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JPH0438836A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number
JPH0438836A
JPH0438836A JP2145665A JP14566590A JPH0438836A JP H0438836 A JPH0438836 A JP H0438836A JP 2145665 A JP2145665 A JP 2145665A JP 14566590 A JP14566590 A JP 14566590A JP H0438836 A JPH0438836 A JP H0438836A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
etching
cap layer
cap
mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2145665A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruhiko Suehiro
末廣 晴彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2145665A priority Critical patent/JPH0438836A/en
Publication of JPH0438836A publication Critical patent/JPH0438836A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体装置の製造方法に関し、 ゲート電極周りの寄生容量及びソース抵抗の低減とによ
る素子の高速動作と、リセスエッチングにより除去され
る割合に再現性を持たせることを目的として、 半導体装置の製造方法において、半導体基板上に、能動
層、前記能動層の表層部とエツチングレートが興なる第
1のキャップ層、前記第1のキャップ層とエツチングレ
ートが異なるエツチング停止層、前記エツチング停止層
とはエツチングレートが異なり、かつ、前記第1のキャ
ップ層よりも厚い第2のキャップ層、及び電極層形成領
域に選択的に第1の開口部を有したマスク層を順次積層
する工程と、前記マスク層をマスクとして、前記第1の
開口部に表出した前記第2のキャップ層を異方性エツチ
ングにより除去し、前記エツチング停止層表面で停止さ
せる工程と、前記マスク層表面に対し、斜め方向から金
属を蒸着させることにより、前記第1の開口部よりも狭
い第2の開口部を有する金属マスク層を形成する工程と
、前記エツチング停止層が除去され、前記第2の開口部
に表出した前記第1のキャップ層を異方性エツチングに
より除去し、前記能動層表面で停止させる工程と、前記
マスク層及び金属マスク層を除去したのち、表出した前
記能動層及び前記第1のキャップ層に接触し、前記第2
のキャップ層に接触しない電極層を形成する工程とを育
する構成とした。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a method for manufacturing a semiconductor device, the following objects are provided: High-speed operation of an element by reducing parasitic capacitance and source resistance around a gate electrode, and reproducibility in the removal rate by recess etching. A method for manufacturing a semiconductor device includes, on a semiconductor substrate, an active layer, a first cap layer having an etching rate higher than that of the surface layer of the active layer, and an etching stopper layer having an etching rate different from that of the first cap layer. a second cap layer having an etching rate different from that of the etching stop layer and thicker than the first cap layer, and a mask layer having a first opening selectively in an electrode layer formation region. a step of sequentially laminating the layers, a step of removing the second cap layer exposed in the first opening by anisotropic etching using the mask layer as a mask, and stopping the etching at the surface of the etching stop layer; forming a metal mask layer having a second opening narrower than the first opening by depositing metal obliquely on the surface of the mask layer; removing the etching stop layer; removing the first cap layer exposed at the second opening by anisotropic etching and stopping at the surface of the active layer; in contact with the active layer and the first cap layer;
The process of forming an electrode layer that does not come into contact with the cap layer was adopted.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

以下、半導体装置として、リセスゲート構造のエンハン
スメント型のへテロ接合FET(以下、ε−HEMTと
して説明する。)を例に説明する。
Hereinafter, an enhancement type heterojunction FET (hereinafter referred to as ε-HEMT) having a recessed gate structure will be described as an example of a semiconductor device.

ヘテロ接合FETにおいては、その閾値電圧V0をキャ
ップ層のリセスエッチングの深さにより決定するりセス
ゲート構造が用いられる場合が多く、近年、ゲート電極
回りのキャップ層を一部除去するりセスゲート構造が提
案されている。
In heterojunction FETs, the threshold voltage V0 is determined by the depth of recess etching of the cap layer, or a cess gate structure is often used.In recent years, a cess gate structure has been proposed in which the cap layer around the gate electrode is partially removed. has been done.

かかる除去の割合は、素子の性能に大きく影響するため
、除去の割合に再現性を持たせるリセスエッチングか要
求される。
Since the rate of removal greatly affects the performance of the device, recess etching is required to ensure reproducibility in the rate of removal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

HEMT(High Electron Mobili
ty Transistor)に代表されるヘテロ接合
電界効果トランジスタ(以下、ヘテロ接合FETという
。)は、半導体へテロ接合界面における高電子移動度二
次元ガスの濃度を電界効果によって制御して動作する新
しいタイプの高速デバイス群である。このうち、エンハ
ンスメント型のへテロ接合FETの高速化はHEMT 
LSIの高速化にとって重要である。
HEMT (High Electron Mobile)
Heterojunction field effect transistors (hereinafter referred to as heterojunction FETs), typified by the TY Transistor, are a new type of transistor that operates by controlling the concentration of a high electron mobility two-dimensional gas at the semiconductor heterojunction interface using a field effect. A group of high-speed devices. Among these, the high speed of enhancement type heterojunction FET is
This is important for increasing the speed of LSI.

リセスゲート構造とは、FETの動作層のゲート電極直
下の部分をエツチングにより除去して、所定のチャネル
層厚を作り、ソース・ゲート及びトレイン・ゲート間の
nl領域厚をチャネル層厚より大きく保って寄生抵抗を
低減する構造をいう。
A recessed gate structure is a structure in which the part of the active layer of the FET directly below the gate electrode is removed by etching to create a predetermined channel layer thickness, and the thickness of the Nl region between the source and gate and the train and gate is kept larger than the channel layer thickness. A structure that reduces parasitic resistance.

リセスゲート構造においてキャップ層の側壁とゲート電
極が接触すると、ゲート電極周りの寄生容量(以下、寄
生容量という。)が増加し、かつゲート耐圧が低下する
。そこで、ゲート電極周りのキャップ層を一部除去する
本構造が提案され、E−HEMTについては、第3図の
様な構造が提案された(特開昭62−202564号公
報)。
In a recessed gate structure, when the sidewalls of the cap layer and the gate electrode come into contact, parasitic capacitance around the gate electrode (hereinafter referred to as parasitic capacitance) increases and gate breakdown voltage decreases. Therefore, this structure was proposed in which a part of the cap layer around the gate electrode was removed, and for E-HEMT, a structure as shown in FIG. 3 was proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 62-202564).

即ち、半導体の基板1の上に、チャネル層2、電子供給
層3、第1のキャップ層4、エツチング停止層5、第2
のキャップ層6を順次成長し、オーミック電極8.9を
蒸着し、合金化する。次に、フすトレジストアを塗布し
、ゲート形成領域を開口にし、エツチング停止層5に対
して第2のキャップ層を選択して等方性エツチングをす
る(工程301)。
That is, on a semiconductor substrate 1, a channel layer 2, an electron supply layer 3, a first cap layer 4, an etching stop layer 5, and a second etching layer are formed.
A cap layer 6 is sequentially grown, and an ohmic electrode 8.9 is deposited and alloyed. Next, a photoresist is applied, the gate formation region is opened, and the second cap layer is selected for the etching stop layer 5 and isotropically etched (step 301).

第2のエツチング停止層5と第1のキャップ層4を基板
に垂直方向に優勢な異方性エツチングをする(工程30
2)。
The second etch stop layer 5 and the first cap layer 4 are anisotropically etched with a predominance perpendicular to the substrate (step 30).
2).

最後に、ゲート電極11を形成し、ゲート電極11以外
のA1層はフすトレジストアとともにリフトオフして除
去する(工程303)方法である。
Finally, the gate electrode 11 is formed, and the A1 layer other than the gate electrode 11 is lifted off and removed together with the film resist (step 303).

なお、デプレッション型モードのへテロ接合FET(い
わゆるD−HEMT)については、リセスゲート構造と
しても、前述のような課題は生じにくい。ここに、D−
HEMTのリセスゲート構造の断面図は第4図のように
なる。キャップ層の厚みを厚くして、ソース抵抗を低減
し、かつ、そのキャップ層はサイドエツジしであるので
ゲート電極と接触せず、寄生容量か小さくなる点は同様
である。しかし、E−HEMTで第4図のような構造に
するとゲート端がら空乏層かのび、2次元電子ガス(2
DEC)のチャネルを切ってしまいFETが動かなくな
る。そこで、第3図のような構造としたのである。即ち
、ゲート端がら空乏層が2次元電子ガスに達しないよう
に第1のキャップ層を設けて、更に第2のキャップ層は
厚くしてソース抵抗を低減し、かつサイドエツチングに
より、第2のキャップ層とゲート電極とが接触しないよ
うにしたのである。
Note that the above-mentioned problem is unlikely to occur in a depression mode heterojunction FET (so-called D-HEMT) even if it has a recessed gate structure. Here, D-
A cross-sectional view of the HEMT recess gate structure is shown in FIG. Similarly, the thickness of the cap layer is increased to reduce the source resistance, and since the cap layer has a side edge, it does not contact the gate electrode, and the parasitic capacitance is reduced. However, when an E-HEMT is structured as shown in Figure 4, a depletion layer extends from the gate edge, resulting in two-dimensional electron gas (two-dimensional electron gas).
DEC) channel is turned off and the FET stops working. Therefore, the structure shown in Figure 3 was adopted. That is, the first cap layer is provided to prevent the depletion layer from reaching the two-dimensional electron gas from the edge of the gate, the second cap layer is further thickened to reduce the source resistance, and the second cap layer is formed by side etching. This prevents the cap layer and the gate electrode from coming into contact with each other.

〔発明か解決しようとする課題〕[Invention or problem to be solved]

■上記方法により得られたりセスゲート構造のE−HE
MTでは、ゲート電極11周りの第2のキャップ層6が
等方的に除去されるので、後述するようにエツチングの
度合いにより第5図(b)に示すように、第2のキャッ
プ層6か必要以上に削られる可能性がある。第5図(b
)の場合、第2のキャップ層か必要以上に削られたこと
により、ソース・ドレイン間のチャネル領域か狭められ
る。従って、第5図(b)の構造では、ソース抵抗か大
きくなり、素子の高速動作を妨げるという課題かあった
■E-HE obtained by the above method or having a cessgate structure
In MT, since the second cap layer 6 around the gate electrode 11 is removed isotropically, the second cap layer 6 may be removed as shown in FIG. 5(b) depending on the degree of etching as described later. There is a possibility that it will be cut down more than necessary. Figure 5 (b
), the channel region between the source and drain is narrowed because the second cap layer is removed more than necessary. Therefore, in the structure shown in FIG. 5(b), the source resistance becomes large, which hinders high-speed operation of the device.

■また、上記方法のうち、等方的にエツチングする工程
301には除去の割合に再現性がないという課題があっ
た。
(2) Furthermore, among the above methods, the isotropic etching step 301 has a problem in that the removal rate is not reproducible.

即ち、ある条件下におけるあるエツチング時間に対して
どれほどエツチングされるかか一定しない。この理由は
、第2のキャップ層6として用いられるガリウム砒素層
(n−GaAs)の酸化が一因と考えられている。ガリ
ウム砒素層は酸化されやすく、また、酸化されるとエツ
チングされにくいという性質がある。そして、上記工程
301中にガリウム砒素層が酸化されるが、その酸化の
程度は一定ではないのである。これにより、エツチング
による除去の割合か少ないと、第5図(a)に示すよう
に、ゲート電極11と第2のキャップ層6とが接触する
場合が生じる。一方、エツチングによる除去の割合か多
過ぎると、第5図(b)に示すように、ソース・ドレイ
ン電流のチャネルを削り、上述したようにソース抵抗の
増大を招く。
That is, the amount of etching performed for a certain etching time under certain conditions is not constant. One reason for this is thought to be the oxidation of the gallium arsenide layer (n-GaAs) used as the second cap layer 6. The gallium arsenide layer is easily oxidized, and once oxidized, it is difficult to be etched. Although the gallium arsenide layer is oxidized during the step 301, the degree of oxidation is not constant. As a result, if the rate of removal by etching is small, the gate electrode 11 and the second cap layer 6 may come into contact as shown in FIG. 5(a). On the other hand, if the removal rate by etching is too high, as shown in FIG. 5(b), the channel for the source/drain current will be etched, leading to an increase in the source resistance as described above.

■更に、従来のウェットエツチングを用いる方法では、
ゲート長か短くなると、ウェハ内でエツチングされるも
のとされないものが生しるという課題もあった。ウェッ
トエツチングでは、エツチング液かその表面張力等の影
響によりキャップ層に染み込まない場合があったからで
ある。
■Furthermore, in the conventional method using wet etching,
When the gate length is shortened, there is also the problem that some parts of the wafer are etched and some are not. This is because in wet etching, there are cases where the etching solution does not penetrate into the cap layer due to the influence of the etching solution or its surface tension.

これらの課題に鑑み、ゲート電極周りの寄生容量及びソ
ース抵抗の低減と、リセスエッチングによる除去の割合
に再現性を持たせることを目的として、本発明は以下の
ような手段を設けた。
In view of these problems, the present invention provides the following means for the purpose of reducing the parasitic capacitance and source resistance around the gate electrode and making the removal rate by recess etching reproducible.

〔問題を解決するための手段〕 上記課題を解決すべく、本発明は半導体装置の製造方法
において、半導体基板1上に、能動層(2,3)、前記
能動層の表層部とエツチングレートが異なる第1のキャ
ップ層4、前記第1のキャップ層とエッチングレートが
異なるエツチング停止層5、前記エツチング停止層とは
エッチングレートが異なり、かつ、前記第1のキャップ
層よりも厚い第2のキャップ層6、及び電極層形成領域
に選択的に第1の開口部を有したマスク層7を順次積層
する工程と、前記マスク層をマスクとして、前記第1の
開口部に表出した前記第2のキャップ層を異方性エツチ
ングにより除去し、前記エツチング停止層表面で停止さ
せる工程と、前記マスク層表面に対し、斜め方向から金
属を蒸着させることにより、前記第1の開口部よりも狭
い第2の開口部を有する金属マスク層10を形成する工
程と、前記エツチング停止層か除去され、前記第2の開
口部に表出した前記第1のキャップ層を異方性エツチン
グにより除去し、前記能動層表面で停止させる工程と、
前記マスク層及び金属マスク層を除去したのち、表出し
た前記能動層及び前記第1のキャップ層に接触し、前記
第2のキャップ層に接触しない電極層を形成する工程と
を存する構成とした。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, in which active layers (2, 3) are formed on a semiconductor substrate 1, and the etching rate is lower than that of the surface layer of the active layer. a different first cap layer 4; an etching stop layer 5 having a different etching rate than the first cap layer; and a second cap having a different etching rate than the first cap layer and being thicker than the first cap layer. layer 6 and a mask layer 7 selectively having a first opening in the electrode layer formation region; and using the mask layer as a mask, the second layer exposed in the first opening. By removing the cap layer by anisotropic etching and stopping at the surface of the etching stop layer, and depositing metal from an oblique direction on the surface of the mask layer, a first opening narrower than the first opening is formed. forming a metal mask layer 10 having two openings; removing the etching stop layer and removing the first cap layer exposed in the second opening by anisotropic etching; a step of stopping at the surface of the active layer;
After removing the mask layer and the metal mask layer, forming an electrode layer in contact with the exposed active layer and the first cap layer but not in contact with the second cap layer. .

〔作用〕[Effect]

■第2のキャップ層6はゲート電極11の周囲に位置す
るほぼ垂直の側壁を有するので、ゲート電極11と第2
のキャップ層6との間隔をほぼ等しく保つことかでき、
第2のキャップ層6かゲート電極11に接触することな
く、大きなチャネル領域を確保てきる。
(2) Since the second cap layer 6 has substantially vertical sidewalls located around the gate electrode 11,
The distance between the cap layer 6 and the cap layer 6 can be maintained approximately equal;
A large channel region can be secured without the second cap layer 6 coming into contact with the gate electrode 11.

■また、ゲート開口部でマスク層7表面の上方から第2
のキャップ層6に対し選択的で異方性なエツチングをす
ることにより、前記第2のキャップ層6を基板lに垂直
にパターン幅だけ除去できる。
■Also, at the gate opening, a second
By selectively and anisotropically etching the cap layer 6, the second cap layer 6 can be removed by the pattern width perpendicular to the substrate l.

更に、前記パターン用マスク7に選択的な薄膜10を蒸
着してパターン幅を狭めてゲート長とし、マスク層7の
上方から選択的で異方性なエツチングを第1のキャップ
層4に対して行なうことにより、第1のキャップ層4に
対し、基板lと垂直にゲート長だけ除去できる。
Furthermore, a selective thin film 10 is deposited on the patterning mask 7 to narrow the pattern width to make the gate length, and selective anisotropic etching is performed on the first cap layer 4 from above the mask layer 7. By doing this, the first cap layer 4 can be removed by the gate length perpendicular to the substrate l.

これにより、ゲート電極11と第2のキャップ層6とを
接触させず、かつ、両者の距離も一定にてきる。
Thereby, the gate electrode 11 and the second cap layer 6 are not brought into contact with each other, and the distance between them is kept constant.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例をリセスケート構造のE−HEMTを例
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described using an E-HEMT having a recessed structure as an example.

第1図は、本発明の実施例によるリセスゲート構造のE
−HEMTの製造方法の行程を示す。
FIG. 1 shows the E of a recessed gate structure according to an embodiment of the present invention.
- The steps of the HEMT manufacturing method are shown.

同図工程102は、半導体の基板】にチャネル層2、電
子供給層3、第1のキャップ層4、エツチング停止層5
、第2のキャップ層6を順次成長させ、ゲート開口予定
部にパターン用マスク7をフォトレジストとして塗布し
た様子を示している。
In step 102 in the figure, a semiconductor substrate is etched with a channel layer 2, an electron supply layer 3, a first cap layer 4, and an etching stop layer 5.
, a second cap layer 6 is sequentially grown and a patterning mask 7 is applied as a photoresist to a portion where a gate opening is planned.

ここで、基板lは、半絶縁性GaAs基板を用い、チャ
ネル層2は、アンドソープGaAsを厚さ5000人で
、電子供給層3は、n −AIGaAsを厚さ350 
Aて、第1のキャップ層4には、n−GaAsを厚さ1
50人で、エツチング停止層5には、n −AIGaA
sを厚さ50人で、第2のキャップ層6は、n −Ga
Asを厚さ700人でそれぞれMBE 、あるいはMO
CVD法により蒸着したものである。なお、キャップ層
はガリウム砒素に限られず、インジウム化合物等でもよ
い。
Here, the substrate l is a semi-insulating GaAs substrate, the channel layer 2 is made of Andsoap GaAs with a thickness of 5000 nm, and the electron supply layer 3 is made of n-AI GaAs with a thickness of 350 nm.
A, the first cap layer 4 is made of n-GaAs with a thickness of 1
In the etching stop layer 5, n-AIGaA was used for 50 people.
The second cap layer 6 is made of n-Ga.
As is MBE or MO with a thickness of 700 people.
It was deposited by CVD method. Note that the cap layer is not limited to gallium arsenide, but may also be an indium compound or the like.

この構造においては、二次元電子ガス(20EG)を供
給する電子供給層3の上方の第1のキャップ層4及びエ
ツチング停止層5の厚さは上記の通り、150人及び5
0人で、この膜厚によって2DECは十分な電子密度を
もつためソース抵抗か増大することはない。
In this structure, the thickness of the first cap layer 4 and the etching stop layer 5 above the electron supply layer 3 that supplies the two-dimensional electron gas (20EG) is 150 and 5.
With this film thickness, the 2DEC has sufficient electron density, so the source resistance does not increase.

上記層構造の表面に、オーミック電極8.9をAuGe
/Au(200/2800人)でチャネル層2に届くよ
うに蒸着し、合金化し、次に、パターン用マスク7をフ
ォトレジストとして塗布し、ゲート形成予定部において
、ゲート長より長いパターン幅を開口する。ゲート開口
予定部の幅は0.5〜0.6μm程度である。
Ohmic electrode 8.9 is made of AuGe on the surface of the above layered structure.
/Au (200/2800 people) is vapor-deposited and alloyed so as to reach the channel layer 2, and then a patterning mask 7 is applied as a photoresist, and a pattern width longer than the gate length is opened in the area where the gate is to be formed. do. The width of the planned gate opening portion is approximately 0.5 to 0.6 μm.

工程101から工程102に移行する間に選択的かつ異
方的にドライエツチングかパターン用マスク上方から第
2のキャップ層6になされる。パターン用マスク7と第
2のキャップ層6とは選択性かあるので、第2のキャッ
プ層6と共にパターン用マスク7か除去されてしまうこ
とはない。また、第2のキャップ層6に対し異方的にエ
ツチングかなされるため、パターン幅てエツチング方向
に第2のキャップ層6か除去されることになる。従って
、一定割合か常に除去されることになり、除去の割合に
再現性かあることとなる。更に、トライエツチングは一
般に圧力を一定にして行なうのでエツチングの制御性も
ウェットエツチングに対して高い。
During the transition from step 101 to step 102, dry etching is selectively and anisotropically applied to the second cap layer 6 from above the patterning mask. Since the pattern mask 7 and the second cap layer 6 are selective, the pattern mask 7 is not removed together with the second cap layer 6. Further, since the second cap layer 6 is etched anisotropically, the second cap layer 6 is removed in the etching direction along the pattern width. Therefore, a certain percentage is always removed, and the removal rate is reproducible. Furthermore, since trial etching is generally carried out under a constant pressure, the controllability of etching is also higher than that in wet etching.

かかるエツチングには、例えば、CCl2F2とHeの
混合ガスによる反応性イオンエツチング(RIE)を用
いる。かかるエツチングはトライエツチング特有の表面
損傷が比較的少なく、選択性、異方性に富むからである
。エツチング速度を上げるためArが、マスクとの選択
性を上げるためH2が各々添加される。CC1,F、は
、GaAs、 AlGaAsをエツチングして、GaC
1* 、AsC1−、AlCl−等の揮発性ガスを生成
するためのC1,と、エツチングを抑制し、GaF、A
IF等の不揮発性化合物を生成させるFより成っている
。第2図に、エツチング特性の例を示す。
For such etching, for example, reactive ion etching (RIE) using a mixed gas of CCl2F2 and He is used. This is because such etching causes relatively little surface damage peculiar to tri-etching and is highly selective and anisotropic. Ar is added to increase the etching rate, and H2 is added to increase the selectivity with the mask. CC1,F is made by etching GaAs and AlGaAs to form GaC
1*, C1 to generate volatile gases such as AsC1-, AlCl-, etc., and GaF, A to suppress etching.
It consists of F which generates non-volatile compounds such as IF. FIG. 2 shows an example of etching characteristics.

P [CCl2F、]/P [H2]=1. RFパワ
ー0.18W/cm2のとき、エツチング速度はAlG
aAs:20人/min、 GaAs :5200人/
minと200倍以上の選択比かある。この技術により
、AlGaAs層をエツチングストッパ材として利用で
き、任意の厚さのものをドライエツチングにより制御で
きる。エツチングの種類は、RIHに限定されず、この
他にはイオンビームエツチング法等があり、IBAE(
Ion−Beam As5ist Etching)て
は、GaAsで3〜5μm/m i nの高いエツチン
グ速度か得られる。
P[CCl2F,]/P[H2]=1. When the RF power is 0.18W/cm2, the etching speed is AlG.
aAs: 20 people/min, GaAs: 5200 people/min
The selection ratio is more than 200 times that of min. With this technique, the AlGaAs layer can be used as an etching stopper material, and any thickness can be controlled by dry etching. The type of etching is not limited to RIH; other methods include ion beam etching, and IBAE (
With ion-beam assist etching, a high etching rate of 3 to 5 μm/min can be obtained for GaAs.

なお、上記ドライエツチング後にエツチング停止層5は
除去される。但し、除去の幅は、第2のキャップ層6と
同一でなくてもよく、以下に述へる金属薄膜10の蒸着
後に第1のキャップ層4とともにエツチングしてもよい
。そして、この場合のエツチング停止層5の除去の幅は
ゲート電極IIのゲート長となる。ゲート電極11は第
2のキャップ層6とさえ接触しなければ本発明の目的に
は沿うからである。エツチング停止層5は上述のように
、厚さか50人程度と薄いので、ドライエツチング又は
ウェットエツチングによって、簡単に除去できる。ウェ
ットエツチングでもよいとしたのはエツチング停止層5
の厚さからエツチングの等方性は無視てきるからである
。従って、例えば、圧力2Paて、エンチャントとして
CC12Ftを用いたRIEでもよく、また、エツチン
グ剤に腐食性の強いフッ酸系、アルカリ系のものを用い
てもよい。
Note that the etching stop layer 5 is removed after the dry etching. However, the width of the removal need not be the same as that of the second cap layer 6, and may be etched together with the first cap layer 4 after the metal thin film 10 is deposited as described below. In this case, the width of removal of the etching stop layer 5 becomes the gate length of the gate electrode II. This is because the purpose of the present invention can be achieved as long as the gate electrode 11 does not come into contact with the second cap layer 6. As mentioned above, the etching stop layer 5 is as thin as about 50 mm, so it can be easily removed by dry etching or wet etching. Etching stop layer 5 is suitable for wet etching.
This is because the isotropy of etching can be ignored due to the thickness. Therefore, for example, RIE using CC12Ft as an enchantment at a pressure of 2 Pa may be used, or a highly corrosive hydrofluoric acid or alkaline etching agent may be used.

第1図工程102は、パターン用マスクの上部に金属薄
膜10が蒸着する様子を示す。金属薄膜】0は、第1の
キャップ層4と選択性かあり、エツチングにより除去さ
れないものであれば種類は問わない。
Step 102 in FIG. 1 shows the deposition of a metal thin film 10 on top of the pattern mask. The metal thin film 0 has selectivity with the first cap layer 4, and the type is not limited as long as it is not removed by etching.

また、金属に限られず、適当な絶縁物でもよい。Moreover, it is not limited to metal, and may be any suitable insulator.

例えば、第1のキャップ層4がn −GaAsの場合、
丁1、SiO等を蒸着することにより形成される。蒸着
の厚さはゲート電極11と第2のキャップ層6との距離
を勘案し、例えば、500〜1000人程度とする。上
巳の厚さだけゲート電極11と第2のキャップ層6とは
離れるからである。なお、蒸着は異方的にゲート開口部
の斜め方向からなされなければならない。異方的な蒸着
とは、蒸着源から金属原子かパターン用マスク7に真直
に蒸着するということを意味する。スパッタ法のような
蒸着では、金属原子か蒸着箇所以外に回り込んて微小厚
さのコントロールができないからである。異方的な蒸着
は、例えば、高真空抵抗加熱蒸着装置等によってなされ
る。また、工程102に示す矢印のように斜め方向から
蒸着するのは、金属原子をゲート開口予定部の中に入り
込ませて、第2のキャップ層6より狭いゲート電極の幅
を形成するためである。
For example, when the first cap layer 4 is n-GaAs,
It is formed by vapor depositing SiO1, SiO, or the like. The thickness of the vapor deposition is, for example, about 500 to 1000, taking into consideration the distance between the gate electrode 11 and the second cap layer 6. This is because the gate electrode 11 and the second cap layer 6 are separated by the thickness of the top layer. Note that the vapor deposition must be performed anisotropically from the diagonal direction of the gate opening. Anisotropic deposition means that metal atoms are deposited directly onto the patterning mask 7 from the deposition source. This is because in vapor deposition such as sputtering, metal atoms wrap around other than the vapor deposition location, making it impossible to control minute thickness. Anisotropic vapor deposition is performed using, for example, a high vacuum resistance heating vapor deposition apparatus. Further, the reason why the vapor deposition is performed from an oblique direction as shown by the arrow shown in step 102 is to allow metal atoms to enter the planned gate opening area and form a width of the gate electrode narrower than that of the second cap layer 6. .

特に、パターン用マスク7の内壁にほぼ均等蒸着させる
役割を持つ。
In particular, it has the role of almost uniformly depositing the vapor on the inner wall of the patterning mask 7.

工程103は、工程lotから工程102に移行する間
と同様の、選択的かつ異方的なトライエツチングを金属
薄膜10上方から第1のキャップ層4に行なう様子を示
す。第1のキャップ層4は第2のキャップ層より厚さか
薄いか、異方的にエツチングするため圧力は一定で、工
程101から工程+02に移行する際のものと同じでよ
い。具体的には10Pa未満である。
Step 103 shows selective and anisotropic tri-etching performed on the first cap layer 4 from above the metal thin film 10, similar to that during the transition from the step lot to step 102. Since the first cap layer 4 is etched anisotropically, whether it is thicker or thinner than the second cap layer, the pressure is constant and may be the same as that during the transition from step 101 to step +02. Specifically, it is less than 10 Pa.

工程104はエツチングされた第1のキャップ層4のゲ
ート開口部にゲート電極IJを蒸着した様子を示す。ゲ
ート電極11の材質であるゲートメタルは、例えば、A
Iを用い、厚さは4000人程度上巳、輻は0.3μm
程度にする。ゲート電極11を形成後は、ゲート電極1
1以外のA1層は、パターン用マスク7とともにリフト
オンして除去する。
Step 104 shows the deposition of the gate electrode IJ in the gate opening of the etched first cap layer 4. The gate metal that is the material of the gate electrode 11 is, for example, A
I, the thickness is about 4000 people, and the convergence is 0.3 μm.
to a certain degree. After forming the gate electrode 11, the gate electrode 1
The A1 layers other than 1 are lifted on and removed together with the patterning mask 7.

本発明の実施例によるE−HEMTは、ウェットエツチ
ングによる従来の第3図に示すE−HEMTに比較して
ゲートを極11と第2のキャップ層6との距離を常に一
定に保つリセスゲート構造となっている。
The E-HEMT according to the embodiment of the present invention has a recessed gate structure in which the distance between the gate pole 11 and the second cap layer 6 is kept constant at all times, compared to the conventional E-HEMT shown in FIG. 3 which is formed by wet etching. It has become.

これによりオーミック電極間において大きなチャネル領
域を確保てきる。よって、従来のE−)IEMTよりも
更に寄生容量を低減させ、特に高電力の下では、応答速
度を50%程度も向上できる場合かある。
This ensures a large channel area between the ohmic electrodes. Therefore, the parasitic capacitance can be further reduced than that of the conventional E-)IEMT, and the response speed can be improved by as much as 50%, especially under high power.

従って、性能面での向上も飛躍的である。なお、本発明
のエンハンスメント型へテロ接合電界効果トランジスタ
は、同しく本発明の実施例による製造方法には限定され
ない。
Therefore, the improvement in performance is also dramatic. Note that the enhancement type heterojunction field effect transistor of the present invention is not limited to the manufacturing method according to the embodiments of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

■本発明の半導体装置により、ゲートを極と第2のキャ
ップ層の距離を常に一定となり、例えば、ヘテロ接合電
界効果トランジスタのEモートてあっても、リセスゲー
ト構造において、ソース抵抗、寄生容量が低減でき、高
速動作か可能な半導体装置か得られる。
■With the semiconductor device of the present invention, the distance between the gate pole and the second cap layer is always constant, and for example, even in the E mode of a heterojunction field effect transistor, the source resistance and parasitic capacitance are reduced in the recessed gate structure. A semiconductor device capable of high-speed operation can be obtained.

■また、本発明の半導体装置により、選択的で異方的な
エツチングを第2のキャップ層に施すことにより、エツ
チングによる除去の割合に再現性を持たせることかでき
る。また、ゲート電極と第2のキャップ層との距離を常
に一定に保つことかてきる。
(2) Furthermore, by selectively and anisotropically etching the second cap layer according to the semiconductor device of the present invention, the removal rate by etching can be made reproducible. Furthermore, it is possible to always keep the distance between the gate electrode and the second cap layer constant.

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

第1図は本発明の実施例によるリセスゲート構造のE−
HEMTの製造方法の工程を示す図、第2図はCC1t
F2+HeイオンエツチングによるGaAsとAlGa
Asのエツチング速度の比較を表す図、第3図は従来の
リセスゲート構造のE−HEMTの製造方法の工程を示
す図、 第4図はりセスゲート構造のD−HEMTの断面図、第
5図は従来のりセスゲート構造のE−HEMTの課題を
説明する図である。 図において、 lは半導体の基板、 2はチャネル層、 3は電子供給層、 4は第1のキャップ層、 4aはキャップ層、 5はエツチング停止層、 6は第2のキャップ層、 7はパターン用マスク、 8.9はオーミック電極、 10は金属薄膜、 11はゲート電極、 を示す。 第 図(?/)2) 第1[d(f/)1) ニソ令ν2°升翳1(S)
FIG. 1 shows a recessed gate structure according to an embodiment of the present invention.
A diagram showing the steps of the HEMT manufacturing method, Figure 2 is CC1t
GaAs and AlGa by F2+He ion etching
Figure 3 is a diagram showing the process of manufacturing a conventional E-HEMT with a recessed gate structure. Figure 4 is a cross-sectional view of a D-HEMT with a recessed gate structure. Figure 5 is a diagram showing a comparison of the etching rates of As. It is a figure explaining the problem of E-HEMT of a gate structure. In the figure, l is a semiconductor substrate, 2 is a channel layer, 3 is an electron supply layer, 4 is a first cap layer, 4a is a cap layer, 5 is an etching stop layer, 6 is a second cap layer, and 7 is a pattern 8.9 is an ohmic electrode, 10 is a metal thin film, and 11 is a gate electrode. Figure (?/) 2) 1st [d(f/) 1) Niso Rei ν 2° Masu 翳 1 (S)

Claims (1)

【特許請求の範囲】  半導体基板(1)上に、能動層(2、3)、前記能動
層の表層部とエッチングレートが異なる第1のキャップ
層(4)、前記第1のキャップ層とエッチングレートが
異なるエッチング停止層(5)、前記エッチング停止層
とはエッチングレートが異なり、かつ、前記第1のキャ
ップ層よりも厚い第2のキャップ層(6)、及び電極層
形成領域に選択的に第1の開口部を有したマスク層(7
)を順次積層する工程と、 前記マスク層をマスクとして、前記第1の開口部に表出
した前記第2のキャップ層を異方性エッチングにより除
去し、前記エッチング停止層表面で停止させる工程と、 前記マスク層表面に対し、斜め方向から金属を蒸着させ
ることにより、前記第1の開口部よりも狭い第2の開口
部を有する金属マスク層(10)を形成する工程と、 前記エッチング停止層が除去され、前記第2の開口部に
表出した前記第1のキャップ層を異方性エッチングによ
り除去し、前記能動層表面で停止させる工程と、 前記マスク層及び金属マスク層を除去したのち、表出し
た前記能動層及び前記第1のキャップ層に接触し、前記
第2のキャップ層に接触しない電極層を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
[Scope of Claims] On a semiconductor substrate (1), active layers (2, 3), a first cap layer (4) having an etching rate different from that of the surface layer of the active layer, and etching with the first cap layer are provided. An etching stop layer (5) having a different etching rate, a second cap layer (6) having a different etching rate from the etching stop layer and being thicker than the first cap layer, and an electrode layer forming area selectively. A mask layer (7) having a first opening
), using the mask layer as a mask, removing the second cap layer exposed in the first opening by anisotropic etching, and stopping at the surface of the etching stop layer. , forming a metal mask layer (10) having a second opening narrower than the first opening by depositing metal from an oblique direction onto the surface of the mask layer; and the etching stop layer. is removed and the first cap layer exposed in the second opening is removed by anisotropic etching, stopping at the surface of the active layer; and after removing the mask layer and the metal mask layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an electrode layer in contact with the exposed active layer and the first cap layer, but not in contact with the second cap layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671877A (en) * 1995-01-31 1997-09-30 Toyoda Gosei Co., Ltd. Container holder device
WO2006033167A1 (en) * 2004-09-24 2006-03-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device

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