JPH0257340B2 - - Google Patents

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JPH0257340B2
JPH0257340B2 JP21220185A JP21220185A JPH0257340B2 JP H0257340 B2 JPH0257340 B2 JP H0257340B2 JP 21220185 A JP21220185 A JP 21220185A JP 21220185 A JP21220185 A JP 21220185A JP H0257340 B2 JPH0257340 B2 JP H0257340B2
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JP
Japan
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metal film
gate electrode
forming
conductive layer
etching
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JP21220185A
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JPS6273673A (ja
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Takeshi Nogami
Hiroshi Iwasaki
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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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、電界効果トランジスタの製造方法
に関し、特にGaAs半導体基板に形成されるシヨ
ツトキバリヤ接合形の電界効果トランジスタの製
造方法に関するもである。
[発明の技術的背景] シヨツトキバリヤゲート電界効果トランジスタ
(以下にはSBFETと略記する)のうち、基板が
GaAsで構成されているMESFETは特に高周波
特性に優れているため、マイクロ波用素子として
広く用いられているが、近年では更にGaAsICの
構成素子としても、更に改良された製造方法が求
められている。
GaAsMESFETの製造方法としては種々のも
のが知られているが、現在主流となつている方法
は、シヨツトキバリヤとなるゲート電極を一種も
しくは二種以上の金属を積層して構成する一方、
活性層並びにソース電極及びドレイン電極下の
N+導電層をイオン注入法を利用して形成する方
法である。また、この方法において、イオン注入
の方法とゲート電極の形成方法には次のような方
法が行われていた。
すなわち、イオン注入方法としては、金属膜を
透過して半導体基板内に不純物イオンを注入する
方法と、活性化アニールの時に用いる絶縁性保護
膜を透過して半導体基板内に不純物イオンを注入
する方法とがあり、一方、多層金属のゲート電極
形成方法としては、異種金属を多層に蒸着させて
形成する方法と、添加元素の濃度が互いに異なる
同種金属層を多層に積層させて形成する方法とが
行われている。
[背景技術の問題点] 前記のごとき従来方法には、次のような問題点
があつた。
(i) 活性化アニールに用いる絶縁性保護膜を通し
てイオン注入を行う方法では、この膜を形成せ
ずに直接イオン注入を行つた場合に比べて基板
表面のキヤリヤ濃度が高くなるとともにイオン
注入による基板の損傷が小さいという効果があ
るが、イオン注入後の工程では該保護膜を除去
してからゲート電極を蒸着することになるた
め、該保護膜除去後に露出した半導体基板表面
がその後の工程で種々の物理的及び化学的処理
によつて汚染され、その結果、シヨツトキ特性
が不安定であつたり、活性層の特性が不均一な
素子を生じやすかつた。
(ii) 金属膜を透して半導体基板内にイオン注入す
る方法においても、イオン注入後に該金属膜は
除去されてゲート電極として使用されることは
なかつた。なぜなら、一般に金属膜のイオン透
過性は絶縁性保護膜にくらべて小さいため、前
記(i)の方法よりイオン注入量が小さくなる。そ
れ故、この方法の場合、該金属膜の厚さは最大
5〜700Åの範囲に制限されることになるが、
そのためゲート電極として使用するとゲートの
シート抵抗が高くなり、FETの高速動作が妨
げられることとなり、より高い周波数で動作し
得る素子を形成することが不可能となるからで
ある。
(iii) ゲート電極が多層金属からなる従来の方法で
は、構成金属が同種金属、異種金属いずれの場
合にあつても、ゲート電極下部を形成する下層
金属膜が活性層及びN+導電層のイオン注入透
過膜として利用されることがなかつた。その結
果、前記(i)(ii)の方法と同様、半導体基板表面は
イオン注入時の損傷が生じたり、また、その後
の工程における酸化やエツチングの影響を受け
活性層や表面特性は劣化されていた。
[発明の目的] この発明の目的は、前記のごとき従来方法にお
ける問題点を解決し、イオン注入後に活性層表面
を汚染劣化させることなく、またゲートのシート
抵抗が低く、且つ高い相互コンダクタンスを有す
る均一な特性の高周波FETを製造することがで
きるSBFETの製造方法を提供することである。
[発明の概要] この発明による方法は、最終的にゲート電極が
高融点金属又はその化合物からなる第一及び第二
の金属膜の多層金属で構成されるが、該第一金属
膜は、それを透して半導体基板内に活性層形成の
ためのイオン注入を行ない、さらに活性層のアニ
ール保護膜として利用するとともにゲート電極下
部として第二金属膜とともにゲート電極を形成す
る。一方、第二金属膜は、第一金属膜を被覆して
素子形成に利用するとともに、ゲート電極上部と
して第一金属膜とともにゲート電極を形成するこ
とを特徴とするものである。
本発明方法では、活性層形成のためのイオン注
入が第一金属膜を透して行われるので、イオン注
入時のチヤネリングやチヤージアツプがなくなる
とともに、表面近傍に高濃度でキヤリヤの分布が
あるように行われる。また、活性層のアニール時
に該第一金属膜が保護膜として利用されさらにゲ
ート電極として残されるため、活性層表面が工程
中露出せず、その結果酸化や有害イオン等によつ
て汚染劣化されることがない。さらに第一及び第
二金属膜が厚いゲート電極を構成するため、ゲー
ト電極のシート抵抗が低減する。
本発明方法の好ましい実施態様は、第一金属膜
が、活性層のイオン注入及びその活性化アニール
のためばかりでなく、N+導電層のイオン注入透
過膜としても(特許請求の範囲第2項)またN+
導電層のイオン注入透過膜及びその活性化アニー
ル保護膜としても(特許請求の範囲第3項)利用
されるものである。
該実施態様では、N+導電層も表面近傍に高濃
度に形成されるため、ソース及びドレインの接触
抵抗を低減する。また、第一金属膜が基板の全面
を被覆して基板に加わる熱処理不均一応力のクツ
シヨンになるので、熱処理されたときドープされ
た不純物原子の異常再拡散が防止される。そし
て、第一金属膜としてタングステンナイトライ
ド、タングステンシリサイドの高融点金属化合物
を使用すると、それ自体GaAs基板に対して熱応
力を生じないので特に好ましい。
しかも本発明では、第二金属膜が第一金属膜と
ともに素子形成に有効に利用できるので
GaAsMESFETを効率よく製造することができ
る。
[発明の実施例] 以下に図面を参照して本発明方法の主要工程に
ついて説明する。
第一実施例では、第2図aに示すように、ま
ず、GaAs製の半絶縁性基板1の上にたとえば
WN(タングステンナイトライド)から成る第一
の金属膜2を700Å以下の膜厚で全面蒸着する。
この上に活性層形成のためのイオン注入開口3a
を有するレジストパターン3を第2図bに示すよ
うに形成し、この開口3a内に露出した第一の金
属膜2を透過して不純物を基板1内にイオン注入
し、活性層となるべきイオン注入領域4を形成す
る。次にレジストパターン3を剥離した後、第2
図cに示すように第一の金属膜2の上にMoから
成る第二の金属膜5を厚さ500〜2000Åで蒸着す
る。そして、この上にゲート電極とほぼ同形のレ
ジストパターン6(もしくはSiO2など絶縁物か
らなる、あるいはレジストと絶縁物の複合層から
なるパターン)を第2図dの如く形成した後、該
レジストパターン6をマスクとして第二の金属膜
5をエツチングして第2図eのようにゲート電極
上部7を形成する。
次に該レジストパターン6を剥離した後、新た
にレジスト膜を全面に被着させ、該レジスト膜を
パターニングして第2図fのごときレジストパタ
ーン8を形成することによりゲート電極上部7の
両側にソース及びドレイン形成用のイオン注入の
ための開口を形成する。そして、ゲート電極上部
7とレジストパターン8をストツパーとしてゲー
ト電極上部7の両側に露出している第一の金属膜
2を透過して基板1内に第2図gのように不純物
をイオン注入し、前記イオン注入領域4を挾んで
ソース及びドレインの導電層となるべき二つの
N+イオン注入領域9を形成する。しかる後、レ
ジストパターン8を剥離し、第2図hの如く絶縁
膜10を全面に被着させて該絶縁膜10を第一金
属膜2及びゲート電極上部7とともに活性化アニ
ール時の保護膜とした後、800℃前後で5〜40分
間、活性化アニールを行つて前記各イオン注入領
域の活性化と結晶回復を行うことにより、前記イ
オン注入領域をそれぞれ活性層11並びにソース
N+導電層12及びドレインN+導電層13に形成
する。アニールはアルシン雰囲気のキヤツプレス
アニール、ランプアニール、その他を採用しても
よい。
次いで第2図iの如く絶縁膜10を剥離した
後、ゲート電極上部7をマスクにして第一の金属
膜2を反応性イオンエツチングすることにより、
第2図jに示したようにゲート電極上部と自己整
合するゲート電極下部14が形成される。そして
更にアルミニウム等の第三の金属膜の蒸着、レジ
ストパターンの形成、該レジストパターンをマス
クとして第三の金属膜の選択的エツチング等の工
程を経て第2図kに示すように、ソースN+導電
層12及びドレインN+導電層13にオーミツク
接触するソース電極15及びドレイン電極16を
形成して素子形成工程を終了する。
その結果、本発明方法によれば、第1図に示す
ように、ゲート電極17の上部7がMo等の第二
の金属膜で構成されるとともにゲート電極17の
下部がWN等の第一の金属膜で構成された
GaAsMESFETが得られる。
なお、第一の金属膜2はWNでなく、タングス
テン単体であつてもよく、また第二の金属膜5は
Mo化合物であつてもよいことは勿論であるが、
WやMo以外の高融点金属もしくはその化合物で
構成してもよい。
第3図は別の第二実施例の工程を示したもので
ある。第一実施例とは第2図eまでの工程が同じ
で、次にレジストパターン6を剥離し、第3図a
のように、酸化膜18を全面に堆積し、さらにレ
ジスト膜19を被覆する。これをエツチバツクす
れば、第3図bようにゲート電極上部7の側壁に
サイドウオール20を残すことができる。これに
あらたにレジスト膜を全面に被着させ、該レジス
ト膜パターニングしてN+導電層イオン注入のた
めのストツパーを形成して、第3図cのようにイ
オン注入をすれば、ゲート電極からサイドウオー
ル20による所定オフセツト寸法を隔てたN+
オン注入領域21(N+導電層)が形成された
GaAsMESFETを得ることができる。
第4図はオフセツトを挿入する別の第三実施例
の工程を示したものである。第一実施例の第2図
(i)の工程で、第一の金属膜2を反応性イオンエツ
チングに加えて、制御性のよくかつサイドエツチ
ングのできるプラズマエツチングなどの方法を併
用すれば、第4図のようにゲート電極下部22と
N+導電層12,13との間にサイドエツチング
によるオフセツトを入れることができる。
第5図は、活性化アニール工程が異なる第四実
施例の工程を示したものである。この実施例で
は、N+導電層12,13についてアルシン雰囲
気下のキヤツプレスアニールがなされるが、活性
層については第一金属膜25及び第二金属膜26
並びに絶縁物6(複合レジストの絶縁物が残され
たもの)によつて保護されている。
[発明の効果] 以上に説明した本発明方法によれば次のような
効果を得ることができる。
(i) 従来の製造方法では活性層イオン注入領域の
表面がイオン注入後に酸化、汚染、エツチング
等の好ましくない状況に曝されていたため、シ
ヨツトキ特性が不安定であつたり、或いは活性
層の特性が不均一であつたりしたのに対し、本
発明の方法ではイオン注入領域が全工程中第一
の金属膜2によつて被覆されているため、シヨ
ツトキ特性やFET特性の安定した素子が得ら
れる。
(ii) 本発明の方法では、第一の金属膜2を通して
イオン注入を行ない、イオン注入時のチヤネリ
ングやチヤージアツプがなく且つ導電層のキヤ
リヤ分布が基板表面近くに形成され、従つて高
い相互コンダクタンスの均一特性のFETが得
られる。
(iii) ゲート電極が多層積層によつて厚く形成され
ているため、ゲートの寄生抵抗が小さくなり、
その結果、高周波動作可能なFETが得られる。
また好ましい実施態様によれば、 (iv) 全面に金属膜2を形成した状態でN+導電層
のイオン注入及びアニールを行うため、ソー
ス・ドレインの接触抵抗が低減したFETが得
られるとともに、ドープされた不純物原子の異
常再拡散が小さくなり、その結果、短チヤネル
効果の小さいFETが得られる。
(v) 第一の金属膜2に制御性よくサイドエツチを
入れることにより、ソース・ドレイン領域とゲ
ート電極にオフセツトを入れることができ、ゲ
ート・ソース間、ゲート・ドレイン間における
リーク電流を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法で製造される
GaAsMESFETの断面図、第2図a乃至第2図
kは本発明方法第一実施例の工程を示す断面図、
第3図a乃至第3図cは第二実施例の主要工程を
示す断面図、第4図、第5図はそれぞれ第三実施
例、第四実施例の主要工程を示す断面図である。 1……半導体基板、2……第一の金属膜、3…
…レジストパターン、4……活性層イオン注入領
域、5……第二の金属膜、6……レジストパター
ン、7,26……ゲート電極上部、8……レジス
トパターン、9,21……N+導電層イオン注入
領域、10……絶縁膜、11……活性層、12…
…ソースN+導電層、13……ドレインN+導電
層、14,22,25……ゲート電極下部、15
……ソース電極、16……ドレイン電極、17…
…ゲート電極、20……サイドウオール。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板の上に高融点金属又はその化合物
    から成る第一の金属膜を形成する工程と、該第一
    の金属膜を透して該半導体基板内に活性層形成用
    不純物をイオン注入する工程と、該第一の金属膜
    上に高融点金属膜又はその化合物から成る第二の
    金属膜を形成する工程と、該第一及び第二の金属
    膜から成るシヨツトキーゲート電極を形成する工
    程とを含む電界効果トランジスタの製造方法。 2 第二の金属膜の形成工程ないしゲート電極の
    形成工程が、該第二の金属膜を選択的にエツチン
    グしてゲート電極上部を形成する工程と、該ゲー
    ト電極上部をストツパーとするとともに該第一の
    金属膜を透して該半導体基板内にソース電極及び
    ドレイン電極下のN+導電層形成用の不純物をイ
    オン注入する工程とからなる特許請求の範囲第1
    項記載の電界効果トランジスタの製造方法。 3 第二の金属膜の形成工程ないしゲート電極の
    形成工程が、該第二の金属膜を選択的にエツチン
    グしてゲート電極上部を形成する工程と、該ゲー
    ト電極上部をストツパーとするとともに該第一の
    金属膜を透して該半導体基板内にソース電極及び
    ドレイン電極下のN+導電層形成用の不純物をイ
    オン注入する工程と、活性層及びN+導電層の活
    性化アニール後に該ゲート電極上部をマスクとし
    該第一の金属膜をエツチングしてゲート電極下部
    を形成する工程とからなる特許請求の範囲第1項
    記載の電界効果トランジスタの製造方法。 4 第一の金属膜がタングステンナイトライド又
    はタングステンシリサイドからなる特許請求の範
    囲第1項ないし第3項いずれか記載の電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
JP21220185A 1985-09-27 1985-09-27 電界効果トランジスタの製造方法 Granted JPS6273673A (ja)

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US07/688,711 US5187111A (en) 1985-09-27 1991-04-23 Method of manufacturing Schottky barrier gate FET
US07/941,151 US5405792A (en) 1985-09-27 1992-09-04 Method of manufacturing schottky barrier gate type fet

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JPS6445174A (en) * 1987-08-13 1989-02-17 Nippon Telegraph & Telephone Field-effect transistor
JPS6445175A (en) * 1987-08-14 1989-02-17 Nippon Telegraph & Telephone Gallium arsenide field-effect transistor

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