JPS61163662A - 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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JPS61163662A
JPS61163662A JP336185A JP336185A JPS61163662A JP S61163662 A JPS61163662 A JP S61163662A JP 336185 A JP336185 A JP 336185A JP 336185 A JP336185 A JP 336185A JP S61163662 A JPS61163662 A JP S61163662A
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JP
Japan
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dummy gate
layer
sio2
gate
source
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JP336185A
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English (en)
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Yoshihisa Oishi
大石 喜久
Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
Susumu Takahashi
進 高橋
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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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
    • H01L29/10Semiconductor 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 not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/107Substrate region of field-effect devices
    • H01L29/1075Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
    • HELECTRICITY
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    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はシ′ヨツトキーゲート電界効果トランジスタ(
MESFET)に係り、超高速のコンピュータや通信回
路に好適な、高性能FETを提供することにある。
〔発明の背景〕
第1図に従来のFETの断面図を示す。このFETでは
、G a A s基板1の表面部に形成されたチャネル
層2の上に形成したゲート電極3とn+ソース/ドレイ
ン領域4,4′とが自己整合されており、寄生抵抗が低
減されることにより高性能化が達成されている。5,6
はそれぞれソース/ドレイン電極である。
しかしながら、この構造のFETではゲート長7が1μ
m以下になると第2図に示すように、ゲート長が短くな
るにしたがって、しきい値電圧値が負側にずれるという
現象がある。これはMESFETの短ゲート効果と称し
ており、原因としては、n1ソース/ドレイン領域の接
近によってチャネル層2の下の基板側に電子が注入され
、基板を通してソース5.ドレイン6間に電流が流れる
ためと考えられている。また、この現象が顕著になると
、ピンチオフするに必要なゲート電圧が増加し、FET
の性能劣化を生じる。
これを防ぐ方法としては、特願昭56−196808、
や昭和59年度電子通信学会予稿集248に提案されて
いるように、FETの下部にチャネルストッパとして、
P型層8を設け(第3図)基板1への電流のまわり込み
を防ぐ方法が考えられ、短ゲート効果が著しく低減され
ることが報告されている。
このFETの主な作製手順は以下の通りである。
まず、n゛ソース/ドレイン領域4,4′及びチャネル
層2のためのn型不純物、たとえばSiイオンを注入し
た後、約800℃のアニールを行って、導電層を形成し
てから、p型層8の形成を行う。P型不純物としては、
MgやBeが用いられているが、これらは、活性化温度
が低いとともに。
拡散係数が大きいために、700℃前後でアニールを行
う必要があり、n型不純物アニールの後に。
p型層を形成するわけである。
しかしながら、この制約のために、ゲート電極とn4ソ
ース/ドレイン領域との自己整合は困難になる。すなわ
ち、上記の自己整合は、一般に、″耐熱金属ゲートをマ
スクとして、n+層用の不純物注入を行うことによって
成されており、n+層層形暗時は、すでにゲート電極が
形成されており第3図に示すゲート電極の下に、p型層
の形成された構造のFETを自己整合によって作製する
ことは困難である6 〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来のp型層埋込み型FETの上記の
間層を解決し、自己整合型FETにおいてP型層形成を
可能とし、短ゲート効果の小さい高性能のFETを提供
することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明においては、第4図に示すようにn型チャネル層
2と14ソース/ドレイン領域4,4′形成後に、ダミ
ーゲートの反転パターンをマスクとして、P型層8用イ
オン注入をし、低温アニールで活性化を行うことで、n
型チャネル層下部にp型層を要した構造を形成し、n+
ソース領域から基板への電子の注入を防止することによ
り、短チヤネル効果を低減し、高性能のFETを達成し
た。
〔発明の実施例〕
以下1本発明の実施例を第5図により説明する6本実施
例は、G a A s基板上に形成した自己整合型ME
SFETに本発明を適用した例であるが、基板としては
GaAsに限らず、InP、InGaAsやGaAQA
s、InGaAsP等の化合物半導体等を用いてもよい
第5図は、本実施例の素子の作製プロセスと完成例の断
面構造を示す。本実施例の素子作製にあたフては、まず
第5図(a)に示すように、GaAs基板lに、ホトレ
ジスト膜10のパターンをマスクとじて、イオン注入を
行い、チャネル2を形成する。注入イオンとしてはS1
4を使用し、注入エネルギーは30KeV、ドーズ量は
、ノーマリオフ型の場合2.5X10”a#、ノーマリ
オン型の場合5.5XIO12ciJである。】0はF
ETの領域外をマスクするためのホトレジス1〜膜であ
る。
次に第5図(b)に示すように、チャネル層上にホトリ
ソグラフィプロセスを用いて、笠付きのダミーゲート1
1を形成する0図中12として示したのは笠状部を示し
ている。ダミーゲートには、プラズマCVD(Chem
ical Vapour Deposition)で形
成したSiN膜を用い、笠にはホトレジストのパターン
を用いる。ダミーゲートパターンはCF4+02ガスを
用いた反応性ドライエツチングでホトレジストパターン
12を、マスクとしてエツチングすることにより形成す
る。
この笠はソース/ドレイン領域4,4′を形成するため
のイオン注入のマスクであり、この笠によって、ソース
/ドレイン領域とゲートrj、FAを。
空間的に分離しゲート耐圧の劣化を防止する。このため
、笠のつばの部分12’の長さは、0.2〜0.3μm
が適当である。このイオン注入の条件は、100KeV
、2X 1013Uである。10′はIOと同様イオン
打込み用のホトレジストマスクである。
次に第5図(c)のようにホトレジストを除去した後、
CVD  5xOz膜13を形成し、!]2雰囲気中で
、800℃、15分のアニールを行い、チャネル層2と
ソース/ドレイン領域4,4′を活性化する。
次に第5図(d)のように、ダミーゲート反転パターン
形成のために、ホトレジスト14を用いて表面平坦化を
行う。
次に第5図(e)に示すようにホトレジスト14の上半
分を02プラズマで除去した後、ダミーゲートとその上
の5in2膜を反応性ドライエツチングで除去する。反
応性ガスには、5IO2膜にはCF4+■■2ガス、S
iN膜にはCF4+02ガスを用いる。
次に第5図(f)に示すように、ダミーゲート反転パタ
ーンをマスクとして、p型層形成を行う。
P型不純物としては、Beを使用し、注入条件は60K
eV、2X10”fflである。この時、注入層の中心
深さは0.16μmである。またP型層形成用の不純物
イオンとしてはMgやCを用いてもよい6 次に第5図(g)に示すように、ホトレジストを除去し
た後、P型層活性化のためSiN膜1膜製5成し、70
0℃、20分の低温アニールを行う。
次に第5図(h)に示すように、ゲート電極3を形成す
るため、SiN膜を反応性ドライエツチングで除去し、
5in2膜をマスクとして、ゲー!−金属3’ (Ti
/Pj/Au)を蒸着、リフトオフする。また、ホトリ
ソグラフィ技術を用いて。
SiO2膜上にゲート穴より少し大きめのパターンをホ
トレジストで作り、ゲート金属をリフトオフしてもよい
最後に第5図(i)に示すように、ソース/ドレイン電
極5,6をリフトオフ法を用いて形成、アロイし、FE
Tを完成する。
以」二のプロセスにより、n5チャネル層2の下部にP
型層8が形成され、ソース/ドレイン領域からの基板へ
の電子の注入が防がれるため、短ゲト効果のないFET
の形成が可能となる。
また1本実施例の特徴は、ダミーゲートの反転パターン
を形成した後、その開口部にP型層形成用のイオン注入
を行うところにあり、ダミーゲート11及びその反転パ
ターン形成用の絶縁膜13の材質は上記のそれぞれSi
N膜とSj、02膜に限定されるものではなく、互いに
エツチングに対して選択性のある材質であれば何でもよ
く、それぞれホトレジスト膜−スバッタSio2膜、ホ
トレジスト膜−スバッタSiN膜、Sin、膜−8iN
暎等の組合わせも可能である。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば、ダミーゲートのパターン反転を
眉いて、ゲート電極とソース/ドレイン領域が自己整合
されたFETにおいて、ソース/ドレイン領域から基板
への電子の注入を防止することができ、短ゲート効果の
ない高性能のFET作製が可能となる。
また、P型層を形成した後、高温のプロセスを経ずにF
ETを完成できるので、P型層の拡散が図は本発明を説
明するための断面図、第5図は本発明の実施例のFET
の作裏手順を示す装置の断・面図である。
lは半導体基板、2はチャネル層、3はグー1−電極、
4,4′はソース/ドレイン領域、5,6はソース/ド
レイン電極、8はp型埋込み層である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、所定の半導体基板上に活性領域を形成する工程、前
    記活性領域上に少なくとも上部に位置する第1および下
    部に位置する第2の部分から成り、且前記第1の部分は
    ソースとドレインの間隔の幅を持ち、前記第2の部分は
    ゲート電極の幅とするところのダミー・ゲートを形成す
    る工程、前記ダミー・ゲートをマスクとしてソースおよ
    びドレイン領域形成のためのイオン注入を行なう工程、
    前記ダミー・ゲートの第1の部分を除去する工程、これ
    までの工程で準備した半導体基板上に絶縁膜を形成する
    工程、前記ダミー・ゲートの第2の部分および少なくと
    もこの上部の絶縁膜を除去する工程、ダミー・ゲートの
    第2の部分の除去した開孔を通してイオン注入を行ない
    島状の高濃度不純物領域を形成する工程、該島状高濃度
    不純物領域を活性化する工程、ゲート電極を形成する工
    程、前記絶縁膜を除去する工程、ソースおよびドレイン
    電極を形成する工程を有することを特徴とする電界効果
    トランジスタの製造方法。
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