JP3158591B2 - 化合物半導体mesfetにおけるldd構造の形成方法 - Google Patents

化合物半導体mesfetにおけるldd構造の形成方法

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JP3158591B2 JP00378792A JP378792A JP3158591B2 JP 3158591 B2 JP3158591 B2 JP 3158591B2 JP 00378792 A JP00378792 A JP 00378792A JP 378792 A JP378792 A JP 378792A JP 3158591 B2 JP3158591 B2 JP 3158591B2
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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、化合物半導体MESF
ET(MEtal Semiconductor FET)におけるLDD構造
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、化合物半導体MESFETに
おいては、FET特性の向上を図るべく、LDD(Ligh
tly Doped Drain-source)やn′などと呼ばれる構造が
採用されている。すなわち、このLDD構造は、図6で
示すように、FETを構成するゲート電極30下のチャ
ネル領域と、ゲート電極30を挟んで対向配置されたオ
ーミック電極31下のソース及びドレイン領域のそれぞ
れ内に形成された高濃度不純物領域(n+ 領域)32と
の間に、両者の中間的な不純物濃度を有する低濃度不純
物領域(n′領域)33を形成してなる構造である。な
お、図6中の符号34は半絶縁性化合物半導体基板であ
り、35は動作層(活性層)である。
【0003】ところで、このようなLDD構造を形成す
るに際しては、いわゆるサイドウォールを利用するのが
一般的となっている。すなわち、この形成方法において
は、まず、図7(a)で示すように、半絶縁性化合物半
導体基板34におけるFETのチャネル領域上に予めW
Siなどの耐熱性金属からなるゲート電極30を形成
し、かつ、このゲート電極30の側部にSiO2 などの
絶縁膜からなるサイドウォール36を形成した後、ゲー
ト電極30及びサイドウォール36をマスクとするイオ
ン注入を行ってソース及びドレイン領域のそれぞれ内に
+ 領域32を形成する。さらに、引き続いて、図7
(b)で示すように、サイドウォール36を除去したう
えでゲート電極30をマスクとするイオン注入を再び行
ってn′領域33を形成した後、ソース及びドレイン領
域上にオーミック電極31を形成することが行われてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
LDD構造の形成方法においては、フォトリソグラフ
ィーの制限から短ゲート長化が難しく、また、ゲート電
極30として耐熱性金属を使用することからゲート抵抗
が大きくなってしまう、サイドウォール36の厚みを
厚くするのが困難であるため、ゲート電極30とn′領
域33との間の距離、すなわち、n′領域33の寸法設
定の自由度が小さくなる、というような不都合が生じる
ことになっていた。
【0005】本発明は、これらの不都合を解消すべく創
案されたものであって、ソース抵抗(Rs)の低減や短
ゲート長化を図ることができ、相互コンダクタンス(g
m)の増大及び低雑音化を実現することが可能なLDD
構造の形成方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるLDD構
造の形成方法は、このような目的を達成するために、組
成比の異なる同一種の絶縁膜を積み重ねて成膜する工程
と、これらの絶縁膜をエッチングしてなる断面T字形の
ダミーゲートをチャネル領域上に形成する工程と、この
ダミーゲートをマスクとしてイオン注入することによ
り、チャネル領域を挟んで対向するソース及びドレイン
領域のそれぞれ内に、高濃度不純物領域と低濃度不純物
領域とを同時に形成する工程とを含むことを特徴とする
ものである。
【0007】
【実施例】以下、本発明方法の実施例を図面に基づいて
説明する。なお、以下の説明においては、化合物半導体
MESFETがGaAsMESFETであるものとして
いるが、これに限定されないのは勿論である。
【0008】第1実施例 図1ないし図3は本発明の第1実施例にかかるLDD構
造の形成方法を手順に従って示す工程断面図であり、図
1は本形成方法における前段の工程群、図2は中段の工
程群、図3は後段の工程群をそれぞれ示している。
【0009】まず、第1図(a)で示すように、半絶縁
性GaAs基板1上にフォトレジスト層2を形成してパ
ターニングを行った後、残したフォトレジスト層2をマ
スクとした選択的なイオン注入を行うことによってFE
T領域内の全面にわたるn型の動作層3を形成する。そ
して、フォトレジスト層2を除去した後、図1(b)で
示すように、窒化珪素(SiNx)などからなる第1及
び第2の絶縁膜4,5をPE−CVD法などによって連
続的に成膜して半絶縁性GaAs基板1の表面上に堆積
させる。なお、この成膜時における設定条件を適宜調整
することにより、下側に位置する第1の絶縁膜4のエッ
チングレートに比べて、上側に位置する第2の絶縁膜5
のエッチングレートの方が遅くなるようにしておく。
【0010】次に、この第2の絶縁膜5上にフォトレジ
スト層6を形成してパターニングを行った後、図1
(c)で示すように、FETのチャネル領域と対応する
部位に残したフォトレジスト層6をマスクとするRIE
(反応性イオンエッチング)によって第1及び第2の絶
縁膜4,5の不要部分を異方的に除去し、さらに、フォ
トレジスト層6を除去する。
【0011】さらに、図1(d)で示すように、半絶縁
性GaAs基板1上を新たに覆うフォトレジスト層7を
形成してパターニングを行った後、RIEによって第1
の絶縁膜4のみを等方的に除去することによってダミー
ゲート8、すなわち、組成比の互いに異なる同一種の絶
縁膜4,5が積み重ねられてなる断面T字形のダミーゲ
ート8を形成する。なお、このダミーゲート8は、第1
の絶縁膜4のエッチングレートの方が第2の絶縁膜5よ
りも早いことに基づいて形成されるのであり、上側に位
置する第2の絶縁膜5がその下側に位置して細幅となっ
た第1の絶縁膜4の両側部上にまで張り出すことによっ
て断面T字形となる。そして、この第1の絶縁膜4の幅
寸法に基づいて、後述するn′領域同士間の距離が定ま
ることになる。
【0012】その後、このフォトレジスト層7とダミー
ゲート8とをマスクとしてイオン注入を行う。すると、
FETのチャネル領域を挟んで対向するソース及びドレ
イン領域のそれぞれ内には、高濃度不純物領域(n+
域)9及び低濃度不純物領域(n′領域)10が同時か
つ自己整合的に形成される。そして、このときのn′領
域10それぞれにおける不純物濃度及び注入深さは、イ
オン注入時の設定条件と、マスクとなるダミーゲート8
の上側に位置する第2の絶縁膜5の有する厚みとによっ
て調整されることになる。
【0013】引き続いてフォトレジスト層7を除去した
後、図2(a)で示すように、RIEによる等方性エッ
チングをすすめてダミーゲート8の下側に位置する絶縁
膜4とn′領域10との間隔を調整する。そして、図2
(b)で示すように、二酸化珪素(SiO2)などから
なるアニール用保護膜(キャップと呼ばれる)11をP
E−CVD法などによって半絶縁性GaAs基板1上の
全面にわたって堆積させた後、n+ 領域9及びn′領域
10に注入したイオンを活性化するためのアニールを行
う。なお、このようなアニール用保護膜11を形成した
うえでアニールを行う方法を、一般的にはキャップアニ
ール法といっている。さらに、アニール用保護膜11を
除去した後、図2(c)で示すように、半絶縁性GaA
s基板1上の全面にわたるフォトレジスト層12を形成
し、このフォトレジスト層12のパターニングを行った
後、真空蒸着法によってオーミック電極となる金属層1
3を半絶縁性GaAs基板1上の全面にわたって形成す
る。
【0014】さらに、図2(d)で示すように、アセト
ンなどを用いることによってフォトレジスト層12を除
去し、かつ、リフトオフによってフォトレジスト層12
上に堆積した金属層13の不要部分を除去した後、残存
してオーミック電極となる金属層13のアローイングを
行う。次に、図3(a)で示すように、半絶縁性GaA
s基板1上を覆うフォトレジスト層14を新たに形成し
た後、ダミーゲート8の上側に位置する第2の絶縁膜5
が露出するまでフォトレジスト層14をRIEによって
アッシングする。そして、第2の絶縁膜5が露出した
ら、図3(b)で示すように、ウェットエッチングもし
くはRIEによって第1及び第2の絶縁膜4,5からな
るダミーゲート8を除去する。
【0015】引き続き、図3(c)で示すように、真空
蒸着法によってゲート電極となる金属層15を全面的に
形成した後、アセトンなどを用いることによってフォト
レジスト層14を除去し、かつ、リフトオフによってフ
ォトレジスト層14上に堆積した金属層15の不要部分
を除去すると、図3(d)で示すようなLDD構造を有
するFETが形成されたことになる。なお、図3(d)
中の符号16がゲート電極、17がオーミック電極を示
していることはいうまでもない。
【0016】第2実施例 ところで、以上説明した第1実施例では、キャップアニ
ール法によって注入イオンの活性化を行うとしている
が、この方法に限定されるものではなく、いわゆるキャ
ップレスアニール法の採用も可能である。すなわち、こ
のキャップレスアニール法を採用した際には、アニール
用保護膜11を形成しないまま、FETのソース及びド
レイン領域それぞれ内に形成されたn+ 領域9及びn′
領域10を活性化するためのアニールをAsの蒸気圧下
で行うことになる。そして、この場合におけるLDD構
造の形成方法では、第1実施例で示した手順のうちから
図2(b)にかかるアニール用保護膜11の堆積及び除
去工程が省かれるほかは第1実施例と同一の手順とな
る。
【0017】第3実施例 図4及び図5は本発明の第3実施例にかかるLDD構造
の形成方法を手順に従って示す工程断面図であり、図4
は本形成方法における中段の工程群、図5は後段の工程
群をそれぞれ示している。なお、この第3実施例におけ
る前段の工程、すなわち、図2(b)で示したn+ 領域
9及びn′領域10を活性化するアニールに至るまでの
工程については第1及び第2実施例とまったく同じであ
るから説明を省略することとし、ここでは、アニール以
後の工程について説明する。
【0018】キャップアニールもしくはキャップレスア
ニールが終了すると、図4(a)で示すように、半絶縁
性GaAs基板1上を覆うフォトレジスト層18を新た
に形成した後、ダミーゲート8の上側に位置する第2の
絶縁膜5が露出するまでフォトレジスト層18をRIE
によってアッシングする。そして、第2の絶縁膜5が露
出したら、図4(b)で示すように、ウェットエッチン
グもしくはRIEによって第1及び第2の絶縁膜4,5
からなるダミーゲート8を除去する。次に、図4(c)
で示すように、真空蒸着法によってゲート電極となる金
属層15を半絶縁性GaAs基板1上の全面にわたって
形成した後、図5(a)で示すように、アセトンなどを
用いることによってフォトレジスト層18を除去し、か
つ、リフトオフによってフォトレジスト層18上に堆積
した金属層15の不要部分を除去する。すると、半絶縁
性GaAs基板1におけるFET領域上には、残した金
属層15からなるゲート電極16が形成されていること
になる。
【0019】さらに、図5(b)で示すように、半絶縁
性GaAs基板1上の全面にわたるフォトレジスト層1
9を形成し、このフォトレジスト層19のパターニング
を行った後、真空蒸着法によってオーミック電極となる
金属層13を全面的に形成する。そして、アセトンなど
を用いることによってフォトレジスト層19を除去し、
かつ、リフトオフによってフォトレジスト層19上に堆
積した金属層13の不要部分を除去した後、残存してオ
ーミック電極となる金属層13のアローイングを行う
と、図5(c)で示すようなLDD構造を有するFET
が形成されたことになる。なお、図5(c)中の符号1
7がオーミック電極を示していることは、図3(d)と
同じである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるL
DD構造の形成方法によれば、予め形成したゲート電極
やサイドウォールをマスクとするイオン注入を行うこと
がないから、ゲート電極を耐熱性金属によって形成した
り、わざわざサイドウォールを形成したりする必要がな
くなる結果、従来例のような複雑なプロセスによるこ
となく、ソース及びドレイン領域内におけるn+ 領域及
びn′領域は勿論のこと、ゲート電極をも自己整合的か
つ容易に形成することができる、ダミーゲートを構成
する絶縁膜の組成比を変えるだけのことによってn′領
域の不純物濃度及び深さを調整することができ、また、
ゲート電極とn′領域との間の距離を調整することがで
きる、さらに、第1及び第2の実施例方法を採用する
ことによってオーミック電極をも自己整合的に形成する
ことができる。そのため、ソース抵抗の低減や短ゲート
長化を図るとともに、相互コンダクタンスの増大及び低
雑音化を実現することができるという優れた効果が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例にかかるLDD構造の形成
方法を示しており、その前段の工程群を示す工程断面図
である。
【図2】その中段の工程群を示す工程断面図である。
【図3】その後段の工程群を示す工程断面図である。
【図4】本発明の第3実施例にかかるLDD構造の形成
方法を示しており、その中段の工程群を示す工程断面図
である。
【図5】その後段の工程群を示す工程断面図である。
【図6】MESFETにおけるLDD構造を示す断面図
である。
【図7】従来例にかかるLDD構造の形成方法を示す工
程断面図である。
【符号の説明】
4 第1の絶縁膜 5 第2の絶縁膜 8 ダミーゲート 9 n+ 領域(高濃度不純物領域) 10 n′領域(低濃度不純物領域)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/265 601 H01L 21/266 H01L 29/812

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成比の異なる同一種の絶縁膜(4,
    5)を積み重ねて成膜する工程と、 これらの絶縁膜(4,5)をエッチングしてなる断面T
    字形のダミーゲート(8)をチャネル領域上に形成する
    工程と、 このダミーゲート(8)をマスクとしてイオン注入する
    ことにより、チャネル領域を挟んで対向するソース及び
    ドレイン領域のそれぞれ内に、高濃度不純物領域(9)
    と低濃度不純物領域(10)とを同時に形成する工程と
    を含むことを特徴とする化合物半導体MESFETにお
    けるLDD構造の形成方法。
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