JPS6190470A - 化合物半導体装置の製造方法 - 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） 本発明は化合物半導体装置の製造方法に関する◇（従来
技術とその問題点） 化合物半導体とりわけ砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）はポ
ストシリコン材料と称され超高速及び超高周波集積回路
の製造が可能となる材料上の特性を有しているコしかし
ながらこの様な高性能集積回路の実現のためには、まず
、集積回路′ｔ−構成するＦＥＴの高性能化全図る事が
必要、となる０従米、ソース・ゲート間及びゲート・ド
レイン間のシート抵抗低減の為にゲートをマスクとして
ｎ”＊を形成する技術が局知であるｏしかしながら、こ
の場合、ゲート長が短かく表るに従りて■ｉが負側ヘシ
フトし、ＶＴの制御性の悪化といういわゆる短チヤネル
効果の問題を伴外う。、＋７０をゲー）’ｊｉｔ極から
離して型取すれば、短チヤネル効果は抑制されるが、こ
の場合薔生抵抗の低減化か充分なされず不満足でおる。

従って高性能集積回路実現のためには、しきい値電圧の
制御性の向上を達成するため、ｎ＋層とゲート電極との
間隔を短チヤネル効果を回避し得る最短間隔に保ちかつ
ｎ＋層をゲート電極から離した事による寄生抵抗の低減
化が十分でない分を補なうにたる接触抵抗の小さなかつ
ウェハー内均−性のよいオーミック接触を形成し得る製
造技術の開発が必要である。

一方、現状のＧａＡｓ　Ｉ　ＣｐＡＦＥＴに用いられて
いるオーミック接触にはＮｉ−ＡｕＧｅ合金が多い０　
これは、比較的容易に接触抵抗率〜１０−６０・ｃ−２
が達成、できる事がその理由である。しかしながら、Ｎ
ｉ−ＡｕＧｅ合金ではＧａＡｓとの反応が均一でなく特
にウェハ内の均一性が問題で、１０−’Ω・ｃＩｎ２の
オーダーでのバラツキはＦＢＴ特性のバラツキに反映す
る〇これを解決するには、さらに低接触抵抗化し又。

均一性を向上させたオーミック接触形成技術を用い、Ｆ
ＥＴを形成する事が望まれている口この様な認識が周知
であるにもかかわらず、現状では以上を満足した電界効
果トランジスタの製造方法は開発されておらず、現在模
索されているっ（発明の目的） 本発明の目的は以上の点を考慮し、低接触抵抗値を有し
、ウェハ内の特性のバラツキが少なく。

しかも熱処理の自由度が大きい高性能化合物半導体装置
の製造方法を提供する事にある。

（発明の構成） 本発明は化合物半導体動作層表面にゲート電極パターン
を形成した後前記ゲート電極側面にのみ絶縁膜を側壁と
して形成し、その後■族元素薄膜を被層し、動作層と同
一導電型を示す不純物を該■族元素薄膜を通して注入す
る工程と、この工程遣方法である〇 （本発明の作用・原理） 本発明は化合物半導体装置を製造するにあたシ、オーミ
ック電極の形成にイオンビームミキシングを取シ入れて
いる事が１つの特徴である０本発明によるイオンビーム
ミキシングを用い九オーミック電極の形成法はミキシン
グの際に基板に導入される損傷を回復する為の熱処理が
可能となった従来にない新規なプロセスを用いている。

この新規なプロセスには、ミキシングに引き続き熱処理
を行ない、更にオーミック電極構成物質を被着する場合
ト、ミキシング後オーミック電極構成物質を被着し、し
かる後ＫＦＲ処理を施こすという２つの態様に分かれる
。

さらに本発明の第２の特徴は１以上述べたイオンビーム
ミキシングを用いて化合物半導体装置のオーミック電極
を形成する際絶縁物の側壁を被着せしめた耐熱性ゲート
電極を形成した後に、■族元素薄膜を被着して、該ゲー
ト電極をマスクにセルファライン的にミキシングをほど
こす事で、ゲート電極とオーミック電極の間の距離を適
切に制御する事ができる事であ）５さらに、ソース領域
及びドレイン領域に動作層と同一導電型担体の高濃度層
をゲートに近接して制御性よく形成する事ができる事で
あるコ高濃度層の形成に関しては、ミキシングとは別に
行なう事も可能で１例えば■族元素薄膜を被着する前に
該ゲート電極をマスクに不純物をイオン注入し、形成し
ても良く、又■族元素薄膜を被着した後に、ミキシング
とは異なる加速電圧で不純物をイオン注入し、形成して
も良い。

さらに１本発明による第３の特徴は、前に述べたイオン
ビームミキシングによシ基板に導入された損傷を回復す
る為の熱処理を、半導体装置の活性層をイオン注入によ
って作る場合に行なう熱処理と同時に行なう事も可能で
あれば又、２度に分けて別々に行なう事も可能である点
である。同時ＫＭ処理する事は工程数削減の面から有利
である一方、熱処理を２度に分けて行なう場合でも活性
層をつくる最初の熱処理を通常の活性化の為の熱処理よ
シ短時間に押え、２度目の熱処理で、活性層及びオーミ
ック電極下の高濃度層の最適化をはかる事が可能となる
。このように熱処理工程をＰＥＴ特性が最も向上するよ
うに適切にえらぶことかできる〇 以上のようにして本発明により化合物半導体装置を製造
する事によシ、特にこの半導体装置を用いた高性能集積
回路に不可欠を特性を具備したオーミック電極を実現す
る事ができる＠ （実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する・第１図は本発明の一実施例を説明するための
素子模式断面図を工程順に示したものである。まずＧａ
Ａ１絶縁性基板ｌ上にホトレジスト換をマスクとして８
ｉイオンを３０　ｋａＶ　。

２　Ｘ　Ｉ　Ｏ”ｍ””Ｃ１条件で選択的にイオン注入
し、イオン注入層２を形成する０ 次に、このＧａＡｓ上に耐熱性のあるゲート金属、例え
ばチタンタングステン（ＴｉＷ）　３を厚さ約２０００
Ｘ被着し、さらに窒化シリコン（８ｉｓＮ４）の絶縁膜
４を厚さ約４０００Ｘ被着し、ホトレジスト５ｆ：マス
クに四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを用いた異方性ドライ
エツチングを行なう挙で、まず８ｉ３Ｎ４４をエツチン
グし１次にＣＦ、と酸素（０□）を用いて異方性ドライ
エツチングをする事でＴｉＷ３をエツチングする。第１
図（、） この後、フォトレジスト５を除去してから全面に二酸化
シリコン（Ｓｉｇｈ）を被着しＣＦ、の異方性ドライエ
ツチングでＳｉ３Ｎ４とＴｉＷの側１１にのみ８ｉ０２
　６を残置させる。さらに■族元素薄膜としてゲルマニ
ウム（Ｇｅ）７を全面に厚さ約８２０Ｘ被着し、次に厚
さ６０００Ｘの８ｉ０＊８でソース。

ゲート、ドレイン領域以外を覆い、該ｓｔｙ、　８及び
ゲート領域形成物Ｌ　　４１　６　ｔマスクとしてＳｉ
を９４．５　ｋｅＶで注入し、Ｇｅ　７とＧａＡｓ　２
との間でミキシングを生じさせてミキシング層ｌＯを形
成し、さらに、２００ｋｅＶで８ｉを注入する事で高濃
度層９を形成する（第１図（ｂ）　）　ｏ第１図（ｂ）
でも明らかなようにゲート金属に５ｉｅｖｆ、被着させ
ただけで高濃度層を形成するよシ、さらにＧｅを被着さ
せて高濃度層を形成する方がソース、ゲート間、ゲート
、ドレイン間の距離を増加できる事がわかる。

次に、５ｉ０１を除去し、改めて８ｉ０１を２０００１
被着の後８５０℃２０分間水素雰囲気中でアニールした
のち、８ｉ０１を除去しニッケル（Ｎｉ）１１を厚さ約
６８０Ｘ被着する。さらにホトレジスト１２ｔ−塗布し
て平坦化し、ＣＦ４の異方性エツチングによってゲート
電極の上部のみを露出させる（第１図（ｃ）　）　ロこ
の露出したＮｉ：１１．Ｇｅ：１２をアルゴンガスを用
いたイオンミリングでエツチングし、ホトレジスト１２
ｔ−除去した後、約２０００Ｘ被看した５ｉ０２を保護
映としてＮｉとＧｅの合金化の熱処理を６００℃２０分
水素雰囲気中で行ない、５ｉＯ１を除去した後に、ゲー
ト電極上の絶縁膜４を除去してＦＥＴの製造が完了する
０（第１図（ｄ））以上述べた本発明の方法によるＦＢ
ＴＯ他、以下述べる方法（比較例）を用いたＦＥＴも製
造した。

即ち、第１図（ａ）の工程終了後、レジスト除去し、Ｓ
ｉｎｇによってＴｉＷ及びＳｉ３Ｎ４の両側に側壁を形
成する工程までは本発明による方法と同じである。

この後、８ｉ０ｚを６０００Ｘ厚で、ソース、ゲート。

ドレイン領域以外を覆い、１５０ｋｅＶでＳｉを・イオ
ン注入して高濃度層を形成し、５ｉ０２を除去した後に
ＧｅＯ薄瞑を厚さ約８２０Ｘ、Ｓｉｎ、を厚さ２０００
芙改めて被着し、’８００℃２０分間アニールする。

この後の工程は、本発明による工程と同じに行なう。即
ち、従来法では、高濃度層を形成するイオン注入をＧｅ
１１２を通さずに行なっている０以上のようにして得ら
れた本発明の方法によるＦＥＴと従来法によるＦＥＴに
おいて、異なるゲート長、１μｍと５μｍでの■。とｇ
ｍを各々、比較して表１にまとめて示しだ。

表１ 本発明による方法ではゲート電極とソース・ドレイン電
極間の距離を適切に設定して短チヤネル効果を減少させ
、又接触抵抗を低下させてｇｍも大きくなｆｉ、ＦＥＴ
０高性能化が明らかであった０また半導体表面の自然酸
化膜がミキシングで破壊されるのでウェハ内の均一性が
向上した。なお以上水した実施例では能動層としてＳｉ
のイオン注入を行表りたが、他のイオン種、例えばＳｎ
、　Ｓｅ、　Ｔｅ等を用いた場合でも同様である。又、
■族元素薄膜として実施例ではＧｅを用いたが他の■族
元素としてＳｉを用いてもよい。

またオーミック合金として実施例ではＮｉＧｅ合金を用
いたが、他のオーミック合金１例えば、ＡｕＧｅ。

ＴａＧｅ　、　Ｍｏｄｅ、　ＴｉＷＧｅなどを用いる事
もできる。

さらに、ミキシングのイオン種としてもＳｉを用いたが
、他の同一導電型不純物であるＧｅ（”　ａｎ　ｆ用い
る事もでき、集束イオンビームを用いてもよい０本実施
例では、ミキシング層とは別に高濃度層を形成している
が、これはミキシング層だけ、すなわち浅い高濃度層だ
けにしてもよいし、高濃度層はＧｅを被着する以前に形
成してもよい。又、活性層の熱処理とミキシング層及び
高濃度層の熱処理を一括して行なったが、別々に行なっ
てもよいっ又、他の耐熱性オーミック合金を用いる場合
には、８００℃以上の耐熱性を有しているものであれば
。

合金化の熱処理とミキシング層の熱処理を同時に行なう
事もでき、高濃度層及び活性層の熱処理も含めて、すべ
て一度で済ませる事も可能である。

当然の事ではあるが、ゲート金属はＴｉＷに限るもので
はなく、１１ｉｌ壁及びゲート寛極上の絶縁膜も各々８
ｉ０２．　　Ｓｉ３Ｎ４に限るものではない。

（発明の効果） 本発明の方法によ多高設度層とゲート間隔の最適化をは
かる事が可能とな）、短チャンネル効果の低減によシ、
■１制御性を向上せしめ、かつミキシング技術を用いる
事によシ接触抵抗率の小さなオーミック電極をゲートに
近接して設ける事により寄生抵抗の低減化が達成でき、
しかもウェハ内で特性が均一となった。さらに熱処理工
程の自由度が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を説明するた
め工程順に示した素子模式断面図。 １　：　ＧａＡｓ半絶縁性基板、２：動作層、３：Ｔｉ
Ｗ耐黙性ゲート電極、４　：　Ｓ　ｒ　ｓ　Ｎ４絶縁ｄ
、６：５ｉ０２側゛壁、７　：　Ｇｅ薄膜、９：高濃度
層、１０：ミキシング層、１１　：　Ｎｉ薄映、１３　
：　ＮｉＧｅ合金層 ７′二 と・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　化合物半導体動作層表面にゲート電極パターンを形成
   した後前記ゲート電極側面にのみ絶縁膜を側壁として形
   成し、その後IV族元素薄膜を被着し、動作層と同一導電
   型を示す不純物を該IV族元素薄膜を通して注入する工程
   と、この工程の後さらに熱処理の工程とオーミック電極
   構成物質を被着する工程とを含む事を特徴とする化合物 半導体装置の製造方法。