JPH03241751A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH03241751A
JPH03241751A JP3803290A JP3803290A JPH03241751A JP H03241751 A JPH03241751 A JP H03241751A JP 3803290 A JP3803290 A JP 3803290A JP 3803290 A JP3803290 A JP 3803290A JP H03241751 A JPH03241751 A JP H03241751A
Authority
JP
Japan
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resist film
source
forming
gate
drain
Prior art date
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Pending
Application number
JP3803290A
Other languages
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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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP3803290A priority Critical patent/JPH03241751A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To contrive to suppress a contact resistance between a low-resistance region and ohmic electrode and a sheet resistance between a gate and source by forming the low-resistance region only on the source side in close vicinity in a self-alignment manner to a gate electrode. CONSTITUTION:An anisotropic etching is applied to resist films 14, 17 to remove a sublayer resist 14 on the source side and an ion implantation is conducted on the drain side in a state, where the resist film 14 is left, to form a low- resistance region 18 only on the source side. After that, the anisotropic etching is again applied to the resist film 14 to complete a dummy gate, then the pattern of the dummy gate is reversed by an insulating film, and subsequently a Schottky electrode 20 is formed at the place of the removed dummy gate; source ohmic electrodes 21, 22, on a source low-resistance region 18; and drain ohmic electrodes 21, 22, on a drain side activated layer separately from a gate electrode, 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集積回路(M
M I C)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 integrated circuits (MICs).
The present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor suitable for high-frequency operation, which constitutes an MIC or the like.

〔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fl (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0.5
μm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 fl (current cutoff frequency), which is an indicator of high speed performance. Specifically, in order to improve the transconductance g and reduce the gate capacitance,
In order to make the gate shorter than μm and reduce the source resistance,
By performing ion implantation using the T-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飽和特性が悪くなりドレインコンダ
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)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、ゲート長を短くする必要がある。こ
のうち20V以上といった耐圧が必要なパワー用におい
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のでは
直ぐリークパ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 the 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 becomes difficult to use it for power applications (high output applications). As mentioned above, in high frequency applications such as microwave bands, it is necessary to shorten the gate length. For power applications that require a withstand voltage of 20 V 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 path 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の製造方法は、半導体
基板の活性層上にダミーゲート用の下層レジスト膜およ
び同じくダミーゲート用のマスクパタンを形成した後、
ゲート形成領域からドレイン側のみを覆う上層レジスト
膜を形成する。次いでこれらのレジスト膜に異方性エツ
チングを施してソース側の下層レジストを除去し、ドレ
イン側にはレジスト膜を残した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。
In the method for manufacturing a field effect transistor of the present invention, after forming a lower resist film for a dummy gate and a mask pattern for the dummy gate on an active layer of a semiconductor substrate,
An upper resist film is formed to cover only the drain side from the gate formation region. Next, these resist films are anisotropically etched to remove the lower resist on the source side, and ions are implanted with the resist film left on the drain side to form a low resistance region only on the source side. .

その後再びレジスト膜に異方性エツチングを施してダミ
ーゲートを完成し、次いで絶縁膜によりダミーゲートの
パターンを反転した後、ダミーゲート跡にショット牛−
電極、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
オーミック電極を形成する。
After that, the resist film is anisotropically etched again to complete the dummy gate, and then the pattern of the dummy gate is reversed with an insulating film, and then a shot hole is placed on the dummy gate trace.
A source ohmic electrode is formed on the electrode and the source low resistance region, and a drain ohmic electrode is formed on the drain side active layer at a distance from the gate electrode.

〔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形成することにより
、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 forming 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、フォトリン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図および第2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 FIGS. 1 and 2 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
トリン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Siイオンの注入を行なう。注入の
条件は例えば5 X 1012/cJ、30keVとし
、これにより活性層(動作層)12が形成される。なお
このとき、短チヤネル効果を防止するために、Siのほ
かに同じレジストパタン13を用いてBeイオンを深く
注入してもよい。
First, Si ions are implanted into a semi-insulating GaAs substrate 11 using a resist pattern (not shown) formed by ordinary photolithography as a mask. The implantation conditions are, for example, 5×10 12 /cJ and 30 keV, and thereby the active layer (operating layer) 12 is formed. At this time, in order to prevent the short channel effect, Be ions may be deeply implanted using the same resist pattern 13 in addition to Si.

レジストパタンを除去した後、P−CVD法によりSi
N膜13を形成する(第1図(a))。
After removing the resist pattern, Si is deposited by P-CVD method.
An N film 13 is formed (FIG. 1(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100
OA程度でよい。
This SiN film 13 will become a protective film when annealing is later performed to activate the implanted ions, and its thickness is 100 mm.
OA level is sufficient.

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。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SiO2膜15膜下5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パタン16を
形成する(第1図(b))。
A resist is applied on this SiN film 13 to form a lower resist film 14 for forming a dummy gate. The thickness is approximately 1 μm. Subsequently, a mask material, in this case a SiO2 film 15, is deposited on top of it by sputtering, and a resist pattern 16 covering the gate formation region and having openings on both sides is formed on it by ordinary photolithography. Figure (b)).

次にレジストパタン16をマスクとし、cF4+H2等
のガスを用いた反応性イオンエツチング(RIE)によ
りS t O2膜15をパターンニングする(第1図(
C))。
Next, using the resist pattern 16 as a mask, the S t O2 film 15 is patterned by reactive ion etching (RIE) using a gas such as cF4+H2 (see FIG.
C)).

次いで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(第1図(d))。厚み
は薄い部分で1μm程度とする。
Next, an upper resist film 17 is formed to cover only the drain side from the gate formation region (FIG. 1(d)). The thickness is approximately 1 μm at the thinner portion.

ここで、各レジスト膜に02ガスを用いてRIEを施す
。このエツチングはドレイン側では上層レジスト膜17
の表面から、ソース側では露出している下層レジスト膜
14の表面から進行する。
Here, each resist film is subjected to RIE using 02 gas. This etching is performed on the upper resist film 17 on the drain side.
, and from the exposed surface of the lower resist film 14 on the source side.

SiO2膜15膜下5エツチングに対してマスクとして
作用するが、アンダーカットによりその端面近傍ではそ
の直下の下層レジスト膜も除去される。ソース側でS 
iO2膜15の下以外の下膜レジスト膜14がすべて除
去された段階で、4×1013/c−1100keVの
条件でSiイオンを深く注入し、ソース低抵抗領域18
を形成する(第1図(e))。このときドレイン側はレ
ジスト膜によって保護されている。
Although the SiO2 film 15 acts as a mask for the etching under the film 5, the undercut also removes the lower resist film directly under it in the vicinity of the end face. S on the source side
When all of the lower resist film 14 except under the iO2 film 15 has been removed, Si ions are deeply implanted under the condition of 4×1013/c-1100keV to form the source low resistance region 18.
(Fig. 1(e)). At this time, the drain side is protected by a resist film.

残ったレジスト膜に再び02ガスを用いてRIEを施す
。ソース側ではSiO2膜15膜下5下層レジスト膜1
4のアンダーカットのみが進行する。ドレイン側でも上
層レジスト膜17が除去された後は、SiO2膜15膜
下5外の下層レジスト膜14が除去されるとともに、S
 I O2膜15の下の下層レジスト膜14のアンダー
カットが進行する。このように上層レジスト膜17で保
護した分だけ、ドレイン側に比較してソース側でのアン
ダーカットの開始が遅れる結果、S iO2膜15の端
面に対する下層レジスト膜14の端面の後退は、ドレイ
ン側よりソース側で大きいが、このアンダーカット量は
第2図に示すようにエツチング時間に対して飽和するた
め、アンダーカットが入りすぎてダミーゲートが倒れる
心配はない。
The remaining resist film is subjected to RIE again using 02 gas. On the source side, 15 SiO2 films 5 lower resist films 1
Only 4 undercuts progress. After the upper resist film 17 is removed on the drain side, the lower resist film 14 outside the lower SiO2 film 15 is removed, and the S
Undercutting of the lower resist film 14 under the IO2 film 15 progresses. As a result of the protection provided by the upper resist film 17, the start of undercut on the source side is delayed compared to the drain side, and as a result, the end face of the lower resist film 14 recedes with respect to the end face of the SiO2 film 15 on the drain side. Although it is larger on the source side, the amount of undercut saturates with the etching time as shown in FIG. 2, so there is no fear that the dummy gate will collapse due to too much undercut.

エツチング時間によりアンダーカット量を適当な値に設
定することにより、下層レジスト膜14のゲート長方向
寸法を、フォトリソグラフィにより形成される5iO7
膜15の同方向寸法より小さい所望値に設定できる。そ
の後、スパッタ法により全面に絶縁膜、ここではSiO
2膜1つを堆積させる(第1図(f))。
By setting the undercut amount to an appropriate value depending on the etching time, the dimension in the gate length direction of the lower resist film 14 can be adjusted to 5iO7 formed by photolithography.
It can be set to a desired value smaller than the dimension of the membrane 15 in the same direction. After that, an insulating film is formed on the entire surface by sputtering, in this case SiO
2 films are deposited (FIG. 1(f)).

レジストリムーバーで下層レジスト膜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。
After removing the lower resist film 14 and the lower layer 5 of the SiO2 film 15 thereon by lift-off using a resist remover, annealing is performed to activate the implanted ions.

その後通常のフォトリソ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およびゲート電極20
を挟んでソースオーミック電極21と反対側の活性層上
にゲート電極20から離してドレインオーミック電極2
2をそれぞれ形成する(第1図(g))。ゲート電極2
0としては例えばアルミニウム(AI)やチタン(Ti
)/白金(pt)/金(Au)を用いる。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 
0 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。
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.
On top of the source ohmic electrode 21 and gate electrode 20
A drain ohmic electrode 2 is placed on the active layer on the opposite side of the source ohmic electrode 21 and separated from the gate electrode 20.
2 (FIG. 1(g)). Gate electrode 2
For example, aluminum (AI) and titanium (Ti
)/platinum (pt)/gold (Au). Also sauce
The drain ohmic electrodes 21 and 22 are made of, for example, a two-layer film of gold/germanium (AuGe)/nickel (Ni).
0 Formed by diffusing germanium into the GaAs substrate 11 by heat treatment after vapor deposition.

〔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gm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、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 in a self-aligned manner on the gate electrode.
In addition to improving the transconductance gm and current cutoff frequency f, the use of a T-shaped dummy gate allows the gate length to be made shorter than the limit of optical exposure without providing a low resistance region on the drain side. Forming it away from the electrode has the effect of obtaining a high drain-gate breakdown voltage. Therefore, it is suitable for high frequency, such as microwave band, and high output amplifiers.

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。
Layer 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】[Claims]  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
、ゲート形成領域からドレイン側のみを覆う上層レジス
ト膜を形成する工程と、これらのレジスト膜に異方性エ
ッチングを施してソース形成領域の下層レジスト層を除
去する工程と、マスクパタンおよび残ったレジスト膜を
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、レジスト膜に異方性エッチングを施し
て上層レジスト膜および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、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。
a step of forming an active layer on the surface of a semiconductor substrate, a step of sequentially forming a lower resist film and a mask material layer that can be mutually selectively etched with the resist film thereon, and a step of forming an active layer on the surface of the semiconductor substrate; A process of forming a mask pattern by removing both sides of the gate formation area, leaving the gate formation area; a process of forming an upper resist film that covers only the drain side from the gate formation area; and anisotropic etching of these resist films. a step of removing the lower resist layer of the source formation region by applying ion implantation, a step of performing ion implantation using the mask pattern and the remaining resist film as a mask to form a source low resistance region, and a step of performing anisotropic etching on the resist film. After removing the upper resist film and the lower resist film except under the mask pattern, and forming an insulating film on the entire surface,
A process of removing the remaining lower resist film, forming a Schottky gate electrode on the active layer exposed in the removed portion of the lower resist film in the gate formation region, and forming a source ohmic electrode on the source low resistance region and a source ohmic electrode on the drain side. forming drain ohmic electrodes on the active layer at distances from the gate electrode.
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