JPS63275185A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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- JPS63275185A JPS63275185A JP11132087A JP11132087A JPS63275185A JP S63275185 A JPS63275185 A JP S63275185A JP 11132087 A JP11132087 A JP 11132087A JP 11132087 A JP11132087 A JP 11132087A JP S63275185 A JPS63275185 A JP S63275185A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
- H01L29/802—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with heterojunction gate, e.g. transistors with semiconductor layer acting as gate insulating layer, MIS-like transistors
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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。
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関し、特に化合物半導
体へテロ接合構造を利用した電界効果トランジスタに関
する。
体へテロ接合構造を利用した電界効果トランジスタに関
する。
化合物半導体、特にGaAsを主体材料とするショット
キー障壁型電界効果トランジスタ(以下GaAs M
ES FETと称す。)は従来のSiバイポーラトラ
ンジスタに比べ高速動作が可能であるため、これを主要
能動素子とするGaAs集積回路が注目され実用化され
つつある。最近、ゲート電極とGaAsチャネル層の間
に不純物を添加しないA e x G a 1−X A
6層を入れ、G a A sチャネル層のドナー不純
物濃度を高くかつ層の厚さを薄くすることによって相互
コンダクタンス、電流駆動能力を著しく向上させ、しか
もショットキー接合ゲート電極の逆方向降伏電圧を高く
することが可能になる新しい型のGaAsMES F
ETが、1986年6月に米国で開催されたデバイス・
リサーチ・コンファレンス(DeviceResear
ch Conference)において講演番号IV
A−6として発表された。
キー障壁型電界効果トランジスタ(以下GaAs M
ES FETと称す。)は従来のSiバイポーラトラ
ンジスタに比べ高速動作が可能であるため、これを主要
能動素子とするGaAs集積回路が注目され実用化され
つつある。最近、ゲート電極とGaAsチャネル層の間
に不純物を添加しないA e x G a 1−X A
6層を入れ、G a A sチャネル層のドナー不純
物濃度を高くかつ層の厚さを薄くすることによって相互
コンダクタンス、電流駆動能力を著しく向上させ、しか
もショットキー接合ゲート電極の逆方向降伏電圧を高く
することが可能になる新しい型のGaAsMES F
ETが、1986年6月に米国で開催されたデバイス・
リサーチ・コンファレンス(DeviceResear
ch Conference)において講演番号IV
A−6として発表された。
このGaAsMESFETは第5図に示す様に、半絶縁
性GaAs基板11上に不純物を添加しない6000人
程度0厚さのA j’ X G a 1−XAs又はG
aAsのバッファ一層31、Siをドナー不純物として
2.5X10” cm−3に高濃度に添加した80人程
度の厚さのn” GaAs層からなるチャネル層32、
そして不純物を添加しない200人程大の厚さのAfx
Ga1−XAs層からなる半絶縁層33を、この順に
エピタキシャル結晶成長した後、ゲート電極34、ドレ
イン電極35−1、ソース電極35−2を形成する。通
常ゲート電極はAl、又はW−3i等で形成され、ソー
ス電極及びトレイン電極はA u −G e −Ni等
を蒸着した後熱処理工程を経て形成される。
性GaAs基板11上に不純物を添加しない6000人
程度0厚さのA j’ X G a 1−XAs又はG
aAsのバッファ一層31、Siをドナー不純物として
2.5X10” cm−3に高濃度に添加した80人程
度の厚さのn” GaAs層からなるチャネル層32、
そして不純物を添加しない200人程大の厚さのAfx
Ga1−XAs層からなる半絶縁層33を、この順に
エピタキシャル結晶成長した後、ゲート電極34、ドレ
イン電極35−1、ソース電極35−2を形成する。通
常ゲート電極はAl、又はW−3i等で形成され、ソー
ス電極及びトレイン電極はA u −G e −Ni等
を蒸着した後熱処理工程を経て形成される。
との型のGaAs MES FETが所望の動作特
性を発揮するためには、ゲート・ソース間及びゲート・
ドレイン間の直列寄生抵抗をできるだけ小さくすること
が素子構造上、最も重要な点となる。
性を発揮するためには、ゲート・ソース間及びゲート・
ドレイン間の直列寄生抵抗をできるだけ小さくすること
が素子構造上、最も重要な点となる。
上述した従来の電界効果トランジスタはソース及びドレ
イン電極を形成するために電流のチャネル層であるドナ
ー不純物濃度の高いGaAs層へ不純物を添加しないA
j’x Ga1−XAs層(半絶縁層)通して表面から
オーム性接触を取る必要があるが、このA l x G
a s−x A S層の影響でオーム性接触における
接触抵抗を下げることが困難である。このためゲート・
ソース間及びゲート・ドレイン間の直列寄生抵抗を充分
下げることができず、期待された動作特性が得られない
という問題が生じていた。
イン電極を形成するために電流のチャネル層であるドナ
ー不純物濃度の高いGaAs層へ不純物を添加しないA
j’x Ga1−XAs層(半絶縁層)通して表面から
オーム性接触を取る必要があるが、このA l x G
a s−x A S層の影響でオーム性接触における
接触抵抗を下げることが困難である。このためゲート・
ソース間及びゲート・ドレイン間の直列寄生抵抗を充分
下げることができず、期待された動作特性が得られない
という問題が生じていた。
本発明の電界効果トランジスタは、チャネル層となるド
ナー不純物を添加した第一半導体層と前記第一半導体層
上に前記第一半導体層よりも電子親和力の小さな、不純
物を添加しない第二半導体層と、前記第二半導体層上に
設けられ少なくとも側面を絶縁膜で被覆したゲート電極
と、前記第一半導体層に前記第二半導体層を介すること
なくオーム性接触をなすソース電極及びドレイン電極と
を有するというものである。
ナー不純物を添加した第一半導体層と前記第一半導体層
上に前記第一半導体層よりも電子親和力の小さな、不純
物を添加しない第二半導体層と、前記第二半導体層上に
設けられ少なくとも側面を絶縁膜で被覆したゲート電極
と、前記第一半導体層に前記第二半導体層を介すること
なくオーム性接触をなすソース電極及びドレイン電極と
を有するというものである。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図は本発明の第1の実施例の主要部を示す半導体チ
ップの断面図である。
ップの断面図である。
この実施例は、電界効果トランジスタのチャネル層とな
る、ドナー不純物であるSiを添加したGaAsからな
る第一半導体層13と、第一半導体層13上に第一半導
体層13よりも電子親和力の小さな、不純物を添加しな
いAexGal−xA、sからなる第二半導体層14と
、第二半導体層14上に設けられ少なくとも側面を窒化
シリコンからなる絶縁膜16−1.16−2で被覆した
ゲート電極15と、第一半導体層13に、第二半導体層
14を介することなくオーム性接触をなす、Au−Ge
−Ni膜17−1.17−2とAu膜19−1.19−
2からなるソース電極及びドレイン電極とを有するとい
うものである。
る、ドナー不純物であるSiを添加したGaAsからな
る第一半導体層13と、第一半導体層13上に第一半導
体層13よりも電子親和力の小さな、不純物を添加しな
いAexGal−xA、sからなる第二半導体層14と
、第二半導体層14上に設けられ少なくとも側面を窒化
シリコンからなる絶縁膜16−1.16−2で被覆した
ゲート電極15と、第一半導体層13に、第二半導体層
14を介することなくオーム性接触をなす、Au−Ge
−Ni膜17−1.17−2とAu膜19−1.19−
2からなるソース電極及びドレイン電極とを有するとい
うものである。
次に、この実施例の製造方法について説明する。
第2図(a)〜(g)は第1の実施例の製造方法を説明
するための工程順に配列した半導体チップの断面図であ
る。
するための工程順に配列した半導体チップの断面図であ
る。
まず第2図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板
11上へMBE (分子線エピタキシ)法を用いて、ア
ンドープGaAs層を6000人程度堆積してバッファ
層12、Siをドナー不純物として2.5X10” c
m−3程度の高濃度にドープしたSiドープGaAs層
を80人程度堆積して第一半導体層13、アンドープA
lxGa1−XAs層(X=0.4>を300人程大地
積して第二半導体層14を順にエピタキシャル成長する
。アンドープGaAs層(12)はアンドープのA e
x G a 1−x A S層に替えることも可能で
ある。
11上へMBE (分子線エピタキシ)法を用いて、ア
ンドープGaAs層を6000人程度堆積してバッファ
層12、Siをドナー不純物として2.5X10” c
m−3程度の高濃度にドープしたSiドープGaAs層
を80人程度堆積して第一半導体層13、アンドープA
lxGa1−XAs層(X=0.4>を300人程大地
積して第二半導体層14を順にエピタキシャル成長する
。アンドープGaAs層(12)はアンドープのA e
x G a 1−x A S層に替えることも可能で
ある。
次に、第2図(b)に示す様に、周知のリフトオフ法に
より順にTi(500人の厚さ)、Pt(1000人の
厚さ)、Au(4000人の厚さ)の多層膜からなる、
ゲート長0.5μmのゲート電極15を形成した後、全
表面に窒化シリコン膜を4000人の厚さに周知のプラ
ズマCVD法を用いて付着させ絶縁膜16を形成する。
より順にTi(500人の厚さ)、Pt(1000人の
厚さ)、Au(4000人の厚さ)の多層膜からなる、
ゲート長0.5μmのゲート電極15を形成した後、全
表面に窒化シリコン膜を4000人の厚さに周知のプラ
ズマCVD法を用いて付着させ絶縁膜16を形成する。
続いて、第2図(C)に示す様に垂直方向よりCF4ガ
スを用いた異方性のドライエツチングを行ないゲート電
極15を側面に絶縁膜16−1.16−2を残す。
スを用いた異方性のドライエツチングを行ないゲート電
極15を側面に絶縁膜16−1.16−2を残す。
次に第2図(d)に示す様にゲート電極15及び絶縁膜
16−1.16−2をマスクとしてAI!xGal−x
As層(14)をエンチップ除去する。このとき、下層
のSiドープG a A s層(13)をエンチップせ
ずにA I! x G a t−x A 8層(14)
(X=0.4)だけを選択的にエツチングか行なえる様
にフッ化水素酸の水溶液をエッチャントとして用いる。
16−1.16−2をマスクとしてAI!xGal−x
As層(14)をエンチップ除去する。このとき、下層
のSiドープG a A s層(13)をエンチップせ
ずにA I! x G a t−x A 8層(14)
(X=0.4)だけを選択的にエツチングか行なえる様
にフッ化水素酸の水溶液をエッチャントとして用いる。
しかる後に第2図(e)に示す様に、全表面に、A u
G e N 1膜17を2000人の厚さだけ蒸
着し、続いて第2図(f)に示す様にホトレジスト(例
えばAZ1370)を約1μmの厚さにスピン塗布し約
15σ℃で10分間加熱することによりこのホトレジス
トを流動させ、ゲート電極15上面のホトレジスト膜厚
を薄く、その他の領域では厚いホトレジスト膜18を形
成する。
G e N 1膜17を2000人の厚さだけ蒸
着し、続いて第2図(f)に示す様にホトレジスト(例
えばAZ1370)を約1μmの厚さにスピン塗布し約
15σ℃で10分間加熱することによりこのホトレジス
トを流動させ、ゲート電極15上面のホトレジスト膜厚
を薄く、その他の領域では厚いホトレジスト膜18を形
成する。
次に、第2図(g)に示す様に垂直方向よりアルゴンガ
スと酸素ガスを用いた異方性のスパッタエンチングを行
ないゲート電極15上面のAu−Ge−Ni膜17を露
出させ、更にスパッタエンチングを続けることでゲート
電極15上面のAu−Ge−Ni膜17を全て除去する
。
スと酸素ガスを用いた異方性のスパッタエンチングを行
ないゲート電極15上面のAu−Ge−Ni膜17を露
出させ、更にスパッタエンチングを続けることでゲート
電極15上面のAu−Ge−Ni膜17を全て除去する
。
最後に第1図に示すように、残ったホトレジスト膜18
を灰化してで除去し、H2雰囲気中、450℃程度で2
分間加熱し、SiドープGaAs層(13〉と、Au−
Gu−Ni膜17を合金化させ、オーム性接触を得た後
、このA u −G e −Ni膜17上に周知のリフ
トオフ方で厚さ3000人のAu膜19−1.19−2
を被膜し、トレイン電極、ソース電極を形成する。以上
の工程を行なうことで、これまで困難であったソース、
ドレイン電極とチャネル層であるところのSiドープG
a A s層(13)との間の低抵抗なオーム性接触
が、再現性良くまた高歩留りで容易にしかも、ゲート電
極に対して自己整合して形成することができる。
を灰化してで除去し、H2雰囲気中、450℃程度で2
分間加熱し、SiドープGaAs層(13〉と、Au−
Gu−Ni膜17を合金化させ、オーム性接触を得た後
、このA u −G e −Ni膜17上に周知のリフ
トオフ方で厚さ3000人のAu膜19−1.19−2
を被膜し、トレイン電極、ソース電極を形成する。以上
の工程を行なうことで、これまで困難であったソース、
ドレイン電極とチャネル層であるところのSiドープG
a A s層(13)との間の低抵抗なオーム性接触
が、再現性良くまた高歩留りで容易にしかも、ゲート電
極に対して自己整合して形成することができる。
以上の説明から明らかなように、この実施例はソース電
極、ドレイン電極が直接低抵抗の第一半導体層13に接
触しているので、ゲート・ソース間及びゲート・トレイ
ン間の直列抵抗が小さくでき、しかもゲート電極と自己
整合して配置されているので、特性のばらつきも少なく
できるという利点を有している。
極、ドレイン電極が直接低抵抗の第一半導体層13に接
触しているので、ゲート・ソース間及びゲート・トレイ
ン間の直列抵抗が小さくでき、しかもゲート電極と自己
整合して配置されているので、特性のばらつきも少なく
できるという利点を有している。
第3図は本発明の第2の実施例の主要部を示す半導体チ
ップの断面図である。 1この実施例はSドープG
aAs層からなるコンタクト層20−1.20−2が設
けられ、その上にAu−Ge−Ni膜17−1.17−
2からなるドレイン電極、ソース電極が設けられている
点が第1の実施例と異なっている。SドープGaAs層
はSiドープGaAs層からなる第一半導体層と低い接
触抵抗の良好なオーム性接触をなし、かつSドープGa
As層の層抵抗は100Ω/口程度にすることができる
からこのSドープGaAs層上に形成されるAu−Ge
−Ni膜からなるソース、ドレイン電極とゲート電極1
5間の直列寄生抵抗を充分に下げることが可能である。
ップの断面図である。 1この実施例はSドープG
aAs層からなるコンタクト層20−1.20−2が設
けられ、その上にAu−Ge−Ni膜17−1.17−
2からなるドレイン電極、ソース電極が設けられている
点が第1の実施例と異なっている。SドープGaAs層
はSiドープGaAs層からなる第一半導体層と低い接
触抵抗の良好なオーム性接触をなし、かつSドープGa
As層の層抵抗は100Ω/口程度にすることができる
からこのSドープGaAs層上に形成されるAu−Ge
−Ni膜からなるソース、ドレイン電極とゲート電極1
5間の直列寄生抵抗を充分に下げることが可能である。
又、コンタクト層20−1.20−2とゲート電極とは
第1の実施例に比べて空間的に距れているので寄生容量
も小さく高速動作に優利である。
第1の実施例に比べて空間的に距れているので寄生容量
も小さく高速動作に優利である。
第4図はこの実施例の製造方法を説明するための途中工
程における半導体チップの断面図である。
程における半導体チップの断面図である。
第2図(a)から第2図(d)まで第1の実施例の製造
方法と同じ工程を行なった後、第4図に示す様にSiド
ープGaAs層からなる第一半導体層13が露出してい
る部分に選択的にSドープGaAs層を周知の有機金属
気相結晶成長法(MOCVD法)を用いて1500人程
度成長してコンタクト層20−1.20−2を形成する
。このSドープGaAs層におけるSドナー不純物濃度
は、できるだけ高濃度であることが望ましく3×101
8cm3の濃度になる様にすると層抵抗を100Ω/口
程度にできる。
方法と同じ工程を行なった後、第4図に示す様にSiド
ープGaAs層からなる第一半導体層13が露出してい
る部分に選択的にSドープGaAs層を周知の有機金属
気相結晶成長法(MOCVD法)を用いて1500人程
度成長してコンタクト層20−1.20−2を形成する
。このSドープGaAs層におけるSドナー不純物濃度
は、できるだけ高濃度であることが望ましく3×101
8cm3の濃度になる様にすると層抵抗を100Ω/口
程度にできる。
次に、第3図に示すようにソース、ドレイン電極を形成
するため、Au−Ge−Ni合金を200人程大地厚さ
に成膜し周知のリフトオフ法でパターン形成しその後、
H2雰囲気中、450℃程度で2分間加熱しAu−Ge
−N i膜17−1゜17−2を形成する。
するため、Au−Ge−Ni合金を200人程大地厚さ
に成膜し周知のリフトオフ法でパターン形成しその後、
H2雰囲気中、450℃程度で2分間加熱しAu−Ge
−N i膜17−1゜17−2を形成する。
以上、G a A s / A l! G a A s
系の化合物半導体を用いて説明したが、材料はこれに限
らず、InP/InGaAs系等のその他の化合物半導
体を用いることができる。
系の化合物半導体を用いて説明したが、材料はこれに限
らず、InP/InGaAs系等のその他の化合物半導
体を用いることができる。
以上説明した様に本発明の電界効果トランジスタはソー
ス及びドレイン電極が、ドナー不純物を高濃度に添加し
たチャネル層に直接又は低抵抗のコンタクト層を介して
設けられているのでソース及びドレイン電極とチャネル
層間の接触抵抗を大幅に低減し、ゲート・ソース間、ゲ
ート・ドレイン間の直列寄生抵抗を充分下げることがで
きるので理論上予想できる相互コンダクタンス、電流駆
動能力を実現することができる効果がある。
ス及びドレイン電極が、ドナー不純物を高濃度に添加し
たチャネル層に直接又は低抵抗のコンタクト層を介して
設けられているのでソース及びドレイン電極とチャネル
層間の接触抵抗を大幅に低減し、ゲート・ソース間、ゲ
ート・ドレイン間の直列寄生抵抗を充分下げることがで
きるので理論上予想できる相互コンダクタンス、電流駆
動能力を実現することができる効果がある。
第1図は本発明の第1の実施例の主要部を示す半導体チ
ップ断面図、第2図(a)〜(g)は第1の実施例の製
造方法を説明するための工程順に配列した半導体チップ
の断面図、第3図は本発明の第2の実施例の主要部を示
す半導体チップの断面図、第4図は第2の実施例の製造
方法を説明するための途中工程における半導体チップの
断面図、第5図は従来例の主要部を示す半導体チップの
断面図である。 11・・・半絶縁性半導体基板、12・・・バッファ層
、13・・・第一半導体層、14・・・第二半導体層、
15・・・ゲート電極、16.16−1.16−2・・
・絶縁膜、17.17−1.17−2−・−Au−Ge
−Ni膜、18・・・ホトレジスト膜、19−1.19
−2 ・・・A u膜、20−1.20−2・・・コン
タクト膜、31・・・バッファ層、32・・・チャネル
層、33・・・半絶縁層、34・・・ゲート電極、35
−1・・・ドレイン電極、35−2・・・ソース電極。 代理人 弁理士 内 原 晋。 弗2 図
ップ断面図、第2図(a)〜(g)は第1の実施例の製
造方法を説明するための工程順に配列した半導体チップ
の断面図、第3図は本発明の第2の実施例の主要部を示
す半導体チップの断面図、第4図は第2の実施例の製造
方法を説明するための途中工程における半導体チップの
断面図、第5図は従来例の主要部を示す半導体チップの
断面図である。 11・・・半絶縁性半導体基板、12・・・バッファ層
、13・・・第一半導体層、14・・・第二半導体層、
15・・・ゲート電極、16.16−1.16−2・・
・絶縁膜、17.17−1.17−2−・−Au−Ge
−Ni膜、18・・・ホトレジスト膜、19−1.19
−2 ・・・A u膜、20−1.20−2・・・コン
タクト膜、31・・・バッファ層、32・・・チャネル
層、33・・・半絶縁層、34・・・ゲート電極、35
−1・・・ドレイン電極、35−2・・・ソース電極。 代理人 弁理士 内 原 晋。 弗2 図
Claims (1)
- 電界効果トランジスタのチャネル層となるドナー不純物
を添加した第一半導体層と前記第一半導体層上に前記第
一半導体層よりも電子親和力の小さな、不純物を添加し
ない第二半導体層と、前記第二半導体層上に設けられ少
なくとも側面を絶縁膜で被覆したゲート電極と、前記第
一半導体層に前記第二半導体層を介することなくオーム
性接触をなすソース電極及びドレイン電極とを有するこ
とを特徴とする電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11132087A JPS63275185A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11132087A JPS63275185A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63275185A true JPS63275185A (ja) | 1988-11-11 |
Family
ID=14558229
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11132087A Pending JPS63275185A (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63275185A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6482569A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Sumitomo Electric Industries | Field-effect transistor and manufacture thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6115375A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Nec Corp | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP11132087A patent/JPS63275185A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6115375A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Nec Corp | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6482569A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Sumitomo Electric Industries | Field-effect transistor and manufacture thereof |
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