JPH1064924A - Semiconductor device and production method thereof - Google Patents

Semiconductor device and production method thereof

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JPH1064924A
JPH1064924A JP22133596A JP22133596A JPH1064924A JP H1064924 A JPH1064924 A JP H1064924A JP 22133596 A JP22133596 A JP 22133596A JP 22133596 A JP22133596 A JP 22133596A JP H1064924 A JPH1064924 A JP H1064924A
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JP
Japan
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layer
gate electrode
region
mask
semiconductor
Prior art date
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JP22133596A
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Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Kunii
徹郎 國井
Naoto Yoshida
直人 吉田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having embedded gate structure and production thereof with which coverage at the edge of a gate electrode is satisfactory and further it is not necessary to add any repair process for removing wafer damage at the time of sputtering. SOLUTION: An embedded gate electrode 17 is formed by forming a semiconductor layer while using a selective epitaxial crystal growth method for the recessed part (ditch part 1a) of a gate electrode forming region, of which the bottom face is composed of an n-AlGaAs etching stopper layer 2 formed by using an epitaxial growth method and the side face is composed of an i-GaAs layer 1 formed by using the epitaxial growth method. Thus, the gate electrode 17 composed of a p-type semiconductor is formed with no gap inside the ditch part 1a along the vertical plane of the i-GaAs layer 1 and the horizontal plane of the n-AlGaAs etching stopper layer 2 worked by dry etching.

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】この発明は半導体装置、及び
その製造方法に関し、特に、埋め込み型のゲート電極を
有する半導体装置において、ゲート長の制御性の向上を
図ったもの、及び埋め込みゲート構造を安価に形成する
ものに関するものである。
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 more particularly, to a semiconductor device having a buried gate electrode in which controllability of a gate length is improved and a buried gate structure is inexpensive. It relates to what is formed in

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は、例えば、特開昭5−1293
39号公報に示された、従来の埋め込みゲート構造を有
する半導体装置の断面側面図を示す。図13において、
5は半絶縁性GaAs基板、4は半絶縁性GaAs基板
5の上に形成されたバッファ層、3はバッファ層4の所
定領域に形成されたn−GaAs活性層、7はバッファ
層4のn−GaAs活性層3が形成されていない領域に
形成されたn+ オーミックコンタクト領域、2は上記n
−GaAs活性層3の上に形成されたn−AlGaAs
エッチングストッパ層、1は上記n−AlGaAsエッ
チングストッパ層2の所定領域に形成されたi−GaA
s層、10は上記n−AlGaAsエッチングストッパ
層2にその下部が接するように形成された、WSiから
成るゲート電極、8は上記i−GaAs層1の上に形成
されたSiO2 絶縁膜、13は上記ゲート電極10の上
に、メッキ給電層となるAu上部ゲート電極下地膜11
を介して形成されたAuからなる上部ゲート電極、15
は上記n+ オーミックコンタクト領域7の上に形成され
たAuGe系金属よりなるドレイン電極、16は同じく
上記n+ オーミックコンタクト領域7の上に形成された
AuGe系金属よりなるソース電極である。
2. Description of the Related Art FIG.
FIG. 1 shows a cross-sectional side view of a conventional semiconductor device having a buried gate structure disclosed in Japanese Patent Publication No. 39-39. In FIG.
5 is a semi-insulating GaAs substrate, 4 is a buffer layer formed on the semi-insulating GaAs substrate 5, 3 is an n-GaAs active layer formed in a predetermined region of the buffer layer 4, and 7 is n of the buffer layer 4. An n + ohmic contact region formed in a region where the -GaAs active layer 3 is not formed;
N-AlGaAs formed on the GaAs active layer 3
The etching stopper layer 1 is an i-GaAs formed in a predetermined region of the n-AlGaAs etching stopper layer 2.
The s layer 10 is a gate electrode made of WSi formed so that its lower part is in contact with the n-AlGaAs etching stopper layer 2, 8 is a SiO 2 insulating film formed on the i-GaAs layer 1, and 13 is On the gate electrode 10, an Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer
Upper gate electrode 15 made of Au formed through
Is a drain electrode made of an AuGe-based metal formed on the n + ohmic contact region 7, and 16 is a source electrode made of an AuGe-based metal also formed on the n + ohmic contact region 7.

【0003】図14は、以上のような構成を有する半導
体装置の製造工程を示す断面側面図であり、以下、図1
4に従って製造方法を説明する。
FIG. 14 is a sectional side view showing a manufacturing process of a semiconductor device having the above-described structure.
The manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0004】まず、半絶縁性GaAs基板5上に、エピ
タキシャル結晶成長法により、バッファ層4,n−Ga
As層(活性層)3,n−AlGaAsエッチングスト
ッパ層2,i−GaAs層1をそれぞれ順次形成(図1
4(a))した後、フォトレジスト6を上記i−GaAs層
1の上の所定部分に形成してパターニングを行い、得ら
れたパターンをマスクとしてイオン注入・アニール法を
用いて所定部分のn−GaAs層(活性層)3,n−A
lGaAsエッチングストッパ層2,i−GaAs層1
をn+ オーミックコンタクト領域7にする(図14
(b))。
First, on a semi-insulating GaAs substrate 5, a buffer layer 4 and an n-Ga
An As layer (active layer) 3, an n-AlGaAs etching stopper layer 2, and an i-GaAs layer 1 are sequentially formed (FIG. 1).
4 (a)), a photoresist 6 is formed on a predetermined portion of the i-GaAs layer 1 and patterned, and the obtained pattern is used as a mask to ion-prescribe a predetermined portion of n using an ion implantation / annealing method. -GaAs layer (active layer) 3, n-A
lGaAs etching stopper layer 2, i-GaAs layer 1
To n + ohmic contact region 7 (FIG. 14)
(b)).

【0005】次に上記フォトレジスト6を除去した後、
半導体基板全面にSiO2 絶縁膜8を堆積し(図14
(c))、続いてフォトレジスト9をマスクとしてパターニ
ングを行い、ゲート形成部となる領域に存在するSiO
2 絶縁膜8を開口し(図14(d))する。
Next, after the photoresist 6 is removed,
An SiO2 insulating film 8 is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate (FIG. 14).
(c)) Subsequently, patterning is performed using the photoresist 9 as a mask, and SiO 2 existing in a region to be a gate formation portion is formed.
2 Open the insulating film 8 (FIG. 14D).

【0006】次いで、図14(e) に示すように、上記S
iO2 絶縁膜8の開口に露呈する部分のi−GaAs層
1のみをドライエッチングにより選択的に除去し、堀り
込み部を形成する。このとき、下方に形成されたn−A
lGaAsエッチングストッパ層2によって、n−Ga
As層(活性層)3がエッチングされるのが防止するよ
うにしている。
[0006] Next, as shown in FIG.
Only the portion of the i-GaAs layer 1 exposed at the opening of the iO2 insulating film 8 is selectively removed by dry etching to form a dug portion. At this time, the n-A formed below
The n-Ga etching stopper layer 2 allows n-Ga
The As layer (active layer) 3 is prevented from being etched.

【0007】その後、図14(f) に示すように、ゲート
電極(WSi)10,メッキ給電層となるAu上部ゲー
ト電極下地膜11をスパッタ法によりウエハ全面に堆積
した後、フォトレジストにてT型のゲート形状になるよ
うにパターニングを行う。
Thereafter, as shown in FIG. 14 (f), a gate electrode (WSi) 10 and an Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer are deposited on the entire surface of the wafer by a sputtering method. Patterning is performed to obtain a gate shape of a mold.

【0008】続いて、フォトレジスト12をマスクに、
Auメッキにより上部ゲート電極13を形成し(図14
(g))、続いて該フォトレジスト12を除去した後、ゲー
ト金属(WSi),Au上部ゲート電極下地膜11の不
要部分をイオンミリング、及びドライエッチングにより
除去して図14(h) に示すように加工し、ゲート電極を
形成する。
Subsequently, using the photoresist 12 as a mask,
The upper gate electrode 13 is formed by Au plating (FIG. 14).
(g)) Then, after the photoresist 12 is removed, unnecessary portions of the gate metal (WSi) and the Au upper gate electrode base film 11 are removed by ion milling and dry etching, as shown in FIG. To form a gate electrode.

【0009】その後、ソース・ドレイン電極形成部のS
iO2 絶縁膜8をフォトレジスト14をマスクとして開
口し下部のn+ オーミックコンタクト領域7を露呈させ
(図14(i))、該フォトレジスト14をマスクとして用
いて、蒸着/リフトオフ法にてAuGe系金属よりなる
ドレイン電極15,ソース電極16を形成し(図14
(j))、図13に示すような半導体装置を得ることができ
る。
Thereafter, the S / D of the source / drain electrode formation portion is
The iO2 insulating film 8 is opened using the photoresist 14 as a mask to expose the lower n + ohmic contact region 7 (FIG. 14 (i)). Using the photoresist 14 as a mask, an AuGe-based A drain electrode 15 and a source electrode 16 made of metal are formed.
(j)), a semiconductor device as shown in FIG. 13 can be obtained.

【0010】以上のように構成された半導体装置は、金
属と半導体とが接触してなるショットキーゲートを有
し、ショットキー障壁を逆バイアスして空間電荷領域の
幅を変えてキャリアの流れを制御する、いわゆるショッ
トキー(バリア)ゲート電界効果トランジスタを構成し
ている。
The semiconductor device constructed as described above has a Schottky gate in which a metal and a semiconductor are in contact with each other, and reversely biases the Schottky barrier to change the width of the space charge region to reduce the flow of carriers. This constitutes a so-called Schottky (barrier) gate field effect transistor to be controlled.

【0011】一般に、リセス構造を有する電界効果トラ
ンジスタでは、リセス形成時のエッチングに用いたマス
クを用いて、スパッタ等で単にゲート電極を形成した場
合、ゲート電極端からソース・ドレイン電極間の領域に
存在する半導体基板表面は露呈することになるため、こ
の領域に表面準位が存在し、この表面準位によって発生
した表面空乏層がゲートに印加されたパルス信号に追従
しないため、RF動作時のパルス応答遅延などを引き起
こすことがあるということが知られている。
In general, in a field-effect transistor having a recess structure, when a gate electrode is simply formed by sputtering or the like using a mask used for etching at the time of forming a recess, a region between a gate electrode end and a source-drain electrode is formed. Since the surface of the existing semiconductor substrate is exposed, a surface level exists in this region, and the surface depletion layer generated by this surface level does not follow the pulse signal applied to the gate. It is known that a pulse response delay or the like may be caused.

【0012】しかしながら、上記のようにしてリセスを
形成し、ウエハ全面にスパッタ等でゲート金属等を堆積
させて、後に不要部分の金属層を除去してゲート電極を
作成する方法で製造された埋込ゲート型の電界効果トラ
ンジスタでは、ゲート電極端からソース・ドレイン電極
間の領域に存在する半導体基板はゲート金属と比較的密
着しているため、ゲート端からソース・ドレイン電極間
の領域での表面空乏層が、ゲート直下のチャネル変調に
影響を及ぼすのを抑制して、キャリアの移動度を向上す
ることができるという利点がある。
However, a recess is formed as described above, a gate metal or the like is deposited on the entire surface of the wafer by sputtering or the like, and an unnecessary portion of the metal layer is later removed to form a gate electrode. In a built-in gate type field effect transistor, the semiconductor substrate existing in the region between the gate electrode end and the source / drain electrode is relatively in close contact with the gate metal. There is an advantage that the mobility of carriers can be improved by suppressing the depletion layer from affecting the channel modulation immediately below the gate.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置、及
びその製造方法は以上のように構成されており、ゲート
電極端からソース・ドレイン電極間の領域の半導体層が
比較的ゲート金属と密着しているために、該領域におい
て、表面空乏層がゲート直下のチャネル変調に影響を及
ぼすのを抑制し、キャリアの移動度の向上を図ることが
できるものであるが、ゲート電極の形成にスパッタ法を
用いており、このため、スパッタによる被覆性の限界の
ため、埋め込みゲート電極のエッジ部で、ゲート金属と
半導体基板との間に隙間が生じ、ゲート長の制御性の向
上、及び信頼性の向上が難しく、また短ゲート長化など
の微細加工が困難であるという問題点があった。
The conventional semiconductor device and the method of manufacturing the same are constructed as described above. The semiconductor layer in the region between the gate electrode end and the source / drain electrode is relatively in close contact with the gate metal. Therefore, in this region, the surface depletion layer can be prevented from affecting the channel modulation immediately below the gate, and the carrier mobility can be improved. Therefore, a gap is formed between the gate metal and the semiconductor substrate at the edge of the buried gate electrode due to the limit of the coverage by the sputtering, thereby improving the controllability of the gate length and the reliability. There is a problem that it is difficult to improve, and it is difficult to perform fine processing such as shortening the gate length.

【0014】また、ゲート直下の半導体基板へのスパッ
タ時に、基板にダメージを及ぼし、DC特性を劣化させ
る可能性があるため、DC特性の改善のためにスパッタ
後に400℃以上の高温アニール等を行う必要があり、
製造工程が複雑化し、ひいては製造コストが高くなると
いう問題点があった。
Further, when sputtering is performed on the semiconductor substrate immediately below the gate, the substrate may be damaged and DC characteristics may be degraded. Therefore, high-temperature annealing or the like at 400 ° C. or more is performed after sputtering to improve DC characteristics. Need
There has been a problem that the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is high.

【0015】また、エピタキシャル結晶成長法を用いて
形成した半導体基板では、埋め込みゲート電極の側面部
分が接する半導体層のキャリア濃度を低濃度、もしくは
アンドープにすることが容易であり、高いゲート逆方向
耐圧を有する半導体装置を容易に得ることができるが、
エピタキシャル結晶成長法は高価な製造方法であり、安
価な注入・アニール法を用いるのに比べてコストが高く
なるため、高いゲート逆方向耐圧を有する埋め込みゲー
ト構造を有する半導体装置を安価に製造することが困難
であるという問題点があった。
In a semiconductor substrate formed by the epitaxial crystal growth method, the carrier concentration of the semiconductor layer in contact with the side surface of the buried gate electrode can be easily made low or undoped, and a high gate reverse breakdown voltage can be obtained. Can be easily obtained,
Since the epitaxial crystal growth method is an expensive manufacturing method and the cost is higher than using an inexpensive implantation / annealing method, it is necessary to manufacture a semiconductor device having a buried gate structure having a high gate reverse breakdown voltage at a low cost. There was a problem that it was difficult.

【0016】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、ゲート電極のエッジ部での
カバレッジが良好で、しかもスパッタ時の基板ダメージ
を除去する修復工程を追加する必要がない、埋め込みゲ
ート構造を有する半導体装置、及びその製造方法を提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is necessary to provide a good coverage at the edge portion of the gate electrode and to add a repair process for removing substrate damage at the time of sputtering. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a buried gate structure and a method of manufacturing the same.

【0017】また、注入・アニール法を利用して、高い
ゲート逆方向耐圧を有する埋め込みゲート構造の電界効
果トランジスタを安価に製造することができる半導体装
置、及びその製造方法を提供するものである。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of inexpensively manufacturing a field effect transistor having a buried gate structure having a high gate reverse breakdown voltage by using an implantation / annealing method, and a method of manufacturing the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】この発明の請求項1に係
る半導体装置は、半絶縁性化合物半導体基板上に形成さ
れた第1導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるソ
ース・ドレイン領域、及びチャネル領域と、上記第1導
電型のエピタキシャル結晶成長層上に形成され、上記チ
ャネル領域に開口部を有するエピタキシャル結晶成長層
からなる真性半導体層と、上記真性半導体層の開口部内
において選択成長された第2導電型のエピタキシャル結
晶成長層からなるゲート電極とを備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a source / drain region comprising a first conductivity type epitaxial crystal growth layer formed on a semi-insulating compound semiconductor substrate; A region, an intrinsic semiconductor layer formed on the first conductivity type epitaxial crystal growth layer, the epitaxial semiconductor growth layer having an opening in the channel region, and a first semiconductor layer selectively grown in the opening of the intrinsic semiconductor layer. And a gate electrode made of a two-conductivity type epitaxial crystal growth layer.

【0019】また、この発明の請求項2に係る半導体装
置は、上記請求項1記載の半導体装置において、上記第
2導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるゲート電
極として、その上部ほど小さいバンドギャップを有する
ものを備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor device according to the first aspect, wherein the gate electrode formed of the second conductivity type epitaxial crystal growth layer has a smaller bandgap as the upper part thereof is formed. It has what it has.

【0020】また、この発明の請求項3に係る半導体装
置は、半絶縁性化合物半導体基板上に形成された第1導
電型のエピタキシャル結晶成長層からなるソース・ドレ
イン領域、及びチャネル領域と、上記第1導電型のエピ
タキシャル結晶成長層のチャネル領域上に形成され、そ
の中央部にゲート電極となる第2導電型領域を有し、該
第2導電型領域と上記ソース・ドレイン領域との間の領
域に真性半導体領域を有するエピタキシャル結晶成長層
とを備えたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device, comprising: a source / drain region formed of a first conductivity type epitaxial crystal growth layer formed on a semi-insulating compound semiconductor substrate; A second conductivity type region formed on the channel region of the first conductivity type epitaxial crystal growth layer and serving as a gate electrode at a central portion thereof; and a second conductivity type region between the second conductivity type region and the source / drain region. And an epitaxial crystal growth layer having an intrinsic semiconductor region in the region.

【0021】また、この発明の請求項4に係る半導体装
置は、チャネル領域が形成される部分に凹部を有する半
絶縁性化合物半導体基板と、該半絶縁性化合物基板の上
記凹部に不純物を注入することによって形成されたチャ
ネル領域と、上記チャネル領域を囲むように形成された
マスクを用いて不純物を斜め注入することによって形成
され、上記マスク下方の半絶縁性化合物基板の内部で上
記チャネル領域と接続するソース・ドレイン領域と、上
記不純物の斜め注入時に上記マスク下方の半絶縁性化合
物半導体基板領域が残存することにより形成された真性
半導体領域と、上記凹部に形成されたゲート電極とを備
えたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device, a semi-insulating compound semiconductor substrate having a concave portion in a portion where a channel region is formed, and an impurity is implanted into the concave portion of the semi-insulating compound substrate. Formed by obliquely implanting impurities using a mask formed to surround the channel region and the channel region, and connected to the channel region inside the semi-insulating compound substrate below the mask. A source / drain region to be formed, an intrinsic semiconductor region formed by remaining a semi-insulating compound semiconductor substrate region below the mask when the impurity is obliquely implanted, and a gate electrode formed in the recess. It is.

【0022】また、この発明の請求項5に係る半導体装
置は、上記請求項1ないし4のいずれかに記載の半導体
装置において、上記ゲート電極の上に、ゲート金属層を
備えたものである。
A semiconductor device according to a fifth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein a gate metal layer is provided on the gate electrode.

【0023】また、この発明の請求項6に係る半導体装
置の製造方法は、半絶縁性化合物半導体基板の上に第1
導電型の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
上記第1導電型のエピタキシャル層上に真性半導体層を
エピタキシャル成長させる工程と、上記真性半導体層
の,ゲート電極が形成される部分に相当する領域を開口
して、上記第1導電型のエピタキシャル結晶成長層を露
呈させる工程と、上記露呈した第1導電型の半導体層の
上に第2導電型の半導体層をエピタキシャル成長させて
ゲート電極を形成する工程とを備えたものである。
According to a sixth aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a first semiconductor device is provided on a semi-insulating compound semiconductor substrate.
A step of epitaxially growing a conductive semiconductor layer;
A step of epitaxially growing an intrinsic semiconductor layer on the first conductive type epitaxial layer; and opening a region of the intrinsic semiconductor layer corresponding to a portion where a gate electrode is to be formed. A step of exposing the layer and a step of forming a gate electrode by epitaxially growing a semiconductor layer of the second conductivity type on the exposed semiconductor layer of the first conductivity type.

【0024】また、この発明の請求項7に係る半導体装
置の製造方法は、半絶縁性化合物半導体基板の上に第1
導電型の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
上記第1導電型のエピタキシャル層上に第2導電型の半
導体層をエピタキシャル成長させる工程と、マスクを用
いて上記第2導電型の半導体層をエッチングしてその不
要部分を除去することで、上記第2導電型の半導体層か
らなるゲート電極を形成する工程と、上記マスクを用い
て基板全面に真性半導体層をエピタキシャル成長させ、
上記ゲート電極と接続する真性半導体領域を形成する工
程とを備えたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in a method of manufacturing a semiconductor device, a first semiconductor device is provided on a semi-insulating compound semiconductor substrate.
A step of epitaxially growing a conductive semiconductor layer;
A step of epitaxially growing a semiconductor layer of the second conductivity type on the epitaxial layer of the first conductivity type; and etching of the semiconductor layer of the second conductivity type using a mask to remove unnecessary portions thereof, thereby obtaining the second semiconductor layer. Forming a gate electrode made of a two-conductivity type semiconductor layer, and epitaxially growing an intrinsic semiconductor layer over the entire surface of the substrate using the mask.
Forming an intrinsic semiconductor region connected to the gate electrode.

【0025】また、この発明の請求項8に係る半導体装
置の製造方法は、半絶縁性化合物半導体基板の上に絶縁
膜を形成し、マスクを用いて該絶縁膜の所定部分に開口
部を形成する工程と、上記マスクと上記開口部が形成さ
れた絶縁膜とをマスクとしてエッチングを行い上記半絶
縁性化合物半導体基板に凹部を形成する工程と、上記マ
スクを除去した後、上記凹部、及び該凹部近傍の絶縁膜
を覆うマスクを用いて上記絶縁膜をエッチングし、上記
凹部近傍に上記絶縁膜を残す工程と、上記残存した絶縁
膜をマスクとして不純物注入を行い、上記凹部にチャネ
ル領域を形成する工程と、上記凹部近傍に残存した絶縁
膜側面、及び上記凹部側面に導電体からなるサイドウォ
ールを形成する工程と、上記残存した絶縁膜、及びサイ
ドウォールをマスクとして不純物を斜め注入して、上記
残存した絶縁膜、及びサイドウォールの下方にて上記チ
ャネル領域と接続するソース・ドレイン領域を形成する
工程とを備えたものである。
According to a method of manufacturing a semiconductor device according to an eighth aspect of the present invention, an insulating film is formed on a semi-insulating compound semiconductor substrate, and an opening is formed in a predetermined portion of the insulating film using a mask. Forming a recess in the semi-insulating compound semiconductor substrate by etching using the mask and the insulating film in which the opening is formed as a mask, removing the mask, removing the recess, and forming the recess. Forming a channel region in the recess by etching the insulating film using a mask covering the insulating film in the vicinity of the recess and leaving the insulating film in the vicinity of the recess; and implanting impurities using the remaining insulating film as a mask. Forming a sidewall made of a conductor on the side surface of the insulating film remaining in the vicinity of the concave portion and the side surface of the concave portion, and masking the remaining insulating film and the sidewall on the side surface of the concave portion. As the impurity is tilted implantation, but with the remaining insulating film, and a step of at below the side wall forming the source and drain regions to be connected to the channel region.

【0026】また、この発明の請求項9に係る半導体装
置の製造方法は、上記請求項6ないし8のいずれかに記
載の半導体装置の製造方法において、上記ゲート電極上
にゲート金属層を形成する工程を備えたものである。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the sixth to eighth aspects, a gate metal layer is formed on the gate electrode. It has a process.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1による,
選択エピタキシャル成長法を用いて埋め込みゲート構造
を形成することを特徴とした半導体装置の平面パターン
を示す図である。また、図2は、図1中のA−A’線に
沿って切断した断面側面図である。図において、5は半
絶縁性GaAs基板、4はこの半絶縁性GaAs基板5
の上に形成されたバッファ層、3はこのバッファ層4の
所定領域に形成され、厚みが200〜2000オングス
トロームで、不純物濃度が1017〜5×1018/cm3
あるn−GaAs活性層、7は上記バッファ層4のn−
GaAs活性層3が形成されていない領域に形成された
+ オーミックコンタクト領域、2は上記n−GaAs
活性層3の上に形成され、厚みが50〜1000オング
ストロームで、不純物濃度が1016〜1018/cm3 であ
るn−AlGaAsエッチングストッパ層、1は上記n
−AlGaAsエッチングストッパ層2の所定領域に形
成されたi−GaAs層、8はこのi−GaAs層1の
上に形成されたSiO2 絶縁膜、15は上記n+ オーミ
ックコンタクト領域7の上に形成されたAuGe系金属
よりなるドレイン電極、16は同じく上記n+ オーミッ
クコンタクト領域7の上に形成されたAuGe系金属よ
りなるソース電極、17は、例えばp+ −InGaAs
/p+ −GaAs/p−AlGaAs(p+ 層濃度:1
×1018〜5×1018/cm3 )で形成されるp型半導体
よりなるゲート電極である。
Embodiment 1 FIG. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a planar pattern of a semiconductor device characterized by forming a buried gate structure by using a selective epitaxial growth method. FIG. 2 is a cross-sectional side view taken along the line AA ′ in FIG. In the figure, 5 is a semi-insulating GaAs substrate, 4 is this semi-insulating GaAs substrate 5
A buffer layer 3 formed on the buffer layer 4 is formed in a predetermined region of the buffer layer 4 and has a thickness of 200 to 2000 Å and an impurity concentration of 10 17 to 5 × 10 18 / cm 3. , 7 are n− of the buffer layer 4.
The n + ohmic contact region 2 formed in the region where the GaAs active layer 3 is not formed is the n-GaAs
An n-AlGaAs etching stopper layer formed on the active layer 3 and having a thickness of 50 to 1000 Å and an impurity concentration of 10 16 to 10 18 / cm 3.
An i-GaAs layer formed in a predetermined region of the AlGaAs etching stopper layer 2, an SiO2 insulating film 8 formed on the i-GaAs layer 1, and a 15 formed on the n + ohmic contact region 7 A drain electrode 16 made of AuGe-based metal, a source electrode 16 made of AuGe-based metal also formed on the n + ohmic contact region 7, and a drain electrode 17 made of, for example, p + -InGaAs
/ P + -GaAs / p-AlGaAs (p + layer concentration: 1
It is a gate electrode made of a p-type semiconductor formed at (× 10 18 to 5 × 10 18 / cm 3 ).

【0028】以上のように、ゲート領域にpn接合を有
する電界効果トランジスタは、JFET(Junction Fiel
d Transistor)として知られており、そのpn接合を逆
バイアスし、ゲート直下の空間電荷領域幅を制御するこ
とによってドレイン電流が制御されるものである。
As described above, the field effect transistor having the pn junction in the gate region is a JFET (Junction Field).
d Transistor), which controls the drain current by reverse-biasing the pn junction and controlling the width of the space charge region immediately below the gate.

【0029】次に上記半導体装置の製造方法を図3の製
造方法を示す断面側面図を参照しつつ説明する。まず、
従来と同様な方法を用い、図14(a) 〜図14(d) に示
した工程を経て、エピタキシャル結晶成長法により形成
した半導体基板に、図3(a) に示すように、フォトレジ
スト9を用いて、該フォトレジスト9によって開口され
た部分に露呈するi−GaAs層1のみを、塩素系ガス
を用いたドライエッチングにより選択的に除去し、堀り
込み部1aを形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to a sectional side view showing the manufacturing method of FIG. First,
Using a method similar to the conventional method, a photoresist 9 is formed on the semiconductor substrate formed by the epitaxial crystal growth method through the steps shown in FIGS. 14 (a) to 14 (d), as shown in FIG. Then, only the i-GaAs layer 1 exposed in the portion opened by the photoresist 9 is selectively removed by dry etching using a chlorine-based gas to form a dug portion 1a.

【0030】その後、フォトレジスト9を除去し、図3
(b) に示すように、開口部を有するSiO2 絶縁膜8を
マスクとして上記作成した堀り込み部1aに、MOCV
D(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 、もし
くはCBE(Chemical beamEpitaxy)を用いて、下部よ
り、p−AlGaAs,p+ −GaAs,p+ −InG
aAsを選択エピタキシャル成長を用いて順次形成し
て、p型半導体よりなるゲート電極17を形成する。こ
のようにゲート電極17をその下部より、p−AlGa
As,p+ −GaAs,p+ −InGaAsと、バンド
ギャップが小さくなる順に堆積することにより、最上部
のp+ −InGaAsと、後に形成する配線メタル間に
アニール処理を施すことなく、オーム性接触を得ること
ができる。
Thereafter, the photoresist 9 is removed, and FIG.
As shown in FIG. 2B, the MOCV is formed in the dug portion 1a formed using the SiO2 insulating film 8 having an opening as a mask.
Using D (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) or CBE (Chemical beam Epitaxy), p-AlGaAs, p + -GaAs, p + -InG
aAs is sequentially formed using selective epitaxial growth to form a gate electrode 17 made of a p-type semiconductor. As described above, the gate electrode 17 is moved from below to the p-AlGa
By depositing As, p + -GaAs and p + -InGaAs in the order of decreasing band gap, the ohmic contact can be achieved without performing an annealing process between the uppermost p + -InGaAs and a wiring metal to be formed later. Can be obtained.

【0031】その後は、従来と同様な方法を用い、ソー
ス・ドレイン電極形成部のSiO2絶縁膜8を、フォト
レジスト14をマスクとして開口し(図3(c))、該フォ
トレジスト14を用いて蒸着/リフトオフ法にて、Au
Ge系金属よりなるドレイン電極15,ソース電極16
を形成し(図3(d))、図2に示すような半導体装置を得
ることができる。
Thereafter, using the same method as in the prior art, an opening is made in the SiO 2 insulating film 8 in the source / drain electrode formation portion using the photoresist 14 as a mask (FIG. 3C). Au / Evaporation / Lift-off method
Drain electrode 15 and source electrode 16 made of Ge-based metal
Is formed (FIG. 3D), and a semiconductor device as shown in FIG. 2 can be obtained.

【0032】このように本実施の形態1によれば、その
底面部がエピタキシャル成長方法を用いて形成されたn
−AlGaAs層2からなり、その側面部がエピタキシ
ャル成長方法を用いて形成されたi−GaAs層1から
なる、ゲート電極形成領域の凹部(堀り込み部1a)
に、選択エピタキシャル結晶成長法を用いて半導体層を
形成することにより埋め込み型のゲート電極17を得る
ようにしたので、ドライエッチングにより加工したi−
GaAs層1の垂直面、及びn−AlGaAs層2の水
平面に沿って、p型半導体よりなるゲート電極17が上
記掘り込み部1a内に隙間なく形成されるようになり、
ゲート長の制御性および信頼性が向上し、短ゲート長化
などの微細化加工を、デバイスの特性を低下させること
なく行うことができる。
As described above, according to the first embodiment, the bottom surface portion of n formed by the epitaxial growth method is used.
A concave portion of the gate electrode formation region (a dug portion 1a) composed of an AlGaAs layer 2 and a side surface portion composed of an i-GaAs layer 1 formed by an epitaxial growth method.
Then, the buried type gate electrode 17 is obtained by forming a semiconductor layer by using the selective epitaxial crystal growth method.
Along the vertical plane of the GaAs layer 1 and the horizontal plane of the n-AlGaAs layer 2, a gate electrode 17 made of a p-type semiconductor is formed without any gap in the dug portion 1a.
The controllability and reliability of the gate length are improved, and fine processing such as shortening of the gate length can be performed without deteriorating device characteristics.

【0033】また、従来のようにスパッタ法を用いてゲ
ート電極を形成するものでないため、スパッタによるゲ
ート形成に伴うダメージがなく、従って、後で該ダメー
ジを修復するためのアニール工程等の処理を行う必要も
ない。
Further, since the gate electrode is not formed by using the sputtering method as in the prior art, there is no damage associated with the formation of the gate by sputtering. Therefore, a process such as an annealing process for repairing the damage is performed later. No need to do it.

【0034】また、埋め込みゲート電極17にp型半導
体を用いているため、同一ピンチオフ電圧を有する従来
の金属/半導体ショットキー接合型の半導体装置に比
べ、飽和ドレイン電流の最大値を向上することができ
る。
Further, since the p-type semiconductor is used for the buried gate electrode 17, the maximum value of the saturation drain current can be improved as compared with a conventional metal / semiconductor Schottky junction type semiconductor device having the same pinch-off voltage. it can.

【0035】さらに、上記ゲート電極17を形成する際
に、その下方より、p−AlGaAs,p+ −GaA
s,p+ −InGaAsとバンドギャップが小さくなる
順に堆積を行うことにより、最上部のp+ −InGaA
sと、これの上に形成することになる配線メタル間にア
ニール処理を施さなくとも容易にオーム性接触を得るこ
とができる。
Further, when the gate electrode 17 is formed, p-AlGaAs, p + -GaAs
s, by carrying out the order to the deposition of p + -InGaAs and the band gap becomes smaller, the top p + -InGaA
Ohmic contact can be easily obtained without annealing between s and the wiring metal to be formed thereon.

【0036】実施の形態2.図4は、本実施の形態2に
よる,選択エピタキシャル成長法を用いて埋め込みゲー
ト構造を形成し、実施の形態1に示した半導体装置を更
に発展させて高性能化を図るようにしたことを特徴とし
た半導体装置の平面パターンを示す図である。また、図
5は、図5のB−B’線に沿って切断した断面側面図で
ある。図において、17はp+ −InGaAs/p+
GaAs/p−AlGaAs(p+ 層濃度:>1×10
18/cm3 )で形成されるp型半導体よりなるゲート電
極、11はAu上部ゲート電極下地膜、13はAuより
なる上部ゲート電極、18は、SiO2 絶縁膜8、及び
上記ゲート電極17の一部を覆うようにして形成された
SiO2 絶縁膜である。
Embodiment 2 FIG. 4 is characterized in that a buried gate structure is formed by using the selective epitaxial growth method according to the second embodiment, and the semiconductor device shown in the first embodiment is further developed to achieve higher performance. FIG. 3 is a diagram showing a planar pattern of a semiconductor device according to the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional side view taken along the line BB ′ of FIG. In the figure, reference numeral 17 denotes p + -InGaAs / p + -
GaAs / p-AlGaAs (p + layer concentration:> 1 × 10
18 / cm 3 ), a gate electrode made of a p-type semiconductor, 11 is an Au upper gate electrode base film, 13 is an upper gate electrode made of Au, 18 is an SiO2 insulating film 8 and one of the gate electrodes 17. A SiO2 insulating film formed so as to cover the portion.

【0037】次に上記半導体装置の製造方法を図6の製
造方法を示す断面側面図を参照しつつ説明する。まず、
実施の形態1と同様に、図3(b) までの工程を経て、p
型半導体よりなる埋込ゲート電極17を形成する。次
に、図6(a) に示すように、ウエハ全面にSiO2 絶縁
膜18を堆積し、フォトレジスト19をマスクにして、
ゲート電極17上部のSiO2 絶縁膜18を開口する
(図6(b))。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to a cross-sectional side view showing the manufacturing method of FIG. First,
As in the first embodiment, through the steps up to FIG.
A buried gate electrode 17 made of a mold semiconductor is formed. Next, as shown in FIG. 6A, an SiO2 insulating film 18 is deposited on the entire surface of the wafer, and a photoresist 19 is used as a mask.
An opening is formed in the SiO2 insulating film 18 above the gate electrode 17 (FIG. 6B).

【0038】次いで、フォトレジスト19を除去した
後、図6(c) に示すように、メッキ給電層となるAu上
部ゲート電極下地膜11をスパッタ法によりウエハ全面
に堆積する。
Next, after removing the photoresist 19, as shown in FIG. 6C, an Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer is deposited on the entire surface of the wafer by sputtering.

【0039】その後、フォトレジスト12にて、T型の
ゲート形状が得られるように該フォトレジスト12のパ
ターニングを行い、次いで、該フォトレジスト12をマ
スクとして、Auメッキにより上部ゲート電極13を形
成する(図6(d))。
Thereafter, the photoresist 12 is patterned so that a T-shaped gate shape is obtained, and then the upper gate electrode 13 is formed by Au plating using the photoresist 12 as a mask. (FIG. 6 (d)).

【0040】次いで、該フォトレジスト12を除去した
後、メッキ給電層となるAu上部ゲート電極下地膜11
の不要部分を、ゲート電極13をマスクとして、イオン
ミリング法により除去して図6(e) に示すように加工
し、ゲート電極(17,11,13)を形成する。
Next, after removing the photoresist 12, the Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer is formed.
Unnecessary portions are removed by ion milling using the gate electrode 13 as a mask and processed as shown in FIG. 6E to form gate electrodes (17, 11, 13).

【0041】その後、従来技術と同様な方法を用い、ソ
ース・ドレイン電極形成部に存在するSiO2 絶縁膜
8、及びSiO2 絶縁膜18をマスクを用いて開口した
後、該開口した領域に蒸着/リフトオフ法にてAuGe
系金属よりなるドレイン電極15,ソース電極16をそ
れぞれ形成し(図6(f))、図5に示すような半導体装置
を得ることができる。
After that, using the same method as in the prior art, the SiO2 insulating film 8 and the SiO2 insulating film 18 existing in the source / drain electrode forming portion are opened using a mask, and then the deposited region is evaporated / lifted off. AuGe by law
By forming the drain electrode 15 and the source electrode 16 made of a system metal (FIG. 6F), a semiconductor device as shown in FIG. 5 can be obtained.

【0042】このように本実施の形態2によれば、エピ
タキシャル成長方法を用いて形成され、ゲート電極を形
成する領域の凹部に、選択エピタキシャル結晶成長法を
用いて半導体層を形成して埋め込みゲート電極17を形
成するようにしたので、p型半導体よりなるゲート電極
17がリセス凹部内に隙間なく形成されることにより、
ゲート長の制御性および信頼性上有利な構造を得ること
ができ、短ゲート長化などの微細化加工を、デバイスの
特性を低下させることなく行うことができる。
As described above, according to the second embodiment, a semiconductor layer is formed by using a selective epitaxial crystal growth method in a recess in a region where a gate electrode is to be formed by using an epitaxial growth method. Since the gate electrode 17 is formed, the gate electrode 17 made of a p-type semiconductor is formed without a gap in the recessed recess, so that
A structure advantageous in controllability of gate length and reliability can be obtained, and miniaturization processing such as shortening of gate length can be performed without deteriorating device characteristics.

【0043】さらに、p型半導体よりなる埋込ゲート電
極17上に、低抵抗な上部ゲート電極13を有するもの
となっているため、高周波動作に優れた性能を有する接
合型電界効果トランジスタを得ることができる。
Furthermore, since the low-resistance upper gate electrode 13 is provided on the buried gate electrode 17 made of a p-type semiconductor, it is possible to obtain a junction field-effect transistor having excellent performance in high-frequency operation. Can be.

【0044】実施の形態3.次に本発明の実施の形態3
による半導体装置、及びその製造方法について説明す
る。図7は本実施の形態3による,選択エピタキシャル
成長法を用い、上記実施の形態1とは異なる方法で埋め
込みゲート構造を形成することを特徴とした半導体装置
の断面側面図である。図7において、20は、例えば、
+ −InGaAs/p−GaAs(p+ 層濃度:1×
1018〜5×1018/cm3 )で形成されるp型半導体よ
りなるゲート電極、23は該ゲート電極20の両側に、
選択エピタキシャル成長法を用いて形成されたi−Ga
As層である。
Embodiment 3 FIG. Next, Embodiment 3 of the present invention
Will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a cross-sectional side view of a semiconductor device according to the third embodiment, wherein a buried gate structure is formed using a selective epitaxial growth method and a method different from that of the first embodiment. In FIG. 7, 20 is, for example,
p + -InGaAs / p-GaAs (p + layer concentration: 1 ×
A gate electrode 23 made of a p-type semiconductor formed at 10 18 to 5 × 10 18 / cm 3 ) is provided on both sides of the gate electrode 20.
I-Ga formed using selective epitaxial growth
This is an As layer.

【0045】次に上記半導体装置の製造方法を図8の製
造方法を示す断面側面図を参照しつつ説明する。まず、
図8(a) に示すように、半絶縁性GaAs基板5上にエ
ピタキシャル結晶成長法により、バッファ層4,n−G
aAs層(活性層)3,n−AlGaAsエッチングス
トッパ層2,およびゲート電極となるp+ −InGaA
s/p−GaAsで形成されるp型半導体ゲート電極2
0を順次形成し、さらに、SiO2 絶縁膜21を全面に
堆積する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to a sectional side view showing the manufacturing method of FIG. First,
As shown in FIG. 8A, a buffer layer 4 and an n-G layer are formed on a semi-insulating GaAs substrate 5 by an epitaxial crystal growth method.
aAs layer (active layer) 3, n-AlGaAs etching stopper layer 2, and p + -InGaAs serving as a gate electrode
p-type semiconductor gate electrode 2 formed of s / p-GaAs
0 are sequentially formed, and a SiO2 insulating film 21 is further deposited on the entire surface.

【0046】次に、図8(b) に示すように、ゲート電極
が形成される領域をフォトレジスト22でマスクし、ゲ
ート電極部以外の領域のSiO2 絶縁膜21を弗素系ガ
スを用いたドライエッチングにより除去し、続いて、上
記フォトレジスト22、及び残存したSiO2 絶縁膜2
1をマスクとして上記ゲート電極部以外の領域のp型半
導体層ゲート電極20のみを塩素系ガスを用いたドライ
エッチングにより選択的に除去する(図8(c))。
Next, as shown in FIG. 8B, the region where the gate electrode is to be formed is masked with a photoresist 22, and the SiO2 insulating film 21 in the region other than the gate electrode portion is dried using a fluorine-based gas. The photoresist 22 and the remaining SiO2 insulating film 2 are removed by etching.
By using 1 as a mask, only the p-type semiconductor layer gate electrode 20 in a region other than the gate electrode portion is selectively removed by dry etching using a chlorine-based gas (FIG. 8C).

【0047】その後、フォトレジスト22のみを除去
し、図8(d) に示すように、ゲート電極20上に堆積し
ているSiO2 絶縁膜21をマスクとして、n−AlG
aAsエッチングストッパ層2上にi−GaAs層23
を、MOCVDもしくはCBEを用いて選択エピタキシ
ャル成長により形成し、その後、上記マスクとして用い
たSiO2 絶縁膜21を除去し、図8(e) に示すよう
に、p型半導体ゲート電極20がi−GaAs層23に
埋め込まれる形状を得る。
After that, only the photoresist 22 is removed, and as shown in FIG. 8D, the n-AlG layer is formed using the SiO2 insulating film 21 deposited on the gate electrode 20 as a mask.
a-GaAs layer 23 on aAs etching stopper layer 2
Is formed by selective epitaxial growth using MOCVD or CBE. Thereafter, the SiO2 insulating film 21 used as the mask is removed, and as shown in FIG. 8 (e), the p-type semiconductor gate electrode 20 becomes an i-GaAs layer. A shape to be embedded in 23 is obtained.

【0048】次に、図8(f) に示すように、フォトレジ
スト6を上記p型半導体ゲート電極20,i−GaAs
層23を覆うようにパターニングして設け、該フォトレ
ジスト6をマスクとしてイオン注入・アニールを行い、
所定部分のn−GaAs層(活性層)3,n−AlGa
Asエッチングストッパ層2,i−GaAs層23を、
+ オーミックコンタクト領域7にする。
Next, as shown in FIG. 8F, a photoresist 6 is formed on the p-type semiconductor gate electrode 20, i-GaAs.
Patterning is provided so as to cover the layer 23, and ion implantation and annealing are performed using the photoresist 6 as a mask,
Predetermined portion of n-GaAs layer (active layer) 3, n-AlGa
As etching stopper layer 2, i-GaAs layer 23,
The n + ohmic contact region 7 is formed.

【0049】最後に、図8(g))に示すように、上記フォ
トレジスト6をマスクとして、蒸着/リフトオフを行
い、AuGe系金属よりなるドレイン電極15,ソース
電極16を形成し、上記フォトレジスト6を除去して、
図7に示すような半導体装置を得ることができる。
Finally, as shown in FIG. 8 (g), evaporation / lift-off is performed using the photoresist 6 as a mask to form a drain electrode 15 and a source electrode 16 made of AuGe-based metal. Remove 6
A semiconductor device as shown in FIG. 7 can be obtained.

【0050】なお、上記p型半導体ゲート電極20を形
成する際に、その下部より、p−GaAs,p+ −In
GaAsとバンドギャップが小さくなる順に半導体層を
堆積することにより、最上部p+ −InGaAsと、こ
の上に配置される配線メタルとの間は、アニール処理を
施すことなくオーム性接触を得ることができる。
When the p-type semiconductor gate electrode 20 is formed, p-GaAs, p + -In
By depositing the semiconductor layers in order of decreasing band gap with GaAs, it is possible to obtain ohmic contact between the uppermost p + -InGaAs and the wiring metal disposed thereon without performing an annealing process. it can.

【0051】以上のようにして形成された半導体装置に
よれば、選択再成長法を用い、p型半導体ゲート電極2
0が形成されたn−AlGaAs層エッチングストッパ
2表面にi−GaAs層23を成長させるようにしたの
で、ドライエッチングにより加工したp型半導体よりな
るゲート電極20の垂直面に沿って、i−GaAs層2
3がゲート電極20に隣接して隙間なく良好に形成され
ることにより、実施例1と同様に、ゲート長の制御性お
よび信頼性上有利な構造を得ることができ、短ゲート長
化などの微細化加工にも優れている。また、従来技術の
ようなスパッタ時のダメージ等もない良好なゲート/半
導体界面を有する埋め込みゲート構造を有する接合型電
界効果トランジスタを形成することができる。
According to the semiconductor device formed as described above, the p-type semiconductor gate electrode 2 is formed by using the selective regrowth method.
Since the i-GaAs layer 23 is grown on the surface of the n-AlGaAs layer etching stopper 2 on which 0 is formed, i-GaAs is formed along the vertical plane of the gate electrode 20 made of p-type semiconductor processed by dry etching. Layer 2
3 is formed satisfactorily without any gaps adjacent to the gate electrode 20, a structure advantageous in controllability and reliability of the gate length can be obtained, as in the first embodiment. Also excellent in miniaturization processing. Further, it is possible to form a junction field effect transistor having a buried gate structure having a favorable gate / semiconductor interface without damage during sputtering as in the prior art.

【0052】また、ゲート電極にp型半導体を用いてい
るため、同一のピンチオフ電圧を有する従来の金属/半
導体ショットキー接合半導体装置に比べ、飽和ドレイン
電流最大値が向上できるという効果がある。
Further, since the p-type semiconductor is used for the gate electrode, there is an effect that the maximum value of the saturated drain current can be improved as compared with the conventional metal / semiconductor Schottky junction semiconductor device having the same pinch-off voltage.

【0053】さらに、半絶縁性GaAs基板上に、活性
層3からp型半導体ゲート電極20までを連続して形成
することができ、実施の形態1のように、半導体/ゲー
ト界面が、ドライエッチング、および大気にさらされる
ようなことはなく、従って、さらに良好な半導体/ゲー
ト界面を得ることが可能であり、信頼性向上においても
大変有効である。
Further, the active layer 3 to the p-type semiconductor gate electrode 20 can be continuously formed on the semi-insulating GaAs substrate, and the semiconductor / gate interface is dry-etched as in the first embodiment. , And no exposure to the air, so that a better semiconductor / gate interface can be obtained, which is very effective in improving reliability.

【0054】実施の形態4.次に本発明の実施の形態4
による半導体装置、及びその製造方法について説明す
る。図9は、本実施の形態4による,選択エピタキシャ
ル成長法を用いて埋め込みゲート構造を形成し、実施の
形態3に示した半導体装置を更に発展させて高性能化を
図るようにしたことを特徴とする半導体装置の断面側面
図である。図9において、24は、ゲート電極20の一
部を開口するようにして、ゲート電極20,i−GaA
s層23,n+ オーミックコンタクト領域7の上に形成
されたSiO2 絶縁膜である。
Embodiment 4 Next, Embodiment 4 of the present invention
Will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is characterized in that a buried gate structure is formed by using the selective epitaxial growth method according to the fourth embodiment, and the semiconductor device shown in the third embodiment is further developed to achieve higher performance. 1 is a cross-sectional side view of a semiconductor device to be manufactured. In FIG. 9, reference numeral 24 denotes a gate electrode 20, i-GaAs in which a part of the gate electrode 20 is opened.
The s layer 23 is an SiO 2 insulating film formed on the n + ohmic contact region 7.

【0055】次に上記半導体装置の製造方法を図10の
製造方法を示す断面側面図を参照しつつ説明する。ま
ず、実施の形態3で示したのと同様にして、図8(a) か
ら図8(f) に示した工程を経て、選択エピタキシャル成
長法を用いて形成されたi−GaAs層23中に、p型
半導体よりなる埋込みゲート電極20を有し、かつ上記
i−GaAs層23に隣接するn+ オーミックコンタク
ト領域7を有する半導体装置(図10(a))を形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to a sectional side view showing the manufacturing method of FIG. First, in the same manner as described in the third embodiment, through the steps shown in FIGS. 8A to 8F, the i-GaAs layer 23 formed by using the selective epitaxial growth method is formed. A semiconductor device having an embedded gate electrode 20 made of a p-type semiconductor and having an n + ohmic contact region 7 adjacent to the i-GaAs layer 23 is formed (FIG. 10A).

【0056】次に、ウエハ全面にSiO2 絶縁膜24を
堆積し、ゲート電極形成領域に開口を有するフォトレジ
スト25をマスクとして、ゲート電極20形成領域の絶
縁膜24を開口する(図10(b))。次いで、フォトレジ
スト25を除去した後、図10(c) に示すように、メッ
キ給電層となるAu上部ゲート電極下地膜llをスパッ
タ法によりウエハ全面に堆積する。
Next, an SiO2 insulating film 24 is deposited on the entire surface of the wafer, and the insulating film 24 in the gate electrode 20 forming region is opened using a photoresist 25 having an opening in the gate electrode forming region as a mask (FIG. 10B). ). Next, after removing the photoresist 25, as shown in FIG. 10C, an Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer is deposited on the entire surface of the wafer by a sputtering method.

【0057】その後、フォトレジスト12にて、T型の
ゲート形状が得られるように該フォトレジスト12のパ
ターニングを行い、次いで、該フォトレジスト12をマ
スクとしてAuメッキを行い、上記Au上部ゲート電極
下地膜llと接続する上部ゲート電極13を形成する
(図10(d))。
Thereafter, the photoresist 12 is patterned so as to obtain a T-shaped gate shape with the photoresist 12, and then Au plating is performed using the photoresist 12 as a mask. An upper gate electrode 13 connected to the ground film 11 is formed (FIG. 10D).

【0058】その後、上記フォトレジスト12を除去し
た後、ゲート電極13をマスクとしてイオンミリングを
行い、メッキ給電層であるAu上部ゲート電極下地膜l
lの不要部分を除去して図10(e) に示すように加工
し、ゲート電極(20,11,13)を形成する。
Then, after the photoresist 12 is removed, ion milling is performed using the gate electrode 13 as a mask, and an Au upper gate electrode base film 1 serving as a plating power supply layer is formed.
Unnecessary portions of l are removed and processed as shown in FIG. 10 (e) to form gate electrodes (20, 11, 13).

【0059】その後、従来技術と同様な方法を用い、マ
スクを用いてソース・ドレイン電極形成部に存在するS
iO2 絶縁膜24を開口した後、蒸着/リフトオフ法に
てAuGe系金属よりなるドレイン電極15,ソース電
極16をそれぞれ形成し(図10(f))、図9に示すよう
な半導体装置を得ることができる。
Thereafter, using the same method as in the prior art, using a mask, the S / D
After opening the iO2 insulating film 24, a drain electrode 15 and a source electrode 16 made of AuGe-based metal are formed by vapor deposition / lift-off method respectively (FIG. 10 (f)) to obtain a semiconductor device as shown in FIG. Can be.

【0060】このように本実施の形態4によれば、選択
再成長法を用い、p型半導体ゲート電極20が形成され
たn−AlGaAsエッチングストッパ層2表面にi−
GaAs層23を成長させるようにしたので、ドライエ
ッチングにより加工したp型半導体よりなるゲート電極
20の垂直面に沿って、i−GaAs層23がゲート電
極20に隣接して隙間なく良好に形成されることによ
り、ゲート長の制御性および信頼性上有利な構造を得る
ことができ、短ゲート長化などの微細化加工にも優れて
いる。また、従来技術のようなスパッタ時のダメージ等
もない良好なゲート/半導体界面を有する埋め込みゲー
ト構造を有する接合型電界効果トランジスタを形成する
ことができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the surface of the n-AlGaAs etching stopper layer 2 on which the p-type semiconductor gate electrode 20 is formed is formed by using the selective regrowth method.
Since the GaAs layer 23 is grown, the i-GaAs layer 23 is formed satisfactorily without any gap adjacent to the gate electrode 20 along the vertical plane of the gate electrode 20 made of p-type semiconductor processed by dry etching. Accordingly, a structure advantageous in controllability and reliability of the gate length can be obtained, and it is also excellent in miniaturization processing such as shortening the gate length. Further, it is possible to form a junction field effect transistor having a buried gate structure having a favorable gate / semiconductor interface without damage during sputtering as in the prior art.

【0061】また、ゲート電極にp型半導体を用いてい
るため、同一のピンチオフ電圧を有する従来の金属/半
導体ショットキー接合半導体装置に比べ、飽和ドレイン
電流最大値を向上できるという効果がある。
Further, since the p-type semiconductor is used for the gate electrode, there is an effect that the maximum value of the saturated drain current can be improved as compared with a conventional metal / semiconductor Schottky junction semiconductor device having the same pinch-off voltage.

【0062】また、半絶縁性GaAs基板5上に、活性
層3からp型半導体ゲート電極20までを連続して形成
することができ、実施の形態1のように、半導体/ゲー
ト界面が、ドライエッチング、および大気にさらされる
ようなことはなく、従って、さらに良好な半導体/ゲー
ト界面を得ることが可能であり、信頼性上も大変有効で
ある。
Further, from the active layer 3 to the p-type semiconductor gate electrode 20 can be continuously formed on the semi-insulating GaAs substrate 5, and as in the first embodiment, the semiconductor / gate interface is dry. There is no etching and no exposure to the air, and therefore, a better semiconductor / gate interface can be obtained, which is very effective in reliability.

【0063】さらに、p型半導体よりなる埋込ゲート電
極20の上に低抵抗な上部ゲート電極13を有するもの
となっているため、高周波動作に優れた性能を有する接
合型電界効果トランジスタを得ることができる。
Furthermore, since the low-resistance upper gate electrode 13 is provided on the buried gate electrode 20 made of a p-type semiconductor, it is possible to obtain a junction field-effect transistor having excellent performance in high-frequency operation. Can be.

【0064】実施の形態5.次に本発明の実施の形態5
による半導体装置、及びその製造方法について説明す
る。図11は本実施の形態5による,斜めイオン注入・
アニール法を用いて安価に埋め込みゲート構造を形成す
ることを特徴とした製造方法による半導体装置の断面側
面図である。図において、26はn層チャネル領域、2
7はn層チャネル領域26の両側に形成されたn層領
域、30は上記n層チャネル領域26と接続する、WS
iからなるWSiサイドウォール膜である。
Embodiment 5 Next, Embodiment 5 of the present invention
Will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows oblique ion implantation according to the fifth embodiment.
It is sectional side view of the semiconductor device by the manufacturing method characterized by forming a buried gate structure at low cost using the annealing method. In the figure, 26 is an n-layer channel region, 2
Reference numeral 7 denotes an n-layer region formed on both sides of the n-layer channel region 26;
This is a WSi sidewall film made of i.

【0065】次に上記半導体装置の製造方法を図12の
製造方法を示す断面側面図を参照しつつ説明する。ま
ず、半絶縁性GaAs基板5の上全面にSiO2 絶縁膜
8を堆積し、該SiO2 絶縁膜8をフォトレジスト9を
用いてパターニングし、ゲート形成部に存在するSiO
2 絶縁膜8を開口した後、図12(a) に示すように、上
記開口したフォトレジスト9をマスクとしてドライエッ
チングを行い、半絶縁性GaAs基板5に堀り込み部5
aを形成する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device will be described with reference to a sectional side view showing the manufacturing method of FIG. First, an SiO2 insulating film 8 is deposited on the entire upper surface of the semi-insulating GaAs substrate 5, and the SiO2 insulating film 8 is patterned using a photoresist 9, and the SiO2 insulating film 8 existing in the gate forming portion is formed.
2 After the opening of the insulating film 8, as shown in FIG. 12 (a), dry etching is performed by using the opened photoresist 9 as a mask to form the dug portion 5 in the semi-insulating GaAs substrate 5.
a is formed.

【0066】次に、上記フォトレジスト9を除去した
後、図12(b) に示すように、フォトレジスト28を塗
布し、ゲート埋込部の両側にオーバーハング形状を持つ
ように該フォトレジスト28をパターニングし、該フォ
トレジスト28をマスクとしてドライエッチングを行
い、SiO2 絶縁膜8を除去する。上記オーバーハング
量は、掘り込み部5aの深さと同等もしくはその倍程度
までが望ましい。
Next, after the photoresist 9 is removed, a photoresist 28 is applied as shown in FIG. 12B, and the photoresist 28 is formed on both sides of the gate buried portion so as to have an overhang shape. Is patterned and dry-etched using the photoresist 28 as a mask to remove the SiO2 insulating film 8. The amount of overhang is desirably equal to or approximately twice the depth of the dug portion 5a.

【0067】次いで、上記フォトレジスト28を除去し
た後、図12(c) に示すように、ゲート電極形成領域の
周囲に残存したSiO2 絶縁膜8をマスクとして、イオ
ン注入法を用いてチャネル領域となる領域に、ドナーと
なる不純物(Si)を、加速エネルギーを50KeVと
し、ドーズ量が5×10/cm2 となる条件で注入してn
型チャネル領域26とする。
Next, after the photoresist 28 is removed, as shown in FIG. 12C, the channel region is formed by ion implantation using the SiO 2 insulating film 8 remaining around the gate electrode forming region as a mask. The impurity (Si) serving as a donor is implanted into the region under the condition that the acceleration energy is 50 KeV and the dose is 5 × 10 / cm 2.
The mold channel region 26 is used.

【0068】続いて、ゲート金属と同じWSiからなる
WSi層29をウエハ全面に堆積(図12(d))した後、
反応性イオンエッチングにより、上記堆積したWSi層
29を異方性エッチングして、図12(e) に示すよう
に、SiO2 絶縁膜8の両側にWSiサイドウォール膜
30として残す。
Subsequently, a WSi layer 29 made of the same WSi as the gate metal is deposited on the entire surface of the wafer (FIG. 12D).
The deposited WSi layer 29 is anisotropically etched by reactive ion etching to leave a WSi sidewall film 30 on both sides of the SiO2 insulating film 8 as shown in FIG.

【0069】その後、図12(f) に示すように、SiO
2 絶縁膜8、及びその両側に形成されたWSiサイドウ
ォール膜30をマスクとして、斜めイオン注入法を用い
て不純物を注入してn層領域27を形成する。不純物を
注入する際の加速エネルギーは、注入プロファイルがn
層チャネル領域26の下層部分でピークを持つように、
例えば、100KeV以上の加速エネルギーで、ドーズ
量を5×1012〜1×1013/cm2 として注入する。ま
た、注入角度は、図12(f) で示すように、45度以下
となるよう、かなり鋭角に注入することにより、SiO
2 絶縁膜8の下の半導体領域のうち、ゲート埋込部より
下の領域にn層領域27を形成することができる。さら
に、SiO2 絶縁膜8、及びその両側に形成されたWS
iサイドウォール膜30がマスクとなることで、SiO
2 絶縁膜8下方の半導体領域のうち、最表面からゲート
埋込部の側壁部にかけての領域には不純物イオンが遮ら
れて不純物が注入されず、該領域は半絶縁性のまま残
り、また、同様に、ゲート埋込部下のn層チャネル領域
26にもほとんど不純物が注入されることはない。
Thereafter, as shown in FIG.
2 Using the insulating film 8 and the WSi sidewall film 30 formed on both sides thereof as a mask, an impurity is implanted by oblique ion implantation to form an n-layer region 27. The acceleration energy at the time of implanting impurities is such that the implantation profile is n
In order to have a peak in the lower part of the layer channel region 26,
For example, implantation is performed with an acceleration energy of 100 KeV or more and a dose of 5 × 10 12 to 1 × 10 13 / cm 2 . Further, as shown in FIG. 12 (f), the implantation angle is set at a considerably acute angle so as to be 45 degrees or less, so that the SiO 2
2 In the semiconductor region under the insulating film 8, the n-layer region 27 can be formed in a region below the gate buried portion. Further, the SiO2 insulating film 8 and the WS formed on both sides thereof are formed.
Since the i-side wall film 30 serves as a mask, SiO
2 In the semiconductor region below the insulating film 8, the region from the outermost surface to the side wall portion of the gate buried portion is blocked with impurity ions and is not implanted with impurities, and the region remains semi-insulating. Similarly, almost no impurities are implanted into the n-layer channel region 26 under the gate buried portion.

【0070】続いて、図12(g) に示すように、n+
ーミックコンタクト領域を形成する領域を開口するフォ
トレジスト6をマスクとして、加速エネルギーが60K
eVで、ドーズ量が3×1013/cm2 となる条件で、不
純物(Si)を注入し、上記フォトレジスト6を除去し
た後、アニール処理を行い、上記注入した各不純物を活
性化させ、n層チャネル領域26,n層領域27,n+
オーミックコンタクト領域7をそれぞれ形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 12 (g), using the photoresist 6 for opening the region for forming the n + ohmic contact region as a mask, the acceleration energy is 60K.
Impurities (Si) are implanted under the condition of eV and a dose amount of 3 × 10 13 / cm 2, and after removing the photoresist 6, annealing is performed to activate the implanted impurities, n-layer channel region 26, n-layer region 27, n +
Ohmic contact regions 7 are respectively formed.

【0071】その後、図12(h) に示すように、WSi
からなるゲート金属10,メッキ給電層となるAu上部
ゲート電極下地膜llをそれぞれスパッタ法によりウエ
ハ全面に堆積する。
Thereafter, as shown in FIG.
And a Au upper gate electrode base film 11 serving as a plating power supply layer are deposited on the entire surface of the wafer by sputtering.

【0072】続いて、図12(i) に示すように、フォト
レジスト12にて、T型のゲート形状が得られるように
該フォトレジスト12のパターニングを行い、該フォト
レジスト12をマスクとしてAuメッキにより上部ゲー
ト電極13を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 12 (i), the photoresist 12 is patterned so that a T-shaped gate shape is obtained, and Au plating is performed using the photoresist 12 as a mask. To form an upper gate electrode 13.

【0073】続いて上記フォトレジスト12を除去した
後、上部ゲート電極13をマスクにして、ゲート電極と
なるゲート金属(WSi)10,メッキ給電層となるA
u上部ゲート電極下地膜llの不要部分をイオンミリン
グ、及びドライエッチングによりそれぞれ除去し、ま
た、SiO2 絶縁膜8を弗酸系溶液により除去し、図1
2(j) に示すような構造を有するゲート電極(10,1
1,13,30)を形成する。
Subsequently, after removing the photoresist 12, using the upper gate electrode 13 as a mask, a gate metal (WSi) 10 serving as a gate electrode and A serving as a plating power supply layer are used.
Unnecessary portions of the u upper gate electrode base film 11 are removed by ion milling and dry etching, respectively, and the SiO2 insulating film 8 is removed by a hydrofluoric acid solution.
A gate electrode (10, 1) having a structure as shown in FIG.
1, 13, 30) are formed.

【0074】その後、蒸着/リフトオフ法にてAuGe
系金属よりなるドレイン電極15,ソース電極16をそ
れぞれ形成し(図12(k))、図11に示すような半導体
装置を得ることができる。
Thereafter, AuGe is deposited by a vapor deposition / lift-off method.
By forming the drain electrode 15 and the source electrode 16 made of a system metal (FIG. 12 (k)), a semiconductor device as shown in FIG. 11 can be obtained.

【0075】このように本実施の形態5によれば、埋め
込みゲート構造を有する接合型電界効果トランジスタの
チャネル領域を、安価な注入・アニール法を用いて形成
するようにしたので、通常、エピタキシャル結晶成長法
を用いて形成するのと等価な構造を、安価なイオン注入
法を用いて実現することができ、製造コストの低減を図
ることができる。
As described above, according to the fifth embodiment, the channel region of the junction field effect transistor having the buried gate structure is formed by using the inexpensive implantation / annealing method. A structure equivalent to that formed by using a growth method can be realized by using an inexpensive ion implantation method, so that manufacturing cost can be reduced.

【0076】また、ソース・ドレイン領域を、マスクを
用いた斜めイオン注入を用いて形成することで、埋め込
みゲート電極が接する側壁部の半導体領域を、自己整合
的に半絶縁性領域とすることができ、高いゲート逆方向
耐圧を有する埋め込みゲート構造を有する半導体装置を
容易に製造することができる。
Further, by forming the source / drain regions by oblique ion implantation using a mask, the semiconductor region on the side wall contacting the buried gate electrode can be made to be a semi-insulating region in a self-aligned manner. As a result, a semiconductor device having a buried gate structure having a high gate reverse breakdown voltage can be easily manufactured.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、その
底面部、及び側面部がエピタキシャル結晶成長方法を用
いて形成されたゲート電極形成領域の凹部に、選択エピ
タキシャル結晶成長法を用いて半導体層からなる電極を
形成するようにしたので、上記凹部の垂直面、及び水平
面に沿って、半導体よりなるゲート電極が、上記凹部内
に隙間なく形成されるようになり、ゲート長の制御性お
よび信頼性が向上し、短ゲート長化などの微細化加工
を、デバイスの特性を低下させることなく行うことがで
きるという効果がある。また、従来のようにスパッタ法
を用いてゲート電極を形成するものでないため、スパッ
タによるゲート形成に伴うダメージがなく、従って、後
で該ダメージを修復するためのアニール工程等の処理を
行う必要もなく、製造工程数を削減することができ、コ
ストの低減を図ることができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the bottom surface and the side surface are formed in the recesses of the gate electrode formation region formed by using the epitaxial crystal growth method by using the selective epitaxial crystal growth method. Since the electrode made of the semiconductor layer is formed, the gate electrode made of the semiconductor is formed without any gap in the recess along the vertical plane and the horizontal plane of the recess, and the controllability of the gate length is improved. In addition, there is an effect that reliability can be improved and miniaturization processing such as reduction in gate length can be performed without deteriorating device characteristics. Further, since the gate electrode is not formed by using the sputtering method as in the related art, there is no damage associated with the gate formation by sputtering, and therefore, it is necessary to perform a process such as an annealing step to repair the damage later. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost can be reduced.

【0078】また、上記ゲート電極を形成する際に、そ
の上部ほど小さいバンドギャップを有するものとするこ
とにより、該ゲート電極の上に形成する配線メタルとの
間で、アニール処理を施さなくとも容易にオーム性接触
を得ることができ、製造を簡単にできる効果がある。
Further, when the gate electrode is formed, the band gap is made smaller as the upper portion thereof is formed, so that the gate electrode can be easily formed without annealing treatment with a wiring metal formed on the gate electrode. In this case, an ohmic contact can be obtained, which has the effect of simplifying manufacturing.

【0079】また、この発明によれば、半絶縁性化合物
半導体基板の上に第1導電型の半導体層、及び第2導電
型の半導体層をエピタキシャル成長により順次積層し、
マスクを用いて上記第2導電型の半導体層をエッチング
してその不要部分を除去することで、上記第2導電型の
半導体層からなるゲート電極を形成し、その後、上記マ
スクを用いて基板全面に真性半導体層をエピタキシャル
成長方法によって再成長させ、上記ゲート電極と接続す
る真性半導体領域を形成するようにしたので、エッチン
グにより加工した半導体よりなるゲート電極の垂直面に
沿って真性半導体層がゲート電極に隣接して隙間なく良
好に形成されることにより、ゲート長の制御性および信
頼性が向上し、短ゲート長化などの微細化加工を、デバ
イスの特性を低下させることなく行うことができるとい
う効果がある。また、従来のようにスパッタ法を用いて
ゲート電極を形成するものでないため、スパッタによる
ゲート形成に伴うダメージがなく、従って、後で該ダメ
ージを修復するためのアニール工程等の処理を行う必要
もなく、製造工程数を削減することができ、コストの低
減を図ることができるという効果がある。さらに、基板
上に、活性層からゲート電極までの層を連続して形成す
るために、半導体/ゲート界面が、エッチング、および
大気にさらされることがなく、従って、さらに良好な半
導体/ゲート界面を得ることができ、信頼性を向上する
ことができるという効果がある。
According to the present invention, a semiconductor layer of the first conductivity type and a semiconductor layer of the second conductivity type are sequentially stacked on the semi-insulating compound semiconductor substrate by epitaxial growth.
By etching the second conductive type semiconductor layer using a mask and removing unnecessary portions thereof, a gate electrode made of the second conductive type semiconductor layer is formed. Then, the intrinsic semiconductor layer is regrown by an epitaxial growth method to form an intrinsic semiconductor region connected to the gate electrode, so that the intrinsic semiconductor layer is formed along the vertical surface of the gate electrode made of a semiconductor processed by etching. That the gate length is better controllable and reliable, and that miniaturization such as shortening the gate length can be performed without deteriorating device characteristics. effective. Further, since the gate electrode is not formed by using the sputtering method as in the related art, there is no damage associated with the gate formation by sputtering, and therefore, it is necessary to perform a process such as an annealing step to repair the damage later. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced, and the cost can be reduced. Further, since the layers from the active layer to the gate electrode are continuously formed on the substrate, the semiconductor / gate interface is not subjected to etching and exposure to the atmosphere, and thus, a better semiconductor / gate interface is provided. Thus, there is an effect that reliability can be improved.

【0080】また、この発明によれば、埋め込みゲート
構造を有する接合型電界効果トランジスタのチャネル領
域を、安価な注入・アニール法を用いて形成するように
したので、通常、エピタキシャル結晶成長法を用いて形
成するのと等価な構造を、安価なイオン注入法を用いて
実現することができ、製造コストの低減を図ることがで
きるという効果がある。また、ソース・ドレイン領域
を、マスクを用いた斜めイオン注入を用いて形成するこ
とで、埋め込みゲート電極が接する側壁部の半導体領域
を、自己整合的に半絶縁性領域とすることができ、高い
ゲート逆方向耐圧を有する埋め込みゲート構造を有する
半導体装置を容易に製造することができるという効果が
ある。
Further, according to the present invention, the channel region of the junction field effect transistor having the buried gate structure is formed by using an inexpensive implantation / annealing method. A structure equivalent to that formed by using an inexpensive ion implantation method can be realized, and the manufacturing cost can be reduced. Further, by forming the source / drain regions by oblique ion implantation using a mask, the semiconductor region on the side wall portion in contact with the buried gate electrode can be made to be a semi-insulating region in a self-aligned manner. There is an effect that a semiconductor device having a buried gate structure having a gate reverse breakdown voltage can be easily manufactured.

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

【図1】 この発明の実施の形態1による半導体装置で
ある接合型電界効果トランジスタの平面パターンを示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a plane pattern of a junction field-effect transistor which is a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 図1のA−A線における半導体装置の断面側
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional side view of the semiconductor device taken along line AA of FIG.

【図3】 上記実施の形態1による半導体装置の製造工
程を示す断面側面図である。
FIG. 3 is a sectional side view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment.

【図4】 この発明の実施の形態2による半導体装置で
ある接合型電界効果トランジスタの平面パターンを示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a plan pattern of a junction field-effect transistor which is a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

【図5】 図1のB−B線における半導体装置の断面側
面図である。
5 is a cross-sectional side view of the semiconductor device taken along line BB of FIG. 1;

【図6】 上記実施の形態2による半導体装置の製造工
程を示す断面側面図である。
FIG. 6 is a sectional side view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment.

【図7】 この発明の実施の形態3による半導体装置で
ある接合型電界効果トランジスタの断面側面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional side view of a junction field-effect transistor which is a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 上記実施の形態3による半導体装置の製造工
程を示す断面側面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional side view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the third embodiment.

【図9】 この発明の実施の形態4による半導体装置で
ある接合型電界効果トランジスタの断面側面図である。
FIG. 9 is a sectional side view of a junction field-effect transistor which is a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】 上記実施の形態4による半導体装置の製造
工程を示す断面側面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional side view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the fourth embodiment.

【図11】 この発明の実施の形態5による半導体装置
である接合型電界効果トランジスタの断面側面図であ
る。
FIG. 11 is a sectional side view of a junction field-effect transistor which is a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】 上記実施の形態5による半導体装置の製造
工程を示す断面側面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional side view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the fifth embodiment.

【図13】 従来の半導体装置であるショットキー接合
型の電界効果トランジスタの断面側面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional side view of a Schottky junction type field effect transistor which is a conventional semiconductor device.

【図14】 上記従来の半導体装置であるショットキー
接合型の電界効果トランジスタの製造工程を示す断面側
面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional side view showing a manufacturing process of the Schottky junction type field effect transistor which is the conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,23 i−GaAs層、1a 掘り込み部、2 n
−AlGaAsエッチングストッパ層、3 n−GaA
s活性層、4 バッファ層、5 半絶縁性GaAs基
板、5a 掘り込み部、7 n+ オーミックコンタクト
領域、8,18,21,24 SiO2 絶縁膜、10
ゲート金属(電極)、11 Au上部ゲート電極下地
膜、13 上部ゲート電極、15 ドレイン電極、16
ソース電極、17,20 ゲート電極、26 n層チ
ャネル領域、27 n層領域、29WSi層、30 W
Siサイドウォール膜。
1,23 i-GaAs layer, 1a dug portion, 2 n
-AlGaAs etching stopper layer, 3n-GaAs
s active layer, 4 buffer layer, 5 semi-insulating GaAs substrate, 5a dug portion, 7 n + ohmic contact region, 8, 18, 21, 24 SiO2 insulating film, 10
Gate metal (electrode), 11 Au upper gate electrode base film, 13 upper gate electrode, 15 drain electrode, 16
Source electrode, 17, 20 gate electrode, 26 n-layer channel region, 27 n-layer region, 29 WSi layer, 30 W
Si sidewall film.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性化合物半導体基板上に形成され
た第1導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるソー
ス・ドレイン領域、及びチャネル領域と、 上記第1導電型のエピタキシャル結晶成長層上に形成さ
れ、上記チャネル領域に開口部を有するエピタキシャル
結晶成長層からなる真性半導体層と、 上記真性半導体層の開口部内において選択成長された第
2導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるゲート電
極とを備えたことを特徴とする半導体装置。
1. A source / drain region and a channel region comprising a first conductivity type epitaxial crystal growth layer formed on a semi-insulating compound semiconductor substrate, and formed on the first conductivity type epitaxial crystal growth layer. An intrinsic semiconductor layer comprising an epitaxial crystal growth layer having an opening in the channel region; and a gate electrode comprising a second conductivity type epitaxial crystal growth layer selectively grown in the opening of the intrinsic semiconductor layer. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 上記第2導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるゲ
ート電極は、その上部ほど小さいバンドギャップを有す
るものであることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode made of the second conductivity type epitaxial crystal growth layer has a smaller bandgap as it goes upward.
【請求項3】 半絶縁性化合物半導体基板上に形成され
た第1導電型のエピタキシャル結晶成長層からなるソー
ス・ドレイン領域、及びチャネル領域と、 上記第1導電型のエピタキシャル結晶成長層のチャネル
領域上に形成され、その中央部にゲート電極となる第2
導電型領域を有し、該第2導電型領域と上記ソース・ド
レイン領域との間の領域に真性半導体領域を有するエピ
タキシャル結晶成長層とを備えたことを特徴とする半導
体装置。
3. A source / drain region and a channel region formed of a first conductivity type epitaxial crystal growth layer formed on a semi-insulating compound semiconductor substrate, and a channel region of the first conductivity type epitaxial crystal growth layer. And a second electrode which is formed on
A semiconductor device comprising: a conductive type region; and an epitaxial crystal growth layer having an intrinsic semiconductor region in a region between the second conductive type region and the source / drain region.
【請求項4】 チャネル領域が形成される部分に凹部を
有する半絶縁性化合物半導体基板と、 該半絶縁性化合物基板の上記凹部に不純物を注入するこ
とによって形成されたチャネル領域と、 上記チャネル領域を囲むように形成されたマスクを用い
て不純物を斜め注入することによって形成され、上記マ
スク下方の半絶縁性化合物基板の内部で上記チャネル領
域と接続するソース・ドレイン領域と、 上記不純物の斜め注入時に上記マスク下方の半絶縁性化
合物半導体基板領域が残存することにより形成された真
性半導体領域と、 上記凹部に形成されたゲート電極とを備えたことを特徴
とする半導体装置。
4. A semi-insulating compound semiconductor substrate having a concave portion at a portion where a channel region is formed; a channel region formed by implanting an impurity into the concave portion of the semi-insulating compound substrate; A source / drain region connected to the channel region inside the semi-insulating compound substrate below the mask, which is formed by obliquely implanting impurities using a mask formed so as to surround the impurity; A semiconductor device comprising: an intrinsic semiconductor region formed by sometimes leaving a semi-insulating compound semiconductor substrate region below the mask; and a gate electrode formed in the recess.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載の半
導体装置において、 上記ゲート電極の上に、ゲート金属層を備えたことを特
徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a gate metal layer is provided on the gate electrode.
【請求項6】 半絶縁性化合物半導体基板の上に第1導
電型の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、 上記第1導電型のエピタキシャル層上に真性半導体層を
エピタキシャル成長させる工程と、 上記真性半導体層の,ゲート電極が形成される部分に相
当する領域を開口して、上記第1導電型のエピタキシャ
ル結晶成長層を露呈させる工程と、 上記露呈した第1導電型の半導体層の上に第2導電型の
半導体層をエピタキシャル成長させてゲート電極を形成
する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
6. A step of epitaxially growing a semiconductor layer of a first conductivity type on a semi-insulating compound semiconductor substrate; a step of epitaxially growing an intrinsic semiconductor layer on the epitaxial layer of the first conductivity type; Opening a region corresponding to a portion where a gate electrode is to be formed to expose the epitaxial growth layer of the first conductivity type; and forming a second conductive layer on the exposed semiconductor layer of the first conductivity type. Forming a gate electrode by epitaxially growing a semiconductor layer of a mold type.
【請求項7】 半絶縁性化合物半導体基板上に第1導電
型の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、 上記第1導電型のエピタキシャル層上に第2導電型の半
導体層をエピタキシャル成長させる工程と、 マスクを用いて上記第2導電型の半導体層をエッチング
してその不要部分を除去することで、上記第2導電型の
半導体層からなるゲート電極を形成する工程と、 上記マスクを用いて基板全面に真性半導体層をエピタキ
シャル成長させ、上記ゲート電極と接続する真性半導体
領域を形成する工程とを備えたことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
7. A step of epitaxially growing a first conductivity type semiconductor layer on a semi-insulating compound semiconductor substrate; a step of epitaxially growing a second conductivity type semiconductor layer on the first conductivity type epitaxial layer; Forming a gate electrode made of the second conductive type semiconductor layer by etching the second conductive type semiconductor layer by using the mask to remove unnecessary portions thereof; Forming an intrinsic semiconductor region that is connected to the gate electrode by epitaxially growing an intrinsic semiconductor layer.
【請求項8】 半絶縁性化合物半導体基板の上に絶縁膜
を形成し、マスクを用いて該絶縁膜の所定部分に開口部
を形成する工程と、 上記マスクと上記開口部が形成された絶縁膜とをマスク
としてエッチングを行い上記半絶縁性化合物半導体基板
に凹部を形成する工程と、 上記マスクを除去した後、上記凹部、及び該凹部近傍の
絶縁膜を覆うマスクを用いて上記絶縁膜をエッチング
し、上記凹部近傍に上記絶縁膜を残す工程と、 上記残存した絶縁膜をマスクとして不純物注入を行い、
上記凹部にチャネル領域を形成する工程と、 上記凹部近傍に残存した絶縁膜側面、及び上記凹部側面
に導電体からなるサイドウォールを形成する工程と、 上記残存した絶縁膜、及びサイドウォールをマスクとし
て不純物を斜め注入して、上記残存した絶縁膜、及びサ
イドウォールの下方にて上記チャネル領域と接続するソ
ース・ドレイン領域を形成する工程とを備えたことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
8. A step of forming an insulating film on a semi-insulating compound semiconductor substrate, forming an opening in a predetermined portion of the insulating film using a mask, and forming an insulating film in which the mask and the opening are formed. Forming a recess in the semi-insulating compound semiconductor substrate by etching using the film as a mask, and removing the mask, removing the insulating film using a mask covering the recess, and the insulating film near the recess. Etching, leaving the insulating film in the vicinity of the concave portion, and performing impurity implantation using the remaining insulating film as a mask,
A step of forming a channel region in the concave portion; a step of forming a sidewall made of a conductor on the side surface of the insulating film remaining in the vicinity of the concave portion and the side surface of the concave portion; Forming a source / drain region connected to the channel region below the remaining insulating film and the sidewall by injecting impurities obliquely.
【請求項9】 請求項6ないし8のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法において、 上記ゲート電極上にゲート金属層を形成する工程を備え
たことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising a step of forming a gate metal layer on said gate electrode.
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US6570194B2 (en) 2000-02-28 2003-05-27 Nec Corporation Compound semiconductor field effect transistor with improved ohmic contact layer structure and method of forming the same

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