JPS5879769A - シヨツトキゲ−ト電界効果トランジスタ - 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】 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ものであ
る。

本発明は、材料については何ら制限されるものではな（
、Ｓｉなどの単元素半導体あるいは化合物半導体など広
く一般の半導体材料に適用できるものであるが、以下半
導体材料として動作速度の大きい利点をもつ化合物半導
体のうちＧａＡｓを例にとって説明を行う。

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、ＧａＡｓ
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
方法等によりソース電極１８、トレイン電極１４及びシ
ョットキゲート電極１５を形成しｋ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１８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１３．１４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、動作層表面が平担で
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に極
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。

すなわち、ＭＥ　Ｓ　Ｆ　ＥＴの高周波特性を向上させ
るためには、ゲート長を極力小さくする必要があり、そ
のために素子製作上極めて微細な精密加工が要求される
。しかし、従来の製造方法においては、ゲート電極１５
のパターンをレジストに形成する際に、そのゲートパタ
ーンの極く近傍にソース電極１８およびドレイン電極１
４による段差が、動作領域１２の段差に加えて存在する
ため、平担面におけるときよりもフォトレジストパター
ンの解像度が低下し、１μｍ程度の短いゲートパターン
を確実に形成することか困難であった。特にＧａＡｓ等
の化合物半導体では、ゲート電極５を形成する前にソー
ス電極８およびドレイン電極４の合金処理を行なって、
その接触抵抗の低下を図ることが一般に行なわれている
が、接触抵抗を充分小さくしようとして充分な高温で、
しかも長時間の合金処理を行なうとソース、ドレイン電
極金属の凝集がおこり、著しく大きな段差が生じ易く、
このこトモ、ゲート用フォトレジストパターンの解像度
を悪化させる原因になっている。

また、ゲート電極５は既に形成されているソース電極８
とドレイン電極４の中間に±０．２μｍ　以下の位置精
度で形成する必要がある。さらにソース電極８とゲート
電極５０間隔は、ＭＥＳＦＥＴ　の電気的特性にあって
、ソースゲート間の寄生抵抗寄生容量に直接影響するの
で、両電極間の距離はできる限秒小さく、かつ高精度に
制御する必要があり、上述の位置精度は、この電極間距
離の点でも必要となる。しかしこの様な微細パターンを
高精度で形成することは、従来の技術では極めて困難で
あり、従って製造歩留りが著しく低いという問題点があ
った。

本発明は上述した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ＧａＡｓなとの半
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
２７は一対の絶縁性無機化合物の壁である。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
表面が平担でかつソース・ドレイン間の動作層９２″の
厚さをゲート直下の動作層２２′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”とソー
ス電極２８、ドレイン電極２４、ゲート電極２５とが同
一の絶縁材料からなるパターン２７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とができるも
のである。このためソース電極２８．ドレイン電極２４
．ゲート電極２５と第２の動作層部分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８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回置に示すように、ＧａＡｓの半絶縁性基板２
１の表面に！８５１＋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０．２ｖを実現するために
、キャリア濃度１０”ｃｍ−”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１２０ＫｅＶ、注入量２ＸｌＯ”ド
ーズ／ｃｍ”（ただし活性率を１００％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（Ｂ）に例示するように、一様な厚みの動作層２
２′を形成したのち、その上に金属材料からなるパター
ン２６を形成する。このパターン２６　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３．９ＸｌＯ”
ドーズ／　ｃ　ｍ　’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８２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８８で例示
される。

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１８％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およびゲートキャノぐシタン
スの増力１１は極めてわずかな量にとどまる。

本実施例ではマスク用パターン２６としてアルミニウム
を用いた。真空蒸着法で厚さ１．２μｍのＭ膜を形成し
、その上に形成したレジストパターン２８をマスクとし
てｃｃｌ、ガスでプラズマエツチングすることにより第
４図（Ｂ）に示すノぐターン２６を得た。

次いで、第４図（Ｃ）に例示するように上記レジストパ
ターン２８を残したまま陽極酸化によりノ；ターン２６
の両側面に絶縁性化合物膜２７を形成する。

この後、第４図（ロ）に例示するように、レジストパタ
ーン２８、マスク２６を′除去する。例えば、それぞれ
ア七トン等の溶剤、リン酸で除去し一対の絶縁性化合物
膜の壁２７を得る。この場合、半導体基板自身のマスク
２６以外の表面も酸化されるが、ＧａＡｓの酸化物膜を
絶縁性化合物膜２７に対して選択的に除去することは容
易である。

続いてアニールにより注入元素の活性化を行なった後、
オーミック金属を斜め２方向から真空蒸着し、合金処理
（例えば４５０℃−２分Ｎ２ガス中）を行なってソース
電極２８、ドレイン電極２４を形成する（第４図（Ｅ）
）。この時一対の壁２７の間はオーミック金属が堆積さ
れない。

最後にゲート電極２５を真空蒸着法等で第４図（Ｆ）に
例示するように形成して製造プロセスを終了する。この
時各電極は絶縁性化合物膜２７によって絶縁され、各電
極間の距離は壁の厚さによって自動的に規定される。

ここで第４図（６）の工程で第２の動作層２２″をイオ
ン注入した後さらに表面近傍にのみ１０”／ａｎ’　程
度の高濃度層いわゆるｎ＋層を形成することもできる。

これはソース電極、ドロ４ン電極のオーミック特性を改
善するために有効な手段であることを付言する。

また、マスク用パターン２６はイオン注入や熱拡散のマ
スクの役割を果たし、かつ表面絶縁化に１って高温プロ
セスに耐性を有する絶縁性化合物膜を形成できれば本発
明の要求を満にす。このため材料としてはＭに何ら制限
されるものでなくＴｉ、Ｍｏ、Ｗ　等も適用できる。さ
らに表面絶縁化についても陽極酸化法の他にもプラズマ
陽極酸化法、熱酸化法等の酸化 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１ｎＰ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。

以上第８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（４）
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（Ｂ）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２８．２４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
たのち、各領域の同時熱拡散を行わせることにより第３
図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
。ただしこの長さを短がくすることは、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
とが困難である等の微細加工技術の限界によってのみ制
限されるだけである。

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たってほぼ一定であ
り、しかもゲート電極直下の動作層とゲート電極が同一
位置に形成され、同時にゲート電極と両側のオーミック
電極との距離が一対の絶縁性化合物膜の厚さによって決
定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。

また本発明はイオン注入用マスクである金属自身の両側
面に絶縁性化合物、例えば、酸化物を高精度に形成する
ことを特徴とする。この時化合物層は母金属の初期表面
から両側へほぼ同じ厚さだけ成長するのが一般的である
ので、化合物層の厚さに等しいだけ、母金属のパターン
は自動的に短かくなり、結果的にショットキ電極の短ゲ
ート長化の効果がある。さらに実施例からも明らかな様
に、ソース・ゲート間の距離はこの化合物膜の厚さに等
しく、形成法の特質からｌ／１０μｍ以下の高精度で制
御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来例の断面図、第３図は本発明の一
実施例の断面図、第４図（３）〜（Ｆ）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・・・ケ−）電４ｆｆｉ、２８・・・マスク
用／’ター：’％　　２Ｂ・・・レジストパターン、２
７・・・絶縁性無機化合物膜、。 代理人弁理士　上　代　哲　１゛ ７１図 ７２図 ７３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、かつ第１の部分上に形成さ
   れた絶縁性無機化合物からなる互いに近接しかつ一方向
   に伸びた一対の壁とその壁の間に形成されたショットキ
   電極およびその壁の両側に形成された２つのオーミック
   電極からな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