JPH0224023B2 - - Google Patents

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JPH0224023B2
JPH0224023B2 JP59077710A JP7771084A JPH0224023B2 JP H0224023 B2 JPH0224023 B2 JP H0224023B2 JP 59077710 A JP59077710 A JP 59077710A JP 7771084 A JP7771084 A JP 7771084A JP H0224023 B2 JPH0224023 B2 JP H0224023B2
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Naotaka Uchitomi
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/80FETs having rectifying junction gate electrodes
    • H10D30/83FETs having PN junction gate electrodes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S148/088J-Fet, i.e. junction field effect transistor

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、GaAsを用いて構成されるpn接合ゲ
ート構造の電界効果トランジスタ(J−FET)
及びその製造方法に関する。
(発明の技術的背景とその問題点) 従来より、GaAs結晶基板を用いたJ−FETが
知られている。その代表的な製造方法は次の通り
である。まず、半絶縁性GaAs基板にイオン注入
法によりn型活性層を形成する。次に基板表面を
絶縁膜で覆い、これをエツチングしてゲート部分
に開口を持つマスクを形成する。そして、Znな
どのアクセプタ不純物を含む金属蒸気中において
高温熱処理することにより、Znをn型活性層に
拡散してpn接合を形成し、その後p型層にゲー
ト電極を形成する。
この方法においては、Znを高温で拡散する際
にGaAs基板中のAsの解離を抑制するために、例
えば金属蒸気中にAsを含ませることが必要であ
る。このためpn接合の深さの制御がむずかしい。
特に、接合深さの制御性として0.1μm程度の高精
度が要求されるエンハンスメント型J−FETは、
この方法では再現性よく作ることが困難である。
GaAs基板中のAsの解離を防止するため、Zn
をイオン注入し、その後熱処理することにより
pn接合を形成することも試みられている。しか
しこの方法でも、熱処理工程でZnの再拡散が生
じるため、制御性よく浅いpn接合を形成するこ
とは難しい。
またいずれの方法でも、ゲート抵抗を小さくす
るためにp型層に金属膜によるゲート電極を形成
することが必要である。従来はこのゲート電極を
フオトリソグラフイにより形成しているが、この
場合マスクあわせの余裕を必要とするため、第1
図のような構造となる。11が半絶縁性GaAs基
板、12がn型活性層、13がp型層、14が絶
縁膜、15がゲート電極である。図のようにゲー
ト電極15は絶縁膜14上に一部重なつた状態に
なる。このためゲートに不要な寄生容量が入り、
J−FETの高速動作を妨げる原因となる。
(発明の目的) 本発明は上記した問題を解決し、簡単な工程で
優れた素子特性を得ることを可能としたGaAsを
用いたJ−FET及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
(発明の概要) 本発明にかかるJ−FETは、n型活性層が形
成されたGaAs基板に族元素を含むW,Taまた
はMoのナイトライドからなるゲート電極が形成
され、このゲート電極直下にゲート電極に自己整
合されてp型層が形成された構造を有する。
本発明の方法は、n型活性層が形成された
GaAs基板にp型不純物としての族元素を含む
W,TaまたはMoのナイトライドからなるゲート
電極材料膜を形成し、このゲート電極材料膜をパ
ターニングしてゲート電極を形成した後、熱処理
をしてゲート電極中の族元素を基板に拡散させ
てp型層を形成する。
(発明の効果) 本発明によるJ−FETは、ゲート領域のp型
層とゲート電極とが自己整合された構造を有する
ため、ゲート抵抗が十分に小さく、且つ不要な寄
生容量が入らないため、優れた素子特性を示す。
また本発明の方法によれば、パターニングされ
たゲート電極を固相拡散源としてp型層を形成す
るから、p型層形成とゲート電極形成を別々の工
程で行なう従来の方法に比べて、工程が簡単であ
り、シヨツトキー・ゲート型FETと同程度の工
程数でJ−FETを作ることができる。また固相
拡散を利用するから、浅いpn接合を制御性よく
形成することができる。またゲート領域のp型層
とゲート電極が自己整合されるため、ゲート抵抗
の低減、寄生容量の低減が図られ、優れた素子特
性が得られる。
(発明の実施例) 本発明の実施例を第2図を参照して説明する。
Crドープの半絶縁性GaAs基板21にSiをイオン
注入してn型活性層22を形成する。イオン注入
条件は、例えば加速エネルギー100KeV,ドーズ
量3×1012/cm2とし、その後、As雰囲気中で850
℃、15分のキヤツプレスアニールを施す。この後
n型活性層22の表面にゲート電極材料膜として
Znを5%含むタングステン・ナイトライド
(WN)膜23を約2000Å形成する(a)。この
WN膜23の形成は、WNとZnの粉末混合物をホ
ツトプレスして得られたターゲツトを用いたRF
スパツタリングによる。この後、WN膜24上全
面にCVD法によりSiO2膜24を堆積し、次いで
ホトリソグラフイによりゲート領域にレジストマ
スクを形成する(b)。そしてプラズマエツチン
グによりSiO2膜24およびWN膜23をエツチン
グした後、Siをイオン注入してソース、ドレイン
領域にイオン注入層26,27を形成する(c)。
この時のイオン注入条件は、例えば加速エネルギ
ー150KeV、ドーズ量5×1013/cm2とする。この
後SiO2膜24およびレジストマスク25を除去
し、基板全面にPSG膜28を堆積して約800℃、
約30分の熱処理を施す。これによりゲート電極と
してパターニングされたWN膜23中のZnが基
板に拡散されてp型層29が形成され、同時にソ
ース、ドレイン領域に注入されたSiイオンが活性
化されてn+層26′,27′が形成される(d)
この後、PSG膜28にコンタクトホールを開け、
ソース、ドレイン領域にAuGe/Niからなるオー
ミツク電極30,31を形成する(e)。
このようにして、非常に簡単な工程で自己整合
型のJ−FETが得られる。このJ−FETは、ゲ
ート領域のp型層とゲータ電極が自己整合されて
形成されているため、p型層が浅くてもゲート抵
抗は十分小さく、また不要な寄生容量が入らない
ため優れた素子特性が得られる。
前述の熱処理工程は不純物の活性化とゲート電
極からのZnの拡散のために行なうものであるか
ら、最低限600℃以上を必要とする。熱処理温度
の上限はゲート電極材料の融点やn型活性層の不
純物再拡散等を考慮して決められる。好ましい熱
処理温度範囲は600〜800℃である。この熱処理温
度と時間を制御することによつて、ゲート領域の
pn接合深さを高精度に制御することができる。
本実施例では、しきい値+0.08Vのエンハンスメ
ント型J−FETを得ることができた。また本実
施例の場合、ゲート抵抗は殆どWN膜で決まり、
20μm×1.5μmのゲート寸法で34Ωであつた。
上記実施例では、ゲート電極材料膜としてZn
を含むWN膜を用いたが、WNの他にMo,Taな
どの高融点金属ナイトライドを用いることができ
る。またp型不純物としてZnの他にBe,Mgなど
の族元素を用いることができる。
また上記実施例では、p型不純物を含むターゲ
ツトを作つてこれをスパツタリングしたが、高融
点金属ナイトライドからなるターゲツトと族元
素からなるターゲツトを別々に一つのスパツタ装
置内に用意し、これらのターゲツトからの同時ス
パツタリングによりゲート電極材料膜を形成して
もよい。
またターゲツトに予めp型不純物を含ませてお
く上記実施例では、ターゲツトの組成が得られる
J−FETの特性に大きく影響する。例えば、タ
ーゲツト中のp型不純物の分布の不均一性は得ら
れるJ−FETの特性のばらつきの原因となる。
特にエンハンスメント型J−FETを作る場合は、
ターゲツト中のp型不純物量の不均一性がしきい
値制御上大きな問題となる。
この点を解決するには、スパツタリングにより
W膜等を被着した後、イオン注入によりこれにp
型不純物をドープする方法が有効である。この方
法を用いた実施例を簡単に説明する。先の実施例
と同様に半絶縁性GaAs基板にn型活性層を形成
した後、その表面に純粋なW膜をスパツタリング
により2000Å堆積した。次いでMgイオンを加速
エネルギー150KeV、ドーズ量5×1014/cm2の条
件でイオン注入した。この条件ではMgイオンは
WN膜を突抜けることなく、全てWN膜中に止ま
つている。Mgイオンを選んだ理由は、Znよりも
質量が小さく、通常のイオン注入装置(最大加速
エネルギー200KeV)でWN膜中に深く注入する
ことができるからである。同様の理由でこのイオ
ン注入を利用する場合に、族元素としてBeを
用いることも有用である。WN膜中に注入された
Mgイオンは熱処理によりn型活性層に拡散さ
れ、先の実施例と同様のJ−FETが得られた。
Mgの拡散速度はZnのそれより大きく、先の実施
例に比べて1/2程度の短い熱処理時間で先の実施
例のJ−FETと同程度のしきい値が得られた。
この方法では、J−FETの特性の再現性が極め
て良好であつた。これは、イオン注入による不純
物量の制御が正確に行われるためと考えられる。
以上の説明では、専ら半絶縁性GaAs基板を用
いたが、本発明は、p型GaAs基板を用いてJ−
FETを作る場合にも有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGaAsを用いたJ−FETのゲー
ト電極構造を示す図、第2図は本発明の一実施例
のJ−FETの製造工程を説明するための図であ
る。 21……半絶縁性GaAs基板、22……n型活
性層、23……Zn含有WN膜(ゲート電極材料
膜)、24……SiO2膜、25……レジストマス
ク、26,27……Siイオン注入層、26′,2
7′……高濃度n型層(ソース、ドレイン領域)、
28……PSG膜、29……p型層(ゲート領
域)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 n型活性層が形成されたGaAs基板と、この
    基板の活性層表面に互いに離間して設けられた高
    濃度n型のソース、ドレイン領域と、このソー
    ス、ドレイン領域間の基板上に設けられた族元
    素を含むW,TaまたはMoのナイトライドからな
    るゲート電極と、このゲート電極直下の活性層内
    にゲート電極と自己整合されて設けられたp型層
    とを具備したことを特徴とするGaAs電界効果ト
    ランジスタ。 2 前記ゲート電極は、族元素としてBe,Mg
    またはZnを含むものである特許請求の範囲第1
    項記載のGaAs電界効果トランジスタ。 3 n型活性層が形成されたGaAs基板に族元
    素を含むW,TaまたはMoのナイトライドからな
    るゲート電極材料膜を形成する工程と、このゲー
    ト電極材料膜をパターニングしてゲート電極を形
    成する工程と、この後熱処理して前記ゲート電極
    中の族元素を基板に拡散させて前記n型活性層
    表面にp型層を形成する工程と、ソース、ドレイ
    ン領域に高濃度n型層を形成する工程とを備えた
    ことを特徴とするGaAs電界効果トランジスタの
    製造方法。 4 前記熱処理は、基板全面を絶縁膜で覆つた状
    態で600〜800℃で行なう特許請求の範囲第3項記
    載のGaAs電界効果トランジスタの製造方法。 5 前記ゲート電極材料膜は、族元素として
    Be,MgまたはZnを含むものである特許請求の範
    囲第3項記載のGaAs電界効果トランジスタの製
    造方法。 6 前記ゲート電極材料膜を形成する工程は、ナ
    イトライドと族元素の粉末混合物をホツトプレ
    スして得られたターゲツトを用いてスパツタリン
    グを行なうものである特許請求の範囲第3項記載
    のGaAs電界効果トランジスタの製造方法。 7 前記ゲート電極材料膜を形成する工程は、ナ
    イトライドからなるターゲツトと族元素からな
    るターゲツトから同時にスパツタリングを行なう
    ものである特許請求の範囲第3項記載のGaAs電
    界効果トランジスタの製造方法。 8 前記ゲート電極材料膜を形成する工程は、ナ
    イトライドからなる薄膜を被着する工程と、この
    薄膜中に族元素をイオン注入する工程とからな
    る特許請求の範囲第3項記載のGaAs電界効果ト
    ランジスタの製造方法。 9 前記ソース、ドレインに高濃度n型層を形成
    する工程は、前記熱処理を行なう前に前記ゲート
    電極をマスクとしてn型不純物をイオン注入し、
    前記熱処理により注入不純物を活性化するもので
    ある特許請求の範囲第3項記載のGaAs電界効果
    トランジスタの製造方法。
JP59077710A 1984-04-18 1984-04-18 GaAs電界効果トランジスタ及びその製造方法 Granted JPS60220975A (ja)

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