JPH0213927B2 - - Google Patents

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JPH0213927B2
JPH0213927B2 JP23332984A JP23332984A JPH0213927B2 JP H0213927 B2 JPH0213927 B2 JP H0213927B2 JP 23332984 A JP23332984 A JP 23332984A JP 23332984 A JP23332984 A JP 23332984A JP H0213927 B2 JPH0213927 B2 JP H0213927B2
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Tatsuichi Ko
Jiro Ooshima
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/0653Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
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    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は半導体装置及びその製造方法に関
し、特にGaAs等の化合物半導体を基板とする接
合形電界効果トランジスタ及びその製造方法に関
するものである。
[発明の技術的背景] GaAs等の化合物半導体を基板とする電界効果
トランジスタ(以下にはFETと略気する)とし
てはよく知られているようにPN接合を有する接
合形トランジスタ(J−FETと略記する)とシ
ヨツトキー接合を有するシヨツトキー接合形トラ
ンジスタ(MESFETと略記する)とがあり、こ
れらのFETの構造及び製造方法は、特にGaAs−
ICの構造及び性能並びにコストに重大な影響を
与える。
第4図は従来のJ−FETの主要構造を示した
ものである。同図において1はGaAsから成る半
導体基板、2はN型の高濃度不純物領域から成る
ソース領域、3は同じくドレイン領域、4はN型
の低濃度不純物領域から成るチヤネル領域、5は
チヤネル領域4の表面部近傍に形成されたP型の
高濃度領域から成るゲート領域、6はゲート領域
5にオーミツク接触して設けられたゲート電極で
ある。
第5図は従来のプレーナ型MESFETの構造を
示したものであり、この型式の素子ではゲート電
極6がチヤネル領域4の表面にシヨツトキー接合
で接合されている。
第6図は従来のゲート電極埋込型MESFETの
構造を示したものであり、この型式の素子ではチ
ヤネル領域4中にゲート電極6の底部が埋め込ま
れている。
[背景技術の問題点] GaAs−ICの構成素子であるFETはGaAsの特
性を生かすように高速動作する構造のものでなけ
ればならないが、従来のJ−FETの場合、ゲー
ト長はフオトリソグラフイによるパターンと同等
かもしくはそれ以上の長さとなるためゲート長が
大きく、従つて高速化することができないという
問題点があつた(たとえば、ゲート領域の拡散深
さXjが0.1μmである場合、ゲート長はパターン長
+0.2μmとなる)。また、従来のJ−FETではゲ
ート領域とソースおよびドレイン領域間の接合面
積がかなり広いため入力容量が大きく、従つて、
時定数が大きくなり高速化が不可能であつた。
一方、従来のプレーナ型MESFETの場合、ゲ
ート電極側面をサイドエツチすることによりパタ
ーン長以下のゲートを形成することができるので
J−FETよりも高速の素子を構成することがで
きるが、ゲート電極の寸法を各素子の形成毎にす
べて一定に制御することは困難であつた(つまり
サイドエツチの再現性を確保することは困難であ
つた)。また、ゲート電極と半導体表面とのシヨ
ツトキー接合は半導体基板の表面状態に大きく依
存するため各素子に対して均一なシヨツトキー接
合を形成することが困難であり、従つて製品特性
の変動が大きく、歩留りも低いという問題点があ
つた。
他方、従来のゲート電極埋込型のMESFETの
場合、半導体基板の表面状態の影響は小さいが、
ゲート電極埋込み深さを常に一定に制御すること
がむずかしいため、素子特性の変動が大きいとい
う問題点があつた。
[発明の目的] この発明の第一の目的は、前記した問題点がな
く、且つ従来のJ−FETよりも高速動作が可能
であるとともに再現性がよく素子特性の変動が少
ないJ−FETを提供することであり、また、こ
の発明の第二の目的は、前記のごとき本発明のJ
−FETを良好な再現性と高い歩留りとを以て製
造することのできる製造方法を提供することであ
る。
[発明の概要] この発明による半導体装置は前記のごとき問題
点のないJ−FETであり、このJ−FETはソー
ス及びドレインの両領域に対向する側面が溝もし
くは壁状絶縁膜で隔離されたゲート領域を有する
とともに、該壁状絶縁膜に接するチヤネル領域に
は該壁状絶縁膜に沿つてキヤリア濃度低下領域が
形成されていることを特徴とするものである。こ
の発明によるJ−FETにおいてはゲート領域の
接合面積が必要以上に広くないため、従来のJ−
FETよりも接合容量が小さくなり、またゲート
領域の側面にはキヤリア濃度低下領域があつて空
乏層が広がるため、さらに接合容量が小さくな
り、従つて高速動作が可能である。一方、本発明
方法ではゲート長をマスクによらず、ビーム熱処
理によつて決定することができるので、従来のJ
−FETよりも短いゲート長を有した素子が得ら
れる。また、本発明方法ではプレーナ型
MESFETとは異なつて半導体基板の表面状態に
ゲートの接合が左右されることがないので素子特
性の変動が少ない素子を高歩留りで製造すること
ができる。
[発明の実施例] 以下に第1図乃至第3図を参照して本発明の一
実施例について説明する。
第1図は本発明によるJ−FETの要部断面図
である。同図において、10は半絶縁性GaAsか
らなる半導体基板、11は該半導体基板10の内
部に形成されたN型の低濃度不純物領域、12は
N型の高濃度不純物領域から成るソース領域、同
じく13はN型の高濃度不純物領域のドレイン領
域、14はP型の高濃度不純物領域から成るゲー
ト領域、15aはゲート領域14の両に形成され
た壁状絶縁膜、16は壁状絶縁膜15aの外側に
形成されたN型の低濃度不純物領域すなわちキヤ
リア濃度低下領域、17は半導体基板10の表面
に被着された第一絶縁膜、18は該第一絶縁膜1
7の開口内と第一絶縁膜17の上に被着された第
二絶縁膜、15bは壁状絶縁膜15aとともに第
二絶縁膜18の上に被着された第三絶縁膜15の
エツチング残し部分、19〜21はソース、ゲー
ト及びドレインの各電極である。
前記のごとき構造の本発明の半導体装置はゲー
ト領域14が壁状絶縁膜15aによつてソース領
域12とドレイン領域13とに対して隔離される
とともに該ゲート領域14の先端のみがチヤネル
領域すなわち低濃度不純物領域11に接触してい
るのでゲート領域14とチヤネル領域との接合面
積が従来のJ−FETにくらべて非常に小さくな
り、またキヤリア濃度低下領域の存在により空乏
層の広がりが生じこの点からも接合容量が低下
し、従つて従来のJ−FETよりもかなりの高速
動作が可能となる。
第2図に第1図のごとき本発明の半導体装置の
製造方法の主要工程を示す。
本発明の方法では、まず、第2図Aに示すよう
にGaAs等の化合物半導体から成る半導体基板1
0の表面にCVD法によつてSiO2もしくはSi3N4
の第一絶縁膜17を形成した後、該第一絶縁膜1
7に第2図Bのように開口17aを形成する。次
に第2図Cに示すように該第一絶縁膜17をマス
クとして該開口17a内に露出した半導体基板1
0の表面にSi等のN型不純物のイオン注入Nを二
段階に分けて連続して行い、これにより、該開口
17a内の半導体基板10内にN型の低濃度不純
物領域11とN型の高濃度不純物領域22とを積
層状態に形成する。この場合の注入条件は、低濃
度不純物領域について、Si+、360keV、3×1012
cm-2、高濃度不純物領域について、Si+
100keV、5×1013cm-2とした。
続いて第2図Dに示すように全面に第二絶縁膜
18を堆積させて該開口内の半導体基板表面を第
二絶縁膜18で被覆した後、N2雰囲気中で熱処
理を行つてイオン注入領域の活性化と結晶回復を
行う。
次に第2図Eに示すように第一絶縁膜17の該
開口のほぼ中央部の第二絶縁膜18に開口18a
を形成した後、この開口18a内の半導体基板に
Zn(亜鉛)等のP型不純物のイオン注入Pを行つ
て低濃度不純物領域11に達する深さのP型不純
物注入領域23を高濃度不純物領域22のほぼ中
央部に形成することにより、該高濃度不純物領域
をソース領域12及びドレイン領域13の2領域
に分割する。なお、この場合、開口18aの長さ
(図において左右方向の長さ)は1μm、奥行き
(紙面に直交する方向の長さ)は10μmである。
引き続いて該開口18aの中央部に第2図F及
び第3図に示すように電子ビームE・Bを照射し
てP型不純物注入領域23の中央部のみを電子ビ
ーム加熱により再結晶化することによりP型の高
濃度不純物領域から成るゲート領域14を形成す
る。この場合、電子ビームE・Bの直径が2000
Å、ビーム電流が200mA/cm2であるとゲート領
域14の長さ(第2図に於て左右方向の長さ)は
4000Åとなり、ゲート領域14の両側には非結晶
不純物注入領域23aが残る。(第3図の矢印f
は電子ビームの走査方向を示す)。
ゲート領域形成後、塩酸等の溶剤によつて該非
結晶不純物注入領域23aを溶解除去した後、
CVD法によつて第3絶縁膜15を全面に被着さ
せると第2図Gに示すように該非結晶不純物注入
領域の除去跡の空所は第三絶縁膜15で充填され
るとともにゲート領域14の上面も第三絶縁膜1
5で被覆される。この場合、該非結晶不純物注入
領域を除去した後の空所の内壁面にはわずかでは
あるがZnが残留している。
次に異方性エツチングを行つて、ゲート領域1
4の上面が露出するまで第三絶縁膜15を取り除
くと、第2図Hに示すようにゲート領域14の両
側に接して第三絶縁膜から成る壁状絶縁膜15a
が形成されるとともに第二絶縁膜18の段差部分
の直立面にも第三絶縁膜15のエツチング残し部
分15bが残つた状態となる。
引き続いて窒素雰囲気中で熱処理を行うと、壁
状絶縁膜15aの外側に残留しているZnイオン
が該壁状絶縁膜15aの外側に接しているチヤネ
ル領域11(ソース領域12及びドレイン領域1
3にも)に薄く拡散して該壁状絶縁膜15aの外
側のN型低濃度不純物層のN型濃度を薄めるた
め、熱処理後には第2図Hの如く壁状絶縁膜15
aの外側に沿つて薄層のキヤリア濃度低下領域1
6が形成された状態となる。
そして以上の工程の後、第二絶縁膜18にソー
ス及びドレイン両電極形成のための孔あけを行つ
た後、ゲート領域14とソース領域12並びにド
レイン領域13の上に第2図のようにゲート領
域20及びソース電極19並びにドレイン電極2
1を形成することにより本発明の半導体装置の主
要部を完成する。
なお、この実施例では半導体基板としてGaAs
から成るものを使用したが、半導体基板が他の化
合物半導体(たとえばInP、この場合GaAsにお
けるHCIはHFがよい))であつても本発明を適用
しうることは当然である。
[発明の効果] 前記のごとき本発明の半導体装置を本発明の方
法で製造した結果によると、本発明の半導体装置
は従来のJ−FETにくらべて動作速度が非常に
高く、また、本発明方法によれば従来方法よりも
高い再現性且つ高歩留りでゲート長の小さい本発
明の半導体装置を製造できることがわかつた。
以上のように、本発明の半導体装置においては
ゲート領域の先端部のみがチヤネル領域に接し、
且つ、ゲート領域とソース及びドレイン領域との
間の接合面積が小さくまたゲート外周のチヤネル
領域に空乏層の広がりがあるので従来のJ−
FETにくらべてゲート入力容量が小さくなり、
従つて従来のJ−FETにくらべて高速動作が可
能となつている。また、本発明の半導体装置は接
合形であるため、MESFETのように半導体基板
の表面状態に左右されることなく再現性よく且つ
高歩留りで製造することができる。
一方、本発明の製造方法ではゲート長を電子ビ
ームの直径によつて決定できるため従来のJ−
FETにくらべて非常に短いゲート長のゲート領
域を形成することできるうえ、ゲート領域の形成
工程とソース及びドレイン領域の形成工程とをフ
オトマスクを使用せずに実施することができるの
で製造工程の短縮化が図られ、また、従来の製造
方法よりも再現性よく高歩留りで本発明の半導体
装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の一実施例の断面
図、第2図は第1図の半導体装置を製造するため
の本発明方法の主要工程を断面で示した図、第3
図は第2図Fにおける−矢視断面図、第4図
は従来の接合形FETの概略断面図、第5図は従
来公知のプレーナ型MESFETの概略断面図、第
6図は従来公知のゲート電極埋込型のMESFET
の概略断面図である。 1……半導体基板、2……ソース領域、3……
ドレイン領域、4……チヤネル領域、5……ゲー
ト領域、6……ゲート電極、10……半導体基
板、11……低濃度不純物領域、12……ソース
領域、13……ドレイン領域、14……ゲート領
域、15a……壁状絶縁膜、16……キヤリア濃
度低下領域、17……第一絶縁膜、18……第二
絶縁膜、15……第三絶縁膜、19……ソース電
極、20……ゲート電極、21……ドレイン電
極、22……高濃度不純物領域、23……P型不
純物注入領域、23a……非結晶不純物注入領
域。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 接合形電界効果トランジスタであつて、半導
    体基板の内部に形成された第1導電型の低濃度不
    純物領域と、該低濃度不純物領域の上に互いに相
    隔てて形成されるとともに該半導体基板の表面に
    露出する第1導電型の第一及び第二の高濃度不純
    物領域と、該第一及び第二の高濃度不純物領域の
    間に配置されるとともに該半導体基板の表面から
    該低濃度不純物領域にまで達する深さに形成され
    た第2導電型の第三の高濃度不純物領域と、該第
    一及び第二の高濃度不純物領域と該第三の高濃度
    不純物領域との間に形成された溝を充填する壁状
    絶縁膜と、該壁状絶縁膜に沿つて該低濃度不純物
    領域に形成されたキヤリア濃度低下領域とを有す
    ることを特徴とする半導体装置。 2 接合形電界効果トランジスタの製造方法であ
    つて、半導体基板内に第1導電型の低濃度不純物
    領域を形成するとともに該低濃度不純物領域の上
    に同じ導電型の高濃度不純物領域を形成する工程
    と、該高濃度不純物領域のほぼ中央部に第2導電
    型の不純物をイオン注入して該低濃度不純物領域
    に達する第2導電型の不純物注入領域を形成する
    とともに該不純物注入領域によつて該高濃度不純
    物領域を二分割して互いに相隔てられた第一及び
    第二の高濃度不純物領域を形成する工程と、該不
    純物注入領域のほぼ中央部分のみをビーム熱処理
    により単結晶化させて該低濃度不純物領域に達す
    る深さの第2導電型の第三の高濃度不純物領域を
    形成する工程と、該第三の高濃度不純物領域の周
    囲の非結晶不純物注入領域を除去する工程と、該
    非結晶不純物注入領域の除去跡に壁状絶縁膜を形
    成する工程と、該非結晶不純物注入領域の除去跡
    に残留している第2導電型の不純物を該低濃度不
    純物領域に拡散させることにより該壁状絶縁膜の
    外側に沿つてキヤリア濃度低下領域を形成する工
    程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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JP2006108232A (ja) * 2004-10-01 2006-04-20 Denso Corp J−fet
JP2007194588A (ja) 2005-12-20 2007-08-02 Sony Corp 電界効果トランジスタ及びこの電界効果トランジスタを備えた半導体装置並びに半導体装置の製造方法
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