JPS63132483A - Junction-gate field-effect transistor and manufacture of same - Google Patents

Junction-gate field-effect transistor and manufacture of same

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JPS63132483A
JPS63132483A JP27828886A JP27828886A JPS63132483A JP S63132483 A JPS63132483 A JP S63132483A JP 27828886 A JP27828886 A JP 27828886A JP 27828886 A JP27828886 A JP 27828886A JP S63132483 A JPS63132483 A JP S63132483A
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JP
Japan
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region
gate
channel region
channel
conductivity type
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JP27828886A
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Tsukasa Onodera
司 小野寺
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To keep fluctuation of the threshold voltage small even if the gate length is made short by forming the junction depth of the gate region in the end parts of the channel region larger than the depth in the central part of the channel region. CONSTITUTION:For the existence of a parasitic channel region 13, an effective n-type channel region 4 is usually formed more deeply in the end parts as compared with the central part of the channel region 4. And, according to its shape, the junction depth with a gate region 5 in the end parts of the channel region 4 is formed more deeply as compared with that in the central part. Therefore, the actual channel thickness increases little, and the depletion layer can be widened by an ordinary threshold voltage, enabling the current to be pinched off.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 るしき力値電圧のゲート長への依存性を抑制するなめに
、チャネル領域端部におけるゲート領虜との接せ深ざを
、チャネル領域中央部におけるそれよりも深く形成する
ものである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] In order to suppress the dependence of a certain force value voltage on the gate length, the depth of contact with the gate region at the end of the channel region is changed from that at the center of the channel region. It is something that is formed more deeply.

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

本発明に、半導体装置、特にその接合ゲート型電界効果
トランジスタ (JFETIの構造と、その製法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor device, particularly the structure of a junction gate field effect transistor (JFETI) and its manufacturing method.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のJPETを、その製法の一例を参照して篤4図に
説明する。第4図は、従来のnチャネル型JFETの製
法を工程順に示す断面図である。
Conventional JPET will be explained in Figure 4 with reference to an example of its manufacturing method. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing an n-channel JFET in order of steps.

本例は、先ず第4図(2)の様に、例えば拡散マスク1
0を形成し、その拡散窓10a  よりSiイオンを注
入することにより、n影領域4aを形成するO 久に駆4図(Bの様に将来チャネル領域4となる箇所に
のみ拡散マスク12を形成した後、更に高濃度のSi 
イオンを注入することによってnfJlのソース領tJ
I12及びドレイン領砿3を形成する。
In this example, first, as shown in FIG. 4 (2), for example, a diffusion mask 1
0, and by implanting Si ions through the diffusion window 10a, an n shadow region 4a is formed. After that, a higher concentration of Si
Source region tJ of nfJl by implanting ions
I12 and drain groove 3 are formed.

次に図示しないAI!N (窒化アルミニウム)膜を全
面に形成し、アニールを行なう。
Next is AI (not shown)! A N (aluminum nitride) film is formed over the entire surface and annealed.

次に篇4図(0の様に、全面にStO,膜9を形成した
後、将来ゲート領域5となる箇所に、窓あけを行ない、
次いで全面に例えばMg (マグネンウム)をドーピン
グしたWSix(タングステンシリサイド)膜11を形
成した後、加熱処理を行なうことによって、Wsix願
11中のMgを拡散し、ゲート伽M5を形成する。
Next, as shown in Figure 4 (0), after forming the StO film 9 on the entire surface, a window is made in the area that will become the gate region 5 in the future.
Next, after a WSix (tungsten silicide) film 11 doped with, for example, Mg (magnenium) is formed on the entire surface, heat treatment is performed to diffuse Mg in the WSix film 11 and form a gate M5.

次に鷹4区(島の様に、WSix膜11のパターンユン
グを行なった後、ソース領域2、ドレイン領113 上
(1) S iol ’d 9にコンタクト窓を形成し
、次いで表面に、例えばAIからなる電極材を形成し、
そのパターンユングを行なうことによって、ゲート1を
極6、ソース電極7、ドレイン電極8を形成するもので
ある。
Next, after patterning the WSix film 11 in the form of an island, contact windows are formed on the source region 2 and drain region 113 (1) Siol'd 9, and then on the surface, for example, Forming an electrode material made of AI,
By performing this patterning, the gate 1, the pole 6, the source electrode 7, and the drain electrode 8 are formed.

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

JFETの駆動Hト力げ、伝達コンダクタンスgn]で
示され、通常a。
JFET's driving force, transfer conductance, gn], and is usually a.

旦し、 Wg:ゲート幅、a:チャネル厚ンη Lg:ゲート、e〆:定数 Vcs:ゲートーソース間電圧 Vth : Lきい値電圧 で表される。つまり、gmは、ゲート幅Wgに比例し、
チャネル厚a、ゲート長Lgに反比例する。
Here, Wg: gate width, a: channel thickness η, Lg: gate, e〆: constant Vcs: gate-source voltage Vth: L threshold voltage. In other words, gm is proportional to the gate width Wg,
The channel thickness a is inversely proportional to the gate length Lg.

JFETの駆動能力を向上させるためには、このgmを
大きくする必要があるが、ゲー)幅Wgを大きくするこ
とば素子面積が広がるため不利であり、ま念チャネル厚
aを薄くすることは、ゲート逆方向耐圧が低下するため
同様に不利である。
In order to improve the driving ability of the JFET, it is necessary to increase gm, but increasing the gate width Wg is disadvantageous because it increases the device area. This is also disadvantageous since the reverse breakdown voltage decreases.

以上の結果、合理的にgm k向上させるためには、ゲ
ート長Lgを短かぐ形成することが最も望ましい0 しかし、実際のJFETは、承5図(2)の様に、高き
度のソース領域2及びドレイン@t2113から、その
キャリアが1型GaAs基板1内に移動するため、チャ
ネル領域の両端部の1型GaAs基板1内には、を生チ
ャネル@堵13が形成ばれ、そのため、第5図IBIの
様に、ゲート領域5を短かくして短チヤネル化した場合
は、その寄生チャネル領域13が実効的チャネル領域に
対応する位置に形成されるようになり、その分、実効的
なチャネル厚が増加する為、しきt’k flf電圧が
マイナス側にシフトするとかう、bわゆる短ゲート効果
が表われてしまう。
As a result of the above, in order to rationally improve gmk, it is most desirable to shorten the gate length Lg. However, in actual JFETs, as shown in Figure 5 (2), 2 and the drain @t2113, the carriers move into the type 1 GaAs substrate 1, so that a raw channel @t213 is formed in the type 1 GaAs substrate 1 at both ends of the channel region. As shown in Figure IBI, when the gate region 5 is shortened to create a short channel, the parasitic channel region 13 is formed at a position corresponding to the effective channel region, and the effective channel thickness is accordingly reduced. As a result, the so-called short gate effect appears, in which the threshold t'k flf voltage shifts to the negative side.

81I6図にその短ゲート効果につ込ての典型的なデー
タを示す。図示の様に、素子の高速化を図るために、ゲ
ート長Lg′frl(μm)前後に設定し、形成した場
合は、その加工の微細なばらつきによってしきい値電圧
vthが大きく変動すると論う問題点を有していた。
Figure 81I6 shows typical data regarding the short gate effect. As shown in the figure, if the gate length is set and formed around Lg'frl (μm) in order to increase the speed of the device, the threshold voltage vth will vary greatly due to minute variations in the processing. It had some problems.

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

本発明け、上記問題点に鑑み、短ゲート効果によるvt
hのシフトを抑制するために、駆】図の様〔作用〕 W生チャネル@#12の存在により実効的なn型チャネ
ル領域4ば、通常、廚1因の様にチャネル曽域4の中央
部に比べてWa部の方が呆〈形成されるようになり、本
発明は、その形状に従ってチャネル領域4の端部におけ
るゲート領域5との接合深さを中央部におけるそれに比
べて深く形成するため、実際のチャネル厚は殆んど増加
せず、通常のしきい値電圧によって充分に空乏IIi#
を広げることができ、電流をピンチオフさせることがで
きる。
In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a vt due to short gate effect.
In order to suppress the shift of h, the effective n-type channel region 4 due to the presence of the W raw channel @#12 is normally shifted to the center of the channel region 4 as shown in the figure. According to the present invention, the depth of the junction with the gate region 5 at the end of the channel region 4 is formed deeper than that at the center according to the shape. Therefore, the actual channel thickness hardly increases, and the normal threshold voltage sufficiently reduces the depletion IIi#
can be expanded and the current can be pinched off.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を、簗2図を参照して詳細に説
明する。本実施例けnチャネル型のJPETであり、第
2図はそれを工程11!に示す断面図である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to Figure 2. This embodiment is an n-channel type JPET, and FIG. 2 shows it in step 11! FIG.

本実施例は、先ず、準2図(alの様に、■型の導より
、Siイオンを加速エネルギーが120(key)、ト
°−ズ量が2X 10” (cm  )にて注入するこ
とによってn型領域4aを形成する。
In this example, first, Si ions were implanted using a quasi-2 diagram (al) type conduction with an acceleration energy of 120 (key) and a tones amount of 2X 10'' (cm). An n-type region 4a is formed by the following steps.

久に、第2図Bの様に、将来チャネル領域4となる部分
に新たに、例えばレジストからなる拡販マスク12を形
成した後、更にSiイオンを例えば加速エネルギーが1
75(kev)、ド−ズ蓋が2X ] 013(cm 
 )にて注入することによってソース領域2、ドレイ/
領域3を形成する0この場合、ソース領域2及びドレイ
ン頭切3より、GaAs基板内に、キャリアが移動する
ことによって、寄生チャネル領域13が形成される。
After a while, as shown in FIG. 2B, a new sales promotion mask 12 made of, for example, resist is formed in the part that will become the channel region 4 in the future, and then Si ions are further heated, for example, at an acceleration energy of 1.
75 (kev), dose lid is 2X ] 013 (cm
) by implanting source region 2, drain/
Forming Region 3 In this case, a parasitic channel region 13 is formed by carriers moving into the GaAs substrate from the source region 2 and drain cutout 3 .

次に、拡散マスクI Q、’12′fr除去した鏝、全
面に図示しない例えばklN (窒化アルミニウム)S
を形成し、それをカバー脇として例えば750’0にお
いて15分間のアニールを行なう。
Next, the diffusion mask IQ, the trowel from which '12'fr was removed, and the entire surface covered with klN (aluminum nitride) S, not shown.
is formed, and then annealed for 15 minutes at, for example, 750'0, using it as a cover.

次に、A4N膜除去後、艶2図(0の様に、例えばCV
 D成+>により5i01胎9を形成する。
Next, after removing the A4N film, gloss 2 (as shown in 0, for example, CV
5i01 embryo 9 is formed by D+>.

次に、屓2図(nの様に、将来形成孕れるゲート@ti
jJt15の中央部となる領域上のS10.腓9に拡散
ヒ 窓9aを形成した後、例えば入S(ン素)イオンを、加
速エネルギーが130(key)、ト°−ズ量が3×1
0′4(Crn−″)にて注入することによって、ゲー
ト拡散の抑制領域14を形成する0 次に、図示しないエツチングマスクを使用し、例、tば
プラズマ・エツチングを施すことによl記拡散窓9aを
1000(A)程度広げ念後、全面に例えばスパッタリ
ンIにより、λ4g(マグネシウム)をドーピングした
WSix(タングステン−シリサイド]膜1】′f例え
ば20001)程度の厚さにて形成する。
Next, as shown in Figure 2 (n), there are gates @ti that will be formed in the future.
S10. on the area that is the center of jJt15. After forming the diffusion window 9a in the leg 9, for example, incoming S (nitrogen) ions are
A gate diffusion suppressing region 14 is formed by implanting at 0'4 (Crn-''). Next, using an etching mask (not shown), plasma etching is performed, for example, to form a gate diffusion region 14. After widening the diffusion window 9a by about 1000 (A), a WSix (tungsten-silicide) film doped with λ4g (magnesium) is formed on the entire surface by sputtering I, for example, to a thickness of about 20001). .

次に、@2図■の様に例えば赤外線ランプによる高速昇
温法により900℃、6秒間の熱処理を行なうことによ
って、WSix膜ll中のMg kチャネル領域4内に
拡散し、ゲート領域5を形成する。
Next, as shown in Figure 2 (■), heat treatment is performed at 900° C. for 6 seconds using, for example, a rapid heating method using an infrared lamp, so that Mg diffuses into the k channel region 4 in the WSix film 11 and forms the gate region 5. Form.

この場合、抑制領域J3が形成されている領緒は他の慟
域に比べてMgの拡散係数が小ζい為、形成されたゲー
ト領域は、その中央部における接合深さが端部における
それよりも浅く形成される。
In this case, since the region where the suppression region J3 is formed has a smaller Mg diffusion coefficient than other regions, the junction depth at the center of the formed gate region is smaller than that at the ends. formed shallower than the

(本例では、中央部・・・0.3(μmL端部・・・0
6(μm)程度)。
(In this example, the center part...0.3 (μmL end part...0
6 (μm)).

次に廖2図(Dの様に% WS ix膜11をパターン
ユングハ一旦全面に例えばTi  (チタン)及びAu
C金)からなる電極材を蒸着し、そのバター/ユングを
行なうことにより、ゲート電極6を形成する0 次に、WL2図(Gの様に、ソース領域2及びドレイン
領域3上のSin、膜9にコンタクト窓を形成バター/
ユングを行なうことにより、ソース電極7、ドレイ/1
1を極8を形成するものである。
Next, as shown in Figure 2 (D), a %WS ix film 11 is patterned on the entire surface using, for example, Ti (titanium) and Au.
The gate electrode 6 is formed by vapor-depositing an electrode material made of gold (C gold) and performing Butter/Jung processing. Form a contact window in 9 with butter/
By performing Jung, source electrode 7, drain/1
1 to form the pole 8.

以上の結果形成されたJFETのしきい値電圧Vth−
ゲート長Lg特性を笛3図に示す。図示の様に本実施例
のJFETはゲート長Lgが1(μm)前後に設定し、
形成された場合におりでも、ゲート長Lgのばらつきに
よるしきい値電圧vthの変動を低くおざえることがで
き、高信頼のJ FETを得ることができる。
Threshold voltage Vth- of the JFET formed as a result of the above
The gate length Lg characteristics are shown in Figure 3. As shown in the figure, the gate length Lg of the JFET of this example is set to around 1 (μm),
Even in the case where the gate length Lg is formed, fluctuations in the threshold voltage vth due to variations in the gate length Lg can be kept low, and a highly reliable J FET can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のJFETは、ゲート長Lgを短ゲート化しても
しき力値電圧vthの変動を低く保つことがでンるため
、小型且つ、高速、高信頼のJPET集積回路素子を得
ることができる。
In the JFET of the present invention, fluctuations in the force value voltage vth can be kept low even when the gate length Lg is shortened, so that a small, high-speed, and highly reliable JPET integrated circuit element can be obtained.

本発明の詳細な説明する図、纂3図は実施例JFETI
)Vth−Lg 特性t 示f図、第4図は従来のJF
ETを説明する図、第5図は従来JPETの問題点を説
明する図、第6図は従来JFETのVth−Lg%性金
示す図である。図において、1けGaAs基扱、2はソ
ース曽域、3けドレイン領域、4はチャネル領域、4a
はn型領域、5はゲート領域、6はゲート電極、7はソ
ース電極、8はドレイ/冨極、9ijStag p、9
a+ 10a  は拡散窓、10.12け拡触マスク、
11けWSix膜、131−t′#F生チャネル領域、
14は抑制領域である。
The detailed explanation diagram of the present invention, the third diagram, is an example of JFETI.
)Vth-Lg characteristic t Figure 4 shows the conventional JF
FIG. 5 is a diagram explaining the problems of the conventional JPET, and FIG. 6 is a diagram showing the Vth-Lg% properties of the conventional JFET. In the figure, 1 is based on GaAs, 2 is the source region, 3 is the drain region, 4 is the channel region, and 4a
is an n-type region, 5 is a gate region, 6 is a gate electrode, 7 is a source electrode, 8 is a drain/polar electrode, 9ijStag p, 9
a+ 10a is a diffusion window, 10.12 is a diffusion mask,
11 WSix membrane, 131-t'#F raw channel region,
14 is a suppression area.

図面の浄書(内容に変更なし) I 棒 ? 図 狭朗JFETの笑鵞、枦1工膠8 ケニト−bLy(、メズ町 iにシ〉)鼾ヒA!13 JFl巳T /) Vth−
L≦〆 4)哄閂トノ)ζに名 3 把 板床J/:ETθ工程毘 半 4 ピ (,4) 蕨禾JFETめ開1[六、 ′g 5 Σ ゲート長 g  <、um  > ルミ釆JFETf) Vlh−Lグ竹lト主(スiブニ
ト効翠ン阜6 犯 昭和  手  月  日 l、事件の表示 昭和 ら1年持許願第2”7f;2S8号−jヨし一ゴ
Lム側五3豊[応lk−−−−−3補正を゛する者 事件との関係     特許出願人 住所 神奈川県用崎市中原区」二小田中1015咎地(
522)名称富士通株式会社
Engraving of the drawing (no changes to the content) I bar? Zusaro JFET's Shōgo, Mashi 1 Kogyo 8 Kenito-bLy (, Mez-cho i ni shi>) Snore Hi A! 13 JFl Mi T /) Vth-
L≦〆 4) Name to ζ 3 Gap plate floor J/: ET θ process bihan 4 Pi (, 4) Warabi JFET opening 1 [6, 'g 5 Σ Gate length g <, um > Lumi pot JFETf) Relationship with the case of the person who made the third amendment Patent applicant address: 1015 Niodanaka, Nakahara-ku, Yozaki City, Kanagawa Prefecture
522) Name Fujitsu Limited

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半絶縁性化合物半導体基板に高濃度の一導電型ソー
ス領域及びドレイン領域が設けられ、該ソース領域と、
ドレイン領域間に一導電型のチャネル領域が設けられ、
該チヤネル領域内に反対導電型のゲート領域が設けられ
てなる接合ゲート型電界効果トランジスタにおいて、 該ゲート領域の端部における深さが該ゲート領域の中央
部における深さよりも深く形成されてなることを特徴と
する接合ゲート型電界効果トランジスタ。 2、半絶縁性化合物半導体基板に、一導電型不純物を導
入し、チャネル領域を形成する工程と、該チャネル領域
両端部に高濃度の一導電型不純物を導入することにより
、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、 該基板表面に形成したマスクを介して、将来形成される
ゲート領域の中央部に該基板を構成する元素を導入する
ことにより、抑制領域を形成する工程と、 該マスクの開口部を広げた後、それを介して、該チャネ
ル領域と反対導電型の不純物を導入し、ゲート領域を形
成する工程とが含まれてなることを特徴とする接合ゲー
ト型電界効果トランジスタの製造方法。
[Claims] 1. A semi-insulating compound semiconductor substrate is provided with a high concentration source region and a drain region of one conductivity type, the source region and
A channel region of one conductivity type is provided between the drain regions;
In a junction gate field effect transistor in which a gate region of an opposite conductivity type is provided in the channel region, the depth at the end of the gate region is deeper than the depth at the center of the gate region. A junction gate field effect transistor characterized by: 2. A process of introducing impurities of one conductivity type into a semi-insulating compound semiconductor substrate to form a channel region, and introducing high concentration impurities of one conductivity type into both ends of the channel region to form a source region and a drain region. A step of forming a suppression region by introducing an element constituting the substrate into the center of a gate region to be formed in the future through a mask formed on the surface of the substrate; Manufacturing a junction gate field effect transistor, comprising the step of widening an opening and introducing an impurity of a conductivity type opposite to that of the channel region through the opening to form a gate region. Method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4943537A (en) * 1988-06-23 1990-07-24 Dallas Semiconductor Corporation CMOS integrated circuit with reduced susceptibility to PMOS punchthrough
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