JPH11354544A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH11354544A
JPH11354544A JP13938399A JP13938399A JPH11354544A JP H11354544 A JPH11354544 A JP H11354544A JP 13938399 A JP13938399 A JP 13938399A JP 13938399 A JP13938399 A JP 13938399A JP H11354544 A JPH11354544 A JP H11354544A
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recess
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device with a multi-stage recess structure and its manufacturing method, along with good recess width and recess depth under control. SOLUTION: A first recess etching stopper layer 5 is formed on a conductive compound semiconductor layer, and a first semiconductor layer 6 is formed on the first recess etching stopper layer 5. A second recess etching stopper layer 7 is formed on the first semiconductor layer 6. A second semiconductor layer 8 is formed on the second recess etching stopper layer 7. In this case, an etching solution made of citric acid solution and hydrogen peroxide solution is used as an anisotropic etching solution for the first and second semiconductor layers 6 and 8.

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、化合物半導体装置
及びその製造方法に関し、特に多段リセス構造を有する
半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a multi-stage recess structure and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゲート耐圧の向上,ソース抵抗の低減,
短チャネル効果抑制,表面効果の抑制などのため、HJ
FETでLDD構造を実現しようとしたとき、多段のリ
セス構造をとる必要があり、従来は、リセスエッチを2
回の目合わせで個々に行っていた。また、特開平4−1
37737号公報にあるように多層マスクを用いて選択
的にマスクをサイドエッチすることにより、横方向の制
御性を向上させて2段リセス構造を実現していた。
2. Description of the Related Art Improvement of gate breakdown voltage, reduction of source resistance,
HJ to suppress short channel effect and surface effect
In order to realize an LDD structure with an FET, it is necessary to form a multi-stage recess structure.
It was done individually at the time of the meeting. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-1
As disclosed in Japanese Patent No. 37737, by selectively side-etching the mask using a multilayer mask, the controllability in the lateral direction is improved to realize a two-step recess structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、2段リ
セスを2回の目合わせで行った場合、目合わせずれが問
題となり、ゲートとn+領域との距離の制御や短縮が困
難であった。また、特開平4−137737号公報にあ
るように多層マスクを用いて横方向の制御性を向上させ
たとしても、リセスエッチングの際に横方向にもエッチ
ングが入ってしまい、短ゲート化やリセス巾の制御性に
問題があった。
However, when the two-step recess is performed by two times of alignment, misalignment becomes a problem, and it has been difficult to control or shorten the distance between the gate and the n + region. Further, even if the controllability in the lateral direction is improved by using a multilayer mask as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-137737, the etching is also performed in the lateral direction at the time of the recess etching, so that the gate length can be reduced and the recess can be reduced. There was a problem with the controllability of the width.

【0004】さらにリセスエッチングの際の深さ方向を
考えたとき、1段目のリセス深さや2段目のリセス深さ
が、時間制御となり、再現性や制御性に問題があり、均
一性が悪くなってしまうという問題があった。
Further, when considering the depth direction at the time of recess etching, the recess depth of the first step and the recess depth of the second step are time-controlled, and there is a problem in reproducibility and controllability. There was a problem of getting worse.

【0005】本発明の目的は、リセス巾及びリセス深さ
を制御性良く作製できる半導体装置およびその製造方法
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of manufacturing a recess width and a recess depth with good controllability and a method of manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置は、半導体多層構造を有す
る半導体装置であって、半導体多層構造は、化合物半導
体の導電層上に第1のリセスエッチングストッパー層を
設け、該リセスエッチングストッパー上に第1の半導体
層を設け、該第1の半導体層上に第2のリセスエッチン
グストッパー層を設け、該第2のリセスエッチングスト
ッパー層上に第2の半導体層を設けたものである。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a semiconductor multi-layer structure, wherein the semiconductor multi-layer structure has a first structure on a conductive layer of a compound semiconductor. Providing a recess etching stopper layer; providing a first semiconductor layer on the recess etching stopper; providing a second recess etching stopper layer on the first semiconductor layer; In this case, two semiconductor layers are provided.

【0007】また前記第1および第2の半導体層とし
て、GaAs,InAs,AlxGa1 -xAs(0≦x<
1),AlyIn1-yAs(0≦y<1),InP,Ga
P,およびこれらの化合物から構成される化合物半導体
を用いたものである。
[0007] Further, GaAs, InAs, Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x <
1), Al y In 1-y As (0 ≦ y <1), InP, Ga
P and a compound semiconductor composed of these compounds.

【0008】また第1および第2のエッチングストッパ
ー層として、AlAs、あるいはAlxGa1-xAsの組
成より高いAl組成のAlzGa1-zAs(0<z≦
1),AlyIn1-yAsより高いAl組成のAlwIn
1-wAs(0<w≦1)を用いたものである。
In addition, as the first and second etching stopper layers, AlAs or Al z Ga 1 -z As having an Al composition higher than the composition of Al x Ga 1 -x As (0 <z ≦
1) Al w In having an Al composition higher than that of Al y In 1-y As
1-w As (0 <w ≦ 1) is used.

【0009】また、(100)基板上に形成された半導
体装置であり、半導体多層構造に設けられるゲートは、
(011)に平行であり、リセスエッチング面は、(1
00)面と(111)面により構成されるものである。
A semiconductor device formed on a (100) substrate, wherein a gate provided in the semiconductor multilayer structure is
Parallel to (011), the recess etching surface is (1
(00) plane and (111) plane.

【0010】また本発明に係る半導体装置の製造方法
は、マスク形成工程と、パターニング工程と、第1の異
方性エッチング工程と、第2の異方性エッチング工程と
を含む、半導体多層構造を有する半導体装置の製造方法
であって、半導体多層構造は、化合物半導体の導電層上
に設けた第1のリセスエッチングストッパー層と、前記
第1のリセスエッチングストッパー上に設けた第1の半
導体層と、前記第1の半導体層上に設けた第2のリセス
エッチングストッパー層と、前記第2のリセスエッチン
グストッパー層上に設けた第2の半導体層を有するもの
であり、マスク形成工程は、半導体多層構造上にエッチ
ングレートの異なる第1のマスク層と第2のマスク層を
設ける処理であり、パターニング工程は、第2のマスク
層のパターニングを行い、これを用いて第1のマスク層
のパターニングを行う処理であり、第1の異方性エッチ
ング工程は、この第1および第2のマスク層を用いて第
1の半導体層を第2のリセスエッチングストッパー層ま
で異方性エッチングする処理であり、第2の異方性エッ
チング工程は、開口部分のリセスエッチングストッパー
層を除去し、さらに第1のマスク層の開口幅をサイドエ
ッチングにより選択的に広げた後に、第1および第2の
リセスエッチングストッパー層まで第2の半導体層およ
び第1の半導体層の異方性エッチングを行う処理であ
る。
Further, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is directed to a semiconductor multi-layer structure including a mask forming step, a patterning step, a first anisotropic etching step, and a second anisotropic etching step. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a semiconductor multilayer structure, comprising: a first recess etching stopper layer provided on a conductive layer of a compound semiconductor; and a first semiconductor layer provided on the first recess etching stopper. A second recess etching stopper layer provided on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer provided on the second recess etching stopper layer. The first mask layer and the second mask layer having different etching rates are provided on the structure. The patterning step includes patterning the second mask layer. The first anisotropic etching step is a process of patterning a first mask layer using the first and second mask layers. In the second anisotropic etching step, the recess etching stopper layer in the opening is removed, and the opening width of the first mask layer is selectively etched by side etching. Then, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are subjected to anisotropic etching up to the first and second recess etching stopper layers.

【0011】また第1および第2の半導体層を異方性エ
ッチングするエッチング液として、クエン酸水溶液と過
酸化水素水の混合液からなるエッチング液を用いるもの
である。
Further, as the etching solution for anisotropically etching the first and second semiconductor layers, an etching solution comprising a mixed solution of a citric acid aqueous solution and a hydrogen peroxide solution is used.

【0012】[0012]

【作用】半導体多層構造上にエッチングレートの異なる
第1のマスク層9と第2のマスク層10を設け(図1
(b))、第2のマスク層10をパターニングし、その
パターニングされた第2のマスク層10を用いて第1の
マスク層9のパターニングを行う。この第1および第2
のマスク層9,10を用いて第2の半導体層8を第2の
リセスエッチングストッパー層7まで異方性エッチング
する。
A first mask layer 9 and a second mask layer 10 having different etching rates are provided on a semiconductor multilayer structure (FIG. 1).
(B)) The second mask layer 10 is patterned, and the first mask layer 9 is patterned using the patterned second mask layer 10. This first and second
The second semiconductor layer 8 is anisotropically etched to the second recess etching stopper layer 7 using the mask layers 9 and 10 of FIG.

【0013】第2のリセスエッチングストッパー層7ま
で異方性エッチングする際に、クエン酸水溶液と過酸化
水素水の混合液からなるエッチング液を用いる。クエン
酸系エッチング液は、GaAsなどの半導体層とAlA
sなどのストッパー層を選択的にエッチングすることが
可能であるばかりでなく、(111)B面のエッチング
速度が極端に小さく抑えられるため、これを半導体多層
構造のエッチングに用いれば、横方向はサイドエッチが
ほとんど入らず(111)Bで決まり、深さ方向はスト
ッパー層7で決まるエッチングが可能となる。
When performing anisotropic etching to the second recess etching stopper layer 7, an etching solution comprising a mixed solution of a citric acid aqueous solution and a hydrogen peroxide solution is used. A citric acid-based etchant is formed by mixing a semiconductor layer such as GaAs with AlA
Not only is it possible to selectively etch the stopper layer such as s, but also the etching rate of the (111) B plane can be kept extremely low. Side etching hardly occurs and is determined by (111) B, and etching in the depth direction determined by the stopper layer 7 becomes possible.

【0014】上述したエッチング法を用いることによ
り、1段目の深さおよび開口幅は、第2のマスク層2の
寸法とストッパー層7の位置で決まり、エッチング時間
にほとんど依存しなくなる。
By using the above-described etching method, the depth and opening width of the first step are determined by the size of the second mask layer 2 and the position of the stopper layer 7, and hardly depend on the etching time.

【0015】さらにゲートを(011)に平行にとるこ
とにより、開口形状は(111)B面で律速されるた
め、2段目の開口は、第2のマスク層9の寸法より細く
することが可能である(図2(e))。
Furthermore, by taking the gate parallel to (011), the shape of the opening is limited by the (111) B plane, so that the size of the second-stage opening can be smaller than the size of the second mask layer 9. It is possible (FIG. 2 (e)).

【0016】その後、開口部分のリセスエッチングスト
ッパー層7を除去し、さらに第1のマスク層9の開口巾
をサイドエッチングにより選択的に広げた後に、第1お
よび第2のリセスエッチングストッパー層5,7まで第
2の半導体層8および第1の半導体層6の異方性エッチ
ングを再度クエン酸系エッチング液で行う(図3
(i))。
After that, the recess etching stopper layer 7 at the opening is removed, and the opening width of the first mask layer 9 is selectively widened by side etching, and then the first and second recess etching stopper layers 5 and 5 are formed. 7, the second semiconductor layer 8 and the first semiconductor layer 6 are again subjected to anisotropic etching with a citric acid-based etchant (FIG. 3).
(I)).

【0017】この際、第2の半導体層8はストッパー層
7の存在により開口部分だけが削れるので、容易に2段
リセス形状が作成できる。2段目の開口巾は最初の1段
目のリセス巾ですでに決まっており、ゲートを(01
1)に平行にとることにより1段目のリセスエッチで細
くなった開口巾は、2段目のエッチングでさらに細くな
る。
At this time, since only the opening of the second semiconductor layer 8 is shaved by the presence of the stopper layer 7, a two-step recessed shape can be easily formed. The opening width of the second stage is already determined by the recess width of the first stage.
The width of the opening narrowed by the recess etching of the first stage by taking parallel to 1) is further reduced by the etching of the second stage.

【0018】第1の半導体層のキャリア濃度を第2の半
導体層のキャリア濃度より小さくしておき、ゲート電極
と第1の半導体層を短絡させ、第2の高濃度の半導体層
と距離をとることにより、ゲートラグ等の表面の影響を
回避しつつ、高いドレイン耐圧を得ることができる。し
かもそれが容易に自己整合的に作製できる。横方向の2
段目のリセス巾は、最初のマスク開口の巾と第1と第2
の半導体層の厚さで決まり、エッチング深さ方向に関し
てもストッパー層の深さで決まる。1段目のリセス巾は
第1のマスク層のサイドエッチ量で制御でき、その深さ
はストッパー層で決定される。このため、しきい値電圧
Vtの制御性,均一性,再現性が向上する。また、ゲー
トを(011)に平行にとった場合、第1および第2の
半導体層の厚さで制御される量だけマスク寸法からの短
チャネル化を図れるので、デバイス特性の向上にもつな
がる。
The carrier concentration of the first semiconductor layer is set lower than the carrier concentration of the second semiconductor layer, the gate electrode and the first semiconductor layer are short-circuited, and the distance between the gate electrode and the second high-concentration semiconductor layer is increased. Thus, a high drain withstand voltage can be obtained while avoiding the influence of the surface such as the gate lag. Moreover, it can be easily manufactured in a self-aligned manner. Horizontal 2
The width of the recess at the first stage is the width of the first mask opening,
And the depth of the stopper layer also in the etching depth direction. The width of the first recess can be controlled by the amount of side etching of the first mask layer, and its depth is determined by the stopper layer. Therefore, controllability, uniformity, and reproducibility of the threshold voltage Vt are improved. Further, when the gate is taken parallel to (011), the channel can be shortened from the mask dimension by an amount controlled by the thickness of the first and second semiconductor layers, which leads to an improvement in device characteristics.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態をヘテロ
接合形電界効果トランジスタを例にとり、図1〜図3を
用いて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 taking a heterojunction field effect transistor as an example.

【0020】図1(a)に示すように半絶縁性GaAs
基板1上に、たとえばMOCVD法により、基板側から
i−GaAsバッファ層2を500nm,チャネル層3
としてi−InGaAs層を15nm,n−AlGaA
s層4を2×1018cm-3で33nm設け、第1のリセ
スエッチングストッパー層5としてn−AlAs層を2
×1018cm-3で2nm設け、リセスエッチングストッ
パー層5上に第1の半導体層6として低濃度n−GaA
s層を1×1018cm-3で150nm設ける。さらにn
−GaAs層6上に第2のリセスエッチングストッパー
層7としてn−AlAs層を2×1018cm-3で2nm
設け、第2のリセスエッチングストッパー層7上に第2
の半導体層8として高濃度n−GaAs層を4×1018
cm-3で50nm設けることにより、本発明の半導体多
層構造を作製する。
As shown in FIG. 1A, semi-insulating GaAs
An i-GaAs buffer layer 2 having a thickness of 500 nm and a channel layer
15 nm i-InGaAs layer, n-AlGaAs
The s layer 4 is provided at 2 × 10 18 cm −3 at 33 nm, and the n-AlAs layer 2 is formed as the first recess etching stopper layer 5.
2 × 10 18 cm −3 , and a low concentration n-GaAs as the first semiconductor layer 6 on the recess etching stopper layer 5.
An s layer is provided at 1 × 10 18 cm −3 and 150 nm. And n
An n-AlAs layer as a second recess etching stopper layer 7 on the GaAs layer 6 at 2 × 10 18 cm -3 at 2 nm;
And a second recess etching stopper layer 7
4 × 10 18 high-concentration n-GaAs layer as the semiconductor layer 8
By providing 50 nm at cm -3 , the semiconductor multilayer structure of the present invention is manufactured.

【0021】この化合物半導体多層構造を用いて、本発
明の半導体装置の製造方法を説明する。該半導体多層構
造上にエッチングレートの異なる第1のマスク層9とし
てSiO2層を50nm形成し、さらに第2のマスク層
10としてフォトレジストを設ける(図1(b))。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described using this compound semiconductor multilayer structure. An SiO 2 layer having a thickness of 50 nm is formed as a first mask layer 9 having a different etching rate on the semiconductor multilayer structure, and a photoresist is provided as a second mask layer 10 (FIG. 1B).

【0022】次に第2のマスク層10であるフォトレジ
ストのパターニングを行い(図1(c))、パターニン
グされた第2のマスク層10を用いて第1のマスク層9
のSiO2のパターニングを行う(図1(d))。
Next, the photoresist as the second mask layer 10 is patterned (FIG. 1C), and the first mask layer 9 is formed using the patterned second mask layer 10.
Performing patterning of SiO 2 (FIG. 1 (d)).

【0023】この第1および第2のマスク層9,10を
用いて第2の半導体層8のn−GaAs層を第2のリセ
スエッチングストッパー層7であるAlAsまで異方性
エッチングを行なう。そのエッチングは、エッチング液
として、クエン酸−水和物を同重量の水に溶かしたクエ
ン酸水溶液と30%過酸化水素水を3:1で混合した混
合液からなるエッチング液を用いて行う(図2
(e))。
Using the first and second mask layers 9 and 10, the n-GaAs layer of the second semiconductor layer 8 is anisotropically etched to AlAs as the second recess etching stopper layer 7. The etching is performed using an etching solution composed of a mixture of a citric acid aqueous solution in which citric acid-hydrate is dissolved in water of the same weight and a 30% hydrogen peroxide solution at a ratio of 3: 1 as the etching solution ( FIG.
(E)).

【0024】その後、開口部分のリセスエッチングスト
ッパー層7のAlAs層を除去し、さらに第1のマスク
層9であるSiO2の開口巾をバッファード弗酸により
横方向にエッチングをして選択的に広げ、第1および第
2のリセスエッチングストッパー層5および7のAlA
s層まで第2の半導体層8としてのn−GaAs層およ
び第1の半導体層6としてのn−GaAs層6の異方性
エッチングを再度クエン酸系エッチング液で行う(図2
の(f),(g),(h))。
Thereafter, the AlAs layer of the recess etching stopper layer 7 at the opening is removed, and the opening width of SiO 2 as the first mask layer 9 is selectively etched by using buffered hydrofluoric acid in the lateral direction. Spread, AlA of first and second recess etching stopper layers 5 and 7
Anisotropic etching of the n-GaAs layer as the second semiconductor layer 8 and the n-GaAs layer 6 as the first semiconductor layer 6 up to the s layer is performed again with a citric acid-based etchant (FIG. 2).
(F), (g), (h)).

【0025】さらに、エッチングストッパー層5および
7のAlAs層の表面に出た部分を希塩酸で除去した後
(図3(i))、第1のマスク層9であるフォトレジス
トを用いて、ゲート金属としてTi/Pt/Auを蒸着
し、リフトオフ法によりゲート電極11の形成を行う
(図3(j),(k))。これに通常の寸法でオーミッ
ク電極12を作製して半導体装置を完成させる。
Further, after the portions of the etching stopper layers 5 and 7 exposed on the surface of the AlAs layer are removed with dilute hydrochloric acid (FIG. 3 (i)), the gate metal is removed using a photoresist as the first mask layer 9. Then, Ti / Pt / Au is deposited, and a gate electrode 11 is formed by a lift-off method (FIGS. 3 (j) and 3 (k)). The semiconductor device is completed by forming an ohmic electrode 12 having a normal size.

【0026】クエン酸系エッチング液は、GaAsとa
lGaAsの選択エッチングが可能なうえ、低温では、
(111)B面のエッチング速度が極端に小さく抑えら
れる。具体的には、リセスエッチングの1段目の開口巾
および深さは、第1のマスク層のサイドエッチ後の開口
寸法とストッパー層の位置で決まり、2段目の開口巾お
よび深さは、第1のマスク層のサイドエッチ前の開口寸
法とストッパー層の位置で決まる。このため、横方向に
はマスクで規定される(111)B面で決まり、サイド
エッチのほとんど入らないエッチングが可能となり、深
さ方向ではストッパー層でエッチング深さは決定される
ので、エッチング時間にほとんど依存せずにデバイスを
作製できる。
The citric acid-based etchant is composed of GaAs and a
In addition to being able to selectively etch lGaAs, at low temperatures,
The etching rate of the (111) B plane can be extremely suppressed. Specifically, the opening width and depth of the first step of the recess etching are determined by the opening size after the side etching of the first mask layer and the position of the stopper layer, and the opening width and the depth of the second step are: It is determined by the opening size of the first mask layer before the side etching and the position of the stopper layer. For this reason, the etching is determined in the lateral direction by the (111) B plane defined by the mask, and almost no side etching is caused. In the depth direction, the etching depth is determined by the stopper layer. Devices can be fabricated with little dependence.

【0027】開口形状は、横方向には(111)B面で
律速されるため、ゲートを(011)に平行にとること
により、リセスエッチングの底の巾は最初のマスク開口
巾より膜厚に応じて細くなる。
Since the opening shape is rate-determined in the lateral direction by the (111) B plane, the width of the bottom of the recess etching is made larger than the initial mask opening width by taking the gate parallel to (011). It becomes thinner accordingly.

【0028】本発明の場合、最初のサイドエッチ前の第
2のマスク層の開口巾より1段目のリセスエッチで細く
なった開口巾は、2段目のエッチングでさらに電子供給
層のAlGaAsの開口部分でさらに細くなる。
In the case of the present invention, the opening width narrowed by the first recess etching from the opening width of the second mask layer before the first side etching is further reduced by the AlGaAs opening of the electron supply layer by the second etching. Part becomes thinner.

【0029】これにより、容易に短チャネル化を図れる
ので、デバイス特性の向上が図られる。本実施形態の場
合、第2のマスク層の最初の開口巾が0.5μmのと
き、横から0.14μmずつ傾斜した分だけ短ゲート化
されるため、0.22μmのゲートが作製される。
As a result, the channel length can be easily reduced, and the device characteristics can be improved. In the case of the present embodiment, when the initial opening width of the second mask layer is 0.5 μm, the gate is shortened by an amount inclined by 0.14 μm from the side, so that a gate of 0.22 μm is manufactured.

【0030】このようにして作製した半導体装置は、ゲ
ート電極11と低濃度の第1の半導体層6とを短絡ある
いは距離を制御性良く縮められるため、ゲートラグ等の
表面の影響を回避することができる。
In the semiconductor device manufactured in this manner, the gate electrode 11 and the low-concentration first semiconductor layer 6 can be short-circuited or the distance can be reduced with good controllability. it can.

【0031】ゲート電極11と高濃度の第2の半導体層
8との距離は、第1のマスク層の選択エッチによる開口
の広げ巾と層厚に依存し自己整合的に形成できるため、
その距離を容易に制御することが可能となり、第2の半
導体層8との距離と濃度を設計することにより、高いド
レイン耐圧を保ちつつ、ソース抵抗を低減することがで
きる。
Since the distance between the gate electrode 11 and the high-concentration second semiconductor layer 8 depends on the width of the opening and the layer thickness of the first mask layer by selective etching, the distance can be formed in a self-aligned manner.
The distance can be easily controlled, and the source resistance can be reduced while maintaining a high drain withstand voltage by designing the distance and concentration to the second semiconductor layer 8.

【0032】リセスの作製工程において、サイドエッチ
が入らないため横方向の作製精度は向上し、エッチング
深さ方向に関してもストッパー層で深さは決まるため、
しきい値電圧Vtの制御性,均一性,再現性も向上す
る。プロセスがウェットプロセスのため装置が簡便であ
り、コスト的にも改善される。
In the step of forming the recess, the lateral etching accuracy is improved because side etching is not performed, and the depth is determined by the stopper layer also in the etching depth direction.
Controllability, uniformity, and reproducibility of the threshold voltage Vt are also improved. Since the process is a wet process, the apparatus is simple and the cost is improved.

【0033】本発明の実施形態では、ストッパー層とし
てAlAsを用いたが、GaAsとのエッチング選択比
が得られる範囲の組成のAlGaAsでも構わない。エ
ッチング液の組成に関しても本実施形態では3:1を用
いたが、選択比や異方性が得られる範囲でこの限りでは
なく、バッファー液としてクエン酸アンモニウム等を加
えても構わない。またマスク層としてフォトレジストと
SiO2を用いたが、SiO2とSiONなど選択エッチ
可能なマスク材料を利用しても構わない。材料系につい
ても本実施形態はAlGaAs/InGaAs/GaA
s系を例に取ったが、AlInAs/GaInAs系
や、AlInAs/InGaAs/InGaP系等にも
応用可能である。
In the embodiment of the present invention, AlAs is used as the stopper layer. However, AlGaAs having a composition within a range that can obtain an etching selectivity with GaAs may be used. In this embodiment, the composition of the etchant is also 3: 1. However, the composition is not limited to this as long as the selectivity and the anisotropy can be obtained, and ammonium citrate or the like may be added as a buffer solution. Although the photoresist and SiO 2 are used as the mask layer, a selectively etchable mask material such as SiO 2 and SiON may be used. This embodiment is also applicable to a material system of AlGaAs / InGaAs / GaAs.
Although the s type is taken as an example, the present invention can be applied to an AlInAs / GaInAs type, an AlInAs / InGaAs / InGaP type, and the like.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、横
方向にはマスクで規定される(111)B面で決まり、
サイドエッチのほとんど入らないエッチングを行なうこ
とができ、深さ方向ではストッパー層でエッチング深さ
は決定されるので、エッチング時間にほとんど依存せず
にデバイスを作製できる。このため、しきい値電圧Vt
の制御性,均一性,再現性をも向上するさせることがで
きる。さらにプロセスがウェットプロセスのため、装置
が簡便であり、コスト的にも改善することができる。
As described above, according to the present invention, the lateral direction is determined by the (111) B plane defined by the mask,
Since etching can be performed with almost no side etching, and the etching depth is determined by the stopper layer in the depth direction, a device can be manufactured almost independently of the etching time. Therefore, the threshold voltage Vt
Controllability, uniformity, and reproducibility can also be improved. Further, since the process is a wet process, the apparatus is simple and the cost can be improved.

【0035】デバイス特性としても、半導体装置はゲー
ト電極と低濃度半導体層とを短絡あるいは距離を制御性
良く縮められるため、ゲートラグ等の表面の影響を回避
することができる。
As for device characteristics, in the semiconductor device, the gate electrode and the low-concentration semiconductor layer can be short-circuited or the distance can be reduced with good controllability, so that the influence of the surface such as gate lag can be avoided.

【0036】また、ゲート電極と高濃度の半導体層との
距離は、マスク層の巾と層厚に依存し自己整合的に2段
リセスが容易に制御性良く形成できるため、高いドレイ
ン耐圧を保ちつつソース抵抗を低減することができる。
The distance between the gate electrode and the high-concentration semiconductor layer depends on the width and thickness of the mask layer, and a two-step recess can be easily formed in a self-aligned manner with good controllability. In addition, the source resistance can be reduced.

【0037】さらにゲートを(011)方向にとること
により、容易に短ゲート化を行えるため、デバイス特性
を向上させることができる。
Further, by taking the gate in the (011) direction, the gate can be easily shortened, so that the device characteristics can be improved.

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

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を製造工程順に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図2】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を製造工程順に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図3】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法を製造工程順に示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図4】従来の製造方法を製造工程順に示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional manufacturing method in the order of manufacturing steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 バッファ層 3 チャネル層 4 ヘテロバリア層 5 第1のリセスエッチングストッパー層 6 第1の半導体層 7 第2のリセスエッチングストッパー層 8 第2の半導体層 9 第1のマスク層 10 第2のマスク層 11 ゲート電極 12 オーミック電極 Reference Signs List 1 substrate 2 buffer layer 3 channel layer 4 hetero barrier layer 5 first recess etching stopper layer 6 first semiconductor layer 7 second recess etching stopper layer 8 second semiconductor layer 9 first mask layer 10 second mask Layer 11 Gate electrode 12 Ohmic electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (100)基板上に形成された半導体多
層構造を有する半導体装置であって、半導体多層構造
は、化合物半導体の導電層上に第1のリセスエッチング
ストッパー層を設け、該リセスエッチングストッパー上
に第1の半導体層を設け、該第1の半導体層上に第2の
リセスエッチングストッパー層を設け、該第2のリセス
エッチングストッパー層上に第2の半導体層を設けたも
のであり、当該半導体多層構造は前記第1の半導体層お
よび前記第2の半導体層の(111)B面を側面とする
2段のリセス形状を有し、下段のリセス底において前記
化合物半導体の導電層に接するゲート電極が(011)
方向に沿いかつ前記第2の半導体層とは間隙を持って前
記第1の半導体層上に載置されてなる半導体装置。
1. A semiconductor device having a semiconductor multilayer structure formed on a (100) substrate, wherein the semiconductor multilayer structure includes a first recess etching stopper layer provided on a conductive layer of a compound semiconductor; A first semiconductor layer is provided on the stopper, a second recess etching stopper layer is provided on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer is provided on the second recess etching stopper layer. The semiconductor multi-layer structure has a two-step recess shape with the (111) B plane of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer as side surfaces. The contacting gate electrode is (011)
A semiconductor device which is mounted on the first semiconductor layer along a direction and with a gap from the second semiconductor layer.
【請求項2】 前記第1および第2の半導体層として、
GaAs,InAs,AlxGa1-xAs(0≦x<
1),AlyIn1-yAs(0≦y<1),InP,Ga
P,およびこれらの化合物から構成される化合物半導体
を用いたものであることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the first and second semiconductor layers are:
GaAs, InAs, Al x Ga 1 -x As (0 ≦ x <
1), Al y In 1-y As (0 ≦ y <1), InP, Ga
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein P and a compound semiconductor composed of these compounds are used.
【請求項3】 第1および第2のエッチングストッパー
層として、AlAs、あるいはAlxGa1-xAsの組成
より高いAl組成のAlzGa1-zAs(0<z≦1),
AlyIn1-yAsより高いAl組成のAlwIn1-wAs
(0<w≦1)を用いたものであることを特徴とする請
求項1又は2に記載の半導体装置。
Wherein the first and second etching stopper layer, AlAs or Al x Ga 1-x higher Al composition than the composition of As Al z Ga 1-z As (0 <z ≦ 1),,
Al w In 1-w As having an Al composition higher than A y In 1-y As
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein (0 <w ≦ 1) is used.
【請求項4】 マスク形成工程と、パターニング工程
と、第1の異方性エッチング工程と、第2の異方性エッ
チング工程とを含む、(100)基板上に2段リセス形
状の半導体多層構造を有する半導体装置の製造方法であ
って、半導体多層構造は、化合物半導体の導電層上に設
けた第1のリセスエッチングストッパー層と、前記第1
のリセスエッチングストッパー上に設けた第1の半導体
層と、前記第1の半導体層上に設けた第2のリセスエッ
チングストッパー層と、前記第2のリセスエッチングス
トッパー層上に設けた第2の半導体層を有するものであ
り、マスク形成工程は、半導体多層構造上にエッチング
レートの異なる第1のマスク層と第2のマスク層を設け
る処理であり、パターニング工程は、第2のマスク層を
(011)に平行なゲート形状にパターニングを行い、
これを用いて第1のマスク層のパターニングを行う処理
であり、第1の異方性エッチング工程は、前記第1およ
び第2のマスク層を用いて第2の半導体層を第2のリセ
スエッチングストッパー層まで側面が(111)B面と
なるように異方性エッチングする処理であり、第2の異
方性エッチング工程は、開口部分のリセスエッチングス
トッパー層を除去し、さらに第1のマスク層の開口幅を
サイドエッチングにより選択的に広げた後に、第1およ
び第2のリセスエッチングストッパー層まで第2の半導
体層および第1の半導体層を側面が(111)B面とな
るように異方性エッチングを行う処理であることを特徴
とする半導体装置の製造方法。
4. A semiconductor multilayer structure having a two-stage recess on a (100) substrate, comprising a mask forming step, a patterning step, a first anisotropic etching step, and a second anisotropic etching step. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a first recess etching stopper layer provided on a conductive layer of a compound semiconductor;
A first semiconductor layer provided on the recess etching stopper, a second recess etching stopper layer provided on the first semiconductor layer, and a second semiconductor provided on the second recess etching stopper layer. The mask forming step is a step of providing a first mask layer and a second mask layer having different etching rates on the semiconductor multilayer structure, and the patterning step is to form the second mask layer by (011 Patterning into a gate shape parallel to
This is a process of patterning the first mask layer by using this, and the first anisotropic etching step is to perform the second recess etching of the second semiconductor layer using the first and second mask layers. The second anisotropic etching step removes the recessed etching stopper layer at the opening, and further removes the first mask layer. Is selectively widened by side etching, and then the second semiconductor layer and the first semiconductor layer are anisotropically shaped so that the side surfaces are (111) B planes up to the first and second recess etching stopper layers. A method for performing semiconductor etching.
【請求項5】 前記第2の異方性エッチング工程に引き
続き、前記第1および第2のエッチングストッパー層の
表面露出部分を除去し、前記第2のマスク層を用いて自
己整合的に前記化合物半導体の導電層に接続しかつ前記
第2の半導体層とは間隙を持つゲート電極を形成する工
程をさらに有する請求項4記載の半導体装置の製造方
法。
5. Following the second anisotropic etching step, the exposed portions of the surfaces of the first and second etching stopper layers are removed, and the compound is self-aligned using the second mask layer. 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of forming a gate electrode connected to a semiconductor conductive layer and having a gap with said second semiconductor layer.
【請求項6】第1または第2の半導体層を異方性エッチ
ングする工程において、エッチング液としてクエン酸水
溶液と過酸化水素水の混合液からなるエッチング液を用
い、前記第1または第2のストッパー層に対して前記第
1または第2の半導体層が選択的にエッチング可能であ
り、かつ(111)B面のエッチング速度が小さくなる
条件でエッチングを行うことを特徴とする請求項4又は
5に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein in the step of anisotropically etching the first or second semiconductor layer, an etching solution comprising a mixture of a citric acid aqueous solution and a hydrogen peroxide solution is used as an etching solution. 6. The etching according to claim 4, wherein the first or second semiconductor layer can be selectively etched with respect to the stopper layer, and the etching is performed under such a condition that the etching rate of the (111) B plane is reduced. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 5.
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JP2007194326A (en) * 2006-01-18 2007-08-02 Toshiba Corp Etchant, and manufacturing method for semiconductor device

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