JPS62150888A - 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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JPS62150888A
JPS62150888A JP29071385A JP29071385A JPS62150888A JP S62150888 A JPS62150888 A JP S62150888A JP 29071385 A JP29071385 A JP 29071385A JP 29071385 A JP29071385 A JP 29071385A JP S62150888 A JPS62150888 A JP S62150888A
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JP
Japan
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film
forming
source
insulating film
gate
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JP29071385A
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Hiroshi Ishimura
石村 浩
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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〕 本発明は電界効果トランジスタに係り、特に自己整合的
に形成するショットキバリアゲート型電界効果トランジ
スタの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
砒化ガリウム(GaAs)半導体素子はシリコン半導体
素子に比べて高速性に優れているので近年その研究開発
が急速に進められている。特にGaAsショットキバリ
アゲート型電界効果トランジスタ(’G aA 5ME
s FET )はマイクロ波素子として実用化が進んで
おり、またGaAsIC1の主構成要素としても最も重
要な素子の一つである。
G a A s M E S F E Tは例えば第2
図に示すように半絶縁性G a A s基板1上にイオ
ン注入法などによりn形半導体層2を形成し、このn形
半導体層2を挾むようにソース領域のn+注入層3及び
ドレイン領域のn+注入1m 4をイオン注入法などに
よりそれぞれ形成する。さらにn形半導体層2.ソース
領域及びドレイン領域のn+注入#(3,4)のそれぞ
れの上部にゲート電極5.ソース電極6.ドレイン電極
7が設けられている。ところでこのような構造のG a
 A sME8FETでは、フォトエツチング技術の限
界によりソース・ゲート間の間隔をある程度大きくとる
必要があるが、ソース・ゲート間の間隔を大きくとると
、ソース・ゲート電極間のチャネル直列抵抗が増大して
GaAsMESFETの性能が低下し、ゲート長のサブ
ミクロン化を図っても性能は期待する程向上しない。し
たがってこのような問題を解決する手段としてTiW等
の耐熱ゲート電極材料を使用し、ゲート部とソース・ド
レイン領域を自己整合的に形成する方法が提案されてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
GaAsMESFETを自己整合的に形成する場合、従
来ゲート電極形成後に約800℃程度の熱処、理を行な
う必要があり、このためゲート電極とG a A sと
の界面を制御し、安定なショットキバリアを形成するこ
とが難しくMESFETの特性をばらつかせる原因とな
っていた。又この熱処理に伴う金属間の反応のため、ゲ
ート電極を多層化することが困難となり、低抵抗金属層
の積層によるゲート抵抗の低減が難しかった。
又ソース電極、ドレイン電極は金(A4)  とゲルマ
ニウム(Ge )から成る合金系電極を用いることが多
いが、このような電極形成には必ずアロイと称される電
極金属とGaAs結晶との合金化の過程を必要とする。
このアロイ過程では往々にして電極金属が不均一に反応
して島状の凝集(ボールアップ)を起こし、表面が平滑
な電極とはなりにくかったため、このMESFETを主
構Fli、I!’素とする集積回路形成の一つの妨げに
なっていた。又当然のことながらショットキ接合となる
ゲート電極とオーム性接触となるソース電極及びドレイ
ン電極に用いる金属は異なり、PETの製造工程を複雑
なものとしていた。
そこで、この発明は上記のMESFETを自己整合的に
形6にする方法において従来の欠点を除去した新規な電
界効果トランジスタの製造方法を捺供することを目的と
する。
〔問題を解決するだめの手段〕
上記目的を達成するための本発明による電界効果トラン
ジスタの製造方法を実施例に対応した第1図(a)〜(
h)を参解して説明する。
第1図(a)に示すように半絶縁性G a A s基板
11の主面にn形動作層12を形成し、この動作層12
を含む基板11上にGe薄膜13.CVD5i02膜な
どの第1の絶縁膜14及び所望のゲート領域と同じ長さ
11の7オトレジスト膜15などの第2の絶縁膜を順次
形成する。次に第1図1b)に示すようにフォトレジス
ト膜15をマスクにしてCV D S i Oz膜14
をエツチングしさらにCV D S i O2膜14を
サイドエツチングすることによりフォトレジスト膜15
より短い長さ12のCV D S i Oz膜14を形
成する。次に第1図fc)に示すようにフォトレジスト
膜15をマスクとしてAsイオンなどの不純物をGe薄
膜13内に注入する0 次に第1図1d)に示すようにCVD5iOz  膜1
4及びフォトレジスト膜15をマスクとしてGe薄膜1
3上にスパッタ8i02膜18とシリコン窒化膜19な
どからなる第3の絶縁膜を形成する。次に第1図ie)
に示すようにCV DS i02膜14及びフォトレジ
スト膜15を除去することによりスパッタ5i02膜1
8に開口部を設け、スパッタ8i02膜18をマスクに
してGe薄膜13をスパッタS r 02膜18の開口
部よりも広域にオーバーエツチングする。
次に第1図げ)に示すようにGaAs基板11をアニー
ルを施すことにより活性化された動作層12゜ソース及
びドレイン領域用n+層(n形高不純物rf1)(16
,17)を形成する。次に第1図fglに示すようにス
パッタS i02膜18をマスνにして動作#12上に
チタン金属層21gとアルミニウム金属層22gとから
なるゲート電極23を形成する。
次に第1図(h)に示すようにスパッタS i02膜1
8をフォトエツチングした後スパッタ5i02[18を
マスクにしてGe薄膜13上にチタン金属層(21s、
21d)とアルミニウム金属層(22s、22d)とか
らなるソース電極24.ドレイン電極25を形成する。
〔作用〕
以上第1図(a)〜fh)の各工程により本発明の電界
効果トランジスタが形成される。なお第1図(fりに示
すようにGe薄膜130オーバーエツチング量によりソ
ース・ゲート間の間隙を制御し、この微少間隙を隔てて
ゲートとソース・ドレインが自己整合的に形成される。
又第1図ば)の工程によりアニールを施すことによりゲ
ート電極形成前にG a A s半導体基板11の熱処
理が行なわれる。又@1図fh) K示すよう拠ソース
電極23及ヒトレイン電極24はチタン金属とアルミニ
ウム金属との多層構造であり、ゲート電極22と同種の
金属により構成される。
〔実施例〕
以下本発明の一つの実施例を第1図ta)〜+h)を参
照して説明する。第1図(a)に示すように半絶縁性G
aAs基板11にSiイオンを例えば加速エネルギー7
0KeVでドース量3.5×1012crrL−2をM
ESFET形成領域に選歌的に注入し動作層12を形成
する。さらKこの動作層12を含む基板11上全面にG
e薄膜13を約70OA厚に被着し、次いでCVD法に
より5i02膜を約7000 A EI K 被着シC
V D 8 i 0x K 14 ヲ形成する。さらに
フォトレジスト膜を被着しフォトエツチングにより長さ
llが1μm程度のフォトレジスト膜15を形成する。
次に第1図(b3に示すようにフォトレジスト膜15を
マスクとしてCVD5iOz膜14をH2ガスとCH4
ガスを用いたりアクティブイオンエツチング(R,IB
)によりエツチングする。
これにより断面がほぼ垂直なCVD5i02膜14が形
FM、される。さらにフッ酸系エツチング液によりCV
D5i02膜14を所定の量サイドエツチングし、CV
 D S i 02膜14の長さを12(<ll )に
形成する。
次に第1図fc)に示すようにフォトレジスト膜15を
マスクとして8iイオンを例えば加速エネルギー200
 KeV、ドースi3X10cm注入しGei膜13の
下にソース及びドレイン領域用のn十層(n形高不純物
層)(16,17)を形成する。さらにフォトレジスト
膜15をマスクにしてAsイオンを例えば加速エネルギ
ー120KeVでドースil I X 1015cm−
2をGe薄膜13に注入する。
なおこの際イオン種はAsイオンに限定されるものでは
ないが、イオン飛程がGe薄膜13内にあるように留意
する必要がある□ 次に第1図fd)に示すようにスパッタ法等により5i
Oz膜を約500OA、シリコン窒化膜を約200OA
順次被着しCV D 8 i 0x膜18とシリコン窒
化膜19を形成する。次に第1図fe)K示すように7
オトレジスト膜15を除去し、CVD5i02膜14を
エツチングした後、スパッタ5i02薄膜18をマスク
にしてGe薄膜13を例えば02ガスとCF4ガスを用
いたプラズマエツチングする。ここでGe薄膜13とス
パッタS io 2膜18とのプラズマエツチングにお
けるエツチンググレートの差によりGe薄膜13をオー
、<−エツチングさせることによりCVDSiO1膜1
4で規定された長さ12 よりも大きな開口を形成する
ことができる。なおこの際8iN膜19はプラズマエツ
チングによりエツチングされる。
次に第1図ば)に示すように基板11をアルシンガス(
AsH3)を含んだアルゴンガス(Ar)寡聞気中で8
00℃、20分間のアニールを施シ2、動作層12.ソ
ース及びドレイン領域用のn+r@(16,17)を活
性化させる0なおアニールを施すことにより熱処理が行
なわれ、これによってGeg膜13と基板11のQ a
 A sとが反応し、またGe薄膜13中に注入された
Asも活性化されてGe薄膜13も10” cIIL−
3以上の高濃度にドープされる。
次に第1図fg)に示すようにフォトレジスト膜20を
塗布し、フォトエツチングによりゲートを形成するため
の開口を形成し、チタン金属層を約100OA厚に次い
でアルミニウム金属層を約400OA厚に積層しリフト
オフ法により、チタン金属層21gとアルミニウム金属
層22gとからなるゲート電極23を形成する。次に第
1図(h)に示すように再度フォトエツチングによりゲ
ート[極23と同じチタン金属層(21s。
21 d )、アルミニウム金属lll1(22s、 
22d)の積層からなるソース電極24及びドレイン電
極25を形成しMES FETが完成する。
なお上記実施例では第1乃至第3の絶縁膜としてそれぞ
れCVD5i02膜、フォトレジスト。
スパッタ5i02膜とSiN層との二層構造として述べ
たが、特にこれらの組み合せに限定されるものではなく
例えば第3の絶縁膜を窒化アルミニウム(AIN)とし
ても良く、上記実施例に示した工程に矛盾しない組み合
せであればよい。又上記実施例では動作層を形成する手
段としてイオン注入法によるものを説明したが、この場
合注入する不純物は8iに限らず、セレン(Se )等
の他の不純物イオンを用いてもよく、又イオン注入法以
外の方法例えば気相成長法によるエピタキシャル層でも
良い。又上記実施例ではGe薄膜にドナーを導入する方
法としてAsイオンを注入する方法について説明したが
、Ge薄膜上の第3の絶縁膜としてAsをドープしたシ
リコン酸化膜やA s S G膜を用い、後の熱処理の
際Ge薄膜中にAsが導入されるようにしてもす。
又上記実施例では多層構造の電極用金属層で動作層また
はGe薄膜に直接接続する下層の金属層はTiに限られ
るものではなく、例えばタングステンW、タンタル(T
a)等の高融点金属等でもよい。又上記実施例ではゲー
ト電極とソース!極、ドレイン電極とは別のフォトエツ
チング工程によって形成したが、フォトレジスト膜を塗
布した後、ゲート、ソース、ドレインのパターンが一体
となって形成されているマスクによって一回のフォトエ
ツチングによりゲート、ソース、ドレインの各々に対応
する開孔を形成し、下層の第2の5i02層をRIE等
でエツチングしてGe面を露出さ亡、電極用金属!−を
被着しリフトオフによってMESFETを完成させても
よい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明の方法によれば、MESFET
を自己整合的に形成できるだめソース−ゲート間の間隔
が挟まりノース・ゲート電極間のチャネル直列抵抗の増
大によるMESFETの性能の低下が起こらない。又ゲ
ート電極形成後の高温処理の必要がなくなるためゲート
電極とGaAs半導体基板との反応が起こらず、ゲート
電極用金属に対する制約が緩和され多層構造とすること
も容易である。又ソース電極及びドレイン電極はゲート
電極と同種の金属により構成されるので、MESFET
の製造工程が簡略化できる。さらに実施例においてソー
ス電極及びドレイン電極はチタン金属とアルミニウム金
属の多層構造であるので、アロイ工程を必要とせず平滑
な電極を有するMESFETが形成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図1a)〜fh) )−!本発明の電界効果トラン
ジスタの製造方法を工程順に示すMESFETの断面図
、第2図は従来のFETの断面図である。 11・・半絶縁性GaAs基板、12・・・動作層、1
3・・・Ge薄膜、14・CVDSiO2膜、15・・
フォトレジスト膜、18・・スパッタS i 02 +
]Q、19・・SiN膜、21・・チタン金属層、22
・・・アルミニウム金脂層、23・・・ゲート電極、2
4・・・ソース電極、25・・・ドレイン電極。 代理人 弁理士  則 近 憲 佑 同     竹 花 喜久男 Asイオン 81図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半絶縁性基板の主面に動作層を形成する工程と、 前記半絶縁性基板の主面の動作層上にゲルマニウム薄膜
    を形成する工程と、 このゲルマニウム薄膜上に第1の絶縁膜を形成する工程
    と、 この第1の絶縁膜上に所望のソース・ドレイン間かくと
    同じ長さの第2の絶縁膜を形成する工程と、 この第2の絶縁膜をマスクにして前記第1の絶縁膜をエ
    ッチングした後前記第1の絶縁膜を所望のゲート電極と
    同じ長さにサイドエツチングする工程と、 前記第2の絶縁膜をマスクにして前記半絶縁性基板の主
    面に不純物を注入することによりn形高不純物層を形成
    する工程と、 前記第1及び第2の絶縁膜をマスクにして前記ゲルマニ
    ウム薄膜上に第3の絶縁膜を形成する工程と、 前記第1及び第2の絶縁膜を除去することにより前記第
    3の絶縁膜に開口部を設ける工程と、前記第3の絶縁膜
    をマスクにして前記ゲルマニウム薄膜を前記エッチング
    開口部よりも広域にオーバーエッチングする工程と、 前記半導体基板を熱処理することにより前記動作層及び
    前記n形高不純物層を活性化し、かつ前記ゲルマニウム
    薄膜内にゲルマニウムに対しドナーとなる不純物を注入
    させる工程と、 前記第3の絶縁膜をマスクにして前記動作層上にゲート
    電極を形成し、かつ前記n形高不純物層上にソース電極
    及びドレイン電極を形成する工程とを含むことを特徴と
    する電界効果トランジスタの製造方法。
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