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JP3486641B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents
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JP3486641B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents

Method for manufacturing field effect transistor

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JP3486641B2
JP3486641B2 JP2000378116A JP2000378116A JP3486641B2 JP 3486641 B2 JP3486641 B2 JP 3486641B2 JP 2000378116 A JP2000378116 A JP 2000378116A JP 2000378116 A JP2000378116 A JP 2000378116A JP 3486641 B2 JP3486641 B2 JP 3486641B2
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groove
semiconductor substrate
effect transistor
field effect
drain
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啓介 篠原
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独立行政法人通信総合研究所
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電界効果トラン
ジスタの製造方法に関しており、特に化合物半導体を用
いた電界効果トランジスタのゲート部分の加工に関して
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor, and more particularly to processing a gate portion of a field effect transistor using a compound semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】高周波領域でよく使われているHEMT
(高電子移動度電界効果トランジスタ)では、良く知ら
れているように、ゲート抵抗を下げるため、T字型ゲー
トが使われている。また、ソース−ドレイン間の耐電圧
を改善するために、ソース−ゲート間の距離よりも、ゲ
ート−ドレイン間の距離を大きくしてリセス構造とする
ことも、よく行われている。
2. Description of the Related Art HEMT which is often used in high frequency region
In the (high electron mobility field effect transistor), as is well known, a T-shaped gate is used to reduce the gate resistance. Further, in order to improve the withstand voltage between the source and the drain, it is often practiced to make the distance between the gate and the drain larger than the distance between the source and the gate to form a recess structure.

【0003】このように、T字型ゲートで、ドレイン部
分にリセス構造を持った電界効果トランジスタの製造法
としては、特開平11−008256号公報に記載され
た発明がある。この方法は、活性層上に、形成すべきリ
セスの幅に応じた幅の開口部を有する第1膜(例えば、
窒化膜)を形成し、さらに、その上に、第1膜を構成す
る材料よりも活性層との間の密着性が悪い材料からな
り、形成すべきゲート電極のゲート長と等しい幅の開口
部が第1膜の開口部に含まれる位置に設けられた第2膜
(例えば、レジスト)が形成された構造を形成し、当該
構造に対して、リセスエッチング(リセス形成工程)を
行う、とするものである。
As described above, as a method of manufacturing a field effect transistor having a T-shaped gate and a recess structure in the drain portion, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-008256. In this method, a first film (for example, a first film having an opening with a width corresponding to the width of a recess to be formed on the active layer
An opening having a width equal to the gate length of the gate electrode to be formed, which is made of a material having a lower adhesion to the active layer than the material forming the first film. Form a structure in which a second film (for example, a resist) provided in a position included in the opening of the first film is formed, and recess etching (recess forming step) is performed on the structure. It is a thing.

【0004】しかし、この方法では、開口部形成のため
の位置合わせ誤差が常に存在するため、その誤差以下の
位置精度でコントロールできないため、特にリセス距離
がその誤差程度になると作製することが不可能になる、
という欠点がある。
However, in this method, since there is always a positioning error for forming the opening, it is impossible to control with a positional accuracy less than that error, so that it is impossible to fabricate especially when the recess distance is about that error. become,
There is a drawback that.

【0005】また、特開平10−107261号公報に
記載された発明があり、ソース電極及びドレイン電極の
上に形成されるレジスト材料の開口部の面積を相異させ
ることにより、ゲート電極に対応する領域のキャップ層
を除去する際のソース電極側及びドレイン電極側へのサ
イドエッチ量を変化させる、とすることにより、上記の
構造を実現するものである。
Further, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-107261, which corresponds to a gate electrode by making the areas of openings of a resist material formed on a source electrode and a drain electrode different from each other. The above structure is realized by changing the amount of side etching on the source electrode side and the drain electrode side when removing the cap layer in the region.

【0006】また、特開平11−186289号公報に
記載された発明があり、これは、チャネル領域、ドレイ
ン電極、およびソース電極が形成されたGaAs基板上
にレジスト膜を形成し、このレジスト膜にチャネル領域
の一部表面を底部とする断面形状がオーバーハング状の
ゲート溝と、ドレイン電極の一部表面を底部とする断面
形状がオーバーハング状のドレイン溝とを形成してから
エッチング液に浸積してエッチングを行った後、Alを
全面に蒸着してからレジスト膜を除去する、とするもの
である。
Further, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-186289, in which a resist film is formed on a GaAs substrate on which a channel region, a drain electrode and a source electrode are formed. A gate groove having a cross-sectional shape with a partial surface of the channel region as the bottom and an overhang-shaped drain groove with a partial surface of the drain electrode as the bottom is formed and then immersed in an etching solution. After stacking and etching, Al is vapor-deposited on the entire surface and then the resist film is removed.

【0007】また、特開平10−098180号公報に
記載された発明があり、ソース電極及びドレイン電極の
上に形成されるレジスト材料の開口部の面積を相異させ
ることにより、ゲート電極に対応する領域のキャップ層
を除去する際のソース電極側及びドレイン電極側へのサ
イドエッチ量を変化させる、とすることにより、上記の
構造を実現するものである。
Further, there is an invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-098180, which corresponds to a gate electrode by making the areas of openings of a resist material formed on a source electrode and a drain electrode different from each other. The above structure is realized by changing the amount of side etching on the source electrode side and the drain electrode side when removing the cap layer in the region.

【0008】しかし、これらの方法では、ソース側とド
レイン側のサイドエッチング量の差を大きくとることが
困難である、という欠点がある。
However, these methods have a drawback that it is difficult to obtain a large difference between the side etching amounts on the source side and the drain side.

【0009】さらに、特開平10−125696号公報
に記載された発明があり、これは、『半絶縁性半導体基
板上に、バッファ層、活性層、エッチングストッパ層、
キャップ層を設け、その上に2つの第1の開口を有する
第1のレジスト膜を形成する。キャップ層をエッチング
して2つの開口下でつながるリセスを形成する。第2の
レジスト膜を形成し、両レジストの界面に難溶性のレジ
スト混合層を形成する。第2のレジスト膜を露光・現像
して、一方の第1の開口上にアンダーカット形状の第2
の開口を形成する。ゲート金属の堆積とリフトオフによ
りゲート電極を形成する。』、とすることにより、上記
の構造を実現するものである。
Further, there is an invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125696, which is "a buffer layer, an active layer, an etching stopper layer, on a semi-insulating semiconductor substrate,
A cap layer is provided, and a first resist film having two first openings is formed on the cap layer. The cap layer is etched to form a recess connecting under the two openings. A second resist film is formed, and a hardly soluble resist mixed layer is formed at the interface between both resists. The second resist film is exposed and developed to form an undercut-shaped second film on one of the first openings.
To form an opening. The gate electrode is formed by depositing the gate metal and lifting off. ], The above structure is realized.

【0010】しかし、この方法では、レジストがリセス
エッチング表面にも塗布されてしまうため、2回目のレ
ジスト現像後、もう一度半導体表面をエッチングする必
要があり、この際、新たにサイドエッチングが進行して
しまう、という欠点の他に、ドレイン側のサイドエッチ
ング量をT型ゲートの傘状の部分よりも内側に作ること
が困難である、という欠点がある。
However, in this method, since the resist is also applied to the recess etching surface, it is necessary to etch the semiconductor surface again after the second resist development. At this time, side etching newly proceeds. In addition to the disadvantage that the drain side etching occurs, it is difficult to make the side etching amount on the drain side inside the umbrella-shaped portion of the T-type gate.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来の電界効果トラン
ジスタの製造方法では、上記したように、1)位置合わ
せ誤差が常に存在するため、その誤差以下の位置精度で
コントロールできないため、特にリセス距離がその誤差
程度になると作製することが不可能になる、2)ソース
側とドレイン側のサイドエッチング量の差を大きくとる
ことが困難である、3)レジストがリセスエッチング表
面にも塗布されてしまうため、2回目のレジスト現像
後、もう一度半導体表面をエッチングする必要があり、
この際新たにサイドエッチングが進行してしまう、ま
た、4)ドレイン側のサイドエッチング量をT型ゲート
の傘状の部分よりも内側に作ることが不可能である、な
どの欠点があった。
In the conventional method for manufacturing a field effect transistor, as described above, since 1) there is always an alignment error, it is not possible to control with a position accuracy less than that error, so that the recess distance is particularly large. If it is about that error, it becomes impossible to manufacture. 2) It is difficult to obtain a large difference in the side etching amount between the source side and the drain side. 3) The resist is also applied to the recess etching surface. After the second resist development, it is necessary to etch the semiconductor surface again,
At this time, there are disadvantages that side etching is newly advanced, and 4) it is impossible to make the side etching amount on the drain side inside the umbrella-shaped portion of the T-type gate.

【0012】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
電界効果トランジスタの特性、具体的にはソース抵抗、
ゲート抵抗、ゲート-ドレイン容量の低減、ソース-ドレ
イン耐圧の向上のために、T型のゲート電極をリセス内
のソース側に近い所望の位置に高精度かつ均一に形成す
ることができる電界効果トランジスタの製造方法を提供
することを目的とする。
The present invention has been proposed in view of the above,
Characteristics of the field effect transistor, specifically, the source resistance,
A field-effect transistor capable of forming a T-shaped gate electrode in a desired position close to the source side in a recess with high precision and uniformity in order to reduce gate resistance, gate-drain capacitance, and improve source-drain breakdown voltage. It aims at providing the manufacturing method of.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、電界効果トランジスタの製造方法に
関しており、化合物半導体基板上に、ソース領域とドレ
イン領域を形成した後に、該ソース領域あるいはドレイ
ン領域に直接あるいは間接に描画のための位置合わせを
行い、ゲート電極を形成するトランジスタ製造プロセス
において、ゲート電極と半導体との接触部分の形状を規
定する層に、半導体基板に達するソース側に配置された
直線上の溝と、半導体基板に達するドレイン側に配置さ
れた複数の点状の穴とを形成する工程と、等方性エッチ
ングにより、ソース−ゲート間のリセス形状と、ゲート
−ドレイン間のリセス形状と、を形成する工程と、上記
の化合物半導体基板表面に垂直方向の運動量成分をもっ
た金属原子あるいは粒子を上記の溝に堆積する工程の場
合に比べて、上記の複数の点状の穴を通じた半導体基板
への堆積をより少なくするために、化合物半導体基板上
に、ソース領域とドレイン領域を形成した後に、該ソー
ス領域あるいはドレイン領域に直接あるいは間接に描画
のための位置合わせを行い、ゲート電極を形成するトラ
ンジスタ製造プロセスにおいて、ゲート電極と半導体と
の接触部分の形状を規定する層に、半導体基板に達する
ソース側に配置された直線上の溝と、半導体基板に達す
るドレイン側に配置された複数の点状の穴とを形成する
工程と、等方性エッチングにより、ソース−ゲート間の
リセス形状と、ゲート−ドレイン間のリセス形状と、を
形成する工程と、上記の化合物半導体基板表面に垂直方
向の運動量成分と、半導体表面に平行で上記の直線上の
溝に直交する運動量成分、よりも大きな、上記の化合物
半導体基板表面に平行で上記の直線上の溝に平行な運動
量成分、をもった金属原子あるいは粒子を上記の溝に堆
積する工程と、を含むことを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object
The first invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor.
The source region and the drain on the compound semiconductor substrate.
After forming the in region, the source region or the drain region is formed.
Alignment for drawing directly or indirectly
Transistor manufacturing process to perform and form gate electrode
The shape of the contact area between the gate electrode and the semiconductor
Placed on the source side, reaching the semiconductor substrate in the layer to be defined
Placed on the straight groove and on the drain side reaching the semiconductor substrate
Forming a plurality of dot-shaped holes that are formed and isotropic etching
The recess shape between the source and gate and the gate
The step of forming a recess shape between the drain and the above,
Of the compound semiconductor substrate has a momentum component in the vertical direction.
In the process of depositing metal atoms or particles in the above groove,
In order to reduce the deposition on the semiconductor substrate through the plurality of dot-shaped holes as compared with the above case, after forming the source region and the drain region on the compound semiconductor substrate, In a transistor manufacturing process in which a gate electrode is formed by directly or indirectly performing alignment for drawing, a straight line arranged on the source side reaching the semiconductor substrate in a layer that defines the shape of the contact portion between the gate electrode and the semiconductor. A step of forming the upper groove and a plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side reaching the semiconductor substrate, and a recess shape between the source and the gate and a recess shape between the gate and the drain by the isotropic etching. And a step of forming a momentum component perpendicular to the compound semiconductor substrate surface, and a motion parallel to the semiconductor surface and orthogonal to the linear groove A step of depositing a metal atom or particle having a component, which is larger than the compound semiconductor substrate surface and a momentum component parallel to the linear groove parallel to the surface of the compound semiconductor substrate, in the groove. There is.

【0014】また、第2の発明は、リフトオフ法を適用
するために、第1の発明の構成に加えて、上記のゲート
電極と半導体との接触部分の形状を規定する層に、第1
のレジストを用い、その上部に第2レジスト層、さらに
その上部に第3レジスト層を形成し、それぞれの溝の幅
は、第1のレジスト層の溝<第3レジスト層の溝<第2
レジスト層の溝、となるように形成することを特徴とし
ている。
In addition, in order to apply the lift-off method, a second aspect of the invention is that in addition to the structure of the first aspect of the invention, the first layer is provided in a layer that defines the shape of the contact portion between the gate electrode and the semiconductor.
Second resist layer and a third resist layer on top of it, and the width of each groove is such that the groove of the first resist layer <the groove of the third resist layer <the second groove
It is characterized in that the groove is formed in the resist layer.

【0015】また、第3の発明は、複数の点状の穴に上
記の堆積物が堆積しづらくするために、第1の発明の構
成に加えて、上記の半導体基板に達するドレイン側に配
置された複数の点状の穴の形状は、溝に直交する方向の
サイズが、溝に平行する方向のサイズより大きいことを
特徴としている。
In addition to the structure of the first aspect of the invention , the third aspect of the invention is arranged on the drain side reaching the semiconductor substrate in order to make it difficult for the deposits to deposit in a plurality of point holes. The shape of the plurality of dot-shaped holes formed is characterized in that the size in the direction orthogonal to the groove is larger than the size in the direction parallel to the groove.

【0016】また、第4の発明は、第1の発明の構成に
加えて、ソース−ドレイン間の耐圧を改善するために、
上記の半導体基板に達するドレイン側に配置された複数
の点状の穴の配列は、溝に平行する方向に並ぶ行につい
て、複数の行を含むことを特徴としている。
In addition to the structure of the first invention , a fourth invention is to improve the withstand voltage between the source and drain,
The array of the plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side reaching the semiconductor substrate is characterized by including a plurality of rows arranged in a direction parallel to the groove.

【0017】また、第5の発明は、第1の発明の構成に
加えて、ソース−ドレイン間の耐圧を改善するために、
上記の当方性エッチングにより生ずる半導体基板表面に
平行する方向のエッチングの長さは、上記のドレイン側
に配置された複数の点状の穴の配列の間隔の半分の長さ
よりも長いことを特徴としている。
In addition to the structure of the first invention , a fifth invention is to improve the withstand voltage between the source and drain,
The length of the etching in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate caused by the above isotropic etching is longer than half the length of the interval of the array of the plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side. There is.

【0018】また、第6の発明は、第1の発明の構成に
加えて、引出し電極が断線無しに形成される様にするた
めに、上記の化合物半導体基板表面に平行で上記の直線
上の溝に平行な運動量成分は、ゲート配線の接続された
一端から、ゲート配線の接続されていない他端に向かう
ことを特徴としている。
In addition to the structure of the first aspect of the invention, the sixth aspect of the invention is parallel to the surface of the compound semiconductor substrate and on the straight line so that the extraction electrode can be formed without disconnection. It is characterized in that the momentum component parallel to the groove goes from one end of the gate wiring connected to the other end of the gate wiring not connected.

【0019】また、第7の発明は、第1の発明の構成に
加えて、上記の溝に堆積する上記の金属原子あるいは粒
子群の運動量方向と上記の化合物半導体基板表面とのな
す角度は、上記のドレイン側に配置された複数の点状の
穴の底部を見込めない角度であることを特徴としてい
る。
In addition to the structure of the first invention , the seventh invention is such that the angle between the momentum direction of the metal atom or particle group deposited in the groove and the compound semiconductor substrate surface is The angle is such that the bottoms of the plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side cannot be expected.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明にお
いて、同様の機能を持つ構成や同様の物質については、
同じ符号を付して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, in the following explanation, regarding the structure having the same function and the similar substance,
Description will be given with the same reference numerals.

【0021】まず、図1は、本発明の第1の実施形態を
示す図である。図1は、製造プロセス途中の電界効果ト
ランジスタの断面を示す図で、半導体基板は、厚さ600
ミクロンのInP半絶縁性半導体基板1、厚さ300nmのIn
AlAs層2、厚さ15nmのInGaAs層3、厚さ10nmのInAl
As層4、厚さ6nmのInP層5、厚さ25nmのInGaAs層6、
からなっており、InGaAs層6に厚さ0.25ミクロンのAuGe
/Ni/Auで形成したソース電極11やドレイン電極7が接
合されており、また、上記の半導体InGaAs層6には厚さ
12nmのシリコン酸化膜12がつけられており、その上
には、厚さ180nmのレジスト層8(日本ゼオンZE
P)があり、さらにその上部には、厚さ450nmのレジ
スト層9(Microlithography Che
micalCorp.PMGI)が付けられており、最
上部には、厚さ240nmのレジスト層10(日本ゼオン
ZEP)がつけられた膜構成をもったものに、既に2回
のパターニングを施したものの模式的断面図を示してい
る。
First, FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a cross section of a field effect transistor during the manufacturing process.
Micron InP semi-insulating semiconductor substrate 1, 300 nm thick In
AlAs layer 2, 15 nm thick InGaAs layer 3, 10 nm thick InAl
As layer 4, InP layer 5 with a thickness of 6 nm, InGaAs layer 6 with a thickness of 25 nm,
0.25 micron thick AuGe on the InGaAs layer 6
The source electrode 11 and the drain electrode 7 formed of / Ni / Au are joined, and the semiconductor InGaAs layer 6 has a thickness
A 12 nm silicon oxide film 12 is attached, and a 180 nm thick resist layer 8 (Nippon Zeon ZE
P), and on top of it there is a 450 nm thick resist layer 9 (Microlithography Chem
musical Corp. PMGI) is attached and a resist layer 10 (Nihon Zeon ZEP) having a thickness of 240 nm is attached on the uppermost part, and a schematic cross-sectional view of one having already been patterned twice. Is shown.

【0022】上記のパターニングを具体的に説明する
と、図1(a)に示した様に、T型ゲート電極形成のた
めのレジストパターン形成の際、最上層、中間層を、市
販の電子ビーム装置を用いて露光し、現像したあと、最
下層レジスト(レジストの厚さをdとする)にゲート電
極パターンと、ゲート電極パターンのドレイン側にそれ
よりも微細な複数のスリットパターン(パターンサイズ
をaとし、奥行きをbとする)をソースとドレイン間の
所望の位置(ゲート電極パターンからの距離をl(エ
ル)とする)に形成する。
The above patterning will be described in detail. As shown in FIG. 1A, when forming a resist pattern for forming a T-type gate electrode, a commercially available electron beam apparatus is used as the uppermost layer and the intermediate layer. After exposure and development using a mask, a gate electrode pattern is formed on the lowermost layer resist (the thickness of the resist is d), and a plurality of slit patterns finer than that on the drain side of the gate electrode pattern (pattern size is a And the depth is b) at a desired position between the source and the drain (the distance from the gate electrode pattern is l (el)).

【0023】次に図1(b)に示した様に、反応性イオ
ンエッチング(RIE)プロセスによりシリコン酸化膜
を開口し、それに引き続いて、リセス構造にするための
エッチング(リセスエッチング)を行う。リセスエッチ
ングは、クエン酸を用いたウェットエッチングによるも
ので、リセスエッチング時間を変えた場合の断面を示す
図3(b)および(c)から分かる様に、パターンサイ
ズには依存せずそれぞれのパターンを中心として、ソー
ス側・ドレイン側および手前・奥行き方向に対称に進行
する(このときのサイドエッチング量をrとする)。こ
のため、r=l/2となった時点でソース側とドレイン
側のリセス領域はつながる。この状態のSEM像を図7
(a)に断面図を、図7(b)に鳥瞰図を示す。ゲート
電極からソース側のエッチング量はrで決定され、ゲー
ト電極からドレイン側へ伸びる間隙の長さは(l+a+
r)で決定されるため、ソース側およびドレイン側それ
ぞれの方向に伸びる間隙の長さは独立に制御できること
になる。この際、サイドエッチング速度(リセス速度)
は、エッチング時間にして4〜5分までは、ほぼ一定で
あった。従って、この間のサイドエッチング量rについ
ては、エッチング時間で正確に制御できることが明らか
である。
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film is opened by a reactive ion etching (RIE) process, and subsequently, etching for forming a recess structure (recess etching) is performed. The recess etching is based on wet etching using citric acid. As can be seen from FIGS. 3B and 3C showing cross sections when the recess etching time is changed, each pattern does not depend on the pattern size. With respect to the center, the symmetry progresses symmetrically in the source side / drain side and in the front / depth direction (the side etching amount at this time is defined as r). Therefore, the recess regions on the source side and the drain side are connected to each other when r = 1/2. The SEM image of this state is shown in FIG.
A sectional view is shown in (a) and a bird's-eye view is shown in FIG. 7 (b). The etching amount from the gate electrode to the source side is determined by r, and the length of the gap extending from the gate electrode to the drain side is (l + a +
Since it is determined by r), the length of the gap extending in each of the source side and the drain side can be controlled independently. At this time, the side etching rate (recess rate)
Was almost constant until the etching time was 4 to 5 minutes. Therefore, it is apparent that the side etching amount r during this period can be accurately controlled by the etching time.

【0024】次に、図1(c)、および図2に示す様
に、ゲート電極を形成するための金属(Ti/Pt/A
u)ビームを手前(ゲート電極配線側)から奥に向かっ
て垂直方向から角度α>tan-1(b/d)となる角度
で真空蒸着する。ここで、図2は、図1(c)の平面図
を示す。これにより、微細スリットパターン直下の半導
体表面にはゲート金属が蒸着されず、ゲートパターン直
下の半導体表面のみに蒸着される。蒸着した膜の厚さ
が、b(sin-1α)となった時点で微細パターンは完
全に金属で閉じられてしまうため、それ以降は微細スリ
ットパターン部分には金属は入射しないため、ゲート金
属を垂直方向から蒸着してもよい。その後、レジスト層
8、9、10を同時に除去することにより、ゲート電極
として寄与しない余分な金属膜を除去することができ
る。この方法はリフトオフとして良く知られている。
Next, as shown in FIG. 1 (c) and FIG. 2, a metal (Ti / Pt / A) for forming a gate electrode is formed.
u) The beam is vacuum-deposited from the front (gate electrode wiring side) toward the back at an angle of α> tan −1 (b / d) from the vertical direction. Here, FIG. 2 shows a plan view of FIG. As a result, the gate metal is not deposited on the semiconductor surface directly below the fine slit pattern, but is deposited only on the semiconductor surface directly below the gate pattern. Since the fine pattern is completely closed with metal when the thickness of the deposited film reaches b (sin -1 α), metal does not enter the fine slit pattern portion after that, so the gate metal May be vapor-deposited from the vertical direction. After that, the resist layers 8, 9 and 10 are removed at the same time, whereby an extra metal film which does not contribute as a gate electrode can be removed. This method is well known as lift-off.

【0025】上記の説明では、ゲート金属を、一端は斜
め方向から蒸着した後、垂直方向から蒸着したが、ドレ
イン側に配置された複数の点状の穴が、充分微細な場合
は、当初から、垂直方向から蒸着し、その穴を通って半
導体基板表面にゲート金属が達しても、堆積した金属は
半導体基板表面に底辺を持つ三角形状に積もるため、ゲ
ート電極とは分離され、トランジスタ特性が悪化するこ
とはない。
In the above description, the gate metal is vapor-deposited from one direction at an end and then from the vertical direction. However, when the plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side are sufficiently fine, the gate metal is originally formed. , Even if the gate metal reaches the surface of the semiconductor substrate through the holes by vapor deposition from the vertical direction, the deposited metal accumulates in a triangular shape with a base on the surface of the semiconductor substrate, so it is separated from the gate electrode and the transistor characteristics are It doesn't get worse.

【0026】以上に示したプロセスにより、非対称なリ
セス構造を有するトランジスタが実現される。図4は、
エッチング状態を見るために、上記で説明したプロセス
により形成したリセス構造の上部の膜を除去したものの
AFM像である。ここで、スリットの間隔(図4(a)
のc)をサイドエッチング量(図4(a)のr)よりも
小さくしておけば、リセス構造の境界部分の凹凸は、サ
イドエッチング量rの10%程度以内に抑えられる。ま
た、半導体表面の凹凸は、図4(c)から分かる様に、
1nm以下に抑えられている。ちなみに、図4(c)
は、図4(b)の四角部分でスキャンした測定による平
均値である。
The process described above realizes a transistor having an asymmetric recess structure. Figure 4
FIG. 6 is an AFM image of the recess structure formed by the above-described process, in which the film on the upper portion of the recess structure is removed in order to see the etching state. Here, the slit spacing (Fig. 4 (a))
If c) is smaller than the side etching amount (r in FIG. 4A), the unevenness at the boundary portion of the recess structure can be suppressed within about 10% of the side etching amount r. As shown in FIG. 4C, the unevenness on the semiconductor surface is
It is suppressed to 1 nm or less. By the way, Figure 4 (c)
Is an average value obtained by measurement performed by scanning the square portion of FIG.

【0027】上記したプロセスにおいて、レジストと半
導体表面の間のシリコン酸化膜としては、蒸着によるシ
リコン酸化膜を使用することが均一なサイドエッチング
を行なう上で有効である。その理由は通常のCVD法で形
成されたシリコン酸化膜に比べて、半導体基板と蒸着に
よるシリコン酸化膜との密着性が弱く、そのためサイド
エッチングがシリコン酸化膜の開口寸法(レジストのパ
ターンサイズ)に依存せず、同じく進行するからであ
る。
In the above process, it is effective to use a silicon oxide film formed by vapor deposition as the silicon oxide film between the resist and the semiconductor surface in order to perform uniform side etching. The reason for this is that the adhesion between the semiconductor substrate and the silicon oxide film formed by vapor deposition is weaker than that of a silicon oxide film formed by a normal CVD method, so that side etching reduces the opening size of the silicon oxide film (resist pattern size). This is because it does not depend on it and progresses similarly.

【0028】シリコン酸化膜にTEOS膜を用いた場合
のリセスエッチング量のゲート長依存性を示すTEM像
を図5に示す。通常のCVD膜では、図5(a)から
(c)に示した様に、半導体とシリコン酸化膜との密着
性が強く、パターンサイズが小さくなるとサイドエッチ
ング量が小さくなる傾向が実験的に観測されている。
FIG. 5 shows a TEM image showing the gate length dependence of the recess etching amount when the TEOS film is used as the silicon oxide film. In a normal CVD film, as shown in FIGS. 5A to 5C, the adhesion between the semiconductor and the silicon oxide film is strong, and the side etching amount tends to become smaller as the pattern size becomes smaller. Has been done.

【0029】また、微細パターンのシリコン酸化膜のエ
ッチングには、レジストパターンをマスクとしてCF4等
を用いたガスエッチングを行うことが望ましい。この場
合は、レジスト自体もエッチングされ、その形状が変化
するため、シリコン酸化膜を10nm程度に薄くして、エッ
チング時間を短縮することが重要である。
For etching the silicon oxide film having a fine pattern, it is desirable to carry out gas etching using CF4 or the like with the resist pattern as a mask. In this case, the resist itself is also etched and its shape changes, so it is important to thin the silicon oxide film to about 10 nm to shorten the etching time.

【0030】以上の説明で明らかな様に、本発明では、
ソース電極側のリセス構造を形成するパターニングと、
ドレイン電極側のリセス構造を形成するパターニングと
の位置合わせが不要であり、また、パターニングデータ
を選択し、エッチング時間を制御してエッチング量を決
めることにより、容易にソース側・ドレイン側のリセス
構造を任意に選ぶことが可能であり、また、リセス構造
を形成するレジスト塗布工程が1回のみなので、エッチ
ングされた半導体表面がレジストにさらされることがな
いためレジストによる汚染を抑制することができる。
As is clear from the above description, in the present invention,
Patterning to form a recess structure on the source electrode side,
The alignment with the patterning that forms the recess structure on the drain electrode side is unnecessary, and by selecting the patterning data and controlling the etching time to determine the etching amount, the recess structure on the source side / drain side can be easily formed. Can be arbitrarily selected, and since the resist coating step for forming the recess structure is performed only once, the etched semiconductor surface is not exposed to the resist, so that contamination by the resist can be suppressed.

【0031】次に、図6に、本発明の第2の実施形態を
示す。図6(a)は、上記の第1の実施形態における半
導体基板と同様の構造を持った半導体基板に、厚さ0.25
ミクロンのAuGe/Ni/Auで形成したソース電極11(やド
レイン電極7が接合されており、また、上記の半導体In
GaAs層6には厚さ12nmのシリコン酸化膜12がつけら
れており、その上には、厚さ180nmのレジスト層8
(日本ゼオン、ZEP)を持った構成にゲート電極パタ
ーンと、ゲート電極パターンのドレイン側にそれよりも
微細な複数のスリットパターンを設けたものの模式的断
面図を示している。
Next, FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. FIG. 6A shows a semiconductor substrate having a structure similar to that of the semiconductor substrate according to the first embodiment, with a thickness of 0.25.
The source electrode 11 (and the drain electrode 7 formed of micronized AuGe / Ni / Au are joined, and the semiconductor In
The GaAs layer 6 is provided with a silicon oxide film 12 having a thickness of 12 nm, and a resist layer 8 having a thickness of 180 nm is formed on the silicon oxide film 12.
A schematic cross-sectional view of a structure having (Zeon Corporation, ZEP) provided with a gate electrode pattern and a plurality of slit patterns finer than that on the drain side of the gate electrode pattern is shown.

【0032】この図6(a)の構成に、上記で説明した
リセスエッチングを施し、次に図6(c)に示す様にゲ
ート電極を形成するための金属(Ti/Pt/Au)ビームを手
前(ゲート電極配線側)から奥に向かって垂直方向から
角度α>tan-1(b/d)となる角度で真空蒸着する。こ
の時の条件は、上述の第1の実施形態と同じ条件で良
い。次に、既に良く知られたレジスト14を用いたフォ
トリソグラフィーにより、ゲート電極を形成するもので
ある。
The structure of FIG. 6 (a) is subjected to the recess etching described above, and then a metal (Ti / Pt / Au) beam for forming a gate electrode is formed as shown in FIG. 6 (c). Vacuum deposition is performed from the front (gate electrode wiring side) to the back from the vertical direction at an angle α> tan -1 (b / d). The conditions at this time may be the same as those in the above-described first embodiment. Next, the gate electrode is formed by photolithography using the well-known resist 14.

【0033】この方法の利点は第一の実施形態と比較し
て、最下層の露光条件に最上層・中間層の露光が影響を
与えないため、より微細なパターンを形成できること、
電子線を用いないため、チャネル部分にパターニングの
際の電子線による悪影響を防ぐことができることであ
る。
As compared with the first embodiment, the advantage of this method is that the exposure conditions of the lowermost layer are not influenced by the exposure of the uppermost layer / intermediate layer, and therefore a finer pattern can be formed.
Since the electron beam is not used, it is possible to prevent the adverse effect of the electron beam at the time of patterning the channel portion.

【0034】[0034]

【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。
Since the present invention has the above-mentioned structure,
The effects described below can be achieved.

【0035】まず、第1の発明により、ソース−ゲート
間のリセス形状と、ゲート−ドレイン間のリセス形状と
を独立して制御でき、しかも、高精度かつ均一に形成で
きるようになったため、ソース抵抗、ドレイン抵抗、ゲ
ートとドレイン間容量、ソース−ドレイン間耐圧が精度
良く制御可能となり、電界効果トランジスタの特性を最
適化できる様になった。
First, according to the first invention, the recess shape between the source and the gate and the recess shape between the gate and the drain can be independently controlled, and further, it is possible to form the source with high accuracy and uniformity. The resistance, the drain resistance, the gate-drain capacitance, and the source-drain breakdown voltage can be controlled with high precision, and the characteristics of the field effect transistor can be optimized.

【0036】また、第2の発明により、第1の発明の効
果に加え、リフトオフプロセスが使えるようになった。
Further, according to the second invention , in addition to the effect of the first invention , the lift-off process can be used.

【0037】また、第3乃至第5の発明のいずれかの発
明により、第1の発明の効果の制御性がさらに向上し
た。
Further, the controllability of the effect of the first invention is further improved by any one of the third to fifth inventions .

【0038】また、第6の発明により、第1の発明の効
果に加え、引出し電極の断線が減少した。
Further, according to the sixth invention , in addition to the effect of the first invention , disconnection of the extraction electrode is reduced.

【0039】また、第7の発明により、ドレイン近くの
リセス領域にゲート電極に接続された領域が形成されづ
らくなり、第1の発明の効果を減少させる要因の一つを
防ぐことができるようになった。
Further, according to the seventh invention , it becomes difficult to form a region connected to the gate electrode in the recess region near the drain, and it is possible to prevent one of the factors that reduce the effect of the first invention. became.

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

【図1】順に、(a)、(b)、(c)は、製造プロセ
ス途中の電界効果トランジスタの断面を示す図である。
1A, 1B, 1C are cross-sectional views of a field effect transistor during a manufacturing process.

【図2】図1(c)の平面図を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a plan view of FIG. 1 (c).

【図3】リセスエッチングを変えた場合の断面を示す図
で、(a)は現像直後、エッチング前であり、(b)は
2分間のリセスエッチング後であり、(c)は3分間の
リセスエッチング後の断面を示すSEM像である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section when the recess etching is changed, (a) immediately after development and before etching, (b) after recess etching for 2 minutes, and (c) recess for 3 minutes. It is an SEM image showing a section after etching.

【図4】(a)は、形成したリセス構造の上部の膜を除
去したもののAFM像を示す図で、(b)は、半導体表
面の凹凸についての測定領域を示す図で、(c)は、そ
の測定結果を示す図である。
4A is a view showing an AFM image of the formed recess structure from which a film on the upper part is removed, FIG. 4B is a view showing a measurement region for unevenness of a semiconductor surface, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the measurement results.

【図5】シリコン酸化膜にTEOS膜を用いた場合のリ
セスエッチング量のゲート長依存性を示すTEM像であ
る。
FIG. 5 is a TEM image showing the gate length dependence of the recess etching amount when a TEOS film is used as a silicon oxide film.

【図6】本発明の第2の実施形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図7】ソース側とドレイン側のリセス領域がつながっ
た状態のSEM像を示す図で、(a)は断面図を、
(b)は鳥瞰図を示す。
FIG. 7 is a view showing an SEM image in a state where the source-side and drain-side recess regions are connected, and FIG. 7A is a sectional view,
(B) shows a bird's-eye view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 InP半絶縁性半導体基板 2 InAlAsバッファー層3 InGaAsチャネ
ル層 4 InAlAs障壁層 5 InPエッチングストッパー層 6 InGaAsキャップ層 7 ドレイン電極 8 ZEP 9 PMGI 10 ZEP 11 ソース電極 12 シリコン酸化膜 13 ゲート電極 14 ネガレジスト
1 InP semi-insulating semiconductor substrate 2 InAlAs buffer layer 3 InGaAs channel layer 4 InAlAs barrier layer 5 InP etching stopper layer 6 InGaAs cap layer 7 drain electrode 8 ZEP 9 PMGI 10 ZEP 11 source electrode 12 silicon oxide film 13 gate electrode 14 negative resist

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 化合物半導体基板上に、ソース領域とド
レイン領域を形成した後に、該ソース領域あるいはドレ
イン領域に直接あるいは間接に描画のための位置合わせ
を行い、ゲート電極を形成するトランジスタ製造プロセ
スにおいて、ゲート電極と半導体との接触部分の形状を
規定する層に、半導体基板に達するソース側に配置され
た直線上の溝と、半導体基板に達するドレイン側に配置
された複数の点状の穴とを形成する工程と、等方性エッ
チングにより、ソース−ゲート間のリセス形状と、ゲー
ト−ドレイン間のリセス形状と、を形成する工程と、上
記の化合物半導体基板表面に垂直方向の運動量成分と、
半導体表面に平行で上記の直線上の溝に直交する運動量
成分、よりも大きな、上記の化合物半導体基板表面に平
行で上記の直線上の溝に平行な運動量成分、をもった金
属原子あるいは粒子を上記の溝に堆積する工程と、を含
むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
1. A transistor manufacturing process for forming a gate electrode by forming a source region and a drain region on a compound semiconductor substrate, and then directly or indirectly aligning the source region or the drain region for writing. A linear groove arranged on the source side reaching the semiconductor substrate and a plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side reaching the semiconductor substrate, in the layer that defines the shape of the contact portion between the gate electrode and the semiconductor. A step of forming a recess shape between the source and the gate by isotropic etching, and a recess shape between the gate and the drain, and a momentum component in the direction perpendicular to the compound semiconductor substrate surface,
A metal atom or particle having a momentum component parallel to the semiconductor surface and orthogonal to the above linear groove, and a larger momentum component parallel to the compound semiconductor substrate surface and parallel to the above linear groove, And a step of depositing in the groove.
【請求項2】 上記のゲート電極と半導体との接触部分
の形状を規定する層に、第1のレジストを用い、その上
部に第2レジスト層、さらにその上部に第3レジスト層
を形成し、それぞれの溝の幅は、第1のレジスト層の溝
<第3レジスト層の溝<第2レジスト層の溝、となるよ
うに形成することを特徴とする請求項1に記載の電界効
果トランジスタの製造方法。
2. A first resist is used as a layer for defining a shape of a contact portion between the gate electrode and the semiconductor, a second resist layer is formed on the first resist layer, and a third resist layer is further formed on the second resist layer. The field effect transistor according to claim 1 , wherein the width of each groove is formed so that the groove of the first resist layer <the groove of the third resist layer <the groove of the second resist layer. Production method.
【請求項3】 上記の半導体基板に達するドレイン側に
配置された複数の点状の穴の形状は、溝に直交する方向
のサイズが、溝に平行する方向のサイズより大きいこと
を特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタの
製造方法。
3. The shape of the plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side reaching the semiconductor substrate is such that the size in the direction orthogonal to the groove is larger than the size in the direction parallel to the groove. The method for manufacturing the field effect transistor according to claim 1 .
【請求項4】 上記の半導体基板に達するドレイン側に
配置された複数の点状の穴の配列は、溝に平行する方向
に並ぶ行について、複数の行を含むことを特徴とする
求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
Wherein the sequence of said plurality of point-like holes arranged on the drain side to reach the semiconductor substrate, the row arranged in a direction parallel to the groove, characterized in that it comprises a plurality of rows
A method for manufacturing a field effect transistor according to claim 1 .
【請求項5】 上記の等方性エッチングにより生ずる半
導体基板表面に平行する方向のエッチングの長さは、上
記のドレイン側に配置された複数の点状の穴の配列の間
隔の半分の長さよりも長いことを特徴とする請求項1
記載の電界効果トランジスタの製造方法。
5. The length of the etching in the direction parallel to the surface of the semiconductor substrate caused by the isotropic etching is half the length of the interval of the array of a plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 1 , wherein the field effect transistor is also long.
【請求項6】 上記の化合物半導体基板表面に平行で上
記の直線上の溝に平行な運動量成分は、ゲート配線の接
続された一端から、ゲート配線の接続されていない他端
に向かうことを特徴とする請求項1に記載の電界効果ト
ランジスタの製造方法。
6. A momentum component parallel to the surface of the compound semiconductor substrate and parallel to the linear groove is directed from one end to which the gate wiring is connected to the other end to which the gate wiring is not connected. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 1 .
【請求項7】 上記の溝に堆積する上記の金属原子ある
いは粒子群の運動量方向と上記の化合物半導体基板表面
とのなす角度は、上記のドレイン側に配置された複数の
点状の穴の底部を見込めない角度であることを特徴とす
請求項1に記載の電界効果トランジスタの製造方法。
7. The angle formed by the momentum direction of the metal atom or particle group deposited in the groove and the surface of the compound semiconductor substrate is determined by the bottom of a plurality of dot-shaped holes arranged on the drain side. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 1 , wherein the angle is such that the angle cannot be expected.
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