JP3063296B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速用、高周波用の
電界効果トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル信号処理の高速化に伴って、
GHz(ギガヘルツ)を越える高周波の利用は、ますま
す盛んである。この要求に応えるデバイスとして、Ga
Asに代表される化合物半導体がしばしば用いられる。
【0003】この化合物半導体を用いた代表的な素子の
1つに、GaAs−FETが挙げられ、具体的には、M
ES−FET(ショットキー接合型FET)、J−FE
T(p−n接合型FET)、HEMT(高電子移動度ト
ランジスタ)等がある。
【0004】このようなGaAs−FET等の化合物半
導体を用いた電界効果トランジスタでは、図10に示す
ように、化合物半導体基板101上に活性領域等が形成
され、その基板上にゲート電極102と、そのゲート電
極102を挟むように一対のソース電極103及びドレ
イン電極104が形成される。通常、ソース電極103
やドレイン電極104は、蒸着等により堆積した金属膜
をパターニングして形成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これら電界効果トラン
ジスタにおいて、高速化、高周波化を更に進めるために
は、ゲート−ソース間、ゲート−ドレイン間の容量を低
減することが重要な因子となる。
【0006】ところが、特に高周波用低雑音素子におい
ては、ゲート抵抗を低減することも重要であり、図10
に示すように、電極の上端が拡がった断面T字状の電極
構造がしばしば用いられている。その一方で、寄生抵抗
を減少させ、相互コンダクタンス(gm)等の特性の向
上のためには、電極間隔LSG,DGは短い程良い。その
結果、寄生容量Cg1,Cg2が無視できない大きさとな
り、折角電子ビーム描画装置などを用いてゲート長Lg
を短くしたり、多数の工程を経て断面T字状の電極構造
としたにも拘らず、このような寄生容量Cg1,Cg2によ
って高速動作や高周波化が妨げられていた。
【0007】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、ソース−ゲート間やドレイン−ゲート間の寄生容量
を低減して、高周波化や高速化に対応する電界効果トラ
ンジスタの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る電界効果トランジスタは、断面形状
をT字状となすゲート電極を有するとともにソース電極
及びドレイン電極を有し、ソース電極及びドレイン電極
に、ゲート電極の下部側の細条部に向かって低くなるよ
うに傾斜部を形成したものである。
【0009】
【作用】ゲート電極側が低くなるような傾斜部を形成す
ることにより、ゲート電極と、ソース電極及びドレイン
電極との間の距離が長くなる。これは寄生容量にとっ
て、その対向電極間の距離が長くなった場合と同じこと
であり、寄生容量の容量値は対向電極間の距離に反比例
することから、本発明によって寄生容量が低減されるこ
とになり、高周波化や高速化が実現される。
【0010】
〔電界効果トランジスタの構造〕
図1に本実施例の電界効果トランジスタの要部構造を示
す。本実施例の電界効果トランジスタは、GaAsを用
いたMES−FET(ショットキー接合型電界効果トラ
ンジスタ)であり、半絶縁性GaAs基板1の表面にn
+ 型の不純物領域からなる低抵抗化領域3と低抵抗化領
域2が形成され、これら低抵抗化領域3と低抵抗化領域
2の間の基板表面には、n型の不純物領域からなる活性
領域4が形成されている。これら活性領域4及び低抵抗
化領域3と低抵抗化領域2が当該MES−FETの動作
領域とされる。
【0011】その低抵抗化領域3と低抵抗化領域2の表
面では、オーミック接触されたソース電極6とドレイン
電極7がそれぞれ接続する。このソース電極6とドレイ
ン電極7は、AuGe/Ni合金層をパターニングした
ものであり、ソース電極6とドレイン電極7のゲート電
極側の上端部には、ゲート電極側が低くなるような傾斜
部8,9が形成される。
【0012】ソース電極6とドレイン電極7の間には、
ゲート電極5が形成される。このゲート電極5はT字状
の断面を有し、その底部は活性領域4の表面にショット
キー接触する。ゲート電極5の下半分は細条部10とさ
れ、ゲート長が極めて短く設定される。細条部10の上
部は、抵抗値を下げるための帯状部分であり、その下面
の角部11が前記ソース電極6やドレイン電極7に最も
近い部分となるが、本実施例では、ソース電極6及びド
レイン電極7に傾斜部8,9が形成されているために、
角部11とソース電極6及びドレイン電極7の表面の距
離が長くなる。このため寄生容量を低減することがで
き、当該MES−FETの高速化や高周波化が実現され
る。
【0013】なお、ソース電極6及びドレイン電極7に
傾斜部8,9が形成されることによって、ソース電極6
及びドレイン電極7の一部が薄膜化することになるが、
電極の接触抵抗は半導体と金属の界面でほぼ決定される
ため、電極の取り出しには問題が生じない。 〔本実施例の製造方法の一例〕 次に、図2〜図9を参照しながら、前述の傾斜部を有す
るMES−FETの製造方法についてその工程順に説明
する。
【0014】まず、半絶縁性GaAs基板21の表面
に、イオン注入等により、FETの動作領域となる活性
領域22及び低抵抗化領域23s,23dが形成され
る。活性領域22自体はn型の不純物領域であり、一対
の低抵抗化領域23s,23dはn+ 型の不純物領域で
あって離間し且つ活性領域22と重なる位置の基板表面
に形成される。
【0015】次いで、プラズマCVD法等によって全面
にシリコン窒化膜24を堆積する。そのシリコン窒化膜
24の形成後、フォトリソグラフィ工程によって、ソー
ス及びドレイン領域の窓明けのためのレジスト層25が
形成される。図2に示すように、このレジスト層25の
開口部の位置がソース電極、ドレイン電極の形成位置と
対応する。
【0016】選択的に露光・現像されたレジスト層25
をマスクとして、反応性イオンエッチング法によって、
電極部のシリコン窒化膜24を除去する。この段階で、
GaAs基板21の表面が、シリコン窒化膜24に形成
された開口部を介して臨むことになる。
【0017】シリコン窒化膜24のパターニングの後、
AuGe/Ni合金層からなる電極層26を全面に形成
する。この電極層26の膜厚は、特にシリコン窒化膜2
4の膜厚よりも薄くされる。電極層26を薄膜とするこ
とで、リフトオフでの段切れが確実となり、さらに後述
する傾斜部形成のエッチングやイオンミリング時にも有
利である。ソース電極及びドレイン電極以外の領域では
レジスト層25上に電極層26が積層され、ソース電極
及びドレイン電極を形成すべき領域では、電極層26が
GaAs基板21の低抵抗化領域23,23の表面に被
着する。次いで、リフトオフ法によって、レジスト層2
5上の電極層26は除去され、図3に示すように、ソー
ス電極及びドレイン電極を形成すべき領域のみに電極層
26が残存する。このようなリフトオフによって形成し
た電極層26は、合金化処理される。
【0018】次に、図4に示すように、傾斜部を形成す
るためのフォトレジスト層27を形成する。このフォト
レジスト層27は全面に形成された後、ゲート電極の形
成領域近くで、一対の溝28,28を有するようにパタ
ーニングされる。これら一対の溝28,28の位置は、
その底部でソース電極26s及びドレイン電極26dの
ゲート側の端部が露出し得るような位置であり、溝2
8,28のサイズによっても続いて形成される傾斜部の
形状を制御できる。
【0019】一対の溝28,28をフォトレジスト層2
7に形成した後、図5に示すように、そのフォトレジス
ト層27のリフローを行う。このリフローは適切な温度
によって行われ、一例として140℃〜170℃程度の
温度でリフローされる。このリフローによって、フォト
レジスト層27の溝28,28の近傍には、傾斜部2
9,29が得られる。フォトレジスト層27の流動は、
電極層26とシリコン窒化膜24の段差部30で停止し
得る。このため溝28,28よりもゲートの外側に形成
されていたフォトレジスト層27には、確実に傾斜部2
9,29が得られることになる。
【0020】リフローによってフォトレジスト層27に
傾斜部29,29を形成した後、図6に示すように、全
面に亘ってイオンミリング或いはRIBE(反応性イオ
ンビームエッチング)法等によってエッチングし、該フ
ォトレジスト層27の傾斜部29,29の形状を反映さ
せて、電極層26s,26dの表面に傾斜部31,13
1を形成する。電極層26s,26dの間のシリコン窒
化膜24gは、基本的に電極層26s,26dよりも膜
厚が厚く、電極層26s,26dとシリコン窒化膜24
のエッチング比は2対1程度にできるために、このよう
なエッチングによっても電極層26s,26dの間で該
シリコン窒化膜24gは確実に残存する。
【0021】次いで、さらにフォトレジスト層32を塗
布し、電子ビームの直接描画法等により、極めて短い線
幅の溝33をゲート形成領域となるシリコン窒化膜24
g上に形成する。さらに、その極めて短い線幅の溝33
が形成されたフォトレジスト層32をマスクとして、ド
ライエッチングにより、前記シリコン窒化膜24gをエ
ッチングする。その結果、図7に示すように、シリコン
窒化膜24gには、溝33を反映した線幅の極めて短い
溝34が形成される。この溝34の底部では、GaAs
基板21の表面の活性領域22の一部が臨む。
【0022】ゲート電極を被着するための溝34を形成
した後、フォトレジスト層32を残したまま全面に例え
ばTiAuからなるゲート電極層35を蒸着等により形
成する。このゲート電極層35の一部は線幅の極めて短
い溝33,34内に堆積し、該溝33,34の形状に従
った細条部36となる。
【0023】ゲート電極層35の形成後、ゲートパター
ニングのためのフォトレジスト層37が形成され、図8
に示すように、低抵抗化のためにやや広めの線幅のパタ
ーンに選択的に露光され、現像される。
【0024】そのフォトレジスト層37をマスクとして
エッチングを行い、図9に示すように、ゲート電極層3
5を断面T字状の形状にする。次いで、極めて短い線幅
のゲート電極を形成するために用いたフォトレジスト層
32を除去し、以下、通常の工程に従って素子を完成す
る。
【0025】以上のような工程によって、本実施例のM
ES−FETを製造することが可能であり、ソース電極
26sやドレイン電極26dに傾斜部31,31が形成
されるために、ゲート−ソース間やゲート−ドレイン間
の寄生容量が大幅に低減されることになる。従って、高
速化、高周波化に好適なMES−FETとされる。
【0026】
【発明の効果】上述のように、本発明は、ソース電極及
びドレイン電極に、断面T字状に形成されたゲート電極
の底部側の細条部に向かって低くなる傾斜部を形成した
ことにより、ソース電極及びドレイン電極をゲート電極
の底部側に進入させて互いの間隔を短くすることがで
き、しかも、ゲート電極の上部側に形成される幅広な部
分の角部とソース電極、ドレイン電極との間隔を大きく
することができるので、寄生容量を減少させ、高速動
作、高周波化に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電界効果トランジスタの一例の要部断
面図である。
【図2】本発明の電界効果トランジスタの一例の製造方
法におけるレジストパターニング工程までの工程断面図
である。
【図3】前記一例の製造方法におけるソース電極及びド
レイン電極の形成工程までの工程断面図である。
【図4】前記一例の製造方法における傾斜部を形成する
ためのレジスト層の形成工程までの工程断面図である。
【図5】前記一例の製造方法における前記レジスト層の
リフロー工程までの工程断面図である。
【図6】前記一例の製造方法における傾斜部の形成工程
までの工程断面図である。
【図7】前記一例の製造方法におけるゲート電極形成用
の溝の形成工程までの工程断面図である。
【図8】前記一例の製造方法におけるゲート電極層の形
成工程までの工程断面図である。
【図9】前記一例の製造方法におけるフォトレジスト層
の除去工程までの工程断面図である。
【図10】従来の電界効果トランジスタの構造を簡単に
示す断面図である。
【符号の説明】
1,21…GaAs基板 2,3,23…低抵抗化領域 4,22…活性領域 5…ゲート電極 6,26s…ソース電極 7,26d…ドレイン電極 8,9,31,31…傾斜部 35…ゲート電極層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 29/80 - 29/812 H01L 21/28 - 21/288 H01L 29/40 - 29/43

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面形状をT字状となすゲート電極を有
    するとともにソース電極及びドレイン電極を有し、 上記ソース電極及びドレイン電極には、上記ゲート電極
    の底部側の細条部に向かって低くなるように傾斜部が形
    成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
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