JPS62166571A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPS62166571A
JPS62166571A JP951686A JP951686A JPS62166571A JP S62166571 A JPS62166571 A JP S62166571A JP 951686 A JP951686 A JP 951686A JP 951686 A JP951686 A JP 951686A JP S62166571 A JPS62166571 A JP S62166571A
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JP
Japan
Prior art keywords
region
gate electrode
gallium arsenide
mask
drain region
Prior art date
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Pending
Application number
JP951686A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaharu Nogami
野上 雅春
Isamu Kurio
栗生 勇
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62166571A publication Critical patent/JPS62166571A/en
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Abstract

PURPOSE:To eliminate the contact of a source region and a drain region by heat treatment by ion implantation to form the source region and the drain region with a sidewall on the side of a gate electrode as a mask to form an impurity density region. CONSTITUTION:When ions are implanted with a gate electrode 3 formed on a one conductivity type gallium arsenide layer 2 as a mask to form a source region 5 and a drain region 6, a sidewall 91 is selectively formed on the side of the electrode 3, ions are implanted to form the source region 5 and the drain region 6 with the sidewall 91 as a mask to form impurity density regions 51, 61 between the layer 2 of the lower portion of the electrode 3 and the regions 5, 6. Thus, the regions 5, 6 are not contacted by heat treatment in the step of forming the regions 5, 6 to prevent a short channel effect from occurring.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ガリュウムヒ素電界効果トランジスタの製造方法の改良
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] This is an improvement in a method for manufacturing a gallium arsenide field effect transistor.

一導電型のガリュウムヒ素層上に形成されたゲート電極
をマスクとしてイオン注入をなして自己整合的にソース
・ドレイン領域を形成するガリュウムヒ素電界効果トラ
ンジスタの製造方法において、ゲート電極長が短い場合
にもショートチャンネル効果が発生しないようにするた
め、ゲート電極の側面に選択的にサイドウオールを形成
して、このサイドウオールをマスクとしてイオン注入を
なしてソース・ドレイン領域を形成することとし、ゲー
ト電極とソース・ドレイン領域との間に不純物濃度領域
を形成することとしたガリュウムヒ素電界効果トランジ
スタの製造方法である。
In a method for manufacturing a gallium arsenide field effect transistor in which ion implantation is performed using a gate electrode formed on a gallium arsenide layer of one conductivity type as a mask to form a source/drain region in a self-aligned manner, when the gate electrode length is short, In order to prevent the short channel effect from occurring, sidewalls are selectively formed on the sides of the gate electrode, and ions are implanted using this sidewall as a mask to form the source/drain regions. This is a method of manufacturing a gallium arsenide field effect transistor in which an impurity concentration region is formed between the source and drain regions.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、ガリュウムヒ素電界効果トランジスタの製造
方法の改良に関する。特に、ショートチャンネル効果を
低減する改良に関する。
The present invention relates to an improved method for manufacturing gallium arsenide field effect transistors. In particular, it relates to improvements that reduce short channel effects.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来技術に係るガリュウムヒ素電界効果トランジスタの
製造工程の1例を、第7図〜第9図を参照して説明する
An example of a process for manufacturing a gallium arsenide field effect transistor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 7 to 9.

第7図参照 半絶縁性ガリュウムヒ素基板lの一部領域に、一導電型
の不純物をイオン注入等をもって約1017am−3の
濃度に導入して、厚さ約0.15 、■の一導電型の領
域2を形成する。この一導電型の゛領域2はゲート電極
下のチャンネルとされるから、その不純物の濃度と導入
深さは、この目的に合致するように選択される。
Refer to FIG. 7. One conductivity type impurity is introduced into a partial region of the semi-insulating gallium arsenide substrate l by ion implantation to a concentration of about 1017 am-3, and the thickness is about 0.15. Region 2 is formed. Since this region 2 of one conductivity type is used as a channel under the gate electrode, its impurity concentration and introduction depth are selected to meet this purpose.

タングステンシリサイド等を厚さ約4.000人にスパ
ッタした後、ドライエツチング法を使用して幅1〜2鉢
濡のゲート電極3を形成する。
After sputtering tungsten silicide or the like to a thickness of approximately 4,000 mm, a gate electrode 3 having a width of 1 to 2 mm is formed using a dry etching method.

第8図参照 素子形成領域以外をレジストマスク4をもってカバーし
、一導電型の不純物をイオン注入し、ソース領域5とド
レイン領域6との不純物濃度を約1018C履−3に増
加する。
Referring to FIG. 8, the area other than the element formation region is covered with a resist mask 4, and impurity ions of one conductivity type are implanted to increase the impurity concentration of the source region 5 and drain region 6 to about 10<18 >C<-3>.

第9図参照 レジストマスク4を除去した後熱処理をなして、導入し
た不純物を活性化する。この領域の一導電型の深さは0
.2〜0.3ル膳となる。
After removing the resist mask 4 (see FIG. 9), heat treatment is performed to activate the introduced impurities. The depth of one conductivity type in this region is 0
.. It will be 2 to 0.3 ru meal.

リフトオフ法を使用して、金・ゲルマニュウム/金層よ
りなるソース電極7とドレイン電極8とを形成する。
A source electrode 7 and a drain electrode 8 made of a gold/germanium/gold layer are formed using a lift-off method.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上記の製造方法を使用して製造したガリュウムヒ素電界
効果トランジスタにあっては、第10図のしきい値電圧
対ゲート長関係を示すグラフにBをもって示すように、
ゲート長が1.5ル腸以下になるとショートチャンネル
効果が表われてしきい値がマイナス側に大きくシフトし
てしまうと言う欠点がある。換言すれば、ゲート長1.
5JLs以下においては、所望の設計値で動作するガリ
ュウムヒ素電界効果トランジスタを再現性よく製造する
ことはできない。
In the gallium arsenide field effect transistor manufactured using the above manufacturing method, as shown by B in the graph showing the relationship between threshold voltage and gate length in FIG.
When the gate length is less than 1.5 mm, a short channel effect appears and the threshold value shifts significantly to the negative side, which is a drawback. In other words, the gate length 1.
At 5 JLs or less, a gallium arsenide field effect transistor that operates at desired design values cannot be manufactured with good reproducibility.

本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、ゲー
ト長がlIL謹以下のガリュウムヒ素電界効果トランジ
スタを再現性よく製造しうる半導体装置の製造方法を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate this drawback, and to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture a gallium arsenide field effect transistor with a gate length of less than 1IL with good reproducibility.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、一
導電型のガリュウムヒ素層2上に形成されたゲート電極
3をマスクとしてイオン注入をなしてソース領域5とド
レイン領域6とを形成する半導体装置の製造方法におい
て、ゲート電極3の側面に選択的にサイドウオール91
を形成し、このサイドウオール91をマスクとして、ソ
ース領域5・ドレイン領域6形成のためのイオン注入を
なすこととして、ゲート電極3の下部の一導電型のガリ
ュウムヒ素層2とソース領域5及びドレイン領域6との
間に不純物濃度領域51.91を形成することとしたも
のである。
The means taken by the present invention to achieve the above object is to form a source region 5 and a drain region 6 by performing ion implantation using the gate electrode 3 formed on the gallium arsenide layer 2 of one conductivity type as a mask. In the method for manufacturing a semiconductor device, a sidewall 91 is selectively formed on the side surface of the gate electrode 3.
, and using this sidewall 91 as a mask, ions are implanted to form the source region 5 and the drain region 6. The gallium arsenide layer 2 of one conductivity type under the gate electrode 3, the source region 5, and the drain region 6 are implanted. An impurity concentration region 51.91 is formed between the region 6 and the region 6.

〔作用〕[Effect]

上記のショートチャンネル効果は、ソース領域とドレイ
ン領域を形成する工程に必須の不純物活性化工程におい
て、不純物のサイド拡散により、ソース領域とドレイン
領域がゲート電極の下部まで拡大して、ソース領域とド
レイン領域との間にリーク電流が発生するためと推考さ
れる。
The short channel effect described above is caused by the side diffusion of impurities during the impurity activation process essential to the process of forming the source and drain regions, which causes the source and drain regions to expand to the bottom of the gate electrode. This is thought to be due to leakage current occurring between the two regions.

そこでソース領域とゲート電極の下部の一導電型のガリ
ュウムヒ素層との間及びドレイン領域とゲート電極の下
部の一導電型のガリュウムヒ素層との間に適邑な不純物
濃度領域を設けておけば上記の欠点は解消しうるとの着
想を具体化するため、ゲート電極の側面に選択的にサイ
ドウオールを形成し、これをマスクとしてソース領域・
ドレイン領域形成のためのイオン注入をなすこととした
ものである。
Therefore, if appropriate impurity concentration regions are provided between the source region and the gallium arsenide layer of one conductivity type below the gate electrode and between the drain region and the gallium arsenide layer of one conductivity type below the gate electrode. In order to embody the idea that the above drawbacks can be overcome, a sidewall is selectively formed on the side surface of the gate electrode, and this is used as a mask to form a sidewall in the source region.
Ion implantation was performed to form the drain region.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照しつ\、本発明の一実施例に係る半導
体装置の製造方法についてさらに説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be further described with reference to the drawings.

第2図参照 半絶縁性ガリュウムヒ素基板lの一部領域に、n型の不
純物をイオン注入等をもって約1017c+i−3の濃
度に導入して、厚さ約0.15 h層のn型の領域2を
形成する。このn型の領域2はチャンネルとされる。
Refer to Figure 2. N-type impurities are introduced into a partial region of the semi-insulating gallium arsenide substrate l by ion implantation to a concentration of about 1017c+i-3 to form an n-type region with a thickness of about 0.15 h. form 2. This n-type region 2 is used as a channel.

タングステンシリサイド等を厚さ約4,000人にスパ
ッタした後、ドライエツチング法を使用して幅1〜2川
■のゲート電極3を形成する。
After sputtering tungsten silicide or the like to a thickness of approximately 4,000 mm, a gate electrode 3 having a width of 1 to 2 mm is formed using a dry etching method.

第3図参照 CVD法を使用して厚さ 5,000〜8,000人に
二酸化シリコン膜9を形成する。
Referring to FIG. 3, a silicon dioxide film 9 is formed to a thickness of 5,000 to 8,000 mm using the CVD method.

素子形成領域以外をレジストマスク4をもってカバーす
る。
A resist mask 4 is used to cover areas other than the element formation area.

第4図参照 レジストマスク4をマスクとし、四フッ化炭素と3−1
フロンとの混合ガスを使用してなすドライエツチング法
を使用して、二酸化シリコン膜9をエツチング除去する
。この工程において、二酸化シリコン膜9はゲート電極
3の側面のみに選択的に残留してサイドウオール91と
なる。
Using resist mask 4 as a mask (see Fig. 4), carbon tetrafluoride and 3-1
The silicon dioxide film 9 is etched away using a dry etching method using a mixed gas with fluorocarbon. In this step, the silicon dioxide film 9 selectively remains only on the side surfaces of the gate electrode 3 to form sidewalls 91.

第5図参照 サイドウオール91をマスクとして、第1回のn型不純
物のイオン注入をなす、この工程は、175K eVノ
加速電圧をもッテ、2xlo13cm−2程度のドーズ
量でなせばよい。
Referring to FIG. 5, using the sidewall 91 as a mask, this step of performing the first ion implantation of n-type impurities may be performed at an acceleration voltage of 175 K eV and a dose of about 2xlo13 cm-2.

第6図参照 サイドウオール91をウェットエッチして除去し、ゲー
ト電極3をマスクとして第2回のn型不純物のイオン注
入をなす、この工程は、BO〜 120KeVの加速電
圧をもって、  1.5〜2 X 10”cm−2程度
のドーズ量でなせばよい、熱処理をなして、導入したn
型不純物の活性化をなし、ソース領域5とドレイン領域
6とを形成する。
Referring to FIG. 6, the sidewall 91 is removed by wet etching, and a second n-type impurity ion implantation is performed using the gate electrode 3 as a mask. This step is performed at an acceleration voltage of 1.5 to 120 KeV with an acceleration voltage of BO to 120 KeV. The introduced n may be heated at a dose of about 2 x 10"cm-2.
Type impurities are activated to form a source region 5 and a drain region 6.

第1図参照 レジストマスク4を除去し、所望によっては、二酸化シ
リコン膜9を除去し、金・ゲルマニュウム/金層よりな
るソース電極7とドレイン電極8とを形成する。
Referring to FIG. 1, the resist mask 4 is removed, and if desired, the silicon dioxide film 9 is removed to form a source electrode 7 and a drain electrode 8 made of a gold/germanium/gold layer.

以上の工程をもって製造されたガリュウムヒ素電界効果
トランジスタは、ゲート電極3(ゲート電極3下部のn
型のガリュウムヒ素層2)とソース領域5及びドレイン
領域6との間に不純物濃度領域51.61が介在してい
るので、ゲート電極3の長さが1〜2μ層と短いにもか
覧わらず、ソース領域5・ドレイン領域6形成工程にお
ける熱処理によってソース領域5・ドレイン領域6が接
触することはなく、ショートチャンネル効果の発生は防
止される。
The gallium arsenide field effect transistor manufactured through the above steps has a gate electrode 3 (n
Since the impurity concentration regions 51 and 61 are interposed between the gallium arsenide layer 2) of the mold and the source region 5 and drain region 6, the length of the gate electrode 3 is as short as 1 to 2 μm layer. First, the heat treatment in the step of forming the source region 5 and drain region 6 prevents the source region 5 and drain region 6 from coming into contact with each other, thereby preventing the short channel effect from occurring.

実験の結果を、第10図のピンチオフ電圧対ゲート長関
係を示すグラフにAをもって示すが、ゲート長 0.8
μ層までは極めて高い再現性をもってガリュウムヒ素電
界効果トランジスタを製造することが可能である。
The experimental results are shown as A in the graph showing the relationship between pinch-off voltage and gate length in Figure 10, and the gate length is 0.8.
It is possible to manufacture gallium arsenide field effect transistors with extremely high reproducibility up to the μ layer.

〔発明の効果〕 以上説明せるとおり、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、一導電型のガリュウムヒ素層上に形成されたゲー
ト電極をマスクとしてイオン注入をなしてソース領域と
ドレイン領域とを形成する半導体装置の製造方法におい
て、ゲート電極の側面に選択的にサイドウオールを形成
し、このサイドウオールをマスクとして、ソース領域拳
ドレイン領域形成のためのイオン注入をなすこととして
、ゲート電極下部の一導電型のガリュウムヒ素層とソー
ス領域及びドレイン領域との間に不純物濃度領域を形成
することとされているので、ソース領域・ドレイン領域
に導入された不純物の活性化工程における熱処理におい
て不可避的に発生するサイド拡散によってソース領域番
ドレイン領域が拡大して相互に接触することはなく、シ
ョートチャンネル効果の発生は防止される。
[Effects of the Invention] As explained above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention implants ions using a gate electrode formed on a gallium arsenide layer of one conductivity type as a mask to form a source region and a drain region. In a method for manufacturing a semiconductor device, a sidewall is selectively formed on the side surface of a gate electrode, and using this sidewall as a mask, ions are implanted to form a source region and a drain region. Since an impurity concentration region is to be formed between the gallium arsenide layer of one conductivity type and the source and drain regions, it is unavoidable in the heat treatment in the activation process of impurities introduced into the source and drain regions. Due to the side diffusion that occurs, the source and drain regions do not expand and come into contact with each other, thereby preventing the short channel effect from occurring.

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

第1図は、本発明の一実施例に係る半導体装置の製造方
法を実施して製造したガリュウムヒ素電界効果トランジ
スタの構造図である。 第2〜6図は、本発明の一実施例に係る半導体装置の製
造方法の主要工程完了後の基板断面図である。 第7〜9図は、従来技術に係る半導体装置の製造方法の
主要工程完了後の基板断面図である。 第10図は、従来技術の欠点と本発明の効果を示すグラ
フ(ピンチオフ電圧対ゲート長)である。 1−φ−半絶縁性ガリュウムヒ素基板、2・・φ一導電
型(n型)のガリュウムヒ素層(チャンネル層)、  
3目・ゲート電極。 4・・・レジストマスク、 5・・・ソース領域、  
6・一番ドレイン領域、 51.91・・・不純物濃度
領域、 7・・・ソース電極、911・・ドレイン電極
、 9・争・二酸化シリコン膜、91・・・サイドウオ
ール。 工程図 第  2  cA 工程図 第 3 図 工程図 第 4 ■ 第5図 工程図 第6図 本発明 第1 図 従来技術 第 7 図 従来技術 第8図 従来技術 第 9 図
FIG. 1 is a structural diagram of a gallium arsenide field effect transistor manufactured by implementing a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 2 to 6 are cross-sectional views of a substrate after completion of the main steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 7 to 9 are cross-sectional views of a substrate after completion of main steps in a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art. FIG. 10 is a graph (pinch-off voltage versus gate length) showing the drawbacks of the prior art and the effects of the present invention. 1-φ-semi-insulating gallium arsenide substrate, 2...φ one conductivity type (n type) gallium arsenide layer (channel layer),
3rd eye/gate electrode. 4...Resist mask, 5...Source region,
6. First drain region, 51.91... Impurity concentration region, 7... Source electrode, 911... Drain electrode, 9. First silicon dioxide film, 91... Side wall. Process drawing No. 2 cA Process drawing No. 3 Process drawing No. 4 ■ Fig. 5 Process drawing Fig. 6 Present invention Fig. 1 Prior art Fig. 7 Prior art Fig. 8 Prior art Fig. 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 一導電型のガリュウムヒ素層(2)上にゲート電極(3
)を形成し、 該ゲート電極(3)の側面に選択的にサイドウォール(
91)を形成し、 該サイドウォール(91)をマスクとしてソース領域(
5)とドレイン領域(6)とにイオン注入をなして、前
記ゲート電極(3)の周囲に、前記一導電型のガリュウ
ムヒ素層(2)と前記ソース領域(5)/ドレイン領域
(6)との間に、不純物濃度領域(51)、(61)を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
[Claims] A gate electrode (3) is formed on a gallium arsenide layer (2) of one conductivity type.
), and selectively sidewalls ( ) are formed on the sides of the gate electrode (3).
91), and using the sidewalls (91) as a mask, a source region (
5) and the drain region (6), and the gallium arsenide layer (2) of one conductivity type and the source region (5)/drain region (6) are formed around the gate electrode (3). 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming impurity concentration regions (51) and (61) between.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01259568A (en) * 1988-04-11 1989-10-17 Sumitomo Electric Ind Ltd Manufacture of field effect transistor
FR2639762A1 (en) * 1988-11-29 1990-06-01 Mitsubishi Electric Corp PROCESS FOR PRODUCING ASYMMETRIC FIELD TRANSISTORS AND TRANSISTORS THEREOF

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