JPH04199518A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタ及びその製造方法

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JPH04199518A
JPH04199518A JP2335833A JP33583390A JPH04199518A JP H04199518 A JPH04199518 A JP H04199518A JP 2335833 A JP2335833 A JP 2335833A JP 33583390 A JP33583390 A JP 33583390A JP H04199518 A JPH04199518 A JP H04199518A
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drain
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河野 康孝
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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及びその製造方法に関
し、特にゲート・ドレイン耐圧を向上するための構造及
びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第4図は従来の高融点金属ゲート自己整合型電界効果ト
ランジスタを示す断面側面図であり、図において、1は
半絶縁性GaAs基板、2は該基板1上に形成された活
性層、3は例えばタングステンシリサイド等の高融点金
属を用いて形成されたゲート電極(WSiゲート)、4
は上記活性層2の両側に形成された中間濃度ドーピング
領域(n′層)、5はその外側の高濃度ドーピング領域
(n”層)、6は該高濃度ドーピング領域5上方に配置
されたオーミック電極、8は基板全面を被覆する絶縁膜
である。
このような構造の電界効果トランジスタはLDD (L
ightly Doped Drain)構造としてよ
く知られている。
次に製造方法について説明する。
第4図(alに示すように半絶縁性GaAs基板1に例
えばSiイオンを加速エネルギー(40kev)、ドー
ズ量(3,3E12cm−2)の条件でイオン注入する
ことにより活性層2を形成する。
次に第4図(b)に示すように、タングステンシリサイ
ド(WSi)をスパッタリング法てウェハ全面に被着し
、写真製版技術によりマスクパターン(図示せず)を形
成し、さらに反応性イオンエツチングにより、WSiゲ
ート電極3を形成する。
さらにWSiゲート電極3をマスクとしてSiイオンを
加速エネルギー(50keV)、  ドーズ量(l E
 1.2 on−2)の条件でイオン注入することによ
り、n′層4を形成する。(第4図(C))。
さらに第4図(d)に示すように5iON膜9をCVD
法によりウェハ全面に約2000λ被着させた後、5i
ON膜9を通してSiイオンを加速エネルギー(180
keV)、  ドーズ量(3EI2an −2)の注入
条件でイオン注入し、さらに800°C15分の条件で
アニールすることによりn+層5を形成する。
さらに第4図(e)に示すようにAuGe/Ni/Au
を蒸着、リフトオフ法でn+層層上上堆積することによ
りオーミック電極6を形成する。
最後にウェハ全面にパッシベーション膜として絶縁膜8
を堆積することにより、第4図げ)に示す半導体装置を
得ることができる。
このような構造の電界効果トランジスタでは、上記n′
層4はn”層5と活性層2との間に形成された中間濃度
領域に相当するもので、動作時において、ゲート・ドレ
イン間に集中する電界を緩和し、ゲート・ドレイン耐圧
の向上を目的として設けられている。以上のような構造
におけるゲート・トレイン間の耐圧特性を第5図に示す
。この図から逆方向のゲート電流か1μ八時のバイアス
電圧は約6.6v程度であることかわかる。
なおこの電界効果トランジスタのゲート長、ゲート幅は
それぞれ1μm、10μmである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の電界効果トランジスタの製造方法により製造され
た電界効果トランジスタは以上のように構成されており
、ゲート・ドレイン耐圧を向上させようとすると、ドレ
イン側のn′層のドーピング濃度を下げる必要がある。
しかしながら、従来方法では、ソース側のn′層の濃度
も同時に下かり、ソース抵抗の増大を招き、電界効果ト
ランジスタの性能を劣化させるという問題かあり、通常
ゲート・ドレイン耐圧は7V程度か限界であった。
従って、自己整合型電界効果トランジスタの高出力アナ
ログICへの適用は不可能であった。
電界効果トランジスタにおけるゲート耐圧は例えば、シ
ョットキ障壁型FETてあれば、ショットキ障壁の最大
電界で決定される。障壁の最大電界位置は一般にショッ
トキメタル/ G a A s界面の極近傍になるはず
で、プレーナ型のFETでは、ドレイン側のゲート端近
傍になる。また一般にバルク内の不純物濃度か均一な半
導体基板にショットキー接合、PN接合を用いた場合に
おける破壊電圧は不純物濃度に依存し、S、M、Sze
らの計算によれば、第6図に示すようになる(Aply
Phys、 Lett、 8.111 (1966))
。通常GaAsを用いた電界効果トランジスタの動作層
の表面濃度は10I7/cm’前後であり、第6図によ
れば、破壊電圧は約17V前後となっている。実際は電
界効果トランジスタがプレーナ型であり、不純物濃度分
布も不均一である点を考慮すれば、17Vよりは低くな
ると考えられるか、上述のように、7V以下というのは
低すぎる値である。
また以上のような問題を解決するために、電界効果トラ
ンジスタのゲート電極を非対称に形成する、いわゆるオ
フセットゲート型のものか提案されているか、製造工程
が複雑であることや、アライメンI・精度のズレ等によ
る再現性の低さ等の理由により歩留りの向上は望めない
という問題かあった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、歩留の低下を招くことなくドレイン・ゲート
耐圧を向上する二とができる自己整合型電界効果トラン
ジスタ及びその製造方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段〕
ところてGaAs表面の安定法2表面率位の低減につい
ては数々の報告があり、例えば特開昭64−8613号
公報に示されるように、半導体材料の結晶界面上に、硫
化層等を形成し基板表面の安定化を図る技術をMIS構
造やダイオード、フォトダイオード、バイポーラ構造へ
適用したものかある。
また、rlnst、Phys、Ser、No、74 C
hapter 7.  Int。
5ynp、 GaAs and Re1ated Co
mpounds、 Biarritz。
1984 Jに記載されているように表面近傍における
トラッピング準位が表面における電界集中をうみ、破壊
電圧を下げるという報告もある。
そこで、本願発明者は上記目的を達成するために以上に
挙げたような従来の技術文献を参考として鋭意研究した
結果以下の点について着目した。
すなわち、本願発明者は電界効果トランジスタのゲート
耐圧を決定している要因として、基板の不純物濃度より
もむしろソースとドレイン間のGaAs表面状態である
と考えた。
そこで本発明は、化合物半導体基板上にソース及びドレ
イン電極を配置し、該ソース及びドレイン電極間にゲー
ト電極を配置してなる電界効果トランジスタにおいて、
基板表面の少なくともゲート電極とドレイン電極間の領
域に、ここに存在、する局在準位を低減させる表面準位
低減層を設けたちのである。
〔作用〕
本発明においては、基板表面の少なくともゲート電極と
ドレイン電極間の領域に、ここに存在する局在準位を低
減させる表面準位低減層を設けたので、ゲート電極とド
レイン電極間におけるキャリアの再結合やエネルギー障
壁を低減することかでき、その結果ゲート耐圧の高い電
界効果トランジスタを得ることかできる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図において、第4図と同一符号は同一または相当部
分を示し、7は、ゲート電極3とオーミック電極6との
間のGaAs基板1表面を硫化して形成した表面準位低
減層である。
次に製造方法について説明する。
第2図(al〜(elは従来例の第4図(a)〜(e)
と同様であるためここではその詳細な説明は省略し、そ
の後の工程について説明する。
従来と同様にして第2図(e)まで形成した後、同図げ
)に示すように、硫化アンモニウム水溶液((NH,)
2 S、  (NH4)、S、)や硫化リチウム水溶液
もしくは硫化ナトリウム水溶液中に、ウェハを約15分
間浸することにより、ゲート・ドレイン間、ゲート・ソ
ース間のGaAs基板1表面を硫化することで、表面準
位低減層7を形成する。
最後にウェハ全面にパッシベーション膜として絶縁膜8
を堆積することにより、第1図に示す半導体装置を得る
ことかできる。
このように本実施例によれば、GaAs基板1上にWS
iゲート電極3及びオーミック電極6をを配置し、該オ
ーミック電極6間にWSjゲー)・電極3を配置してな
るMESFETにおいて、ゲート電極3とオーミック電
極6間の基板1表面を硫化アンモニウム水溶液((NH
,)2S)等のSを含有する水溶液で処理して硫化した
ので、ゲート電極3とオーミック電極6間の基板1表面
に存在する局在準位が低減され、第3図に示すように、
逆方向ゲート電流か1μmA時にバイアス電圧が約15
.OVとなり著しく改善される。従って従来例のような
歩留の低下を招くことなく、高いトレイン・ゲート耐圧
を有する電界効果トランジスタを製造することかできる
なお、上記実施例では、硫化処理をオーミック電極6形
成後に行ったか、この処理はオーミック電極6形成前に
行ってもい。
また、硫化する領域はゲート電極とトレイン電極のみて
もよい。
また、上記実施例は高融点ゲートセルファライン構造の
FETについて述べたか、リセス型のMESFETであ
ってもよく、この場合第7図(b)に示すようにゲート
耐圧は逆方向ゲート電流かIμmA時にバイアス電圧が
約18.OVとなり、第7図(a)の従来例の15V程
度であったのに比べ向上が認められる。
なお、この場合のゲート幅は100μmである。
さらに、上記実施例は基板表面の硫化手段として硫化ア
ンモニウム、硫化リチウム、硫化ナトリウム水溶液によ
る方法について述べたが、H2Sガスを用いてもよく、
さらに硫化以外の方法、例えばTe、P、Se等の化合
物を用いて処理を行ない表面準位低減層7を形成しもよ
い。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、化合物半導体基板上
にソース及びドレイン電極を配置し、該ソース及びドレ
イン電極間にゲート電極を配置してなる電界効果トラン
ジスタにおいて、基板表面の少なくともゲート電極とド
レイン電極間の領域に、ここに存在する局在準位を低減
させる表面準位低減層を設けたので、ゲート電極とトレ
イン電極間におけるキャリアの再結合やエネルギー障壁
か低減され、歩留の低下を招くことなく高いゲート耐圧
を有する電界効果トランジスタを得ることができ、その
結果、自己整合型MESFETを高出力アナログICへ
適用することができるという効果かある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による電界効果トランジス
タを示す断面側面図、第2図はこの発明の一実施例によ
る電界効果トランジスタの製造工程フローを示す断面側
面図、第3図はこの発明の一実施例による電界効果トラ
ンジスタのゲート・ドレイン耐圧特性を示す図、第4図
は従来の電界効果トランジスタを示す断面側面図、第5
図は従来の電界効果トランジスタのゲート・ドレイン耐
圧特性を示す図、第6図はGaAsにおける破壊電圧の
不純物濃度依存性を説明するための図、第7図はこの発
明の応用例による電界効果トランジスタのゲート・ドレ
イン耐圧特性を示す図である。 図において、1は半絶縁性GaAs基板、2は活性層、
3はWSiゲート、4はn′層、5はn+層、6はオー
ミック電極、7は硫化層(表面準位低減層)である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体基板上にソース及びドレイン電極を
    配置し、該ソース及びドレイン電極間にゲート電極を配
    置してなる電界効果トランジスタにおいて、 基板表面の、少なくともゲート電極とドレイン電極間の
    領域に、ここに存在する局在準位を低減させる表面準位
    低減層を設けたことを特徴とする電界効果トランジスタ
  2. (2)化合物半導体基板上にソース及びドレイン電極を
    配置し、該ソース及びドレイン電極間にゲート電極を配
    置してなる電界効果トランジスタを製造する方法におい
    て、 基板表面の、少なくともゲート電極及びドレイン電極間
    の露呈した領域を所定の反応溶液または反応ガスを用い
    て処理して、該領域に存在する局在準位を低減させる表
    面準位低減層を形成する工程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。
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EP0498993A3 (en) 1992-10-28
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