DE19723937A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements - Google Patents

Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halblei­ terbauelement und auf ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements und insbesondere auf einen Feldef­ fekttransistor, der eine Aussparung in einem Gateelektro­ dengebiet aufweist, wobei Änderungen der elektrischen Cha­ rakteristik vermindert sind, und auf ein diesbezügliches Herstellungsverfahren.
Ein Metallhalbleiterfeldeffekttransistor (hiernach als MESFET bezeichnet) mit einer Gateelektrode, die einen Schottkykontakt auf einem Substrat bildet, welches aus ei­ nem Verbindungshalbleiter, insbesondere GaAs, besteht, be­ sitzt ein hervorragendes Leistungsvermögen in einem Mikro­ wellenbereich. Dementsprechend wird der MESFET oft für ein Hochfrequenz- oder Hochgeschwindigkeitskommunikationssystem wie ein Satellitenkommunikationssystem, ein mobiles Kommu­ nikationssystem und ein optisches Kommunikationssystem ver­ wendet. Um die Übertragungsfrequenz und den Durchlaßbereich zu erhöhen und die Systemkosten zu verringern, werden zu­ künftig ein höheres Leistungsvermögen und niedrigere Kosten verlangt.
Der für diese Anwendungen oft verwendete GaAs-MESFET ist ein FET mit einem Aussparungsgate, bei welchem eine Gateelektrode in einer Aussparung in einem GaAs-Substrat gebildet ist. Fig. 14(a) bis 14(c) zeigen Querschnitts­ ansichten, welche Verarbeitungsschritte eines Verfahrens zur Herstellung des GaAs-MESFET′s darstellen. In diesen Figuren bezeichnet Bezugszeichen 1 ein quasiisolierendes GaAs-Substrat. Eine n-Typ Schicht 15 mit einer n-Typ Dotie­ rungskonzentration ist in einem Teil der Oberseite des qua­ siisolierenden GaAs-Substrats 1 gebildet. Eine Aussparung 3 ist in der n-Typ Schicht 15 gebildet. Eine Gateelektrode 7 ist in der Aussparung 3 angeordnet. Ohmsche Elektroden 10a und 10b sind auf der Oberseite der n-Typ Schicht 15 ange­ ordnet. Bezugszeichen 4 bezeichnet Si-Ionen.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Wie in Fig. 14(a) dargestellt werden anfänglich die Si- Ionen 4 in das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 implan­ tiert, um die n-Typ Schicht 15 zu bilden. In dem Schritt von Fig. 14(b) werden die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden jeweils auf der Oberseite der n-Typ Schicht 15 gebildet. Danach wird die Aussparung 3 in der Oberseite der n-Typ Schicht 15 gebildet, und die Ga­ teelektrode 7 wird auf der Aussparung 3 gebildet, womit der GaAs-MESFET wie in Fig. 14(c) dargestellt fertiggestellt ist.
Da bei dem Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MES- FET′s nach dem Stand der Technik die Aussparung 3 in der n- Typ Schicht 15 nach dem Bilden der n-Typ Schicht 15 gebil­ det wird, wird jedoch die Kanaldicke direkt unter dem Gate durch die Verfahrensgenauigkeit bezüglich der Aussparung 3 beeinträchtigt. Des weiteren ändert sich die Ausspa­ rungstiefe in großem Umfang, da die Aussparung durch ein gewöhnliches Naßätzen gebildet wird. Folglich ändert sich die Kanaldicke direkt unter dem Gate in großem Umfang, und die elektrische Charakteristik des GaAs-MESFET′s ändert ich in starkem Umfang.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halblei­ terbauelement zu schaffen, bei welchem Änderungen der elek­ trischen Charakteristik verringert sind, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements zu schaffen.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein Halbleiterbauelement ein Halbleiter­ substrat, welches eine Aussparung in seiner Oberseite auf­ weist, ein n-Typ Gebiet mit niedriger Konzentration mit ei­ ner n-Typ Dotierungskonzentration, wobei das Gebiet direkt unterhalb einer Unterseite der Aussparung angeordnet ist und sich über die gesamte Breite der Unterseite erstreckt, und n-Typ Gebiete hoher Konzentration mit einer n-Typ Do­ tierungskonzentration, die größer als diejenige des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration ist, wobei die Gebiete an beiden Seiten der Aussparung benachbart zu dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration angeordnet sind; eine Gateelek­ trode, die ein feuerbeständiges bzw. hochschmelzendes Me­ tall aufweist und in der Aussparung des Halbleitersubstrats benachbart zu dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration an­ geordnet ist; und Ohmsche Elektroden, die jeweils auf den n-Typ Gebieten hoher Konzentration des Halbleitersubstrats angeordnet sind. Da das n-Typ Gebiet niedriger Konzentra­ tion direkt unter der Unterseite der Aussparung gebildet ist und sich über die gesamte Breite der Unterseite er­ streckt, können daher die Positionen der Übergangsflächen zwischen dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration und den n-Typ Gebieten hoher Konzentration stets festgelegt werden, wodurch Änderungen der Kanallänge reduziert werden. Folg­ lich können Änderungen von Umkehrdurchbruchsspannungen zwi­ schen Gate und Drain und zwischen Gate und Source verrin­ gert werden.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein Verfahren zur Herstellung eines Halb­ leiterbauelements die Schritte: Bilden einer Aussparung auf einer Oberseite eines quasiisolierenden Halbleiter­ substrats; Implantieren von Ionen in eine Unterseite oder Unterseite und Seitenflächen der Aussparung des quasiiso­ lierenden Halbleitersubstrats, wodurch ein n-Typ Gebiet niedriger Konzentration mit einer n-Typ Dotierungskonzen­ tration, gebildet wird; Bilden einer Gateelektrode, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmelzendes Metall in der Aussparung aufweist, benachbart zu dem n-Typ Gebiet niedri­ ger Konzentration; Implantieren von Ionen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats auf beiden Seiten der Aussparung, wodurch n-Typ Gebiete hoher Konzentration mit einer n-Typ Dotierungskonzentration, die größer als diejenige des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration ist, gebildet werden, die mit dem n-Typ Gebiet niedriger Konzen­ tration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind; und jeweiliges Bilden von Ohmschen Elektroden auf Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Konzentration. Da nach dem Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats das n-Typ Gebiet niedriger Konzentra­ tion durch Ionenimplantierung in die Unterseite oder die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung gebildet wird, ist die Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration auf der Grundlage des Ionenimplantierungszustands eindeutig bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, reduziert werden können und die elektrische Charakteristik des Halb­ leiterbauelements stabilisiert werden kann gegenüber dem Halbleiterbauelement nach dem Stand der Technik, bei wel­ chem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzen­ tration gebildet ist, welche durch Ionenimplantierung ge­ bildet ist und wobei ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet ist.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Er­ findung beeinhaltet das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halblei­ tersubstrats durch Bilden einer ersten isolierenden Schicht auf dem quasiisolierenden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotie­ rungsverunreiniungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats und die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung mit einer zum Durchtreten durch die erste Isolierungsschicht hinreichende Energie; nach dem Bilden einer zweiten Isolierungsschicht an den Seitenflächen der Aussparung - Bilden der Gateelektrode in der Aussparung be­ nachbart zu dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration und Bedecken der Aussparung; Bilden der n-Typ Gebiete hoher Konzentration, welche mit dem n-Typ Gebiet niedriger Kon­ zentration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind, durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats an beiden Seiten der Aussparung mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht hinreichenden Energie, wobei kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode auftritt; und - nach einem Entfernen der ersten und zweiten Isolie­ rungsschicht - jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Konzentration. Folglich wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halblei­ terbauelements erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet nie­ driger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionen­ implantierung von n-Typ Dotierungsverunreinigungen mit ei­ ner zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht als Ätzmaske der Aussparung hinreichenden Energie und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Er­ findung beinhaltet das Herstellungsverfahren des dritten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Ohmschen Elektroden auf der Oberseite der n-Typ Gebiete hoher Kon­ zentration nach Entfernen der ersten Isolierungsschicht, Bilden von Stufen oberhalb der Aussparung und Entfernen der zweiten Isolierungsschicht. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements erzielt, welches eine Zweistufenaussparungsstruktur aufweist, bei welchem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung von n-Typ Dotierungsionen mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungs­ schicht als Ätzmaske der Aussparung hinreichenden Energie gebildet wird und bei welchem Änderungen der Dicke des n- Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem fünften Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats durch Bilden einer ersten Isolierungsschicht auf dem quasi­ isolierenden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung der ersten Isolie­ rungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverun­ reinigungen in die Unterseite und Seitenflächen der Ausspa­ rung mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht auftritt; nach einem Bilden der zweiten Isolierungsschicht auf den Seitenflächen der Aussparung - Bilden der Gateelektrode in der Aussparung benachbart zu dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration und Bedecken der Aussparung; Bilden der n-Typ Gebiete hoher Konzentration, welche mit dem n-Typ Gebiet niedriger Kon­ zentration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind, durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats an beiden Seiten der Aussparung mit einer Energie, die zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht hinrei­ chend ist und bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode auftritt; und - nach einem Entfernen der er­ sten und zweiten Isolierungsschicht - jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Konzentration. Folglich wird ein Verfahren zur Her­ stellung eines Halbleiterbauelements erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungsverun­ reinigungen mit einer Energie gebildet wird, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht als Ätzmaske der Aussparung auftritt, und bei welchem Änderun­ gen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem sechsten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Herstellungsverfahren des fünften Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Kon­ zentration nach einem Entfernen der ersten Isolierungs­ schicht, Bilden von Stufen oberhalb der Aussparung und Ent­ fernen der zweiten Isolierungsschicht. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Zweistufenaussparungsstruktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungsverun­ reinigungen mit einer Energie gebildet wird, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht als Ätzmaske der Aussparung auftritt, und bei welchem Änderun­ gen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats durch Bilden einer Isolierungsschicht auf dem quasiisolie­ renden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halblei­ tersubstrats unter Verwendung der Isolierungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration durch Implantieren mit n-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats und in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht hin­ reichenden Energie; Bilden der Gateelektrode in der Ausspa­ rung benachbart zu der Unterseite und Seitenflächen der Aussparung und Bedecken der Aussparung; Bilden der n-Typ Gebiete hoher Konzentration, welche mit dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind, durch Implantieren mit n-Typ Dotierungsver­ unreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halb­ leitersubstrats an beiden Seiten der Aussparung mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht hinreichen­ den Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode auftritt; und jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Kon­ zentration nach Entfernen der Isolierungsschicht und Bilden von Stufen oberhalb der Aussparung. Folglich wird ein Ver­ fahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einer vergrabenen Zweistufenaussparungsstruktur erzielt, bei wel­ chem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungs­ verunreinigungen mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht als Ätzmaske der Aussparung hinreichen­ den Energie gebildet wird und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem achten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Herstellungsverfahren des zweiten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats durch Bilden einer Isolierungsschicht auf dem quasiisolie­ renden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halblei­ tersubstrats unter Verwendung der Isolierungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolie­ rungsschicht auftritt; Bilden der Gateelektrode in der Aus­ sparung benachbart zu der Unterseite und Seitenflächen der Aussparung und Bedecken der Aussparung; Bilden der n-Typ Gebiete hoher Konzentration, welche mit dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind, durch Implantieren von n-Typ Dotierungsver­ unreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halb­ leitersubstrats an beiden Seiten der Aussparung mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht hinreichen­ den Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode auftritt; jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Kon­ zentration nach Entfernen der Isolierungsschicht und Bilden von Stufen oberhalb der Aussparung. Folglich wird ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit ei­ ner vergrabenen Zweistufenaussparungsstruktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotie­ rungsverunreinigungen mit einer Energie gebildet wird, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht als Ätzmaske der Aussparung auftritt, und bei welchem Ände­ rungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Entsprechend einem neunten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein Verfahren zur Herstellung eines Halb­ leiterbauelements die Schritte Bilden einer Aussparung auf der Oberseite eines quasiisolierenden Halbleitersubstrats; Implantieren von Ionen in die Oberseite des quasiisolieren­ den Halbleitersubstrats an beiden Seiten der Aussparung, wodurch n-Typ Gebiete hoher Konzentration gebildet werden, welche eine n-Typ Dotierungskonzentration besitzen; Implan­ tieren von Ionen in eine Unterseite oder Unterseite und Seitenflächen der Aussparung, wodurch ein n-Typ Gebiet niedriger Konzentration gebildet wird, dessen n-Typ Dotie­ rungskonzentration niedriger als diejenige des n-Typ Ge­ biets hoher Konzentration ist und das mit den n-Typ Gebie­ ten hoher Konzentration verbunden ist; Bilden einer Gateelektrode, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmel­ zendes Metall aufweist, in der Aussparung benachbart zu dem n-Typ Gebiet niedriger Konzentration; und jeweiliges Bilden von Ohmschen Elektroden auf Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Konzentration. Da nach dem Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration durch Ionenimplantie­ rung in die Unterseite oder die Unterseite und Seitenflä­ chen der Aussparung gebildet wird, ist die Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration eindeutig auf der Grundlage der Ionenimplantierungszustände bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, verringert werden können und die elektrische Charakteristik des Halbleiterbauelements stabi­ lisiert werden kann gegenüber dem Halbleiterbauelement nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n- Typ Schicht niedriger Konzentration gebildet wird, welche durch Ionenimplantierung gebildet wird, und bei welchem ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Entsprechend einem zehnten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Herstellungsverfahren des neunten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats durch Bilden einer ersten Isolierungsschicht auf dem quasi­ isolierenden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung der ersten Isolie­ rungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets hoher Kon­ zentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunrei­ nigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleiter­ substrats und die Unterseite und Seitenflächen der Ausspa­ rung mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolie­ rungsschicht hinreichenden Energie; nach dem Bilden einer zweiten Isolierungsschicht auf den Seitenflächen der Aus­ sparung - Bilden eines p-Typ Dotierungsverunreinigungsim­ plantierungsgebiets in einem Teil des n-Typ Gebiets hoher Konzentration entlang der Unterseite der Aussparung durch Implantieren von p-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Unterseite der Aussparung mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht auf­ tritt, wodurch das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration ge­ bildet wird, welches das p-Typ Dotierungsverunreinigungsim­ plantierungsgebiet und einen Teil des n-Typ Gebiets hoher Konzentration entlang des p-Typ Dotierungsverunreini­ gungsimplantierungsgebiets aufweist; Bilden der Gateelek­ trode in der Aussparung benachbart zu dem p-Typ Dotierungs­ verunreinigungsimplantierungsgebiet; und jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten des n-Typ Ge­ biets hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung nach Entfernen der ersten und zweiten Isolierungsschicht. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halblei­ terbauelements erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet nied­ riger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionen­ implantierung von p-Typ Dotierungsverunreinigungen in das n-Typ Gebiet hoher Konzentration gebildet wird und bei wel­ chem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Kon­ zentration verringert sind.
Entsprechend einem elften Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das Herstellungsverfahren des neunten Aspekts der Erfindung die Schritte Bilden der Aussparung auf der Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats durch Bilden einer Isolierungsschicht auf dem quasiisolie­ renden Halbleitersubstrat und selektives Ätzen des Halblei­ tersubstrats unter Verwendung der Isolierungsschicht als Maske; Bilden des n-Typ Gebiets hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats und die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht hinreichenden Energie; Bilden eines p-Typ Dotierungsverunreinigungsim­ plantierungsgebiets in einem Teil des n-Typ Gebiets hoher Konzentration entlang der Unterseite und Seitenflächen der Aussparung durch Implantieren von p-Typ Dotierungsverunrei­ nigungen in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht auftritt, wodurch das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration gebildet wird, welches das p-Typ Dotierungsverunreinigungsimplantierungsgebiet und einen Teil des n-Typ Gebiets hoher Konzentration entlang des p- Typ Dotierungsverunreinigungsimplantierungsgebiets auf­ weist; Bilden der Gateelektrode in der Aussparung benach­ bart zu der Unterseite und den Seitenflächen der Ausspa­ rung; und jeweiliges Bilden der Ohmschen Elektroden auf der Oberseite des n-Typ Gebiets hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung nach Entfernen der Isolierungs­ schicht. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer vergrabenen Gatestruktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet niedriger Konzentra­ tion, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung der p-Typ Dotierungsverunreinigungen in das n-Typ Gebiet hoher Konzentration gebildet wird und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration verringert sind.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Be­ schreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET in Übereinstimmung mit einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 2(a) bis 2(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 3(a) bis 3(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend einer zweiten Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 5(a) bis 5(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der dritten Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 7(a) bis 7(e) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der vierten Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 9(a) bis 9(g) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der fünften Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 10(a) bis 10(g) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend einer sechsten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 12(a) bis 12(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines MESFET′s entsprechend der siebenten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 13(a) bis 13(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend einer achten Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen.
Fig. 14(a) bis 14(c) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s nach dem Stand der Technik veranschau­ lichen.
Erste Ausführungsform
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugszeichen 1 ein quasiisolierendes GaAs-Substrat. Eine Aussparung 3 ist in einer Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 vorhanden. Ein n-Typ Ge­ biet 5 niedriger Konzentration ist direkt an einer Unter­ seite der Aussparung 3 angeordnet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Unterseite der Aussparung. Eine Gateelektrode 7, welche WSi aufweist bzw. daraus besteht, ist auf der Unterseite der Aussparung 3 angeordnet. N-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration sind an beiden Seiten der Aussparung 3 benachbart zu dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration angeordnet. Ohmsche Elektroden 10a und 10b sind auf der Oberseite des n-Typ Gebiets 9a bzw. 9b hoher Konzentration angeordnet. Beispielsweise besitzt das n-Typ Gebiet 5 eine Dotierungskonzentration von etwa 1 bis 5 × 10¹⁷ cm-3 und die n-Typ Gebiete 9a und 9b besitzen eine Dotierungskonzentration von etwa 5 bis 90 × 10¹⁷ cm-3.
Fig. 2(a) bis 2(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MEFET′s entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. Entsprechend der Figuren bezeichnet Bezugszeichen 2 eine SiO₂-Schicht (erste Isolie­ rungsschicht), Bezugszeichen 4 und 8 bezeichnen Si-Ionen, und Bezugszeichen 6 bezeichnet eine SiO₂-Schicht (zweite Isolierungsschicht).
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zuerst wird wie in Fig. 2(a) dargestellt die SiO₂- Schicht auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiO₂-Schicht als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 selek­ tiv geätzt, um die Aussparung zu bilden. Die SiO₂-Schicht 2 besitzt eine Dicke, bei welcher ein kleiner Blockierungsef­ fekt gegenüber in dem folgenden Verfahren zu implantieren­ den Si-Ionen vorgesehen wird, d. h. eine Dicke von nicht mehr als 50 nm (500 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 2(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite der Wafer beispielsweise bei einer Energie von 100 keV mit einer Dosis eines Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, beispielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die rechte und linke Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si-Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 im­ plantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und in einem Teil des GaAs-Substrats ent­ lang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Da das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration eben­ falls entlang der Seitenflächen der Aussparung 3 gebildet wird, wird es ermöglicht, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration sogar dann mit dem n-Typ Gebiet 5 nied­ riger Konzentration sicher verbunden werden, wenn Änderun­ gen bei der Herstellung während des Bildens der n-Typ Ge­ biete 9a und 9b niedriger Konzentration in dem folgenden Verfahren auftreten.
Darauffolgend wird die SiO₂-Schicht 6 über der gesamten Oberfläche des Wafers aufgetragen, und die SiO₂-Schicht 6 wird selektiv trockengeätzt, wobei Teile der SiO₂-Schicht 6 auf den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 2(c) dargestellt zurückbleiben.
Nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstech­ nik (sputtering technique) aufgetragen ist, wird danach ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Brei­ te etwas größer als diejenige der Aussparung 3 ist, auf der Unterseite der Aussparung 3 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6 gebildet, welche wie in Fig. 2(d) dargestellt an den Sei­ tenflächen der Aussparung 3 gebildet ist. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von bei­ spielsweise 300 nm (3000 Angström).
In dem Schritt von Fig. 2(e) werden die Si-Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags von 3 × 10¹³ cm-2 implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Kon­ zentration an beiden Seiten der Aussparung 3 gebildet wer­ den. Die Implantierung der Si-Ionen 8 wird aus einer schrä­ gen Richtung des Wafers derart durchgeführt, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration direkt unter gegenüberliegenden Enden der Ausspa­ rung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden wer­ den. Danach wird der Wafer bei 800°C etwa 30 Min. ausge­ heizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu aktivie­ ren.
Danach werden nach Entfernen der SiO₂-Schichten 2 und 6 die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden auf vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete hoher Konzentration 9a bzw. 9b gebildet, wo­ durch der GaAs-MESFET wie in Fig. 2(f) dargestellt fertig­ gestellt ist.
Entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung wird wie oben beschrieben das n-Typ Gebiet 5 niedriger Kon­ zentration direkt unter der Unterseite der Aussparung 3 ge­ bildet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Un­ terseite der Aussparung. Daher sind die verbundenen Teile des n-Typ Gebiets niedriger Konzentration und die n-Typ Ge­ biete 9a und 9b hoher Konzentration stets festgelegt, wo­ durch Änderungen der Kanallänge verringert werden. Folglich können Änderungen von Umkehrdurchbruchsspannungen zwischen Gate und Drain und zwischen Gate und Source verringert wer­ den.
Darüber hinaus wird bei der ersten Ausführungsform der Erfindung nach dem Bilden der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Ge­ biet 5 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration eindeutig auf der Grundlage der Ionenimplantierungszustände bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5, welches als Kanal dient, verringert werden können und die elektri­ sche Charakteristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert werden kann gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzentration gebildet ist, welche durch Ionenimplantierung gebildet ist, und bei welchem ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Des weiteren wird bei der ersten Ausführungsform unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht 2 als Maske ein selektives Ätzen durchgeführt, um die Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 zu bilden. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 2 hinreichenden Energie implantiert, wodurch das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration gebildet wird. Nach dem Bilden der zweiten Isolierungsschicht 6 an den Seitenflächen der Aussparung 3 wird die Gateelektrode 7, welche ein feuerbe­ ständiges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, an der Unterseite der Aussparung 3 derart gebil­ det, daß die Aussparung 3 bedeckt wird. Die n-Typ Dotie­ rungsverunreinigungen 8 werden in die Oberseite des quasi­ isolierenden GaAs-Substrats 1 an beiden Seiten der Ausspa­ rung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolie­ rungsschicht 2 hinreichenden Energie, wobei kein Hindurch­ treten durch die Gateelektrode 7 auftritt, implantiert, wo­ durch die n-Typ Gebiete 9a und 9b an beiden Seiten der Aus­ sparung 3 zur Verbindung mit dem n-Typ Gebiet 5 gebildet werden. Nach Entfernen der ersten und zweiten Isolierungs­ schicht 2 und 6 werden die Ohmschen Elektroden 10a und 10b an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Ge­ biete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s er­ zielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentra­ tion, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 mit einer zum Hindurch­ treten durch die erste Isolierungsschicht 2 als Ätzmaske der Aussparung 3 hinreichenden Energie gebildet werden kann und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration verringert werden können.
Zweite Ausführungsform
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt ein GaAs-MESFET dieselbe Struktur wie diejenige der ersten Ausführungsform, jedoch wird der GaAs-MESFET durch ein unterschiedliches Verfahren hergestellt.
Fig. 3(a) bis 3(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte des Herstellens eines GaAs-MESFET′s entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfin­ dung veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren be­ zeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 1 und 2(a) bis 2(f) bezeichneten Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Teile. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine SiN- Schicht (erste Isolierungsschicht).
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 3(a) dargestellt die SiN- Schicht 11 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiN-Schicht 11 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv geätzt. Die SiN-Schicht 11 besitzt eine zum Blockieren der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 4 hinreichende Dicke von etwa 300 nm (3000 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 3(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise mit einer Energie von 100 keV und einer Dosis eines Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, beispielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die linke und rechte Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si-Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 im­ plantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet niedriger Konzentration in einem Teil des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Da das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration entlang den Seitenflächen der Aussparung 3 gebildet wird, wird es ermöglicht, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration sogar dann sicher verbunden werden, wenn Än­ derungen bei der Herstellung während des Bildens der n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration in dem folgenden Ver­ fahren auftreten.
Darauffolgend wird die SiO₂-Schicht 6 über der gesamten Oberfläche des Wafers aufgetragen, und die SiO₂-Schicht 6 wird selektiv trockengeätzt, wobei Teile der SiO₂-Schicht 6 an den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 3(c) dar­ gestellt zurückbleiben.
Danach wird eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberflä­ che des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungs­ technik aufgetragen, und es wird ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite etwas größer als diejenige der Aussparung 3 ist, auf der Unterseite der Aus­ sparung 3 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6 gebildet, welche an den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 3(d) dar­ gestellt gebildet ist. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der in dem folgenden Verfahren zu implantieren­ den Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von etwa 300 nm (3000 Angström).
In dem Schritt von Fig. 3(e) werden Si-Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise mit einer Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags von 3 × 10¹³ cm-2 im­ plantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Kon­ zentration auf dem quasiisolierenden GaAs-Substrat an bei­ den Seiten der Aussparung 3 gebildet werden. Die Implantie­ rung der Si-Ionen 8 wird aus einer schrägen Richtung der Wafer derart durchgeführt, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Kon­ zentration direkt unter gegenüberliegenden Enden der Aus­ sparung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden werden. Danach wird der Wafer bei 800°C über etwa 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu ak­ tivieren.
Danach werden nach Entfernen der SiN-Schicht 11 und der SiO₂-Schicht 6 die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet, wodurch der GaAs-MESFET wie in Fig. 3(f) darge­ stellt fertiggestellt ist.
Wie oben beschrieben wird ebenfalls bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung nach dem Bilden der Ausspa­ rung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedri­ ger Konzentration eindeutig auf der Grundlage der Ionenim­ plantierungszustände bzw. -bedingungen bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzen­ tration, welches als Kanal dient, verringert werden können, und die elektrische Charakteristik des GaAs-MESFET′s stabi­ lisiert werden kann gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzentration gebildet wird, welche durch Ionenimplantierung gebildet wird, und bei welchem der Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Zusätzlich wird bei der zweiten Ausführungsform unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht 11 als Maske ein selektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchgeführt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer Energie implantiert, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 auftritt, wodurch das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet wird. Nach dem Bilden der zweiten Isolierungsschicht 6 an den Seitenflä­ chen der Aussparung 3 wird die Gateelektrode 7, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, auf der Unterseite der Aussparung 3 gebil­ det und bedeckt die Aussparung 3. Die n-Typ Dotierungsver­ unreinigungen 8 werden in die Oberseite des quasiisolieren­ den GaAs-Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 hinreichenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode 7 auftritt, implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Sei­ ten der Aussparung 3 zur Verbindung mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet werden. Nach Entfernen der ersten und zweiten Isolierungsschicht 11 und 6 werden die Ohmschen Elektroden 10a und 10b an vorgeschriebenen Gebie­ ten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Kon­ zentration gebildet. Folglich wird ein Verfahren zur Her­ stellung eines GaAs-MESFET′s erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungsverunreinigun­ gen 4 mit einer Energie gebildet werden kann, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 als Ätzmaske der Aussparung 3 auftritt, und bei welchem Än­ derungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentra­ tion verringert werden können.
Dritte Ausführungsform
Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie diejenigen von Fig. 1 dieselben oder entsprechende Teile. N-Typ Gebiete 12 hoher Konzentration sind in Teilen der Oberseite des quasi­ isolierenden GaAs-Substrats 1 und in Teilen des GaAs- Substrats entlang den Seitenflächen und beiden Enden der Unterseite der Aussparung 3 angeordnet. Ein n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration ist in einem Teil des quasiisolie­ renden GaAs-Substrats 1 direkt unter der Unterseite der Aussparung 3 angeordnet, wo die Gateelektrode 7 angeordnet ist, benachbart zu den n-Typ Gebieten 12 hoher Konzentra­ tion. Das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration weist ein Mg-Ionenimplantierungsgebiet (p-Typ Dotierungsverunreini­ gungsimplantierungsgebiet) 14 auf, welches in der Nähe der Unterseite der Aussparung 3 angeordnet ist, und ein Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration, welches ent­ lang dem Mg-Ionenimplantierungsgebiet 14 angeordnet ist. Das n-Typ Gebiet 20 besitzt eine Dotierungskonzentration von beispielsweise etwa 1 bis 5 × 10¹⁷ cm-3, und die n-Typ Gebiete 12 besitzen eine Dotierungskonzentration, die ge­ eignet zum Bilden des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentra­ tion bezüglich des Mg-Ionenimplantierungsgebiets 14 ist, von beispielsweise etwa 2 × 10¹⁸ cm-3.
Fig. 5(a) bis 5(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte des Herstellens eines GaAs-MESFET′s entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfin­ dung veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren bezeich­ nen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 2(a) bis 2(f) dargestellten Bezugszeichen dieselben oder entspre­ chende Teile. Bezugszeichen 13 bezeichnet Mg-Ionen.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 5(a) dargestellt die SiO₂- Schicht auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiO₂-Schicht 2 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv geätzt. Die SiO₂-Schicht 2 besitzt eine zum Hindurchtreten der im folgenden Verfah­ ren zu implantierenden Si-Ionen 4 und Blockieren der in dem späteren Verfahren zu implantierenden Mg-Ionen 13 geeignete Dicke von beispielsweise etwa 100 nm (1000 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 5(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in Oberseite der Wafer beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis des Betrags von 1 × 10¹³ cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in linker und rechter Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si-Io­ nen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ 12 Gebiet hoher Konzentra­ tion in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 und in einem Teil des GaAs-Substrats entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 ge­ bildet.
Darauffolgend wird die SiO₂-Schicht 6 über der gesamten Oberfläche des Wafers aufgetragen, und die SiO₂-Schicht 6 wird selektiv trockengeätzt, wobei Teile der SiO₂-Schicht 6 an beiden Oberflächen der Aussparung wie in Fig. 5(c) dar­ gestellt verbleiben.
In dem Schritt entsprechend Fig. 5(d) werden die Mg-Io­ nen 13 in die Oberseite des Wafers unter der Bedingung im­ plantiert, bei welcher Mg-Ionen 13 nicht durch die SiO₂- Schicht 2 hindurchtreten, d. h. bei einer Energie von 30 keV und einer Dosis des Betrags 5 × 10¹² cm-2. Danach wird der Wafer bei 800°C 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die im­ plantierten Ionen zu aktivieren. Dadurch wird das Mg-Ionen­ implantierungsgebiet 14 entlang der Unterseite der Ausspa­ rung 3 an Stellen gebildet, an welchen keine SiO₂-Schicht 6 gebildet ist, und das Mg-Ionenimplantierungsgebiet 14 und der Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration ent­ lang dem Mg-Ionenimplantierungsgebiet 14 besitzen eine La­ dungsträgerkonzentration, die geeignet zur FET-Operation ist, d. h. 1 bis 5 × 10¹⁷ cm-3, und bilden das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient.
In dem Schritt entsprechend Fig. 5(e) wird, nachdem ei­ ne WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstechnik aufgetragen worden ist, ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite etwas größer als die Breite der Aussparung 3 ist, auf der Unterseite der Aussparung 3 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6 gebildet, welche an den Seitenflächen der Aussparung 3 gebildet ist.
Danach werden nach Entfernen der SiO₂-Schichten 2 und 6 die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseite des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration jeweils gebildet, wo­ durch der GaAs-MESFET wie in Fig. 5(f) dargestellt fertig­ gestellt ist.
Wie oben beschrieben wird bei der dritten Ausführungs­ form der Erfindung nach dem Bilden der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentration eindeu­ tig auf der Grundlage der Ionenimplantierungsbedingung be­ stimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, reduziert werden können und die elektrische Charakteristik des GaAs- MESFET′s stabilisiert werden kann gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzentration gebildet wird, welche durch Ionenimplantierung gebildet wird, und bei wel­ chem ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Darüber hinaus wird bei der dritten Ausführungsform un­ ter Verwendung der ersten Isolierungsschicht 2 als Maske ein selektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchge­ führt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und die Seitenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 2 hinreichenden Energie implantiert, wodurch das n-Typ Gebiet 12 hoher Konzentration gebildet wird. Nach dem Bilden der zweiten Isolierungsschicht 6 an den Seitenflächen der Aus­ sparung 3 werden die p-Typ Dotierungsverunreinigungen 13 in die Unterseite der Aussparung 3 mit einer Energie implan­ tiert, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Iso­ lierungsschicht 2 auftritt, wodurch das p-Typ Dotierungs­ verunreinigungsimplantierungsgebiet 14 in einem Teil des n- Typ Gebiets 12 hoher Konzentration entlang der Unterseite der Aussparung 3 gebildet wird, und das p-Typ Dotierungs­ verunreinigungsimplantierungsgebiet 14 und der Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration entlang dem p-Typ Do­ tierungsverunreinigungsimplantierungsgebiet 14 bilden das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration. Die Gateelektrode 7, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, wird auf der Unterseite der Aussparung 3 gebildet und bedeckt die Aussparung 3. Nach Entfernen der ersten und zweiten Isolierungsschicht 2 und 6 werden die Ohmschen Elektroden 10a und 10b an vorgeschrie­ benen Gebieten der Oberseite des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration jeweils gebildet. Folglich wird ein Verfahren zum Herstellen eines GaAs-MESFET′s erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung von p-Typ Dotierungsverun­ reinigungen 13 in das n-Typ Gebiet 12 hoher Konzentration gebildet werden kann und Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentration verringert werden kön­ nen.
Vierte Ausführungsform
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 4 dargestellten Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Teile. Die vierte Ausführungsform der Erfindung ist im we­ sentlichen identisch zu der dritten Ausführungsform mit den Ausnahmen, daß die Gateelektrode 7 in der Aussparung 3 ver­ graben wird, die n-Typ Gebiete 12 hoher Konzentration in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 angeordnet werden, das n- Typ 20 niedriger Konzentration in einem Teil des quasiiso­ lierenden GaAs-Substrats 1 entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 benachbart zu den n-Typ Ge­ bieten 12 hoher Konzentration angeordnet wird und das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration das Mg-Ionenimplantie­ rungsgebiet 14, welches in der Nähe der Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 angeordnet ist, und den Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration, welches das Mg-Ionenimplantierungsgebiet 14 umgibt, aufweist.
Fig. 7(a) bis 7(e) zeigen Querschnittsansichten, welche die Verfahrensschritte zur Herstellung eines GaAs- MESFET′s entsprechend der vierten Ausführungsform der Er­ findung veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren be­ zeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 5(a) bis 5(f) dargestellten Bezugszeichen dieselben oder ent­ sprechende Teile.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 7(a) dargestellt die SiO₂- Schicht (Isolierungsschicht) 2 auf der Oberseite des quasi­ isolierenden GaAs-Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiO₂-Schicht 2 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv ge­ ätzt. Die SiO₂-Schicht 2 besitzt eine zum Hindurchtreten der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 4 und Blockieren der in dem späteren Verfahren zu implantie­ renden Mg-Ionen 13 hinreichende Dicke von etwa 100 nm (1000 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 7(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis der Größe 1 × 10¹³ cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die linke und rechte Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si- Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ 12 hoher Konzentration in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und in einem Teil des GaAs-Substrats entlang den Seitenflä­ chen und der Unterseite der Aussparung 3 gebildet.
In dem Schritt entsprechend Fig. 7(c) werden die Mg-Io­ nen 13 in die Oberseite des Wafers bei einer Energie von 30 keV und einer Dosis des Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implan­ tiert, wobei der Wafer um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die linke und rechte Richtung entsprechend der Figur ge­ neigt ist, so daß die Mg-Ionen 13 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Danach wird der Wafer bei 800° 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu aktivieren. Dadurch wird das Mg-Ionenimplantie­ rungsgebiet 14 in einem Teil des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration in der Nähe der Seitenflächen und der Unter­ seite der Aussparung 3 gebildet, und das Mg-Ionenimplantie­ rungsgebiet 14 und der Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration, welcher das Mg-Ionenimplantierungsgebiet 14 umgibt, besitzen eine zur FET-Operation geeignete Ladungs­ trägerkonzentration, d. h. 1 bis 5 × 10¹⁷ cm-3, und bilden des n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient.
Nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstech­ nik aufgetragen worden ist, wird darauffolgend ein reakti­ ves Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchge­ führt, wodurch die Gateelektrode 7 wie in Fig. 7(d) darge­ stellt in der Aussparung 3 vergraben wird.
Danach werden nach Entfernen der SiO₂-Schicht 2 die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elek­ troden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseite des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration jeweils gebildet, wodurch der GaAs-MESFET wie in Fig. 7(e) dargestellt fertiggestellt ist.
Wie oben beschrieben wird bei der vierten Ausführungs­ form der Erfindung nach dem Bilden der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Seitenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedri­ ger Konzentration eindeutig auf der Grundlage der Implan­ tierungsbedingungen bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, verringert werden können und die elektrische Charakteristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert werden kann gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Kon­ zentration gebildet wird, welche durch Ionenimplantierung gebildet wird, und ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Darüber hinaus wird bei der vierten Ausführungsform un­ ter Verwendung der Isolierungsschicht 2 als Maske ein se­ lektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchgeführt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 2 hinrei­ chenden Energie implantiert, wodurch das n-Typ Gebiet 12 hoher Konzentration gebildet wird. Die p-Typ Dotierungsver­ unreinigungen 13 werden in die Unterseite und die Seiten­ flächen der Aussparung 3 mit einer Energie implantiert, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 2 auftritt, wodurch das Dotierungsverunreinigungsimplan­ tierungsgebiet 14 in dem Teil des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration in der Nähe der Seitenflächen und der Unter­ seite der Aussparung 3 gebildet wird, und das p-Typ Dotie­ rungsverunreinigungsimplantierungsgebiet 14 und der Teil 12a des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration, welcher das p-Typ Dotierungsverunreinigungsimplantierungsgebiet 14 um­ gibt, bilden das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration. Die Gateelektrode 7, welche ein feuerbeständiges bzw. hoch­ schmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, wird in der Aussparung 3 vergraben. Nach Entfernen der Isolierungs­ schicht 2 werden die Ohmschen Elektroden 10a und 10b an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseite des n-Typ Gebiets 12 hoher Konzentration jeweils gebildet. Folglich wird ein Verfahren zum Herstellen eines GaAs-MESFET′s mit einer ver­ grabenen Gatestruktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 20 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung der p-Typ Dotierungsverunreinigungen 13 in das n-Typ Gebiet 12 hoher Konzentration gebildet werden kann und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 20 niedriger Konzentration verringert werden können.
Fünfte Ausführungsform
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 1 dargestellten Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Teile. Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Stufe oberhalb der Aussparung 3. Die fünfte Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen identisch zu der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Aussparung 3 eine Zweistufenausspa­ rungsstruktur mit den Stufen 16 besitzt.
Fig. 9(a) bis 9(g) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der fünften Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen. Entsprechend diesen Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 2(a) bis 2(f) und 8 dargestellten Bezugszeichen diesel­ ben oder entsprechende Teile.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 9(a) dargestellt die SiO₂- Schicht 2 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiO₂-Schicht 2 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv geätzt. Die SiO₂-Schicht 2 besitzt eine Dicke, welche einen leichten Blockierungsef­ fekt gegenüber im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen vorsieht, d. h. eine Dicke von nicht mehr als 50 nm (500 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 9(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis des Betrags 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die linke und rechte Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si- Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 und in einem Teil des GaAs-Substrats entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 ge­ bildet.
Darauffolgend wird die SiO₂-Schicht 6 über der gesamten Oberfläche der Wafer aufgetragen, und die SiO₂-Schicht 6 wird selektiv trockengeätzt, wobei Teile der SiO₂-Schicht 6 an den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 9(c) dar­ gestellt zurückbleiben.
Nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstech­ nik aufgetragen worden ist, wird ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite etwas größer als die Breite der Aussparung 3 ist, an der Unterseite der Ausspa­ rung 3 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6, welche an der Sei­ tenfläche der Aussparung 3 gebildet ist, wie in Fig. 9(d) dargestellt gebildet. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von beispielsweise 300 nm (3000 Angström).
In dem Schritt von Fig. 9(e) werden die Si-Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags 3 × 10¹³ cm-2 im­ plantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Kon­ zentration an beiden Seiten der Aussparung 3 gebildet wer­ den. Die Implantierung der Si-Ionen 8 wird aus der schrägen Richtung des Wafers derart durchgeführt, daß die n-Typ Ge­ biete 9a und 9b mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentra­ tion direkt unter den gegenüberliegenden Enden der Ausspa­ rung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden wer­ den. Danach wird der Wafer bei 800°C 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu aktivieren.
In dem Schritt entsprechend Fig. 9(f) werden nach Ent­ fernen der SiO₂-Schicht 2 Teile des quasiisolierenden Substrats 1 benachbart der SiO₂-Schicht 6 durch eine Foto­ litografietechnik und Naßätzen selektiv entfernt, wodurch die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet werden.
Nach Entfernen der SiO₂-Schicht 6 werden die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet, wodurch der GaAs- MESFET wie in Fig. 9(g) dargestellt fertiggestellt ist.
Wie oben beschrieben wird bei der fünften Ausführungs­ form der Erfindung das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentra­ tion direkt unter der Unterseite der Aussparung 3 gebildet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Unterseite der Aussparung. Daher sind die verbundenen Positionen des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration und der n-Typ Ge­ biete 9a und 9b hoher Konzentration stets festgelegt, wo­ durch Änderungen der Kanallänge reduziert werden. Folglich können Änderungen der Umkehrdurchbruchsspannungen zwischen Gate und Drain und zwischen Gate und Source verringert wer­ den.
Da bei der fünften Ausführungsform der Erfindung die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 zur Realisierung einer Zweistufenaussparungsstruktur gebildet werden, können dar­ über hinaus die Umkehrdurchbruchsspannungen zwischen Gate und Drain und zwischen Gate und Source verbessert werden.
Des weiteren wird bei der fünften Ausführungsform nach Bildung der Aussparung 3 an der Oberseite des quasiisolie­ renden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Gebiet 5 niedriger Kon­ zentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration eindeutig auf der Grund­ lage der Ionenimplantierungsbedingungen bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5, welches als Kanal dient, reduziert werden können und die elektrische Charak­ teristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert werden kann gegen­ über dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei wel­ chem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzen­ tration durch Ionenimplantierung gebildet wird und ein Ka­ nal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Des weiteren wird bei der fünften Ausführungsform unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht 2 als Maske ein selektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchgeführt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 bei einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 2 hinreichenden Energie implantiert, wodurch das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet wird. Nach Bilden der zweiten Isolierungsschicht 6 an den Seitenflächen der Aus­ sparung 3 wird die Gateelektrode 7, welche ein feuerbestän­ diges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus be­ steht, auf der Unterseite der Aussparung 3 gebildet und be­ deckt die Aussparung 3. Die n-Typ Dotierungsverunreinigun­ gen 8 werden in die Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 bei einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 2 hinrei­ chenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode 7 auftritt, implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung 3 gebildet werden, welche mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration zu verbinden sind. Nach Entfernen der ersten Isolierungsschicht 2 werden die Stufen 16 ober­ halb der Aussparung 3 gebildet. Nach Entfernen der zweiten Isolierungsschicht 6 werden die Ohmschen Elektroden 10a und 10b an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s mit einer Zweistufenaussparungsstruktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration, welches als Ka­ nal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungs­ verunreinigungen 4 bei einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 2 als Ätzmaske der Aussparung 3 hinreichenden Energie gebildet werden kann und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzen­ tration verringert werden können.
Sechste Ausführungsform
Entsprechend einer sechsten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung besitzt ein GaAs-MESFET dieselbe Struktur wie bei der fünften Ausführungsform.
Fig. 10(a) bis 10(g) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines GaAs-MESFET′s entsprechend der sechsten Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen. Entsprechend diesen Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 8 und 9(a) bis 9(g) bezeichneten Bezugszeichen diesel­ ben oder entsprechende Teile.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 10(a) dargestellt die SiN- Schicht 11 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiN-Schicht 11 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv geätzt. Die SiN-Schicht 11 besitzt eine zum Blockieren der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 4 hinreichende Dicke von etwa 300 nm (3000 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 10(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis des Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in die linke und rechte Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si- Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration in einem Teil des quasiisolierenden GaAs-Substrats entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 gebildet.
Darauffolgend wird die SiO₂-Schicht 6 über der gesamten Oberfläche des Wafers aufgetragen, und die SiO₂-Schicht 6 wird selektiv trockengeätzt, wobei Teile der SiO₂-Schicht 6 an den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 10(c) dargestellt zurückbleiben.
Nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstech­ nik aufgetragen worden ist, wird ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite etwas größer als die Breite der Aussparung 3 ist, auf der Unterseite der Ausspa­ rung 3 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6 gebildet, welche an den Seitenflächen der Aussparung 3 wie in Fig. 10(d) dar­ gestellt gebildet ist. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der im folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von etwa 300 nm (3000 Ang­ ström).
In dem Schritt von Fig. 10 (e) werden die Si-Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags von 3 × 10¹³ cm-2 implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b an beiden Seiten der Aussparung 3 gebildet werden. Die Implantierung der Si-Ionen 8 wird aus der schrägen Richtung des Wafers derart durchgeführt, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentra­ tion direkt unter gegenüberliegenden Enden der Aussparung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden werden. Da­ nach wird der Wafer bei 800°C 30 Min. ausgeheizt bzw. er­ hitzt, um die implantierten Ionen zu aktivieren.
In dem Schritt entsprechend Fig. 10(f) werden nach Ent­ fernen der SiN-Schicht 11 Teile des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 benachbart zu der SiO₂-Schicht 6 selektiv durch eine Fotolitografietechnik und Naßätzen entfernt, wodurch die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet werden.
Danach werden nach Entfernen der SiO₂-Schicht 6 die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elek­ troden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n- Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet, wo­ durch der GaAs-MESFET wie in Fig. 10(g) dargestellt fertig­ gestellt ist.
Wie bezüglich der sechsten Ausführungsform der Erfin­ dung oben beschrieben wird nach Bilden der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 das n- Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration entlang der Unterseite der Aussparung 3 durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration eindeutig auf der Grund­ lage der Ionenimplantierungsbedingungen bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5, welches als Kanal dient, reduziert werden können und die elektrische Charak­ teristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert wird gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzentration ge­ bildet wird, welche durch Ionenimplantierung gebildet wird, und ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Bei der sechsten Ausführungsform wird darüber hinaus unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht 11 als Maske ein selektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchge­ führt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Seitenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 bei einer Energie implantiert, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 auftritt, wodurch das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet wird. Nach Bilden der zweiten Isolierungsschicht 6 auf den Seitenflächen der Aussparung 3 wird die Gateelektrode 7, welche ein feuerbe­ ständiges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, auf der Unterseite der Aussparung 3 gebildet und bedeckt die Aussparung 3. Die n-Typ Dotierungsverunreini­ gungen 8 werden in die Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 bei ei­ ner zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 geeigneten Energie implantiert, bei welcher kein Hin­ durchtreten durch die Gateelektrode 7 auftritt, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Sei­ ten der Aussparung 3 gebildet werden, welche mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration zu verbinden sind. Nach Entfernen der ersten Isolierungsschicht 11 werden die Stu­ fen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet. Nach Entfernen der zweiten Isolierungsschicht 6 werden die Ohmschen Elek­ troden 10a und 10b auf vorgeschriebenen Gebieten der Ober­ seiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration ge­ bildet. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s mit einer Zweistufenaussparungsstruktur er­ zielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentra­ tion, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 bei einer Energie gebil­ det werden kann, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht 11 als Ätzmaske der Aussparung 3 auftritt, und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration verringert werden können.
Siebente Ausführungsform
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsansicht, welche einen GaAs-MESFET entsprechend einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 8 dargestellten Bezugszeichen dieselben oder entspre­ chende Teile. Die siebente Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen identisch zu der fünften Ausführungs­ form mit der Ausnahme, daß die Gateelektrode 7 in der Aus­ sparung 3 mit einer Zweistufenaussparungsstruktur, die Stu­ fen 16 aufweist, vergraben ist.
Fig. 12(a) bis 12(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der siebenten Ausführungs­ form der Erfindung veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 8 und 9(a) bis 9(g) dargestellten Bezugszeichen diesel­ ben oder entsprechende Teile.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Anfänglich wird wie in Fig. 12(a) dargestellt die SiO₂- Schicht 2 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwendung der SiO₂-Schicht 2 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung selektiv geätzt. Die SiO₂-Schicht 2 besitzt eine Dicke, welche eine kleine Blockierungswirkung gegenüber in dem folgenden Verfahren zu implantierenden Si- Ionen aufweist, d. h. eine Dicke von nicht mehr als 50 nm (500 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 12(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis des Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in rechter und linker Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si- Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration in Teilen der Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 und in einem Teil des GaAs-Substrats entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Aussparung 3 ge­ bildet.
Darauffolgend wird, nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstechnik aufgetragen worden ist, ein reak­ tives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durch­ geführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite et­ was größer als die Breite der Aussparung 3 ist, in der Aus­ sparung 3 wie in Fig. 12(c) dargestellt vergraben. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der in dem fol­ genden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von beispielsweise 300 14905 00070 552 001000280000000200012000285911479400040 0002019723937 00004 14786nm (3000 Angström).
In dem Schritt entsprechend Fig. 12(d) werden die Si- Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei ei­ ner Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags von 3 × 10¹³ cm-2 implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung 3 ge­ bildet werden. Die Implantierung der Si-Ionen 8 wird aus der schrägen Richtung des Wafers derart durchgeführt, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration mit dem n- Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration direkt unter gegen­ überliegenden Enden der Aussparung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden werden. Danach wird der Wafer bei 800° 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu aktivieren.
In dem Schritt von Fig. 12(e) werden nach Entfernen der SiO₂-Schicht 2 Teile des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 benachbart zu der Gateelektrode 7 durch eine fotolitografi­ sche Technik und Naßätzen selektiv entfernt, wodurch die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet werden.
Danach werden die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden auf vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b gebildet, wo­ durch der GaAs-MESFET wie in Fig. 12(f) dargestellt fertig­ gestellt ist.
Wie oben entsprechend der siebenten Ausführungsform der Erfindung dargestellt wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration direkt unter der Unterseite der Aussparung 3 gebildet und erstreckt sich über die gesamte Breite der Un­ terseite der Aussparung. Daher sind die verbundenen Posi­ tionen des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration und der n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration stets festge­ legt, wodurch Änderungen der Umkehrdurchbruchsspannungen zwischen Gate und Drain und zwischen Gate und Source ver­ ringert werden können.
Da darüber hinaus bei der siebenten Ausführungsform der Erfindung die Gateelektrode 7 in der Aussparung mit einer Zweistufenaussparungsstruktur, welche die Stufen 16 auf­ weist, vergraben wird, kann die Eingangs- und Ausgangscha­ rakteristik des GaAs-MESFET′s verbessert werden.
Des weiteren wird bei der siebenten Ausführungsform nach Bilden der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasi­ isolierenden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Daher wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration eindeutig auf der Grund­ lage der Ionenimplantierungsbedingungen bestimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5, welches als Kanal dient, verringert werden können und die elektrische Charak­ teristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert werden kann gegen­ über dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei wel­ schem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzen­ tration gebildet wird, welche durch Ionenimplantierung ge­ bildet wird, und bei welchem ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Des weiteren wird bei der siebenten Ausführungsform un­ ter Verwendung der Isolierungsschicht 2 als Maske ein se­ lektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchgeführt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 und die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 2 hinrei­ chenden Energie implantiert, wodurch das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet wird. Die Gateelektrode 7, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmelzendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, wird in der Aussparung 3 be­ nachbart zu der Unterseite und den Seitenflächen der Aus­ sparung 3 vergraben. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 8 werden in die Oberseite des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 2 hinreichenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode 7 auftritt, implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b an beiden Seiten der Aussparung 3 gebil­ det werden, welche mit dem n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration zu verbinden sind. Nach Entfernen der Isolierungs­ schicht 2 werden die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet. Die Ohmschen Elektroden 10a und 10b werden auf vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s mit einer vergrabenen Zweistufenaussparungsstruktur erzielt, bei wel­ chem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplantierung mit n-Typ Dotie­ rungsverunreinigungen 4 bei einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 2 als Ätzmaske der Aussparung 3 hin­ reichenden Energie gebildet werden kann und bei welchem Än­ derungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentra­ tion verringert werden können.
Achte Ausführungsform
Entsprechend einer achten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung besitzt ein GaAs-MESFET dieselbe Struktur wie bei der siebenten Ausführungsform, und der GaAs-MESFET wird durch ein anderes Verfahren hergestellt.
Fig. 13(a) bis 13(f) zeigen Querschnittsansichten, welche Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s entsprechend der achten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. Entsprechend dieser Figuren besitzen dieselben Bezugszeichen wie die in Fig. 11 und 12(a) bis 12(f) dargestellten Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Teile.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben.
Zu Anfang wird wie in Fig. 13(a) dargestellt die SiN- Schicht (Isolierungsschicht) 11 auf der Oberseite des qua­ siisolierenden GaAs-Substrats 1 aufgetragen. Unter Verwen­ dung der SiN-Schicht 11 als Maske wird das quasiisolierende GaAs-Substrat 1 zur Bildung der Aussparung 3 selektiv ge­ ätzt. Die SiN-Schicht 11 besitzt eine zum Blockieren der in dem folgenden Verfahren zu implantierenden Si-Ionen 4 hin­ reichende Dicke von etwa 300 nm (3000 Angström).
Als nächstes werden wie in Fig. 13(b) dargestellt die Si-Ionen 4 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei einer Energie von 100 keV und einer Dosis des Betrags von 5 × 10¹² cm-2 implantiert, wobei der Wafer geneigt ist, bei­ spielsweise um 45° bezüglich des Ionenstrahls in rechter und linker Richtung entsprechend der Figur, so daß die Si- Ionen 4 in die Seitenflächen der Aussparung 3 implantiert werden. Dadurch wird das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzen­ tration in einem Teil des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 entlang den Seitenflächen und der Unterseite der Ausspa­ rung 3 gebildet.
Darauffolgend wird, nachdem eine WSi-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Wafers durch eine Zerstäubungs- bzw. Aufstäubungstechnik gebildet worden ist, ein reaktives Ionenätzen selektiv bezüglich der WSi-Schicht durchgeführt. Dadurch wird die Gateelektrode 7, deren Breite etwas größer als die Breite der Aussparung 3 ist, in der Aussparung 3 wie in Fig. 13(c) dargestellt, vergraben. Die Gateelektrode 7 besitzt eine zum Blockieren der in dem folgenden Verfah­ ren zu implantierenden Si-Ionen 8 hinreichende Dicke von beispielsweise 300 nm (3000 Angström).
In dem Schritt entsprechend Fig. 13(d) werden die Si- Ionen 8 in die Oberseite des Wafers beispielsweise bei ei­ ner Energie von 150 keV und einer Dosis des Betrags von 3 × 10¹³ cm-2 implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung 3 ge­ bildet werden. Die Implantierung der Si-Ionen 8 wird aus der schrägen Richtung des Wafers derart durchgeführt, daß die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration mit dem n- Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration direkt unter gegen­ überliegenden Enden der Aussparung 3 in Richtung der Breite der Aussparung verbunden werden. Danach wird der Wafer bei 800°C 30 Min. ausgeheizt bzw. erhitzt, um die implantierten Ionen zu aktivieren.
In dem Schritt entsprechend Fig. 13(e) werden nach Ent­ fernen der SiN-Schicht 11 Teile des quasiisolierenden GaAs- Substrats 1 benachbart zu der Gateelektrode 7 selektiv durch eine fotolitografische Technik und Naßätzen selektiv entfernt, wodurch die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet werden.
Danach werden die Source- und Drainelektroden 10a und 10b als Ohmsche Elektroden auf vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzen­ tration gebildet, wodurch der GaAs-MESFET wie in Fig. 13(f) dargestellt fertiggestellt ist.
Wie bezüglich der achten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird nach Bildung der Aussparung 3 auf der Oberseite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration durch Ionenimplantierung in die Unterseite der Aussparung 3 gebildet. Dadurch wird die Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration ein­ deutig auf der Grundlage der Implantierungsbedingungen be­ stimmt, wodurch Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5, welches als Kanal dient, verringert werden können und die elektrische Charakteristik des GaAs-MESFET′s stabilisiert werden kann gegenüber dem GaAs-MESFET nach dem Stand der Technik, bei welchem die Aussparung in der n-Typ Schicht niedriger Konzentration gebildet wird, welche durch Ionen­ implantierung gebildet wird, und ein Kanal direkt unter der Aussparung gebildet wird.
Darüber hinaus wird bei der achten Ausführungsform un­ ter Verwendung der Isolierungsschicht 11 als Maske ein se­ lektives Ätzen zur Bildung der Aussparung 3 auf der Ober­ seite des quasiisolierenden GaAs-Substrats 1 durchgeführt. Die n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 werden in die Sei­ tenflächen und die Unterseite der Aussparung 3 mit einer Energie implantiert, bei welcher ein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 11 nicht auftritt, wodurch das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration gebildet wird. Die Ga­ teelektrode 7, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmel­ zendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, wird in der Aussparung 3 benachbart zu der Unterseite und den Seiten­ flächen der Aussparung 3 vergraben. Die n-Typ Dotierungs­ verunreinigungen 8 werden in die Oberseite des quasiisolie­ renden GaAs-Substrats 1 an beiden Seiten der Aussparung 3 bei einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht 11 hinreichenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode 7 auftritt, implantiert, wodurch die n-Typ Gebiete 9a und 9b hoher Konzentration an beiden Seiten der Aussparung 3 gebildet werden, welche mit dem n- Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration zu verbinden sind. Nach Entfernen der Isolierungsschicht 11 werden die Stufen 16 oberhalb der Aussparung 3 gebildet. Die Ohmschen Elek­ troden 10a und 10b werden an vorgeschriebenen Gebieten der Oberseiten der n-Typ Gebiete 9a bzw. 9b hoher Konzentration gebildet. Folglich wird ein Verfahren zur Herstellung eines GaAs-MESFET′s mit einer vergrabenen Zweistufenaussparungs­ struktur erzielt, bei welchem das n-Typ Gebiet 5 niedriger Konzentration, welches als Kanal dient, durch Ionenimplan­ tierung mit n-Typ Dotierungsverunreinigungen 4 bei einer Energie gebildet werden kann, bei welcher kein Hindurchtre­ ten durch die Isolierungsschicht 11 als Ätzmaske der Aus­ sparung 3 auftritt, und bei welchem Änderungen der Dicke des n-Typ Gebiets 5 niedriger Konzentration verringert wer­ den können.
Obenstehend wurde ein Halbleiterbauelement und ein Ver­ fahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements offenbart. Das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements enthält die Schritte: Bilden einer Aussparung auf einer Oberseite eines quasiisolierenden Halbleitersubstrats; Im­ plantieren von Ionen in eine Unterseite oder eine Unter­ seite und Seitenflächen der Aussparung, wodurch ein n-Typ Gebiet niedriger Konzentration gebildet wird; Bilden einer Gateelektrode, welche ein feuerbeständiges bzw. hochschmel­ zendes Metall aufweist bzw. daraus besteht, in der Ausspa­ rung benachbart zu dem Gebiet niedriger Konzentration; Im­ plantieren von Ionen in die Oberseite des Substrats an bei­ den Seiten der Aussparung, wodurch n-Typ Gebiete hoher Kon­ zentration gebildet werden, die mit dem Gebiet niedriger Konzentration an beiden Seiten der Aussparung verbunden sind; und jeweiliges Bilden von Ohmschen Elektroden auf den Oberseiten der Gebiete hoher Konzentration. Daher wird die Dicke des Gebiets niedriger Konzentration eindeutig auf der Grundlage der Ionenimplantierungsbedingungen bestimmt, wo­ durch Änderungen der Dicke des Gebiets niedriger Konzentra­ tion, welches als Kanal dient, stärker verringert werden können und die elektrische Charakteristik des Halbleiter­ bauelements stabiler ausgestaltet werden kann als wie bei einem Halbleiterbauelement nach dem Stand der Technik.

Claims (11)

1. Halbleiterbauelement (Fig. 1) mit:
einem Halbleitersubstrat (1) mit einer Oberseite;
einer Aussparung (3), die eine Unterseite- und Seiten­ flächen aufweist und auf der Oberseite des Halbleiter­ substrats (1) angeordnet ist;
einem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration, wel­ ches eine n-Typ Dotierungskonzentration aufweist und in ei­ nem Teil des Halbleitersubstrats (1) direkt unter der Un­ terseite der Aussparung (3) angeordnet ist und sich über die gesamte Breite der Unterseite der Aussparung erstreckt;
n-Typ Gebieten (9a, 9b) hoher Konzentration, welche jeweils eine n-Typ Dotierungskonzentration aufweisen, die größer als die Dotierungskonzentration des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration ist und in Teilen des Halblei­ tersubstrats (1) an beiden Seiten der Aussparung (3) be­ nachbart zu dem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration angeordnet sind;
einer Gateelektrode (7), welche aus einem hochschmel­ zenden Metall besteht und in der Aussparung (3) benachbart zu dem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration angeordnet ist; und
Ohmschen Elektroden (10a, 10b), welche jeweils auf n- Typ Gebieten (9a, 9b) hoher Konzentration angeordnet sind.
2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements (Fig. 2(a) bis 2(f), 3(a) bis 3(f), 9(a) bis 9(g), 10(a) bis 10(g), 12(a) bis 12(f), 13(a) bis 13(f)), mit den Schritten:
Bereitstellen eines quasiisolierenden Halbleiter­ substrats (1), welches eine Oberseite aufweist;
Bilden einer Aussparung (3) auf der Oberseite des qua­ siisolierenden Halbleitersubstrats (1);
Implantieren von Ionen in wenigstens die Unterseite der Aussparung (3) oder die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung (3) des quasiisolierenden Halbleiter­ substrats (1), wodurch ein n-Typ Gebiet (5) niedriger Kon­ zentration mit einer n-Typ Dotierungskonzentration gebildet wird;
Bilden einer Gateelektrode (7), welche aus einem hoch­ schmelzenden Metall besteht, in der Aussparung (3) benach­ bart zu dem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration;
Implantieren von Ionen in die Oberseite des quasiiso­ lierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aus­ sparung (3), wodurch n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzen­ tration gebildet werden, deren n-Typ Dotierungskonzentrati­ on größer als diejenige des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration sind und die mit dem n-Typ Gebiet (5) niedri­ ger Konzentration an beiden Seiten der Aussparung (3) ver­ bunden sind; und
jeweiliges Bilden von Ohmschen Elektroden (10a, 10b) auf Oberseiten der n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzentra­ tion.
3. Verfahren nach Anspruch 2 (Fig. 2(a) bis 2(f)), ge­ kennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer ersten Isolierungsschicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwen­ dung der ersten Isolierungsschicht (2) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) und in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolie­ rungsschicht (2) hinreichenden Energie;
Bilden der Gateelektrode (7) benachbart zu dem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration und Bedecken der Ausspa­ rung (3) nach dem Bilden einer zweiten Isolierungsschicht (6) an den Seitenflächen der Aussparung (3);
Bilden der n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (8) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aussparung (3) mit einer zum Hin­ durchtreten durch die erste Isolierungsschicht (2) hinrei­ chenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode (7) auftritt; und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der ersten und zweiten Isolierungsschicht (2, 6).
4. Verfahren nach Anspruch 3 (Fig. 8, 9(a) bis 9(g)), gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der ersten Isolierungsschicht (2), Bilden von Stufen (16) oberhalb der Aussparung (3) und Entfernen der zweiten Isolierungsschicht (6).
5. Verfahren nach Anspruch 2 (Fig. 3(a) bis 3(f)), ge­ kennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer ersten Isolierungsschicht (11) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwen­ dung der ersten Isolierungsschicht (11) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die erste Isolierungsschicht (11) auftritt;
Bilden der Gateelektrode (7) benachbart zu dem n-Typ Gebiet (5) niedriger Konzentration und Bedecken der Ausspa­ rung (3) nach Bilden einer zweiten Isolierungsschicht (6) an den Seitenflächen der Aussparung (3),
Bilden der n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (8) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aussparung (3) mit einer zum Hin­ durchtreten durch die erste Isolierungsschicht (11) hinrei­ chenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode (7) auftritt; und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der ersten und zweiten Isolierungsschicht (11, 6).
6. Verfahren nach Anspruch 5 (Fig. 10a bis 10g)), ge­ kennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der ersten Isolierungsschicht (11), Bilden von Stufen (16) oberhalb der Aussparung (3) und Entfernen der zweiten Isolierungsschicht (6).
7. Verfahren nach Anspruch 2 (Fig. 11, 12(a) bis 12(f)), gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer Isolie­ rungsschicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selek­ tives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) und die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht (2) hinreichenden Energie;
Bilden der Gateelektrode (7) benachbart zu der Unter­ seite und den Seitenflächen der Aussparung (3) und Bedecken der Aussparung (3);
Bilden der n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (8) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aussparung (3) mit einer zum Hin­ durchtreten durch die Isolierungsschicht (2) hinreichenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode (7) auftritt; und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der Isolierungsschicht (2) und Bilden von Stufen (16) oberhalb der Aussparung (3).
8. Verfahren nach Anspruch 2 (Fig. 13(a) bis 13(f)), gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer Isolie­ rungsschicht (11) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selek­ tives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (11) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (5) niedriger Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Unterseite und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht (11) auftritt;
Bilden der Gateelektrode (7) benachbart zu der Unter­ seite und den Seitenflächen der Aussparung (3) und Bedecken der Aussparung (3);
Bilden der n-Typ Gebiete (9a, 9b) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (8) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aussparung (3) mit einer zum Hin­ durchtreten durch die Isolierungsschicht (11) hinreichenden Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Gateelektrode (7) auftritt; und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) nach Entfer­ nen der Isolierungsschicht (11) und Bilden von Stufen (16) oberhalb der Aussparung (3).
9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements (Fig. 5(a) bis 5(f), 7(a) bis 7(e)), mit den Schritten:
Bereitstellen eines quasiisolierenden Halbleiter­ substrats (1) mit einer Oberseite;
Bilden einer Aussparung (3) auf der Oberseite des qua­ siisolierenden Halbleitersubstrats (1);
Implantieren von Ionen in die Oberseite des quasiiso­ lierenden Halbleitersubstrats (1) an beiden Seiten der Aus­ sparung (3), wodurch n-Typ Gebiete (11) hoher Konzentration mit einer n-Typ Dotierungskonzentration gebildet werden;
Implantieren von Ionen in wenigstens die Unterseite der Aussparung (3) oder die Unterseite- und Seitenflächen der Aussparung (3), wodurch ein n-Typ Gebiet (20) niedriger Konzentration gebildet wird, dessen n-Typ Dotierungskonzen­ tration niedriger als die Dotierungskonzentration des n-Typ Gebiets (15) hoher Konzentration ist und das mit den n-Typ Gebieten (12) hoher Konzentration verbunden ist;
Bilden einer Gateelektrode (7), welche aus einem hoch­ schmelzenden Metall besteht, in der Aussparung (3) benach­ bart zu dem n-Typ Gebiet (20) niedriger Konzentration; und
jeweiliges Bilden von Ohmschen Elektroden (10a, 10b) auf Oberseiten der n-Typ Gebiete (12) hoher Konzentration.
10. Verfahren nach Anspruch 9 (Fig. 4, 5(a) bis 5(f)), gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer ersten Isolierungsschicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selektives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwen­ dung der ersten Isolierungsschicht (2) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) und die Unterseite- und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer zum Hindurchtreten durch die erste Isolierungs­ schicht (2) hinreichenden Energie;
nach dem Bilden einer zweiten Isolierungsschicht (6) an den Seitenflächen der Aussparung (3) - Bilden eines p-Typ Dotierungsverunreinigungsimplantierungsgebiets (14) in ei­ nem Teil des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration entlang der Unterseite der Aussparung (3) durch Implantieren von p- Typ Dotierungsverunreinigungen (13) in die Unterseite der Aussparung (3) mit einer Energie, bei welcher kein Hin­ durchtreten durch die erste Isolierungsschicht (2) auf­ tritt, wodurch das n-Typ Gebiet (20) niedriger Konzentra­ tion gebildet wird, welches das p-Typ Dotierungsverunreini­ gungsimplantierungsgebiet (14) und einen Teil des n-Typ Ge­ biets (12a) hoher Konzentration entlang dem p-Typ Dotie­ rungsverunreinigungsimplantierungsgebiet (14) aufweist;
Bilden der Gateelektrode (7) in der Aussparung (3) be­ nachbart zu dem p-Typ Dotierungsverunreinigungsimplan­ tierungsgebiet (14); und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) auf der Ober­ seite des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration jeweils an beiden Seiten der Aussparung (3) nach Entfernen der ersten und zweiten Isolierungsschicht (2, 6).
11. Verfahren nach Anspruch 9 (Fig. 6, 7(a) bis 7(e)), gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden der Aussparung (3) durch Bilden einer Isolie­ rungsschicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) und selek­ tives Ätzen des Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske;
Bilden des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration durch Implantieren von n-Typ Dotierungsverunreinigungen (4) in die Oberseite des quasiisolierenden Halbleitersubstrats (1) und die Unterseite- und Seitenflächen der Aussparung (3) mit einer zum Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht (2) hinreichenden Energie;
Bilden eines p-Typ Dotierungsverunreinigungsimplan­ tierungsgebiets (14) in einem Teil des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration entlang der Unterseite und den Seiten­ flächen der Aussparung (3) durch Implantieren von p-Typ Do­ tierungsverunreinigungen (13) in die Unterseite und Seiten­ flächen der Aussparung (3) mit einer Energie, bei welcher kein Hindurchtreten durch die Isolierungsschicht (2) auf­ tritt, wodurch das n-Typ Gebiet (20) niedriger Konzentra­ tion gebildet wird, welches das p-Typ Dotierungsverunreini­ gungsimplantierungsgebiet (14) und einen Teil des n-Typ Ge­ biets (12a) hoher Konzentration entlang dem p-Typ Dotie­ rungsverunreinigungsimplantierungsgebiet (14) aufweist;
Bilden der Gateelektrode (7) in der Aussparung (3) be­ nachbart zu der Unterseite und den Seitenflächen der Aus­ sparung (3); und
Bilden der Ohmschen Elektroden (10a, 10b) auf der Ober­ seite des n-Typ Gebiets (12) hoher Konzentration jeweils an beiden Seiten (3) nach Entfernen der Isolierungsschicht (2).
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