JPS6039870A - Manufacture of gaas semiconductor device - Google Patents

Manufacture of gaas semiconductor device

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JPS6039870A
JPS6039870A JP58147356A JP14735683A JPS6039870A JP S6039870 A JPS6039870 A JP S6039870A JP 58147356 A JP58147356 A JP 58147356A JP 14735683 A JP14735683 A JP 14735683A JP S6039870 A JPS6039870 A JP S6039870A
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semiconductor device
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gate electrode
gaas
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内富 直隆
Nobuyuki Toyoda
豊田 信行
Akimichi Hojo
北條 顕道
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    • 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

PURPOSE:To operate a GaAs IC at high speed and increase the performance of the IC by forming the whole or at least a section being in contact with a substrate of a gate electrode in a tungsten nitride film and forming the tungsten nitride film through a reactive sputtering method in a mixed gas of nitrogen gas at a specific partial pressure ratio and argon gas. CONSTITUTION:Si<+> ions are implanted to a semi-insulating GaAs crystal substrate 31 while using a SiO2 film 32 as a mask, and an active layer 33 is formed through heat treatment. A WN film 34 is deposited on the whole surface of the substrate through reactive sputtering. The sputtering is executed in a mixed gas of N2, a partial pressure ratio thereof is brought to 0.03-0.2, and Ar. The WN film 34 is patterned through dry etching while using a photo-resist as a mask to form a gate electrode. Si<+> ions are implanted again while employing the gate electrode as a mask to shape ion implantation layers 35, 36. The whole surface of the substrate is coated with a PSG film 37, and source and drain regions 35', 36' are formed through heat treatment. Openings are bored to the PSG film 37, and source and drain electrodes 38, 39 are formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ショットキ・ゲート型のGaAs半導体装置
の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a method for manufacturing a Schottky gate type GaAs semiconductor device.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

GaAg集積回路(IC)は、高速動作が可能な論理回
路用、記憶回路用として注目されている。
GaAg integrated circuits (ICs) are attracting attention for use in logic circuits and memory circuits capable of high-speed operation.

なかでもDCFL(Direct Coupled F
ET Logic )は高速かつ低消費電力動作が可能
な基本論理素子として、大規模県債回路(LSI)に適
しているとされている。高速のDCFL型GaAs I
Cを実現する上で最も重要な課題はスイッチングFET
となるノーマリ・オフ型のショットキ・グー) FET
 (MESF’ET )の高性能化である。
Among them, DCFL (Direct Coupled F
ET Logic) is said to be suitable for large-scale integrated circuits (LSI) as a basic logic element that can operate at high speed and with low power consumption. High speed DCFL type GaAs I
The most important issue in realizing C is the switching FET.
Normally off type Schottky goo) FET
(MESF'ET).

GaAs FETの性能指数けCgS//Gmで記述さ
れる。
The figure of merit of a GaAs FET is expressed as CgS//Gm.

ここでCgsはグ゛−ト・ソース間容部であ、j) 、
GmはFETの相互コンダクタンスである。従ってCg
!lを減らしGmを大きくすることにより、性能指数Q
」改善さi′する。Gmに肩口すると、実質的なGmは
Gm” Gmo / (1+Gyy1 o・Ra)とな
る。GrrloはFETのチャネル部の%性から決まる
真性相互コンダクタンスである。このcm。
Here, Cgs is the gate-source volume, j),
Gm is the mutual conductance of the FET. Therefore, Cg
! By reducing l and increasing Gm, the figure of merit Q
'improved i'. Substituting Gm, the actual Gm is Gm'' Gmo / (1+Gyy1 o・Ra). Grrlo is the intrinsic transconductance determined from the percentage characteristic of the channel part of the FET. This cm.

が引出し得る最大のGmであるが、第1図に示すような
従来のMESFETでは、ソース・ダート間の直列抵抗
RIlがちシ、これにより上記式の如く実質的なGmは
Gmoより小さくなってしまう。従って、この直列抵抗
R8をいかに小さくするかが、大きなGmを得てFET
0高周波特性を改善するための鍵である。
is the maximum Gm that can be extracted, but in the conventional MESFET as shown in Figure 1, the series resistance RIl between the source and the dirt is large, so the actual Gm is smaller than Gmo as shown in the above equation. . Therefore, the key to reducing this series resistance R8 is to obtain a large Gm and
This is the key to improving high frequency characteristics.

なお第1図で、11は半絶縁性GaAs結晶基体、12
−活性層であシ、13がダート電制く、14゜15がソ
ーヌ、ドレイン電極である。
In FIG. 1, 11 is a semi-insulating GaAs crystal substrate, and 12 is a semi-insulating GaAs crystal substrate.
- Active layer, 13 is the dart electrode, 14° and 15 are the drain electrodes.

lV化S FETの前述した直列抵抗R8の低減化を図
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、その代表的
な例を第21ツ1に示す。これは、ケ゛−ト冗極23を
マスクとして高ρ度イオン注入をし、m子ダ其度1.0
 cm 以上のソーヌ、ドレイン領域24.25をダー
ト電極23に近接して形成するものである。211」半
絶縁性GaAs結晶基体、22 ):i活性態;、26
,27幻それぞれソース、ドレイン電極である。このよ
うなセルファラインr′、J(6によるMESFETの
製造(ζおいてメ1ヨも難しいのはダート電極金ハの選
択である。高?メ、′#度イオン注入によりソース、ド
レイン領域を形成するには、不純物活性化のだめの熱処
理工程が不可欠で・シンるが、通常GaAeへのドナー
イオン注入層の活性化のための岸Iヲ処理温度は約80
0℃にもなる。こうした高温熱処理した後にもマスクと
して用いたゲート電極がGaAs基板と良好なショット
キ障壁を保持することが必要で、このような条件を満た
す金属は数少なく、現在までタングステン(W)、チタ
ン−タングステン(TIW)、タングステンシリサイド
(WSi ) などの実験例が引憂告されているにすぎ
ない(例えば、N、Yokogawaetal1981
. l5SCC)。 しかも一般V(ノーマリ・オフ型
MEESFETを用いたDCFL 高速論理回路におい
て動作マージンを大きくとるためには、ショットキ障壁
の高さφBが高いことが必要で必るが、これらW + 
TIW + WSixなどのGaAsに対するショット
キ障壁の高さはφ、 = 0.7〜075〔V〕と低い
A self-line (self-alignment) method is known as a method for reducing the above-mentioned series resistance R8 of the lV S FET. There are several ways to do this, and a typical example is shown in Part 21, Part 1. This is done by performing high ρ ion implantation using the gate redundant electrode 23 as a mask, and m-
The drain region 24.25 with a diameter of 1 cm 2 or more is formed close to the dart electrode 23. 211'' Semi-insulating GaAs crystal substrate, 22): i active state;, 26
, 27 are source and drain electrodes, respectively. Manufacturing a MESFET using such a self-aligned cell line r', J (6), the most difficult thing in ζ is the selection of the dirt electrode gold.The source and drain regions are Although a heat treatment step for activating the impurities is essential for forming the GaAe layer, the treatment temperature for activating the donor ion implantation layer in GaAe is usually about 80℃.
The temperature can reach as low as 0℃. It is necessary for the gate electrode used as a mask to maintain a good Schottky barrier with the GaAs substrate even after such high-temperature heat treatment, and there are only a few metals that meet this condition. ), tungsten silicide (WSi), and other experimental examples have only raised concerns (for example, N, Yokogawa etal 1981).
.. l5SCC). Moreover, in order to obtain a large operating margin in a DCFL high-speed logic circuit using a general V (normally-off type MEESFET), it is necessary to have a high Schottky barrier height φB, but these W +
The height of the Schottky barrier for GaAs such as TIW + WSix is as low as φ, = 0.7 to 075 [V].

またショットキ障壁の整流特性の指標であるn値やケ゛
−ト電極の抵抗値も優れた論理回路特性を得る上で重要
であるが、従来のゲート電極材料およびゲート電極形成
方法ではこれらも十分に満たされてはいない。
In addition, the n value, which is an indicator of the rectification characteristics of the Schottky barrier, and the resistance value of the gate electrode are important in obtaining excellent logic circuit characteristics, but conventional gate electrode materials and gate electrode formation methods do not fully satisfy these requirements. Not satisfied.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、高速GaAs ICの実現をoJ能とするG
aAs半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention realizes a high-speed GaAs IC with OJ performance.
An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an aAs semiconductor device.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明i]SGa/1s基板に対してショットキ障壁を
形成し、かつソース、ドレインのイオン注入マスクとし
て用いるケ゛〜ト遊極として、その全体又は少くともw
板と接触する部分を耀化タングステン(WN )膜とす
ることをノ一本とし、このWN y@、を、窒素(N2
)カス分圧力0.03〜0.2であるN2ガスとアルゴ
ン(Ar)ガスの混合ガス中でWターゲットをスパッタ
する反応性ヌノやツタ法によりノに成することを特徴と
する。
Invention i] The entire or at least w
One of the points is to use a tungsten oxide (WN) film on the part that contacts the plate, and to replace this WN y@, with nitrogen (N2).
) It is characterized in that it is formed by the reactive Nuno or Tsuta method in which a W target is sputtered in a mixed gas of N2 gas and Argon (Ar) gas with a residue pressure of 0.03 to 0.2.

ここで、N2ガス分圧を上記範囲に限定する理由は、A
’y I K % これを003以上にすることにより
ショットキ賜、壁の高さφ8がO,5(V)前後の大き
な値となり、またn値が十分に小さい値を示すことにあ
る。第2に、N2ガス分圧を0.2より大きくすると、
vへ膜の比抵抗ρが急倣に大きくなってMESFli;
Tの高速動作を妨けるととK jrす、又n値も窒素(
Iりを含ませない場合と同程度近くにまで大きくなって
しまう。
Here, the reason for limiting the N2 gas partial pressure to the above range is A.
'y I K % By setting this to 003 or more, the Schottky height φ8 of the wall becomes a large value of around 0.5 (V), and the n value shows a sufficiently small value. Second, when the N2 gas partial pressure is made larger than 0.2,
The specific resistance ρ of the membrane increases rapidly to MESFli;
Nitrogen (
It becomes almost as large as the case where I-inclusion is not included.

これらの限定根拠となった実験データを以下に説明する
。ArとN2の混合ガス(−6X10−3Torr)を
用いて反応性スパッタ法で形成されるWN膜は、ス・ゼ
ッタ法で形成されるW膜に比較してGaAs基板と良好
外密着性を示すことが、実験により明らかになった。オ
だ上述のh法によるWN膜は、その組成によってφ3、
n値、ρが変化する。第3図は、ArとN2の混合ガス
におけるそれぞれの分圧をPAr ”N2としたときの
N2分圧比PN2/(PN2+PAr)を横軸としてφ
8とn値を示したもの、第4図1d同じくρを示したも
のである。このV→合のWN膜は約1000Xであり、
第3図および第4ン1のデータはWN IMsヌパッタ
後、800℃の熱処理を施した後に測定した結果である
。これらの図から明らか&ように、N2分圧比か0.0
3以上で従来にない高いφ8を示し、またn値が小さく
なっている。またN2分圧比が大きくなるにつれてρが
大きくなり、n値も大きくなる傾向が見られ、特にN2
分圧比が0.2以上で急激にρが増大する。
The experimental data that served as the basis for these limitations will be explained below. A WN film formed by a reactive sputtering method using a mixed gas of Ar and N2 (-6X10-3 Torr) exhibits better external adhesion to a GaAs substrate than a W film formed by a Suzetta method. This was revealed through experiments. However, depending on the composition, the WN film produced by the above-mentioned h method has a diameter of φ3,
The n value and ρ change. Figure 3 shows the N2 partial pressure ratio PN2/(PN2+PAr) when the respective partial pressures in the mixed gas of Ar and N2 are PAr ``N2, and the horizontal axis is φ.
Figure 4 1d also shows ρ. The WN film of this V → combination is about 1000X,
The data in FIGS. 3 and 4-1 are the results measured after WN IMs were subjected to heat treatment at 800° C. after Nupatta. It is clear from these figures that the N2 partial pressure ratio is 0.0
3 or more, it shows an unprecedentedly high φ8, and the n value is small. In addition, as the N2 partial pressure ratio increases, ρ increases and the n value also tends to increase.
When the partial pressure ratio is 0.2 or more, ρ increases rapidly.

これらのデータから、N2分圧比を003〜02の範囲
に設定するととが望ましいととがわかる。
From these data, it can be seen that it is desirable to set the N2 partial pressure ratio in the range of 003 to 02.

第5図は1.熱処理温度を変化させたとき、N2分圧比
が0,06で形成されたWN膜のφ8とn値の変化を示
した。仁の結果から、WN膜は熱処理温度800 CM
f+後でJ賢もφ8が高くなる。この温度は、ソース、
ドレインのイオン注入層活性化のための熱処理Yfia
度螺囲750〜850℃と一致しており、デバイス作製
上都合がよい。
Figure 5 shows 1. When the heat treatment temperature was changed, the φ8 and n values of the WN film formed at a N2 partial pressure ratio of 0.06 were shown to change. From the results of Jin, the WN film was heated at a heat treatment temperature of 800 CM.
After f+, J Ken also has a high φ8. This temperature is the source
Heat treatment Yfia for activating drain ion implantation layer
The degree of helical diameter corresponds to 750 to 850°C, which is convenient for device fabrication.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明に」、れ&j1、ショットキケ゛−ト電極のφ8
か冒く、n1旧が小さくかつ比抵抗ρが小さいMESF
ETが40らiする。従って本発明を例えはDCFL型
GaAs ICにノ薗用すれば、論理振幅が大きく動作
マージンの広い論理回路を実現することができ、また従
来より高速動作が可能な論理回路を実現することかでき
る。
According to the present invention, φ8 of the shot pump electrode
MESF with small n1 old and small resistivity ρ
ET is 40 ra i. Therefore, if the present invention is applied to, for example, a DCFL-type GaAs IC, it is possible to realize a logic circuit with a large logic amplitude and a wide operating margin, and a logic circuit that can operate at higher speed than before. .

〔づ6明の実力恒例〕 以下本発明DCFL型GaAs ICK適用した実施例
につき説明する。ますDCFL回路をオiq成するノー
マリ・オフ型MESFETとノーマリ・オン型MESF
ETの活性層をs lo 21]”iをマスクとしてイ
オン注入によって選択的に形成する。、第6図(、)〜
(g)はそのノーマリ・オフ型MESFET部の製造工
程を示すものである。即し、半絶縁性GaAs結晶基体
31に5IO2膜32をマスクとして81 イオンを5
0 keV、2 X 10’%m−2の条件で注入し、
850℃、15分の熱処理をして活性層33を形成する
(、)。
[6 Achievements] Hereinafter, embodiments to which the DCFL type GaAs ICK of the present invention is applied will be described. Normally-off MESFET and normally-on MESF that make up the DCFL circuit
The active layer of ET is selectively formed by ion implantation using s lo 21]"i as a mask. FIG.
(g) shows the manufacturing process of the normally-off type MESFET section. That is, 5 81 ions are applied to the semi-insulating GaAs crystal substrate 31 using the 5IO2 film 32 as a mask.
Injected under the conditions of 0 keV, 2 x 10'% m-2,
A heat treatment is performed at 850° C. for 15 minutes to form the active layer 33 (,).

ついで、この基板全面に反応性スノ々ツタによってWN
膜34を3000X堆積する(b)。このスパッタは、
N2ガス分圧比を006としたN2とArの混合ガス(
6X 1O−5Torr )中で行う。この後ホトレジ
ストをマスクとしてドライエツチングを行ってWN膜3
4を29ターニングしゲート電極を形成する(C)。そ
してダート電極ノjターンをマスクとして再びSt+イ
オンを2 (10ke’V 。
Next, WN is applied to the entire surface of this board using reactive vines.
Deposit film 34 by 3000X (b). This spatter is
A mixed gas of N2 and Ar with a N2 gas partial pressure ratio of 006 (
6X 10-5 Torr). After this, dry etching is performed using the photoresist as a mask to remove the WN film 3.
4 is turned 29 times to form a gate electrode (C). Then, using the dirt electrode j-turn as a mask, St+ ions were applied again at 2 (10 ke'V).

3 X 10”tM−2の条件で注入し、ケ゛−ト電極
にセルファラインされたイオン注入層35.36を形成
する(d)。次にこの基板全面をPSG膜37で被覆し
、800℃、10分間の熱処理を行ってソース、ドレイ
ン領域35’、36’を形成する(e)。
Ion implantation is performed under the conditions of 3 x 10"tM-2 to form ion-implanted layers 35 and 36 that are self-aligned to the gate electrode (d). Next, the entire surface of this substrate is covered with a PSG film 37 and heated at 800°C. , a heat treatment is performed for 10 minutes to form source and drain regions 35' and 36' (e).

次にPSG膜37を開口しくf)、Au/AuGeから
なるソース、ドレイン正極3 B 、 、? 9を形成
′してノーマリ・オフ型MESFETが完成する(g)
Next, the PSG film 37 is opened f) and the source and drain positive electrodes 3 B, , ? made of Au/AuGe are opened. 9' to complete the normally-off MESFET (g)
.

この実施例により得られたMESF’ET tri j
g列抵抗Rが小さく、Gm は第1図の惜造に比べて約
2倍以上で180mσ程度であつグ’c。まプζこのM
ESFETで構成し/こI)CF L回路で−0,6V
の大きな論理振幅を示し、動作マージンの許容値として
150 mV以止を得ることができゾξ。またケ゛−ト
長が1μmの場合、伝播遅延峙間τpdは、リングオシ
レータを11′・!成して測定した結果、第1図の従来
型に比べ20〜30psec速いことが確認された。
MESF'ET tri j obtained by this example
The g-series resistance R is small, and Gm is approximately 180 mσ, which is more than twice that of the G-column shown in FIG. Map ζ this M
Consisting of ESFET/I) -0.6V in CF L circuit
It shows a large logic amplitude of 150 mV or more as a permissible operating margin. In addition, when the gate length is 1 μm, the propagation delay distance τpd is 11'·! As a result of the measurements made, it was confirmed that the present invention was 20 to 30 psec faster than the conventional type shown in FIG.

次にグー) ’jlU極のノやターニングを、絶縁膜ヌ
ベーサを用いてリフトオフ加工によυ行う実施例を第7
図(、)〜(e)を吃照してi説明する。半絶縁性Ga
As結晶基体41にSt+を選択的にイオン注入して活
性層42を形成するまでは先の実施例と同じである。こ
の後、CVD法により基板全面に8000XのPSG膜
43を被覆し、に・A:いて3000XのSiO2膜4
4全44する(a)。との後ゲート電極領域に開口を有
するホトレノストノぞターン45を形成後、フッ化アン
モニウムヲ用いて5IO2膜44、PSG膜43を連続
的K エツチングする(b)。SiO2膜44よりPS
G膜43のエツチング速度が速いことから、図示のよう
なオーバーハング状のエツチングが可能である。この後
、先の実施例と同様の条件で反応性ス/ぞツタによ、Q
2000X程度のWN膜46を堆積し、続いて低抵抗金
属膜として3000X程度のTiN II勇47を堆積
する(c)。このとき図示のように、WN膜46とTi
N膜47の積層膜はPSGllへ43とsio□膜44
の積層膜による段差部分で段切れが生じる。そこで次に
5xo21t% 44とPSG膜43をエツチング除去
することによシ、WN膜46とTIN膜47からなるダ
ート電極がパターニングされる(d)。この後、CF4
と02によるドライエツチングをわずかに行うことによ
りW、N膜46の側面を後退させる(e)。この後は図
示しないが先の火/it!i例と同(子の工程をη−′
l:て伺ESFETが得られる。
Next, we will discuss an example in which the cutting and turning of the U pole is carried out by lift-off processing using an insulating film Nubesa.
This will be explained with reference to Figures (,) to (e). Semi-insulating Ga
The process is the same as the previous embodiment until the active layer 42 is formed by selectively ion-implanting St+ into the As crystal substrate 41. After that, a PSG film 43 of 8000X was coated on the entire surface of the substrate by CVD method, and then a SiO2 film 43 of 3000X
4 all 44 (a). After forming a photorenost groove 45 having an opening in the gate electrode region, the 5IO2 film 44 and the PSG film 43 are continuously etched using ammonium fluoride (b). PS from the SiO2 film 44
Since the etching speed of the G film 43 is fast, it is possible to perform overhanging etching as shown in the figure. After this, under the same conditions as in the previous example, Q
A WN film 46 of about 2000X is deposited, and then a TiN II film 47 of about 3000X is deposited as a low resistance metal film (c). At this time, as shown in the figure, the WN film 46 and the Ti
The laminated film of the N film 47 is connected to the PSGll 43 and the sio□ film 44.
A step break occurs at the step portion due to the laminated film. Then, by etching away the 5xO21t% 44 and the PSG film 43, a dirt electrode consisting of the WN film 46 and the TIN film 47 is patterned (d). After this, CF4
The side surface of the W, N film 46 is recessed by slightly dry etching with 0.0 and 0.02 (e). After this, it is not shown, but the first fire/it! Same as example i (child process η−′
l: ESFET can be obtained.

この実測例において、W N ll+、!4.61/C
TiN ll・・147を積ねているのは、W N I
Iコ’+のみで十分厚くしてゲート電(但の低抵抗化を
図ろうとするとストレスが大となるため、′rsNII
Q 47によりケ゛−ト′IK極低減化を1゛、つるた
めである。TiN1l’復4vliCF4+ 02K 
ヨるトライエy f 7 F テ’SV N 111J
 46のサイドエツチングを行い所望のケ゛−ト長を得
る」4合のマスクを1にねている。11亡ってこ〕Lら
の機能を果たすもので、イ5れに5、TiN膜以外の金
属を用いることかできる。
In this actual measurement example, W N ll+,! 4.61/C
TiN ll...147 is stacked on W N I
Make the gate voltage sufficiently thick with only Ico'+ (However, if you try to lower the resistance, the stress will be large, so 'rsNII
This is because Q47 reduces the IK pole by 1 degree. TiN1l'fu4vliCF4+ 02K
YORU TRIE Y f 7 F TE'SV N 111J
46 side etching to obtain the desired length of the case. 11) It is possible to use a metal other than the TiN film.

この実施例によれば、先の実施fl;IIと回(・kの
効果か得られる他、り゛ ) ’rli−iq1.の低
抵抗化によシ一層の高速Ij仔か1り能と々る。
According to this embodiment, in addition to obtaining the effect of the previous implementation fl;II and times(·k), 'rli-iq1. By lowering the resistance, even higher speed IJ output is achieved.

なおリフトオフ力11」ニーしジヌトパターンを利用し
て行ってもよい。ただ、レジスト・母ターンを残した状
態で長時間の反応性スパッタを行うとレジストが変性し
、その変形による・やターン変換誤差を生ずる。従って
この実施例のようにPSG膜と5I02膜の積層膜を絶
縁脇ヌベーサとして利用する方が好オしい。
Incidentally, a lift-off force of 11'' and a knee pattern may also be used. However, if reactive sputtering is performed for a long time with the resist/base turns remaining, the resist will denature, resulting in turn conversion errors due to the deformation. Therefore, it is preferable to use a laminated film of a PSG film and a 5I02 film as an insulating side striper as in this embodiment.

ゲート電極を3層榊造としで史にゲート抵抗の低減を1
ン1っだ実施例を第81シa (a)〜(g)を用いて
説明する。半絶縁性GaAs結晶ノ結晶体5)にS t
o 2胆、52をマスクとしてS 1 イオンを50 
keVで2X10 cm 注入し、850℃、15分の
熱処理を行って活性層53を選択的に形成する(、)。
The gate electrode is made of 3-layer Sakaki structure, which reduces the gate resistance by 1.
A single embodiment will be explained using the 81st sheet (a) to (g). S t in semi-insulating GaAs crystalline material 5)
o 2 bile, 52 as a mask and 50 S 1 ions
The active layer 53 is selectively formed by implanting 2×10 cm at keV and performing heat treatment at 850° C. for 15 minutes (,).

この後、第1の実//ili例と同イ娘の午[′にの反
応性スバy タK 、t:すW N IQ 54を10
00 X Jffi J、!目−同−チャンパIf3に
設置〆4してちる゛riターグ°ット、Anターク゛ッ
トを1111次用いて、この−VN II<!s 4土
に500人の’I’iN 1111+55.3000λ
のAu115.j56を連L・シ的にスパッタして堆4
7’j tろ(1])。ぞしてホトレノストをマスクと
してドライエツチングにより上記3層のt:’を層j1
・′l拳を・ゼターニングしてダート電極を形成する(
c)。次いでこのゲートlテ棒をマスクとして再びSI
+イオンを200 keVで3X10 cm 注入して
ダート電極にセルファラインされたイオン注入層57.
58を形成する(d)。そして全白をPSG IF、i
 59でおおい、800℃、10分の熱処理を行って注
入不純物を活性化することによりソース領域57′、ド
レイン領域58′を形成する(o)。この後、PSG脱
59を開口しくf)、Au/AuGeの蒸%’−イ= 
ター = 7 りIFヨf)ソーヌ7h氾1(60、ド
レイン電極61を形成する(g)。
After this, the reactivity of the same girl as in the first fruit//ili example is shown as follows:
00 X Jffi J,! - Set it on the same Champer If3 and use the chiri target and the An target in the 1111th order to create this -VN II<! s 4 Sat 500 people'I'iN 1111+55.3000λ
Au115. Sputter J56 in a continuous L/C manner and deposit 4.
7'j tro(1]). Then, by dry etching using photorenost as a mask, t:' of the above three layers is removed from layer j1.
・Zetern the fist to form a dart electrode (
c). Then, using this gate lte rod as a mask, perform SI again.
An ion-implanted layer 57 in which + ions were implanted at 200 keV to a depth of 3×10 cm and self-aligned to the dart electrode.
58 (d). And all white PSG IF, i
A source region 57' and a drain region 58' are formed by performing heat treatment at 800° C. for 10 minutes to activate the implanted impurities (o). After this, the PSG removal 59 is opened f), and the evaporation percentage of Au/AuGe is
Ter = 7 IF) Saone 7h Flood 1 (60, forming the drain electrode 61 (g).

この実:6f!i例において、ゲート電極の中間層であ
るTiN ll艷、!55は拡散障壁金1.弧として作
用し、又Au″膜、56し1800℃の熱処理後でもそ
の形状を保持している。
This fruit: 6f! In the i example, the intermediate layer of the gate electrode is TiN! 55 is diffusion barrier gold 1. It acts as an arc, and the Au'' film retains its shape even after heat treatment at 56 to 1800°C.

8114図のデータから、aooolの、WN膜のみで
ダート長1μm1ゲート幅20卯りのゲート電p、>を
形成した場合、ケ゛ l”+M、 4ii J4C:抗
はおよそ50Ωとなるが、この実)J1!1例では同じ
」法てゲート抵抗か杓8Ωと大幅に低減lYれる。そし
てこの実施例によるGaAs MESFETで溝底され
、1゛1−Pt−Auで配糾したリングオンレータの測
定結果から、ゲート長11tmに換算して伝達遅延時間
τpdは第1図の従来型に比べて20 psec以上速
いことか抑igされた。
From the data in Figure 8114, when forming a gate voltage p, > with a dart length of 1 μm and a gate width of 20 mm using only the WN film of aoool, the resistance will be approximately 50 Ω, but this actual ) In the case of J1!1, the gate resistance is significantly reduced to 8Ω using the same method. From the measurement results of a ring-on-lator with a groove bottom made of GaAs MESFET according to this example and arranged with 1゛1-Pt-Au, the transmission delay time τpd is equivalent to the conventional type shown in Fig. 1 when converted to a gate length of 11tm. In comparison, it was suppressed to be more than 20 psec faster.

なお、上記実Ali!例のAn ljQをAノ膜として
も同様の結果か得ら才1だ。また3層J?’+造のり゛
−ト電極を先の実施例のようにリフトメン1月1王によ
りパターニングすることも可能である。
In addition, the above actual Ali! The same results can be obtained by using the example AnljQ as an A membrane. 3 layer J again? It is also possible to pattern the ``+'' composite electrode using a liftman as in the previous embodiment.

以上実施例を排げて説明したように、本発明の方法を用
いることによりGaAs ICの高速動作化、高性能化
を図ることができる。
As described above, excluding the embodiments, by using the method of the present invention, it is possible to achieve high-speed operation and high performance of a GaAs IC.

なお、本発明は所定の条件に設置・ビシた反応性スパッ
タ法を用いてW N膜を形成することとしているが、こ
れにより得られるW N j漠の1且成と等しい組成の
WN膜が得られるようK ’Pめ組成を定めたWNター
ゲットを作り、通′帛のス・ゼッタ法でWN膜を形成し
ても同・i−頂のスノJ来が期待できる。
In the present invention, a WN film is formed using a reactive sputtering method under predetermined conditions. Even if a WN target with a determined K'P composition is prepared and a WN film is formed by the conventional S-Zetta method, the same i-top SNO-J can be expected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来fA造のMESFETを示す図、第2図は
本発明において対象とするセルファライン型のMESF
ETを示す図、第3図〜第5図は本発明の方法での数値
限定の根拠を展付けるデータを示す図、第6図(a)〜
(g)は本うE廻jlJの−′寿施例のMESFET坤
造工程を示す図、第7図(、)〜(e)は曲の実ノl1
ij例のIりF25FET 製造工程を示す図、第8図
(a)〜(g)は更に他の実施例のへ化5FET製造二
[稈を示す図である、 31 、’41 + 51”’半絶縁性GaAs結晶基
体、3 3 、4 2 、5 3 ・・ 活十」−j會
 、、ヲ 4 、4 6 、54・・・W N膜、35
,36,57.58・・・イオン注入層、35’、 5
7’・・・ソース領域、36’、5B’・・・ドレイン
領域、38,6Q・・・ソース1(j、 l金、39゜
67− トVイア’+Ilイ;;i、4.9 ・・PS
G JIH:4. 44 =−8r 02膜、47・・
・1“iN膜、55・・’]”iN llf、i 、5
6・・An脱。 出願人イい11人 弁理士 鈴 江 武 外箱1図 か 橡 イ 第2図 、 第3図 Aγ、N2 タ毘4テ〃スl: L’r1.I N2力
°ス39 h W(−PN2/(PN2÷PAr)πt
6 Jb 36 jl 第7 図
Fig. 1 shows a conventional fA MESFET, and Fig. 2 shows a self-line type MESF targeted by the present invention.
Figures showing ET, Figures 3 to 5 are diagrams showing data supporting the basis of numerical limitations in the method of the present invention, and Figures 6 (a) to 5.
(g) is a diagram showing the MESFET construction process of the present E-circuit JlJ example, and Figs.
Figures 8(a) to 8(g) are diagrams illustrating the manufacturing process of an F25FET according to another embodiment of the present invention. Semi-insulating GaAs crystal substrate, 3 3 , 4 2 , 5 3 . . .
, 36, 57.58... ion implantation layer, 35', 5
7'... Source region, 36', 5B'... Drain region, 38, 6Q... Source 1 (j, l gold, 39° 67- + Il;; i, 4.9 ...PS
G JIH: 4. 44 =-8r 02 membrane, 47...
・1"iN film, 55...']"iN llf, i, 5
6. An escape. 11 Applicants Patent Attorney Takeshi Suzue Outer Box Figure 1 or Figure 2, Figure 3 Aγ, N2 T/4 T: L'r1. I N2 force °S39 h W (-PN2/(PN2÷PAr)πt
6 Jb 36 jl Fig. 7

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) GaAs基板にショットキ障壁をつくるダート
電極を形成する工程、このダート電極をマスクとしてイ
オン注入を行い熱処理によシネ細物活性化を行ってソー
スおよびドレイン領域を形成する工程、を有するGaA
s半導体装111の製造方法において、前記ダート電極
は、全体又は少くとも基板と接触する部分が窒化タング
ステン膜であって、との明化タングステン膜を、窒素ガ
ス分圧比が003〜0.2である窒素ガスとアルゴンガ
スの混合ガス中でタングステン・ターゲットをヌパッタ
する反応性スノ!ツタ法によシ形成することを特徴とす
るGaAg半導体装置の製造方〆去。
(1) GaAs having the steps of forming a dirt electrode to create a Schottky barrier on a GaAs substrate, performing ion implantation using the dirt electrode as a mask, and activating the thin film by heat treatment to form source and drain regions.
s In the method for manufacturing the semiconductor device 111, the entire dirt electrode or at least the portion in contact with the substrate is a tungsten nitride film, and the dirt electrode is made of a tungsten nitride film with a nitrogen gas partial pressure ratio of 0.03 to 0.2. A reactive snowball that targets a tungsten target in a mixture of nitrogen and argon gas! A method for manufacturing a GaAg semiconductor device characterized by forming it by the ivy method.
(2) 前記ソースおよびドレイン領域の不純物活性化
の熱処理を750〜850℃で行う特許請求の範囲第1
項記載のGaAg半導体装置の製造方法。
(2) The heat treatment for activating impurities in the source and drain regions is performed at 750 to 850°C.
A method for manufacturing a GaAg semiconductor device as described in 1.
(3) 前記ゲート電極のパターニングは、絶縁膜ヌベ
ーサを用いたリフトオフ加工により行う特許請求の範囲
第1項記載のQa As半導体装俗の製造方法。
(3) The method for manufacturing a QaAs semiconductor device according to claim 1, wherein the patterning of the gate electrode is performed by lift-off processing using an insulating film nubasa.
(4)前記ゲート電極は、反応性ス/?ツタ法による窒
化タングステン膜の土に低砥抗金属脱を積層して形成す
る特許請求の範囲嬉1項ハ「1載のGaAs半導体装置
の製造方法。
(4) Is the gate electrode reactive? A method for manufacturing a GaAs semiconductor device according to claim 1, in which a low abrasive metal removal layer is formed by laminating a tungsten nitride film on top of a tungsten nitride film by the ivy method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016115942A (en) * 2014-12-17 2016-06-23 インフィネオン テクノロジーズ オーストリア アクチエンゲゼルシャフト Semiconductor device and manufacturing method of the same

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