JPH03145737A - Semiconductor element and manufacture thereof - Google Patents
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- JPH03145737A JPH03145737A JP28418089A JP28418089A JPH03145737A JP H03145737 A JPH03145737 A JP H03145737A JP 28418089 A JP28418089 A JP 28418089A JP 28418089 A JP28418089 A JP 28418089A JP H03145737 A JPH03145737 A JP H03145737A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、電界効果トランジスタ(以下、FET)等
のような、チャネル領域及びゲート電極を有する半導体
素子の構造及びその製造方法(こ関するもので、特に短
チヤネル効果の抑制が可能な半導体素子と、その製造方
法とに関する。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention relates to the structure of a semiconductor element having a channel region and a gate electrode, such as a field effect transistor (hereinafter referred to as FET), and a method for manufacturing the same (related thereto). In particular, the present invention relates to a semiconductor device that can suppress short channel effects, and a method for manufacturing the same.
(従来の技術)
電子機器を構成するための重要な半導体素子の1つとし
て、FETが知られている。(Prior Art) FETs are known as one of the important semiconductor elements for configuring electronic devices.
このような半導体素子の従来例の構造及び製造方法lこ
つき、例えば文献(PROCEEDINGS OF T
HEIEEE GALLIUM ARSENIDE I
NTEGRATED CIRCUITSYMPOSIU
M(プロシーデインゲス 才ブ ジ アイ・イー・イー
・イー ガリウムアーセナイト インチグレーティト
サーキット シンポジウム)(1983,10) pp
、l34−137 )に開示されているGaAsM E
S (Metal Sem1conductor)
F E Tの例により説明する。第3図(A)〜(D)
は、このGaAsMESFETの製造工程の説明に供す
る図であり、工程中の主な工程におけるFETの様子を
断面図を以って示したものである。The conventional structure and manufacturing method of such semiconductor devices are described in the literature (PROCEEDINGS OF T).
HEIEEE GALLIUM ARSENIDE I
NTEGRATED CIRCUIT SYMPOSIU
M (proceedinges)
Circuit Symposium) (1983, 10) pp
, 134-137)
S (Metal Sem1 conductor)
This will be explained using an example of FET. Figure 3 (A)-(D)
1 is a diagram used to explain the manufacturing process of this GaAs MESFET, and shows the state of the FET in the main steps in the process using cross-sectional views.
先ず、半絶縁性を有するGaAs基板11(以下、基板
11と略称することもある。)の所定領域に、例えばシ
リコン(293i)のようなn型不純物かイオン注入さ
れてチャネル領域13が形成される。First, ions of n-type impurities such as silicon (293i) are implanted into a predetermined region of a semi-insulating GaAs substrate 11 (hereinafter sometimes referred to as substrate 11) to form a channel region 13. Ru.
次に、チャネル領域13の形成された基板11上の全面
に、例えばタングステン−アルミニウム(W/lu)合
金のように、基板11との間にショットキ障壁を形成出
来かつ耐熱性を有する金属材料から成るゲート電極形成
用金属層15か、例えば2000〜3000人の膜厚に
形成される。Next, the entire surface of the substrate 11 on which the channel region 13 is formed is made of a metal material that can form a Schottky barrier between it and the substrate 11 and has heat resistance, such as a tungsten-aluminum (W/lu) alloy. The gate electrode forming metal layer 15 is formed to have a thickness of, for example, 2,000 to 3,000 layers.
次に、このゲート電極形成用金属層15のゲート電極形
成予定領域上に、リフトオフ又はその他の好適な方法に
よりゲートマスク層が、例えば3000人程度0膜厚に
形成される。Next, a gate mask layer is formed to have a thickness of about 3,000, for example, on the gate electrode forming region of the gate electrode forming metal layer 15 by lift-off or other suitable method.
ここまでの工程においで第3図(A)に示す構造体か得
られる。Through the steps up to this point, the structure shown in FIG. 3(A) is obtained.
なお、ゲートマスク層17の構成材料は、ゲート電極形
成用金属層15との間で応力を生しることが少なく、か
つ、この金属層15との門で選択エツチングを行ない得
る材料とされる。また、ゲートマスク層17は一層構成
でも多層構成でも良い。The constituent material of the gate mask layer 17 is a material that hardly generates stress between it and the metal layer 15 for forming the gate electrode, and that can be selectively etched at the interface with the metal layer 15. . Further, the gate mask layer 17 may have a single layer structure or a multilayer structure.
次に、ゲートマスク層17かエツチングマスクとされ、
第3図(A)に示した構造体に対し、例えば四フッ化炭
素と酸素との混合ガス(CFa102)を用いたドライ
エツチング処理か行なわれ、ゲート電極19が形成され
る(第3図(B))。Next, the gate mask layer 17 is used as an etching mask,
The structure shown in FIG. 3(A) is subjected to a dry etching process using, for example, a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen (CFa102) to form a gate electrode 19 (see FIG. 3(A)). B)).
なあ、このエツチング処理は、ゲート電極形成用金属層
15のみを選択的にエツチング出来る技術によって行な
われる。また、このエツチング処理において、工・ンチ
ングは、第3図(8)中にaの符号を付しかつ破線によ
る一連の矢印を付して示した方向に沿って主に行なわれ
るか、それと同時に基板11の主面に平行な方向でも行
なわれる。このため、得られたゲート電極19の端部に
はサイドエツチング部21が生じる。Note that this etching process is performed using a technique that allows selective etching of only the gate electrode forming metal layer 15. In addition, in this etching process, etching is performed mainly along the direction indicated by the symbol a and a series of broken arrows in FIG. 3(8), or simultaneously. It is also performed in a direction parallel to the main surface of the substrate 11. Therefore, side etching portions 21 are formed at the ends of the gate electrode 19 obtained.
次に、第3図(C)に示すように、上述のゲトマスク層
17がマスクとされ半導体基板11に2981かイオン
注入(同図中、実線による一連の矢印すを付して示す。Next, as shown in FIG. 3C, 2981 ions are implanted into the semiconductor substrate 11 using the above-mentioned getmask layer 17 as a mask (indicated by a series of solid arrows in the figure).
)され、ソース領域23及びトレイン領域25が夫々形
成される。), and a source region 23 and a train region 25 are formed, respectively.
次に、ゲートマスク層17のみが除去されゲート電極1
9か露出されて、第3図(D)に示す構造体が得られる
。Next, only the gate mask layer 17 is removed and the gate electrode 1
9 is exposed to obtain the structure shown in FIG. 3(D).
その後は、図示を省略するが、この構造体にソース電極
、トレイン電極及びその他設計に応した種々の構成成分
が形成されて所望の半導体素子(この場合は、GaAs
M E S F E T )が得られる。After that, although not shown in the drawings, a source electrode, a train electrode, and other various components depending on the design are formed on this structure to form a desired semiconductor element (in this case, GaAs).
M E S F E T ) is obtained.
上述の文献に開示された従来の半導体素子は、ゲート電
極19にサイドエツチング部21が設けられた状態でゲ
ートマスク層17ヲマスクとしたイオン注入かなされて
ソース及びトレイン領域か形成されたものである。従っ
て、第3図(D)からも明らかなように、ソース及びト
レイン領域23.25夫々は、サイドエツチング部21
の幅と実質的に同のオフセット幅p1を以って、ゲート
電極19と離間しで形成される。このため、ゲート長1
2とした場合、ソース領域23とトレイン領域25との
間の間隔I23は、2β1+ρ2となるので、オフセッ
ト幅11を適当に大きな値にすることにより、ゲート長
β2の短縮に伴う短チヤネル効果、即ちソース領域23
とトレイン領域25との間隔が小さくなることに起因し
て電流がゲート電極によって制御出来ないチャネル領域
13の下側を流れてしまう現象を抑制出来るという利点
か得られた。In the conventional semiconductor device disclosed in the above-mentioned document, the source and train regions are formed by ion implantation using the gate mask layer 17 as a mask while the side etching portion 21 is provided on the gate electrode 19. . Therefore, as is clear from FIG. 3(D), the source and train regions 23 and 25, respectively,
The gate electrode 19 is formed with an offset width p1 that is substantially the same as the width of the gate electrode 19 . Therefore, the gate length 1
2, the distance I23 between the source region 23 and the train region 25 is 2β1+ρ2, so by setting the offset width 11 to an appropriately large value, the short channel effect due to the shortening of the gate length β2 can be reduced. Source area 23
This has the advantage that it is possible to suppress the phenomenon in which current flows under the channel region 13, which cannot be controlled by the gate electrode, due to the narrowing of the distance between the gate electrode and the train region 25.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、従来の半導体素子では、ゲート長の短縮
に伴う短チヤネル効果を抑制するためにゲート電極と、
ソース領域及びトレイン領域との門のオフセット幅を大
きく設定しなければならないので、ソース抵抗即ちゲー
ト電極とソース領域との間の電気的抵抗か大きくなり、
この結果、半導体素子の特性を劣化させてしまうという
問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) However, in conventional semiconductor devices, in order to suppress the short channel effect caused by shortening the gate length, the gate electrode
Since the offset width of the gate between the source region and the train region must be set large, the source resistance, that is, the electrical resistance between the gate electrode and the source region, increases.
As a result, there was a problem in that the characteristics of the semiconductor element deteriorated.
また、短チヤネル効果は、チャネル領域の下側の半導体
基板部分を電流が流れることか原因で生しるため、半導
体基板の電気的抵抗に大きく依存する。この結果、従来
の半導体素子構造では、電気的抵抗が低い半導体基板を
用いた場合、短チヤネル効果を充分に抑制することは困
難であるという問題点があった。Furthermore, the short channel effect is caused by the flow of current through the semiconductor substrate portion below the channel region, and therefore is highly dependent on the electrical resistance of the semiconductor substrate. As a result, in the conventional semiconductor device structure, when a semiconductor substrate with low electrical resistance is used, it is difficult to sufficiently suppress the short channel effect.
この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、ソース抵抗の増大を来すことな
く、然も用いる半導体基板の電気的な抵抗値のいかにか
かわらず、短チヤネル効果を抑制出来る構造の半導体素
子と、これを製造する方法とを提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a short channel without increasing the source resistance and regardless of the electrical resistance value of the semiconductor substrate used. It is an object of the present invention to provide a semiconductor element having a structure in which the effects can be suppressed, and a method for manufacturing the same.
(課題を解決するための手段)
この目的の達成を図るため、この出願の第一発明によれ
ば、半導体下地にチャネル領域及びゲート電極を具える
半導体素子においで、
半導体下地の、チャネル領域の下側であってゲート電極
と対向する領域に空隙部を具えで成ることを特徴とする
。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, according to the first invention of this application, in a semiconductor device having a channel region and a gate electrode on a semiconductor base, It is characterized by having a void in the lower region facing the gate electrode.
またこの出願の第二発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、
半導体基板上に、この半導体基板の一部を露出しかつ少
なくともゲート電極形成予定領域に対応する領域を覆う
絶縁膜を形成する工程と、前述の半導体基板の前述の絶
縁膜から露出する部分を種部としこの半導体基板上に選
択成長法により半導体層を形成する工程と、
この半導体層にチャネル領域を形成する工程と、
前述のチャネル領域の前述のゲート電極形成予定領域に
対応する領域上にゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする。Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the second invention of this application, there is a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate, exposing a part of the semiconductor substrate and covering at least a region corresponding to a region where a gate electrode is to be formed. a step of forming a semiconductor layer on the semiconductor substrate by a selective growth method using a portion of the semiconductor substrate exposed from the insulating film as a seed portion; a step of forming a channel region in the semiconductor layer; The method is characterized in that it includes a step of forming a gate electrode on a region of the channel region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed.
なお第二発明の実施に当たり、上述の絶縁膜を、半導体
基板のゲート電極形成予定領域に対応する部分を挟む領
域を夫々露出する開口部を具えたものとするのが好適で
ある。In carrying out the second invention, it is preferable that the above-mentioned insulating film is provided with openings that expose regions that sandwich the portion of the semiconductor substrate corresponding to the region where the gate electrode is to be formed.
(作用)
この出願の第一発明の半導体素子によれば、短チヤネル
効果によって生しゲート電極によって制御出来ないチャ
ネル領域の下側に流れる電流成分は、空隙部によって遮
断される。このため、チャネル領域の下側に流れる電流
成分は無視出来ることになるので、ゲート長の短縮が図
れ然も半導体基板の電気的抵抗の大小にかかわらす半導
体基板の利用が可能になる。(Function) According to the semiconductor device of the first invention of this application, the current component flowing below the channel region, which is generated by the short channel effect and cannot be controlled by the gate electrode, is blocked by the gap. Therefore, the current component flowing under the channel region can be ignored, so that the gate length can be shortened and the semiconductor substrate can be used regardless of the electrical resistance of the semiconductor substrate.
また、この出願の第二発明の半導体素子の製造方法によ
れば、半導体基板の一部ヲ露出しかつ少なくともゲート
電極形成予定領域に対応する領域を覆゛う絶縁膜を形成
し、その後、半導体基板の絶縁膜から露出する部分を種
部としこの半導体基板上に選択成長法により半導体層を
形成する。そしてこの選択成長の際半導体層は、絶縁膜
上には形成されすしかし絶縁膜上方においては絶縁膜周
辺の種部からの横方向の成長によって半導体層が連続的
なものになる。この結果、半導体基板上には、ゲート電
極形成予定領域に対応する部分が空隙となった半導体層
が形成される。この半導体層及び半導体基板は半導体下
地を構成するので、半導体層の空隙部上側領域にチャネ
ル領域さらにこのチャネル領域上にゲート電極を形成す
ること(こより、第一発明の半導体素子が容易に得られ
る。Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the second invention of this application, an insulating film is formed which exposes a part of the semiconductor substrate and covers at least a region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed, and then the semiconductor device is formed. A semiconductor layer is formed on this semiconductor substrate by a selective growth method using a portion of the substrate exposed from the insulating film as a seed portion. During this selective growth, the semiconductor layer is formed on the insulating film, but the semiconductor layer becomes continuous above the insulating film by lateral growth from the seed portion around the insulating film. As a result, a semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate in which a portion corresponding to a region where a gate electrode is to be formed has a void. Since this semiconductor layer and the semiconductor substrate constitute a semiconductor base, a channel region is formed in the upper region of the cavity of the semiconductor layer, and a gate electrode is formed on this channel region (thereby, the semiconductor element of the first invention can be easily obtained). .
なお、選択成長は、種部の面積が、絶縁膜に覆われてい
る部分の面積に比し小さい場合の方が良好に行なわれる
ことが知られている。従って第二発明の好適実施例のよ
うに半導体基板のゲート電極形成予定領域を挟む領域夫
々を露出する開口部を有する絶縁膜を用いると、選択成
長を効率良く行なうことが出来る。It is known that selective growth is performed better when the area of the seed portion is smaller than the area of the portion covered with the insulating film. Therefore, by using an insulating film having openings that expose the regions sandwiching the region of the semiconductor substrate where the gate electrode is to be formed, as in the preferred embodiment of the second invention, selective growth can be carried out efficiently.
(実施例)
以下、図面ヲ参照してこの出願の半導体素子及びその製
造方法の実施例につきそれぞれ説明する。なお、以下の
説明に用いる各図はこの発明を理解出来る程度に概略的
に示しであるにすぎない。従って図中の各構成成分の寸
法、形状、配買開係は一例であり、この発明がこれらに
のみ限定されるものてはないことは理解されたい。また
、以下の実施例は、半導体素子をショットキー接合ゲー
トを有するGaAsM E S F E Tとした例で
説明する。(Example) Examples of the semiconductor device and the manufacturing method thereof of this application will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the drawings used in the following explanation are only schematic illustrations to the extent that the present invention can be understood. Therefore, it should be understood that the dimensions, shapes, and distribution of each component in the drawings are merely examples, and the present invention is not limited to these. Further, the following embodiments will be explained using an example in which the semiconductor element is a GaAsM ESFET having a Schottky junction gate.
・ の ゛告3日
先ず、この出願の第一発明の半導体素子の構造につき説
明する。第1図は、実施例のGaAsM E 5FET
をゲート長方向に平行に切って概略的に示した断面図で
ある。- Announcement 3 days First, the structure of the semiconductor device of the first invention of this application will be explained. FIG. 1 shows an example of GaAsM E 5FET.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken parallel to the gate length direction.
第1図において、31は半導体基板としての半絶縁性G
aAs基板(以下、半導体基板と略称することもある。In FIG. 1, 31 is a semi-insulating G as a semiconductor substrate.
aAs substrate (hereinafter sometimes abbreviated as semiconductor substrate).
)を示し、33は半導体基板31上に設けられこの半導
体基板31の一部を露出しかつ少なくともゲート電極形
成予定領域に対応する領域を覆う絶縁膜を示す。なお、
この実施例の場合の絶縁膜33は、半導体基板31の、
ゲート電極形成予定領域に対応する領域のゲート長方向
における両側領域に、半導体基板31の一部をそれぞれ
露出する第の開口部33a及び第二の開口部33b @
有する絶縁膜としである。従って、この実施例の場合の
半導体基板31は、第−及び第二の開口部33a、33
bにより露出されている領域以外は全て絶縁膜によって
覆われている。ここで第−及び第二の開口部33a。), and 33 indicates an insulating film provided on the semiconductor substrate 31, exposing a part of the semiconductor substrate 31 and covering at least a region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed. In addition,
In this embodiment, the insulating film 33 is formed on the semiconductor substrate 31.
A first opening 33a and a second opening 33b that respectively expose a part of the semiconductor substrate 31 are provided on both sides in the gate length direction of the region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed.
This is an insulating film with Therefore, the semiconductor substrate 31 in this embodiment has the first and second openings 33a, 33
All areas other than the area exposed by b are covered with an insulating film. Here, the first and second openings 33a.
33bの平面形状は、この実施例の場合、四角形状とし
でいる。しかし、第−及び第二の開口部33a。In this embodiment, the planar shape of 33b is square. However, the first and second openings 33a.
33bの平面形状はこれに限られるものではなく設計に
応しで変更されるものである。また、第−及び第二の開
口部33a、33bの面積をどの程度にするか、ざらに
これら開口部33a、33b間の絶縁膜部分の面積をど
の程度にするかは、ゲート電極の大きさや後述する選択
成長時の結晶成長条件等に応じ適正な値にする。The planar shape of 33b is not limited to this, but may be changed depending on the design. Furthermore, how large the area of the first and second openings 33a and 33b should be, and roughly how large the area of the insulating film between these openings 33a and 33b should be, depends on the size of the gate electrode. It is set to an appropriate value depending on the crystal growth conditions during selective growth, which will be described later.
ざらに第1図においで、35は、半絶縁性のGaAs層
を示す。この半絶縁性のGaAs層35は半導体基板3
1と一体となって半導体下地37ヲ構成している。Generally speaking, in FIG. 1, numeral 35 indicates a semi-insulating GaAs layer. This semi-insulating GaAs layer 35 is connected to the semiconductor substrate 3.
1 constitutes a semiconductor base 37.
この半絶縁性のGaAs層35の詳細な説明は、後述の
製造方法の項にて行なう。A detailed explanation of this semi-insulating GaAs layer 35 will be given in the section on the manufacturing method described later.
さらに第1図において、39はGaAs層35に形成さ
れたチャネル領域、41a、41bはソース及びトレイ
ン領域、43a、43bはソース及びトレイン電極、4
5はチャネル領域39上に設けられたゲート電極を夫々
示す。Furthermore, in FIG. 1, 39 is a channel region formed in the GaAs layer 35, 41a and 41b are source and train regions, 43a and 43b are source and train electrodes, and 4
Reference numeral 5 indicates gate electrodes provided on the channel region 39, respectively.
ざらに第1図において、47は、半導体下地37の、チ
ャネル領域39の下側であってゲート電極45と対向す
る領域に設けられた空隙部を示す。この空隙部47はチ
ャネル領域39の下側の位置であって、短チヤネル効果
によって生じゲート電極45によって制御出来ないチャ
ネル領域39の下側に流れる電流を効果的に閉止出来る
位置に設けである。Briefly, in FIG. 1, reference numeral 47 indicates a gap provided in a region of the semiconductor base 37 below the channel region 39 and facing the gate electrode 45. This gap 47 is located below the channel region 39, and is provided at a position where it can effectively block the current flowing below the channel region 39, which is caused by the short channel effect and cannot be controlled by the gate electrode 45.
この空隙部47の詳細な説明は、後述の製造方法の項に
おいて行なう。A detailed explanation of this void portion 47 will be given in the section on the manufacturing method described later.
半体 の進法の
次に、第1図を用いて説明した第一発明の実施例のGa
AsM E S F E T @製造する例により、こ
の出願の第二発明である半導体素子の製造方法の実施例
の説明を行なう。第2図(A)〜(F)は、その説明に
供する工程図であり、工程中の主な工程における素子の
様子を第1図同様な断面図を以って示した図である。Next to the half-base system, Ga of the embodiment of the first invention explained using FIG.
An embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device, which is the second invention of this application, will be explained using an example of manufacturing AsMESFET@. FIGS. 2(A) to 2(F) are process diagrams for explaining the process, and are diagrams showing the state of the element in the main steps in the process using cross-sectional views similar to FIG. 1.
先ず、第2図(A)に示すように、半絶縁性のGaAs
基板31上にCVD方等の好適な方法によって絶縁膜3
3としてこの場合SiC2膜を約100゜λの厚さに形
成する。First, as shown in FIG. 2(A), semi-insulating GaAs
An insulating film 3 is formed on the substrate 31 by a suitable method such as CVD.
In this case, the SiC2 film is formed to have a thickness of about 100°λ.
次に、絶縁膜33上にレジストを塗布し、その後このレ
ジストに、公知のフォトリングラフィ技術によって、互
いは2〜5um程度の門@を以って近接する第一の開口
部51a及び第二の開口部51bであって夫々は所定の
面積を有する第一の開口部51a及び第二の開口部51
bを形成して、レジストパタン51を得る(第2図(B
))。なお、これらレジストパタンの第−及び第二の開
口部51a、51bは、隣接方向が半絶縁性GaAs基
板31の結晶軸で云って<011>方向になるように配
置する。Next, a resist is applied on the insulating film 33, and then a well-known photolithography technique is applied to the resist to form the first opening 51a and the second opening 51a, which are adjacent to each other with a gap of about 2 to 5 um. A first opening 51a and a second opening 51 each having a predetermined area.
b to obtain a resist pattern 51 (see FIG. 2(B)).
)). The first and second openings 51a and 51b of these resist patterns are arranged so that the adjacent direction is the <011> direction with respect to the crystal axis of the semi-insulating GaAs substrate 31.
次に、フッ酸等を用いたウェットエツチング又はCF
aガス等を用いたドライエツチングによって、絶縁膜3
3の、レジストパタンの開口部51a51bから露出し
ている部分を選択的に除去しで、絶縁膜33に第一の開
口部33a及び第二の開口部33b %形成する(第2
図(C))。ここで、絶縁膜33の、第−及び第二の開
口部33a、33b間にある部分33×が、半導体基板
31のゲート電極形成予定領域に対応する領域を覆う絶
縁膜に相当する。Next, wet etching using hydrofluoric acid or CF
The insulating film 3 is etched by dry etching using a gas or the like.
3, the portions exposed from the openings 51a and 51b of the resist pattern are selectively removed to form a first opening 33a and a second opening 33b in the insulating film 33 (second opening 33b).
Figure (C)). Here, a portion 33x of the insulating film 33 between the first and second openings 33a and 33b corresponds to an insulating film that covers a region of the semiconductor substrate 31 corresponding to the region where the gate electrode is to be formed.
次に、レジストを除去し、その後、半導体基板31の、
絶縁膜33の第−及び第二の開口部33a、33bから
露出している部分を種部として、MOCVD法或いはM
BE法等の好適な方法を用いて、種部に選択的に半導体
層としてこの場合半絶縁性のGaAs結晶層35(以下
、GaAs半導体層35と略称することもある。)を成
長させる。この成長の際、GaAs半導体層35は、G
aAs基板31の上方に成長するばかりでなく〈旧”1
〉結晶軸方向にも成長するので、成長層の様子!<01
1>方向に切った断面で見ると逆メサ形状になる。この
ため、第−及び第二の開口部33a、33bから露出す
る種部から夫々成長を開始したGaAs半導体層35は
、成長か進むと、絶縁膜33の第−及び第二の開口部3
3a、33b間の領域上方で接して連続した層になる。Next, the resist is removed, and then the semiconductor substrate 31 is
Using the portions of the insulating film 33 exposed from the first and second openings 33a and 33b as seed parts, MOCVD or M
A semi-insulating GaAs crystal layer 35 (hereinafter sometimes abbreviated as GaAs semiconductor layer 35) is selectively grown as a semiconductor layer on the seed portion using a suitable method such as the BE method. During this growth, the GaAs semiconductor layer 35
In addition to growing above the aAs substrate 31,
〉The growth layer also grows in the direction of the crystal axis! <01
When viewed in cross section taken in the 1> direction, it has an inverted mesa shape. Therefore, as the GaAs semiconductor layer 35 starts growing from the seed portions exposed from the first and second openings 33a and 33b, as the growth progresses, the second and second openings 3 of the insulating film 33 grow.
Above the region between 3a and 33b, the layer contacts and becomes a continuous layer.
しかし、両開口部338゜33b間の絶縁膜部分上には
空隙47が出来る。However, a gap 47 is formed on the insulating film portion between both openings 338.degree. 33b.
上述のGaAs半導体層35の選択成長は、空隙47が
形成出来かつこの空隙47上の当該GaAs層35の部
分の膜厚がチャネル領域を形成するに十分であり然もチ
ャネル領域に対する空隙47の位置が短チヤネル効果に
よるチャネル領域下側を流れる電流成分を効率的に粗化
出来る位置になったら、停止する(第2図(D))。The above-described selective growth of the GaAs semiconductor layer 35 allows the formation of the void 47 and the thickness of the portion of the GaAs layer 35 above the void 47 that is sufficient to form a channel region, and the position of the void 47 relative to the channel region. When the current component flowing under the channel region due to the short channel effect can be effectively roughened, the process is stopped (FIG. 2(D)).
次に、選択成長により得たGaAs半導体層35に対し
て、例えばSiイオンを注入してチャネル領域39を形
成する(第2図(E))。Next, for example, Si ions are implanted into the GaAs semiconductor layer 35 obtained by selective growth to form a channel region 39 (FIG. 2(E)).
次に、チャネル領域39の、絶縁膜33の第−及び第二
開口部33a、33b間の部分33xの中央部分に対応
する領域上に位置するように、耐熱性ショットキ金属例
えばW−AQから成るゲート電極45ヲ公知の方法によ
り形成する(第2図(F))。Next, the channel region 39 is made of a heat-resistant Schottky metal, for example, W-AQ, so as to be located on a region corresponding to the central portion of the portion 33x between the first and second openings 33a and 33b of the insulating film 33. The gate electrode 45 is formed by a known method (FIG. 2(F)).
次に、このゲート電極45ヲマスクとして用いGaAs
半導体層35に対しSiイオンをセルファラインで注入
しソース及びトレイン領域41a、41b %形成する
。続いて、注入されたSiイオンを熱処理によって活性
化した後、ソース及びトレイン領域41a、41b土に
オーム性電極としてのソース電極及びトレイン電極43
a、43b @夫々形成しで、第1図に示したGaAs
M E S F E Tを得る。Next, this gate electrode 45 is used as a mask and made of GaAs.
Si ions are implanted into the semiconductor layer 35 by self-alignment to form source and train regions 41a and 41b. Subsequently, after activating the implanted Si ions by heat treatment, a source electrode and a train electrode 43 as ohmic electrodes are formed in the source and train regions 41a and 41b.
a, 43b @ formed respectively, and GaAs shown in FIG.
Obtain M E S F E T .
なお、選択成長法により成長させた半導体層35の端部
は庇状になり半導体基板31との間に段差を構成する。Note that the end portion of the semiconductor layer 35 grown by the selective growth method has an eave shape and forms a step between it and the semiconductor substrate 31.
この段差が素子形成上で問題になる場合は、公知の平坦
化処理等により対処すれば良い。If this level difference poses a problem in device formation, it can be dealt with by a known planarization process or the like.
以上がこの出願の半導体素子及びその製造方法の各実施
例の説明である。しかしこれら発明は、上述の実施例の
みに限られるものではなく以下に説明するような種々の
変更を加えることが出来る。The above is the description of each embodiment of the semiconductor device and its manufacturing method of this application. However, these inventions are not limited to the above-described embodiments, and can be modified in various ways as described below.
上述の半導体素子の実施例は、第一発明の構造をGaA
sM E S F E Tに適用した例であった。しか
し、第一発明の構造は、他の半導体素子、例えば、HE
MTや、金属/絶縁膜/半導体によりゲートを構成した
MOS型のFET、LDD構造を有するFET等にも適
用出来ることは明らかである。The embodiment of the semiconductor device described above uses the structure of the first invention as GaA.
This was an example applied to sMESFET. However, the structure of the first invention is suitable for use with other semiconductor devices, such as HE
It is clear that the present invention can also be applied to MTs, MOS type FETs whose gates are made of metal/insulating film/semiconductor, FETs having an LDD structure, and the like.
また、上述の半導体素子の製造方法の実施例は、半導体
基板31上に第−及び第二の開口部33a。Further, in the embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device described above, the first and second openings 33a are formed on the semiconductor substrate 31.
33bを有する絶縁膜33を形成しこれら開口部33a
。33b is formed and these openings 33a are formed.
.
33bから露出する半導体基板部分を種部として選択成
長をした例であった。しかし、絶縁膜は、半導体基板3
1のゲート電極形成予定領域に対応する領域に設けるた
けても目的を達成出来ると考えられる。This was an example in which selective growth was performed using the semiconductor substrate portion exposed from 33b as a seed part. However, the insulating film is
It is considered that the purpose can be achieved even if the gate electrode is provided in a region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed.
また、上述の製造方法の実施例では、絶縁膜33を膜厚
が1000人のSiO2膜で構成した例であった。しか
し、絶縁膜の膜厚及び構成材料は、これらに限定される
ものではなく、設計に応し変更出来る。Further, in the above-described embodiment of the manufacturing method, the insulating film 33 was composed of a SiO2 film having a thickness of 1000 mm. However, the thickness and constituent materials of the insulating film are not limited to these, and can be changed depending on the design.
また、上述の製造方法の実施例は、ゲート電極45をマ
スクとしてそのまま用いセルファラインでソース及びト
レイン領域形成のイオン注入を行なっていた。しかし、
ゲート電極と、ソース及びトレイン領域との間にオフセ
ット領域を設けるような工程を加えても勿論良い。Further, in the embodiment of the manufacturing method described above, the gate electrode 45 is used as a mask to perform ion implantation to form the source and train regions using the self-alignment line. but,
Of course, a step such as providing an offset region between the gate electrode and the source and train regions may be added.
また、上述の第−及び第二発明の各実施例は、半導体素
子’aGaAs系のものとした例てあった。しかしこれ
ら発明は、半導体素子を他の材料で構成した場合、例え
ば他の■−V族化合物半導体材料、又はシリコン等で構
成した場合にも適用可能である。Further, in each of the embodiments of the first and second inventions described above, the semiconductor element was a GaAs-based semiconductor element. However, these inventions are also applicable to cases in which the semiconductor element is made of other materials, such as other ■-V group compound semiconductor materials, silicon, or the like.
(発明の効果)
上述した説明からも明らかなように、この出願の第一発
明の半導体素子によれば、半導体下地にチャネル領域及
びゲート電極を具える半導体素子において、半導体下地
の、チャネル領域の下側であってゲート電極と対向する
領域に空隙部を具えているので、短チヤネル効果によっ
て生しゲート電極によって制御出来ないチャネル領域の
下側に流れる電流成分は、この空隙部によって遮断され
る。従って、ゲート長の短いデバイスにおいても、ソー
ス抵抗を低減しつつ短チヤネル効果を抑制出来、よって
半導体素子の特性向上か図れる。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, according to the semiconductor device of the first invention of this application, in a semiconductor device including a channel region and a gate electrode on a semiconductor base, the channel region of the semiconductor base is Since there is a void in the lower region facing the gate electrode, the current component flowing to the bottom of the channel region, which is caused by the short channel effect and cannot be controlled by the gate electrode, is blocked by this void. . Therefore, even in a device with a short gate length, the short channel effect can be suppressed while reducing the source resistance, thereby improving the characteristics of the semiconductor element.
ざらに、電気的抵抗の低い半うτ1大基板の利用が可能
になるので設計自由度も向上りる。Furthermore, since it becomes possible to use a large substrate with a low electrical resistance and a large τ1, the degree of freedom in design is improved.
また、この出願の第二発明の半導体素子の製造方法によ
れば、半導体下地にチャネル領域及びゲート電極を具え
る半導体素子であって、半導体下地の、チャネル領域の
下側であってゲート電極と対向する領域に空隙部を具え
る半導体素子を簡易に製造することが出来るので、ソー
ス抵抗の増大を来すことなく、然も用いる半導体基板の
電気的な抵抗値のいかにかかわらす、短チヤネル効果を
抑制出来る構造の半導体素子を容易に提供することか出
来る。Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the second invention of this application, there is provided a semiconductor device comprising a channel region and a gate electrode on a semiconductor base, wherein the semiconductor base has a region below the channel region and a gate electrode. Since it is possible to easily manufacture a semiconductor element with a void in the opposing regions, the short channel effect can be achieved without increasing the source resistance, and regardless of the electrical resistance value of the semiconductor substrate used. Therefore, it is possible to easily provide a semiconductor element having a structure that can suppress this.
第1図は、実施例の半導体素子の構造を示す断面図、
第2図(A)〜(F)は、製造方法の実施例の説明に供
する工程図、
第3図(A)〜(D)は、従来技術の説明図である。
31・・・半導体基板、 33・・・絶縁膜33a
・・・絶縁膜の第一の開口部
33b・・・絶縁膜の第二の開口部
35・・・選択成長法による半導体層
39・・チャネル領域
ドレイニ領域
トレイン電極
47・・・空隙部
37・・・半導体下地、
41a、41b−・・ソース・
43a、43b−ソース・
45・・・ゲート電極、
51・・・レジスト、゛\タン
51a・・・レジストパタンの第一の開口部51b・・
・レジストバタンの第二の開口部33×・・・絶縁膜の
開口部間に在る部分。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to an example, FIGS. 2(A) to (F) are process diagrams for explaining an example of a manufacturing method, and FIGS. ) is an explanatory diagram of the prior art. 31... Semiconductor substrate, 33... Insulating film 33a
...First opening 33b of the insulating film...Second opening 35 of the insulating film...Semiconductor layer 39 by selective growth method...Channel region Drainage region Train electrode 47...Void portion 37... ...Semiconductor base, 41a, 41b--Source, 43a, 43b--Source, 45...Gate electrode, 51...Resist, ゛\tan 51a...First opening 51b of resist pattern...
- Second opening 33× of resist baton: a portion located between the openings of the insulating film.
Claims (3)
る半導体素子において、 半導体下地の、チャネル領域の下側であってゲート電極
と対向する領域に空隙部を具えて成ることを特徴とする
半導体素子。(1) A semiconductor device comprising a channel region and a gate electrode on a semiconductor base, characterized in that the semiconductor base has a void in a region below the channel region and facing the gate electrode. .
つ少なくともゲート電極形成予定領域に対応する領域を
覆う絶縁膜を形成する工程と、 前記半導体基板の前記絶縁膜から露出する部分を種部と
し該半導体基板上に選択成長法により半導体層を形成す
る工程と、 該半導体層にチャネル領域を形成する工程と、前記チャ
ネル領域の前記ゲート電極形成予定領域に対応する領域
上にゲート電極を形成する工程と を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。(2) forming an insulating film on a semiconductor substrate that exposes a part of the semiconductor substrate and covers at least a region corresponding to a region where a gate electrode is to be formed; A step of forming a semiconductor layer as a seed portion on the semiconductor substrate by a selective growth method, a step of forming a channel region in the semiconductor layer, and a step of forming a gate electrode on a region of the channel region corresponding to the region where the gate electrode is to be formed. 1. A method for manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming a semiconductor device.
、 前記絶縁膜を、前記半導体基板のゲート電極形成予定領
域に対応する部分を挟む領域を夫々露出する開口部を具
えた構成としたこと を特徴と半導体素子の製造方法。(3) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the insulating film has openings that expose regions sandwiching a portion of the semiconductor substrate corresponding to a region where a gate electrode is to be formed. Features and manufacturing methods of semiconductor devices.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28418089A JPH03145737A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Semiconductor element and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28418089A JPH03145737A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Semiconductor element and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03145737A true JPH03145737A (en) | 1991-06-20 |
Family
ID=17675214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28418089A Pending JPH03145737A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Semiconductor element and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03145737A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05291307A (en) * | 1991-12-05 | 1993-11-05 | Samsung Electron Co Ltd | Compound semiconductor device and manufacture thereof |
| JPH0613410A (en) * | 1992-03-18 | 1994-01-21 | Samsung Electron Co Ltd | Junction field effect transistor and manufacturing method thereof |
| JPH08274115A (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-18 | Nec Corp | Junction field-effect transistor and its manufacture |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP28418089A patent/JPH03145737A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05291307A (en) * | 1991-12-05 | 1993-11-05 | Samsung Electron Co Ltd | Compound semiconductor device and manufacture thereof |
| JPH0613410A (en) * | 1992-03-18 | 1994-01-21 | Samsung Electron Co Ltd | Junction field effect transistor and manufacturing method thereof |
| JPH08274115A (en) * | 1995-03-31 | 1996-10-18 | Nec Corp | Junction field-effect transistor and its manufacture |
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