JPS5834980A - シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ - Google Patents

シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ

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JPS5834980A
JPS5834980A JP13368181A JP13368181A JPS5834980A JP S5834980 A JPS5834980 A JP S5834980A JP 13368181 A JP13368181 A JP 13368181A JP 13368181 A JP13368181 A JP 13368181A JP S5834980 A JPS5834980 A JP S5834980A
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gate electrode
thickness
gate
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Toshiki Ehata
敏樹 江畑
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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】 本発明はマイクロ波特性が良好でしかも製造が容易なシ
ョットキゲート電界効果トランジスタに関する本のであ
る。
従来のショットキゲート電界効果トランジスタの一般的
な構造は、第1図の断面図に例示するように、Q a 
A sなどの半絶縁性半導体基板11の表面にエピタキ
シャル成長やイオン注入によって一様な厚さのn型動作
層12を形成したのち、この動作層の表面に金属を蒸着
させる方法等によ−リーソース電極13、トレイン電極
14及びショットキゲート電極15を形成しなものであ
る。このような従来構造のショットキゲート電界効果ト
ランジスタにおいては、ゲート・ソース間抵抗が大きい
と、このトランジスタのマイクロ波特性、特に雑音特性
が劣化することが知られている。マイクロ波特性を改良
するにはゲート・ソース間抵抗を下げることが必要であ
り、この目的を達成するには動作層12のキャリア濃度
を高めるか又は動作層を厚くすることが必要であるが、
いずれの方法においてもピンチオフ電圧が過大になると
いう問題を生ずる。また、キャリア濃度を高めた場合に
はゲートの耐圧が小さくなるという問題がさらに生ずる
このような問題を解決するため、第2図に例示するよう
に、ピンチオフ電圧を支配するゲート直下の動作層12
′の厚みを所望値に保ったまま、ソース電極近傍の動作
層12’の厚みを大きくする構造が提案されている。こ
の構造は、まずソース電極13及びドレイン電極14直
下の厚みに相当する一様な厚みの動作層を形成したのち
、ゲート電極15の直下となるべき箇所12’のみをエ
ツチング等により薄くしたのち、各電極18.14及び
15を形成している。
しかしながらこのような構造では、動作層表面が平坦で
ないから電極形成のための微細なホトリソグラフィ等が
困難であるばかりでなく、動作層のエツチング制御)ζ
極めて厳しい精度が要求されるために歩留りが低くなっ
てしまう欠点がある。
本発明は上述しに従来の問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、マイクロ波特性及び歩
留りが良好なショットキゲート電界効果トランジスタを
提供することにある。
以下本発明の詳細を実施例によって説明する。
第8図は本発明の一実施例のショットキゲート電界効果
トランジスタの断面図であり、21はQ a A sな
どの半絶縁性半導体基板、22はn型動作層、28はソ
ース電極、24はドレイン電極、25はショットキゲー
ト電極である。本発明の電界効果トランジスタは第3図
に例示するように、動作層表面が平坦でかつソース・ド
レイン間の動作層22″の厚さをゲート直下の動作層2
2′の厚さよりも大きくした構造でかつソース・ドレイ
ン間の動作層22″とゲート電極25とが同一の絶縁材
料からなるパターンを基に形成されるいわゆるセルフア
ライメント方法を用いる。このためゲート電極25と第
2の作層部分22“の位置関係が自動的に決定される。
このことから本発明によれば、製造工程が簡便になり歩
留りが向上すると同時に微細な加工が可能になる等の利
点を有する。
第4図は、第3図の電界効果トランジスタの製造方法の
一例を示す断面図である。まず第4図(5)に示すよう
に、GaAsの半絶縁性基板21の表面に1188t+
のイオンを注入して一様な厚みの動作層22′を形成す
る。この動作層の厚み及びキャリア濃度は所望のピンチ
オフ電圧を実現する値に選択される。例えば、ピンチオ
フ電圧0.2 Vを実現するために、キャリア濃度10
”cWI−8程度、厚み0.1μm程度の動作層を形成
する必°要があり、イオン注入の条件として、注入エネ
ルギ120 KeV、注入量2X10”ドーズ/cm2
(ただし活性率を100係とする。)が選択される。こ
のよう、な条件のもとに得られるキャリア濃度分布の理
論値を第5図の一点鎖線31で示す。
第4図の)に例示するように、一様な厚みの動作層22
′を形成したのち、その上に絶縁材料からなるパターン
27を形成する。このパターン27、をマスクとして用
いて2回目のイオン注入を行い、マスクされない箇所に
新たな動作層22″を形成する。2回目のイオン注入の
条件としては、1回目よりも深く注入するために注入エ
ネルギが1回目のものよりも大きく、かつ注入量は最終
ピークキャリア濃度が1回目のピークキャリア濃度に比
べて過大にならないような値に選択される。これはゲー
トに印加される電圧によって絶縁破壊が生じないように
するためである。このような注入条件の一例として、注
入エネルギを400KeV、注入量を3.9X1012
ドーズ/crn2の値に選択した場合のキャリア密度分
布の理論値を第5図の点線32で例示する。動作層22
内のマスクされない部分22#の濃度は1回目のイオン
注入による濃度に2回目のイオン注入による濃度を加算
した値となり、その分布は第5図の実線33で例示され
る。
本実施例ではマスク用パターン27として窒化シリコン
を用いた。プラズマCVD法で厚さ1.2Bmの窒化シ
リコン膜を形成し、その上に形成したレジストパターン
をマスクとしてCF4102(5% )混合ガスでプラ
ズマエツチングすることにより第4図(B)に示すパタ
ーン27を得た。
次いで、同パターン27を残したままアニールにより注
入元素の活性化を行ない、動作層22上の所定位置にソ
ース電極28、ドレイン電極24を形成する(第4図0
)。この後第4図(ト)に示すようにマスク用パターン
27と反転したパターン28をパターン27と同等もし
くはそれ以下の厚さの有機樹脂膜で形成する。そのため
の方法として第4図(ハ)のようにポジレジストを約2
.5μmの厚さに塗布して平坦化した後全表面を02ガ
スによるプラズマエツチングで1.5μm除去しパター
ン27の上面より僅かに低い厚さとする(第4図@)。
その後パターン27のみ除去することにより第4図(ト
)に示すレジストパターンを得る。本実施例ではCF4
10il  (5% )混合ガスによるプラズマエツチ
ングによって窒化シリコンパターン27のみを選択的に
除去した。この方法によりパターン27と正逆反転した
パターン28が自動的に形成されることとなる。最後に
第4図0のようにパターン27を除去した部分にゲート
電極25を形成して製造プロセスを終了する。
第5図から明らかなように、ソース電極23近傍の動作
層22“内のキャリア総数はゲート電極25の直下の動
作層22′内のキャリア総数に比べて約3倍大きく、そ
のため、ゲート・ソース間抵抗は動作層22′が一様に
形成される場合に比べて約3分の1に低下する。一方、
動作層22“内の最大キャリア濃度は動作層22′内の
値に比べて約13チ増加しただけであるから、これに伴
なうゲートの逆耐圧の増加は極めてわずかな量にとどま
る。
以上第3図に例示した構造の電界効果トランジスタをイ
オン注入法により製造する例を説明したが、これを熱拡
散法により製造することもできる。
すなわち、まず拡散定数の小さなドーパントを基板表面
に接触゛させて熱拡散を行なうことにより、第4図(ト
)の動作層22′に相当する浅い拡散層を形成する。次
にマスク用パターン27を遮蔽物としてゲート直下の領
域以外の箇所に拡散定数の大きなドーパントを接触させ
て熱拡散を行なうことにより、第4図の)の動作層22
“に相当する浅い拡散層と深い拡散層から成る混成拡散
層を形成し、最後に電極23.24及び25を前記実施
例に準じて形成すればよい。あるいはまた、ゲート部分
には拡散定数の小さなドーパントを堆積し、一方ゲート
・ソース間には拡散定数の大きなドーパントを堆積させ
なのち、各領域の同時熱拡散を行わせることにより第8
DIの構造を実現してもよい。
第3図における動作層22′の長さが短いほど、ゲート
・ソース間の直列抵抗−が小さくなって特性上有利とな
る。しかしこの長さを短かくすることは、第4図に例示
した製造方法においてマスク27の長さを短かくするこ
とが困難である等、微細加工技術の限界によって制限さ
れる。
次に、動作層22′の長さとゲート電極25の長さの関
係を説明すれば、動作層22′が比較的厚いノーマリオ
ン型においては、動作層22′の長さがゲート電極25
の長さより多少長くても実用上十分な特性が得られる。
これは、動作層22′が比較的厚いため表面から素子内
部に拡がっている空乏層の厚みが動作層22′の全厚み
を占めず、′従って動作層22′のゲート直下を除く部
分がゲート・ソース間抵抗を極端に増大させるような問
題を生じないからである。これに対して、表面からの空
乏層厚みが動作層22′の層厚みの全体を占めるような
ノーマリオフ型においては、第3図に例示するように動
作層22′の長さが電極25の長さよりも大であれば、
動作層22′のゲート直下を除く部分において空乏層が
厚み方向一杯に形成され、この結果ゲート・ソース間抵
抗が著じるしく大となり、極端な場合電流が完全に阻止
されるという問題が生ずる。
従ってノーマリオフ型においては、ゲート電極25の長
さが動作層22′よりも大きくなければならない。しか
しながらゲート電極25と、動作層22“との重なり部
分、すなわちゲー、ト電極25において、動作層22′
よりも長さが過大となる部分は、単pζ静電容量を増大
するのみで有効な作用をしないので、この過大部分を可
能な限り短くすることが、素子の動作速度を速くする上
で有効である。
すなわち、理想的には、第8図に例示するように、ゲー
ト電極25の長さと動作層22′の長さを等しく形成す
ることが特にノーマリオフ型においては有効な手段であ
る。
本発明においては絶縁膜27を用いて七ルファラインに
より22′の長さと、ゲート電極25の長さが等しく、
かつ同一位置に形成されるなめ、ノrマリオフ型の特性
が著しく向上するものである。
以上の実施例では半導体結晶としてGaAsを使用する
場合を例示したが、必要に応じてInPその他の■−■
族化合物半導体やSi等任意の半導体を使用することが
できる。
マタ、マスク用パターン27はイオン注入や熱拡散のマ
スクの役割を果たし、かつアニール等の高温プロセスに
耐性を有すれば本発明の要求を満たす。このため材料と
しては窒化シリコンに何ら限定されるものでなく800
°C程度の温度でも半導体と不必要な反応を生じない耐
熱性の優れた材料であれば良く、酸化シリコン、酸化ア
ルミニウム等の無機化合物膜も可能である。有機樹脂膜
28についてもパターン27以外の領域に形成できかつ
パターン27及びゲート電極と選択的に除去し得る材料
であれば良い。
以上詳細に説明したように、本発明のショットキゲート
電界効果トランジスタはゲート・ソース間の動作層が厚
く、キャリア濃度は動作層全体にわなってほぼ一定であ
り、しかもゲート電極直下の動作層とゲート4電極が同
一位置に形成される構造であるから、高周波特性が良く
、ゲート逆耐圧が高くかつ歩留りの良好なショットキゲ
ート電界効果トランジスタを従来より簡便な工程で実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来例の断面図、第8図は本発明の一
実施例の断面図、第4図(ト)〜(Qは第3図の電界効
果トランジスタの製造方法の一例を示す断面図、第5図
は第3図の電界効果トランジスタの動作層内のキャリア
濃度分布図である。 21・・・半絶縁性半導体基板、22・・・動作層、2
2′・・・動作層の第1の部分、22′・・・動作層の
第2の部分、23・・・ソース電極、24・・・ドレイ
ン電極、25・・・ゲート電極、27・・・マスク用パ
ターン、28・・・樹脂膜パターン 方1図 72図 73図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半絶縁性半導体基板、該半導体基板の表面に形成された
    動作層ならびに該動作層上に形成されたソース電極、シ
    ョットキゲート電極及びドレイン電極を備えたショット
    キゲート電界効果トランジスタにおいて、前記動作層が
    所定のピンチオフ電圧を与えるような厚みを有して前記
    ゲート電極直下に形成されている第1の部分と、該第1
    の部分内の不純物濃度と略々等しい不純物濃度及び該第
    1の部分の厚みよりも大きな厚みを有する第2の部分と
    から構成されており、かつゲート電極が第1の部分と同
    位置に形成されることを特徴とするショットキゲート電
    界効果トランジスタ
JP13368181A 1981-01-29 1981-08-25 シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ Pending JPS5834980A (ja)

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DE8282300499T DE3273695D1 (en) 1981-01-29 1982-01-29 A schottky-barrier gate field effect transistor and a process for the production of the same
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