JPH06168962A - 電界効果型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

電界効果型半導体装置及びその製造方法

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JPH06168962A
JPH06168962A JP5173910A JP17391093A JPH06168962A JP H06168962 A JPH06168962 A JP H06168962A JP 5173910 A JP5173910 A JP 5173910A JP 17391093 A JP17391093 A JP 17391093A JP H06168962 A JPH06168962 A JP H06168962A
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JP
Japan
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film
insulating film
forming
opening
electrode
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Application number
JP5173910A
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English (en)
Inventor
Yuuki Oku
友希 奥
Masayuki Sakai
将行 酒井
Yasutaka Kono
康孝 河野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート電極とソース及びドレイン電極を自己
整合的に形成してゲート長(Lg )の短縮とソース抵抗
(Rs )の短縮を図る際、ゲート・ソース間容量(Cg
s)がより低減化されるようにT型ゲート電極を形成す
ることができる電界効果型半導体装置の製造方法を提供
する。 【構成】 半導体エピタキシャル基板上に第1の絶縁膜
5,高融点金属薄膜6をこの順に形成し、第1の絶縁膜
5と高融点金属薄膜6に対して第1の開口部5aを形成
した後、該第1の開口部5aを埋め込むように第2の絶
縁膜8を形成し、上記基板に対する垂直方向から該第2
の絶縁膜8をエッチングして、第1の開口部5a内に該
第2の絶縁膜8を側壁膜とする第2の開口部8aを形成
し、この後、基板の全面に対して電極形成用金属を被着
し、該電極形成用金属を第1の絶縁膜5及び高融点金属
薄膜6とともに所定幅にパターニングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電界効果型半導体装
置とその製造方法に関し、特に、T型ゲート電極を有す
る電界効果型半導体装置とその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図5,6は、特開昭63−174374
号公報、或いは、I.Hanyu らがエレクトロニクス レタ
ーズ24巻1988年1327頁(Electronics Letters 24 (198
8)1327) に発表した従来のHEMT(High Electron Mob
ility Transistor) の製造工程を示す工程別断面図であ
り、図5はゲート電極の形成位置を規定し、且つ、ゲー
ト電極形成用の絶縁膜を形成する迄の工程を示し、ま
た、図6は図5に示した工程後に行われるゲート電極と
ソース及びドレイン電極の形成工程を示している。これ
らの図において、21はGaAsバッファ層、22はi
−GaAs層、23はn−AlGaAs層、24はn+
−GaAs層、24aはリセス、25は第1の絶縁膜、
25aは第1の絶縁膜25に形成された開口部、27は
レジスト、28は第2の絶縁膜、28aは第2の絶縁膜
28に形成された開口部、28bはn−AlGaAs層
23の露出部、29は高融点金属膜、30は低抵抗金属
膜、31はレジスト、32はオーミック電極用金属膜、
32aはソース電極、32bはドレイン電極、33はT
型ゲート電極、33aはT型ゲート電極33のひさし部
である。
【0003】以下、上記HEMTの製造工程をこれらの
図に基づいて説明する。先ず、図示しない半絶縁性のG
aAs基板上に、GaAsバッファ層21,i−GaA
s層22、n−AlGaAs層23,n+ AlGaAs
層23,n+ −GaAs24をエピタキシャル成長し
て、エピタキシャル基板を得、次いで、該エピタキシャ
ル基板上にSiO2 膜を3000オングストローム程度
堆積して第1の絶縁膜25を形成した後、図5(a) に示
すように、該第1の絶縁膜25上に開口幅が0.5μm
の開口パターンを有するレジストパターン27を形成す
る。
【0004】次に、図5(b) に示すように、レジストパ
ターン27をマスクとして、該第1の絶縁膜25に対し
てCHF3 +O2 ,CHF4 +O2 等をエッチングガス
として用いたドライエッチングを施して、開口部25a
を形成する。次に、レジストパターン27および開口部
25aが形成された第1の絶縁膜25をマスクにして、
+ −GaAs24に対して、例えばCCl2 F2 を用
いた反応性イオンエッチング、または、酒石酸と過酸化
水素水をエッチャントとするウエットエッチングを施
し、図5(c) に示すように、その深さが、例えば100
0オングストローム程度となるようにリセス24aを形
成する。尚、図5(c) は、ウェットエッチングを用いた
場合に、絶縁膜25の下部のn+ −GaAs24で生ず
るサイドエッチングは無視して描かれている。また、上
記工程では、n+ −GaAs層24のみをエッチングし
ているが、n−AlGaAs層23までエッチングを進
行させない場合もある。
【0005】次に、図5(d) に示すように、レジスト2
7をO2 アッシャ或いは有機溶液で除去した後、図5
(e) に示すように、プラズマCVD法等を用い、基板の
全面に対してSiO2 膜を堆積し、上記開口部25aを
埋め込むように、上記第1の絶縁膜25上に、例えば、
その膜厚が3000オングストローム程度の第2の絶縁
膜28を形成する。
【0006】次に、図5(f) に示すように、スパッタエ
ッチング或いは反応性イオンエッチング等を用いて基板
面に対して垂直方向に第2の絶縁膜28をエッチング
し、n−AlGaAs層23の露出部28bの幅、即
ち、n−AlGaAs層23に対する開口幅が約0.2
5μmとなるその断面形状がV字状の開口部28aを形
成する。
【0007】次に、図6(a) に示すように、この開口部
28aを埋め込むように、スパッタ蒸着を用いて、例え
ば膜厚が1500オングストロームのWSiからなる高
融点金属膜29を形成し、アニールを行った後、スパッ
タ蒸着により、例えばTi(500オングストローム)
/Pt(1000オングストローム)/Au(3000
オングストローム)からなる低抵抗金属膜30を形成す
る。
【0008】次に、図6(b) に示すように、レジストパ
ターン31を低抵抗金属膜30上に形成した後、このレ
ジストパターン31をマスクにして、イオンミリングに
より上記Ti/Pt/Auからなる低抵抗金属膜30を
所定幅にパターニングし、反応性イオンエッチングによ
りWSiからなる高融点金属膜29とSiO2 からなる
絶縁膜25を所定幅にパターニングする。この工程で
は、高融点金属膜29と絶縁膜25がサイドエッチング
されて、低抵抗金属薄膜30よりもその幅が小さくな
る。図6(c) はこの反応性イオンエッチングのエッチン
グ量を更に増加させた場合を示しており、WSiからな
る高融点金属膜29の幅が更に小さくなり、SiO2 か
らなる絶縁膜25は全てエッチング除去されている。
【0009】次に、図6(d) に示すように、レジストパ
ターン31を除去し、次いで、例えば、Au−Ge/N
i/Auからなるオーミック電極形成用の金属膜32を
蒸着し、リフトオフを行うと、図6(e) に示すように、
T型ゲート電極33及びソース,ドレイン電極32a,
32bが形成され、この後、例えば、温度400℃で、
2分間程度の熱処理を行うとHEMTが完成する。
【0010】尚、上記図6(c) に示す工程で、SiO2
からなる絶縁膜25を、全てエッチング除去するのは、
T型ゲート電極33のひさし部33aの下部における絶
縁膜をできるだけ減らし、ゲート・ソース間容量(Cg
s)を小さくするためである。また、電極下部の周囲の
絶縁膜28は能動層表面、即ち、n−AlGaAs層2
3表面を外部から保護するために除去されずに残されて
いる。
【0011】ところで、HEMTは、電子が走行する結
晶領域(図5,6ではi−GaAs22中の2次元電子
ガスが形成される領域)と、電子を供給する結晶領域
(図5,6ではn−AlGaAs層23)とをヘテロ接
合によって空間的に分離して形成することにより、電子
がドナー不純物によって散乱されるのを減少させて、電
子移動度を向上させた(高速性を実現した)デバイスで
あり、該HEMTでは、高周波特性である遮断周波数f
t や最大発振周波数fmax の向上及び単方向電力利得
(Uni Lateral Gain)Uの向上、並びに、雑音指数F0
を低減するために、ゲート長(Lg )の短縮及びソース
抵抗(Rs )の低減化はもちろんのこと、ゲート・ソー
ス間容量(Cgs)やゲート抵抗( Rg )をより低減化す
る必要がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記図5,6に示した
従来のHEMTの製造工程では、ゲート電極及びソース
及びドレイン電極が自己整合的に形成されるめ、ゲート
長(Lg )の短縮及びソース抵抗(Rs )の低減化を図
ることができ、しかも、ゲート電極がT型形状に形成さ
れることから、ゲート抵抗(Rg )もある程度まで低減
化することができる。
【0013】しかるに、上記T型ゲート電極33の下部
を形成する際、図5(e) ,(f) に示すように、開口部2
5aが形成された第1の絶縁膜25上に、該開口部25
aを埋め込むように、第2の絶縁膜28を堆積し、この
後、該第2の絶縁膜28を基板面に対して垂直方向にエ
ッチングして、上記開口部25a内に、第2の絶縁膜2
8の側壁膜で囲まれた、その開口幅(0.25μm)が
ゲート長となる開口部28aを形成し、ここに電極金属
を被着させて電極の下部を形成している。しかしなが
ら、この第2の絶縁膜28をエッチング際、第1の絶縁
膜25も同時にエッチングされることから(オーバーエ
ッチングされることから)、該第1の絶縁膜25の膜厚
が減少し、その結果、ゲート電極33のひさし部33a
とソース及びドレイン電極13a,13bとの間隔(ゲ
ート電極33のひさし部33aとソース及びドレイン電
極13a,13bの形成面である低抵抗のn+ −GaA
s層24表面との間隔)が狭くなり、ゲート・ソース間
容量(Cgs)が増大してしまうという問題点があった。
【0014】このような問題点は、上記第1の絶縁膜2
5を厚く形成することにより解決でできるものとも考え
られるが、第1の絶縁膜25を厚くすると、該第1の絶
縁膜25に開口部25aを形成する際のエッチング精度
が低下し、また、該第1の絶縁膜25上に第2の絶縁膜
28を堆積形成する際の該開口部25a内への絶縁膜2
8の埋め込みも不完全になるため、ゲート長(Lg )と
なる開口幅が0.25μm程度の微細な開口部(28
a)を制御性良く形成することができなくなってしま
う。
【0015】一方、上記図5に示す工程では、上述した
ように、第2の絶縁膜28を半導体エピタキシャル基板
(n−AlGaAs層23)対して垂直方向にエッチン
グすることで、その段面形状がV字状の第2の開口部2
8aを形成しており、この際、第2の絶縁膜28の膜厚
を変えることで、その段面形状がV字状の第2の開口部
28aのn−AlGaAs層23に対する開口幅(即
ち、n−AlGaAs層23の露出部28bの幅)が変
化する。即ち、第2の絶縁膜28の膜厚が大きくなるに
つれて、第2の開口部28aのn−AlGaAs層23
に対する開口幅は小さくなり、上記工程では、該第2の
絶縁膜28を3000オングストローム程度形成するこ
とで、第2の開口部28aのn−AlGaAs層23に
対する開口幅が0.25μm程度となるようにしてい
る。しかしながら、ゲート長(Lg )をより短縮するた
めに、上記第2の絶縁膜28の膜厚を大きくしていく
と、その段面形状がV字状の第2の開口部28aのV字
の角度が小さくなり、その結果、ゲート電極を構成する
電極金属を蒸着していくと、図7に示すように、その蒸
着過程で金属膜内に形成されるV字状溝29の角度が次
第に狭くなって、V字状溝29の表面に対して電極金属
が均一に蒸着せず、その結果、得られるゲート電極形成
用の金属膜(低抵抗金属膜30)内には空洞30aが形
成され、ゲート抵抗( Rg )が高くなってしまうという
問題点があった。
【0016】特開昭63−204772号公報には、T
型ゲート電極の上部電極用の金属膜を、下部電極用の金
属膜を給電電極とするメッキ法で形成することでその膜
厚を厚く形成する方法が提案されており、この方法を用
いることで、上記問題点が解決できるようにも考えられ
る。しかるに、メッキ法、即ち、通常の電解メッキ法で
は、V字状溝のような微細でその表面形状が平坦でない
金属膜表面(成長界面)に対してメッキ成長中にイオン
の濃度を一定に満たすことが困難であり、空洞を生ずる
ことなく金属膜を成長させることはできない。
【0017】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ゲート電極とソース及びドレイ
ン電極を自己整合的に形成してゲート長(Lg )の短縮
とソース抵抗の低減を図る際、ゲート・ソース間容量
(Cgs)がより低減化されるようにT型ゲート電極を形
成することができる電界効果型半導体装置の製造方法を
得ることを目的とする。
【0018】更に、この発明の他の目的は、上記ゲート
・ソース間容量(Cgs)の低減化とともに、ゲート長
(Lg )の短縮化に際して、ゲート抵抗( Rg )をより
低減化できる電界効果型半導体装置の製造方法を得るこ
とを目的とする。
【0019】更に、この発明の他の目的は、ゲート長が
0.25μm以下に短縮され、且つ、その上部電極内に
空洞がないゲート抵抗( Rg )をより低減化されたT型
ゲート電極を備えた電界効果型半導体装置を得ることを
目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電界効果
型半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜上に高融点金
属膜を形成し、ゲート電極の形成領域を規定するための
第1の開口部をこれら2つの膜を貫通するように形成
し、この後、第2の絶縁膜を上記高融点金属膜上に形成
し、該第2の絶縁膜を半導体基板に対する垂直方向から
エッチングを施し、上記第1の開口部内に該第2の絶縁
膜を側壁とする第2の開口部を形成して、T型ゲート電
極を能動層に対して被着形成するためのマスクを得るよ
うにしたものである。
【0021】更に、この発明に係る電界効果型半導体装
置の製造方法は、上記T型ゲート電極の形成後、上記第
1,第2の絶縁膜を除去し、この後、上記基板の全面に
対して絶縁膜を堆積するようにしたものである。
【0022】更に、この発明に係る電界効果型半導体装
置は、半導体エピタキシャル基板上に、ゲート電極形成
領域(ゲート長)を規定するためのその断面形状がV字
状の開口部を備えた絶縁膜を形成した後、該V字状の開
口部を埋め込むように該絶縁膜上にT型ゲート電極の下
部電極を構成する第1の電極金属膜を蒸着あるいは堆積
によって形成し、上記第1の電極金属膜上に該金属膜を
給電電極としたパルスメッキ法或いは無電解メッキ法に
よってT型ゲート電極の上部電極となる第2の電極金属
膜を形成するようにしたものである。
【0023】
【作用】この発明においては、第1の絶縁膜と第2の絶
縁膜との間に高融点金属薄膜を設け、該第2の絶縁膜に
エッチングを施して、第1の絶縁膜の第1の開口部内に
第2の絶縁膜をその側壁膜とする第2の開口部を形成す
るようにしたから、第2の絶縁膜のエッチング時に、高
融点金属薄膜によって第1の絶縁膜はエッチングされ
ず、該第1の絶縁膜の膜厚を保つことができ、T型ゲー
ト電極のひさし部とソース(ドレイン)電極間の間隔を
拡げることができる。
【0024】更に、この発明においては、T型ゲート電
極と能動層間に介在する上記第1,第2の絶縁膜を完全
に除去した後、基板の全面に対してその膜厚が500オ
ングストローム以下の薄い絶縁膜を堆積するようにした
から、T型ゲート電極のひさし部下の絶縁膜量を少なく
でき、かつ、能動層表面を外部から保護することができ
る。
【0025】更に、この発明においては、T型ゲート電
極の下部電極となる第1の金属膜上に、該第1の金属膜
を給電電極としてT型ゲート電極の上部電極となる第2
の金属膜をパルスメッキ法或いは無電解メッキ法によっ
て形成するようにしたから、第1の金属膜の表面が平坦
でない微細な形状(V字状)であっても、常に、濃度を
一定にメッキ溶剤を金属膜の成長界面に存在させて第2
の金属膜を形成することができ、該第2の金属膜に空洞
が生じることがない。
【0026】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例1.図1は、この発明の第1の実施例によるHE
MTの構造を示す断面図であり、図2,3はこのHEM
Tの製造工程を示す工程別断面図であり、図2はその製
造工程におけるゲート電極の形成位置を規定し、且つ、
ゲート電極形成するため絶縁膜を形成する迄の工程を示
し、図3は図2に示した工程後に行われるゲート電極と
ソース及びドレイン電極を形成する工程を示している。
【0027】これらの図において、1はGaAsバッフ
ァ層,2はi−GaAs層,3はn−AlGaAs層,
4はn+ −GaAs層,4aはリセス、5は第1の絶縁
膜,5aは第1の絶縁膜5に形成された開口部、6は高
融点金属薄膜,7はレジストパターン、8は第2の絶縁
膜,8aは第2の絶縁膜8に形成された開口部、8bは
n−AlGaAs層の露出部(ゲート長)、9は高融点
金属膜,9aはV字状溝、10は低抵抗金属膜,11は
レジストパターン、12は第3の絶縁膜,13はオーミ
ック電極用金属膜,13aはソース電極、13bはドレ
イン電極、14は給電層金属、15,15aはT型ゲー
ト電極、15bはT型ゲート電極15のひさし部であ
る。
【0028】以下、製造工程を説明する。先ず、図2
(a) に示すように、図示しない半絶縁性GaAs基板上
にGaAsバッファ層1,i−GaAs層2,n−Al
GaAs層3,n+ −GaAs層4をこの順にエピタキ
シャル成長してエピタキシャル基板を得、次いで、該エ
ピタキシャル基板上に、例えば、SiO2 をプラズマC
VDにより3000オングストローム程度堆積して第1
の絶縁膜5を形成し、更に、該第1の絶縁膜5上にWS
iをスパッタ蒸着により500オングストローム程度蒸
着して高融点金属薄膜6を形成し、該高融点金属薄膜6
上に開口幅が0.5μmの開口パターンを有するレジス
トパターン7を形成する。
【0029】次に、図2(b) に示すように、レジストパ
ターン7をマスクとしてCHF3 ,SF6 ,CF4 等の
エッチングガスを用いたドライエッチングにより、WS
iからなる高融点金属薄膜6とSiO2 からなる絶縁膜
5を貫通する開口部5aを形成し、更に、レジストパタ
ーン7および開口部5aが形成されたSiO2 からなる
絶縁膜5をマスクにして、n+ −GaAs層4に対し
て、例えば、CCl2 F2 ,Cl2 ,SiCl4 等を用
いた反応性イオンエッチング、或いは、酒石酸と過酸化
水素水との混合液をエッチャントとするウェットエッチ
ングを施して、図2(c) に示すように、例えば、その深
さが1000オングストローム程度となるようにリセス
4aを形成する。尚、図2(c) は、ウエットエッチング
を行った際に、SiO2 からなる絶縁膜5の下部のn+
−GaAs4層で生ずるサイドエッチングは無視して描
かれている。
【0030】次に、図2(d) に示すように、レジストパ
ターン7をO2 アッシャ或いは有機溶液を除去した後、
図2(e) に示すように、プラズマCVD法等を用いて、
基板の全面に対してSiO2 を3000〜5000オン
グストローム程度堆積して第2の絶縁膜8を形成する。
【0031】次に、図2(f) に示すように、スパッタエ
ッチング又は反応性イオンエッチングを用いて基板面に
対して垂直方向に第2の絶縁膜8をエッチングして、該
第2の絶縁膜8をその側壁膜とする第2の開口部8aを
形成する。この第2の絶縁膜8のエッチング工程では、
該2の絶縁膜8をオーバーエッチングしても、WSiか
らなる高融点金属薄膜6はほとんどエッチングされない
ため、第1の絶縁膜5の膜厚は減少しない。即ち、例え
ば、CHF3 とO2 の混合ガスでエッチングした時のエ
ッチングレートが、SiO2 では500オングストロー
ム/min程度であるのに対して、WSiでは100オ
ングストローム/min程度であり、SiO2 からなる
第2の絶縁膜8の膜厚を5000オングストロームとす
ると、該第2の絶縁膜8のエッチングに要する時間は1
0minであり、WSiからなる高融点金属薄膜6(5
00オングストローム)のエッチングに要する時間は5
minなので、第2の絶縁膜8を50%オーバーエッチ
ングしても第1の絶縁膜5はエッチングされない。
【0032】また、上記図2(e) に示す工程で、第2の
絶縁膜8の膜厚を変化させることにより、図2(f) に示
した、第2の絶縁膜8をその側壁膜とする第2の開口部
8aの開口幅8b(即ち、最終的にはゲート長に対応す
るもの)が変わる。例えば、第2の絶縁膜8の膜厚を3
000オングストロームから5000オングストローム
にすると、開口部8aの開口幅8bは0.25μm程度
から0.15μm程度に縮小される。
【0033】次に、図3(a) に示すように、開口部8a
を埋め込むように、基板の全面に対して、例えばWSi
をスパッタ蒸着して膜内に空洞が形成されない程度(1
500オングストローム)の膜厚の高融点金属膜9を形
成し、400℃〜500℃でアニールすることで開口部
へのスパッタダメージを除去し、メッキによる金属膜形
成に際して給電電極となるAu等からなる給電層金属1
4を500オングストローム程度スパッタ蒸着し、次い
で、パルスメッキ法または無電解メッキ法により、例え
ば、Auからなる4000オングストローム程度の低抵
抗金属薄膜10を形成する。
【0034】ここで、パルスメッキ法または無電解メッ
キ法を用いて低抵抗金属薄膜10を形成すると、上記開
口部8aの開口幅8bを、0.2μm以下(0.15μ
m)に縮小した場合、スパッタ蒸着で形成された高融点
金属膜9表面のV字状溝9aのV字の角度が小さくなっ
ても、Auイオンは、その成長界面(即ち、V字状溝9
a上の給電層金属14)の上面に常に均一に供給される
ため、成長する金属膜内に図7に示すように空洞30a
を生ずることなく低抵抗金属膜10を成長させることが
できる。
【0035】次に、図3(b) に示すように、所定幅のレ
ジストパターン11を低抵抗金属膜10の上面に形成し
た後、該レジストパターン11をマスクにして、イオン
ミリングによりAuからなる低抵抗金属膜10と給電層
金属14を、反応性イオンエッチングによりWSiから
なる高融点金属膜9と高融点金属薄膜6および第1の絶
縁膜5をエッチングする。この際、高融点金属膜9,高
融点金属薄膜6および絶縁膜5は、サイドエッチングさ
れる。
【0036】次に、図3(c) に示すように、レジストパ
ターン11を除去し、更に、第1の絶縁膜5と第2の絶
縁膜8をBHFとNH4 Fが1:6(BHF:NH4
F)の混合比で混合されたフッ酸に2〜3分程度浸漬し
て、図3(d) に示すように、これらを全て除去するとT
型ゲート電極15(構造)が形成される。
【0037】次に、図3(e) に示すように、基板の全面
に対して、例えばSiO2 をプラズマCVDで500オ
ングストローム以下の薄膜となるように堆積して第3の
絶縁膜12を形成し、次いで、ソース,ドレイン電極を
形成するための図示しないレジストパターンを形成後、
該レジストパターンをマスクにしてソース及びドレイン
電極が形成されるべき領域の第3の絶縁膜12を反応性
エッチングで除去し、この後、オーミック電極用金属膜
13を蒸着形成してリフトオフすると、図3(f) に示す
ように、その上面にオーミック金属膜13を備えたT型
ゲート電極15aとソース電極13aとドレイン電極1
3bが形成される。そして、この後、例えば400℃で
2分間程度の熱処理を行うと図1に示したHEMTが完
成する。
【0038】尚、上記工程において、上記第3の絶縁膜
12の形成時、反応種がT型ゲート電極15の下には十
分周り込まないため、最終的に得られるゲート電極15
aのひさし部15bの裏面及び電極下部の周囲に形成さ
れる絶縁膜の膜厚は極めて薄いものとなる。
【0039】また、上記工程において、アニールでダメ
ージ除去した後、メッキ法による金属膜形成に際して給
電電極となる給電層金属(Au)14を蒸着させている
が、高融点金属膜9を形成することなく、Ti蒸着後、
給電層金属(Au)14を2000オングストローム程
度形成して、下部電極膜を形成してもよい。
【0040】このような本実施例の製造工程で得られる
図1に示すHEMTのゲート・ソース間容量(Cgs)
と、図4に示した従来の製造工程で得られるHEMTの
それとを比べると(ここでは、T型ゲート電極のひさし
の長さ,ゲート幅は同じとし、本実施例の製造工程時の
第1の絶縁膜5の膜厚を2000オングストロームと
し、図4に示した従来の製造工程時のエッチングされて
膜厚が減少した第1の絶縁膜25の膜厚を1000オン
グストロームとする。)、本実施例の製造工程で得られ
たHEMTのT型ゲート電極15aのひさし部15bと
+ −GaAs層4との間隔が、従来のHEMTのそれ
にくらべて、絶縁膜5の厚さが大きい分だけ大きくな
り、T型ゲート電極15aのひさし部15bの下の容量
(C)が従来のHEMTのそれ比べて半減し、本実施例
の製造工程で得られたHEMTのゲート・ソース間容量
(Cgs)は、この半減した容量分だけ減少することにな
る。
【0041】また、図6に示した従来のHEMTでは、
T型ゲート電極33の下部電極の周囲にはかなりの厚さ
の絶縁膜28が残っているのに対し、本実施例の製造工
程で得られる図1のHEMTでは、T型ゲート電極15
a下には能動層表面を保護する500オングストローム
以下の薄い膜厚の絶縁膜12しかなく、ひさし部15b
とn+ −GaAs4層間の誘電率は従来のそれに比べて
小さくなり、ゲート・ソース間容量(Cgs)が一層低減
される。
【0042】更に、本実施例のHEMTの製造工程で
は、T型ゲート電極の形成時、n−AlGaAs層3に
対する開口(ゲート長)が0.25μm以下になるよう
に形成した第2の開口部8a上に高融点金属膜9を蒸着
し、更に、この高融点金属膜9上にAu等からなる給電
層金属14をスパッタ蒸着した後、該給電層金属14
(高融点金属膜9)上にパルスメッキ法または無電解メ
ッキ法により低抵抗金属膜10を形成しているため、得
られるT型ゲート電極15a(15)内には空洞が全く
形成されず、このようにして得られる図1のHEMT
は、上記のように、ゲート・ソース間容量(Cgs)が低
減するとともに、ゲート長(Lg )が短縮し且つゲート
抵抗( Rg )が低減した高性能のHEMTとなる。
【0043】実施例2.図4は、この発明の第2の実施
例によるHEMTの製造工程を示す工程別断面図であ
り、図において、図1〜3と同一符号は同一または相当
する部分を示しており、16はレジストパターンであ
る。
【0044】本実施例の製造工程は、上記第1の実施例
と同様にして、半導体エピタキシャル基板,第1の絶縁
膜5,第2の絶縁膜8,高融点金属薄膜6,高融点金属
膜9及び給電金属層14の形成した後、図4(a) に示す
ように、所定幅の開口部16aを有するレジストパター
ン16を形成し、この状態で低抵抗金属薄膜10をパル
スメッキ法または無電界メッキ法で形成し、レジストパ
ターンを16を除去した後、図4(b) に示すように、所
定幅に調整された低抵抗金属薄膜10をマスクにして、
給電金属層14,高融点金属膜9,高融点金属薄膜6及
び第1の絶縁膜5をパターニングしてT型ゲート電極を
得、この後、上記第1の実施例と同様にして、第1,第
2の絶縁膜5,8を除去し、第3の絶縁膜の堆積及びソ
ース,ドレイン電極の形成を行うものである。そして、
本実施例の製造工程においても、上記第1の実施例同様
のゲート・ソース間容量(Cgs)が低減するとともに、
ゲート長(Lg )が短縮し且つゲート抵抗( Rg )が低
減した高性能のHEMTを得ることができる。
【0045】尚、上記何れの実施例においても、半導体
エピタキシャル基板としてGaAsバッファ/i−Ga
As/n−AlGaAs/n+ −GaAsからなるGa
As系のヘテロエピタキシャル基板を用いたが、本発明
では、半導体エピタキシャル基板はこれに限定されるも
のではなく、i−GaAsとn−AlGaAs間に更に
i−InGaAsを入れたスードモルフィクHEMT用
のGaAs系ヘテロエピタキシャル基板や、InP系等
の他の材料からなるヘテロエピタキシャル基板を用いて
も上記実施例と同様の効果を得ることができる。また、
上記実施例ではHEMTについて説明したが、本発明は
他の電界効果型半導体装置の製造に適用できることは言
うまでもない。
【0046】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体エピタキシャル基板上に形成された第1の絶縁膜上に
電極金属からなる金属薄膜を配設し、ゲート電極の形成
領域を規定するための第1の開口部をこれら2つの膜を
貫通するように形成した後、この金属薄膜上に第2の絶
縁膜を形成し、該第2の絶縁膜を基板に対する垂直方向
からエッチングして、その開口幅が実質的なゲート長と
なる第2の開口部を形成するようにしたので、上記第2
の絶縁膜のエッチング時に、上記金属薄膜によって上記
第1の絶縁膜はエッチングされず、その膜厚を一定に保
ことができ、その結果、T型ゲート電極を形成する際
に、T型ゲート電極のひさし部分とソース電極との間を
従来よりも引き離して形成することができ、その結果、
ゲート・ソース間容量(Cgs)が低減した、高性能の電
界効果型半導体装置を得ることができる効果がある。
【0047】更に、この発明によれば、上記T型ゲート
電極の形成後、上記第1,第2の絶縁膜を除去し、この
後、上記半導体エピタキシャル基板の全面に対して絶縁
膜を堆積するようにしたので、T型ゲート電極のひさし
部下にある絶縁膜の量を少なくでき、ゲート・ソース間
容量(Cgs)が一層低減した電界効果型半導体装置を得
ることができる効果がある。
【0048】更に、この発明によれば、その上面がメッ
キ法で金属膜を形成する際の給電電極となる給電金属層
を備えた第1の金属膜をT型ゲート電極の下部電極とし
て形成し、該第1の金属膜上にパルスメッキ法或いは無
電解メッキ法によりT型ゲート電極の上部電極となる第
2の金属膜を形成するようにしたので、下部電極表面に
V字状溝が形成されていても、常に均一にAuイオンを
電極の成長界面に存在させてその内部に空洞がない上部
電極を形成することができ、そのゲート長(Lg)が短
縮し、且つ、ゲート抵抗(Rg )が低減したT型ゲート
電極を有する電界効果型半導体装置を得ることができる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例によるHEMTの構造
を示す断面図である。
【図2】図1に示すHEMTの製造工程を示す工程別断
面図である。
【図3】図1に示すHEMTの製造工程を示す工程別断
面図である。
【図4】この発明の第2の実施例によるHEMTの製造
工程を示す工程別断面図である。
【図5】従来のHEMTの製造工程を示す工程別断面図
である。
【図6】従来のHEMTの製造工程を示す工程別断面図
である。
【図7】従来のHEMTの製造工程における一工程の断
面図である。
【符号の説明】
1,21 GaAsバッファ層 2,22 i−GaAs層 3,23 n−AlGaAs層 4,24 n+ −GaAs層 4a,24a リセス 5,25 第1の絶縁膜 5a,25a,8a,28a 開口部 6 高融点金属薄膜 7,11,16,27,31 レジストパターン 8,28 第2の絶縁膜 8b,28b n−AlGaAs層の露出部 9,29 高融点金属膜 10,30 低抵抗金属膜 12 膜厚が500オングストローム以下
の第3の絶縁膜 13,32 オーミック金属用金属膜 13a,32a ソース電極 13b,32b ドレイン電極 14 給電層金属 15,15a,33 ゲート電極 15b,33a ひさし部 29a V字状溝 30a 空洞部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体エピタキシャル基板上に、その所
    定部分に開口部を有する所定膜厚の絶縁膜を形成し、該
    開口部を埋め込むように該絶縁膜上にゲート電極形成用
    の金属膜を形成し、上記絶縁膜及び電極金属膜を所定幅
    にパターニングしてT型ゲート電極を形成した後、所定
    の開口パターンを有するレジストパターンと、オーミッ
    ク電極形成用の金属膜とをこの順に上記半導体エピタキ
    シャル基板上に形成し、リフトオフによりソース及びド
    レイン電極を形成してなる電界効果型半導体装置であっ
    て、 上記絶縁膜の開口部の上記半導体エピタキシャル基板表
    面に対する開口幅が、0.25μm以下に形成され、 上記ゲート電極形成用の金属膜の下部が、電極金属の蒸
    着または堆積によって形成され、上記ゲート電極形成用
    の金属膜の上部が、上記下部金属膜を給電電極とするパ
    ルスメッキ法或いは無電解メッキ法によって形成されて
    いることを特徴とする電界効果型半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の電界効果型半導体装置
    において、 上記ソース及びドレイン電極の形成前に、上記所定膜厚
    の絶縁膜を上記半導体エピタキシャル基板上から完全に
    除去し、該半導体エピタキシャル基板表面にその膜厚が
    500オングストローム以下の新たな絶縁膜を堆積した
    ことを特徴とする電界効果型半導体装置。
  3. 【請求項3】 半導体エピタキシャル基板上に、T型ゲ
    ート電極とソース及びドレイン電極とを自己整合的に形
    成する電界効果型半導体装置の製造方法において、 上記半導体エピタキシャル基板上に第1の絶縁膜と、電
    極金属からなる金属薄膜とをこの順に形成する工程と、 上記金属薄膜上に所定幅の開口パターンを有するレジス
    トパターンを形成し、該レジストパターンをマスクにし
    て上記金属薄膜と第1の絶縁膜とにエッチングを施し、
    これらの2つの膜の所定領域に所定開口幅の第1の開口
    部を形成する工程と、 上記レジストパターンを除去した後、上記第1の開口部
    を埋め込むように上記金属薄膜上に所定膜厚の第2の絶
    縁膜を形成し、該第2の絶縁膜に対して、上記半導体エ
    ピタキシャル基板表面の垂直方向からエッチングを施
    し、上記第1の開口部内に上記第2の絶縁膜をその側壁
    膜とする第2の開口部を形成する工程と、 上記半導体エピタキシャル基板の全面に対してゲート電
    極形成用の金属膜を形成し、該ゲート電極形成用の金属
    膜,上記第1の絶縁膜及び上記金属薄膜を所定幅にパタ
    ーニングしてT型ゲート電極を形成する工程と、 ソース及びドレイン電極を形成するための所定の開口パ
    ターンが設けられたレジストパターンを上記半導体エピ
    タキシャル基板上に形成した後、上記半導体エピタキシ
    ャル基板の全面に対してオーミック電極形成用の金属薄
    膜を被着し、リフトオフによりソース及びドレイン電極
    を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果型半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の電界効果型半導体装置
    の製造方法において、 上記T型ゲート電極の形成工程後、上記第1,第2の絶
    縁膜を完全に除去し、上記半導体エピタキシャル基板の
    全面に対して絶縁膜を堆積した後、上記ソース及びドレ
    イン電極を形成することを特徴とする電界効果型半導体
    装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載の電界効果型半導体装置
    の製造方法において、 上記半導体エピタキシャル基板の全面に対して、蒸着ま
    たは堆積により第1の電極金属膜を形成し、該第1の電
    極金属膜上に該第1の電極金属膜を給電電極としたパル
    スメッキ法或いは無電解メッキ法にて第2の電極金属膜
    を形成して、上記ゲート電極形成用の金属膜を形成する
    ことを特徴とする電界効果型半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体エピタキシャル基板上に、T型ゲ
    ート電極とソース,ドレイン電極とを自己整合的に形成
    する電界効果型半導体装置の製造方法において、 上記半導体エピタキシャル基板上に第1の絶縁膜と、電
    極金属からなる金属薄膜とをこの順に形成する工程と、 上記金属薄膜上に所定領域の開口パターンを有するレジ
    ストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクに
    して上記金属薄膜と第1の絶縁膜とにエッチングを施
    し、これらの2つの膜の所定領域に所定開口幅の第1の
    開口部を形成する工程と、 上記レジストパターンを除去した後、上記第1の開口部
    を埋め込むように上記金属薄膜上に第2の絶縁膜を形成
    し、該第2の絶縁膜に対して、上記半導体エピタキシャ
    ル基板表面の垂直方向からエッチングを施し、上記第1
    の開口部内に上記第2の絶縁膜をその側壁膜とする第2
    の開口部を形成する工程と、 上記半導体エピタキシャル基板の全面に対して、蒸着ま
    たは堆積にてゲート電極形成用の第1の金属膜を形成
    し、該第1の金属膜上にその所定領域に開口部が形成さ
    れたレジストパターンを形成した後、該開口部内の上記
    第1の金属膜上に、上記第1の金属膜を給電電極とした
    パルスメッキ法或いは無電解メッキ法によってゲート電
    極形成用の第2の金属膜を形成する工程と、 上記レジストパターンを除去した後、上記第2の金属膜
    をマスクにして、上記第1の絶縁膜,上記金属薄膜及び
    上記第1の金属膜を所定幅にパターニングしてT型ゲー
    ト電極を形成する工程と、 ソース及びドレイン電極を形成するための所定の開口パ
    ターンが設けられたレジストパターンを上記半導体エピ
    タキシャル基板上に形成した後、上記半導体エピタキシ
    ャル基板の全面に対してオーミック電極形成用の金属薄
    膜を被着し、リフトオフによりソース及びドレイン電極
    を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果型半
    導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の電界効果型半導体装置
    の製造方法において、 上記T型ゲート電極の形成工程後、上記第1,第2の絶
    縁膜を完全に除去し、上記半導体エピタキシャル基板の
    全面に対して絶縁膜を堆積し、この後、ソース及びドレ
    イン電極を形成することを特徴とする電界効果型半導体
    装置の製造方法。
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