JP2707436B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電界効果トランジス
タに係り、特に電界効果トランジスタの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常、電界効果トランジスタは電流が供
給されるソース電極及びドレイン電極と、これらの間に
形成されて電流が供給される活性層と、この活性層を電
圧で調整して電流の流れを調整するゲート電極とから構
成される。

【０００３】このように一般的な構成を有する金属−半
導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）素子は、下
記の式（１）と（２）により電流と電圧特性が決められ
る。

【数１】 ここで、ｘ：ソース電極からの距離、 ｙ：活性層の表面からの距離、 Ｉｄ：ドレイン電流、 Ｚ：ゲートの幅、 ｑ：電子電荷量、 ｖ（ｘ）：ｘ位置における電子の移動速度、 Ｎ（ｙ）：ｙ深さにおける電子の不純物濃度、 ｈ（ｘ）：活性層内でゲート電圧により電子濃度が欠乏
した深さ、 ε_s ：活性層の誘電率 この際、前記式（２）よりゲート電圧Ｖ（ｈ（ｘ））が
印加されたとき電子濃度が欠乏する深さｈ（ｘ）を求め
てこれを式（１）に代入すると、ドレイン電流値Ｉｄが
得られる。

【０００４】かかる電流−電圧特性を有する電界効果ト
ランジスタとしては、ＤＦＥＴとＥＦＥＴがある。ここ
で、前記ＤＦＥＴはゲートに電圧０Ｖが印加される場
合、電子濃度の欠乏が活性層を完全遮断せずにドレイン
電流が流れる素子をいう。一方、ＥＦＥＴはゲート電圧
が０Ｖで、活性層が完全遮断され、ドレイン電流が流れ
ない素子をいう。これら素子の重要な差は活性層の深さ
が異なるという点である。特に、ＥＦＥＴの場合は、活
性層の深さが約５００Å程度と薄いため、一般的な活性
層成長法で得るのは難しい。

【０００５】前記一般的な活性層成長法を従来の技術を
参照して詳細に説明する。図１は従来の電界効果トラン
ジスタの断面構造図である。図１によれば、従来の電界
効果トランジスタは半導体基板１上にメサ形状のバッフ
ァ層２が形成され、このバッファ層２上には活性層３，
４，５が順次積層されている。尚、これら活性層３，
４，５の中央部分に形成されたＶ溝６の中にゲート電極
７が形成されている。そして、前記高濃度領域である活
性層４，５の上部と両側面の傾斜部からメサ形状のバッ
ファ層にかけてソース電極８とドレイン電極９が形成さ
れている。

【０００６】このように構成された従来の電界効果トラ
ンジスタにおける活性層の形成方法を以下説明する。活
性層は化学気相蒸着（ＣＶＤ）法またはイオン注入法を
用いて形成する。前記ＣＶＤ法は、高分子化合物（ｐｏ
ｌｙｍｅｒｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）の製造が比較的容
易であり且つ量産可能なＭＯＣＶＤ法が用いられる。

【０００７】ここで、ＭＯＣＶＤ法は３族元素である有
機金属化合物と５族元素である水素化合物を原料にして
水素をキャリヤ気体として用いて蒸着させる方法をい
う。即ち、前記原料が反応管内の加熱された基板上で熱
分解されながら化学反応が起こり、それによって固体状
態のエピタキシャル結晶層を成長させる方法である。し
かし、前記ＭＯＣＶＤ法は高分子化合物の製造が容易で
あり、且つ量産し得るという長所はあるが、蒸着される
エピタキシャル層の厚さが層全体にわたって均一に形成
されないという短所がある。従って、かかるエピタキシ
ャル層成長法を用いてディジタル集積素子を製作する場
合、集積素子の重要な特性であるしきい値電圧が不均一
であるから、全体的な素子製作の歩留まりが低下する。
尚、かかるエピタキシャル層成長に用いられる製造装置
は極めて高いという短所がある。

【０００８】一方、イオン注入法は、原子イオンに目標
物の表面を貫いて入る程度のエネルギーをもたせて、そ
れを目標物内に注入させる方法をいう。このイオン注入
法は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）半導体では、ｎ型とし
てシリコンを使用し、ｐ型としてバリウム等を使用す
る。尚、イオン注入はエネルギー約３０〜５００ＫｅＶ
でガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の表面内に１００〜１００
０Åの深さまでイオンを注入して活性層を形成する。こ
の際、イオンが注入される深さはイオンのエネルギーの
大きさによって調節されるので、使用目的に適した深さ
を選択することができる。従って、イオン注入法は活性
層の均一度の面では前記ＭＯＣＶＤ法よりよく、量産性
の面でも良い特性をもっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、イオン注入法
は精巧なイオン注入の調整が必要なのはもちろんのこ
と、製造装置が高価であって生産コストが高くなるとい
う短所がある。最近用いられる素子は薄い活性層を有す
るＥＦＥＴの製作が要求されている。そのため、前記イ
オン注入エネルギーを小さくしなければならないが、最
小エネルギーの限界があり、適切に対応できなかった。

【００１０】一方、活性層を形成する別の方法としては
拡散法がある。この拡散法は化学気相蒸着法又はイオン
注入法に比べて不純物を薄くドープさせることができ
る。この拡散法は不純物のスティープ（Ｓｔｅｅｐ）を
高めることにより、Ｉ_on／Ｉ_{of f} 電流比を改善すること
ができる。しかしながら、この拡散法は、シリコン半導
体には用いられたが、化合物半導体では殆ど使用されな
かった。なぜなら、化合物半導体は熱に弱い特性をもっ
ているためである。

【００１１】本発明はかかる従来の問題点を解決するた
めのものであり、その目的は絶縁膜を用いた熱拡散法で
活性層を形成することにより、不純物のスティープを向
上させてトランジスタの電流特性を改善できるようにし
た電界効果トランジスタの製造方法を提供することにあ
る。さらに、本発明の他の目的は、工程上の生産コスト
を低めることができるようにした電界効果トランジスタ
の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明による電界効果トランジスタの製造方法は、半
導体基板を用意する工程と、前記半導体基板上に高濃度
絶縁膜を形成する工程と、前記高濃度絶縁膜にコンタク
トホールを形成する工程と、そのコンタクトホールを形
成させた高濃度絶縁膜上にコンタクトホールを埋めるよ
うに低濃度絶縁膜を形成する工程と、熱処理を施してそ
れぞれの絶縁膜から不純物を拡散させ、前記半導体基板
の前記コンタクトホールの部分に低濃度領域を、その両
側に高濃度領域を形成させる工程と、前記半導体基板の
高濃度領域の上側に金属層を形成する工程と、前記低濃
度絶縁膜をエッチングして半導体基板の低濃度領域を露
出させ、そこにゲート電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明による電界効果トランジス
タを添付図面を参照して詳細に説明する。図２は本発明
による電界効果トランジスタの構造断面図である。図に
よれば、本発明による電界効果トランジスタは、メサ形
状の半導体基板１１と、この半導体基板１１の表面部分
に形成された高濃度領域１６，１７と、前記半導体基板
１１の表面部に形成され、前記高濃度領域１６，１７の
間に位置する低濃度領域１８と、前記メサ形状の半導体
基板１１の上部及び側面にわたって形成された金属層２
０，２１と、前記低濃度領域１８と接触するように前記
半導体基板１１に形成されたゲート電極２３とから構成
される。

【００１４】以下、前記のように構成された本発明によ
る電界効果トランジスタの製造方法を説明する。本発明
による電界効果トランジスタの製造方法は、半導体基板
１１上に低濃度領域用のコンタクトホール１４を有する
不純物を高濃度に含む高濃度絶縁膜１２を形成する工程
と、前記高濃度絶縁膜１２上に設けられ、前記低濃度領
域コンタクトホール１４に入り込むように、不純物を低
濃度に含む低濃度絶縁膜１５を形成する工程と、前記高
濃度絶縁膜１２及び低濃度絶縁膜１５を熱処理して、基
板に不純物を拡散させて前記半導体基板１１の表面部に
高濃度領域１６，１７と低濃度領域１８を形成する工程
と、前記半導体基板１１をメサ形状にして、このメサ形
状の半導体基板１１の上部及び側面にわたって金属層２
０，２１を形成する工程と、前記高濃度絶縁膜１２と低
濃度絶縁膜１５をエッチバックして前記半導体基板１１
上に前記低濃度領域１８と接触させるゲート電極２３を
形成する工程とを含んでなる。

【００１５】前記工程順により製造される電界効果トラ
ンジスタの製造方法を図３，図４を参照してさらに詳細
に説明する。図３，図４は本発明による電界効果トラン
ジスタの製造工程断面図である。図３によれば、先ず図
３（ａ）に示すように、半導体基板１１を準備した後、
この半導体基板１１上に高濃度絶縁膜１２を形成する。
この高濃度絶縁膜１２は基板にソース領域およびドレイ
ン領域を形成させるためのものであり、ソース電極及び
ドレイン電極として用いられる金属層とのオーム接触特
性を向上させるために高い不純物濃度を有するようにす
る。尚、前記高濃度絶縁膜１２は酸化膜１２ａと窒化膜
１２ｂの２重構造に形成することが望ましい。

【００１６】その後、図３（ｂ）に示すように、前記２
重構造の高濃度絶縁膜１２上に第１感光膜１３を塗布す
る。次に、この第１感光膜１３の所定部分にゲート領域
を決めた後、これをフォトエッチング工程によりゲート
電極を形成する、前記酸化膜１２ａと窒化膜１２ｂの部
分を順次エッチングしてコンタクトホール１４を形成す
る。

【００１７】その後、図３（ｃ）に示すように、前記第
１感光膜１３を除去して、前記高濃度絶縁膜１２上に前
記コンタクトホール１４を埋め込むように低濃度絶縁膜
１５を形成する。この前記低濃度絶縁膜１５は酸化膜１
５ａと窒化膜１５ｂの２重構造に形成することが望まし
い。次に、素子を炉の中に入れて熱処理工程を行う。こ
の際、素子を一定の温度で長時間にわたって熱処理し
て、それぞれの絶縁膜から半導体基板１１に不純物を拡
散させてその基板の表面部分に高濃度領域１６，１７と
低濃度領域１８を形成する。

【００１８】その後、図３（ｄ）に示すように、基板の
全面に第２感光膜１９を塗布してパターニングして、こ
のパターニングした第２感光膜１９を用いて低濃度絶縁
膜１５及び高濃度絶縁膜１２を図示のように両側面が傾
斜するように成形する。その傾斜に連続するように半導
体基板１１の上部をエッチングして、半導体基板を素子
を隔離させるメサ形状とする。

【００１９】次に、図４（ｅ）に示すように、基板の全
面に金属層を蒸着した後、これをリフトオフ方法により
ソース電極及びドレイン電極として用いられる金属層２
０，２１をそれぞれ形成する。

【００２０】その後、前記第２感光膜１９を除いた後、
基板の全面にさらに第３感光膜２２を形成し、図４ｆに
示すように、低濃度絶縁膜の表面が露出するように、ゲ
ートとなる部分の上側の第３感光膜２２を除去する。そ
の露出した低濃度絶縁膜１５を半導体基板１１の表面が
露出するまでウエットエッチング方法によりエッチング
する。次に、基板の全面に前記露出した半導体基板１１
の表面部分を覆う金属層２３ａを蒸着する。

【００２１】その後、図３（ｇ）に示すように、前記金
属層２３ａはゲート電極として用いられる部分のみを除
いてリフトオフ方法で全て除去し、さらに第３感光膜２
２を除去する。さらに、前記ゲート電極用金属層部分の
周囲に形成された低濃度絶縁膜１５と高濃度絶縁膜１２
を順次エッチングしてゲート電極２３を形成して本発明
による電界効果トランジスタを完成する。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
より得られる電界効果トランジスタは、活性層の形成時
に不純物を含んだ酸化膜と窒化膜を用いた拡散法を用い
ているので、熱分解特性が改善される。よって、従来の
化学気相蒸着法又はイオン注入法に比べて活性層の厚さ
を薄く形成させることができる。従って、本発明による
製造方法は薄い活性層を有するＥＦＥＴ製作に適する。
また、本発明による製造方法は、拡散法を用いて活性層
を形成することにより不純物のスティープを向上させて
トランジスタの電流特性を改善することができる。そし
て、本発明は拡散法を用いた活性層の形成時に先に形成
された絶縁膜を用いるために、工程上の生産コストを低
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の電界効果トランジスタの構造断面図で
ある。

【図２】 本発明による電界効果トランジスタの構造断
面図である。

【図３】 は本発明による図２の電界効果トランジスタ
の製造工程断面図である。

【図４】 は本発明による図２の電界効果トランジスタ
の製造工程断面図である。

【符号の説明】

１１…半導体基板、１２…高濃度絶縁膜、１４…低濃度
領域コンタクトホール、１５…低濃度絶縁膜、１６，１
７…高濃度領域、１８…低濃度領域、２０，２１…不純
物領域、２３…ゲート電極。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を用意する工程と、 前記半導体基板上に高濃度絶縁膜を形成する工程と、 前記高濃度絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程
   と、 そのコンタクトホールを形成させた高濃度絶縁膜上にコ
   ンタクトホールを埋めるように低濃度絶縁膜を形成する
   工程と、 熱処理を施してそれぞれの絶縁膜から不純物を拡散さ
   せ、前記半導体基板の前記コンタクトホールの部分に低
   濃度領域を、その両側に高濃度領域を形成させる工程
   と、 前記半導体基板の高濃度領域の上側に金属層を形成する
   工程と、 前記低濃度絶縁膜をエッチングして半導体基板の低濃度
   領域を露出させ、そこにゲート電極を形成する工程と、
   を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造
   方法。