JPH02199845A - ヘテロ接合形電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
ヘテロ接合形電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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- JPH02199845A JPH02199845A JP1769189A JP1769189A JPH02199845A JP H02199845 A JPH02199845 A JP H02199845A JP 1769189 A JP1769189 A JP 1769189A JP 1769189 A JP1769189 A JP 1769189A JP H02199845 A JPH02199845 A JP H02199845A
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- semiconductor layer
- conductive semiconductor
- gate electrode
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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】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、ショトキゲート電極を有するヘテロ接合形電
界効果トランジスタに係り、特に、しきい値電圧の制御
を精度良く行うことができるヘテロ接合形電界効果トラ
ンジスタに関する。
界効果トランジスタに係り、特に、しきい値電圧の制御
を精度良く行うことができるヘテロ接合形電界効果トラ
ンジスタに関する。
(従来の技術)
近年、コンピュータや通信機器において、処理の高速化
を図るために、GaAsMESFETやヘテロ接合型F
ET (HEMT)を基本素子とするGa As化合物
半導体集積回路が使用されている。
を図るために、GaAsMESFETやヘテロ接合型F
ET (HEMT)を基本素子とするGa As化合物
半導体集積回路が使用されている。
そして、上記集積回路を高速化するためには、個々のM
ESFETやHEMTの特性向上を図ることが必要とな
る。GaAsFETの特性を向上させるためには、上記
FETのチャンネル層(n形Ga As層)を高濃度に
し薄層化する方法があるが、上記方法においては、ショ
ットキー接合から成るゲート電極と上記高濃度n形Ga
As層との間でゲート耐圧が著しく劣化してしまう問
題があった。
ESFETやHEMTの特性向上を図ることが必要とな
る。GaAsFETの特性を向上させるためには、上記
FETのチャンネル層(n形Ga As層)を高濃度に
し薄層化する方法があるが、上記方法においては、ショ
ットキー接合から成るゲート電極と上記高濃度n形Ga
As層との間でゲート耐圧が著しく劣化してしまう問
題があった。
従って、上記薄層化したチャンネル層を有するFETを
tC回路、特に、高速化に適したDCFL回路に用いた
場合には、重要な特性の1つである雑音余裕度が減少し
てしまうものであった。
tC回路、特に、高速化に適したDCFL回路に用いた
場合には、重要な特性の1つである雑音余裕度が減少し
てしまうものであった。
上記方法によるFETにおけるゲート耐圧を向上させる
方法として、上記FETのチャンネル層の上部にアンド
ープGaA吏As層をバリヤ層として設ける方法があり
、そのヘテロ接合型FETの構造を第4図に示す。第4
図に示す従来例においては、半絶縁性Ga As基板1
上にアンドープGa As層3を形成し、上記アンドー
プGa As層層上上、Sl ドープ高濃度n型Ga
As層5を薄層として形成し、上記n形Ga As層層
上上バリア層として、アンドープGaAlAs層7を形
成した構成となっている。そして、上記アンドープGa
A吏As層7上におけるソース電極9とドレイン電極1
1との間に、耐熱性ゲート金属WSIから成るゲート電
極13が配設されている。
方法として、上記FETのチャンネル層の上部にアンド
ープGaA吏As層をバリヤ層として設ける方法があり
、そのヘテロ接合型FETの構造を第4図に示す。第4
図に示す従来例においては、半絶縁性Ga As基板1
上にアンドープGa As層3を形成し、上記アンドー
プGa As層層上上、Sl ドープ高濃度n型Ga
As層5を薄層として形成し、上記n形Ga As層層
上上バリア層として、アンドープGaAlAs層7を形
成した構成となっている。そして、上記アンドープGa
A吏As層7上におけるソース電極9とドレイン電極1
1との間に、耐熱性ゲート金属WSIから成るゲート電
極13が配設されている。
上記従来例においては、上記アンドープGaAS層3の
厚さが、5000人、上記n形Ga As層5の厚さが
80A1その濃度が、2X10’8Cffi3、上記ア
ンドープGaAlAs層7の厚さが、200Aとなって
いる。
厚さが、5000人、上記n形Ga As層5の厚さが
80A1その濃度が、2X10’8Cffi3、上記ア
ンドープGaAlAs層7の厚さが、200Aとなって
いる。
上述の如き構造のGa Asヘテロ接合型FETにおい
ては、しきい値電圧vthは、以下の如き式で近似でき
る。
ては、しきい値電圧vthは、以下の如き式で近似でき
る。
vth穐φB−ΔE−qNDdD
(2d o +d D ) / 2E
ここで、
φB ニジミツトキー接合部のバリアの高さΔE:伝導
帯のバンド不連続エネルギ q:電荷 ND、d、:n形Ga As層の濃度と厚さdo :ア
ンドープGaAlAs層の厚さE:誘電率 上記式から明白なように、上記構造のヘテロ接合型Ga
As FETでは、その製造工程において、1つのウ
ェハ面内における上記アンドープGaAS層3の厚さ、
上記n形Ga As層5の厚さと濃度、および上記アン
ドープGaAlAs層7の厚さは一定となっているため
、その1つのウェハ内における各FETのしきい値電圧
は一義的に一定の値となってしまうものであった。
帯のバンド不連続エネルギ q:電荷 ND、d、:n形Ga As層の濃度と厚さdo :ア
ンドープGaAlAs層の厚さE:誘電率 上記式から明白なように、上記構造のヘテロ接合型Ga
As FETでは、その製造工程において、1つのウ
ェハ面内における上記アンドープGaAS層3の厚さ、
上記n形Ga As層5の厚さと濃度、および上記アン
ドープGaAlAs層7の厚さは一定となっているため
、その1つのウェハ内における各FETのしきい値電圧
は一義的に一定の値となってしまうものであった。
従って、上記構成のGa Asヘテロ接合型FETを有
するウェハ面内では、2つのしきい値電圧を達成するこ
とはできず、DCFL回路の様に、2つのしきい値電圧
を必要とする回路には使用がむずかしいという欠点があ
った。
するウェハ面内では、2つのしきい値電圧を達成するこ
とはできず、DCFL回路の様に、2つのしきい値電圧
を必要とする回路には使用がむずかしいという欠点があ
った。
また、上記アンドープGa As層7をエツチングする
ことにより、しきい値電圧を制御して2つのしきい値を
実現させる方法も考えられる。
ことにより、しきい値電圧を制御して2つのしきい値を
実現させる方法も考えられる。
しかしながら、上記アンドープGaA、1jAs層7は
、200人であり、せいぜい500Å以下であるため、
エツチング制御がむずかしく、エツチングによって2つ
のしきい値を達成した場合には、各しきい値電圧が不均
一となってしまう問題があった。
、200人であり、せいぜい500Å以下であるため、
エツチング制御がむずかしく、エツチングによって2つ
のしきい値を達成した場合には、各しきい値電圧が不均
一となってしまう問題があった。
(発明が解決しようとする課題)
以上の様に、第4図に示す従来のヘテロ接合形FETで
は、1つのウェハ面内で、精度良くしきい値制御を行う
ことができず、それぞれが均一な複数のしきい値を得る
ことができないという課題があった。
は、1つのウェハ面内で、精度良くしきい値制御を行う
ことができず、それぞれが均一な複数のしきい値を得る
ことができないという課題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その第1
の目的は、1つのウェハ面内で均一な複数のしきい値を
有することができるヘテロ接合形FETを提供すること
である。また第2の目的は、この様なヘテロ接合形FE
Tを制御性良(形成することのできる製造方法を提供す
ることである。
の目的は、1つのウェハ面内で均一な複数のしきい値を
有することができるヘテロ接合形FETを提供すること
である。また第2の目的は、この様なヘテロ接合形FE
Tを制御性良(形成することのできる製造方法を提供す
ることである。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
第1の発明に従うヘテロ接合形電界効果トランジスタは
、少なくとも半絶縁性基板上に形成された導電形半導体
層と、上記導電形半導体層上に形成された非導電形半導
体層と、上記非導電形半導体層上に形成されると共に、
上記非導電形半導体層と反応する金属材料を有するゲー
ト電極とを具備している。
、少なくとも半絶縁性基板上に形成された導電形半導体
層と、上記導電形半導体層上に形成された非導電形半導
体層と、上記非導電形半導体層上に形成されると共に、
上記非導電形半導体層と反応する金属材料を有するゲー
ト電極とを具備している。
また第2の発明は、異なるしきい値電圧を有する少なく
とも2つのヘテロ接合形電界効果トランジスタの製造方
法において、半絶縁性基板上に導電形半導体層を形成す
る工程と、上記導電形半導体層上に非導電形半導体層を
形成する工程と、上記非導電形半導体層上に、上記非導
電形半導体層と反応する金属材料をそれぞれ異なった所
定量有する第1および第2のゲート電極を形成する工程
と、上記ゲート電極の形成された電界効果トランジスタ
を前もって決められた温度で加熱して、上記非導電形半
導体層において異なった厚みの第1および第2の固相反
応部を形成する工程とから成るヘテロ接合形電界効果ト
ランジスタの製造方法を提供するものである。
とも2つのヘテロ接合形電界効果トランジスタの製造方
法において、半絶縁性基板上に導電形半導体層を形成す
る工程と、上記導電形半導体層上に非導電形半導体層を
形成する工程と、上記非導電形半導体層上に、上記非導
電形半導体層と反応する金属材料をそれぞれ異なった所
定量有する第1および第2のゲート電極を形成する工程
と、上記ゲート電極の形成された電界効果トランジスタ
を前もって決められた温度で加熱して、上記非導電形半
導体層において異なった厚みの第1および第2の固相反
応部を形成する工程とから成るヘテロ接合形電界効果ト
ランジスタの製造方法を提供するものである。
(作用)
上記非導電形半導体層と反応する金属材料を有するゲー
ト電極を上記非導電形半導体層上に設けることにより、
上記非導電形半導体層のゲート電極近傍に固相反応が生
じ、その反応によって上記非導電形半導体層の厚みが変
化し、しきい値電圧も変化する。従って、1つのウェハ
面内の各FETにおいて、上記非導電形半導体層と上記
ゲート電極の金属材料との反応量を個別に制御すること
によって、1つのウェハ面内で複数のしきい値を精度良
く達成することができる。
ト電極を上記非導電形半導体層上に設けることにより、
上記非導電形半導体層のゲート電極近傍に固相反応が生
じ、その反応によって上記非導電形半導体層の厚みが変
化し、しきい値電圧も変化する。従って、1つのウェハ
面内の各FETにおいて、上記非導電形半導体層と上記
ゲート電極の金属材料との反応量を個別に制御すること
によって、1つのウェハ面内で複数のしきい値を精度良
く達成することができる。
(実施例)
第1図は、本発明を実施したヘテロ接合形電界効果トラ
ンジスタの製造工程図である。
ンジスタの製造工程図である。
上記第1図を参照しながら、本発明に係るヘテロ接合形
電界効果トランジスタについて説明する。
電界効果トランジスタについて説明する。
まず、第1図(a)に示す如くに、半絶縁性基板1上に
、バッファー層として200 OAの厚さのアンドープ
Ga As層3を形成する。ここで、上記アンドープG
a As層3は、積極的に不純物を添加しない結果、不
純物濃度が1×1015CI−3程度となっている。
、バッファー層として200 OAの厚さのアンドープ
Ga As層3を形成する。ここで、上記アンドープG
a As層3は、積極的に不純物を添加しない結果、不
純物濃度が1×1015CI−3程度となっている。
上記アンドープGa As層層上上、50人の厚さでS
l ドープ高濃度n形Ga As層5を形成する。この
層は、2 x 10’ ” C「3の濃度で81が高濃
度にドープされており、チャネル領域となる。
l ドープ高濃度n形Ga As層5を形成する。この
層は、2 x 10’ ” C「3の濃度で81が高濃
度にドープされており、チャネル領域となる。
上記n形Ga As層層上上、高比抵抗層としてさらに
、400AのアンドープGaA1As層7を形成する。
、400AのアンドープGaA1As層7を形成する。
次に、第1図(b)に示す如くに、n+イオンを注入し
て、一対のn+イオン注入領域8を形成する。そして、
900℃において5秒間ラビードサーマルアニール(急
加熱)を行った後、リフトオフ法によって、ソース電極
およびドレイン電極としてAu Ge /Nl /Au
オーミック電極9゜11を形成する。
て、一対のn+イオン注入領域8を形成する。そして、
900℃において5秒間ラビードサーマルアニール(急
加熱)を行った後、リフトオフ法によって、ソース電極
およびドレイン電極としてAu Ge /Nl /Au
オーミック電極9゜11を形成する。
次に、第1図(C)に示す如くに、ゲート電極の設置部
分を開口し、上記アンドープGaA1As層7と反応す
る前もって決められた量のPt(プラチナ)から成るゲ
ート電極15を200人の厚さで上記アンドープGaA
uAs層7上に堆積する。
分を開口し、上記アンドープGaA1As層7と反応す
る前もって決められた量のPt(プラチナ)から成るゲ
ート電極15を200人の厚さで上記アンドープGaA
uAs層7上に堆積する。
次に、第1図(d)に示す如くに、上記Ptアゲート極
15を形成したFETを、例えば350℃の所定の温度
で前もって決められた時間だけ加熱することによって、
上記Ptアゲート極15と上記アンドープGaAlAs
層7との間に固相反応が生じ、上記アンドープGaAu
As層7における上記Ptアゲート極15の近傍に固相
反応部17が生じる。従って、蒸気固相反応部17の厚
みdoが大きくなることによって上記アンドープGaA
lAs層7の厚みd、が、狭くなり、それによりしきい
値電圧の絶対値が、大きく変化する。
15を形成したFETを、例えば350℃の所定の温度
で前もって決められた時間だけ加熱することによって、
上記Ptアゲート極15と上記アンドープGaAlAs
層7との間に固相反応が生じ、上記アンドープGaAu
As層7における上記Ptアゲート極15の近傍に固相
反応部17が生じる。従って、蒸気固相反応部17の厚
みdoが大きくなることによって上記アンドープGaA
lAs層7の厚みd、が、狭くなり、それによりしきい
値電圧の絶対値が、大きく変化する。
上記固相反応部17の厚みcioとしきい値電圧Vth
との関係は、以下の式で表わされる。
との関係は、以下の式で表わされる。
■
Δvth−ΔaO
d。
ここで、上記固相反応が完全に終了した時点で、Ptの
量の約2倍量のアンドープGaAlAs層7が消費され
る。こうしてMIS型のゲートを有するヘテロ接合型F
ETが完成する。上記固相反応量としきい値電圧の絶対
値の変化量との関係は、第2図に示されている。
量の約2倍量のアンドープGaAlAs層7が消費され
る。こうしてMIS型のゲートを有するヘテロ接合型F
ETが完成する。上記固相反応量としきい値電圧の絶対
値の変化量との関係は、第2図に示されている。
上述のごとき製造方法によれば、1つのウェハ面内にお
ける複数のヘテロ接合形FETにおいて、各FETのゲ
ート電極のPtの量を変えることによって、それぞれ異
ったしきい値電圧を有するFETを形成することができ
る。
ける複数のヘテロ接合形FETにおいて、各FETのゲ
ート電極のPtの量を変えることによって、それぞれ異
ったしきい値電圧を有するFETを形成することができ
る。
また、上記固相反応時における加熱温度および加熱時間
によっても固相反応量を制御することができ、しきい値
電圧を制御することができる。ここでは、チャネル領域
とてしてn型GaAs層を用いたがP型GaAsを用い
ても良い。
によっても固相反応量を制御することができ、しきい値
電圧を制御することができる。ここでは、チャネル領域
とてしてn型GaAs層を用いたがP型GaAsを用い
ても良い。
また、上記固相反応時における加熱温度は、350〜4
50℃の範囲が適切となっている。
50℃の範囲が適切となっている。
次に、第3図を参照して、本発明に従う他の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
この他の実施例においては、第3図に示す如くに、アン
ドープGaA1As層上に、Pt19とW(タングステ
ン)21を順に積層したゲート電極23を設けたもので
、他の構成は、上述した第1実施例のものと同様なので
詳細な説明は省略する。
ドープGaA1As層上に、Pt19とW(タングステ
ン)21を順に積層したゲート電極23を設けたもので
、他の構成は、上述した第1実施例のものと同様なので
詳細な説明は省略する。
上記の如きPt層とW層を有するゲート電極23を設け
た場合、上記第1実施例の効果の他に、固相反応後に、
上部W層21によって熱安定性が向上する、ゲート抵抗
が約50%改善される等の効果がある。
た場合、上記第1実施例の効果の他に、固相反応後に、
上部W層21によって熱安定性が向上する、ゲート抵抗
が約50%改善される等の効果がある。
なお、上述した実施例においては、反応性金属材料とし
てPtを用いたが、Pd(パラジウム)を用いることも
できる。
てPtを用いたが、Pd(パラジウム)を用いることも
できる。
また、本発明は実施例に示した各半導体層の組み合せに
限定される事なく、他の半導体例えば、非導電型半導体
層としてAILlnAs、n型あるいはP型半導体層と
してGaInAs層等の組み合せでも良い。この場合は
InP基板を採用すればよいものである。
限定される事なく、他の半導体例えば、非導電型半導体
層としてAILlnAs、n型あるいはP型半導体層と
してGaInAs層等の組み合せでも良い。この場合は
InP基板を採用すればよいものである。
さらに、上部W層の代わりに、硅化タングステン(WS
i X) 、窒化タングステン(WNx)、硅窒化タ
ングステン(WSiN)等を用いても良い。
i X) 、窒化タングステン(WNx)、硅窒化タ
ングステン(WSiN)等を用いても良い。
なお、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。
て実施することができる。
[発明の効果]
上述した如くに、1つのウェハ面内の各ヘテロ接合FE
Tにおいて、アンドープGaA1As層上に、そのアン
ドープGaAlAs層と固相反応をする金属材料を有す
るゲート電極を所定量だけ配設し、加熱して、上記固相
反応量を制御することにより、1つのウェハ面内におい
て複数のしきい値を精度よく達成することができる。
Tにおいて、アンドープGaA1As層上に、そのアン
ドープGaAlAs層と固相反応をする金属材料を有す
るゲート電極を所定量だけ配設し、加熱して、上記固相
反応量を制御することにより、1つのウェハ面内におい
て複数のしきい値を精度よく達成することができる。
第1図は、本発明を実施したヘテロ接合形電界効果トラ
ンジスタの製造工程図、 第2図は、固相反応量としきい値電圧の変化量との関係
を示すグラフ、 第3図は、本発明に従うヘテロ接合形FETの他の実施
例の構造図、 第4図は、従来のヘテロ接合型FETの構造図である。 1・・・半絶縁性Ga As基板 3・・・アンドープGa As層 5・・・si ドープ高濃度n形Ga As層7・・
・アンドープGaA1As層 上 17・・・固相反応部
ンジスタの製造工程図、 第2図は、固相反応量としきい値電圧の変化量との関係
を示すグラフ、 第3図は、本発明に従うヘテロ接合形FETの他の実施
例の構造図、 第4図は、従来のヘテロ接合型FETの構造図である。 1・・・半絶縁性Ga As基板 3・・・アンドープGa As層 5・・・si ドープ高濃度n形Ga As層7・・
・アンドープGaA1As層 上 17・・・固相反応部
Claims (5)
- (1)少なくとも半絶縁性基板上に形成された導電形半
導体層と、上記導電形半導体層上に形成された非導電形
半導体層と、上記非導電形半導体層上に形成されると共
に、上記非導電形半導体層と反応する金属材料を有する
ゲート電極とを具備することを特徴とするヘテロ接合形
電界効果トランジスタ。 - (2)上記導電形半導体層が、GaAs層あるいはGa
InAs層のいずれか1つであり、上記非導電形半導体
層が、アンドープG2AlAs層であることを特徴とす
る請求項1に記載のヘテロ接合形電界効果トランジスタ
。 - (3)上記ゲート電極の金属材料が、PtあるいはPd
のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のヘ
テロ接合形電界効果トランジスタ。 - (4)異なるしきい値電圧を有する少なくとも2つのヘ
テロ接合形電界効果トランジスタの製造方法において、
半絶縁性基板上に導電形半導体層を形成する工程と、上
記導電形半導体層上に非導電形半導体層を形成する工程
と、上記非導電形半導体層上に、上記非導電形半導体層
と反応する金属材料をそれぞれ異なった所定量有する第
1および第2のゲート電極を形成する工程と、上記ゲー
ト電極の形成された電界効果トランジスタを前もって決
められた温度で加熱して、上記非導電形半導体層におい
てことなった厚みの第1および第2の固相反応部を形成
する工程とから成るヘテロ接合形電界効果トランジスタ
の製造方法。 - (5)上記ゲート電極の金属材料の量に従って上記電界
効果トランジスタのしきい値が制御されることを特徴と
する請求項4に記載のヘテロ接合形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 |
|---|---|---|---|
| JP1769189A JPH02199845A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | ヘテロ接合形電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1769189A JPH02199845A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | ヘテロ接合形電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02199845A true JPH02199845A (ja) | 1990-08-08 |
Family
ID=11950845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1769189A Pending JPH02199845A (ja) | 1989-01-30 | 1989-01-30 | ヘテロ接合形電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02199845A (ja) |
Citations (6)
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| JPS57120376A (en) * | 1981-01-20 | 1982-07-27 | Toshiba Corp | Manufacture of gaas ic |
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-
1989
- 1989-01-30 JP JP1769189A patent/JPH02199845A/ja active Pending
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