JPH0429329A - Field effect transistor and its manufacture - Google Patents
Field effect transistor and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は電界効果型トランジスタ、特に砒化ガリウムの
電界効果型トランジスタとその製造方法に関するもので
ある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to field effect transistors, particularly gallium arsenide field effect transistors and methods of manufacturing the same.
従来の技術
ゲートにショットキィ電極を用いた砒化ガリウムの電界
効果型トランジスタ(以下、GaAsMESFETと称
す)は、従来のシリコンを用いたトランジスタに比べ、
高速、高周波化および高効率化の点で優れており、種々
の開発、実用化がなされている。しかし、シリコンの絶
縁膜を用いた電界効果型トランジスタ(S 1M08F
ET)に比べると、ゲートがショットキィ電極であるた
めに耐圧が低く、大入力のトランジスタとして用いるに
は難しかった。また、GaAsMESFETのゲート・
ドレイン間耐圧、あるいはゲート・ソース間耐圧は、電
気伝導(以下、チャネルと称す)領域の表面近傍のキャ
リア濃度で決まるが、通常のシリコンイオン注入ではチ
ャネル表面側のキャリアが濃くなるために、高耐圧のも
のが得難く、ゲート・ドレイン間、あるいはゲート・ソ
ース間の距離を離したり、キャリア濃度を下げることに
よって対処していた。しかし、これらの処置は、FET
自身の特性、特に高周波特性を低下させるものであり、
高周波特性を劣化させずに高耐圧なFETを作製するこ
とは不可能であった。一般的なGaAsMESFETの
従来例を第8図に示す。Conventional technology Gallium arsenide field effect transistors (hereinafter referred to as GaAs MESFETs) that use a Schottky electrode for the gate have the following advantages compared to conventional silicon transistors:
It is excellent in terms of high speed, high frequency, and high efficiency, and has been developed and put into practical use in various ways. However, field effect transistors (S 1M08F
Since the gate is a Schottky electrode, the breakdown voltage is lower than that of the ET, making it difficult to use as a large input transistor. Also, the gate of GaAs MESFET
The drain-to-drain breakdown voltage or gate-to-source breakdown voltage is determined by the carrier concentration near the surface of the electrically conductive (hereinafter referred to as channel) region, but in normal silicon ion implantation, carriers are concentrated on the channel surface side, resulting in a high It is difficult to obtain a device with high withstand voltage, and countermeasures have been taken by increasing the distance between the gate and drain or between the gate and source, or by lowering the carrier concentration. However, these treatments
It reduces its own characteristics, especially its high frequency characteristics,
It has been impossible to fabricate a high-voltage FET without deteriorating high-frequency characteristics. A conventional example of a general GaAs MESFET is shown in FIG.
半絶縁性基板lO上にシリコンイオン注入によりチャネ
ル領域上が形成され、その両端に萬濃度のシリコンイオ
ン注入によるコンタクト領域2が形成されている。各領
域の上にはゲート電極となるショットキィ電極7、ドレ
イン・ソース電極となるオーミック電極8が形成されて
いる。A channel region is formed on a semi-insulating substrate IO by implanting silicon ions, and contact regions 2 are formed at both ends thereof by implanting silicon ions at a concentration of 10,000. A Schottky electrode 7 serving as a gate electrode and an ohmic electrode 8 serving as a drain/source electrode are formed on each region.
発明が解決しようとする課題
しかし上記のような構成では、前述したように高いゲー
ト耐圧を得ることや、あるいは高周波特性を低下させず
に高いゲート・ドレイン間耐圧、あるいはゲート・ソー
ス間耐圧を得ることが難しかった。Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, it is difficult to obtain a high gate breakdown voltage as described above, or to obtain a high gate-drain breakdown voltage or gate-source breakdown voltage without degrading high frequency characteristics. That was difficult.
本発明は上記問題点を大きく改良するもので、はぼ従来
どおりの工程を用いて、高いゲート耐圧を得たり、高周
波特性を低下させずに高いゲート自ドレイン間耐圧、あ
るいはゲート・ソース間耐圧を得るGaAsMESFE
Tの構造とその製造方法を提供することを目的とする。The present invention greatly improves the above-mentioned problems, and it is possible to obtain a high gate breakdown voltage using a process similar to the conventional method, and to achieve a high gate-to-drain breakdown voltage or gate-source breakdown voltage without deteriorating high frequency characteristics. GaAsMESFE to obtain
The purpose of this invention is to provide the structure of T and its manufacturing method.
課題を解決するための手段
上記課題を解決するため、本発明のGaAsMESFE
Tは、チャネル領域表面側のキャリア濃度を下げるため
に、酸素イオン注入された高抵抗領域を、ゲート電極下
のチャネル領域上、あるいはゲート・ドレイン間のチャ
ネル領域上に形成することを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the GaAsMESFE of the present invention
T is characterized by forming a high resistance region implanted with oxygen ions on the channel region under the gate electrode or on the channel region between the gate and drain in order to lower the carrier concentration on the surface side of the channel region. .
作用
上記構成のGaAsMESFETは、簡易な構成で、高
いゲート耐圧を得たり、高周波特性を低下させずに高い
ゲート耐圧、ゲート・ドレイン間耐圧、あるいはゲート
・ソース間耐圧を得ることができる。また、製造工程も
従来の工程に比べて酸素イオン注入の工程を加えるだけ
でよく、開発・製作費用の増加や工程変更も少くて済む
。Operation The GaAs MESFET having the above structure has a simple structure and can obtain a high gate breakdown voltage, a high gate-drain breakdown voltage, or a gate-source breakdown voltage without deteriorating high frequency characteristics. Additionally, compared to conventional processes, the manufacturing process only requires the addition of an oxygen ion implantation process, which reduces development and manufacturing costs and requires fewer process changes.
実施例
以下、本発明の実施例を第1図から第7図に基づいて説
明する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained based on FIGS. 1 to 7.
第1図は本発明の第一の実施例におけるGaAsMES
FETを示す構成図、第2図はその製造方法を示す工程
図である。第2図に示すように、GaAsの半絶縁性基
板lO上にマスクとなるレジスト30を形成し、シリコ
ンイオン注入41を、続いてそれよりも浅く酸素イオン
注入42を行う。次に新たにマスクとなるレジスト31
を形成し、高1度のシリコンイオン注入43を行う。レ
ジスト3Iを除去した後に高温で熱処理(以下、アニー
ルと称す)を行い、上記イオン注入領域を再結晶化させ
て、チャネル領域11、表面側に高抵抗領域I2、およ
びコンタクト領域2を形成する。最後にドレイン・ソー
ス電極となるオーミック電極8,8d、 ゲート電極
となるショットキィ電極7を形成して本発明のGaAs
MESFETが完成する。なお本実施例ではゲート耐圧
のみならす、ゲート・ドレイン間、ゲート・ソース間耐
圧も向上する。FIG. 1 shows a GaAs MES in the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the FET, and a process diagram showing the manufacturing method thereof. As shown in FIG. 2, a resist 30 serving as a mask is formed on a GaAs semi-insulating substrate 1O, and silicon ion implantation 41 is performed, followed by oxygen ion implantation 42 to a shallower depth. Next, resist 31 becomes a new mask.
, and high-degree silicon ion implantation 43 is performed. After removing the resist 3I, heat treatment (hereinafter referred to as annealing) is performed at a high temperature to recrystallize the ion implanted region to form a channel region 11, a high resistance region I2 on the surface side, and a contact region 2. Finally, ohmic electrodes 8, 8d, which will become drain and source electrodes, and Schottky electrode 7, which will become gate electrode, are formed to form the GaAs of the present invention.
MESFET is completed. Note that in this embodiment, not only the gate breakdown voltage but also the gate-drain and gate-source breakdown voltages are improved.
ここで、酸素イオン注入の有効性を示すために、酸素イ
オン注入されたGaAsの諸特性について実験結果をも
とに詳述する。第3図は、酸素イオン注入の存無による
チャネル領域のキャリア濃度の違いを示す分布図である
。横軸は基板表面からの深さを、縦軸はイオン注入時の
イオン量(不純物量)あるいはアニール後のキャリア濃
度を相対的に示したものである。シリコンイオン注入の
みの場合は、アニールによりシリコンが表面まで拡散し
て表面近傍のキャリア濃度が高くなった。しかし、表面
側に酸素イオン注入を行うことでその領域のキャリア濃
度は減少し、内部に埋め込まれたようなチャネル領域が
形成される。これは酸素原子がアニールにより電子を捕
獲することに起因する。従って、シリコンのイオン量に
見合うだけの酸素イオンを注入することにより、その部
分のキャリア濃度が減少して高抵抗化する。また、本発
明のコンタクト領域のようにさらに高濃度にシリコンイ
オンを注入すれば再び低抵抗化する。また、GaAsM
ESFETの高周波特性は、チャネル領域のキャリア濃
度の最も濃い部分が最も影響するため、本発明のように
キャリア濃度の最大値に変化を及ぼさない場合は、高周
波特性の劣化をきたすこともない。Here, in order to demonstrate the effectiveness of oxygen ion implantation, various characteristics of GaAs implanted with oxygen ions will be described in detail based on experimental results. FIG. 3 is a distribution diagram showing the difference in carrier concentration in the channel region depending on the presence or absence of oxygen ion implantation. The horizontal axis indicates the depth from the substrate surface, and the vertical axis indicates the relative amount of ions (impurity amount) during ion implantation or the carrier concentration after annealing. In the case of only silicon ion implantation, silicon diffused to the surface due to annealing, increasing the carrier concentration near the surface. However, by implanting oxygen ions into the surface side, the carrier concentration in that region decreases, and a channel region that looks like it is buried inside is formed. This is due to oxygen atoms capturing electrons through annealing. Therefore, by implanting oxygen ions in an amount commensurate with the amount of silicon ions, the carrier concentration in that portion decreases and the resistance increases. Furthermore, if silicon ions are implanted at a higher concentration as in the contact region of the present invention, the resistance will be reduced again. Also, GaAsM
The high frequency characteristics of an ESFET are most affected by the portion of the channel region where the carrier concentration is highest, so if the maximum value of the carrier concentration is not changed as in the present invention, the high frequency characteristics will not deteriorate.
第4図は酸素イオン注入領域の結晶状態の変化を示すフ
ォトルミネッセンスの強度分布図である。FIG. 4 is a photoluminescence intensity distribution diagram showing changes in the crystal state of the oxygen ion implanted region.
上段はGaAsのスペクトル、中段は酸素イオン注入後
のGaAsのスペクトル、下段はそれをアニールシタ後
のGaAsのスペクトルである。同図に見られるように
、酸素イオン注入によりGaAsの結晶性は崩れるが、
アニールにより再結晶化する。従って、酸素イオン注入
領域上にショットキィ電極を形成することが可能である
ことが判る。The upper row shows the spectrum of GaAs, the middle row shows the spectrum of GaAs after oxygen ion implantation, and the lower row shows the spectrum of GaAs after annealing. As seen in the figure, the crystallinity of GaAs is destroyed by oxygen ion implantation, but
Recrystallize by annealing. Therefore, it can be seen that it is possible to form a Schottky electrode on the oxygen ion implantation region.
第5図は、ゲート直下の酸素イオン注入の有無によるゲ
ートの電流(I)−電圧(V)特性の違いを示したもの
である。同図破線は通常のショットキィ電極のI−V特
性であり、実線は本発明によるゲート直下に酸素イオン
注入による高抵抗領域を有する場合のI−V特性である
。本発明の効果により明かにゲート電極の耐圧が向上し
ているのが判る。FIG. 5 shows the difference in the current (I)-voltage (V) characteristics of the gate depending on whether or not oxygen ions were implanted directly under the gate. The broken line in the figure is the IV characteristic of a normal Schottky electrode, and the solid line is the IV characteristic in the case of having a high-resistance region formed by implanting oxygen ions directly under the gate according to the present invention. It can be seen that the effect of the present invention clearly improves the breakdown voltage of the gate electrode.
第6図は本発明の第二の実施例によるGaAsMESF
ETを示す構成図、第7図はその製造方法を示す工程図
である。FIG. 6 shows a GaAs MESF according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing the ET and a process diagram showing its manufacturing method.
第二の実施例においては、酸素イオン注入をゲート・ド
レイン間およびゲート・ソース間のチャネル領域上に行
い、それらの耐圧を向上させることを目的とする。第7
図に示すように、GaAsの半絶縁性基板10上にマス
クとなるレジスト30を形成し、シリコンイオン注入4
1を行う。次に高融点金属を用いたゲートのショットキ
ィ電極17を形成し、それをマスクとして周辺に酸素イ
オン注入42を行う。続いて第一の実施例と同様に、高
濃度のシリコンイオン注入43を行った後にアニールし
て、上記イオン注入領域を再結晶化させ、チャネル領域
21. 表面側に高抵抗領域22、およびコンタクト
領域2を形成する。最後にドレイン・ソース電極となる
オーミック電極8を形成して本実施例のGaAsMES
FETが完成する。In the second embodiment, oxygen ion implantation is performed on the channel region between the gate and the drain and between the gate and the source to improve the breakdown voltage thereof. 7th
As shown in the figure, a resist 30 serving as a mask is formed on a GaAs semi-insulating substrate 10, and silicon ion implantation 4 is performed.
Do 1. Next, a gate Schottky electrode 17 made of a high melting point metal is formed, and using this as a mask, oxygen ions are implanted into the periphery. Subsequently, similarly to the first embodiment, high-concentration silicon ion implantation 43 is performed and annealing is performed to recrystallize the ion implanted region, thereby forming the channel region 21. A high resistance region 22 and a contact region 2 are formed on the front side. Finally, ohmic electrodes 8 which will become drain and source electrodes are formed to form the GaAs MES of this example.
FET is completed.
発明の効果
以上に記したように、本発明の構成のGaAsMESF
ETは、簡易な構成で、扁いゲート耐圧を得たり、高周
波特性を低下させずに、即ちチャネル濃度を下げたり距
離を離したすせずに、高いゲート耐圧、ゲート・ドレイ
ン間耐圧、あるいはゲート・ソース間耐圧を得ることが
できる。また、製造工程も従来の工程に比べて酸素イオ
ン注入の工程を加えるだけでよく、開発・製作費用の増
加や工程変更も少なくて済む。Effects of the Invention As described above, the GaAs MESF having the structure of the present invention
ET has a simple configuration and can achieve high gate breakdown voltage, gate-drain breakdown voltage, or It is possible to obtain gate-source breakdown voltage. Furthermore, compared to conventional processes, the manufacturing process only requires the addition of an oxygen ion implantation process, reducing development and manufacturing costs and reducing process changes.
第1図は本発明の第一の実施例によるGaAsMESF
ETを示す構成断面図、第2図はその製造方法を示す工
程断面図、第3図は酸素イオン注入の有無によるチャネ
ルのキャリア濃度の違いを示す分布図、第4図は酸素イ
オン注入領域の熱処理による結晶状態の変化を示すフォ
トルミネッセンスの強度分布図、第5図は酸素イオン注
入の有無によるゲートの電流・電圧特性図、第6図は本
発明の第二の実施例によるGaAsMESFETを示す
構成断面図、第7図はその製造方法を示す工程断面図、
第8図は従来のGaAsMESFETを示す構成図であ
る。
2・・・・・・コンタクト領域、7.17・・・・・・
シa ットキイ電極、8.8d・・・・・・ソース、
ドレインオーミッり電極、IO・・・・・・半絶縁性基
板、11. 21・・・・・・チャネル領域、12.2
2・・・・・・高抵抗領域、30.31・・・・・・レ
ジスト、41.43・・・・・・ンリコンイオン注入、
42・・・・・・酸素イオン注入。
代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名ソース、)
:レイシイーミツク電i
子縫編−幕伝
チャ卑ルfI戚
島弛m鐘詐
jl
レジン
ト
々−#奪イ
オ
ン
江
入
第3図
↑
表面
深
筒
5皮
長
(λ)
第
電源(I)
寿FIG. 1 shows a GaAs MESF according to a first embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a cross-sectional view of the structure of the ET, Fig. 2 is a process cross-sectional view showing its manufacturing method, Fig. 3 is a distribution diagram showing the difference in carrier concentration in the channel depending on the presence or absence of oxygen ion implantation, and Fig. 4 is a diagram showing the difference in carrier concentration in the channel depending on the presence or absence of oxygen ion implantation. A photoluminescence intensity distribution diagram showing changes in the crystal state due to heat treatment, Figure 5 is a diagram of gate current/voltage characteristics with and without oxygen ion implantation, and Figure 6 is a configuration showing a GaAs MESFET according to a second embodiment of the present invention. A cross-sectional view, FIG. 7 is a process cross-sectional view showing the manufacturing method,
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional GaAs MESFET. 2...Contact area, 7.17...
Shut key electrode, 8.8d...source,
Drain ohmic electrode, IO...semi-insulating substrate, 11. 21...Channel area, 12.2
2... High resistance region, 30.31... Resist, 41.43... Silicon ion implantation,
42...Oxygen ion implantation. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano (Source: 1 person)
: Lacey Mitsuku Den I Konui Hen - Bakuden Chaberu fI Aishida Rem Kane Sho jl Resistants - # Robbed Ion Eiri 3rd Figure ↑ Surface Deep Tube 5 Skin Length (λ) No. Power (I) Kotobuki
Claims (4)
された電気伝導領域と、上記電気伝導領域上に形成され
たゲート電極と、少なくとも上記ゲート電極と上記電気
伝導領域とのあいだに形成された酸素原子を不純物とし
て含有する砒化ガリウムの高抵抗領域とを有することを
特徴とする電界効果型トランジスタ。(1) A semi-insulating gallium arsenide substrate, an electrically conductive region formed on the substrate, a gate electrode formed on the electrically conductive region, and at least a structure formed between the gate electrode and the electrically conductive region. and a high resistance region of gallium arsenide containing oxygen atoms as impurities.
注入して電気伝導領域を形成する工程と、上記電気伝導
領域上の少なくとも一部に上記シリコンイオンよりも浅
く酸素イオンを注入して高抵抗領域を形成する工程と、
上記高抵抗領域上にゲート電極を形成する工程とを有す
ることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法
。(2) A step of implanting silicon ions onto a semi-insulating gallium arsenide substrate to form an electrically conductive region, and implanting oxygen ions shallower than the silicon ions into at least a portion of the electrically conductive region to increase resistance. a step of forming a region;
A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of forming a gate electrode on the high resistance region.
された電気伝導領域と、上記電気伝導領域上に形成され
たゲート電極およびドレイン電極と、上記電気伝導領域
上の少なくとも上記ゲート電極と上記ドレイン電極との
あいだに形成された酸素原子を不純物として含有する砒
化ガリウムの高抵抗領域とを有することを特徴とする電
界効果型トランジスタ。(3) a semi-insulating gallium arsenide substrate, an electrically conductive region formed on the substrate, a gate electrode and a drain electrode formed on the electrically conductive region, and at least the gate electrode on the electrically conductive region; A field effect transistor comprising a high resistance region of gallium arsenide containing oxygen atoms as an impurity formed between the drain electrode and the drain electrode.
注入して電気伝導領域を形成する工程と、上記電気伝導
領域上にゲート電極を形成する工程と、上記電気伝導領
域上の少なくともゲート・ドレイン間に上記シリコンイ
オンよりも浅く酸素イオンを注入して高抵抗領域を形成
する工程とを有することを特徴とする電界効果型トラン
ジスタの製造方法。(4) A step of implanting silicon ions onto a semi-insulating gallium arsenide substrate to form an electrically conductive region, a step of forming a gate electrode on the electrically conductive region, and at least a gate electrode and a drain on the electrically conductive region. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of implanting oxygen ions more shallowly than the silicon ions to form a high resistance region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13506890A JPH0429329A (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Field effect transistor and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13506890A JPH0429329A (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Field effect transistor and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0429329A true JPH0429329A (en) | 1992-01-31 |
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ID=15143113
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JP13506890A Pending JPH0429329A (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Field effect transistor and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0429329A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08203930A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
US8376339B2 (en) | 2008-09-12 | 2013-02-19 | Panasonic Corporation | Positioner |
-
1990
- 1990-05-24 JP JP13506890A patent/JPH0429329A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08203930A (en) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
US8376339B2 (en) | 2008-09-12 | 2013-02-19 | Panasonic Corporation | Positioner |
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