JPH039533A - Schottky gate type field effect transistor - Google Patents

Schottky gate type field effect transistor

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JPH039533A
JPH039533A JP14494389A JP14494389A JPH039533A JP H039533 A JPH039533 A JP H039533A JP 14494389 A JP14494389 A JP 14494389A JP 14494389 A JP14494389 A JP 14494389A JP H039533 A JPH039533 A JP H039533A
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JP
Japan
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active layer
gate electrode
layer
conductivity type
width direction
Prior art date
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JP14494389A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Matsunaga
徳彦 松永
Shinji Miyano
信治 宮野
Kenji Ishida
石田 賢二
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To effectively restrain narrow channel effect by arranging a second conductivity type layer in a substrate region adjacent to the gate width direction of a conductive active layer. CONSTITUTION:A first conductivity type active layer 2 is formed on a semi- insulative semiconductor substrate 1, and a Schottky gate electrode 3 is formed so as to cross the active layer 2. Second conductivity type layers 5, 6 are arranged in a substrate region adjacent to the gate width direction of the active layer 2. That is, when potential distribution of a substrate region adjacent to the active region 2 is viewed from the active layer 2 regarding the gate width direction under a gate electrode 3, a large potential barrier of a PN junction is formed at a boundary part of the active layer 2. Thereby the influence of electric potential upon the active layer 2 from a part protruding from the active region of the gate electrode 3 is relieved, and narrow channel effect is effectively restrained.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半絶縁性半導体基板に形成された活性層を用
いて構成されるショットキーゲート型電界効果トランジ
スタ(MESFET)に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a Schottky gate field effect transistor (MESFET) constructed using an active layer formed on a semi-insulating semiconductor substrate. Regarding.

(従来の技術) 半導体素子の高速化、高集積化に伴い、素子の微細化が
進んでいる。素子の微細化は素子特性に種々の影響を与
えるが、電界効果トランジスタ(FET)においては、
素子の微細化による特性への影響としては、短チヤネル
効果と狭チャネル効果とが代表的である。
(Prior Art) As semiconductor devices become faster and more highly integrated, devices are becoming increasingly finer. The miniaturization of devices has various effects on device characteristics, but in field effect transistors (FETs),
Typical effects of device miniaturization on characteristics are short channel effects and narrow channel effects.

ショットキーゲート電極を用いたMESFETにおいて
も、短チヤネル効果と狭チャネル効果とがある。MES
FETの短チヤネル効果に対する対策は、これまで種々
提案されているが、狭チャネル効果についてはこれまで
余り考えられていないのが実情である。
MESFETs using Schottky gate electrodes also have short channel effects and narrow channel effects. MES
Although various countermeasures against the short channel effect of FET have been proposed, the reality is that little consideration has been given to the narrow channel effect.

MESFETの狭チャネル効果は、ゲート電極が、リソ
グラフィ工程での余裕の必要性と電極引き出しの必要性
からゲート幅方向に活性層領域から外には谷だしてパタ
ーン形成されることによる影響が大きい。ゲート電極の
活性層領域から突き出した部分の電位が活性層に影響を
与えるからである。この様な観点から、MESFETの
狭チャネル効果を抑制する方法として、ゲート電極が活
性層領域から突き出している領域のゲート電極と基板間
に絶縁膜を介在させる方法が提案されている(昭和62
年1月21 電子通信学会技術研究報告 Vol、 8
6  No 、 305 )。
The narrow channel effect of MESFETs is largely influenced by the fact that the gate electrode is patterned to extend outward from the active layer region in the gate width direction due to the need for margin in the lithography process and the need for electrode extension. This is because the potential of the portion of the gate electrode protruding from the active layer region affects the active layer. From this point of view, as a method for suppressing the narrow channel effect of MESFETs, a method has been proposed in which an insulating film is interposed between the gate electrode and the substrate in the region where the gate electrode protrudes from the active layer region (1982).
January 21, IEICE Technical Research Report Vol. 8
6 No. 305).

しかしこの方法では、ゲート電極のゲート幅方向に段差
が形成されるため、特にゲート幅が小さいものとなった
場合に、狭チャネル効果の抑制は十分ではない、プロセ
ス的にも繁雑である、ゲート電極金属の被覆性も劣化す
る、といった問題があった。
However, with this method, a step is formed in the gate width direction of the gate electrode, so it is not sufficient to suppress the narrow channel effect, especially when the gate width is small, and the process is complicated. There was a problem that the coverage of the electrode metal also deteriorated.

(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来、MESFETにおける狭チャネル効
果を抑制する有効な方法はなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally there has been no effective method for suppressing the narrow channel effect in MESFETs.

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、効果的に狭チ
ャネル効果を抑制できるMESFETを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a MESFET that can effectively suppress narrow channel effects.

C発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、半絶縁性半導体基板に第1導電型活性層が形
成され、この活性層を横切るようにショットキーゲート
電極が形成された電界効果トランジスタにおいて、前記
活性層のゲート幅方向に隣接する基板領域に第2導電型
層を設けたことを特徴とする。
C Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides an electric field in which a first conductivity type active layer is formed on a semi-insulating semiconductor substrate, and a Schottky gate electrode is formed across this active layer. The effect transistor is characterized in that a second conductivity type layer is provided in a substrate region adjacent to the active layer in the gate width direction.

(作用) 本発明によれば、ゲート電極下のゲート幅方向について
、活性層からこれに隣接する基板領域の電位分布を見る
と、活性層の境界部にpn接合による大きい電位障壁が
形成される。これにより、ゲート電極の活性層領域から
突き出した部分からの活性層に対する電位の影響が緩和
され、狭チャネル効果が効果的に抑制される。また絶縁
膜を介在させる方法と異なり、ゲート幅が小さいものと
なってもゲート電極金属の被覆性を考慮する必要がない
(Function) According to the present invention, when looking at the potential distribution from the active layer to the adjacent substrate region in the gate width direction under the gate electrode, a large potential barrier is formed at the boundary of the active layer due to the pn junction. . This reduces the influence of potential on the active layer from the portion of the gate electrode protruding from the active layer region, and effectively suppresses the narrow channel effect. Furthermore, unlike the method of interposing an insulating film, there is no need to consider the coverage of the gate electrode metal even if the gate width is small.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a) (b) (e)は、一実施例のG a 
A s M E S F E Tを示す平面図とそのA
−A’およびB−B’断面図である。半絶縁性GaAs
、l板1に、イオン注入によりn型活性層2が形成され
、このn型活性層2上にこれを横切るように例えば窒化
タングステン(WN)膜からなるショットキーゲート電
極3が形成されている。
FIG. 1(a), (b), and (e) show the G a of one embodiment.
Plan view showing A s M E S F E T and its A
-A' and BB' sectional views. Semi-insulating GaAs
, an n-type active layer 2 is formed on the l-plate 1 by ion implantation, and a Schottky gate electrode 3 made of, for example, a tungsten nitride (WN) film is formed on and across the n-type active layer 2. .

ゲート電極3の側壁には絶縁膜4が形成され、このゲー
ト電極3と絶縁膜4をマスクとしてStの高濃度イオン
注入によりn゛型層5.6が形成され、その表面にソー
ス、ドレインのオーミック電極7,8がAuGe/Au
膜により形成されている。ゲート電極3が配設された領
域を含む、第1図(a)に破線で示す領域にはp型層9
が形成されている。p型層9は活性層であるnJ5層2
より低不純物濃度である。またゲート幅方向の断面(第
1図(C))で見たときに、n型活性層3領域に隣接す
る基板領域のゲート電極3の下がこのp型層9となって
いる。
An insulating film 4 is formed on the side wall of the gate electrode 3, and an n-type layer 5.6 is formed by high-concentration St ion implantation using the gate electrode 3 and the insulating film 4 as a mask. Ohmic electrodes 7 and 8 are AuGe/Au
It is formed by a membrane. A p-type layer 9 is located in the region indicated by the broken line in FIG. 1(a), including the region where the gate electrode 3 is provided.
is formed. The p-type layer 9 is an nJ5 layer 2 which is an active layer.
It has a lower impurity concentration. Further, when viewed in a cross section in the gate width direction (FIG. 1C), the p-type layer 9 is located under the gate electrode 3 in the substrate region adjacent to the n-type active layer 3 region.

具体的な製造工程を説明すれば、まず半絶縁性GaAs
Mi板1の第1図(a)に破線で示すp型層形成領域に
窓を有するレジストパターンを形成し、Beイオンを例
えば加速電圧70keV、  ドーズ量2 X 10 
+2/ am2でイオン注入してp型層9を形成する。
To explain the specific manufacturing process, first, semi-insulating GaAs
A resist pattern having a window is formed in the p-type layer forming region of the Mi plate 1 shown by the broken line in FIG.
A p-type layer 9 is formed by ion implantation at +2/am2.

p型層9の形成は他の方法例えば固相拡散法などを用い
てもよい。次に活性層形成用のレジストパターンを形成
し、Siイオンを例えば加速電圧25keV、  ドー
ズR6X 10 ”/L:rn2でイオン注入してnJ
e!活性層2を形成する。そしてレジストパターンを除
去した後、スパッタ法によりWN膜を例えば3000人
堆積し、これを反応性イオンエツチング法によりパター
ン形成してゲート電極3を形成する。次にゲート電極側
壁に絶縁膜4を堆積し、ソース、ドレイン領域を含む素
子形成領域に窓を持つレジストパターンを形成して、こ
のレジストパターンとゲート電極3および側壁絶縁膜4
をマスクとしてSiを例えば加速電圧80keV、  
ドーズffi I X 10 ”/an2でイオン注入
してn+型層5,6を形成する。最後にA u G e
 / A u膜により、ソース、ドレインのオーミック
電極7,8を形成する。なおイオン注入による不純物の
活性化は、ソース、ドレインの高濃度層形成のイオン注
入を行った後に例えば820℃、20分の熱処理により
行う。
The p-type layer 9 may be formed using other methods such as solid phase diffusion. Next, a resist pattern for forming an active layer is formed, and Si ions are implanted at an acceleration voltage of 25 keV and a dose of R6 x 10''/L:rn2, for example, to form an active layer of nJ.
e! An active layer 2 is formed. After removing the resist pattern, a WN film of, for example, 3,000 layers is deposited by sputtering, and patterned by reactive ion etching to form the gate electrode 3. Next, an insulating film 4 is deposited on the sidewalls of the gate electrode, a resist pattern with windows is formed in the element formation region including the source and drain regions, and this resist pattern is combined with the gate electrode 3 and sidewall insulating film 4.
For example, using Si as a mask with an acceleration voltage of 80 keV,
Ion implantation is performed at a dose of ffi I x 10''/an2 to form n+ type layers 5 and 6.Finally, A u G e
/ Source and drain ohmic electrodes 7 and 8 are formed using the Au film. Note that activation of impurities by ion implantation is performed by heat treatment at 820° C. for 20 minutes, for example, after performing ion implantation to form high concentration layers of the source and drain.

第2図は、この実施例によるMESFETのゲート幅方
向の断面、すなイ)ち第1図(c)の断面での表面電位
分布を示している。図から明らかなように活性層2の境
界にpn接合による大きい電位障壁が形成された状態と
なる。この結果、ゲート電極3の活性層領域から突き出
した部分の電位による活性層2への影フが抑圧され、狭
チャネル効果が抑制されることになる。またこの狭チャ
ネル効果の抑制は、p型層とショットキー電極間の電位
障壁に起因すると考えられる。つまりこれらpn接合お
よびp・ショットキー接合による電位障壁からのそれぞ
れの空乏層の延びが小さいことが相俟って狭チャネル効
果は抑制される。
FIG. 2 shows the surface potential distribution in the cross section in the gate width direction of the MESFET according to this embodiment, that is, the cross section in FIG. 1(c). As is clear from the figure, a large potential barrier is formed at the boundary of the active layer 2 due to the pn junction. As a result, the influence on the active layer 2 due to the potential of the portion of the gate electrode 3 protruding from the active layer region is suppressed, and the narrow channel effect is suppressed. Further, the suppression of this narrow channel effect is considered to be due to the potential barrier between the p-type layer and the Schottky electrode. In other words, the narrow channel effect is suppressed due to the fact that the extension of each depletion layer from the potential barrier due to the pn junction and the p-Schottky junction is small.

第3図は、この実施例によるMESFETのしきい値電
圧VLhとゲート幅Wgの関係を4P1定した結果を、
p型層を持たない従来例と比較して示したものである。
FIG. 3 shows the results of the 4P1 determination of the relationship between the threshold voltage VLh and gate width Wg of the MESFET according to this example.
This is shown in comparison with a conventional example that does not have a p-type layer.

これはゲート長がLg=0.5μmのMESFETにつ
いてのデータである。図から明らかなように従来例では
ゲート幅が小さくなるにつれてしきい値電圧vthの平
均値が正方向に大きく変化しているのに対し、この実施
例ではゲート幅1μm程度になってもしきい値電圧のf
均値は大きいゲート幅のときと変わらない。しきい値の
ばらつきについても、従来例ではゲート幅が小さくなる
につれて大きくなっているのに対し、この実施例ではそ
れ程大きいばらつきを示さない。
This is data for a MESFET with gate length Lg=0.5 μm. As is clear from the figure, in the conventional example, the average value of the threshold voltage vth changes greatly in the positive direction as the gate width becomes smaller, whereas in this example, the threshold voltage vth changes significantly even when the gate width becomes about 1 μm. voltage f
The average value remains the same as for large gate widths. In contrast to the conventional example in which variations in threshold value increase as the gate width becomes smaller, this embodiment does not exhibit such large variations.

以上のようにこの実施例によれば、n型活性層に隣接し
てゲート幅方向の基板領域にp型層を設けることによっ
て、狭チャネル効果が抑制される。
As described above, according to this embodiment, the narrow channel effect is suppressed by providing the p-type layer in the substrate region in the gate width direction adjacent to the n-type active layer.

狭チャネル効果を抑制するには特にp型層の不純物濃度
が重要である。この不純物濃度を試算した結果、n型活
性層がチャネル領域として用いられる場合、I X 1
0 ”/cm3〜I X 1018/cm3の範囲がよ
く、特にlX1015/cII+3〜1×10じ/ c
m ’がよい。この範囲にp型層の不純物濃度を設定す
る事により、狭チャネル効果は無視できる程度に抑える
ことができる。
In order to suppress the narrow channel effect, the impurity concentration of the p-type layer is particularly important. As a result of trial calculation of this impurity concentration, when the n-type active layer is used as a channel region, I
The range of 0''/cm3 to IX1018/cm3 is good, especially lX1015/cII+3 to 1x10d/c
m' is good. By setting the impurity concentration of the p-type layer within this range, the narrow channel effect can be suppressed to a negligible level.

本発明は上記実施例に限られるものではない。The present invention is not limited to the above embodiments.

例えば実施例では、p型層をゲート電極が配設される領
域全体に形成し、その後このp型層と一部重なるように
n型活性層を形成したが、例えば第1図(e)に対して
第4図′に示すように、n型活性層2が形成される領域
を避けて、n型活性層2のゲート幅方向の両側にそれぞ
れp型層93.9□を形成するようにしてもよい。この
ようにすれば、n型活性層領域のイオン注入はn型不純
物のイオン注入のみとなるから、イオン注入によるダメ
ージを少なくすることができ、優れたショットキーゲー
ト特性を得ることができる。また実施例ではゲート電極
が活性層領域からはみだした領域のゲート電極上全体に
p型層を設けたが、必ずしもゲート電極上全体にp型層
を設けなくてもよい。すなわち、活性層から大きくはみ
だしたゲート電極部分からの活性層に対する影響は、活
性層から離れるにつれて小さいものとなるから、ゲート
電極のはみだし幅が大きい場合にはそれより狭い範囲に
p型層を設けることによっても十分効果が得られる。さ
らに、p型層がl型活性層全体を国うように形成するこ
ともできる。
For example, in the example, a p-type layer was formed over the entire region where the gate electrode was provided, and then an n-type active layer was formed so as to partially overlap this p-type layer. On the other hand, as shown in FIG. 4', p-type layers 93.9□ are formed on both sides of the n-type active layer 2 in the gate width direction, avoiding the region where the n-type active layer 2 is formed. It's okay. In this way, since the ion implantation into the n-type active layer region is only the ion implantation of n-type impurities, damage caused by ion implantation can be reduced and excellent Schottky gate characteristics can be obtained. Further, in the embodiment, the p-type layer is provided over the entire gate electrode in the region where the gate electrode protrudes from the active layer region, but the p-type layer does not necessarily have to be provided over the entire gate electrode. In other words, the influence on the active layer from the gate electrode portion that protrudes largely from the active layer becomes smaller as the distance from the active layer increases, so if the protrusion width of the gate electrode is large, the p-type layer should be provided in a narrower range. You can also obtain sufficient effects by doing this. Furthermore, the p-type layer can be formed so as to cover the entire l-type active layer.

さらに実施例ではG a A s M E S F E
 Tを説明したが、他の半導体材料例えばSiやGeを
を用いたMESFETにも本発明を適用することが可能
である。、また活性層がp型層である場合にも、実施例
で示したp型層の部分をn型層とすることにより本発明
は有効である。
Furthermore, in the example, G a A s M E S F E
Although T has been described, the present invention can also be applied to MESFETs using other semiconductor materials such as Si or Ge. Furthermore, even when the active layer is a p-type layer, the present invention is effective by making the p-type layer shown in the embodiment an n-type layer.

[発明の効果コ 以上のべたように本発明によれば、第1導電型活性層の
ゲート幅方向に隣接する基数領域に第2導電型層を設け
ることによって、狭チャネル効果を抑制したMESFE
Tを得ることができる。
[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a MESFE in which the narrow channel effect is suppressed by providing the second conductivity type layer in the radix region adjacent to the first conductivity type active layer in the gate width direction.
You can get T.

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

第1図(a)〜(c)は本発明の一実施例のG a A
 s M E S F E Tを示す一+1面図とその
A−A’およびB−B’断面図、 第2図はそのゲート幅h゛向の断面での電位分糸を示す
図、 第3図は同じくそのMESFETのしきい値電圧とゲー
ト幅の関係をnl定した結果を従来例と比較して示す図
、 第4図は他の実施例のに a A s M E S F
 E Tを示す断面図である。 1・・パト絶縁性GaAs基板、2・・・n型活性層、
3・・・ショットキーゲート電極、4・・・絶縁膜、5
゜6・・・n゛型層7,8・・・オーミック電極、9・
・・p型層。
FIGS. 1(a) to (c) show G a A of one embodiment of the present invention.
A +1 plane view showing s M E S F E T and its AA' and BB' cross-sectional views, Figure 2 is a diagram showing the potential distribution in the cross section in the gate width h' direction, and Figure 3 The figure also shows the result of determining the relationship between the threshold voltage and gate width of the MESFET in comparison with the conventional example.
It is a sectional view showing ET. 1... Pato insulating GaAs substrate, 2... n-type active layer,
3... Schottky gate electrode, 4... Insulating film, 5
゜6...N゛-type layer 7, 8...Ohmic electrode, 9.
...p-type layer.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半絶縁性半導体基板に第1導電型活性層が形成さ
れ、活性層を横切るショットキーゲート電極が形成され
た電界効果トランジスタにおいて、前記活性層のゲート
幅方向に隣接する基板領域に第2導電型層が設けられて
いることを特徴とするショットキーゲート型電界効果ト
ランジスタ。
(1) In a field effect transistor in which a first conductivity type active layer is formed on a semi-insulating semiconductor substrate and a Schottky gate electrode is formed across the active layer, a first conductivity type active layer is formed in a substrate region adjacent to the active layer in the gate width direction. A Schottky gate field effect transistor characterized by having two conductivity type layers.
(2)前記第2導電型層は不純物濃度が前記活性層より
低く設定されていることを特徴とする請求項1記載のシ
ョットキーゲート型電界効果トランジスタ。
(2) The Schottky gate field effect transistor according to claim 1, wherein the second conductivity type layer has an impurity concentration lower than that of the active layer.
JP14494389A 1989-06-07 1989-06-07 Schottky gate type field effect transistor Pending JPH039533A (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61267369A (en) * 1985-05-22 1986-11-26 Hitachi Ltd Field effect transistor
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