JPS60244074A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPS60244074A
JPS60244074A JP9854584A JP9854584A JPS60244074A JP S60244074 A JPS60244074 A JP S60244074A JP 9854584 A JP9854584 A JP 9854584A JP 9854584 A JP9854584 A JP 9854584A JP S60244074 A JPS60244074 A JP S60244074A
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JP
Japan
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source region
drain region
gate electrode
region
schottky barrier
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JP9854584A
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English (en)
Inventor
Haruo Kawada
春雄 川田
Toshio Oshima
利雄 大島
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0891Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with Schottky gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (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】 発明の技術分野 本発明は、化合物半導体を用いたショットキ・バリヤ・
ゲート型電界効果トランジスタのような半導体装置及び
その製造方法の改良に関する。
従来技術と問題点 一般に、化合物半導体に於けるキャリヤ移動度はシリコ
ン(34)半導体に於けるそれと比較して大きいので、
例えば、電界効果トランジスタを作製した場合には高速
化を期待できる為、現在、化合物半導体、特に、砒化ガ
リウム(GaAs)を用いたショットキ・バリヤ・ゲー
ト型電界効果トランジスタのような半導体装置に関する
研究開発が盛んである。
ところで、この種の半導体装置を製造する場合に於いて
は、ソース領域及びドレイン領域での寄生抵抗が低減さ
れ、また、高い相互コンダクタンス(9□)が得られる
等の点から、高融点金属或いはそのシリサイドからなる
ゲート電極をマスクとするセルフ・アライメント方式で
ソース領域及びドレイン領域を形成することが行われて
いる。
現在、実用可能であるGaAs系集積回路としては、ゲ
ート長力<1〜2 Cμm)であるショットキ・バリヤ
・ゲート型電界効果トランジスタで構成され、規模が1
 (Kビット〕、アクセス・タイムが2〜4 (n秒〕
であるスタティック・ランダム・アクセス・メモリ (
static random access memo
ry:SRAM)が開発されている。
このような半導体装置に対して、より一層の高速化及び
高集積化を要求される傾向にあることは当然であり、そ
の場合、該半導体装置に於けるゲート長としてはサブ・
ミクロンのものが必要になでくる。
従来のセルフ・アライメント方式を適用して作製したシ
ョットキ・バリヤ・ゲート型電界効果トランジスタとし
て第1図に見られるものが知られている。
図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2はチャネル
層、3は高融点金属或いはそのシリサイドからなるゲー
ト電極、4はソース領域、5はドレイン領域、6は絶縁
膜、7はソース電極、8はドレイン電極、9はゲート用
オーミック電極をそれぞれ示している。
この従来例では、ゲート電極3をマスクとして不純物イ
オンの注入を行い、その後、注入された前記不純物イオ
ンを活性化する為の熱処理を行ってソース領域4及びド
レイン領域5を形成するようにしている。
然しなから、ゲート長が1 〔μm〕以下になると、前
記熱処理を行った場合、横方向拡散に依りソース領域4
及びドレイン領域5がゲート電極3の下側にかなり入り
込む状態となり、これに起因するリーク電流の為、闇値
電圧が負側にシフトしたり、或いは、相互コンダクタン
ス九が小さくなる旨の問題、即ち、短チヤネル効果の問
題が発生する。
このような問題を解消しようとして、第2図に見られる
ようなショットキ・バリヤ・ゲート型電界効果トランジ
スタが擢案されている。尚、第2図では、第1図に関し
て説明した部分と同部分は同記号で指示しである。
この従来例では、ゲート電極3の両側に前記横方向拡散
に相当する膜厚を有する側壁を形成してソース領域4及
びドレイン領域5を形成する為のイオン注入を行ったり
、ゲート電極3にイオン注入用のマスクを形成し且つ前
記横方向拡散に相当する分だけゲート電極3のサイド・
エツチングをしてからソース領域4及びドレイン領域5
を形成する為のイオン注入を行うことに依り、ソース領
域4及びドレイン領域5がゲート電極3の直下から離隔
されるようにしである。
然しなから、ごのようにすると、前記側壁部分或いはサ
イド・エツチング部分に対応するソース領域部分及びド
レイン領域部分の抵抗が前記工程を採らなかった場合に
比較して大になり、その結果、ソース及びドレイン抵抗
の増大を招来する。
発明の目的 本発明は、セルフ・アライメント方式でソース領域及び
ドレイン領域が形成され、しかも、ゲート長をサブ・ミ
クロンにした場合でも、短チヤネル効果が発生せず、且
つ、ソース及びドレイン抵抗も小さくすることができる
ようにし、その結果、高速で高集積化された半導体装置
を容易に実現できるようにする。
発明の構成 本発明の半導体装置では、基板上に形成されたショット
キ・バリヤ・ゲート電極と、該ショットキ・バリヤ・ゲ
ート電極下の基板に形成されたチャネル層と、該チャネ
ル層に対向する面が前記ショットキ・バリヤ・ゲート電
極から離隔して形成された第1のソース領域及びドレイ
ン領域と、前記チャネル層に対向する面が前記第1のソ
ース領域或いはドレイン領域よりも前記ショットキ・バ
リヤ・ゲート電極に接近し且つ該第1のソース領域或い
はドレイン領域よりも浅く形成された第2のソース領域
及びドレイン領域とを備えてなることを特徴とする構成
を採っている。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、■基板上に
所定パターンのショットキ・バリヤ・ゲート電極を形成
する工程と、■該ショットキ・バリヤ・ゲート電極の側
面に所定の厚みを有する側壁を形成する工程と、■該シ
ョットキ・バリヤ・ゲート電極と側壁をマスクにして前
記基板中に不純物イオンを注入し第1のソース領域及び
ドレイン領域を形成する工程と、■前記工程■或いは■
の後に前記ショットキ・バリヤ・ゲート電極をマスクと
して前記基板中に不純物イオンを注入し前記第1のソー
ス領域或いはドレイン領域よりも浅い第2のソース領域
及びドレイン領域を形成する工程とを有することを特徴
とする構成を採っている。
即ち、基板中に深く形成されている為に横方向拡散が大
である第1のソース領域及びドレイン領域はゲート電極
から離隔して存在し、また、基板中に浅く形成されてい
る為に横方向拡散が小である第2のソース領域及びドレ
イン領域はゲート電極に近接して存在している。
従って、短チヤネル効果は発生せず、また、ソース抵抗
及びドレイン抵抗が大きくなることもない。
発明の実施例 第3図乃至第13図は本発明一実施例を製造する場合を
解説する為の工程要所に於ける半導体装置の要部切断側
面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
第3図参照 (al 半絶縁性GaAs基板21に二酸化シリコン(
St()z)或いはフォト・レジストからなり且つ素子
領域に開口22Aを有するマスク22を形成する。
fbl イオン注入法を適用し、例えば、加速エネルギ
を59(KeV〕に、また、ドーズ量を9×10”(■
−2〕としてシリコン・イオンの打ち込みを行いイオン
注入層を形成する。
第4図参照 fcl マスク22を除去してからスパッタ法を通用し
、例えば膜厚が1000 (人〕程度の窒化アルミニウ
ム(A 6 N)からなる保護膜23を形成する。
td+ ’1n度を850[’C)として時間20〔分
〕の熱処理を行い前記注入されたシリコン・イオンの活
性化を行ってチャネル層24を形成する。
第5図参照 tel 温度を約100(”C)とした熱燐酸(H3P
04)を用いて保護膜23を除去してからスパッタ法を
適用し、高耐熱性ショットキ・バリヤ・ゲート電極材料
であるW +、。St、、6からなる膜25を厚さ例え
ば4500 C人〕程度に形成する。
(f) 化学気相堆積(chemical vap。
ur deposition:CVD)法を適用し、二
酸化シリコン膜26を厚さ例えば6000〔人〕程度に
形成する。
第6図参照 (glcHF3ガスをエッチャントとする反応性イオン
・エツチング(react ive i onetch
ing:RIB)法を適用し、二酸化シリコン膜26を
ゲート形状(例えば、ゲート長I、9=0.8 (、u
m) 、ゲート幅W、=30Cμm))にパクーニング
する。
第7図参照 (hlcF4ガスをエッチャントとするRIB法を適用
し、二酸化シリコン膜26をマスクとしてW + 、。
si、、6膜25のバクーニングを行い、ショットキ・
バリヤ・ゲート電極25Gを形成する。
第8図参照 (1)例えば、スパッタ法を適用し、窒化アルミニ0 ラムからなる保護膜27を厚さ例えば300〔人〕程度
に形成する。
fjlcVD法を適用し、二酸化シリコン膜28を厚さ
例えば4000 (人〕程度に形成する。
第9図参照 (kl CHF 3ガスをエッチャントとするRIE法
を適用し、基板21に対して垂直な方向から二酸化シリ
コン膜28の方向性エツチングを行う。
これに依り、厚さが二酸化シリコン膜28と略等しいゲ
ート側壁28′が形成される。
第10図参照 (1)二酸化シリコン或いはフォト・レジストからなる
マスク29を形成する。
(m+ イオン注入法を適用し、例えば、加速エネルギ
を175(KeV)に、ドーズ量を1.7×1013(
cm−2)としてシリコン・イオンの打ち込みを行い第
1のソース領域及びドレイン領域となるべきイオン注入
層を形成する。
第11図参照 fnl 例えばフン化水素酸(HF)を用いてゲート1 側壁28′を除去する。
(0) イオン注入法を適用し、例えば、加速エネルギ
を59(KeV)に、また、ドーズ量を1゜5 X 1
0 ” (cm−2)としてシリコン・イオンの打ち込
みを行い第2のソース領域及びドレイン領域となるべき
イオン注入層を形成する。
第12図参照 fpl マスク29を除去してからスパッタ法を適用し
、例えば膜厚が1000 C人〕程度の窒化アルミニウ
ムからなる保護膜30を形成する。
fql 温度を75M’C)として時間15〔分〕の熱
処理を行い前記注入されたシリコン・イオンを活性化し
、第1のソース領域31及びドレイン領域32、第2の
ソース領域33及びドレイン領域34を得る。
第13図参照 (rl 温度を約100(’C)とした熱燐酸を用いて
保護膜30及び27を除去してからCVD法を適用し、
二酸化シリコン膜35を厚さ例えば2000 〔人〕程
度に形成する。
2 (31通常のフォト・リソグラフィ技術を適用し、二酸
化シリコン膜35のバターニングを行い電極コンタクト
窓を形成する。
(tl 蒸着法を適用することに依り、金・ゲルマニウ
ム/金(Au−Ge/Au)からなる電極材料膜を形成
し、これを通常のフォト・リソグラフィ技術にてパター
ニングすることに依り、ソース電極36、ドレイン電極
37、ゲート用オーミック電極38を形成する。
前記工程に於いては、第1のソース領域及びドレイン領
域を形成する為のイオン注入を第2のソース領域及びド
レイン領域を形成する為のイオン注入の前に実施したが
、これは、その順序を逆にしても良い。勿論、その場合
、第2のソース領域及びドレイン領域を形成する為のイ
オン注入時にはゲート側壁は不要であり、そのイオン注
入が終了してから形成し、その後で第1のソース領域及
びドレイン領域を形成する為のイオン注入を行うものと
する。
発明の効果 3 本発明の半導体装置では、基板上に形成された高耐熱性
ショットキ・バリヤ・ゲート電極と、該ショットキ・バ
リヤ・ゲート電極下の基板に形成されたチャネル層と、
該チャネル層に対向する面が前記ショットキ・バリヤ・
ゲート電極から離隔して形成された第1のソース領域及
びドレイン領域と、前記チャネル層に対向する面が前記
第1のソース領域或いはドレイン領域よりも前記ショッ
トキ・バリヤ・ゲート電極に接近し且つ該第1のソース
領域或いはドレイン領域よりも浅く形成された第2のソ
ース領域及びドレイン領域とを備えてなることを特徴と
する構成を採っている。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、■基板上に
所定パターンのショットキ・バリヤ・ゲート電極を形成
する工程と、■該ショットキ・バリヤ・ゲート電極の側
面に所定の厚みを有する側壁を形成する工程と、■該シ
ョットキ・バリヤ・ゲート電極と側壁をマスクにして前
記基板中に不純物イオンを注入し第1のソース領域及び
ドレイン領域を形成する工程と、■前記工程■或いは■
4 の後に前記ショットキ・バリヤ・ゲート電極をマスクと
して前記基板中に不純物イオンを注入し前記第1のソー
ス領域或いはドレイン領域を形成する工程とを有してな
ることを特徴とする構成を採っている。
このように、本発明に於ける半導体装置及びその製造方
法に依ると、基板中に深く形成されている為に横方向拡
散が大である第1のソース領域及びドレイン領域はゲー
ト電極から離れるように形成され、また、基板中に浅く
形成されている為に横方向拡散が小である第2のソース
M域及びドレイン領域はゲート電極に近接して形成され
ることになる。従って、第1のソース領域及びトレイン
領域からチャネル層に対する不純物の回り込みは殆ど無
いから短チヤネル効果は発生せず、また、第2のソース
領域及びドレイン領域がゲート電極に近接していること
からソース抵抗及びドレイン抵抗の増大も生じないし、
更にまた、第1及び第2のソース領域とドレイン領域は
セルフ・アライメント方式で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図番才従来例を説明する為の半導体装置
の要部切断側面図、第3図乃至第13図は本発明一実施
例を製造する場合を説明する為の工程要所に於ける半導
体装置の要部切断側面図をそれぞれ表している。 図に於いて、21は半絶縁性GaAs基板、22はマス
ク、22Aは開口、23は窒化アルミニウムからなる保
護膜、24はチャネル層、25はWl、。Si6.6膜
、25Gはショットキ・バリヤ・ゲート電極、26は二
酸化シリコン膜、27は窒化アルミニウムからなる保護
膜、28は二酸化シリコン膜、29はマスク、30は窒
化アルミニうムからなる保護膜、31ば第1のソース領
域、32は第1のドレイン領域、33は第2のソース領
域、34は第2のドレイン領域、35は二酸化シリコン
膜、36はソース電極、37はドレイン電極、38はゲ
ート用オーミック電極をそれぞれ示している。 6 第1図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図 第10図 第11図 第12図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 基板上に形成されたショットキ・バリヤ・ゲー
    ト電極と、該ショットキ・バリヤ・ゲート電極下の基板
    に形成されたチャネル層と、該チャネル層に対向する面
    が前記ショットキ・バリヤ・ゲート電極から離隔して形
    成された第1のソース領域及びドレイン領域と、前記チ
    ャネル層に対向する面が前記第1のソース領域或いはド
    レイン領域よりも前記ショットキ・バリヤ・ゲート電極
    に接近し且つ該第1のソース領域或いはドレイン領域よ
    りも浅く形成された第2のソース領域及びドレイン領域
    とを備えてなることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)■基板上に所定パターンのショットキ・バリヤ・
    ゲート電極を形成する工程と、 ■該ショットキ・バリヤ・ゲート電極の側面に所定の厚
    みを有する側壁を形成する工程と、■該ショットキ・バ
    リヤ・ゲート電極と側壁をマスクにして前記基板中に不
    純物イオンを注入し第1のソース領域及びドレイン領域
    を形成する工程と、 ■前記工程■或いは■の後に、前記ショットキ・バリヤ
    ・ゲート電極をマスクとして前記基板中に不純物イオン
    を注入し前記第1のソース領域或いはドレイン領域より
    も浅い第2のソース領域及びドレイン領域を形成する工
    程とを有してなることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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