JPS6381864A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPS6381864A
JPS6381864A JP22584886A JP22584886A JPS6381864A JP S6381864 A JPS6381864 A JP S6381864A JP 22584886 A JP22584886 A JP 22584886A JP 22584886 A JP22584886 A JP 22584886A JP S6381864 A JPS6381864 A JP S6381864A
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JP
Japan
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layer
insulating layer
gate electrode
forming
lift
Prior art date
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Application number
JP22584886A
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Japanese (ja)
Inventor
Ichiro Inami
一郎 稲見
Hisao Kawasaki
久夫 川崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable improving high-frequency characteristics and obtaining a sufficient spacer thickness required for forming a gate by side-etching to avoid the remaining of a lift off spacer layer for forming a gate electrode on an active layer. CONSTITUTION:The first insulating layer 11 as the lift off spacer layer for forming a gate electrode, e.g., an SiO2 layer is formed by CVD and the second insulating layer 12, e.g., a silicon nitride layer is laminated by plasma CVD. Then, a photo resist layer 13 is coated on the second insulating layer 12, a window which has the length of a gate is provided in a region where a gate electrode is to be formed on the photo resist layer 13, the silicon nitride layer exposed in the window is selectively etched by chemical dry etching which uses a CF4 gas and the SiO2 layer of the first insulating layer 11 on an active layer 102 from a source electrode 104 to a drain electrode 105 is side-etched by using, e.g., ammonium fluoride aqueous solution until perfectly removed from the active layer region. In this case, the etching is almost not carried out since the etching rate of the second insulating layer is approx. 1/10 against the etching rate of the first insulating layer. Then, a metal for the gate electrode is evaporated on all the surface and the gate electrode 14 is formed by a lift off method.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は電界効果トランジスタの製造方法にかかり、
特にプレーナ形で深いりセスエツチングを施さないプレ
ーナ形電界効果トランジスタの製造方法に適用される。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor,
It is particularly applicable to a method of manufacturing a planar field effect transistor that does not undergo deep etching.

(従来の技術) 電界効果トランジスタで、GaAsショットキゲート電
界効果トランジスタ(以下GaAs MESFETと略
称する)は優れた高周波特性を有するため、マイクロ波
通信機器に広く用いられている。
(Prior Art) Among field effect transistors, GaAs Schottky gate field effect transistors (hereinafter abbreviated as GaAs MESFETs) have excellent high frequency characteristics and are therefore widely used in microwave communication equipment.

従来のGaAs MESFETの構造は、ゲート電極金
属の膜厚と同程度の深さを持つ、いわゆるリセス構造が
主流であった。しかしながら、リセス構造で製造したG
aAs MESFETは深いリセスエッチングを必要と
するので、精度良くエツチング量を制御することが難し
ぐ、ウェーハ内あるいはウェーハ間で素子特性がばらつ
くという問題がある。このため、近年、深いリセスエッ
チングを必要としないプレーナ形GaAs MESFI
ETの開発が鋭意進められている。プレーナ形GaAs
 MESFETは深いリセスエッチングを必要としない
ため均一性、再現性等にすぐれた素子特性が期待されて
いる。
The mainstream structure of conventional GaAs MESFETs has been a so-called recess structure, which has a depth comparable to the thickness of the gate electrode metal. However, G manufactured with a recessed structure
Since aAs MESFETs require deep recess etching, it is difficult to precisely control the amount of etching, and there is a problem that device characteristics vary within or between wafers. For this reason, in recent years, planar GaAs MESFI that does not require deep recess etching has been developed.
The development of ET is progressing diligently. Planar GaAs
Since MESFET does not require deep recess etching, it is expected to have excellent device characteristics such as uniformity and reproducibility.

以下にプレーナ形GaAs MESFETの従来の製造
方法の一例を第2図a ” dによって説明する。まず
、GaAs基板101にイオン注入を施してn形活性層
102、n+形オーム性接触形成層103を形成する(
第2図a)。
An example of a conventional method for manufacturing a planar GaAs MESFET will be described below with reference to FIGS. Form(
Figure 2 a).

次に、一般に行なわれるリフトオフ手段によりソース電
極104とドレイン電極105を上記n′″形オーム性
接触形成層103上に形成したのち、加熱による合金化
処理を施す(第2図b)。次に、ゲート電極形成のため
のリフトオフ用スペーサ層106の例えばSiO□層、
フォトレジスト層107を積層して形成し、このフォト
レジスト層にパターニングを施しゲート電極形成予定域
に開孔を設け、この開孔内に露出したSiO□1層10
6にエツチングを施す。なお。
Next, a source electrode 104 and a drain electrode 105 are formed on the n'' type ohmic contact formation layer 103 by a commonly used lift-off method, and then alloyed by heating (FIG. 2b).Next, , for example, a SiO□ layer of the lift-off spacer layer 106 for forming a gate electrode,
A photoresist layer 107 is laminated and formed, and this photoresist layer is patterned to form an opening in the area where the gate electrode is to be formed, and the SiO□ layer 10 exposed in the opening is formed.
6 is etched. In addition.

ここでサイドエツチング量が大きいとレジスト層の垂れ
を生じリフトオフできない。したがって、この場合サイ
ドエツチングによって活性層上からスペーサ層を完全に
除去することはできない(第2図C)。ついで、ゲート
電極形成用金属の例えばアルミニウムを全面に蒸着し、
リフトオフ手段によってゲート電極108を形成し、さ
らにボンディング用金属層として一例のAu/Pt/T
i層109を被着したのち、パッシベーション膜として
絶8層の例えば5i02層110をCVD法で形成し、
プレーナ形GaAsMESFETが得られる(第2図d
)。
If the amount of side etching is large, the resist layer will sag and lift-off will not be possible. Therefore, in this case, the spacer layer cannot be completely removed from above the active layer by side etching (FIG. 2C). Next, a metal for forming a gate electrode, such as aluminum, is deposited on the entire surface,
A gate electrode 108 is formed by lift-off means, and an example of Au/Pt/T is formed as a bonding metal layer.
After depositing the i-layer 109, eight layers of, for example, a 5i02 layer 110 are formed as a passivation film by the CVD method,
A planar GaAs MESFET is obtained (Fig. 2d)
).

(発明が解決しようとする問題点) 上記プレーナ形GaAs MESFETの従来の製造方
法には次にあげる問題点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) The conventional manufacturing method of the planar type GaAs MESFET has the following problems.

まず、 GaAs MESFETのゲート長はサブミク
ロン以下の寸法になっているため、このような微細パタ
ーン形成に際してはフォトレジストの開孔パターンを忠
実に金属パターンとして半導体基板上に転写できるリフ
トオフ法が広く採用されている。
First, since the gate length of GaAs MESFETs is submicron or smaller, the lift-off method, which can faithfully transfer the hole pattern of photoresist as a metal pattern onto the semiconductor substrate, is widely used to form such fine patterns. has been done.

リフトオフ法を安定に施すには、レジスト上の金属層と
半導体基板上の金属層が空間的に分離されている必要が
ある。そこで、一般には半導体基板とフォトレジスト層
の間にリフトオフ用スペーサ層を設け、このフォトレジ
スト層に開孔を施したのち、スペーサ層のエツチングに
あたり、サイドエツチングを利用してフォトレジスト層
上の金属層と半導体基板上の金属層との接触を防止して
いる。リセス構造のGaAs MESFETのゲート電
極形成にはリフトオフ用スペーサ層はリセスエッチング
により生ずるn形活性層の段差を利用するので、上記の
ようなリフトオフ用スペーサ層を必要としない。しかし
ながらプレーナ形GaAs MESFETでは良好なマ
イクロ波特性を得るために少くとも4000〜5000
人のゲート金属層厚が必要であり、ゲートのリフトオフ
用のスペーサとして4000〜5ooo人の絶縁層厚を
必要とする。すなわち、リフトオフ用スペーサが藩いと
ゲート形状が歪(ゆが)んだり、リフトオフができない
場合も生じる。したがって、従来の製造方法ではゲート
電極形成後に厚いスペーサ層がn形活性層上に残留して
しまう。そして。
To perform the lift-off method stably, the metal layer on the resist and the metal layer on the semiconductor substrate must be spatially separated. Therefore, in general, a spacer layer for lift-off is provided between the semiconductor substrate and the photoresist layer, a hole is formed in this photoresist layer, and then side etching is used to remove the metal on the photoresist layer when etching the spacer layer. This prevents contact between the layer and the metal layer on the semiconductor substrate. In forming the gate electrode of a GaAs MESFET having a recessed structure, the lift-off spacer layer utilizes the step difference in the n-type active layer caused by recess etching, so the lift-off spacer layer as described above is not required. However, in planar type GaAs MESFETs, at least 4000 to 5000
A gate metal layer thickness of 4000 to 500 mm is required as a spacer for lift-off of the gate. That is, if the lift-off spacer is not large enough, the gate shape may be distorted or lift-off may not be possible. Therefore, in the conventional manufacturing method, a thick spacer layer remains on the n-type active layer after forming the gate electrode. and.

n形活性層上に厚い絶縁層があるとFETの高周波特性
に劣化を生じるという問題点がある。これは、厚い絶縁
層のストレスの影響によると考えられる。
There is a problem in that the presence of a thick insulating layer on the n-type active layer causes deterioration in the high frequency characteristics of the FET. This is thought to be due to the effect of stress on the thick insulating layer.

この高周波特性劣化は厚い絶縁層を除去すれば回復する
種類のものであるから、例えばCF、ガス(フレオン)
ガスによるケミカル・ドライ・エツチング法などによっ
て絶縁膜を完全に除去することが考えられる。しかし、
この場合、ゲート金属層のアルミニウム層をCF4プラ
ズマ中に長時間晒すことになり、プラズマによるダメー
ジにより高周波特性が劣化するという問題点がある。
This deterioration in high frequency characteristics can be recovered by removing the thick insulating layer, so for example, CF, gas (Freon)
It is conceivable to completely remove the insulating film by a chemical dry etching method using gas or the like. but,
In this case, there is a problem that the aluminum layer of the gate metal layer is exposed to the CF4 plasma for a long time, and the high frequency characteristics deteriorate due to damage caused by the plasma.

従って叙上の理由によってプレーナ形GaAsMESF
ETのゲート電極形成にスペーサ層を除去することは極
めて困難な事であり、プレーナ形GaAsMESFET
では充分な特性が得られていない。
Therefore, for the reasons stated above, planar GaAs MESF
It is extremely difficult to remove the spacer layer to form the gate electrode of ET, and planar GaAs MESFET
However, sufficient characteristics are not obtained.

この発明は上記従来のプレーナ形GaAs MESFE
Tの製造方法におけるゲート電極リフトオフ用スペーサ
の悪影響が低減されるように改良された製造方法を提供
することを目的とする。
This invention applies to the conventional planar GaAs MESFE as described above.
It is an object of the present invention to provide an improved manufacturing method in which the adverse effects of a spacer for gate electrode lift-off in the manufacturing method of T are reduced.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) この発明にかかる電界効果トランジスタの製造方法は半
絶縁性半導体基板上に半導体活性層を形成し、上記半導
体活性層上にソース電極とドレイン電極を形成したのち
第1の絶縁層とこれよりエツチングレートの小なる第2
の絶縁層を順次被着し、前記第2の絶縁層上にレジスト
層を被着し、前記レジスト層に所望ゲート長の窓を設け
たのちこのレジスト層をマスクとして前記第2の絶縁層
に開孔を設けさらにその開孔を通してソース電極とドレ
イン電極の間にある第1の絶縁層を全部除去し、レジス
ト層をマスクとしてゲート電極用金属層を被着しリフト
オフ法によってゲート電極を形成する工程を含むもので
ある。
(Means for Solving the Problems) A method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention includes forming a semiconductor active layer on a semi-insulating semiconductor substrate, forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor active layer, and then forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor active layer. a first insulating layer and a second insulating layer having a lower etching rate than the first insulating layer;
A resist layer is deposited on the second insulating layer, a window of a desired gate length is provided in the resist layer, and then the resist layer is used as a mask to form a resist layer on the second insulating layer. An opening is provided, and the first insulating layer between the source electrode and the drain electrode is completely removed through the opening, a metal layer for a gate electrode is deposited using the resist layer as a mask, and a gate electrode is formed by a lift-off method. It includes a process.

(作 用) 上記プレーナ形GaAs M[ESFETの製造方法は
活性層上にゲート電極形成用リフト・オフ・スペーサ層
が残留しないので、高周波特性が向上するとともに、ゲ
ート形成に必要な十分なスペーサ厚が得られるので製造
工程の再現性についても優れる。
(Function) The above method for manufacturing the planar GaAs MESFET does not leave a lift-off spacer layer for forming the gate electrode on the active layer, so high frequency characteristics are improved and the spacer thickness necessary for forming the gate is improved. The reproducibility of the manufacturing process is also excellent.

(実施例) 以下、この発明の一実施例につき図面を参照して説明す
る。なお、説明において従来と変わらない部分について
は1図面に従来と同じ符号をつけて示し、かつ、一部従
来の工程と図面を援用して説明を省略する。
(Example) An example of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in the description, parts that are the same as the conventional one are shown in one drawing with the same reference numerals as the conventional one, and some of the conventional steps and drawings are used and the explanation is omitted.

GaAs基板101にn形活性層102. n+形オー
ム性接触形成層103.ソース電極104.ドレイン電
極105を形成する第2図a、 bによって説明された
工程についで、ゲート電極形成用リフト・オフ・スペー
サ層として第1の絶縁層11、例えばSun、層をCV
D法で約3000入庫に形成し、ついで第2の絶縁層1
2、例えば窒化シリコン層をプラズマCVD法にて約2
000入庫に積層して形成する(第1図a)。次に上記
第2の絶縁層12上にフォトレジスト層13を被着しこ
れのゲート電極形成予定域にゲート長の窓を設け、ここ
に露出した窒化シリコン層にCF、ガスを用いたケミカ
ル・ドライエツチング法により選択的にエツチングを施
し、ついでソース電極104からドレイン電極lO5に
至る活性層102上の第1の絶縁層11のSiO2層を
例えばふっ化アンモニウム水溶液を用いて活性層領域上
から完全に除去するまでサイドエツチングを行なう(第
1図b)。このとき、第2の絶縁層である窒化シリコン
層のふっ化アンモニウム水溶液に対するエツチングレー
トは第1の絶縁層である5層02層に対して1710程
度であることから、第2の絶縁層である窒化シリコン層
はほとんどエツチングされない0次に、ゲート電極用金
属、例えばアルミニウムを全面に約5000入庫に蒸着
し、リフト・オフ法によってゲート電極14を形成し、
これにボンディング用金属層、例えばAu/Pt / 
Ti層109を積層形成したのち、パッシベーション層
として薄い絶縁層1例えばS’i 02層15をCVO
法で形成してプレーナ形GaAs MESFETを得る
(第1図C)。
An n-type active layer 102 is formed on a GaAs substrate 101. n+ type ohmic contact forming layer 103. Source electrode 104. Following the steps illustrated in FIGS. 2a, b for forming the drain electrode 105, a first insulating layer 11, e.g.
D method is used to form about 3,000 layers, and then the second insulating layer 1 is formed.
2. For example, the silicon nitride layer is deposited by plasma CVD method by approximately 2
000 in stock (Fig. 1a). Next, a photoresist layer 13 is deposited on the second insulating layer 12, a gate length window is provided in the region where the gate electrode is to be formed, and the exposed silicon nitride layer is exposed to a chemical film using CF and gas. Selective etching is performed using a dry etching method, and then the SiO2 layer of the first insulating layer 11 on the active layer 102 from the source electrode 104 to the drain electrode 105 is completely etched from above the active layer region using, for example, an ammonium fluoride aqueous solution. Side etching is performed until the surface is completely removed (Figure 1b). At this time, the etching rate of the silicon nitride layer, which is the second insulating layer, with respect to the ammonium fluoride aqueous solution is about 1710 for the 5-layer 02 layer, which is the first insulating layer. After the silicon nitride layer is hardly etched, a gate electrode metal such as aluminum is deposited on the entire surface to a thickness of about 5,000 yen, and the gate electrode 14 is formed by a lift-off method.
This is coated with a metal layer for bonding, e.g. Au/Pt/
After forming the Ti layer 109, a thin insulating layer 1, for example, an S'i02 layer 15, is formed by CVO as a passivation layer.
A planar GaAs MESFET is obtained by the method (FIG. 1C).

なお、叙上の実施例はプレーナ形イオン注入GaAs 
MESFETについて説明したが、n+オーム性液接触
形成層なくても有効であることはいうまでもなく、また
、絶縁層としてはSin、層、窒化シリコン層に限られ
ることはなく、例えばリン珪酸ガラス(PSG)W、酸
化アルミニウム(AQ、o、)層を用いてもよい。さら
に、ゲート電極蒸着前に活性層、または活性層とオーム
性接触形成層を500Å以下にリセス・エツチングした
場合にも有効である。
Note that the above embodiment is a planar ion-implanted GaAs
Although MESFET has been explained, it goes without saying that it is effective even without an n+ ohmic liquid contact formation layer, and the insulating layer is not limited to a Si layer, a silicon nitride layer, and, for example, a phosphosilicate glass layer. (PSG)W, an aluminum oxide (AQ, o, ) layer may also be used. Furthermore, it is also effective when the active layer or the active layer and the ohmic contact forming layer are recessed and etched to a thickness of 500 Å or less before the gate electrode is deposited.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べたようにこの発明によれば、活性層上にゲート
電極形成用リフト・オフ・スペーサ層が残留しないので
、プレーナ形GaAs MESFETの高周波特性が向
上するばかりでなく、ゲート電極形成に必要な十分のス
ペーサ層が得られるため、製造工程について再現性のす
ぐれた電界効果トランジスタの製造方法を提供できる。
As described above, according to the present invention, since no lift-off spacer layer for forming the gate electrode remains on the active layer, not only the high frequency characteristics of the planar GaAs MESFET are improved, but also the lift-off spacer layer necessary for forming the gate electrode is improved. Since a sufficient spacer layer can be obtained, a method for manufacturing a field effect transistor with excellent reproducibility in the manufacturing process can be provided.

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

第1図aないしCは本発明の一実施例のプレーナ形Ga
As MESFETの製造方法を工程順に示すいずれも
断面図、第2図aないしdはプレーナ形GaASMES
FETの従来の製造方法を工程順に示すいずれも断面図
である。 101−−−一−−GaAs基板 102−−−−−− n型活性層 103−−−−−− n+梨型オーム接触形成層104
−−−−−−ソース電極 1os−−−−−−ドレイン電極 11−−−−−一第1の絶縁層 12−−−−−一第2の絶縁層 13−−−−−−フォトレジスト層 14−−−−−−ゲート電極 15−−−−−− Sin、層
FIGS. 1A to 1C show a planar type Ga according to an embodiment of the present invention.
All are cross-sectional views showing the manufacturing method of As MESFET in order of process, and Figures 2a to 2d are planar type GaASMES.
Each of the drawings is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing an FET in the order of steps. 101----GaAs substrate 102-----n-type active layer 103-----n+ pear-shaped ohmic contact forming layer 104
------- Source electrode 1os---------Drain electrode 11--------First insulating layer 12-----Second insulating layer 13----Photoresist Layer 14 ------- Gate electrode 15 ------- Sin, layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半絶縁性半導体基板上に半導体活性層を形成する工程と
、前記半導体活性層上にソース電極とドレイン電極を形
成したのち第1の絶縁層とこれよりエッチングレートの
小なる第2の絶縁層を順次被着する工程と、前記第2の
絶縁層上にレジスト層を被着する工程と、前記レジスト
層に所望ゲート長の窓を設けたのちこのレジスト層をマ
スクとして前記第2の絶縁層に開孔を設け、さらにその
開孔を通して前記ソース電極とドレイン電極の間にある
第1の絶縁層を全部除去する工程と、前記レジスト層を
マスクとしてゲート電極用金属層を被着しリフトオフ法
によってゲート電極を形成する工程を含む電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
A step of forming a semiconductor active layer on a semi-insulating semiconductor substrate, and forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor active layer, and then forming a first insulating layer and a second insulating layer having a lower etching rate than the first insulating layer. a step of depositing a resist layer on the second insulating layer, a step of depositing a resist layer on the second insulating layer, and a step of forming a window with a desired gate length in the resist layer, and then applying the resist layer as a mask to the second insulating layer. A step of forming an opening and then removing the entire first insulating layer between the source electrode and the drain electrode through the opening, and depositing a metal layer for the gate electrode using the resist layer as a mask and using a lift-off method. A method for manufacturing a field effect transistor including a step of forming a gate electrode.
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