JPS6312391B2 - - Google Patents
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- JPS6312391B2 JPS6312391B2 JP57015073A JP1507382A JPS6312391B2 JP S6312391 B2 JPS6312391 B2 JP S6312391B2 JP 57015073 A JP57015073 A JP 57015073A JP 1507382 A JP1507382 A JP 1507382A JP S6312391 B2 JPS6312391 B2 JP S6312391B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明はGaAsを用いたシヨツトキーゲート型
電界効果トランジスタ（以下MESFET）の製造
方法に関する。
電界効果トランジスタ（以下MESFET）の製造
方法に関する。
GaAsMESFETは高周波増幅器や発振器など
を構成する個別半導体素子として広く使われてい
る。また、最近ではGaAsICの基本素子としても
重要な役割を果しつつある。このいずれの応用で
もGaAsFETの性能を十分引き出すことが要求さ
れる。GaAsFETの高周波性能指数は良く知られ
ているようにCgs／gnで記述される。ここでCgs
はゲート・ソース間容量であり、gnはFETの相
互コンダクタンスである。Cgsを減らし、gnを大
きくしてやることにより高周波性能指数は改善さ
れる。
を構成する個別半導体素子として広く使われてい
る。また、最近ではGaAsICの基本素子としても
重要な役割を果しつつある。このいずれの応用で
もGaAsFETの性能を十分引き出すことが要求さ
れる。GaAsFETの高周波性能指数は良く知られ
ているようにCgs／gnで記述される。ここでCgs
はゲート・ソース間容量であり、gnはFETの相
互コンダクタンスである。Cgsを減らし、gnを大
きくしてやることにより高周波性能指数は改善さ
れる。
gnに着目すると、FETの実質的なgnは
gn＝gnp／１＋gnpRs
となることが知られている。gnpはFETのチヤネ
ル部の特性から決まる真性相互コンダクタンスで
ある。これが引き出しうる最大のgnであるが現
実にはソース・ゲート間の直列抵抗Rsがあり、
上式のように実質的なgnはgnpより小さなものと
なつてしまう。従つて、このRsをいかにして小
さくするかが大きい相互コンダクタンスを得て
FETの高周波特性を改善するための鍵である。
ル部の特性から決まる真性相互コンダクタンスで
ある。これが引き出しうる最大のgnであるが現
実にはソース・ゲート間の直列抵抗Rsがあり、
上式のように実質的なgnはgnpより小さなものと
なつてしまう。従つて、このRsをいかにして小
さくするかが大きい相互コンダクタンスを得て
FETの高周波特性を改善するための鍵である。
MESFETの直列抵抗Rsの低減化をはかる方法
としてセルフアライン（自己整合）法が知られて
いる。これにはいくつかの方法があるが、代表的
なものは第１図に示すようにゲート電極１３をマ
スクとして高濃度イオン注入をし、電子濃度が
1018cm-3以上のソース、ドレイン領域１４，１５
をゲート電極１３に近接させて形成する方法であ
る。１１は半絶縁性GaAs結晶、１２は活性層、
１６，１７はそれぞれソース、ドレイン電極であ
る。この方法で最も難しい技術は耐熱性ゲート電
極金属の選択である。ゲート電極をマスクとして
高濃度イオン注入したソース、ドレイン部を高電
子濃度層とするにはアニーリング工程が必要であ
るが、通常GaAsへのドナーイオン注入層のアニ
ール温度は約800℃にもなる。こうした高温アニ
ール工程を経たあともマスクとして使つたゲート
電極とGaAsとが良好なシヨツトキー障壁を有し
ていることが必要である。こうした厳しい条件下
でGaAsと良好なシヨツトキー障壁を形成しうる
金属は数少い。主にＷ、Mo、Ta、Trなどの耐
熱性金属その他Ti／Ｗなどの耐熱性金属合金が
その可能性を有している。実際にTi／Ｗゲート
のセルフアラインGaAsMESFETの実験例が報
告されている。（例えば、N.YOKOYAMA
etal.1981 ISSCC）。しかし、こうした耐熱性金属
は一般にGaAsとの機械的密着性が悪く、再現性
よく良好な接合を得ることは難しい。
としてセルフアライン（自己整合）法が知られて
いる。これにはいくつかの方法があるが、代表的
なものは第１図に示すようにゲート電極１３をマ
スクとして高濃度イオン注入をし、電子濃度が
1018cm-3以上のソース、ドレイン領域１４，１５
をゲート電極１３に近接させて形成する方法であ
る。１１は半絶縁性GaAs結晶、１２は活性層、
１６，１７はそれぞれソース、ドレイン電極であ
る。この方法で最も難しい技術は耐熱性ゲート電
極金属の選択である。ゲート電極をマスクとして
高濃度イオン注入したソース、ドレイン部を高電
子濃度層とするにはアニーリング工程が必要であ
るが、通常GaAsへのドナーイオン注入層のアニ
ール温度は約800℃にもなる。こうした高温アニ
ール工程を経たあともマスクとして使つたゲート
電極とGaAsとが良好なシヨツトキー障壁を有し
ていることが必要である。こうした厳しい条件下
でGaAsと良好なシヨツトキー障壁を形成しうる
金属は数少い。主にＷ、Mo、Ta、Trなどの耐
熱性金属その他Ti／Ｗなどの耐熱性金属合金が
その可能性を有している。実際にTi／Ｗゲート
のセルフアラインGaAsMESFETの実験例が報
告されている。（例えば、N.YOKOYAMA
etal.1981 ISSCC）。しかし、こうした耐熱性金属
は一般にGaAsとの機械的密着性が悪く、再現性
よく良好な接合を得ることは難しい。
本発明はこうした従来の耐熱性金属に替り、
Ptをゲート電極金属として用い、これとGaAsと
の固相反応を利用して、耐熱性シヨツトキー接合
を再現性よく形成し、それによりセルフアライン
型GaAsMESFETを安定に作ることを可能にす
るものである。
Ptをゲート電極金属として用い、これとGaAsと
の固相反応を利用して、耐熱性シヨツトキー接合
を再現性よく形成し、それによりセルフアライン
型GaAsMESFETを安定に作ることを可能にす
るものである。
PtとGaAsとは容易に反応し、PtAs2、PtGa3
などの金属間化合物が形成される。そして、それ
ら化合物の組成に依存してシヨツトキー障壁の電
気的特性も変化する。第２図ａ，ｂはGaAsにPt
を500Å真空蒸着し、温度を変えて熱処理したと
きのシヨツトキー障壁の障壁高さ（φB）と障壁
の良し悪しを示す値（ｎ）を示したものである。
（図中、破線はSinhaらが1973年に発表したデー
タであり、実線が今回本発明者らが測定したデー
タである。この図から見られるように約500℃以
下ではPtとGaAsとの間に反応が生じても電気的
特性は大きく変らないが、600℃以上となると障
壁特性が劣化する。従つて、このままではPtを
ゲートとして用いるとソース、ドレインn+注入
層のアニール（〜800℃）の際にシヨツトキー障
壁が劣化してしまうためセルフアライン
MESFETはつくれない。
などの金属間化合物が形成される。そして、それ
ら化合物の組成に依存してシヨツトキー障壁の電
気的特性も変化する。第２図ａ，ｂはGaAsにPt
を500Å真空蒸着し、温度を変えて熱処理したと
きのシヨツトキー障壁の障壁高さ（φB）と障壁
の良し悪しを示す値（ｎ）を示したものである。
（図中、破線はSinhaらが1973年に発表したデー
タであり、実線が今回本発明者らが測定したデー
タである。この図から見られるように約500℃以
下ではPtとGaAsとの間に反応が生じても電気的
特性は大きく変らないが、600℃以上となると障
壁特性が劣化する。従つて、このままではPtを
ゲートとして用いるとソース、ドレインn+注入
層のアニール（〜800℃）の際にシヨツトキー障
壁が劣化してしまうためセルフアライン
MESFETはつくれない。
ところが、本発明者らの実験によれば、Ptと
GaAsとを比較的低温（400℃前後）で一度熱処
理をすると、その後800℃まで昇温してもその電
気的特性が変らないということが明らかとなつ
た。第３図および第４図は実験結果の一例を示す
ものである。ｎ型GaAs結晶にPtを500Å蒸着し、
熱処理を行つた。１つは第３図の破線Ａのような
温度プログラム、すなわち室温から一気に800℃
まで昇温して10分間保持するというもの、もう１
つは実線Ｂのように400℃に昇温し、そこで60分
間保持したあと、800℃に昇温して10分間保持す
るというものである。これらの試料の裏面に
AuGeのオーミツク電極を形成してシヨツトキー
ダイオードとして電気的特性を調べた結果、第３
図のＡ，Ｂにそれぞれ対応して第４図のＡ，Ｂの
ようなものであつた。温度プログラムＡの場合の
シヨツトキー特性は余りよくない。一方、Ｂの場
合は良好なシヨツトキー特性を示した。
GaAsとを比較的低温（400℃前後）で一度熱処
理をすると、その後800℃まで昇温してもその電
気的特性が変らないということが明らかとなつ
た。第３図および第４図は実験結果の一例を示す
ものである。ｎ型GaAs結晶にPtを500Å蒸着し、
熱処理を行つた。１つは第３図の破線Ａのような
温度プログラム、すなわち室温から一気に800℃
まで昇温して10分間保持するというもの、もう１
つは実線Ｂのように400℃に昇温し、そこで60分
間保持したあと、800℃に昇温して10分間保持す
るというものである。これらの試料の裏面に
AuGeのオーミツク電極を形成してシヨツトキー
ダイオードとして電気的特性を調べた結果、第３
図のＡ，Ｂにそれぞれ対応して第４図のＡ，Ｂの
ようなものであつた。温度プログラムＡの場合の
シヨツトキー特性は余りよくない。一方、Ｂの場
合は良好なシヨツトキー特性を示した。
本発明は以上の物理現象を利用したものであ
る。すなわち、PtをFETのゲート金属とし、被
着後にそれをマスクとしてセルフアラインでソー
ス、ドレイン用のn+イオン注入を行つた後、ま
ず400℃前後で熱処理してPtとGaAsの化合物を
形成し、次いで800℃前後に昇温して熱処理をし
てn+注入層の不純物の活性化をするというもの
である。第１段階のPtとGaAsの化合物を形成す
る熱処理は、好ましくは400〜500℃、10〜60分で
ある。また活性化のための熱処理の好ましい温度
範囲は750〜〜850℃である。
る。すなわち、PtをFETのゲート金属とし、被
着後にそれをマスクとしてセルフアラインでソー
ス、ドレイン用のn+イオン注入を行つた後、ま
ず400℃前後で熱処理してPtとGaAsの化合物を
形成し、次いで800℃前後に昇温して熱処理をし
てn+注入層の不純物の活性化をするというもの
である。第１段階のPtとGaAsの化合物を形成す
る熱処理は、好ましくは400〜500℃、10〜60分で
ある。また活性化のための熱処理の好ましい温度
範囲は750〜〜850℃である。
本発明は従来提案されているTi／Ｗなどを用
いたセルフアライン型GaAsMESFETの製造方
法に比べシヨツトキーゲート金属とGaAsの密着
性に優れ、また電気的特性（障壁の高さなど）の
再現性、安定性などの点で優れており、GaAsIC
やLSIの有効な製造方法となりうる。
いたセルフアライン型GaAsMESFETの製造方
法に比べシヨツトキーゲート金属とGaAsの密着
性に優れ、また電気的特性（障壁の高さなど）の
再現性、安定性などの点で優れており、GaAsIC
やLSIの有効な製造方法となりうる。
以下で具体的実施例にもとずいてセルフアライ
ン型GaAsMESFETの製造方法について述べる。
第５図は製造工程の一例である。半絶縁性GaAs
結晶基板２１にSi+イオンをマスク２２を用いて
100KVで４×1012cm-2注入し、850℃で15分間ア
ニールすることにより活性層２３を選択的に形成
する(a)。つづいてゲート金属としてのPtを500Å
蒸着してゲート電極２４を形成し(b)、これをマス
クとして再びSi+イオンを150KVで３×1013cm-2
注入してゲート電極２４にセルフアラインされた
イオン注入層２５，２６を形成する(c)。この試料
を400℃で60分間熱処理するとPtゲート電極２４
とGaAsとが反応して化合物２７が形成される
(d)。この60分の熱処理では蒸着したPtはほゞす
べて反応する。このあと800℃に昇温して15分間
熱処理して高濃度イオン注入層２５，２６の不純
物活性化を行い、ソース領域２５′、ドレイン領
域２６′を形成し、その後AuGeからなるソース、
ドレイン電極２８，２９を形成する(e)。
ン型GaAsMESFETの製造方法について述べる。
第５図は製造工程の一例である。半絶縁性GaAs
結晶基板２１にSi+イオンをマスク２２を用いて
100KVで４×1012cm-2注入し、850℃で15分間ア
ニールすることにより活性層２３を選択的に形成
する(a)。つづいてゲート金属としてのPtを500Å
蒸着してゲート電極２４を形成し(b)、これをマス
クとして再びSi+イオンを150KVで３×1013cm-2
注入してゲート電極２４にセルフアラインされた
イオン注入層２５，２６を形成する(c)。この試料
を400℃で60分間熱処理するとPtゲート電極２４
とGaAsとが反応して化合物２７が形成される
(d)。この60分の熱処理では蒸着したPtはほゞす
べて反応する。このあと800℃に昇温して15分間
熱処理して高濃度イオン注入層２５，２６の不純
物活性化を行い、ソース領域２５′、ドレイン領
域２６′を形成し、その後AuGeからなるソース、
ドレイン電極２８，２９を形成する(e)。
こうして、直列抵抗の小さなセルフアライン型
GaAsMESFETがつくれる。このMESFETは従
来のようなソース、ドレイン部にセルフアライン
でn+層がつくられていないFETに比べ相互コン
ダクタンスが約２倍以上であり、高速スイツチン
グが可能であつた。またシヨツトキーゲート電極
の密着性がよく、再現性、安定性に優れた特性が
得られた。
GaAsMESFETがつくれる。このMESFETは従
来のようなソース、ドレイン部にセルフアライン
でn+層がつくられていないFETに比べ相互コン
ダクタンスが約２倍以上であり、高速スイツチン
グが可能であつた。またシヨツトキーゲート電極
の密着性がよく、再現性、安定性に優れた特性が
得られた。
第１図はゲート金属をマスクとしてソース、ド
レイン部に高濃度不純物層を形成するセルフアラ
イン型MESFETの基本構造を示す図、第２図ａ，
ｂはPtとGaAsのシヨツトキー障壁特性の熱処理
温度依存性を示す図、第３図および第４図は熱処
理温度プログラムとその違いによるPt−GaAsシ
ヨツトキー障壁の電流−電圧特性の違いを示す
図、第５図ａ〜ｅは、本発明の一実施例の
GaAsMESFETの製造工程を示す図である。 ２１…半絶縁性GaAs結晶基板、２３…活性
層、２４…ゲート電極（Pt）、２５，２６…高濃
度イオン注入層、２７…化合物、２５′…ソース
領域、２６′…ドレイン領域、２８…ソース電極、
２９…ドレイン電極。
レイン部に高濃度不純物層を形成するセルフアラ
イン型MESFETの基本構造を示す図、第２図ａ，
ｂはPtとGaAsのシヨツトキー障壁特性の熱処理
温度依存性を示す図、第３図および第４図は熱処
理温度プログラムとその違いによるPt−GaAsシ
ヨツトキー障壁の電流−電圧特性の違いを示す
図、第５図ａ〜ｅは、本発明の一実施例の
GaAsMESFETの製造工程を示す図である。 ２１…半絶縁性GaAs結晶基板、２３…活性
層、２４…ゲート電極（Pt）、２５，２６…高濃
度イオン注入層、２７…化合物、２５′…ソース
領域、２６′…ドレイン領域、２８…ソース電極、
２９…ドレイン電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ GaAs基板にPtからなるゲート電極を形成
し、このゲート電極をマスクとしてソース、ドレ
イン部にドナー不純物を高濃度にイオン注入した
後、比較的低温で所定時間保持する熱処理により
PtとGaAsの化合物を形成し、続いて昇温熱処理
してイオン注入層の不純物を活性化させることを
特徴とするシヨツトキーゲート型GaAs電界効果
トランジスタの製造方法。 ２ PtとGaAsの化合物を形成する熱処理は400
〜500℃で10〜60分行ない、不純物を活性化させ
る熱処理は750〜850℃で行なうようにした特許請
求の範囲第１項記載のシヨツトキーゲート型
GaAs電界効果トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1507382A JPS58132977A (ja) | 1982-02-02 | 1982-02-02 | シヨツトキ−ゲ−ト型ＧａＡｓ電界効果トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1507382A JPS58132977A (ja) | 1982-02-02 | 1982-02-02 | シヨツトキ−ゲ−ト型ＧａＡｓ電界効果トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58132977A JPS58132977A (ja) | 1983-08-08 |
| JPS6312391B2 true JPS6312391B2 (ja) | 1988-03-18 |
Family
ID=11878674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1507382A Granted JPS58132977A (ja) | 1982-02-02 | 1982-02-02 | シヨツトキ−ゲ−ト型ＧａＡｓ電界効果トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58132977A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5012985A (ja) * | 1973-06-01 | 1975-02-10 | ||
| JPS53125777A (en) * | 1977-04-08 | 1978-11-02 | Nec Corp | Manufacture for field effect transistor |
| JPS56133872A (en) * | 1980-03-21 | 1981-10-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1982
- 1982-02-02 JP JP1507382A patent/JPS58132977A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5012985A (ja) * | 1973-06-01 | 1975-02-10 | ||
| JPS53125777A (en) * | 1977-04-08 | 1978-11-02 | Nec Corp | Manufacture for field effect transistor |
| JPS56133872A (en) * | 1980-03-21 | 1981-10-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Manufacture of semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58132977A (ja) | 1983-08-08 |
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