JPH0224024B2 - - Google Patents

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JPH0224024B2
JPH0224024B2 JP59148500A JP14850084A JPH0224024B2 JP H0224024 B2 JPH0224024 B2 JP H0224024B2 JP 59148500 A JP59148500 A JP 59148500A JP 14850084 A JP14850084 A JP 14850084A JP H0224024 B2 JPH0224024 B2 JP H0224024B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電界効果トランジスタ(FET)等
の半導体装置の製造方法に関するものである。
(従来技術とその問題点) 金属−半導体電界効果トランジスタ
(MESFET)の一般的製法は、周知である。すな
わち、N+導電性を示すような十分な量のN形不
純物を基板(サブストレート)内に打込むことに
よつてソース領域及びドレイン領域を形成し、こ
のソース領域及びドレイン領域間にN-導電性を
示す程度の低濃度のN形不純物でチヤネル領域を
形成する。ソース領域及びドレイン領域には、オ
ーミツク・コンタクトが形成される。その後、チ
ヤネル領域は選択的にエツチングされてチヤネル
領域の一部の基板が除去され、それにより生じた
凹部にゲート電極が着設される。エンハンスメン
ト・モード(Eモード)MESFET閾値電圧(す
なわち、ソース及びドレイン間に電流を流し始め
るためにゲート電極に印加しなければならない電
圧)は、ゲート凹部の底部からチヤネル領域と基
板との境界までの距離の関数である。本明細書で
は、この距離のことを「チヤネル深さ」と呼ぶ。
デプリーシヨン・モード(Dモード)MESFET
のピンチオフ電圧(すなわち、電流をカツトオフ
させるためにゲート電極に印加しなければならな
い電圧)も、チヤネル深さの関数である。Eモー
ドMESFETの閾値電圧及びDモードMESFETの
ピンチオフ電圧を以下総称して「臨界ゲート電
圧」という。EモードMESFETの臨界ゲート電
圧の大きさは、DモードMESFETのそれよりか
なり小さい。定数は異なるが、いずれの型の
MESFETの臨界ゲート電圧も、チヤネル領域の
不純物濃度とチヤネル深さの2乗との積に比例す
る(後述参照)。したがつて、EモードMESFET
とDモードMESFETのチヤネル深さを等しくす
れば、異なる臨界ゲート電圧を得るのに各々の
MESFETのゲート領域の不純物濃度を違える必
要がある。このことは、2つの別個のチヤネル打
込工程が必要であり、打込領域を定めるための異
なる2つのマスクを使用しなければならないこと
を意味する。
(発明の目的) 本発明の目的は、工程数を削減できるFET等
の半導体装置の製造方法を提供することにある。
(発明の概要) 本発明による半導体装置の製造方法は、単結晶
化合物半導体材料の基板の主表面において2つの
細長いゲート領域を定め、その際、これらのゲー
ト領域を一方のゲート領域の方が他方のゲート領
域より基板材料がエツチングされ易いようにそれ
らの長手方向を基板の結晶軸に対して互いに異な
らせ、この半導体材料の両ゲート領域を同じエツ
チング剤で同時にエツチングし、これによりそれ
ぞれ異なる深さのゲート凹部を形成し、このゲー
ト凹部に金属を着設して半導体装置を構成するよ
うにしたものである。
(実施例) 第1図は、従来、集積回路(IC)製造用に市
販されている半絶縁性ガリウム砒素(GaAs)の
ウエハ2を示す平面図である。その上部すなわち
ウエハ2の平らな表面4は(100)結晶面に平行
であり、平面6は〈110〉結晶方向に平行である。
このような単結晶化合物半導体材料は異方性を有
し、異なる方向には異なる速度でエツチングされ
ることが知られている。
第2〜第10図は、それぞれ金属−半導体
FETの製造過程におけるウエハの互いに直角方
向の1対の拡大断面図である。2酸化シリコンの
層8(第2図)がウエハの表面4上に形成され、
フオトレジストの層10が層8上に設けられる。
層10は、第3図に示すように、層8の下のウエ
ハ表面に長方形の領域12及び14を定めるため
にパターン化される。
シリコンの如きN形不純物のイオンが層8を通
してウエハ内に打込まれ、長方形領域12及び1
4下にN-導電性の活性領域16及び18が形成
される。層10のフオトレジストは、活性領域1
6,18を囲む領域をマスクする。その後、層1
0は除去され、フオトレジストの第2の層20が
層8上に設けられる(第4図)。層20は領域1
2,14内の長方形領域22,24,26,28
を定めるためにパターン化され、N形不純物のイ
オンが再び層8を通してウエハ内に打込まれ、表
面領域22〜28下にN+導電性の領域30,3
2,34,36が形成される。領域30及び36
は最終的にMESFETのソース領域となり、領域
32及び34はドレイン領域となる。領域16,
18のN+領域30,32間及び34,36間に
定められた各N-部分16′,18′は、MESFET
のチヤネル領域になる。
N+領域の形成後、層20の残存しているフオ
トレジストが除去され、ウエハの結晶欠陥を回復
させるためウエハのアニーリングが行なわれ、こ
れによつてこの装置を電気的に活性化させる。こ
のアニーリング工程の間、層8はアニーリング・
キヤツプとしてそのまま残る。アニーリング終了
後、層8は除去され、窒化珪素の層38が表面4
上に形成される(第5図)。表面領域22〜28
を露出させるため層38にバイア(via)が切込
まれ、このバイアに従来のリフト・オフ(lift−
off)工程によりAu−Ge−Niのオーミツク金属
コンタクト40〜46が形成される(第6図)。
このコンタクト40〜46は、ウエハを合金化さ
れる。
次に、第7図に示すように、層38及びコンタ
クト40〜46を被う窒素珪素の第2の層48が
形成される。オーミツク・コンタクト40〜46
を露出させるため層48にバイアが切込まれると
共に、チヤネル領域16′,18′を露出させるた
めに層38,48にバイア50及び52(第8
図)が切込まれる。バイア50,52を上部から
見た形状は、長方形である。バイア52の長手方
向はウエハの〈110〉方向に平行であり、バイア
50の長手方向はこの〈10〉方向に直角である。
ウエハは、ゲート凹部54,56形成のため、両
バイア50,52を通して同時にエツチングされ
る。バイア50及び52の方向性のため、ウエハ
はバイア52を通してよりもバイア50を通して
の方が速くエツチングされ、その結果、凹部54
は凹部56よりも深くなる。そして、従来のリフ
ト・オフ工程を用いてゲート金属(Ti−Pd−
Au)がオーミツク・コンタクト上及びゲート凹
部内に着設される(第9図)。これで2つの
FET、すなわち、ゲート金属で形成されたソー
ス電極58、ゲート電極60、ドレイン電極62
を有するEモードMESFET70と、ゲート金属
で形成されたソース電極64、ゲート電極66、
ドレイン電極68を有するDモードMESFET7
2とが完成する。
FETと他のオン・チンプ回路素子との間の接
続及びFETと外部回路接続用端子との間の相互
接続は、従来のエア・ブリツジ工程によつて達成
される。例として、第10図に、FET70のド
レイン62とFET72のドレイン68との間の
Ti−Auによるエア・ブリツジ相互接続74を示
す。
ガリウム砒素MESFETの臨界ゲート電圧は、
次式で与えられる。
V=−qNa2/2〓r〓o+φ ここに、qは電子の電荷、Nはチヤネル領域の不
純物濃度、aはチヤネル深さ、〓rはガリウム砒素
の比誘電率、〓oは空気の誘電率、φはシヨツトキ
障壁高さである。或るNの値に対し、チヤネル深
さを変えることにより異なるVの値が得られるこ
とは、この式から明白であろう。これは、ウエハ
の異なる方向における異なるエツチング速度を利
用した上述の工程によつて達成される。上述の工
程におけるaの値は、EモードMESFET70に
対しては、0.1μm、DモードMESFET72に対
しては0.15μmである。Nの値1×1017cm-3のと
き、Vの値は、EモードMESFETで0.1ボルト、
DモードMESFETで−0.8ボルトとなる。
インバータの如き種々の回路機能を得るために
は、Eモード及びDモード半導体装置をエア・ブ
リツジを介して相互接続すればよいことがある。
第11図にインバータの例を示す。これは、1個
のDモードMESFET72及び1個のEモード
MESFET70から成る。このインバータの信号
入力端子はFET70のゲートに接続され、その
ソースは接地される。FET70のドレインは、
信号出力端子、FET72のソース及びゲートに
接続される。FET72のドレインは、基準電圧
源VDDに接続される。FETの種々の電極への接続
及び電極間の接続は、エア・ブリツジにより行な
われる。
奇数個のインバータを用いると、リング発振器
を構成することができる。例えば、第12図に示
したリング発振器は、7個のインバータ段により
構成される。すなわち、第12図の発振器は、7
個のEモードFET70a〜70g及びこれらと
対になつた7個のDモードFET72a〜72g
から成る。正方形で表わした領域76,78,8
0は、それぞれ発振器の接地端子、VDD端子、及
び出力端子を示す。端子76は、7個のEモード
FET70a〜70gのソース電極に接続され、
端子78は、7個のDモードFET72a〜72
gのドレイン電極に接続される。信号出力
(FET70gのドレイン)は、2個のDモード
FET82,84から成るバツフアによつて端子
80に接続される。このバツフアは、発振器の動
作に影響を与えるものではなく、単に発振器の出
力信号の測定を容易にさせるために設けられたも
のである。第13図は、スペクトラム・アナライ
ザによつて示される如きリング発振器の出力信号
を表わす。周波数ピークは1.089GHzに生じる。
周知のように、リング発振器のこの周波数の逆数
は、その発振器の段数に1段当たりの伝播遅延時
間の2倍を乗じたものに等しい。よつて、この1
段当たりの伝播遅延時間は、65.6psとなる。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明は、上述の特定の例に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要
旨を逸脱しない限り種々の変更が可能である。例
えば、本発明は、ガリウム砒素だけでなく、エツ
チングに異方性を示す他の化合物半導体を使用す
ることができる。AlGaAsの如く化合物半導体の
少なくとも1層を着設した半絶縁性のガリウム砒
素基板を用い、チヤネル領域をアルミニウム・ガ
リウム砒素内に形成するようにしたMESFET、
例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT)及
び2次元電子ガスFET等が知られているが、本
発明はこれらの装置構成にも適用しうる。
(発明の効果) 本発明製造方法によれば、エツチング速度の異
方性を有する単結晶化合物半導体材料の基板にイ
オン打ち込み等により同じ深さの複数の活性領域
を形成し、更にそこに異なる長手方向に同じエツ
チング剤を用いて同時に異なる深さのゲート凹部
を形成し、このゲート凹部にゲート電極を着設す
ることにより、同時にEモード及びDモードの両
MESFETを形成するので、両MESFETの製造に
必要な工程数が従来の製造方法に比して減少し、
生産効率が向上し、原価低減及び信頼性の改善に
寄与するという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は半絶縁性ガリウム砒素のウエハの断片
を示す平面図、第2〜第10図はそれぞれ金属−
半導体FETの製造過程におけるウエハの互いに
直角方向の1対の拡大断面図、第11図はインバ
ータを示す回路図、第12図は表面にリング発振
器が形成されたガリウム砒素ウエハの一部を示す
拡大平面図、第13図はリング発振器の出力信号
のスペクトルを示す図である。 図中、2は単結晶化合物半導体のウエハ(基
板)、50及び52は長方形領域としてのバイア、
54及び56はゲート凹部、70及び72はそれ
ぞれEモードFET及びDモードFETである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 単結晶化合物半導体材料の基板に一導電型の
    同じ深さの活性領域を複数個形成することと、 該各活性領域内に、それぞれの長手方向が上記
    基板の結晶軸に対して互いに異なる長手形領域を
    定め、同一エツチング剤を用い同時にエツチング
    して異なる深さのほぼ長方形のゲート凹部を形成
    することと、 該ゲート凹部にゲート電極を着設することと、 深いゲート凹部を有する活性領域にエンハンス
    メント・モード電界効果トランジスタを形成し、
    浅いゲート凹部を有する活性領域にデプリーシヨ
    ン・モード電界効果トランジスタを形成すること
    とより成る半導体装置の製造方法。
JP14850084A 1983-07-25 1984-07-17 半導体装置の製造方法 Granted JPS6043866A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US51716283A 1983-07-25 1983-07-25
US517162 1983-07-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6043866A JPS6043866A (ja) 1985-03-08
JPH0224024B2 true JPH0224024B2 (ja) 1990-05-28

Family

ID=24058627

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14850084A Granted JPS6043866A (ja) 1983-07-25 1984-07-17 半導体装置の製造方法

Country Status (3)

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EP (1) EP0135307A3 (ja)
JP (1) JPS6043866A (ja)
CA (1) CA1201538A (ja)

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JPS54144181A (en) * 1978-04-28 1979-11-10 Nec Corp Integrated inverter circuit

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EP0135307A3 (en) 1986-12-30
CA1201538A (en) 1986-03-04
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JPS6043866A (ja) 1985-03-08

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