JPH07221122A - ショットキゲート電界効果トランジスタとその製造方法 - Google Patents

ショットキゲート電界効果トランジスタとその製造方法

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JPH07221122A
JPH07221122A JP1264494A JP1264494A JPH07221122A JP H07221122 A JPH07221122 A JP H07221122A JP 1264494 A JP1264494 A JP 1264494A JP 1264494 A JP1264494 A JP 1264494A JP H07221122 A JPH07221122 A JP H07221122A
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JP
Japan
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field effect
effect transistor
schottky gate
gate field
layer
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JP1264494A
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Yoshihiro Saito
吉広 斎藤
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐圧の高いショットキゲート電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法を提供する。 【構成】 半絶縁性半導体基板1にn型GaAs動作層
を形成してからアニーリングし、このn型GaAs活性
動作層32の表面をフッ化水素酸を含むエッチャントに
より化学処理をしてGa成分に比べてAs成分が豊かな
電子トラップ層4を形成し、これにショットキゲート電
極51およびオーミックコンタクト電極61、62を形
成することにより耐圧の高いショットキゲート電界効果
トランジスタを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ショットキゲート電界
効果トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のショットキゲート電界効果トラン
ジスタの一般的な構造は、図6の断面図に例示するよう
に、GaAsなどの半絶縁性半導体基板1の表面にエピ
タキシャル成長やイオン注入によって一様な厚さのn型
動作層81を形成した後、この動作層の表面に金属を蒸
着させる等により、ソース電極61、ドレイン電極62
およびショットキゲート電極51を形成したものであ
る。このような従来構造のショットキゲート電界効果ト
ランジスタにおいては、ゲート・ソース間抵抗が大きい
と、このトランジスタのマイクロ波特性、特に雑音特性
が劣化することが知られている。マイクロ波特性を改良
するにはゲート・ソース間抵抗を下げることが必要であ
り、この目的を達成するためには動作層のキャリア濃度
を高めるか又は動作層を厚くすることが必要であるが、
いずれの方法においてもピンチオフ電圧が過大になると
いう問題がさらに生ずる。
【0003】このような問題を解決するためには、図7
に例示されるように、ピンチオフ電圧を支配するゲート
直下の動作層82の厚みを所望値に保ったまま、ソース
電極近傍の動作層83の厚みを大きくする構造が提案さ
れている(特開昭59−52881)。この構造は、ま
ずソース電極61およびドレイン電極62直下の厚みに
相当する一様な厚みの動作層を形成した後、ゲート電極
51の直下となるべき箇所82のみをリセスエッチング
等により薄くした後、各電極51、61および62を形
成している。
【0004】しかしながら、このような構造では、動作
層表面が平坦でないため、電極形成のための微細なフォ
トリソグラフィ等が困難であるばかりでなく、動作層の
エッチング制御に極めて厳しい精度が要求されるために
歩留まりが低くなってしまうといった問題がある。
【0005】本発明は、上述した従来の問題点に鑑みて
なされたものであり、その目的とするところは、耐圧が
高くしかも製造が容易なショットキゲート電界効果トラ
ンジスタを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前述の目的は、本発明の
ショットキゲート電界効果トランジスタによれば、半絶
縁性半導体基板、該半導体基板の表面に形成されたn型
のGaAs動作層ならびに該動作層上に形成されたソー
ス電極、ショットキゲート電極、およびドレイン電極を
備えたショットキゲート電界効果トランジスタにおい
て、動作層が所定のピンチオフ電圧を与えるような厚み
を有しており、かつGaAs動作層の表面にAsのGa
に対する存在比が高い領域を有することにより達成され
る。本発明によれば、更に、半絶縁性半導体基板の表面
にn型のGaAs動作層を形成する工程と、該表面をフ
ッ化水素酸を含むエッチャントにより化学処理する工程
と、ソース電極、ドレイン電極およびショットキ電極を
形成する工程とを備えるショットキゲート電極トランジ
スタの製造方法が提供される。
【0007】
【作用】本発明のショットキゲート電界効果トランジス
タによれば、所定のピンチオフ電圧を与えるような厚み
を有するn型GaAs動作層の表面の領域は、Gaに比
べてAsの存在比が高いので、n型からp型に反転す
る。したがって、この領域は、p型GaAs動作層とな
り、電子トラップとなる。したがって、ドレイン電極に
正電圧を印加した際には、電流リークが最初に始まる表
面に形成された電子トラップが電子を捕らえてこれを抑
制するので、ドレイン耐圧が向上し得る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について詳細に
説明する。
【0009】図1は、本発明の一実施例のショットキゲ
ート電界効果トランジスタの断面図であり、1はGaA
sなどの半絶縁性半導体基板(比抵抗ρ>107 Ω・c
m)、32はn型GaAs活性動作層、4は電子トラッ
プ層、61はソース電極、62はドレイン電極、51は
ショットキゲート電極である。本発明の電界効果トラン
ジスタは、図1に例示するように、n型GaAs活性動
作層32の表面に、As成分がリッチな領域、すなわち
電子トラップ層4となる領域が、表面から5〜100Å
にわたって形成されており(この領域では、Asは50
%≦As/(Ga+As)≦90%の割合で存在す
る。)これがp型の動作層となるので、耐圧劣化の原因
であるゲートリーク電流を減少させる。したがって、ド
レイン耐圧が向上する。
【0010】図2は、図1の電界効果トランジスタの製
造方法の一例を示す断面図である。まず、図2(a)、
(b)に示すように、GaAsの半絶縁性半導体基板1
の表面にレジストパターン2を形成して29Si+ のイオ
ンを所定の条件(例えば、注入エネルギ30〜50Ke
V、5×1012ドーズ/cm2 )にて注入して一様な厚
みのn- 動作層3を形成する。次いで、レジストによる
パターン2をプラズマアッシャにてアッシング除去し、
別のレジストによるパターン21を形成し、前回のイオ
ン注入よりも深く注入するために29Si+ のイオンを所
定の条件(例えば、注入エネルギ90〜180KeV、
2×1013ドーズ/cm2 )にて注入してn+ 動作層3
1を形成する。すなわち、2回目のイオン注入の条件と
しては、1回目よりも深く注入するために注入エネルギ
が1回目のものよりも大きく、かつ注入量は最終ピーク
キャリア濃度が1回目のピークキャリア濃度に比べて過
大にならないようにするためである。これはゲートに印
加される電圧によって絶縁破壊が生じないようにするた
めである。同様にパターン21をアッシング除去した後
に、これらのn- 動作層3およびn+ 動作層31を活性
化するためにSiNx 膜を約1000Å形成し、図2
(c)のように、N2 雰囲気にて900℃、20分間の
アニーリングを行い、n型GaAs活性動作層32を形
成する。このアニーリングは、炉アニールにて行われて
もよいが、温度上昇速度が遅いと不純物の熱拡散があり
不純物濃度分布の急俊性が損なわれる点から、100〜
300℃/secの高温度上昇率を有するハロゲンラン
プないしアークアンプによるフラッシュアニールによっ
て、行われるのが好ましい。このSiN膜はPECVD
(Plasma Enhanced CVD) 法、熱CVD若しくはスパッタ
蒸着法にて形成されるが、300℃程度で薄膜形成が可
能なPECVD法が基板表面損傷を軽減する点から好ま
しい。このSiN膜はリン酸等を含むエッチャントによ
り除去される。これにより、得られたn型GaAs活性
動作層32の厚みは、1000〜5000Åが好まし
く、更に、この厚みは、1000〜2000Åが好まし
い。
【0011】そして、図2(d)のように、電子トラッ
プ層4である領域をn型GaAs活性動作層32の表面
に形成するために、濃度が5〜40重量%であるフッ化
水素酸を含むエッチャントにて化学処理する。これによ
り、GaAs表面のGaがエッチャント中に溶出し、こ
の表面にAsが残留する。また、この化学処理は超音波
環境下において10秒〜10分間行われるのが処理速度
を高める点から好ましい。この電子トラップ層4の深さ
は、表面から100Åにわたり、更に、好ましくは、表
面から30Åにわたる。また、残留するAsのGaに対
する存在比は、好ましくは、50%≦As/(Ga+A
s)≦90%である。
【0012】次いで、図2(e)、図3(f)、(g)
のように、ショットキゲート電極は、低抵抗性、微細加
工性、基板との密着性、耐熱性、半導体基板との間の低
熱応力といった点から三層構造のTi/Pt/Auが使
われ、これらの厚さは各々500/500/2000Åで形成され
る。また、オーミック電極であるソース・ドレイン電極
は、AuGeを蒸着、リフトオフ、合金化して形成され
る。
【0013】また、図4に電界効果トランジスタの製造
方法のもう一つの例を断面図にて示す。これは、図4
(a)において、GaAsの半絶縁性半導体基板1にn
型の動作層を形成するためにレジスト、SiO2 、Si
N等の絶縁膜によりパターン7を形成し、図4(b)〜
(d)において、これに気相エピタキシャル成長法(V
PE)、有機金属気相エピタキシャル成長法等によりG
aAsを成長させ、これに前述の方法と同様に活性化さ
れた動作層、およびこの表面がフッ化水素酸を含むエッ
チャントにより化学処理されたことによりAs成分リッ
チな領域を形成し、これにショットゲート電極およびオ
ーミック電極を形成する。
【0014】実験例 本発明のショットキゲート電界効果トランジスタのドレ
イン耐圧が、GaAs表面におけるGaのAsに対する
割合、すなわち表面組成(Ga%)によって、どの位、
変化するかについて調べた。この実験に使われたショッ
トキゲート電界効果トランジスタの構造は、前述の実施
例のものと同一で、ゲート長が1.0μm、ゲート幅が
200μmのものを作成した。これに測定条件としてゲ
ート・ドレイン電極間においてドレイン側にVgd=+5
Vを印加して(図5参照)、ゲートリーク電流が表面組
成(GaのAsに対する割合:Ga%)によって、どの
ように変化するかを調べ、以下の表にまとめた。表面組
成は、活性化された動作層の表面をフッ化水素酸を含む
エッチャントにより化学処理しGaを溶出することによ
り変えられた。
【0015】表 GaAs表面組成とリーク電流との関係 サンプル フッ化水素酸 表面組成(Ga%) ゲートリーク電流(A) の処理条件 (A) なし 42 1.00×10-06 (B) 浸漬(7min) 25 4.50×10-07 (C) 浸漬(7min)+ 20 1.30×10-08 超音波浸漬(1min) 注 GaAs表面組成はオ−ジェ分析(測定条件:電子
ビーム電圧2.0kV、ビーム電流89nA)による。
【0016】さらに、この表からゲートリーク電流のG
aAs表面組成に対する依存性として表1にその関係を
示した。
【0017】
【表1】
【0018】これによれば、フッ化水素酸を含むエッチ
ャントに7分間浸漬されて形成されたサンプル(A)で
は、Gaの表面組成が25%であり、このときのゲート
リーク電流は4.50×10-07 Aであったが、サンプ
ル(B) では、Gaの表面組成が20%となることによ
り、1.30×10-08 Aとさらに小さくなり、エッチ
ャントによる化学処理がないもの比べて大きく改善され
ることが確認された。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のショット
キゲート電界効果トランジスタによれば、所定のピンチ
オフ電圧を与えるような厚みを有するn型GaAs動作
層の表面の領域は、Gaに比べてAsの存在比が高いの
でn型からp型に反転し、p型GaAs動作層となり、
電子トラップとなる。したがって、ドレイン電極に正電
圧を印加した際には、電流リークが最初に始まる表面に
形成された電子トラップが電子を捕らえてこれを抑制す
るので、ドレイン耐圧が向上し得る。その結果、高信頼
性・高歩留まりのショットキゲート電界効果トランジス
タを提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のショットキゲート電界効果トランジス
タの断面図である。
【図2】本発明のショットキゲート電界効果トランジス
タの製造方法の一例をフローチャートにて示した断面図
である。
【図3】本発明のショットキゲート電界効果トランジス
タの製造方法の一例をフローチャートにて示した断面図
である。
【図4】本発明のショットキゲート電界効果トランジス
タの製造方法のもう一つの例をフローチャートにて示し
た断面図である。
【図5】実験例のショットキゲート電界効果トランジス
タの構成断面および測定条件を示す図である。
【図6】従来例のショットキゲート電界効果トランジス
タの断面図である。
【図7】従来例のショットキゲート電界効果トランジス
タの断面図である。
【符号の説明】
1…半絶縁性半導体基板、2、7、21、22、23…
絶縁性パターン、3…n- 動作層、32…n型GaAs
活性動作層、4…電子トラップ層、5…ショットキゲー
ト電極用金属、51…ショットキゲート電極、6…オー
ミックコンタクト用金属、61…ソース電極、62…ド
レイン電極、8…エピタキシャル成長層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性半導体基板、該半導体基板の表
    面に形成されたn型のGaAs動作層ならびに該動作層
    上に形成されたソース電極、ショットキゲート電極、お
    よびドレイン電極を備えたショットキゲート電界効果ト
    ランジスタにおいて、前記動作層が所定のピンチオフ電
    圧を与えるような厚みを有しており、かつ前記GaAs
    動作層の表面がAsのGaに対する存在比が高い領域を
    有するショットキゲート電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記領域が表面から30Åの深さにわた
    って存在する層である請求項1記載のショットキゲート
    電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 半絶縁性半導体基板の表面にn型のGa
    As動作層を形成する工程と、該表面をフッ化水素酸を
    含むエッチャントにより化学処理する工程と、ソース電
    極、ドレイン電極およびショットキ電極を形成する工程
    とを備えるショットキゲート電界効果トランジスタの製
    造方法。
  4. 【請求項4】 前記化学処理する工程が超音波処理する
    工程を含む請求項3記載のショットキゲート電界効果ト
    ランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記エッチャントのフッ化水素酸の濃度
    が10〜25重量%である請求項3又は4記載のショッ
    トキゲート電界効果トランジスタの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記超音波処理する工程は、20秒〜3
    分の間で行われる請求項4又は5記載のショットキゲー
    ト電界効果トランジスタの製造方法。
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