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JPH07211730A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

Info

Publication number
JPH07211730A
JPH07211730A JP437394A JP437394A JPH07211730A JP H07211730 A JPH07211730 A JP H07211730A JP 437394 A JP437394 A JP 437394A JP 437394 A JP437394 A JP 437394A JP H07211730 A JPH07211730 A JP H07211730A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
semiconductor
etching
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP437394A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuma Tanimoto
琢磨 谷本
Makoto Kudo
真 工藤
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
Katsuhiko Higuchi
克彦 樋口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP437394A priority Critical patent/JPH07211730A/en
Publication of JPH07211730A publication Critical patent/JPH07211730A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable the gate recess of a FET to be formed in excellent controllability as well as high functional electronic circuit to be made by a method wherein the first semiconductor layer is composed of a material in notably slower etching rate using a specific etchant than that of the second semiconductor layer. CONSTITUTION:Within the semiconductor device composed of the first semiconductor layer 9 laminated on a semiconductor substrate 1, the second semiconductor layer 10 in contact with the first semiconductor layer 9, the third semiconductor layer 11 laminated on the second semiconductor layer 10, an aperture part having a control electrode 23 in contact with the first semiconductor layer 9 formed on a part of the second semiconductor layer 10 and the third semiconductor layer 11, the first semiconductor layer 9 is to be composed of a material in notably slower etching rate using a specific etchant than that of the second semiconductor layer 10. For example, the first, second and third semiconductor layers 9, 10, 11 are respectively composed of an undoped GaAs stopper layer 9, an n-AlGaAs layer 10 and an n-GaAs cap layer 11.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体表面の制御電極
に加えられた電圧により電流量を制御する、電界効果ト
ランジスタに係り、特に、素子特性の均一性に優れ、作
製が容易な半導体装置とその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor in which the amount of current is controlled by a voltage applied to a control electrode on the surface of a semiconductor, and more particularly to a semiconductor device which has excellent uniformity in device characteristics and is easy to manufacture. And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】FET(Field Effect Transistor;電
界効果トランジスタ)の構造で、リセスゲート構造、即
ち、半導体表面の一部にリセス(溝)を設け、リセス中
にゲート電極を形成するものがある。その構造と製造方
法は、例えば、図2のような特開昭63−60570 号公報が
ある。また、低損傷エッチングの方法には、例えば特開
平5−82490号公報がある。
2. Description of the Related Art There is a structure of FET (Field Effect Transistor), which is a recess gate structure, that is, a recess (groove) is provided in a part of a semiconductor surface and a gate electrode is formed in the recess. The structure and manufacturing method are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-60570 as shown in FIG. Further, as a method of low damage etching, there is, for example, JP-A-5-82490.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】半導体素子を用いた集
積回路では、良好な素子特性をもつ能動素子を用いるこ
とが重要であるが、素子の特性ばらつきは、回路設計上
の困難につながるのみならず、歩留まりの低下,コスト
の増加を生む。従来例で用いられていた選択性ドライエ
ッチングは、加工性に優れ、低損傷であり、かつ均一性
がよいため、ゲート加工方法として、適した方法であっ
た。ところが、素子特性向上のため、さらなるゲートと
チャネル間の距離の短縮を図ると、比較的低損傷であっ
たドライエッチングを用いても、チャネルへのダメージ
が問題となって来る。一方、全くダメージのないウエッ
トエッチングを用いることにより、ゲートリセスを形成
することもできるが、加工寸法の再現性が悪かった。
In an integrated circuit using semiconductor elements, it is important to use active elements having good element characteristics. However, variations in element characteristics only lead to difficulties in circuit design. Therefore, the yield is reduced and the cost is increased. The selective dry etching used in the conventional example is a suitable method as a gate processing method because it has excellent workability, low damage, and good uniformity. However, if the distance between the gate and the channel is further shortened in order to improve the device characteristics, damage to the channel becomes a problem even if dry etching, which has relatively low damage, is used. On the other hand, although the gate recess can be formed by using wet etching which has no damage at all, the reproducibility of the processing dimension was poor.

【0004】また、従来例のような極めて低損傷なドラ
イエッチングの場合、エッチングレートが、通常数十な
いし百nm/hourであり、数百nm程度のエッチングを
するには、極めて時間がかかり、かつ不経済であった。
In the case of dry etching with extremely low damage as in the conventional example, the etching rate is usually several tens to 100 nm / hour, and it takes an extremely long time to perform etching of several hundred nm. And it was uneconomical.

【0005】本発明の第一の目的は、FETのゲートリ
セスを制御性良く形成できる半導体装置と、その製造方
法を提供することにあり、第二の目的は高性能電子回路
を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a gate recess of an FET with good controllability and a manufacturing method thereof, and a second object thereof is to provide a high performance electronic circuit. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、半導
体基板上に積層された第一の半導体層と、前記第一の半
導体層に接する第二の半導体層と、前記第二の半導体層
上に積層された第三の半導体層を有し、前記第二の半導
体層と第三の半導体層の一部に開口部を持ち、前記開口
部に、第一の半導体層に接する制御電極を持つ半導体装
置において、第一の半導体層の特定のエッチング液に対
するエッチング速度が、前記第二の半導体層に比べて著
しく遅い材料により構成することにより達成される。ま
た、加工精度の向上のためには、前記第三の半導体層を
選択性ドライエッチングによりエッチング除去した後、
第二の半導体層をウエットエッチングあるいは第三の半
導体層のドライエッチングよりも低損傷なドライエッチ
ングによりエッチング除去することにより達成される。
また、第二の目的は、このような構造のFETを用いて
回路を構築することにより達成できる。
The first object is to provide a first semiconductor layer laminated on a semiconductor substrate, a second semiconductor layer in contact with the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer. A control electrode having a third semiconductor layer laminated on the layer, having an opening in a part of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and in contact with the first semiconductor layer in the opening. In the semiconductor device having, the etching rate of the first semiconductor layer with respect to a specific etching solution is achieved by using a material that is significantly slower than the second semiconductor layer. Further, in order to improve the processing accuracy, after the third semiconductor layer is removed by etching by selective dry etching,
This can be achieved by removing the second semiconductor layer by wet etching or dry etching with less damage than dry etching of the third semiconductor layer.
The second object can be achieved by constructing a circuit using the FET having such a structure.

【0007】[0007]

【作用】低損傷選択性ドライエッチングの方法として、
RIE(Reactive Ion Etching)がある。このRIEは、
減圧された容器中で、例えば、SiCl4とSF6の混合
ガスをプラズマ中で電離させた雰囲気に半導体表面をさ
らすことにより、Gaのフッ化物や塩化物を形成させ、
この化合物の蒸発によりエッチングが達成される。例え
ば、AlGaAs中のAlの場合、フッ化物や塩化物の
蒸気圧がGaと異なるために、これら化合物が蒸発する
こと無く表面を覆うため、エッチングが停止することに
より選択性がおこる。通常の条件で、Al組成0.25
のAlGaAsとGaAsの選択比は2000程度と、大きな
値が得られる。また、RIEのマスク寸法と、出来上が
りのリセス幅との差は、RIEのエッチング時間により
制御することができる。これは、通常の条件でサイドエ
ッチング量が0.2μm/min程度であることから実現さ
れる。
[Function] As a method of low damage selective dry etching,
There is RIE (Reactive Ion Etching). This RIE is
By exposing the semiconductor surface to an atmosphere in which a mixed gas of SiCl 4 and SF 6 is ionized in plasma in a depressurized container, Ga fluorides and chlorides are formed,
Etching is achieved by evaporation of this compound. For example, in the case of Al in AlGaAs, since the vapor pressures of fluorides and chlorides are different from Ga, these compounds cover the surface without evaporating, and thus etching stops, so that selectivity occurs. Al composition of 0.25 under normal conditions
The selection ratio of AlGaAs and GaAs is about 2000, which is a large value. The difference between the RIE mask size and the finished recess width can be controlled by the RIE etching time. This is realized because the side etching amount is about 0.2 μm / min under normal conditions.

【0008】一方、図2の従来例のような構造の場合、
ゲート電極とチャネルまでの距離が小さいときには、低
損傷のRIEを用いても、チャネルの輸送特性を劣化さ
せることがある。図3は、RIE前後における電子移動
度の変化の、ゲートとチャネル間の距離依存性である。
図のように、移動度変化は25nm以上の領域では観測
されないが、これ以下では大きく減少することが分か
る。このような移動度変化は、多少のばらつきはあるも
のの、エッチング条件にあまり依存しないことが、実験
により分かっている。このため、従来構造ではゲートと
チャネル間の距離は25nm以下には出来なかった。こ
のことから、RIEでは、エッチング停止面からチャネ
ルまでの距離を25nm以上にする必要がある。
On the other hand, in the case of the structure of the conventional example of FIG.
When the distance between the gate electrode and the channel is small, the transport property of the channel may be deteriorated even if the low damage RIE is used. FIG. 3 shows the distance dependence between the gate and the channel of the change in electron mobility before and after RIE.
As shown in the figure, the mobility change is not observed in the region of 25 nm or more, but it is significantly reduced below this. It has been experimentally found that such a change in mobility is not so dependent on etching conditions, although there is some variation. Therefore, in the conventional structure, the distance between the gate and the channel could not be 25 nm or less. From this, in RIE, the distance from the etching stop surface to the channel needs to be 25 nm or more.

【0009】また、素子特性を向上させるためのゲート
とチャネル間距離の短縮に伴う高濃度化のため、δドー
プが用いられることがある。これは、イオン化不純物が
単原子層中に閉じ込められた構造をしており、素子の高
性能化に有利である。但し、このδドープも、RIEに
対して不安定であることが、図4により示される。これ
は、表面からδドープ層までの距離に対するイオン化不
純物の活性化率を表したものである。図のように、およ
そ25nm以下の領域では、活性化率の低下が認められ
る。このことから、RIEでは、エッチング停止面から
δドープ層までの距離を25nm以上にする必要があ
る。通常、素子の耐圧を確保するため、ゲート電極面か
らキャリア供給層までの間に、10nm以上のアンドー
プ、あるいは低濃度ドープ層を介在するため、エッチン
グ停止面からゲート電極と半導体界面までの距離は、こ
の10nmを引いた、15nm以上が必要であることが
分かる。
In addition, δ-doping may be used in order to increase the concentration as the distance between the gate and the channel is shortened in order to improve the device characteristics. This has a structure in which ionized impurities are confined in the monoatomic layer, which is advantageous for improving the performance of the device. However, it is shown in FIG. 4 that this δ-doped is also unstable to RIE. This represents the activation rate of ionized impurities with respect to the distance from the surface to the δ-doped layer. As shown in the figure, a decrease in the activation rate is observed in the region of about 25 nm or less. From this, in RIE, the distance from the etching stop surface to the δ-doped layer needs to be 25 nm or more. Usually, in order to secure the breakdown voltage of the device, an undoped or low-concentration doped layer of 10 nm or more is interposed between the gate electrode surface and the carrier supply layer. Therefore, the distance from the etching stop surface to the gate electrode-semiconductor interface is It is understood that 15 nm or more, which is obtained by subtracting 10 nm, is required.

【0010】また、V族のAs原子をPで置換した化合
物半導体は、通常のGaAs/AlGaAs/InGa
Asのエッチングに用いられている燐酸,沸酸系等のエ
ッチング液に対して安定であり、これらの層を1乃至3
nm程度ストッパとすることにより、GaAs/AlG
aAs/InGaAsとの間で選択性のウエットエッチ
ングが出来る。この程度の厚さでは、ゲートのショット
キ特性を著しく劣化させることも無い。Pはガスソース
MBEやMOCVDにより容易に形成することが出来る
ため、既存のプロセスを大きく変えることは無い。とこ
ろが、深いリセス構造を用いるとき、サイドエッチング
の制御性を確保することが困難であるため、寄生抵抗,
寄生容量のばらつきが大きくなる。
Further, the compound semiconductor in which the As atom of V group is replaced by P is a normal GaAs / AlGaAs / InGa
It is stable against etching solutions such as phosphoric acid and hydrofluoric acid, which are used for etching As, and these layers 1 to 3
By using a stopper of about nm, GaAs / AlG
Selective wet etching can be performed between aAs / InGaAs. With such a thickness, the Schottky characteristic of the gate is not significantly deteriorated. Since P can be easily formed by the gas source MBE or MOCVD, it does not significantly change the existing process. However, when a deep recess structure is used, it is difficult to secure controllability of side etching.
The variation in parasitic capacitance increases.

【0011】また、従来例の光励起ドライエッチングに
代表されるようなドライエッチングは、光等でエッチン
グ種を電離させ、表面に塩化物,フッ化物を形成し、こ
の蒸発を利用するものであり、RIEのようにプラズマ
を用いないため、比較的低損傷な方法である。しかし、
このような低損傷ドライエッチングは、極めてエッチン
グレートが遅いため、深いリセス構造を持つ素子に適用
するには極めて長いエッチング時間を要し、実用的でな
い。従って、RIEによりダメージが問題とならない程
度までドライエッチングを施し、さらに低損傷ドライエ
ッチングにより、残りの数十nmをエッチング除去する
ことにより、効率良く素子を形成することができる。
Further, dry etching as represented by the conventional photoexcited dry etching is one in which chloride or fluoride is formed on the surface by ionizing etching species by light or the like, and this evaporation is utilized. Since it does not use plasma unlike RIE, it is a method with relatively low damage. But,
Since such low damage dry etching has an extremely low etching rate, it takes an extremely long etching time to be applied to an element having a deep recess structure, and is not practical. Therefore, an element can be efficiently formed by performing dry etching to such an extent that damage by RIE does not cause a problem, and further by removing the remaining tens of nm by low damage dry etching.

【0012】本発明のように、エッチングダメージが問
題とならないように、15nm程度を残して、深いリセ
ス形成は選択性ドライエッチングで行い、残りの15n
m程度をウエットエッチングにより行うことにより、こ
のような、ダメージと制御性の問題を同時に解決するこ
とが出来る。また、厚さの上限は、サイドエッチングの
制御性によって決まる。エッチングむらを避けるために
は、エッチング停止層までの厚さの2倍程度のエッチン
グ時間が必要となり、これによるサイドエッチングが、
本来のサイドエッチング量約200nmを大幅に変更し
ない厚さとして、50nm以下であれば、サイドエッチ
ング量のばらつきは、RIEのばらつきと同程度であ
り、あまり問題にならない。これにより、素子特性のば
らつきが極めて小さくなり、回路設計が容易になる。こ
のような素子は、低雑音増幅回路,ミキサ回路,論理回
路,メモリ回路等に利用すると大きな効果がある。
As in the present invention, in order to prevent the etching damage from becoming a problem, the deep recess is formed by selective dry etching leaving about 15 nm, and the remaining 15 n is formed.
By performing wet etching for about m, such problems of damage and controllability can be solved at the same time. Further, the upper limit of the thickness is determined by the controllability of side etching. In order to avoid uneven etching, an etching time about twice the thickness up to the etching stop layer is required, and side etching by this is
If the thickness that does not significantly change the original side etching amount of about 200 nm is 50 nm or less, the variation of the side etching amount is about the same as the variation of RIE, which is not a serious problem. As a result, variations in element characteristics are extremely small, which facilitates circuit design. Such an element has a great effect when used in a low noise amplifier circuit, a mixer circuit, a logic circuit, a memory circuit, or the like.

【0013】[0013]

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。以降、材料の記述としてAlGaAsはGaAs
中のGa原子のうちの一部をAlで置換したもの、In
GaAsはGaAs中のGa原子のうちの一部をInで
置換したものを意味する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. After that, as a material description, AlGaAs is GaAs
In which some of the Ga atoms in the film are replaced with Al, In
GaAs means one in which some of the Ga atoms in GaAs are replaced with In.

【0014】(実施例1)図5に、本発明の一実施例の
断面図を示す。まず半絶縁性GaAs基板1上に、ガス
ソースの利用できるMBE(分子線エピタキシー)装置
により、アンドープGaAs(厚さ:500nm)2,
アンドープInGaAsチャネル層(In組成0.2
5,8nm)3,アンドープAlGaAsスペーサ層(A
l組成0.25,2nm)4,n−AlGaAsキャリ
ア供給層(Al組成0.25 ,5nm,Si濃度:2×
1018/cm3 )5,Si−δドープ層(Si濃度:5×
1012/cm2)6,n−AlGaAsキャリア供給層
(Al組成0.25,5nm,Si濃度:2×1018/c
m3)7,アンドープAlGaAs層(Al組成0.2
5,10nm)8,アンドープGaAsPストッパ層
9,n−AlGaAs層(Al組成0.25,15n
m,Si濃度:5×1018/cm3)10を成長させ、最
後にn−GaAsキャップ層(Si濃度:5×1018
cm3,160nm)11を堆積させる。
(Embodiment 1) FIG. 5 shows a sectional view of an embodiment of the present invention. First, on a semi-insulating GaAs substrate 1, an undoped GaAs (thickness: 500 nm) 2, by an MBE (Molecular Beam Epitaxy) device that can use a gas source.
Undoped InGaAs channel layer (In composition 0.2
5, 8 nm) 3, undoped AlGaAs spacer layer (A
l composition 0.25, 2 nm) 4, n-AlGaAs carrier supply layer (Al composition 0.25, 5 nm, Si concentration: 2 ×
10 18 / cm 3 ) 5, Si-δ doped layer (Si concentration: 5 x
10 12 / cm 2 ) 6, n-AlGaAs carrier supply layer (Al composition 0.25, 5 nm, Si concentration: 2 × 10 18 / c
m 3 ) 7, undoped AlGaAs layer (Al composition 0.2
5, 10 nm) 8, undoped GaAsP stopper layer 9, n-AlGaAs layer (Al composition 0.25, 15n)
m, Si concentration: 5 × 10 18 / cm 3 ) 10 was grown, and finally the n-GaAs cap layer (Si concentration: 5 × 10 18 / cm 3 ).
cm 3 , 160 nm) 11 is deposited.

【0015】メサエッチにより素子間分離を行ったあ
と、絶縁膜を蒸着し、通常のホトリソグラフィープロセ
スにより、ソース電極21及びドレイン電極22のため
の孔を形成する。この孔の表面の絶縁膜をドライエッチ
により削り、n−GaAsキャップ層11を40nm程
度ウエットエッチにより孔あけする。さらに絶縁膜をウ
エットエッチによりサイドエッチさせて、リフトオフし
やすい形状にする。この上にAuZn/Mo/Auを蒸
着し、窒素雰囲気中で熱処理(400℃,5分)を行
う。さらに、EB(電子線)描画法を用いて、ゲートパ
ターンを形成する。
After element isolation is performed by mesa etching, an insulating film is deposited and holes for the source electrode 21 and the drain electrode 22 are formed by a normal photolithography process. The insulating film on the surface of the hole is removed by dry etching, and the n-GaAs cap layer 11 is opened by wet etching to a thickness of about 40 nm. Furthermore, the insulating film is side-etched by wet etching to form a shape that facilitates lift-off. AuZn / Mo / Au is vapor-deposited on this, and heat treatment (400 ° C., 5 minutes) is performed in a nitrogen atmosphere. Further, a gate pattern is formed by using an EB (electron beam) drawing method.

【0016】次に、図6の(a)のように絶縁膜のドラ
イエッチングを施した後、図6の(b)のようにRIE
を施し、n−GaAs層11を開口する。このRIE
は、SiCl4とSF6の混合ガスを用い、それぞれの流
量は15/7.5sccm 、RFパワー50Wで行った。
Next, after dry etching the insulating film as shown in FIG. 6A, RIE is performed as shown in FIG.
Then, the n-GaAs layer 11 is opened. This RIE
Was performed using a mixed gas of SiCl 4 and SF 6 , each flow rate of 15 / 7.5 sccm, and RF power of 50 W.

【0017】次に、図7の(a)のように、燐酸系ウエ
ットエッチによりn−AlGaAs層10を制御性よく
アンドープGaAsP層9の界面までエッチング除去し
た。さらにAlを蒸着した後リフトオフすることによ
り、図7の(b)のようにゲート電極23を形成した。
このようにして、図5に示した構造のFETを実現し
た。
Next, as shown in FIG. 7A, the n-AlGaAs layer 10 was removed by etching to the interface of the undoped GaAsP layer 9 with good controllability by phosphoric acid wet etching. Further, Al was vapor deposited and then lifted off to form the gate electrode 23 as shown in FIG. 7B.
In this way, the FET having the structure shown in FIG. 5 was realized.

【0018】このHEMTは、ゲート長0.35μmに
おいて、しきい電圧=−1.0V、3インチウエハの面
内におけるしきい電圧ばらつきの偏差σ=28mVと、
極めて良好な結果を示した。
In this HEMT, when the gate length is 0.35 μm, the threshold voltage = −1.0 V, the deviation σ = 28 mV of the variation of the threshold voltage in the plane of a 3-inch wafer,
The result was extremely good.

【0019】(実施例2)本発明の他の実施例を、実施
例1と同様に図5ないし図7を用いて説明する。まず半
絶縁性GaAs基板1上に、ガスソースの利用できるM
BE(分子線エピタキシー)装置により、アンドープG
aAs(厚さ:500nm)2,アンドープInGaA
sチャネル層(In組成0.25,8nm)3,アンドー
プAlGaAsスペーサ層(Al組成0.25 ,2nm)4,
n−AlGaAsキャリア供給層(Al組成0.25,
5nm,Si濃度:2×1018/cm3 )5,Si−δド
ープ層(Si濃度:5×1012/cm2)6,n−AlGa
Asキャリア供給層(Al組成0.25,5nm,Si
濃度:2×1018/cm3)7,アンドープAlGaAs層(A
l組成0.25,10nm )8,アンドープGaAsP
ストッパ層9,n−AlGaAs層(Al組成0.2
5,15nm,Si濃度:5×1018/cm3)10を成
長させ、最後にn−GaAsキャップ層(Si濃度:5
×1018/cm3,160nm)11を堆積させる。
(Second Embodiment) Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7 as in the first embodiment. First, on the semi-insulating GaAs substrate 1, a gas source M can be used.
Undoped G by BE (Molecular Beam Epitaxy) equipment
aAs (thickness: 500 nm) 2, undoped InGaA
s channel layer (In composition 0.25, 8 nm) 3, undoped AlGaAs spacer layer (Al composition 0.25, 2 nm) 4,
n-AlGaAs carrier supply layer (Al composition 0.25,
5 nm, Si concentration: 2 × 10 18 / cm 3 ) 5, Si-δ doped layer (Si concentration: 5 × 10 12 / cm 2 ) 6, n-AlGa
As carrier supply layer (Al composition 0.25, 5 nm, Si
Concentration: 2 × 10 18 / cm 3 ) 7, undoped AlGaAs layer (A
l composition 0.25, 10 nm) 8, undoped GaAsP
Stopper layer 9, n-AlGaAs layer (Al composition 0.2
5, 15 nm, Si concentration: 5 × 10 18 / cm 3 ) 10 was grown, and finally the n-GaAs cap layer (Si concentration: 5)
X10 18 / cm 3 , 160 nm) 11 is deposited.

【0020】メサエッチにより素子間分離を行ったあ
と、絶縁膜を蒸着し、通常のホトリソグラフィープロセ
スにより、ソース電極21及びドレイン電極22のため
の孔を形成する。この孔の表面の絶縁膜をドライエッチ
により削り、n−GaAsキャップ層11を40nm程
度ウエットエッチにより孔あけする。さらに絶縁膜をウ
エットエッチによりサイドエッチさせて、リフトオフし
やすい形状にする。この上にAuZn/Mo/Auを蒸
着し、窒素雰囲気中で熱処理(400℃,5分)を行
う。さらに、EB(電子線)描画法を用いて、ゲートパ
ターンを形成する。次に、図6(a)のように絶縁膜のド
ライエッチングを施した後、図6(b)のようにRIE
を施し、n−GaAs層11を開口する。このRIE
は、SiCl4とSF6の混合ガスを用い、それぞれの流
量は15/7.5sccm、RFパワー50Wにて行った。
次に、図7の(a)のように光励起ドライエッチングに
よりn−AlGaAs層10を制御性よくアンドープG
aAsP層9の界面までエッチング除去した。さらにA
lを蒸着した後リフトオフすることにより、図7の(b)
のようにゲート電極23を形成した。このようにして、
図5に示した構造のFETを実現した。
After separating the elements by mesa etching, an insulating film is deposited and holes for the source electrode 21 and the drain electrode 22 are formed by a normal photolithography process. The insulating film on the surface of the hole is removed by dry etching, and the n-GaAs cap layer 11 is opened by wet etching to a thickness of about 40 nm. Furthermore, the insulating film is side-etched by wet etching to form a shape that facilitates lift-off. AuZn / Mo / Au is vapor-deposited on this, and heat treatment (400 ° C., 5 minutes) is performed in a nitrogen atmosphere. Further, a gate pattern is formed by using an EB (electron beam) drawing method. Next, after dry etching the insulating film as shown in FIG. 6A, RIE is performed as shown in FIG.
Then, the n-GaAs layer 11 is opened. This RIE
Is a mixed gas of SiCl 4 and SF 6 , and the flow rate is 15 / 7.5 sccm and the RF power is 50 W.
Next, as shown in FIG. 7A, the n-AlGaAs layer 10 is undoped G with good controllability by photoexcited dry etching.
The interface of the aAsP layer 9 was removed by etching. Furthermore A
(b) of FIG. 7 by performing lift-off after depositing l.
Thus, the gate electrode 23 was formed. In this way
An FET having the structure shown in FIG. 5 was realized.

【0021】このHEMTは、ゲート長0.35μmに
おいて、しきい電圧=−1.0V、3インチウエハの面
内におけるしきい電圧ばらつきの偏差σ=31mVと、
極めて良好な結果を示した。
This HEMT has a threshold voltage of 0.35 μm, a threshold voltage of −1.0 V, and a deviation σ of the threshold voltage variation in the plane of a 3-inch wafer σ = 31 mV.
The result was extremely good.

【0022】なお、実施例1及び実施例2において、条
件を以下のように変更しても良い。
In the first and second embodiments, the conditions may be changed as follows.

【0023】本実施例では、エッチング層としてAlG
aAs、ストッパ層としてGaAsP を用いたが、組合せは
これに限らず、選択性のとれる材料であれば良い。n−
AlGaAs層10とn−GaAs層11とを同じ材
料、あるいはRIEに対する選択性が小さな材料にする
こともできる。この時は、RIEによる選択性が取れる
ように層10と層11との間にRIEのエッチング速度
が層11のそれよりも小さな別の層を設けることにより
達成される。
In this embodiment, AlG is used as the etching layer.
Although aAs and GaAsP are used as the stopper layer, the combination is not limited to this, and any material having selectivity can be used. n-
The AlGaAs layer 10 and the n-GaAs layer 11 can be made of the same material or a material having low selectivity for RIE. This time is achieved by providing another layer having a lower RIE etching rate than that of the layer 11 between the layer 10 and the layer 11 so that the selectivity by the RIE can be obtained.

【0024】また、実施例2において、低損傷ドライエ
ッチングの方法として、光励起エッチングを用いたが、
他の低損傷ドライエッチング、例えば、電子線励起エッ
チング等を用いても良い。また、低損傷ドライエッチン
グを異方性、すなわち、サイドエッチングが入りにくい
条件にすることにより、半導体層2、ここではn−Al
GaAs層10にレジストあるいは絶縁膜による開口寸
法と殆ど同じ大きさの開口部を設け、ゲート電極が開口
部を覆うような構造を作ることにより、寄生抵抗が小さ
く、しきい電圧の浅い素子を形成することもできる。
Further, in Example 2, photoexcitation etching was used as a low damage dry etching method.
Other low damage dry etching such as electron beam excitation etching may be used. Further, by making the low-damage dry etching anisotropic, that is, by making it difficult for side etching to occur, the semiconductor layer 2, here, n-Al is used.
An element having a small parasitic resistance and a low threshold voltage is formed by forming an opening in the GaAs layer 10 having almost the same size as an opening formed by a resist or an insulating film and forming a structure in which the gate electrode covers the opening. You can also do it.

【0025】製造工程におけるエピタキシャル結晶成長
に際しては、ここで示したMBEのかわりに原子層単位
で成長を制御できる装置、例えば、MOCVD等を用い
ても同様の結果が得られる。また、n−AlGaAs層
10は、これに限らず、オーミック接触のとりやすい物
質、例えば、InGaAs等を用いてもよい。またゲー
ト直下のアンドープAlGaAs層8は、耐圧を小さく
しない程度に、1×1018/cm2 以下のn−AlGaA
sを用いてもよい。バッファ層3は無くても良いが、ド
レイン電流が小さな領域での動作では相互コンダクタン
スに影響を与え、また短チャネル効果が顕著になる。ま
た、Al組成が小さすぎると、ピンチオフ特性が悪化
し、大きすぎると結晶性が悪化するため、通常の場合、
Al組成0.2〜0.5、厚さとして5nm〜100nm
の範囲では良好な結果を示す。
In the epitaxial crystal growth in the manufacturing process, the same result can be obtained by using an apparatus that can control the growth in atomic layer units instead of MBE shown here, such as MOCVD. In addition, the n-AlGaAs layer 10 is not limited to this, and a material that easily forms ohmic contact, such as InGaAs, may be used. The undoped AlGaAs layer 8 immediately below the gate has an n-AlGaA density of 1 × 10 18 / cm 2 or less to the extent that the breakdown voltage is not reduced.
s may be used. The buffer layer 3 may be omitted, but the operation in a region where the drain current is small affects the transconductance and the short channel effect becomes remarkable. Also, if the Al composition is too small, the pinch-off characteristics deteriorate, and if it is too large, the crystallinity deteriorates.
Al composition 0.2 to 0.5, thickness 5 nm to 100 nm
In the range of, good results are shown.

【0026】実施例では、AlGaAs層のAl組成と
して0.25を用いたが、0.15から0.4 程度の値を
用いても同様な結果が得られる。またチャネル層にはI
n組成0.25のInGaAsを用いたが、0.2から
0.6 程度のIn組成で、転位が入らない程度の厚さに
してもよい。材料もInGaAsに限らず、拡散が大き
な材料に対し、拡散を吸収するような材料、例えば、I
nGaAs/InAlAs系でInGaAs上にGaAs層を
積層させることも有効である。また、基板材料もGaA
sに限らず、InPなどを用いてもよい。
In the embodiment, 0.25 was used as the Al composition of the AlGaAs layer, but similar results can be obtained even if a value of about 0.15 to 0.4 is used. The channel layer is I
Although InGaAs having an n composition of 0.25 is used, an In composition of about 0.2 to 0.6 may be used, and the thickness may be such that dislocations do not enter. The material is not limited to InGaAs, but a material having a large diffusion, such as I
It is also effective to stack a GaAs layer on InGaAs in the nGaAs / InAlAs system. Also, the substrate material is GaA
Not limited to s, InP or the like may be used.

【0027】実施例では、Nチャネル電界効果トランジ
スタの例を示したが、Pチャネルでも良好な結果が得ら
れる。この場合、本実施例のNドープ層をPドープ層に
することにより達成される。
In the embodiment, an example of an N-channel field effect transistor is shown, but good results can be obtained with a P-channel. In this case, this is achieved by making the N-doped layer of this embodiment a P-doped layer.

【0028】また、本実施例はHEMTについて述べた
が、他のヘテロ接合素子、即ちMESFET等に適用し
ても良好な結果が得られる。
Although the present embodiment has been described with respect to the HEMT, good results can be obtained even when applied to another heterojunction element, that is, MESFET or the like.

【0029】(実施例3)図8に本発明の実施例のミキ
サの回路図を示す。実施例1に記載のHEMTをコンデ
ンサ210やインダクタ211,抵抗212を用いたマ
ッチング回路と共に半導体基板上に形成する。図8の例
で、初段のHEMT200(ミキサ部)のゲート幅60
0μm、ドレイン電流が0.5mA、次段のHEMT2
01(IFアンプ部)のドレイン電流が3mAという条
件下で、周波数1.5GHz における、ミキサの変換利
得は、ローカルレベル0dBmにおいて17.5dB と
良好な値を得た。また、入出力のVSWRの誤差も最大
5%となり、利得15dB以上で定義した、面内の歩留
まりは92%となった。
(Embodiment 3) FIG. 8 shows a circuit diagram of a mixer according to an embodiment of the present invention. The HEMT described in the first embodiment is formed on a semiconductor substrate together with a matching circuit using a capacitor 210, an inductor 211, and a resistor 212. In the example of FIG. 8, the gate width 60 of the first HEMT 200 (mixer section)
0 μm, drain current 0.5 mA, next-stage HEMT2
When the drain current of 01 (IF amplifier part) was 3 mA, the conversion gain of the mixer at a frequency of 1.5 GHz was 17.5 dB at a local level of 0 dBm, which was a good value. In addition, the maximum input / output VSWR error was 5%, and the in-plane yield defined by a gain of 15 dB or more was 92%.

【0030】尚、本実施例ではローカル駆動型ミキサの
例を示したが、ダブルバランス型やシングルバランス型
等の回路形式を用いても、良好な結果が得られる。ま
た、マッチング回路は集中定数素子を用いたが、マイク
ロストリップライン等の分布定数素子を用いても良好な
結果が得られた。本実施例では、マッチング回路が能動
素子と同一基板上にある、いわゆるモノリシックICの
例を示したが、ハイブリッドIC、即ちマッチング回路
が同一基板上にないものでも良好な結果が得られる。ま
た、周波数帯が1.5GHz 帯のミキサについて記載し
たが、マッチング回路の変更で他の周波数帯でも良好な
特性が得られた。また、本実施例ではミキサについて述
べたが、他の非線形回路、例えば高出力増幅器等に適用
しても、従来型のモデルを用いるよりも良好な結果が得
られる。
Although the example of the local drive type mixer is shown in the present embodiment, good results can be obtained even if a circuit type such as a double balance type or a single balance type is used. Although the lumped constant element was used for the matching circuit, good results were obtained even if a distributed constant element such as a microstrip line was used. In the present embodiment, an example of a so-called monolithic IC in which the matching circuit is on the same substrate as the active element is shown, but good results can be obtained even if the hybrid IC, that is, the matching circuit is not on the same substrate. Also, although the mixer having a frequency band of 1.5 GHz is described, good characteristics were obtained in other frequency bands by changing the matching circuit. Further, although the mixer has been described in the present embodiment, even when it is applied to another nonlinear circuit, for example, a high output amplifier or the like, a better result can be obtained as compared with the case where the conventional model is used.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、単純な結晶構造とプロ
セスの変更により、特性の揃った素子を作製することが
でき、この素子を用いることにより、回路設計が容易に
なり、歩留まりが向上する。
According to the present invention, an element having uniform characteristics can be manufactured by simply changing the crystal structure and the process. By using this element, the circuit design is facilitated and the yield is improved. To do.

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

【図1】本発明の実施例を示す半導体装置の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来の実施例を示す半導体装置の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor device showing a conventional example.

【図3】RIEによるダメージ侵入深さの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a damage penetration depth by RIE.

【図4】RIEによるδドープの不活性化の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of inactivation of δ-doped by RIE.

【図5】本発明の実施例を示す半導体装置の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device showing an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例の作製プロセスを示す説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing a manufacturing process of an example of the present invention.

【図7】本発明の実施例の作製プロセスを示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of an example of the present invention.

【図8】本発明の実施例を示すHEMTミキサの回路
図。
FIG. 8 is a circuit diagram of a HEMT mixer showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性GaAs基板、2…アンドープGaAsバ
ッファ層、3……アンドープInGaAsチャネル層、
4…アンドープAlGaAsスペーサ層、5…n−Al
GaAsキャリア供給層、6…Si−δドープ層、7…
n−AlGaAsキャリア供給層、8…アンドープAlGaA
sバリア層、9…アンドープGaAsPエッチングスト
ッパ層、10…n−AlGaAs層、11…n−GaA
sキャップ層、21…ソース電極、22…ドレイン電
極、23…ゲート電極。
1 ... Semi-insulating GaAs substrate, 2 ... Undoped GaAs buffer layer, 3 ... Undoped InGaAs channel layer,
4 ... Undoped AlGaAs spacer layer, 5 ... n-Al
GaAs carrier supply layer, 6 ... Si-δ doped layer, 7 ...
n-AlGaAs carrier supply layer, 8 ... Undoped AlGaA
s barrier layer, 9 ... Undoped GaAsP etching stopper layer, 10 ... n-AlGaAs layer, 11 ... n-GaA
s cap layer, 21 ... Source electrode, 22 ... Drain electrode, 23 ... Gate electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/778 H01L 21/306 S 9171−4M 29/80 H (72)発明者 樋口 克彦 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/778 H01L 21/306 S 9171-4M 29/80 H (72) Inventor Katsuhiko Higuchi Tokyo 1-280, Higashi Koigokubo, Kokubunji City, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板上に積層された第一の半導体層
と、前記第一の半導体層に接する第二の半導体層と、前
記第二の半導体層上に積層された第三の半導体層を有
し、前記第二の半導体層と前記第三の半導体層の一部に
開口部を持ち、前記開口部に、前記第一の半導体層に接
する制御電極を持つ半導体装置において、前記第一の半
導体層の特定のエッチング液に対するエッチング速度
が、前記第二の半導体層に比べて著しく遅い材料により
構成されていることを特徴とする半導体装置。
1. A first semiconductor layer laminated on a semiconductor substrate, a second semiconductor layer in contact with the first semiconductor layer, and a third semiconductor layer laminated on the second semiconductor layer. A semiconductor device having an opening in a part of the second semiconductor layer and a part of the third semiconductor layer, and having a control electrode in contact with the first semiconductor layer in the opening. 2. A semiconductor device characterized in that the semiconductor layer is made of a material having an etching rate remarkably slower than that of the second semiconductor layer with respect to a specific etching solution.
【請求項2】請求項1において、前記半導体装置が、複
数の単結晶半導体層によるヘテロ接合によって形成され
ている半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed by a heterojunction made of a plurality of single crystal semiconductor layers.
【請求項3】請求項1において、前記第二の半導体層が
GaAs、前記第三の半導体層がGaAs、あるいはG
aAsのGa原子の一部をInあるいはAl原子で置換
した化合物半導体であり、前記第一の半導体層は、Ga
AsのAs原子の一部をP原子で置換した化合物半導体
によって形成されている半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is GaAs, and the third semiconductor layer is GaAs.
aAs is a compound semiconductor in which a part of Ga atoms is substituted with In or Al atoms, and the first semiconductor layer is Ga.
A semiconductor device formed of a compound semiconductor in which a part of As atoms of As is substituted with P atoms.
【請求項4】請求項1,2または3において、前記第二
の半導体層の厚さは15nm以上50nm以下である半
導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer has a thickness of 15 nm or more and 50 nm or less.
【請求項5】請求項1,2または3において、前記第三
の半導体層の開口部は選択性ドライエッチングにより形
成される半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the opening of the third semiconductor layer is formed by selective dry etching.
【請求項6】請求項5において、前記第二の半導体層の
開口部は選択性ウエットエッチングにより形成される半
導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the opening of the second semiconductor layer is formed by selective wet etching.
【請求項7】請求項5において、前記第二の半導体層の
開口部は前記第一の半導体層の開口のためのドライエッ
チングよりも低損傷なドライエッチングにより形成され
る半導体装置の製造方法。
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the opening of the second semiconductor layer is formed by dry etching that has lower damage than dry etching for opening the first semiconductor layer.
【請求項8】請求項1,2,3または4に記載の前記半
導体装置を使用する電子回路。
8. An electronic circuit using the semiconductor device according to claim 1, 2, 3, or 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009503815A (en) * 2005-07-20 2009-01-29 クリー インコーポレイテッド Nitride-based transistor and manufacturing method using etch stop layer

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JP2009503815A (en) * 2005-07-20 2009-01-29 クリー インコーポレイテッド Nitride-based transistor and manufacturing method using etch stop layer
US9142636B2 (en) 2005-07-20 2015-09-22 Cree, Inc. Methods of fabricating nitride-based transistors with an ETCH stop layer

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