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JPS6129557B2 - - Google Patents
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JPS6129557B2 - - Google Patents

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JPS6129557B2
JPS6129557B2 JP13369477A JP13369477A JPS6129557B2 JP S6129557 B2 JPS6129557 B2 JP S6129557B2 JP 13369477 A JP13369477 A JP 13369477A JP 13369477 A JP13369477 A JP 13369477A JP S6129557 B2 JPS6129557 B2 JP S6129557B2
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JP
Japan
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layer
mask
groove
epitaxial layer
silicon dioxide
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JP13369477A
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Japanese (ja)
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JPS5466780A (en
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Toshio Usui
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接合型電界効果トランジスタとくに
ガリウム・ひ素(Ga・As)を素材とした高周波
用の接合型電界効果トランジスタの製造方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a junction field effect transistor, particularly a high frequency junction field effect transistor made of gallium arsenide (Ga.As).

電界効果トランジスタ(以下FETと略記す
る)の素子としての本質的な意味での周波数特性
を決める要素は、チヤンネル長をキヤリアが伝達
する速度、である。
The element that essentially determines the frequency characteristics of a field effect transistor (hereinafter abbreviated as FET) as an element is the speed at which the carrier transmits the channel length.

FETの周波数特性を向上させるため、キヤリ
アがチヤンネル長を早く伝達するような素材、た
とえばガリウム・ひ素(Ga・As)を用いたもの
が開発され、さらに、チヤンネル長を短かくする
試みが多くなされている。しかしながら現在、広
く用いられるフオトエツチングプロセスではチヤ
ンネル長を約1〔μm〕より狭くすることは困難
である。
In order to improve the frequency characteristics of FETs, materials that allow the carrier to quickly transmit the channel length, such as gallium arsenide (GaAs), have been developed, and many attempts have also been made to shorten the channel length. ing. However, with currently widely used photoetching processes, it is difficult to reduce the channel length to less than about 1 μm.

本発明は従来から用いられているフオトエツチ
ングプロセスを用いて、チヤンネル長が従来のも
のに比べて大幅に狭いFETを製造する新しい製
造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a new manufacturing method for manufacturing FETs whose channel lengths are significantly narrower than those of conventional FETs using conventional photoetching processes.

その目的のために、本発明の半導体装置の製造
方法は、半導体基板の表面に第1及び第2のマス
ク膜を順に積層し、該第1及び第2のマスク膜を
部分的に除去して第1及び第2のマスク膜の境界
において段差部を有する断面逆階段状の窓を形成
し、該窓の領域の該基板表面を除去して該第1及
び第2のマスク膜をひさし状にするV溝を形成し
た後、該V溝内側壁にエピタキシヤル層を形成
し、該第1たとえば第2のマスク膜をマスクにし
て該エピタキシヤル層上に部分的に絶縁層を形成
し、次いで、該第2のマスク膜を除去した後、該
第1のマスク膜をマスクにして該絶縁層上及びエ
ピタキシヤル層上に部分的にゲート金属層を被着
してゲート金属層とエピタキシヤル層間にシヨツ
トキーバリア接触を形成することを特徴とするも
ので、以下実施例について詳述する。
For that purpose, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes sequentially stacking first and second mask films on the surface of a semiconductor substrate, and partially removing the first and second mask films. A window with a step-like cross section is formed at the boundary between the first and second mask films, and the substrate surface in the region of the window is removed to form an eave shape between the first and second mask films. After forming a V-groove, an epitaxial layer is formed on the inner wall of the V-groove, and an insulating layer is partially formed on the epitaxial layer using the first, for example, second mask film as a mask. After removing the second mask film, a gate metal layer is partially deposited on the insulating layer and the epitaxial layer using the first mask film as a mask, and a gate metal layer is formed between the gate metal layer and the epitaxial layer. The invention is characterized in that a shot key barrier contact is formed between the two, and examples thereof will be described in detail below.

本発明によれば、次のような工程がとられる。 According to the present invention, the following steps are taken.

(1) 第1図に示すように、N+型のガリウム・ひ
素(Ga・As)基板1上に厚みが約3.0〔μm〕
の半絶縁層のガリウム・ひ素層2と厚みが約
1.0〔μm〕のN+型ガリウム・ひ素層3を連続
成長させる。次いで、厚さ約0.5〔μm〕の二
酸化シリコン(SiO2)層4を、更にその上に約
0.5〔μm〕の窒化シリコンSi3N4層5をスパツ
タリング法などの方法により被着する。
(1) As shown in Figure 1, the thickness is approximately 3.0 [μm] on an N + type gallium arsenide (Ga・As) substrate 1.
The thickness of the semi-insulating gallium/arsenic layer 2 is approximately
A 1.0 [μm] N + type gallium/arsenic layer 3 is continuously grown. Next, a silicon dioxide (SiO 2 ) layer 4 with a thickness of about 0.5 [μm] is further applied on top of the silicon dioxide (SiO 2 ) layer 4.
A 0.5 [μm] silicon nitride Si 3 N 4 layer 5 is deposited by a method such as sputtering.

なお、二酸化シリコン層4は後に第1マスク
材として使用され、窒化シリコン層5は第2マ
スク材として使用される。
Note that the silicon dioxide layer 4 will be used later as a first mask material, and the silicon nitride layer 5 will be used as a second mask material.

(2) 次いで、第2図に示すように、窒化シリコン
層5に例えば幅3〔μm〕の窓6をあけた後、
該窒化シリコン層5をマスク材としてその下側
に位置する二酸化シリコン層4をエツチングす
る。そしてこのエツチングにより二酸化シリコ
ン層4をオーバーエツチしてアンダーカツト部
7を形成し、断面逆階段状の窓6′を形成す
る。なおアンダーカツト部7の段差幅δは、
エツチング時間を調節して0.5〔μm〕とす
る。
(2) Next, as shown in FIG. 2, after opening a window 6 with a width of, for example, 3 [μm] in the silicon nitride layer 5,
Using the silicon nitride layer 5 as a mask material, the underlying silicon dioxide layer 4 is etched. By this etching, the silicon dioxide layer 4 is overetched to form an undercut portion 7, and a window 6' having a reverse stepped cross section is formed. Note that the step width δ 1 of the undercut portion 7 is
Adjust the etching time to 0.5 [μm].

その後、二酸化シリコン層4および窒化シリ
コン層5をマスクとしてN+型のガリウム・ひ
素層3、半絶縁性のガリウム・ひ素層2、N+
型のガリウム・ひ素基板1をたとえばKOH系
の異方性エツチング液を用いてエツチングし、
断面V字形のV溝8を形成する。しかる後該V
溝8の内面にN型のガリウム・ひ素層9をエピ
タキシヤル成長させる。なお、N型のガリウ
ム・ひ素層9の厚さは約0.2〜0.5〔μm〕であ
る。
Thereafter, using the silicon dioxide layer 4 and the silicon nitride layer 5 as masks, the N + type gallium/arsenic layer 3, the semi-insulating gallium/arsenic layer 2, and the N +
Etching the molded gallium arsenide substrate 1 using, for example, a KOH-based anisotropic etching solution,
A V groove 8 having a V-shaped cross section is formed. After that V
An N-type gallium-arsenic layer 9 is epitaxially grown on the inner surface of the groove 8. Note that the thickness of the N-type gallium-arsenic layer 9 is about 0.2 to 0.5 [μm].

(3) 次いで、第3図に示すように、基板に対して
垂直方向より二酸化シリコン層をスパリツタリ
ングし、V溝8の底部に二酸化シリコン10を
被着する。なお、被着された二酸化シリコン層
10の幅D1は、窓6の幅とほぼ同じである。
(3) Next, as shown in FIG. 3, a silicon dioxide layer is sputtered in a direction perpendicular to the substrate, and silicon dioxide 10 is deposited on the bottom of the V-groove 8. Note that the width D 1 of the deposited silicon dioxide layer 10 is approximately the same as the width of the window 6 .

(4) 次に、第2のマスク膜である窒化シリコン層
5を剥離した後、第4図に示すように、基板に
対して垂直方向よりアルミニウムを蒸着し、V
溝8の底部にゲート金属層11を形成する。こ
のゲート金属層11とN型のガリウム・ひ素層
9とが接している部分12がシヨツトキーバリ
ア接触によるゲート部分を構成し、ゲートの長
さLgは、 Lg=δ/Cosθ ……………………(1) で決定される。ただし、CosθはV溝8の壁面
と基板面とのなす角の余弦である。
(4) Next, after peeling off the silicon nitride layer 5, which is the second mask film, as shown in FIG.
A gate metal layer 11 is formed at the bottom of trench 8 . A portion 12 where this gate metal layer 11 and the N-type gallium arsenide layer 9 are in contact constitutes a gate portion due to Schottky barrier contact, and the gate length Lg is Lg=δ 1 /Cosθ... It is determined by ……………(1). However, Cos θ is the cosine of the angle between the wall surface of the V-groove 8 and the substrate surface.

(5) 次いで、第1のマスク層である二酸化シリコ
ン層4を剥離した後、全面に化学気相成長
(CVD)法により二酸化シリコン層を被着した
後、周知の方法により電極窓あけを行ない、電
極配線を行なう。第5図は電極配線を行なつた
後の断面図であり、同図中、13は表面を覆う
二酸化シリコン層、14は金・ゲルマニウム―
金からなるドレイン電極層で、ドレイン領域と
なるN型のガリウム・ひ素領域とオーミツクな
接触を保つ。15はN+型のガリウム・ひ素基
板1の裏面に設けた金・ゲルマニウム―金から
なるソース電極層で、該基板1とオーミツクな
接触を保つ。16はゲート金属層11上に設け
たゲート電極配線である。
(5) Next, after peeling off the silicon dioxide layer 4, which is the first mask layer, a silicon dioxide layer is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition (CVD), and then electrode windows are made by a well-known method. , conduct electrode wiring. FIG. 5 is a cross-sectional view after electrode wiring is done, and in the figure, 13 is a silicon dioxide layer covering the surface, 14 is a gold/germanium layer, and 14 is a gold/germanium layer.
The drain electrode layer made of gold maintains ohmic contact with the N-type gallium arsenide region that will become the drain region. Reference numeral 15 denotes a source electrode layer made of gold/germanium-gold provided on the back surface of the N + type gallium/arsenide substrate 1, and maintains ohmic contact with the substrate 1. 16 is a gate electrode wiring provided on the gate metal layer 11.

このようにウエハー上に多数個構成されたN
チヤンネルのFET素子は1個1個分離された
後、ソース電極配線15をパツケージのステム
上に鑞材で接着した後パツケージ内のゲート端
子とゲート電極間をリード線で接続するととも
に同じくドレイン端子とドレイン電極間をリー
ド線で接続し、蓋を覆せるかあるいは樹脂モー
ルド封止を行なう。
In this way, a large number of N
After the FET elements of the channel are separated one by one, the source electrode wiring 15 is bonded to the stem of the package with a solder material, and then the gate terminal in the package and the gate electrode are connected with a lead wire, and the drain terminal and Connect the drain electrodes with a lead wire, and either cover the lid or seal with a resin mold.

上述のようにして形成されたFET素子のゲ
ート電極とN型のガリウム・ひ素層9との間に
逆バイアス電圧を入力信号に従つて変化せしめ
てN型のガリウム・ひ素層9のコンダクタンス
を変化せしめる。
A reverse bias voltage is applied between the gate electrode of the FET element formed as described above and the N-type gallium-arsenide layer 9 according to an input signal to change the conductance of the N-type gallium-arsenide layer 9. urge

以上詳細に説明したように、本発明による製造
方法によればV溝上に設けた窓の段差幅を非常に
小さくできるため、この段差幅を利用して形成さ
れるゲート長も従来のFETに比べて非常に短か
く出来る。また断面逆階段状の窓、V溝は従来か
ら行なわれるフオトエツチング工程で形成できる
ので、FETの製造が楽に行なえるし、製造され
たFETは従来型のFETに比べて高い周波数で動
作するものとなるなど、多くの効果を有するもの
である。
As explained in detail above, according to the manufacturing method of the present invention, the step width of the window provided on the V-groove can be made extremely small, so the gate length formed using this step width can also be reduced compared to conventional FETs. It can be done very quickly. In addition, the windows and V-grooves with a reverse stepped cross section can be formed using a conventional photo-etching process, making it easier to manufacture FETs, and the manufactured FETs can operate at higher frequencies than conventional FETs. It has many effects, such as:

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

第1図乃至第5図は、本発明の一実施例を示す
工程断面図である。 図中、1はN+型のガリウム・ひ素基板、2は
半絶縁性のガリウム・ひ素層、3はN+型のガリ
ウム・ひ素層、4,13は二酸化シリコン層、5
は窒化シリコン層、6および6′は窓、7はアン
ダーカツト部、δは段差幅、8はV溝、9はエ
ピタキシヤル成長させたN型のガリウム・ひ素
層、10は二酸化シリコン、11はゲート電極
層、14はドレイン電極、15はソース電極であ
る。
1 to 5 are process cross-sectional views showing one embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an N + type gallium arsenide substrate, 2 is a semi-insulating gallium arsenide layer, 3 is an N + type gallium arsenide layer, 4 and 13 are silicon dioxide layers, and 5
is a silicon nitride layer, 6 and 6' are windows, 7 is an undercut portion, δ1 is a step width, 8 is a V-groove, 9 is an epitaxially grown N-type gallium arsenide layer, 10 is silicon dioxide, 11 1 is a gate electrode layer, 14 is a drain electrode, and 15 is a source electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板の表面に第1及び第2のマスク膜
を順に積層し、該第1及び第2のマスク膜を部分
的に除去して第1及び第2のマスク膜の境界にお
いて段差部を有する断面逆階段状の窓を形成し、
該窓の領域の該基板表面を除去して該第1及び第
2のマスク膜をひさし状にするV溝を形成した
後、該V溝内側壁にエピタキシヤル層を形成し、
該第1及び第2のマスク膜をマスクにして該エピ
タキシヤル層上に部分的に絶縁層を形成し、次い
で、該第2のマスク膜を除去した後、該第1のマ
スク膜をマスク膜にして該絶縁層上及び該エピタ
キシヤル層上に部分的にゲート金属層を被着して
ゲート金属層とエピタキシヤル層間にシヨツトキ
ーバリア接触を形成することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
1. First and second mask films are sequentially stacked on the surface of a semiconductor substrate, and the first and second mask films are partially removed to form a stepped portion at the boundary between the first and second mask films. Forming a window with a reverse stepped cross section,
After removing the substrate surface in the region of the window to form a V-groove that overhangs the first and second mask films, forming an epitaxial layer on the inner wall of the V-groove;
An insulating layer is partially formed on the epitaxial layer using the first and second mask films as masks, and then, after removing the second mask film, the first mask film is replaced with a mask film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising depositing a gate metal layer partially on the insulating layer and on the epitaxial layer to form a shot key barrier contact between the gate metal layer and the epitaxial layer. .
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JPS59969A (en) * 1982-06-25 1984-01-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Field effect transistor
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