JPS60194578A - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPS60194578A
JPS60194578A JP5025884A JP5025884A JPS60194578A JP S60194578 A JPS60194578 A JP S60194578A JP 5025884 A JP5025884 A JP 5025884A JP 5025884 A JP5025884 A JP 5025884A JP S60194578 A JPS60194578 A JP S60194578A
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JP
Japan
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film
layer
resist
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heat treatment
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Pending
Application number
JP5025884A
Other languages
English (en)
Inventor
Kuniki Owada
大和田 邦樹
Kimiyoshi Yamazaki
王義 山崎
Nobuyuki Toyoda
豊田 信行
Michiro Futai
二井 理郎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS60194578A publication Critical patent/JPS60194578A/ja
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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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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] 本発明はQaAs等の化合物半導体を用いたショットキ
ーグー]・型電界効果トう・ンジスタ(以下M E S
 F F Tと称づ)の製造方法に関する。
[発明の技術的背硝とその問題点] G a A s M E S F E Tは高周波増幅
器や発振器などを(M成する個別半導体素子として広く
使われている。また、最近ではGaASICの基本素子
としてb重要な役割を果しつつある。このいずれの応用
−CもQaAs FETの性能を十分引き出すことが要
求される。Qa As F E Tの高周波性能指数1
よ良く知られているようにCas、/gmで記述される
。ここてCgSはグー1−・ソース間容量であり、i/
 nlはFETの相互コンタクタンスである。
CすSを減らし、g1+を大きくづることにより高周波
性能指数は改善される。gmに着目り−るど、F E 
’Tの実質的なgmは となることが知られている。glIlOはFETのチャ
ンネル部の特性から決まる真性相互コンダクタンスであ
る。これが引き出しうる最大のgmであるが現実にはソ
ース・グー1〜間の直列抵抗Rsがあり、上式のように
実質的な7m(より7moより小さfjものどなってし
まう。従って、このR5をいかにして小さくするかが大
きい相互コンダクタンスをiqてFETの高周波特性を
改善4るための1つの鍵である。
もう1つはgmo自体を大きくすることである。
gmoをC(Isを増大させることなく大ぎくづる有効
な手段はゲート長(Lg’)を短くすることである。
何故ならCpscxL a 、 gn+occ7y’L
rJ ナルg”j1Mカあるからである。
以上のようにGa As MESFETの高周波IJU
能を改善するだめの技術として、(1)寄生抵抗のイへ
減化技術、(2)ゲル1−長短縮化技術、の開光が望ま
れている。
M E S FE Tの直列抵抗R3の低減化をはかる
方法としてセルファライン(自己整合)法が知られてい
る。これにはいくつかの方法があるが、代表的なのは第
1図に示づようなものである。
(E I(ICtr011iC3l etters v
ol 18 N o、3P119−121 (1982
)参照)。つまり、^抵抗Ga As 11の主表面部
に、N型不純物としての例えばSi、Se、S、Teな
どを選択イオン注入して能動層となる1次イオン注入層
12を形成づる(第1図(a))。
」二記主表面上に、例えばプラズマCVD法によって厚
さ 0.05〜0.2μo1の窒化シリコン膜13をノ
「積さぜる。更に、この上にレジスI−141,5i0
2などの絶縁膜142、レジスh 14 Bの3層構造
を右づる3層しジスト14を形成づる(第1図(b))
。次に、3層しジスト14のうち最上層のレシスト14
3を公知の方法によりパタニングし、これをマスクどし
てより下層の絶縁膜142を、更にその絶縁IG! 1
42をマスクとして最下層のレジスh 141を、順次
、■ッヂング異方性を右づる反応性イオンエツヂングあ
るいは反応性イAンビームエッチング等を用いて加工し
、ソース、1〜レイン形成領域に開口をあけて窒化シリ
コン膜コ3をjπ択的に露出させる。つづいて、この3
層レジスト14をマスクとして用い、N型不純物どして
の例えばSi 、Se、S、T(!等を選択注入して1
次イオン注入層12に対して10倍前後の不純物密度を
右Jる高密度イA>汀入層15.16を形成する(第1
図(C))。このように形成した基板主表面上に絶縁膜
、例えば0.1〜0.4μm厚のSiC2膜を1「伯さ
ぜる。引続さ、3層しジスト14上に堆積した上記3i
02膜を、3層レジスト14を桶成するレジス(”14
3、絶縁膜142、レジスト14Iと其にリフト・オフ
によって除去することにより、3層しジス]〜14の最
下層のレジスト141のパタンを反転させたパタンを有
する5iO211!17を窒化シリコン模13の上に形
成する(第3図(d))。この場合、レジストが多層(
3層>M4造を有しているためにリフ1〜・オフが容易
である。このリフ1−・A)加工により、Si○2膜1
7膜島7度イΔン)1人層1!5.16のほぼ真上に形
成される。次いで、イオン注入層を活性化させるため、
例えば窒M雰囲気中で800℃、20分間の熱処理を行
なう。
次に、窒化シリコン膜13および5iO21!17を搭
載した基板主表面上に、ソース電極およびドレイン電極
に対応覆る部分のみに間口をもつレジストパタンを形成
し、これをマスクとして、前記SiO2膜17J3よび
その下層の窒化シリコン膜13のうち、ソース電極、1
−レイン電極の形成領域に相当する部分を、例えば反応
性イオンエツチングおよびプラズマエツチングによって
除去づる。次いで、上記レジストパタンを利用して、A
−ミック金属としての例えば△U G e / N f
を蒸着後、リフ1〜・Δノし、残留部を合金化すること
にJ:つC、ソース電極18、トレイン電極19を形成
づる(第3図(e))。
次に、窒化シリコン膜13のうち、5102膜17の間
の部分を、当該SiO2膜17をマスクどしで、例えば
プラズマエツチングや反応性イオンヒームエツヂングに
より除去し、1次イオン注入層120表面を露出させる
。次いで、レジストバタンからなるマスクを用いて、こ
の領1或上にGaAsどシ]ツ1〜キ接合を形成Jる金
属を堆積し、不要部分をレジストと共に除去することに
よりグー1〜電極20を形成する(第1図(f))。
この製造方法により1ワられるセルファライン型MES
FETの欠点は、グー1〜電極20か絶縁膜17の上に
のり上げていることである。この4A 3=によれば、
グー1〜電極とヂャネル層との間の容量Coは第2図に
示すように接合容量Cjの他に、絶縁股上にのり上げた
電極部分どチャネル間の容量CDが加わって、Co =
 Cj 4−2 Cpとなる。
coの値が人さくなると素子のスイッチング速度は遅く
なり、高速性を特徴とづるGaAs1Cの価値を減じる
こととなる。こうした理由からCI)の除去が望まれる
[発明の目的コ 本発明は上記のごときゲート電極ののり上げの影響を除
き、高速動作を可能とづるセルファライン型MESFE
Tの製造方法を提供することを目的どする。
[発明の概要] 本発明は、グーl−電極金属として基板半導体層と比較
的低温で反応覆る金属を選び、ゲート電極金属をIIL
積したのち熱処理を1Aツことによりゲート電極金属を
基板半導体層と反応せしめ、その結果、グー1へ電極の
絶縁膜上にのり上げた部分を分離させることを特徴とす
るものである。ゲート電極金属をゲート領域と絶縁膜上
で確実に分離するためには、グー1〜電極金属膜の膜厚
を絶縁膜の1 、、、’ 10〜1..15程度に設定
することが望ましい。
[発明の効果] 本弁明により製作したlvl E S F E Tでは
、グー1〜電極は基板半導体層と化合物を形成して半導
体層中に埋め込またれた(R造となっており、絶縁股上
の不要なグー1〜電極金属とは機械的に分離された状態
となっている。従って、グー1〜容量Caは接合容量C
jに等しく、余分な浮遊容量は入ってこない。その結果
、こうした構造のMESFETからなるI ’Cは従来
のものに比へて高速化できる、[発明の実施例] 以下で本発明によるセルファライメン1〜型Ga As
 FETの製作実施例を第3図のもとに説明する。半絶
縁性Ga As基板21にSiイAンを1’0OkVで
3x1012cm−”a人し、イオン注入層22を形成
する(第3図(a))。つついて窒化シリコン(St 
3 N4 )膜23を1500人プラズマCVD法で堆
積する。更にAZ″1350Jレジスト241を厚さ1
μ塗布したあと、中間絶縁膜としてSiO膜242を3
000人堆積し、再ひA Z 1350Jレジスト24
3を厚さ8000人塗イFして3層レジスト24を形成
する(第3図(1)) )。
この後、フ第1−リソグラフィでレジスl□ 243を
パターンニングしたのち、02カスによる反応性−イオ
ンエツチング法を用いた3層しジスト24の加工を行い
、ソース、トレイン形成領域に開口を形成し、SIイオ
ンを200kVて5×1013cm ’注入し、ソース
ドレインの高濃度イオン注入層25.26を形成するく
第3図(C))。次に、試料を抵抗加熱蒸首装置に入れ
、SiO膜を4000人蒸着したあと残っていた3層し
ジスト24てリフトオフ加工してイオン注入層25.2
6上にのみSiO膜27を残す(第3図(d))。この
状態で注入イオンの活性化のためのアニールを行う。
典型的な条件は800 ’C20分である。つづいてS
10膜27、Si 3 N4膜23の一部をエツチング
除去してソース、ドレインオーミック電極28.29を
AuGeとAuの積層t14’r’txにて形成する(
第3図(e))。つづいて例えばレジストを用いたり7
1〜オフ加工を利用してグー1へ電極金属としてPt膜
30 (301−303)を600人堆積する(第3図
(f))。SiO膜27の厚さは4000人、その下の
Si3N+膜23は1500人あるため蒸着したときに
すでに能動層上pt膜301とSiO膜2膜上7上t膜
302゜303とは図のように断線状態にある。次にこ
の断線を確かなものにするため、300℃〜500℃の
熱処理を行って能動層上のpt膜301をGa ASど
反応させて埋め込む(第3図(g))。
このどぎ、FETの間1111’l圧はptの蒸着量を
変えて調整することができる。
こうして本実施例によれば、ゲート電極の不要な)7遊
客世がなくなり、従来に比べて高速動作が可能なMES
FETが1りられる。
なお、グー1〜電極金属としては、Plの他に比較的低
温でQa ASと反応づる材料、例えはp 1゜Ni等
を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(f)は従来のセルファライン型MES
FETの製造方法の一例を示す図、第2図は従来の問題
を説明するための図、第3図(a)〜(g)は本発明の
一実施例によるセルファライン型MESFETの製造方
法を示す図である。 21・・・高抵抗GaAS基板、22・・・イオン注入
層(能動層)、23・・・Si 3 N4膜、24・・
・3層しジスト.25.16・・・高濃度イオン注入層
(ソース、ドレイン) 、27・−8: 0IIx、2
8.29・・・ソース、トレイン電極、30 (301
〜303)・・・pt膜(ゲート電極金属膜)。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1 図 2 第1図 第3図 手続補正書 11i’l $++ ξト9・6月″″11−J特許庁
長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 特願昭59−50258号 2・ 発明の名称 電界効果トランノスタの製造方法 3、補正をする者 41件との関係 特許出願人 (422)日本電信電話公社 (ほか1名) 4、代理人 6、補正の対象 明細書 7、補正の内容 (1) 特許請求の範囲を別紙のとおり前圧する。 (2) 明細書第12頁第3行の[PrJをr P d
 jと訂正する。 2、特許請求の範囲 (1) 高抵抗半導体基板の主表面を含む一部領域に半
導体能動層を形成する工程と、この半導体能動層のソー
ス、ドレイン形成領域に開口を有する、少なくとも1層
のフォトレジストを含む2層以上の膜から構成された多
層レジストマスクを形成する工程と、この多層レジスト
マスクを用いて高密度のイオン注入を行なうことC二よ
り筒密度イオン注入層を形成する工程と、当該多層レジ
ストマスクを搭載した半導体主面上に絶縁膜を形成した
後、当該絶縁膜のうち前記高密度イオン注入層に対向す
る部分のみを残して他は前記多層レノストマスクと共に
除去する工程と、前記高密度イオン注入層を活性化させ
る熱処理工程と、前記絶縁膜のうちソース電極およびド
レイン電極形成領域に相当する部分を除去した後、当該
部分にオーミック接触となるソース電極およびドレイン
電極を形成する工程と、前記半導体能動層上の前記絶縁
膜の間の領域にr−ト電極を形成する工程とを含む電界
効果トランジ玉夕の製造方法において、前記ダート電極
の形成工程は、比較的低温で前記半導体能動層と反応す
るダート金属膜を堆積し、その徒、熱処理を行ってケ゛
−ト金屈膜ど半導体能動層とを反応させることによりダ
ート金属膜のうち前記絶縁膜上にのりあげた部分を分離
させるようにしたことを秘徴とするN界効果トランジス
タの製造方法、 (2)I]il記高抵抗半桿休基板体” G a A 
sであり、前記ケ゛−ト金属膜がPtであり、ケ゛−ト
金属膜堆積後の熱処理を300〜500Cで行う特許請
求の範囲第1項記載の電界効果トランジスタの製造方法
。 (31iii記ダート金属膜の膜厚は前記絶縁膜のそれ
の1/10〜115である特許請求の範囲第1項記載の
電界効果トランジスタの製造方法。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高抵抗半導体基板の主表面を含む一部領域に半導
    体能動層を形成づる工程と、この半導体能動層のソース
    、ドレイン形成領域に開口を有する、少なくとも1層の
    フォトレジストを含む2層以上の膜から1百成された多
    層レジメ1−マスクを形成する工程と、この多層レジス
    トマスクを用いて高密度のイΔン注入を行なうことによ
    り高密度イオン注入層を形成する工程と、当該多層レジ
    ストマスクを搭載した半導体主面上に絶縁膜を形成した
    後、当該絶縁膜のうち前記高密度イオン注入層に対向り
    る部分のみを残して他は前記多層レジストマスクど其に
    除去づる工程ど、前記高密度イオン注入層を活性化さけ
    る熱処理工程と、前記絶縁膜のうちソース電極およびド
    レイン電極形成領域に相当Jる部分を除去した後、当該
    部分にオーミック接触となるソース電極およびトレイン
    電極を形成する工程と、前記半導体能動層上の前記絶縁
    膜の間の領域にグー1〜電極を形成する工程どを含む電
    界効果1ヘランジイタの製造方法において、前記ゲート
    電極の形成工程は、比較的低温で前記半導体能動層と反
    応するグー1〜金属膜を堆積し、その後、熱処理を行っ
    てゲート金属膜と半導体能動層とを反応させることによ
    りゲー]・金属膜のうち前記絶縁股上にのりあげた部分
    を分離させるようにしたことを特徴とする電界効果1〜
    ランジスタの製造方法。
  2. (2) 前記高抵抗半導体基板がGaASであり、前記
    グー1〜金属膜がPt 、PrまたはNiてあり、ゲー
    ト金属膜堆積後の熱処理を300〜500℃で行う特許
    請求の範囲第1項記載の電界効果1ヘランシスタの製造
    方法。
  3. (3) 前記グー1〜金属膜の膜厚は前記絶縁膜のそれ
    の1 、/ 10〜115である特許請求の範囲第1項
    記載の電界効果1〜ランジスタの製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57120381A (en) * 1981-01-20 1982-07-27 Toshiba Corp Manufacture of gaas fet
JPS5860574A (ja) * 1981-10-06 1983-04-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電界効果トランジスタの製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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