JP2541260B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device

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JP2541260B2 JP62332383A JP33238387A JP2541260B2 JP 2541260 B2 JP2541260 B2 JP 2541260B2 JP 62332383 A JP62332383 A JP 62332383A JP 33238387 A JP33238387 A JP 33238387A JP 2541260 B2 JP2541260 B2 JP 2541260B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電界効果トランジスタの製法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明は、半導体装置の製法であり、原料ガスを含む
雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビームを照射し
てゲートを形成する際のマスクとなるレジスト材を堆積
すると共に、電子ビームの照射部直下のδドープ層のキ
ャリア濃度を低下させてチャンネル領域を形成すること
により、微細ゲート長を有する電界効果トランジスタが
得られるようにしたものである。
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, in which a gate material to be formed in an atmosphere containing a raw material gas is irradiated with an electron beam to deposit a resist material serving as a mask for forming the gate, and the electron beam irradiation is performed. By forming the channel region by reducing the carrier concentration of the δ-doped layer immediately below the portion, a field effect transistor having a fine gate length can be obtained.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のセルフアラインメントによる電界効果トランジ
スタの作製は、ソースとドレイン間の距離を挟めて、ソ
ース・ゲート間抵抗を下げる目的で行っている。具体的
には、ゲートを形成した後、このゲートをマスクにして
n型不純物のイオン注入を行ってゲートの両側の半導体
層にn+のソース領域とドレイン領域を形成する。
A conventional field-effect transistor is manufactured by self-alignment for the purpose of reducing the resistance between the source and the gate by sandwiching the distance between the source and the drain. Specifically, after the gate is formed, n-type impurity ions are implanted using the gate as a mask to form n + source and drain regions in the semiconductor layers on both sides of the gate.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の製法によれば、ゲートとソース領域、
ドレイン領域間のショートを防ぐためには、サイドウォ
ールの形成が必要となるため、工程が煩雑化し、また歩
留りが低下するという問題点がある。ショートを防ぐた
めには、δドープのチャンネル領域を形成すれば良いの
であるが、製造工程でイオン注入工程とアニール工程は
不可欠であるため、形成されているδドープの急峻な不
純物分布が崩れる虞れがある。また、従来の半導体装置
のゲート長Lgは、1〜1/4μmであるが、サイドウォー
ル幅として数百Å×2(ゲートの両側にあるため)取ら
れるため、約1000Å以下のゲート長は不可能に近くな
る。ゲート長Lgを1000Å以下にするためには、電子ビー
ムによる描画が要求されるが、高分解能のレジストの反
応性イオンエッチング(RIE)に対する耐性が悪いた
め、リフトオフにより極微細のゲートを形成している。
しかし、この方法によれば、セルフアライメントで形成
することは不可能である。
According to the conventional manufacturing method described above, the gate and source regions,
In order to prevent a short circuit between the drain regions, it is necessary to form sidewalls, which complicates the process and lowers the yield. In order to prevent a short circuit, it is sufficient to form a δ-doped channel region, but since the ion implantation step and the annealing step are indispensable in the manufacturing process, there is a possibility that the steep impurity distribution of the formed δ-doped layer may collapse. There is. Also, the gate length Lg of the conventional semiconductor device is 1 to 1/4 μm, but since the sidewall width is several hundred Å × 2 (being on both sides of the gate), a gate length of about 1000 Å or less is not acceptable. Get as close as possible. In order to reduce the gate length Lg to 1000 Å or less, electron beam writing is required. However, because the high-resolution resist has poor resistance to reactive ion etching (RIE), an extremely fine gate is formed by lift-off. There is.
However, according to this method, it is impossible to form by self-alignment.

本発明は、上記問題点を解決することができる半導体
装置の製法を提供するものである。
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that can solve the above problems.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係る半導体装置(13)の製法においては、δ
ドープ層(4)を挟んで上下に絶縁性半導体層(3a),
(3b)を形成する工程と、この絶縁性半導体層(3b)の
表面にゲート金属層(8)を形成する工程と、原料ガス
を含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビーム
(8)を照射してレジスト材(10)を堆積すると共に、
電子ビーム(9)によりレジスト材(10)の直下のδド
ープ層(4)のキャリア濃度を低下させてチャンネル領
域(12)を形成する工程と、このレジスト材(10)をマ
スクにしてゲート金属層(8)を選択的に除去してゲー
ト(11)を形成する工程を有することを特徴とする。
In the method of manufacturing the semiconductor device (13) according to the present invention, δ
Insulating semiconductor layers (3a) vertically on both sides of the doped layer (4),
(3b), a step of forming a gate metal layer (8) on the surface of the insulating semiconductor layer (3b), and an electron beam (8) at the gate portion to be formed in an atmosphere containing a source gas. And deposit the resist material (10),
A step of forming a channel region (12) by reducing the carrier concentration of the δ-doped layer (4) immediately below the resist material (10) by an electron beam (9), and using this resist material (10) as a mask The method is characterized by comprising the step of selectively removing the layer (8) to form the gate (11).

原料ガスを含む雰囲気中で電子ビーム(9)を照射す
ることにより基板上にレジスト材(10)を堆積させる方
法については、既に提案されている(例えば特願昭62−
299405参照)。
A method of depositing a resist material (10) on a substrate by irradiating it with an electron beam (9) in an atmosphere containing a source gas has already been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 62-
See 299405).

〔作用〕[Action]

上記問題点を解決するための手段で示したように、原
料ガスを含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビ
ーム(9)を照射してレジスト材(10)を堆積すると共
に、電子ビーム(9)によりレジスト材(10)の直下の
δドープ層(4)のキャリア濃度を低下させてチャンネ
ル領域(12)を形成するので、ゲート(11)を形成する
ためのマスクとなるレジスト材(10)とチャンネル領域
(12)を同時に形成することができる。また、このチャ
ンネル領域(12)がセルフアラインメントで形成される
ので、実効的なソース領域(5A)とドレイン領域(6A)
間の間隔、即ちゲート長Lgを1000Å以下に形成すること
も可能になる。
As shown in the means for solving the above problems, the electron beam (9) is deposited by irradiating the gate portion to be formed in the atmosphere containing the source gas with the electron beam (9). Since the carrier concentration of the δ-doped layer (4) immediately below the resist material (10) is reduced by 9) to form the channel region (12), the resist material (10 serving as a mask for forming the gate (11) is formed. ) And the channel region (12) can be formed simultaneously. Moreover, since the channel region (12) is formed by self-alignment, the effective source region (5A) and drain region (6A) are formed.
It is also possible to form an interval between them, that is, a gate length Lg of 1000 Å or less.

〔実施例〕 図面を参照して本発明の実施例を説明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

先ず第1図Aに示すように、GaAs基板(1)上に絶縁
性AlGaAs層(2)を形成した後、この上にキャリア(本
例では電子)のバンド(本例では伝導帯)に不連続を生
じる半導体層であるGaAs層(3a)を不純物をドープしな
いで形成し、途中不純物を高濃度にドープしたδドープ
Si層(nS1013cm-2)(4)を形成し、この上に更に絶
縁性GaAs層(3b)を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, after an insulating AlGaAs layer (2) is formed on a GaAs substrate (1), a carrier (electron in this example) band (conduction band in this example) is not formed on the insulating AlGaAs layer (2). The GaAs layer (3a), which is a semiconductor layer that produces continuity, is formed without doping impurities, and δ-doped with high-concentration impurities.
A Si layer (n S 10 13 cm -2 ) (4) is formed, and an insulating GaAs layer (3b) is further formed thereon.

次に第1図Bに示すように、ソース領域(5)とドレ
イン領域(6)を形成すべき部分にホトリソグラフィに
より約1〜0.5μmの間隔でオーミックメタル層(7
a),(7b)を選択的に形成した後、加熱して合金化す
ることにより絶縁性GaAs層(3a),(3b)にソース領域
(5)とドレイン領域(6)を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, the ohmic metal layer (7) is formed on the portion where the source region (5) and the drain region (6) are to be formed by photolithography at an interval of about 1 to 0.5 μm.
After selectively forming a) and (7b), they are heated and alloyed to form a source region (5) and a drain region (6) in the insulating GaAs layers (3a) and (3b).

次に第1図Cに示すように、前面にゲート金属となる
Alを蒸着しAl層(8)を形成した後、例えばアルキルナ
フタレンを原料ガスとして含む雰囲気中で形成すべきゲ
ート部分のみに電子ビーム(9)を照射してレジスト材
(10)を堆積すると共に、この電子ビーム(9)により
レジスト材(10)の直下に位置するδドープSi層(4)
にダメージを与えてキャリア濃度を低下させることによ
り(約1桁濃度が下がって、nSが約1012cm-2となる又こ
の濃度自体も電子ビームのエネルギーと数密度でコント
ロールできる)、ゲート(11)直下のδドープSi層
(4)をゲートバイアスで充分ピンチオフさせることが
できるチャンネル領域(12)にすることができる。
Then, as shown in FIG. 1C, a gate metal is formed on the front surface.
After depositing Al to form an Al layer (8), the resist material (10) is deposited by irradiating only a gate portion to be formed with an electron beam (9) in an atmosphere containing alkylnaphthalene as a source gas, for example. , Δ-doped Si layer (4) located directly under the resist material (10) by this electron beam (9)
By damaging the carrier and lowering the carrier concentration (the concentration decreases by about one digit, n S becomes about 10 12 cm -2, and this concentration itself can also be controlled by the electron beam energy and number density). (11) The δ-doped Si layer (4) immediately below can be used as a channel region (12) that can be sufficiently pinched off by a gate bias.

次に第1図Dに示すよう、このレジスト材(10)をマ
スクにしてAl層(8)をエッチングすることにより、ゲ
ート(11)を形成し、ゲート長Lgが極微小な電界効果ト
ランジスタ(13)を作製する。
Next, as shown in FIG. 1D, a gate (11) is formed by etching the Al layer (8) using this resist material (10) as a mask, and a field effect transistor (gate) having an extremely small gate length Lg ( 13) is prepared.

上記実施例に係る電界効果トランジスタ(13)によれ
ば、電子ビーム(9)の照射によりダメージを受けな
い、元のδドープSi層(4)のnSは約1013cm-2であり、
約数十Åの領域に分布していることにより体積濃度で
は、n1013cm-2/50Å1013/50×10-8cm-3=2×1019
cm-3に対応し、略金属と同様である。従って、実効的な
ソース領域(5A)とドレイン領域(6A)間のチャンネル
領域(12)がゲート長Lgとなる。このように、チャンネ
ル領域(12)をセルフアラインメントで形成できること
により、Lgを1000Å以下に形成することができ、しかも
ショートチャンネル効果を抑えることもできる。
According to the field effect transistor (13) of the above-mentioned embodiment, n S of the original δ-doped Si layer (4) which is not damaged by the irradiation of the electron beam (9) is about 10 13 cm -2 ,
The volume concentration by be distributed in the region of about several tens Å, n10 13 cm -2 / 50Å10 13/50 × 10 -8 cm -3 = 2 × 10 19
Corresponding to cm -3 , almost the same as metal. Therefore, the effective channel region (12) between the source region (5A) and the drain region (6A) has the gate length Lg. As described above, since the channel region (12) can be formed by self-alignment, Lg can be formed at 1000 Å or less, and the short channel effect can be suppressed.

即ち、上記製法によれば電子ビーム(9)の照射によ
り、充分ピンチオフするチャンネル領域(12)と実効的
なソース領域(5A)、ドレイ領域(6A)及びゲート(1
1)を形成するためのマスクとなるレジスト材(10)を
セルフアラインメントで同時に形成することができる。
そして、本電界効果トランジスタを作製するために必要
な工程としては、所要のエピタキシャル層(2),(3
a),(4),(3b)を形成し、ソース領域(5)とド
レイン領域(6)を形成した後は、電子ビーム(9)の
照射工程とAl層(8)のエッチング工程の2工程で済
み、しかもセルフアラインメントによる形成が可能であ
るため、製法上の著しい簡略化を図ることができる。
That is, according to the above manufacturing method, the channel region (12) that is sufficiently pinched off by the irradiation of the electron beam (9), the effective source region (5A), the drain region (6A), and the gate (1).
A resist material (10) serving as a mask for forming 1) can be simultaneously formed by self-alignment.
The steps required to manufacture the present field effect transistor include the required epitaxial layers (2), (3
After forming a), (4), and (3b) and forming the source region (5) and the drain region (6), there are two steps of irradiation process of electron beam (9) and etching process of Al layer (8). Since the process is sufficient and the film can be formed by self-alignment, the manufacturing process can be significantly simplified.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、ゲート直下のチャンネル領域とゲー
トを形成するためのマスクとなるレジスト材をセルフア
ラインメントで形成することができる。そして、実効ソ
ース領域と実効ドレイン領域間の間隔がゲート長となる
ため、1000Å以下の微小なゲート長を有する半導体装置
が得られる。しかも、本製法によれば表面からチャンネ
ル領域までの深さが浅いため、電子ビーム照射の際の多
重散乱の影響が小さくなって、ゲート長についての制御
性が良くなる。また、主要な工程をセルフアラインメン
トで行うことができるため、製造が極めて簡単になる。
According to the present invention, a resist material serving as a mask for forming a channel region directly below a gate and a gate can be formed by self-alignment. Since the distance between the effective source region and the effective drain region becomes the gate length, a semiconductor device having a minute gate length of 1000Å or less can be obtained. Moreover, according to this manufacturing method, since the depth from the surface to the channel region is shallow, the influence of multiple scattering at the time of electron beam irradiation is reduced, and the controllability of the gate length is improved. Moreover, since the main steps can be performed by self-alignment, the manufacturing becomes extremely simple.

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

第1図は実施例の工程図である。 (1)はGaAs基板、(3a),(3b)は絶縁性GaAs層、
(4)はδドープSi層、(5)はソース領域、(6)は
ドレイン領域、(8)はAl層、(9)は電子ビーム、
(10)はレジスト材、(11)はゲート、(12)はチャン
ネル領域、(13)は電界効果トランジスタである。
FIG. 1 is a process drawing of the embodiment. (1) is a GaAs substrate, (3a) and (3b) are insulating GaAs layers,
(4) is a δ-doped Si layer, (5) is a source region, (6) is a drain region, (8) is an Al layer, (9) is an electron beam,
(10) is a resist material, (11) is a gate, (12) is a channel region, and (13) is a field effect transistor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】δドープ層を挟んで上下に絶縁性半導体層
を形成する工程と、 該絶縁性半導体層の表面にゲート金属層を形成する工程
と、 原料ガスを含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子
ビームを照射してレジスト材を堆積すると共に、該電子
ビームにより該レジスト材の直下のδドープ層のキャリ
ア濃度を低下させてチャンネル領域を形成する工程と、 該レジスト材をマスクにして上記ゲート金属層を選択的
に除去してゲートを形成する工程 を有する半導体装置の製法。
1. A step of forming an insulating semiconductor layer on and under a δ-doped layer, a step of forming a gate metal layer on the surface of the insulating semiconductor layer, and a step of forming the gate metal layer in an atmosphere containing a source gas. A step of irradiating the gate portion with an electron beam to deposit a resist material and, at the same time, decreasing the carrier concentration of the δ-doped layer immediately below the resist material by the electron beam to form a channel region, and using the resist material as a mask And a step of selectively removing the gate metal layer to form a gate.
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