JPH06204257A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH06204257A
JPH06204257A JP103193A JP103193A JPH06204257A JP H06204257 A JPH06204257 A JP H06204257A JP 103193 A JP103193 A JP 103193A JP 103193 A JP103193 A JP 103193A JP H06204257 A JPH06204257 A JP H06204257A
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JP
Japan
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film
refractory metal
alloy film
metal alloy
gate electrode
Prior art date
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Application number
JP103193A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Fujimoto
和久 藤本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06204257A publication Critical patent/JPH06204257A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a method of manufacturing a self alignment GaAs MESFET, which has an easily reducible gate length and has a gate electrode having a sufficiently low gate resistance. CONSTITUTION:An operating layer of a MESFET is first formed by an ion implantation, a gate electrode 7 consisting of a silicon dioxide SiO2 film or two layers of a first high-melting point metal alloy film and a silicon dioxide SiO2 film is formed, an ion implantation is performed using this electrode 7 as a mask to form high-concentration regions 9 in a self alignment and an activation annealing of impurities is performed using a second high-melting point metal alloy film 10 as a protective film. The film 10 is removed and after a resist is applied, the resist 11 is etched until the head of the electrode 7 is exposed and the silicon dioxide SiO2 film is selectively removed with a hydrofluoric acid or the like. After that, a metal film having a low resistivity, such as a Ti/Au film, is deposited and is lifted off, whereby a gate electrode, which is constituted of the metal film having a low resistivity or the metal film having a low resistivity and the first high-melting point metal alloy film, is formed in a self alignment and a source electrode consisting of an AuGe/Ni alloy film and a drain electrode are formed.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体、特にGa
Asを用いたショットキーゲート電界効果トランジスタ
(以下MESFETという)の製造方法に関するもので
ある。
The present invention relates to compound semiconductors, especially Ga
The present invention relates to a method of manufacturing a Schottky gate field effect transistor (hereinafter referred to as MESFET) using As.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、GaAsMESFETを用いた高
周波アナログ集積回路MMIC(Monolithic Microwave
IC )の開発が盛んに行われているが、より高周波で動
作し低消費電力である集積回路を実現するためには、集
積回路を構成しているMESFETの遮断周波数ftや
最大発振周波数fmaxが高いことが不可欠である。そ
こで、従来から遮断周波数ftや最大発振周波数fma
xを上げるためにMESFETのゲート長Lgを短縮し
ゲート・ソース間容量Cgsを小さくしたり、MESF
ETの動作層を高濃度薄層化して相互コンダクタンスg
mを大きくする方法がとられてきた。またアナログ集積
回路として重要である雑音指数NFを低減するために、
ゲート抵抗Rgやソース抵抗Rsをいかにして低減する
かも重要な課題であった。一方、従来からGaAsME
SFETの製作技術としてリセスゲートFETが採用さ
れてきが、MESFETの電気特性を決定するリセスエ
ッチングをウエットエッチング法でおこなうために、エ
ッチング量の精密制御やウエハー面内均一性ならびに再
現性等に大きな問題があった。そこで、最近では従来高
速デジタルIC用に開発され電気特性の面内均一性が良
い高融点金属合金膜をゲート電極に用いたセルフアライ
メント(自己整合)構造FETを、高周波アナログ集積
回路に応用しようという試みが盛んである。
2. Description of the Related Art Currently, a high frequency analog integrated circuit MMIC (Monolithic Microwave) using a GaAs MESFET.
IC) is being actively developed, but in order to realize an integrated circuit that operates at a higher frequency and consumes less power, the cutoff frequency ft and the maximum oscillation frequency fmax of the MESFET forming the integrated circuit are High is essential. Therefore, conventionally, the cutoff frequency ft and the maximum oscillation frequency fma
To increase x, the gate length Lg of the MESFET is shortened to reduce the gate-source capacitance Cgs, and
Mutual conductance g
A method of increasing m has been adopted. In order to reduce the noise figure NF, which is important as an analog integrated circuit,
Another important issue was how to reduce the gate resistance Rg and the source resistance Rs. On the other hand, conventionally GaAsME
Recess gate FET has been adopted as a manufacturing technology of SFET. However, since recess etching for determining the electrical characteristics of MESFET is performed by the wet etching method, there are major problems in precise control of etching amount, uniformity in wafer surface and reproducibility. there were. Therefore, recently, a self-aligned structure FET using a refractory metal alloy film, which has been conventionally developed for high-speed digital ICs and has good in-plane uniformity of electric characteristics as a gate electrode, is intended to be applied to a high-frequency analog integrated circuit. There are many attempts.

【0003】図5は、従来の高融点金属合金膜をゲート
電極に用いたセルフアライメント(自己整合)構造Ga
AsMESFETの製造方法を説明するための各主要工
程における断面図である。
FIG. 5 is a self-aligned structure Ga using a conventional refractory metal alloy film as a gate electrode.
It is sectional drawing in each main process for demonstrating the manufacturing method of AsMESFET.

【0004】同図において、まず半絶縁性基板1にレジ
スト2をマスクとして29Si+ を加速電圧30keV、
ドーズ量4×1012cm-2の条件で選択イオン注入しM
ESFETのn形動作層3を形成する(図5a)。次に
半絶縁性基板1の表面に例えばWSi等の第1の高融点
金属合金膜4をスパッタ法により400nm程度の厚さ
で被着(図5b)。次にアルミニウム(Al)6をマス
クとして反応性イオンエッチング(RIE)によって第
1の高融点金属合金膜4をエッチングしゲート電極7を
形成する(図5c)。次にゲート電極7およびレジスト
8をマスクとし 28Si+ を加速電圧80keV、ドーズ
量2×1013cm-2の条件でイオン注入しセルフアライ
メント(自己整合)でn形高濃度層9を形成する(図5
d)。次に半絶縁性基板1の表面に例えばSi34等の
絶縁膜17をプラズマCVD等により100nm程度の
厚さで被着し、これを保護膜としてN2 雰囲気中800
℃前後の温度で約15分の熱処理(活性化アニール)を
行い注入された不純物の活性化を行なう(図5e)。次
に絶縁膜17の所定の部分をバッファードフッ酸などに
より開口し、リフトオフ法によりAuGe/Ni合金を
200nm程度の厚さで被着し、熱処理(シンター)を
施してソース電極15およびドレイン電極16を形成し
GaAsMESFETが製造される(図5f)。
In the figure, first, the semi-insulating substrate 1 is
Strike 2 as a mask29Si+ Acceleration voltage of 30 keV,
Dose amount 4 × 1012cm-2Selective ion implantation under conditions of M
The n-type operating layer 3 of the ESFET is formed (Fig. 5a). next
The surface of the semi-insulating substrate 1 has a first high melting point such as WSi.
The metal alloy film 4 is formed to a thickness of about 400 nm by the sputtering method.
Deposition (Fig. 5b). Next, mass of aluminum (Al) 6
By reactive ion etching (RIE)
The refractory metal alloy film 4 of 1 is etched to form the gate electrode 7.
Formed (Fig. 5c). Next, the gate electrode 7 and the resist
8 as a mask 28Si+ Acceleration voltage 80keV, dose
Amount 2 × 1013cm-2Ion implantation under the conditions of
The n-type high concentration layer 9 is formed by self-alignment (FIG. 5).
d). Next, for example, Si on the surface of the semi-insulating substrate 1.3NFourEtc.
The insulating film 17 having a thickness of about 100 nm is formed by plasma CVD or the like.
It is applied with a thickness and N is used as a protective film.2 800 in the atmosphere
Heat treatment (activation annealing) for about 15 minutes at a temperature around ℃
Then, the implanted impurities are activated (FIG. 5e). Next
In addition, use a buffered hydrofluoric acid for the specified part of the insulating film 17.
Open more and lift AuGe / Ni alloy by lift-off method
Apply a heat treatment (sinter) with a thickness of about 200 nm.
To form the source electrode 15 and the drain electrode 16
A GaAs MESFET is manufactured (Fig. 5f).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来から高周波アナロ
グ集積回路MMICに用いるGaAsMESFETの製
造方法には、リセスゲート構造FETにかわって電気特
性の制御性や均一性の面で有利とされるセルフアライメ
ント(自己整合)構造FETの採用が検討されてきた。
しかしながら、このようなセルフアライメント(自己整
合)構造に用いられる高融点金属合金膜の比抵抗はWS
iで50〜500μΩ・cm程度と、従来のアルミニウ
ムの比抵抗2.5μΩ・cmの20〜200倍に及び、
ゲート長を短くすればするほどゲート電極の断面積の減
少からゲート抵抗Rgの増加は無視出来ないものとな
り、FETの高周波特性を制限する大きな要因となって
いた。
In a conventional method of manufacturing a GaAs MESFET used for a high frequency analog integrated circuit MMIC, a self-alignment (self-alignment) method which is advantageous in terms of controllability and uniformity of electric characteristics in place of the recess gate structure FET is used. The adoption of matching structure FETs has been considered.
However, the specific resistance of the refractory metal alloy film used for such a self-alignment structure is WS.
i is about 50 to 500 μΩ · cm, which is 20 to 200 times the specific resistance of conventional aluminum of 2.5 μΩ · cm,
As the gate length becomes shorter, the cross-sectional area of the gate electrode decreases, and the increase in the gate resistance Rg becomes non-negligible, which is a major factor limiting the high frequency characteristics of the FET.

【0006】このために熱処理(アニール)後にゲート
電極上にAu等の比抵抗の低い金属を被着してゲート抵
抗Rgを低減する試みも多々あるが、簡易な方法で再現
性良く1μm以下の高融点金属合金膜から成るゲート電
極上にAu等を被着することが困難であった。
For this reason, there are many attempts to reduce the gate resistance Rg by depositing a metal having a low specific resistance such as Au on the gate electrode after the heat treatment (annealing). It was difficult to deposit Au or the like on the gate electrode made of the high melting point metal alloy film.

【0007】本発明は、原理的にどのようにゲート長が
小さくともゲート抵抗Rgの十分低いゲート電極を形成
できる高融点金属合金または低比抵抗の金属膜を用いた
セルフアライメント(自己整合)構造GaAsMESF
ETの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention is, in principle, a self-alignment structure using a refractory metal alloy or a metal film of low specific resistance capable of forming a gate electrode having a sufficiently low gate resistance Rg no matter how small the gate length is. GaAs MESF
It is an object to provide a method for manufacturing ET.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、まずイオン注入によってMESFETの動
作層を形成し、二酸化珪素SiO2 または第1の高融点
金属合金と二酸化珪素SiO2 の2層からなるゲート電
極を形成し、これをマスクとしてイオン注入をおこない
セルフアライメント(自己整合)で高濃度領域を形成
し、第2の高融点金属合金膜を保護膜として不純物の活
性化アニールをおこなった後、第2の高融点金属合金膜
を除去し、レジスト塗布のあとレジストをゲート電極の
頭部が露出するまでエッチングし、弗化水素酸等により
二酸化珪素SiO2 を選択的に除去し、その後Ti/A
u等の比抵抗の低い金属膜を蒸着しリフトオフすること
により、セルフアライメント(自己整合)で比抵抗の低
い金属膜または比抵抗の低い金属膜と第1の高融点金属
合から構成されるゲート電極を形成して、MESFET
を製造することを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention first forms an operating layer of a MESFET by ion implantation to form silicon dioxide SiO 2 or a first refractory metal alloy and silicon dioxide SiO 2 . A high-concentration region is formed by self-alignment (self-alignment) by forming a gate electrode composed of two layers and using it as a mask, and activating annealing of impurities using the second refractory metal alloy film as a protective film. After that, the second refractory metal alloy film is removed, the resist is applied and the resist is etched until the head of the gate electrode is exposed, and silicon dioxide SiO 2 is selectively removed by hydrofluoric acid or the like. , Then Ti / A
A metal film having a low specific resistance by self-alignment (self-alignment) by depositing and lifting off a metal film having a low specific resistance such as u, or a gate composed of a metal film having a low specific resistance and a first refractory metal. Forming electrodes, MESFET
Is manufactured.

【0009】[0009]

【作用】このようにして、イオン注入によってMESF
ETの動作層を形成し、二酸化珪素SiO2 または第1
の高融点金属合金と二酸化珪素SiO2 の2層からなる
ゲート電極を形成し、これをマスクとしてイオン注入を
おこないセルフアライメント(自己整合)で高濃度領域
を形成し、第2の高融点金属合金膜を保護膜として不純
物の活性化アニールをおこなった後、第2の高融点金属
合金膜を除去し、レジスト塗布のあとレジストをゲート
電極の頭部が露出するまでエッチングし、弗化水素酸等
により二酸化珪素SiO2 を選択的に除去し、その後T
i/Au等の比抵抗の低い金属膜を蒸着しリフトオフす
ることにより、セルフアライメント(自己整合)で比抵
抗の低い金属膜または比抵抗の低い金属膜と第1の高融
点金属合から構成され十分に電気抵抗の低いゲート電極
を持ち、相互コンダクタンスgmの高いMESFETを
容易に再現性良く製造することができる。また、活性化
アニールの保護膜に従来のSiO2 、Si34、SiO
XYなどの保護膜ではなく高融点金属合金膜を用いるこ
とにより、高温でのGaAs基板から保護膜へのGa原
子やAs原子の外方拡散を効果的に抑制することがで
き、GaAs基板のストイキメトリの崩れや導入された
不純物の活性化率の変動ならびに結晶欠陥の発生を少な
くすることができる。この結果、遮断周波数ftおよび
最大発振周波数fmaxの高い高周波特性に優れたME
SFETが製造でき、このMESFETを用いたGaA
sMMICは高周波特性に優れ、より低消費電力での動
作が可能となる。
In this way, the MESF is formed by ion implantation.
Forming an operating layer of ET, silicon dioxide SiO 2 or first
Forming a high-concentration region by self-alignment by forming a gate electrode composed of two layers of the high-melting-point metal alloy and silicon dioxide SiO 2 as a mask, and forming a second high-melting-point metal alloy. After the impurity activation annealing is performed using the film as a protective film, the second refractory metal alloy film is removed, the resist is applied and the resist is etched until the head of the gate electrode is exposed, and hydrofluoric acid or the like is used. Silicon dioxide SiO 2 is selectively removed by
A metal film having a low specific resistance, such as i / Au, is deposited and lifted off to form a metal film having a low specific resistance by self-alignment (self-alignment) or a metal film having a low specific resistance and a first refractory metal. A MESFET having a gate electrode having a sufficiently low electric resistance and a high mutual conductance gm can be easily manufactured with good reproducibility. In addition, conventional protective films for activation annealing such as SiO 2 , Si 3 N 4 , and SiO are used.
By using a refractory metal alloy film instead of a protective film such as X N Y, it is possible to effectively suppress outward diffusion of Ga atoms and As atoms from the GaAs substrate to the protective film at a high temperature. It is possible to reduce collapse of stoichiometry, fluctuation of activation rate of introduced impurities, and occurrence of crystal defects. As a result, the ME having excellent high-frequency characteristics with high cutoff frequency ft and maximum oscillation frequency fmax.
SFET can be manufactured and GaA using this MESFET
The sMMIC has excellent high frequency characteristics and can operate with lower power consumption.

【0010】[0010]

【実施例】図1は第1の発明の一実施例を説明するため
のもので、GaAsMESFETの製造方法を説明する
ための各主要工程における断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a sectional view in each main step for explaining a method of manufacturing a GaAs MESFET, for explaining one embodiment of the first invention.

【0011】同図において、まず半絶縁性基板1にレジ
スト2をマスクとして29Si+ を加速電圧30keV、
ドーズ量4×1012cm-2の条件で選択イオン注入しM
ESFETのn形動作層3を形成する(図1a)。次に
半絶縁性基板1の表面に例えばWSi等の第1の高融点
金属合金膜4をスパッタ法により100nm程度の厚さ
で被着し、続いてプラズマCVDにより二酸化珪素Si
2 膜5を500nm程度の厚さで堆積する(図1
b)。次にアルミニウム(Al)6をマスクとして反応
性イオンエッチング(RIE)によって高融点金属合金
膜4および二酸化珪素SiO2 膜5をエッチングしゲー
ト電極7を形成する(図1c)。次にゲート電極7およ
びレジスト8をマスクとし28Si+ を加速電圧80ke
V、ドーズ量2×1013cm-2の条件でイオン注入しセ
ルフアライメント(自己整合)でn形高濃度層9を形成
する(図1d)。次に半絶縁性基板1の表面に例えばW
Si等の第2の高融点金属合金膜10をスパッタ法によ
り100nm程度の厚さで被着し、これを保護膜として
2 雰囲気中800℃前後の温度で約15分の熱処理
(活性化アニール)を行い注入された不純物の活性化を
行なう(図1e)。次に第2の高融点金属合金膜10を
CF4+O2を用いたプラズマエッチング等によりゲート
電極7に対して選択的に除去し、レジスト11を150
0nm程度の厚さで塗布してレジストの平坦化を行う。
この時レジスト11は低粘度の方がより平坦化に適し、
塗布後の熱処理(ポストベーク)を行うことも有効であ
る(図1f)。次にO2 プラズマのよる反応性イオンエ
ッチング(RIE)によりゲ−ト電極7の頭部が露出す
るまでレジスト11のエッチングをおこなう。この時レ
ジスト11の最終的な膜厚は光学的手法を用いた膜厚測
定装置を用いてモニターすることも可能である(図2
g)。次に露出したゲート電極7上部の二酸化珪素Si
2 膜5を弗化水素酸を用いて除去し、続いてTi膜1
2およびAu膜13をそれぞれ50nmと400nmの
厚さになるように法線蒸着する(図2h)。次にTi膜
12およびAu膜13のリフトオフをおこない、第1の
高融点金属合金膜4上にセルフアライメント(自己整
合)でTi膜12およびAu膜13から構成されるゲー
ト電極14を形成する(図2i)。その後、レジストを
用いたリフトオフによりAuGe/Ni合金を200n
m程度の厚さで蒸着し熱処理(シンター)を施しソース
電極15およびドレイン電極16を形成してGaAsM
ESFETが製造される(図2j)。
In the figure, first, the semi-insulating substrate 1 is
Strike 2 as a mask29Si+ Acceleration voltage of 30 keV,
Dose amount 4 × 1012cm-2Selective ion implantation under conditions of M
The n-type operating layer 3 of the ESFET is formed (FIG. 1a). next
The surface of the semi-insulating substrate 1 has a first high melting point such as WSi.
The metal alloy film 4 is formed to a thickness of about 100 nm by the sputtering method.
Deposited by plasma CVD followed by silicon dioxide Si
O2 The film 5 is deposited to a thickness of about 500 nm (Fig. 1
b). Next, using aluminum (Al) 6 as a mask, reaction
Refractory metal alloy by reactive ion etching (RIE)
Membrane 4 and silicon dioxide SiO2 The film 5 is etched and the
The electrode 7 is formed (FIG. 1c). Next, the gate electrode 7 and
And resist 8 as a mask28Si+ Acceleration voltage 80 ke
V, dose amount 2 × 1013cm-2Ion implantation under the conditions
Form n-type high concentration layer 9 by ruf alignment (self-alignment)
(Fig. 1d). Next, for example, W on the surface of the semi-insulating substrate 1.
The second refractory metal alloy film 10 such as Si is formed by the sputtering method.
Applied as a protective film with a thickness of about 100 nm.
N2 Heat treatment for about 15 minutes at a temperature of around 800 ℃ in the atmosphere
(Activation anneal) to activate the implanted impurities.
Do (FIG. 1e). Next, the second refractory metal alloy film 10 is formed.
CFFour+ O2Gate by plasma etching using
The electrode 11 is selectively removed and the resist 11 is removed by 150
The resist is flattened by applying a thickness of about 0 nm.
At this time, the resist 11 having a low viscosity is more suitable for flattening,
It is also effective to perform a heat treatment (post bake) after coating.
(Fig. 1f). Then O2 Reactive ion energy due to plasma
The head of the gate electrode 7 is exposed by etching (RIE).
The resist 11 is etched until it reaches the temperature. At this time
The final film thickness of GIST 11 is measured using an optical method.
It is also possible to monitor using a fixed device (Fig. 2
g). Next, silicon dioxide Si on the exposed upper part of the gate electrode 7
O 2 The film 5 is removed by using hydrofluoric acid, and then the Ti film 1 is removed.
2 and Au film 13 of 50 nm and 400 nm, respectively.
Normal vapor deposition is performed to a thickness (FIG. 2h). Next, Ti film
12 and the Au film 13 are lifted off, and the first
Self-alignment on the refractory metal alloy film 4
In this case, a gate composed of a Ti film 12 and an Au film 13
Forming an electrode 14 (FIG. 2i). Then remove the resist
Due to the lift-off used, AuGe / Ni alloy was
Source with a thickness of about m and a heat treatment (sinter)
The electrode 15 and the drain electrode 16 are formed to form GaAsM
The ESFET is manufactured (Fig. 2j).

【0012】図3は第2の発明の一実施例を説明するた
めのもので、GaAsMESFETの製造方法を説明す
るための各主要工程における断面図である。
FIG. 3 is a sectional view for explaining an embodiment of the second invention and is a cross-sectional view in each main step for explaining a method of manufacturing a GaAs MESFET.

【0013】同図において、まず半絶縁性基板1にレジ
スト2をマスクとして29Si+ を加速電圧30keV、
ドーズ量4×1012cm-2の条件で選択イオン注入しM
ESFETのn形動作層3を形成する(図3a)。次に
半絶縁性基板1の表面にプラズマCVDにより二酸化珪
素SiO2 膜5を600nm程度の厚さで堆積する(図
3b)。次にアルミニウム(Al)6をマスクとして反
応性イオンエッチング(RIE)によって二酸化珪素S
iO2 膜5をエッチングしゲート電極7を形成する(図
3c)。次にゲート電極7およびレジスト8をマスクと
28Si+ を加速電圧80keV、ドーズ量2×1013
cm-2の条件でイオン注入しセルフアライメント(自己
整合)でn形高濃度層9を形成する(図3d)。次に半
絶縁性基板1の表面に例えばWSi等の第2の高融点金
属合金膜10をスパッタ法により100nm程度の厚さ
で被着し、これを保護膜としてN2 雰囲気中800℃前
後の温度で約15分の熱処理(活性化アニール)を行い
注入された不純物の活性化を行なう(図3e)。次に第
2の高融点金属合金膜10をCF4+O2を用いたプラズ
マエッチング等によりゲート電極7に対して選択的に除
去し、レジスト11を1500nm程度の厚さで塗布し
てレジストの平坦化を行う。この時レジスト11は低粘
度の方がより平坦化に適し、塗布後の熱処理(ポストベ
ーク)を行うことも有効である(図3f)。次にO2
ラズマのよる反応性イオンエッチング(RIE)により
ゲ−ト電極7の頭部が露出するまでレジスト11のエッ
チングをおこなう。この時レジスト11の最終的な膜厚
は光学的手法を用いた膜厚測定装置を用いてモニターす
ることも可能である(図4g)。次に露出したゲート電
極7の二酸化珪素SiO2 膜5を弗化水素酸を用いて除
去し、続いてTi膜12およびAu膜13をそれぞれ5
0nmと500nmの厚さになるように法線蒸着する
(図4h)。次にTi膜12およびAu膜13のリフト
オフをおこないセルフアライメント(自己整合)でTi
膜12およびAu膜13から構成されるゲート電極14
を形成する(図4i)。その後、レジストを用いたリフ
トオフによりAuGe/Ni合金を200nm程度の厚
さで蒸着し熱処理(シンター)を施しソース電極15お
よびドレイン電極16を形成してGaAsMESFET
が製造される(図4j)。
In the figure, first, 29 Si + is applied to the semi-insulating substrate 1 using the resist 2 as a mask, and the acceleration voltage is 30 keV.
Selective ion implantation under the condition of a dose amount of 4 × 10 12 cm -2
The n-type operating layer 3 of the ESFET is formed (Fig. 3a). Then, a silicon dioxide SiO 2 film 5 is deposited on the surface of the semi-insulating substrate 1 by plasma CVD to a thickness of about 600 nm (FIG. 3b). Next, silicon dioxide S is formed by reactive ion etching (RIE) using aluminum (Al) 6 as a mask.
The iO 2 film 5 is etched to form a gate electrode 7 (FIG. 3c). Next, using the gate electrode 7 and the resist 8 as a mask, 28 Si + is used for the acceleration voltage of 80 keV and the dose amount of 2 × 10 13.
Ions are implanted under the condition of cm −2 to form the n-type high concentration layer 9 by self-alignment (FIG. 3d). Next, a second refractory metal alloy film 10 such as WSi is deposited on the surface of the semi-insulating substrate 1 to a thickness of about 100 nm by a sputtering method, and this is used as a protective film in an N 2 atmosphere at about 800 ° C. Heat treatment (activation annealing) is performed at a temperature of about 15 minutes to activate the implanted impurities (FIG. 3e). Next, the second refractory metal alloy film 10 is selectively removed with respect to the gate electrode 7 by plasma etching or the like using CF 4 + O 2 , and a resist 11 is applied to a thickness of about 1500 nm to flatten the resist. To convert. At this time, the resist 11 having a low viscosity is more suitable for flattening, and it is also effective to perform a heat treatment (post-baking) after coating (FIG. 3f). Next, the resist 11 is etched by reactive ion etching (RIE) using O 2 plasma until the head of the gate electrode 7 is exposed. At this time, the final film thickness of the resist 11 can be monitored by using a film thickness measuring device using an optical method (FIG. 4g). Next, the exposed silicon dioxide SiO 2 film 5 of the gate electrode 7 is removed by using hydrofluoric acid, and then the Ti film 12 and the Au film 13 are each removed to 5
Normal deposition is performed to a thickness of 0 nm and 500 nm (FIG. 4h). Next, the Ti film 12 and the Au film 13 are lifted off, and Ti is self-aligned.
Gate electrode 14 composed of film 12 and Au film 13
Are formed (FIG. 4i). After that, AuGe / Ni alloy is vapor-deposited to a thickness of about 200 nm by lift-off using a resist, and heat treatment (sintering) is performed to form a source electrode 15 and a drain electrode 16 to form a GaAs MESFET.
Are produced (FIG. 4j).

【0014】なお、本実施例はあくまでも一例であり、
本発明の構成を逸脱しない範囲で改良または変更が有り
得ることは言うまでもない。
This embodiment is merely an example,
It goes without saying that improvements and changes can be made without departing from the constitution of the present invention.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート長Lgの極めて短い場合においても、電気抵抗の十
分低いゲート電極を容易に形成することができ、あわせ
てn形高濃度領域をセルアライメント(自己整合)で形
成できるため相互コンダクタンスgmの高いMESFE
Tを再現性良く均一に製造することができる。また、活
性化アニールの保護膜に従来のSiO2 、Si34、S
iOXYなどの保護膜ではなく高融点金属合金膜を用い
ることにより、高温でのGaAs基板から保護膜へのG
a原子やAs原子の外方拡散を効果的に抑制することが
でき、GaAs基板のストイキメトリの崩れや導入され
た不純物の活性化率の変動ならびに結晶欠陥の発生を少
なくすることができる。この結果、MESFETのゲー
ト長Lgの短縮が可能となり同時にFETの高gm化が
図れ、合わせてゲート・ソース間容量Cgsが極めて小
さくゲート抵抗Rgの十分低いGaAsMESFETを
容易に製造することができる。したがって本発明による
MESFETを用いたGaAsMMICは高周波特性に
優れ、より低消費電力での動作が可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to easily form a gate electrode having a sufficiently low electric resistance even when the gate length Lg is extremely short, and also to form the n-type high concentration region. MESFE with high mutual conductance gm because it can be formed by cell alignment (self-alignment)
T can be manufactured uniformly with good reproducibility. In addition, conventional protective films for activation annealing such as SiO 2 , Si 3 N 4 , S
By using a refractory metal alloy film instead of a protective film such as iO x N y , the G from the GaAs substrate to the protective film at high temperature can be reduced.
Outward diffusion of a atoms and As atoms can be effectively suppressed, and collapse of stoichiometry of the GaAs substrate, fluctuation of activation rate of introduced impurities, and occurrence of crystal defects can be reduced. As a result, the gate length Lg of the MESFET can be shortened, and at the same time, the FET can be increased in gm, and at the same time, a GaAs MESFET having an extremely small gate-source capacitance Cgs and a sufficiently low gate resistance Rg can be easily manufactured. Therefore, the GaAs MMIC using the MESFET according to the present invention has excellent high frequency characteristics and can operate with lower power consumption.

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

【図1】第1の発明の一実施例を説明するためのもの
で、GaAsMESFETの製造方法を説明するための
各主要工程における断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view in each main process for explaining a method of manufacturing a GaAs MESFET for explaining an embodiment of the first invention.

【図2】第1の発明の一実施例を説明するためのもの
で、GaAsMESFETの製造方法を説明するための
各主要工程における断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view in each main process for explaining the method of manufacturing the GaAs MESFET, for explaining one embodiment of the first invention.

【図3】第2の発明の一実施例を説明するためのもの
で、GaAsMESFETの製造方法を説明するための
各主要工程における断面図
FIG. 3 is a cross-sectional view in each main process for explaining a method of manufacturing a GaAs MESFET for explaining an embodiment of the second invention.

【図4】第2の発明の一実施例を説明するためのもの
で、GaAsMESFETの製造方法を説明するための
各主要工程における断面図
FIG. 4 is a cross-sectional view in each main step for explaining a method of manufacturing a GaAs MESFET, for explaining one embodiment of the second invention.

【図5】従来技術を説明するためのもので、GaAsM
ESFETの製造方法を説明するための各主要工程にお
ける断面図
FIG. 5 is a diagram for explaining the prior art, GaAsM
Sectional drawing in each main process for demonstrating the manufacturing method of ESFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半絶縁性基板 2 レジスト 3 n形動作層 4 第1の高融点金属合金膜 5 SiO2 膜 6 アルミニウム 7 ゲート電極 8 レジスト 9 n形高濃度層 10 第2の高融点金属合金膜 11 レジスト 12 Ti膜 13 Au膜 14 ゲート電極 15 ソース電極 16 ドレイン電極 17 絶縁膜1 semi-insulating substrate 2 resist 3 n-type operating layer 4 first refractory metal alloy film 5 SiO 2 film 6 aluminum 7 gate electrode 8 resist 9 n-type high concentration layer 10 second refractory metal alloy film 11 resist 12 Ti film 13 Au film 14 Gate electrode 15 Source electrode 16 Drain electrode 17 Insulating film

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半絶縁性基板表面にイオン注入によってn
形動作層を形成する工程と、半絶縁性基板表面に熱処理
を経てもショットキー接合を維持する第1の高融点金属
合金膜をスパッタ等で被着する工程と、前記第1の高融
点金属合金膜上に二酸化珪素SiO2 からなる絶縁膜を
被着する工程と、アルミニウム等をマスクとして反応性
イオンエッチング(RIE)で前記第1の高融点金属合
金膜と前記二酸化珪素SiO2 を異方性エッチングしゲ
ート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクと
してイオン注入をおこないセルフアライメント(自己整
合)でn形高濃度領域を形成する工程と、アニールの保
護膜として第2の高融点金属合金膜をスパッタ等で被着
し熱処理をおこない注入されたイオンを活性化する工程
と、前記第2の高融点金属合金膜を除去する工程と、レ
ジストを塗布し平坦化をおこなう工程と、前記レジスト
を前記ゲート電極の頭部が露出するまでエッチングし弗
化水素酸等を用いて前記二酸化珪素SiO2 を選択的に
除去する工程と、Ti/Au等の比抵抗の低い金属膜を
蒸着しリフトオフすることにより前記第1の高融点金属
合金膜上にセルフアライメント(自己整合)で比抵抗の
低い金属膜を形成する工程とを含むことを特徴とする電
界効果トランジスタの製造方法。
1. A surface of a semi-insulating substrate is n-implanted by ion implantation.
Forming a shaped operating layer, depositing a first refractory metal alloy film that maintains the Schottky junction even after heat treatment on the surface of the semi-insulating substrate by sputtering or the like, and said first refractory metal anisotropic a step, and said first refractory metal alloy film by reactive ion etching (RIE) of aluminum or the like as a mask the silicon dioxide SiO 2 to deposit an insulating film on the alloy film made of silicon dioxide SiO 2 Etching to form a gate electrode, a step of forming an n-type high concentration region by self-alignment by performing ion implantation using the gate electrode as a mask, and a second refractory metal as a protective film for annealing. A step of depositing an alloy film by sputtering or the like and performing a heat treatment to activate the implanted ions, a step of removing the second refractory metal alloy film, and a step of applying a resist to flatten the surface. And a step of etching the resist until the head of the gate electrode is exposed to selectively remove the silicon dioxide SiO 2 using hydrofluoric acid or the like, and a specific resistance such as Ti / Au. Forming a metal film having a low specific resistance on the first refractory metal alloy film by self-alignment by vapor-depositing and lifting off a metal film having a low resistivity. Manufacturing method.
【請求項2】第1の高融点金属合金膜および前記第2の
高融点金属合金膜は、タングステン(W),モリブデン
(Mo)、タングステンシリサイド(WSi)、タング
ステンシリコンナイトライド(WSiN),タングステ
ンナイトライド(WN)、タングステンアルミニウム
(WAl)など、高融点金属膜または高融点金属合金膜
の少なくとも一者からなる請求項1記載の電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
2. The first refractory metal alloy film and the second refractory metal alloy film are made of tungsten (W), molybdenum (Mo), tungsten silicide (WSi), tungsten silicon nitride (WSiN), tungsten. 2. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 1, comprising at least one of a refractory metal film and a refractory metal alloy film such as nitride (WN) and tungsten aluminum (WAl).
【請求項3】半絶縁性基板表面にイオン注入によってn
形動作層を形成する工程と、前記半絶縁性基板表面に二
酸化珪素SiO2 からなる絶縁膜を被着する工程と、ア
ルミニウム等をマスクとして反応性イオンエッチング
(RIE)で前記二酸化珪素SiO2 を異方性エッチン
グし仮のゲート電極を形成する工程と、前記仮のゲート
電極をマスクとしてイオン注入をおこないセルフアライ
メント(自己整合)でn形高濃度領域を形成する工程
と、アニールの保護膜として第2の高融点金属合金膜を
スパッタ等で被着し熱処理をおこない注入されたイオン
を活性化する工程と、前記第2の高融点金属合金膜を除
去する工程と、レジストを塗布し平坦化をおこなう工程
と、前記レジストを前記ゲート電極の頭部が露出するま
でエッチングし弗化水素酸等を用いて前記二酸化珪素S
iO2 を選択的に除去する工程と、AlやTi/Pt/
Au等の比抵抗の低い金属膜を蒸着しリフトオフするこ
とによりセルフアライメント(自己整合)でゲート電極
を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果トラ
ンジスタの製造方法。
3. A semi-insulating substrate surface is ion-implanted by n
Forming a shape operation layer, wherein an insulating film on a semi-insulating substrate surface made of silicon dioxide SiO 2 and a step of depositing, the silicon dioxide SiO 2 by reactive ion etching (RIE) of aluminum or the like as a mask A step of forming a temporary gate electrode by anisotropic etching, a step of forming an n-type high concentration region by self-alignment by performing ion implantation using the temporary gate electrode as a mask, and a step of forming a protective film for annealing. A step of activating the implanted ions by depositing a second refractory metal alloy film by sputtering or the like and performing a heat treatment; a step of removing the second refractory metal alloy film; And etching the resist until the head of the gate electrode is exposed, and then using the hydrofluoric acid or the like to remove the silicon dioxide S
a step of selectively removing iO 2 and Al or Ti / Pt /
And a step of forming a gate electrode by self-alignment by vapor-depositing a metal film having a low specific resistance such as Au and lifting it off.
【請求項4】第2の高融点金属合金膜は、タングステン
(W),モリブデン(Mo)、タングステンシリサイド
(WSi)、タングステンシリコンナイトライド(WS
iN),タングステンナイトライド(WN)、タングス
テンアルミニウム(WAl)など、高融点金属膜または
高融点金属合金膜の少なくとも一者からなる請求項3記
載の電界効果トランジスタの製造方法。
4. The second refractory metal alloy film comprises tungsten (W), molybdenum (Mo), tungsten silicide (WSi), tungsten silicon nitride (WS).
4. The method for manufacturing a field effect transistor according to claim 3, comprising at least one of a refractory metal film or a refractory metal alloy film such as iN), tungsten nitride (WN), and tungsten aluminum (WAl).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6326670B1 (en) * 1999-03-11 2001-12-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method for manufacturing the same

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