JP3139208B2 - 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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JP3139208B2 JP05095933A JP9593393A JP3139208B2 JP 3139208 B2 JP3139208 B2 JP 3139208B2 JP 05095933 A JP05095933 A JP 05095933A JP 9593393 A JP9593393 A JP 9593393A JP 3139208 B2 JP3139208 B2 JP 3139208B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体、特にG
aAsを用いた電界効果トランジスタ(Field Effect T
ransistor ;FET)の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、金属−半導体接触を応用した
MESFET(Metal SemiconductorFET )として、G
aAsによる半絶縁性基板を用いたものが知られてい
る。このMESFETは、図3に示すような構造を有し
ている。すなわち、GaAs基板1のチャネル領域2上
にゲート電極3を設けるとともに、このゲート電極3の
両側のGaAs基板1内に高濃度不純物を含有する活性
領域であるソース領域4およびドレイン領域5を形成
し、これらソース領域4およびドレイン領域5上にソー
ス電極6およびドレイン電極7を設けている。
【0003】かかるMESFETにおいては、一般的に
は、ソース抵抗の低減のために、ソース領域4およびド
レイン領域5をゲート電極3に対して自己整合的に形成
する方法が採用されている。すなわち、GaAs基板1
上に形成されたゲート電極3をマスクとして用いてソー
ス領域4およびドレイン領域5を形成する。この方法に
よるMESFETの一製造例を図4に示す。図4に示す
ように、まず、GaAs基板1上にイオン注入技術によ
りn型活性領域からなるチャネル領域2を形成する(工
程(a) )。次いで、メタライゼーションおよびエッチン
グによりゲート電極3を形成する(工程(b) )。続い
て、GaAs基板1上のチャネル領域2以外の部分にS
iO2 膜8を形成し、このSiO2 膜8およびゲート電
極3をマスクとして用いて高濃度にSi+ をGaAs基
板1にイオン注入し(工程(c) )、その後、GaAs基
板1およびゲート電極3をSiO2 膜9で覆った状態で
GaAs基板1をアニーリングし、ソース領域4おびド
レイン領域5を自己整合的に形成する(工程(d) )。最
後に、ソース領域4およびドレイン領域5上に、オーミ
ックメタライゼーションによりソース電極6およびドレ
イン電極7を、それぞれソース領域4およびドレイン領
域5上に形成する(工程(e) )。
【0004】あるいはまた、半絶縁性基板上にレジスト
パターンからなるダミーゲートをマスク層として用いて
ソース領域およびドレイン領域を形成した後、ダミーゲ
ートの反転パターンを形成し、ダミーゲート跡に蒸着等
により金属ゲートを形成する方法も知られている(特開
平2−192733号公報)。この方法によるMESF
ETの一製造例を図5に示す。図5に示すように、Ga
As基板1に形成したチャネル領域2上にダミーゲート
10を形成し、このダミーゲート10をマスクにしてソ
ース領域4およびドレイン領域5を形成した後(工程
(a) )、ダミーゲート10の反転パターンを形成する
(工程(b) )。すなわち、ダミーゲート10の両側にS
iO2 膜9Aを形成した後、ダミーゲート10をリフト
オフする(工程(b) )。次いで、ダミーゲート10の跡
にゲート電極3Aを形成し(工程(c))、その後、上述
した方法と同様にソース領域4およびドレイン領域5上
にそれぞれ、ソース電極およびドレイン電極(図示せ
ず)を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な従来の製造方法によりMESFETを形成した場合、
ソース領域だけでなくドレイン領域もゲート電極に近接
して形成されてしまうので、ドレイン耐圧が低いという
問題がある。
【0006】本発明の目的は、このような事情に鑑み、
ソース抵抗の低減と共にドレイン耐圧の向上を図ること
が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。
【0007】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、チ
ャネル領域を有する基板上にレジストパターンを形成す
る工程と、前記レジストパターンをマスクとしてイオン
注入を行うことにより自己整合的にソース領域およびド
レイン領域となる高濃度不純物領域を形成する工程と、
前記レジストパターンの反転パターンの絶縁層を形成す
る工程と、前記絶縁層の少なくとも前記マスクの跡のゲ
ート電極を形成する部分である前記ソース領域側の一部
と前記ソース領域となる高濃度不純物領域あるいはソー
ス領域とを覆うレジスト層を形成する工程と、前記レジ
スト層の前記ゲート電極を形成する部分を予め定めた長
さにした後、前記マスクの跡の当該レジスト層で覆われ
ていない部分に絶縁層を形成する工程と、前記レジスト
層を除去した後、その除去した部分にゲート電極を形成
する工程とを具備するようにしたものである。
【0008】ここで、ソース領域およびドレイン領域と
なる高濃度不純物領域の活性化アニーリングは、イオン
注入の直後、あるいはレジスト層の一部を除去した後な
ど、どの時点で行ってもよいが、通常はレジスト層を全
て除去した後に行う。
【0009】また、レジスト層のゲート電極を形成する
部分の長さを予め定めた長さにする際に、レジスト層を
所定の長さより少し長めに形成しておき、必要に応じて
等方性エッチングによりその長さを短くするようにすれ
ばよい。
【0010】さらに、本発明の他の形態では、前記マス
クの跡の前記レジスト層で覆われていない部分の前記チ
ャネル領域にイオン注入して前記高濃度不純物領域より
も低い不純物濃度の中濃度不純物領域を形成する工程を
具備する。
【0011】
【作用】本発明の製造方法では、ソース領域がゲート電
極に対して自己整合的に形成され、ソース領域とゲート
電極とが近接しているので、ソース抵抗が低い。一方、
ドレイン領域は、当該ドレイン領域とソース領域との間
のチャネル領域のドレイン領域側に形成された絶縁層の
分だけゲート電極から離れているので、ドレイン耐圧は
高い。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【0013】図1は、本発明に係る電界効果トランジス
タの製造方法の一実施例の製造工程を示す。図1に示す
ように、まず、半絶縁性のGaAs基板11の表層部に
n型活性領域からなるチャネル領域12をイオン注入あ
るいはエピタキシャル成長により形成する。その後、そ
の露出表面上に、後工程の活性化アニーリングの際に基
板11を保護するためのSiN等からなる保護層13を
形成する。次いで、この保護層13上に高濃度不純物領
域を形成する部分以外にレジストからなるマスク層14
を形成する。次に、マスク層14以外のチャネル領域1
2に保護層13を介してイオンを注入してソース領域お
よびドレイン領域となる第1および第2の高濃度不純物
領域(高濃度領域)15Aおよび16Aを形成する(工
程(a) )。
【0014】次いで、マスク層14および保護層13を
覆うように、スパッタリング法等によりSiO2 層など
の絶縁層17を形成する(工程(b) )。続いて、絶縁層
17にスライトエッチングを施し、マスク層14の側面
上の絶縁層17を除去する(工程(c) )。
【0015】次に、マスク層14をリフトオフして保護
層13上の高濃度領域15Aおよび16Aに対応する部
分の絶縁層17aおよび17bのみを残す。続いて、ア
ニーリングを施して高濃度領域15Aおよび16Aを活
性化し、それぞれ、ソース領域15およびドレイン領域
16とする(工程(d) )。なお、活性化アニーリング
は、後の段階で行ってもよい。
【0016】次に、絶縁層17aと17bとの間の保護
層13のうちソース領域15側の部分およびソース領域
15側の絶縁層17aを覆うレジスト層18aを形成
し、並びにドレイン領域16側の絶縁層17bのうちソ
ース領域15側の一部を除いた部分を覆うレジスト層1
8bを形成する(工程(e) )。このときのレジスト層1
8aのチャネル領域12上への重ね合わせの寸法LR
は、使用する光露光装置の重ね合わせ誤差を±t、目標
とする所定のゲート長LG とすると、LR ≧LG +tと
するのが好ましい。なお、図では、LR =LG +tで誤
差がなかった場合を示す。
【0017】次に、O2 プラズマエッチング等の等方性
エッチングによりLR =LG となるようにレジスト層1
8aの端面を後退させる(工程(f) )。すなわち、LR
=LG +tと設定することにより、レジスト層18aの
端面の位置が設定通りの位置になった場合にはtだけ後
退させればよい。ソース領域15側にtだけずれた場合
には、LR =LG となるので等方性エッチングは必要な
くなる。逆にドレイン領域16側にtだけずれた場合に
は、2tだけ後退させる必要がある。
【0018】次いで、レジスト層18aおよび18b並
びにその間の保護層13および絶縁層17bを覆うよう
に、スパッタリング法等によりSiO2 層などの絶縁層
19を形成し(工程(g) )、続いて、絶縁層19にスラ
イトエッチングを施し、レジスト層18aおよび18b
の側面上の絶縁層19を除去する(工程(h) )。
【0019】次に、レジスト層18aおよび18bをリ
フトオフして、絶縁層17aと17bとの間の保護層1
3および絶縁層17b上に形成された絶縁層19aのみ
を残す(工程(i) )。
【0020】最後に、絶縁膜17aおよび17b並びに
保護層13のうち、ソース領域15およびドレイン領域
16に対応する部分の一部を除去した後、その除去され
た部分にソース電極20およびドレイン電極21を形成
し(工程(j) )、さらに、絶縁膜17aと絶縁膜19a
との間にゲート電極22を形成してMESFETとする
(工程(k) )。
【0021】以上説明した製造方法では、ソース領域1
5はゲート電極22に近接させたまま、ドレイン領域1
6のみをゲート電極22から離すことができるので、ソ
ース抵抗を低減させたまま、ドレイン耐圧の向上を図る
ことができる。
【0022】しかも、かかる方法では、高濃度領域15
Aおよび16A上に設けられた絶縁層17aおよび17
b間のゲート電極形成部分に重なるレジスト層18aの
重なり量を、等方性エッチングにより小さく調整した
後、絶縁層19aを設けるので、通常の光学露光装置を
用いても、ゲート長を、例えば0.5μm以下と小さく
することができる。
【0023】次に、本発明の他の実施例を図2を参照し
ながら説明する。ここで、上述した実施例と同じ工程の
説明は省略する。
【0024】工程(a) 〜工程(e) は、上述した実施例と
同じである。工程(e) の後、レジスト層18aと18b
との間の絶縁層17bをエッチングにより除去する(工
程(e'))。
【0025】次いで、O2 プラズマエッチング等の等方
性エッチングによりLR =LG となるようにレジスト層
18aの端面を後退させる(工程(f) )。ここで、絶縁
層17bとレジスト層18aとの間のチャネル領域12
に保護層13を介してイオンを注入し、不純物濃度がチ
ャネル領域12よりも高く、高濃度領域15Aおよび1
6Bよりも低い中濃度不純物領域(中濃度領域)23A
を形成する(工程(f'))。なお、この中濃度領域23A
の深さはチャネル領域12よりも浅くする必要がある。
ここで、中濃度領域23Aはゲート電極22をドレイン
領域となる第1の高濃度領域16Aから離したことによ
る特性低下を抑えてFETの特性をさらに向上させるた
めのものである。
【0026】この後の工程は、上述した実施例の工程
(g) 〜工程(i) と基本的に同様であり、最後にゲート電
極22を形成してMESFETとする(工程(k'))。な
お、中濃度領域23Aをアニーリングして中濃度活性領
域23とする必要があるが、このアニーリング工程はソ
ース領域15およびドレイン領域16を形成するための
アニーリングの後に別途行ってもよいが、工程(f')の
後、ソース領域15およびドレイン領域16を形成する
アニーリングの際に同時に中濃度活性領域23を形成す
るようにしてもよい。
【0027】上述した実施例では、保護層13を設ける
ことにより高濃度領域15Aおよび16A、あるいは中
濃度領域23Aの活性化アニールの際の基板11の劣化
を防止しているが、かかる活性化アニーリングを最後に
行う場合には保護層13を設ける必要はなく、また、こ
の活性化アニーリングを(AsH3 +H2 ;アルシン+
水素)雰囲気下で行ってもよい。
【0028】なお、本発明で等方性エッチングとは、レ
ジスト層のゲート電極への重なり量を調節できるドライ
エッチングをいう。
【0029】さらにまた、基板やゲート電極等の材質も
上述したものに限定されず、従来から公知のものを使用
できることは言うまでもない。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ソース
領域とドレイン領域との間のチャネル領域の一部に絶縁
層を形成することができるので、ソース領域はゲート電
極に近接させたまま、ドレイン領域のみをゲート電極か
ら離すことができ、従って、ソース抵抗を低減させた状
態でドレイン耐圧の向上を図ることができるという効果
を奏する。
【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製造方法の一
実施例の工程を示す断面図である。
【図2】本発明の電界効果トランジスタの製造方法の他
の実施例の工程を示す断面図である。
【図3】従来技術に係るMESFETの一例を示す断面
図である。
【図4】従来技術に係るMESFETの製造方法の一例
の工程を説明する断面図である。
【図5】従来技術に係るMESFETの製造方法の他の
例の工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
11 GaAs基板 12 チャネル領域 13 保護層 14 マスク層 15A 第1の高濃度領域 15 ソース領域 16A 第2の高濃度領域 16 ドレイン領域 17,17a,17b 絶縁層 18a,18b レジスト層 19,19a 絶縁層 20 ソース電極 21 ドレイン電極 22 ゲート電極 23A 中濃度領域 23 中濃度活性領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−57678(JP,A) 特開 平3−261148(JP,A) 特開 昭63−208278(JP,A) 特開 平2−192733(JP,A) 特開 昭64−55872(JP,A) 特開 平6−236897(JP,A) 特開 昭63−45867(JP,A) 特開 平4−56139(JP,A) 特開 平2−288342(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/812

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャネル領域を有する基板上にレジスト
    パターンを形成する工程と、 前記レジストパターンをマスクとしてイオン注入を行う
    ことにより自己整合的にソース領域およびドレイン領域
    となる高濃度不純物領域を形成する工程と、 前記レジストパターンの反転パターンの絶縁層を形成す
    る工程と、 前記絶縁層の少なくとも前記マスクの跡のゲート電極を
    形成する部分である前記ソース領域側の一部と前記ソー
    ス領域となる高濃度不純物領域あるいはソース領域とを
    覆うレジスト層を形成する工程と、 前記レジスト層の前記ゲート電極を形成する部分の長さ
    を予め定めた長さにした後、前記マスクの跡の当該レジ
    スト層で覆われていない部分に絶縁層を形成する工程
    と、 前記レジスト層を除去した後、その除去した部分にゲー
    ト電極を形成する工程とを具備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。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電界効果トランジスタの
    製造方法において、レジスト層のゲート電極を形成する
    部分の長さを予め定めた長さにする際に、レジスト層を
    所定の長さより少し長めに形成しておき、必要に応じて
    等方性エッチングによりその長さを短くすることを特徴
    とする電界効果トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の電界効果トラン
    ジスタの製造方法において、前記マスクの跡の前記レジ
    スト層で覆われていない部分の前記チャネル領域にイオ
    ン注入して前記高濃度不純物領域よりも低い不純物濃度
    の中濃度不純物領域を形成する工程を具備することを特
    徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
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