JPS59110171A - 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】 本発明はショットキ障壁ゲート電界効果トランジスタ（
ＭＥＳＦＢＴと言う）に関し、くわしくは、ケート電極
に対しソース・ドレイン領域をセルファラインとして形
成でき、かつ、ゲート眠極形成前にソース・ドレイン領
域の活性化アニールの工程をすることができ、ショット
キ特性のアニールによる劣化を防止し、より性能を向上
させたＭＥＳＦＢＴ　の製造方法に関するものである。

近年、シリコン（Ｓｉと略す）の電子移動度の３〜５倍
の値をもつ砒化ガリウム（ＧａＡｓと略す）を用いて超
高速集積回路の開発が進められている。

この集積回路（ＩＣと言う）の一層の高速化を実現する
ためには、該ＩＣの主要構成素子であるＭＥＳＦＢＴの
ショットキ特性の安定化、および、作成方法の簡便化が
最も有力な手段の一つである。

ショットキ特性の安定化のためには、ショットキ電極形
成工程がＭＥ８ＦＥＴプロセスのなるべく最後番こ近く
なるようにすること特に高温工程はショットキ電極形成
以前であることが望ましい。また作成方法の簡便化から
、ゲート電極とソース・ドレイン領域をセルフアライン
メントに形成できることが望韮しい。しかし、従来のセ
ルフアラインメント形成プロセスでは第１図を用いて説
明するように、ショットキゲートを極形成後にソース・
ドレイン領域の活性化アニールがなされる。このため、
ショットキ特性のばらつきが増大したり、またゲート電
極に用いる金属が高温に耐え得る金属に限定される結果
となった。従来のセルフアラインメント形成プロセスは
、第１図（ａ）に示すように半絶縁性（Ｓ、１．と略す
）　ＧａＡｓ基板１に形成されたｎ形溝電層２の上にゲ
ート電極３を被着形成した後、該ゲートを極３をマスク
として第１図（ｂ）に示されるようにＧａＡｓ中にてド
ナーとなり得る、例えば、Ｓ１イオンを注入し、８００
℃の高温で２０分のアニールを行ない第２の能動層であ
る高キヤリア濃度導電層４を形成した後、第１図（Ｃ）
に示すように腋窩キャリア濃度導電層４上にソース電極
５およびドレイン電極６が被着形成される。ここで第１
図（ｂ）に示すように、ショットキゲート電極３を形成
後、イオン注入を行っているので、その後のアニールに
耐えるゲート金属を用いなければならなくなる。

本発明の目的は、前記従来の欠点を解決せし、めた半導
体装置の製造方法を提供することにある。

本発明によれば、樹脂層による電気的絶縁層をリフト・
オフすることにより、活性化アニールをショットキゲー
ト電極形成の前に行なうことを特徴とする半導体装置の
製造方法が得られる。

次に本発明の実施例を図面を参照しながら製造工程を順
を追って説明する。第２図（ａ）は半絶縁性ＧａＡｓ基
板１に第１番目のｎ型能動層２の上に第１番目の絶縁［
１１を設けた準備材である。この絶縁層は後のイオン注
入に対するアニール保護膜として使用するためピンホー
ルがないことが必要である。通常５００穴以上であれば
よい。またこの第１番目の絶縁層を通してイオン注入を
行うので、できるだけ薄いことが必要である。Ｓｉｎ、
又はＳｉ、Ｎ。

を絶縁層とした場合２０００　Ａ程度の膜厚であれば、
現在のイオン注入加速装置で使用可能である。本実施例
ではＳｉ３Ｎ、膜１０００＾を第１誉目の絶縁膜とする
。次に該第１番目の絶縁膜の上に厚い樹脂層１２をパタ
ーン形成する（第２図（ｂ））。樹脂層はイオン注入の
マスクにするため１μｍ以上の厚さが必要である。多層
構造レジスト等を用いて形成した場合、樹脂層の上にＳ
　ｉ０２等の薄い膜が残る場合があるが、その場合、樹
脂層の上のｓｉｏ、等の薄い膜を取り除く必要はない。

本発明と類似の従来の方法を後に述べるが、樹脂層の上
の５ｉｎ２等の薄い膜を樹脂層上で周辺にせり出すよう
に形又は、できるたけ小さいことがのぞましい。次に樹
脂層１２をマスクにしてＧａＡｓ中にドナーとなり得る
、例えば、Ｓｉイオンを注入し、第２番目の能動層１３
を形成する（第２図（Ｃ））。第２番目の能動層１３は
、第１番目の絶縁層と第１番目の能動層との界面よりも
、基板側へ深く形成する必要がある。

例えばＳｉイオンを注入し、第１番目の絶縁膜を１０．
０ＯＡの８１０．膜とした場合、イオン注入加速電圧と
しては、３ＱＯｋｅＶ程度かそれよりも大きいことが望
ましい。次にエレクトロンサイクロトロンレゾナンス（
ＥＣＲ）　　型の装置で例えばＳ！０２又はＳｉ、Ｎ、
の２番目の絶縁層１４を設ける（第２図（ｄ））。

ここで重要なことは、第１番目の絶縁層１１の上に設け
られた第・２番目の絶縁層と、樹脂層１２上に設けられ
た絶縁層１４が分離していることである。そのためには
、第２番目の絶縁層１４の膜厚が樹脂層よりも薄いこと
、かつ、基板上部より基板に向は方向性のある方法で膜
形成をする必要がある。本実施例では２０００　Ａの８
ｉ０２膜とする。次に樹脂層１２を除去し、同時に樹脂
層１２上の第２の絶縁層１４を除去する（第２図（ｅ）
）。次に樹脂層１２を除去した後の第２番目の絶縁層の
開口部を覆う樹脂層パターン１５を形成し、それをマス
クにしてＧａＡｓ中でドナーとなり得る、例えば、Ｓｌ
イオンを注入し、第３番目の能動層１６を形成し、それ
をマスクに第１番目の絶縁層１１と第２番目の絶縁層１
４をエツチング除去し、さらに、該樹脂層１５をマスク
にしてＧａＡｓ中でドナーとなり得る、例えば、Ｓｉイ
オンを注入し、第３番目の能動層１６を形成し、次いで
第２図（ｄ）と同様な方法で、５ｉｎ２又は５ｔ３Ｎ、
などの第３番目の絶縁層１７を厚さ３０００　Ａで設け
る（第２図（ｆ））。樹脂層１５はイオン注入のマスク
に用いるので１μｍ以上の厚さである必要がある。

ＡＺ−１３５０Ｊ　（、シプレー社製）等のレジストを
使うことができる。第３番目の能動層１６は、ＧａＡｓ
表面にドナーの高濃度分布を持たせ、後の工程のオーミ
ックコンタクト形成を容易にすることを目的としている
。イオン注入はＧａＡｓ表面を露出することができ、５
０ｋｅＶと低加速エネルギーでよい。

次に樹脂層１５を除去し、樹脂層１５の上の第３の絶縁
層１７を同時ζこ除去し、例えば８００℃の高温で２０
分間のアニールを行い、イオン注入層を活性化する（第
２図（ｇ））。次に樹脂層１５と同様な位置にレジスト
パターンを形成し、オーミックコンタクト用の窓開けを
行い、例えばＡｕＧｅ−Ｎｉのオーミック電極１８を形
成しアロイする（第２図（ｈ））。次に第２番目の絶縁
層１４をマスクに第１′″番目の絶縁層１１をエツチン
グ除去し、第１番目の能動層２を露出させる。次にショ
ットキゲート電極を該露出部に形成するために、絶縁層
１４を覆い、かつオーミックコンタクト電極１８を露出
させるように厚い樹脂層パターンを形成し、第４番目の
絶縁層１９を第２図（ｄ）と同様な方向性のある方法で
基板上方から基板全面に設け、次に厚い樹脂層を除去す
ることにより再び第１番目の能動層２の表面を露出させ
、その表面にショットキゲート電極、例えば膜厚５００
０＾のＭ電極２０を形成する（第２図（す）。絶縁層１
１をエツチングする方法としては、まずオーミック電極
１８を保護するレジストパターンを形成し、次いで熱リ
ン酸によるウェットエツチングを組み合せた方法を取る
。オーミックコンタクト電極１８の一方をソース電極に
し、他方をドレイン電極にすることにより、ＧａＡＳ・
ＭＢ２−ＦＥＴとなる。

次に本発明の特徴をより明確にするために第３図を用い
て従来方法との比較で説明する。

第３図は従来方法を説明するための主要工程における半
導体装置の概念断面図である。第３図（ａ）は、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１に第１番目のｎ型能動層２の上に第１
番目の絶縁層１００を設けた準備材を示しである。次に
該第１番目の絶縁膜の上に三層構造レジスト法により、
厚い樹脂層１０１と８ｉ０２層１０２を設ける。この方
法の特徴はＳｉＯ□層１０２が厚い樹脂層よりも、片側
で０．３μｍ　程度大きくなっている（第３図（ｂ））
。次に該５ｉｎｔ層１０２をマスクにし、ＳＬのイオン
注入をし、第２の能動層１０３を形成する（第３図（Ｃ
）　）。能動層１０３はＧａんないことが特徴である。

この特徴は、本発明の特徴と大きく異なる（第２図（Ｃ
））。Ｓｉｎ、層１０２が厚い樹脂層１０１よりも０．
３μｍ　程度せり出しており、基板上方から方向性のあ
るイオン注入を行うため、厚い樹脂層１０１の底部側面
に８ｉイオンが達しない。

このため、後にショットキゲート電極を形成した時にゲ
ート電極と第２番目の能動層１０３が図面の横方向へ分
離できる。本発明は、ショットキケート電極２０と第２
番目の能動層１３を図面の縦方向に分離させていること
が特徴である（第２図（す）。

縦方向に分離する本発明の方が有効ゲート長をより短く
することが可能であり、かつソース電極とゲート電極間
の抵抗をより小さくすることができ優れた高速、低雑音
ＭＥＳ−Ｂ″ＪＥＴ　　特性を得ることができる。参考
のため、さらに第３図の説明をする。第３図（ｄ）は、
第２番目の絶縁層１０３を形成したところを示した図で
ある。次に厚い樹脂層１０１を除去することにより、第
１番目の絶縁層１００の一部を露出させる（第３図（ｅ
））。次に第２番目の絶縁層１０４をマスクに第１番目
の絶縁層１００をエツチングし、厚い樹脂層１０１とは
ば同じ大きさの開口部をもつ第１番目の絶縁層１００パ
ターンを形成する（第３図（ｆ））。次にショットキゲ
ート電極（Ｔｉ　−Ｐｔ　−Ａｕ　）　　１０５を形成
する（第３図（ｇ））。

次に第２の能動層部１０３の一部を露出させ、ソース、
ドレインのためのオーミックコンタクト電極（ＡｕＧｅ
　−Ｐｔ　）　１０６を形成する（第３図（ｈ））。

本発明の実施例において、特定の膜厚、特定の物質を用
いたが、これは説明の理解を容易にするためである。例
えば、第２図の樹脂層１２を厚い樹脂層としたが、技術
の進歩に従いＭの細く、厚く、かつ垂直な側面をもった
パターン形成が可能になれば該厚い樹脂層１２をＭに変
えることができる。この場合は、もちろん絶縁層１１と
１４はともに８ｉ０．であることが望ましい。また本発
明の実施例において、オーミックコンタクト電極を形成
するために第３番目の能動層１６を設ける工程を除いて
も一定の特性を得ることかでさる。第２図（ｅ）の段階
でイオン注入層の活性化アニールを行い、第２図（ｈ）
の工程に移ることも可能であり、これも本発明の請求の
範囲に属する。またオーミックコンタクト形成とゲート
電極形成との順を変えてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）と第３図（ａ）〜（ｈ）は従来の
製造方法の実施例を製造工程順に説明するための図で、
主要工程における半導体装置の概略断面図であり、第２
図（ａ）〜（ｉ）は本発明の詳細な説明するための図で
主要工程における半導体装置の概念断面図である。 １・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・第１番目のｎ
型態ｆｉ１＋層、３，２０．．１０５・・・ショットキ
ゲート電極、４　、１３．１０３・・・第２番目の能動
層（高キャリヤ濃度導電層）、５　、６．１３．１０６
・・・オーミックコンタクト電極、１１．１００・・・
第１番目の絶縁層、　１２．１５．１０１・・・厚い樹
脂層、１４，１０４・・・第２番目の絶縁層、１０２・
・・５１０２層、１６・・・第３番目の能動層（高キャ
リヤ濃度導電層）、１７・・・第３番目の絶縁層、１９
・・・第４番目の絶縁層。 第　１　図 算Ｚ図 （グ９ 第２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に半導体層からなる第１番目の能動層を形成し、
   該能動層表面に第１番目の絶縁膜を形成した後、前記第
   １番目の絶縁膜表面に樹脂層パターンを形成し、次いで
   該樹脂層を遮蔽層とし、かつ前記第１番目の絶縁膜を通
   してソースおよびドレイン領域に前記半導体層と同一導
   電型の半導体からなる第２番目の能動層を、前記第１番
   目の能動層と第１番の絶縁層との界面より基板側へ深く
   形成できるイオン注入により該樹脂層と反転したパター
   ンのイオン注入領域を形成し、次いで第２番目の絶縁膜
   を前記樹脂層よりも薄く形成した後前記樹脂層を除去す
   ることにより、前記樹脂層と反転したパターンの第２番
   目の絶縁膜を形成し、次いで前記イオン注入領域を活性
   化するためのアニール処理を施こした後、前記第２番目
   の絶縁膜をマスクに第１番目の絶縁膜をエツチング除去
   し、前記第１番目の能動層表面を露出させて、ショット
   キ障壁ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装
   置の製造方法。