JPH0793320B2 - 電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの製造方法

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JPH0793320B2
JPH0793320B2 JP60064422A JP6442285A JPH0793320B2 JP H0793320 B2 JPH0793320 B2 JP H0793320B2 JP 60064422 A JP60064422 A JP 60064422A JP 6442285 A JP6442285 A JP 6442285A JP H0793320 B2 JPH0793320 B2 JP H0793320B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半絶縁性化合物半導体基板を用いた電界効果
トランジスタの製造方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
半絶縁性GaAs基板を用いたショットキーゲート型電界効
果トランジスタ(MESFET)は、GaAsの持つ高い電子移動
度のために、マイクロ波用素子として、また現在のSiで
は得られない超高速動作を可能とするGaAs ICの基本素
子として注目されている。
このMESFETの高性能化のためには、直列抵抗Rsの低減及
びゲート長の短縮が不可欠である。このRsの低減のため
に近年、第3図のような構造のMESFETが一般に用いられ
るようになっている。図において、31は半絶縁性GaAs基
板であり、その表面部にn型動作層32が形成され、この
動作層32とショットキー接合を形成するゲート電極33が
形成されている。n+型ソース,ドレイン領域34,35はイ
オン注入によりゲート電極33に自己整合的に形成されて
おり、それぞれの表面にソース電極36,ドレイン電極37
が形成されている。
この様なGaAs−MESFETが微細化すると、ソース電極36と
ドレイン電極37間の間隔が狭くなり、この間に高電界が
加わる効果とソース領域34とドレイン領域35が極めて近
接する効果とが相まって、チャネルである動作層32を流
れる電流の他に基板31を流れる電流が増大する。特に半
絶縁性基板を用いるMESFETは、導電性基板を用いるSi−
MOSFET等と異なり、ソース,ドレイン領域と基板の間の
ポテンシャル・バリアが低いため、短チャネル化に伴う
上記の問題が顕著に現われる。MESFETの微細化に伴うも
う一つの問題は、動作層内部の電界分布が長ゲートの場
合と異なってくるということである。長ゲートの場合に
は動作層内部の電界はゲート電圧によるものが主である
が、ゲート長が短くなりその横方向と縦方向の寸法の比
が小さくなると、動作層内部の電界がゲート電圧のみな
らずドレイン電圧によっても変調されるようになる。
以上の二つの原因により、短ゲート化に伴いMESFETのし
きい値電圧の低下、ドレイン・コンダクタンスの増大、
更に相互コンダクタンスの低下を招くという問題があっ
た。
この電界分布の変化に伴う短チャネル効果を抑制するた
めに、ゲート電極の微細化に応じて動作層を薄くし、か
つその濃度を高くするという、いわゆるスケーリング則
の適用が提案されている。しかしGaAsMESFETにおける動
作層は、一般にイオン注入により形成されている。特に
ノーマリオフ型のFETを得ようとする場合、最も一般に
用いられている不純物Siの場合現在でも、加速電圧50〜
60keV程度の低エネルギー注入が行われている。この動
作層を更に薄くするには、より低い加速電圧でのイオン
注入が必要になるが、これはイオン注入装置の限界に近
く、制御性、再現性の点で問題がある。また薄く、かつ
高濃度に注入された不純物の活性化のためのアニール法
も問題になる。
一方、MESFETの動作層の性質を電流経路方向(チャネル
方向)に変化させることにより、短チャネル効果を抑制
できることが報告されている。一例として、ゲート電極
の一部を熱処理により固相反応により動作層内に埋め込
み、動作層の形状及びゲート電極の形状を変化させるこ
とにより、高い相互コンダクタンスと低いドレイン・コ
ンダクタンスが得られる、とする報告がある(昭和58年
春季応用物理学会、7p−D・3,p−457)。
しかしこの方法では、固相反応させるゲート金属を斜め
方向からの蒸着により形成しているため、制御性,再現
性に問題があり、またゲートの接合面積の増大を招く。
更に固相反応によりゲート金属を動作層内に食い込ませ
る方法も制御性,再現性に問題があり、熱的不安定性を
招くため、しきい値の精密な制御を必要とし、また多く
の高温プロセスを要する集積回路の製造には応用が難し
い。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点に鑑み、微細化に伴う特性劣化の問題
を解決した半絶縁性化合物半導体基板を用いた電界効果
トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明にかかる電界効果トランジスタは、半絶縁性化合
物半導体基板の表面部に第1導電型の動作層が形成さ
れ、その表面にゲート電極が形成された構造において、
動作層下部の少なくともドレイン側端部に、動作層に接
する第2導電型層を部分的に設けたことを特徴とする。
またこの様な電界効果トランジスタを製造する本発明の
方法は、第1導電型の動作層を形成してその表面にゲー
ト電極を形成した後、このゲート電極をマスクとしてイ
オン注入を行って動作層下部の少なくともドレイン側端
部に動作層に接するように第2導電型層を部分的に形成
する。ソース,ドレイン領域の第1導電型高濃度層のイ
オン注入工程は、上記第2導電型層形成のイオン注入工
程の前または後にやはりゲート電極をマスクとして行
う。
〔発明の効果〕
本発明にかかる電界効果トランジスタは、FETのピンチ
オフを決定する動作層のドレイン側端部の下部に部分的
に第2導電型層が形成されているため、この第2導電型
と動作層との間の接合電位により動作層下部に空乏層が
伸びる。この結果、動作層形成のイオン注入を従来と同
様の加速エネルギーで行っても、電気的により薄い動作
層が得られる。このため、ピンチオフ点での電界分布が
長ゲート構造の場合と同様に保たれる。また第2導電型
層が形成されるのは、ピンチオフを決定するドレイン側
端部またはこれとソース側端部の一部分のみであり、他
の部分は電気的には動作層が厚いので従来と同じしきい
値電圧であってもチャネルのコンダクタンスを従来より
大きく保つことができる。更にゲート電極に対し自己整
合的にソース,ドレイン領域を形成した場合には、ドレ
イン側高濃度層の側壁あるいは周辺にこれと逆導電型層
が存在するため、ドレイン領域から基板にしみ出す電流
を抑制することができる。
また本発明の方法によれば、従来の工程に僅か1回のイ
オン注入工程を加えるだけで優れたMESFET特性を実現す
ることができる。またこの第2導電型層形成のイオ注入
は、ソース,ドレイン領域形成の際のマスクをそのまま
使うことができる。第2導電型層を例えばドレイン側端
部のみに形成する為に斜め方向からのイオン注入を利用
する場合には、イオン注入時にウェーハを傾ければよ
く、これも簡便で制御性よく行うことができる。しかも
この第2導電型層のイオン注入工程は、ソース,ドレイ
ン領域形成工程の前または後の適当な時期に行うことが
できる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は一実施例のGaAs−MESFETである。11は抵抗率10
7〜108Ω・cm程度の半絶縁性GaAs基板であり、その表面
部にチャネル領域となるn型(第1導電型)の動作層12
が形成され、その表面には例えば4000Å程度のWN膜から
なるショットキーゲート電極13が形成されている。ゲー
ト電極13を挟んで基板の両側には、イオン注入により動
作層12より高濃度で深いn+型ソース領域15及びドレイン
領域16が形成されている。動作層12の下部のドレイン側
端部には動作層に接してp型(第2導電型)層14が部分
的に形成されている。これは後述するようにゲート電極
13をマスクとする斜め方向からのイオン注入により形成
することができる。17,18はそれぞれソース,ドレイン
のオーミック電極である。
この様なMESFETを製造する実施例を第2図(a)〜
(d)を参照して次に説明する。
先ず、半絶縁性GaAs基板11にSiイオンを50KeV,3.0×10
12/cm2の条件でイオン注入してn型動作層12を形成す
る。次にこの基板上にWN膜を4000Å形成し、公知のフォ
トリソグラフィ技術及びドライエッチング技術を用いて
1.0μm幅のショットキーゲート電極13を形成する(第
2図(a))。
この後、ゲート電極13をマスクとしてSiのイオン注入を
行う。このときイオン注入条件を例えば、100KeV,1.0×
1014/cm2に選ぶことにより、動作層12より高濃度で深い
n+型ソース領域15及びドレイン領域16がゲート電極13に
自己整合的に形成される(第2図(b))。
この後ウェーハをイオンビームに対して例えば45゜傾け
た状態でFETのドレインとなる方向からp型不純物とし
てBeを、90KeV,6.0×1011/cm2の条件でゲート電極13を
マスクとしてイオン注入することにより、動作層12の下
部のドレイン側端部に部分的にp型層14を形成する(第
2図(c))。
この後、注入不純物の活性化のためのアニールを800℃
〜850℃で行い、AuGe合金によりソース,ドレインのオ
ーミック電極17,18を形成して、セルフアライン型GaAs
−MESFETが完成する(第2図(d))。
本実施例においては、動作層12のイオン注入量を3.0×1
013/cm2と高濃度に設定しているため、従来構造のFETで
はノーマリオン型となるはずである。ところが本実施例
では、ピンチオフを決定するドレイン側端部の動作層12
下部に動作層12に接してp型層14が形成されているた
め、このp型層14と動作層12との間の接合電位により動
作層12の下部が空乏化し、実質的に動作層が薄くなった
と同様の効果が得られ、ノーマリオフ型特性を示した。
このため、同じ50KeVの加速エネルギーでイオン注入し
た従来構造のMESFETで同じしきい値電圧が得られる動作
層と比べ、本実施例による動作層は実質的に薄く、且つ
高濃度になっている。この結果、ピンチオフを決定する
ドレイン側での電界分布が長ゲートの場合と同様にな
る。しかも動作層のうちドレイン側の領域以外の部分
は、ノーマリオン型特性を示す。このため、電流経路方
向に均一な動作層を有する従来構造のMESFETに比べて、
チャネル・コンダクタンスが大きくなり、同一ゲート長
で比較した場合には、本実施例のMESFETの方が電流駆動
能力が大きい。
また本実施例のMESFETでは、動作層12の下部のドレイン
領域側にp型層14が形成されているため、これが電子に
対するポテンシャル・バリアとして働き、基板を通って
流れる電流を抑制することができる。この効果と、前述
した電界形状が変わらないという効果とが相まって、本
実施例のMESFETは従来構造のMESFETに比べて、しきい値
電圧の負側へのシフト、ドレイン・コンダクタンスの増
大、相互コンダクタンスの低下といった短チャネル効果
が大幅に改善されていた。
また本実施例の方法は、ゲート金属を斜め方向から蒸着
し、このゲート金属を固相拡散により動作層に拡散させ
て動作層形状を変化させる方法に比べて、僅かにイオン
注入工程を増すだけで極めて簡便であり、制御性、再現
性の点でも優れている。
なお本実施例では、ドレイン側にのみp型層を形成する
方法として、斜め方向からのイオン注入を利用したが、
ソース側をフォトレジストなどでマスクして通常の垂直
方向のイオン注入により同様の構造を得ることも可能で
ある。またウェーハに対してイオンビームを傾ける場合
の角度は、45゜に限られず、ドレイン側にどれだけの幅
の高濃度層を形成するかにより、必要に応じて設定する
ことができる。
本発明は上記各実施例に限られず、種々変形して実施す
ることができる。
例えば、第2図の実施例においては、ソース,ドレイン
領域を形成するイオン注入工程とp型層を形成するため
のイオン注入工程を逆にすることができる。
また用いる材料,物質についても種々選択できる。例え
ばゲート電極としては、n型GaAsと良好なショットキー
障壁を形成し、且つ熱処理後もその特性が保持されるも
のであればよく、WNの他、W,WSi,W−Al,Mo,MoAiなどを
用いることができる。注入不純物は、n型の場合はSiの
他に、Se,Sなど、p型の場合はBeの他にMgなどを用い得
る。
更に実施例ではnチャネルの場合を専ら説明したが、本
発明はpチャネルにも適用できる。またMESFETの他、接
合型FETにも本発明を同様に適用することができるし、G
aAs以外の半絶縁性化合物半導体基板を用いた場合に同
様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のMESFETを示す図、第2図
(a)〜(d)はその製造工程を示す図、第3図は従来
のMESFETを示す図である。 11……半絶縁性GaAs基板、12……n型動作層、13……シ
ョットキーゲート電極、 14……p型層、15……n+型ソース領域、16……n+型ドレ
イン領域、 17,18……オーミック電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−23366(JP,A) 特開 昭61−152078(JP,A) 特開 昭61−222176(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性化合物半導体基板の表面に第1導
    電型の動作層を形成する工程と、前記動作層表面にゲー
    ト電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとし
    て斜め方向からのイオン注入により前記動作層下部のド
    レイン側端部に動作層に接する第2導電型層を部分的に
    形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとしてイオン
    注入を行って第1導電型の高濃度ソース,ドレイン領域
    を形成する工程と、前記ソース,ドレイン領域表面にオ
    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
    る電界効果トランジスタの製造方法。
  2. 【請求項2】前記第1導電型の高濃度ソース,ドレイン
    領域を形成した後、前記第2導電型層を形成するように
    した特許請求の範囲第1項記載の電界効果トランジスタ
    の製造方法。
  3. 【請求項3】前記第2導電型層を形成した後、前記第1
    導電型の高濃度ソース,ドレイン領域を形成するように
    した特許請求の範囲第1項記載の電界効果トランジスタ
    の製造方法。
  4. 【請求項4】前記半絶縁性化合物半導体基板はGaAs基板
    であり、ゲート電極は動作層との間でショットキー接合
    を形成する特許請求の範囲第1項記載の電界効果トラン
    ジスタの製造方法。
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JPH0644575B2 (ja) * 1984-07-11 1994-06-08 三菱電機株式会社 電界効果トランジスタ
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