JPH01175264A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH01175264A
JPH01175264A JP33238387A JP33238387A JPH01175264A JP H01175264 A JPH01175264 A JP H01175264A JP 33238387 A JP33238387 A JP 33238387A JP 33238387 A JP33238387 A JP 33238387A JP H01175264 A JPH01175264 A JP H01175264A
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gate
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electron beam
doped
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森 芳文
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晃 石橋
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Abstract

PURPOSE:To obtain a field-effect transitor whose gate length is very fine by a method wherein a gate part is irradiated with an electron beam, a resist material to be used as a mask during formation of a gate is deposited, a carrier concentration value of delta doped layer just under the part irradiated with the electron beam is lowered and a channel region is formed. CONSTITUTION:An insulating AlGaAs layer 2 is formed on a GaAs substrate 1; after that, a GaAs layer 3a as a semiconductor layer causing discontinuity is formed without being doped with an impurity; a delta doped Si layer 4 doped with an impurity ot high concentration on the way is formed; in additon, an insulating GaAs layer 3b is formed on it. Then, ohmic metal layers 7a, 7b are formed selectively; after that, they are alloyed; a source region 5 and a drain region 6 are formed in the insulating GaAs layer 3a, 3b. Then, Al to be used as a gate metal is evaporated on the front; an Al layer 8 is formed; after that, a part used to form a gate is irradiated with an electron beam 9 in an atmosphere containing, e.g., alkyl naphthalene as a raw material gas; a resist material 10 is deposited. The, the Al layer 8 is etched by making use of the resist material 10 as a mask; a gate 11 is formed; a field-effect transistor 13 whose gate length Lg is very fine is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】 5産業上の利用分野〕 本発明は、電界効果トランジスタの製法に関する。[Detailed description of the invention] 5 industrial application fields] The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、半導体装置の製法であり、原料ガスを含む雰
囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビームを照射して
ゲートを形成する際のマスクとなるレジスト材を准債す
ると共に、電子ビームの照射部直下のδドヱブ層のキャ
リア濃度を低下させてチャンネル領域を形成することに
より、微細ゲート長を有する電界効果トランジスタが得
られるようにしたものである。
The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device, in which a resist material is used as a mask when a gate is formed by irradiating an electron beam onto a gate portion to be formed in an atmosphere containing a source gas, and a resist material is used to form a gate. A field effect transistor having a fine gate length can be obtained by forming a channel region by lowering the carrier concentration of the δ dove layer directly under the irradiated part.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のセルフアラインメントによる電界効果トランジス
タの作製は、ソースとドレイン間の距離を狭めて、ソー
ス・ゲート間抵抗を下げる目的で行っている。具体的に
は、ゲートを形成した後、このゲートをマスクにしてn
型不純物のイオン注入を行ってゲートの両側の半導体層
にn−のソース領域とドレイン領域を形成する。
Conventional self-alignment field effect transistors are fabricated for the purpose of narrowing the distance between the source and drain and lowering the source-gate resistance. Specifically, after forming a gate, using this gate as a mask,
Type impurity ions are implanted to form n- source and drain regions in the semiconductor layer on both sides of the gate.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述した従来の製法によれば、ゲート′とソース領域、
ドレイン領域間のショートを防ぐためには、サイドウオ
ールの形成が必要となるため、工程が煩雑化し、また歩
留りが低下するという即題点がある。ショートを防ぐた
めには、δドープのチャンネル領域を形成すれば良いの
であるが、製造工程でイオン注入工程とアニール工程は
不可欠であるため、形成されているδドープの急峻な不
純物分布が崩れる虞れがある。また、従来の半導体装置
のゲート長Lg は、1〜174μmであるが、サイド
ウオール幅として数百人×2 (ゲートの両側にあるた
め)取られるため、約1000Å以下のゲート長は不可
能に近くなる。ゲート長Lg を1000Å以下にする
ためには、電子ビームによる描画が要求されるが、高分
解能のレジストの反応性イオンエツチング(RIE)に
対する耐性が悪いため、リフトオフにより極微細のゲー
トを形成している。
According to the conventional manufacturing method described above, the gate′ and source regions,
In order to prevent short circuits between the drain regions, it is necessary to form sidewalls, which makes the process complicated and reduces the yield. In order to prevent short circuits, it is sufficient to form a δ-doped channel region, but since the ion implantation process and annealing process are essential in the manufacturing process, there is a risk that the steep impurity distribution of the δ-doped region that has been formed may be disrupted. There is. In addition, the gate length Lg of conventional semiconductor devices is 1 to 174 μm, but since the sidewall width is several hundred times 2 (because it is on both sides of the gate), it is impossible to achieve a gate length of about 1000 Å or less. It gets closer. In order to reduce the gate length Lg to 1000 Å or less, electron beam writing is required, but since high-resolution resist has poor resistance to reactive ion etching (RIE), extremely fine gates are formed by lift-off. There is.

しかし、この方法によれば、セルフアライメントで形成
することは不可能である。
However, according to this method, it is impossible to form by self-alignment.

本発明は、上記問題点を解決することができる半導体装
置の製法を提供するものである。
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device that can solve the above problems.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明に係る半導体装置(13)の製法においては、δ
ドープ層(4)を挟んで上下に絶縁性半導体層(3,a
)。
In the method for manufacturing a semiconductor device (13) according to the present invention, δ
An insulating semiconductor layer (3, a) is placed above and below the doped layer (4).
).

(3b)を形成する工程と、この絶縁性半導体層(3b
)の表面にゲート金属層(8)を形成する工程と、原料
ガスを含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビー
ム(8)を照射してレジスト材(lO)を堆積すると共
に、電子ビーム(9)によりレジスト材(10)の直下
のδドープ層(4)のキャリア濃度を低下させてチャン
ネル領域(12)を形成する工程と、このレジスト材(
10)をマスクにしてゲート金属層(8)を選択的に除
去してゲー[11)を形成する工程を有することを特徴
とする。
(3b) and this insulating semiconductor layer (3b).
) to deposit a resist material (lO) by irradiating the gate part to be formed with an electron beam (8) in an atmosphere containing source gas; Step (9) of reducing the carrier concentration of the δ-doped layer (4) directly under the resist material (10) to form a channel region (12);
10) is used as a mask to selectively remove the gate metal layer (8) to form a gate [11].

原料ガスを含む雰囲気中で電子ビーム(9)を照射する
ことにより基板上にレジスト材(10)を堆積させる方
法については、既に提案されている(例えば特願昭62
−299405参照)。
A method of depositing a resist material (10) on a substrate by irradiating an electron beam (9) in an atmosphere containing a raw material gas has already been proposed (for example, Japanese Patent Application No. 1982).
-299405).

〔作用〕[Effect]

上記問題点を解決するための手段で示したように、原料
ガスを含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子ビー
ム(9)を照射してレジストm<to)を堆積すると共
に、電子ビーム(9)によりレジスト材(10)の直下
のδドープ層(4)のキャリア濃度を低下させてチャン
ネル領域(12)を形成するので、ゲー) (11)を
形成するためのマスクとなるレジスト材(10)とチャ
ンネル領域(12)を同時に形成することができる。ま
た、このチャンネル領域(12)がセルフアライメント
で形成されるので、実効的なソース領域(5A)とドレ
イン領域(6A)間の間隔、即ちゲート長Lgを100
0Å以下に形成することも可能になる。
As shown in the means for solving the above problems, the electron beam (9) is irradiated onto the gate portion to be formed in an atmosphere containing source gas to deposit the resist m<to; 9) reduces the carrier concentration of the δ-doped layer (4) directly under the resist material (10) to form the channel region (12), so the resist material (11) which becomes a mask for forming the resist material (11) 10) and the channel region (12) can be formed simultaneously. Moreover, since this channel region (12) is formed by self-alignment, the effective distance between the source region (5A) and the drain region (6A), that is, the gate length Lg, is set to 100.
It also becomes possible to form the film with a thickness of 0 Å or less.

〔実施例〕〔Example〕

図面を参照して本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail with reference to the drawings.

先ず第1図Aに示すように、G、aAs基板(1)上に
絶縁性AIG、aAs層(2)を形成した後、この上に
キャリア(本例では電子)のバンド(本例では伝導帯)
に不連続を生じる半導体層であるG、aAs層(3a)
を不純物をドープしないで形成し、途中不純物を高濃度
にドープしたδドープS1 層(ns=10”cm−2
) (4)を形成し、この上に更に絶縁性G、aAs層
(3b〉を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, an insulating AIG, aAs layer (2) is formed on a G, aAs substrate (1), and then a carrier (electron in this example) band (in this example, a conductive layer) is formed on the insulating AIG, aAs layer (2). band)
G, aAs layer (3a), which is a semiconductor layer that causes discontinuity in
A δ-doped S1 layer (ns=10"cm-2
) (4) is formed, and an insulating G, aAs layer (3b>) is further formed thereon.

次に第1図Bにゝ示すように、ソース領域(5)とドレ
イン領域(6)を形成すべき部分にホ)IJソグラフィ
により約1〜0.5μmの間隔でオーミックメタル層(
7,a>、 (7b)  を選択的に形成した後、加熱
して合金化することにより絶縁性G 、a A s層(
3a)、 (3b)  にソース領域(5)とドレイン
領域(6)を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, ohmic metal layers (e) are applied to the areas where the source region (5) and drain region (6) are to be formed at intervals of about 1 to 0.5 μm using IJ lithography.
7, a>, (7b) After selectively forming, the insulating G, a As layer (
A source region (5) and a drain region (6) are formed in 3a) and (3b).

次に第1図Cに示すように、前面にゲート金属となるA
βを蒸着しA1層(8)を形成した後、例えばアルキル
ナフタレンを原料ガスとして含む雰囲気中で形成すべき
ゲート部分のみに電子ビーム(9)を照射してレジスト
材(10)を堆積すると共に、この電子ビーム(9)に
よりレジスト材(10)の直下に位置するδドープS1
 層(4)にダメージを与えてキャリア濃度を低下させ
ることにより(約1桁濃度が下がって、n、が約1o1
2cm−2となる)、ゲート(11)直下のδドープS
1 層(4)をゲートバイアスで充分ピンチオフさせる
ことができるチャンネル領域(12)にすることができ
る。
Next, as shown in Figure 1C, A
After evaporating β and forming the A1 layer (8), for example, in an atmosphere containing alkylnaphthalene as a raw material gas, only the gate portion to be formed is irradiated with an electron beam (9) to deposit a resist material (10). , by this electron beam (9), the δ-doped S1 located directly under the resist material (10) is
By damaging the layer (4) and lowering the carrier concentration (the concentration decreases by about one order of magnitude, n, becomes about 1o1
2cm-2), δ-doped S directly under the gate (11)
1. The layer (4) can be made into a channel region (12) that can be sufficiently pinched off with a gate bias.

次に第1図りに示すよう、このレジスト′材(10)を
マスクにして/1層(8)をエツチングすることにより
、ゲーH1l)を形成し、ゲート長Lgが極微小な電界
効果トランジスタ(13)を作製する。
Next, as shown in the first diagram, by etching the /1 layer (8) using this resist material (10) as a mask, a gate H1l) is formed, and a field effect transistor ( 13).

上記5実施例に係る電界効果トランジスタ(13)によ
れば、電子ビーム(9)の照射によりダメージを受けな
い、元のδドープSi層(4)のn、は約IQ13cm
−2であり、体債濃度では約数十人の深さに分布してい
ることにより、n ==1013Cm−”150人!1
0”150xto−’Cm−3−=2 X1019cm
−’に対応し、略金属と同様である。従って、実効的な
ソース領域(5A)とドレイン領域(6A)間のチャン
ネル領域(12)がゲート長Lg となる。このように
、チャンネル領域(12)をセルフアラインメントで形
成できることにより、Lg を1000Å以下に形成す
ることができ、しかもショートチャンネル効果を抑える
こともできる。
According to the field effect transistor (13) according to the fifth embodiment, n of the original δ-doped Si layer (4), which is not damaged by the electron beam (9) irradiation, is approximately IQ 13 cm.
-2, and the concentration of bonds is distributed at a depth of about several dozen people, so n ==1013Cm-"150 people!1
0"150xto-'Cm-3-=2X1019cm
-', and is almost the same as metal. Therefore, the effective channel region (12) between the source region (5A) and drain region (6A) has a gate length Lg. As described above, since the channel region (12) can be formed by self-alignment, Lg can be formed to 1000 Å or less, and the short channel effect can also be suppressed.

即ち、上記製法によれば電子ビーム(9)の照射により
、充分ピンチオフするチャンネル領域(12)と実効的
なソース領域(5A)、ドレイン領域(6A)及びゲー
ト(11)を形成するためのマスクとなるレジスト材(
10)をセルフアラインメントで同時に形成することが
できる。そして、本電界効果トランジスタを作製するた
めに必要な工程としては、所要のエピタキシャル層(2
)、 (3,a)、 (4)、 (3b)  を形成し
、ソース領域(5)とドレイン領域(6)を形成した後
は、電子ビーム(9)の照射工程とA1層(8〕のエツ
チング工程の2工程で済み、しかもセルフアラインメン
トによる形成が可能であるため、製法上の著しい簡略化
を図ることができる。
That is, according to the above manufacturing method, a mask for forming a channel region (12), an effective source region (5A), a drain region (6A), and a gate (11) that can be sufficiently pinched off by irradiation with an electron beam (9) is formed. Resist material (
10) can be formed simultaneously by self-alignment. The steps necessary to fabricate this field effect transistor include forming the required epitaxial layer (2
), (3,a), (4), (3b), and after forming the source region (5) and drain region (6), an electron beam (9) irradiation step and the A1 layer (8) are performed. Since only two etching steps are required, and formation can be performed by self-alignment, the manufacturing method can be significantly simplified.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、ゲート直下のチャンネル領域とゲート
を形成するためのマスクとなるレジスト材をセルフアラ
インメントで形成することができる。そして、実効ソー
ス領域と実効ドレイン領域間の間隔がゲート長となるた
め、1000Å以下の微小なゲート長を有する半導体装
置が得られる。しかも、本製法によれば表面からチャン
ネル領域までの深さが浅いため、電子ビーム照射の際の
多重散乱の影響が小さくなって、ゲート長についての制
御性が良くなる。また、主要な工程をセルフアラインメ
ントで行うことができるため、製造が極めて簡単になる
According to the present invention, the channel region directly under the gate and the resist material serving as a mask for forming the gate can be formed by self-alignment. Since the distance between the effective source region and the effective drain region becomes the gate length, a semiconductor device having a minute gate length of 1000 Å or less can be obtained. Moreover, according to this manufacturing method, since the depth from the surface to the channel region is shallow, the influence of multiple scattering during electron beam irradiation is reduced, and the controllability of the gate length is improved. Moreover, since the main steps can be performed with self-alignment, manufacturing becomes extremely simple.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例の工程図である。 (1)はG、aAs基板、(3a)、 (3b)  は
絶縁性GaAs層、(4)はδドープSi 層、(5)
はソース領域、(6)はドレイン領域、(8)はi層、
(9)は電子ビーム、(10)はレジスト材、(11)
はゲー) 、(12)はチャンネル領域、(13)は電
界効果トランジスタである。 代  理  人     伊  藤     頁間  
      松  隈  秀  盛賞施例の工程図 第1図 手続補正害   負 昭和63年 7月 5日 特許庁長官  吉 1)文 毅   殿1、事件の表示 昭和62年特 許 願 第332383号2、発明の名
称 半導体装置の製法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 住 所 東京部品用区北品用6丁目7番35号名称(2
18)ソニー株式会社 代表取締役 大 賀 典 雄 4、代理人 氏 名(338B)弁理士 伊 藤   貞、・♀h5
、補正命令の日付  昭和  年  月  日C(ミ迎
ソロ、禎正により増加する発明の数 +11  明細書中、gAG頁末頁末的101−12と
なる」の後に「又この濃度自体も電子ビームのエネルギ
ーと数密度でコントロールできる」を加入する。 (2)  同、第7頁11行〜12行[体積濃度では・
・・・いることにより、」を「約数十人の領域に分布し
ていることにより体積濃度では、」に訂正する。 以上
FIG. 1 is a process diagram of an example. (1) is a G, aAs substrate, (3a), (3b) are insulating GaAs layers, (4) is a δ-doped Si layer, (5)
is the source region, (6) is the drain region, (8) is the i-layer,
(9) is an electron beam, (10) is a resist material, (11)
(12) is a channel region, and (13) is a field effect transistor. Agent Paige Ito
Hide Matsukuma Award example process diagram Figure 1 Procedural amendment damage July 5, 1988 Director General of the Patent Office Yoshi 1) Takeshi Moon 1, Indication of the case 1988 Patent Application No. 332383 2, Invention Name of Semiconductor Device Manufacturing Method 3, Relationship with the Amendment Person Case Patent Applicant Address No. 6-7-35, Kitashinyo, Tokyo Parts Ward Name (2)
18) Sony Corporation Representative Director Norio Ohga 4, Agent name (338B) Patent attorney Sada Ito, ♀h5
, the date of the amendment order Showa year, month, day C (the number of inventions will increase due to Misaki Soro and Sadamasa + 11 In the specification, it will be 101-12 at the end of gAG page), followed by ``Also, this concentration itself is also (2) Ibid., page 7, lines 11-12 [In volume concentration,
``Due to the fact that there are...'' is corrected to ``The volumetric concentration is distributed over an area of about several dozen people.''that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】  δドープ層を挟んで上下に絶縁性半導体層を形成する
工程と、 該絶縁性半導体層の表面にゲート金属層を形成する工程
と、 原料ガスを含む雰囲気中で形成すべきゲート部分に電子
ビームを照射してレジスト材を堆積すると共に、該電子
ビームにより該レジスト材の直下のδドープ層のキャリ
ア濃度を低下させてチャンネル領域を形成する工程と、 該レジスト材をマスクにして上記ゲート金属層を選択的
に除去してゲートを形成する工程 を有する半導体装置の製法。
[Claims] A step of forming an insulating semiconductor layer above and below a δ-doped layer, a step of forming a gate metal layer on the surface of the insulating semiconductor layer, and forming the gate metal layer in an atmosphere containing a source gas. forming a channel region by depositing a resist material by irradiating the resist material with an electron beam on the desired gate portion, and reducing the carrier concentration of a δ-doped layer directly under the resist material with the electron beam; and masking the resist material. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of selectively removing the gate metal layer to form a gate.
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