JPH06204256A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH06204256A
JPH06204256A JP36108692A JP36108692A JPH06204256A JP H06204256 A JPH06204256 A JP H06204256A JP 36108692 A JP36108692 A JP 36108692A JP 36108692 A JP36108692 A JP 36108692A JP H06204256 A JPH06204256 A JP H06204256A
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JP
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gate electrode
dummy
dummy gate
sub
film
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JP36108692A
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English (en)
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Koji Kadota
耕治 門田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダミーゲート法による非対称自己整合型のゲ
ート電極形成方法で、オフセット量を設定する自由度が
高く、ゲート抵抗が小さく、かつ歩留まりや均一性が良
い方法を提供する。 【構成】 n型活性層2上にダミーゲート電極3a及び
サブダミー部3bを間隔をあけて形成する。基板1の表
面全体をSiN膜4で覆った後、異方性エッチングを施
してダミーゲート電極3aとサブダミー部3b間の間隙
部分及び各側壁にのみSiN膜4c,4a,4bを残
す。これらをマスクとしてイオン注入を行い、ソース及
びドレイン領域5a,5bを形成する。ついで、サブダ
ミー部3b及びSiN膜4a,4b,4cを除去し、ダ
ミーゲート3aを原型としてゲート電極9を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関する。具体的にいうと、本発明は、非対称自己整合
型ゲート電極を備えた電界効果型の半導体装置の製造方
法に関する。
【0002】
【背景技術】イオン注入機を用いて非対称自己整合型ゲ
ート電極を形成する方法には、大別して斜め注入法
と、側壁ゲート法などがある。
【0003】このうち、斜め注入法は、ゲートをマスク
として斜め方向からイオン注入を行なうことによって非
対称自己整合型ゲート電極を形成する方法であるが、こ
の方法にあっては、マイクロ波用FETのようにゲート
フィンガー数が複数のゲート電極を有するものには適用
することができないという欠点があった。
【0004】また、側壁ゲートによる従来のGaAs−
MESFETの製造方法としては、例えば特開平3−1
05929号公報に開示されたものがある。これは、ゲ
ート電極の両側側面に誘電体膜からなる厚さ(すなわ
ち、層数)の異なる側壁を形成し、ゲート電極及び両側
壁をマスクとして半導体基板にイオン注入を行ない、ソ
ース領域及びドレイン領域を形成する方法である。
【0005】しかしながら、この方法では、ゲート電極
のオフセット量が側壁の膜厚で決まるため、オフセット
量の設定幅が小さく、オフセット量の自由度が低かっ
た。また、側壁を形成する際にフォトレジスト膜の開口
端の位置合せに高い精度を要求されていた。また、この
方法では、誘電体膜を堆積させる工程が2度必要で、製
造工程が複雑であった。さらに、ゲート電極を耐熱性高
融点金属で形成しなければならないので、ゲート抵抗の
増大をまぬがれず、MESFETの特性が劣るという問
題があった。
【0006】このためダミーゲート電極を用いて非対称
自己整合型のゲート電極を持つGaAs−MESFET
30を製造する方法が、例えば特開昭62−86869
号公報に開示されている。図5(a)〜(i)にこの方
法を図示する。まず、図5(a)のように表面層にn型
活性層32を形成された半絶縁性GaAs基板31の上
に、SiO2膜及びSi34膜を積層し加工して同幅の
ダミーゲート電極(SiO2膜)33及びマスク層(S
34膜)34を形成する〔図5(b)〕。ついで、ダ
ミーゲート電極33及びマスク層34をマスクとしてイ
オン注入し、ダミーゲート電極33の両側にソース及び
ドレイン領域35a,35bを形成する〔図5
(c)〕。この後、ダミーゲート電極33及びマスク層
34のソース側の側部をフォトレジスト膜36で覆って
ウエットエッチングし〔図5(d)〕、ダミーゲート電
極33のドレイン側側壁部を所定量だけ選択的にエッチ
ング除去する〔図5(e)〕。フォトレジスト膜36を
除去した後、再びダミーゲート電極33のソース側及び
ドレイン側の側壁部を所定量だけウエットエッチングす
る〔図5(f)〕。こうしてダミーゲート電極33をオ
フセットさせた後、表面全体をフォトレジスト膜37で
覆い、マスク膜34及びダミーゲート電極33を除去し
〔図5(g)〕、リフトオフ法によってダミーゲート電
極33を原型としてゲート電極38を形成する〔図5
(h)〕。最後に、ソース及びドレイン領域35a,3
5bにソース及びドレイン電極39a,39bを形成す
る〔図5(i)〕。
【0007】しかしながら、このような製造方法にあっ
ては、ダミーゲート電極33の側壁部をウエットエッチ
ングで削るため、ゲート長の寸法精度やゲート電極38
のオフセット量の精度が悪くなり、量産時における製品
の歩留まりや均一性が悪いという問題があった。なお、
ダミーゲート電極33の側壁部のエッチングをRIE法
(リアクティブイオンエッチング法)のようなドライエ
ッチング法で行なった場合には、エッチングの制御性が
不十分でゲート電極の寸法精度等が低く、また、基板表
面にダメージを与えるおそれもある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、ゲート電極のオフセット量を設定する自由度
が高く、しかも、オフセット量の寸法精度が高いダミー
ゲート法による半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、半導体基板の表面に形成された活性層上
にダミーゲート電極及びサブダミー部を互いに間隔をあ
けて形成する工程と、前記ダミーゲート電極及びサブダ
ミー部の間の間隙部分及び少なくともダミーゲート電極
の外側の側面に誘電体膜を形成する工程と、前記ダミー
ゲート電極、サブダミー部及び誘電体膜をマスクとして
前記半導体基板へイオン注入を行なってソース及びドレ
イン領域を形成する工程と、前記サブダミー部及び誘電
体膜を除去する工程と、前記ダミーゲート電極を原型と
してゲート電極を形成する工程とを備えたことを特徴と
している。
【0010】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法にあっては、サ
ブダミー部の幅によってゲート電極のオフセット量を自
由に変えることができるので、誘電体膜の膜厚によって
オフセット量を設定していた従来方法に比べ、ゲート電
極のオフセット量を大きくすることができる。よって、
オフセット量の設計の自由度を高めることができる。
【0011】また、サブダミー部を用いてゲート電極を
オフセットさせることができるので、誘電体膜はゲート
電極とソース領域間の距離を得るために1回形成するだ
けでよく、誘電体膜を2回形成する必要があった従来例
に比べ、製造工程が簡略化される。
【0012】さらに、サブダミー部をエッチング除去す
る場合には、ダミーゲート電極をエッチングから保護す
る保護膜(フォトレジスト膜)の開口端をダミーゲート
電極とサブダミー部の間の誘電体膜ないしサブダミー部
の上面に位置させればよいので、目合わせの精度をラフ
にすることができる。したがって、量産時における歩留
まり及び均一性を向上させることができる。
【0013】また、本発明においては、ダミーゲート電
極を用いたダミーゲート法によって非対称自己整合型の
ゲート電極を形成するものであるから、ゲート電極の材
料が耐熱性高融点金属に限定されず、低抵抗のゲート電
極材料を使用することができ、ゲート抵抗を小さくする
ことができる。しかも、ダミーゲート法であるにも拘ら
ず、ゲート長はダミーゲート電極の幅によって精度よく
制御することができ、ゲート電極のオフセット量はサブ
ダミー部の幅によって精度よく制御することができるの
で、量産時における製品の歩留まりや均一性も良好にす
ることができる。
【0014】また、イオン注入時においては、イオンを
基板に垂直に注入することができるので、マイクロ波用
FETのようにゲートフィンガー数が複数のゲート電極
を有するものにも適用することができる。
【0015】
【実施例】図1(a)〜(l)に本発明の一実施例によ
るGaAs−MESFET20の製造方法を示す。本実
施例のGaAs−MESFET20の製造方法にあって
は、まず図1(a)に示すように、半絶縁性GaAs基
板1の表面にイオン注入を施してチャネルとなるn型活
性層(n型注入領域)2を形成する。
【0016】次に、図1(b)に示すように、n型活性
層2上にダミーゲート電極3a及びサブダミー部3bを
同時に形成する。なお、後述するが、ダミーゲート電極
3aを原型としてゲート電極9を形成するので、所望の
ゲート長が得られるよう、ダミーゲート電極3aの幅を
制御する。また、ダミーゲート電極3a及びサブダミー
部3bの間の距離と、サブダミー部3bの幅の和でオフ
セット量が決まるので、ダミーゲート電極3a及びサブ
ダミー部3b間の距離は所望の値に設定する。また、ダ
ミーゲート電極3a及びサブダミー部3bの間は後でS
iN膜4で埋める必要があるので、SiN膜4で埋める
ことが可能な小さな距離(SiN膜4の膜厚の2倍以下
の距離)にしておく。また、ダミーゲート電極3a及び
サブダミー部3bの材料は、例えばSiO2等の誘電体
材料を用いることができる。
【0017】次に、図1(c)に示すように、例えばプ
ラズマCVD法により、基板1の表面全体を覆うように
してSiN膜(誘電体膜)4を形成し、SiN膜4でダ
ミーゲート電極3a及びサブダミー部3b間を埋める。
このとき、ダミーゲート電極3a及びサブダミー部3b
間を完全に埋める必要があるので、ダミーゲート電極3
a及びサブダミー部3b間の距離及びSiN膜4の膜厚
をそのように設定する。さらに、ダミーゲート電極3a
の側面に形成されるSiN膜4の膜厚によってダミーゲ
ート電極3aとソース領域5aの間の距離が決まるの
で、SiN膜4の膜厚を所望の値に設定する。また、膜
4の材料はSiNに限るものではなく、ダミーゲート電
極3a及びサブダミー部3bの材料とエッチング特性が
異なり、選択的エッチングの可能な誘電体材料であれば
何でも良い。
【0018】ついで、例えばRIE法による異方性エッ
チングを施し、図1(d)に示すように、ダミーゲート
電極3aとサブダミー部3bの間隙及び外側の側面にの
みSiN膜4c,4a,4bを残して他の部分のSiN
膜4をエッチング除去し、n型活性層2を露出させる。
この後、ダミーゲート電極3a、サブダミー部3b及び
SiN膜4a,4b,4cをマスクとして高濃度でイオ
ン注入を施し、図1(e)に示すように、ソース及びド
レイン領域(n+層)5a,5bを形成する。
【0019】次に、表面全体を覆うようにしてフォトレ
ジスト膜6を形成し、露光及び現像を行なってフォトレ
ジスト膜6に開口部6aを開口し、図1(f)に示すよ
うに、フォトレジスト膜6でダミーゲート電極3aを覆
うと共に、サブダミー部3bの少なくとも一部を露出さ
せる。ついで、フォトレジスト膜6をマスクにして例え
ばRIE法による等方性エッチングを行ない、図1
(g)に示すように、フォトレジスト膜6の開口部6a
から露出させたサブダミー部3bのみを選択的にエッチ
ング除去する。なお、このエッチングは、サブダミー部
3bとSiN膜4b,4cとで選択性を持つ条件で行な
う必要がある。
【0020】この後、図1(h)に示すように、フォト
レジスト膜6及びSiN膜4a,4b,4cを除去し、
図1(i)に示すように、ダミーゲート電極3aをマス
クとしてソース及びドレイン領域5a,5bよりも低い
濃度でイオン注入を行ない、n´低抵抗層(n´注入領
域)7a,7bを形成する。ついで、活性化アニールを
行ない、n型活性層2、ソース及びドレイン領域5a,
5b及びn´低抵抗層7a,7bの活性化を行なう。
【0021】次に、表面全体をフォトレジスト膜8で覆
い、例えば酸素プラズマに曝してフォトレジスト膜8を
エッチバックし、ダミーゲート電極3aの頂面を露出さ
せる。ついで、RIE法のようなドライエッチング、も
しくは例えばHF系のエッチング液を用いたウエットエ
ッチングにより、ダミーゲート電極3aをエッチング除
去する〔図1(j)〕。ダミーゲート電極3aを除去し
た後、フォトレジスト膜8をマスクとするリフトオフ法
により、ダミーゲート電極3aを原型とした例えばTi
/Pt/Au製のゲート電極9を形成する〔図1
(k)〕。
【0022】最後に、図1(l)に示すように、電極材
料の蒸着と通常のフォトリソグラフィー工程とによって
ソース及びドレイン領域5a,5bにオーミック電極材
料(例えば、Au−Ge/Ni/Au)よりなるソース
及びドレイン電極10a,10bを形成し、LDD構造
を有するGaAs−MESFET20を完成する。
【0023】なお、ゲート金属及びオーミック電極材料
は上記材料以外のものであっても差し支えない。また、
ダミーゲート電極3aを除去してゲート電極9を形成す
る工程も上記工程に限定されるものではない。
【0024】このようにしてGaAs−MESFET2
0を製造すれば、ゲート電極9とソース領域5aの間の
距離はダミーゲート電極3aの側面のSiN膜4aの膜
厚で決まり、ゲート電極9とドレイン領域5bの間の距
離はダミーゲート電極3aとサブダミー部3b間の距
離、サブダミー部3bの幅及びその側面のSiN膜4b
の膜厚の和で決まる。よって、ゲート電極9とソース領
域5a間の距離と、ゲート電極9とドレイン領域5b間
の距離とが異なる非対称自己整合型のGaAs−MES
FET20を製造することができる。
【0025】また、ゲート電極9とソース領域5a間の
距離はダミーゲート電極3aの側面のSiN膜4aの膜
厚で決まるから、ゲート電極9に極めて近接したソース
領域5aを安定に得ることができる。したがって、ソー
ス抵抗の低減により高い増幅度を持つ、高性能のGaA
s−MESFET20が得られる。
【0026】さらに、ゲート長はダミーゲート電極3a
の幅によって、ゲート電極9のオフセット量はサブダミ
ー部3bの幅によってそれぞれ精度よく形成することが
できる。
【0027】また、上記製造工程においては、サブダミ
ー部3bを用いて非対称型としているので、SiN膜4
の形成工程は1回で済み、製造工程を簡略化することが
できる。
【0028】さらに、図1(f)(g)において、ダミ
ーゲート電極3aをフォトレジスト膜6で覆ってサブダ
ミー部3bをエッチング除去する際には、フォトレジス
ト膜6の開口端6bをサブダミー部3bの上面ないしダ
ミーゲート電極3a及びサブダミー部3a,3b間のS
iN膜4cの上面に位置させれば良いので、目合わせの
精度がラフでよくなる。したがって、量産時における歩
留まり、均一性を向上させることができる。
【0029】さらに、ゲート電極の材料として耐熱性高
融点金属以外の低抵抗の金属材料を用いることができる
ので、ゲート抵抗を小さくできる。しかも、ダミーゲー
ト法であるにも拘らず、ゲート長はダミーゲート電極3
aの幅によって精度よく制御することができ、ゲート電
極9のオフセット量はサブダミー部3bの幅によって精
度よく制御することができるので、量産時における製品
の歩留まりや均一性も良好にすることができる。
【0030】図2(a)(b)は本発明の別なGaAs
−MESFET20の製造工程の一部を示す断面図であ
る。図1の実施例では、ダミーゲート電極3aの幅(ゲ
ート長)とサブダミー部3bの幅をほぼ等しくしていた
が、この実施例にあっては、図2(a)に示すように、
ダミーゲート電極3a及びサブダミー部3bを形成する
際に、サブダミー部3bの幅をダミーゲート電極3aに
比べて大きくしておき、図1の実施例と同様にしてGa
As−MESFET20を製作している。このように、
サブダミー部3bを形成する際にその幅を大きくしてお
けば、図2(b)に示すように、ゲート電極9とドレイ
ン領域5b間の距離を自由に大きくすることができる。
【0031】従って、サブダミー部3bの幅を変えるこ
とによってオフセット量を変えることができるので、オ
フセット量を設定する自由度が高い。したがって、本発
明によれば、オフセット量を大きくすることにより、G
aAs−MESFET20の短チャネル効果を抑制し、
ドレイン耐圧を増大させることができ、信頼性の高いG
aAs−MESFET20が得られる。
【0032】図3は本発明のさらに別な実施例によるG
aAs−MESFET21を示す断面図である。このG
aAs−MESFET21はp埋め込み型であって、半
絶縁性GaAs基板1の表面に、形成しようとするソー
ス及びドレイン領域5a,5bよりも厚いp型の埋め込
みp層11を始めに形成している。
【0033】この後、図1の実施例と同様にしてGaA
s−MESFET21を製造している。すなわち、埋め
込みp層11の表面にn型活性層2を形成した後〔図1
(a)参照〕、ダミーゲート電極3a、サブダミー部3
b及びSiN膜4c,4a,4bをマスクとしてイオン
注入を施し、ソース及びドレイン領域5a,5bを形成
する〔図1(b)〜(e)参照〕。ついで、サブダミー
部3b及びSiN膜4c,4a,4bを除去し〔図1
(f)〜(h)参照〕、ダミーゲート電極3aをマスク
としてイオン注入を施してn´低抵抗層7a,7bを形
成する〔図1(i)参照〕。ついで、ダミーゲート電極
3aを原型としてゲート電極9を形成し〔図1(j)
(k)参照〕、ソース及びドレイン領域5a,5bにソ
ース及びドレイン電極10a,10bを形成してGaA
s−MESFET21を完成する〔図1(l)参照,図
3〕。
【0034】このようにp埋め込み型のGaAs−ME
SFET21に対して本発明の製造方法を用いれば、図
1に示したGaAs−MESFET20の製造方法と同
様の効果が得られ、加えて、埋め込みp層11によって
ショートチャネル効果を抑制することができる。
【0035】図4(a)(b)に本発明のさらに別な実
施例によるGaAs−MESFET22の製造工程の一
部を示す。これはリセス構造のGaAs−MESFET
22であって、ダミーゲート電極3aの除去までの工程
〔つまり、図1(j)までの工程〕を図1の実施例と同
様に行なった後、フォトレジスト膜8をマスクとしてリ
セスエッチングし、図4(a)に示すように、n型活性
層2にリセス溝12を形成する。この後、フォトレジス
ト膜8をマスクとして、リセス溝12内にゲート電極9
を形成し、図4(b)に示すようなリセス構造のGaA
s−MESFET22を作製する。
【0036】この実施例のように、リセス構造のGaA
s−MESFET22に本発明を適用すれば、上記効果
に加え、耐圧を向上させたり、ドレイン電流の値を調整
したりすることができる。
【0037】なお、本発明は上記実施例以外の半導体装
置にも適用することができる。例えば、図1のようなL
DD構造以外の半導体装置、例えば低抵抗層を持たない
ものにも適用することができる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、自己整合法によりゲー
ト電極にきわめて近接したソース領域を形成することが
でき、ソース抵抗の低減により高い増幅度を持つ高性能
の電界効果型半導体装置を製作することができる。
【0039】さらに、サブダミー部の幅等によってゲー
ト電極のオフセット量を自由に変えることができるの
で、ゲート電極のオフセット量を大きくすることができ
る。よって、オフセット量の設計の自由度を高めること
ができ、短チャネル効果の抑制、ドレイン耐圧の増大と
いった利点を大きくすることができ、信頼性の高い半導
体装置を作製することができる。
【0040】また、誘電体膜はゲート電極とソース領域
間の距離を得るために1回形成するだけでよいので、製
造工程が簡略化される。さらに、サブダミー部をエッチ
ング除去する場合には、ダミーゲート電極をエッチング
液等から保護する保護膜(フォトレジスト膜)の開口端
を位置合せする精度がラフになるので、目合わせの精度
に高い精度を要求されなくなる。この結果、量産時にお
ける歩留まり、均一性を向上させることができ、生産性
の向上に寄与することができる。
【0041】また、ダミーゲート法によって非対称自己
整合型のゲート電極を形成するものであるから、ゲート
電極の材料が耐熱性高融点金属に限定されず、ゲート抵
抗を小さくすることができ、半導体装置の特性を向上さ
せることができる。しかも、ダミーゲート法であるにも
拘らず、ゲート長やゲート電極のオフセット量は、ダミ
ーゲート電極やサブダミー部の幅の精度を出すことによ
って精度よく制御することができるので、量産時におけ
る製品の歩留まりや均一性も良好にすることができる。
【0042】また、イオン注入時においては、イオンを
基板に垂直に注入することができるので、マイクロ波用
FETのようにゲートフィンガー数が複数のゲート電極
を有するものにも適用することができ、適用範囲が広い
という利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)
(h)(i)(j)(k)(l)は本発明の一実施例に
よるGaAs−MESFETの製造方法を示す断面図で
ある。
【図2】(a)(b)は本発明の別な実施例によるGa
As−MESFETの製造方法の一部工程を示す断面図
である。
【図3】本発明のさらに別な実施例による製造方法によ
って製作されたGaAs−MESFETを示す断面図で
ある。
【図4】(a)(b)は本発明のさらに別な実施例によ
るGaAs−MESFETの製造方法の一部工程を示す
断面図である。
【図5】(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)
(h)(i)は従来例によるGaAs−MESFETの
製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 n型活性層 3a ダミーゲート電極 3b サブダミー部 4,4a,4b,4c SiN膜(誘電体膜) 5a ソース領域 5b ドレイン領域 9 ゲート電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に形成された活性層上
    にダミーゲート電極及びサブダミー部を互いに間隔をあ
    けて形成する工程と、 前記ダミーゲート電極及びサブダミー部の間の間隙部分
    及び少なくともダミーゲート電極の外側の側面に誘電体
    膜を形成する工程と、 前記ダミーゲート電極、サブダミー部及び誘電体膜をマ
    スクとして前記半導体基板へイオン注入を行なってソー
    ス及びドレイン領域を形成する工程と、 前記サブダミー部及び誘電体膜を除去する工程と、 前記ダミーゲート電極を原型としてゲート電極を形成す
    る工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
JP36108692A 1992-12-28 1992-12-28 半導体装置の製造方法 Pending JPH06204256A (ja)

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