JPS58147168A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は半導体装置の製造方法に関する。特に、高周波
特性のすぐれた、化合物半導体よりなる電界効果トラン
ジスタと高周波特性のさらにすぐれた高電子移動度トラ
ンジスタの製造方法の改良に関する。

（２）技術の背景 高周波特性のすぐれた半導体装置を実現するために必要
な要件として、（イ）導電媒体の移動距離が短いこと、
すなわち、半導体装置の幾何学的寸法が小さいことと（
ロ）導電媒体の移動速度が大きいことが第１にあげられ
ることは周知であり、この要件を充足するために微細な
パターンの実現、高い電子またはホール移動度の実現に
対する努力がなされており、高い電子移動度を実現する
手段として、砒化ガリュウム（ＧａＡｓ）　、アルミニ
ュウムガリュウム砒素（ＡＩＧａＡｓ）、燐化インジュ
ウム（ＩｎＰ）等の化合物半導体が材料として使用され
ており、さらに、材料固有の電子移動度より大きな電子
移動度を実現するために萬電子移動度トランジスタが開
発されている。。

また、すべての電気回路の時定数は勿論、遮断周波数等
の高周波特性は導電路の抵抗に依存するから、半導体装
置においても導電路の抵抗は小さいことが望ましい。こ
の点からは、導電路となる領域の不純物濃度は高いこと
が望ましい。しかし、一方、不純物濃度の増大は空乏層
の伸展を阻害するから、ゲート下部領域においては、不
純物濃度の選択に制限がある。したがって、トランジス
タのしきい値電圧等の特性に影響を与えることなく導電
路の抵抗を減少するには、ゲート下部領域以外の領域に
おいて不純物濃度を増加することが有効である。

特に、高周波特性のすぐれた半導体装置を作りうる材料
である化合物半導体は一般に表面単位密度が高゛いので
、ゲート領域以外の導−路領域において表面の空乏層が
発生しやすく、導電路の断面積を減少させる結果となり
抵抗増加の原因となるから、ゲート下部領域以外の領域
においては不純物濃度を高くしておくことが望ましい。

（３）従来技術と問題点 そこで、従来、高周波用トランジスタ等の半導体装置に
あっては、ソース・ドレイン領域の形成乃至電極とのオ
ーミックコンタクトを良好にする目的をかねて、ソース
・ドレイン領域部にイオン注入法等を使用して不純物を
追加的に導入している。高周波用半導体装置材料として
すぐれている化合物半導体においては、不純物の選択に
よってその絶縁化が比較的容易であるため、第１図に１
をもって示すように、絶縁性または半絶縁性基板を使用
し、これに、他の不純物を再度追加的１こ導入して導電
性の動作層２を形成することが一般である。さらに、こ
の種のトランジスタにおいてショットキゲートが用いら
れる場合にも、耐熱性のゲート電極を用いるといった特
別の配慮が必要ではあるが、ソース会ドレインの形成に
先立ち、ショットキゲート３を形成しておくことが提案
されている。そこで、上記のソース・ドレイン領域に対
してなすイオン注入はショットキゲート３をマスクとし
てなすことが有利である。ところが、追加的に導入され
た不純物を活性化するために熱処理が必要であることも
影響して、この高不純物濃度領域４，４′が、下方向の
みならず、ゲート下部方向にも伸展して、はなはだしい
場合（ゲート長が短（、ソース・ドレイン領域の不純物
濃度が高い場合）には、ソース領域４とドレイン領域４
′とが相互に接触してトランジスタ機能を失うこともあ
る。ソース領域４とドレイン領域４′とが接触すること
はないにしても、ゲート下部番ζ残留した動作層２の不
純物濃度が変化して、しきい値電圧が予期された値から
大きくずれることがある。この欠点は、ゲートが第３図
に３′をもって示すように臼型の場合特に顕著であるが
、ゲート長が１μＩｎ程度またはそれ以下である場合は
、従来技術においては、多かれ少なかれ、避は難い欠点
である。

（４）発明の目的 本発明の目的はこの欠点を解消することにあり、ゲート
下部領域の寸法や不純物濃度には影響を与えることな（
、ソース・ドレイン領域においてのみ不純物濃度を増加
してこの領域における抵抗を低下し、高周波特性のすぐ
れている半導体装置、特に、化合物半導体を使用する電
界効果トランジスタと、高−子移動度トランジスタとを
製造する方法を提供することにある。

（５）発明の構成 本出願に含まれる第１の発明の構成は、（イ）半導体基
板の表層部にイオン注入法等を使用してｎ型不純物を導
入して動作層を形成し、（ロ）この動作層上の一部領域
にゲート電極を形成し、（ハ）このゲート−極をマスク
として使用して上記の動作層をソース−ドレイン形成領
域から除去し、（ニ）この動作層の除去された領域に対
しメタルオーガニック化学気相成長法またはモレキュラ
ービームエピタキシャル成長法等を適用して、ｎ型不純
物を含有する半導体（一般には基板と同一の半導体）よ
りなる埋め込み層を成長させ、（ホ）この埋め込み層上
にソース電極とドレイン−極とを形成することにある。

この構成に使用しつる半導体の代表的なものは、砒化ガ
リュウム（ＧａＡｓ）　、アルミニュウムガリュウム砒
素（ＡＩＧａＡｓ）　、燐化インジュウム（■口Ｐ）等
の化合物半導体である。

本出願に含まれる第２の発明の構成は、（イ）半絶ｍ性
の半導体基板上に、そレキュラービームエピタ牛シャル
成長法等を使用して大きな電子親和力を有する半導体層
（チャンネル層）とｎ型の不純物を含有し、小さな電子
親和力を有する半導体層（ＩｉＬ子供給層）とよりなる
二重層を形成して高電子移動度トランジスタに適する層
構造となし、（ロ）この二重層上にゲート−極を形成し
、（ハ）このゲート電極をマスクとして使用して上記の
動作層をソース−ドレイン形成領域から除去し、（ニ）
この二重層の除去された領域に対しメタルオーガニック
化学気相成長法またはモレキュラービームエピタキシャ
ル成長法等を適用して、ｎ型不純物を含有し上記のチャ
ンネル層と同一の半導体よりなる埋め込み層を成長させ
、（ホ）この埋め込み層上にソース電極とドレイン′Ｉ
ＩｊＬ＆とを形成することにある。

本発明の基本概念は、イオン注入法等、ケート下部領域
に向っての不純物の拡散が避は難い、不純物の追加的導
入法に代えて、あらかじめ不純懺を含有している半導体
を成長させる方法を使用していることにある。

（６）発明の実施例 以下、図面を参照しつつ、本出願に含まれる第１の発明
の一実施例に係る半導体装置の製造方法を説明し、本発
明の構成と特有の効果とを明らかにする。−例として、
クローム（Ｃｒ）を含有して半絶縁性である砒化ガリュ
ウム（ＧａＡｓ）よりなる基板上にシリコン（Ｓｉ　）
を含有してｎ型である４電路を有する場合について述べ
る。

第４図参照 半絶縁性砒化ガリュウム（ＧａＡｓ　）基板１の半導体
装置形成領域の表層部に、シリコン（Ｓｉ　）をイオン
注入して動作層２を形成する。注入エネルギ−５９Ｋｅ
Ｖ程度、ドーズ量１．７　Ｘ　ＩＱ　１２／　ｃ＋−程
度をもって厚さ０．１μｔｎ程度に濃度Ｉ　Ｘ　１０１
７／　ｃａｎ　１１程度のｎ型動作層２を形成すること
ができる。

つづいて、チタンタングステンシリサイドを堆積させて
長さ０．５μｍ厚さ０．３μｍ程度のゲート電極３を形
成する。この工程は、スパッタ法を使用してチタンタン
グステンシリサイドを全面に堆積させ、さらに、その上
を二酸化シリコン（Ｓｉ０２）膜等をもって全面被覆し
、フォトリソグラフィー法とエツチング法との併用によ
り、ゲート電極形成領域以外の領域から二酸化シリコン
（Ｓｉ０２）膜等を除去し、さらに、残留している二酸
化シリコン（Ｓｌ（Ｊ２）膜をマスクとして、チタンタ
ングステンシリサイドを加工することによって容易に実
施することができる。

第５図参照 ゲート３をマスクとしてｎ型層２を除去して開口５を形
成する。この工程はアルゴン（Ａｒ）ガスを使用してな
すイオンｌ　ＩＪソング法を使用してなすことができる
。

第６図参照 アルシン（ＡｓＨ３）とトリメチルガリュウム（（ｊａ
ＣＣＨｓ’）ｓ）とドーパントである硫化水素　（ｎ、
ｓ）とを含む窒素ガス（Ｎ２）を用いてなすメタルオー
ガニック化学気相成長法等を使用して、ｉｉＪ工程にお
いて形成された開口５に濃度２　Ｘ　１０１８／　ｃａ
ｎ　３程度のｎソース・ドレイン領域６．６′を形成す
る。

このメタルオーガニック化学気相成長法においては、不
純物が動作層２に拡散することはない。また、メタルオ
ーガニック化学気相成長法によると、高濃度に、例えば
２　Ｘ　１０”／　ｃａｎ３程度に、不純物を含有させ
ることができ、本発明の目的にそう。

第７図参照 つづいて、ｎ　ソース・ドレイン領域６　、６’　上に
金ゲルマニュウムー金（’　Ａｕ（３ｅ／Ａｕ　）の二
重層よりなるソース・ドレインｉ４７．７’を形成する
。

本実施例においては基板１が半絶縁性基板であるが、必
要に応じ、まだは、ｎ＋ソース・ドレイン領域６．６′
が広すぎるときは、トランジスタを囲む領域を除去する
なり、この領域に絶縁性不純物を導入するなりして、素
子分離をなす。

本実施例においては、ゲート長が０．５μＩｎ程度と極
めて短いにもかかわらず、しきい値電圧のばらつきは極
めて小さく、また、ｎ　ソース・ドレイン領域の不純物
濃度が２　Ｘ　１０　”　／　ｃａｎ　”と大きいため
、この領域のシート抵抗は７０Ω／口であり、従来技術
における場合の約１／２に低減されたことが確認された
。

以上説明せるとおり、本実施例によればゲート長は十分
短いにもかかわらず、そのゲート下部領域の不純物濃度
は正確に制御され、しきい値電圧等トランジスタの特性
は正確に制御され、しかも、ソース・ドレイン領域の不
純物濃度は十分高（、この領域９抵抗は十分低（、また
、高い表面準位密度にもとづく空乏層の伸展も有効に防
止されることができる。

本出願に含まれる第２の発明である高を子移動度トラン
ジスタの場合は、高−子移動度トランジスタに適する層
構造を形成した後、グー１４．極を形成してから、上記
工程と同一の工程、すなわち、このゲートをマスクとし
てソース−ドレイン領域を除去してここにあらためてｎ
型ソース・ドレイン領域を埋め込む工程を適用すればよ
い。

なお、上記せるとおり、本発明の基本概念は、イオン注
入法等に代えて不純物拡散現象を伴わないメタルオーガ
ニック化学気相成長法、モレキュラービームエピタキシ
ャル成長法を使用するものであるから、砒化ガリュウム
（ＧａＡｓ）等化合物半導体よりなる半導体装置に適用
して特に有効である。

（７）発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、ゲート下部領域の
寸法や不純物濃度には影響を与えることなく、ソース・
ドレイン領域においてのみ不純物濃度を増加してこの領
域における抵抗を低下し、高周波特性のすぐれている半
導体装置、特に化合物半導体を使用する′−界効果トラ
ンジスタと、高電子移動度トラン２スタとを製造する方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１．２．３図は従来技術に係る半導体装置の製造方法
の欠点を説明する図であり、その主要工程完了後の基板
断面図である。第４．５，６．７図は本出願に含まれる
第１の発明の一実施例に係る半導体装置の製造方法の主
要工程完了後の基板断面図である。 １・・・・・・半絶縁性基板、２・・・・・・動作層、
３．３′・・・・・・ゲート電極、４．４′・・・・・
・ソース・ドレイン領域、５・・・・・・ソース・ドレ
イン領域に形成された開口、６．６　・・・・・・ｎソ
ース−ドレイン領域、７，７′・・・・・・ソース・ド
レイン電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板表層部にｎ型不純物を導入して動作層
   を形成し、該動作層上の一部領域にゲート−極を形成し
   、該ゲート電極をマスクとして前記動作層をソース・ド
   レイン形成領域から除去し、該除去された領域にｎ型不
   純物を含有する半導体埋め込み層を成長させ、該埋め込
   み層上にソース電極とドレイン電極とを形成する、半導
   体装置の製造方法。
2. （２）半絶縁性の半導体基板上に、大きな電子親和力を
   有する半導体層（チャンネル層）とｎ型の不純物を含有
   し小さな電子親和力を有する半導体層（電子供給層）と
   よりなる二重層を形成し、該二重層上にゲート電極を形
   成し、該ゲート電極をマスクとして前記二重層をソース
   ・ドレイン形成領域から除去し、該除去された領域に、
   ｎ型不純物を含有し前記チャンネル層と同一の半導体よ
   りなる埋め込み層を成長させ、該埋め込み層上にソース
   電極とドレイン電極とを形成する、半導体装置の製造方
   法。