer 31 made of WSi having a Schottky barrier junction structure with respect to the operating layer 2 and an upper layer 32 made of Au, Al or the like and overlying the lower layer 31.

【0059】つぎに、前記ホトレジスト膜30を除去し
た後、図1に示すように、基板1の主面に絶縁膜20を
形成するとともに、前記ゲート電極11の両側部分のス
トッパ絶縁膜5および絶縁膜20を選択的にエッチング
し、露出したGaAsオーミック層4上にソース電極や
ドレイン電極となるオーミック電極15,16を形成す
る。また、前記基板1を縦横に切断して、図1に示すよ
うなGaAs−MESFETを組み込んだ半導体装置を
製造する。
Next, after removing the photoresist film 30, as shown in FIG. 1, an insulating film 20 is formed on the main surface of the substrate 1, and the stopper insulating film 5 and the insulating film on both sides of the gate electrode 11 are formed. The film 20 is selectively etched to form ohmic electrodes 15 and 16 on the exposed GaAs ohmic layer 4 as source and drain electrodes. Further, the substrate 1 is cut vertically and horizontally to manufacture a semiconductor device incorporating a GaAs-MESFET as shown in FIG.

【0060】本実施形態の半導体装置およびその製造方
法によれば以下の効果を奏する。
The semiconductor device and the method for manufacturing the same according to this embodiment have the following effects.

【0061】(1)GaAsオーミック層4を選択的に
エッチングして開口部6を形成した後、この開口部6の
側面に側壁7を形成するに当たって、前記GaAsオー
ミック層4の下面および上面に主として側壁形成用絶縁
膜26のエッチングに対して完全なるエッチング選択比
を有するGaAlAsストッパ層3およびストッパ絶縁
膜5をあらかじめ設け、その後、ストッパ絶縁膜5とG
aAsオーミック層4をエッチングして開口部6を形成
した後、側壁形成用絶縁膜26を形成し、かつ側壁形成
用絶縁膜26を異方性エッチングして側壁7を形成する
ため、前記異方性エッチング時、開口部6から外れたス
トッパ絶縁膜5によって異方性エッチングが停止される
ことになり、GaAsオーミック層4とストッパ絶縁膜
5からなるスペーサ膜の高さ(厚さ)が低く(薄く)な
ることがなく、側壁7の張り出し長さが常に一定してリ
セス形成用開口部27の寸法が一定するため、側壁7を
エッチングマスクとするエッチングによって形成された
リセス10は高精度に形成される。この結果、前記リセ
ス10に金属を埋め込んで形成されるゲート電極のゲー
ト長は高精度に形成できることになる。
(1) The GaAs ohmic layer 4 is selectively etched to form the opening 6, and then the side wall 7 is formed on the side surface of the opening 6, the lower surface and the upper surface of the GaAs ohmic layer 4 are mainly covered. The GaAlAs stopper layer 3 and the stopper insulating film 5 having a perfect etching selectivity with respect to the etching of the side wall forming insulating film 26 are provided in advance, and then the stopper insulating film 5 and the G
After the aAs ohmic layer 4 is etched to form the opening 6, the sidewall forming insulating film 26 is formed, and the sidewall forming insulating film 26 is anisotropically etched to form the sidewall 7. During the anisotropic etching, the anisotropic etching is stopped by the stopper insulating film 5 separated from the opening 6, and the height (thickness) of the spacer film composed of the GaAs ohmic layer 4 and the stopper insulating film 5 is low ( Since the overhanging length of the side wall 7 is always constant and the size of the recess forming opening 27 is constant, the recess 10 formed by etching using the side wall 7 as an etching mask is formed with high accuracy. To be done. As a result, the gate length of the gate electrode formed by burying a metal in the recess 10 can be formed with high accuracy.

【0062】(2)側壁7を利用してリセス形成用開口
部27を形成することから、ゲート長の短ゲート長化が
達成できる。
(2) Since the recess forming opening 27 is formed by utilizing the side wall 7, the gate length can be shortened.

【0063】(3)前記GaAlAsストッパ層3は数
10nmの厚さとなり、前記ストッパ絶縁膜5は数nm
の厚さとなり薄いことから、微細加工が達成できる。
(3) The GaAlAs stopper layer 3 has a thickness of several tens nm, and the stopper insulating film 5 has a thickness of several nm.
Since the thickness is thin, it is possible to achieve fine processing.

【0064】(4)前記GaAs動作層2上にエッチン
グストッパとしてのGaAlAsストッパ層3(Alの
混晶比x0.4以上)が設けられていることから、開口
部形成および側壁形成時のエッチングによってGaAs
動作層2の表面にダメージが加わらず、特性の安定した
半導体装置を製造することかできる。
(4) Since the GaAlAs stopper layer 3 (Al mixed crystal ratio x 0.4 or more) as an etching stopper is provided on the GaAs operating layer 2, it is possible to perform etching when forming the opening and forming the sidewall. GaAs
It is possible to manufacture a semiconductor device having stable characteristics without damaging the surface of the operating layer 2.

【0065】(5)前記リセス10はGaAs動作層2
上のGaAlAsストッパ層3(Alの混晶比x0.4
以上)のみをエッチングすることによって形成される。
この結果、リセス底のGaAs動作層2がチャネル層と
なる。GaAs動作層2はエピタキシャル成長によって
膜厚および膜質が均一に形成されるため、チャネル層の
厚さの再現性が良くなり、GaAs−MESFETの特
性が安定する。
(5) The recess 10 is the GaAs operating layer 2
Upper GaAlAs stopper layer 3 (Al mixed crystal ratio x 0.4
Only the above) are formed by etching.
As a result, the GaAs operating layer 2 at the bottom of the recess becomes a channel layer. Since the GaAs operating layer 2 is formed with uniform film thickness and film quality by epitaxial growth, the reproducibility of the thickness of the channel layer is improved, and the characteristics of the GaAs-MESFET are stabilized.

【0066】(6)前記リセス10の両側にはGaAl
Asストッパ層3が存在しかつ開口部6の両側には高不
純物濃度のGaAsオーミック層が存在するため、寄生
抵抗が低減できる。すなわち、GaAs動作層2とGa
AlAsストッパ層3との選択エッチによって、ゲート
下のチャネル層はGaAs動作層2の単層となるが、側
壁7の下の導電部分はGaAs動作層2とGaAlAs
ストッパ層3となることから、ゲート・ソース間の寄生
抵抗を低減することできる。また、側壁7を形成するた
めのスペーサ膜にGaAsオーミック層4を用いている
ので、側壁7からソース電極までのシート抵抗は、側壁
7の下のシート抵抗より低くなり、さらに、寄生抵抗の
低減が達成できる。
(6) GaAl is formed on both sides of the recess 10.
Since the As stopper layer 3 exists and the GaAs ohmic layer with a high impurity concentration exists on both sides of the opening 6, the parasitic resistance can be reduced. That is, GaAs operating layer 2 and Ga
By selective etching with the AlAs stopper layer 3, the channel layer under the gate becomes a single layer of the GaAs operating layer 2, but the conductive portion under the side wall 7 has the GaAs operating layer 2 and GaAlAs.
Since it becomes the stopper layer 3, the parasitic resistance between the gate and the source can be reduced. Further, since the GaAs ohmic layer 4 is used as the spacer film for forming the side wall 7, the sheet resistance from the side wall 7 to the source electrode is lower than the sheet resistance below the side wall 7, and the parasitic resistance is reduced. Can be achieved.

【0067】(7)常に一定の厚さ(一定の張り出し長
さ)の側壁7を形成できることによる短ゲート長化、G
aAlAsストッパ層3やストッパ絶縁膜5の厚さが薄
いことによる微細加工化、チャネル層(GaAs動作層
2)の厚さの一定化、チャネル層(GaAs動作層2)
表面の損傷防止等によって精度の高いGaAs−MES
FETを形成できるため、歩留りの向上による製造コス
トの低減および半導体装置の高集積化が達成できる。
(7) Shorter gate length due to the ability to always form the side wall 7 having a constant thickness (constant overhang length), G
Microfabrication by thinning the thickness of the aAlAs stopper layer 3 and the stopper insulating film 5, uniformization of the thickness of the channel layer (GaAs operating layer 2), channel layer (GaAs operating layer 2)
Highly accurate GaAs-MES by preventing surface damage
Since the FET can be formed, the manufacturing cost can be reduced and the semiconductor device can be highly integrated by improving the yield.

【0068】(実施形態2)図8および図9は、本発明
の他の実施形態である半導体装置の製造方法に係わる図
であり、図8は主面にノンドープGaAlAs層を有す
る半絶縁性GaAs基板の主面に選択的に不純物を注
入,アニールしてGaAs動作層およびGaAlAsス
トッパ層を形成した状態を示す断面図、図9は基板主面
にGaAsオーミック層およびストッパ絶縁膜を順次形
成した後、ストッパ絶縁膜およびGaAsオーミック層
を選択的にエッチングして開口部を形成した状態を示す
断面図である。
(Embodiment 2) FIGS. 8 and 9 are views relating to a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a semi-insulating GaAs having a non-doped GaAlAs layer on its main surface. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a GaAs operation layer and a GaAlAs stopper layer are formed by selectively implanting and annealing impurities on the main surface of the substrate, and FIG. 9 shows a GaAs ohmic layer and a stopper insulating film sequentially formed on the main surface of the substrate. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which an opening is formed by selectively etching the stopper insulating film and the GaAs ohmic layer.

【0069】本実施形態では、キャリヤ濃度が略同一の
GaAs動作層2およびGaAlAsストッパ層3を有
する半絶縁性GaAs基板1を得るため、図8に示すよ
うに、半絶縁性GaAs基板1の主面に厚さ数10nm
のノンドープGaAlAs層(Alの混晶比x0.4以
上)をエピタキシャル形成した後、選択的に形成したホ
トレジスト膜40をマスクとして所望の不純物を注入し
て、不純物のピーク濃度が前記GaAlAs層の界面付
近となるように形成し、その後アニールしてキャリヤ濃
度が略同一のGaAs動作層2とGaAlAsストッパ
層3を形成する。
In the present embodiment, in order to obtain the semi-insulating GaAs substrate 1 having the GaAs operating layer 2 and the GaAlAs stopper layer 3 having substantially the same carrier concentration, as shown in FIG. Thickness of several 10 nm on the surface
Of the non-doped GaAlAs layer (Al mixed crystal ratio x 0.4 or more) is epitaxially formed, and then the desired impurity is implanted using the selectively formed photoresist film 40 as a mask so that the peak concentration of the impurity is the interface of the GaAlAs layer. The GaAs active layer 2 and the GaAlAs stopper layer 3 are formed so as to be close to each other and then annealed to form the GaAs operating layer 2 and the GaAlAs stopper layer 3 having substantially the same carrier concentration.

【0070】つぎに、前記ホトレジスト膜40を除去し
た後、図9に示すように、半絶縁性GaAs基板1の主
面側にキャリヤ濃度の高い厚さ数100nmのn型のG
aAsオーミック層4およびAlNまたはAl23
どからなる厚さ数nmのストッパ絶縁膜5を形成する。
前記GaAsオーミック層4およびストッパ絶縁膜5は
側壁形成用のスペーサ膜となる。以後は前記実施形態と
同様(図3〜図7参照)の工程を経てGaAs−MES
FETを製造する。
Then, after removing the photoresist film 40, as shown in FIG. 9, n-type G having a high carrier concentration and a thickness of several hundreds nm is formed on the main surface side of the semi-insulating GaAs substrate 1.
An aAs ohmic layer 4 and a stopper insulating film 5 made of AlN or Al 2 O 3 and having a thickness of several nm are formed.
The GaAs ohmic layer 4 and the stopper insulating film 5 serve as a spacer film for forming sidewalls. After that, through the same steps as those in the above-described embodiment (see FIGS. 3 to 7), the GaAs-MES
The FET is manufactured.

【0071】すなわち、図9では、前記実施形態におけ
る図3と同様に、前記スペーサ膜上にホトレジスト膜2
5を選択的に形成するとともに、このホトレジスト膜2
5をエッチングマスクとして開口部6を形成する。
That is, in FIG. 9, the photoresist film 2 is formed on the spacer film, as in FIG. 3 in the above embodiment.
5 is selectively formed, and the photoresist film 2
An opening 6 is formed using 5 as an etching mask.

【0072】本実施形態では、キャリヤ濃度が略同一と
なるGaAs動作層2とGaAlAsストッパ層3を有
する半絶縁性GaAs基板1を簡単な方法で製造するこ
とができる。
In the present embodiment, the semi-insulating GaAs substrate 1 having the GaAs operating layer 2 and the GaAlAs stopper layer 3 which have almost the same carrier concentration can be manufactured by a simple method.

【0073】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.

【0074】[0074]

【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.

【0075】(1)スペーサ膜を選択的にエッチングし
てゲート形成領域にリセスを形成するための開口部を形
成し、かつ前記開口部の側面に側壁を形成するに際し
て、前記スペーサ膜を下層のGaAsオーミック層と上
層の数nmの厚さのストッパ絶縁膜で形成し、かつ上層
を、前記側壁を形成するための側壁形成用絶縁膜の異方
性エッチング時エッチングされない絶縁膜で形成するこ
とから、前記異方性エッチング時スペーサ膜は薄くなら
ず、一定の厚さ(一定の張り出し長さ)の側壁を形成す
ることができ高精度のリセス形成用開口部を形成するこ
とができる。前記ストッパ絶縁膜が数nmと薄いことか
ら微細加工が可能となり、開口部の寸法精度は高精度と
なり、したがって、リセス形成用開口部の寸法精度も高
精度なものとなる。
(1) When the spacer film is selectively etched to form an opening for forming a recess in the gate formation region and a side wall is formed on the side surface of the opening, the spacer film is formed as a lower layer. Since the GaAs ohmic layer and the upper layer are formed of a stopper insulating film having a thickness of several nm, and the upper layer is formed of an insulating film which is not etched during the anisotropic etching of the side wall forming insulating film for forming the side wall. The spacer film is not thinned during the anisotropic etching, and the side wall having a constant thickness (constant overhang length) can be formed, so that the highly accurate recess forming opening can be formed. Since the stopper insulating film is as thin as several nm, fine processing becomes possible, and the dimensional accuracy of the opening becomes high, and therefore the dimensional accuracy of the recess forming opening also becomes high.

【0076】(2)GaAs動作層上に数10nmの選
択エッチ可能なGaAlAsストッパ層が形成されると
ともに、GaAlAsストッパ層上にスペーサ膜が形成
されていることから、前記スペーサ膜を選択的にエッチ
ングして開口部を形成する際、チャネル層となるGaA
s動作層の表面をエッチングによって損傷させることが
ない。また、GaAlAsストッパ層はGaAs動作層
に対して界面特性が安定する。また、GaAs動作層は
膜厚,膜質の安定したエピタキシャル成長によって形成
されているのでチャネル層も常に一定となる。したがっ
て、特性の安定したGaAs−MESFETを得ること
ができる。
(2) Since a GaAlAs stopper layer of several tens of nm capable of being selectively etched is formed on the GaAs operating layer and a spacer film is formed on the GaAlAs stopper layer, the spacer film is selectively etched. To form a channel layer when forming an opening
The surface of the working layer is not damaged by etching. Further, the GaAlAs stopper layer has stable interface characteristics with respect to the GaAs operating layer. Moreover, since the GaAs operating layer is formed by epitaxial growth with stable film thickness and film quality, the channel layer is always constant. Therefore, a GaAs-MESFET having stable characteristics can be obtained.

【0077】(3)前記側壁をエッチングマスクとして
開口部底に露出する選択エッチ可能な前記GaAlAs
ストッパ層をエッチングしてリセスを形成するため、前
記GaAlAsストッパ層の厚さが数10nmと薄いこ
ともあり、寸法精度の高いリセスが形成でき、リセスに
埋め込んで形成されるゲート電極のゲート長の寸法精度
は常に一定して形成される。
(3) The selectively etchable GaAlAs exposed at the bottom of the opening using the sidewall as an etching mask.
Since the recess is formed by etching the stopper layer, the thickness of the GaAlAs stopper layer may be as thin as several tens of nm, so that the recess with high dimensional accuracy can be formed, and the gate length of the gate electrode formed by being embedded in the recess can be reduced. The dimensional accuracy is always constant.

【0078】(4)側壁を利用してリセス形成用開口部
およびリセスを形成することから、短ゲート長化が達成
できる。
(4) Since the recess forming opening and the recess are formed by using the side wall, a short gate length can be achieved.

【0079】(5)ゲート電極の下の導電部分はGaA
s動作層のみとなり、側壁の底の導電部分はGaAs動
作層とGaAlAsストッパ層となり、側壁から外れた
部分ではGaAs動作層とGaAlAsストッパ層とG
aAsオーミック層の積み重ね構造となるため、寄生抵
抗が低減できる。
(5) The conductive portion under the gate electrode is GaA
s operating layer only, the conductive portion at the bottom of the side wall becomes the GaAs operating layer and the GaAlAs stopper layer, and the GaAs operating layer, GaAlAs stopper layer, and G
Since it has a stacked structure of aAs ohmic layers, parasitic resistance can be reduced.

【0080】(6)常に一定の厚さの側壁を形成できる
ことによる短ゲート長化、GaAlAsストッパ層やス
トッパ絶縁膜の厚さが薄いことによる微細加工化、チャ
ネル層の厚さの一定化、チャネル層表面の損傷防止等に
よって精度の高いGaAs−MESFETを形成できる
ため、歩留りの向上による製造コストの低減および半導
体装置の高集積化が達成できる。
(6) Short gate length due to the ability to always form a side wall with a constant thickness, fine processing due to the thin thickness of the GaAlAs stopper layer and stopper insulating film, constant channel layer thickness, channel Since it is possible to form a highly accurate GaAs-MESFET by preventing damage to the layer surface, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the integration of the semiconductor device by improving the yield.

【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GaAs動作層,GaA
lAsストッパ層,GaAsオーミック層およびストッ
パ絶縁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,
On the main surface of the semi-insulating GaAs substrate, GaAs operating layer, GaA
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state where an 1As stopper layer, a GaAs ohmic layer, and a stopper insulating film are formed.

【図3】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
ストッパ絶縁膜およびGaAsオーミック層を選択的に
エッチングして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 by selectively etching the stopper insulating film and the GaAs ohmic layer.

【図4】本実施形態の半導体装置の製造方法において、
基板の主面に側壁形成用絶縁膜を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. 4 is a cross-sectional view showing a state in which a side wall forming insulating film is formed on the main surface of the substrate.

【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、
側壁およびストッパ絶縁膜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 the sidewall and the stopper insulating film 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.

【図8】本発明の他の実施形態の半導体装置の製造方法
において、主面にノンドープGaAlAs層を有する半
絶縁性GaAs基板の主面に選択的に不純物を注入して
GaAsオーミック層およびGaAlAsストッパ層を
形成した状態を示す断面図である。
FIG. 8 is a view showing a semiconductor device manufacturing method according to another embodiment of the present invention, in which a GaAs ohmic layer and a GaAlAs stopper are formed by selectively implanting impurities into the main surface of a semi-insulating GaAs substrate having a non-doped GaAlAs layer on the main surface. It is sectional drawing which shows the state which formed the layer.

【図9】本発明の他の実施形態の半導体装置の製造方法
において、基板主面にGaAsオーミック層およびスト
ッパ絶縁膜を順次形成した後、ストッパ絶縁膜およびG
aAsオーミック層を選択的にエッチングして開口部を
形成した状態を示す断面図である。
FIG. 9 is a view showing a method of manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, in which a GaAs ohmic layer and a stopper insulating film are sequentially formed on a main surface of a substrate, and then a stopper insulating film and a G are formed.
It is sectional drawing which shows the state which formed the opening part by selectively etching an aAs ohmic layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板(半絶縁性GaAs基板)、2…GaAs動作
層、3…GaAlAsストッパ層、4…GaAsオーミ
ック層、5…ストッパ絶縁膜、6…開口部、7…側壁、
10…リセス、11…ゲート電極、12…下層電極、1
3…上層電極、15,16…オーミック電極、20…絶
縁膜、25…ホトレジスト膜、26…側壁形成用絶縁
膜、27…リセス形成用開口部、30…ホトレジスト
膜、31…下層、32…上層、40…ホトレジスト膜。
1 ... Substrate (semi-insulating GaAs substrate), 2 ... GaAs operating layer, 3 ... GaAlAs stopper layer, 4 ... GaAs ohmic layer, 5 ... Stopper insulating film, 6 ... Opening portion, 7 ... Side wall,
10 ... Recess, 11 ... Gate electrode, 12 ... Lower layer electrode, 1
3 ... Upper layer electrode, 15, 16 ... Ohmic electrode, 20 ... Insulating film, 25 ... Photoresist film, 26 ... Sidewall forming insulating film, 27 ... Recess forming opening, 30 ... Photoresist film, 31 ... Lower layer, 32 ... Upper layer , 40 ... Photoresist film.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性GaAs基板と、前記基板の主
面に形成された第1導電型のGaAs動作層と、前記G
aAs動作層上に形成されかつ前記GaAs動作層より
もキャリヤ濃度が高いGaAsオーミック層と、前記G
aAsオーミック層の一部を選択的にエッチングして形
成した開口部と、前記開口部底のGaAs動作層上に形
成されかつ前記GaAsオーミック層に対して絶縁され
たゲート電極と、前記GaAsオーミック層上に形成さ
れたソース・ドレイン電極となるオーミック電極とから
なるGaAs−MESFETを有する半導体装置であっ
て、前記GaAs動作層上に設けられかつ前記GaAs
動作層とキャリヤ濃度が略同一となる第1導電型のGa
AlAsストッパ層と、前記GaAsオーミック層上に
設けられたストッパ絶縁膜と、前記GaAlAsストッ
パ層の一部に載りかつ前記開口部の側面に形成された絶
縁性の側壁と、前記側壁から外れた開口部底のGaAl
Asストッパ層を除去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、前記ストッパ絶縁
膜を部分的に除いて前記GaAsオーミック層上に形成
された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, a GaAs operating layer of the first conductivity type formed on the main surface of the substrate, and the G
a GaAs ohmic layer formed on the aAs operating layer and having a carrier concentration higher than that of the GaAs operating layer;
an opening formed by selectively etching a part of the aAs ohmic layer, a gate electrode formed on the GaAs operating layer at the bottom of the opening and insulated from the GaAs ohmic layer, and the GaAs ohmic layer What is claimed is: 1. A semiconductor device having a GaAs-MESFET comprising an ohmic electrode serving as a source / drain electrode formed above, the semiconductor device being provided on the GaAs operation layer and comprising the GaAs
Ga of the first conductivity type whose carrier concentration is almost the same as that of the operating layer
An AlAs stopper layer, a stopper insulating film provided on the GaAs ohmic layer, an insulating side wall formed on a part of the GaAlAs stopper layer and formed on a side surface of the opening, and an opening separated from the side wall. GaAl on the bottom
A recess formed by removing the As stopper layer, a gate electrode formed on the bottom of the recess, and an ohmic electrode formed on the GaAs ohmic layer with the stopper insulating film partially removed. A semiconductor device characterized by:
【請求項2】 前記GaAlAsストッパ層はGaAs
に対して選択エッチが可能となるAlの混晶比xを有す
るとともに、前記ストッパ絶縁膜は前記GaAsオーミ
ック層およびGaAlAsストッパ層をエッチングする
エッチング手段や側壁形成時のエッチング手段でエッチ
ングされずかつ前記GaAsオーミック層に対して選択
エッチが可能な材質で形成され、前記側壁は前記GaA
lAsストッパ層をエッチングするエッチング手段でエ
ッチングされない材質で形成されていることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
2. The GaAlAs stopper layer is GaAs
The stopper insulating film is not etched by the etching means for etching the GaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer or the etching means at the time of forming the side wall and has a mixed crystal ratio x of Al that enables selective etching. The GaAs ohmic layer is formed of a material that can be selectively etched, and the sidewall is formed of GaA.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed of a material which is not etched by an etching means for etching the 1As stopper layer.
【請求項3】 前記第1導電型はn型であり、前記Ga
As動作層およびGaAlAsストッパ層はそれぞれ数
10nmの厚さであり、前記GaAsオーミック層は数
100nmの厚さであり、前記ストッパ絶縁膜は数nm
であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の
半導体装置。
3. The first conductivity type is n-type, and the Ga
The As operating layer and the GaAlAs stopper layer each have a thickness of several tens nm, the GaAs ohmic layer has a thickness of several 100 nm, and the stopper insulating film has a thickness of several nm.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 半絶縁性GaAs基板の主面に第1導電
型のGaAs動作層,前記GaAs動作層と略同一のキ
ャリヤ濃度となる第1導電型のGaAlAsストッパ
層,前記GaAs動作層よりもキャリヤ濃度が高い第1
導電型のGaAsオーミック層,ストッパ絶縁膜を順次
積層形成する工程と、前記ストッパ絶縁膜を選択的にエ
ッチングした後残留するストッパ絶縁膜および前記Ga
AlAsストッパ層をエッチングストッパとして前記G
aAsオーミック層を前記GaAlAsストッパ層まで
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する工程と、前記ストッパ
絶縁膜およびGaAlAsストッパ層をエッチングスト
ッパとして前記側壁形成用絶縁膜をエッチングして前記
開口部の側面に側壁を形成してリセス形成用溝を形成す
る工程と、前記GaAsオーミック層上のストッパ絶縁
膜および前記側壁をエッチング用マスクとして前記Ga
AlAsストッパ層をエッチングしてリセスを形成する
工程と、前記リセス底上にゲート電極を形成する工程
と、前記GaAsオーミック層上のストッパ絶縁膜を選
択的に除去するとともに除去部分にソース・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。
4. A GaAs operating layer of the first conductivity type on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate, a GaAlAs stopper layer of the first conductivity type having a carrier concentration substantially the same as that of the GaAs operating layer, and a GaAs operating layer First with high carrier concentration
A step of sequentially forming a conductive type GaAs ohmic layer and a stopper insulating film, and a stopper insulating film and Ga remaining after the selective etching of the stopper insulating film.
Using the AlAs stopper layer as an etching stopper, the G
etching the aAs ohmic layer to the GaAlAs stopper layer to form an opening; forming a sidewall insulating film on the main surface of the substrate; and using the stopper insulating film and the GaAlAs stopper layer as etching stoppers. A step of etching the sidewall forming insulating film to form a sidewall on the side surface of the opening to form a recess forming groove; and a step of etching the Ga by using the stopper insulating film on the GaAs ohmic layer and the sidewall as an etching mask.
A step of forming a recess by etching the AlAs stopper layer, a step of forming a gate electrode on the bottom of the recess, a step of selectively removing the stopper insulating film on the GaAs ohmic layer, and a source / drain electrode in the removed portion. And a step of forming an ohmic electrode as described above.
【請求項5】 キャリヤ濃度が略同一のGaAs動作層
およびGaAlAsストッパ層(Alの混晶比x0.4
以上)を有する半絶縁性GaAs基板を得る方法であ
り、半絶縁性GaAs基板の主面にノンドープGaAl
As層(Alの混晶比x0.4以上)をエピタキシャル
形成した後、選択的に形成したホトレジスト膜をマスク
として所望の不純物を注入して、不純物のピーク濃度が
前記GaAlAs層の界面付近となるように形成し、そ
の後アニールしてキャリヤ濃度が略同一のGaAs動作
層とGaAlAsストッパ層を形成することを特徴とす
る請求項4記載の半導体装置の製造方法。
5. A GaAs operating layer and a GaAlAs stopper layer (Al mixed crystal ratio × 0.4) having substantially the same carrier concentration.
The above is a method of obtaining a semi-insulating GaAs substrate having non-doped GaAl on the main surface of the semi-insulating GaAs substrate.
After the As layer (Al mixed crystal ratio x 0.4 or more) is epitaxially formed, desired impurities are implanted by using the selectively formed photoresist film as a mask so that the peak concentration of the impurities is near the interface of the GaAlAs layer. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the GaAs operating layer and the GaAlAs stopper layer having substantially the same carrier concentration are formed by annealing as described above.
【請求項6】 前記GaAlAsストッパ層はGaAs
に対して選択エッチが可能となるAlの混晶比xを有す
るとともに、前記ストッパ絶縁膜は前記GaAsオーミ
ック層およびGaAlAsストッパ層をエッチングする
エッチング手段や側壁形成時のエッチング手段でエッチ
ングされずかつ前記GaAsオーミック層に対して選択
エッチが可能な材質で形成され、前記側壁は前記GaA
lAsストッパ層をエッチングするエッチング手段でエ
ッチングされない材質で形成されていることを特徴とす
る請求項4または請求項5記載の半導体装置の製造方
法。
6. The GaAlAs stopper layer is GaAs
The stopper insulating film is not etched by the etching means for etching the GaAs ohmic layer and the GaAlAs stopper layer or the etching means at the time of forming the side wall and has a mixed crystal ratio x of Al that enables selective etching. The GaAs ohmic layer is formed of a material that can be selectively etched, and the sidewall is formed of GaA.
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the lAs stopper layer is formed of a material that is not etched by an etching means.
【請求項7】 前記第1導電型はn型であり、前記スト
ッパ絶縁膜はAlNやAl23 で形成されかつ選択的
にCl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、前記GaAsオーミック層はCl系ガスによ
るドライエッチングで選択的にエッチングされ、前記側
壁形成用絶縁膜はSiNで形成されかつFラジカルによ
るドライエッチングによって選択的にエッチングされ、
前記GaAlAsストッパ層はHF系エッチング液によ
ってエッチングされることを特徴とする請求項6記載の
半導体装置の製造方法。
7. The first conductivity type is n-type, the stopper insulating film is formed of AlN or Al 2 O 3 and is selectively etched by dry etching using Cl radicals, and the GaAs ohmic layer is Cl-based. Is selectively etched by dry etching with a gas, the sidewall forming insulating film is formed of SiN, and is selectively etched by dry etching with an F radical.
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the GaAlAs stopper layer is etched with an HF-based etching solution.
【請求項8】 前記GaAs動作層およびGaAlAs
ストッパ層はそれぞれ数10nmの厚さとなり、前記G
aAsオーミック層は数100nmの厚さとなり、前記
ストッパ絶縁膜は数nmとなっていることを特徴とする
請求項4乃至請求項7のいずれか1項記載の半導体装置
の製造方法。
8. The GaAs operating layer and GaAlAs
Each of the stopper layers has a thickness of several tens of nm.
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the aAs ohmic layer has a thickness of several 100 nm, and the stopper insulating film has a thickness of several nm.
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