JPH03241750A - Field-effect transistor and manufacture thereof - Google Patents

Field-effect transistor and manufacture thereof

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JPH03241750A
JPH03241750A JP3803190A JP3803190A JPH03241750A JP H03241750 A JPH03241750 A JP H03241750A JP 3803190 A JP3803190 A JP 3803190A JP 3803190 A JP3803190 A JP 3803190A JP H03241750 A JPH03241750 A JP H03241750A
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JP
Japan
Prior art keywords
resist film
forming
active layer
source
gate
Prior art date
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Pending
Application number
JP3803190A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Otobe
健二 乙部
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To contrive to suppress a sheet resistance by forming a low-resistance region in close vicinity to a gate electrode in a self-alignment manner. CONSTITUTION:After a remover used exclusively for OMR is employed to remove a sublayer resist film 14 and SiO2 films 15, 19 on the resist film by a lift-off, annealing is conducted for the purpose of activating implanted ions. After that, normal photolithography and lift-off method are used to form a Schottky gate electrode 20 on an activated layer 12 exposed at the place of a removed dummy gate, a source ohmic electrode 21 on a source low-resistance region 18 and a drain ohmic electrode 22 on the activated layer on the drain side separately from the gate electrode 20, respectively. Thus, it is possible to contrive to reduce a source resistance.

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、特にマイクロ波集積
回路(MIC)やモノリシックマイクロ波乗積回路(M
M I O)などを構成する高周波動作用として好適な
電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するもの
である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] This invention relates to field effect transistors, particularly microwave integrated circuits (MICs) and monolithic microwave multiplier circuits (M
The present invention relates to a field-effect transistor suitable for high-frequency operation constituting an MIO, etc., and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般にマイクロ波帯におけるような高周波動作を目的と
したGaAs  MMICやMICは、電界効果トラン
ジスタ(ME S F ET)等の能動素子に、抵抗、
容量、インダクタ等の受動素子を組合せて形成される。
Generally, GaAs MMICs and MICs intended for high-frequency operation such as in the microwave band have resistors and active elements such as field effect transistors (MESFET).
It is formed by combining passive elements such as capacitors and inductors.

ここで用いられる電界効果トランジスタの動作周波数は
2GHz以上であり、トランジスタ自体の高速性が要求
される。そこで、高速性を表わす指標となるfr(電流
遮断周波数)を向上させるべく、従来より種々の工夫が
なされている。具体的には、トランスコンダクタンスg
 を向上させ、ゲート容量を低減させるために0.5μ
m以下の短ゲートにする、ソース抵抗を減らすため、T
字状ダミーゲートをマスクとしてイオン注入を行なうこ
とによりゲート電極に対し自己整合的にソース・ドレイ
ン低抵抗領域を形成するなどである。
The operating frequency of the field effect transistor used here is 2 GHz or higher, and the transistor itself is required to be high-speed. Therefore, various efforts have been made to improve fr (current cutoff frequency), which is an indicator of high speed performance. Specifically, the transconductance g
0.5μ to improve gate capacitance and reduce gate capacitance
In order to make the gate shorter than m and reduce the source resistance, T
By performing ion implantation using the letter-shaped dummy gate as a mask, source/drain low resistance regions are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、ダミーゲートを利用することによりゲート電極
を挟んで両側に対称的に位置するソースおよびドレイン
の低抵抗領域を形成するものとすると、ソース側の低抵
抗領域がゲート電極に対して自己整合的に近接して形成
され、ソース抵抗を低減する点では望ましいものの、同
時にドレイン側の低抵抗領域もゲート電極に近接して形
成されるためI−V飽和特性が悪くなリドレインコンダ
クタンスも悪化する。特に、ゲート−ドレイン耐圧が低
くなることから、パワー用(高出力用)FETとしての
使用は困難となる。上述したように、マイクロ波帯のよ
うな高周波用においては、ケート長を短くする必要があ
る。そのうち20V以上といった耐圧が必要なパワー用
FETにおいては、短ゲート長のゲート電極に対し、自
己整合的に近接してソース・ドレイン側低抵抗領域を配
置したものでは直ぐリークバスが生じて正常な動作を期
待することはできない。
However, if we use a dummy gate to form low resistance regions of the source and drain located symmetrically on both sides of the gate electrode, the low resistance regions on the source side will be self-aligned with the gate electrode. Although this is desirable in terms of reducing source resistance, at the same time, the low resistance region on the drain side is also formed close to the gate electrode, resulting in poor IV saturation characteristics and poor drain conductance. In particular, since the gate-drain breakdown voltage becomes low, it is difficult to use it as a power (high output) FET. As mentioned above, in high frequency applications such as microwave bands, it is necessary to shorten the cable length. Among power FETs that require a withstand voltage of 20V or more, if the low resistance regions on the source and drain sides are placed close to the gate electrode with a short gate length in a self-aligned manner, a leak bus will immediately occur and normal operation will not be possible. cannot be expected.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明の電界効果トランジスタは、半導体基板の活性
層上にショットキーゲート電極、これに近接してソース
低抵抗領域およびその上にソースオーミック電極を配置
し、かつゲート電極を挟んでソースオーミック電極と反
対側の活性層上にドレインオーミック電極を配置したも
のである。
The field effect transistor of the present invention includes a Schottky gate electrode on an active layer of a semiconductor substrate, a source low resistance region adjacent to the Schottky gate electrode, and a source ohmic electrode disposed above the Schottky gate electrode, with the gate electrode sandwiched between the source ohmic electrode and the source ohmic electrode. A drain ohmic electrode is placed on the active layer on the opposite side.

また、このような電界効果トランジスタを得るため、こ
の発明の製造方法は、半導体基板表面に活性層を形成し
た後、下層レジスト膜およびマスクパタンを形威し、異
方性エツチングによりダミーゲートを形成した上で、下
層レジスト膜に対し選択的に除去可能な上層レジスト膜
でゲート形成領域からドレイン側のみを覆い、この状態
でイオン注入を行なうことによりソース側のみに低抵抗
領域を形成する。次いで上層レジスト膜を除去し、無機
材料膜によりダミーゲートのパターンを反転した後、シ
ョットキーゲート電極およびソース・ドレインオーミッ
ク電極を形成する。
In addition, in order to obtain such a field effect transistor, the manufacturing method of the present invention involves forming an active layer on the surface of a semiconductor substrate, shaping a lower resist film and a mask pattern, and forming a dummy gate by anisotropic etching. Then, only the drain side from the gate formation region is covered with an upper resist film that can be selectively removed with respect to the lower resist film, and ion implantation is performed in this state to form a low resistance region only on the source side. Next, the upper resist film is removed, and after the pattern of the dummy gate is reversed with an inorganic material film, a Schottky gate electrode and source/drain ohmic electrodes are formed.

〔作用〕[Effect]

ソース側はゲート電極に自己整合的に近接して低抵抗領
域が形成されるためオーミック電極との間のコンタクト
抵抗やゲート−ソース間のシート抵抗などが極力抑制さ
れる。一方、ドレイン側は低抵抗領域を形成せず、しか
もその電極はゲート電極から離して配置することにより
、ゲート−ドレイン耐圧が向上しドレインコンダクタン
スが良くなる。
On the source side, a low resistance region is formed in close proximity to the gate electrode in a self-aligned manner, so contact resistance with the ohmic electrode and sheet resistance between the gate and source are suppressed as much as possible. On the other hand, by not forming a low resistance region on the drain side and arranging its electrode apart from the gate electrode, the gate-drain breakdown voltage is improved and the drain conductance is improved.

なお、ドレイン電極は低抵抗領域がないため活性層上に
直接形成される。上述したようにソース側は抵抗を極力
減らすことが、特性を向上させるために必須となるが、
ドレイン側の抵抗は特性に及ぼす影響が比較的少なく、
例えば合金化処理を行なうことにより実用上十分なオー
ミックコンタクトが得られる。
Note that the drain electrode is formed directly on the active layer since there is no low resistance region. As mentioned above, it is essential to reduce the resistance as much as possible on the source side in order to improve the characteristics.
The resistance on the drain side has relatively little effect on the characteristics,
For example, by performing alloying treatment, a practically sufficient ohmic contact can be obtained.

また、ダミーゲート形成の際、マスクパタンを形成した
後これをマスクとして下層レジスト膜をエツチングする
ため、下層レジスト膜のゲート長方向寸法はアンダーカ
ットによりマスクパタンの同方向寸法より小さくなる。
Further, when forming a dummy gate, after forming a mask pattern, the lower resist film is etched using this as a mask, so the dimension of the lower resist film in the gate length direction becomes smaller than the dimension of the mask pattern in the same direction due to undercut.

ゲート電極はこの下層レジスト膜を除去した部分に形成
される。したがって、フォトリソグラフィによりマスク
パタンを形成する際の光学露光の限界(例えば0.6μ
m)よりも短いゲート長が得られる。
A gate electrode is formed in a portion where this lower resist film is removed. Therefore, the limit of optical exposure when forming a mask pattern by photolithography (for example, 0.6μ
A gate length shorter than m) is obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面の第1図を参照してこの発明の一実施例
を説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 of the accompanying drawings.

第1図はこの発明の一実施例を示す工程断面図である。FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention.

なお、概略的に示したものであり、スケールなどは正確
ではない。
Please note that this is a schematic representation and the scale etc. are not accurate.

まず、半絶縁性のGaAs基板11に対し、通常のフォ
トリソグラフィにより形成したレジストパタン(図示せ
ず)をマスクとしてS1イオンの注入を行なう。注入の
条件は例えば5 X 10 ’/c+T1230kev
とし、これにより活性層(動作層)12が形成される。
First, S1 ions are implanted into a semi-insulating GaAs substrate 11 using a resist pattern (not shown) formed by ordinary photolithography as a mask. The injection conditions are, for example, 5 x 10'/c + T1230kev
As a result, an active layer (operating layer) 12 is formed.

なお、このとき、短チヤネル効果を防止するため、Sl
のほかに同じレジストバタン13を用いてBeイオンを
深く注入してもよい。レジストバタンを除去した後、P
−CVD法によりSiN膜13を形成する(第1図(a
))。このSiN膜13は後に注入イオンを活性化する
ためのアニールを行なう際の保護膜となるもので厚みは
100OA程度でよい。
At this time, in order to prevent the short channel effect, Sl
Besides, Be ions may be deeply implanted using the same resist batten 13. After removing the resist button, P
- Form the SiN film 13 by CVD method (Fig. 1(a)
)). This SiN film 13 will serve as a protective film when annealing is later performed to activate the implanted ions, and its thickness may be about 100 OA.

このSiN膜13の上にレジストを塗布し、ダミーゲー
トを構成するための下層レジスト膜14とする。このレ
ジストとして、ここではアセトンに溶けないゴム系のO
MR(商品名)を使用し、厚みは1μm程度とする。引
続きその上にスパッタ法によりマスク材、ここではS 
iO2膜15を堆積させ、さらにその上に通常のフォト
リソグラフィによりゲート形成領域を覆い、その両側に
開口を有するレジストバタン18を形成する(第1図(
C))。
A resist is applied on this SiN film 13 to form a lower resist film 14 for forming a dummy gate. This resist is made of rubber-based O which is insoluble in acetone.
MR (trade name) is used, and the thickness is about 1 μm. Subsequently, a mask material, here S, is applied on top of it by sputtering.
An iO2 film 15 is deposited, and a resist batten 18 covering the gate formation region and having openings on both sides is formed thereon by ordinary photolithography (see FIG. 1).
C)).

次にレジストバタン16をマスクとし、CF4千H千尋
2ガスを用いた反応性イオンエツチング(RI E)に
よりS iO2膜15をエツチングし、次いでそのSi
O膜15をマスクとし、02ガスを用いたRIEにより
S 102膜15の下以外に位置する下層レジスト膜1
4を除去する。このとき、SiO2膜15膜下5外に位
置する下層レジスト膜14を除去する。このとき、5I
O3膜15の下の下層レジスト膜14にもアンダーカッ
トが入るため、T字状ダミーゲートが形成される(第1
図(C))。
Next, using the resist batten 16 as a mask, the SiO2 film 15 is etched by reactive ion etching (RIE) using CF4CH2 gas, and then the SiO2 film 15 is etched.
Using the O film 15 as a mask, the lower resist film 1 located outside the S 102 film 15 is removed by RIE using 02 gas.
Remove 4. At this time, the lower resist film 14 located outside the lower layer 5 of the SiO2 film 15 is removed. At this time, 5I
Since an undercut also occurs in the lower resist film 14 under the O3 film 15, a T-shaped dummy gate is formed (first
Figure (C)).

その後、ゲート形成領域からドレイン側のみを覆うよう
に上層レジスト膜17を形成する。上層レジスト膜17
は、下層レジスト膜14に対し選択的に除去可能なもの
とする必要がある。ここでは、アセトンに溶けるAZ4
300 (商品名)を用いた。また厚みは薄い部分で1
μm程度とする。
Thereafter, an upper resist film 17 is formed to cover only the drain side from the gate formation region. Upper resist film 17
must be able to be selectively removed with respect to the lower resist film 14. Here, AZ4 soluble in acetone
300 (trade name) was used. Also, the thickness is 1 in the thin part.
It is about μm.

この状態で4 X 10 ”/ad、100keVの条
件でSLイオンを深く注入し、ソース低抵抗領域20を
形成する(第1図(d))。
In this state, SL ions are deeply implanted under the conditions of 4×10 ”/ad and 100 keV to form a source low resistance region 20 (FIG. 1(d)).

アセトンにより上層レジスト膜17を除去した後、スパ
ッタ法により全面に絶縁膜、ここではS iO2膜19
を堆積させる(第1図(C))。
After removing the upper resist film 17 with acetone, an insulating film, here an SiO2 film 19, is formed on the entire surface by sputtering.
(Fig. 1(C)).

OMR専用リムーバーを用いて下層レジスト膜14およ
びその上のSiO2膜15膜下5をリフトオフにより除
去した後、注入イオンを活性化させるためのアニールを
行なう(第1図(f))。
After removing the lower resist film 14 and the lower portion 5 of the SiO2 film 15 thereon by lift-off using a special OMR remover, annealing is performed to activate the implanted ions (FIG. 1(f)).

その後通常のフォトリングラフィおよびリフトオフ法を
利用して、ダミーゲート跡に露出させた活性層12の上
にショットキーゲート電極20、ソース低抵抗領域18
の上にソースオーミック電極21およびドレイン側の活
性層上にゲート電極20から離してドレインオーミック
電極22をそれぞれ形成する(第1図(g))。ゲート
電極20としては例えばアルミニウム(Al)やチタン
(Ti)/白金(Pt)/金(Au)を用いる。
Thereafter, using conventional photolithography and lift-off methods, a Schottky gate electrode 20 and a source low resistance region 18 are formed on the active layer 12 exposed in the dummy gate trace.
A source ohmic electrode 21 is formed on the active layer, and a drain ohmic electrode 22 is formed on the active layer on the drain side at a distance from the gate electrode 20 (FIG. 1(g)). The gate electrode 20 is made of, for example, aluminum (Al) or titanium (Ti)/platinum (Pt)/gold (Au).

またソースドレインオーミック電極21.22は、例え
ば金・ゲルマニウム(AuGe)/ニッケル(Ni)の
2層膜を蒸着後、熱処理でゲルマニウムをGaAs基板
11に拡散させることにより形成する。
The source/drain ohmic electrodes 21 and 22 are formed, for example, by depositing a two-layer film of gold/germanium (AuGe)/nickel (Ni) and then diffusing germanium into the GaAs substrate 11 by heat treatment.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

以上のようにこの発明は、ゲート電極に近接して(自己
整合的に)ソース低抵抗領域を形成することでソース抵
抗を低減し、トランスコンダクタンスg や電流遮断周
波数f、を向上できるとともに、T字状ダミーゲートの
利用によりゲート長を光学露光の限界より短くしてもな
お、ドレイン側には低抵抗領域を設けずしかもドレイン
電極をゲート電極から離して形成することで、高いドレ
イン−ゲート耐圧が得られる効果を有する。したがって
マイクロ波帯などの高周波用の、しかも高出力用の増幅
器などに好適である。
As described above, the present invention reduces source resistance by forming a source low resistance region close to the gate electrode (in a self-aligned manner), improves transconductance g and current cutoff frequency f, and improves T Even if the gate length is made shorter than the limit of optical exposure by using a character-shaped dummy gate, high drain-gate breakdown voltage can still be achieved by not providing a low resistance region on the drain side and by forming the drain electrode away from the gate electrode. It has the effect of providing Therefore, it is suitable for high frequency, such as microwave band, and high output amplifiers.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す工程断面図である。 11・・・GaAs基板、12・・・活性層、14・・
・下層レジスト膜、15.19・・・SiO2膜、17
・・・上層レジスト膜、18・・・ソース低抵抗領域、
20・・・ショットキーゲート電極、21.22・・・
ソース・ドレインオーミック電極。
FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention. 11...GaAs substrate, 12...active layer, 14...
・Lower resist film, 15.19...SiO2 film, 17
... Upper resist film, 18... Source low resistance region,
20... Schottky gate electrode, 21.22...
Source/drain ohmic electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体基板の活性層上にショットキーゲート電極を
配置するとともにこれに近接する活性層領域にソース低
抵抗領域およびその上にソースオーミック電極を配置し
、かつゲート電極を挟んでソースオーミック電極と反対
側の活性層上にゲート電極から離してドレインオーミッ
ク電極を配置してなる電界効果トランジスタ。 2、半導体基板表面に活性層を形成する工程と、その上
に下層レジスト膜およびこのレジスト膜との間で相互に
選択的にエッチング可能なマスク材層を順次形成する工
程と、マスク材層に対し、ゲート形成領域を残しその両
側を除去する加工を施してマスクパタンを形成する工程
と、下層レジスト膜に異方性エッチングを施してマスク
パタン下以外の下層レジスト膜を除去する工程と、下層
レジスト膜に対し選択的に除去可能な上層レジスト膜で
ゲート形成領域からドレイン側のみを覆う工程と、これ
らのマスクパタンおよびレジスト膜をマスクとしてイオ
ン注入を行なってソース低抵抗領域を形成する工程と、
上層レジスト膜を除去する工程と、全面に絶縁膜を形成
した後、残存する下層レジスト膜を除去する工程と、ゲ
ート形成領域の下層レジスト膜の除去部に露出させた活
性層上にショットキーゲート電極を形成するとともに、
ソース低抵抗領域上にソースオーミック電極およびドレ
イン側活性層上にゲート電極から離してドレインオーミ
ック電極をそれぞれ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。
[Claims] 1. A Schottky gate electrode is disposed on an active layer of a semiconductor substrate, and a source low resistance region and a source ohmic electrode are disposed on the active layer region adjacent to the Schottky gate electrode, and the gate electrode is disposed in the active layer region. A field effect transistor in which a drain ohmic electrode is placed on the active layer on the opposite side of the source ohmic electrode, separated from the gate electrode. 2. A step of forming an active layer on the surface of the semiconductor substrate, a step of sequentially forming a lower resist film and a mask material layer that can be mutually selectively etched with this resist film, and a step of forming an active layer on the surface of the semiconductor substrate; On the other hand, there are two steps: a step of forming a mask pattern by removing both sides of the gate formation region, leaving the gate formation region; a step of performing anisotropic etching on the lower resist film to remove the lower resist film other than under the mask pattern; A step of covering only the drain side from the gate formation region with an upper resist film that can be selectively removed from the resist film, and a step of performing ion implantation using these mask patterns and the resist film as a mask to form a source low resistance region. ,
A process of removing the upper resist film, a process of removing the remaining lower resist film after forming an insulating film on the entire surface, and a process of removing the Schottky gate on the active layer exposed in the removed part of the lower resist film in the gate formation area. Along with forming the electrode,
A method for manufacturing a field effect transistor, comprising forming a source ohmic electrode on a source low resistance region and forming a drain ohmic electrode on a drain side active layer at a distance from a gate electrode.
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