JPS61194878A - ＧａＡｓ電界効果トランジスタ - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明はＧａＡｓ電界効果トランジスタに関する。

（従来の技術） 半導体素子の高集積化に伴ない、電界効果トランジスタ
のゲートしきい値電圧のバラツキを低減する方法が提案
されている（文献：電子通信学会技術報告書、ＭＷ８１
−９８（１９８２））　。

第５図は、ゲートしきい値電圧を揃えるための従来のＧ
ａＡｓショットキゲート電界効果トランジスタ（ＧａＡ
ｓＭＥＳ　ＦＥＴと称する）の構造の一例を模式的に示
す断面図である。この構造によれば、２０はＧａＡｓ基
板、２１及び２２は基板表面から基板中に形成されたド
レイン及びソース領域を形成するＮ″層。

２３は活性層（Ｎ’滑層中の境界を破線で示す）からな
るこれら領域２１及び２２間のチャネル領域、２４はド
レイン電極、２５はソース電極、２６はゲート電極であ
る。さらに、２７はこのチャネル領域２３の下側の基板
中に設けたアクセプタ層である。

このアクセプタ層２７が形成されていない従来構造のＧ
ａＡｓ　ＭＥＳ　ＦＥＴでは、ゲート長が短くなると。

チャネル以外の経路（チャネルの下側）を流れるキャリ
アが増加するため、　　ＮＥＴのドレインコンダクタン
スが上昇し、ピンチオフ特性が悪くなる。

これがため、　ＦＥＴのゲートしきい値が低下、すなわ
ち、負の方向に大きく変動してしまうといった短チヤネ
ル効果が顕著に現われる。

そこで、図示のように７クセブタ層２７をチャネル領域
２３の下側に設け、チャネル領域２３の下側のキャリア
経路を遮断し、短チヤネル効果を抑制するようになして
いる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようにチャネルの下側にアクセプタ
層を設ける方法では、アクセプタ層の濃度を高くすると
その部分がＰ反転を起し、これがため基板の半絶縁性が
失われてしまう、従って、アクセプタ層の濃度を最適化
する必要があるがその制御が困難であった。

従って、この発明の目的は短チヤネル効果を抑制する従
来のアクセプタ層の代わりに、このアクセプタ層と同等
な効果を発揮すると共に濃度を上げてもＰ反転を起さな
い層を有するＧａＡｓ電界効果トランジスタを提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、半絶縁
性ＧａＡｓ基板ｌにソース及びドレイン領域２及び３を
有し、これらソース及びドレイン領域２及び３間にチャ
ネル領域４を有するＧａＡｓ電界効果トランジスタにお
いて、チャネル領域４の下側に酸素注入層５を具えるこ
とを特徴とする（第１図）。

（作用） このように、チャネル領域４の下側に酸素注入層５を設
けたので、従来のアクセプタ層と同様に短チャンネル効
果を抑制出来、従って、集積化した各電界効果トランジ
スタのゲートしきい値を揃えることが出来る。

さらに、酸素は多量にドーズしてもＧａＡｓ中でＰ反転
を起さないので、従来のアクセプタ層の場合とは異なり
、酸素のドーズ量の最適範囲は広く、従ってその最適化
の制御が容易である。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明のＧａＡｓ電界効果トラ
ンジスタの一実施例につき説明する。尚、各図はこの発
明を理解出来る程度に概略的に示しであるにすぎず、従
って、各構成成分の形状、寸法及び配置関係については
、適宜に変更することが出来ること明らかである。また
、各図は断面図であるが、断面を表わすハツチング等は
特別の場合を除き省略する。

第１図はこの発明のＧａＡｇ電界効果トランジスタの一
実施例を概略的に示す断面図である。１は半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板、２及び３は基板ｌに設けたソース及びドレイ
ン領域で通常は表面空乏層を少なくするために基板面か
ら基板中に形成した開領域で形成する。４はこのソース
及びドレイン領域２及び３間の活性層６で形成したチャ
ネル領域である。尚、ド領域中の活性層の部分の境界を
図中破線で示しである。７及び８はそれぞれソース及び
ドレイン領域２及び３上の基板面にオーミック接触によ
り形成したソース電極及びドレイン電極、９はチャネル
領域４の上側の基板面に設けたゲート電極である。

これらの構造は第５図に示した従来の電界効果トランジ
スタの構造と変らないが、この発明の電界効果トランジ
スタはチャネル領域４の下側に従来のアクセプタ層とは
異なり酸素注入層５を具える構造となっている。

この場合、酸素イオンを基板面から基板中へと注入し、
チャネル領域４及びｔ領域２及び３の下側に酸素注入層
５を形成し、図中斜線を付して示した領域５ａでこの注
入層５の酸素濃度が最大及び最大に近い値となるような
濃度分布にする。

この酸素注入層５は図示例のように基板ｌ内にソース、
チャネル及びドレインの各領域２．３．４の下側に延在
するように設けても良いし、チャネル領域４の下側に部
分的に設けても良い。

また、この酸素注入層５の酸素濃度最大領域５ａとチャ
ネル領域４との相対的位置関係は所要に応じて設定する
ことが出来る。

また、この不純物として注入する酸素は大量に注入して
もＰ反転を起さないので、安心して酸素注入層５を形成
することが出来る。

次に、この発明の電界効果トランジスタの製造方法につ
き第２図（Ａ）〜（ロ）及び第１図を参照して簡単に説
明する。

先ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１にイオン注入マスクｌＯ
を設け、続いてドナーとなるＳｉを加速エネルギー　８
０ｋｅＶ及びドーズ量１．５〜４　Ｘ　１０　　／　Ｃ
１１２という条件で選択的にイオン注入し、活性層６を
形成し第２図（Ａ）に示すようなウェハ構造を得る。

その後マスクｌＯを除去し、続いて基板１の全面に酸素
のイオン注入を加速エネルギー１００ｋｅＶ及びドーズ
量１〜２　Ｘ　１０　　／ｃｒａ２の条件で行って、チ
ャネル領域４を形成すべき活性層２の下側に酸素注入層
５を形成して、その酸素濃度がピークとなる領域５ａを
形成する（第２図（８））。

次に基板ｌの全表面にアニール保護膜として酸化珪素膜
（５ｉ（ｈ　）或いはその他の絶縁Ｈ（図示せず）を１
００ＯＸの厚みで被着し、ｓｏｏ”ｃの温度でアニール
を行って注入したＳｉイオンの活性化を行う０次に、こ
の保護膜をＨＦで除去し、基板面にゲート金属層１１で
ある例えばＷ−Ｍを１０００人の厚みで、続いて、酸化
珪素Ｍ　（５ｉ０２　）　１２を５００人の厚みで順次
に被着した後、この酸化珪素膜１２上にＴｉ／Ｘｉ層１
３を２５００人をリフトオフ法を用いてゲートパターン
状に蒸着形成し、第２図（Ｃ）に示すウェハ構造を得る
。

次にＴｉ／Ｘｉ層１３をマスクとして反応性イオンエツ
チングを行い、Ｗ−Ｍ層１１及び酸化珪素１ｔｌ１２を
ゲートパターン状にエツチングする。このエツチングは
例えばＳＦものガスを用い、その流量を６３．４３ＣＣ
Ｍとし、パワーを１００Ｗとして行った。続いて、ソー
ス及びドレイン領域とすべき基板ｌの領域外の基板面上
にイオン注入マスクとしてレジス）１４を設け、このレ
ジスト１４とＴｉ／Ｘｉ層１３をマスクとして用いて、
Ｓｉイオンを基板１中に選択的に注入し、セルファライ
ン的に開領域１５及び１８を形成する（第２図（Ｉｔ）
）、この場合、この開領域１５及び１Ｂは活性層６の下
側の酸素濃度最大領域５ａに達しない深さまで形成する
のが好適である。

次に、レジスト１４を除去し、Ｔｉ／Ｎｉ層１３及び酸
化珪素膜１２を除去し、Ｗ領域１５及びＩＢの７ニール
を８００℃の温度で１５分間行い、続いて、オーミック
金属（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）　７及び８を被着しオー
ミックシンターを行ってソース及びドレイン電極を形成
し、　ＧａＡｓ電界効果トランジスタを完成する（第１
図参照）。

このようにして作製した例えばゲート長ＩＩＬ層の電界
効果トランジスタについて、活性層のＳｉの注入量（横
軸に示す）としきい値電圧（Ｖｔｈ）　　（縦軸に示す
）との関係を比較例と共に第３図に示す。

直線Ａは酸素を加速エネルギー１００ｋｅＶ及びドーズ
量１×ｌＯ／ｃＩ１２の条件で注入した場合であり、直
線Ｂは酸素を加速エネルギー１００ｋｅＶ及びドーズ量
２　Ｘ　１０　　／　ｃｍ２で注入した場合である。こ
れに対し、直線Ｃで示す比較例は酸素注入を行わなかっ
た場合である。また、直線りの比較例は炭素を加速エネ
ルギー８（ｌｋｅＶ及びドーズ量５　Ｘ　１Ｇ”７ｃｍ
２の条件で注入した場合である。

この第３図に示す結果から、酸素の注入によって若干の
キャリアが殺されるため、しきい値電圧は直線Ｃの場合
よりも直線Ａ及びＢの場合が正の方向にずれていること
が分かる。また、実験を行ったプロット点が直線Ａ及び
Ｂ上によくのっているので、活性層６（第１図参照）へ
のＳｉの注入量としきい値電圧との関係には再現性があ
ると結論することが出来る。

また、直線Ｃよりも直線Ａ及びＢの方が傾きが緩やかで
あるので、Ｓｉの注入量に対する電界効果トランジスタ
のしきい値電圧のバラツキを低減することが出来る。

第４図は電界効果トランジスタのゲート長（横軸に示す
）としきい値電圧（縦軸に示す）との関係を比較例と共
に示す特性曲線図である。

曲線Ｅは活性層へのＳｉを加速エネルギー８０ｋｅＶ及
びドーズ量２．２　ＸＩＯ７ｃｍ２の条件で行い、チャ
ネル領域の下側に酸素注入を行わない場合である０曲線
Ｆの比較例は活性層へのＳｉを加速エネルギー［ｔＯｋ
ｅＶ及びドーズ４：３．３　Ｘ　１０”　／　ｃｍ２の
条件で行い、チャネル領域の下側に加速エネルギー１０
０　ｋｅＶ及びドーズ量２　Ｘ　１０”　／　ｃ＋ｗ２
で酸素注入を行った場合である。さらに１曲線Ｇの比較
例は従来のアクセプタ層の一例を示し、活性層へのＳｉ
の注入条件は曲線Ｆの場合と同じで、アクセプタである
炭素を加速エネルギー８０ｋｅＶ及びドーズ量５×１０
／ｃ１１２の条件で注入した場合を示す。

この実験結果から、曲線Ｅのトランジスタはチャネル領
域の下側に不純物を注入していないため、ゲート長が５
ル腸とＩｇｍの場合でのしきい値電圧の差は２５５鱈も
あり、短チヤネル効果によるしきい値電圧の変動が大き
いことが分かる。

これに対し、チャネル領域の下側に酸素注入を行った曲
線Ｆのトランジスタはそのしきい値電圧の差は１００ｍ
Ｖにとどまっている。

さらに、炭素注入を行った曲線Ｇのトランジスタはその
しきい値電圧の差は１１３ｍＶであり、同様に短チヤネ
ル効果を抑制していることが分かる。

（発明の効果） 上述した説明から明らかなように、この発明のＧａＡｓ
電界効果トランジスタによれば、チャネル領域の下側に
酸素注入層を設けた構造となっているので、アクセプタ
層を設けた従来構造と同様に。

短チヤネル効果を充分に抑制することが出来る。

さらに、この発明では、酸素注入層を設けているので、
注入する酸素はこれを大量にドーズしてもＧａＡｓ中で
Ｐ反転を起さないので、ドーズ量の最適化の条件は従来
の７クセプタよりも厳格にしなくて良い、さらに、この
酸素注入層により、しきい値電圧のバラツキを低減する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のＧａＡｓ電界効果トランジスタの構
造の一実施例を示す略図的断面図、第２図（Ａ）〜（Ｄ
）はこの発明のＧａＡｓ電界効果トランジスタの製造方
法を説明するための工程図。 第３図はこの発明のＧａＡ＋電界効果トランジスタの活
性層のＳｉ注入量としきい値電圧との関係を示す特性曲
線図。 第４図はこの発明のＧａＡｓ電界効果トランジスタのゲ
ート長としきい値電圧との関係を示す特性曲線図、 第５図は従来のＧａＡｓ電界効果トランジスタの構造及
び特性を説明するための略図的断面図をである。 ｌ・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・ソース領域３
・・・ドレイン領域、　　　４・・・チャネル領域５・
・・酸素注入層、　　　６・・・活性層７・・・ソース
［極、　　　　　８・・・ドレイン電極９・・・ゲート
電極、　　　１０・・・イオン注入マスク１１・・・金
属層、　　　　　１２・・・酸化珪素膜Ｉ３・・・Ｔｉ
／Ｎｆ層、　　　　　１４・・・レジスト１５・・・開
領域（又はソース領域） １Ｂ・・・開領域（又はドレイン領域）。 特許出願人　　　　沖電気工業株式会社第１図 １：口台維ｅａＡ５基稙　　　６：濱１特２：゛ｌ−ス
期ト販　　　　　　　　　　７：ソース（Ｊ伽に　ドＬ
イン４ｆＩｔＫｌ：　ドμイン１！瘉４　：＋〜キルｎ
ｔｇ　　　　　　　　　　　ｑ：　り一一ト電株５　：
餞奉う主へ層 ｓａ：ｍｔ、ｎｆｌａｘｎ＊ 第５図 第３図 Ｓｉ　蓬ｘｔ　　（ｃｍ−２）ｘ　１０″第４図 ケ゛−ト奎　（ＰｒｒＩ） 手続上１３　ｒＥ　：り 昭和６１年５月２０［１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半絶縁性ＧａＡｓ基板にソース及びドレイン領域を有
   し、これらソース及びドレイン領域間にチャネル領域を
   有するＧａＡｓ電界効果トランジスタにおいて、該チャ
   ネル領域の下側に酸素注入層を具えることを特徴とする
   ＧａＡｓ電界効果トランジスタ。