JP2624642B2 - 半導体装置の製法 - Google Patents

半導体装置の製法

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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はGaAs−FFTとこれらを中心に集積した半導体
装置及びその製造方法に関する。
〔発明の背景〕
従来のGaAs−FFTは、第1図に示すように、性能を向
上するためにゲート電極20とソース・ドレイン領域15が
セルフアラインで形成され、この間隔δ1が1μm
以下になるよう配慮されている。半絶縁性GaAs基板結晶
10の所定位置にSiイオンが打込まれn形GaAs層11とな
る。つぎにWを主体とした高融点金属のゲート電極20を
n形領域11上に加工する。つづいて高濃度のSiイオンを
打込み、ゲート電極20の周辺に低抵抗n+形領域15を形成
する。この場合、ゲート電極20の直下及びδ1領域
(これはホトレジパターンをゲート電極20上に残したま
ま打込むとできる領域)はn形のまま保持され、スルフ
アラインによつてn+形が加工される。つづいてイオン打
込みされたSiをGaAs中で活性化するために800℃以上の
アニールを施す。この場合、W系のゲート電極20はシヨ
ツトキ特性を保つ必要がある。つづいてAuGe系のソース
・ドレイン電極30,31をn+形15上に形成されたプロセス
を基本として素子が作られている。このFFTは、最大温
度800℃で処理するプロセスが必要であるため、ゲート
電極材の種類がW系に限られていること、高温によつて
GaAsと各種材質(例えばSiO2、W系など)の反応が起き
やすくなり、これがFFT特性がばらつく原因の1つとし
て考えられていること、イオン打込みでのn+形のキヤリ
ア濃度は〜1018コ/cm3以上にできないため、オーミック
接触抵抗、直列抵抗を極限まで小さくできない、などの
欠点が考えられていた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来のセルフアラインプロセスで80
0℃の高温処理を必要とする工程にかわつて、より低温
で処理できる製造法を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するための本発明の構成は、FETの能
動層上に高濃度からなるオーミツク電極領域を選択的に
設けることにある。
また、ゲート電極を形成後に、従来はn+形領域をイオ
ン打込みし、アニールして形成していた工程にかわつ
て、本発明ではn+形領域を結晶成長によつて形成する工
程を特徴とする。結晶成長によるn+形層はOMVPE法では
成長温度の低温化限界として低圧CVD技術を用いて550〜
600℃であり、MBE法では500〜600℃である。またこの時
のn形キヤリア濃度としてSe(セレン)や(いおう)を
用いることにより1018〜5×1019/cm3の範囲で制御でき
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例によつて説明する。第2図は本
発明による一実施例のGaAs−FETの断面図である。半絶
縁性GaAs基板結晶10に選択的にn形GaAs11を形成し、同
領域上にゲート電極20を加工する。絶縁材41,42を形成
した後に、結晶成長によつてn+形層12を形成し、ソース
・ドレイン電極30,31を形成した主工程により、FETは構
成されている。ゲート電極20の側面にある絶縁材42はn+
形層とゲート電極20の接触をさけるためにある。このFE
Tの製造方法を図3により説明する。半絶縁性基板結晶1
0にレジストパターン1を加工し、Siイオンを50kVで10
12コ/cm2打込む。つづいてレジストを除去したあと、80
0℃で結晶を加熱してn形層11を形成する(a)。W・S
iメタルをスパツタで被着したのち、レジストパターン
でゲート電極20を加工し、全面をCVD・SiO2膜3000Åで
覆い、のちレジストパターン2を加工する(b)。つづ
いてCF4系ガスを用いた異方性のプラズマエツチングに
よつてSiO2膜を加工して、n形層11の表面一部を露出す
る。この場合ゲート電極20の側面にはSiO2膜42が残る
(c)。レジスト2を除去したのち、n+形GaAs層12を〜
600℃のOM(Organic Metal)−VPE(Vaper Phase Epita
xy)法によつて〜0.3μmの厚さに結晶成長する。この
成長では、SiO2やW・Siメタル上にはGaAsが成長でき
ず、n形GaAs11上のみに〜1×1019コ/cm3の高濃度をも
つn+形層12がえられる(d)。つぎにCVD・SiO2膜を〜3
000Å被着したのち、リフトオフ法によつてAuGe系のオ
ーミツクメタルを形成し、ソース・ドレイン電極30,31
を加工する。これによつてGaAs−FETの新構造がえられ
る。この構造ではゲート電極20とソース・ドレイン領域
となるn+形GaAs層12がセルフアラインされ、第1図で示
したδ1がSiO2膜42の0.3μmで短間隔に形成でき
た。この発明による構造では(1)n+形層の形成温度が
〜600℃と低いので、ゲート電極20とGaAsの反応がなく
シヨツトキ接合の性質は800℃で処理するものより安定
である。(2)n+形が高濃度で厚く形成できるので、オ
ーミツク接触抵抗とn+形GaAs直列抵抗は小さい(3)第
1図と第2図を比較して明かなように、本発明による構
造の方がIC,LSI化にとつてより平坦化でき、集積化しや
すい、などの特徴がある。OM−VPE法によるGaAs成長層
はウエーハ内の厚さ、濃度の均一性がよく、イオン打込
み技術と対等の制御性がある。
本発明の他の実施例を第4図で説明する。半絶縁性Ga
As10の一部にn形層11を形成し、つづいてWメタルのゲ
ート電極21を加工する。不要のGaAs表面はSiO2膜45で被
覆し、OM−VPEによりn+形層12を気相成長させる
(a)。この後、WがドライエツチできるCF4系ガスを
用いたプラズマエツチ装置により試料表面を削るとゲー
ト電極とn+形層12が間隔100,101によつて両者は絶縁さ
れてFETが形成される(b)。この場合、両者を絶縁す
る手段としてあらかじめメタルゲートの表面に酸化膜の
薄膜を形成したりn+形層GaAsを約0.1μm程度ウエツト
エツチすることも可能である。
本発明のさらに他の実施例を第5図で説明する。半絶
縁性GaAs10の一部にn形層11を形成し、Mo・Siのゲート
電極22とこの上面にSiO2の絶縁膜25を形成する。不用の
GaAs表面をSiO2膜46で被覆して、OM−VPEによりn+形層1
2を形成し、Mo・Siをドライエツチにより200,201のサイ
ドエツチを施す(a)。このあとレジストのパターンを
利用してAuGe系のオーミツクメタル35,36,37をリフトオ
フで形成し(b)、ゲート電極上についたメタル36を、
絶縁膜25の除去と共に取り去つて、ソース・ドレイン電
極35,37を形成する。この上にSiO2膜47を被覆してFETが
えらる(c)。ここで述べた構造ではゲート電極22に対
して、n+形層12とソース・ドレイン電極35,37が共にセ
ルフアラインできる特長を有する。
〔発明の効果〕
本発明の製法によつて、ゲート電極の材質を選定でき
る領域が広がつた。つまり従来、800℃のアニールに対
してはWとW・Si合金だけが使用できるメタルであつた
が、処理温度を600℃近辺まで下げることで例えばMo系
メタルやW,MoをベースとしてPt,Auなどの低抵抗メタル
の積層膜でもプロセスに耐えて使える。これによつて、
ゲート電極の低抵抗化を達成することができる。また高
濃度のn+形層であるため、従来のAuGe合金系のオーミツ
ク電極材にかわつて、Niなど低アロイ温度で処理できる
プロセスに改良できる特徴を有する。
n+形GaAs層の形成法は以上の実施例で述べた他にMBE
(Molecular Beam Epitaxy)、LPE(Liquid Phase Epit
axy)法であつても本発明の趣旨を逸脱するものではな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGaAS−FETの断面図、第2図は本発明の
一実施例としてのFETの断面図、第3〜5図は本発明の
他の実施例としての製造工程を示す概略図である。 10……半絶縁性GaAs、11……n形GaAs、12……結晶成長
で形成したn+形GaAs、20……ゲート電極、40,41,42……
絶縁材、30,31……ソース・ドレイン電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小寺 信夫 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小野 佑一 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 柳沢 寛 国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−117964(JP,A) 特開 昭58−57752(JP,A) 特開 昭58−145162(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性半導体基板上に能動層を形成する
    工程と、該能動層上にW系またはMo系のショットキ接合
    メタルを有するゲート電極を形成する工程と、該ゲート
    電極形成工程後上記能動層周辺の上記半導体基板上に上
    記能動層とは異なる材料から成る第1の絶縁材を形成す
    る工程と、少なくとも該第1の絶縁材と上記ゲート電極
    をマスクとして上記能動層の露出部上にキャリア濃度が
    1018コ/cm3以上の半導体を選択成長させてソース・ドレ
    イン電極領域層を形成する工程と、上記ゲート電極形成
    工程以降に上記ゲート電極と上記ソース・ドレイン電極
    領域層を上記能動層上で直接接触しないように絶縁する
    手段を形成する工程を有することを特徴とする半導体装
    置の製法。
  2. 【請求項2】上記第1の絶縁材の形成工程は、上記能動
    層およびゲート電極を含む上記半絶縁性半導体基板上に
    絶縁材を被着させる工程と、該絶縁材の上記第1の絶縁
    材形成予定部上にレジストパターンを形成する工程と、
    該レジストパターンをマスクとして異方性のプラズマエ
    ッチングにより上記絶縁材を加工して上記能動層の表面
    を露出する工程を有し、かつ該加工工程で上記ゲート電
    極の側面の絶縁材を残して上記絶縁手段と成す特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置の製法。
  3. 【請求項3】上記ゲート電極の上面に上記選択成長、ゲ
    ート電極のサイドエッチングおよびソース・ドレイン電
    極形成に使用するマスク材を形成する工程と、上記選択
    成長工程後上記ゲート電極を上記サイドエッチングする
    工程と、該サイドエッチング工程後ソース・ドレイン電
    極材料をリフトオフで形成する工程と、上記マスク材を
    除去し上記ソース・ドレイン電極を形成する工程を有す
    る特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製法。
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