JPH07193089A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH07193089A
JPH07193089A JP33320993A JP33320993A JPH07193089A JP H07193089 A JPH07193089 A JP H07193089A JP 33320993 A JP33320993 A JP 33320993A JP 33320993 A JP33320993 A JP 33320993A JP H07193089 A JPH07193089 A JP H07193089A
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region
gate
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gate electrode
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an FET with a high breakdown voltage and a high gain and realize a high output FET with a high power load efficiency. CONSTITUTION:A lightly-doped region which is gradually spread in an upward direction is formed in a channel layer 2 directly under a gate electrode 6. With this constitution, a channel constriction which is induced between the gate electrode 6 and a drain electrode 8 at the time of a large signal operation can be relieved without making the gate electrode dig itself in the channel layer. Further, the deterioration of a gate breakdown voltage caused by an avalanche breakdown at the gate edge which is induced when the gate electrode is made to dig itself in the channel layer and the increase of the gate capacitance can be avoided.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
化合物半導体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a compound semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】高出力GaAs FETは電力付加効率
を向上させるためにゲート耐圧の向上とソース抵抗の低
減を同時に実現する必要があった。それを解決するため
に従来一般的に2段リセス構造が用いられている。同構
造を図5に工程断面図を用いて説明する。同図(a)に
示すように、パターン形成を施したレジスト膜をマスク
に硫酸、過酸化水素水によるウェットエッチング工程あ
るいはドライエッチング工程により、チャネル層2をエ
ッチングする。レジスト膜9を除去後酸化膜3をチャネ
ル層2上に形成する。同酸化膜3上にレジスト膜を塗布
しパターンを形成し、SF6 等のガスにより参加膜3の
ドライエッチングを行い、ゲート電極のパターン形成を
行う。同図(b)に示すように同酸化膜3をマスクにC
HF3 等のガスでのドライエッチングによりチャネル層
2をエッチングする。同図(d)に示すようにゲート金
属膜をスパッタリング工程で形成後、ゲート電極パター
ンをドライエッチング加工し、2段リセス構造を形成す
る。
2. Description of the Related Art In a high-power GaAs FET, it is necessary to simultaneously improve the gate breakdown voltage and reduce the source resistance in order to improve the power added efficiency. In order to solve this, a two-step recess structure has been generally used conventionally. The structure will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3A, the channel layer 2 is etched by a wet etching process or a dry etching process using sulfuric acid or hydrogen peroxide solution using the patterned resist film as a mask. After removing the resist film 9, the oxide film 3 is formed on the channel layer 2. A resist film is applied on the oxide film 3 to form a pattern, and the participating film 3 is dry-etched with a gas such as SF 6 to form a pattern of the gate electrode. As shown in FIG. 3B, the oxide film 3 is used as a mask for C
The channel layer 2 is etched by dry etching with a gas such as HF 3 . As shown in FIG. 3D, after forming the gate metal film by the sputtering process, the gate electrode pattern is dry-etched to form a two-step recess structure.

【0003】同構造はゲート部をエッチングすることで
ゲート電極6とドレイン電極8間のシートキャリア濃度
をゲート電極6下のシートキャリア濃度に比較して大き
くとることができるという特徴を持つ。この様なシート
キャリア濃度にするのは以下の理由による。
This structure has a feature that the sheet carrier concentration between the gate electrode 6 and the drain electrode 8 can be made larger than the sheet carrier concentration below the gate electrode 6 by etching the gate portion. The reason for setting such a sheet carrier concentration is as follows.

【0004】高出力FETのように大信号動作するデバ
イスでは、動作時にゲート電極6とドレイン電極8間の
半導体−パッシベーション膜界面の電子トラップに電子
が捕獲され、表面のポテンシャルが増加し、空乏層がチ
ャネル層2中に伸び、チャネル層幅が狭搾される現象が
おこる。この電子トラップの捕獲時間は一般にlmsec程
度以上あり高周波RF動作時には追随することができな
い。したがって上記の空乏層はチャネル層を峡搾した状
態を保持しながら、FETが動作することになり、この
ため高周波RF動作時のドレイン抵抗が増大し出力の低
下を招き、電力付加効率が低下してします(文献1(N.I
wata et.al.;Gallium Arsenide & Relfted Compounds 1
991, Inst3 Phys. Conf. Set. 120 pp.119-124, Septem
ber 1991) 、文献2(S.Sriram, et.al.;1989 IEEE Corn
ell Univ. Conf. Dig., pp.218-227, 1989) )。したが
ってゲート電極6下よりゲート電極6−ドレイン電極8
のシートキャリア濃度より大きく設定することによっ
て、高周波RF動作時にチャネルの峡搾が起こっても十
分なチャネルの電荷量を確保し、十分なドレイン電流が
得られる構造とすることが必要である。このような構造
を得るために従来は図5(c)のエッチング工程におい
て上述のRF動作時の空乏層広がりによりチャネル峡搾
がおこっても十分な電荷量を確保できる電荷量になるよ
うにエッチング量が決定される。次に同図(c)に示す
ように、ゲート電極6部をエッチングし、ゲート電極6
直下の電荷量を所定の電荷量に設定する。ゲート電極6
下の電荷量に比較してゲート電極6横の電荷量を大きく
設定することが可能である。
In a device that operates a large signal such as a high-power FET, during operation, electrons are trapped by an electron trap at the semiconductor-passivation film interface between the gate electrode 6 and the drain electrode 8, the surface potential increases, and the depletion layer increases. Occurs in the channel layer 2 and the channel layer width is narrowed. The capture time of this electron trap is generally about lmsec or more and cannot be followed during high frequency RF operation. Therefore, the FET operates while the above-mentioned depletion layer keeps the channel layer compressed, which increases the drain resistance during high-frequency RF operation, resulting in a reduction in output and a reduction in power-added efficiency. (Reference 1 (NI
wata et.al .; Gallium Arsenide & Relfted Compounds 1
991, Inst3 Phys. Conf. Set. 120 pp.119-124, Septem
ber 1991), Reference 2 (S. Sriram, et.al.; 1989 IEEE Corn
ell Univ. Conf. Dig., pp.218-227, 1989)). Therefore, from below the gate electrode 6 to the gate electrode 6-drain electrode 8
It is necessary to secure a sufficient amount of charge in the channel and obtain a sufficient drain current even if channel compression occurs during high frequency RF operation by setting the sheet carrier concentration higher than the sheet carrier concentration. In order to obtain such a structure, conventionally, in the etching process of FIG. 5C, etching is performed so that a sufficient charge amount can be secured even if channel depletion occurs due to the depletion layer expansion during the RF operation described above. The quantity is determined. Next, as shown in FIG. 3C, the gate electrode 6 is etched to form the gate electrode 6
The charge amount immediately below is set to a predetermined charge amount. Gate electrode 6
It is possible to set the charge amount on the side of the gate electrode 6 larger than the charge amount below.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらゲートリ
セスを有する従来の構造ではゲート耐圧がゲート電極6
のドレイン電極側の端部でのアバランシェブレークダウ
ンにより決定されるため、特に高周波特性の向上のため
〜2×1017cm-3を越えるチャネル層濃度を採用した
場合、著しく耐圧が低下し、高出力動作に必要な耐圧が
得られなくなるという欠点を有する。従来の構造(2段
リセス構造)でのゲートリセス深さと耐圧の関係は文献
3(H.M.Macksey;IEEE Trans. Electron Devices, vol.
ED-33, No.11 pp.1818-1824, 1986)で述べられており、
ゲートリセス量の増加に伴いゲート耐圧が低下すること
が示されている。このため、同構造の場合はゲートリセ
ス量が少ないときには上記界面準位によりチャネル層内
への空乏層による狭搾が起こり出力が低下し電力付加効
率が減少する。したがってリセス構造とすることが不可
欠であるが、リセス量を増加させると上述のようにゲー
ト耐圧の低下を招き、電流付加効率が著しく減少してし
まうという問題点がある。さらに同構造の場合チャネル
層2内にゲート電極6を埋め込む埋め込み量が増加する
ことによりゲート容量が増大し(文献3)、電力利得の
低下をもたらすという問題点もある。
However, in the conventional structure having the gate recess, the gate withstand voltage is higher than that of the gate electrode 6.
Since it is determined by the avalanche breakdown at the end on the drain electrode side of, the high breakdown voltage is remarkably reduced when a channel layer concentration exceeding 2 × 10 17 cm −3 is adopted especially for improving high frequency characteristics. It has a drawback that the breakdown voltage required for output operation cannot be obtained. The relationship between the gate recess depth and the breakdown voltage in the conventional structure (two-step recess structure) is described in Reference 3 (HM Macsey; IEEE Trans. Electron Devices, vol.
ED-33, No.11 pp.1818-1824, 1986),
It has been shown that the gate breakdown voltage decreases as the gate recess amount increases. For this reason, in the case of the same structure, when the amount of gate recess is small, the interface state causes narrowing by the depletion layer in the channel layer to reduce the output and reduce the power addition efficiency. Therefore, it is indispensable to have a recess structure, but if the recess amount is increased, there is a problem that the gate breakdown voltage is lowered as described above and the current addition efficiency is significantly reduced. Further, in the case of the same structure, there is a problem that the gate capacitance increases due to an increase in the amount of burying the gate electrode 6 in the channel layer 2 (Reference 3), resulting in a decrease in power gain.

【0006】一方、プロセス上の問題として図5の工程
断面図に示すように同図(a)と(c)のパターン形成
工程はリソグラフィー技術によっており、ゲートリセス
間距離の制御性は同技術の目合わせ精度によって律則さ
れる。電力付加効及び飽和出力を決定する重要なパラメ
ータは耐圧と最大ドレイン電流であるが、この両者を制
御するためにはこのゲート電極−リセス間距離の制御が
不可欠である。例えばゲート長0.5μmのFETでは
ゲート電極−リセス間距離が0.1μm異なるとゲート
耐圧について2V以上の変動を引き起こす。またRF動
作時の最大ドレイン電流も上記の狭搾現象によりゲート
電極−リセス間距離が0.1μm伸びると5%以上変動
する可能性を有している。したがって耐圧及びドレイン
電流の制御性が不十分となる問題点を有している。
On the other hand, as a process problem, as shown in the process sectional view of FIG. 5, the pattern forming steps of FIGS. 5A and 5C are based on the lithography technique, and the controllability of the distance between the gate recesses is the same as that of the technique. It is governed by the accuracy of alignment. The withstanding voltage and the maximum drain current are important parameters that determine the power addition effect and the saturated output, but in order to control both of them, it is essential to control the distance between the gate electrode and the recess. For example, in a FET having a gate length of 0.5 μm, if the distance between the gate electrode and the recess differs by 0.1 μm, the gate breakdown voltage fluctuates by 2 V or more. Also, the maximum drain current during RF operation may vary by 5% or more when the distance between the gate electrode and the recess is increased by 0.1 μm due to the above-mentioned narrowing phenomenon. Therefore, there is a problem that the controllability of the breakdown voltage and the drain current becomes insufficient.

【0007】本発明の目的は、上述の問題点を解決し
た、電界効果トランジスタを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a field effect transistor which solves the above problems.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタはn型に不純物ドープした化合物半導体層(チャ
ネル層)と、このチャネル層内に形成された領域でかつ
この領域上ではチャネル層と接しない領域でかつ該チャ
ネル層のn型不純物濃度より低濃度にn型不純物ドープ
された領域でかつ断面構造が上部から下部へ一段或いは
多段に狭くなる形状を有した領域(低濃度領域)と、こ
の低濃度領域上に該低濃度領域の上部寸法より狭いゲー
ト長を有するゲート電極と、該チャネル層上に形成され
たソース電極と、該チャネル層上に形成されたドレイン
電極を備えることを特徴としている。
A field effect transistor according to the present invention includes a compound semiconductor layer (channel layer) doped with an n-type impurity and a region formed in the channel layer and in contact with the channel layer on the region. A non-doped region and a region doped with an n-type impurity at a concentration lower than the n-type impurity concentration of the channel layer, and having a cross-sectional structure that has a shape narrowing from the upper part to the lower part in one or more steps (low-concentration region), A gate electrode having a gate length narrower than the upper dimension of the low concentration region, a source electrode formed on the channel layer, and a drain electrode formed on the channel layer are provided on the low concentration region. I am trying.

【0009】本発明の電界効果トランジスタはn型に不
純物ドープした化合物半導体層(チャネル層)と、この
チャネル層内に形成された領域でかつこの領域上及び領
域下ではチャネル層と接しない領域でかつ該チャネル層
のn型不純物濃度より低濃度にn型不純物ドープされた
領域でかつ断面構造が上部から下部へ徐々に狭くなる形
状を有した領域(低濃度領域)と、この低濃度領域上に
該低濃度領域の上部寸法より狭いゲート長を有するゲー
ト電極と、該チャネル層上に形成されたソース電極と、
該チャネル層上に形成されたドレイン電極を備えること
を特徴としている。
The field-effect transistor of the present invention comprises an n-type impurity-doped compound semiconductor layer (channel layer), a region formed in the channel layer, and a region not in contact with the channel layer above and below the region. A region (low-concentration region) in which the cross-sectional structure is gradually narrowed from the upper part to the lower part, which is a region doped with an n-type impurity at a concentration lower than the n-type impurity concentration of the channel layer, and a region above the low-concentration region. A gate electrode having a gate length narrower than an upper dimension of the low-concentration region, and a source electrode formed on the channel layer,
It is characterized in that a drain electrode formed on the channel layer is provided.

【0010】[0010]

【実施例】次に、本発明の実施例について図を参照して
説明する。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明の電界効果トランジスタ(F
ET)の構造断面図であり、図2は本構造の工程断面図
である。
FIG. 1 shows a field effect transistor (F
FIG. 2 is a process sectional view of this structure.

【0012】このFETの製造にあたっては、MBE技
術を用いて、半絶縁性GaAs基板1上に3.5×10
17cm-3の不純物濃度で3000Aのチャネル層2を形
成する。このチャネル層上にプラズマCVDにより酸化
膜3を3000A成膜後、リソグラフィー技術により
1.0μm幅のリセス構造のパターン形成を行う。この
酸化膜3をCHF3 ガスを用いて進行波パワー130
W、基板バイアス20VでMagenetron Ion Etching(M
IE)加工しパターン形成を行う。このMIE加工時に
は、2000Aの深さのキャリアの不活性化領域が形成
される。この領域の深さはエッチング時のMIE装置の
基板のバイアス条件あるいは開口後のエッチング時間に
よって制御可能である。開口後のオーバーエッチング時
間を十分大きくとることにより不活性領域の深さは飽和
傾向となるため制御性を向上させることが可能となる。
In the manufacture of this FET, the MBE technique is used to form 3.5 × 10 3 on the semi-insulating GaAs substrate 1.
A channel layer 2 of 3000 A is formed with an impurity concentration of 17 cm −3 . An oxide film 3 of 3000 A is formed on this channel layer by plasma CVD, and then a pattern of a recess structure having a width of 1.0 μm is formed by a lithography technique. The traveling wave power 130 is applied to the oxide film 3 by using CHF 3 gas.
Magenetron Ion Etching (M
IE) Process to form a pattern. During this MIE processing, a carrier inactivation region having a depth of 2000 A is formed. The depth of this region can be controlled by the bias condition of the substrate of the MIE device during etching or the etching time after opening. By making the overetching time after opening sufficiently long, the depth of the inactive region tends to be saturated, so that the controllability can be improved.

【0013】図6にこのときのキャリアプロファイルを
示す。
FIG. 6 shows the carrier profile at this time.

【0014】この後、酸化膜3のパターンをマスクに図
2(c)に示すように硫酸・過酸化水素水により150
0Aエッチングのワイドリセス構造の形成をおこなう。
この構造によりソース抵抗及びドレイン抵抗の低減をお
こなう。しかしながらワイドリセスを行うことは必ずし
も必須ではない。次に、同図(d)に示すように側壁酸
化膜5をプラズマCVDにより3000A形成し、同図
(e)に示すように、SF6 ガスにより酸化膜3のElec
tron Cycrotron Rescnanace エッチング(ECRエッチ
ング)加工により側壁酸化膜5の開口を行う。開口後A
+ プラズマ処理によりダメージを導入する。ダメージ
の深さは基板バイアスによって制御可能である350V
で800Aの深さのキャリアの不活性化が可能となる。
このこのとき、3.5×1017cm-3で700Aの層厚
のチャネル層2が形成される。さらに、側壁酸化膜5の
下の低濃度領域4は横幅0.3μmで1000Aのチャ
ネル層2が形成される。同図(f)に示すようにゲート
電極6としてWSiをスパッタリング工程により形成
し、同図(g)に示すようにレジストによりパターン形
成後、ドライエッチング工程によりゲート電極6を形成
する。このときゲート長0.4μmのT型ゲート電極6
が形成される。
After that, using the pattern of the oxide film 3 as a mask, as shown in FIG.
A wide recess structure with 0A etching is formed.
With this structure, the source resistance and the drain resistance are reduced. However, performing the wide recess is not always essential. Next, FIG sidewall oxide film 5 as shown in (d) and 3000A formed by plasma CVD, as shown in FIG. (E), Elec oxide film 3 by SF 6 gas
The sidewall oxide film 5 is opened by tron Cycrotron Rescnanace etching (ECR etching). After opening A
Damage is introduced by r + plasma treatment. Depth of damage can be controlled by substrate bias 350V
Thus, it becomes possible to inactivate a carrier having a depth of 800A.
At this time, the channel layer 2 having a layer thickness of 700 A and 3.5 × 10 17 cm −3 is formed. Further, in the low-concentration region 4 below the sidewall oxide film 5, the channel layer 2 having a lateral width of 0.3 μm and a thickness of 1000 A is formed. As shown in FIG. 6F, WSi is formed as the gate electrode 6 by a sputtering process, and after patterning with a resist as shown in FIG. 6G, the gate electrode 6 is formed by a dry etching process. At this time, the T-shaped gate electrode 6 having a gate length of 0.4 μm
Is formed.

【0015】次に図1に示すようにソース電極7とドレ
イン電極8を形成しFETを完成する。
Next, as shown in FIG. 1, a source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed to complete the FET.

【0016】本構造のFETではゲート電極6が低濃度
領域4に形成されるために、ゲート電極6端での電界集
中が従来の2段リセス構造(図5)に比較して低減さ
れ、したがってゲート電極6端でのアバランシェブレー
クダウンによるゲート耐圧が従来の2段リセス構造に比
較して高くなる。さらに本構造ではゲートリセスを形成
しないためゲートリセス形成に伴うゲート電極端での電
界集中によるゲート耐圧の低下もおこらない。またゲー
ト電極6横のワイドリセス部での不活性領域4はゲート
電極6下の不活性領域4に比較して小さくチャネル層2
は逆に大きい。従って、不活性領域4と酸化膜3の界面
の電子トラップに起因するRF動作時のチャネル層2の
狭搾現象が起こっても十分のチャネル層2厚を確保する
ことが可能でドレイン電流の現象は起こらない。このた
め出力の低下は起こらず、高電力付加効率の高出力FE
Tを提供することが可能である。本構造によりX−Ku
帯の高出力デバイスとして18V以上の耐圧を確保で
き、50%以上の電力付加効率を単位ゲート幅当たり3
50mW/mm以上の出力有する高出力FETが実現可
能である。
Since the gate electrode 6 is formed in the low-concentration region 4 in the FET of this structure, the electric field concentration at the end of the gate electrode 6 is reduced as compared with the conventional two-step recess structure (FIG. 5). The gate breakdown voltage due to avalanche breakdown at the end of the gate electrode 6 becomes higher than that of the conventional two-step recess structure. Further, in this structure, since the gate recess is not formed, the gate breakdown voltage does not decrease due to the electric field concentration at the gate electrode end due to the formation of the gate recess. Further, the inactive region 4 in the wide recess portion beside the gate electrode 6 is smaller than the inactive region 4 below the gate electrode 6 and the channel layer 2 is formed.
Is big on the contrary. Therefore, even if the narrowing phenomenon of the channel layer 2 during RF operation due to the electron traps at the interface between the inactive region 4 and the oxide film 3 occurs, it is possible to secure a sufficient thickness of the channel layer 2 and the phenomenon of drain current. Does not happen. Therefore, the output does not decrease, and the high output FE with high power added efficiency
It is possible to provide T. With this structure, X-Ku
As a high-power device in the band, a withstand voltage of 18V or higher can be secured, and power added efficiency of 50% or higher
A high-power FET having an output of 50 mW / mm or more can be realized.

【0017】上記エビ濃度についてはゲート長等とのス
ケーリング側で決定されるものであり上記の濃度である
必要はない。また、ゲート耐圧に関しても動作電圧等で
決定されること、及びパッシベーション膜の特性にも関
係するためゲート電極−ドレイン電極間の表面のダメー
ジ深さは用途にあわせて変化される必要がある。また、
不活性化のプロセスとしては、他のイオン加工プロセス
を用いてたり、またエッチングプロセス同時におこなて
もよい。例えば図2(b)の工程で不活性化を行わず、
図2(c)の工程でリセスエッチングを行いつつ同時に
ダメージを導入することも可能である。文献4(Journal
of Electronic Materifls, Vol.21 No.1 p3,1992)で示
される30eVのC1によるreactive ion beam etchin
g(RIBE)によりリセス構造のエッチングと同時に500
Aのダメージ領域を形成することが可能である。また、
プロセスとして文献5(Mat. Res. Soc. Proc. Vol.240
p335, 1992) で用いられるSiCl4 /SiF44 プラ
ズマによるreactive ion etchingをもちいることにより
プラズマ電圧を変化あるいはエッチング時間の変化によ
りシートキャリア濃度を制御することが可能である。
The shrimp concentration is determined on the side of scaling with the gate length and the like, and need not be the above concentration. Further, the gate breakdown voltage is also determined by the operating voltage and the like, and since it is related to the characteristics of the passivation film, the damage depth of the surface between the gate electrode and the drain electrode needs to be changed according to the application. Also,
As the deactivation process, another ion processing process may be used, or the etching process may be performed simultaneously. For example, without inactivating in the step of FIG.
It is also possible to introduce damage at the same time as performing recess etching in the process of FIG. Reference 4 (Journal
of Electronic Materifls, Vol.21 No.1 p3, 1992), 30 eV reactive ion beam etchin by C1.
500 at the same time as the recess structure is etched by g (RIBE)
It is possible to form the damaged area A. Also,
Document 5 (Mat. Res. Soc. Proc. Vol.240)
p335, 1992), it is possible to control the sheet carrier concentration by changing the plasma voltage or the etching time by using reactive ion etching using SiCl4 / SiF44 plasma.

【0018】また、低濃度領域の形成にあたってはイオ
ン加工することは必ずしも必須ではなく低濃度領域を低
濃度にn型に不純物ドープした領域或いは不純物ドープ
しない領域を選択エピ成長を用いて形成しても問題はな
い。
Ion processing is not always necessary for forming the low-concentration region, and a region in which the low-concentration region is doped with a low concentration of n-type impurities or a region not doped with impurities is formed by selective epitaxial growth. There is no problem.

【0019】次に本発明の他の実施例を図3の工程断面
図を用いて説明する。実施例1と同様にアンドープのG
aAs基板1上に2.5×1017cm-3にn型に不純物
ドープした2400Aのチャネル層2をMBE技術を用
いて形成し、同チャネル層2上に酸化膜3をプラズマC
VDにより3000A形成する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to process sectional views of FIGS. Undoped G as in Example 1
A channel layer 2 of 2400 A, which is n-type impurity-doped to 2.5 × 10 17 cm −3 , is formed on the aAs substrate 1 by the MBE technique, and an oxide film 3 is formed on the channel layer 2 by plasma C.
Form 3000A by VD.

【0020】図3(a)に示すように、レジストによる
パターン形成後、ECR技術を用いて酸化膜3を1.8
μmの開口幅で開口を行う。同図(b)に示すように、
ECR開口後に例えばAr+ プラズマに開口部をさらす
ことにより不活性化することができる。不活性化領域4
の深さはプラズマのバイアス電圧で制御可能である。例
えば100Vのバイアスでは500Aの深さでチャネル
層が不活性化される。同図(c)に示すようにプラズマ
CVDにより側壁酸化膜5を3000A形成する。同図
(d)に示すように再びECR技術を用いて側壁酸化膜
5の開口を行う。このとき開口部の寸法は1.2μmで
ある。同図(e)に示すように350VのバイアスでA
+ プラズマ処理を行うことにより約800Aの不活性
化領域が形成される。この後、同図(f)に示すように
プラズマCVDにより側壁酸化膜5を3000A成長す
る。同図(g)に示すようにRIE技術によりCHF3
+O2 プラズマにより側壁酸化膜5の開口エッチンを行
う。このとき開口幅は0.6μmとなる。このとき実施
例1と同様に、バイアス電圧を400Vとすることによ
り不活性領域の深さを1000Aとすることができる。
従ってゲート電極下のチャネル層2は1200Aとなり
ドレイン電極方向に向かってチャネル層2の層厚は16
00A、1900Aと徐々に大きくなる構造を実現する
ことが可能である。
As shown in FIG. 3A, after the pattern formation by the resist, the oxide film 3 is formed on the oxide film 3 by the ECR technique.
The opening is performed with an opening width of μm. As shown in FIG.
After ECR opening, it can be passivated, for example by exposing the opening to Ar + plasma. Inactivation area 4
Can be controlled by the bias voltage of the plasma. For example, with a bias of 100 V, the channel layer is inactivated at a depth of 500 A. As shown in FIG. 3C, the sidewall oxide film 5 of 3000 A is formed by plasma CVD. As shown in FIG. 3D, the sidewall oxide film 5 is opened again using the ECR technique. At this time, the size of the opening is 1.2 μm. As shown in (e) of FIG.
By performing the r + plasma treatment, a passivation region of about 800 A is formed. Thereafter, as shown in FIG. 3F, the sidewall oxide film 5 is grown to 3000 A by plasma CVD. As shown in (g) of the figure, CHF 3 is formed by the RIE technique.
Opening etching of the side wall oxide film 5 is performed by + O 2 plasma. At this time, the opening width is 0.6 μm. At this time, similarly to the first embodiment, the depth of the inactive region can be set to 1000 A by setting the bias voltage to 400V.
Therefore, the channel layer 2 under the gate electrode has a thickness of 1200 A and the layer thickness of the channel layer 2 is 16 A in the drain electrode direction.
It is possible to realize a structure that gradually increases from 00A to 1900A.

【0021】次に、図3(i)に示す様に、ゲート電極
6を形成後、同図(j)に示すようにソース電極7、ド
レイン電極8を形成してFETを完成する。
Next, as shown in FIG. 3 (i), after forming the gate electrode 6, the source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed as shown in FIG. 3 (j) to complete the FET.

【0022】他の実施例を図4の工程断面図を用いて示
す。本構造では実施例1と同様に酸化膜3を開口後、A
+ プラズマにより800Aの不活性領域4を形成し、
側壁酸化膜5を3000A形成後、CHF3 ガスによる
MIEにより側壁酸化膜の開口を行う。開口後450℃
でアニールを行うことにより水素原子の拡散によるキャ
リア濃度の減少が起こり、低濃度領域10が2.0E1
7cm−3で形成される。本構造でもゲート電極下のシ
ートキャリア濃度に比較してゲート横のシートキャリア
濃度を増加させる構造となり他の実施例と同様の効果を
もつ。
Another embodiment will be described with reference to process sectional views of FIGS. In this structure, as in the first embodiment, after opening the oxide film 3, A
forming an inactive region 4 of 800 A by r + plasma,
After forming the sidewall oxide film 5 of 3000 A, the sidewall oxide film is opened by MIE using CHF 3 gas. 450 ° C after opening
Annealing at 10 decreases the carrier concentration due to the diffusion of hydrogen atoms, and the low concentration region 10 has 2.0E1.
It is formed at 7 cm-3. This structure also has a structure in which the sheet carrier concentration beside the gate is increased as compared with the sheet carrier concentration below the gate electrode, and has the same effect as in the other embodiments.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明はn型に不純
物ドープした化合物半導体層(チャネル層)と、このチ
ャネル層内に形成された領域でかつこの領域上ではチャ
ネル層と接しない領域でかつ該チャネル層のn型不純物
濃度より低濃度にn型不純物ドープされた領域でかつ断
面構造が上部から下部へ一段或いは多段に狭くなる形状
を有した領域(低濃度領域)と、この低濃度領域上に該
低濃度領域の上部寸法より狭いゲート長を有するゲート
電極と、該チャネル層上に形成されたソース電極と、該
チャネル層上に形成されたドレイン電極を備えているた
め、ゲートリセスを形成することなく大信号動作を行う
高出力FETを実現することが可能である。特に大信号
動作をする場合、ゲート電極とドレイン電極の間の半導
体表面の電子トラップに電子がトラップされ表面ポテン
シャルが上昇し、チャネル層が表面空乏層により狭搾さ
れる現象を回避するために必要であった従来の2段リセ
ス構造のゲートリセスを形成することを避けることがで
きる。このため、ゲートリセスに起因するゲート電極端
での電界集中を緩和しアバランシェブレークダウンで決
まるゲート耐圧を向上することが可能であるとともに、
ゲート電極をチャネル層に埋め込まないためゲート容量
の増加が起こらず電力利得を増加させることが可能とな
る。このため、高電力付加効率な高出力FETを実現す
ることが可能となる。さらに、ゲートリセス間距離を側
壁酸化膜の膜厚で制御するため、ゲート耐圧の制御性が
増加する。さらに、ゲート電極下のプロファイルがn-
/n構造となるため、gmがゲートバイアスに対しコン
スタントとなり特にRF特性における歪特性が減少させ
るという効果もある。(2)n型に不純物ドープした化
合物半導体層(チャネル層)と、このチャネル層内に形
成された領域でかつこの領域の上部及び領域の下部では
チャネル層と接しないような領域でかつ該チャネル層の
n型不純物濃度より低濃度にn型不純物ドープされた領
域でかつ断面構造が上部へ徐々に狭くなる形状を有した
領域(低濃度領域)と、この低濃度領域上に該低濃度領
域の上部寸法より狭いゲート長を有するゲート電極と、
該チャネル層上に形成されたソース電極と、該チャネル
層上に形成されたドレイン電極を備えるているため上記
と同様に高電力付加効率な高出力FETを実現すること
が可能となる。
As described above, according to the present invention, the n-type impurity-doped compound semiconductor layer (channel layer) and the region formed in the channel layer and not in contact with the channel layer on the region are formed. And a region (low-concentration region) which is a region doped with an n-type impurity at a concentration lower than the n-type impurity concentration of the channel layer and has a cross-sectional structure that narrows from the upper portion to the lower portion in a single step or multiple steps (low-concentration area). Since the gate electrode having a gate length narrower than the upper dimension of the low-concentration region, the source electrode formed on the channel layer, and the drain electrode formed on the channel layer are provided on the region, the gate recess is formed. It is possible to realize a high-power FET that performs a large signal operation without forming it. Especially in the case of large signal operation, it is necessary to avoid the phenomenon that electrons are trapped in the electron traps on the semiconductor surface between the gate electrode and the drain electrode, the surface potential rises, and the channel layer is narrowed by the surface depletion layer. It is possible to avoid forming the conventional gate recess having a two-step recess structure. Therefore, it is possible to alleviate the electric field concentration at the gate electrode end caused by the gate recess and improve the gate breakdown voltage determined by the avalanche breakdown.
Since the gate electrode is not embedded in the channel layer, it is possible to increase the power gain without increasing the gate capacitance. Therefore, it is possible to realize a high output FET with high power addition efficiency. Furthermore, since the distance between the gate recesses is controlled by the film thickness of the sidewall oxide film, the controllability of the gate breakdown voltage is increased. Furthermore, the profile under the gate electrode is n
Because of the / n structure, gm is constant with respect to the gate bias, and there is also an effect of reducing distortion characteristics particularly in RF characteristics. (2) An n-type impurity-doped compound semiconductor layer (channel layer), and a region formed in the channel layer and not in contact with the channel layer in the upper portion and the lower portion of the region and the channel. A region (a low-concentration region) in which the cross-sectional structure is gradually narrowed to the upper part (low-concentration region), in which the region is n-type impurity-doped at a concentration lower than the n-type impurity concentration of the layer; A gate electrode having a gate length narrower than the upper dimension of
Since the source electrode formed on the channel layer and the drain electrode formed on the channel layer are provided, it is possible to realize a high output FET with high power addition efficiency as described above.

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

【図1】本発明の一実施例の構造断面図である。FIG. 1 is a structural sectional view of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例の工程断面図である。FIG. 2 is a process sectional view of an example of the present invention.

【図3】他の実施例の工程断面図を示す。FIG. 3 is a process sectional view of another embodiment.

【図4】他の実施例の工程断面図を示す。FIG. 4 is a process sectional view of another embodiment.

【図5】従来の技術の工程断面図を示す。FIG. 5 is a process sectional view of a conventional technique.

【図6】実施例のキャリアプロファイルを示す。FIG. 6 shows a carrier profile of an example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 チャネル層 3 酸化膜 4 低濃度領域 5 側壁酸化膜 6 ゲート電極 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 レジスト 10 低濃度領域 1 GaAs substrate 2 channel layer 3 oxide film 4 low concentration region 5 sidewall oxide film 6 gate electrode 7 source electrode 8 drain electrode 9 resist 10 low concentration region

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n型に不純物ドープした化合物半導体層
(チャネル層)と、このチャネル層内に形成された領域
でかつこの領域上ではチャネル層と接しない領域でかつ
該チャネル層のn型不純物濃度より低濃度にn型不純物
ドープされた領域でかつ断面構造が上部から下部へ一段
或いは多段に狭くなる形状を有した領域(低濃度領域)
と、この低濃度領域上に該低濃度領域の上部寸法より狭
いゲート長を有するゲート電極と、該チャネル層上に形
成されたソース電極と、該チャネル層上に形成されたド
レイン電極を備えることを特徴する電界効果トランジス
タ。
1. A compound semiconductor layer (channel layer) doped with an n-type impurity, a region formed in the channel layer and not in contact with the channel layer on the region, and an n-type impurity of the channel layer. Region where the n-type impurity is doped at a concentration lower than the concentration and the cross-sectional structure has a shape that narrows from the upper portion to the lower portion in one step or in multiple steps (low concentration area)
And a gate electrode having a gate length narrower than the upper dimension of the low concentration region, a source electrode formed on the channel layer, and a drain electrode formed on the channel layer. Field effect transistor characterized by.
【請求項2】 n型に不純物ドープした化合物半導体層
(チャネル層)と、このチャネル層内に形成された領域
でかつこの領域の上部及び領域の下部ではチャネル層と
接しないような領域でかつ該チャネル層のn型不純物濃
度より低濃度にn型不純物ドープされた領域でかつ断面
構造が上部から下部へ徐々に狭くなる形状を有した領域
(低濃度領域)と、この低濃度領域上に該低濃度領域の
上部寸法より狭いゲート長を有するゲート電極と、該チ
ャネル層上に形成されたソース電極と、該チャネル層上
に形成されたドレイン電極を備えることを特徴とした電
界効果トランジスタ。
2. A compound semiconductor layer (channel layer) doped with an n-type impurity, a region formed in the channel layer, and a region which is not in contact with the channel layer at an upper portion of the region and a lower portion of the region. A region (low-concentration region), which is a region of the channel layer doped with an n-type impurity at a concentration lower than the n-type impurity concentration, and has a cross-sectional structure that gradually narrows from an upper portion to a lower portion, and on the low-concentration region. A field effect transistor comprising: a gate electrode having a gate length narrower than an upper dimension of the low concentration region; a source electrode formed on the channel layer; and a drain electrode formed on the channel layer.
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