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JP2807290B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP2807290B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP2807290B2
JP2807290B2 JP28495289A JP28495289A JP2807290B2 JP 2807290 B2 JP2807290 B2 JP 2807290B2 JP 28495289 A JP28495289 A JP 28495289A JP 28495289 A JP28495289 A JP 28495289A JP 2807290 B2 JP2807290 B2 JP 2807290B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体装置、例えばGaAsを構成材料とする
ショットキーゲート電界効果トランジスタ(GaAsFET)
等の製造方法に関し、特にそのゲート部のリセスエッチ
ング等に際して、チャネル層となる導電性半導体層を制
御性よく所定の厚さに形成する方法に関するものであ
る。
The present invention relates to a semiconductor device, for example, a Schottky gate field effect transistor (GaAsFET) using GaAs as a constituent material.
In particular, the present invention relates to a method for forming a conductive semiconductor layer serving as a channel layer to a predetermined thickness with good controllability when performing recess etching or the like of a gate portion.

[従来の技術] 従来の半導体装置としてGaAsFETを例にとり、その製
造方法を説明する。
[Prior Art] A method of manufacturing a GaAs FET will be described as an example of a conventional semiconductor device.

GaAsFETは、半絶縁性基板上にエピタキシャル成長に
より導電性半導体層である半導体チャネル層が形成さ
れ、その表面に、オーミック接触するソース電極、ドレ
イン電極及びショットキー接触するゲート電極が備えら
れている。そしてゲート電極に加えた電圧により、ソー
ス・ドレイン電極間のチャネル層のコンダクタンスを変
化させてドレイン電流を制御する半導体装置である。
The GaAsFET has a semiconductor channel layer, which is a conductive semiconductor layer, formed on a semi-insulating substrate by epitaxial growth, and has on its surface a source electrode, a drain electrode in ohmic contact, and a gate electrode in Schottky contact. The semiconductor device controls the drain current by changing the conductance of the channel layer between the source and drain electrodes by a voltage applied to the gate electrode.

このようなGaAsFETにおいては、電力利得、雑音指数
等の高周波特性を良好にするには、最適の電流値があ
り、飽和ドレイン電流(IDSS)を所定値に制御すること
は極めて重要である。そこで、IDSSを所定値に制御する
とともに、ソース・ゲート電極間の直列抵抗を低減さ
せ、さらにドレイン耐圧を向上させるため、ゲート電極
付近の半導体チャネル層を所要の厚さまで薄くする、い
わゆるリセス(凹部)構造が採用されている。また、こ
れとともに、ソース・ドレイン間の距離を狭くしたり、
短ゲート長とすることが行われている。
In such a GaAsFET, there is an optimum current value for improving high-frequency characteristics such as a power gain and a noise figure, and it is extremely important to control a saturated drain current (IDSS) to a predetermined value. Therefore, in order to control the IDSS to a predetermined value, reduce the series resistance between the source and gate electrodes, and further improve the withstand voltage of the drain, the semiconductor channel layer near the gate electrode is thinned to a required thickness. ) Structure is adopted. In addition, along with this, the distance between the source and drain is reduced,
Short gate lengths are being implemented.

従来のこのようなリセス構造を有するGaAsFETの製造
方法としては、例えば、第4図に示すような方法がとら
れていた。
As a conventional method of manufacturing a GaAs FET having such a recess structure, for example, a method as shown in FIG. 4 has been employed.

即ち、第4図(a)に示すように、まず、半絶縁性Ga
As基板21上にエピタキシャル成長によって形成されたチ
ャネル層22の領域を選択エッチング等により所定の領域
に限定する。同図(b)に示すように、コーティングし
たフォトレジスト23をパターニングすることにより、リ
セスエッチ用の開口部24を設ける。適宜の電解液を用い
た電解エッチングにより、同図(c)に示すようなリセ
ス25を形成し、ゲート金属26を蒸着する。同図(d)に
示すようにリフトオフによりゲート電極27を形成し、次
いで、再びコーティングしたフォトレジスト28をパター
ニングすることにより、ソース電極及びドレイン電極用
の開口部を設ける。オーミック金属を蒸着し、リフトオ
フにより同図(e)に示すようにソース電極29とドレイ
ン電極30を形成する。
That is, first, as shown in FIG.
The region of the channel layer 22 formed by epitaxial growth on the As substrate 21 is limited to a predetermined region by selective etching or the like. As shown in FIG. 3B, an opening 24 for recess etching is provided by patterning the coated photoresist 23. A recess 25 as shown in FIG. 3C is formed by electrolytic etching using an appropriate electrolytic solution, and a gate metal 26 is deposited. As shown in FIG. 2D, a gate electrode 27 is formed by lift-off, and then the coated photoresist 28 is patterned to provide openings for the source electrode and the drain electrode. An ohmic metal is deposited, and a source electrode 29 and a drain electrode 30 are formed by lift-off as shown in FIG.

上述の製造方法では、リセス25部分のチャネル層22の
厚さは、初期のエピタキシャル層の厚さと電解エッチン
グによるエッチング量の差から求めている。しかし、エ
ピタキシャル層の厚さを正確に求めることは困難であ
り、エッチング量についても誤差があるので、リセス部
分のチャネル層の厚さを所定の厚さに正確に制御するこ
とは困難であった。
In the above-described manufacturing method, the thickness of the channel layer 22 in the recess 25 is obtained from the difference between the initial thickness of the epitaxial layer and the amount of etching by electrolytic etching. However, it is difficult to accurately determine the thickness of the epitaxial layer, and there is also an error in the amount of etching. Therefore, it has been difficult to accurately control the thickness of the channel layer in the recessed portion to a predetermined thickness. .

この問題を解決するために、電解エッチングの際にチ
ャネル層の部分に拡がる空乏層が半絶縁性基板に達した
ことをエッチング時の電流(以下ICELLという)の変化
から検知し、これをエッチング終了の目安とすることが
試みられている。しかしながら、この方法にも以下のよ
うな問題があった。
In order to solve this problem, the fact that the depletion layer extending to the channel layer during electrolytic etching reaches the semi-insulating substrate is detected from the change in current (hereinafter referred to as ICELL) at the time of etching, and this is terminated. Attempts have been made as a measure of However, this method also has the following problems.

即ち、後述する第1図(a)に示すように、電解エッ
チングがリセス用マスクの開口部7を通して行われると
き、エッチングされるリセス形成領域は、開口部7の直
下領域8と開口部7の周縁部に沿って形成される側面領
域であるアンダカット部分の湾曲部領域9とに分けるこ
とができる。そして、開口部7の直下領域8の空乏層が
半絶縁性基板1に達したことをICELLの変化から検出す
ることにより、リセス部分のチャネル層2の厚さが空乏
層幅に等しくなったことを判別できる筈である。しか
し、実際には、空乏層が半絶縁性基板1に達しない上述
の湾曲部領域9の面積が、リセス深さが深くなるほど大
きくなるため、この湾曲部領域9の電流リークにより、
ICELLの変化の検知が困難になってしまう。
That is, as shown in FIG. 1A, which will be described later, when electrolytic etching is performed through the opening 7 of the recess mask, the recess forming region to be etched is a region 8 immediately below the opening 7 and a region between the opening 7 and the opening 7. It can be divided into a curved portion region 9 of an undercut portion which is a side surface region formed along the periphery. By detecting from the change in ICELL that the depletion layer in the region 8 directly below the opening 7 has reached the semi-insulating substrate 1, the thickness of the channel layer 2 in the recessed portion becomes equal to the width of the depletion layer. Should be able to determine. However, in practice, the area of the above-mentioned curved portion region 9 where the depletion layer does not reach the semi-insulating substrate 1 becomes larger as the recess depth becomes deeper.
It becomes difficult to detect changes in ICELL.

[発明が解決しようとする課題] リセス部分のチャネル層の厚さを、初期のエピタキシ
ャル層の厚さと電解エッチングによるエッチング量の差
から求めるようにした従来の半導体装置の製造方法で
は、エピタキシャル層の厚さを正確に求めることは困難
であり、エッチング量についても誤差があるため、その
チャネル層の厚さを所定の厚さに正確に制御することが
困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] In a conventional method of manufacturing a semiconductor device in which the thickness of a channel layer in a recess portion is determined from the difference between the initial thickness of an epitaxial layer and the etching amount by electrolytic etching, It is difficult to accurately determine the thickness, and there is also an error in the amount of etching. Therefore, it has been difficult to accurately control the thickness of the channel layer to a predetermined thickness.

また電解エッチングの際に、リセス底部のチャネル層
の部分に拡がる空乏層が半絶縁性基板に達したことをエ
ッチング時の電流ICELLの変化から検知してこれをエッ
チング終了の目安とするようにした他の製造方法では、
マスク開口部の周縁部に形成される側面領域であるアン
ダカット部分の湾曲部領域の面積が、リセス深さが深く
なるほど大になり、この湾曲部領域の空乏層は半絶縁性
基板に達しないため、この領域部分の電流リークによ
り、ICELLの変化の検知が実質的に困難となり、リセス
部分のチャネル層の厚さを所定厚さに制御することが難
しいという問題があった。
Also, at the time of electrolytic etching, the fact that the depletion layer extending to the channel layer at the bottom of the recess has reached the semi-insulating substrate is detected from the change in the current ICELL during the etching, and this is used as a guide to the end of the etching. In other manufacturing methods,
The area of the curved region of the undercut portion, which is the side surface region formed at the periphery of the mask opening, increases as the recess depth increases, and the depletion layer in this curved region does not reach the semi-insulating substrate. Therefore, there is a problem that it is substantially difficult to detect a change in ICELL due to a current leak in this region, and it is difficult to control the thickness of the channel layer in the recess to a predetermined thickness.

そこで本発明は、凹部の形成領域における導電性半導
体層の厚さを制御性よく所定の厚さに形成することので
きる半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which the thickness of a conductive semiconductor layer in a formation region of a concave portion can be formed to a predetermined thickness with good controllability.

[課題を解決するための手段] 本発明は上記課題を解決するために、 (イ)実質的に絶縁性である基板上に導電性半導体層を
形成する工程、 (ロ)この導電性半導体層上に、第1の開口面積Saを有
した第1の開口部、及び第2の開口面積Sbを有した第2
の開口部を有するフォトレジスト等の薄膜を形成する工
程、 (ハ)このフォトレジスト等の薄膜をマスクとして、電
気化学的エッチング法を用いて、導電性半導体層のエッ
チングを開始する工程、 (ニ)このエッチングにより形成された凹部の底部に拡
がる空乏層が基板に達することによって生じる電気化学
的エッチング法に用いる電流もしくは電圧レベルの変化
を検知して、エッチングを終了する工程 とを少なくとも含み、第1及び第2の開口面積の総和Sa
+Sbが、エッチングによるアンダカット部からなる側面
領域の面積SA+SBの総和の10倍以上である半導体装置の
製造方法であることを要旨とする。
Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention provides (a) a step of forming a conductive semiconductor layer on a substantially insulating substrate, and (b) this conductive semiconductor layer. above, first had first opening having a first opening area S a, and the second opening area S b 2
Forming a thin film of photoresist or the like having an opening of (c) using the thin film of photoresist or the like as a mask to start etching of the conductive semiconductor layer using an electrochemical etching method; Detecting a change in the current or voltage level used in the electrochemical etching method caused by the depletion layer extending to the bottom of the concave portion formed by the etching reaching the substrate, and terminating the etching, and Sum of first and second opening areas S a
+ S b is the gist that the manufacturing method of the semiconductor device is 10 times or more the total area S A + S B side region consisting undercut by etching.

ここで、SAは第1の開口部の、SBは第2の開口部の側
面領域である。また、「第1の開口部」は半導体装置の
特性を左右する開口部に対応し、従って、その第1の開
口面積Saは設計によって定まる所定の面積である。たと
えば、この第1の開口部はショットキーゲート電界効果
トランジスタのゲート電極を形成するためのリセス部に
対応する。一方、第2の開口部はエッチングのモニタ領
域となる開口部であり、Sa+Sb>10(SA+SB)なる範囲
で自由に選択できる第2の開口面積Sbを有する。
Here, S A of the first opening, S B is a side area of the second opening. Further, the "first opening" corresponds to affect the opening characteristics of the semiconductor device, therefore, the first opening area S a is a predetermined area defined by the design. For example, the first opening corresponds to a recess for forming a gate electrode of a Schottky gate field effect transistor. On the other hand, the second opening is an opening serving as an etching monitor region, and has a second opening area Sb that can be freely selected within a range of S a + S b > 10 (S A + S B ).

上記の「電気化学的エッチング法」は電解エッチング
法や陽極酸化法等を含む。たとえば電解エッチング時
に、エッチングによって生じる凹部の底部に拡がる空乏
層が基板に達すると、電解エッチングに用いる電流I
CELLが変化するので、この電流ICELLのレベルの変化に
よってエッチングの終了の目安とすることができる。
又、エッチング時の電流ICELLが一定になるように構成
して、電圧の上昇を検知しても、エッチングの終了の目
安とすることができる。
The “electrochemical etching method” includes an electrolytic etching method, an anodic oxidation method, and the like. For example, during the electrolytic etching, when a depletion layer extending to the bottom of the concave portion generated by the etching reaches the substrate, the current I
Since the CELL changes, the change in the level of the current I CELL can be used as a guide to the end of the etching.
Also, the current I CELL at the time of etching can be configured to be constant, and even if a rise in voltage is detected, it can be used as a measure of the end of etching.

[作用] 上記のように、本発明においては、凹部用領域の第1
の開口面積Saとモニタ用領域の第2の開口面積Sbの総和
Sa+Sbが、両領域における開口部の周縁部に沿ってアン
ダカットにより形成される側面領域の面積の総和SA+SB
よりも、10倍以上大になるように設定している。従っ
て、側面領域の導電性半導体部分に拡がる空乏層に通る
リーク電流は、第1の開口面積Sa及び第2の開口面積Sb
を流れる電流に比して相対的に微少となる。したがっ
て、Sa<Sbとなるような、微細な第1の開口部を有する
場合であっても、第1及び第2の開口部の直下領域の導
電性半導体層の部分に拡がる空乏層が、実質的に絶縁性
である基板に達した時点が、エッチング時の電流ICELL
もしくは電圧レベル等の変化から正確に検知され、正確
にエッチングを終了することができる。したがって、予
め電解エッチング等の電気化学的エッチング条件と空乏
層幅との関係を求めておくことにより、凹部の形成領域
における導電性半導体の厚さが制御性よく所定の厚さに
形成される。
[Operation] As described above, in the present invention, the first region of the concave region is formed.
The sum of the second opening area S b of the opening area S a and monitor areas of
S a + S b is the sum of the areas S A + S B of the side areas formed by undercut along the periphery of the opening in both areas.
It is set to be more than 10 times larger. Therefore, the leakage current passing through the depletion layer extending to the conductive semiconductor portion in the side surface region is caused by the first opening area Sa and the second opening area Sb.
Is relatively small compared to the current flowing through. Therefore, even when the semiconductor device has the fine first opening that satisfies S a <S b , the depletion layer extending to the portion of the conductive semiconductor layer immediately below the first and second openings is not reduced. , When the substrate reaches a substantially insulating substrate, the etching current I CELL
Alternatively, the etching can be accurately detected from a change in the voltage level or the like, and the etching can be accurately completed. Therefore, by previously determining the relationship between the electrochemical etching conditions such as electrolytic etching and the depletion layer width, the thickness of the conductive semiconductor in the recess formation region is formed to a predetermined thickness with good controllability.

[実施例] 以下、本発明の実施例を第1図ないし第3図に基づい
て説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.

この実施例は、リセス(凹部)構造を有するGaAsFET
の製造方法に適用されている。
This embodiment is directed to a GaAs FET having a recess structure.
Has been applied to the manufacturing method.

まず、半絶縁性GaAs基板1上に、気相エピタキシャル
成長により厚さ約2μmの高抵抗バッファ層とn型でキ
ャリア濃度がほぼ3×1017cm-3、厚さ約0.3μmの導電
性半導体層としてのチャネル層2を形成する。このチャ
ネル層2の表面にフォトレジストを所要形状にパターニ
ングして選択エッチング等を施すことにより、複数個の
FET等の領域3と、電解エッチング等によるエッチング
の際に、これらのFET等の領域3を電気的に接続するた
めの給電用線路4とに限定する。
First, a high-resistance buffer layer having a thickness of about 2 μm and a conductive semiconductor layer having an n-type carrier concentration of about 3 × 10 17 cm −3 and a thickness of about 0.3 μm are formed on a semi-insulating GaAs substrate 1 by vapor phase epitaxial growth. A channel layer 2 is formed. By patterning a photoresist on the surface of the channel layer 2 into a required shape and performing selective etching or the like, a plurality of
The region is limited to a region 3 such as an FET and a power supply line 4 for electrically connecting the region 3 such as an FET when etching by electrolytic etching or the like.

さらに、チャネル層2の表面にコーティングしたフォ
トレジスト5をパターニングして、FET等の領域3にお
けるリセス(凹部)の形成領域6に第1の開口面積Saか
らなる第1の開口部7(リセス用マスク)を形成し、他
のFET等の領域3における検出領域(モニタ領域)11にI
CELL変化検知用の第2の開口面積SAからなる第2の開口
部12(モニタ用マスク)を形成する。なお、第1の開口
部7及び第2の開口部12は同一のマスクによりフォトレ
ジスト5上に同時に形成することもできる。
Further, the photoresist 5 coated on the surface of the channel layer 2 is patterned to form a first opening 7 (first recess 7) having a first opening area Sa in a recess (recess) forming region 6 in a region 3 such as an FET. Mask), and I is added to the detection region (monitor region) 11 in the region 3 of another FET or the like.
A second opening 12 (monitor mask) having a second opening area S A for CELL change detection is formed. Note that the first opening 7 and the second opening 12 can be simultaneously formed on the photoresist 5 using the same mask.

ここで、第2の開口部12の第2の開口面積SAは、次の
ように設定されている。
Here, the second opening area S A of the second opening 12 is set as follows.

即ち、リセス部の大きさを規定する第1の開口面積Sa
は、FET特性を左右するものであり、その寸法は自由に
変えることはできない。そして、第1の開口部7から深
さdのエッチングを行った場合、第1図(a)に示すそ
の第1の開口部7の直下領域8、即ち第1の開口面積Sa
(以下、第1の開口部直下面積というときも符号Saを用
いる)及び第1の開口部7の周縁部に沿って形成される
側面領域であるアンダカット部分の湾曲部領域9の面積
Sbは、それぞれ次のようになる。
That is, the first opening area Sa that defines the size of the recess portion
Affects FET characteristics, and its dimensions cannot be freely changed. Then, when etching is performed to a depth d from the first opening 7, a region 8 immediately below the first opening 7 shown in FIG. 1A, that is, a first opening area Sa
(Hereinafter, the symbol Sa is also used when referring to the area directly below the first opening.) And the area of the curved portion region 9 of the undercut portion, which is a side surface region formed along the peripheral edge of the first opening 7.
Sb is as follows, respectively.

Sa=l・W1 Sb≒π(l+W1)・d l、W1は第1図(b)に示すように、第1の開口部7
の長さ及び幅であり、エッチングは等方的に進むと仮定
した。この実施例で l=0.5μm、W1=300μm、 d=0.2μm とすると Sa=1.5×10-8(cm2) Sb≒1.9×10-8(cm2) となり、第1の開口部直下面積Saと湾曲部領域9の面積
Sbの関係は Sa<Sb …(1) となる。このため、電解エッチングが進行したとき、前
述したように、第1の開口部7の直下領域8の空乏層が
半絶縁性GaAs基板1に達した場合でも、湾曲部領域9の
エッチングが支配的であるため、ICELLの変化の検知が
困難になる。
Sa = 1lW 1 Sb ≒ π (l + W 1 ) ・ dl, W 1 is the first opening 7 as shown in FIG.
Length and width, and the etching was assumed to proceed isotropically. In this embodiment, if l = 0.5 μm, W 1 = 300 μm, and d = 0.2 μm, Sa = 1.5 × 10 −8 (cm 2 ) Sb ≒ 1.9 × 10 −8 (cm 2 ), which is just below the first opening. Area Sa and Area of Curved Area 9
The relationship of Sb is Sa <Sb (1). For this reason, when the electrolytic etching proceeds, as described above, even when the depletion layer in the region 8 directly below the first opening 7 reaches the semi-insulating GaAs substrate 1, the etching of the curved region 9 is dominant. Therefore, it is difficult to detect a change in ICELL.

ここで、第2の開口部12の直下領域13の面積、即ち第
2の開口部直下面積をSAとし、第2の開口部12の周縁部
に沿って形成される側面領域であるアンダカット部分の
湾曲部領域14の面積をSBとすると、第2の開口部12の開
口面積SAは、全開口部直下面積に対し全湾曲部領域の面
積を実質的に無視できるものとするために、第1の開口
面積Saとその第2の開口面積SAとの総和が、両湾曲部領
域9、14の面積Sb、SBの総和よりも例えば10倍程度の所
定倍率だけ大になるように設定されている。
Here, the area of the region 13 immediately below the second opening 12, that is, the area immediately below the second opening 12 is S A, and an undercut which is a side surface region formed along the peripheral edge of the second opening 12. Assuming that the area of the curved portion region 14 of the portion is S B , the opening area S A of the second opening 12 is to make the area of the entire curved portion region substantially negligible with respect to the area immediately below the entire opening. In addition, the sum of the first opening area Sa and the second opening area S A is larger than the sum of the areas Sb and S B of the two curved sections 9 and 14 by a predetermined magnification, for example, about 10 times. It is set as follows.

即ち、第2図(b)に示すように、第2の開口部12の
長さ及び幅を、L及びW2とすると、第2の開口部直下面
積SA及び湾曲部領域14の面積SBは、それぞれ次のように
なる。
That is, as shown in FIG. 2 (b), the length and width of the second opening 12, when the L and W 2, the area of the second opening immediately below the area S A and the curved region 14 S B is as follows.

SA=L・W2 SB≒π(L+W2)・d この実施例で L=30μm、W2=100μm d=0.2μm とすると SA=3.0×10-5(cm2) SB≒8.2×10-7(cm2) となり、第2の開口部直下面積SAと湾曲部領域14の面積
SBの関係は SA>SB …(2) となり、さらに第1の開口面積Sa及び第2の開口面積SA
の総和と、両湾曲部領域9、14の面積Sb、SBの総和との
関係は次のようになる。
S A = L ・ W 2 S B ≒ π (L + W 2 ) ・ d If L = 30 μm, W 2 = 100 μm and d = 0.2 μm in this embodiment, S A = 3.0 × 10 −5 (cm 2 ) S B ≒ 8.2 × 10 −7 (cm 2 ), and the area S A immediately below the second opening and the area of the curved region 14
The relationship of S B is S A > S B (2), and the first opening area Sa and the second opening area S A
The sum of the area Sb of both the curved region 9,14, the relationship between the sum of S B is as follows.

ΣSa+ΣSA>10(ΣSb+ΣSB) …(3) 製造工程時において、リセスの形成領域6は1枚の基
板(ウエーハ)上に同時に多数個形成されるので、検出
領域11は上記(3)式を満足させるために適宜の複数個
が形成される。
ΣSa + ΣS A > 10 (ΣSb + ΣS B ) (3) In the manufacturing process, since a large number of recess formation regions 6 are formed simultaneously on one substrate (wafer), the detection region 11 is determined by the above equation (3). Appropriate pluralities are formed to satisfy.

第2の開口面積SAを上述のように設定した結果、この
総面積は、全湾曲部領域9、14の面積よりも10倍以上あ
るため、ICELLの変化の検知が容易となる。
As a result of setting the second opening area S A as described above, the total area is at least 10 times larger than the area of the entire curved portion regions 9 and 14, so that a change in ICELL can be easily detected.

そして、第1の開口部7及び第2の開口部12で開口さ
れたリセスの形成領域6及び検出領域11を、電気化学的
エッチング法として電解エッチングを用いてエッチング
することで、リセスの形成領域6にリセスを形成する。
この電解エッチングには、3%酒石酸水溶液とプロピレ
ングリコールを2:5に混合した溶液中で基板を陽極と
し、白金電極を陰極として、白色光を基板に照射しなが
ら、陽極酸化膜が形成されないような低電圧で行ない、
ICELLが急激に低下した時点で電解エッチングを終了す
る。これにより、リセスの直下領域8のチャネル層2の
厚さが、所定の厚さに形成される。
Then, the recess forming region 6 and the detection region 11 opened by the first opening 7 and the second opening 12 are etched using electrolytic etching as an electrochemical etching method, thereby forming the recess forming region. A recess is formed in 6.
In this electrolytic etching, a substrate is used as an anode and a platinum electrode is used as a cathode in a solution in which a 3% tartaric acid aqueous solution and propylene glycol are mixed at a ratio of 2: 5, and the substrate is irradiated with white light so that an anodic oxide film is not formed. Low voltage,
The electrolytic etching is terminated when ICELL drops sharply. As a result, the thickness of the channel layer 2 in the region 8 immediately below the recess is formed to a predetermined thickness.

以上の方法で所望の深さのリセスを形成した後、ゲー
ト金属を蒸着して、リフトオフ法によりゲートを形成す
る。以後の工程は前述した従来方法と同様である。
After a recess having a desired depth is formed by the above method, a gate metal is deposited and a gate is formed by a lift-off method. Subsequent steps are the same as in the above-described conventional method.

上述のように、この実施例の製造方法によれば、リセ
スの直下領域8のチャネル層2の厚さを、精度よく所定
の厚さに形成することができるのでGaAsFETのIDSSを所
定値に制御することが容易になる。
As described above, according to the manufacturing method of this embodiment, the thickness of the channel layer 2 in the region 8 immediately below the recess can be accurately formed to a predetermined thickness, so that the IDSS of the GaAs FET is controlled to a predetermined value. It becomes easier to do.

なお、上述の製造方法において、電解エッチングの際
の印加電圧や電解液組成については特に限定する必要は
なく、陽極酸化膜が形成されるような条件においても、
陽極酸化膜下にできる空乏層が、半絶縁性基板に達した
ことを検知して、エッチング量を制御できることはいう
までもない。即ち、この明細書において、電気化学的エ
ッチング法とは、電解エッチング及び陽極酸化法を用い
たエッチングの両エッチング法を含むものである。
In the above-described manufacturing method, it is not necessary to particularly limit the applied voltage and the electrolytic solution composition at the time of electrolytic etching.
It goes without saying that the amount of etching can be controlled by detecting that the depletion layer formed under the anodic oxide film has reached the semi-insulating substrate. That is, in this specification, the electrochemical etching method includes both etching methods of electrolytic etching and etching using an anodic oxidation method.

この場合、エッチングによる凹部領域の側面領域は、
必ずしもアンダーカットされた湾曲形状である必要はな
く、垂直な側面を形成する場合等も同様にエッチングを
制御できる。
In this case, the side surface region of the recessed region by etching is
It is not always necessary to have an undercut curved shape, and the etching can be controlled similarly when forming a vertical side surface.

また、上述の実施例では、空乏層が半絶縁性基板に達
したことをICELLの変化で検知するようにしたが、ICELL
を一定として電圧の上昇等、他の電気的レベルの変化で
検知することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the fact that the depletion layer has reached the semi-insulating substrate is detected by the change of ICELL.
Can be detected by other changes in electrical level, such as a rise in voltage, while keeping the constant.

さらに、上述の実施例では、チャネル層を気相エピタ
キシャル成長法により形成したが、他の方法、例えば液
相エピタキシャル成長法、MBE法、イオン注入法などを
用いて形成することもできる。
Further, in the above-described embodiment, the channel layer is formed by the vapor phase epitaxial growth method. However, the channel layer may be formed by another method, for example, the liquid phase epitaxial growth method, the MBE method, the ion implantation method, or the like.

また、上述の実施例では、GaAsFETにおけるゲート部
のリセス形成に適用したが、実質的に絶縁性である基板
上の導電性半導体層を所望の厚さに形成するあらゆる場
合に、本発明が利用できることは明らかであり、例え
ば、半絶縁性InP基板上のInP導電層、あるいは絶縁膜上
にエピタキシャル成長されたSi層の厚さ調整にも用いる
ことができる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the formation of the recess in the gate portion of the GaAs FET. However, the present invention is applicable to any case where the conductive semiconductor layer on the substantially insulating substrate is formed to a desired thickness. Obviously, it can be used, for example, for adjusting the thickness of an InP conductive layer on a semi-insulating InP substrate or a Si layer epitaxially grown on an insulating film.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、導電性半導体
層上における凹部の形成領域に所定大きさの第1の開口
面積を有する凹部用開口及び該凹部の形成領域以外の前
記導電性半導体層上のモニタ領域に第2の開口面積を有
するモニタ用開口を有する薄膜を形成し、且つこの第2
の開口面積は、第1の開口面積と当該第2の開口面積と
の総和が、エッチングによって凹部領域及びモニタ領域
の部分に形成される側面領域の面積の総和よりも所定倍
率だけ大になるように設定する第1の工程と、導電性半
導体層における凹部の形成領域及びモニタ領域を電気化
学的エッチング法によってエッチングし、そのエッチン
グにおける電気的レベルの変化に基づいて当該導電性半
導体層の厚さを所定の厚さにする第2の工程とを具備さ
せたため、エッチングは、第1、第2の開口部の直下領
域が支配的であり、その直下領域の導電性半導体層の部
分に拡がる空乏層が実質的に絶縁性である基板に達した
時点を、エッチング時の電流等の変化から正確に検知す
ることができる。したがって、凹部の形成領域における
導電性半導体層の厚さを制御性よく所定の厚さに形成す
ることができるという利点がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, an opening for a recess having a first opening area of a predetermined size in a formation region of a recess on a conductive semiconductor layer and a region other than the formation region of the recess are provided. Forming a thin film having a monitor opening having a second opening area in a monitor region on the conductive semiconductor layer;
Is such that the sum of the first opening area and the second opening area is larger by a predetermined magnification than the sum of the areas of the side surface regions formed in the recessed region and the monitor region by etching. A first step of setting the thickness and the thickness of the conductive semiconductor layer based on a change in the electrical level of the conductive semiconductor layer based on a change in the electrical level during the etching. And a second step of reducing the thickness to a predetermined thickness, the etching is performed in a region directly under the first and second openings, and the depletion spreading to a portion of the conductive semiconductor layer in the region immediately under the first and second openings. The point at which the layer reaches the substantially insulating substrate can be accurately detected from changes in current or the like during etching. Therefore, there is an advantage that the thickness of the conductive semiconductor layer in the formation region of the concave portion can be formed to a predetermined thickness with good controllability.

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

第1図ないし第3図は本発明に係る半導体装置の製造方
法の実施例を説明するためのもので、第1図はリセス用
マスクを用いたエッチングによって形成されるリセス部
の縦断面等を示す図、第2図はモニタ用マスクを用いた
エッチングによって形成される検出領域の縦断面等を示
す図、第3図はリセスの形成領域及び検出領域等のパタ
ーンを示す平面図、第4図は従来の半導体装置の製造方
法を説明するための工程図である。 1:半絶縁性GaAs基板、 2:チャネル層(導電性半導体層)、 6:リセス(凹部)の形成領域、 7:リセス用マスクにおける第1の開口面積からなる第1
の開口部、 8:第1の開口部の直下領域、 9、14:湾曲部領域(アンダカット部分)、 11:検出領域(モニタ領域)、 12:モニタ用マスクにおける第2の開口面積からなる第
2の開口部、 13:第2の開口部の直下領域。
1 to 3 are views for explaining an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 shows a longitudinal section of a recess portion formed by etching using a recess mask. FIG. 2 is a view showing a vertical section of a detection area formed by etching using a monitoring mask, FIG. 3 is a plan view showing a pattern of a recess formation area and a detection area, and FIG. FIG. 2 is a process chart for explaining a conventional method for manufacturing a semiconductor device. 1: semi-insulating GaAs substrate, 2: channel layer (conductive semiconductor layer), 6: recess (recess) formation region, 7: first opening area in the recess mask
8: a region immediately below the first opening, 9, 14: a curved portion region (undercut portion), 11: a detection region (monitor region), 12: a second opening area in the monitoring mask. Second opening, 13: an area immediately below the second opening.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】(イ)実質的に絶縁性である基板上に、導
電性半導体層を形成する工程、 (ロ)該導電性半導体層上に、第1の開口面積を有した
第1の開口部、及び第2の開口面積を有した第2の開口
部を有する薄膜を形成する工程、 (ハ)該薄膜をマスクとし、電気化学的エッチング法を
用いて、前記導電性半導体層のエッチングを開始する工
程、 (ニ)該エッチングにより形成された凹部の底部に拡が
る空乏層が、前記基板に達することによって生じる前記
電気化学的エッチング法に用いる電流もしくは電圧レベ
ルの変化を検知して、前記エッチングを終了する工程 とを少なくとも含み、前記第1及び第2の開口面積の総
和が、エッチングによるアンダカット部からなる側面領
域の面積の総和の10倍以上であることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
(A) forming a conductive semiconductor layer on a substantially insulating substrate; and (b) forming a first opening area having a first opening area on the conductive semiconductor layer. Forming a thin film having an opening and a second opening having a second opening area; (c) etching the conductive semiconductor layer by electrochemical etching using the thin film as a mask; (D) detecting a change in a current or voltage level used in the electrochemical etching method caused by the depletion layer extending to the bottom of the concave portion formed by the etching reaching the substrate, A step of ending the etching, wherein the total of the first and second opening areas is at least 10 times the total of the area of the side surface region formed by the undercut portion by the etching. The method of production.
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