JP2915507B2 - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JP2915507B2
JP2915507B2 JP17210790A JP17210790A JP2915507B2 JP 2915507 B2 JP2915507 B2 JP 2915507B2 JP 17210790 A JP17210790 A JP 17210790A JP 17210790 A JP17210790 A JP 17210790A JP 2915507 B2 JP2915507 B2 JP 2915507B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、電界効果トランジスタに係り、特に、活性
層として砒化ガリウム(GaAs)などのIII−V族化合物
半導体を用いたショットキーゲート型電界効果トランジ
スタに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a field effect transistor, and particularly uses a III-V compound semiconductor such as gallium arsenide (GaAs) as an active layer. The present invention relates to a Schottky gate type field effect transistor.

(従来の技術) 半絶縁性のGaAs基板を用いたショットキー接合ゲート
型電界効果トランジスタ(以下MESFET)は、GaAsのもつ
高い電子移動度のために、シリコン基板を用いた集積回
路では得られない超高速動作を可能とするGaAsIC,LSIの
基本素子として注目されている。
(Prior art) A Schottky junction gate field effect transistor (MESFET) using a semi-insulating GaAs substrate cannot be obtained with an integrated circuit using a silicon substrate due to the high electron mobility of GaAs. Attention has been paid to the basic elements of GaAs ICs and LSIs that enable ultra-high-speed operation.

このGaAs電界効果トランジスタは、例えば第7図に一
例を示すように、半絶縁性のGaAs基板1内にn型活性層
2が形成され、この上層に高融点金属からなるゲート電
極3が形成され、このゲート電極3に自己整合的にソー
スドレインを構成する高濃度のn+層5,6が形成されてい
る。
In this GaAs field effect transistor, for example, as shown in FIG. 7, an n-type active layer 2 is formed in a semi-insulating GaAs substrate 1, and a gate electrode 3 made of a refractory metal is formed thereon. High-concentration n + layers 5 and 6 constituting source and drain are formed on the gate electrode 3 in a self-aligned manner.

このようなGaAs電界効果トランジスタを用いた集積回
路の高集積化には活性層幅の縮小が有効であるが、この
縮小を行うと、閾値電圧が正側にシフトする等のFET特
性の変動が生じる狭チャネル効果が問題となる。
It is effective to reduce the active layer width to increase the integration of integrated circuits using such GaAs field-effect transistors.However, when this reduction is performed, fluctuations in FET characteristics such as a shift in the threshold voltage to the positive side are caused. The resulting narrow channel effect is problematic.

この狭チャネル効果は、次に示す通りである。 This narrow channel effect is as follows.

MESFETにおいては、活性層幅方向にゲート電極が活性
層よりも突き出るように形成するゲート電極突き出し部
がプロセスマージン上必要である。
In the MESFET, a gate electrode protruding portion formed so that the gate electrode protrudes from the active layer in the width direction of the active layer is necessary for a process margin.

そしてこのゲート電極突きだし部からのショットキー
障壁によるポテンシャルの活性層に対する影響が活性層
に対する活性層幅を狭める程大きくなり、その結果活性
層領域を狭め、閾値電圧を正側にシフトさせる。このた
め、活性層幅の異なるFETにおいては、活性層を同じチ
ャネル濃度で形成しても、閾値電圧に差が生じることに
なる。
The influence of the Schottky barrier from the gate electrode protruding portion on the potential of the active layer is increased as the width of the active layer with respect to the active layer is reduced. As a result, the active layer region is narrowed and the threshold voltage is shifted to the positive side. For this reason, in FETs having different active layer widths, a difference occurs in the threshold voltage even if the active layers are formed with the same channel concentration.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来のGaAsFETでは、高集積化に際して
ゲート幅を縮小しようとすると、いわゆる狭チャネル効
果により、特性にばらつきが生じるという問題があっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional GaAsFET, when the gate width is reduced at the time of high integration, there is a problem that the characteristics are varied due to a so-called narrow channel effect.

本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、狭チャ
ネル効果を完全に抑制し、高性能のMESFETを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a high-performance MESFET in which a narrow channel effect is completely suppressed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

(課題を解決するための手段) そこで本発明では、基板表面に形成された第1導電型
の半導体層からなる活性層を横切るようにこの活性層の
表面に形成されたショットキーゲート電極と、活性層の
両側に形成されたソース領域およびドレイン領域とを具
備した電界効果トランジスタにおいて、活性層の下でか
つショットキーゲート電極上から見て活性層のエッジよ
りも内側に、中性領域を形成する不純物濃度の第2の導
電型領域を配設している。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, a Schottky gate electrode formed on the surface of a first conductivity type semiconductor layer formed on the surface of a substrate so as to cross the active layer, In a field-effect transistor having a source region and a drain region formed on both sides of an active layer, a neutral region is formed below the active layer and inside an edge of the active layer as viewed from above the Schottky gate electrode. A second conductivity type region having a different impurity concentration is provided.

ここで、第2導電型領域がp型領域であるときは、望
ましくはアクセプタ濃度が1×1016cm-3乃至1×1020cm
-3とし、さらに望ましくは、1×1016cm-3乃至1×1017
cm-3とする。
Here, when the second conductivity type region is a p-type region, the acceptor concentration is desirably 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 20 cm.
-3 , more preferably 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 17
cm -3 .

しかも基板の濃度よりも1桁以上高い事が望ましい。 In addition, it is desirable that the concentration is at least one digit higher than the concentration of the substrate.

さらに、p型層が内側に入る幅は0.05〜0.5μmがよ
い。
Further, the width of the inside of the p-type layer is preferably 0.05 to 0.5 μm.

(作用) 通常のMESFETにおいては、第6図(a)に示すように
活性層幅方向にゲート電極が活性層よりも突き出るよう
に形成するゲート電極突き出し部がプロセスマージン上
必要である。
(Operation) In a normal MESFET, as shown in FIG. 6A, a gate electrode protruding portion formed so that the gate electrode protrudes from the active layer in the width direction of the active layer is required in view of a process margin.

この活性層より突き出ているこのゲート電極突きだし
部におけるショットキー障壁からの影響が活性層まで及
ぶことになる。この影響により活性層近傍のポテンシャ
ルが上昇して活性層領域を狭める。つまりポテンシャル
の上昇が活性層幅を狭める程大きくなり、その結果チャ
ネル領域を狭め、閾値を正側にシフトさせる狭チャネル
効果を生じさせていた。
The influence of the Schottky barrier at the gate electrode protrusion protruding from the active layer reaches the active layer. Due to this effect, the potential near the active layer rises and narrows the active layer region. In other words, the increase in the potential increases as the width of the active layer decreases, resulting in a narrow channel effect that narrows the channel region and shifts the threshold value to the positive side.

これに対し、第6図(b)に示すように、活性層幅以
上に低濃度の逆導電型層(p層)を形成した場合、ゲー
ト電極突きだし部からのショットキー障壁による影響が
シールドされ活性層まで及ばない。しかしながら、破線
の矢印で示したようなp層における活性層からの突き出
し部より活性層へ影響を及ぼすため、チャネル端近傍の
ポテンシャルが上昇し、その分だけ閾値電圧が正側へシ
フトしてしまう。
On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), when a low-concentration reverse conductivity type layer (p layer) is formed at a width equal to or greater than the width of the active layer, the influence of the Schottky barrier from the protruding portion of the gate electrode is shielded. It does not reach the active layer. However, since the active layer is affected by the protrusion from the active layer in the p-layer as indicated by the dashed arrow, the potential near the channel end increases, and the threshold voltage shifts to the positive side by that amount. .

そこで、このp層の幅を活性層の幅の近傍で変化さ
せ、閾値電圧を測定した結果、第3図に示すように、p
層の幅を活性層の幅よりもやや小さくしたところから、
閾値電圧のシフトか大幅に低下することを発見した。
Therefore, the width of the p-layer was changed near the width of the active layer, and the threshold voltage was measured. As a result, as shown in FIG.
From the point where the width of the layer is slightly smaller than the width of the active layer,
It has been found that the shift of the threshold voltage is greatly reduced.

すなわち、このシフトはp層の幅を活性層の幅と同一
にしても生じてしまい、p層を活性層に対して狭く形成
することにより、はじめて閾値電圧の正側へのシフトを
抑えることができる。
That is, this shift occurs even when the width of the p-layer is the same as the width of the active layer. By forming the p-layer narrower than the active layer, it is possible to suppress the shift of the threshold voltage to the positive side for the first time. it can.

一方、前記構成−活性層の下に活性槽のエッジよりも
やや内側に第2の導電型領域を配設する−により、狭チ
ャネル効果を抑制することはできるが、ゲート長の短い
素子においては、この構成がかえって短チャネル効果発
生の原因となる。
On the other hand, by the above-mentioned configuration-disposing the second conductivity type region slightly inside the edge of the active tank below the active layer-the narrow channel effect can be suppressed, but in an element having a short gate length, However, this configuration rather causes a short channel effect.

そこで、前記構成に加え、さらに活性層とソース・ド
レイン領域との間に不純物濃度が活性層よりも高く、ソ
ース・ドレイン領域よりも低い中間濃度層を介在させる
ことにより、実質的に高濃度領域間の距離を長くし短チ
ャネル効果の発生を抑制することができ、短チャネル効
果および狭チャネル効果の両方の影響をうけない良好な
MESFETを形成することが可能となる。
Therefore, in addition to the above configuration, an intermediate concentration layer having an impurity concentration higher than that of the active layer and lower than that of the source / drain region is interposed between the active layer and the source / drain region. The distance between them can be increased to suppress the occurrence of the short channel effect, and a good effect that is not affected by both the short channel effect and the narrow channel effect
A MESFET can be formed.

また、前記構成により、閾値電圧のシフトを抑制する
とともに、これに加え、活性層とソース領域との間に不
純物濃度が活性層よりも高く、ソース領域よりも低い中
間濃度層を形成し、一方、ドレイン領域は活性層に直接
接続するようにすれば、前記構成(LDD構造のFET)で
は、ゲートに自己整合的に形成される中間濃度層の濃度
および深さは、ゲート・ソース間の寄生抵抗と、ゲート
・ドレイン間の逆方向耐圧という相反するパラメータ間
の最適化を必要としていたが、中間濃度層はソース側の
みに形成されているため、より短チャネル効果を抑制す
ることがでる。また、濃度深さ等の設計の際にドレイン
耐圧を考慮する必要がなく、設計に自由度が拡がり、結
果としてゲート・ソース間抵抗Rsをより小さくすること
ができる。
In addition, the above configuration suppresses the shift of the threshold voltage and, in addition, forms an intermediate concentration layer between the active layer and the source region where the impurity concentration is higher than the active layer and lower than the source region. If the drain region is directly connected to the active layer, in the above-described configuration (LDD structure FET), the concentration and depth of the intermediate concentration layer formed in a self-aligned manner with the gate are determined by the parasitic distance between the gate and the source. Although optimization between the contradictory parameters of the resistance and the reverse breakdown voltage between the gate and the drain was required, the short channel effect can be further suppressed because the intermediate concentration layer is formed only on the source side. In addition, it is not necessary to consider the drain withstand voltage when designing the concentration depth and the like, and the degree of freedom in the design is increased, and as a result, the gate-source resistance Rs can be further reduced.

また、LDD構造の場合に比べ、ドレイン側の中間濃度
層がないため、ゲート長を短縮することができゲート容
量Cgを低減すると同時に電流駆動力Gmを向上させること
が可能となる。
Further, compared to the case of the LDD structure, since there is no intermediate concentration layer on the drain side, the gate length can be shortened, the gate capacitance Cg can be reduced, and at the same time, the current driving force Gm can be improved.

また、このトランジスタは、ゲート・ドレイン間の容
量が特に重大な因子となるSLCF回路やDCFL回路など、第
1の電界効果トランジスタと第2電界効果トランジスタ
とを直接接続して、この第1のトランジスタをインバー
タのスイッチング素子に用いて集積回路を形成する際に
有効である。すなわちゲートドレイン間容量は、このDC
FL回路のスイッチングFETの場合、入力−出力間の帰還
容量として働く。このため、これを低減することはゲー
トソース間のそれに比べ高速動作性に対しては2倍程度
の寄与がありその効果は極めて大きいものとなる。
In addition, this transistor directly connects a first field-effect transistor and a second field-effect transistor, such as an SLCF circuit or a DCFL circuit, in which capacitance between a gate and a drain is a particularly important factor, Is effective in forming an integrated circuit by using the as a switching element of an inverter. That is, the capacitance between the gate and drain is
In the case of the switching FET of the FL circuit, it works as a feedback capacitance between the input and the output. Therefore, reducing this has about twice the contribution to high-speed operability as compared with that between the gate and the source, and the effect is extremely large.

このように本発明の構成によれば、短チャネル効果お
よび狭チャネル効果のない極めて信頼性の高いMESFETを
得ることが可能となる。
As described above, according to the configuration of the present invention, it is possible to obtain an extremely reliable MESFET having no short channel effect and narrow channel effect.

(実施例) 以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細
に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図(a)乃至第1図(c)は、本発明の実施例に
かかるGaAs−MESFETの平面図、そのA−A′断面図およ
びそのB−B′断面図である。
Embodiment 1 FIGS. 1 (a) to 1 (c) are a plan view, an AA 'sectional view and a BB' sectional view of a GaAs-MESFET according to an embodiment of the present invention.

このGaAs−MESFETは、半絶縁性のGaAs基板1内にn型
活性層2が形成され、この下層に活性層2のエッジより
もやや内側にエッジがくるようにp型層9を配設したこ
とを特徴とするもので、このn型活性層2の上層には窒
化タングステン(WN)からなるゲート電極3が形成さ
れ、このゲート電極3に自己整合的にソースドレインを
構成する高濃度のn+層5,6が形成されている。4はゲー
トの側壁に形成される絶縁膜であり、7,8は、AuGe/Au層
からなるソース・ドレイン電極である。
In this GaAs-MESFET, an n-type active layer 2 is formed in a semi-insulating GaAs substrate 1, and a p-type layer 9 is provided below this so that the edge is slightly inside the edge of the active layer 2. A gate electrode 3 made of tungsten nitride (WN) is formed on an upper layer of the n-type active layer 2, and a high-concentration n which forms a source / drain in a self-aligned manner is formed on the gate electrode 3. + Layers 5 and 6 are formed. Reference numeral 4 denotes an insulating film formed on the side wall of the gate, and reference numerals 7 and 8 denote source / drain electrodes made of AuGe / Au layers.

次にこのGaAs−MESFETの製造工程について説明する。 Next, the manufacturing process of the GaAs-MESFET will be described.

まず、半絶縁性のGaAs基板1の第1図(a)に破線で
しめすp型層9の形成領域に窓を有するレジストパター
ンを形成し、選択的イオン注入法により、Mgイオンを例
えば加速電圧180KeV,ドーズ量2×1012cm-2でイオン注
入を行いp型層9を形成する。ここでこのp型層9の形
成は固相拡散法等他の方法を用いても良い。
First, a resist pattern having a window in a formation region of a p-type layer 9 shown by a broken line in FIG. 1A of a semi-insulating GaAs substrate 1 is formed. Ion implantation is performed at 180 KeV and a dose of 2 × 10 12 cm −2 to form a p-type layer 9. Here, the p-type layer 9 may be formed by another method such as a solid phase diffusion method.

次に活性層形成用のレジストパターンを形成し、Siイ
オンを例えば加速電圧25KeV,ドーズ量7×1012cm-2でイ
オン注入を行いFETの活性層となるn-型層2を形成す
る。
Next, a resist pattern for forming an active layer is formed, and ions of Si ions are implanted, for example, at an acceleration voltage of 25 KeV and a dose of 7 × 10 12 cm −2 to form an n -type layer 2 serving as an active layer of the FET.

こののち、レジストパターンを除去し、スパッタ法に
より窒化タングステン(WN)からなるゲート金属を膜厚
3000Åとなるように堆積し、反応性イオンエッチングに
よりパターン形成を行い、ゲート電極3を形成する。
After that, the resist pattern is removed, and a gate metal made of tungsten nitride (WN) is formed by sputtering.
The gate electrode 3 is formed by depositing the film so as to have a thickness of 3000 ° and forming a pattern by reactive ion etching.

次に、レジストパターンを除去し、プラズマCVD法な
ど段差被覆性に優れた方法で酸化シリコン膜を膜厚0.4
μm程度堆積した後、反応性インエッチング(RIE)等
の異方性エッチングにより垂直方向に膜厚相当分だけエ
ッチングすることにより、ゲート電極の側壁にのみ酸化
シリコン膜4を残置させる。
Next, the resist pattern is removed, and a silicon oxide film having a thickness of 0.4 is formed by a method having excellent step coverage such as a plasma CVD method.
After depositing about μm, the silicon oxide film 4 is left only on the side wall of the gate electrode by etching by a thickness corresponding to the film thickness in the vertical direction by anisotropic etching such as reactive in etching (RIE).

そしてさらに、ソース・ドレイン領域を含む素子形成
領域に窓をもつレジストパターンを形成して、この酸化
シリコン膜とレジストパターンとゲート電極とをマスク
としてSiイオンを例えば加速電圧80KeV,ドーズ量3×10
13cm-2でイオン注入を行いn+型層5,6を形成する。
Further, a resist pattern having a window is formed in an element forming region including a source / drain region, and Si ions, for example, at an acceleration voltage of 80 KeV and a dose of 3 × 10 3 are masked using the silicon oxide film, the resist pattern, and the gate electrode as a mask.
Ion implantation is performed at 13 cm −2 to form n + -type layers 5 and 6.

そして最後に、AuGe/Au層を形成し、リフトオフ法に
よりソース電極7およひドレイン電極8を形成し、イオ
ン注入層活性化のためのアニールを行い(800〜900℃)
本発明実施例のFETが完成する。このようなイオン注入
条件て各不純物層を形成することにより、p型層9内に
は確実に中性領域が形成される。この領域はアクセプタ
とホールがほぼ同数存在するようなものである。
Finally, an AuGe / Au layer is formed, a source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed by a lift-off method, and annealing for activating the ion-implanted layer is performed (800 to 900 ° C.).
The FET according to the embodiment of the present invention is completed. By forming each impurity layer under such ion implantation conditions, a neutral region is reliably formed in the p-type layer 9. This region is such that almost the same number of acceptors and holes exist.

このMESFETによれば、閾値電圧のシフトがなく極めて
信頼性の高い集積回路を得ることが可能である。
According to this MESFET, it is possible to obtain an extremely reliable integrated circuit without a shift in threshold voltage.

この構造のMESFETの活性層幅Wgと閾値電圧Vthとの関
係を測定した結果を第2図に曲線aで示す。曲線bはp
型層をもたない従来例のFETの活性層幅Wgと閾値電圧Vth
との関係を示す。ここでゲート長Lgは1.0μmとした。
この図からもあきらかなように、従来例のFETでは、活
性層幅Wgが小さくなると閾値電圧Vthの平均値は正方向
に大きく変化しているのに対し、本発明実施例のFETの
場合、活性層幅Wgの変化に対しても閾値電圧Vthの平均
値は変化していない。
The result of measuring the relationship between the active layer width Wg and the threshold voltage Vth of the MESFET having this structure is shown by a curve a in FIG. Curve b is p
Active layer width Wg and threshold voltage Vth of a conventional FET without a mold layer
The relationship is shown below. Here, the gate length Lg was 1.0 μm.
As is apparent from this figure, in the conventional FET, the average value of the threshold voltage Vth greatly changes in the positive direction when the active layer width Wg decreases, whereas in the case of the FET of the present invention, The average value of the threshold voltage Vth does not change even with the change of the active layer width Wg.

また、閾値電圧のばらつきについても、従来例のFET
では、活性層幅Wgが小さくなるにつれてばらつきが大き
くなっているのに対し、本発明のFETではそれほど大き
なばらつきを示さないことが分かる。
In addition, the variation in threshold voltage
It can be seen that the variation increases as the active layer width Wg decreases, whereas the FET of the present invention does not show much variation.

また、活性層幅からのp層の突出量を変化させて、こ
の突出量Wpnと閾値電圧のシフト量ΔVthとの関係を測定
した結果を第3図に示す。ここで縦軸は狭チャネル効果
の生じていない活性層幅20μmの閾値電圧に対する活性
層幅が1μmの閾値電圧シフト量ΔVthを示し、横軸は
活性層幅方向におけるp層の活性層からの突出量Wpn
示している。
Further, by varying the amount of protrusion of the p layer from the active layer width, shown in Figure 3 the results of measuring the relationship between the shift amount ΔVth of the protrusion amount W pn and the threshold voltage. Here, the vertical axis indicates a threshold voltage shift amount ΔVth in which the active layer width is 1 μm with respect to a threshold voltage having an active layer width of 20 μm in which the narrow channel effect does not occur, and the horizontal axis indicates the protrusion of the p layer from the active layer in the active layer width direction. Shows the quantity Wpn .

この図から、突出量Wpnが−0.1μmのときすなわち活
性層幅よりもp層を0.1μm内側に形成したとき、狭チ
ャネル効果を完全に抑制することができ、閾値電圧シフ
ト量ΔVthを0にすることができる。
From this figure, when forming a p layer to 0.1μm inside than when the protrusion amount W pn is -0.1μm or active layer width, it is possible to completely suppress the narrow channel effect, the threshold voltage shift amount [Delta] Vth 0 Can be

実施例2 次に本発明の第2の実施例として、ゲート幅を小さく
したときに生じ易い短チャネル効果を防ぐための構造に
ついて説明する。以下の説明では実施例1と同様の部分
は詳しい説明を省略する。
Embodiment 2 Next, as a second embodiment of the present invention, a structure for preventing a short channel effect which is likely to occur when the gate width is reduced will be described. In the following description, a detailed description of the same parts as in the first embodiment will be omitted.

第4図は、本発明の第2の実施例のFET構造を示す断
面図である。このp型層9にこ中世領域が先の実施例と
同様に形成されている。これは実施例1において第1図
(b)に示した断面に相当するものである。
FIG. 4 is a sectional view showing an FET structure according to a second embodiment of the present invention. This medieval region is formed in the p-type layer 9 in the same manner as in the previous embodiment. This corresponds to the cross section shown in FIG. 1B in the first embodiment.

この構造では、ソース・ドレイン領域5,6と活性層2
との間に、ソース・ドレイン領域5,6よりも不純物濃度
が低く、活性層2よりも高い中間濃度領域2nを介在さ
せ、LDD構造としたことを特徴とするものである。
In this structure, the source / drain regions 5, 6 and the active layer 2
And an intermediate concentration region 2n having an impurity concentration lower than that of the source / drain regions 5 and 6 and higher than that of the active layer 2 therebetween to form an LDD structure.

この構造では、深い高濃度のn+層5,6の間隔がゲート
長さよりも中間濃度層分だけ拡がることにより短チャネ
ル効果が抑制されると同時に、中間濃度層であるn型層
4a,4bの存在により、ソース抵抗Rsの増大も抑えること
ができる。
In this structure, the short channel effect is suppressed by increasing the distance between the deep high-concentration n + layers 5 and 6 by the intermediate concentration layer rather than the gate length, and at the same time, the n-type layer serving as the intermediate concentration layer
Due to the presence of 4a and 4b, an increase in source resistance Rs can be suppressed.

このMESFETは、中間濃度層を形成する以外は実施例1
で示したものと同じ製造方法によって形成できる。
This MESFET is the same as the embodiment 1 except that an intermediate concentration layer is formed.
Can be formed by the same manufacturing method as that shown in FIG.

この中間濃度層の形成方法の一例を以下に説明する。 An example of a method for forming the intermediate concentration layer will be described below.

ゲートの側壁に形成される絶縁物4を堆積する前に、
ソース・ドレイン領域を含む素子形成領域に窓を持つレ
ジストパターンを形成して、このレジストパターンとゲ
ート電極とをマスクとして、Siイオンを例えば加速電圧
50keV、ドーズ量1×1013cm-2でイオン注入を行う。
Before depositing the insulator 4 formed on the side wall of the gate,
A resist pattern having a window is formed in an element formation region including a source / drain region.
Ion implantation is performed at 50 keV and a dose of 1 × 10 13 cm −2 .

実施例3 しかし実施例2の構造においても、中間濃度層のn型
層2nの濃度は活性層2の2〜10倍と大きいため、ゲート
・ドレイン間の容量は増大してしまう。また、Rsをさら
に低減しようとして中間濃度層2nの濃度を増すと、ゲー
トドレイン間容量が増大してしまうと同時に、ゲートド
レイン間耐圧も低下してしまうという問題があり、これ
らのパラメータ間での最適化を行わねばならず、デバイ
ス設計の自由度が小さいという問題があった。
Third Embodiment However, also in the structure of the second embodiment, since the concentration of the n-type layer 2n of the intermediate concentration layer is as large as 2 to 10 times that of the active layer 2, the capacitance between the gate and the drain increases. In addition, if the concentration of the intermediate concentration layer 2n is increased to further reduce Rs, the capacitance between the gate and the drain increases, and at the same time, the breakdown voltage between the gate and the drain also decreases. Optimization has to be performed, and there is a problem that the degree of freedom in device design is small.

そこで本発明の第3の実施例として、第5図に示すよ
うに、活性層2とソース領域5との間に不純物濃度が活
性層2よりも高く、ソース領域よりも低い中間濃度層2n
を形成し、ドレイン領域6は活性層2に直接接続したこ
とを特徴としている。
Therefore, as a third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the intermediate concentration layer 2n between the active layer 2 and the source region 5 has an impurity concentration higher than that of the active layer 2 and lower than that of the source region.
Is formed, and the drain region 6 is directly connected to the active layer 2.

このMESFETは実施例2で示した中間濃度層の形成方法
において示したソース・ドレイン領域を含む素子形成領
域に窓をもつレジストパターンにすれば可能である。つ
まり、上記レジストパターンの窓をドレイン側まで広げ
ていたものをゲート電極上までに狭めて形成するように
すればよい。
This MESFET can be realized by forming a resist pattern having a window in the element formation region including the source / drain regions shown in the method of forming the intermediate concentration layer shown in the second embodiment. In other words, the resist pattern may be formed such that the window extending to the drain side is narrowed to the gate electrode.

このFETは短チャネル効果および狭チャネル効果の両
方を抑制することができる。
This FET can suppress both the short channel effect and the narrow channel effect.

すなわち、このFETは高濃度で深いn+層であるソース
ドレイン領域5,6間がゲート長さLgに加えd1+d2だけ離
れて形成されるため、半絶縁性基板を通してソースドレ
イン領域5,6間を流れるリーク電流が低減される。この
ためゲート長の短縮が可能となり、ゲート容量Cgが低減
されると共に、電流駆動力gmが向上する。
That is, during this because FET is the between the source and drain regions 5 and 6 is a deep n + layer with high concentration is formed apart added d1 + d2 in the gate length L g, source drain regions 5 and 6 through the semi-insulating substrate The leakage current flowing through is reduced. Therefore it is possible to shorten the gate length, a gate capacitance Cg is reduced, thereby improving the current drivability g m.

また、ゲート電極3とソース領域5の間に中間濃度層
2nが存在するため、ソース抵抗Rsが低減され、電流駆動
力gmが向上する。
Further, an intermediate concentration layer is provided between the gate electrode 3 and the source region 5.
Since 2n is present, the source resistance Rs is reduced, thereby improving the current drivability g m.

ゲート電極のドレイン端に注目すると、ソース端は活
性層2に比べて高濃度の中間濃度層2nに接しているのに
対し、ドレイン端では中間濃度層2nが存在せず、比較的
低濃度の活性層2に接しているのみである。このため、
中間濃度層2nが存在する場合に比べてゲート電極のドレ
イン端の不純物濃度が大幅に低減されていることにな
り、その結果ゲート・ドレイン間の接合容量が大幅に低
減される。このゲート・ドレイン間容量は、DCFL回路の
スイッチングFETの場合、入力−出力間の帰還容量とし
て働くため、これを低減することはゲート・ソース間の
それに比べ高速動作性に対しては2倍程度の寄与があり
その効果は大である。
Paying attention to the drain end of the gate electrode, the source end is in contact with the intermediate-concentration layer 2n having a higher concentration than the active layer 2, whereas the drain end has no intermediate-concentration layer 2n. It is only in contact with the active layer 2. For this reason,
As compared with the case where the intermediate concentration layer 2n exists, the impurity concentration at the drain end of the gate electrode is significantly reduced, and as a result, the junction capacitance between the gate and the drain is greatly reduced. In the case of a switching FET of a DCFL circuit, this gate-drain capacitance acts as a feedback capacitance between the input and output, so reducing it is about twice as fast as that between the gate and source for high-speed operation. The effect is great.

このように、このトランジスタは、ゲート・ドレイン
間の容量が特に重大な因子となるSLCF回路やDCFL回路な
ど、第1の電界効果トランジスタと第2の電界効果トラ
ンジスタとを直接接続して、この第1のトランジスタを
インバータのスイッチング素子に用いて集積回路を形成
する際に有効である。
As described above, this transistor directly connects the first field-effect transistor and the second field-effect transistor, such as the SLCF circuit and the DCFL circuit, in which the capacitance between the gate and the drain is a particularly important factor. This is effective when an integrated circuit is formed using one transistor as a switching element of an inverter.

さらにゲート電極のドレイン端の不純物濃度が大幅に
低減されている結果、ゲート・ドレイン間のショットキ
ー逆方向特性、特にブレークダウン電圧が大幅に向上す
るという効果がある。
Further, as a result of the drastic reduction of the impurity concentration at the drain end of the gate electrode, there is an effect that the Schottky reverse characteristics between the gate and the drain, particularly the breakdown voltage, are greatly improved.

また、従来のLDD構造では中間濃度層の深さや濃度の
設定がソース側の直列抵抗Rsとドレイン側のゲート逆方
向耐圧の両者を考慮して決定されなければならなかった
ため、自由度が小さかったのに対し、本発明の構造で
は、ドレイン側のゲート耐圧を考慮する必要がなく、設
計の自由度が大きいという利点もある。
Further, in the conventional LDD structure, the degree of freedom was small because the setting of the depth and concentration of the intermediate concentration layer had to be determined in consideration of both the series resistance Rs on the source side and the gate reverse breakdown voltage on the drain side. On the other hand, the structure of the present invention does not need to consider the gate breakdown voltage on the drain side, and has an advantage that the degree of freedom in design is large.

なお、前記実施例に限定されることなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明してきたように、本発明のMESFETによれば、
第1導電型の活性層の下にこの幅よりもやや狭い領域に
第2導電型の層を設け、中性濃度領域が存在するように
しているため、狭チャネル効果を抑制し、信頼性の高い
半導体集積回路を提供することが可能となる。
As described above, according to the MESFET of the present invention,
A layer of the second conductivity type is provided below the active layer of the first conductivity type in a region slightly narrower than the width, and a neutral concentration region is provided. A high semiconductor integrated circuit can be provided.

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

第1図(a)乃至第1図(c)は本発明の第1の実施例
のGaAsMESFETを示す図、第2図は本発明実施例のMESFET
と従来例のMESFETの活性層幅Wgと閾値電圧Vthとの関係
を示す図、第3図は活性層幅からのp層の突出量Wpn
閾値電圧のシフト量ΔVthとの関係を示す図、第4図は
本発明の第2の実施例のMESFETを示す図、第5図は本発
明の第3の実施例のMESFETを示す図、第6図(a)およ
び第6図(b)は本発明の動作原理を説明するための
図、第7図は従来例のMESFETを示す図である。 1…半絶縁性のGaAs基板、2…活性層(n層)、2n…中
間濃度層、3…ゲート電極、4…絶縁膜、5…ソース領
域、6…ドレイン領域、7…ソース電極、8…ドレイン
電極、9…p型層。
1A to 1C show a GaAs MESFET according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a MESFET according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an active layer width Wg and a threshold voltage Vth of a conventional MESFET, and FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a protrusion amount Wpn of a p-layer from the active layer width and a threshold voltage shift amount ΔVth. FIG. 4 is a view showing a MESFET of a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing a MESFET of a third embodiment of the present invention, FIGS. 6 (a) and 6 (b). Is a diagram for explaining the operation principle of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing a conventional MESFET. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semi-insulating GaAs substrate, 2 ... Active layer (n layer), 2n ... Intermediate concentration layer, 3 ... Gate electrode, 4 ... Insulating film, 5 ... Source region, 6 ... Drain region, 7 ... Source electrode, 8 ... a drain electrode, 9 ... a p-type layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29 / 80-29/812

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板表面に形成された第1導電型の半導体
層からなる活性層と、前記活性層を横切るように前記活
性層の表面に形成されたショットキーゲート電極と、前
記活性層の両側に形成されたソース領域およびドレイン
領域とを具備した電界効果トランジスタにおいて、 前記活性層の下でかつ前記ショットキーゲート電極上か
ら見て活性層のエッジよりも内側に、中性領域を形成す
る不純物濃度の第2の導電型領域を配設したことを特徴
とする電界効果トランジスタ。
An active layer formed of a semiconductor layer of a first conductivity type formed on a surface of a substrate; a Schottky gate electrode formed on a surface of the active layer so as to cross the active layer; In a field effect transistor having a source region and a drain region formed on both sides, a neutral region is formed below the active layer and inside an edge of the active layer when viewed from above the Schottky gate electrode. A field-effect transistor comprising a second conductivity type region having an impurity concentration.
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