JPH0523497B2 - - Google Patents

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JPH0523497B2
JPH0523497B2 JP1945286A JP1945286A JPH0523497B2 JP H0523497 B2 JPH0523497 B2 JP H0523497B2 JP 1945286 A JP1945286 A JP 1945286A JP 1945286 A JP1945286 A JP 1945286A JP H0523497 B2 JPH0523497 B2 JP H0523497B2
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semiconductor layer
layer
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヘテロ接合界面における高速電子を利
用した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 of manufacturing a field effect transistor using high-speed electrons at a heterojunction interface.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GaAsとAlGaAsのヘテロ界面の高速な2次元
電子チヤネルを用いた電界効果トランジスタ(以
下FETと記す)は、GaAsを用いたFETより更に
高速、高性能の素子として低雑音素子、および高
速ICへの応用が盛んに研究されている。この2
次元電子チヤネルを用いたFETをさらに高性能
化するためにはソース抵抗の低減が重要であり、
この一例として、第2図に断面構造で示すよう
に、イオン注入によつてゲート電極13の外側に
n+型不純物領域16を形成したものがアイ イ
ー イー イー エレクトロン デバイス レタ
ーズ(IEEE Electron Device Letters)第EDL
−5巻 129頁(1984年)に報告されている。第
2図において5は高抵抗のGaAs基板、11はア
ンドープGaAs層、12はn型AlGaAs層、13
は耐熱性のゲート電極、14Aはソース電極、1
4Bはドレイン電極で、3は2次元電子チヤネル
である。
Field-effect transistors (hereinafter referred to as FETs), which use a high-speed two-dimensional electron channel at the heterointerface of GaAs and AlGaAs, are faster and have higher performance than FETs using GaAs, making them ideal for low-noise devices and high-speed ICs. Applications are being actively researched. This 2
In order to further improve the performance of FETs using dimensional electron channels, it is important to reduce the source resistance.
As an example of this, as shown in the cross-sectional structure in FIG.
The n + type impurity region 16 is formed in the IEEE Electron Device Letters No. EDL.
-Reported in Volume 5, Page 129 (1984). In Fig. 2, 5 is a high-resistance GaAs substrate, 11 is an undoped GaAs layer, 12 is an n-type AlGaAs layer, and 13 is a high-resistance GaAs substrate.
is a heat-resistant gate electrode, 14A is a source electrode, 1
4B is a drain electrode, and 3 is a two-dimensional electron channel.

このFETの製造工程はn型AlGaAs層12上に
W等の耐熱性ゲート電極13を形成し、これをマ
スクとして例えばn型ドーパントとしてSiイオン
を注入し、熱処理を行なつてn+型不純物領域1
6を形成した後、ソースおよびドレイン電極14
A,14Bを形成するものである。
The manufacturing process of this FET is to form a heat-resistant gate electrode 13 made of W or the like on an n-type AlGaAs layer 12, use this as a mask to implant, for example, Si ions as an n-type dopant, and perform heat treatment to form an n + -type impurity region. 1
After forming source and drain electrodes 14
A, 14B are formed.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上述した従来のFETの製造方
法では、n型AlGaAs層12の厚さが数百オング
ストローム(Å)と薄いため、このような薄い層
とアンドープGaAs層11表面の部分に高ドーズ
イオンの注入は難しく、小さなシート抵抗、すな
わち低ソース抵抗を得るのは困難である。
However, in the conventional FET manufacturing method described above, since the thickness of the n-type AlGaAs layer 12 is as thin as several hundred angstroms (Å), high-dose ions are implanted into such a thin layer and the surface of the undoped GaAs layer 11. It is difficult to obtain low sheet resistance, that is, low source resistance.

またシート抵抗を小さくしようとして深くまで
注入すればソース、ドレイン領域となるN+型不
純物領域16間の距離が短い素子ではアンドープ
GaAs層11中への注入電流が増大する結果、ド
レインコンダクタンスの増大やしきい電圧のシフ
ト等いわゆる短チヤネル効果を起してしまうとい
う問題点がある。また活性化の為に高温での熱処
理を要するため、アンドープGaAs層へ不純物が
拡散し結晶品質の劣化を起す問題点もある。
In addition, if the implantation is deep to reduce the sheet resistance, the device with a short distance between the N + type impurity regions 16, which will become the source and drain regions, will be undoped.
As a result of the increase in the current injected into the GaAs layer 11, there is a problem in that so-called short channel effects such as an increase in drain conductance and a shift in threshold voltage occur. Furthermore, since high-temperature heat treatment is required for activation, there is also the problem that impurities diffuse into the undoped GaAs layer, causing deterioration of crystal quality.

さらに、耐熱性のゲート電極は比較的抵抗が大
きく、かつ内部応力が大きいため、ゲート抵抗が
増大し、信頼度が低下する恐れもある。またこの
ゲート電極は通常ドライエツチングによつて形成
されるが、サブミクロン化はまだ難しく素子の微
細化は困難な状況である。
Furthermore, since the heat-resistant gate electrode has a relatively high resistance and a large internal stress, the gate resistance may increase and the reliability may decrease. Further, although this gate electrode is usually formed by dry etching, it is still difficult to achieve submicronization and it is difficult to miniaturize the device.

本発明の目的は、ゲート抵抗が低く、短チヤネ
ル効果を起すことのない微細な素子構造を有する
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。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a field effect transistor having a fine device structure that has low gate resistance and does not cause short channel effects.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、
高抵抗基板上に高純度の第1の半導体層を形成し
た後この第1の半導体層上に一導電型不純物を含
む1層以上の第2の半導体層を形成する工程と、
この第2の半導体層上にソース及びドレイン領域
の開口部を有するマスクを形成する工程と、前記
開口部の第2の半導体層をエツチングし前記第1
の半導体層を露出させる工程と、露出した前記第
1の半導体層上に前記マスクより厚くソース及び
ドレイン領域となる一導電型高濃度不純物層を垂
直方向に形成する工程と、全面に絶縁膜を被着し
た後異方性エツチング法によりこの絶縁膜をエツ
チングし前記高濃度不純物層の側面にのみに絶縁
膜を残す工程と、前記第2の半導体層上のマスク
を除去しゲート開口部を形成する工程と、前記ゲ
ート開口部を含む全面に金属を被着した後パター
ニングしゲート開口部にゲート電極を形成する工
程とを含んで構成される。
The method for manufacturing a field effect transistor of the present invention includes:
After forming a high-purity first semiconductor layer on a high-resistance substrate, forming one or more second semiconductor layers containing impurities of one conductivity type on the first semiconductor layer;
forming a mask having openings for the source and drain regions on the second semiconductor layer; etching the second semiconductor layer in the openings;
forming a high concentration impurity layer of one conductivity type vertically on the exposed first semiconductor layer to be thicker than the mask and serving as source and drain regions; and forming an insulating film over the entire surface. After depositing, the insulating film is etched by an anisotropic etching method to leave the insulating film only on the side surfaces of the high concentration impurity layer, and the mask on the second semiconductor layer is removed to form a gate opening. and a step of depositing metal on the entire surface including the gate opening and then patterning it to form a gate electrode in the gate opening.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図a〜iは本発明の一実施例を説明する為
の工程順に示した半導体チツプの断面図である。
FIGS. 1A to 1I are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of steps for explaining an embodiment of the present invention.

まず第1図aに示すように、高抵抗のGaAs基
板5上に分子線エピタキシ法によりキヤリア密度
約1×1014個/cm3、厚さ1μmのp型GaAsからな
る第1の半導体層4を形成する。続いてこの上に
厚さ20ÅのアンドープAl0.3Ga0.7As層、厚さ100
Åのn型Al0.3Ga0.7As層、厚さ200Åのn型Alx
Ga1-xAs層(xは0.3から0へと変化している)
及び厚さ200Åのn型GaAs層からなる第2の半
導体層2を形成する。次に全面に厚さ3000Åの
SiO2膜を形成した後パターニングし、FETの電
流方向が〈011〉になるようにソース及びドレイ
ン領域の開口部10を0.9μm隔てて形成したマス
ク1を形成する。
First, as shown in FIG. 1a, a first semiconductor layer 4 made of p-type GaAs with a carrier density of about 1×10 14 /cm 3 and a thickness of 1 μm is formed by molecular beam epitaxy on a high-resistance GaAs substrate 5. form. This is followed by a 20 Å thick undoped Al 0.3 Ga 0.7 As layer, 100 Å thick.
Å n-type Al 0.3 Ga 0.7 As layer, 200 Å thick n-type Al x
Ga 1-x As layer (x changes from 0.3 to 0)
Then, a second semiconductor layer 2 made of an n-type GaAs layer with a thickness of 200 Å is formed. Next, the entire surface is coated with a thickness of 3000Å.
After forming the SiO 2 film, it is patterned to form a mask 1 in which the openings 10 of the source and drain regions are separated by 0.9 μm so that the current direction of the FET is <011>.

次に、第1図bに示すように、マスク1の開口
部10における第2の半導体層2と、第1の半導
体層4の上部をエツチングする。
Next, as shown in FIG. 1b, the upper portions of the second semiconductor layer 2 and the first semiconductor layer 4 in the opening 10 of the mask 1 are etched.

次に、第1図cに示すように、開口部10にお
ける第1の半導体層4上に水素化物気相成長法に
より、基板温度650℃で、キヤリア濃度6×1018
個/cm3、厚さ5000Åのソース・ドレイン領域とな
るn+型GaAs層6を成長させる。このn+型GaAs
層6はほぼ垂直の側面を持つて形成される。
Next, as shown in FIG. 1c, the first semiconductor layer 4 in the opening 10 is grown by hydride vapor phase epitaxy at a substrate temperature of 650° C. and a carrier concentration of 6×10 18 .
An n + -type GaAs layer 6 is grown with a thickness of 5000 Å and a thickness of 5000 Å. This n + type GaAs
Layer 6 is formed with substantially vertical sides.

次に、第1図dに示すように、スパツタ法によ
り全面に厚さ約2000Åの窒化シリコン膜7を形成
する。
Next, as shown in FIG. 1d, a silicon nitride film 7 with a thickness of about 2000 Å is formed over the entire surface by sputtering.

次に、第1図eに示すように、CF4ガスを用い
る異方性ドライエツチング法により窒化シリコン
膜7をエツチングし、n+型GaAs層6の側面にの
み窒化シリコン膜7を残す。この時、第1の半導
体層4上の2次元電子チヤネル3の部分はマスク
1により保護される為、素子特性が劣化すること
はない。
Next, as shown in FIG. 1e, the silicon nitride film 7 is etched by an anisotropic dry etching method using CF 4 gas, leaving the silicon nitride film 7 only on the side surfaces of the n + type GaAs layer 6. At this time, since the portion of the two-dimensional electron channel 3 on the first semiconductor layer 4 is protected by the mask 1, the device characteristics will not deteriorate.

次に、第1図fに示すように、フツ酸系溶液に
よりSiO2膜からなるマスク1を選択的に除去し、
ゲート開口部20を形成する。
Next, as shown in FIG. 1f, the mask 1 made of SiO 2 film is selectively removed using a hydrofluoric acid solution.
A gate opening 20 is formed.

次に、第1図gに示すように、全面に厚さ5000
ÅのAl膜8を形成した後、パターニングし、第
1図hに示すようにゲート電極8Aを形成する。
Next, as shown in Figure 1g, the entire surface is coated with a thickness of 5000 mm.
After forming an Al film 8 having a thickness of .ANG., it is patterned to form a gate electrode 8A as shown in FIG. 1h.

次に、第1図iに示すように、AuGe公金及び
Niを被着した後パターニングと熱処理を行ない、
n+型GaAs層6上にソース電極9A及びドレイン
電極9Bを形成する。
Next, as shown in Figure 1i, AuGe public funds and
After depositing Ni, patterning and heat treatment are performed.
A source electrode 9A and a drain electrode 9B are formed on the n + type GaAs layer 6.

このように本実施例においては、エツチングし
た第1の半導体層4上にソース・ドレイン領域と
なるn+型GaAs層6を成長させる為に、シート抵
抗の小さなソース・ドレイン領域が得られる。又
活性化の為の熱処理が不要な為、第1の半導体層
4の結晶品質が低下することはない。更に、ソー
ス及びドレイン領域であるn+型GaAs層6を設け
た後にゲート電極8Aを自己整合で形成する為、
ゲート電極を形成する金属は耐熱性を有するもの
に限定されない。従つて、比抵抗の小さい金属か
らなるゲート電極を有し、しかもゲート・ソース
間及びゲート・ドレイン間の耐圧のすぐれた
FETを製造することができる。又従来のゲート
電極に比べその面積の小さなゲート電極を自己整
合で形成できる為に入力容量が小さくなり、
FETの高速・高周波特性は向上したものとなる。
As described above, in this embodiment, since the n + type GaAs layer 6 which will become the source/drain region is grown on the etched first semiconductor layer 4, the source/drain region with a small sheet resistance can be obtained. Furthermore, since heat treatment for activation is not required, the crystal quality of the first semiconductor layer 4 does not deteriorate. Furthermore, since the gate electrode 8A is formed in a self-aligned manner after providing the n + type GaAs layer 6 as the source and drain regions,
The metal forming the gate electrode is not limited to one having heat resistance. Therefore, it has a gate electrode made of a metal with low resistivity and has excellent breakdown voltage between the gate and source and between the gate and drain.
FETs can be manufactured. In addition, since a gate electrode with a smaller area than conventional gate electrodes can be formed by self-alignment, the input capacitance is reduced.
The high-speed and high-frequency characteristics of the FET will be improved.

尚、上記実施例では第2の半導体層としてn型
不純物を含むGaAs層等を用いた場合について説
明したが、p型不純物を含む1層以上の半導体層
を用いてもよい。
In the above embodiment, a case has been described in which a GaAs layer or the like containing n-type impurities is used as the second semiconductor layer, but one or more semiconductor layers containing p-type impurities may also be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、エツチングした
第1の半導体層上にソース・ドレイン領域となる
一導電型の高濃度不純物層を形成した後に、この
高濃度不純物層と絶縁されたゲート電極を自己整
合で形成することにより、ゲート抵抗が低くかつ
短チヤネル効果を起すことのない微細な素子構造
を有する電界効果トランジスタを製造できる効果
がある。
As explained above, in the present invention, after forming a high concentration impurity layer of one conductivity type which becomes a source/drain region on an etched first semiconductor layer, a gate electrode insulated from this high concentration impurity layer is formed. Forming by matching has the advantage that it is possible to manufacture a field effect transistor having a fine device structure with low gate resistance and without short channel effect.

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

第1図a〜iは本発明の一実施例を説明する為
の製造工程順に示した半導体チツプの断面図、第
2図は従来のFETの製造方法を説明する為の半
導体チツプの断面図である。 1……マスク、2……第2の半導体層、3……
2次元電子チヤネル、4……第1の半導体層、5
……GaAs基板、6……N+型GaAs層、7……窒
化シリコン膜、8……Al膜、8A……ゲート電
極、9A……ソース電極、9B……ドレイン電
極、10……開口部、11……アンドープGaAs
層、12……n型AlGaAs層、13……ゲート電
極、20……ゲート開口部。
Figures 1 a to i are cross-sectional views of a semiconductor chip shown in the order of manufacturing steps to explain an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a cross-sectional view of a semiconductor chip to explain a conventional FET manufacturing method. be. 1... Mask, 2... Second semiconductor layer, 3...
two-dimensional electron channel, 4...first semiconductor layer, 5
... GaAs substrate, 6 ... N + type GaAs layer, 7 ... silicon nitride film, 8 ... Al film, 8A ... gate electrode, 9A ... source electrode, 9B ... drain electrode, 10 ... opening , 11...Undoped GaAs
layer, 12... n-type AlGaAs layer, 13... gate electrode, 20... gate opening.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 高抵抗基板上に高純度の第1の半導体層を形
成した後該第1の半導体層上に一導電型不純物を
含む1層以上の第2の半導体層を形成する工程
と、該第2の半導体層上にソース及びドレイン領
域の開口部を有するマスクを形成する工程と、前
記開口部の第2の半導体層をエツチングし前記第
1の半導体層を露出させる工程と、露出した前記
第1の半導体層上に前記マスクより厚くソース及
びドレイン領域となる一導電型高濃度不純物層を
垂直方向に形成する工程と、全面に絶縁膜を被着
した後異方性エツチング法により該絶縁膜をエツ
チングし前記高濃度不純物層の側面にのみに絶縁
膜を残す工程と、前記第2の半導体層上の前記マ
スクを除去しゲート開口部を形成する工程と、前
記ゲート開口部を含む全面に金属を被着した後パ
ターニングしゲート用開口部にゲート電極を形成
する工程とを含む事を特徴とする電界効果トラン
ジスタの製造方法。
1. After forming a high-purity first semiconductor layer on a high-resistance substrate, forming one or more second semiconductor layers containing impurities of one conductivity type on the first semiconductor layer; forming a mask having openings for source and drain regions on the semiconductor layer; etching the second semiconductor layer in the openings to expose the first semiconductor layer; A process of vertically forming a high concentration impurity layer of one conductivity type to be the source and drain regions on the semiconductor layer thicker than the mask, and after depositing an insulating film on the entire surface, the insulating film is removed by an anisotropic etching method. a step of etching to leave an insulating film only on the side surfaces of the high concentration impurity layer; a step of removing the mask on the second semiconductor layer to form a gate opening; and a step of etching a metal layer over the entire surface including the gate opening. 1. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of depositing and patterning to form a gate electrode in a gate opening.
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