JPS6258154B2 - - Google Patents

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JPS6258154B2
JPS6258154B2 JP10529983A JP10529983A JPS6258154B2 JP S6258154 B2 JPS6258154 B2 JP S6258154B2 JP 10529983 A JP10529983 A JP 10529983A JP 10529983 A JP10529983 A JP 10529983A JP S6258154 B2 JPS6258154 B2 JP S6258154B2
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JP
Japan
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film
insulating film
gate electrode
etching
mask
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Application number
JP10529983A
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Japanese (ja)
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JPS59229875A (en
Inventor
Toshuki Terada
Nobuyuki Toyoda
Akimichi Hojo
Kyoo Kamei
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はGaAs等の化合物半導体を用いたシヨ
ツトキーゲート型電界効果トランジスタ(以下
MESFETと称す)の製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a Schottky gate field effect transistor (hereinafter referred to as "field effect transistor") using a compound semiconductor such as GaAs.
(referred to as MESFET).

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

GaAsMESFETは高周波増幅器や発振器などを
構成する個別半導体素子として広く使われてい
る。また、最近ではGaAsICの基本素子としても
重要な役割を果しつつある。このいずれの応用で
もGaAsFETの性能を十分引き出すことが要求さ
れる。GaAsFETの高周波性能指数は良く知られ
ているようにCgsgnで記述される。ここでCgs
はゲート・ソース間容量であり、gnはFETの相
互コンダクタンスである。Cgsを減らし、gn
大きくしてやることにより高周波性能指数は改善
される。gnに着目すると、FETの実質的なgn
は gn=gnp/1+gnp となることが知られている。gnpはFETのチヤ
ンネル部の特性から決まる真性相互コンダクンス
である。これが引き出しうる最大のgnであるが
現実にはソース・ゲート間の直列抵抗Rsがあ
り、上式のように実質的なgnはgnpより小さな
ものとなつてしまう。従つて、このRsをいかに
して小さくするかが大きい相互コンダククタンス
を得てFETの高周波特性を改善するための1つ
の鍵である。
GaAs MESFETs are widely used as individual semiconductor elements that constitute high-frequency amplifiers and oscillators. Recently, it is also playing an important role as a basic element of GaAsIC. In both of these applications, it is necessary to fully exploit the performance of GaAsFETs. As is well known, the high frequency figure of merit of GaAsFET is described by C gsgn . Here C gs
is the gate-source capacitance, and g n is the mutual conductance of the FET. The high frequency figure of merit is improved by reducing C gs and increasing g n . Focusing on g n , the actual g n of the FET
It is known that g n =g np /1+g np R s . g np is the intrinsic transconductance determined by the characteristics of the channel section of the FET. This is the maximum g n that can be extracted, but in reality there is a series resistance R s between the source and the gate, and as shown in the above equation, the actual g n becomes smaller than g np . Therefore, how to reduce this R s is one of the keys to obtaining a large mutual conductance and improving the high frequency characteristics of the FET.

もう1つはgnp自体を大きくすることである。
npをCgsを増大させることなく大きくする有効
な手段はゲート長(Lg)を短くすることであ
る。何故ならCgs∝Lg,gnp1/Lgなる関係が
あるからである。
The other is to increase g np itself.
An effective means of increasing g np without increasing C gs is to shorten the gate length (L g ). This is because there is a relationship C gs ∝L g , g np1 /L g .

以上のようにGaAsMESFETの高周波性能を改
善するための技術として、(1)寄生抵抗の低減化技
術、(2)ゲート長短縮化技術、の開発が望まれてい
る。
As described above, as technologies for improving the high frequency performance of GaAs MESFETs, it is desired to develop (1) technology for reducing parasitic resistance and (2) technology for shortening gate length.

MESFETの直列抵抗Rsの低減化をはかる方法
としてセルフアライン(自自己整合)法が知られ
ている。これにはいくつかの方法があるが、代表
的なのは第1図に示すようにゲート電極13をマ
スクとして高濃度イオン注入をし、電子濃度が
1018cm-3以上のソース・ドレイン領域14,15
をゲート電極13に近接させて形成する方法であ
る。11は半絶縁性GaAs結晶、12は活性層、
16,17はそれぞれソース・ドレイン電極であ
る。この方法で最も難しい技術は耐熱性ゲート電
極金属の選択である。ゲート電極をマスクとして
高濃度イオン注入したソース・ドレイン部を高電
子濃度層とするにはアニーリング工程が必要であ
るが、通常GaAsへのドナーイオン注入層のアニ
ール温度は約800℃にもなる。こうした高温アニ
ール工程を経たあともマスクとして使つたゲート
電極とGaAsとが良好なシヨツトキー障壁を有し
ていることが必要である。こうした厳しい条件下
でGaAsと良好なシヨツトキー障壁を形成しうる
金属は数少い。主にW,Mo,Ta,Tiなどの耐熱
性金属その他のTi/Wなどの耐熱性金属合金が
その可能性を有している。実際にTi/Wゲート
のセルフアラインGaAsMESFETの実験例が報告
されている(例えば、N.YOKOYAMA
etal.1981ISSCC)。しかし、こうした耐熱性金属
は一般にGaAsとの機械的密着性が悪く、再現性
よく良好な接合を得ることは難しい。
A self-alignment method is known as a method for reducing the series resistance R s of MESFET. There are several methods for this, but a typical one is to implant high-concentration ions using the gate electrode 13 as a mask, as shown in Figure 1, to increase the electron concentration.
Source/drain regions 14, 15 of 10 18 cm -3 or more
In this method, the gate electrode 13 is formed close to the gate electrode 13. 11 is a semi-insulating GaAs crystal, 12 is an active layer,
16 and 17 are source and drain electrodes, respectively. The most difficult technique in this method is the selection of a heat-resistant gate electrode metal. An annealing process is required to transform the source/drain regions into high electron concentration layers into which high concentration ions are implanted using the gate electrode as a mask, and the annealing temperature for the donor ion implanted layer into GaAs is usually about 800°C. Even after such a high-temperature annealing process, it is necessary that the gate electrode used as a mask and the GaAs have a good Schottky barrier. There are only a few metals that can form a good Schottky barrier with GaAs under these harsh conditions. Heat-resistant metals such as W, Mo, Ta, and Ti, and heat-resistant metal alloys such as Ti/W mainly have this potential. In fact, experimental examples of self-aligned GaAs MESFETs with Ti/W gates have been reported (for example, N. YOKOYAMA
etal.1981ISSCC). However, these heat-resistant metals generally have poor mechanical adhesion to GaAs, making it difficult to obtain good bonding with good reproducibility.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上記の如き問題を解決した高性能の
セルフアライン型MESFETを製造する方法を提
供することを目的としている。
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-performance self-aligned MESFET that solves the above-mentioned problems.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の方法は、まず化合物半導体基板上に比
較的厚い第1の絶縁膜を堆積し、これを異方性エ
ツチング法により選択エツチングして、ソース・
ドレイン形成領域の基板表面を露出させ、イオン
注入を行つてソース・ドレイン領域を形成する。
この後、第1の絶縁膜のエツチングに利用した第
1のマスクをそのまま残した状態で等方性エツチ
ング法によつて第1の絶縁膜の側面を一部エツチ
ングする。この後、第1のマスクを除去して、全
面にステツプカバレージのよい第2の絶縁膜を堆
積し、これを異方性エツチング法により全面エツ
チングすることで第1の絶縁膜の側壁にのみ残置
させる。そして有機膜を塗布して表面平坦化を行
い、その上にゲート電極領域より少し大きい開口
をもつ第2のマスクを形成して前記有機膜を選択
エツチングすることによりゲート電極形成領域の
第1の絶縁膜表面を露出させ、これにより露出し
た第1の絶縁膜をエツチング除去してゲート電極
形成領域の基板表面を露出させる。次に第1の金
属膜を被着し、これを前記有機膜を除去すること
によりリフトオフ加工してゲート電極を形成す
る。次いで、第2の金属膜を被着して、ゲート電
極およびソース・ドレイン領域上に、ゲート電極
周囲に凸形に残つている第2の絶縁膜により自動
的に分離されたオーミツク電極を形成する。
In the method of the present invention, a relatively thick first insulating film is first deposited on a compound semiconductor substrate, and this is selectively etched using an anisotropic etching method to etch a source layer.
The substrate surface of the drain formation region is exposed and ion implantation is performed to form source/drain regions.
Thereafter, the side surface of the first insulating film is partially etched by an isotropic etching method while leaving the first mask used for etching the first insulating film intact. After that, the first mask is removed, a second insulating film with good step coverage is deposited on the entire surface, and this is etched on the entire surface using an anisotropic etching method, leaving only the sidewalls of the first insulating film. let Then, an organic film is applied to planarize the surface, a second mask having an opening slightly larger than the gate electrode region is formed thereon, and the organic film is selectively etched to form the first mask in the gate electrode formation region. The surface of the insulating film is exposed, and the exposed first insulating film is removed by etching to expose the surface of the substrate in the gate electrode formation region. Next, a first metal film is deposited, and this is subjected to a lift-off process by removing the organic film to form a gate electrode. Next, a second metal film is deposited to form an ohmic electrode on the gate electrode and the source/drain region, which is automatically separated by the second insulating film remaining in a convex shape around the gate electrode. .

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、異方性エツチング法によりパ
ターニングした第1の絶縁膜をマスクとしてイオ
ン注入を行つてソース・ドレイン領域を形成した
後、その第1の絶縁膜をサイドエツチングするこ
とにより、ゲート長を制御性よく短縮し、またゲ
ート電極とソース・ドレイン領域の間を制御性よ
く微小間隔だけ離すことができる。また、イオン
注入のマスクとして用いた第1の絶縁膜による凹
凸面に第2の絶縁膜を堆積するため、この状態で
イオン注入不純物の活性化のためのアニール工程
を入れれば薄い活性層の表面が保護される。さら
にこの第2の絶縁膜を第1の絶縁膜の側壁に残置
させた状態で、第1の金属膜を被着し、これをリ
フトオフ加工してゲート電極を形成し、次いで第
2の金属膜を被着することにより、ソース・ドレ
イン電極は第2の絶縁膜の幅だけ離れてゲート電
極に自己整合的に形成される。
According to the present invention, after ion implantation is performed using the first insulating film patterned by an anisotropic etching method as a mask to form source/drain regions, the first insulating film is side-etched to form a gate. The length can be shortened with good controllability, and the gate electrode and the source/drain regions can be separated by a minute distance with good controllability. In addition, since the second insulating film is deposited on the uneven surface of the first insulating film used as an ion implantation mask, if an annealing process is performed to activate the ion-implanted impurities in this state, the surface of the thin active layer will be is protected. Furthermore, with this second insulating film remaining on the sidewall of the first insulating film, a first metal film is deposited, and this is subjected to a lift-off process to form a gate electrode, and then a second metal film is deposited. By depositing the source and drain electrodes, the source and drain electrodes are formed in self-alignment with the gate electrode, separated by the width of the second insulating film.

以上のようなことから、ソース抵抗が充分に低
く、またゲート容量が小さく、高速動作が可能
で、かつドレイン耐圧の高いセルフアライン構造
のMESFETが得られる。
From the above, it is possible to obtain a self-aligned MESFET with sufficiently low source resistance, small gate capacitance, high-speed operation, and high drain breakdown voltage.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に本発明の実施例を第2図a〜iを用いて
詳細に説明する。半絶縁性GaAs基板21に、Si+
イオンを加速エネルギ60keV、ドーズ量1.1×1012
cm-2で選択イオン注入し、アルシン雰囲気中で
850℃、15分間のアニールを行つてn型活性層2
2を形成した後、第1の絶縁膜としてCVD法に
よるSiO2膜23を1μmの厚さに堆積するa。
次に、ソース・ドレイン形成領域に開口を有する
第1のマスクとしてレジストパターン24を形成
し、反応性イオンエツチング(RIE)法により
SiO2膜23をエツチングして基板表面を露出さ
せ、Si+イオンを200keV、3.0〜1013cm2で注入して
n+層25,25を形成するb。この際RIE
の、SiO2対フオトレジストの選択比が5:1以
上と大きくとれるため、SiO2膜23の側面はほ
ぼ90゜に切り立つたものになる。さらに、SiO2
対GaAsの選択比も10:1以上であるからSiO2
23のエツチングをGaAs表面上で終了させるこ
とは容易である。
Embodiments of the present invention will be described in detail below using FIGS. 2 a to i. Si +
Ion acceleration energy: 60keV, dose: 1.1×10 12
Selective ion implantation at cm -2 in arsine atmosphere
Annealed at 850°C for 15 minutes to form n-type active layer 2.
2, a SiO 2 film 23 with a thickness of 1 μm is deposited as a first insulating film by CVD.
Next, a resist pattern 24 is formed as a first mask having openings in the source/drain formation regions, and is etched by reactive ion etching (RIE).
The SiO 2 film 23 is etched to expose the substrate surface, and Si + ions are implanted at 200 keV and 3.0 to 10 13 cm 2.
forming n + layers 25 1 and 25 2 b. At this time RIE
Since the selectivity ratio of SiO 2 to photoresist can be as large as 5:1 or more, the sides of the SiO 2 film 23 are steep at approximately 90°. Additionally, SiO2
Since the selectivity to GaAs is also 10:1 or more, it is easy to finish the etching of the SiO 2 film 23 on the GaAs surface.

次に、レジストパターン24を残したまま、通
常の円筒型プラズマエツチング装置にてSiO2
23をエツチングする。エツチングガスとしては
CF4とO2の混合ガスを用い、流量はそれぞれ15
c.c./min、5c.c./min、エツチングガス圧は
0.1Torrで、高周波電力は100Wである。この条件
の円筒型プラズマエツチング装置では、SiO2
は等方的にエツチングされ、エツチング速度は
100Å/minである。
Next, the SiO 2 film 23 is etched using a normal cylindrical plasma etching apparatus while leaving the resist pattern 24. As an etching gas
Using a mixture of CF4 and O2 , the flow rate was 15% each.
cc/min, 5c.c./min, etching gas pressure
At 0.1Torr, the high frequency power is 100W. In the cylindrical plasma etching apparatus under these conditions, the SiO 2 film is etched isotropically, and the etching rate is
It is 100 Å/min.

この条件下で20分間エツチングすると、レジス
トパターン24とGaAs基板はエツチングされな
いため、SiO2膜23の側面が0.2μm後退する
c。
If etching is performed for 20 minutes under these conditions, the resist pattern 24 and the GaAs substrate are not etched, so the side surface of the SiO 2 film 23 recedes by 0.2 μmc.

このように、まず異方性ドライエツチングであ
るRIEでSiO2の膜23側壁を垂直に加工した後、
等方性ドライエツチングであるプラズマエツチン
グでサイドエツチングをかける方法をとつている
ため、サイドエツチ量の制御が非常に精密にでき
る。また、すべてドライエツチングであるため、
ウエハ面内及びウエハ間の均一性も非常によい。
In this way, first, after processing the side wall of the SiO 2 film 23 vertically using RIE, which is anisotropic dry etching,
Since side etching is performed using plasma etching, which is isotropic dry etching, the amount of side etching can be controlled very precisely. In addition, since it is all dry etched,
Uniformity within the wafer and between wafers is also very good.

また、一般にイオン注入においては、面チヤン
ネリングの影響を避けるために基板を5〜10゜程
度傾けるので、SiO2膜23のエツチングを等方
性エツチングのみで行つた場合ではソース・ドレ
イン領域のどちらか一方が必要以上にゲート領域
に近接してしますおそれがある。しかし、本実施
例においてはイオン注入をした後サイドエツチン
グをかける方法をとつているため、n+層25
,25とSiO2膜23の間隔ΔLを精密に制
御できる。
Furthermore, in general, during ion implantation, the substrate is tilted at an angle of about 5 to 10 degrees to avoid the influence of planar channeling, so if the SiO 2 film 23 is etched only by isotropic etching, either the source or drain region will be etched. There is a risk that one side may be placed closer to the gate area than necessary. However, in this example, since side etching is performed after ion implantation, the n + layer 25
1 , 25 2 and the SiO 2 film 23 can be precisely controlled.

上記のようにゲート電極形成領域上のSiO2
23を細くした後、レジストパターン24を除去
し、第2の絶縁膜としてプラズマCVD法により
Si3N4膜26を1μm堆積するd。この方法はス
テツプカバレージが非常に良いため、基板上の凸
凹を完全にカバーできる。
After thinning the SiO 2 film 23 on the gate electrode formation region as described above, the resist pattern 24 is removed and a second insulating film is formed by plasma CVD.
Depositing a Si 3 N 4 film 26 of 1 μm d. This method has very good step coverage and can completely cover irregularities on the substrate.

この状態で、800℃、10分間のアニールを行な
いn+層25,25を電気的に活性化せしめ
る。この際GaAs表面はすべてSiO2膜23もしく
はSi3N4膜26でおおわれており、これらの膜が
アニールの際の保護膜として働くため、通常の
N2,H2,Arなどの雰囲気中でアニールすること
が可能である。
In this state, annealing is performed at 800° C. for 10 minutes to electrically activate the n + layers 25 1 and 25 2 . At this time, the entire GaAs surface is covered with a SiO 2 film 23 or a Si 3 N 4 film 26, and these films act as a protective film during annealing, so the normal
Annealing can be performed in an atmosphere of N 2 , H 2 , Ar, or the like.

この後、全面にCF4ガスによるRIEを行ない…
Si3N4膜26をその膜厚相当分だけエツチングす
る。この結果、RIEの異方性のために、実効的に
膜厚が厚くなつていた部分、すなわちSiO2膜2
3の側壁にのみSi3N4膜26が残るe。
After this, perform RIE with CF 4 gas on the entire surface...
The Si 3 N 4 film 26 is etched by an amount corresponding to its thickness. As a result, due to the anisotropy of RIE, the part where the film thickness was effectively thickened, that is, the SiO 2 film 2
The Si 3 N 4 film 26 remains only on the side walls of 3 e.

次に、表面平坦化のためにレジスト膜27を塗
布する。この際、粘度20cpのポジ型レジストを
6000回転で30秒間スピンコートすると、ウエハ上
の凹凸部の側壁がなだらかになつており、かつ凹
部の面積が凸部に比べて小さいため、レジストの
表面は平坦になる。また、その膜厚は、凸部すな
わちSiO2膜23上で通常の膜厚1μm程度であ
り、凹部ではその粘性のために約2μmになる。
このレジスト膜27の塗布に引き続き、第2のマ
スクとなるMo膜28を1000Åの厚さに堆積した
後、ゲート部よりひとまわり大きい開口を有する
レジストパターン29を形成するf。この際レジ
ストパターン29は、ゲート部に対し1μm程度
のマージンをとることができ、通常の目合わせに
よりパターニングを行なうことができる。
Next, a resist film 27 is applied to flatten the surface. At this time, use a positive resist with a viscosity of 20 cp.
When spin coating is performed at 6,000 rpm for 30 seconds, the surface of the resist becomes flat because the side walls of the concave and convex portions on the wafer are gentle and the area of the concave portions is smaller than that of the convex portions. Further, the film thickness is normally about 1 μm on the convex portions, that is, the SiO 2 film 23, and about 2 μm on the concave portions due to its viscosity.
Following the application of this resist film 27, a Mo film 28 serving as a second mask is deposited to a thickness of 1000 Å, and then a resist pattern 29 having an opening slightly larger than the gate portion is formed f. At this time, the resist pattern 29 can have a margin of about 1 μm with respect to the gate portion, and patterning can be performed by normal alignment.

そしてMo膜28をCF4とO2の混合ガスによる
RIEによりエツチングした後、これをマスクとし
てレジスト膜27をO2ガスによるRIEでエツチン
グしてSiO2膜23の表面を露出させるg。RIEの
条件としてO2ガスの流量を10c.c./min、ガス圧を
0.05Torr、高周波電力を100Wに選ぶとレジスト
膜27は800Å/minの速度でエツチングされ
る。この条件下で15分間エツチングを行なうと図
に示すごとくSiO2膜23及びその側壁のSiN膜2
6の頭部が露出し、その他の部分はレジスト膜2
7が残つている状態となる。この際、RIEはレジ
スト膜27に対する加工性において、その制御
性、均一性に優れており、またレジスト膜27の
厚さが薄い部分すなわちSiO2膜23の上部で1
μm、厚い部分すなわちGaAs基板上で2μmと
その余裕が1μmあるので、SiO2膜23の頭部
が露出し、かつパターン内の他の部分にレジスト
膜27を残すようにRIEを終了させることは非常
に容易である。
Then, the Mo film 28 is coated with a mixed gas of CF 4 and O 2.
After etching by RIE, using this as a mask, the resist film 27 is etched by RIE using O 2 gas to expose the surface of the SiO 2 film 23g. The RIE conditions are an O 2 gas flow rate of 10 c.c./min and a gas pressure of 10 c.c./min.
When 0.05 Torr and high frequency power are selected as 100 W, the resist film 27 is etched at a rate of 800 Å/min. When etching is performed for 15 minutes under these conditions, the SiO 2 film 23 and the SiN film 2 on its sidewall are removed as shown in the figure.
The head of 6 is exposed, and the other parts are covered with resist film 2.
7 remains. At this time, RIE has excellent controllability and uniformity in the processability of the resist film 27, and also has a thinner part of the resist film 27, that is, the upper part of the SiO 2 film 23.
μm, the thick part is 2 μm on the GaAs substrate, and there is a margin of 1 μm, so it is impossible to finish RIE so that the top of the SiO 2 film 23 is exposed and the resist film 27 is left in other parts of the pattern. It's very easy.

この後、頭部が露出したSiO2膜23を選択的
に除去する。フツ化アンモニウムとフツ酸の混合
水溶液等を用いると、Si3N4膜26をエツチング
せずにSiO2膜23のみをエツチングすることが
できる。こうしてSiO2膜23を除去した後、全
面にゲート電極となる第1の金属膜としてTi/
Pt/Auをそれぞれ500Å,500Å,1500Åの厚さ
に連続的に蒸着した積層膜を形成し、レジスト膜
27上の不要の金属をレジスト膜27とともに除
去するリフトオフ加工によつてもとにSiO2膜2
3があつた部分のみにゲート電極30を形成する
h。この時、Si3N4膜26の露出していた部分に
も金属がつくが、Si3N4膜26の側壁はSiO2膜2
3の形状を反映して垂直に切りたつたものになつ
ており、ゲート内部とSi3N4膜26上部の金属は
図示のように分離される。
After this, the SiO 2 film 23 whose head is exposed is selectively removed. If an aqueous mixed solution of ammonium fluoride and hydrofluoric acid is used, only the SiO 2 film 23 can be etched without etching the Si 3 N 4 film 26. After removing the SiO 2 film 23 in this way, Ti/Ti/
A laminated film is formed by continuously depositing Pt/Au to a thickness of 500 Å, 500 Å, and 1500 Å, respectively, and a lift-off process is performed to remove unnecessary metal on the resist film 27 together with SiO 2 membrane 2
Gate electrode 30 is formed only in the area marked 3h. At this time, metal is also attached to the exposed portion of the Si 3 N 4 film 26, but the side walls of the Si 3 N 4 film 26 are covered with the SiO 2 film 2.
It is vertically cut reflecting the shape of 3, and the metal inside the gate and the metal on the top of the Si 3 N 4 film 26 are separated as shown in the figure.

次に、活性層と同じか、あるいはパターンニン
グの際のマージンだけ広くとつたレジストパター
ンを形成し、第2の金属膜としてAu―Ge膜を被
着してこれをリフトオフ加工する。この際、前述
したと同じ理由でゲート内部とソース・ドレイン
部には自動的に分離されたオーミツク電極31
〜31が形成される。しかも、ゲート電極とソ
ース・ドレイン電極の間隔は、Si3N4膜26に幅
できまり0.6〜0.8μmと微小なものになるだけで
なく、パターニングの際の合わせズレなどの影響
を受けない。またさらにゲート電極の上部にも
Au―Geオーミツク電極31がつくため、ゲー
ト抵抗を低減することができる。
Next, a resist pattern is formed that is the same as the active layer or as wide as the margin during patterning, an Au--Ge film is deposited as a second metal film, and this is subjected to a lift-off process. At this time, for the same reason as mentioned above, the ohmic electrode 31 1 is automatically separated into the inside of the gate and the source/drain part.
~ 313 is formed. Furthermore, the distance between the gate electrode and the source/drain electrode is determined by the width of the Si 3 N 4 film 26 and is as small as 0.6 to 0.8 μm, and is not affected by misalignment during patterning. Furthermore, on the top of the gate electrode
Since the Au--Ge ohmic electrode 313 is attached, gate resistance can be reduced.

以上のような工程によりMESFETを試作した
結果、マスクの最小寸法で決まるn+層25
25の間隔が1μmであるにもかかわらず、実
際のゲート長が0.6μmと小さく、またゲート電
極と、ソース領域、ドレイン領域との間隔が0.2
μm、ゲート電極とソース・ドレインのオーミツ
ク電極の間隔が0.6〜0.8μmとそれぞれ十分に小
さいため、ソース抵抗もゲート容量も小さく、さ
らにゲート電極上部にもAuGe合金があるためゲ
ート抵抗も十分に小さいため、高速動作が可能で
かつドレイン耐圧が10V以上という高性能のFET
が得られた。しかも、、ゲート電極へ転写される
絶縁膜のパターンの加工がすべてドライエツチン
グ工程であるため、そのFET特性はウエハ面内
及びウエハ間でもバラツキが少なく、非常に約一
性のよいものであつた。
As a result of prototyping MESFET using the above process, the n + layer 25 1 , determined by the minimum dimension of the mask,
25 Despite the fact that the distance between 2 is 1 μm, the actual gate length is as small as 0.6 μm, and the distance between the gate electrode, source region, and drain region is 0.2 μm.
The distance between the gate electrode and the source/drain ohmic electrodes is 0.6 to 0.8 μm, which is sufficiently small, so the source resistance and gate capacitance are small.Furthermore, since there is an AuGe alloy on the top of the gate electrode, the gate resistance is also small enough. Therefore, it is a high-performance FET that is capable of high-speed operation and has a drain breakdown voltage of 10V or more.
was gotten. Moreover, since the processing of the pattern of the insulating film transferred to the gate electrode was performed entirely in a dry etching process, the FET characteristics had very uniformity with little variation within the wafer and between wafers. .

なお、本発明は上記実施例に限らない。例えば
基板の活性層はエピタキシヤル成長層であつても
よい。また、第1、第2の絶縁膜としては、
SiO2とSi3N4の組合せ以外に、異方性エツチング
が可能で、異なるエツチング特性を持つものを選
べばよい。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the active layer of the substrate may be an epitaxially grown layer. Moreover, as the first and second insulating films,
In addition to the combination of SiO 2 and Si 3 N 4 , it is possible to select a combination that allows anisotropic etching and has different etching characteristics.

さらに表面平坦化のための有機膜も、フオトレ
ジストに限らず例えばポリイミドのように、ドラ
イエツチングとその後のリフトオフが可能なもの
であればよい。また、実施例では第2のマスクと
してMo膜を用いたが、このMo膜の代りにこれを
エツチングするために用いたレジストパターン2
9を、平坦化のための下層のレジスト膜27と異
種材料としてこれ自身を第2のマスクとして用い
てもよい。その他本発明は、InPなど他の化合物
半導体を用いた場合にも適用できる。
Furthermore, the organic film for surface flattening is not limited to photoresist, but may be made of polyimide as long as it can be dry etched and subsequently lifted off. In addition, although a Mo film was used as the second mask in the example, a resist pattern 2 was used instead of this Mo film to etch it.
9 may be made of a different material from the underlying resist film 27 for planarization, and may itself be used as a second mask. In addition, the present invention can also be applied to cases where other compound semiconductors such as InP are used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来法によるGaAs MESFETの構造
を示す図、第2図a〜iは本発明の一実施例によ
るGaAs MESFETの製造工程を示す図である。 21……半絶縁性GaAs基板、22……n型活
性層、23……SiO2膜(第1の絶縁膜)、24…
…レジストパターン(第1のマスク)、25
25……n+層(ソース・ドレイン領域)、26
……Si3N4膜(第2の絶縁膜)、27……レジスト
膜(有機膜)、28……Mo膜(第2のマスク)、
29……レジストパターン、30……Ti/Pt/
Auゲート電極(第1の金属膜)、31〜31
……Au―Geオーミツク電極(第2の金属膜)。
FIG. 1 is a diagram showing the structure of a GaAs MESFET according to a conventional method, and FIGS. 2 a to 2 i are diagrams showing the manufacturing process of a GaAs MESFET according to an embodiment of the present invention. 21...Semi-insulating GaAs substrate, 22...n-type active layer, 23...SiO 2 film (first insulating film), 24...
...Resist pattern (first mask), 25 1 ,
25 2 ...n + layer (source/drain region), 26
...Si 3 N 4 film (second insulating film), 27 ... resist film (organic film), 28 ... Mo film (second mask),
29...Resist pattern, 30...Ti/Pt/
Au gate electrode (first metal film), 31 1 to 31 3
...Au-Ge ohmic electrode (second metal film).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 化合物半導体基板上に第1の絶縁膜を堆積す
る工程と、この第1の絶縁膜上にソース・ドレイ
ン形成領域に開口を有する第1のマスクを形成し
異方性エツチング法により第1の絶縁膜を選択エ
ツチングして基板表面を露出させる工程と、前記
第1のマスクおよびその下の第1の絶縁膜をマス
クとしてイオン注入を行つてソース・ドレイン領
域を形成する工程と、前記第1のマスク下に残さ
れた第1の絶縁膜の側面を等方性エツチング法に
より一部エツチングする工程と、この後前記第1
のマスクを除去して全面にステツプカバレージの
よい第2の絶縁膜を堆積する工程と、この第2の
絶縁膜を異方性エツチング法により全面均一にエ
ツチングして前記第1の絶縁膜の側壁にのみ第2
の絶縁膜を残置させる工程と、この後全面に有機
膜を塗布して表面を平坦化する工程と、この有機
膜上にゲート電極形成領域を含む領域に開口を有
する第2のマスクを形成し有機膜を選択エツチン
グして前記ゲート電極形成領域の第1の絶縁膜表
面を露出させる工程と、露出した第1の絶縁膜を
選択エツチングしてゲート電極形成領域の基板表
面を露出させる工程と、この後第1の金属膜を被
着し、これを前記有機膜を除去することにより、
リフトオフ加工してゲート電極を形成する工程
と、このゲート電極周囲に前記第2の絶縁膜を残
したまま第2の金属膜を被着し、前記ゲート電極
上および、ソース・ドレイン領域上にそれぞれ前
記第2の絶縁膜により分離されたオーミツク電極
を形成する工程とを備えたことを特徴とするシヨ
ツトキーゲート型電界効果トランジスタの製造方
法。 2 前記化合物半導体基板は半絶縁性GaAs基板
の表面に活性層を形成したものでであり、第1の
金属膜はTi/Pt/Au積層膜、第2の金属膜はAu
―Ge膜である特許請求の範囲第1項記載のシヨ
ツトキーゲート型電界効果トランジスタの製造方
法。 3 前記第1の絶縁膜はCVD法によるSiO2膜で
あり、第2の絶縁膜はプラズマCVD法による
Si3N4膜である特許請求の範囲第1項記載のシヨ
ツトキーゲート型電界効果トランジスタの製造方
法。
[Claims] 1. A step of depositing a first insulating film on a compound semiconductor substrate, and forming a first mask having openings in source/drain formation regions on the first insulating film to obtain anisotropic properties. A step of selectively etching the first insulating film by an etching method to expose the substrate surface, and performing ion implantation using the first mask and the first insulating film thereunder as masks to form source/drain regions. a step of partially etching the side surface of the first insulating film left under the first mask using an isotropic etching method;
removing the mask and depositing a second insulating film with good step coverage over the entire surface, and etching the second insulating film uniformly over the entire surface by an anisotropic etching method to form the sidewalls of the first insulating film. 2nd only
a step of leaving an insulating film, a step of coating the entire surface with an organic film to flatten the surface, and forming a second mask having an opening in a region including the gate electrode formation region on the organic film. selectively etching the organic film to expose the surface of the first insulating film in the gate electrode forming region; selectively etching the exposed first insulating film to expose the substrate surface in the gate electrode forming region; After that, by depositing a first metal film and removing the organic film,
A step of forming a gate electrode by lift-off processing, and depositing a second metal film while leaving the second insulating film around the gate electrode, and depositing a second metal film on the gate electrode and on the source/drain regions, respectively. A method of manufacturing a Schottky gate field effect transistor, comprising the step of forming an ohmic electrode separated by the second insulating film. 2 The compound semiconductor substrate has an active layer formed on the surface of a semi-insulating GaAs substrate, the first metal film is a Ti/Pt/Au stacked film, and the second metal film is an Au layer.
- A method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor according to claim 1, which is a Ge film. 3 The first insulating film is a SiO 2 film made by CVD method, and the second insulating film is made by plasma CVD method.
A method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor according to claim 1, which is a Si 3 N 4 film.
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JPH0758717B2 (en) * 1985-09-10 1995-06-21 松下電器産業株式会社 Method for manufacturing field effect transistor
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