JPH0228254B2 - Denkaikokatoranjisutaoyobisonoseizohoho - Google Patents

Denkaikokatoranjisutaoyobisonoseizohoho

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JPH0228254B2
JPH0228254B2 JP22152484A JP22152484A JPH0228254B2 JP H0228254 B2 JPH0228254 B2 JP H0228254B2 JP 22152484 A JP22152484 A JP 22152484A JP 22152484 A JP22152484 A JP 22152484A JP H0228254 B2 JPH0228254 B2 JP H0228254B2
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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及びその製造方
法に係り、特にゲート電圧−ソース・ドレイン間
電流の特性を非直線的に形成することを可能にし
た電界効果型トランジスタの構造及びその製造方
法に関する。
スイング幅の大きな入力信号を扱うアナログ
ICにおいては、該ICの性能を維持するためにダ
イナミツク・レンジの広い増幅手段や自動ゲイン
調整(AGC)手段を内蔵せしめることが必要に
なる。
特に高周波信号を扱うアナログICにおいては
増幅素子として電界効果トランジスタ(FET)
が主として用いられるので、該ICのダイナミツ
ク・レンジを拡げるために非線型増幅回路が付加
されている。
そのため該アナログICが複雑化し、その集積
度の向上が妨げられるので、非線型増幅が可能な
FETの開発が要望されている。
〔従来の技術〕
第9図は、従来から上記高周波アナログICに
主として用いられていたガリウム砒素(GaAs)
FETの構造を模式的に示す平面図a、A−A矢
視断面図b及びB−B矢視断面図cで、図中、1
は半絶縁性のGaAs基板、2は不純物が導入され
導電性が付与されたチヤネル領域、3はゲート電
極、4はソース電極、5はドレイン領域、6はソ
ース電極、7はドレイン領域を表している。
同図に示すように従来のGaAsFETにおいて
は、チヤネル領域2の深さがゲート幅方向及びゲ
ート長方向に対して一定に形成され、且つキヤリ
ア濃度(不純物濃度)の分布も一様に形成されて
いた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従つて該FETのコンダクタンス(gm)の特
性、即ちゲート電圧(VG)−ソース・ドレイン間
飽和電流(IDSS)特性Aは第10図のように直線
になり、入力信号に対して一定の増幅率しか得ら
れない。
そのため従来のFETを増幅素子に用いた場合
は、非線型増幅回路や非線型のフイードバツク回
路を付加しないと、入力信号のゲインが小さい時
には該ICの出力ゲインが低下し、入力信号のゲ
インが大きい時には該ICの性能が飽和して、入
力信号に対するダイナミツク・レンジが狭まり、
完全な機能を果たせないという問題が生ずる。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点の解決は、チヤネル領域のキヤリア
濃度が、ゲート幅方向に沿つて異なる本発明によ
る電界効果型トランジスタ、及びチヤネルが形成
される領域の深さが、ゲート幅方向に沿つて異な
る本発明による電界効果トランジスタ、或いは収
束イオンビームを用いるイオン注入法によりチヤ
ネル領域のキヤリア濃度をゲート幅方向に沿つて
変化せしめる工程を有する本発明による電界効果
トランジスタの製造方法、及び収束イオンビーム
を用いるイオン注入法によりチヤネルが形成され
る領域の深さをゲート幅方向に沿つて変化せしめ
る工程を有する本発明による電界効果トランジス
タの製造方法によつて達成される。
〔作用〕
即ち本発明は、収束イオンビームを用いるマス
ク・レスのイオン注入技術により、FETのチヤ
ネル領域のキヤリア濃度及び深さの分布の一方若
しくは両方をゲート幅方向に沿つて複数段に或い
は連続的に変化せしめることによつて、ピンチオ
フ電圧の異なる複数のFETが並列に接続された
のと等価になし、ゲートに印加される入力信号の
ゲインが低い時は該並列に接続されたと見做され
る総てのFETが導通状態を維持してトータルの
コンダクタンスが大きくなり、また入力信号のゲ
インが高い時は該並列に接続されたと見做される
FETの一部のみが導通状態を維持し他は遮断状
態になつてトータルのコンダクタンスが低下す
る。かくて本発明においては、所望の非線型増幅
機能を備えたFETが提供されるので、本発明の
FETを用いることによりアナログICの入力信号
に対するダイナミツクレンジを拡大せしめること
が出来る。
〔実施例〕
以下本発明を図に示す実施例により、具体的に
説明する。
第1図は第1の実施例の構造を模式的に示す平
面図a、A−A矢視断面図b、B−B矢視断面図
c及びチヤネル領域のキヤリア濃度分布図d、第
2図及び第3図のa乃至eは同第1の実施例の製
造方法を示す異なる方向の工程断面図、第4図は
収束イオンビームによるイオン注入装置の模式側
断面図、第5図は第2の実施例の構造を模式的に
示す平面図a、A−A矢視断面図b及びB−B矢
視断面図c、第6図及び第7図は同第2の実施例
の製造方法を示す異なる方向の工程断面図、第8
図は上記実施例のFETにおけるVG−IDSS特性図で
ある。
全図を通じ同一対象物は同一符号で示す。
第1図はチヤネル領域の深さを一定とし、キヤ
リア濃度をゲート幅方向に沿つて3段階に変化せ
しめたGaAsFETにおける一実施例を模式的に示
す平面図a、A−A矢視断面図b、B−B矢視断
面図c、及びチヤネル領域のキヤリア濃度分布図
dである。
同図において、1は半絶縁性GaAs基板、2は
キヤリア濃度1×1017程度の第1のn型チヤネル
領域、2bはキヤリア濃度2×1017程度の第2の
n型チヤネル領域、2cはキヤリア濃度3×1017
程度の第3のn型チヤネル領域、3は例えばタン
グステン・シリサイド(WSi2)よりなるゲート
電極、4はキヤリア濃度1018〜1019程度のn+型ソ
ース電極、5はキヤリア濃度1018〜1019程度のn+
型ドレイン領域、6は金・ゲルマニウム/金
(AuGe/Au)よりなるソース電極、7は同じく
ドレイン領域を示す。
かかる構造において、一例としてゲート幅WG
は18μm程度、第1、第2、第3のn型チヤネル
領域の幅WC1,WC2,WC3、は各6μm程度、ゲー
ト長LGは1〜2μm程度に設定される。
上記実施例の構造は、例えば第2図及び第3図
のa乃至eに示す工程により形成される。
即ち先ず第2図及び第3図のaに示すように、
半絶縁性GaAs基板1面の第1、第2、第3のチ
ヤネル領域2a,2b,2cを形成する領域に収
束イオンビームの走査により、例えば60KeV程
度の一定の加速エネルギーで、異なるドーズ量で
シリコン(Si+)をイオン注入する。各領域に対
するドーズ量は、例えば2aの領域が2×1012cm
-2程度、2bの領域が3×1012cm-2程度、2cの
領域が4×1012cm-2程度である。
なお上記収束イオンビームによるイオン注入方
法には例えば第4図に示すように、液体イオン源
21、イオン引出し電極22、コンデンサレンズ
23、イオン分別用磁石(質量分析手段)24、
ビーム収束用静電レンズ25、ビーム偏向電極2
6、ステージ27によつて主として構成され(2
8は試料、IBはイオンビーム)、最小0.1μm程度
のビームスポツト径が得られる注入装置が用いら
れ、イオン注入に際しては2a,2b,2cの領
域をSiのイオンビームによつてそれぞれ異なる速
度で走査することにより、それぞれに上記のよう
に異なつたドーズ量のSiが注入される。
なおこのように隣接した領域の注入量を変える
ことは、従来のマスクによる選択注入技術では不
可能である。
次いで通常の蒸着手段及びリソグラフイー手段
を用い、第2図及び第3図のbに示すように、前
記チヤネル領域2a,2b,2c上にその配設方
向に沿つてWSi2よりなるゲート電極3を形成す
る。
次いで第2図及び第3図のcに示すようにレジ
スト膜8及びゲート電極3をマスクにし、
175KeV、1×1013cm-2程度の条件で通常のマス
ク注入法によるSiのイオン注入を行いn+型ソース
領域4及びn+型ドレイン領域5を形成する。
次いで第2図及び第3図のdに示すように、該
基板上を0.1μm程度の厚さの窒化アルミニウム
(AlN)膜9で覆つてAsの蒸発を防止しながら該
基板を950℃程度で5秒程度熱処理し、上記チヤ
ネル領域2a,2b,2c及びソース、ドレイン
領域4,5を活性化する。
次いでAlN膜9を除去した後、通常通り該基
板上にSiO2膜10を形成し、該SiO2膜10上に
レジスト膜11を形成し、該レジスト膜11にフ
オトプロセスによりソース電極及びドレイン電極
パターンに対応する開孔12を形成し、ウエツ
ト・エツチングを行つて上記開孔12下部の
SiO2膜10を除去する方法により、第2図及び
第3図のeに示すようにゲート電極3上に該ゲー
ト電極3とソース電極及びドレイン電極との間隔
に相当する庇部を有するレジスト・マスク111
を形成し、通常の蒸着法によりソース領域4及び
ドレイン領域5上にAuGe/Auよりなるソース
電極6及びドレイン電極7をそれぞれ形成する。
次いでリフトオフ法によりレジスト・マスク1
11上のAuGe/Au膜を該レジスト・マスク1
11と共に除去し、レジスト・マスク111下部
のSiO2膜10をウエツト・エツチング手段によ
り除去することによつて、第1図a,b,cに示
す異なるキヤリア濃度のチヤネル領域2a,2
b,2cを有するGaAsFETが形成される。
第5図はチヤネル領域のキヤリア濃度を一定と
し、深さをゲート幅方向に沿つて3段階に変化せ
しめたGaAsFETにおける第2の実施例の構造を
模式的に示す平面図a、A−A矢視断面図b、B
−B矢視断面図cである。
図において、102aは深さ500Å程度の第1
のn型チヤネル領域、102bは深さ750Å程度
の第2のn型チヤネル領域、102cは深さ1000
Å程度の第3のn型チヤネル領域を示す。キヤリ
ア濃度は全チヤネル領域共、例えば1×1017cm-3
程度とする。その他の構造は第1の実施例と同様
である。
該第2の実施例に示すチヤネル構造は第6図及
び第7図に示す工程断面図のように、半絶縁性
GaAs基板1面の第1、第2、第3のチヤネル領
域102a,102b,102cを形成する領域
に、異なる加速エネルギーを有する収束イオンビ
ームの走査により、例えば4×1012cm-2程度の一
定ドーズ量のSi+をイオン注入することによつて
形成される。この際の加速エネルギーは、第1の
チヤネル領域102aに対しては50KeV、第2
のチヤネル領域102bに対しては75KeV、第
3のチヤネル領域102cに対しては100KeV程
度に設定される。
そして以後前記第2図及び第3図のb乃至eに
示す工程を経て、第5図に示す第2の実施例の
GaAsFETが形成される。
上記第1、第2の実施例に示したGaAsFETに
おけるピンチオフ電圧は、第1のチヤネル領域が
0V近傍、第2のチヤネル領域が1.5〜2V程度、第
3のチヤネル領域が3〜4V程度となる。従つて
ゲート電圧がそれぞれのピンチオフ電圧を超えた
時点でコンダクタンスが低下し、第6図に示す特
性図のように屈曲した直線よりなるVG−IDSSが得
られる。
なお上記実施例においてはチヤネル領域を3種
のキヤリア濃度或いは深さの異なる領域に形成し
たが、本発明はチヤネル領域のキヤリア濃度或い
は深さを更に多種に変える際、及び連続的に変え
る際にも適用される。
従つて本発明によれば、更に屈曲点の覆い直線
よりなるVG−IDSS特性を持つたFET及び曲線状の
VG−IDSS特性を持つたFETが形成出来る。
またキヤリア濃度と深さを共に変える際にも適
用され、これによつて更に要求に合つたVG−IDSS
特性が得られる。
なおまた本発明はGaAsに限らず、他の−
族化合物半導体よりなるFETには勿論、シリコ
ンFETにも適用される。
〔発明の効果〕
以上説明のように本発明によれば、用途に応じ
て任意の非直線性のVG−IDSS特性を有するFET即
ちゲート電圧に応じてコンダクタンスが変わる非
線型の増幅機能を持つたFETを提供することが
可能になる。
従つて本発明はスイング幅の大きい入力信号を
扱うアナログIC等の回路構成を簡略化し、その
集積度を向上せしめるうえに極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のGaAsFETにおける第1の実
施例の構造を模式的に示す平面図a、A−A矢視
断面図b及びB−B矢視断面図c及びチヤネル領
域のキヤリア濃度分布図d、第2図及び第3図の
a乃至eは同第1の実施例の製造方法を示す異な
る方向の工程断面図、第4図は収束イオンビーム
によるイオン注入装置の模式側断面図、第5図は
第2の実施例の構造を模式的に示す平面図a、A
−A矢視断面図b及びB−B矢視断面図c、第6
図及び第7図は同第2の実施例の製造方法を示す
異なる方向の工程断面図、第8図は上記実施例の
FETにおけるVG−IDSS特性図、第9図は従来の
GaAsFETの構造を模式的に示す平面図a、A−
A矢視断面図b及びB−B矢視断面図c、第10
図従来のFETのVG−IDSS特性図である。 図において、1は半絶縁性GaAs基板、2a,
2b,2cはキヤリア濃度の異なる第1、第2、
第3のn型チヤネル領域、3はゲート電極、4は
n+型ソース領域、5はn+型ドレイン領域、6は
ソース電極、7はドレイン電極、WGはゲート幅、
102a,102b,102cは深さの異なる第
1、第2、第3のn型チヤネル領域、を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 チヤネル領域のキヤリア濃度が、ゲート幅方
    向に沿つて異なることを特徴とする電界効果トラ
    ンジスタ。 2 チヤネルが形成される領域の深さが、ゲート
    幅方向に沿つて異なることを特徴とする電界効果
    トランジスタ。 3 収束イオンビームを用いるイオン注入法によ
    りチヤネル領域のキヤリア濃度をゲート幅方向に
    沿つて変化せしめる工程を有することを特徴とす
    る電界効果トランジスタの製造方法。 4 収束イオンビームを用いるイオン注入法によ
    りチヤネルが形成される領域の深さをゲート幅方
    向に沿つて変化せしめる工程を有することを特徴
    とする電界効果トランジスタの製造方法。
JP22152484A 1984-10-22 1984-10-22 Denkaikokatoranjisutaoyobisonoseizohoho Expired - Lifetime JPH0228254B2 (ja)

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US5206531A (en) * 1990-03-19 1993-04-27 Lockheed Sanders, Inc. Semiconductor device having a control gate with reduced semiconductor contact
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