JPH02148738A - 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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JPH02148738A
JPH02148738A JP63302531A JP30253188A JPH02148738A JP H02148738 A JPH02148738 A JP H02148738A JP 63302531 A JP63302531 A JP 63302531A JP 30253188 A JP30253188 A JP 30253188A JP H02148738 A JPH02148738 A JP H02148738A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電界効果トランジスタの製造方法に関し、特
に非対称ゲートを有する電界効果トランジスタの製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
一般に、化合物半導体を用いたMESFET、例えばG
aAs−MESFETは電子移動度が大きく、高周波ト
ランジスタとして注目されている。
従来、耐熱性ゲート・セルファラインFETは、第5図
に示すように耐熱性ゲート2とn″層4a。
4bとを近接して作製するか、若しくは第6図に示すよ
うに、ソース用n°層4aとゲート2との間隔とドレイ
ン用n”ji4bとゲート2との間隔とを等しく形成し
ていた。また、その他に上記のような耐熱性ゲート・セ
ルファラインプロセスを用いないソース・ドレイン先行
型のFETには、ソース抵抗を下げるためにソースより
にゲートをずらして非対称ゲート構造とする第7図に示
すような構造のFETがある。
ここで、第5図に示すセルファラインFETにおいては
、耐熱性ゲート2とn′″N4a、4bとが近接してい
るのでソース抵抗が低減されて電流駆動能力が向上する
利点があり、第6図に示すセルファラインFETにおい
ては、上記第5図に示したFETにおいて顕著にみられ
る短かチャネル効果を抑制し、さらにはゲート寄生容量
を低減することを目的としてゲートとn″眉を分離して
いる。また、第7図に示す耐熱性ゲートを用いないソー
ス・ドレイン先行型の非対称ゲートFETは、前述した
通り対称ゲートFETに比べてソース抵抗が下がり電流
駆動能力gm等が増大するという利点を有している。し
かしながら、第5図に示す従来の構造では、I)ニア用
FET、リニア用IC用途を考えた場合、ゲート2とn
″層4a、4bが近接しているためにドレイン耐圧が小
さく、第6図に示す従来構造では、ゲート2とn゛層4
a。
4bとが分離されてドレイン耐圧は大きくなるが、対称
ゲート構造であるためゲート・ソース間も分離されてお
り、ソース抵抗が高くなり電流駆動能力が小さくなる。
また、第7図に示す従来構造は非対称ゲート構造ではあ
るが、セルファラインプロセスでないため、非対称ゲー
ト形成の再現性が乏しい等の問題点があった。
このように、素子の高周波領域での高性能化。
高信頼性化を図るためには、GaAs−MESFETの
相互コンダクタンスgm及びゲート・ドレイン耐圧の増
大と、ゲート及びソースの各寄生抵抗の低減を図ること
が必要であり、これを実現するには、ゲート長、ゲート
・ソース間距離を狭くし、ゲート・ドレイン間距離は広
くすることが有効であると考えられている。
従来、このような寄生抵抗の低減を図り、しかもゲート
長を短縮した非対称ゲート構造を有するGaAs−ME
SFETの製造方法として第4図(al〜(flに示さ
れたものがある。即ち、第4図は特開昭62−8687
0号公報に示された従来のGa A s−MESFET
の主要製造工程における断面図を示しており、図におい
て、21は半絶縁性QaAs基板、22は活性層、23
は高融点金属シリサイド層、24は高濃度ソース領域、
25は高濃度ドレイン領域、26はソース電極、27は
ドレイン電極、28は絶縁膜、29はレジストである。
以下、製造方法を図に従って説明する。
まず、半絶縁性GaAs基板21にシリコンイオンを注
入し、チャネル領域となる活性N2を形成する(第4図
(a))。そして、活性層2の表面に高融点金属シリサ
イドを蒸着し、さらにCVD法によりSiO,よりなる
絶縁膜を堆積し、通常の写真食刻法を用いてドレイン・
ソース領域間距離に相当する長さの高融点金属シリサイ
ドN23゜絶縁膜28を形成する(第4図(b))、次
に、ホトレジスト29を高融点金属シリサイドN23.
絶縁膜28のソース側端面側を覆うように設け、ホトレ
ジスト29をマスクとして高融点金属シリサイド層23
上の絶縁膜2Bを一部除去する(第4図(C))、さら
に、ホトレジスト29を除去し、基板にシリコンイオン
を注入する(第4図(d))、そして、絶縁膜28をマ
スクとして高融点金属シリサイド7123のドレイン側
の一部をエツチングにより除去し、砒素雰囲気中で熱処
理をしてソース領域24及びドレイン領域25を形成す
る(第4図(e))。次に、通常の写真食刻法を用いて
オーミック電極をソース領域24及びドレイン領域25
上に形成し、ソース電極26及びドレイン電極27とし
、最後に絶縁膜28を除去して完成する(第4図(f)
)。以上のようなセルファラインプロセスで形成された
電界効果トランジスタは高融点シリサイド層23とドレ
イン領域25との間にある一定の距離を有しているので
、ゲート・ドレイン耐圧を高く保持できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の電界効果トランジスタは以上のよ
うに構成されており、ゲート電極23のゲート長、及び
ゲート電極とドレイン領域25との間隔はゲート電極2
3のサイドエツチングにより決定しているので、ゲート
長、及びゲート・ドレイン領域間隔の制御性が悪く、ま
た、ゲート電極23の下の活性層22やドレイン領域2
5はサイドエツチングの間中プラズマにさらされている
こととなり、これによりダメージを受けてFETの特性
の劣化を生じやすいという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、十分なドレイン耐圧が得られるとともに、十
分な電流駆動能力が得られ、特性の良いFETを高精度
に再現性良く形成できる電界効果トランジスタの製造方
法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、半
導体基板上に活性層を形成した後、基板上のソース領域
形成部分を除く部分に設けたゲート層をマスクとして、
あるいはゲート層を覆うように基板全面に絶縁膜の薄層
を形成し、この絶縁膜とゲート層をマスクとしてイオン
注入法によりソース領域を形成し、ドレイン側ゲート端
を決定するためのレジストパターンを形成し、エツチン
グによりゲート層を加工してゲートtf7iを形成し、
ドレイン側のゲート電極側壁部分に所望の壁厚を有する
絶縁膜を形成し、この絶縁膜とレジストをマスクとして
イオン注入法によりドレイン領域を形成した後、レジス
トと絶縁膜を除去し、ソース電極及びドレイン電極を形
成するようにしたものである。また、本発明の電界効果
トランジスタの製造方法は、上述のドレイン領域形成後
、基板全面にレジストを塗布してゲート電極が露出する
までエッチバックし、ゲート電極上にゲート長よりも幅
広の低抵抗金属層を形成し、この低抵抗金属層をマスク
としてオーミック電極を形成するようにしたものである
〔作用〕
この発明の電界効果トランジスタは以上のような方法に
より製造したので、セルファラインによりゲート電極と
ドレイン領域との間隔を広く、ゲ−)it極とソース領
域との間隔は近接して形成でき、ソース抵抗の低減とゲ
ート・ドレイン耐圧及び電流駆動能力の向上を同時に満
たす素子を再現性良(形成できる。また、ゲート・ドレ
イン領域間は絶縁膜のゲート側壁厚により必要に応じて
所望の広さにセルフラインに制御できるとともにソース
領域とドレイン領域とを互いに異なる工程で形成するの
で、ソース領域をドレイン領域よりも高1度にでき、こ
れによりソース抵抗の低減とゲート・ドレイン耐圧をさ
らに向上できる。さらにゲート電極の上層として低抵抗
金属層を設けるようにした構造ではゲート抵抗の低減も
図ることができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例による電
界効果トランジスタを製造方法を示す工程断面図であり
、図において、1は半絶縁性GaAS基板、2は耐熱性
ゲート、3はn型チャネル層、41はソース用n”ll
、42はドレイン用n0層、5はレジスト、6は絶縁膜
、6′は耐熱性ゲート2の側壁の絶縁膜、7はソース電
極、8はドレイン電極である。
次に製造方法について説明する。
まず、第1図(8)に示すように〜600μmの厚さを
有する半絶絶縁性GaAs基板1の主表面全面に数百人
(7)SiO,5iON、あるいはSINからなる層を
形成し、30〜50KeV、1〜6 XIO” cm 
−”でSiイオンを注入し、熱処理をした後に上記Si
0,5iON、あるいはSINからなる層を除去してn
型チャネルN3を形成する。さらに基板全面にスパッタ
、あるいはCVD法によりWN。
WAf、WS lx 、W等からなる耐熱性ゲート材料
2を2000〜5000人堆積し、ソース用n9層形成
部分のみ選択エツチングを行った後、該耐熱性ゲート材
料2をマスクとしてSiイオンあるいはSeイオンを5
0〜100 KeV、I XIO”cn+−”以上で注
入し、ソース用高濃度n″141を形成する。この直後
に1亥ソース用n“層のアニールとしてアルシン(A3
H3)雰囲気中でsoo gO熱処理を行なう。
次に、第1図(blに示すようにドレイン側ゲート端を
決定するためのレジストパターン5を形成し、RIE、
あるいはECRエツチングにより所望のゲート長に耐熱
性ゲート材料2を加工してゲート電極2゛を形成した後
、絶縁膜6 (SiN、5tOx、Sin、5iON等
)を全面に形成する。
次に第1図(C1に示すようにCF、系、NFj系。
あるいはSF、系とOlとN2との混合ガスを用いた異
方性のドライエツチング、例えば、RrEやECRエツ
チングにより該1色縁膜6をゲート電極2′の側壁に残
すように加工する。この時、エツチングの諸条件を選択
することにより、ゲート側壁に残存する絶縁膜6°の横
幅が所望のゲート電極2° とドレイン領域との間隔に
等しくなるようにする。その後、該ゲート側壁の絶縁膜
6° とレジスト5をマスクとして、基板全面にSiイ
オン、あるいはSeイオンを50 KeV、 l XI
O”cm−”以下で注入し、ソース領域4工よりも低濃
度でしかもソース領域41よりも浅くドレイン用低濃度
n”?+i域42を形成する。そして、不要のゲート側
壁の絶縁膜6° とレジスト5を除去し、アルシン雰囲
気中で800度の熱処理を数十分行う、ここで、ソース
領域41の熱処理は(alの段階で行なうようにしてい
るが、(a)の段階では行わずにこの段階でドレイン領
域の熱処理と同時に行なうようにしてもよい。
そして第1図(dlに示すように、ソース用n″層41
、  ドレインn+層42上にそれぞれAu−Ge /
 N i / A uあるいはG e / N i /
 A uからなるソース電極7.及びドレイン電極8を
形成する。
この時、ゲート・ソース電極間距離は約0.5〜0゜8
μ麟程度になるようにし、また、ゲート・ドレイン電極
間距離はこれよりも広く形成するようにする。
このような上記第1の実施例においては、耐熱性ゲート
・セルファラインプロセスにより、ゲート′g1極2′
 とドレイン用n″1142との間隔は絶縁膜6′のゲ
ート側壁厚で制御し、また、ゲート電極2° とソース
用n+層41とは同一面を境界として形成するので、写
真製版の精度にたよることなく再現性良く形成すること
ができる。また、ゲート2゛ とドレイン用n9層42
との間はセルフラインで必要に応じて所望の広さに制御
できるので、寸法精度が格段に向上するとともに、ソー
ス抵抗の低減とゲート・ドレイン耐圧及び電fL駆動能
力の向上を同時に実現することができる。
また、本実施例ではソース用00層41とドレイン用n
′″N42は互いに異なる工程で形成し、しかもソース
用n”1i41は高濃度で基板1内に深く、ドレイン用
n゛層42は低濃度で基板1内に浅く形成するようにし
たので、ソース抵抗の低減とゲート・ドレイン耐圧の向
上をさらに図ることができる。
さらに、ゲートを極2° とソース用n′″層41間と
は同一面を境界としているので、多くの電流量を必要と
する例えばアナログ用途の際には非常に有効である。
一方、デジタル用途の場合には、一般に上記のアナログ
用途の場合とは異なり、しきい値電圧■lを安定に制御
できる制御性の良いFETが一般に要求されるが、この
場合にはゲート電極2′ とソース用n″N41との間
に微小の間隔を設けるようにすればよい。即ち、第2図
(a)〜(dlは本発明の第2の実施例による非対称ゲ
ート構造を有する電界効果トランジスタの製造方法を示
す各工程の断面図であり、図において、第1図と同一符
号は同一部分を示し、12は絶縁膜である。
以下、製造方法について説明する。
まず、第2図(a)の工程において、半絶縁性GaAs
基板1の主表面に数百人のSiO,5iON。
あるいはSiNからなる層を形成し、30〜50にeV
1〜6 xlQIt cra −”  でStイオンを
注入し、熱処理をした後に上記Sin、5iON、ある
いはSiNからなる層を除去してn型チャネル層3を形
成する。さらに基板1全面にスパッタ、あるいはCVD
法によりWN、 W A 1 、 W S i x 、
 W等からなる耐熱性ゲート材料2を2000〜500
0人堆積する。ソース用n”11形成部分のみ選択エツ
チングを行った後、約2500Å以下の膜厚を有するS
iO,SiN、5iON、あるいはs i Of等から
なる絶縁膜12を全面に形成する。そして、該絶縁膜1
2をマスクとしてにStイオンあるいはSeイオンを5
0〜lOOKeV、1 xlO”cs−窓以上で注入し
、ソース用高濃度n+層41を形成し、この直後に絶縁
M12を除去し、ソース用n゛層のアニールとしてアル
シン(A s Hユ)雰囲気中で800度の熱処理を行
なう。
その後の第2図(b)〜(d)の工程はそれぞれ上述の
第1図(b)〜(d)に示すの工程と同様であるので省
略する。
このような上記第2の実施例においては、上記第1の実
施例の効果に加えて、第2図(alの工程において、ソ
ース用03層41を形成する前に基板全面に絶縁膜12
を形成し、これをマスクとしてソース用n”1i41を
形成し、ソース用n°層41とゲート電極2″間に上記
絶縁膜12の膜厚の分だけの間隔を持たせるようにして
いるので、これによりソース・ゲート間の短絡を防止す
ることができる。
また、第3図(al〜(dlは本発明の第3の実施例に
よる電界効果トランジスタの製造方法を示す各工程の断
面図であり、図において第1図と同一符号は同一部分を
示し、9は粘性の小さいレジスト、10はレジスト、1
1.lla、llbはオーミック電極、13は低抵抗金
属である。
次に、製造方法について説明する。
第3図(a)に至るまでの製造工程は第1図(al〜(
C)と同一であり、その後、第3図(a)に示すように
基板全面に比較的粘性の小さいレジスト9を塗布してレ
ジスト9の平坦化を行なう。
そして第3図(b)に示すようにCF、系と02とN2
の混合ガスを用いたRIEによりレジスト9゜レジスト
5と絶縁膜6゛ とをエツチングし、ゲート電極2°の
頭出しを行なう。但し、エツチングはレジスト9.レジ
スト5と絶縁膜6゛ のエッチレートがほぼ同等となる
条件を選択する。そしてゲート電極2″の上部にゲート
電極2′より幅広の上層ゲートパターン用のレジスト抜
きパターン10を形成する。
次に、第3図(C,lに示すように基板全面にTi/A
 u 、 T i / M o / A u 、あるい
はT i / P t /Au等の低抵抗金属を蒸着し
、リフトオフ法によりゲート電極2”の上層として低抵
抗金属層13を形成する。その後、さらに該低抵抗金属
層13をマスクにA u−G e / N i / A
 uあるいはGe/ N i / A uを蒸着してオ
ーミック電極11.11a、llbを形成する。
そして、第3図(d)に示すようにゲート電極2゛の側
壁に形成された絶縁膜6゛を除去し、本素子を完成する
以上のように、第3の実施例によれば、ゲート電極2゛
上にゲート長よりも大きい寸法を有する低抵抗金属層1
3を設けるようにしたので、上記第1の実施例の効果に
加えて、ゲート抵抗を大幅に低減でき、高周波領域での
高性能化を図ることができる。
なお、上記第3の実施例では第1図(d)の工程におい
て、絶縁膜6°を除去するようにしているが、これは第
3図(e)の段階で絶縁膜6°を有することにより本素
子がリークの特性の良い方向に働く場合には除去する必
要はない。
また、上記第3の実施例では、ゲート電極2゛とソース
用n+層41とが隣接している構造のものを適用したが
、これは勿論、上記第2の実施例に示すようにゲート電
極2′ とソース用n゛層41との間に一定を間隔を有
する素子に適用してもよい。
なお、上記第1.第2及び第3の実施例ではGaAs−
MESFETを用いたが、GaAS−JFET、InP
−MISFETあるいはSt−MOSFET等、あらゆ
るFETの非対称ゲート形成方法として広(適用するこ
とができる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、半導体基板上に活性層
を形成した後、基板上のソース領域形成部分を除く部分
に設けたゲート層をマスクとして、もしくはゲート層と
ゲート層を覆うように基板全面に設けた絶縁膜の薄層と
をマスクとしてイオン注入によりソース領域を形成し、
ドレイン側ゲート端を決定するためのレジストパターン
を形成してエツチングによりゲート電極を形成し、ドレ
イン側のゲート電極側壁部分に所望の壁厚を有する絶縁
膜を形成し、絶縁膜とレジストをマスクとしてイオン注
入によりドレイン領域を形成した後、レジストと絶縁膜
を除去してソース電極及びドレイン電極を形成するよう
にしたので、ゲート・ドレイン領域間隔はゲート側壁厚
で制御された間隔を有するとともに、ゲートとソース領
域とは同一面を境界とするか、もしくは絶縁膜厚で制御
された間隔を有することとなるので、従来の耐熱性ゲー
ト・セルファラインFETで同時に実現できなかったド
レイン耐圧と電流駆動能力の向上を図ることができる。
また、セルファラインゲート・プロセスを用いて非対称
ゲートを作製したので再現性、制御性が非常に良く、ゲ
ート長、ゲート・ソース領域間、及びゲート・ドレイン
領域間の寸法精度を格段に向上することができる。また
、さらにはソース領域とドレイン領域とを別々の工程で
形成したので、容易にソース領域を高濃度に、また、ド
レイン領域を低濃度に形成でき、これによりさらなるソ
ース抵抗の低減とドレイン耐圧の向上を図ることができ
る。
また、本発明によれば上述のドレイン領域形成後、基板
全面にレジストを塗布してゲート電極が露出するまでエ
ッチバンクし、ゲート電極上にゲート長よりも幅広の低
抵抗金属を形成し、この低抵抗金属層をマスクとしてオ
ーミック電極を形成するようにしたので、上記の効果に
加えてさらにゲート抵抗を低減することができ、高周波
領域で高利得が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の第1の実施例による電
界効果トランジスタの製造方法の各主要工程の断面図、
第2図(a)〜(d)は本発明の第2の実施例による電
界効果トランジスタの製造方法の各主要工程の断面図、
第3図(a)〜(d)は本発明の第3の実施例による電
界効果トランジスタの製造方法の各主要工程の断面図、
第4図(a)〜(f)は従来の電界効果トランジスタの
製造方法を示す各工程の断面図、第5図、第6図、第7
図はそれぞれ従来の電界効果トランジスタの構造を示す
断面図である。 図において、1・・・半導体絶縁性GaAs基板、2・
・・耐熱性ゲート、2゛・・・ゲート電極、3・・・n
型チャネル層、41・・・ソース用n”JI、42・・
・ドレイン用n+層、5.9・・・粘性の小さいレジス
ト、10・・・レジスト、6・・・絶縁膜、6′・・・
ゲート側壁の絶縁膜、7・・・ソース電極、8・・・ド
レイン電極、11、lla、llb・・・オーミック電
極、12・・・絶縁膜、13・・・低抵抗金属層。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非対称ゲート構造を有する電界効果トランジスタ
    の製造方法において、 半導体基板上に活性層を形成した後、基板上のソース領
    域形成部分を除く部分にゲート層を形成する第1の工程
    と、 上記ゲート層、もしくは該ゲート層及び該ゲート層を覆
    うように基板全面に形成した第1の絶縁膜をマスクとし
    てイオン注入法によりソース領域を形成する第2の工程
    と、 ドレイン側ゲート端を決定するためのレジストパターン
    を形成し、エッチングにより上記ゲート層を加工してゲ
    ート電極を形成する第3の工程と、ドレイン側のゲート
    電極側壁部分に所望の壁厚を有する第2の絶縁膜を形成
    し、該第2の絶縁膜と上記レジストをマスクとしてイオ
    ン注入法によりドレイン領域を形成する第4の工程と、 上記レジスト及び第2の絶縁膜を除去し、ソース電極及
    びドレイン電極を形成する第5の工程とを含むことを特
    徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  2. (2)非対称ゲート構造を有する電界効果トランジスタ
    の製造方法において、 半導体基板上に活性層を形成した後、基板上のソース領
    域形成部分を除く部分にゲート層を形成する第1の工程
    と、 上記ゲート層、もしくは該ゲート層及び該ゲート層を覆
    うように基板全面に形成した第1の絶縁膜をマスクとし
    てイオン注入法によりソース領域を形成する第2の工程
    と、 ドレイン側ゲート端を決定するための第1のレジストパ
    ターンを形成し、エッチングにより上記ゲート層を加工
    してゲート電極を形成する第3の工程と、 ドレイン側のゲート電極側壁部分に所望の壁厚を有する
    第2の絶縁膜を形成し、該第2の絶縁膜と上記第1のレ
    ジストをマスクとしてイオン注入法によりドレイン領域
    を形成する第4の工程と、基板全面に第2のレジストを
    塗布し、該第2のレジストを上記ゲート電極が露出する
    までエッチバックする第5の工程と、 上記ゲート電極上に該ゲート電極のよりも幅広の低抵抗
    金属を形成し、該低抵抗金属層をマスクとしてオーミッ
    ク電極を形成する第6の工程とを含むことを特徴とする
    電界効果トランジスタの製造方法。
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