JPS6156873B2 - - Google Patents

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JPS6156873B2
JPS6156873B2 JP12629379A JP12629379A JPS6156873B2 JP S6156873 B2 JPS6156873 B2 JP S6156873B2 JP 12629379 A JP12629379 A JP 12629379A JP 12629379 A JP12629379 A JP 12629379A JP S6156873 B2 JPS6156873 B2 JP S6156873B2
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JP
Japan
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insulating film
gate
diffusion layer
field effect
mask
Prior art date
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Application number
JP12629379A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5650572A (en
Inventor
Goji Kawakami
Masamichi Okamura
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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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
    • H01L29/66Types 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
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浮遊容量が小さく、高周波動作が可
能な絶縁ゲート形電界効果トランジスタ及びその
製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate field effect transistor that has small stray capacitance and is capable of high frequency operation, and a method for manufacturing the same.

絶縁ゲート形電界効果トランジスタを高周波
化、高速化するには、浮遊容量、例えばゲート・
ソース間の容量Cgs、ゲート・ドレイン間の容量
Cgd等を極力小さくする必要がある。そのため、
Siの電界効果トランジスタでは、拡散またはイオ
ンの打込みを使つたセルフアライン法が採用され
ている。このセルフアライン法は、例えば、ゲー
ト酸化膜及びゲート電極を形成した後、それをマ
スクにして拡散またはイオンの打込みを行ない、
ソース・ドレインを作成している。このような構
成を作るには、Siと酸化膜界面の電気特性が拡散
あるいはイオン打込み後の熱処理時の高温で劣化
しないことが必要である。また熱硬化SiO2をゲ
ート酸化膜に用いるため、上記のセルフアライン
法が可能である。
In order to increase the frequency and speed of insulated gate field effect transistors, stray capacitance, such as gate
Capacitance between source Cgs, capacitance between gate and drain
It is necessary to minimize Cgd, etc. Therefore,
Si field-effect transistors employ self-alignment techniques using diffusion or ion implantation. In this self-alignment method, for example, after forming a gate oxide film and a gate electrode, diffusion or ion implantation is performed using the gate oxide film and gate electrode as a mask.
Creating source/drain. To create such a structure, it is necessary that the electrical properties of the interface between the Si and the oxide film do not deteriorate at high temperatures during the heat treatment after diffusion or ion implantation. Furthermore, since thermosetting SiO 2 is used for the gate oxide film, the above-mentioned self-alignment method is possible.

ところで、GaAs、InPのような化合物半導体
は単一成分でないため、熱分解が問題となり、高
温処理によりその表面結晶に劣化を生ずる。この
ため、拡散の熱処理後も良好な界面特性を維持す
るが、結晶表面の劣化を阻止するような絶縁膜は
見出だされていないため、化合物半導体の絶縁ゲ
ート形電界効果トランジスタでは、Siとは別の構
造および製造法が採用されている。これを反転形
nチヤネルInP−絶縁ゲート形電界効果トランジ
スタで説明すると、第1図に示したように、まず
p形または半絶縁性InP基板1の全面にn形拡散
層2を形成する。これにはn形のエピタキシヤル
成長やイオン打込みでもよいが、最も簡単な方法
では、熱拡散が用いられる。第1図では、n形拡
散層2としてイオウの拡散層を用いたものが示さ
れている。次に、ソース電極3a、ドレイン電極
3bを形成した後、第1図bに示したようにn形
拡散層2の上にマスクとしてレジスタ6を形成
し、拡散層2の一部(ゲートに相当する部分7)
をエツチングし、第1図cに示したように、p形
または半絶縁性基板1の表面を露呈する。その
後、レジスト6を剥離し、第1図aに示したよう
に、ゲート絶縁膜4及びゲート電極5を形成す
る。
By the way, since compound semiconductors such as GaAs and InP do not have a single component, thermal decomposition becomes a problem, and high-temperature treatment causes deterioration of their surface crystals. For this reason, although good interface properties are maintained even after diffusion heat treatment, no insulating film has been found that prevents the crystal surface from deteriorating. has a different structure and manufacturing method. To explain this using an inverted n-channel InP-insulated gate field effect transistor, as shown in FIG. 1, an n-type diffusion layer 2 is first formed on the entire surface of a p-type or semi-insulating InP substrate 1. This may be accomplished by n-type epitaxial growth or ion implantation, but the simplest method uses thermal diffusion. In FIG. 1, a sulfur diffusion layer is used as the n-type diffusion layer 2. Next, after forming a source electrode 3a and a drain electrode 3b, a resistor 6 is formed as a mask on the n-type diffusion layer 2 as shown in FIG. Part 7)
The surface of the p-type or semi-insulating substrate 1 is exposed as shown in FIG. 1c. Thereafter, the resist 6 is removed, and a gate insulating film 4 and a gate electrode 5 are formed as shown in FIG. 1a.

このように構成された絶縁ゲート形電界効果ト
ランジスタの浮遊容量であるゲート・ドレイン容
量Cgd、ゲート・ソース容量Cgsの大きさは、ゲ
ート電極5のソース領域またはドレイン領域との
重なり部分8a,8bの大きさに比例する。従つ
て、この電界効果トランジスタを高速化するため
には、この重なりを小さくする必要があるが、こ
れにはフオトエツチング技術、特にマスク合わせ
の高精度化が要求され、この精度により高周波特
性が決定されてしまうという問題があつた。
The gate-drain capacitance Cgd and gate-source capacitance Cgs, which are stray capacitances of the insulated gate field effect transistor configured in this way, are determined by the overlapped portions 8a and 8b of the gate electrode 5 with the source region or drain region. proportional to size. Therefore, in order to increase the speed of this field effect transistor, it is necessary to reduce this overlap, but this requires highly accurate photoetching technology, especially mask alignment, and this accuracy determines the high frequency characteristics. There was a problem that I was exposed.

本発明は、上記従来例の欠点を除去するため
に、浮遊容量であるゲート・ドレイン容量Cgd、
ゲート・ソース容量Cgsを減少させるようにした
電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供す
るものである。以下、図面により実施例を詳細に
説明する。
In order to eliminate the drawbacks of the above-mentioned conventional example, the present invention provides a gate-drain capacitance Cgd, which is a stray capacitance,
The present invention provides a field effect transistor with reduced gate-source capacitance Cgs and a method for manufacturing the same. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

第2図は、本発明の実施例を示したもので、第
1図と同一符号のものは同一部分を示している
が、本実施例では、ゲート・ソース及びゲート・
ドレインの重なり部分8a,8bに浮遊容量を減
少するための別の絶縁膜9を設けた点が異なつて
いる。この絶縁膜9はゲート絶縁膜4と同じ物質
であつても、また異種の物質であつてもかまわな
いが、ゲート絶縁膜4より小さな誘電率をもつも
のがより有利である。例えば、ゲート絶縁膜4の
誘電率をεg、新たに設けた絶縁膜9の誘電率を
εa、各々の膜厚をdg、daとすると、重なり部
分の浮遊容量、例えばCgdは、絶縁膜9がない場
合は、Cgd=εg/dgとなり、絶縁膜9がある場
合は、C′gd=1/(dg/εg+da/εa)とな
る。例えば、ゲート絶縁膜4をAl2O3(ε〜8)
で作り、その厚みを1000Åとし、また絶縁膜9を
SiO2(ε〜4)で作り、その厚みを2000Åとす
ると、C′gd/Cgd〓1/5となる。即ち、重なり
面積が同じであつても、浮遊容量は1/5とな
る。別の見方をすれば、重なり長さが1μmの場
合でも、絶縁膜9により0.2μmの重なり長さと
等価になり、1μmの精度のフオトエツチ技術に
おいても、0.2μm精度のフエトエツチと同じこ
とになる。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same parts.
The difference is that another insulating film 9 is provided in the overlapping portions 8a and 8b of the drains to reduce stray capacitance. This insulating film 9 may be made of the same material as the gate insulating film 4 or a different material, but it is more advantageous to have a dielectric constant smaller than that of the gate insulating film 4. For example, if the dielectric constant of the gate insulating film 4 is ε g , the dielectric constant of the newly provided insulating film 9 is ε a , and the thicknesses of each film are d g and d a , then the stray capacitance of the overlapping portion, for example, C gd is , when there is no insulating film 9, C gdg /d g , and when there is an insulating film 9, C' gd = 1/(d gg +d aa ). For example, the gate insulating film 4 is made of Al 2 O 3 (ε~8)
The thickness is 1000 Å, and the insulating film 9 is
If it is made of SiO 2 (ε~4) and its thickness is 2000 Å, then C′ gd /C gd 〓1/5. That is, even if the overlapping area is the same, the stray capacitance will be 1/5. From another perspective, even if the overlap length is 1 μm, it becomes equivalent to an overlap length of 0.2 μm due to the insulating film 9, and even a photo-etch technique with an accuracy of 1 μm is the same as a photo-etch with an accuracy of 0.2 μm.

次に、本実施例の作製法について説明する。ま
ず、第2図bに示したように、ゲート部7をエツ
チングするために、レジスト10をマスクにして
絶縁膜9をエツチングし、さらにn形拡散層2を
エツチングしてInP基板1をエツチングする。次
に、第2図cに示したようにレジスト10を剥離
し、第2図aに示したようにゲート絶縁膜4、ゲ
ート電極5を形成する。
Next, the manufacturing method of this example will be explained. First, as shown in FIG. 2b, in order to etch the gate portion 7, the insulating film 9 is etched using the resist 10 as a mask, and then the n-type diffusion layer 2 is etched, and the InP substrate 1 is etched. . Next, as shown in FIG. 2c, the resist 10 is removed, and a gate insulating film 4 and a gate electrode 5 are formed as shown in FIG. 2a.

以上のように構成した本実施例では、InP基板
のエツチングされた部分以外は全て絶縁膜9で覆
われているため、即ちゲート電極のソース部また
はドレイン部の重なり部分に全て絶縁膜9がある
ため、第2図aに示した重なり部分の浮遊容量を
小さくすることができる。このとき、絶縁膜9を
InP基板1のエツチング用のマスクとみなすこと
もできるから、いわばこの構造及びその製造方法
は、エツチングマスクによるセルフアライン方法
ということができる。
In this embodiment configured as described above, the entire portion of the InP substrate other than the etched portion is covered with the insulating film 9, that is, the insulating film 9 is located entirely in the overlapping portion of the source or drain portion of the gate electrode. Therefore, the stray capacitance in the overlapping portion shown in FIG. 2a can be reduced. At this time, the insulating film 9
Since it can be regarded as a mask for etching the InP substrate 1, this structure and its manufacturing method can be called a self-alignment method using an etching mask.

第3図は、本発明の他の実施例を示したもの
で、第2図と同一符号のものは同一の部分を示し
ているが、本実施例では、ゲート部7のInP基板
を深くエツチングする場合やアンダーエツチング
を大きくする場合に、エツチングされたInP基板
の壁の部分の傾きがなだらかであり、この部分1
1a,11bの浮遊容量が全浮遊容量(部分8
a,8bに対応)に対して無視できなくなる。こ
のような場合にも、第3図bのように絶縁膜9を
設けることにより、全浮遊容量を減少させること
ができる。この実施例の製作方法を説明すると、
まずInP基板のエツチングの際に点線12に示し
たようにエツチングされるが、ヒサシとなつて残
る絶縁膜9の部分をそのまま残してゲート絶縁膜
4を形成することにより、前記実施例と同様にセ
ルフアラインの効果を導入することができる。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, and the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same parts. In this embodiment, the InP substrate of the gate section 7 is etched deeply. When etching or increasing underetching, the slope of the wall of the etched InP substrate is gentle, and this portion 1
The stray capacitance of 1a and 11b is the total stray capacitance (part 8
a, 8b) cannot be ignored. Even in such a case, the total stray capacitance can be reduced by providing the insulating film 9 as shown in FIG. 3b. To explain the manufacturing method of this example,
First, when etching the InP substrate, the portion of the insulating film 9 that is etched as shown by the dotted line 12 is left as is, and the gate insulating film 4 is formed by leaving the part of the insulating film 9 that remains as a ridge as is, in the same manner as in the previous embodiment. It is possible to introduce the effect of self-alignment.

なお、本発明は、InP、GaAsに限らず、他の
化合物半導体を基板とする絶縁ゲート形電界効果
トランジスタに応用できることは云うまでもな
い。また新たに導入する絶縁膜9としては、誘電
率ができるだけ小さく、絶縁性が高いもの程有利
である。またゲート絶縁膜を形成する場合の高温
時等に損傷するようなものでなければ、その材質
については制限はない。
It goes without saying that the present invention is applicable not only to InP and GaAs but also to insulated gate field effect transistors using other compound semiconductors as substrates. Further, as for the insulating film 9 to be newly introduced, it is advantageous that the dielectric constant is as small as possible and the insulating property is as high as possible. Further, there is no restriction on the material of the gate insulating film, as long as it is not damaged at high temperatures when forming the gate insulating film.

以上説明したように本発明によれば、ゲートの
ソース部またはドレイン部との重なり部分に他の
絶縁膜を設けることにより、重なり部分の浮遊容
量を減少させることができ、この絶縁膜はゲート
部エツチング用のマスクとして用いることによ
り、いわばセルフアラインの効果をもたらすの
で、フオトエツチングの精度、特にマスク合せの
精度が同程度の場合においても、実効的に重なり
部分を少なくすることができ、電界効果トランジ
スタの浮遊容量を減らし、高速、高周波動作に利
点をもたらす。
As explained above, according to the present invention, by providing another insulating film in the overlapping part with the source part or drain part of the gate, it is possible to reduce the stray capacitance in the overlapping part, and this insulating film is applied to the gate part. By using it as a mask for etching, it brings about a so-called self-alignment effect, so even when the accuracy of photoetching, especially the accuracy of mask alignment, is the same, it is possible to effectively reduce the overlapping area, which reduces the electric field effect. Reduces stray capacitance in transistors, providing advantages in high-speed, high-frequency operation.

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

第1図aは、従来の絶縁ゲート電界効果トラン
ジスタの断面図、第1図b,cは、第1図aの製
造途中の断面図、第2図aは、本発明の実施例の
断面図、第2図b,cは、第2図aの製造途中の
断面図、第3図aは、本発明の他の実施例の断面
図、第3図bは、第3図aの製造途中の断面図で
ある。 1……p形又は半絶縁性InP基板、2……n形
拡散層、3……ソースa、ドレインb電極、4…
…ゲート絶縁膜、5……ゲート電極、9……浮遊
容量減少用絶縁膜、10……フオトレジスト。
FIG. 1a is a cross-sectional view of a conventional insulated gate field effect transistor, FIGS. 1b and c are cross-sectional views of FIG. 1a during manufacture, and FIG. 2a is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention. , FIGS. 2b and 2c are sectional views of FIG. 2a during manufacture, FIG. 3a is a sectional view of another embodiment of the present invention, and FIG. 3b is a sectional view of FIG. 3a during manufacture. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...p-type or semi-insulating InP substrate, 2...n-type diffusion layer, 3...source a, drain b electrode, 4...
...Gate insulating film, 5...Gate electrode, 9...Insulating film for reducing stray capacitance, 10...Photoresist.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 p形または半絶縁性基板と、この基板上に形
成したn形拡散層と、このn形拡散層の上にゲー
ト部を除いて形成した第1の絶縁膜と、この第1
絶縁膜をマスクとして形成されたゲート部と前記
絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜と、この第2
の絶縁膜上に形成されたゲート電極とからなり、
前記第1の絶縁膜はゲート・ソースの容量、ゲー
ト・ドレインの容量減少用絶縁膜として用いるこ
とを特徴とする電界効果トランジスタ。 2 p形または半絶縁性基板上にn形拡散層を形
成し、このn形拡散層上に第1の絶縁膜を形成
し、この第1の絶縁膜をマスクとしてゲート部を
エツチングし、前記第1の絶縁膜と前記ゲート部
上に第2の絶縁膜を形成し、さらにこの第2の絶
縁膜上にゲート電極を形成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。
[Claims] 1. A p-type or semi-insulating substrate, an n-type diffusion layer formed on this substrate, a first insulating film formed on the n-type diffusion layer excluding the gate portion, This first
a gate portion formed using an insulating film as a mask; a second insulating film formed on the insulating film;
and a gate electrode formed on an insulating film of
A field effect transistor characterized in that the first insulating film is used as an insulating film for reducing gate-source capacitance and gate-drain capacitance. 2. Form an n-type diffusion layer on a p-type or semi-insulating substrate, form a first insulating film on the n-type diffusion layer, and etch the gate portion using the first insulating film as a mask. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising forming a second insulating film on the first insulating film and the gate portion, and further forming a gate electrode on the second insulating film.
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