JPS60143674A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPS60143674A
JPS60143674A JP24869583A JP24869583A JPS60143674A JP S60143674 A JPS60143674 A JP S60143674A JP 24869583 A JP24869583 A JP 24869583A JP 24869583 A JP24869583 A JP 24869583A JP S60143674 A JPS60143674 A JP S60143674A
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JP
Japan
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layer
insulating layer
gate electrode
substrate
insulating
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Pending
Application number
JP24869583A
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English (en)
Inventor
Seiichi Takahashi
誠一 高橋
Masaaki Ito
昌章 伊東
Hiroshi Nagayama
博 長山
Masahiro Ike
池 政弘
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

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】 (発明の技術分野) この発明は高周波帯で使用する非対称制御電極構造の半
導体素子の製造方法に関する。
(技術的背景) 従来から高周波帯で使用する非対称制御電極構造の半導
体素子として低雑音電界効果トランジスタ(以下、FE
Tと称する)とか電力FETとかがある。先ず、このよ
うな分野におけるFETの製造方法につき第1図(A)
〜(G)を参照して簡単゛に説明する。
先ず、第1図(A)に示すように、半導体基板lにイオ
ン注入又はエピタキシャル成長法を用いて第−及び第二
導電層2a及び2b(いずれをソース又はドレイン領域
として定めてもよレリを形成すると共に、チャンネル領
域として供する動作層3を形成する。
次に、第1図(B)に示すように、これら導電層2a、
2b上にオーミック電極4a、4bをそれぞれ形成した
後、第1図(C)に示すように、マスク合わせを用いて
、第−及び第二導電層2a及び2b間に制御電極として
のゲート電極5を形成し、また、オーミック電極4a 
、4b上には配線電極ea、6bをそれぞれ形成してF
ETを完成している。
しかしながら、上述した従来の製造工程によれば、ゲー
ト電極5をマスク合わせにより導電層2a及び2b間に
形成するため、このゲート電極5と両導電層2a、2b
との間隔は、マスク合わせの精度で決まる。従って、高
周波帯で使用するFETのような微細寸法を必要とする
素子においては、マスク合わせ精度に起因する上述の間
隔のバラツキを無視出来ず、このバラツキがそのままF
ETの特性のバラツキとなってしまうという欠点がある
さらに、この分野のFETの特性及び信頼性の向上を図
るため、ソース−ゲート間隔を狭くしてソース抵抗(R
s)を小さくする必要があると共に、ゲート−ドレイン
間隔を広くしてゲート−ドレイン間の耐圧を高くする必
要がある。しかしながら、これら間隔は0.1〜0.5
 JLm程度の精度で制御する必要があり、従来の方法
ではこのような精度での制御を再現性よ〈実施すること
が出来ず、これがため、バラツキを少なくした非対称ゲ
ート構造のFETを作成することは困難であった。
(発明の目的) この発明の目的は、上述した従来の欠点に鑑み、非対称
的な制御電極と導電層との間隔を、マスク合わせを用い
ずに、自己整合的に定めて、高周波特性及び信頼性の向
上を図ることが出来るようにした非対称的制御電極構造
の半導体素子の製造方法を提供することにある。
(発明の構成) この目的の達成を図るため、この発明の方法によれば1
段差のある部分にも平担部にも均一の厚さで層成長させ
ることが出来るという特長を有するCVD法と、この層
に対する指向性のある垂直エツチング法とを利用して、
基板の動作層上に制御電極と、この制御電極の側面に接
する互いに幅の異なる絶縁層とをそれぞれ形成し、この
制御電極とこれら絶縁層とをマスク代りに使用して不純
物添加を行って自己整合的に第−及び第二導電層の位置
決めすることを要旨とする。
(実施例の説明) 以下、図面を参照してこの発明の詳細な説明する。
第2図(A)〜(G)はこの発明による半導体素子の製
造方法の一実施例を説明するため製造工程図で、各図は
主要工程段階での素子の状態を断面図で概略的に示す。
尚、これら断面図において、断面を表すハツチングを一
部省略して示す。この実施例では非対称的ゲート構造の
電界効果トランジスタにつき説明する。
先ず、この発明によれば、第2図(A)に示すように、
半導体基板11の表面に、イオン注入又はエピタキシャ
ル成長法で、動作層12を形成する。
続いて、第2図(B)に示すように、この基板ll上に
ダミ一層13を形成する。この場合、このダミ一層13
を、その端縁13aがこの動作層12上に位置するよう
に、成長させる。また、このダミ一層のエツチング速度
を後述するゲート電極用金属のエツチング速度と異なる
値とするのが好適である。続いて、このダミ一層13を
含む基板ll上に、従来用いられている蒸着とかスパッ
タ等によってではなくて、CVD法によって制御電極で
あるゲート電極を構成するための金属層14を成長させ
る。
このCVD法によってこの金属層14を成長させると、
基板11及びダミ一層13の各平担面上はもとより、ダ
ミ一層13の端縁13aの側端面13bにも平担面にお
ける厚さと同一の厚さで、均一に成長し、これがため、
第2図(B)に示すように、この金属層14もまたダミ
一層13の端縁13aに隣接した部分14aに段差を有
する構造となる。そして、この場合、金属層14の段差
を有する部分14a゛の基板面に沿った方向の幅Wは平
担面上の金属層14の厚みhと等しくなっている。従っ
て、成長時にこの金属層14の成長時間及び成長速度を
制御することによって層厚、従って、幅Wを正確に制御
することが出来る。
次に、第2図(C)に示すように、この金属層14の全
面に対して指向性のある垂直エツチングを行って、基板
11及びダミ一層13の平担面上の金属層を除去すると
共に、グミ一層13の側端面13bにのみ隣接しかつ幅
がWの部分の金属層を残存させこの残存金属層15をゲ
ート電極とする。このエツチングを、例えば、反応性イ
オンエツチング又はその他の好適な方法で行う。
次に、」−述の金属層を形成した場合と同様に、CVD
法でタミ一層13及びゲート電極15を含む基板11に
絶縁層(ダミ一層のエツチング速度とは異なるエツチン
グ速度を有する)を均一に成長させ、続いて、この絶縁
層に対して指向性のある垂直エツチングを行って、第2
図(D)に示すように、ゲート電極15のダミ一層13
とは反対側の側面にのみ隣接する第一絶縁層16を形成
する。
次に、第2図(E)に示すように、上述のダミ一層13
のみを選択エツチングして除去し、然る後。
上述した第一絶縁層16を形成した場合と同様に。
cvn法によりゲート電極15と第一絶縁層16とを含
む基板ll上に、別の絶縁層を成長させ、続いて、この
別の絶縁層に対して指向性のある垂直エツチングを行っ
て、ゲート電極15及び第一絶縁層16の各々の側面に
のみ隣接する二つの第二絶縁層17を形成する。このよ
うにして、ゲート電極15の一方の側面には第二絶縁層
17が形成され又他方の側面には第−及び第二絶縁層1
6及び17が形成されたことになり、従って、結果的に
ゲート電極15の両側には夫々幅の異なる二つの絶縁層
(17)及び(teと+?)が形成されたことになる。
さらに、この発明によれば、このゲート電極15と、そ
の両側に形成された二つの絶縁層17及び1B。
I7とをマスク化りとして用いて基板11の全面に対し
て不純物添加を行い、第2図(F)に示すように、ソー
ス及びドレイン領域のいずれかとして夫々供する第−及
び第二導電層18a及び18bを形成する。この不純物
添加を、例えば、イオン注入法によって行う。この場合
、これら第−及び第二導電層18a及び+8bの各々と
ゲート電極15との間の間隔はそれぞれゲート電極15
の側部に形成された各絶縁層17の幅及びI6と17の
幅によって自己整合的に定まる。そして、この第2図(
F)に示す例では第一導電層18aをソース領域とし、
一方、第二導電層18bをドレイン領域としているので
、ソース及びゲート間の間隔は第二絶縁層17の幅のみ
で決り、一方、ゲート及びドレイン間の間隔は第−及び
第二絶縁層16及び17の各部を合算した幅のみで決る
続いて、第2図(G)に示すように、第−及び第二導電
層18a及び18b上に、オーミック電極である第一主
電極(ソース電極)19a及び第二主電極(ドレイン電
極) 19bを夫々形成した後、それらの上側に配線電
極20a及び20bを夫々形成し、よって、ゲート電極
と各導電層との間の間隔がゲート電極を中心として非対
称的な電界効果トランジスタを得る。
ところで、上述した第−及び第二絶縁層16及び17の
基板面に沿った方向の幅は、ゲート電極15の場合と同
様に、平担面上に成長したそれぞれの絶縁層の厚みと等
しくなっている。従って、成長時にこれら絶縁層14の
成長時間及び成長速度を制御することによって第−及び
第二絶縁層の層厚、従って、幅を正確に制御することが
出来る。例えば、上述した実施例の場合には、ゲート電
極15の図中左側には第二絶縁層17のみがあり、右側
には第−及び第二絶縁層16及び17が形成されている
が、この第二絶縁層17を形成する絶縁層の層厚を薄く
成長させるようにすれば、この第二絶縁層17の幅を短
く出来、従って、ソース−ゲート間の間隔を短く出来、
最終的にソース抵抗(Rs)を所望のごとく小さくする
ことが出来る。また、第一絶縁層16を形成する絶縁層
を厚く成長させるようにすれば、最終的にゲート−ドレ
イン間の間隔を長く出来るので、ゲート−ドレイン間耐
圧を所望のごとく高くすることが出来る。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明による半
導体素子の製造方法によれば、従来使用されていたマス
ク合わせを用いずに、CVD法による層成長と、反応性
イオンエツチング等の指向性のある垂直エツチングとを
利用して、ゲート電極を形成し及びこのゲート電極の一
方の側に第−及び第二絶縁層を又他方の側に第二絶縁層
のみを形成し、これらゲート電極及び第−及び第二絶縁
層をマスクとして用いて不純物拡散を行い、よって、第
−及び第二導電層をそれぞれゲート電極から異なる距離
の所に自己整合的に形成することが出来るので、この発
明は、従来方法の場合に比べて、再現性に優れ又特性に
バラツキの少ない電界効果トランジスタ等の半導体素子
を簡単かつ容易に製造することが出来る利点がある。
さらに、第−及び第二絶縁層の幅を、これら絶縁層の成
長時に層厚を制御することにより、所要の精度で制御出
来るので、ソース−ゲート間隔及びゲート−ドレイン間
隔を0.1〜0.5 p、m程度の範囲で簡単かつ容易
に制御出来、従って、この発明は、従来方法の場合に比
べて、半導体素子の高周波特性を向上させかつ信頼性を
高めることが出来る利点がある。
この発明は高周波で使用するゲート長がlルm以下の電
界効果トランジスタはもとより、低雑音電界効果トラン
ジスタとか電力電界効果トランジスタに適用して好適で
ある。
この発明は電界効果トランジスタ以外の他の半導体素子
、例えば、SITにも適用出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(C)は従来の半導体素子の製造方法を
説明するための製造工程図、 第2図(A)〜(G)はこの発明の半導体素子の製造方
法の一実施例を電界効果トランジスタにつき説明するた
めの製造工程図である。 l・・・半導体基板、2a・・・第一導電層2b・・・
第二導電層、3・・・動作層4a、4b・・・オーミッ
ク電極 5・・・ゲート電極、8a、1llb・・・配線電極1
1・・・半導体基板、12・・・動作層13・・・ダミ
一層、 13a・・・(ダミ一層の)端縁13b・・・
(ダミ一層の)側端面 14・・・金属層 15・・・残存金属層(ゲート電極又は制御電極)16
・・・第一絶縁層、17・・・第二絶縁層+8a・・・
第一導電層(ソース領域)18b・・・第二導電層(ド
レイン領域)19a・・・第一主電極(オーミック電極
)19b・・・第二主電極(オーミック電極)20a、
20b・・・配線電極。 特許出願人 沖電気工業株式会社 1T) \ く ロコ %−J N1〆 へへ Q Cコ 留り

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板に設けられた動作層と、第−及び第二導電層
    と、該動作層」二に設けられた制御電極とを含む半導体
    素子を製造するに当り、 前記基板に設けた前記動作層上に端縁が位置するように
    ダミ一層を設け。 該ダミ一層及び前記基板にcvn法により金属層を成長
    させた後、該金属層に対し指向性のある垂直エツチング
    を行って前記制御電極を形成し、前記ダミ一層、前記制
    御電極及び前記基板に、CVD法により絶縁層を成長さ
    せた後、該絶縁層に対し指向性のある垂直エツチングを
    行って前記制御電極の一方の側面に接した第一絶縁層を
    形成し、 次に、前記ダミ一層を除去した後、前記制御電極、該第
    −絶縁層及び前記基板にCVD法により別の絶縁層を成
    長させ、然る後、該別の絶縁層に対し指向性のある垂直
    エツチングを行って前記制御電極の他方の側面及び前記
    第一絶縁層の側面に接した第二絶縁層をそれぞれ形成し
    、 前記制御電極及び第−及び第二絶縁層をマスクとして前
    記基板に不純物拡散を行って、前記第−及び第二導電層
    を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
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