JP2773425B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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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造方法に関し、特
に超高速、低雑音の電界効果トランジスタのゲート電極
の形成方法に関する。
〔従来の技術〕
従来の超高速、低雑音電界効果トランジスタの製造方
法を第2図(a)〜(d)を用いて説明する。まず第2
図(a)に示すように、GaAs基板1上にアンドープGaAs
層2と、Si不純物を含むAlGaAs層3と、Si不純物を含む
GaAs層4からなる3層の活性層5を形成したのち、その
上にフォトレジスト膜7を塗布法により形成する。次に
第2図(b)に示すように、電子ビーム露光法によって
フォトレジスト膜7に開口部8を形成したのちGaAs層4
をエッチングする。次に第2図(c)に示すように、ア
ルミ等の電極金属膜9を蒸着する。次で第2図(d)に
示すように、リフトオフすることによってゲート電極9A
を形成する。
近年、素子の高速化をはかるため、ゲート電極の微細
化が進み、ピーシーチャオらによって1987年インターナ
ショナルエレクトロンデバイスミーティングテクニカル
ダイジェスト(P.C.Chao,et al,international ELECTRO
N DEVICES meeting TECHNICAL DIGEST 87 p410)で報告
されたように、電子線露光法により0.1μmのゲート電
極を有する素子が作成され優れた高速性を示した。今後
さらに素子特性を向上させるため0.1μm以下のゲート
電極を形成する技術が開発されつつある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、0.1μm以下のゲート電極をもつ電界
効果トランジスタをフォトレジスト膜のリフトオフ法で
作成するには以下のような問題点がある。第1にゲート
電極の微細化にともなって、ゲート開孔面積が減少する
ため、第2図(c)に示す電極金属膜形成時、フォトレ
ジスト膜7からのガス放出が活性層5表面にあたえる影
響が顕著になって、良好な半導体とゲート電極電界が形
成できなくなる。従ってショットキー特性の劣化が著し
くなり、動作層の制御が十分行えなくなる。第2に、第
2図(d)に示すリフトオフ時に、ゲート電極9Aが剥が
れやすくなり歩留りが大きく低下する。
またもうひとつの0.1μm以下のゲート電極をもつ電
界効果トランジスタを作成する方法として、香門らによ
ってジャーナルオブクリスタルグロース(K.Kamon,S.Ta
kagishi and H.Mori:Journal of crystal Growth)73巻
(1985年)73頁に、あるいは山口らによってジャパニー
ズジャーナルオブアプライドフィジックス(K.Yamaguch
i,K.Okamoto,and T.Imai:Japanese Journal of Applied
Physics)24巻(1985年)1666頁に報告されている、高
濃度半導体層の選択成長法による接合型ゲート電極の形
成方法も考えられる。しかしながら、選択成長法、例え
ばハイドライド気相成長法や有機金属気相成長法では、
開口部面積により成長速度、成長形状が異なるという問
題点があり、0.1μm以下の開口部に制御性良くゲート
電極を形成することはできない。
本発明の目的は、0.1μm以下のゲート電極を歩留り
よくかつ、安定したチャネル/ゲート接合で形成するこ
とのできる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。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、半導体
基板上に活性層を形成する工程と、前記活性層上に絶縁
膜を形成しパターニングしゲート電極形成用の開口部を
もうける工程と、有機金属原料を用いる分子線エピタキ
シャル成長法により化合物半導体のP型高濃度層を選択
成長させ、前記開口部内に高濃度層からなるゲート電極
を形成する工程とを含んで構成される。
〔作用〕
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、電界効
果トランジスタのゲート電極を形成するとき、絶縁膜を
マスクにゲート開口部を形成し、有機金属原料をもちい
た分子線エピタキシャル成長法による選択成長法によ
り、ゲート電極に用いる化合物半導体の高濃度層を形成
する。このとき選択成長される表面は、成長前に昇温に
より表面の自然酸化膜が除去されるため良好な接合が得
られる。
さらにゲート電極は結晶成長により形成しており、従
来のようにフォトレジスト膜のリフトオフ法を用いてい
ないため、ゲート電極の剥がれが発生せず歩留りも向上
する。また有機金属原料を用いた分子線エピタキシャル
成長法を用いるため、他の選択成長法、例えばハイドラ
イド気相成長法や有機金属気相成長法で問題となる、開
口部面積により成長速度や成長形状が異なるという問題
点がない。
〔実施例1〕 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第1図(a)〜(d)は本発明の実施例1を説明す
るために工程順に示した半導体チップの断面図である。
まず第1図(a)に示すように、活性層5として、分
子線エピタキシー法によって半絶縁性GaAs基板1上に形
成した厚さ700nmのノンドープのGaAs層2と厚さ30nmのS
iドープ(2×1018cm-3)のAlGaAs層3と厚さ50nmのSi
ドープ(3×1018cm-3)のGaAs層4を用いた。そしてそ
の上に絶縁膜6として気相成長法による厚さ50nmの酸化
シリコン膜(または窒化シリコン膜)を、フォトレジス
ト膜7としてRMMAレジストを順次形成した。次に第1図
(b)に示すように、電子ビーム露光技術により、フォ
トレジスト膜7に幅50nmのゲート電極用の開口部8を形
成する。
その後、第1図(c)に示すように、CF4ガスを用い
た反応性イオンエッチング(RIE)法によりフォトレジ
スト膜7をマスクとして絶縁膜6をエッチングした。次
にCCl2F2ガスを用いた反応性イオンエッチング法により
フォトレジスト膜7と絶縁膜6をマスクにGaAs層4をAl
GaAs層3に対して選択的にエッチング除去しAlGaAs層3
を露出させた。次に第1図(d)に示すように、酸素プ
ラズマ処理と有機洗浄を行なうことによりフォトレジス
ト膜7を除去した。そして基板を有機金属分子線エピタ
キシャル成長装置内に入れ、630℃に昇温し表面の自然
酸化膜を除去した。さらに基板温度400℃でトリメチル
ガリウム(TMG)の流量を2.0ml/min,Asの分圧を1×10
-5Torrとしてp+GaAs層を1.0μmの厚さに選択成長し、
ゲート長50nmのp+n接合型の高濃度半導体層からなるゲ
ート電極10を形成した。
このときのアクセプタ不純物である炭素は、TMGから
自動的に選択成長層に取り込まれその不純物濃度は5×
1020cm-3となる。この濃度は活性層5の不純物濃度(3
×1018cm-3)に比べ2桁大きく、p+n接合型トランジス
タとして良好な特性を示した。またゲート電極10のはが
れがなく、歩留りも良かった。
〔実施例2〕 第1図に示した実施例1と同様に、活性層5上に絶縁
膜6とフォトレジスト膜7を形成し、フォトレジスト膜
7に電子ビーム露光法により50nmのゲート開口部8を形
成し、次でCF4ガスを用いた反応性イオンエッチング法
によりフォトレジスト膜7をマスクに絶縁膜6をエッチ
ングした。次にCCl2F2ガスを用いた反応性イオンエッチ
ング法によりフォトレジスト膜7と絶縁膜6をマスクに
GaAs層4をエッチング除去しAlGaAs層3を露出させた。
次に酸素プラズマ処理と有機洗浄を行なうことによりフ
ォトレジスト膜6を除去した。
そして、基板を有機金属分子線エピタキシャル成長装
置内に入れ630℃に昇温し表面の自然酸化膜を除去し
た。さらに基板温度600℃でトリエチルガリウム(TEG)
の流量を2.0ml/min,p型不純物としてメタン(CH4)を0.
1ml/minで800℃でクラッキングして導入し、Asの分圧を
1×10-5Torrとしp+GaAs層を1.0μmの厚さに選択成長
し、ゲート長50nmのp+n接合型の高濃度半導体層からな
るゲート電極を形成した。このときのアクセプタ不純物
である炭素の不純物濃度は5×1020cm-3であり、活性層
5の不純物濃度(3×1018cm-3)に比べ2桁大きくp+n
接合型トランジスタとして良好な特性を示した。またゲ
ート電極のはがれがなく、歩留りも良かった。
尚、上記実施例においては活性層を構成するGaAs層4
に開口部を設け、AlGaAs層3上にゲート電極を形成した
場合について説明したが、GaAs4上にゲート電極を設け
てもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、電界効果トラン
ジスタの製造方法において、0.1μm以下のゲート電極
を歩留りよく形成でき、また接合特性の再現性も向上さ
せることができる。このため、高速の電界効果トランジ
スタの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の実施例1を説明するた
めに工程順に示した半導体チップの断面図である。第2
図(a)〜(d)は従来の電界効果トランジスタの製造
方法を説明するための半導体チップの断面図である。 1……GaAs基板、2……GaAs層、3……AlGaAs層、4…
…GaAs層、5……活性層、6……絶縁膜、7……フォト
レジスト膜、8……開口部、9……電極金属、9A……ゲ
ート電極、10……ゲート電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−132484(JP,A) 特開 昭63−318784(JP,A) 特開 昭53−3776(JP,A) 特開 平2−101784(JP,A) 特開 昭61−48917(JP,A) 特開 昭60−54479(JP,A) 「化合物半導体デバイス[▲II▼ ]」 今井哲二他4,編著 (工業調査 会 1984年7月発行) P.126−P. 131 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/808 H01L 21/337 H01L 21/203 H01L 21/285,301

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に活性層を形成する工程と、
    前記活性層上に絶縁膜を形成しパターニングしゲート電
    極形成用の開口部をもうける工程と、有機金属原料を用
    いる分子線エピタキシャル成長法により化合物半導体の
    P型高濃度層を選択成長させ、前記開口部内に高濃度層
    からなるゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴
    とする電界効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】P型高濃度層を成長させる有機金属原料と
    して、トリメチルガリウム(TMG)を用いる請求項1記
    載の電界効果トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】有機金属原料として、エチル基を含む有機
    金属原料を用い、アクセプタ不純物として有機化合物よ
    り分解した炭素を高濃度層成長中に添加する請求項1記
    載の電界効果トランジスタの製造方法。
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