JPS59130481A - Schottky gate field effect transistor - Google Patents

Schottky gate field effect transistor

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JPS59130481A
JPS59130481A JP602683A JP602683A JPS59130481A JP S59130481 A JPS59130481 A JP S59130481A JP 602683 A JP602683 A JP 602683A JP 602683 A JP602683 A JP 602683A JP S59130481 A JPS59130481 A JP S59130481A
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JP
Japan
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electrode
mask
resist
ohmic
substrate
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Pending
Application number
JP602683A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Fukuda
啓一 福田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59130481A publication Critical patent/JPS59130481A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
    • H01L29/812Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate

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Abstract

PURPOSE:To form the structure of an FET of a small occupation area without increasing the unevenness due to an electrode on the surface of a substrate, improve the operating speed, and prevent the deterioration of element characteristics by a method wherein an ohmic junction part required for the operation of a transistor is formed as a thick electrode in the direction of depth. CONSTITUTION:A mesa mark used for positioning is etched on a Cr doped semi- insulating GaAs substrate 31. Thereafter, ion implantation is performed with e.g. resist as a mask, and accordingly an operating layer 32 of a uniform thickness is formed at a desired position. Grooves 36 are formed by performing etching at desired positions of both ends of the operating layer wherein a source electrode and a drain electrode are to be formed, with resist as a mask. Next, ion implantation is performed from an oblique direction with the resist used for the etching as a mask, thus forming a conductive layer 37 in continuity to the operating layer on the side surface of the grooves. Successively the ohmic metal is lifted off. An extra deposited film is removed, and annealing is performed in N2 atmosphere, resulting in the formation of ohmic contacts 33 and 34. Afterwards, the upper metal 38 is evaporated to a desired thickness in order to decrease the electrode resistance of source-drain down to a value required in the operating characteristic of the device.

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、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、材料について何ら制限さ
れるものでは7z(、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
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a Schottky gate field effect transistor. The present invention can be applied to a wide range of general semiconductor materials such as single-element semiconductors such as 7Z (Si) or compound semiconductors, without any restrictions regarding the materials. Explanation will be given by taking GaAs among compound semiconductors as an example.

〔背景技術〕[Background technology]

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ア
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を形成した後に、この動作層の表面にソース電極1
3、ドレイン電極14ゲート電極15を形成したもので
ある。
The general structure of a conventional Schottky gate field effect transistor is made of GaAs, as illustrated in the cross-sectional view of FIG.
After forming an n-type active layer 12 with a uniform thickness on the surface of a semi-insulating semiconductor substrate 11 such as by epitaxial growth or ion implantation, a source electrode 1 is formed on the surface of this active layer.
3. A drain electrode 14 and a gate electrode 15 are formed.

ソース電極13、ドレイン電極14・、ゲート電極15
のうち、ソース電極およびドレイン電極の長さLS、L
Dは一般に5μm以上のものであり、ソース電極18お
よびドレイン電極14がFETにおいて、基板上に占め
る面積はグー斗電極“14に比して太きい。
Source electrode 13, drain electrode 14, gate electrode 15
Of these, the lengths of the source electrode and drain electrode are LS and L.
D is generally 5 μm or more, and the area occupied by the source electrode 18 and the drain electrode 14 on the substrate in the FET is larger than that of the goo electrode "14."

しかし、それらのオニミック接合部のうちで電極として
、有効νて機能している領域の寸法は、オーミック接合
長さLs、LDの数分の1以下であり、したがって、一
般に上述の大きさのオーミック電極をもつショットキゲ
ート電界効果トランジスタではデバイスの機能上不用な
オーミック接合部が含まれていることになる。
However, the size of the region that effectively functions as an electrode in those onic junctions is less than a fraction of the ohmic junction lengths Ls and LD, and therefore, the ohmic junctions of the above-mentioned size are generally A Schottky gate field effect transistor with electrodes includes an ohmic junction that is unnecessary for the device's functionality.

そこで、必要最小限のオーミック接合部を有するソース
電極およびドレイン電極を作成すれば、MESFETの
機能をそこなうことなくMESFETの寸法を半分以下
に縮小できる。
Therefore, by creating a source electrode and a drain electrode having the minimum necessary ohmic junction, the dimensions of the MESFET can be reduced to less than half without impairing the function of the MESFET.

ところが、L8またはLD もしくはその双方を小さく
するだけでは、ソース電極断面積s8ドレイン電極断面
積SDが小さくなり、電極内部抵抗が増加してソース、
ドレイン内の電位勾配が増大して上記素子の特性が劣下
する。
However, simply reducing L8 or LD or both will reduce the source electrode cross-sectional area s8 and the drain electrode cross-sectional area SD, increasing the internal resistance of the source and
The potential gradient in the drain increases and the characteristics of the device deteriorate.

素子の微細化に伴ないこの様な欠点を解決するための方
法の一つとして、ソース電極およびドレイン電極の厚さ
dS、ddを増やすことが実現されてきた。しかし、上
述した構造ではLS、LDの減少が必ずしも効果的に実
現されているとは限らない。
As one of the methods for solving these drawbacks as devices become smaller, it has been realized to increase the thicknesses dS and dd of the source and drain electrodes. However, in the above-described structure, the reduction of LS and LD is not necessarily effectively realized.

例えば、電極の厚さを増加させると基板表面上の凹凸を
拡大することになり、製造プロセス上精度良く微細加工
を行うことが困難になる。つまり、従来の方法によれば
、上記のソース電極およびドレイン電極の厚さ、ds’
 ddの制限から、ソース電極長さL8.ドレイン電極
長さLdはソース電極内抵抗ドレイン電極内抵b′Cを
増加させない条件ではSs/ds≦Ls  、  Sa
/da≦Ldである必要があり、そのため一般的にL8
.Ld  は5μm程度となる欠点を持っている。
For example, if the thickness of the electrode is increased, the unevenness on the substrate surface will be enlarged, making it difficult to perform precise microfabrication in the manufacturing process. In other words, according to the conventional method, the thickness of the source and drain electrodes, ds'
Due to the limitation of dd, the source electrode length L8. The drain electrode length Ld satisfies Ss/ds≦Ls, Sa under the condition that the source electrode internal resistance drain electrode internal resistance b'C does not increase.
/da≦Ld, so generally L8
.. Ld has a drawback of being about 5 μm.

〔発明の開示〕[Disclosure of the invention]

本発明は上記の従来構造の欠点を解決する新たなME 
S F ET溝構造提起するものである。
The present invention provides a new ME that solves the drawbacks of the above-mentioned conventional structure.
The S FET groove structure is proposed.

本発明を以下図面比もとづいて説明する。The present invention will be explained below based on the drawings.

本発明のMESFETの一例は第2図に示す如きもので
ある。第2図は半導体基板21上に形成した動作層22
0両端に接して別の動作層を形成しソース電極23およ
びドレイン電極24の少なくとも一方を基板表面より深
い位置に設け、動作層27の深さ方向にオーミック接触
領域を形成したMESFETである。ここで25はゲー
ト電極である。
An example of the MESFET of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 shows an active layer 22 formed on a semiconductor substrate 21.
This is a MESFET in which another active layer is formed in contact with both ends of the active layer 27, at least one of a source electrode 23 and a drain electrode 24 is provided at a position deeper than the substrate surface, and an ohmic contact region is formed in the depth direction of the active layer 27. Here, 25 is a gate electrode.

本発明はショットキゲート電界効果トランジスタが動作
するのに必要なオーミック接合部を深さ方向に厚い電極
として、形成することによって、基板表面の電極による
凹凸を増大させることなしに占有面積の小さいFETを
形成できる構造であることが本質的要素である。
The present invention forms an ohmic junction necessary for the operation of a Schottky gate field effect transistor as a thick electrode in the depth direction, thereby realizing a FET with a small occupied area without increasing the irregularities caused by the electrode on the surface of the substrate. The essential element is a structure that can be formed.

以下図面に基づいて本発明をより詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below based on the drawings.

上記のオーミック電極構造を有するショットキゲート電
界効果トランジスタを製造する手順の一例を第3図にて
示す。
An example of a procedure for manufacturing a Schottky gate field effect transistor having the above-described ohmic electrode structure is shown in FIG.

例えば、基板材料として、Crドープの半絶縁性GaA
s基板31を用いる。まず基板上に、レジストパターン
をマスクにして、位置合せに用いるメサマークをエツチ
ングする。(同図(a))メサマークを形成した後に、
例えばレジストをマスクにしてイオン注入を行い、所望
の位置に一様な厚みの動作層32を形成する。(同図(
b))この動作層のキャリア濃度および動作層の厚みは
、所望のピンチオフ電圧を実現する値に選択される。
For example, as a substrate material, Cr-doped semi-insulating GaA
An s-substrate 31 is used. First, mesa marks used for alignment are etched onto the substrate using a resist pattern as a mask. (Figure (a)) After forming the mesa mark,
For example, ion implantation is performed using a resist as a mask to form the active layer 32 with a uniform thickness at a desired position. (Same figure (
b)) The carrier concentration of this active layer and the active layer thickness are selected to achieve the desired pinch-off voltage.

例えば、ピッチオフ電圧0.2Vを実現するために、キ
ャリア濃度10”an”厚み0.1μm程度の動作層が
必要なことから、Si+イオンを注入エネルギー1i0
KeV注入量2XlO”’ド−ズ/cm”(ただし、活
性率を100%とする)に選択してイオン注入を行なう
For example, in order to achieve a pitch-off voltage of 0.2V, an active layer with a carrier concentration of 10"an" and a thickness of about 0.1 μm is required, so Si+ ions are implanted with an energy of 1i0
Ion implantation is performed by selecting a KeV implantation amount of 2XlO"'dose/cm" (assuming the activation rate to be 100%).

動作層をイオン注にに上り形成した後、次いでソース電
極ドレイン電極を形成するべき動作層両端の所望の位置
のエツチングをレジストをマスクにして行なって溝36
を形成する。(同図(C))エツチングの方法としては
、湿式法と軟式法が共に可能であるが、ここでは、簡単
なHF系エッチャントを用いる湿式法でエツチングを行
なうことにした。エツチングの深さは所望する深さ方向
の動作層の寸法や、電極部分の電気抵抗を充分小さくす
るためにここでは例えば、深さ方向に1μm以上の動作
層と接続する導電層37を形成し、ソースならびにドレ
イン各電極9寸法を長さ1.5μm厚さ3μmとすると
して、深さ3μm長さ1.5μmの溝をエツチングによ
って形成することにする。
After forming the active layer by ion implantation, etching is performed at desired positions on both ends of the active layer where source and drain electrodes are to be formed using a resist as a mask to form grooves 36.
form. ((C) in the same figure) Although both a wet method and a soft method can be used as the etching method, it was decided here that the wet method using a simple HF-based etchant was used. The depth of the etching is determined based on the desired dimension of the active layer in the depth direction, and in order to sufficiently reduce the electrical resistance of the electrode portion, for example, a conductive layer 37 connected to the active layer with a depth of 1 μm or more is formed. Assuming that the dimensions of the source and drain electrodes 9 are 1.5 .mu.m long and 3 .mu.m thick, a groove 3 .mu.m deep and 1.5 .mu.m long is formed by etching.

次にエツチングに用いたレジストをマスクにして、斜め
方向からイオン注入を行ない(同図(d))これによっ
てエツチングで形成した溝の側面に前述の動作層に連続
して導電層37を形成することができる。
Next, using the resist used for etching as a mask, ions are implanted from an oblique direction (FIG. 2(d)), thereby forming a conductive layer 37 on the side surface of the groove formed by etching, continuous with the above-mentioned active layer. be able to.

導電層を形成した後、引続きオーミック金属をリフトオ
フする。例えば、AaGe Ni合金をレジストをマス
クにして蒸着した後、余分な蒸着膜を取り除く。そして
、4.00°Cで5分間N2雰囲気でアニールを行ない
、オーミックコンタクト33,34.を形成する。(同
図(e)) オーミックコンタクトが形成されれば、後はソース・ド
レインの電極抵抗をデバイスの動作特性上必要な値まで
下げるために、所望の厚みにまで上部金属38を蒸着す
る。(同図(f))この場合例えば一般に用いられてい
るソース長5μm厚さ1μmの電極と同等の電気抵抗を
有するように、3μm厚にまでAtの蒸着を行なう。
After forming the conductive layer, the ohmic metal is subsequently lifted off. For example, after depositing an AaGe Ni alloy using a resist as a mask, excess deposited film is removed. Then, annealing is performed at 4.00°C for 5 minutes in an N2 atmosphere, and ohmic contacts 33, 34. form. ((e) in the same figure) Once the ohmic contact is formed, the upper metal 38 is deposited to a desired thickness in order to lower the source/drain electrode resistance to a value required for the operating characteristics of the device. ((f) in the same figure) In this case, for example, At is deposited to a thickness of 3 μm so that the electrode has the same electrical resistance as a generally used electrode with a source length of 5 μm and a thickness of 1 μm.

以上の様にして、オーミック金属を形成した後ゲート電
極35の蒸着を行ない。配線をした上で、ショットキゲ
ート電界効果トランジスタを作製する。(同図(f)) 以上、基板に垂直方向にオーミック接合部を有するショ
ットキゲート電界効果トランジスタの一例および、その
作製手順を示した。しかし、本発明は、ただ動作層なら
びにオーミックコンタクトの一部が基板深さ方向に形成
されていることにその特色を有するものであり、上記の
実施例で示した構造に何ら制限されるものではない。
After forming the ohmic metal as described above, the gate electrode 35 is deposited. After wiring, a Schottky gate field effect transistor is manufactured. ((f) in the same figure) An example of a Schottky gate field effect transistor having an ohmic junction in the direction perpendicular to the substrate and its manufacturing procedure have been shown above. However, the present invention is characterized in that the active layer and a portion of the ohmic contact are formed in the depth direction of the substrate, and is not limited to the structure shown in the above embodiment. do not have.

以」−1垂直方向にエツチングを行ない。ソース電極と
ドレイン電極の双方が、基板に垂直方向のオーミックコ
ンタクトを形成している実施例を示したが、その他ソー
ス電極とドレイン電極のどちらか一方のオーミックコン
タクトを基板の深さ方向に形成する構造場合も考えられ
、とくにソース電極のオーミックコンタクト部だけが基
板表面上り深い部分に動作層に接続する導電層ならびに
、オーミンクコンタクトを・形成している場合を考えた
方が、実用的であり、また、オーミックコンタクトに溝
の側面としてンサエッチング面を利用することは、電極
の占有面積が増加する反面斜めイオン注入や側面への蒸
着等プロセス上有利であることを付言する。
-1 Perform etching in the vertical direction. Although an embodiment has been shown in which both the source electrode and the drain electrode form an ohmic contact in the vertical direction to the substrate, in other cases, the ohmic contact of either the source electrode or the drain electrode is formed in the depth direction of the substrate. In particular, it is more practical to consider the case where only the ohmic contact portion of the source electrode is formed with a conductive layer and an ohmink contact deep above the substrate surface to connect to the active layer. Furthermore, it should be noted that using the etched surface as the side surface of the groove for the ohmic contact increases the area occupied by the electrode, but is advantageous in processes such as oblique ion implantation and vapor deposition on the side surface.

この場合の構造を第4・図に示した。図において4・1
はGaAs基板、42しよ動作層、4.3はソース電極
44はドレイン電極、45はゲート電極である。
The structure in this case is shown in Figure 4. 4.1 in the figure
4 is a GaAs substrate, 42 is an active layer, 4.3 is a source electrode 44 is a drain electrode, and 45 is a gate electrode.

〔産業上の利用可能性〕[Industrial applicability]

以上述べた如く、本発明によれば、ショゾトキゲート電
界効果l・ランジスクが動作するに必要なオーミック接
合部を深さ方向に厚い電極として形成することによって
基板表面の電極による凹凸を増大させることなしに占有
面積の小上りFET構造が形成でき、動作速度が速く、
素子特性の・劣化しないMESFETが出来る。
As described above, according to the present invention, by forming the ohmic junction necessary for the operation of the Shozotoki gate field effect l/landisk as a thick electrode in the depth direction, it is possible to avoid increasing the unevenness caused by the electrode on the substrate surface. A FET structure with a small footprint can be formed, and the operating speed is fast.
A MESFET with no deterioration in element characteristics can be created.

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その他の用−■
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。
In the above embodiments, GaAs is used as the semiconductor crystal, but if necessary, InP or other crystals may be used.
Any semiconductor such as a group compound semiconductor or Si can be used.

芒らに、実施例では単体のショソ)・キゲート電界効果
トランジスタを示したが、この形式のデバイスを使用す
る集積回路や、 LSIおよびVLSIに本発明を応用
できることはもちろんのことであり、高集積化を進める
にしたがって、本発明の効果がより有効に機能すること
は明らかである。
In the example, the present invention can be applied to integrated circuits using this type of device, as well as LSI and VLSI. It is clear that the effects of the present invention function more effectively as the technology progresses.

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

第1図は、従来構造のME S F ETを示す略図、
第2図は実施例、第3図は本発明のME S F ET
の作成方法の一例を説明するための処理工程図ならびに
第4・図は本発明の応用例である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a MESFET with a conventional structure;
FIG. 2 shows an example, and FIG. 3 shows the MESFET of the present invention.
The processing process diagram and FIG.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体基板」二に形成された半導体活性層を有するショ
ットキゲ−1・電界効果l・ランジスタにおいて、ソー
ス電極またはドレイン電極の少なくとも一方が基板表面
より深い位置に形成されてあ・す、オーミックコンタク
ト領域の一部が動作層の深さ方向に形成されていること
を特徴とするショットキゲート電界効果トランジスタ
In a Schottky gate field effect transistor having a semiconductor active layer formed on a semiconductor substrate, at least one of the source electrode and the drain electrode is formed at a position deeper than the surface of the substrate. Schottky gate field effect transistor characterized in that a portion is formed in the depth direction of the active layer
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