JPH04299536A - Manufacture of schottky gate type field effect transistor - Google Patents

Manufacture of schottky gate type field effect transistor

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JPH04299536A
JPH04299536A JP6414491A JP6414491A JPH04299536A JP H04299536 A JPH04299536 A JP H04299536A JP 6414491 A JP6414491 A JP 6414491A JP 6414491 A JP6414491 A JP 6414491A JP H04299536 A JPH04299536 A JP H04299536A
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JP
Japan
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layer
schottky
forming
active layer
concentration
Prior art date
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Pending
Application number
JP6414491A
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Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Matsunaga
徳彦 松永
Masami Nagaoka
正見 長岡
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To suppress the deterioration of the Schottky characteristic of the title transistor with high reproducibility by forming a semiconductor of the same material as that used for an undoped or low-concentration doped substrate between an active layer and gate electrode so that the direct contact of a high- concentration active layer with the gate electrode can be prevented. CONSTITUTION:After a p-type layer 2 and active layer 3 are formed in an semi-insulating GaAs substrate 1 by ion implantation and undoped GaAs 4 is deposited on the surface of the substrate 1, an intermediate-concentration layer 6 is formed by using a gate electrode 5 as a mask. Then, after side walls are formed against a gate, a high-concentration layer 7 is formed and ohmic electrodes 8 are formed of AuGe/Au films on the surface of the layer 7. Therefore, a Schottky gate type field effect transistor having an excellent Schottky characteristic can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の目的] [Purpose of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、ショットキ特性の向上
を目指したショットキゲート型電界効果トランジスタの
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor aimed at improving Schottky characteristics.

【0002】0002

【従来の技術】ショットキゲート型電界効果トランジス
タは、金属と半導体との接触をゲートとする一種の接合
型FETでありMESFETとも呼ばれている。その中
でも電子移動度の大きいGaAsを半導体基板に用いた
MESFETは高速動作する集積回路に適しており、ま
たプロセス的にも簡便であることからさかんに開発が行
なわれている。
2. Description of the Related Art A Schottky gate field effect transistor is a type of junction FET whose gate is a contact between a metal and a semiconductor, and is also called a MESFET. Among them, MESFETs using GaAs, which has a high electron mobility, as a semiconductor substrate are suitable for integrated circuits that operate at high speed, and are being actively developed because they are easy to process.

【0003】集積回路のさらなる高速化のためゲート長
を微細化することによるMESFETの高性能化が進め
られている。この時、MESFETの高性能化を行なう
ためにはゲート長の微細化にともない、活性層の高濃度
薄層化も行なわなければならない。しかし活性層の高濃
度薄層化にともない、MESFETのショットキ特性の
劣化、すなわちショットキ障壁の低下や理想因子のn値
の増大といった問題が生じてくる。
[0003] In order to further increase the speed of integrated circuits, the performance of MESFETs is being improved by miniaturizing the gate length. At this time, in order to improve the performance of the MESFET, as the gate length becomes smaller, the active layer must also be made thinner with a higher concentration. However, as the active layer becomes highly doped and thin, problems arise such as deterioration of the Schottky characteristics of the MESFET, that is, a decrease in the Schottky barrier and an increase in the n value of the ideality factor.

【0004】この問題に対し活性層表面を窒化させて薄
い絶縁膜を形成しショットキ特性の劣化を防止する方法
が行なわれているが、この方法ではショットキ障壁の低
下は抑制できるものの表面窒化後に堆積するゲート電極
用金属との密着性の劣化、n値の大幅な増大及び再現性
の不良といった問題が生じ安定で良好なMESFETを
形成することができなかった。
[0004] To solve this problem, a method has been used to prevent deterioration of Schottky characteristics by nitriding the surface of the active layer to form a thin insulating film. However, although this method can suppress the decrease in Schottky barrier, it is possible to prevent the Schottky barrier from deteriorating. Problems such as deterioration in adhesion with the gate electrode metal, a significant increase in the n value, and poor reproducibility occurred, making it impossible to form a stable and good MESFET.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上のようにMESF
ETの高性能化にともなうショットキ特性の劣化を抑制
する方法には問題点が多く有効な手段はなかった。本発
明はショットキ特性の劣化を再現性良く抑制できるショ
ットキゲート型電界効果トランジスタの製造方法を提供
することを目的とする。 [発明の構成]
[Problem to be solved by the invention] As mentioned above, MESF
There are many problems in the method of suppressing the deterioration of Schottky characteristics as the performance of ET increases, and no effective means have been available. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor that can suppress deterioration of Schottky characteristics with good reproducibility. [Structure of the invention]

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は半導体基板に形
成した活性層とゲート電極の間にアンドープあるいは低
濃度にドープされた前記基板と同じ材質の半導体を形成
し、高濃度な活性層を直接ゲート電極に接しないように
することにより良好なショットキ特性を持つことを特徴
としている。
[Means for Solving the Problems] The present invention forms an undoped or lightly doped semiconductor of the same material as the substrate between an active layer formed on a semiconductor substrate and a gate electrode, and forms a highly doped active layer. It is characterized by having good Schottky characteristics by not being in direct contact with the gate electrode.

【0007】[0007]

【作用】活性層上に直接ゲート電極が形成されているM
ESFETにおいて、活性層を高濃度薄層化していくと
ゲート電極に高濃度な導電層がより近接することになり
鏡像面効果、表面準位およびトンネル電流が増大してい
き、その結果、ショットキ特性が低下する。
[Operation] M in which the gate electrode is formed directly on the active layer
In an ESFET, as the active layer is made thinner and highly doped, the highly doped conductive layer comes closer to the gate electrode, which increases the mirror image effect, surface states, and tunnel current, resulting in Schottky characteristics. decreases.

【0008】本発明によれば、例えばGaAs基板に形
成した活性層とゲート電極の間にアンドープ、あるいは
低濃度のGaAs層をエピタキシャル成長させ形成する
ことにより、高濃度の活性層とゲート電極を直接接触さ
せず、また形成するGaAs層の厚さを適度に設定する
ことによりFET特性を損わせずショットキ特性の劣化
を抑制できる。さらに下地に用いる基板と同じ材質の半
導体を形成するためにプロセス的に容易であり、またM
IS動作ではなくMES動作可能なFETを形成するこ
とができる。
According to the present invention, for example, by epitaxially growing an undoped or low concentration GaAs layer between the active layer formed on a GaAs substrate and the gate electrode, the high concentration active layer and the gate electrode are brought into direct contact. Moreover, by setting the thickness of the formed GaAs layer appropriately, deterioration of the Schottky characteristics can be suppressed without impairing the FET characteristics. Furthermore, since the semiconductor is made of the same material as the substrate used as the base, the process is easy, and M
It is possible to form an FET capable of MES operation instead of IS operation.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は一実施例のGaAsMESFETを示す断
面図である。図のように半絶縁性GaAs基板1にはイ
オン注入によりp型層2および活性層3が形成されてい
る。そしてアンドープのGaAs4を低積し、それから
ゲート電極5をマスクとして中間濃度層6が形成され、
ゲートに対しサイドウォール形成後、高濃度層7が形成
され、その表面にオーミック電極8がAuGe/Au膜
により形成されている。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a GaAs MESFET. As shown in the figure, a p-type layer 2 and an active layer 3 are formed on a semi-insulating GaAs substrate 1 by ion implantation. Then, a low concentration of undoped GaAs 4 is deposited, and then an intermediate concentration layer 6 is formed using the gate electrode 5 as a mask.
After sidewalls are formed for the gate, a high concentration layer 7 is formed, and an ohmic electrode 8 is formed on the surface of the layer 7 using an AuGe/Au film.

【0010】図1の(a)〜(e)は本発明の一実施例
のGaAsMESFETの製造工程断面図である。まず
半絶縁性GaAs基板1にp型層形成用レジストパター
ンを形成し、Mgイオンを例えば加速電圧150keV
、ドーズ量3×1012/cm2 でイオン注入してp
型層2を形成する。そしてレジストパターンを除去した
後、活性層形成用レジストパターンを形成し、このレジ
ストパターンをマスクとしてSiを例えば加速電圧10
keV 、ドーズ量3×1013/cm2 でイオン注
入して活性層3を形成する(図2(a))。そしてレジ
ストパターンを除去した後、AsH3 雰囲気中で82
0 ℃、30分の熱処理を行なう。それからMOCVD
によりアンドープGaAs4を例えば150 A(オン
グストローム)堆積する(図2(b))。その後スパッ
タ法により窒化タングステン膜を例えば3000A堆積
しレジストをマスクにして反応性イオンエッチング(R
IE)法によりゲート電極5を形成する。それからレジ
ストを除去し中間濃度層成形用レジストパターンを形成
し、このレジストパターンとゲート5をマスクとしてS
iイオンを例えば加速電圧20keV 、ドーズ量1.
5 ×1013/cm2 でイオン注入して中間濃度層
6を形成する(図2(c))。それからレジストを除去
し、プラズマCVDによりSiONを1500A堆積し
、その後RIE法によりエッチバックを行ないゲート電
極5にサイドウォールを形成する。それから高濃度層形
成用レジストを形成し、このレジストパターンとサイド
ウォールが形成されているゲート電極5をマスクとして
Siイオンを例えば加速電圧30keV 、ドーズ量3
×1013/cm2 でイオン注入して高濃度層7を形
成する(図2(d))。それからレジストを除去し、例
えばAsH3 雰囲気中で820 ℃、30分の熱処理
を行なう。その後高濃度層7上にAuGe/Au膜によ
りオーミック電極を形成する(図2(e))。
FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing the manufacturing process of a GaAs MESFET according to an embodiment of the present invention. First, a resist pattern for forming a p-type layer is formed on a semi-insulating GaAs substrate 1, and Mg ions are applied at an acceleration voltage of, for example, 150 keV.
, by ion implantation at a dose of 3×1012/cm2.
A mold layer 2 is formed. After removing the resist pattern, a resist pattern for forming an active layer is formed, and using this resist pattern as a mask, Si is applied at an acceleration voltage of 10
The active layer 3 is formed by ion implantation at keV and a dose of 3×10 13 /cm 2 (FIG. 2(a)). After removing the resist pattern, 82
Heat treatment is performed at 0° C. for 30 minutes. Then MOCVD
Undoped GaAs4 is deposited at a thickness of, for example, 150 Å (FIG. 2(b)). Thereafter, a tungsten nitride film of, for example, 3000A is deposited by sputtering, and reactive ion etching (R) is performed using the resist as a mask.
The gate electrode 5 is formed by the IE) method. Then, the resist is removed to form a resist pattern for forming an intermediate concentration layer, and using this resist pattern and gate 5 as a mask, S
i ions, for example, at an acceleration voltage of 20 keV and a dose of 1.
Ions are implanted at 5×10 13 /cm 2 to form an intermediate concentration layer 6 (FIG. 2(c)). Then, the resist is removed, SiON is deposited to a thickness of 1500 Å by plasma CVD, and then etched back by RIE to form sidewalls on the gate electrode 5. Then, a resist for forming a high concentration layer is formed, and using this resist pattern and the gate electrode 5 on which the sidewalls are formed as a mask, Si ions are applied at an acceleration voltage of 30 keV and a dose of 3.
A high concentration layer 7 is formed by ion implantation at ×10 13 /cm 2 (FIG. 2(d)). Then, the resist is removed, and heat treatment is performed at 820° C. for 30 minutes, for example, in an AsH3 atmosphere. Thereafter, an ohmic electrode is formed using an AuGe/Au film on the high concentration layer 7 (FIG. 2(e)).

【0011】図3は本発明による一実施例であるGaA
s基板を用いアンドープGaAsのエピタキシャル層2
00 Aにおけるショットキ障壁φB の活性層の不純
物濃度依存性である。高濃度領域においてゲート電極と
活性層が直接接触するような従来例は、急激にφB が
低下しているのに対し、本実施例ではφB の低下がわ
ずかであることがわかる。また活性層の不純物濃度Nd
が1×1017/cm3 以下ではほとんどφB が低
下していないことがわかる。
FIG. 3 shows a GaA film according to an embodiment of the present invention.
Undoped GaAs epitaxial layer 2 using S substrate
This is the dependence of the Schottky barrier φB on the impurity concentration of the active layer at 00 A. It can be seen that in the conventional example where the gate electrode and the active layer are in direct contact in a high concentration region, φB decreases rapidly, whereas in this example, the decrease in φB is slight. Also, the impurity concentration Nd of the active layer
It can be seen that φB hardly decreases below 1×1017/cm3.

【0012】図4は、本発明によるφB のアンドープ
GaAsエピタキシャル層の厚さ依存性である。活性層
の不純物濃度は2×1016/cm3 である。この図
よりエピタキシャル層の厚さが100 A以下では急激
にφB が低下していることがわかる。これはエピタキ
シャル層が薄くなると鏡像面効果が大きくなり、またト
ンネル電流や再結合電流の増加によりショットキ障壁が
低下することによるものである。この図4よりエピタキ
シャル層の厚さは100 A〜200 Aあれば十分シ
ョットキ障壁の低下を抑制できることがわかる。
FIG. 4 shows the dependence of φB on the thickness of an undoped GaAs epitaxial layer according to the present invention. The impurity concentration of the active layer is 2×10 16 /cm 3 . It can be seen from this figure that φB decreases rapidly when the thickness of the epitaxial layer is 100 Å or less. This is because the mirror image effect increases as the epitaxial layer becomes thinner, and the Schottky barrier decreases due to an increase in tunnel current and recombination current. It can be seen from FIG. 4 that the thickness of the epitaxial layer of 100 to 200 A can sufficiently suppress the decrease in the Schottky barrier.

【0013】本実施例では動作層下にp型層を形成して
あるが、これは短チャネル効果抑制のためであり、短チ
ャネル効果が抑制されておればp型層を形成することは
必ずしも必要ではない。また、本実施例ではLDD構造
のFETについて記述しているが、中間濃度層の代りに
高濃度層があるFETにおいても本発明の効果は何ら変
わりがない。
In this example, a p-type layer is formed under the active layer, but this is to suppress the short channel effect, and if the short channel effect is suppressed, it is not necessarily necessary to form a p-type layer. Not necessary. Further, although this embodiment describes an FET having an LDD structure, the effects of the present invention are the same even in an FET having a high concentration layer instead of an intermediate concentration layer.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば半導
体基板に形成された活性層とゲート電極の間にアンドー
プあるいは低濃度の半導体基板と同じ材質の半導体を適
度な厚さに形成さえすれば、良好なショットキ特性を保
持したショットキゲート型電界効果トランジスタを得る
ことができる。
As described above, according to the present invention, an undoped or low-concentration semiconductor made of the same material as the semiconductor substrate can be formed to an appropriate thickness between the active layer formed on the semiconductor substrate and the gate electrode. In this way, a Schottky gate field effect transistor that maintains good Schottky characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】  本発明の一実施例のGaAsMESFET
を示す断面図。
FIG. 1: GaAs MESFET of one embodiment of the present invention
FIG.

【図2】  本発明の一実施例のGaAsMESFET
の製造方法を示す断面図。
[Figure 2] GaAs MESFET of one embodiment of the present invention
FIG.

【図3】  本発明の特性を示す図で動作層の不純物濃
度とショットキ障壁の関係を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing the characteristics of the present invention and shows the relationship between the impurity concentration of the active layer and the Schottky barrier.

【図4】  本発明の特性を示す図でショットキ接合電
極と動作層間に形成するアンドープGaAsエピタキシ
ャル層の厚さとショットキ障壁の関係を示した図。
FIG. 4 is a diagram showing the characteristics of the present invention and shows the relationship between the thickness of the undoped GaAs epitaxial layer formed between the Schottky junction electrode and the active layer and the Schottky barrier.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体GaAs基板、 2…p型層、 3…n型活性層、 4…アンドープGaAs、 5…ゲート電極、 6…中間濃度層、 7…高濃度層、 8…オーミック電極、 9…レジスト、 10…サイドウォール。 1...Semiconductor GaAs substrate, 2...p-type layer, 3...n-type active layer, 4...Undoped GaAs, 5...gate electrode, 6...Intermediate concentration layer, 7...High concentration layer, 8...Ohmic electrode, 9...Resist, 10...Side wall.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  半導体基板に動作層形成用のイオン注
入を行なう工程と、高温アニールにより前記イオン注入
された半導体領域を活性化した後、前記半導体基板と同
じ材質の半導体を前記半導体基板上にエピタキシャル成
長させる工程と、高融点金属によりショットキ接合電極
を形成し、前記ショットキ接合電極をマスクとして中間
濃度層形成用のイオン注入を行なう工程と、絶縁膜のエ
ッチバックにより前記ショットキ接合電極にサイドウォ
ールを形成し、高濃度層形成用のイオン注入を行なう工
程と、その後サイドウォール除去し、高温アニールによ
り前記イオン注入された半導体領域を活性化させ前記高
濃度層上にオーミック電極を形成する工程とを備えたこ
とを特徴とするショットキゲート型電界効果トランジス
タの製造方法。
1. After implanting ions into a semiconductor substrate to form an active layer and activating the ion-implanted semiconductor region by high-temperature annealing, a semiconductor made of the same material as the semiconductor substrate is placed on the semiconductor substrate. A step of epitaxial growth, a step of forming a Schottky junction electrode using a high-melting point metal, a step of performing ion implantation for forming an intermediate concentration layer using the Schottky junction electrode as a mask, and a step of forming a sidewall on the Schottky junction electrode by etching back the insulating film. a step of forming and implanting ions for forming a high concentration layer, and a step of removing the sidewalls, activating the ion-implanted semiconductor region by high temperature annealing, and forming an ohmic electrode on the high concentration layer. A method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor, characterized by comprising:
【請求項2】  請求項1記載のエピタキシャル層の不
純物濃度が1×1017/cm3 以下でありかつ厚さ
が100 〜200 (オングストローム)であること
を特徴とするショットキゲート型電界効果トランジスタ
の製造方法。
2. A method for manufacturing a Schottky gate field effect transistor, wherein the epitaxial layer according to claim 1 has an impurity concentration of 1×10 17 /cm 3 or less and a thickness of 100 to 200 angstroms. .
JP6414491A 1991-03-28 1991-03-28 Manufacture of schottky gate type field effect transistor Pending JPH04299536A (en)

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