JPS6318676A - 3−5族半導体装置 - Google Patents

3−5族半導体装置

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JPS6318676A
JPS6318676A JP16304286A JP16304286A JPS6318676A JP S6318676 A JPS6318676 A JP S6318676A JP 16304286 A JP16304286 A JP 16304286A JP 16304286 A JP16304286 A JP 16304286A JP S6318676 A JPS6318676 A JP S6318676A
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JP
Japan
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ions
semiconductor device
region
layer
iii
Prior art date
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Pending
Application number
JP16304286A
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English (en)
Inventor
Masaaki Kuzuhara
正明 葛原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC 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、イオン注入法を用いたIII −V族半導体
装置に関する。
(従来技術とその問題点) 近年、半導体集積回路の高速化を目的として、ガリウム
砒素(以下GaAsと記す)半導体を動作層に用いるG
aAs集積回路の開発が活発にすすめられている。Ga
As集積回路の基本素子としては電界効果トランジスタ
が一般に用いられているが、かかる素子の動作層の形成
方法として均一性、制御性および量産性の見地からイオ
ン注入法が広く用いられている。
GaAs集積回路において回路の高速化を図るためには
、基本素子である電界効果トランジスタの相互コンダク
タンス(gm)を大きくすることが不可欠である。高い
gmを得るためには、電界効果トランジスタのゲート長
を短くすればよいが、ゲート長をlpmより短くすると
短チヤネル効果の影響により、電界効果トランジスタの
しきい値電圧が負側に変化する。短チヤネル効果は電界
効果トランジスタのしきい値電圧の制御性・均一性を悪
化させるばかりでなく、高いgmをもつエンハンスメン
ト型電界効果トランジスタの実現を困難にする原因とな
っている。
短チヤネル効果を起こす原因としては、ソース・ドレイ
ン各n+コンタクト居間を空間電荷ルリ限電流として流
れる基板電流の影響が指状されており、この基板電流は
n型動作層下にp壁埋込み層を設けることにより低減で
きることが報告されている(例えば、山崎(K、Yam
asaki)他、エレクトロニクス・しター ズ(El
ectronics Lett、)20  巻、102
9  ペー ジ1984年)。第5図は、Siイオン注
入を用いて形成したn型動作層の下に、Beイオン注入
を用いてp型埋込層を形成したときのSiおよびBe各
原子の濃度分布を示したものである。この方法では、S
iイオン注入されたn型動作層の中にもかなりな量のB
eが導入されることになる。n型動作層中のBeは、動
作層の電子濃度の低下や電子移動度の低下の原因となり
、このため、SiイオンとBeイオンの共注入法により
作製した電界効果トランジスタでは、高い胸が実現でき
ない欠点があった。
本発明の目的は、短チヤネル効果が低減でき、しかも高
いgmが実現できるIII −V族半導体装置を提供す
ることにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、III −V族半導体装置のn型動作
領域において、前記n型動作領域の厚さ以上の注入分布
深さを有する塩素イオン注入領域を有してなることを特
徴とするIII −V族半導体装置が得られる。
(作用) 本発明は、半絶縁性GaAs基板にイオン注入したn型
不純物の活性化率ならびに移動度が、n型不純物と共に
塩素(C1)をイオン注入することにより改善され、し
かも塩素イオンの注入分布深さがn型動作層の厚さより
大きい場合には、電界効果トランジスタのしきい値電圧
のゲート長依存性が低減できるという実験事実に基づく
ものである。
(実施例) 第1図は、本発明による半導体装置の断面構造図である
。半絶縁性GaAs基板1にn型動作層11およびn+
コンタクト層9が形成されており、該n型動作層領域に
重なる状態でn型動作層11の厚さより深い注入分布を
有する塩素イオン注入領域12が形成されている。第2
図に、n型動作層11および塩素イオン注入領域12に
おける各不純物の深さ方向分布を示す。例として、n型
動作層11の形成法としては、Siイオン注入を用いた
場合について示した。半絶縁性GaAs基板1にイオン
注入されたSiイオンの活性化率および移動度は、Si
イオンと同時にCIイオンを共注入することにより、S
iイオン単独注入の場合に比べて大きくすることができ
る。−例として、283iイオンを50keVでI X
 1011013a半絶縁性GaAs基板に室温注入し
、さらに35C1イオンを75keVで2×1013c
m−2同じく室温注入した後に800°Cl2O分のア
ニールを行ったときの活性化率と移動度は、それぞれ4
5%、3000cm2/V−seeであった。これらの
値はClイオン注入を行わなかった場合のSiイオンの
活性化率と移動度(それぞれ35%、2800cm2/
V−sec)に比べて良好な値を示している。
第3図(a)〜(g)は、本発明によるIII −V族
半導体装置を製造する場合について、製造工程順に半導
体装置の断面構造図を示したものである。まず、半絶縁
性GaAs基板1上にホトレジスト2を用いてデバイス
形成領域のみを選択的に窓開けし、その後Siイオン3
を10keVでI X 1013cm−2、またCIイ
オン4を20keVで2 X 1013cm−2、それ
ぞれ全面注入してn型動作層5を形成する(第3図(a
)、(b))。イオン注入後、ホトレジスト2を除去し
、アニール保護膜6としてCVDSi3N4膜を50n
m被着する。動作層5のアニールは電気炉を用いて、水
素雰囲気中で800°Cl2O分間行う(第3図(C)
)。その後、アニール保護膜を除去し、ゲート金属とし
てWSixを500nmスパッタ蒸着する。SF6ガス
によるドライエツチングにより、0.5.1.0,1.
5,2.0pmの各ゲート長をもつゲート電極7を形成
した後(第3図(d))、ソースおよびドレイン領域の
ためのn中層としてSiイオン8を100keVで1×
1013cm−2注入してn+コンタクト層9を形成す
る(第3図(e))。n中層のアニールは800°C1
10分間同じ< Si3N4アニール保護膜6を用いて
行う(第3図(f))。
次に、ソースおよびドレイン用オーミック電極10とし
てAuGe−Niを真空蒸着し、420°Cのアロイン
グ工程の後、パッド電極としてTi−Auを前記AuG
e−Ni上に蒸着して電界効果トランジスタが完成する
(第3図(g))。
本発明により得られた電界効果トランジスタのしきい値
電圧は、ゲート長0.5pmの素子で一〇、02Vであ
り、gmの平均値は460m5/mm、最大値としては
60m5/mmを越える高い値が得られた。Clイオン
注入を行わずに作製した同様の素子では、しきい値電圧
−〇、20Vで平均gmは380m5/mmであり、C
Iイオン注入を行うことにより平均gmが20〜30%
改善できることが実証された。
また、本発明を用いた電界効果トランジスタでは、短チ
ヤネル効果も大幅に低減されている。第4図は、しきい
値電圧のゲート長依存性を示したものである。Siイオ
ンとC1イオンの共注入により作製した本発明による電
界効果トランジスタでは、ゲート長の短縮に伴うしきい
値電圧の変化が0.1V以下に抑えられているのに対し
、CIイオン注入を行わなかった素子では、0.3vに
及びしきい値電圧の変化が生じており、本発明が、短チ
ヤネル効果の低減の観点からも有用であることが実証さ
れた。
本実施例では、SiイオンとC1イオン導入方法として
、それぞれ独立のイオン注入工程を用いたが、イオン種
として5iC1”、5iC12”、5iC13+などの
分子状イオンを用いれば、1回のイオン注入工程によっ
ても本発明の効果を実現することが可能となる。
また、SiイオンおよびCIイオンの各注入エネルギや
注入ドース量については、C1イオンの方がSiイオン
より深い注入イオン分布を与える限り、本実施例で用い
た数値以外の条件を用いても本発明の効果が同様に得ら
れることは言うまでもない。
(発明の効果) 本発明の方法を用いることにより、高g工で短チヤネル
効果の影響が少ないIII −V族半導体装置が実現で
きる。特に、短チヤネル効果の低減により、エンハンス
メント型III −V族半導体装置においても、500
m5/mm程度の高いgmを制御性良く実現することが
可能となる。
なお、本発明によるIII −V族半導体装置のn型動
作層には従来その影響が明らかにされていないC1原子
が多量に含まれており、C1原子の存在によるデバイス
特性への悪影響が懸念されるが、作製したCI原子を動
作層に含む電界効果トランジスタのDC特性にみられる
光応答やヒステリシスの程度は、従来法で作製したもの
と比較して有意な差はなく、C1原子の導入がデバイス
特性に悪い影響を与えることはないことが確認されてい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の詳細な説明するための断面構造図、
第2図は、本発明の詳細な説明するための図、第3図(
a)〜(g)は本発明の一実施例を工程順に示す断面図
、第4図は本発明の効果を示す図、第5図は従来の方法
による注入イオン濃度分布の例を示す図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板、2・・、ホトレジスト
、3・・・Siイオン、    4・・・C1イオン、
5、・・n型動作層、   6・・・アニール保護膜、
7・・・ゲート電極、   8・・・Siイオン、9・
・・n+フンタクト層、10・・・オーミック電極、1
1・・・n型動作層、   12・・・塩素イオン注入
領域。−一7ゝ 第1図 7ゲート電極    11  n型動作層第2図 0  0.2   0.4 深さ (μm) 第3図 第3図 第4図 0.1   0.5 1 23 ゲート長  (μm)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. III−V族半導体装置のn型動作領域において、前記n
    型動作領域の厚さ以上の注入分布深さを有する塩素イオ
    ン注入領域を有してなることを特徴とするIII−V族半
    導体装置。
JP16304286A 1986-07-11 1986-07-11 3−5族半導体装置 Pending JPS6318676A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16304286A JPS6318676A (ja) 1986-07-11 1986-07-11 3−5族半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP16304286A JPS6318676A (ja) 1986-07-11 1986-07-11 3−5族半導体装置

Publications (1)

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JPS6318676A true JPS6318676A (ja) 1988-01-26

Family

ID=15766078

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16304286A Pending JPS6318676A (ja) 1986-07-11 1986-07-11 3−5族半導体装置

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JP (1) JPS6318676A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014057092A (ja) * 2008-02-13 2014-03-27 Toshiba Corp 半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014057092A (ja) * 2008-02-13 2014-03-27 Toshiba Corp 半導体装置

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