JP3509166B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
形成する方法,及びその方法から製造された半導体装置
に係わるものであり、特に半導体基板のエッチング再現
性を向上させて電極を形成する方法,及びその半導体基
板に関わるものである。そして、その用途には例えばF
ET(電界効果トランジスタ)や、HEMT(高電子移
動度電界効果トランジスタ)等の電極形成過程に用いら
れる。
IC)の雑音指数や利得等の高周波性能を向上するため
には、MMICを構成するMESFET及びHEMT等
のデバイス特性の再現性を向上し、良好なインピーダン
ス整合状態を得ることが必要である。さらに、高周波特
性向上に有効なリセスゲート構造を持つのMESFET
やHEMT等のデバイスにおいて、ショットキー電極を
形成する前にリセスエッチッングのエッチング深さや形
状の再現性が、デバイス特性の再現性に影響を及ぼすこ
とが知られている。
向上するリセスゲート電極の製造方法について、特開平
4−186640号公報に開示された、酸化珪素や窒化
珪素の薄膜を用いたT字ゲート構造や特開平4−186
641号公報に開示された、2段リセス構造等がある。
造方法は、MESFETやHEMTやMMICの製造プ
ロセスにおいては、依然リセスエッチングの深さのばら
つきが生じた。本発明者らは、上記公報の製造方法はリ
セスエッチング工程の前にメサエッチング工程やソース
・ドレイン等のオーミック電極工程等が存在しているた
め、リセスエッチングを施す半導体基板の表面に前工程
のフォトレジストが残ったり、薬液,ガス等の化学的エ
ッチング、及び加熱等による基板表面の変質が発生して
しまい、結果、これらがリセスエッチングの深さのばら
つきの原因になるということを明らかにした。
あり、その目的はリセスエッチングを施す半導体基板の
表面に前工程のフォトレジストが残ったり、エッチン
グ、加熱等によっても半導体基板表面が変質しない半導
体装置の製造方法を得ることである。
めに構成された本発明の半導体装置の製造方法は、半導
体基板上に絶縁膜を被着する絶縁膜被着工程と、その絶
縁膜上に、所定部分に第1開口部を持つ第1レジストを
形成する第1レジスト形成工程と、前記第1開口部から
前記絶縁膜の一部を化学的にエッチング除去する第1エ
ッチング工程と、前記第1開口部から前記半導体基板に
メサエッチングを行うメサエッチング工程と、前記半導
体基板上に、第1電極の形成部分に第2開口部を持った
第2レジストを形成する第2レジスト形成工程と、前記
第2開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチング
除去する第2エッチング工程と、前記半導体基板に第1
電極の材料を被着する第1電極材料被着工程と、前記第
2レジストを溶解することにより前記第2レジスト上に
被着した前記第1電極の材料を除去し、その後、前記半
導体基板を熱処理して前記第1電極を形成する第1電極
形成工程と、前記半導体基板上に、リセスエッチングし
たい部分に第3開口部を持つ第3レジストを形成し、そ
の第3開口部より前記絶縁膜の一部をエッチング除去
し、その第3開口部より前記半導体基板をリセスエッチ
ングし、前記半導体基板上部から第2電極の材料を被着
するリセスエッチング工程と、前記第3レジストを溶解
することにより前記第3レジスト上に被着した前記第2
電極の材料を除去する第2電極形成工程とを備えたこと
を特徴としている。
半導体基板上に絶縁膜を被着する絶縁膜被着工程と、 そ
の絶縁膜上に、所定部分に第1開口部を持つ第1レジス
トを形成する第1レジスト形成工程と、 前記第1開口部
から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチング除去する第
1エッチング工程と、 前記第1開口部から前記半導体基
板にメサエッチングを行うメサエッチング工程と、 前記
半導体基板上に、第1電極の形成部分に第2開口部を持
った第2レジストを形成する第2レジスト形成工程と、
前記第2開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチ
ング除去する第2エッチング工程と、 前記半導体基板に
第1電極の材料を被着する第1電極材料被着工程と、 前
記第2レジストを溶解することにより前記第2レジスト
上に被着した前記第1電極の材料を除去し、その後、前
記半導体基板を熱処理して前記第1電極を形成する第1
電極形成工程と、 前記半導体基板上に、リセスエッチン
グしたい部分に第3開口部を持つ第3レジストを形成
し、その第3開口部より前記絶縁膜の一部をエッチング
除去し、その第3開口部より前記半導体基板をリセスエ
ッチングし、その後、前記第3レジストを除去し、前記
半導体基板上に前記第3開口部よりも狭い第4開口部を
持つ第4レジストを形成し、その第4開口部より前記半
導体基板を更にリセスエッチングし、前記半導体基板上
部から第2電極の材料を被着するリセスエッチング工程
と、前記第4レジストを溶解することにより前記第4レ
ジスト上に被着した前記第2電極の材料を除去する第2
電極形成工程とを備えるようにしても良い。
明によれば、メサエッチングするための第1開口部を持
つ第1レジストや、第1電極の形成部分に第2開口部を
持った第2レジストを直接半導体基板に形成せずに、絶
縁膜を介して半導体基板上に形成する。そして、リセス
エッチングする前に絶縁膜をエッチング除去する。これ
により、第1,第2レジストが半導体基板に残ること
や、熱処理の熱や、第1,第2レジストを化学的にエッ
チング除去する際の半導体基板表面の変質、等から生じ
るリセスエッチングのばらつき、即ち、リセスエッチン
グされる半導体基板の深さや、リセスエッチング部分の
形状等のばらつきを防止する。
1,第2レジストが半導体基板に残ることや、熱処理の
熱や、第1,第2レジストを化学的にエッチング除去す
る際に起こる半導体基板表面の変質を防止することがで
きる。
(l)は本参考例による、リセスゲート構造の製造方法
を示す断面図である。
InP(インジウム・リン)等の半導体基板101上
に、酸化珪素(SiO2 )または窒化珪素(SiNx)
または酸窒化珪素(SiON)等の絶縁膜102を、C
VD,真空蒸着,スパッタ等の方法により被着する(図
1(a),図1(b))。
チング除去したい所定部分に開口部103を持ったレジ
ストパターン104を形成する(図1(c))。その後
希フッ酸,バッファフッ酸等によるウエットエッチング
またはCF4 ガス等を用いたRIEエッチング等の方法
により、ホトレジスト開口部103部分から絶縁膜10
2の一部をエッチング除去する(図1(d))。
ーミック電極となるAuGe/Ni/Au等の電極材料
110を電子ビーム蒸着等の真空蒸着等により被着する
(図1(e))。ここで、半導体基板101が露出した
レジスト開口部に被着した電極材料110がオーミック
電極111,112となる。
を、レジスト104をアセトン等の有機溶剤やレジスト
剥離材で溶かすことにより溶解除去(メタルリフトオフ
法)する。そして半導体基板に熱処理を加えることによ
り、電極111,112と半導体基板101とのオーミ
ック性接触を得ることができる(図1(f))。さらに
半導体基板101から、レジストパターン115を被着
し(図1(g))、その後、エッチング等により、開口
部113を形成する(図1(h))。
ファフッ酸等によるウエットエッチングまたはCF4 ガ
ス等を用いたRIEエッチング等の方法により、絶縁膜
102の一部をエッチング除去する(図1(i))。さ
らにその開口部113より半導体基板101表面のGa
AsやInGaAs,InAlAs等の半導体材料をク
エン酸+過酸化水素水+水,またはシュセキ酸+過酸化
水素水+水,硫酸+過酸化水素水+水,リン酸+過酸化
水素水+水,ブロムメタノール等のエッチング液による
ウエットエッチング、または塩素ガス等を用いたRIE
エッチング等の方法によるエッチングを行う(図1
(j))。
i/Al、Ti/Pt/Au等のショットキー電極材料
116を、電子ビーム蒸着等の真空蒸着等の方法により
被着してショットキー電極114を形成する(図1
(k))。最後に、レジストパターン115上の電極材
料116を、レジストパターン115をアセトン等の有
機溶剤やレジスト剥離剤で溶かすことにより除去する
(図1(l))。
1、112をメタルリフトオフで形成するためのフォト
レジストを、直接半導体基板101上に形成するのでは
無く、絶縁膜102を介して形成する。そして、リセス
エッチング前に絶縁膜102を除去することにより、レ
ジストが半導体基板101に残ることや、熱処理の熱
や、レジストを化学的にエッチング除去する際の半導体
基板表面の変質を防止することができる。また、レジス
ト残渣によるリセスエッチング深さや形状のばらつきを
防止することができる。またレジスト残渣の影響の他に
も、オーミック電極111,112のオーミック接触を
得るための熱処理や、レジスト剥離工程で曝される薬液
やガス等が原因で発生する基板101表面の変質、及び
その影響によるリセスエッチング深さや形状のばらつき
も防止できる。
ック電極111、112をソース・ドレインとして用
い、ショットキー電極114をゲート電極として用いれ
ば、MESFETやHEMT等のFETとして応用でき
る。またオーミック電極111、112を接続してカソ
ード電極として用い、ショットキー電極114をカソー
ド電極として用いれば、ショットキーバリアダイオード
として用いることができる。
図2(a)〜(f)は本実施例による、リセスゲート構
造の製造方法を示す断面図である。そして、図1と同一
箇所に相当する部分は、同一の番号が付してある。
InP(インジウム・リン)等の半導体基板101(半
導体基板に相当)上に、酸化珪素(SiO2 )または窒
化珪素(SiNx)または酸窒化珪素(SiON)等の
絶縁膜102(絶縁膜に相当)を、CVD,真空蒸着,
スパッタ等の方法により被着する。そしてこの上に、半
導体基板101をエッチング除去したい部分に開口部1
03(第1開口部に相当)を持ったレジストパターン1
04(第1レジストに相当)を形成し、図2(a)の構
造を得る。
ウエットエッチングまたはCF4 ガス等を用いたRIE
エッチング等の方法(化学的エッチングに相当)によ
り、ホトレジスト開口部103部分から絶縁膜102の
一部をエッチング除去し、さらに、クエン酸+過酸化水
素水+水,またはシュセキ酸+過酸化水素水+水,硫酸
+過酸化水素水+水,リン酸+過酸化水素水+水,ブロ
ムメタノール等のエッチング液によるウエットエッチン
グ、または塩素ガス等を用いたRIEエッチング等の方
法により、半導体基板101のメサエッチングを行い、
メサエッチング溝105,106を得る。これにより、
図2(b)の構造を得る。
口部に相当)を持ったレジストパターン109(第2レ
ジストに相当)を形成し、開口部107,108から、
希フッ酸によるウエットエッチングまたはCF4 ガス等
を用いたRIEエッチング等の方法により、絶縁膜10
2の一部を除去し、オーミック電極となるAuGe/N
i/Au等の電極材料110(第1電極の材料に相当)
を電子ビーム蒸着等の真空蒸着等により被着し、図2
(c)の構造を得る。ここで、半導体基板101が露出
したレジスト開口部107,108に被着した電極材料
110がオーミック電極111,112(第1電極に相
当)となる。
をレジスト109をアセトン等の有機溶剤やレジスト剥
離材で溶かすことにより溶解除去し(メタルリフトオフ
法)、図2(d)の構造を得る。そして図2(d)の構
造に熱処理を加えることにより、電極111,112と
半導体基板101とのオーミック性接触を得ることがで
きる。
を持つレジストパターン115(第3レジストに相当)
を形成し、開口部113より希フッ酸,バッファフッ酸
等によるウエットエッチングまたはCF4 ガス等を用い
たRIEエッチング等の方法により、絶縁膜102の一
部をエッチング除去し、さらにその開口部113より半
導体基板101表面のGaAsやInGaAs,InA
lAs等の半導体材料をクエン酸+過酸化水素水+水,
またはシュセキ酸+過酸化水素水+水,硫酸+過酸化水
素水+水,リン酸+過酸化水素水+水,ブロムメタノー
ル等のエッチング液によるウエットエッチング、または
塩素ガス等を用いたRIEエッチング等の方法によるエ
ッチングを行い、その構造上からTi、Al、Auまた
はTi/Al、Ti/Pt/Au等のショットキー電極
材料116(第2電極の材料に相当)を、電子ビーム蒸
着等の真空蒸着等の方法により被着してショットキー電
極114(第2電極に相当)を形成し、図2(e)の構
造を得る。
をアセトン等の有機溶剤やレジスト剥離剤で溶かすこと
により除去し、図2(f)の構造を得る。本第1実施例
によると、メサエッチングのマスクとなるレジスト10
4や、オーミック電極111、112をメタルリフトオ
フで形成するためのフォトレジストを、直接半導体基板
101上に形成するのでは無く、絶縁膜102を介して
形成する。このため、リセスエッチング前に絶縁膜10
2を除去する際、レジストが半導体基板101に残るこ
とや、熱処理の熱や、レジストを化学的にエッチング除
去する際の半導体基板表面の変質を防止することができ
る。また、レジスト残渣によるリセスエッチング深さや
形状のばらつきを防止することができる。またレジスト
残渣の影響の他にも、オーミック電極111,112の
オーミック接触を得るための熱処理や、レジスト剥離工
程で曝される薬液やガス等が原因で発生する基板101
表面の変質、及びその影響によるリセスエッチング深さ
や形状のばらつきも防止できる。
極111、112をソース・ドレインとして用い、ショ
ットキー電極114をゲート電極として用いれば、ME
SFETやHEMT等のFETとして応用できる。また
オーミック電極111、112を接続してカソード電極
として用い、ショットキー電極114をカソード電極と
して用いれば、ショットキーバリアダイオードとして用
いることができる。
造された半導体装置は、図1に示すように半導体基板1
01と、半導体基板101上のメサエッチングされたメ
サエッチング溝105,106に形成された二つのオー
ミック電極111,112(ソース電極,ドレイン電極
に相当)と、半導体基板におけるオーミック電極111
と112との間にリセスエッチングにより形成されたリ
セスエッチング溝119と、このリセスエッチング溝内
に形成されたショットキー電極114(ゲート電極)と
が形成され、更に半導体基板101におけるオーミック
電極111とショットキー電極114との間、及びオー
ミック電極112とショットキー電極114との間に形
成された二つの絶縁膜117,118とを備えている。
りには、表面を保護する目的でパッシベーション膜が付
けられることが行われている。しかし、このようなパッ
シベーション膜をゲート電極形成後に付ける場合、その
パッシベーション膜形成時に非常に大きなパワーで形成
しなければならないため、パッシベーション膜と半導体
基板の界面にプラズマダメージという界面準位が生じ
る。この界面準位は、半導体基板表面に空乏層を生じさ
せ、チャネル断面積を減らしてロスを生じさせる。しか
し、本第1実施例の構成の半導体装置においては、絶縁
膜117,118が半導体装置形成時に同時に形成され
るため、この絶縁膜117,118は、界面と非常に整
った状態で付けられている。従って本第1実施例では、
この絶縁膜117,118を介してパッシベーション膜
が付けることにより、上記ダメージを減少させることが
できる。
図3(a)〜(b)は本実施例によるリセスゲート構造
の製造方法を示す断面図である。すなわち、本実施例と
上記第1実施例との違いは、2段階のリセスエッチング
を行ったことにある。なお、図3(a)に至るまでの工
程は図2(a)〜(d)と同じであるため、重複する工
程についてはその説明を省略する。
上に、開口部206を持つレジストパターン208を形
成し、その開口部206から、希フッ酸,バッファフッ
酸等によるウエットエッチングまたはCF4 ガス等を用
いたRIEエッチング等の方法により、絶縁膜102の
一部をエッチング除去し、さらにその開口部206か
ら、半導体基板201表面のGaAsやInGaAs,
InAlAs等の半導体材料をクエン酸+過酸化水素水
+水,またはシュセキ酸+過酸化水素水+水,硫酸+過
酸化水素水+水,リン酸+過酸化水素水+水,ブロメタ
ノール等のエッチング液によるウエットエッチング、ま
たは塩素ガス等を用いたRIEエッチング等の方法によ
るエッチングを行い、第1のリセスエッチング溝207
を形成し図3(a)の構造を得る。ここで202,20
3はAuGe/Ni/Au等のオーミック電極であり、
204,205は酸化珪素,窒化珪素,酸窒化珪素等の
絶縁膜である。
(b)の構造を得る。さらに図3(b)の構造上に開口
部209をもったレジストパターン214を形成し、開
口部209から、第1のエッチング溝207の半導体基
板表面に露出した、GaAsやInGaAs、InAl
As等の半導体材料をクエン酸+過酸化水素水+水、又
はシュセキ酸+過酸化水素水+水、硫酸+過酸化水素水
+水、リン酸+過酸化水素水+水、ブロメタノール等の
エッチング液によるウエットエッチング、または塩素ガ
ス等を用いたRIEエッチング等の方法によるエッチン
グを行い、第2のリセスエッチング溝210を形成す
る。その構造上からTi、Al、AuまたはTi/A
l、Ti/Pt/Au等のショットキ電極材料を電子ビ
ーム蒸着等の真空蒸着等の方法により被着し、図3
(c)の構造を得る。これにより第2のリセスエッチン
グ溝210中に、ショットキー電極211が形成され
る。
208上のショットキ電極材料を除去し、図3(d)の
構造を得る。このように、図3(a)〜(d)の方法を
用いても、レジストが半導体基板201に残ることや、
熱処理の熱や、レジストを化学的にエッチング除去する
際の半導体基板表面の変質を防止することができる。ま
た、レジスト残渣によるリセスエッチング深さや形状の
ばらつきを防止することができる。またレジスト残渣の
影響の他にも、オーミック電極202,203のオーミ
ック接触を得るための熱処理や、レジスト剥離工程で曝
される薬液やガス等が原因で発生する基板201表面の
変質、及びその影響によるリセスエッチング深さや形状
のばらつきも防止できる。
(f)において、図2(d)の構造をフッ酸+水、フッ
酸+フッ化アンモニュウム+水等のエッチング液に曝す
ことにより、絶縁膜102をエッチング除去しても、メ
サエッチングとオーミック電極形成時のレジスト残渣等
によるリセスエッチングばらつきを防止することができ
る。この場合図2(f)の構造においてショットキ電極
両側の絶縁膜117、118がない構造となる。
(a)〜(d)においても、図3(a)でレジスト20
8を形成する前または図3(b)の段階で、フッ酸+
水、フッ酸+フッ化アンモニュウム+水等により絶縁膜
のエッチングを行っても、メサエッチングとオーミック
電極形成時のレジスト残渣等によるリセスエッチングの
バラツキを防止することができる。この場合図3(d)
の構造においてショットキ電極両側の絶縁膜212、2
13がない構造となる。
2,303はオーミック電極、305,304は絶縁
膜、306はリセスエッチング溝、307はショットキ
ー電極である。図4の構造は、図2(f)の構造におい
てショットキー電極断面形状を下部電極幅に対して上部
電極幅が広い、いわゆるT字形状にしたもので、この構
造をFETのゲートとして用いた場合、ゲート抵抗を小
さくでき雑音指数等の高周波特性を向上することができ
る。
おいてショットキー電極をT字形状にしたもので、40
1は半導体基板、402,403はオーミック電極、4
04,405は絶縁膜、406は第1のリセスエッチン
グ溝、407は第2のエッチング溝、408はショット
キー電極である。なお、図1(l),図2(f),図3
(d),図4,図5の構造を実際のデバイスとして用い
る場合、各構造の上部を窒化珪素等の絶縁膜で覆うこと
で、耐久性を確保することができる。
導体装置の製造方法を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板上に絶縁膜を被着する絶縁膜
被着工程と、 その絶縁膜上に、所定部分に第1開口部を持つ第1レジ
ストを形成する第1レジスト形成工程と、 前記第1開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチ
ング除去する第1エッチング工程と、 前記第1開口部から前記半導体基板にメサエッチングを
行うメサエッチング工程と、 前記半導体基板上に、第1電極の形成部分に第2開口部
を持った第2レジストを形成する第2レジスト形成工程
と、 前記第2開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチ
ング除去する第2エッチング工程と、 前記半導体基板に第1電極の材料を被着する第1電極材
料被着工程と、 前記第2レジストを溶解することにより前記第2レジス
ト上に被着した前記第1電極の材料を除去し、その後、
前記半導体基板を熱処理して前記第1電極を形成する第
1電極形成工程と、 前記半導体基板上に、リセスエッチングしたい部分に第
3開口部を持つ第3レジストを形成し、その第3開口部
より前記絶縁膜の一部をエッチング除去し、その第3開
口部より前記半導体基板をリセスエッチングし、前記半
導体基板上部から第2電極の材料を被着するリセスエッ
チング工程と、 前記第3レジストを溶解することにより前記第3レジス
ト上に被着した前記第2電極の材料を除去する第2電極
形成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。 - 【請求項2】 半導体基板上に絶縁膜を被着する絶縁膜
被着工程と、 その絶縁膜上に、所定部分に第1開口部を持つ第1レジ
ストを形成する第1レジスト形成工程と、 前記第1開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチ
ング除去する第1エッチング工程と、 前記第1開口部から前記半導体基板にメサエッチングを
行うメサエッチング工 程と、 前記半導体基板上に、第1電極の形成部分に第2開口部
を持った第2レジストを形成する第2レジスト形成工程
と、 前記第2開口部から前記絶縁膜の一部を化学的にエッチ
ング除去する第2エッチング工程と、 前記半導体基板に第1電極の材料を被着する第1電極材
料被着工程と、 前記第2レジストを溶解することにより前記第2レジス
ト上に被着した前記第1電極の材料を除去し、その後、
前記半導体基板を熱処理して前記第1電極を形成する第
1電極形成工程と、 前記半導体基板上に、リセスエッチングしたい部分に第
3開口部を持つ第3レジストを形成し、その第3開口部
より前記絶縁膜の一部をエッチング除去し、その第3開
口部より前記半導体基板をリセスエッチングし、その
後、前記第3レジストを除去し、前記半導体基板上に前
記第3開口部よりも狭い第4開口部を持つ第4レジスト
を形成し、その第4開口部より前記半導体基板を更にリ
セスエッチングし、前記半導体基板上部から第2電極の
材料を被着するリセスエッチング工程と、 前記第4レジストを溶解することにより前記第4レジス
ト上に被着した前記第2電極の材料を除去する第2電極
形成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。 - 【請求項3】 前記第1電極は、前記半導体基板とオー
ミック接触する二つのオーミック電極を有し、更に前記
第2電極は、前記二つのオーミック電極の間に形成され
て前記半導体基板とショットキー接触するショットキー
電極を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記第1電極は、前記半導体基板上の前
記メサエッチングされた部分に形成されたソース電極及
びドレイン電極であり、 前記第2電極は、 前記半導体基板における前記ソース電
極と前記ドレイン電極との間に前記リセスエッチングに
より形成されたリセス溝内に形成されたゲート電極であ
り、 前記半導体基板における前記ソース電極と前記ゲート電
極との間、及び前記ド レイン電極と前記ゲート電極との
間に、前記絶縁膜による二つの絶縁膜を形成することを
特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項5】 前記ゲート電極はT字型ゲートであるこ
とを特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。
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JP03435894A JP3509166B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 半導体装置の製造方法 |
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JP03435894A JP3509166B2 (ja) | 1994-03-04 | 1994-03-04 | 半導体装置の製造方法 |
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-
1994
- 1994-03-04 JP JP03435894A patent/JP3509166B2/ja not_active Expired - Fee Related
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