JP2921930B2 - Field effect transistor, method of manufacturing the same, and semiconductor integrated circuit using the same - Google Patents

Field effect transistor, method of manufacturing the same, and semiconductor integrated circuit using the same

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JP2921930B2 JP2163737A JP16373790A JP2921930B2 JP 2921930 B2 JP2921930 B2 JP 2921930B2 JP 2163737 A JP2163737 A JP 2163737A JP 16373790 A JP16373790 A JP 16373790A JP 2921930 B2 JP2921930 B2 JP 2921930B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、電界効果トランジスタ、これを用いた半導
体集積回路およびこの製造方法に係り、特に、動作層と
して砒化ガリウム層(GaAs)などのIII−V化合物半導
体あるいはシリコン(Si)を用いた電界効果トランジス
タに関する。
The present invention relates to a field-effect transistor, a semiconductor integrated circuit using the same, and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a gallium arsenide layer as an operation layer. The present invention relates to a field effect transistor using a III-V compound semiconductor such as GaAs) or silicon (Si).

(従来の技術) 半絶縁性のGaAs基板を用いたショットキー接合ゲート
型電界効果トランジスタ(以下MESFET)は、GaAsのもつ
高い電子移動度のために、シリコン基板を用いた集積回
路では得られない超高速動作を可能とするGaAs IC,LSI
の基本素子として注目されている。
(Prior art) A Schottky junction gate field effect transistor (MESFET) using a semi-insulating GaAs substrate cannot be obtained with an integrated circuit using a silicon substrate due to the high electron mobility of GaAs. GaAs ICs and LSIs that enable ultra-high-speed operation
Are attracting attention as basic elements.

このようなGaAs電界効果トランジスタの高性能化に
は、次の4つの項目が必要となってくる。
To improve the performance of such a GaAs field effect transistor, the following four items are required.

ゲート長を短縮することによりゲート容量Cgを低減す
ると同時に電流駆動力Gmを向上させる。
By shortening the gate length, the gate capacitance Cg is reduced, and at the same time, the current driving force Gm is improved.

入力であるゲートと出力となるドレインとの間の帰還
容量Cgdを低減する。
A feedback capacitance Cgd between a gate as an input and a drain as an output is reduced.

ゲート・ソース間の直列抵抗Rsを低減する。Reduce the series resistance Rs between the gate and the source.

ゲート・ドレイン間の耐圧を確保する。Ensure withstand voltage between gate and drain.

さて、現在のGaAs IC/LSI用の基本素子としては、製
造工程の簡便さおよび高性能化の観点から、第8図
(a)に示すようなセルフアライン構造がごく一般的に
用いられている。
Now, as a basic element for a current GaAs IC / LSI, a self-aligned structure as shown in FIG. 8 (a) is very generally used from the viewpoint of simplification of a manufacturing process and improvement of performance. .

すなわち、第8図(a)に示すように、半絶縁性のGa
As基板1内にn型動作層2が形成され、この上層に高融
点金属からなるゲート電極3が形成され、このゲート電
極3に自己整合的にソースドレインを構成する高濃度の
n+層5a,5bが形成されている。
That is, as shown in FIG.
An n-type operation layer 2 is formed in an As substrate 1, a gate electrode 3 made of a refractory metal is formed on the n-type operation layer 2, and a high-concentration source
n + layers 5a and 5b are formed.

このような構造においては、n+層5a,5bがゲートに近
接して(あるいは接して)形成されているため、Rsが低
減され、電流駆動能力が増大する。
In such a structure, since the n + layers 5a and 5b are formed close to (or in contact with) the gate, Rs is reduced and the current driving capability is increased.

しかしながら、逆にゲートドレイン間に関しても、同
様にゲートと高濃度のn+が近接するため、ゲートドレイ
ン間の容量Cgdが増大すると同時に、ゲートの逆方向耐
圧が低下するといった問題があった。さらにこの構造で
ゲート長さが短縮されると、高濃度で深いn+層の間隔も
同時に狭くなるため、半絶縁性基板1を通してn+層5a,5
b間にリーク電流が流れるようになり、いわゆる短チャ
ネル効果が生じる。
However, conversely, between the gate and the drain, similarly, since the gate and the high-concentration n + are close to each other, there is a problem that the capacitance Cgd between the gate and the drain is increased and the reverse breakdown voltage of the gate is decreased. Further, when the gate length is shortened in this structure, the interval between the high concentration and deep n + layers is also reduced at the same time, so that the n + layers 5a and 5a
A leak current flows between b and a so-called short channel effect occurs.

このような問題を解決するため、第8図(b)に示す
ようないわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造が提案
されている。
In order to solve such a problem, a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure as shown in FIG. 8B has been proposed.

これは、ゲート電極3に自己整合的に、中間的濃度の
n型層4a,4bを形成しておき、さらにゲート電極3に側
壁6を形成した後、これをマスクとして深く高濃度のn+
層5a,5bを形成するものである。
This is a self-aligning manner with the gate electrode 3, n-type layer 4a of intermediate concentration, previously formed to 4b, after further forming the sidewall 6 to the gate electrode 3, deep high concentration as a mask n +
The layers 5a and 5b are formed.

この構造においては、深い高濃度のn+層5a,5bの間隔
がゲート長さよりも側壁幅分だけ拡がることにより短チ
ャネル効果が抑制されると同時に、中間的濃度層である
n型層4a,4bの存在により、ソース抵抗Rsの増大も抑え
ることができる。
In this structure, the short channel effect is suppressed by increasing the distance between the deep high concentration n + layers 5a and 5b by the side wall width from the gate length, and at the same time, the n-type layers 4a and The presence of 4b can also suppress an increase in source resistance Rs.

しかしこの構造においても、中間濃度層のn型層4a,4
bの濃度は動作層2の2〜10倍と大きいため、ゲート・
ドレイン間の容量は増大してしまう。また、Rsをさらに
低減しようとして中間濃度層4a,4bの濃度を増すと、ゲ
ートドレイン間容量が増大してしまうと同時に、ゲート
ドレイン間耐圧も低下してしまうという問題があり、こ
れらのパラメータ間での最適化を行わねばならず、デバ
イス設計の自由度が小さいという問題があった。
However, also in this structure, the n-type layers 4a, 4
Since the concentration of b is as large as 2 to 10 times that of the active layer 2, the gate
The capacitance between the drains increases. Further, if the concentration of the intermediate concentration layers 4a and 4b is increased to further reduce Rs, the capacitance between the gate and the drain increases, and at the same time, the breakdown voltage between the gate and the drain also decreases. In such a case, there is a problem that the degree of freedom in device design is small.

また、ゲートソース間抵抗を低減しつつ、ゲートドレ
イン間容量を低減するとともに、ゲートドレイン間耐圧
を向上するという観点から、第8図(c)に示す非対称
リセス構造が、マイクロ波用や電力用の単体FETで用い
られている。これはn型層をあらかじめ厚く形成してお
き、動作層となる部分をエッチングして段差を設け、そ
のソース側よりにゲート電極を形成するものである。し
かしながら、動作層をエッチングしてFETのしきい値電
圧Vthを調整するという工程は均一性、再現性に乏し
く、特に大規模LSIのように数万個以上のトランジスタ
を1つのチップ上に形成し、かつその中でのVthの均一
性が厳しく要求される場合には用いることは不可能であ
る。
In addition, from the viewpoint of reducing the gate-to-drain capacitance while improving the gate-to-drain withstand voltage while reducing the gate-to-source resistance, the asymmetric recess structure shown in FIG. Is used in a single FET. In this method, an n-type layer is formed thick in advance, a portion serving as an operation layer is etched to form a step, and a gate electrode is formed from the source side. However, the process of adjusting the threshold voltage Vth of the FET by etching the operation layer is poor in uniformity and reproducibility. In particular, tens of thousands or more transistors are formed on one chip like a large-scale LSI. It cannot be used when the Vth uniformity is strictly required.

そこで、セルフアライン型でこのような非対称構造を
実現した例が最近報告されている(M.Muraguchi et al.
1986 SSDM c−7−1 pp379−382 Solid−State Device
and Materials)。
Thus, an example in which such an asymmetric structure is realized by a self-aligned type has recently been reported (M. Muraguchi et al.
1986 SSDM c-7-1 pp379-382 Solid-State Device
and Materials).

しかしながら、この方法では、イオン注入時の注入角
度によるシャドウイング効果を利用するため、ウェハ上
でのソースドレインの方向が決められてしまう。このた
め設計の自由度が大幅に損なわれると同時に、多数のFE
Tを集積化するLSIではチップサイズが極めて大きくなっ
てしまい、歩留まりの低下、生産性の低下につながると
いう問題があった。
However, in this method, the direction of the source / drain on the wafer is determined because the shadowing effect based on the implantation angle at the time of ion implantation is used. This greatly impairs the degree of freedom of design, and at the same time increases the number of FEs.
In LSIs integrating T, there is a problem that the chip size becomes extremely large, leading to a reduction in yield and a reduction in productivity.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来のGaAs FETでは、性能を決定する要
因、すなわち、 ゲート長短縮に伴うゲート容量Cgの低減、電流駆動力
Gmの向上。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional GaAs FET, the factors that determine the performance, that is, the reduction of the gate capacitance Cg due to the shortening of the gate length and the current driving force
Gm improvement.

ゲートドレイン帰還容量Cgdの低減。Reduction of gate-drain feedback capacitance Cgd.

ゲート・ソース間直列抵抗Rsの低減。Reduction of gate-source series resistance Rs.

ゲート・ドレイン間の耐圧の向上。Improved withstand voltage between gate and drain.

の4項目を満たし、なおかつ大規模集積回路に適用可能
な、簡便性、均一性、再現性を兼ね備えたFET構造を実
現することは極めて困難であった。
It has been extremely difficult to realize an FET structure that satisfies the above four items and has simplicity, uniformity, and reproducibility applicable to large-scale integrated circuits.

これらのうち、ゲートドレイン帰還容量Cgdの低減
については、特にSLCF(Schottky diode level shiftor
capasitorc couppled FET logic)回路やDCFL(Direct
couppled FET logic)回路など、第1の電界効果トラ
ンジスタと第2電界効果トランジスタとを直接接続し
て、前記第1のトランジスタをインバータのスイッチン
グ素子に用いた集積回路において、動作速度を決定する
重要な因子になっている。
Among these, regarding reduction of the gate-drain feedback capacitance Cgd, especially for SLCF (Schottky diode level shiftor)
capasitorc couppled FET logic) circuit and DCFL (Direct
In an integrated circuit in which a first field-effect transistor and a second field-effect transistor are directly connected to each other, such as a couppled FET logic circuit, and the first transistor is used as a switching element of an inverter, it is important to determine an operation speed. It is a factor.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、上記4
項目を満たし、高性能のMESFETを提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and
The objective is to meet the requirements and provide a high-performance MESFET.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) そこで本発明の第1では、ソース側領域には、ゲート
電極に自己整合的に中間的不純物濃度を持つn型層が形
成されるとともにさらにゲート電極端部から所定の間隔
をおいた位置に、深く高不純物濃度のn+層が形成されて
おり、ゲート電極直下の動作層とドレインn+層との間は
動作層と同一の不純物濃度および深さの導電層により接
続されている。
(Means for Solving the Problems) In the first aspect of the present invention, an n-type layer having an intermediate impurity concentration is formed in the source side region in a self-aligned manner with the gate electrode, and furthermore, from the end of the gate electrode. An n + layer having a high impurity concentration is formed deeply at predetermined intervals, and a conductive layer having the same impurity concentration and depth as the operating layer is provided between the operating layer and the drain n + layer immediately below the gate electrode. Connected by layers.

すなわち、ゲート電極から所定の間隔を隔てて高不純
物濃度半導体のソース・ドレイン領域が形成されるとと
もに、動作層とソース領域との間に不純物濃度が動作層
よりも高く、ソース領域よりも低い中間濃度層が形成さ
れ、一方、ドレイン領域は動作層に直接接続して形成さ
れている。
That is, a source / drain region of a high impurity concentration semiconductor is formed at a predetermined interval from the gate electrode, and an impurity concentration between the operation layer and the source region is higher than that of the operation layer and lower than the source region. A concentration layer is formed, while the drain region is formed directly connected to the active layer.

また本発明の第2では、本発明の第1のトランジスタ
を用いて、SLCF回路やDCFL回路など、第1の電界効果ト
ランジスタと第2電力効果トランジスタとを直接接続し
て、前記第1の発明のトランジスタをスイッチング素子
に用いて集積回路を構成するようにしている。
In a second aspect of the present invention, a first field effect transistor and a second power effect transistor, such as an SLCF circuit and a DCFL circuit, are directly connected to each other by using the first transistor of the first aspect of the present invention. These transistors are used as switching elements to form an integrated circuit.

製造に際しては、従来のLDD構造のFETの工程中におい
て中間濃度層をイオン注入する際に、ゲート電極の両側
のソース・ドレイン領域に相当する領域のうち少なくと
もソース領域から前記動作層上にわたって開孔したマス
ク材を形成した後にイオン注入を行う。
At the time of manufacturing, when ion implantation of the intermediate concentration layer is performed during the process of the conventional LDD structure FET, holes are formed from at least the source region to the operation layer of the region corresponding to the source / drain regions on both sides of the gate electrode. After the formed mask material is formed, ion implantation is performed.

また、マスクを形成した後、ゲート電極のソース側の
みの側壁を除去し、マスク材を除去後中間濃度層のイオ
ン注入を行う。
After the mask is formed, the side wall only on the source side of the gate electrode is removed, and after removing the mask material, ion implantation of the intermediate concentration layer is performed.

(作用) 従来のLDD構造のFETでは、ゲートに自己整合的に形成
されつ中間濃度層の濃度および深さは、ゲート・ソース
間の寄生抵抗と、ゲート・ドレイン間の逆方向耐圧とい
う相反するパラメータ間の最適化を必要としていたが、
中間濃度層はソース側のみに形成されているため、濃度
深さ等の設計の際にドレイン耐圧を考慮する必要がな
く、設計に自由度が拡がり、結果としてゲート・ソース
間抵抗Rsをより小さくすることができる。
(Function) In a conventional FET having an LDD structure, the concentration and depth of the intermediate concentration layer formed in the gate in a self-aligned manner conflict with the parasitic resistance between the gate and the source and the reverse breakdown voltage between the gate and the drain. Needed optimization between parameters,
Since the intermediate concentration layer is formed only on the source side, there is no need to consider the drain breakdown voltage when designing the concentration depth, etc., and the degree of freedom in the design is increased, and as a result, the gate-source resistance Rs is reduced. can do.

また、従来のLDD構造の場合に比べ、ドレイン側の中
間濃度層がないため、ゲート長を短縮することができゲ
ート容量Cgを低減すると同時に電流駆動力Gmを向上させ
ることが可能となる。
Further, compared with the conventional LDD structure, since there is no intermediate concentration layer on the drain side, the gate length can be reduced, the gate capacitance Cg can be reduced, and at the same time, the current driving force Gm can be improved.

また、このトランジスタは、ゲート・ドレイン間の容
量が特に重大な因子となるSLCF回路やDCFL回路など、第
1の電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタ
とを直接接続して、この第1のトランジスタをインバー
タのスイッチング素子に用いて集積回路を形成する際に
有効である。すなわちゲートドレイン間容量は、このDC
FL回路のスイッチングFETの場合、入力−出力間の帰還
容量として働く。このため、これを低減することはゲー
トソース間のそれに比べ高速動作性に対しては2倍程度
の寄与がありその効果は極めて大きいものとなる。
In addition, this transistor directly connects a first field-effect transistor and a second field-effect transistor, such as an SLCF circuit or a DCFL circuit, in which capacitance between a gate and a drain is a particularly important factor, Is effective in forming an integrated circuit by using the as a switching element of an inverter. That is, the capacitance between the gate and drain is
In the case of the switching FET of the FL circuit, it works as a feedback capacitance between the input and the output. Therefore, reducing this has about twice the contribution to high-speed operability as compared with that between the gate and the source, and the effect is extremely large.

また、製造に際しては、従来のLDD構造のFETの工程中
において中間濃度層をイオン注入する際に、ゲート電極
上にパターンエッジを有しドレイン側をイオン注入から
保護するマスク材を形成する工程を付加するのみでよ
く、極めて容易に制御性よく形成することができる。
Also, in the manufacturing process, when ion-implanting the intermediate concentration layer during the conventional LDD structure FET process, a step of forming a mask material having a pattern edge on the gate electrode and protecting the drain side from ion implantation is performed. It is only necessary to add, and it can be formed very easily with good controllability.

また、これにより、0.2μm程度のゲート長のFETまで
実現可能である。
This also makes it possible to realize an FET having a gate length of about 0.2 μm.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細
に説明する、 実施例1 第1図は、本発明実施例のGaAs MESFETの断面構造図
である。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Embodiment 1 FIG. 1 is a cross-sectional structural view of a GaAs MESFET of an embodiment of the present invention.

このGaAs MESFETは、ゲート電極3のソース側領域
に、自己整合的に中間的濃度を持つ深さ0.2μm、濃度
7×1017cm-3のn型層4が形成されるとともにさらにゲ
ート電極端部から距離d1だけ離れた位置に高濃度で深い
(深さ0.3μm、濃度2×1018cm-3)のn+層5aが形成さ
れており、一方ドレイン側は、ゲート電極端からd1とほ
ぼ等しい距離d2(d1〜d2)だけ離れた位置にn+ソース領
域と同じ深さおよび濃度のn+型ドレイン領域5bが形成さ
れており、ゲート電極直下の動作層2とこのn+型ドレイ
ン領域5bの間はn-型動作層が延長されて電気的に接続さ
れている。
In this GaAs MESFET, an n-type layer 4 having a depth of 0.2 μm and a concentration of 7 × 10 17 cm -3 having an intermediate concentration is formed in a source-side region of the gate electrode 3 in a self-aligned manner, and further, a gate electrode end is formed. A high concentration and deep (depth 0.3 μm, concentration 2 × 10 18 cm −3 ) n + layer 5a is formed at a position apart from the portion by a distance d1, while the drain side is d1 from the gate electrode end. distance approximately equal d2 (D1 to d2) n + -type drain region 5b of the same depth and concentration as n + source region away only is formed, the active layer 2 Toko immediately below the gate electrode n + -type drain The n -type operation layer is extended and electrically connected between the regions 5b.

このFETは高濃度で深いn+層であるソースドレイン領
域5a,5b間がゲート長さlgに加えd1+d2だけ離れて形成
されるため、半絶縁性基板を通してソースドレイン領域
5a,5b間を流れるリーク電流が低減される。このためゲ
ート長の短縮が可能となり、ゲート容量Cgが低減される
と共に、電流駆動力gmが向上する。
Because the FET is a source drain region 5a is a deep n + layer at a high concentration, between 5b are formed apart added d1 + d2 in the gate length l g, source drain regions through the semi-insulating substrate
The leakage current flowing between 5a and 5b is reduced. Therefore it is possible to shorten the gate length, a gate capacitance Cg is reduced, thereby improving the current drivability g m.

また、ゲート電極3とソース領域5aの間に中間濃度層
4が存在するため、ソース抵抗Rsが低減され、電流駆動
力gmが向上する。
Further, since the intermediate density layer 4 is present between the gate electrode 3 and the source region 5a, the source resistance Rs is reduced, thereby improving the current drivability g m.

ゲート電極のドレイン端に注目すると、ソース端は動
作層2に比べて高濃度の中間濃度層4に接しているのに
対し、ドレイン端では中間濃度層4が存在せず、比較的
低濃度の動作層2に接しているのみである。このため、
中間濃度層4が存在する場合に比べてゲート電極のドレ
イン端の不純物濃度が大幅に低減されていることにな
り、その結果ゲートドレイン間の接合容量が大幅に低減
される。このゲートドレイン間容量は、このDCFL回路の
スイッチングFETの場合、入力−出力間の帰還容量とし
て働くため、これを低減することはゲートソース間のそ
れに比べ高速動作性に対しては2倍程度の寄与がありそ
の効果は大である。
Paying attention to the drain end of the gate electrode, the source end is in contact with the intermediate-concentration layer 4 having a higher concentration than the operating layer 2, whereas the drain end does not have the intermediate-concentration layer 4 and has a relatively low concentration. It is only in contact with the operation layer 2. For this reason,
As compared with the case where the intermediate concentration layer 4 exists, the impurity concentration at the drain end of the gate electrode is significantly reduced, and as a result, the junction capacitance between the gate and the drain is greatly reduced. In the case of the switching FET of this DCFL circuit, this gate-drain capacitance acts as a feedback capacitance between the input and the output, so reducing it is about twice as fast as that between the gate and the source for high-speed operation. There is a contribution and the effect is great.

さらにゲート電極のドレイン端の不純物濃度が大幅に
低減されている結果、ゲートドレイン間のショットキ逆
方向特性、特にブレークダウン電圧が大幅に向上すると
いう効果がある。
Further, as a result of the drastic reduction of the impurity concentration at the drain end of the gate electrode, there is an effect that the Schottky reverse characteristics between the gate and the drain, particularly the breakdown voltage, are greatly improved.

また、従来のLDD構造では中間濃度層の深さや濃度の
設定がソース側の直列抵抗Rsとドレイン側のゲート逆方
向対圧の両者を考慮して決定されなければならなかった
ため、自由度が小さかったのに対し、本発明の構造で
は、ドレイン側のゲート耐圧を考慮する必要がなく、設
計の自由度が大きいという利点もある。すなわち、この
例では、短チャネル効果を増長しない範囲で中間濃度層
4を深く高濃度に設定することができ、結果としてソー
ス抵抗を低減することができる。
Further, in the conventional LDD structure, the depth and concentration of the intermediate concentration layer had to be determined in consideration of both the source-side series resistance Rs and the drain-side gate reverse pressure, so that the degree of freedom was small. On the other hand, the structure of the present invention does not need to consider the gate breakdown voltage on the drain side, and has an advantage that the degree of freedom in design is large. That is, in this example, the intermediate concentration layer 4 can be set deeply and at a high concentration within a range where the short channel effect is not increased, and as a result, the source resistance can be reduced.

次にこのGaAs FETの製造工程について説明する。 Next, a manufacturing process of the GaAs FET will be described.

まず、第2図(a)に示すように、半絶縁性のGaAs基
板1の表面に、選択的イオン注入法によりFETの動作層
となるn-型層2を形成したのち、窒化タングステン(W
N)からなるゲート金属を膜厚5000Åとなるように堆積
し、エッチング加工することによりゲート電極3を形成
する。このときn-型層のイオン注入条件は、例えばしき
い値電圧(Vth)が0〜+0.1V程度のノーマリオフ型のF
ETを得たい場合には、Si+イオンを加速電圧50keV、ドー
ズ量1.3×1012/cm2程度に設定する。
First, as shown in FIG. 2 (a), an n -type layer 2 serving as an FET operation layer is formed on the surface of a semi-insulating GaAs substrate 1 by a selective ion implantation method, and then tungsten nitride (W) is used.
A gate metal made of N) is deposited so as to have a film thickness of 5000 °, and the gate electrode 3 is formed by etching. At this time, the ion implantation conditions for the n -type layer are, for example, a normally-off type F having a threshold voltage (Vth) of about 0 to +0.1 V.
To obtain ET, Si + ions are set at an acceleration voltage of 50 keV and a dose of about 1.3 × 10 12 / cm 2 .

また、例えばVthが−0.6V程度のFETを得たい場合に
は、ドース量を2.5×1012/cm2程度に設定する。なお、
ここでゲート長は0.8μmとした。
For example, when it is desired to obtain an FET having a Vth of about −0.6 V, the dose is set to about 2.5 × 10 12 / cm 2 . In addition,
Here, the gate length was 0.8 μm.

続いて、第2図(b)に示すように、ソース領域に相
当する部分のみに開口を有するレジストパターン8を形
成し、これをマスクとして例えば50KeV,1×1013cm-2
条件でSi+イオンをイオン注入することにより、中間濃
度層4を形成する。ここでFETのドレインとなる領域を
フォトレジストでマスクしてイオン注入を行う訳である
が、レジストパターン8のエッジがゲート電極3の上部
に形成されていば良く、プロセスのばらつきを気にする
ことなく適用することができる。また、現状一般的に使
用されている縮小投影露光装置の位置合わせ精度が±0.
2μm程度であるため、ゲート長さが0.4〜0.5μm程度
までは、精度良く形成することが可能となる。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a resist pattern 8 having an opening only in a portion corresponding to the source region is formed, and the resist pattern 8 is used as a mask under conditions of, for example, 50 KeV and 1 × 10 13 cm −2. The intermediate concentration layer 4 is formed by ion implantation of + ions. Here, ion implantation is performed by masking the region serving as the drain of the FET with a photoresist. It is sufficient that the edge of the resist pattern 8 is formed above the gate electrode 3 and care must be taken of process variations. Can be applied without. In addition, the positioning accuracy of the currently used reduction projection exposure apparatus is ± 0.
Since it is about 2 μm, it can be formed with high accuracy up to a gate length of about 0.4 to 0.5 μm.

次に、第2図(c)に示すように、レジストパターン
8を除去し、プラズマCVD法など段差被覆性に優れた方
法で酸化シリコン膜を膜厚0.4μm程度堆積した後、反
応性イオンエッチング(RIE)等の異方性エッチングに
より垂直方向に膜厚相当分だけエッチングすることによ
り、ゲート電極の側壁にのみ酸化シリコン膜7を残置さ
せる。このとき側壁に残置する酸化シリコン膜7の幅は
堆積膜厚で決まるが、ここでは約0.3μmであった。
Next, as shown in FIG. 2 (c), the resist pattern 8 is removed, and a silicon oxide film having a thickness of about 0.4 μm is deposited by a method having excellent step coverage such as a plasma CVD method. The silicon oxide film 7 is left only on the side wall of the gate electrode by performing etching by an amount equivalent to the film thickness in the vertical direction by anisotropic etching such as (RIE). At this time, the width of the silicon oxide film 7 remaining on the side wall is determined by the deposited film thickness, but is about 0.3 μm here.

続いて、第2図(d)に示すように、レジストパター
ン9を形成し、これをマスクとして例えば120KeV,3×10
13cm-2の条件でSi+イオンをイオン注入することによ
り、ソース領域5aおよびドレイン領域5bを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (d), a resist pattern 9 is formed, and using this as a mask, for example, 120 KeV, 3 × 10
The source region 5a and the drain region 5b are formed by implanting Si + ions under the condition of 13 cm −2 .

そして、第2図(e)に示すようにレジストパターン
9を除去した後、イオン注入層活性化のためのアニール
を行い(800〜900℃)、最後にAuGe合金からなるソース
電極6aおよびドレイン電極6bを形成して本発明実施例の
FETが完成する。
Then, after removing the resist pattern 9 as shown in FIG. 2 (e), annealing for activating the ion implantation layer is performed (800-900 ° C.), and finally, the source electrode 6a and the drain electrode 6 made of AuGe alloy. 6b to form an embodiment of the present invention.
FET is completed.

この方法によれば、中間濃度層4を有するソース領域
と中間濃度層4を有さないドレイン領域とを、中間濃度
層を形成する際のマスクパターンのみで決定できるた
め、斜めイオン注入法を用いた場合に生じるソースドレ
インの方向が一義的に決定されるというような不都合は
ない。
According to this method, the source region having the intermediate concentration layer 4 and the drain region having no intermediate concentration layer 4 can be determined only by the mask pattern when forming the intermediate concentration layer. There is no inconvenience that the direction of the source / drain that occurs when it is determined is uniquely determined.

従って、例えばソースとドレインの方向あるいはゲー
トの角度等がランダムに存在する場合にも容易に適用可
能であり、設計の自由度を制限したりチップサイズの増
大をまねいたりすることがないため高集積化が容易とな
る。
Therefore, the present invention can be easily applied even when, for example, the direction of the source and the drain or the angle of the gate exists at random, and does not limit the degree of freedom of design or increase the chip size. It becomes easy.

また、従来のLDD構造を実現するための工程に1回の
フォトレジストパターンを形成する工程を追加するのみ
で可能であり、製造コストの増大を避けることができ
る。
Further, it is possible only by adding a single step of forming a photoresist pattern to a step for realizing a conventional LDD structure, and it is possible to avoid an increase in manufacturing cost.

加えて、この方法では、従来のセルフアライン型FET
あるいはLDD型FETと同様、例えばイオン注入とアニール
のみで形成でき、動作層をエッチングするというような
工程を必要としないため、FET特性の均一性および再現
性を容易に得ることができ、高集積化が容易である。
In addition, this method uses a conventional self-aligned FET.
Or, like the LDD type FET, it can be formed only by ion implantation and annealing, for example, and does not require a step of etching the operation layer, so that uniformity and reproducibility of FET characteristics can be easily obtained, and high integration Conversion is easy.

実施例2 次に本発明の第2の実施例としてGaAs MESFETの他の
製造方法について説明する。
Embodiment 2 Next, another method of manufacturing a GaAs MESFET will be described as a second embodiment of the present invention.

半絶縁性のGaAs基板1の表面に、選択的イオン注入法
によりFETの動作層となるn-型層2を形成したのち、窒
化タングステン(WN)からなるゲート金属を膜厚5000Å
となるように堆積し、エッチング加工することによりゲ
ート電極3を形成する工程までは実施例1で第2図
(a)に示した工程と同様である(第3図(a))。
After forming an n -type layer 2 serving as an FET operation layer on the surface of a semi-insulating GaAs substrate 1 by a selective ion implantation method, a gate metal made of tungsten nitride (WN) is formed to a thickness of 5000Å.
The steps up to the step of forming the gate electrode 3 by depositing and etching to be as follows are the same as the steps shown in FIG. 2A in the first embodiment (FIG. 3A).

続いて、第3図(b)に示すように、プラズマCVD法
など段差被覆性に優れた方法で酸化シリコン膜7を膜厚
0.6μm程度堆積した後、ソースドレイン領域の外側端
に相当する部分を外縁とする開口を有するレジストパタ
ーン8を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), the silicon oxide film 7 is formed by a method excellent in step coverage such as a plasma CVD method.
After depositing about 0.6 μm, a resist pattern 8 having an opening whose outer edge corresponds to the outer end of the source / drain region is formed.

この後第3図(c)に示すように、反応性イオンエッ
チング(RIE)等の異方性エッチングにより垂直方向に
膜厚相当分だけエッチングすることにより、レジストパ
ターン8の下およびゲート電極の側壁にのみ酸化シリコ
ン膜7を残置させ、ソースドレイン領域に相当する部分
の酸化シリコン膜9を除去し、これをマスクとして例え
ば100KeV,5×1013cm-2の条件でSi+イオンをイオン注入
することにより、高濃度のソース領域5aおよびドレイン
領域5bを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (c), the film is etched by a thickness corresponding to the film thickness in the vertical direction by anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE), thereby forming the resist pattern 8 and the side wall of the gate electrode. Only, the silicon oxide film 9 is removed from the portion corresponding to the source / drain region, and using this as a mask, Si + ions are ion-implanted under the conditions of, for example, 100 KeV and 5 × 10 13 cm −2. As a result, a high concentration source region 5a and drain region 5b are formed.

そしてさらに第3図(d)に示すように、レジストパ
ターン8を除去し、ソース側のみ開口を有するレジスト
パターン9を形成し、これをマスクとしてソース側の側
壁絶縁膜7をエッチング除去した後、例えば50KeV,1×1
013cm-2の条件でSi+イオンをイオン注入することによ
り、中間濃度層4を形成する。ここでFETのドレイン領
域をフォトレジストでマスクしてイオン注入を行う訳で
あるが、レジストパターン9のエッジがゲート電極3に
かかっていればよく、またソース側に形成されるレジス
トパターンはソース領域の外側にある酸化シリコン膜7
を覆うように形成するのが望ましい。かりにソース領域
の外側にある酸化シリコン膜7が露呈していると、側壁
絶縁膜のエッチングに際し、この部分の酸化シリコン膜
もエッチングされてしまい、中間濃度層のイオン注入に
際し、ソース領域が拡がってしまい、隣接する素子との
分離特性等に悪影響を及ぼす可能性があるためである。
Then, as shown in FIG. 3D, the resist pattern 8 is removed, a resist pattern 9 having an opening only on the source side is formed, and the side wall insulating film 7 on the source side is removed by etching using this as a mask. For example, 50 KeV, 1 × 1
The intermediate concentration layer 4 is formed by implanting Si + ions under the condition of 13 cm −2 . Here, the ion implantation is performed by masking the drain region of the FET with a photoresist. The edge of the resist pattern 9 may be applied to the gate electrode 3, and the resist pattern formed on the source side may be the source region. Silicon oxide film 7 outside
Is desirably formed so as to cover. On the other hand, if the silicon oxide film 7 outside the source region is exposed, the silicon oxide film in this portion is also etched when the sidewall insulating film is etched, and the source region is expanded when the ion implantation of the intermediate concentration layer is performed. This is because there is a possibility that the isolation characteristics from the adjacent element may be adversely affected.

そして、第3図(e)に示すようにレジストパターン
9を除去した後、イオン注入層活性化のためのアニール
を行い(800〜900℃)、最後にAuGe合金からなるソース
電極6aおよびドレイン電極6bを形成して本発明実施例の
FETが完成する。
Then, as shown in FIG. 3E, after removing the resist pattern 9, annealing for activating the ion implantation layer is performed (800 to 900 ° C.), and finally, the source electrode 6a and the drain electrode made of AuGe alloy. 6b to form an embodiment of the present invention.
FET is completed.

この例においては、中間濃度層4の形成のためのイオ
ン注入に際し、ドレイン側を覆うパターンのエッジが必
ずしもゲート電極3上に形成されていなくても同様のト
ランジスタを形成することが可能である。
In this example, a similar transistor can be formed even when the edge of the pattern covering the drain side is not necessarily formed on the gate electrode 3 during ion implantation for forming the intermediate concentration layer 4.

すなわち、第3図(d)に示した、ソース側のみ開口
を有するレジストパターン9を形成する際に、第4図
(a)に示すように、ドレイン側を覆うレジストパター
ン9のエッジがゲート電極上ではなくソース側の側壁絶
縁膜7上に形成する場合を考えてみよう。
That is, when the resist pattern 9 having an opening only on the source side shown in FIG. 3D is formed, as shown in FIG. 4A, the edge of the resist pattern 9 covering the drain side becomes the gate electrode. Let's consider a case where it is formed on the side wall insulating film 7 on the source side instead of the above.

この場合、第4図(b)に示すようにこのレジストパ
ターン9をマスクとしてソース側の側壁絶縁膜7を等方
性エッチングでエッチング除去した後、引き続いてこの
レジストパターン9を除去し、第4図(c)に示すよう
に、この酸化シリコン膜7とゲート電極3とをマスクと
して例えば50KeV,1×1013cm-2の条件でSi+イオンをイオ
ン注入することにより、中間濃度層4を形成し、実施例
2と同様のFETを得ることができる。
In this case, as shown in FIG. 4 (b), after using the resist pattern 9 as a mask, the side wall insulating film 7 on the source side is removed by isotropic etching, and subsequently, the resist pattern 9 is removed. As shown in FIG. 4C, the silicon oxide film 7 and the gate electrode 3 are used as masks to implant the Si + ions under the conditions of, for example, 50 KeV and 1 × 10 13 cm −2 , thereby forming the intermediate concentration layer 4. Thus, an FET similar to that of the second embodiment can be obtained.

このときFET以外の領域では、酸化シリコン膜7がイ
オン注入時のマスクとなるが、中間濃度層4のイオン注
入深さは0.1〜0.3μm程度であるため、酸化シリコン膜
7の膜厚が0.4〜0.5μm程度であると十分に注入イオン
を阻止することができる。
At this time, in a region other than the FET, the silicon oxide film 7 serves as a mask at the time of ion implantation. However, since the ion implantation depth of the intermediate concentration layer 4 is about 0.1 to 0.3 μm, the thickness of the silicon oxide film 7 is 0.4 μm. When the thickness is about 0.5 μm, the implanted ions can be sufficiently prevented.

このような工程でFETを製造する場合は、ドレイン側
を覆うレジストパターン9のパターンエッジは、ソース
側の側壁絶縁膜7およびゲート電極3上のどこかにあれ
ばよい。このため例えば、側壁幅を0.3μm、パターン
形成に用いる露光装置の重ね合わせ精度を0.25μmとし
た場合、レジストパターンエッジの存在が許容される領
域は0.5μmとなるため、0.2μm程度の極めて微細なゲ
ート長を持つFETにも適用可能である。
When the FET is manufactured in such a process, the pattern edge of the resist pattern 9 covering the drain side may be located anywhere on the source-side sidewall insulating film 7 and the gate electrode 3. Therefore, for example, when the side wall width is 0.3 μm and the overlay accuracy of the exposure apparatus used for pattern formation is 0.25 μm, the region where the resist pattern edge is allowed is 0.5 μm, and the extremely fine area of about 0.2 μm It is also applicable to FETs having various gate lengths.

比較のために、従来のLDD構造のFETを作成した。 For comparison, a conventional LDD structure FET was created.

この際、中間濃度層4のイオン注入条件はLDD構造で
は、50KeV,5×1012cm-2の条件でSi+イオンをイオン注入
した。このように本発明の約半分の濃度となっているの
は、これはLDD構造ではゲートドレイン間耐圧の問題か
ら中間濃度層の濃度をあまり上げられないのに対し、本
発明ではその制約がないため、ゲート・ソース間抵抗Rs
を十分下げるように条件を設定することができるためで
ある。
At this time, the ion implantation condition of the intermediate concentration layer 4 was 50 KeV and 5 × 10 12 cm −2 in the LDD structure, and Si + ions were implanted. As described above, the concentration is about half that of the present invention. This is because in the LDD structure, the concentration of the intermediate concentration layer cannot be increased so much due to the problem of the gate-drain breakdown voltage, but the present invention has no limitation. Therefore, the gate-source resistance Rs
This is because the condition can be set so as to sufficiently reduce.

その結果、ゲートソース間の抵抗Rsは、従来のLDD構
造では0.35Ω・mmであったのに対し、本発明のものは0.
25Ω・mmと約30%低くなっており、その結果、5極管領
域でのgmはLDD構造のものが300ms/mmであったのに対
し、350ms/mmに向上した。また、本発明のFETではゲー
トドレイン間抵抗が若干増加するため、3極管領域での
特性劣化が懸念されるが、Vd=0.02V,Vg=0Vでのオン抵
抗(ソースドレイン間抵抗)を測定した結果、ゲート幅
Wg=20μmのFETにおいてはLDD構造のFET、本発明のFET
ともに250Ωであり、ほぼ同じであった(Vth=−0.6Vの
FETの場合)。これは本発明のFETでは、ドレイン側の抵
抗が増大する分、ソース側の中間濃度層の濃度を上げ、
抵抗を下げた分で相殺されたためである。
As a result, the resistance Rs between the gate and the source was 0.35 Ωmm in the conventional LDD structure, whereas the resistance Rs in the present invention was 0.35 Ωmm.
25 [Omega] · mm and has become approximately 30% lower, as a result, g m in the pentode region whereas those of LDD structure was 300 ms / mm, was improved to 350 ms / mm. Further, in the FET of the present invention, the resistance between the gate and the drain is slightly increased, so there is a concern that the characteristics may deteriorate in the triode region. However, the on-resistance (resistance between the source and the drain) at Vd = 0.02V and Vg = 0V is reduced. Measurement results, gate width
In the FET of W g = 20 μm, the FET of the LDD structure, the FET of the present invention
Both were 250Ω, almost the same (Vth = −0.6V
FET). This is because, in the FET of the present invention, the concentration of the intermediate concentration layer on the source side is increased by the amount corresponding to the increase in the resistance on the drain side.
This is because they were offset by the reduced resistance.

さらに、ゲートドレイン間逆方向耐圧に関しては、LD
D構造のものが約6Vであったのにたいし、本発明では8.5
Vと大幅に改善され、印加可能なドレイン電圧が大幅に
向上した。これはゲートのドレイン端が接する部分の濃
度がLDDでは中間濃度層と動作層の両者で形成されてい
るのに対し、本発明では動作層のみであり、約1/2.5に
低減されている結果である。
Further, regarding the reverse breakdown voltage between the gate and the drain, LD
In the present invention, while the voltage of the D structure was about 6 V, 8.5
V is greatly improved, and the applicable drain voltage is greatly improved. This is because the concentration of the portion where the drain end of the gate is in contact with the LDD is formed by both the intermediate concentration layer and the active layer in the LDD, but is reduced to about 1 / 2.5 in the present invention only in the active layer. It is.

実施例3 次に本発明の第3の実施例として、第5図に等価回路
図を示すようにDCFL回路のスイッチングFETとして本発
明のGaAs MESFETを用いた例について説明する。
Embodiment 3 Next, as a third embodiment of the present invention, an example in which a GaAs MESFET of the present invention is used as a switching FET of a DCFL circuit as shown in an equivalent circuit diagram in FIG. 5 will be described.

すなわち、この例はインバータを構成するもので、負
荷の定電流源となるデプレッション型FET Tr1としては
従来のLDD構造のFETを用い、スィッチング用のエンハン
スメント型FET Tr2としては本発明のFETを用いたもので
ある。
In other words, this example constitutes an inverter, and uses a conventional LDD structure FET as a depletion type FET Tr1 serving as a constant current source of a load, and uses the FET of the present invention as an enhancement type FET Tr2 for switching. Things.

このFET Tr2の構造としては第1図に示した物とまっ
たく同様に構成した。
The structure of the FET Tr2 was exactly the same as that shown in FIG.

実施例2の末尾で説明したように、このFETのオン抵
抗は従来のLDD構造のFETとほぼ同じであるため、インバ
ータのノイズマージンは、従来のLDD構造のトランジス
タと用いた場合とほぼ等しく、190mVであった。
As described at the end of the second embodiment, the on-resistance of this FET is almost the same as that of the conventional LDD structure FET, so that the noise margin of the inverter is almost equal to that of the conventional LDD structure transistor. It was 190 mV.

しかしながら動作速度に関しては、インバータ1段あ
たりの消費電力1.0mW/gate(Vdd=2.0V)の条件下で、L
DD型のFETが26ps/gateであるのに対し、本発明FETをス
イッチングFETとして用いた第5図のインバータは19ps/
gateと、約27%も改善された。
However, regarding the operating speed, under the condition of power consumption per inverter of 1.0 mW / gate (Vdd = 2.0 V), L
The DD type FET is 26 ps / gate, whereas the inverter of FIG. 5 using the FET of the present invention as a switching FET is 19 ps / gate.
The gate has improved by about 27%.

これはゲート電極のドレイン端の不純物濃度が低減さ
れた結果、インバータの帰還容量として働くゲート・ド
レイン間容量が低減されたためである。
This is because the gate-drain capacitance acting as the feedback capacitance of the inverter was reduced as a result of the reduced impurity concentration at the drain end of the gate electrode.

実施例4 なお、前記実施例では、基板表面に動作層を形成し、
イオン注入により基板内にソースドレイン層を形成した
例について説明したが、この構造に限定されることな
く、第6図(a)乃至第6図(e)にその製造工程図を
示すように、ソース側の動作層内にのみ中間濃度層を形
成すると共に、基板表面にソースドレイン領域を選択的
にエピタキシャル成長法により成長せしめた高濃度領域
で構成するようにしてもよい。
Embodiment 4 In the above embodiment, an operation layer is formed on a substrate surface,
An example in which the source / drain layer is formed in the substrate by ion implantation has been described. However, the present invention is not limited to this structure. As shown in FIGS. 6 (a) to 6 (e), the manufacturing process is shown in FIG. The intermediate concentration layer may be formed only in the operation layer on the source side, and the source / drain region may be constituted by a high concentration region selectively grown on the substrate surface by the epitaxial growth method.

この例を本発明の第4の実施例として説明する。 This example will be described as a fourth embodiment of the present invention.

この場合も、第6図(a)に示すように、半絶縁性の
GaAs基板1の表面に、選択的イオン注入法によりFETの
動作層となるn-型層2を形成したのち、窒化タングステ
ン(WN)からなるゲート金属を膜厚5000Åとなるように
堆積し、エッチング加工することによりゲート電極3を
形成し、続いて、第6図(b)に示すように、プラズマ
CVD法など段差被覆性に優れた方法で酸化シリコン膜7
を膜厚0.6μm程度堆積した後、ソースドレイン領域の
外側端に相当する部分を外縁とする開口を有するレジス
トパターン8を形成する。この工程までは実施例2とま
ったく同様である。
Also in this case, as shown in FIG.
After forming an n -type layer 2 serving as an FET operation layer on the surface of a GaAs substrate 1 by selective ion implantation, a gate metal made of tungsten nitride (WN) is deposited to a thickness of 5000 ° and etched. The gate electrode 3 is formed by processing, and then, as shown in FIG.
Silicon oxide film 7 with excellent step coverage such as CVD
Is deposited to a thickness of about 0.6 μm, and then a resist pattern 8 having an opening whose outer edge corresponds to the outer end of the source / drain region is formed. The steps up to this step are exactly the same as in the second embodiment.

この後第6図(c)に示すように、反応性イオンエッ
チング(RIE)等の異方性エッチングにより垂直方向に
膜厚相当分だけエッチングすることにより、レジストパ
ターン8の下およびゲート電極の側壁にのみ酸化シリコ
ン膜7を残置させ、ソースドレイン領域に相当する部分
の酸化シリコン膜7を除去し、これをマスクとして、選
択MOCVDにより、シリコン層を選択的に成長させる。そ
して、さらにマスクをそのままにして100KeV,5×1013cm
-2の条件でSi+イオンをイオン注入することにより、高
濃度のソース領域5aおよびドレイン領域5bを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6 (c), by etching in the vertical direction by anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE) by an amount corresponding to the film thickness, the resist pattern 8 and the side wall of the gate electrode are etched. The silicon oxide film 7 is left only on the silicon oxide film 7 and a portion corresponding to the source / drain region is removed. Using this as a mask, a silicon layer is selectively grown by selective MOCVD. Then, with the mask still in place, 100 KeV, 5 × 10 13 cm
By implanting Si + ions under the condition of −2 , the source region 5a and the drain region 5b with high concentration are formed.

そしてさらに第6図(d)に示すように、レジストパ
ターン8を除去し、ソース側のみ開口を有するレジスト
パターン9を形成し、これをマスクとしてソース側の側
壁絶縁膜7をエッチング除去した後、例えば50KeV,1×1
013cm-2の条件でSi+イオンをイオン注入することによ
り、中間濃度層4を形成する。この場合もFETのドレイ
ン領域をフォトレジストでマスクしてイオン注入を行う
訳であるが、レジストパターン9のエッジがゲート電極
3にかかっていればよく、またソース側に形成されるレ
ジストパターンはソース領域の外側にある酸化シリコン
膜7を覆うように形成するのが望ましい。
Then, as shown in FIG. 6D, the resist pattern 8 is removed, a resist pattern 9 having an opening only on the source side is formed, and the side wall insulating film 7 on the source side is removed by etching using this as a mask. For example, 50 KeV, 1 × 1
The intermediate concentration layer 4 is formed by implanting Si + ions under the condition of 13 cm −2 . In this case as well, ion implantation is performed by masking the drain region of the FET with a photoresist. However, the edge of the resist pattern 9 may be applied to the gate electrode 3, and the resist pattern formed on the source side may be a source pattern. It is desirable to form so as to cover the silicon oxide film 7 outside the region.

そして、第6図(e)に示すようにレジストパターン
9を除去した後、イオン注入層活性化のためのアニール
を行い(800〜900℃)、層間絶縁膜としての酸化シリコ
ン膜10を形成し、コンタクトホールHを形成したのち、
最後にAuGe合金からなるソース電極6aおよびドレイン電
極6bを形成して本発明実施例のFETが完成する。このと
き中間濃度層を形成する際に側壁絶縁膜を除去すること
によって形成された空洞は酸化シリコン膜10によって埋
められる。
Then, after removing the resist pattern 9 as shown in FIG. 6E, annealing for activating the ion-implanted layer is performed (800 to 900 ° C.) to form a silicon oxide film 10 as an interlayer insulating film. After forming the contact hole H,
Finally, a source electrode 6a and a drain electrode 6b made of AuGe alloy are formed to complete the FET according to the embodiment of the present invention. At this time, the cavity formed by removing the sidewall insulating film when forming the intermediate concentration layer is filled with the silicon oxide film 10.

また、この変形例として、第7図(a)乃至第7図
(d)に示すように、中間濃度層を選択CVDに先立ち形
成しておくようにする方法も有効である。
As a modification, as shown in FIGS. 7A to 7D, a method of forming an intermediate concentration layer prior to selective CVD is also effective.

すなわち、第6図(a)に示したのと同様に、動作層
となるn-型層2を形成したのち、窒化タングステン(W
N)からなるゲート金属3を形成する(第7図
(a))。
That is, similarly to the case shown in FIG. 6A, after forming the n -type layer 2 serving as an operation layer, tungsten nitride (W
N) is formed on the gate metal 3 (FIG. 7A).

この後、第7図(b)に示すように、ソース側のみ開
口を有するレジストパターン9を形成し、これをマスク
として、例えば50KeV,1×1013cm-2の条件でSi+イオンを
イオン注入し、活性化のためのアニールを行う(800〜9
00℃)ことにより。中間濃度層4を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, a resist pattern 9 having an opening only on the source side is formed, and using this as a mask, for example, Si + ions are ionized under the conditions of 50 KeV and 1 × 10 13 cm −2. Implant and anneal for activation (800-9
00 ° C). An intermediate concentration layer 4 is formed.

この後レジストパターン9を除去し、酸化シリコン膜
7を膜厚0.6μm程度堆積した後、ソースドレイン領域
の外側端に相当する部分を外縁とする開口を有するレジ
ストパターン8を形成し、さらに、反応性イオンエッチ
ングにより垂直方向に膜厚相当分だけエッチングして、
レジストパターン8の下およびゲート電極の側壁にのみ
酸化シリコン膜7を残置させる。
Thereafter, the resist pattern 9 is removed, a silicon oxide film 7 is deposited to a thickness of about 0.6 μm, and a resist pattern 8 having an opening whose outer edge corresponds to the outer end of the source / drain region is formed. Etching by a thickness equivalent to the film thickness in the vertical direction by reactive ion etching,
The silicon oxide film 7 is left only under the resist pattern 8 and on the side wall of the gate electrode.

そして第7図(c)に示すように、この酸化シリコン
膜7をマスクとして、選択MOCVDにより、不純物濃度3
×1018cm-3程度のn+型GaAs層を選択的に成長させること
により、高濃度のソース領域5aおよびドレイン領域5bを
形成する。
Then, as shown in FIG. 7 (c), using this silicon oxide film 7 as a mask, an impurity concentration of 3
By selectively growing an n + -type GaAs layer of about × 10 18 cm −3 , a source region 5a and a drain region 5b with high concentration are formed.

そしてさらに第7図(d)に示すように、最後にAuGe
合金からなるソース電極6aおよびドレイン電極6bを形成
して本発明実施例のFETが完成する。
Finally, as shown in FIG.
The source electrode 6a and the drain electrode 6b made of an alloy are formed to complete the FET of the embodiment of the present invention.

なお、前記実施例ではGaAs MESFETについて説明した
が、GaAsに限定されることなく他の化合物半導体、さら
にはシリコンを用いたFETにも適用可能である。
Although the GaAs MESFET has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to GaAs, but can be applied to other compound semiconductors, and further to FETs using silicon.

加えて、その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することが可能である。
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.

〔効果〕〔effect〕

以上説明してきたように、従来のLDD構造のFETでは、
ゲートに自己整合的に形成される中間濃度層の濃度およ
び深さは、ゲート・ソース間の寄生抵抗と、ゲート・ド
レイン間の逆方向耐圧という相反するパラメータ間の最
適化を必要としていたのに対し、本発明によれば、中間
濃度層はソース側のみに形成されているため、濃度深さ
等の設計の際にドレイン耐圧を考慮する必要がなく、設
計に自由度が拡がり、ゲート容量Cgを低減すると同時に
電流駆動力Gmを向上させることができ、動作の高速化を
はかることができるうえ、製造も極めて容易である。
As described above, in the conventional LDD structure FET,
The concentration and depth of the intermediate concentration layer formed in a self-aligned manner on the gate required optimization between the contradictory parameters of the parasitic resistance between the gate and the source and the reverse breakdown voltage between the gate and the drain. On the other hand, according to the present invention, since the intermediate concentration layer is formed only on the source side, it is not necessary to consider the drain breakdown voltage when designing the concentration depth or the like, and the degree of freedom in the design is increased, and the gate capacitance Cg is increased. , And at the same time, the current driving force Gm can be improved, the operation can be speeded up, and the manufacture is extremely easy.

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

第1図は本発明の第1の実施例のGaAs MESFETの製造工
程を示す図、第2図(a)乃至第2図(e)は同GaAs M
ESFETの製造工程図、第3図(a)乃至第3図(e)は
本発明の第2の実施例のGaAs MESFETの製造工程図、第
4図(a)乃至第4図(c)は同第2の実施例の変形例
を示す図、第5図は本発明の第3の実施例のインバータ
の等価回路図、第6図(a)乃至第6図(e)は本発明
の第4の実施例のGaAs MESFETの製造工程図、第7図
(a)乃至第7図(d)は同第4の実施例の変形例を示
す図、第8図(a)乃至第8図(c)は従来例のGaAs M
ESFETを示す図である。 1……半絶縁性のGaAs基板、2……動作層(n層)、3
……ゲート電極、4……中間濃度層、5a……ソース領
域、5b……ドレイン領域、6a……ソース電極、6b……ド
レイン領域、7……酸化シリコン膜、8……レジストパ
ターン、9……レジストパターン、10……酸化シリコン
膜、Tr1……定電流用FET、Tr2……スイッチングトラン
ジスタ。
FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of a GaAs MESFET according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) to 2 (e) show the same GaAs MESFET.
FIGS. 3 (a) to 3 (e) are views showing a manufacturing process of an ESFET, and FIGS. 4 (a) to 4 (c) are views showing a manufacturing process of a GaAs MESFET according to a second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a modification of the second embodiment, FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the inverter according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 6 (a) to 6 (e) are diagrams of the inverter of the present invention. FIGS. 7 (a) to 7 (d) are views showing a modified example of the fourth embodiment, and FIGS. 8 (a) to 8 ( c) is a conventional GaAs M
FIG. 3 is a diagram showing an ESFET. 1 ... a semi-insulating GaAs substrate, 2 ... operating layer (n-layer), 3
... gate electrode, 4 ... intermediate concentration layer, 5a ... source region, 5b ... drain region, 6a ... source electrode, 6b ... drain region, 7 ... silicon oxide film, 8 ... resist pattern, 9 ... resist pattern, 10 ... silicon oxide film, Tr1 ... constant current FET, Tr2 ... switching transistor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板表面に形成された半導体の動作層と、
前記動作層の表面に形成されたゲート電極と、前記動作
層の両側に形成されたソース領域およびドレイン領域と
を具備した電界効果トランジスタにおいて、 前記動作層と前記ソース領域との間に不純物濃度が前記
動作層よりも高く、前記ソース領域よりも低い中間濃度
層が形成され、 前記ドレイン領域は前記動作層に直接接続し、かつ、前
記ゲート電極から所定の間隔を隔てて形成されているこ
とを特徴とする電界効果トランジスタ。
A semiconductor operating layer formed on a substrate surface;
In a field effect transistor including a gate electrode formed on a surface of the operation layer and source and drain regions formed on both sides of the operation layer, an impurity concentration between the operation layer and the source region is An intermediate concentration layer higher than the operation layer and lower than the source region is formed, and the drain region is directly connected to the operation layer, and is formed at a predetermined distance from the gate electrode. Characteristic field effect transistor.
【請求項2】第1の電界効果トランジスタと第2電界効
果トランジスタとを直列接続して、前記第1のトランジ
スタをスイッチング素子に用いた集積回路において、 前記第1の電界効果トランジスタが基板表面に形成され
た半導体を動作層とし、前記動作層の両側にソース領域
及びドレイン領域が形成され、 前記動作層と前記ソース領域との間に不純物濃度が前記
動作層よりも高く、前記ソース領域よりも低い中間濃度
層が形成され、 前記ドレイン領域は前記動作層に直接接続し、かつ、前
記ゲート電極から所定の間隔を隔てて形成されているこ
とを特徴とする半導体集積回路。
2. An integrated circuit in which a first field-effect transistor and a second field-effect transistor are connected in series, and the first transistor is used as a switching element. Using the formed semiconductor as an operation layer, a source region and a drain region are formed on both sides of the operation layer, and an impurity concentration between the operation layer and the source region is higher than that of the operation layer, and is higher than that of the source region. A semiconductor integrated circuit, wherein a low intermediate concentration layer is formed, and the drain region is directly connected to the operation layer and is formed at a predetermined distance from the gate electrode.
【請求項3】基板表面に半導体の動作層を形成する動作
層形成工程と、 前記動作層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工
程と、 前記ゲート電極の両側のソース・ドレイン領域に形当す
る領域のうち少なくともソース領域から前記動作層上に
わたって開孔マスク上から、イオン注入を行い、ソース
側にのみ中間濃度層を形成すると共に、 前記ゲート電極の側壁に絶縁膜を残置して、 前記ゲート電極および側壁絶縁膜をマスクとしてイオン
注入を行い高不純物濃度半導体のソースドレイン領域を
形成する工程とを含むようにしたことを特徴とする電界
効果トランジスタの製造方法。
3. An operation layer forming step of forming a semiconductor operation layer on a substrate surface; a gate electrode formation step of forming a gate electrode on the operation layer; and forming source and drain regions on both sides of the gate electrode. Performing ion implantation from above the aperture mask over at least the source region to the operation layer in the region to be formed, forming an intermediate concentration layer only on the source side, and leaving an insulating film on a side wall of the gate electrode; Forming a source / drain region of a high impurity concentration semiconductor by performing ion implantation using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask.
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