JPS6356959A - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPS6356959A
JPS6356959A JP20225086A JP20225086A JPS6356959A JP S6356959 A JPS6356959 A JP S6356959A JP 20225086 A JP20225086 A JP 20225086A JP 20225086 A JP20225086 A JP 20225086A JP S6356959 A JPS6356959 A JP S6356959A
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ohmic
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JP20225086A
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Shuji Asai
浅井 周二
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NEC Corp
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NEC Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect 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。

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の製造方法に関し、特に
ゲート部に接近して浅い高濃度導電層およびオーム性電
極を有する電界効果トランジスタの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
GaAsを代表とする化合物半導体はSiに比べて大き
な電子移動度を有することに特長があり、超高速集積回
路に応用する研究開発が活発に行なわれている。ここで
は、GaAsのショットキーバリアゲート型電界効果ト
ランジスタ(以下MESFETという)を例に説明する
このMESFETの製造方法として、特開昭60−15
978号公報に提案されているものがある。第3図(a
)〜(h)はこの製造方法を説明するための主要工程に
おける断面図である。
まず第3図(a)のように、半絶縁性GaAsからなる
半導体基板4にsi+を加速電圧30KeV。
ドース景2 X 1012c m−2で・イオン注入し
チャネル層5を形成する。次に第3図<b>のように半
導体基板4上にシリコン酸化膜を0.8μm気相成長さ
せ、ホトレジスト膜をマスクとして平行平板型ドライエ
ツチングにより酸化膜をエツチングし、ゲート長1.0
μmの仮ゲートパターン6を形成する。
次に第3図(c)のように仮ゲートパターン6をマスク
としてSi”を加速電圧100KeV、  ドースBk
3 X 10 ”c m−2でイオン注入して高濃度導
電層7a、7bを形成する。次に第3図(d)のように
反転膜11として厚さ0.3μmのシリコン窒化膜で全
面を覆い、水素中で800’C20分間の熱処理により
チャネル層5および高濃度導電層7a、7bの結晶性を
回復させる。
次に第3図(C)のように、ホトレジスト膜12を厚さ
1.0ノ1m塗布するとホトレジスト膜12の表面は平
滑になり、仮ゲートパターン6上のホトレジスト膜12
は薄くなる。次に第3図(f)のように平行平板型ドラ
イエツチングによりCF4ガスを用いて全面をエツチン
グし、酸イヒ膜の仮ゲートパターン6を露出させる。
次に第3図(g)のように残ったホトレジスト膜12を
はくり液で除去し、沸酸溶液により仮ゲートパターンの
酸化膜6を除去してゲーh開口14を形成する。次に第
3図(h)のように、デー1−開口14にアルミニウム
のゲート電極1、および高濃度導電層7a、7b上にオ
ーム性金属Au−Ge−Niのソース電極2.ドレイン
電極3を形成してM E S F E Tを完成させる
この製造方法の特徴は、高温の熱処理後にゲート電極1
を形成できるため、ゲート電極の選定に自由度が大きい
ことである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
FETの相互コンダクタンス(gm)を大きくするには
、ゲート長を短かくしてソースとグー1〜電極間の抵抗
(ソース抵抗)を小さくする・g・要がある。しがし、
イオン注入により形成する高濃度導電層は、」二連した
従来例のような通常のアニール条件では、8 X 10
 ”ClTl−’以上に活性化することは難しい。そし
て、ソース抵抗を下げようとして高濃度導電層を深く厚
くすると、ゲート下への注入不純物の横方向拡散や基板
リーク電流が大きくなるため、ドレイン電流の飽和性が
悪くなり相互コンダクタンスも低下する。
本発明の目的は、ゲート長を短がくしてもドレイン電流
の飽和性や相互コンダクタンスが良好な電界効果トラン
ジスタを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、半導体基
板上にチャネル層を形成する工程と、前記チャネル層上
にゲート形状を決めるための仮ゲー1〜パターンを形成
する工程と、前記仮ゲートパターンをマスクとしてイオ
ン注入法により不純物を注入し前記半導体基板表面に高
濃度導電層を形成する工程と、前記仮ゲートパターンの
側面に誘電体膜からなる側壁を形成する工程と、全面に
オーム性金属を被着し前記仮ゲーI・パターン−に部の
前記オーム性金属を除去する工程と、前記半導体基板の
表面を被覆膜で覆い前記仮ゲー)・パター〉上部の被覆
膜を除去し前記仮ゲートパターンのみを選択的に除去し
てグー1〜開[コとする工程と、前記ゲート開口にゲー
ト電極を形成する工程と含有するものである。
〔作用) 本発明の製造方法は、高濃度導電層を浅く12度を下げ
て設けることにより、イオン注入層の横方向拡散を少な
くし、更にオーム性電極をゲート電極に接近させて設け
ることによりソース抵抗を低減させるものである。
〔実施例〕
次に本発明の電界効果トランジスタの製造方法を図面を
用いて説明する。
第1図(a)〜(h)は本発明の第1の実施例を説明す
るための主要製造工程における半導体チップの断面図で
ある。
まず、第1図(a)のように半絶縁性Ga。^Sがらな
る半導体基板4上にSi+を加速電圧30Ke■、ドー
ス量2 X 10 ’ 2c m −2でイオン注入し
チャネル層5を形成する。続いて全面にシリコン酸化膜
を形成したのち、ホトレジスト膜パターンをマスクとし
て平行平板型ドライエツチングによりシリコン酸化膜を
加工し、高さ0.8μm、ゲート長0.5μmの仮ゲー
トパターン6を形成する。次に仮ゲートパターン6をマ
スクにSi+を加速電圧30KeV、ドース量7X10
12cm−2でイオン注入し高濃度導電層7a、7bを
設ける。
次に第1図(b)のように厚さ0.1μmのスパッタシ
リコン窒化膜で全面を覆い、水素中800℃20分間の
熱処理をおこない、チャネル層5および高濃度導電層7
a、7bの結晶性を回復し、さらに厚さ0.2μmのス
パッタ法によるシリコン窒化膜を追加して覆い、CF4
ガスを用いた平行平板型ドライエツチングをおこない、
仮ゲートパターン6の側面に厚さ0.3μmのシリコン
窒化膜からなる側壁8を残す。
次に第1図(c)のように有機洗浄によりGaAs表面
を浄化した後、オーム性金属人u−Ge−Ni9を厚さ
0.2μm蒸着し、その上にホトレジスト膜10を厚さ
1.0μm塗布する。この時、仮ゲートパターン6上の
ホトレジスト膜10は薄くなる。
次に第1図(d)のように、Arガスを用いたイオンミ
リング法により全面をエツチングして仮ゲートパターン
6上のオーム性金属9を除去し、オーム性金属9aと9
bとを分離する。ここでイオンミリングは半導体基板4
を回転さぜながら^「入射角30°でおこなう。
次に第1図(e)のように、残ったホトレジスト膜10
を除去した後、水素中430℃1分間の熱処理をおこな
い、オーム性金属Au−Ge、Ni9 a 。
9bをGaAs基板の高濃度導電層7へ数十nm拡散さ
せてオーム性電極とする。シリコン窒化膜からなる側壁
8の側面に付着したオーム性金属9a。
9bは熱処理した時に軟化し表面張力で吸い寄せられて
なくなる。
次に第1図(f>のように、反転膜11としてスパッタ
法による窒化膜を厚さ0.3μm全面に設ける。次に第
1図(g>のように、従来技術と同様にしてゲート開口
14を設ける。
続いて第1図<h)のようにゲート開口にアルミニウム
のゲート電極1を設ける。そして、オーム性金属9a、
9b上の窒化膜11を除去し、ソース電極2及びドレイ
ン電極3を形成してMESFETを完成させる。
この第1の実施例により得られたFETの特性としては
、ゲートしきい電圧VT=−0,3V(標準偏差30m
V)において、ゲーI〜電圧十0.6における相互コン
ダクタンスgm=480m S / m m、ソース抵
抗Rs=0.4Ω−mm、ゲート逆耐圧BVG−7Vで
あった。また、トレイン電流の飽和性を示すドレイン帰
還率γ=”Vt1つVo=0.02であった。
従来の製造方法を用いて、イオン注入高濃度導電層を深
く形成し、ゲート長が0.5μmの場合は、VT =−
0,4V (標準偏差120mV>においては、gm=
240ms/mm、Rs −0、7Ω −mrr3  
BVG  =−4V、7=0.12であった。
このように、第1の実施例で製造されたFETでは、ゲ
ートしきい電圧の標準偏差、ソース抵抗、ドレイン帰還
率が小さくなり、相互コンダクタンス、ゲート逆耐圧が
向上していることが分かる。
上述した説明は、主にMESFETによっていたがこれ
に限られるものではない。次に二次元電子ガス型電界効
果トランジスタに適用した第2の実施例について説明す
る 第2図(a)〜(c)は第2の実施例を説明するための
主要製造工程の断面図である。
まず、第2図(a)のように半絶縁性GaAsからなる
半導体基板4上に分子線結晶成長法によりアンドープG
aAs層(チャネル層)21を厚さ1.0μm成長し、
続いて1.5X 1018cm−’のSiがドープされ
たGaAff Asからなる電子供給層22を厚さ40
nm成長させる。
次に第2図(b)のように、第1の実施例と同様にして
高さ0.8μm、ゲート長0.5μmの仮ゲートパター
ン6を形成した後、仮ゲートパターン6をマスクとして
St+を加速電圧50KeV、 ドース量3X10”c
m−2イオン注入して高濃度導電層7a、7bを設け、
As1I3ガスで850℃10秒の熱処理をおこさない
高濃度導電層7a、7bの結晶性を回復する。そして、
厚さ0.3μmのスパッタ法によるシリコン窒化膜で全
面を覆い、CF4ガスを用いた平行平板型ドライエツチ
ングをおこない厚さ0.3μmのシリコン窒化膜の側壁
8を設ける。この後、CCl4ガスを用いた平行平板型
ドライエツチングにより高濃度導電層7a、7bを20
nm堀込む。
次に第2図(c)のように有機洗浄により半導体表面を
浄化した後、第1の実施例と同様にしてオーム性金属9
a、9bを設け、450℃1分間の熱処理をしてオーム
性金属9a、9bを高濃度導電層7a、7bへ拡散させ
、ソース電極及びドレイン電極とすることができる。こ
の後、第1の実施例と同様にしてアルミニウムのゲート
電極1を設け、電界効果トランジスタを完成させること
ができる。
GaAlAsからなる電子供給層22によりアンドープ
GaAs層21の内側にキャリアが発生しチャネルが形
成されるため、二次元電子ガス型電界効果トランジスタ
ではアンドープGaAs層21がチャネル層となる。
この第2の実施例により得られたFETの特性は、ゲー
トしきい電圧■□=−0,3Vにおいて、最大相互コン
ダクタンスgm=380ms/mm、ソース抵抗Rs=
 O15Ω−mmと良好な値が得られた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の製造方法によれば、高濃
度導電層を浅くし、不純物濃度を下げることにより、横
方向拡散や基板リークが少なくなり、ドレイン電流の飽
和性やゲートしきい電圧のばらつきが改善される。そし
て、オーム性電極をゲート電極に接近させて設けること
により、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスを増大
させることができる。
また、本発明では、ゲート電極を後で形成するため、ゲ
ート電極にも抵抗率の低い材料を厚く用いてゲート抵抗
を下げることができる効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(h)は本発明の第1の実施例を説明す
るための主要工程における半導体チップの断面図、第2
図(a)〜(C)は本発明の第2の実施例を説明するた
めの主要工程における半導体チップの断面図、第3図(
a)〜(h)は従来の電界効果トランジスタの製造方法
を説明するための断面図である。 1・・・ゲート電極、2・・・ソース電極、3・・・ト
レイン電極、4・・・半導体基板、5・・・チャネル層
、6・・・仮ゲートパターン、7a、7b・・・高濃度
導電層、8・・・側壁、9.9a、9b・・・オーム性
金属、11・・・反転膜、10.12・・・レジスト膜
、13・・・反転パターン、14・・・ゲート開口。 熟1 フ ろイ反ゲ゛−トへ“夕九 (C) (d) 牛!■ (C) け) (h) 牛 2 図 9α  オー4小主金kqb 早3 図 (b) 7α躬耕尊17b (、、C) 、1/L転vL (d)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上にチャネル層を形成する工程と、前記チャ
    ネル層上にゲート形状を決めるための仮ゲートパターン
    を形成する工程と、前記仮ゲートパターンをマスクとし
    てイオン注入法により不純物を注入し前記半導体基板表
    面に高濃度導電層を形成する工程と、前記仮ゲートパタ
    ーンの側面に誘電体膜からなる側壁を形成する工程と、
    全面にオーム性金属を被着し前記仮ゲートパターン上部
    の前記オーム性金属を除去する工程と、前記半導体基板
    の表面を被覆膜で覆い前記仮ゲートパターン上部の被覆
    膜を除去し前記仮ゲートパターンのみを選択的に除去し
    てゲート開口とする工程と、前記ゲート開口にゲート電
    極を形成する工程とを有することを特徴とする電界効果
    トランジスタの製造方法。
JP20225086A 1986-08-27 1986-08-27 電界効果トランジスタの製造方法 Pending JPS6356959A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264382A (en) * 1990-03-20 1993-11-23 Fujitsu Limited Method of producing semiconductor device using dummy gate structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264382A (en) * 1990-03-20 1993-11-23 Fujitsu Limited Method of producing semiconductor device using dummy gate structure

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