JPH0758714B2 - Method for manufacturing GaAs semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing GaAs semiconductor device

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JPH0758714B2
JPH0758714B2 JP60137003A JP13700385A JPH0758714B2 JP H0758714 B2 JPH0758714 B2 JP H0758714B2 JP 60137003 A JP60137003 A JP 60137003A JP 13700385 A JP13700385 A JP 13700385A JP H0758714 B2 JPH0758714 B2 JP H0758714B2
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【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はセルフアライン型ショットキゲートGaAs半導体
装置の製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a self-aligned Schottky gate GaAs semiconductor device.

[発明の技術的背景とその問題点] GaAsFETの性能指数はCgs/gmで記述される。ここでCgs
ゲート・ソース間容量であり、gmはFETの相互コンダク
タンスである。さらに実質的なgmはgm=gmo/(1+gmo
・Rs)となる。ここでgmoはFETの動作層の特性から決ま
る真性相互コンダクタンスであり、Rsはソース・ゲート
抵抗である。このgmoが引出し得る最大のgmであるが、
第4図に示すような従来のMESFETではソース・ゲート間
の直列抵抗Rsがあり、これにより実質的なgmはgmoより
小さくなつてしまう。従って、この直列抵抗Rsを減少さ
せることがGaAsFETの性能向上の鍵となるわけであり、
その方法の1つとしてセルフアライン(自己整合)的
に、ソース・ドレイン領域に高濃度イオン注入層を導入
する方法が知られている。このセルフアライン法の代表
的な例を第5図に示す。これはゲート電極24をマスクと
して高濃度イオン注入をし、ソース・ドレイン領域26,2
7をゲート電極24に近接して形成するものである。しか
し、この様な構造のMES FETでは高濃度イオン注入層の
活性化熱処理時に、この注入層の不純物イオンが拡散
し、拡ったソース・ドレイン領域とゲート電極が接触す
る可能性がある。このように高濃度イオン注入層がゲー
ト電極に接触すると、耐圧が1〜2Vと低下し、閾値電圧
の変動やショットキ特性の劣化を招く。このような影響
を避けるには高濃度イオン注入層とゲート電極の距離を
離してやればよいが、この距離を大きくとり過ぎるとRs
の増大を招き、セルフアライン方式の利点が希薄になっ
てしまう。この分離距離はソース・ドレイン領域の形成
方法にも依存するが2000〜3000Åの分離距離が適当であ
る。従来はこの分離のために等方的にエッチングできる
化学的反応を利用したドライエッチングやSiO2膜等によ
るサイドウォールなどの構造がとられていたが、いずれ
も制御性、再現性、工程の繁雑さなどの問題点がある。
このため、ソース・ドレイン領域とゲート電極を再現性
良く正確に分離できる形成方法が必要である。
[Technical background of the invention and its problems] The figure of merit of a GaAs FET is described by C gs / gm. Where C gs is the gate-source capacitance and gm is the FET transconductance. Furthermore, the actual gm is gm = g mo / (1 + g mo
・ R s ). Here, g mo is the intrinsic transconductance determined by the characteristics of the operating layer of the FET, and R s is the source-gate resistance. This g mo is the maximum g m that can be drawn,
In the conventional MESFET as shown in FIG. 4, there is a series resistance R s between the source and the gate, which makes g m smaller than g mo . Therefore, reducing the series resistance R s is the key to improving the performance of GaAs FETs.
As one of the methods, a method of introducing a high-concentration ion implantation layer into the source / drain regions in a self-aligned manner is known. A typical example of this self-alignment method is shown in FIG. This is a high-concentration ion implantation using the gate electrode 24 as a mask,
7 is formed close to the gate electrode 24. However, in the MES FET having such a structure, during the activation heat treatment of the high-concentration ion-implanted layer, the impurity ions in the implanted layer may diffuse and the expanded source / drain regions may come into contact with the gate electrode. When the high-concentration ion-implanted layer comes into contact with the gate electrode in this way, the breakdown voltage decreases to 1 to 2 V, which causes fluctuations in threshold voltage and deterioration of Schottky characteristics. To avoid such an effect, the distance between the high-concentration ion-implanted layer and the gate electrode may be increased, but if this distance is set too large, R s
And the advantage of the self-alignment method is diminished. This separation distance depends on the method of forming the source / drain regions, but a separation distance of 2000 to 3000Å is suitable. Conventionally, for this separation, structures such as dry etching using a chemical reaction that isotropically etches and side walls such as SiO 2 film were taken, but all of them are controllable, reproducible, and complicated in process. There are problems such as
Therefore, there is a need for a method of forming the source / drain region and the gate electrode with good reproducibility and accuracy.

[発明の目的] 本発明は高速GaAs ICの実現を可能とするGaAs半導体装
置の製造方法を提供することを目的とする。
[Object of the Invention] It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a GaAs semiconductor device that enables the realization of a high-speed GaAs IC.

[発明の概要] 本発明はGaAs基板に対してショットキ障壁を形成し、か
っソース・ドレインのイオン注入マスクとして用いるゲ
ート電極を形成する工程において、レジストパターンを
マスクとしてゲート電極をRIEによって加工する際に、
反応ガス圧を変化させることによって、サイドエッチ量
を制御し、ゲート電極とソース・ドレイン領域を分離
し、高耐圧、高性能なFETを面内均一に形成することを
実現するものである。これは、低ガス圧の時は粒子の平
均自由行程が長いので、粒子は運動エネルギーを失わず
表面に入射してくるため異方性のエッチングとなるのに
対して、高ガス圧では運動エネルギーを持った粒子は放
電空間中での粒子間の衝突によって方向性を失うため、
等方性のエッチングとなることを利用したものである。
さらに低ガス圧放電等の高セルフバイアスによるGaAs基
板へのダメージを高ガス圧にすることによって、小さく
することが出来る。第3図に、反応ガス圧とセルフバイ
アスの関係を示す。以上、本発明による製造方法によ
り、高耐圧・高gmを有するFETをウエハ面内均一に、再
現性良く形成することができ、GaAs集積回路のMESFET製
造方法として適している。
[Summary of the Invention] In the process of forming a Schottky barrier on a GaAs substrate and forming a gate electrode used as an ion implantation mask for source / drain, when the gate electrode is processed by RIE using a resist pattern as a mask To
By changing the reaction gas pressure, the side etch amount is controlled, the gate electrode and the source / drain regions are separated, and a high breakdown voltage and high performance FET can be uniformly formed in the plane. This is because when the gas pressure is low, the mean free path of the particles is long, so the particles enter the surface without losing their kinetic energy, resulting in anisotropic etching. Particles with are lost their directionality due to collisions between particles in the discharge space,
This is because the etching is isotropic.
Further, damage to the GaAs substrate due to high self-bias such as low gas pressure discharge can be reduced by increasing the gas pressure. FIG. 3 shows the relationship between the reaction gas pressure and the self-bias. As described above, according to the manufacturing method of the present invention, an FET having a high breakdown voltage and a high g m can be formed uniformly in the wafer surface with good reproducibility, and is suitable as a MESFET manufacturing method for a GaAs integrated circuit.

[発明の効果] セルフアライン型GaAsMESFETのゲート電極の形成に本発
明の加工方法を適用することによって、より高性能なFE
Tをウエハ面内均一に得ることができる。
[Advantages of the Invention] By applying the processing method of the present invention to the formation of the gate electrode of the self-aligned GaAs MESFET, a higher performance FE is obtained.
T can be uniformly obtained within the wafer surface.

[発明の実施例] 第1図は本発明の加工方法を用いたWNをゲート金属とす
るセルフアライン型GaAsMESFETで構成されるGaAs集積回
路の製造方法の具体的実施例である。
[Embodiment of the Invention] FIG. 1 is a specific embodiment of a method of manufacturing a GaAs integrated circuit composed of a self-aligned GaAs MESFET using WN as a gate metal, which uses the processing method of the present invention.

まず、半絶縁性GaAs基板21にSi+イオンをマスク22を用
いて、50KeVで2×1012cm-2注入し、850℃で15分間の熱
処理を施しイオン注入層を活性化する(第1図
(a))。
First, Si + ions are implanted into the semi-insulating GaAs substrate 21 using the mask 22 at 2 × 10 12 cm -2 at 50 KeV and heat treatment is performed at 850 ° C. for 15 minutes to activate the ion-implanted layer (first). Figure (a)).

次にゲート金属としてWN24を反応性スパッタによりウエ
ハ全面に堆積する。フォトレジストによってゲートパタ
ーン25を形成する(第1図(b))。
Next, WN24 as a gate metal is deposited on the entire surface of the wafer by reactive sputtering. A gate pattern 25 is formed by photoresist (FIG. 1 (b)).

次に、フォトレジストをマスクとしてRIEによってゲー
ト金属であるWN24を加工する。第2図にサイドエッチ速
度のガス圧依存性を示す。この結果から加工前半は異方
性を保つために、反応ガス圧を5Paとし、加工後半はソ
ース・ドレイン領域とのオフセットを取るために反応ガ
ス圧を、30Paとして加工を行った。又、このガス圧の大
きさやガス圧変更の時期を変えることによって、加工形
状,サイドエッチング量を容易に再現性良く制御できる
ことが確認された(第1図(c))。
Next, WN24, which is the gate metal, is processed by RIE using the photoresist as a mask. Figure 2 shows the gas pressure dependence of the side etch rate. From these results, in order to maintain anisotropy in the first half of processing, the reaction gas pressure was set to 5 Pa, and in the second half of processing, the reaction gas pressure was set to 30 Pa to offset the source / drain regions. It was also confirmed that the processing shape and the side etching amount can be controlled easily and with good reproducibility by changing the magnitude of the gas pressure and the timing of changing the gas pressure (Fig. 1 (c)).

このゲート電極にセルフアラインで、ソース26,ドレイ
ン27領域にSi+イオンを120KeVで3×1013cm-2注入し、P
SG膜28による800℃,10分のキャップアニールで活性化す
る(第1図(d))。
Self-aligned to this gate electrode, Si + ions are implanted into the source 26 and drain 27 regions at 120 KeV, 3 × 10 13 cm -2 , and P
The SG film 28 is activated by cap annealing at 800 ° C. for 10 minutes (FIG. 1 (d)).

このソース・ドレイン領域にAuGe/Auによるオーミック
電極29をリフトオフ方によって形成し、420℃2分の熱
処理を行なう(第1図(e))。
An ohmic electrode 29 of AuGe / Au is formed in the source / drain region by lift-off method, and heat treatment is performed at 420 ° C. for 2 minutes (FIG. 1 (e)).

以上の本発明による製造工程で試作したGaAsMESFETの相
互コンダクタンスはゲート長1.0μmで250mS/mmと極め
て優れており、耐圧も7V以上と高くDCFL回路だけでな
く、ノーマリオン型FETを用いたBFL回路にも適用できる
高性能なFETがウエハ面内均一に得られることが確認さ
れた。
The transconductance of the GaAs MESFET prototyped in the manufacturing process according to the present invention is extremely excellent at 250 mS / mm at a gate length of 1.0 μm, and the breakdown voltage is high at 7 V or higher, and not only the DCFL circuit but also a BFL circuit using a normally-on type FET. It was confirmed that a high-performance FET that can also be applied to the wafer can be obtained uniformly in the wafer surface.

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

第1図は本発明の一実施例を説明するための工程断面
図、第2図及び第3図は本発明の技術的内容を詳細に説
明するための図、第4図及び第5図は本発明の技術的背
景を説明するための図である。 21…GaAs基板、22…マスク 23…動作層、24…ゲート電極 25…レジストパターン、26…ソース 27…ドレイン、28…PSG膜 29…オーミック電極、d…ゲート,ソース間隔
FIG. 1 is a process sectional view for explaining an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are drawings for explaining the technical contents of the present invention in detail, and FIGS. 4 and 5 are It is a figure for demonstrating the technical background of this invention. 21 ... GaAs substrate, 22 ... Mask 23 ... Operating layer, 24 ... Gate electrode 25 ... Resist pattern, 26 ... Source 27 ... Drain, 28 ... PSG film 29 ... Ohmic electrode, d ... Gate, source spacing

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−97369(JP,A) 特開 昭53−143177(JP,A) 特開 昭57−128071(JP,A) 特開 昭58−123728(JP,A)Continuation of the front page (56) Reference JP-A-51-97369 (JP, A) JP-A-53-143177 (JP, A) JP-A-57-128071 (JP, A) JP-A-58-123728 (JP , A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】GaAs基板上に所定幅のゲート電極加工用パ
ターンをマスクとして反応性イオンエッチング装置を用
いてゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極加工
用パターンをマスクとして不純物注入を行った後熱処理
によりこの不純物の活性化を行いソース及びドレイン領
域を形成する工程とを具備し、前記ゲート電極を形成す
る際に、反応ガス圧を所定時間後変化させることにより
異方性エッチングに続いて等方性エッチングを行い前記
所定幅のゲート電極加工用パターンより前記ゲート電極
の底部の幅を狭く形成することを特徴とするGaAs半導体
装置の製造方法。
1. A step of forming a gate electrode on a GaAs substrate by using a reactive ion etching apparatus with a gate electrode processing pattern of a predetermined width as a mask, and impurity implantation using the gate electrode processing pattern as a mask. A step of activating the impurities by a post heat treatment to form source and drain regions, and when forming the gate electrode, the reaction gas pressure is changed after a predetermined time to perform anisotropic etching. A method for manufacturing a GaAs semiconductor device, characterized in that isotropic etching is performed to form a width of a bottom portion of the gate electrode smaller than that of the gate electrode processing pattern having the predetermined width.
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