JPS60254667A - GaAs電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

GaAs電界効果トランジスタの製造方法

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JPS60254667A
JPS60254667A JP10957184A JP10957184A JPS60254667A JP S60254667 A JPS60254667 A JP S60254667A JP 10957184 A JP10957184 A JP 10957184A JP 10957184 A JP10957184 A JP 10957184A JP S60254667 A JPS60254667 A JP S60254667A
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JP
Japan
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film
type
melting point
high melting
point metal
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Pending
Application number
JP10957184A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Toyoda
豊田 信行
Naotaka Uchitomi
内富 直隆
Akimichi Hojo
北条 顕道
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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Publication date
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Publication of JPS60254667A publication Critical patent/JPS60254667A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • 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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はGaAs結晶を用いた電界効果トランジスタの
製造方法に関する。
〔従来技術とその問題点〕
GaA3’電界効果トランジスタ(FBT)にはゲート
にシ茸トキー接合を使うME8FETとPN接合を使う
J PETがある。このうちJPETは半導体結晶内部
につくられる接合を利用しており、金属を半導体結晶表
面に蒸着してできる接合を利用するME−8FBTよシ
再現性、信頼性の点で優れている。第1図はGaAs 
JFBTの典型的な構造を示す断面図で、そのGaAs
 JFBTは通常、半絶縁性基板11上にn型層をエピ
タキシャル成長させるか、半絶縁性基板11に直接ドナ
ー不純物をイオン注入するかして活性層12をりくシ、
拡散またはイオン注入によ5PN接合ゲート14を形成
する。そして、ソース電極15とドレイン電極16をつ
ける。この方法ではPN接合ゲート14とソース電極1
5、PN接合ゲート14とドレイン電極16との間隔(
X)はフォトリソグラフィにおけるマスク合せ精度を考
えて通常1〜2^になることが多い。近年、高速GaA
s I Cにおいて注目されているノーマリオフ型FE
Tでは活性層12が約0.1〜0.2μmと極めて薄い
ため、ソース−ゲート、ゲート−ドレイン間距離(X)
が1〜2μであってもそこの部分の抵抗(Rs)はかな
シ大きくなってしまう。その結果、FETの相互コンダ
クタンス(gm)は小さくなってしまう。ME8−FE
TにおいてはこのRsを小さくするために第2図のよう
なセルファライン構造が考案されている。
すなわち、イオン注入によシグート電極24に近接した
高不純物濃度層23をりくりRsを小さくしようという
ものである。一方、JPETにおいてはこうしたセルフ
ァライン構造が考案されておらずJP−ETの性能改善
がなされていなかった。
〔発明の目的〕
本発明はこうした背景をかんがみ、セル2アライン型J
 PETの製造方法を提供することを目的としている。
(発明の概要〕 本発明は次のような主工程から成る。っまり■n型活性
層上にあらかじめ高融点金属(W、Ta。
庵など)を被着する。■次に将来ゲートとなるべき所だ
けにP型不純物(Be 、Mg 、 Znなど)を高融
点金属膜を通してn型活性層との界面近傍にイオン注入
する。■上記P型不純物注入層上のみに金属又は絶縁物
を被着する。■その被着物をマスクとしてP型不純物注
入層上を除いた場所の高融点金属膜を除去する。■ソー
ス・ドレイン領域にn型不純物(Si、S、Seなど)
を注入する。■熱処理してP型、n型注入不純物を活性
化する。■オーミック電極をつけてFETを完成させる
〔発明の効果〕
本発明の最大の特徴はP型ゲート電極に高融点金属を用
い、最初の工程でこれを形成する点とこの膜を介してP
型不純物をイオン注入する点にある。本発明を従来のP
N接合ゲグー (J) FBTの製造方法と対比すれば
次のような点で製造工程の簡素化および特性改善がはか
れる。
1) P型ゲート層上にセルファラインでゲート電極金
属が形成できるため、マスク合せ工程が1回減る。かつ
、ゲート電極金属がP型層と同じ寸法で形成されている
ため寄生容量が低減できる。
従来のJPET形成法では、P型層を形成したあとマス
ク合せによシグート電極金属を形成しているためマスク
合せ精度を考えるとP型層の長さより両側約7μはど大
きくなるのが普通でゲート寄生容量がどうしても大きい
2)ゲート電極金属が先に形成されているため、これを
注入マスクとして両側にソース・ドレイン電極相n+層
のイオン注入がセルファラインで形成できる。そのため
ソース・ゲート間直列抵抗の低減がはかれ、FETの相
互コンダクタンスが大きくなる。
〔発明の実施例〕
以下で第3図を使って本発明の具体的実施例について述
べる。半絶縁性Ga A s基板1にSiイオン’fc
 100 kV テ3.OX10X10l2” 注入L
、850℃テ15分間As雰囲気中でアニールし活性層
2をつくる。仁の土庄タングステン(W)3を10QO
^蒸着した(第3図A)0次にポジレジスト4を塗布し
フォトリングラフィにより一部(長さ1μm)を開口し
この上から■族元素であるマグネシウム(Mg)をWJ
[t”A I、テ100kVテ4X1014m−”注入
t、、* (B)。
Mgは一部GaAs中に第3図CK示す(5)の如く入
る。理論的にはWとGa A s界面におけるMgの濃
度はI X 10 ” cm−3となる。こののち5i
06を2000に蒸着し、ポジレジストを溶解してレジ
スト上に被着したSiOを除去する(C)。SiOをマ
スクとしてCF、と02の混合ガスで異方性ドライエツ
チングを行ないW膜をエツチングして取シ除く。このの
ちSiイオ/を150kVで5 X 1013cm ”
、注入したCD)。
−残っている8i0をフッ化アンモニウム液で除去した
のち、Asl囲気中で800℃10分間のアニールを行
なう、この熱工程を経て、注入されたMgおよび8iは
活性化し、W膜の下にP型層その両側にn+層7が形成
される。最後にソース/ドレイン電極8を形成してセル
ファライン型PN接合グー) GaAsFETが完成す
る(第3図E)。
本FITはゲート長1μで相互コンダクタンス200m
5/mと従来のPN接合型FETの典型値io。
〜1501M8/■の1.5〜2.0倍の高性能化がは
かれた。
この工程においてMgの注入量が少い(≦1刈o13c
In−2)と、W −GaAsのシ冒トキ接合型FET
が、注入量が中程度(IXIO”〜8X10”儒−2)
だと障壁の高さがショトキ−の場合の約O,SVとPN
接合の場合の約1.3vの中間の値となった。従って、
目的に応じてMgイオンの注入量を変化させて障壁の高
さを制御 ゛することも可能である。また、注入イオン
はMgに限らすBeやZnでよい。その場合は注入エネ
ルギー、注入量の最適条件は上記のMgの場合とは異る
ことは当然である。
〔その他の実施例〕
上記製法においてつくられ九FETではWゲート電極直
下のP型層の端は両サイドの04層と接触するため耐圧
の低下、および接合容量の増大の危険性がある。そこで
、このP型層と04層とを離す方法が考えられる。第4
図A、Cはその具体的な一例である。第3図の(B)の
工程においてはポジレジスト4だけであったが、この上
に8i09を蒸着した層を用いる(第4図A)、レジス
トを02による反応性イオンエッチ(RIE3 )で加
工すると縦方向に穴をつくる間にレジストは横方向にも
呈ツチングされて、8i0のパターン端よシΔXだけ後
退した形となる。この状態でMgイオンを注入したのち
、SiOを一度除去してやシ、再び5i06を被着する
。あとは第3図と同じ工程を踏めば、最終的に第4図C
のような形となり、P型層と04層とはΔXだけ離れた
状態に出来あがる。こうすることで、実際第3図の工程
でりくったFF1Tのゲート耐圧は約6vであったもの
が、第4図の工程では14Vと高くなった6 ΔXはレ
ジスト4の加工時にオーバエツチング時間を変えて制御
することができるが、経験的に0.2〜0.3μm程度
が最適であった。
ところで、上記実施例のFF1Tのゲート長が短くなる
と、いわゆるr短チャネル効果」が現われる。
りまシ、チャネル直下の電界強度が大きくなシ基板1側
に流れ込む電流が大きくなって、外からのゲート電圧で
制御しきれない電流成分が多くなる。
この防止には、n型活性層2と半絶縁性差板1との界面
にP型層を形成する方法が考えられる。この施策を本発
明の製造工程で実施した。第3図(B)の工程において
第5図(a)の如<Mgイオンを100kV 、 4 
X 1014cm ”注入する先の条件に加えて、同じ
Mgイオンを第5図(b)の如< 250kVでI X
 10”cIn”注入した。このときのmgイオンの分
布をあらかじめ形成されていたn型活性層の分布(第5
図C:8 s ++ 100 kV ! 3 X 10
 ’ ” crn ” ) (!: 重ネテ示L fc
−ものが第5図である。こうすることで8iイオン注入
層の奥に弱いP型層が形成できた。その結果、ゲート長
が0.7μmのFF1Tにおいても閾値電圧のマイナス
側へのシフトなどの典型的な短チヤネル現象はかなシ押
えることができた。このように本発明によれば、1つの
製造工程においてPN接合ゲートの形成とr短チャネル
効果」防止処置ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のPN接合型FF1T(JFBT)の構造
を示す断面図、第2図はセル7アライン型のシヨトキグ
ー) FET(MISFET)の構造を示す断面図、第
3図は本発明によるセルファライン型J FITの製造
工程を示す工程断面図、第4図は本発明の他の実施例を
説明するための工程断面図、第5図は、短チヤネル効果
を防止することを目的として絢イオンを2重注入したと
きのキャリア分布を示す図である。 1:半絶縁性Ga A s基板、2:活性層、3:W膜
、4ニレジスト、6 : SiO膜、7:n+層、8:
電極。 代理人弁理士 則近憲 佑 (ほか1名)第1図 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)高融点金属およびそれらのシリサイド又はナイトラ
    イドをn型不純物をドープした活性層上に堆積する工程
    と、フォトリソグラフィによシグート電極部を開口し、
    この上よJJP型不純物元素を上記高融点金属膜を介し
    てイオン注入する工程と。 該工程後の絶縁膜もしくは金属膜を被着したのちイオン
    注入マスクとして用いたレジス゛トを剥離することによ
    )ゲート電極開口部以外に被着した膜を除去する工程と
    、残った絶縁膜もしくは金属膜をマスクとして異方性ド
    ライエツチングにより残シの高融点金属膜を除去する工
    程と、残った高融点金属膜/絶縁膜もしくは金属膜の2
    層構造をマスクとしてソース・ドレイン電極部となる部
    分にn型不純物を高濃度にイオン注入する工程と、熱処
    理をして先に注入したP型不純物およびn型不純物の1
    恢的活性化をはかみT租シ ソース・Vレインオーミッ
    ク電極を形成する工程とからなるG a A s電界効
    果トランジスタの製造方法。 2)高融点金属がタンタル、タングステン及びモリブデ
    ンからなるものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のG a A s電界効果トランジスタの製
    造方法。 3)P型不純物元素がベリリウム、マグネシウム及び亜
    鉛からなるものであることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のGaAs電界効果トランジスタの製造方法
    。 4)P型不純物元素を注入エネルギーおよび注入量を変
    えて2回以上注入することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のG aA s電界効果トランジスタの製造
    方法。
JP10957184A 1984-05-31 1984-05-31 GaAs電界効果トランジスタの製造方法 Pending JPS60254667A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824575A (en) * 1994-08-22 1998-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5824575A (en) * 1994-08-22 1998-10-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same

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