JPH0445546A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

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、マイクロ波及びミリ波の波長領域に於て動作
する電界効果トランジスタに関するものである。

（従来の技術） マイクロ波及びミリ波の波長領域に於て動作する電界効
果トランジスタに於ける雑音指数は次に示すフクイの式
（Ｆｕｋｕｉ’ｓ　ｅｑ、）でも良く知られているよう
にソース抵抗、ゲートルソース間容量、相互コこの式で
Ｆは雑音指数、Ｋｆはフィッテング定数、ｆは動作周波
数、Ｃｇｓはゲートルソース間容量、Ｒｇはゲート抵抗
、Ｒｓはソース抵抗、ｇｍは相互コンダクタンスをそれ
ぞれ表している。ここで特にソース抵抗は真性相互コン
ダクタンスにも影響を与えるため重要と言える。通常の
ＭＥＳＦＥＴや選択ドープ構造ＦＥＴに於てはソース抵
抗を低減させることを意図してゲートの位置を可能な限
りソース電極に近づける努力がなされている。

ＭＥＳＦＥＴに関してはこのソース抵抗を低減させる別
の方法としてユナイテッド・スティン・パテント（Ｕｎ
ｉｔｅｄ　５ｔａｔｅｓ　Ｐａｔｅｎｔ）の第４．７２
７．４０４号（ＰａｔｅｎｔＮｕｍｂｅｒ　４．７２７
．４０４）にボッコン、ギボット（Ｂｏｃｃｏｎ−Ｇｉ
ｂｏｄ）が提案しているような方法がある。

第５図にこの提案されているＦＥＴの要部切断面図を示
す。又、第４図にその等価回路を示す。通常のＭＥＳＦ
ＥＴの構造に加えて、ソース電極〜ゲート電極間及びド
レイン電極〜ゲート電極間に誘電体層を形成し、該誘電
体層上に金属膜を形成している。該金属層膜はソース電
極及びドレイン電極と電気的に接触している。高周波動
作時に於ては金属膜と能動層の間のキャパシタを通して
ソース電極からゲート下に電子が流れ込むので実質上の
ソース抵抗成分は減少する。

（発明が解決しようとする課題） 従来の例に示したようなソース、ドレイン、ゲートの３
端子電界効果トランジスタに於ては、ソースルゲート間
の２次元子面での距離がトランジスタのソース抵抗を大
きく左右する。これはＭＥＳＦＥＴのみならず、２次元
電子ガス層をチャネル層とした選択ドープ構造２次元電
子ガス電界効果トランジスタに於ても共通の問題点と言
える。ソース抵抗は電界効果トランジスタの動作上に於
ける雑音指数をはじめとする諸々の特性に大きく反映す
るパラメータである。従って通常はこのソース抵抗の低
減を意図してオーミック電極間の距離を小さくし、且つ
ゲートの形成位置を可能な限りソース電極に近づける努
力がなされている。しかしこれは半導体装置作製プロセ
ス上の制約から限界があり、しかもプロセスの条件設定
が歩留りを大きく左右する。従来の技術で示したボッコ
ン、ギボノトによる発明はこの問題点を解決するために
考えられたものである。しかし誘電体を用いるため充分
な誘電率が得られず問題点の解決に充分寄与していない
。又誘電体層を形成する際界面状態の制御に注意しない
とチャネル層表面にチャネル電子のトラップが起こって
しまう可能性がある。

本発明の目的はソース抵抗が小さく、高周波特性が優れ
、かつ歩留り良く製作できる電界効果トランジスタを提
供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は以上述べたような問題点を解決す−る新規な構
造の電界効果トランジスタである。本発明の電界効果ト
ランジスタは、半絶縁性半導体基板上に活性層が設けら
れており、該活性層上の２箇所にソース電極及びドレイ
ン電極に相当するオーミック電極を有し、該オーミック
電極間の所望の箇所にショットキー型のゲート電極を有
している電界効果トランジスタに於て、前記２つのオー
ミック電極と前記ゲート電極の間の前記活性層上に前記
活性層に比べ電子親和力の小なる不純物無添加半導体層
を有し、前記オーミック電極金属は該不純物無添加半導
体層上に於てもゲート電極近傍まで形成されていること
を特徴とする。

（作用） 本発明における不純物無添加半導体層上のオーミック電
極金属は、該不純物無添加半導体層を介してウェハ表面
活性層とキャパシタを形成する。

本発明のようにオーミック電極金属膜とチャネルは抵抗
成分と共にキャパシタ成分を並列にした構造であるとい
える。従って直流に対しては確かにオーミック電極金属
とウェハ表面活性層は抵抗を介した関係であるが、高周
波動作時には電流はオーミック電極金属膜からキャパシ
タを通じてチャネル層へ流れ込むことになり、前記不純
物無添加半導体層を介したインピーダンスは実質上減少
することとなる。活性層に比べ電子親和力の小なる不純
物無添加半導体層を用いた本発明は、従来技術で示した
誘電体を用いているボッコン・ギボノトによる発明の場
合に比べ、高い誘電率をもつことから、動作周波数が上
昇するほど二の効果は大きくなり、従ってゲートルソー
ス間インピーダンスは大幅に減少することになる。これ
は高周波数特性、すなわち遮断周波数の向上や高周波利
得、雑音指数の向上に反映する。第４図に本発明の半導
体装置の等価回路を示す。図中のｃＤ、　Ｃ３の２つの
キャパシタ成分により本発明の電界効果）・うンジスタ
の高性能が期待できる。また、不純物無添加半導体層上
の金属膜の役割をオーミック電極金属が担っているので
、ＣＤ及びＣ８を構成する金属膜のバターニング工程が
省略でき、特性歩留り上有利である。しかも、そのオー
ミック電極のシンタリング深さを、オーミック形成時の
アロイ条件、あるいは、電極金属の材料、金属組成比を
適宜変更することで、制御することが可能であるから、
ＦＥＴの特性向上と、歩留りの向上に有利である。

（実施例） 本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に説明する
。第１図に本発明の半導体装置の構造を表す要部切断面
構造を示す。半絶縁性半導体基板上に同種類の不純物無
添加半導体層、例えば半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に５
０００人厚の不純物無添加ＧａＡｓ層１２を成長し、続
いてチャネル層に相当する半導体層として１刈０１８ｃ
ｍ−３にＳｉをドープした厚さ１０００人のＧａＡｓ層
１３を成長し、その上に該ＧａＡｓ層とはへテロ接合を
有するような電子親和力の小さな不純物無添加の１００
０人厚のＡ１ＧａＡｓ層１４を順次積層成長し、該不純
物無添加ＡｌＧａＡｓ層１４の特定箇所に前記ｎ型Ｇａ
Ａｓ層１３の表面が露呈するような窓を開口し、ＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ系のアロイ系のオーミック電極１５．１６を形
成する。又、該開口部の間の特定箇所にやはり前記ｎ型
ＧａＡｓ層１３の表面が露呈するような窓を開口し、そ
の開口部にショットキー型のゲート電極１７を形成する
。低雑音特性はゲート長の短縮化により向上するのでゲ
ート長は１７４μｍ程度と小さくする。一方、前記オー
ミック電極を前記ゲート電極と前記オーミック電極各々
の間に形成されている不純物無添加ＡｌＧａＡｓ層上に
まで形成する。該オーミック電極はゲート電極とは接触
していない限り近い程望ましい。技術的には０．１〜０
．２μｍの距離まで接近させることが可能である。

次に本発明の電界効果トランジスタの製造方法を図を用
いて詳しく説明する。第２図（ａ）〜（Ｏに製造工程を
示す。まず第２図（ａ）のように半絶縁性半導体基板例
えば半絶縁性ＧａＡｓ基板２１に厚さ５０００人の不純
物無添加ＧａＡｓ層２２、厚さ１０００人の不純物添加
例えば１×１０１８ｃｍ−３にＳｉをドープしたＧａＡ
ｓ層２３、厚さ１０００人の不純物無添加ＡｌＧａＡｓ
層２４を順次分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）あるい
は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の結晶成長法
により成長させる。

この電界効果トランジスタの活性層は不純物−添加Ｇａ
Ａｓ層２３に相当する。続いて第２図（ｂ）に示すよう
にレジスト２８を用いてフォトリソグラフィにより所望
の箇所に開口し、該開口箇所の前記不純物無添加ＡｌＧ
ａＡｓ層２４をエツチング除去し、不純物添加ＧａＡｓ
層２３の表面を露呈させる。次に第２図（Ｃ）に示すよ
うに該露呈部分にリフトオフ法を用いてオーミック金属
例えばＡｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅの蒸着を行う。その際蒸着
は前記開口部２箇所の間の不糸り物無添加ＡｌＧａＡｓ
層上にも蒸着されるようなパターニングを行う。蒸着後
は４５０°Ｃ程度の高温熱処理アロイによリオーミノク
金属の共晶化を行いオーミック電極２５．２６の形成を
行う。オーミック電極２５．２６の距離は低雑音素子を
目的とする場合は３／ｉｍ程度とする。続いて第２図（
ｄ）のようにオーミック電極間の所望の位置にレジスト
２９を用いて光学露光技術あるいは電子ビーム等のりソ
グラフイ技術を用いてゲート位置に開ロバターンを形成
し、次に反応性イオンエツチング（ＲＩＥ）あるいは酸
と過酸化水素水と水の混合液を用いたウェットエツチン
グにより、不純物無添加ＡｌＧａＡｓ層２４、続いて不
純物添加ＧａＡｓ層２３を所望のオーミック間電流を得
るまでエツチングし第２図（ｅ）のように、リセス３０
を形成する。リセス形成後は第２図（Ｏのようにリフト
オフ法によりゲート金属例えばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ
／Ｐｔ／Ｔｉ等の金属を用いてショットキーゲート電極
２７を形成する。ゲート長は１／４ｐｍ程度とする。電
子ビームリソグラフィ技術を用いることにより、１７４
□ｍ級のゲート長をもつ微細ゲート電極の形成は可能で
ある。こうして素子が完成する。本発明のＦＥＴはソー
ス抵抗が小さく、雑音指数や高周波特性が改善され、か
つ特性歩留りが良い。

第３図（ａ）〜（Ｏに別の実施例の製造方法の概略工程
図を示す。本発明の電界効果トランジスタを作製するウ
ェハを成長させオーミック電極を形成する箇所に所望の
エツチングを施す工程までは前述の第−の実施例と同様
である。その後、第３図（ｅ）のように不純物添加Ｇａ
Ａｓ層３３の露呈部分とその間にある不純物無添加Ａｌ
ＧａＡｓ層３４上にオーミック金属を蒸着し、熱処理に
よりオーミック電極３５を形成する。続いて、第３図（
ｄ）、（ｅ）に示すようにゲート電極形成部分にあたる
オーミック電極を例えばアルゴンガスを用いたイオンミ
リングによりエツチング除去し不純物無添加ＡｌＧａＡ
ｓ層３４を露出させる。この工程によりソース電極３６
及びドレイン電極３７が、それぞれ分離され、形成され
ることになる。続いて該不純物無添加ＡｌＧａＡｓ層３
４を例えば反応性ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅ　Ｉｏｎ　Ｅｃｈｉｎｇ）、あるいは酸と過酸化水素
水を混合した溶液を用いたウェットエツチングにより不
純物添加ＧａＡｓ層３３表面を露呈させる。該リセス３
９形成後はりフトオフ法によりゲート金属例えばＡＩ／
ＴｉあるいはＡｕ／Ｐｔ／ｒｉ等の金属を用いてショッ
トキーゲート電極３８を形成する工程は前述の第１の実
施例と同様である。以上で第３図（Ｏのような電界効果
トランジスタが完成する。

この方法によると、ゲート電極とオーミック電極の形成
される位置を非常に接近させることが可能となり、作製
される電界効果トランジスタの性能を向上させることが
可能となる。従来技術では１６０μｍ程度が限界であっ
たゲート電極とソース電極間距離が、０．１１１ｍ程度
にまで短縮することが可能である。従って、ソース抵抗
値としては第１の実施例の特性向上に加えて、コンタク
ト抵抗値を除いた値でｗｓＩ）／ＷｓＩ）ｏ分の値（ソ
ース、ドレイン間の距離の比）、に低減できることにな
る。（距離と抵抗は比例関係にある。） 尚、本発明の第１、第２の実施例は特定の月利、特定の
値を用いて説明したがこれは一例でありこれに限るもの
でなく例えばオーミック金属やゲート金属を構成する材
料についても通常用いられる金属を用いることができる
。又、ウェハ構造についてもここに示したようなチャネ
ル層が単一のドープ層であるような構造に限るものでは
ない。

（発明の効果） 本発明により電界効果トランジスタに於て高周波動作に
大きく影響するソース抵抗成分を大幅に削減することが
出来る。この効果に大きく貢献しているのはゲートルオ
ーミック間に於けるチャネル上の不純物無添加半導体層
及び該不純物無撚−加半導体層上にまで形成されている
オーミック電極金属膜である。該オーミック電極金属薄
膜層が前記不純物無添加半導体層を介してチャネル層と
キャパシタを構成していることから、高周波動作時に於
ける実質的なソースルゲート間のインピーダンスは減少
することになり、従ってこの構造の電界効果トランジス
タでは優れた高周波特性が期待できる。従来例で述べた
ボノコンキポノトによる構造と比べ、酸化膜と不純物無
添加半導体層のそれぞれの誘電率の相違により、本発明
においてはソース抵抗の低減に大きな改善が得られる。

またオミソク電極形成時のアロイ工程温度、金属組成を
適宜変更することにより、シンター深さを変えることが
可能であり、従って第４図中のＣＤ、Ｃ８の容量を制御
することが可能である。また実施例の製造方法では電界
効果トランジスタを容易に製造することが可能となり、
歩留りも向上する。更に第２の実施例では、オーミック
電極とゲー）！極をより接近させて素子を作製すること
が出来ることから素子の性能を一層向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電界効果トランジスタの要部断面
図である。第２図（ａ）〜（Ｏは本発明の電界効果トラ
ンジスタの製造方法を示す工程図である。第３図（ａ）
〜（Ｏは本発明の電界効果トランジスタの別の製造方法
を示す工程図である。第４図は本発明の電界効果トラン
ジスタの等価回路図である。第５図は電界効果トランジ
スタの一従来例の構造断面図である。 １１．２１．３１１０．半絶縁性ＧａＡｓ基板、１２．
２２．３２−・・不純物無添加ＧａＡｓ層、１３．２３
．３３・・・不純物添加ＧａＡｓ層、１４．２４．３４
−・・不純物無添加ＡｌＧａＡｓ層、１５．２５．３６
・・、ソース電極（オーミック電極）、１６．２６．３
７・・・ドレイン電極（オーミック電極）、１７．２７
．３８・・・ゲート電極、２８．２９・・・レジスト、
３０．３９・・・リセス、３５・・・オーミック電極、
５１・・・半絶縁性基板、５２・・・能動層、５３・・
・誘電体層、５４・・・金属膜、５５・・・ゲート電極
、５６・・・電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半絶縁性半導体基板上に活性層が設けられており、該
   活性層上にソース電極及びドレイン電極に相当するオー
   ミック電極を有し、該オーミック電極間の所望の箇所に
   ショットキー型のゲート電極を有している電界効果トラ
   ンジスタに於て、前記２つのオーミック電極と前記ゲー
   ト電極の間の前記活性層上に前記活性層に比べ電子親和
   力の小なる不純物無添加半導体層を有し、前記オーミッ
   ク電極金属は該不純物無添加半導体層上に於てもゲート
   電極近傍まで形成されていることを特徴とする電界効果
   トランジスタ。