JPS60218876A - 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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JPS60218876A
JPS60218876A JP7486884A JP7486884A JPS60218876A JP S60218876 A JPS60218876 A JP S60218876A JP 7486884 A JP7486884 A JP 7486884A JP 7486884 A JP7486884 A JP 7486884A JP S60218876 A JPS60218876 A JP S60218876A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
compound semiconductor
gaas
semiconductor layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP7486884A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiko Someya
染谷 佳子
Yasutami Tsukurida
造田 安民
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
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS60218876A publication Critical patent/JPS60218876A/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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/432Heterojunction gate for field effect devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はGaAs等の化合物半導体を用いた電界効果ト
ランジスタ(FET)の製造方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
GaAsはSiに比べて電子移動度が数倍高く、高速動
作が可能なデバイス材料として注目されている。GaA
s を用いてFj13Tを作る場合、Siにおけるよう
な良質の界面特性を示すゲート絶縁膜がないため、通常
、金属−半導体接触を利用したショットキーゲート型造
が、堺用される。このようなショットキーゲート型FI
Tは通常M E S (NAetal 5eInico
nductor) F ETと呼ばれる。
第1図は一般的なMgS FgTを示している。
1は半絶縁性GaAs基板、2が活性層となるn型ドー
プGaAs層であり、このGaAs層2の表面にオーミ
ック電極であるソース電極3、ドレイン電極4およびシ
ゴットキー電極であるゲート電極5が形成されている。
第1図のMg8 FETの改良形として第2図に示す構
造が示られている。これは、第1図の活性層となるn型
GaAs層20部分をアンドープGaAs層21とこれ
よりバンドギャップの広いアンドープGaAtAs層2
2とn型ドープGaAtAs層23の積層構造としたも
のである。この構造のMF3S FET は第1図のも
のより高速動作が可能である。その理由は、キャリアが
走行するチャネル領域となる龜A8層21がアンドープ
ゆえに電子移動度が非常に高いからである。アンドープ
GaAs層21でキャリアとなる電子はへテロ接合を介
してn型GaAtAs層23から供給されることになる
。なおアンドープGaAtAs層22はスペーサーと呼
ばれ、n型GaAtAs層23がアンドープGaAs層
21の電子に及ぼす影響を軽減するためのものである。
第1図、第2図に示すMWS FETを作るにはソース
ドレイン電極3,4とゲート電極5とに別々の金属を用
いるため、それぞれの電極形成に光触剤工程を必要とす
る。そのためにはマスク合せの余裕をとることが必要で
ある。例えば、ゲート電極幅1μm に対して、ゲート
電極5と、ソース、ドレイン電極3,4の間にそれぞれ
1μmのすきまを設けなければならない。このことは、
第1にこの種のMES FF1Tを一枚のウェーハ上に
集積する場合に高集積化を妨げることになる。第2に、
ゲートとソース、ドレイン間にゲートで制御されない抵
抗がチャネル抵抗に直列に入るため、高速動作の妨けと
なり、高いgtnが得られない等、FET特性を悪化さ
せる。
このような問題を解決するには、SiゲートMO8FE
T で用いられているように、ゲート電極をマスクとし
てイオン注入を行って、ゲート電極に自己整合された低
抵抗のソース、ドレイン領域を形成することが考えられ
る。しかしながら、イオン注入を行った場合には、その
後注入不純物イオンの活性化のために必ず熱処理工程を
必要とする。
第1図あるいは第2図に示すようなMES FETでは
、ゲート電極形成稜に熱処理工程が入ると、ゲート電極
金属と半導体との間で反応を起こし、シ目ットキー障壁
特性を劣化させる。従ってMESFETでは、イオン注
入による自己整合技術を用いることが困難である。
〔発明の目的〕
本発明は、GaAsのような化合物半導体を用いて、S
iゲートMO8FETにおけるような自己整合技術を適
用して高集積化および高性能化を可能とし九FITの製
造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体のへテロ接合構造あるいは徐々に変化
する(graded)バンドギャップ構造のどちらかと
、npn構造を組みあわせた構造を用いてイオン注入法
による自己整合技術の適用を可能とする。即ち、本発明
においては、まず半導練性基板にチャネル領域となるア
ンドープの第1の化合物半導体層を形成し、その上にこ
れにキャリアを供給するためのこれよりバンドギャップ
の広いアンドープのスペーサーを含むn型の第2の化合
物半導体層、更にその上にペテロ接合構造あるいはgr
adedバンドギャップ構造のどちらかとnpn 構造
を組みあわせた第3の化合物半導体層を順次積層形成す
る。次にこの積層構造のゲート領域にマスクを形成して
第3の化合物半導体層をゲート領域にのみ残すようにエ
ツチング除去し、イオン注入と熱処理を行って低抵抗の
ソース、ドレイン領域を形成する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、半導体によるゲートを用いるので、イ
オン注入と熱処理工程による自己整合技術を適用して−
も、金属と半導体間の反応による特性の劣化はない。そ
して本発明によれば自己整合技術の適用により、PET
O高集積化が可能となり、より一層の高連動化が可能と
なる。
〔発明の実施例〕
本発明を、QaAS −GaAtAsヘテロ接合を利用
したFETに適用した一実施例について、第3図(a)
〜(d)を参照して説明する。まず(a)に示すように
、半絶縁性GaAs 基板1の上に、活性層としてアン
ドープGaAs層2を積層し、その上にスペーサー(D
 7−7 )’ −7’ GaAA&s層3と電子を供
給するだめのn型GaAtAs層4を積層する。次に、
コントロールゲートのだめの層として、n型GaAs層
5□、p型AlAs層5゜、n fJ GaAs層53
を順次積層形成する。このような積層構造は、分子線エ
ピタキシ法により容易に形成することができる。アンド
ープGaAs層2はチャンネル領域として機能する層、
n型GakLks層4は、このアンドープGaAs層2
にキャリア(電子)を供給するだめの層である。
アンドープGaAtAs層3はn型GaAtAs層4の
電子に及ぼす影響を軽減する作用がある。例えばアンド
ープGaAs層2は厚さ1μm、n型GaA4As層4
はGa o、7 Ato、2Asの割合のものを用い、
厚さは600λで、 ドナー濃度は5X1o11rrL
−3のSiドープ層とする。
n型GaAs層51s I)型AlAs層52、n型G
aAs−:層53の三1mはMES FETの場合のシ
ョットキーゲート電極と同じ作用を行うものである。す
なわち、外部から印加された電圧に応じて、ソースドレ
イン間の電流を制御することができる。この三層はいわ
ばキャメルダイオード(Appl 、 Phys 、L
e f t35C1) 63 (1979)J、M、 
5hannon、 a majority carri
ercanel diode )と似たよう作用を行う
ものであるが、AtAsのバンドギャップはGaAsの
それよりも大きいために、キャメルダイオードよ抄は耐
圧が非常に高い。例えば、n型GaAs層51は厚さ8
00人でドナー濃度5X10 cm O8iドープ層、
p fjl AtAs層52層厚2100λで、アクセ
プタ濃度5X10 ” ”crrV3t7) Beドー
プ層、n型GaAs層53は厚さ400人で、ドナー濃
度8X101−1のSnドープ層とする。なお−この三
層のかわりに、n型Ga 1+BALaA s層、n型
あるいはp型Ga 1−b AtbAs層、p型Ga 
1−(AtcAs層、p型あるいはn型Ga 1−dA
tdAs層、n m Ga1−eAjeAs層を順次積
層したものを用いることもできる。ただし0≦a、c、
d≦1である。またa〈Cかつe (cであり、bはa
がらCまでゅるやかに変化し、dはCからeまでゆるや
かに変化するすなわちgradedバンドギャップ構造
とnpn構造を組み合わせた構造を持つている。
この後、(b)に示すようにゲート領域をマスク6、で
おおい、アンドープGaAtAs層3の近くまでエツチ
ングする。次いで、(C)に示すように、マスク6をそ
のままイオン注入用のマスクとしてn型不純物をイオン
注入し、熱処理を行って低抵抗のソース領域7およびド
レイン領域8を形成する注入する不純物は8iとし熱処
理は800℃、1o分としてソース領域7およびドレイ
ン領域8のドナー濃度を5X10’譬3以上にする。
次に(d)に示すように、CVD法で全面に5oooA
の8i0.膜9を堆積し、コンタクトホールをあけてソ
ースドレイン領域7,8および、ゲート領域のn mG
aAs 53にそれぞれオーミック接触をとるAu−に
電極10.11.12を形成する。
こうして形成された半導体グー) FEiTは、電極1
2に電圧を印加してソースドレイ/間の電流を制御する
ことができる。実測によれば、チャネル長1μm1チャ
ネル巾100μmとして室温で150m5/、。
が得られた。なお逆耐圧は40V程度で、キャメルダイ
オードゲートの257よりも改善されている。
前述のように、 MfiiS FWTの場合ショットキ
ーゲート電極として金属を用いるため、ゲート電極形成
後に高温の熱工程を入れることができなかった。本実施
例によれば、半導体ゲート構造を用いるためにイオン注
入と熱鋸、理を行う自己整合技術を適用することができ
る。従って本実施例によれば、第2図のものに比べてG
aAsを用いたli’gTの高集積化と高速化を図るこ
とができる。
なお、以上の実施例では、GaAsを用いた場合を説明
したが、本発明はこれに限られるものではなく、他のI
II −V族化合物半導体、例えば半絶縁性InP基板
にInP−InGaAsへテロ接合構造を形成して第3
図と同様のFETを得る場合にも適用することができる
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来のMg8FITを示す図、第
3図(a)〜(dlは本発明の一実施例のFETg造工
程全工程図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板、2・・・アンドープG
aAs層(第1の化合物半導体層)、 3・・・アンド
ープGaAs層s層(第2の化合物半導体層、スペーサ
ー)4・・・n型GaAtAs層(第2の化合物半導体
層)、5 )””第3の化合物半導体層、5i” n 
mGaAs j@、52、、、P型!%−tA s層、
53・・・n型GaAs層、6・・−q スフ、7・・
・ソース領域、8・・・ドレイン領域、9・・・CVD
−8i0.膜、10〜12−・Au−Ge 、t −ミ
y l 11を極。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (ほか1名) 第 1 図 第 2 図 第3図 <dン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半絶縁性基板上にチャネル領域となるアンドープ
    の第1の化合物半導体層、この半導体層にキャリアを供
    給するこれよりバンドギャップの広いn型不純物ドープ
    の第2の化合物半導体層、次にゲート電極となるヘテロ
    接合構造あるいは徐々変化するバンドギャップ構造のど
    ちらかとnpn構造を組みあわせた構造からなる第3の
    半導体層を順次積層形成する工程と、この後ゲート領域
    にマスクを形成して前記第3の化合物半導1体層をゲー
    ト領域のみ残してエツチング除去する工程と、この後イ
    オン注入と熱処理を行ってソースおよびドレイン領域を
    形成する工程と、この後前記ゲート領域の第一3の化合
    物半導体層および前記ソース、ドレイ/領域にそれぞれ
    オーミックコンタクトする電極を形成する工程とを備え
    たことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
  2. (2)基板は半絶縁性GaAs、第1の化合物半導体は
    アンドープのGaAs層、第2の化合物半導体層はn型
    Gaん仏S層、第3の化合物半導体層はn型GaAs層
    の上にp型AHAs層を重ねた上にさらにn型GaAs
    層を重ねたもの、もしくはn fil Ga 1− B
     AtaA 8層、n型あるい、はp型Ga 1−bA
    jbAs層、p型Ga 1−CAL cAs層、n型あ
    るいはp型Ga 1−dAtdAs層、n型Ga1、.
    4AteAs層を順次重ねたもので、0≦a、 c、d
    ≦1かつa (cかつe (cでありbはaからCまで
    ゆるやかに変化し、dはCからeまでゆるやかに変化す
    るようなものである、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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63196079A (ja) * 1987-02-06 1988-08-15 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン ヘテロ接合fet
JPH01154565A (ja) * 1987-12-10 1989-06-16 Fujitsu Ltd ジャンクションfetの製造方法
US5874753A (en) * 1996-11-12 1999-02-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field effect transistor

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JPS63196079A (ja) * 1987-02-06 1988-08-15 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン ヘテロ接合fet
JPH01154565A (ja) * 1987-12-10 1989-06-16 Fujitsu Ltd ジャンクションfetの製造方法
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