JPS59101876A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPS59101876A
JPS59101876A JP21173582A JP21173582A JPS59101876A JP S59101876 A JPS59101876 A JP S59101876A JP 21173582 A JP21173582 A JP 21173582A JP 21173582 A JP21173582 A JP 21173582A JP S59101876 A JPS59101876 A JP S59101876A
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JP
Japan
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layer
groove
etched
gate electrode
cvd
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JP21173582A
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English (en)
Inventor
Katsumi Suzuki
克己 鈴木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Nippon Electric Co Ltd filed Critical NEC Corp
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Publication of JPS59101876A publication Critical patent/JPS59101876A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
    • H01L29/8128Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate with recessed gate

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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメタル・セミコンダクタ奈電界効果トランジス
タ(MES−PETと言う)に関し、くわしくは、ゲー
ト電極に対し、ソース側の電気抵抗をドレイン側に比較
し低減し、ゲート電極の実効的な長さを小さくL、MB
S−FET  の動作特性を向上させたMBS−PET
およびその製造方法に関するものである。
近年、シリコン(8iと略す)の電気移動度の3〜5倍
の値をもつ砒化カリウム(GaAsと略す)を用いて高
周波MES−F’ETの開発が進められている0 この高周波ME8 @FITの特性をより向上させるた
めには、ソース抵抗をより低減し、ゲート・ドレイン容
量を低減し、ゲート電極長をより短くすることが望まし
い。本発明はこれらを実現するMBS・FETの構造と
その製造方法を提供するものであるO 以下に本発明の実施例を述べるにあたり、説明を簡単化
するために、電極をアルミニウム(AJ )。
導電型の半導体をnタイプのG a A sとして説明
するが本発明を限定するものではない。
第1図は従来から用いられているリセス構造ME8・F
ETを説明するための模式図である。
同図Iこおいて半絶縁性GaAs(バッファ層)1の上
に設けられたn−タイプの低抵抗0aAs層2を一部エ
ッチング斜した溝(リセス)構造をしており、その溝の
ほぼ中央部にAllダート電極3が形成されている。
低抵抗G a A s層の表面に通常A u −G e
 −N iからなるオーミックコンlタクト電極が形成
され一方をソース電極4とし、他方をドレイン電極とし
ている。ゲート電極が溝の中央部に形成される理由は、
従来のその形成方法に起因する。
第2図(a)〜(d)を用いて従来の製造方法を説明す
る。
半絶縁性GaAs部1の上に設けられたn−タイプの低
抵抗G a A s層2の上にCVD−8iO一層6と
レジスト層7を準備材として設ける(第2図(a) )
 。
レジスト層7をまずパターニングし、それをマスクに5
ins層6をエツチングし、8102層6をマスクに低
抵抗G a A s層2をエツチングしリセス構造を作
る(第2図(b))。次薯こAl3を蒸着して、レジス
ト層7のパターンと反転したAlパターンを低抵抗G 
a A s層2の溝の中に設ける(第2図(c) )。
次にレジスト層7を除去することにより、溝の中のAJ
パターンのみを残し、それをゲート配線とする(第2図
(d) ) 。
このような従来のリセス構造GaAs −MES ”F
BT製造方法によると、溝を形成するためのレジストパ
ターンをゲート形成にそのまま利用している。
そのため、ゲート電極3(第2図(d))は必然的ζこ
溝の中央部になる0 このような方法が取られた理由として tzaターン重
ね合わせ精度が従来1μm程度であったためである。通
常溝の深さは0.4μm以下であり、その割り合いから
いうと、ゲート電極の位置が1μmの幅で定まらないと
、FITの特性が1才らつきすぎてしまい、溝とゲート
をセルフアライメント的に形成する必要があった0この
よう!2従来のリセス構造GaAs*ME8−FET製
造方法を利用し、ソース抵抗を減少させる方法がある。
それは第2図(C)のプロセスに於いて、Adを科目に
蒸着する方法である0 この場合は、若干AJゲートが溝の中央部力)らすらず
ことを再現性よくできるOしかし科目蒸着法も、ソース
・ドレインが交互に繰り返す櫛形構造のパワーGaAs
−MBS・FITには使用することが難しい。
近年電子ビーム描画法など、サブミクロン7寸ターン形
成を可能にするばかりでなく、/イターン間重ね合わせ
精度が0.1μm〜0.2μm以下という方法が開発さ
れ、第2図に示したようなゲート・溝間のセルフアライ
メント方法を取らずにゲート電極を溝の中に形成するこ
とが可能になった。本発明は、そのようなサブミクロン
パターン形成と0.1μm程度のパターン重ね合わせを
可能にする技術を利用することにより初めて実現できた
ものであるO 第3図に本発明の典型的な一実施例であるGaAs・M
BS−PET構造を示す0第1図に示す従来構造と異な
るところは、n−タイプの低抵抗GaAs層2の表面に
形成された溝の一方の側面にゲート電極3の1部が接し
ていることであ、るOゲート電極3が接している溝の側
面側のオーミックコンタクト電極をソース電極4とし、
他方をドレイン電極54Cする。n−タイプの低抵抗G
 a A s層2を掘り込んだ結果、ソースとドレイン
電極間の抵抗は溝の部分で著しく高くなっており、主な
ソースとドレイン電極間抵抗は溝の部分で支配されてい
る0第3図のようにゲート電極3が清の一方lこ偏在さ
せるとゲートとソース゛准極間の抵抗はゲートとドレイ
ン電極間の抵抗と比較し極めて小さくすることが可能に
なる。本発明の特徴は、上述のようにゲートとソース電
極間の抵抗を低減できるばかりでなく、ゲー1− ’Q
電極長実効的な長さを低減することができる。
第4図は従来のリセス構造の場合(第4図(a))と本
発明のリセス構造の場合(第4区(b))の場合のドレ
イン電極5からソース電極4へ電流が流れている動作状
態を比較のために示した概念図であるOn−タイプ低抵
抗GaAs層2のキャリヤに対するソースとドレイン電
極間の電気抵抗はゲート電極3の下にできるテイプリー
シ璽ン領域8によってコントロールすることができる。
ソース電極電位に対しドレイン電極電位の方を高くした
場合、ゲート電極下のディグリーシaン領域の拡がりの
形状は、ドレイン側の方が大きくなる0 デイブリーシ璽ン領域8の大きさは、n−タイプG a
 A s層2のキャリヤ濃度と厚さに依存する0ゲート
電極3にかかる電圧により、デイプリーシ璽ン領域8の
範囲を制御することができ、ソースとドレイン電極間を
流れる電流を制御することができる。よく知られている
ように、ゲート電圧量 (ソース電極電に対するゲート電極電圧)の変化分に対
するドレイン電流(ソースとドレイン間に流れる電流)
の変化分の割合いの大きさは、相互コンダクタンスfm
と云われ、その値が大きいほどよいMES−FBTにな
る。n−タイプ低抵抗層2の溝部の厚さは通常ゲート電
極3の幅よりも十分に小さい。ゲート電極3の下のデイ
プリーシ冒ン領域8の大きさの変化分は、ゲート電圧に
依存しその変化分のゲート電極長に対する割り合いは当
然、ゲート電極長が短いほど大きい。これはfmはゲー
ト電極長が小さいほど大きいことζこ対応している。
このような観点で本発明の構造の実施例である第4図(
b)の特徴を述べるOゲート電極3の下のディプリーシ
rン領域8の形状に於いて、n−タイプ低抵抗層2を遮
る実効的なゲート電極は、溝の側面にかかる部分かある
第4図(b)の場合、短い長さになる。ゲート電極3の
界面からn−タイプ低抵抗層2へ伸ひる距離は、第4図
(a)と第4図(b)とで近似的に同じであるため、牛
犯縁性Ga人8部1の界面とディプリーン5ン頚城8と
が近簑する領域の長さは、第4図(b)の方が短くなる
からである。
すなわち、第4図(a))と第4図(b)で、ゲート電
極3の位置のみが異なるにもかかわらす、本発明の第4
図(b)の方が1□を大きくすることができる0才だ、
ゲート・ドレイン容量を第4図(a)と第4図(b)と
で比較した場合には、ゲート電極3とドレイン電極5の
距離の長い第4図(b)の本発明の方がより小さいこと
は明らかであ−る。
次に本発明の製造方法について第5図(a1〜(h)を
用いて説明する。第5図(a)は、牛絶縁性GaAs(
バッファ層)1の上にn−タイプ低抵抗G a A s
層2を設け、その上にCVD S i O宜層lOとレ
ジスト層11を設けた準備材を示しである。次にレジス
ト層11をパタでン形成し、それをマスクにCVD5 
i Q を層10と 低抵抗層2を順次エツチングする
(第5図(b))。次に低抵抗層2に設けた溝の深さよ
りも薄< CVD SiO雪層12を設ける(第5図(
c) )。
次に溝を平坦化する目的で厚い樹脂(例えばシグレー社
製ホトレジストAz−1350J)13を塗布し次に薄
いCVD5iO意層(例えば1000A&1j)を設は
次にレジスト層15を設ける(第5図(d))。
厚い樹脂層を含め、その上の構造は、いわゆる3層レジ
スト構造になっている。次にG a A sの溝の側面
部分にかかり、レジスト層15をパターニングし、その
レジストパターンをマスクに例えばCF aガスを含ん
だ反応性スパッタエツチングでCVD・8 i 0 箕
f!li5をエツチングし、次いでO寛を主成分ガスと
するプラズマで厚い樹脂層13をエツチングする。この
時(] a A s表面はCVD S i Os M 
12で覆われているので、0寓プラズマによってG a
 A s表面がダメイジを受けることはない0厚い樹脂
層13はオーバアエッチし、CVD S i Ox層1
4の開口部よりも大きめにエツチングする(第5図(e
))。
次にCVD5iO皇層12をウーットエッチングし、n
−タイプ低抵抗G a A s部2の表面を露出させる
0この時も、CvD−8io!層12は、  厚い樹脂
層肋の開口部の大きさと同じか若干大きめにする(第5
因(f))。
次にAJを抵抗加熱蒸鳥により、上部から方向性蒸着し
、n”t−タイプ低抵抗GaAsの溝部表面にAj16
をパターン形成する(第5図(メ)。次に厚い樹脂層I
3を剥離し、その樹脂層を含んだ上部層を除去する(第
5図(h))。第5図(h)は本発明の特許請求の範囲
第1項の構造を満足するものである。
本発明の詳細な説明中で特定の物質、例えばCVD−8
in、やA1等を用いてきたが、これは説明の便宜のた
めであり、例えばCVD−8i、N4 やT i −A
 1等でもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来構造を説明するための模式図、第2図(a
’)〜(d)は従来の製造方法を説明するための図、第
3図は本発明の一実施例を示す構造断面図、第4図(a
) 、 (b)は従来構造と本発明構造の特徴の相違を
説明するための図、第5図(a)〜01)は本発明の製
造方法ト説明するための図である。 図において、 1・・−・・・・・・半絶縁性GaAs(バッファ層)
、2・・・−・−・−”n−タイプ低抵抗Ga人3層、
3・・・・・・・・・htゲート電極、4・・・・・・
・・・ソース電極、 5・−・・・・・−・ドレインを極、 6tlO*12e14  ””・−CVD’SiO露、
7.11.15 ・・・・−・・−・レジスト層、8−
・・・・・・−・ディプリーシーン領域、13・・・・
・・・・・厚い樹脂層。 第1図 第Z回 第3厨          (α) とb) 第4図 第!; 図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 基板上の導電型の半導体からなる能動層を表面から
    掘り込み、その溝の中にゲート電極を形成するリセス構
    造MBSFET(メタルセミコンダクタ電界効果トラン
    ジスタ)に於いて、該能動層表面を掘り込んだ該溝の側
    面にあたる、該表面に対し勾配をもった部分の片方に該
    ダート電極の一部分又は全部が接する構造であることを
    特徴とする半導体装置。 λ 基板上の導電型の半導体からなる能動層を表面から
    掘り込ろ、その溝の中の任意の位置にゲート電極を形成
    するにあたり、該溝の表面に溝の深さよりも薄い第1層
    月の5ins+5iaNa又はそれら元素を含む電気絶
    縁層を設け、次いで溝の深さよりも厚い樹脂層を設けて
    表面を平坦化し、次いで第2層目のS ion r S
    i s Naスはそれら元素を含む電気絶縁層を設け、
    次いで該第2層目の電気絶縁層の上に感光性又は感荷電
    粒子線性レジストをパターン形成し、そのレジストパタ
    ーンをマスクにし、該第2層目の電気絶縁層、該厚い樹
    脂層及び該第2層目の電気絶縁層を順次エツチング除去
    し、該能動層表面に設けられた溝の底部又は側面部又は
    その両方を露出させ、該レジ、′ストパターンと反転し
    たゲート電極パターンをリフト・オフ法で形成すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
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