JP2726730B2 - 電界効果トランジスタの製法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製法

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JP2726730B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体集積回路の構成素子である電界効果
トランジスタの製法に関するものである。
[従来の技術] 第3図のような構造を有する電界効果トランジスタの
製法として、これまで以下のような製法が提案されてい
る。
(従来例1) (1)第4図(a)に示すように、半絶縁性を有する半
導体基板1を用意し、フォトレジストをマスクとして、
イオン注入法により半導体能動層2を形成する。
(2)次に、第4図(b)に示すように、上記半導体基
板上に、ゲート材料8およびSiO2、SiN等の絶縁膜9を
順次積層する。
(3)フォトレジストをマスクとして、上記絶縁膜9を
RIE等のエッチング処理により加工し、絶縁膜ゲートパ
ターン10を形成し、これをマスクとして、RIE等のエッ
チング処理により、第4図(c)に示すように絶縁膜ゲ
ートパターン10よりも一回り小さなゲート電極3を形成
す。
(4)次に、絶縁膜ゲートパターン10およびゲート電極
3をマスクとして、第4図(d)に示すように、半導体
基板の法線方向に対して7度程度の角度で斜めにイオン
注入を行い、セルファライン的にソース用n+半導体層
6およびドレイン用n+半導体層7を非対称に形成す
る。
(5)上記絶縁膜ゲートパターン10を除去後、第4図
(e)に示すように、上記半導体基板上にSiO2等のアニ
ール保護膜11を積層して、800℃、20分の活性化アニー
ルを行う。
(6)上記のアニール保護膜11を除去後、リフトオフ法
等によりソース電極4、ドレイン電極5を形成し、第3
図図示の電界効果トランジスタを得る。
この製法によれば、ゲート電極3よりも一回り大きな
絶縁膜ゲートパターン10をマスクとして斜め注入するこ
とにより非対称なn+半導体層が得られ、その結果、ソ
ース抵抗を小さく保ちながらドレインコンダクタンスの
抑止、ドレイン耐圧の向上を行うことができる。しか
し、(3)の絶縁膜ゲートパターン10をマスクとして、
絶縁膜ゲートパターン10よりも一回り小さくゲート電極
3を加工する工程において、RIE等によるサイドエッチ
ング量を制御して、ゲート長を決定している。このサイ
ドエッチングは制御性に乏しく、したがって、ゲート長
の制御性・ウエハ面内均一性が悪く、デバイス特性のば
らつきを生じてしまう。また、現在の主流になっている
サブミクロンFETにおいては、少しのゲート長の不均一
でもデバイス特性の大きなばらつきとなってしまう。
(従来例2) 第3図のような構造を有する電界効果トランジスタの
もう一つの製法として、以下のような製法が提案されて
いる。
(1)第5図(a)に示すように、半絶縁性を有する半
導体基板1を用意し、フォトレジストをマスクとして、
イオン注入法により半導体能動層2を形成する。
(2)上記半導体基板上にゲート材料8を積層する。
(第5図(b)) (3)フォトレジストをマスクとして、上記ゲート材料
8をRIE等を用いて加工し、第5図(c)に示すよう
に、ゲート電極3を形成する。
(4)次に、フォトレジスト工程を用いて、第5図
(d)に示すように、ゲート電極3よりもドレイン電極
5側に非対称用レジストゲートパターン12を形成する。
(5)ゲート電極3および非対称用レジストゲートパタ
ーン12をマスクとして、セルフアライン的にソース用n
+半導体層6およびドレイン用n+半導体層7を第5図
(e)に示すように形成する。
(6)上記半導体基板上にSiO2等のアニール保護膜11を
積層して、800℃、20分の活性化アニールを行う。(第
5図(f)) (7)上記のアニール保護膜11を除去後、リフトオフ法
等によりソース電極5、ドレイン電極6を形成し、第3
図図示の目的の電界効果トランジスタを得る。
この製法によれば、従来例1に比較してゲート長自体
の制御性・ウエハ面内均一性は向上させることが可能で
ある。しかし、非対称用レジストパターンの形成はゲー
ト電極3に対してセルファライン的ではなく、制御性に
乏しい。また、サブミクロン長のゲート電極において
は、サブミクロン長の非対称用レジストパターン12を0.
1μm以内の合わせ精度で形成しなければならず、フォ
ト工程での精度が厳しく現実的な製法ではない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、従来例1における、絶縁膜ゲートパターン
をマスクとして、それよりも一回り小さくゲート電極を
加工する工程において、RIE等によるサイドエッチング
量を制御して、ゲート長を決定する際の、ゲート長の制
御性・ウエハ面内均一性が悪いことに起因するデバイス
特性のばらつきを生じるという欠点を改良することを第
1の目的とする。
また、従来例2の製法において、ゲート電極とは別
に、新たに非対称用レジストパターンの形成を行う際
に、ゲート電極に対してセルフアライン的ではないこ
と、フォト工程の合わせ精度が大変厳しく、特にサブミ
クロンゲート長においては現実的な製法として成立でき
ない程制御性に乏しいという欠点を改良することを第2
の目的としている。
[課題を解決するための手段] 本発明は、上記課題を解決するために、(1)半絶縁
性を有する半導体基板に、半導体能動層を形成し、
(2)上記半導体基板上に、半導体能動層とショットキ
接合する金属層と絶縁膜を順次積層し、フォトレジスト
によるマスクを用いたエッチング処理により絶縁膜ゲー
トパターンを形成し、この絶縁膜ゲートパターンと同じ
大きさで、サイドエッチングを殆ど入れずにゲート電極
を形成し、(3)ゲート電極とドレイン用n+半導体層
の間隔に適合するように、ゲート用レジストパターンか
らゲート電極までの高さを調整し、絶縁膜ゲートパター
ンおよびゲート電極をマスクとして、上記半導体基板に
対して斜めからイオン注入を行い、セルフアライン的に
ソース用n+半導体層およびドレイン用n+半導体層を
非対称に形成し、(4)上記半導体基板を活性化アニー
ルし、(5)上記半導体基板上に、半導体能動層とオー
ミック接合する金属層を積層し、リフトオフ処理等によ
りソース電極およびドレイン電極を形成する工程を採用
する。また、上記(3)の工程の代替として、(3−
1)半絶縁性を有する半導体基板に第2の絶縁膜を積層
し、RIE等によるエッチング処理により、上記絶縁膜ゲ
ートパターンおよびゲート電極にサイドウォールを形成
し、(3−2)ゲート電極とドレイン用n+半導体層の
間隔にっ適合するように、絶縁体ゲートパターンとゲー
ト電極の高さを調整し、サイドウォールを付けた絶縁膜
ゲートパターンおよびゲート電極をマスクとして、上記
半導体基板に対して斜めからイオン注入を行い、セルフ
アライン的にソース用n+半導体層およびドレイン用n
+半導体層を非対称に形成する工程を採用できる。
[作用] 本発明は、サイドエッチングを利用しないで、絶縁膜
ゲートパターンと同じ大きさでゲート電極を加工するた
めに、ゲート電極上部に、ゲート電極と同じ大きさの絶
縁膜ゲートパターンを形成し、この絶縁膜ゲートパター
ンの高さを制御することにより、ゲート長の制御性・ウ
エハ面内均一性の良い非対称電界効果トランジスタを容
易に得られる。
[実施例] (実施例1) 本実施例における電界効果トランジスタの製作工程は
以下の通りである。
(1)第1図(a)に示すように、半絶縁性を有するGa
As半導体基板1を用意し、フォトレジストをマスクとし
て、注入エネルギ10keV〜60keVによるSiイオン注入を施
すことにより、n型半導体能動層2を形成する。ここ
で、Siイオン注入のドーズ量は、1012cm-2〜1014cm-2
ある。
(2)上記半導体基板上にHCl等による公知の表面処理
を行った後、スパッタ法等により、WSiN、WSi、WAl等の
ゲート材料8を0.1〜1.0μmの膜厚で積層する。続い
て、プラズマCVD法等を用いて、SiO2、SiNSiON等の絶縁
膜9を0.01〜5μmの膜厚で積層して形成する。(第1
図(b)) (3)フォトレジストをマスクとして、上記の絶縁膜9
にCF4等によるRIE処理を施して、絶縁膜ゲートパターン
10を形成する。絶縁膜ゲートパターン10をマスクにし
て、上記ゲート材料8をSF6、CF4等の弗化物を用いたRI
Eによってエッチング処理し、第1図(c)に示すよう
に、絶縁膜ゲートパターン10とほぼ同じ大きさでゲート
電極3を形成する。
(4)上記絶縁膜ゲートパターン10およびゲート電極3
をマスクとして、第1図(d)に示すように基板法線方
向よりもソース電極側へ0〜30度傾いた方向からSiイオ
ン注入を行い、セルフアライン的に、非対称なn+半導
体層6および7を形成する。ここで、注入エネルギは、
n型半導体能動層2の場合よりも高エネルギである30ke
V〜300keVとし、ドーズ量は、1012cm-2〜1015cm-2とす
る。
ここで、ゲート電極3とドレイン用n+半導体層7の
間隔は、ゲート電極と絶縁膜ゲートパターンの高さによ
って調整する。たとえば、Siイオン注入を基板法線方向
よりもソース電極側へ7度傾けた方向から行うとき、ゲ
ート電極3とドレイン用n+半導体層7の間隔を0.2μ
mとするには、ゲート電極と絶縁膜ゲートパターンの高
さの合計を1.64μmとすればよい。
また、レジストによるゲートパターンは、本工程まで
残しておいても良い。その場合、レジストによるゲート
パターンも加えた高さで、ゲート電極3とドレイン用n
+半導体層7の間隔を調整する。
(5)絶縁膜ゲートパターン10を除去した後(フォトレ
ジストが上部にある場合にはフォトレジストも除去す
る)、上記半導体基板上に、プラズマCVD法等により厚
さ0.05〜0.5μmのアニール保護膜、SiO2、SiN、SiON等
11を積層して形成し、700〜1200℃の活性化アニールを
0.1秒〜60分間行う。(第1図(e)) (6)アニール膜11を除去した後、AuGe/NiまたはAuGe/
Ni/Au等を蒸着およびリフトオフした後、300〜700℃の
シンタリングを行い、ソース電極4およびドレイン電極
5を形成し、目的の電界効果トランジスタを得る。
以上の電界効果トランジスタの製法によれば、 (1)n+半導体層を非対称にすることにより、ソース
抵抗を小さく保ったままでドレインコンダクタンスの抑
制、ドレイン耐圧の向上を図ることができる。
(2)ゲート電極3のRIE等による加工において、エッ
チングマスクである絶縁膜ゲートパターン10と同じ大き
さでゲート電極3を加工するために、サイドエッチング
加工において生じ易いゲート長のウエハ面内の不均一が
なく、ゲート長の制御性・均一性が良い。
(3)絶縁膜ゲートパターン10の高さを変えるだけで、
容易にゲート電極とドレイン用n+半導体層の間隔を調
整することができる。
(実施例2) 本実施例は、実施例1における(3)のゲート電極形
成工程(第1図(c))の後に次の工程を加えたもので
ある。
(3−1)第2図(a)に示すように、プラズマCVD法
等を用いて、0.01〜1μmの膜厚でSiO2、SiN、SiON等
の符号13で示す第2の絶縁膜を積層する。
(3−2)上記第2の絶縁膜をRIE等のエッチング処理
により加工し、第2図(b)に示すように、0.01〜1μ
mのサイドウォール14を形成する。
以上の工程を行った後、上記(4)のn+半導体層を
形成することを特徴とする。
本実施例2によれば、サイドウォール14を形成したた
めに、ソース用n+半導体層6がn型半導体能動層2へ
入り込むのを防ぐことができ、ゲートリーク電流、短チ
ャネル効果等を抑止することができる。
4.発明の効果 上記の説明から明らかなように、本発明の電界効果ト
ランジスタの製法によれば、 (1)ゲート長の決定にサイドエッチングを利用してい
ないため、ゲート長をウエハ面内で均一に且つ制御性良
く形成することができ、ウエハ面内でのデバイス特性の
バラツキを抑えることができる。
(2)絶縁膜ゲートハーターン10の厚さを変えるだけ
で、容易にゲート電極とドレイン用n+半導体層の間隔
を調整することができる。
この効果、従来製法よりも高性能な電界効果トランジ
スタをウエハ面内で均一性良く製作することが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1実施例の電界効果トランジスタ
の製作工程を説明するための図、 第2図は、本発明の第2実施例の電界効果トランジスタ
の製作工程を説明するための図、 第3図は電界効果トランジスタの具体的な構造例を示す
図、 第4図は、従来例1による電界効果トランジスタの製作
工程を説明するための図、 第5図は、従来例2による電界効果トランジスタの製作
工程を説明するための図、である。 1……半絶縁性半導体基板、 2……半導体能動層、3……ゲート電極、 4……ソース電極、5……ドレイン電極、 6……ソース用n+半導体層、 7……ドレイン用n+半導体層、 8……ゲート材料、9……絶縁層、 10……絶縁膜ゲートパターン、 11……アニール保護膜、 13……第2の絶縁膜、 14……サイドウォール。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の各工程からなる電界効果トランジスタ
    の製法。 (1)半絶縁性を有する半導体基板に、半導体能動層を
    形成する工程。 (2)上記半導体基板上に、半導体能動層とショットキ
    接合する金属層と絶縁膜を順次積層し、フォトレジスト
    によるマスクを用いたエッチング処理により絶縁膜ゲー
    トパターンを形成し、この絶縁膜ゲートパターンと同じ
    大きさで、サイドエッチングを殆ど入れずにゲート電極
    を形成する工程。 (3)ゲート電極とドレイン用n+半導体層の間隔に適
    合するように、ゲート用レジストパターンからゲート電
    極までの高さを調整し、絶縁膜ゲートパターンおよびゲ
    ート電極をマスクとして、上記半導体基板に対して斜め
    からイオン注入を行い、セルフアライン的にソース用n
    +半導体層およびドレイン用n+半導体層を非対称に形
    成する工程。 (4)上記半導体基板を活性化アニールする工程。 (5)上記半導体基板上に、半導体能動層とオーミック
    接合する金属層を積層し、リフトオフ処理等によりソー
    ス電極およびドレイン電極を形成する工程。
  2. 【請求項2】次の各工程からなる電界効果トランジスタ
    の製法。 (1)半絶縁性を有する半導体基板に、半導体能動層を
    形成する工程。 (2)上記半導体基板上に、半導体能動層とショットキ
    接合する金属層と絶縁膜を順次積層し、フォトレジスト
    によるマスクを用いたエッチング処理により絶縁膜ゲー
    トパターンを形成し、この絶縁膜ゲートパターンと同じ
    大きさでサイドエッチングを殆ど入れずにゲート電極を
    形成する工程。 (3)半絶縁性を有する半導体基板に第2の絶縁膜を積
    層し、RIE等によるエッチング処理により、上記絶縁膜
    ゲートパターンおよびゲート電極にサイドウォールを形
    成する工程。 (4)ゲート電極とドレイン用n+半導体層の間隔に適
    合するように、絶縁膜ゲートパターンとゲート電極の高
    さを調整し、サイドウォールを付けた絶縁膜ゲートパタ
    ーンおよびゲート電極をマスクとして、上記半導体基板
    に対して斜めからイオン注入を行い、セルフアライン的
    にソース用n+半導体層およびドレイン用n+半導体層
    を非対称に形成する工程。 (5)上記半導体基板を活性化アニールする工程。 (6)上記半導体基板上に、半導体能動層とオーミック
    接合する金属層を積層し、リフトオフ処理時によりソー
    ス電極およびドレイン電極を形成する工程。
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