JPH0369127A - Manufacture of field-effect transistor - Google Patents

Manufacture of field-effect transistor

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JPH0369127A
JPH0369127A JP20506589A JP20506589A JPH0369127A JP H0369127 A JPH0369127 A JP H0369127A JP 20506589 A JP20506589 A JP 20506589A JP 20506589 A JP20506589 A JP 20506589A JP H0369127 A JPH0369127 A JP H0369127A
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gallium arsenide
semiconductor
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Akihiko Okamoto
明彦 岡本
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Abstract

PURPOSE:To form a low-resistance source resistance with good uniformity and to obtain a manufacturing method of a compound semiconductor junction- type FET which does not generate a short channel effect by a method wherein a Schottky electrode is formed partly on a third semiconductor layer, one part of the third semiconductor layer is removed to be filled with a low-resistance layer and, after that, an ohmic electrode is formed. CONSTITUTION:A second semiconductor layer 4 composed of AlAs or AlGaAs is formed on a substrate or first thin films GaAs 1 to 3; third semiconductor layers 5, 6 containing GaAs are formed on it; a Schottky electrode 11 is formed partly on them. In addition, one part of the third semiconductor layers 5, 6 is removed selectively down to the interface with the second semiconductor 4; low-resistance GaAs or InAs or a mixed crystal 8 of them is filled selectively; after that, ohmic electrodes 9, 10 are formed. For example, individual layers 2 to 6 as shown in the figure are formed one after another on a GaAs substrate 1; parts to be used as a source and a drain are removed down to the interface with the layer 4 by making use of an SiO2 layer 7 as a mask. Then, an n-type InAs layer 8 is filled; a source electrode, a drain electrode and a gate electrode 9 to 11 are formed.

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の製造方法に関し、さら
に詳しくは化合物半導体電界効果トランジスタの製造方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a field effect transistor, and more particularly to a method for manufacturing a compound semiconductor field effect transistor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

化合物半導体、とりわけガリウム砒素では高密度の表面
単位の存在で、良好な絶縁膜が得られていないために、
金属−絶縁体一半導体構造の電界効果トランジスタ(以
下、FBTと略す)は用いられず、金属−半導体のショ
ットキー界面を用いたMES−FETを用いている。こ
のMES−FETにおいても、チャネル層のキャリアが
空乏化し、ソース・ゲート間の抵抗が増加することによ
り、FBTの性能が低下することが知られている。
Compound semiconductors, especially gallium arsenide, have a high density of surface units, making it difficult to obtain a good insulating film.
A field effect transistor (hereinafter abbreviated as FBT) having a metal-insulator-semiconductor structure is not used, but a MES-FET using a metal-semiconductor Schottky interface is used. It is known that even in this MES-FET, the performance of the FBT deteriorates due to depletion of carriers in the channel layer and increase in resistance between the source and gate.

これを防ぐ方法の1つとして、エピタキシャル成長を用
いて低濃度n層および高濃度n+層を形成し、n+層を
部分的に除去してゲート層をn層上に、ソースおよびド
レイン電極をn+層上に形成することにより、ソース・
ゲート間の抵抗を下げる方法が知られている。
One way to prevent this is to use epitaxial growth to form a low concentration n layer and a high concentration n+ layer, and then partially remove the n+ layer so that the gate layer is placed on the n layer and the source and drain electrodes are placed on the n+ layer. By forming on top of the sauce
A method of lowering the resistance between gates is known.

第2図はこのようなFETの一例を示す素子部の概略断
面図である。半絶縁性のガリウム砒素(GaAs)基板
1上にnチャネル層であるn型GaAs層3が設けられ
、n型GaAs層3上にはゲート電極11が設けられ、
n” 7i18上にはソース電極9およびドレイン電極
10が設けられている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an element portion showing an example of such an FET. An n-type GaAs layer 3 as an n-channel layer is provided on a semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrate 1, and a gate electrode 11 is provided on the n-type GaAs layer 3.
A source electrode 9 and a drain electrode 10 are provided on the n''7i18.

又、1985年発行の第46回応用物理学会学術講演会
の531頁に報告されているように、ソース及びドレイ
ン部を部分的に除去してn+層を選択成長し、ソースお
よびドレイン電極をn+型選択成長層上に形成すること
により、ソース・トレイン間の抵抗を下げる方法がある
In addition, as reported on page 531 of the 46th Annual Conference of the Japan Society of Applied Physics, published in 1985, the source and drain regions are partially removed and the n+ layer is selectively grown, and the source and drain electrodes are grown as an n+ layer. There is a method of lowering the resistance between the source and train by forming it on a type-selective growth layer.

他の方法として、1983年発行の「アイニスニスシー
シー・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ」
(”TSSCCoigest of TeChniCa
papers”)の44頁に報告されているように、濃
度の濃いn+層をゲート領域の両開にゲートに近接して
形成することにより、ソース・ゲート間の抵抗を下げる
方法が知られている。
Another method is the 1983 edition of the ``Inisnischy Digest of Technical Papers.''
(”TSSC Coigest of TeChniCa
As reported on page 44 of ``Research Papers'', there is a known method of lowering the resistance between the source and gate by forming a heavily doped n+ layer close to the gate on both sides of the gate region. .

〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、エツチングによる高濃度n+層を形成し、n+
層を部分的に除去してゲート層を形成する方法では、ゲ
ート長が短くなるにつれて、ゲート部のn+層を除去す
る際のエツチング深さおよびエツチング形状の再現性が
悪くなり、ゲート・部のショットキー特性が悪くなる。
[Problem to be solved by the invention] However, forming a high concentration n+ layer by etching,
In the method of forming the gate layer by partially removing the layer, as the gate length becomes shorter, the reproducibility of the etching depth and etching shape when removing the n+ layer in the gate area deteriorates, and the etching depth and etching shape reproducibility deteriorates. Schottky characteristics deteriorate.

又、基板面内のバラツキも大きくなる。Furthermore, variations within the substrate surface also increase.

ソース及びトレイン部をエツチングし、選択成長する方
法においても、ゲート長が短かくなるにつれてエツチン
グの制御の不均一性により、ゲートのしきい値及びソー
ス抵抗のバラツキか大きくなる。
Even in the method of selectively growing the source and train portions by etching, as the gate length becomes shorter, the variation in gate threshold value and source resistance increases due to non-uniform etching control.

又、イオン注入等でn+層を形成したFETにおいては
、ゲート長が短かくなるにつれてn+層の横方向拡散に
よる実効的なゲート長が短くなり、ゲートしきい値電圧
の変動、相互コンダクタンスの低下、トレインコンダク
タンスの増大等いわゆる短チヤネル効果が引起される。
Furthermore, in FETs in which an n+ layer is formed by ion implantation, etc., as the gate length becomes shorter, the effective gate length becomes shorter due to lateral diffusion of the n+ layer, resulting in fluctuations in gate threshold voltage and lower mutual conductance. , so-called short channel effects such as an increase in train conductance are induced.

本発明の目的はこれら従来の問題点を解決し、低抵抗の
ソース抵抗を均一性よく形成し、短チヤネル効果の発生
をなくした化合物半導体接合型の電界効果トランジスタ
の製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve these conventional problems and provide a method for manufacturing a compound semiconductor junction field effect transistor, which forms a low-resistance source resistance with good uniformity and eliminates the short channel effect. be.

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

前記目的を遠戚するため、本発明に係る電界効果トラン
ジスタの製造方法においては、基板もしくは薄膜の第1
のガリウム砒素上にアルミニウム砒素若しくはアルミニ
ウムガリウム砒素よりなる第2の半導体層を形成する工
程と、その上にガリウム砒素を含む第3の半導体層を形
成するとともにその上に一部ショットキー性電極を形成
する工程と、該第3の半導体層の一部を該第2の半導体
層との界面まで選択的に除去し、低抵抗のガリウム砒素
又はインジウム砒素、又はそれらの混晶を選択的に埋込
む工程と、オーミック性電極を形成する工程とを含むも
のである。
In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, the first
a step of forming a second semiconductor layer made of aluminum arsenide or aluminum gallium arsenide on gallium arsenide, forming a third semiconductor layer containing gallium arsenide thereon, and partially forming a Schottky electrode thereon. selectively removing a part of the third semiconductor layer up to the interface with the second semiconductor layer, and selectively filling low-resistance gallium arsenide or indium arsenide, or a mixed crystal thereof. The method includes a step of implanting the ohmic electrode, and a step of forming an ohmic electrode.

〔作用〕[Effect]

本発明ではエツチング及び低抵抗層を埋込むことにより
、ソース抵抗の低減を図っている。ここでは、ガリウム
砒素のみの選択エツチングを用いていることにより、エ
ンチング速度に無rJA係にエツチング面を形成するこ
とができる。さらに、インジウム砒素、もしくはガリウ
ム砒素又はその混晶を埋込み低抵抗層を形成することに
より、ソース抵抗が低減される。アルミニウムガリウム
砒素は一般に抵抗が高いが、薄膜とすることによりトン
ネル電流により低抵抗化する。従って、従来のゲート下
のエツチングによる方法でみられるエツチングの不均一
性やショットキー特性の劣化は生じない、イオン注入法
を用いる方法でよくみられる短チヤネル効果によるしき
い値変動やトレイン抵抗増大の問題がない。
The present invention attempts to reduce the source resistance by etching and embedding a low resistance layer. Here, by using selective etching of only gallium arsenide, it is possible to form an etched surface with no rJA dependence on the etching rate. Furthermore, the source resistance can be reduced by burying indium arsenide, gallium arsenide, or a mixed crystal thereof to form a low resistance layer. Aluminum gallium arsenide generally has a high resistance, but by making it a thin film, the resistance can be lowered by tunneling current. Therefore, the non-uniformity of etching and deterioration of Schottky characteristics seen in conventional under-gate etching methods do not occur, and the threshold fluctuation and train resistance increase due to short channel effects often seen in methods using ion implantation do not occur. There is no problem.

〔実方麺 例 〕[Jikho noodles example]

以下、本発明を図面により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図(a)〜(e)は本発明の一実施例を工程順に示
す素子部の概略断面図である。
FIGS. 1(a) to 1(e) are schematic sectional views of an element portion showing an embodiment of the present invention in the order of steps.

まず、第1図(a)に示すように、(100)面をもつ
ガリウム砒素基板1上に分子線エピタキシャル法により
膜厚5000Åのノンドープガリウム砒素層2、膜厚1
00入(7)3 xlolscn−’F−ヒンクシタn
型ガリウム砒素層3.30人のノンドープアルミニウム
ガリウム砒素層4(アルミニウムの組成は0.3 ) 
、75大のノンドープガリウム砒素層5.300大のノ
ンドープアルミニウムガリウム砒素層6を順次形成する
First, as shown in FIG. 1(a), a non-doped gallium arsenide layer 2 with a thickness of 5000 Å is formed on a gallium arsenide substrate 1 having a (100) plane by molecular beam epitaxial method.
00 pieces (7) 3 xlolscn-'F-hinkshita n
Type gallium arsenide layer 3.30 undoped aluminum gallium arsenide layer 4 (composition of aluminum is 0.3)
, a non-doped gallium arsenide layer of 75 mm and a non-doped aluminum gallium arsenide layer 6 of 300 mm are sequentially formed.

次に第1図(b)に示すように、二酸化砒素層7をマス
クにソース及びドレインとなる部分をノンドープガリウ
ム砒素層5の途中までエツチング除去する。
Next, as shown in FIG. 1(b), using the arsenic dioxide layer 7 as a mask, portions of the non-doped gallium arsenide layer 5 that will become the source and drain are removed by etching to the middle.

次に基板1を分子線エピタキシャル装置に搬入し、基板
温度を700”Cに昇温し、アルミニウムガリウム砒素
N4の界面までノンドープカリウム砒素層5を熱的にエ
ツチングし、完全に除去する(第1図(C))、このと
き、アルミニウムガリウム砒素層4はストッパー(5t
opper)の役割を果す。
Next, the substrate 1 is carried into a molecular beam epitaxial apparatus, the substrate temperature is raised to 700''C, and the non-doped potassium arsenide layer 5 is thermally etched to the interface of aluminum gallium arsenide N4 to be completely removed (the first (C)), at this time, the aluminum gallium arsenide layer 4 is a stopper (5t
(opper) role.

次に基板温度を550℃に下げ、2X 10”cj n
型ドーピングしたインジウム砒素層8をエツチングした
部分に埋込む(第1図((1) ン。
Next, lower the substrate temperature to 550℃ and 2X 10"cj n
A type-doped indium arsenide layer 8 is buried in the etched area (see FIG. 1(1)).

このように形成された選択エピタキシャル層上にソース
電極9、ドレイン電極10、エツチングしない部分にゲ
ート電極11をそれぞれ形成する。
A source electrode 9, a drain electrode 10, and a gate electrode 11 are formed on the selective epitaxial layer formed in this manner, and on the portion not to be etched.

本発明の製造工程において、ソース電l#!9及びドレ
イン電極10は低抵抗のインジウム砒素層8上に形成す
るためにその接触抵抗は低減される。又、その際、エツ
チングはアルミニウムガリウム砒素層4で自動的に停止
するために均一にエツチング面が形成される。又、アル
ミニウムガリウム砒素層4の膜厚は30入に設定してお
り、電子がアルミニウムガリウム砒素層4をトンネル電
流として流れることができる。したがって、製造された
トランジスタは低抵抗オーミック特性をもち、又、トラ
ンジスタ特性のバラツキは基板面内で小さくおさえるこ
とが可能となった。
In the manufacturing process of the present invention, the source voltage l#! Since the drain electrode 9 and the drain electrode 10 are formed on the low resistance indium arsenide layer 8, their contact resistance is reduced. Further, at this time, since the etching automatically stops at the aluminum gallium arsenide layer 4, a uniform etched surface is formed. Further, the thickness of the aluminum gallium arsenide layer 4 is set to 30 μm, so that electrons can flow through the aluminum gallium arsenide layer 4 as a tunnel current. Therefore, the manufactured transistor has low resistance ohmic characteristics, and it has become possible to suppress variations in transistor characteristics within the substrate surface.

以上の実施例においてはチャネルにドーピングしたi造
をもつFETにおいて説明したが、アルミニウムガリウ
ム砒素層にドーピングしたFETやキャップ(Cap)
層にドーピングしたFETにおいても適用可能である。
In the above embodiments, an FET with an i-structure in which the channel is doped has been explained, but an FET with an aluminum gallium arsenide layer doped and a cap (Cap) have been described.
It is also applicable to FETs in which layers are doped.

又、実施例の膜厚やドーピングレベルも適切な数値に変
更してもよい。
Further, the film thickness and doping level in the embodiment may be changed to appropriate values.

又、他のエツチング方法やエピタキシャル成長の方法で
も差支えない。
Also, other etching methods or epitaxial growth methods may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明の方法によれば、ガリウム砒
素の電界効果トランジスタの製造において、ソース抵抗
の低いソース電極、ドレイン電極を歩留りよく形成する
ことが可能であり、生産性を向上することが可能となる
As explained above, according to the method of the present invention, it is possible to form source electrodes and drain electrodes with low source resistance with high yield in the manufacture of gallium arsenide field effect transistors, and productivity can be improved. It becomes possible.

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

第1図(a)〜(e)は本発明の一実施例を工程順に示
す素子部の概略断面図、第2図は従来の電界効果トラン
ジスタの素子部の概略断面図である。 1・・・ガリウム砒素基板 2・・・ノンドープガリウム砒素層 3・・・n型ガリウム砒素層 4・・・ノンドープアルミニウムガリウム砒素層5・・
・ノンドープカリウム砒素層 6・・・ノンドープアルミニウムガリウム砒素層7・・
・二酸化砒素層 8・・・n型インジウム砒素層 9・・・ソース電極    10・・・ドレイン電極1
1・・・ゲート電極
FIGS. 1(a) to 1(e) are schematic sectional views of an element portion showing an embodiment of the present invention in the order of steps, and FIG. 2 is a schematic sectional view of an element portion of a conventional field effect transistor. 1... Gallium arsenide substrate 2... Non-doped gallium arsenide layer 3... N-type gallium arsenide layer 4... Non-doped aluminum gallium arsenide layer 5...
・Non-doped potassium arsenide layer 6...Non-doped aluminum gallium arsenide layer 7...
・Arsenic dioxide layer 8...N-type indium arsenide layer 9...Source electrode 10...Drain electrode 1
1...Gate electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板もしくは薄膜の第1のガリウム砒素上にアル
ミニウム砒素若しくはアルミニウムガリウム砒素よりな
る第2の半導体層を形成する工程と、その上にガリウム
砒素を含む第3の半導体層を形成するとともにその上に
一部ショットキー性電極を形成する工程と、該第3の半
導体層の一部を該第2の半導体層との界面まで選択的に
除去し、低抵抗のガリウム砒素又はインジウム砒素、又
はそれらの混晶を選択的に埋込む工程と、オーミック性
電極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果
トランジスタの製造方法。
(1) Forming a second semiconductor layer made of aluminum arsenide or aluminum gallium arsenide on the first gallium arsenide of the substrate or thin film, and forming a third semiconductor layer containing gallium arsenide thereon; forming a partial Schottky electrode thereon, selectively removing a portion of the third semiconductor layer up to the interface with the second semiconductor layer, and forming a low-resistance gallium arsenide, indium arsenide, or A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the steps of selectively embedding those mixed crystals and forming an ohmic electrode.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62209865A (en) * 1986-03-10 1987-09-16 Nec Corp Manufacture of semiconductor device

Patent Citations (1)

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JPS62209865A (en) * 1986-03-10 1987-09-16 Nec Corp Manufacture of semiconductor device

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