JPS61199667A - 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） 集積回路の高速化に伴ない、ＧａＡｓ電界効果トランジ
スタ（以下、ＦＥＴと称する）の高Ｓ蹟化が丘われてい
る。このＦＥＴは通常半絶縁性ＧａＡｓ基板にＳｉなど
のドナーイオンを選択的に注入して、続いて、活性化の
ためのアニールを行って活性層を形成する。この場合、
Ｓｉイオンを注入する深さ方向のプロファイルが鋭くな
く、すなわち、形成された活性層の基板中での下側の境
界が拡がってしまい、明確な境界を形成することが困難
であった。

これがため、ＦＥＴを製作した場合、高い相互コンダク
タンス（２腸）が得られず、従って、ピンチオフ特性が
悪くなり、ＦＥＴの一層の高速化を図ることが出来ない
という欠点があった。

相互コンダクタンスを高めるためのイオン注入法の代表
的な方法として活性層の下側へ７クセプタ注入を行う方
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））　。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このように活性層の下側にアクセプタを
注入する方法では、アクセプタ注入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
われて素子間分離が不良となると共に、寄生容量が増大
してしまい、素子の動作速度の高速化が妨げられてしま
う。

このように、アクセプタ注入はそ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、活性層の深さ方向のプロフ
ァイルを鋭くして活性層の境界を明確にすると共に、注
入濃度を上げてもＰ反転を起さないような不純物が注入
された構造の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基板にソース及びドレイン償球を有し、これ
らソース及びドレイン領域間に活性層からなるチャネル
領域を有するＧａＡｓ電界効果トランジスタにおいて、
この活性層の下方の領域で最大濃度となるように注入さ
れた■族原子の不純物を含有することを特徴とする（第
１図）。

（作用） このように、活性層の下方領域で最大濃度分布となるよ
うに■族原子の不純物が注入されているので、この不純
物により、活性層の下側境界付近での注入ドナーイオン
の活性化率が悪くなり。

従って当該下側境界が明確となり、注入イオンの深さ方
向のプロファイルが鋭くなる。これがため、　ＦＥＴの
相互コンダクタンスが高くなってピンチオフ特性が改善
され、よってＦＥＴの高速作動化を図ることが出来る。

さらに、■族原子の不純物は多量にドーズしてもＧａＡ
ｓ中でＰ反転を起さないので、不純物注入の最適化を必
要としない。

（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ＧａＡｓ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。ｌは半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板、２及び３は基板１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１例えばシリコン（Ｓｉ）イオンの選択注入
により形成したＹ領域で形成する。４はドナーイオン例
えばＳｉイオンが注入されて形成された活性層であり、
このソース及びドレイン領域２及び３間の活性層４の部
分がチャネル領域５である。尚、Ｗ領域中の活性層４の
部分の境界を図中破線で示しである。６及び７はそれぞ
れソース及びドレイン領域２及び３とオーミック接触さ
せて形成したソース電極及びドレイン電極、８はチャネ
ル領域５の上側の基板面に設けたゲート電極である。

この発明の電界効果トランジスタは基板ｌの表面から、
活性層の下方の領域に最大濃度分布を形成するように、
■族原子例えばボロンＢ、アルミニウム層又はその他の
不純物を注入した構造となっている。この注入不純物濃
度が最大となる領域９を図中斜線を付して示す。

また、この不純物濃度最大領域９とチャネル領域５及び
Ｎ°層２及び３との相対的位置関係はそれぞれ所要に応
じて設定することが出来る。

このように、■族原子の不純物が基板中に注入されてい
るので、注入されたドナーイオンのうち、活性層４の下
側境界を画成する領域のイオンの活性化率が悪くなる。

従って、活性層の裾の拡がりが抑制されることとなり、
よって、活性層２の下側境界が明確となる。すなわち注
入ドナーイオンの深さ方向のプロファイルが鋭くなる。

また、この不純物として注入する■族原子は大量に注入
してもＰ反転を起さないので、素子分離の不良化とか、
寄生容量の増大とかの恐れはない。

次に、この発明の発明の理解を容易にするため、　’Ｇ
ａＡｓ電界効果トランジスタの製造方法につき第２図（
Ａ）〜（Ｄ）及び第１図を参照して簡単に説Ｉ！ＩＩす
る。

先ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板ｌにイオン注入マスク＋４
ａであるレジストを設け、ｂＡいてドナーとなるＳｉを
加速エネルギー８０ｋｅＶ及びドーズ量１．５〜４ＸＩ
Ｏ”７ｃｍ２　という条件で選択的にイオン注入し、活
性層４を形成し第２図（Ａ）に示すようなウェハ構造を
得る。この段階では、図中活性層４の下側境界を実線で
示しているが、実際には明確な境界を有していないで、
拡がりをもって分布している。

その後レジスト１４ａを除去し、続いて基板ｌの全面に
Ｂのイオン注入を加速エネルギー８０ｋｅＶ及びドーズ
量Ｉ　Ｘ　１０　７ｃｍ２の条件で行って、活性層４の
下方に不純物最大注入領域９を形成するよう濃度分布に
する（第２図（Ｂ））。

次に基板１の全表面にアニール保護膜として酸化珪素膜
（５ｉ０２　）或いはその他の絶縁膜（図示せず）を１
０００人の厚みで被着し、８００℃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−ＡＱを１０００人の厚みで、続いて、酸化
珪素膜（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１３
を２５００人の厚みで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／Ｎｉ層１３をマスクとして反応性イオンエ
ツチングを行い、Ｗ−Ａｌ１層１１及び酸化珪素膜１２
をゲートパターン状にエツチングし、ゲート電極８を形
成する。エツチングは例えばＳＦ、のガスを用い、ソノ
流量を８３．４ＳＣＣＭトＬ、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
１の領域外の基板面上にイオン注入マスク１４ｂとして
レジストを設け、このレジスト１４ｂとＴｉ／Ｘｉ層１
３をマスクとして用いて、Ｓｉイオンを基板ｌ中に選択
的に注入し、セルファライン的にｔ領域１５及び１６を
形成する（第２図（Ｄ））、この場合、この「領域１５
及び１８は活性層４の下側のＢの最大濃度領域９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）　１４ｂを除去し、Ｔｉ／旧暦１３及び酸
化珪素１１１１２を除去し、Ｎ′領域１５及び１６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／Ｘｉ／Ａｕ）　６及び７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ｌＩＬ■の電界
効果トランジスタについて、活性層へ（Ｆ）　Ｓ　ｉの
注入量（横軸に示す）としきい値電圧（ｖ　ｔｈ）（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は比較のためＢ注入がない場合のＦＥＴの特性を
示し、直線すはＢを加速エネルギー８０ｋｅＶ及びドー
ズ量Ｉ　Ｘ　１０”　／　ｃ■２の条件で注入した場合
の特性を示し、直線Ｃは加速エネルギー８０ｋｅＶ冒３ 及びドーズ量ｌＸｌ０　７ｃｍ２で注入した場合の特性
を示す。

この第３図に示す結果からも理解出来るように、Ｂ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ｖｔｈは直線ａの場合よりも直線す及びＣ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
プロット点が直線す及びＣ上によくのっているので、活
性層４（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ａよりも直ｌｉＣ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が少なくなると思われる。

第４図（Ａ）及び（Ｂ）はＢ注入を行わなかった場合及
びＢ注入を行った場合の、ゲート長ＩＪＬ１１及びゲー
ト幅１ＯＩＬ層の電界効果トランジスタの静特性を示す
特性曲線図であり、横軸にドレイン電圧を示し、縦軸に
ドレイン電流を示し、ゲート電圧をパラメータとして示
す、Ｂ無注入のトランジスタのＳｉ注入量は２．２　Ｘ
ＩＯ／Ｃｍ２とし、ざらにＢ注大のトランジスタではＢ
を８０ｋｅＶの加速エネルギー及びＩ　Ｘ　１０　　／
ｃ＋ｓ２のドーズ量で注入しかつｓｉミノ入量を３．３
　ＸＩＯ７ｃｍ２とした。このＦＥＴは第３図のプロッ
ト点Ｘ及びＹに対応する。

これら図において、一番上側の曲線はゲート電圧がＯｖ
の場合で、順次に−０，Ｉ　Ｖづつ変えていき、一番下
側の曲線ではゲート電圧を−０，８ｖとした場合である
。

この実験結果から理解出来るように、ゲート電圧が０〜
−０．１ｖで、ドレイン電圧がｉ、ｓ　ｖであるときの
相互コンダクタンスは、第４図（Ａ）に示すＢの無注入
の場合には、１２０■Ｓ／■■であり、これに対し第４
図（Ｂ）に示すＢを注入した場合には、相互コンダクタ
ンスは１４０１Ｓ／Ｓ腸となり、Ｂ注入を行った場合の
ＦＥＴの方が高い値となる。

また、飽和特性もＢ注大の方が良い。

また、ゲート電圧が−０，８ｖの時、第４図（Ｂ）に示
すＢ注入を行ったＦＥＴの方がＢ注入を行わなかったＦ
ＥＴの場合よりも、ドレイン電圧を高めた時のドレイン
電流の増加が少ないので、ピンチオフ特性が優れている
ことが分かる。

なお、上述した実施例では、ボロンＢを注入不純物とし
て用いたが、アルミニウム層或いは他の■族原子を用い
ても同様な効果を期特出来る。

（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、活性層の下側に最大濃
度領域が形成されるような分布となるようにボロンＢ、
アルミニウム層或いはその他の■族原子を不純物として
注入してあり、そして。

この不純物が活性層を形成するイオン特に下側の境界を
画成する領域内のイオンの活性化率低減するので、活性
層の下側境界が従来よりも一層明確となる。これがため
、　ＦＥＴ特性例えばの相互コンダクタンス、飽和特性
或いはピンチオフ特性が従来よりも著しく良くなり、そ
の結果素子の高速化が期特出来る。

さらに、この発明では、■族原子を不純物として注入す
るので、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、素子間分離の不良化とか寄生容量の増
大とかの問題が発生する恐れがない。

さらに、この■族原子の注入により、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
ｓ電界効果トランジスタ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（Ａ）及び（Ｂ）はこの発明のＧａＡｓ電界効果
トランジスタ静の特性の説明に供する特性曲線図である
。 ■・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、２・・・ソース領域３
・・・ドレイン領域、　　４・・・活性層５・・・チャ
ネル領域、　　　６・・・ソース電極７・・・ドレイン
電極、　　８・・・ゲート電極９・・・不純物最大濃度
領域 １４ａ　、　　１４ｂ・・・イオン注入マスク１１・・
・ゲート金属層、　　１２・・・酸化珪素膜１３・・・
Ｔｉ／Ｎｉ層、　　　　１５．１８・・・開領域第１図 １：でｔ績９ＥＧ久Ａｓ基販 ２：　ソース４織 Ｊ：　ドしイン４啄 ４：蓚ｐＬ４ ５”ｒｔキル４Ｉ俣 ６：　ソース電極 ７；　ドレイン４１揄 ８：　プ゛−トｆ＆ ｑ：耳托！ＩＩＩＪ最八１崖句域 ロ ０ｆ２３４ ５１はλ量（ｃｍ−’）ｘ７０“ 第４図 ドレインｔＬ ドレ４ン電反 手続７市１１三書

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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活性層から
   なる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、該活性層の下方の領域で最大濃度となるよ
   うに注入されたIII族原子の不純物を含有することを特
   徴とするＧａＡｓ電界効果トランジスタ。
2. （２）III族原子の不純物をボロンＢ又はアルミニウム
   Ａｌとした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。