JPH0513444A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPH0513444A
JPH0513444A JP27524891A JP27524891A JPH0513444A JP H0513444 A JPH0513444 A JP H0513444A JP 27524891 A JP27524891 A JP 27524891A JP 27524891 A JP27524891 A JP 27524891A JP H0513444 A JPH0513444 A JP H0513444A
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JP
Japan
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source
channel
gate
fet
regions
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JP27524891A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
Yoshihisa Oishi
喜久 大石
Nobuo Kodera
信夫 小寺
Yasunari Umemoto
康成 梅本
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPH0513444A publication Critical patent/JPH0513444A/en
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a high-performance FET having a small short-gate effect. CONSTITUTION:The resistance values of regions 20 and 20' on the sides near a channel 2 between source and drain regions are made larger than those of regions 19 and 19' on the sides far from the channel. Whereby an electric field strength between a high-resistance region and a semiconductor GaAs substrate is reduced and as a result, an injection of carriers from the source region into the substrate is reduced and a short-gate effect can be made small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はショットキーゲート電界
効果トランジスタ(MESFET)に係り、特に超高速
のコンピュータや通信回路に好適な高性能FETを提供
することにある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Schottky gate field effect transistor (MESFET), and more particularly to providing a high performance FET suitable for ultra high speed computers and communication circuits.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1に従来の高性能FETの断面図を示
す。このFETでは半絶縁性GaAs基板1の表面部に
形成されたチャネル層2の上に形成したゲート電極3と
n+ソース/ドレイン領域4,4′とが自己整合されて
おり、寄生抵抗が低減されることにより高性能化が達成
されている。5,6はそれぞれソース/ドレイン電極で
ある。
2. Description of the Related Art FIG. 1 is a sectional view of a conventional high performance FET. In this FET, the gate electrode 3 formed on the channel layer 2 formed on the surface of the semi-insulating GaAs substrate 1 and the n + source / drain regions 4 and 4'are self-aligned, and the parasitic resistance is reduced. As a result, high performance has been achieved. Reference numerals 5 and 6 are source / drain electrodes, respectively.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来構
造のFETでは、図2に示すように、ゲート長7が1μ
m以下になると、ゲート長が短くなるにしたがってしき
い電圧値が負側にずれるという現象がある。これはME
SFETの短ゲート効果と称しており、原因としてはn
+ソース/ドレイン領域の接近によって、チャネル層2
の下の基板側に電子が注入され、基板を通してソース
5,ドレイン6間に電流が流れるためと考えられてい
る。また、この現象が顕著になると、ピンチオフするに
必要なゲート電圧が増加し、FETの性能劣化を生じ
る。
However, in the FET of the conventional structure, as shown in FIG. 2, the gate length 7 is 1 μm.
When it is less than m, there is a phenomenon that the threshold voltage value shifts to the negative side as the gate length becomes shorter. This is ME
This is called the short gate effect of SFET, and the cause is n
+ Due to the proximity of the source / drain regions, the channel layer 2
It is considered that electrons are injected into the lower substrate side and a current flows between the source 5 and the drain 6 through the substrate. Further, when this phenomenon becomes remarkable, the gate voltage required for pinch-off increases, and the performance of the FET deteriorates.

【0004】本発明の目的は、短ゲート効果の小さい高
性能のFETを提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide a high performance FET with a short gate effect.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的は、ソース/ド
レイン領域のチャネルに近い側の領域の抵抗値をチャネ
ルから遠い側の領域の抵抗値より大きくすることにより
達成できる。
The above object can be achieved by making the resistance value of the region of the source / drain region closer to the channel larger than the resistance value of the region far from the channel.

【0006】[0006]

【作用】上記高抵抗領域を設けることにより、高抵抗領
域と半絶縁性半導体基板との間の電界強度が減少する。
その結果、ソース領域から半絶縁性半導体基板へのキャ
リアの注入が減少し、短ゲート効果を小さくできる。
By providing the high resistance region, the electric field strength between the high resistance region and the semi-insulating semiconductor substrate is reduced.
As a result, injection of carriers from the source region into the semi-insulating semiconductor substrate is reduced, and the short gate effect can be reduced.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を図3(a)乃至図3
(e)により説明する。本実施例は半絶縁性GaAs基
板上に形成した自己整合型MESFETに本発明を適用
した例であるが、基板としとはGaAsに限らず、In
P,InGaAsやGaAlAs,InGaAsP等の
化合物半導体やSiGe等の半導体を用いてもよい。
図3(a)乃至図3(e)は、本実施例の素子の作製プ
ロセスと完成時の断面構造を示す。本実施例の素子作製
にあたっては、まず図3(a)に示すように、フォトレ
ジスト膜10のパターンをマスクとしてイオン注入を行
い、半絶縁性GaAs基板1上にチャネル2を形成す
る。注入イオンとしてはSi+を使用し、注入エネルギ
ーは30KeV、ドース量はノーマリオフ型の場合2.
5×1012cm-2、ノーマリオン型の場合5.5×1012c
m-2である。10はFETの領域外をマスクするための
ホトレジスト膜である。このイオン打込み層2は、この
後アニールによって活性化する。アニールは通常行われ
ている条件(800℃,15分)でよい。雰囲気はAs
3ガスとH2ガスの混合ガスとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described with reference to (e). Although this embodiment is an example in which the present invention is applied to a self-aligned MESFET formed on a semi-insulating GaAs substrate, the substrate is not limited to GaAs, and In
A compound semiconductor such as P, InGaAs, GaAlAs, InGaAsP or a semiconductor such as SiGe may be used.
3A to 3E show a manufacturing process of the element of this example and a sectional structure at the time of completion. In manufacturing the device of this example, first, as shown in FIG. 3A, ion implantation is performed using the pattern of the photoresist film 10 as a mask to form the channel 2 on the semi-insulating GaAs substrate 1. When Si + is used as the implanted ions, the implantation energy is 30 KeV, and the dose is the normally-off type 2.
5 × 10 12 cm -2 , normally on type 5.5 × 10 12 c
m -2 . Reference numeral 10 is a photoresist film for masking the area outside the FET. The ion-implanted layer 2 is thereafter activated by annealing. The annealing may be performed under the conditions (800 ° C., 15 minutes) that are usually performed. The atmosphere is As
A mixed gas of H 3 gas and H 2 gas is used.

【0008】次に、ホトレジストパターン18,18′
をマスクとして第1ソース/ドレイン領域19,19′
用のイオン注入を行う。従ってこの領域19,19′は
ゲートは電極とは自己整合されていないが、ゲート電極
のない状態でアニールが可能であるため、高温でのアニ
ールができ、低抵抗の領域が形成可能となる。注入イオ
ンをSi+とし、100KeV,2×1013cm-2の注入
を行った場合、800℃,15分のアニールで130Ω
/□という低いシート抵抗が得られる(図3(b))。
但し、ゲート電極とは、マスクアライナのみで位置合わ
せを行うため、合わせ精度の裕度を見てゲート電極との
間隔を取る必要があり、1/10縮少投影露光装置を用
いた場合、約1μm離す必要がある。電子ビーム露光装
置を利用するとゲート長0.5μmとして約0.5μmず
つ離すことは容易である。この方法を採用することは任
意である。
Next, the photoresist patterns 18, 18 '
As a mask for the first source / drain regions 19, 19 '
Ion implantation is performed. Therefore, although the gates of these regions 19 and 19 'are not self-aligned with the electrodes, since they can be annealed without the gate electrodes, they can be annealed at a high temperature and low resistance regions can be formed. When ion implantation is Si + and implantation is 100 KeV and 2 × 10 13 cm -2 , annealing is performed at 800 ° C. for 15 minutes to obtain 130Ω
A sheet resistance as low as / □ is obtained (Fig. 3 (b)).
However, since the alignment with the gate electrode is performed only by the mask aligner, it is necessary to set a gap with the gate electrode in view of the margin of alignment accuracy. It is necessary to separate them by 1 μm. When an electron beam exposure apparatus is used, it is easy to separate the gate length by 0.5 μm by about 0.5 μm. Adopting this method is optional.

【0009】次に、上記のチャネル層上に、ホトリソグ
ラフィプロセスを用いて耐熱金属ゲート11を形成する
(図3(c))。耐熱金属ゲート11にはCVD(熱分
解化学蒸着)で形成したWSi合金膜を用い、ホトレジ
ストのパターン(図示せず)をマスクとして反応性ドラ
イエッチングによってゲート電極を形成する。WSiの
エッチングにはNF3ガスを使用する。耐熱金属ゲート
としては上記の材料以外に、スパッタWSi,CVD−
W,スパッタW,MoSi,TiW等を使用してもよ
い。
Next, a refractory metal gate 11 is formed on the above channel layer by using a photolithography process (FIG. 3C). A WSi alloy film formed by CVD (pyrolysis chemical vapor deposition) is used for the refractory metal gate 11, and a gate electrode is formed by reactive dry etching using a photoresist pattern (not shown) as a mask. NF 3 gas is used for WSi etching. In addition to the above materials, sputter WSi, CVD-
W, sputter W, MoSi, TiW or the like may be used.

【0010】次に、新たにイオン注入用のホトレジスト
マスク10´を形成し、これとゲート電極をマスクとし
て第2ソース/ドレイン領域20,20′用のイオン注
入を行うイオン注入条件は、Si+,60KeV,8×
1012cm-2である。またアニール条件は第一実施例と同
様750℃,20分であり、これによって400〜50
0Ω/□のシート抵抗でかつ、浅いソース/ドレイン領
域が得られる。 次に、p型層16,16′(図3
(d))を不純物イオン17注入により形成する。不純
物イオンとしてはBeを使用し、注入条件は60Ke
V,2×1018cm-2である。この時の注入層の中心深さ
は約0.16μmである。また、このドーズ量の場合、
p層は空乏化されるので容量は半絶縁性のGaAs基板
と比べて、実質的に増加しない。このイオン注入の後7
00℃,20分の条件でアニールを行う。このアニール
は、AlN等の保護膜を使用するかAsH3,ガス雰囲
気中で行う。また、フラッシュランプなどを使用した。
高温(950〜100℃)短時間(5〜30秒)のアニ
ールで活性化してもよい。また、p型層形成用の不純物
イオンとしては、MgやCを用いてもよく、同様のアニ
ールによってp型層形成が可能である。
Next, a photoresist mask 10 'for ion implantation is newly formed, and ion implantation for the second source / drain regions 20 and 20' is performed using this and the gate electrode as a mask. , 60 KeV, 8 ×
It is 10 12 cm -2 . The annealing conditions are 750 ° C. and 20 minutes as in the case of the first embodiment, whereby 400 to 50
Sheet resistance of 0Ω / □ and shallow source / drain regions can be obtained. Next, the p-type layers 16 and 16 '(see FIG.
(D)) is formed by implanting impurity ions 17. Be is used as the impurity ions, and the implantation condition is 60 Ke.
V, 2 × 10 18 cm -2 . The center depth of the injection layer at this time is about 0.16 μm. Also, for this dose amount,
Since the p layer is depleted, the capacitance does not substantially increase as compared with the semi-insulating GaAs substrate. 7 after this ion implantation
Annealing is performed under the conditions of 00 ° C. and 20 minutes. This annealing is performed using a protective film such as AlN or in an AsH 3 gas atmosphere. Also, a flash lamp or the like was used.
It may be activated by annealing at a high temperature (950 to 100 ° C.) and a short time (5 to 30 seconds). Further, Mg or C may be used as the impurity ions for forming the p-type layer, and the p-type layer can be formed by the same annealing.

【0011】最後に、ソース/ドレイン領域上に通常の
リフトオフプロセスによってソース/ドレイン電極5,
6を形成を経てFETを完成する(図3(e))。
Finally, the source / drain electrodes 5, 5 are formed on the source / drain regions by a conventional lift-off process.
The FET is completed by forming 6 (FIG. 3E).

【0012】本実施例によれば、図3(e)に示すよう
にソース/ドレイン領域を低抵抗領域19,19′と高
抵抗領域20,20′の2段階に形成し、短ゲート効果
を押えるとともにゲート耐圧を高めている。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 3E, the source / drain regions are formed in two steps of the low resistance regions 19 and 19 'and the high resistance regions 20 and 20', and the short gate effect is obtained. The gate breakdown voltage is increased as well as being held down.

【0013】また、n+ソース/ドレイン領域19,1
9′を取り囲む形にp型層16,16′を形成でき、ソ
ース領域から基板1へのキャリアの注入を防ぐことがで
きるため、より短ゲート効果の小さいFETの形成が可
能となる。
Also, the n + source / drain regions 19 and 1
Since the p-type layers 16 and 16 'can be formed so as to surround 9'and the injection of carriers from the source region to the substrate 1 can be prevented, it is possible to form an FET with a shorter gate effect.

【0014】さらには、n型チャネル及びn+型ソース
/ドレイン領域用の活性化アニールの後に、p型層のア
ニールが可能なため、この層のみの活性化に必要な低温
のアニールが可能であり、アニール時のp型層の拡散が
押えられるため、しきい電圧の制御性のよい安定したプ
ロセスでFETを形成できる。
Furthermore, since the p-type layer can be annealed after the activation annealing for the n-type channel and the n + -type source / drain regions, the low temperature annealing necessary for activation of only this layer is possible. Since the diffusion of the p-type layer during annealing is suppressed, the FET can be formed in a stable process with good controllability of the threshold voltage.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上、実施例を用いて説明して来たよう
に、本発明によれば、耐熱ゲート金属を用いてゲート電
極とソース/ドレイン領域との自己整合されたFETに
おいて、短ゲート効果の小さい高性能のFET作製が可
能となる。
As described above with reference to the embodiments, according to the present invention, in the FET in which the gate electrode and the source / drain regions are self-aligned using the refractory gate metal, the short gate is formed. It is possible to manufacture a high-performance FET with little effect.

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

【図1】従来の自己整合型FETの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional self-aligned FET.

【図2】従来の自己整合型FETの短ゲート効果を説明
する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a short gate effect of a conventional self-aligned FET.

【図3】本発明の実施例のFETの作製手順を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of an FET according to an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基板、2…チャネル層、3…ゲート電極、4
/4′,19/19′,20/20′…ソース/ドレイ
ン領域、5,6…ソース/ドレイン電極、16/16′
…p型埋込み層。
1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Channel layer, 3 ... Gate electrode, 4
/ 4 ', 19/19', 20/20 '... Source / drain regions, 5, 6 ... Source / drain electrodes, 16/16'
... p-type buried layer.

フロントページの続き (72)発明者 梅本 康成 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内Front page continuation (72) Inventor Yasunari Umemoto 1-280 Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】半絶縁性半導体基板上に形成された電界効
果トランジスタにおいて、ソース/ドレイン領域はチャ
ネルに近い側の領域とチャネルから遠い側の領域とで抵
抗値が異なっており、上記チャネルに近い側の領域の抵
抗値の方が上記チャネルから遠い側の領域の抵抗値より
大きいことを特徴とする電界効果トランジスタ。
Claim: What is claimed is: 1. In a field effect transistor formed on a semi-insulating semiconductor substrate, a source / drain region has different resistance values in a region near a channel and a region far from the channel. The field effect transistor is characterized in that the resistance value in the region near the channel is larger than the resistance value in the region far from the channel.
JP27524891A 1991-10-23 1991-10-23 Field-effect transistor Pending JPH0513444A (en)

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