JPS61101080A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPS61101080A
JPS61101080A JP59222060A JP22206084A JPS61101080A JP S61101080 A JPS61101080 A JP S61101080A JP 59222060 A JP59222060 A JP 59222060A JP 22206084 A JP22206084 A JP 22206084A JP S61101080 A JPS61101080 A JP S61101080A
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JP59222060A
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Kiichi Kamiyanagi
喜一 上柳
Yoshihisa Oishi
大石 喜久
Nobuo Kodera
小寺 信夫
Yasunari Umemoto
康成 梅本
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/351Substrate regions of field-effect devices
    • H10D62/357Substrate regions of field-effect devices of FETs

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はショットキーゲート電界効果トランジスタ(M
ESFET)に係り、超高速のコンピュータや通信回路
に好適な高性能FETを提供することにある。
〔発明の背景〕
第1図に従来の高性能FETの断面図を示す。
このFETではGaA、s基板1の表面部に形成された
チャネル層2の上に形成したゲート電極3とn+ソース
/ドレイン領域4,4′とが自己整合されており、寄生
抵抗が低−されることにより高性能化が達成されている
。5,6はそれぞれソース/ドレイン電極である。
しかしながら、この構造のFETではゲート長7が1μ
m以下になると第2図に示すように、ゲート長が短くな
るにしたがって、しきい電圧値が負側にずれるという現
象がある。これはMESFETの短ゲート効果と称して
おり、原因としてはn+ソース/ドレイン領域の接近に
よって、チャネル層2の下の基板側に電子が注入され、
基板を通してソース5.ドレイン6間に電流が流れるた
めと考えられている。また、この現象が顕著になると、
ピンチオフするに必要なゲート電圧が増加し、FETの
性能劣化を生じる。
これを防ぐ方法としては、特開昭57−211783号
や昭59年度電子通信学会予稿集248に提案されてい
るように、FETの下部にチャネルストッパとしてp型
層8を設け(第3図)、基板1への電流の廻り込みを防
ぐ方法が考えられ、短ゲート効果が著しく低減されるこ
とが報告されている。
このFETの主な作製手順は以下のとうりである。まず
、n+リソースドレイン領域用4,4′及びチャネル暦
月のn型不純物たとえばSiイオンを注入した後、約8
00℃のアニールを行って導電層を形成してから、p型
層8形成を行う。P型不純物としては、MgやBeが用
いられているが、これらは活性化温度が低いとともに、
拡散係数が大きいために、700℃前後でアニールを行
 、う必要があり、n型不純物のアニールの後にP型層
を形成するわけである。
しかしながらこの制約のために、ゲート電極とn+ソー
ス/ドレイン層との自己整合は困難となる。すなわち、
上記の自己整合は一般に耐熱金属ゲートをマスクとして
n+層用の不純物注入を行゛ うことによってなされて
おり、n1層形成時にはすでにゲート電極が形成されて
おり、第3図に示すゲート電極の下にp型層の形成され
た構造のFETを自己整合によって形成することは困難
である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来のp型層理込み型FETの上記の
問題を解決し、自己整合型FETにおいてp型層形成を
可能とし、短ゲート効果の小さい高性能のFETを提供
することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明においては、第4図に示すように耐熱金属ゲート
3に自己整合してn+層用4,4′のイオン注入をし、
活性化用のアニールを行った後、上記のゲート3をマス
クとしてp型不純物の注入を行い、チャネル層の側面部
にp型層9,9′を形成した構造を達成し、n“ソース
領域から基板への電子の注入を防止することにより、短
チヤネル効果を防止し、高性能のFETを得た。
〔発明の実施例〕
実施例1 以下、本発明の第一の実施例を第5図により説明する。
本実施例はG a A s基板上に形成した自己整合型
M’ESFETに本発明を適用した例であるが、基板と
してはG a A sに限らず、I’nP、 InGa
AsやGaAQAs、InGaAsP等の化合物半導体
や5iGe等の半導体を用いてもよい。
第5図は、本実施例の素子の作製プロセスと完成時の断
面構造を示す。本実施例の素子作製にあたっては、まず
第5図(a)に示すように、フォトレジスト膜10のパ
ターンをマスクとしてイオン注入を行い、G a A 
s基板1上にチャネル2を形成する。注入イオンとして
はSi+を使用し、注入エネルギーは30KeV、ドー
ス量はノーマリオフ型の場合2.5  XIO”■−2
、ノーマリオン型の場合5 、5  X 1012a1
1−2テある。1oはFETの領域外をマスクするため
のホトレジスト膜である。このイオン打込み層2は、こ
の後アニールによって活性化する。アニールは通常行わ
れている条件(800’C,15分)でよい。雰囲気は
A s H3ガスとH2ガスの混合ガスとする。
次に、上記のチャネル層上に、ホトリソグラフィプロセ
スを用いて笠12付きの耐熱金属ゲート11を形成する
(第5図(b))。耐熱金属ゲート11にはCvD(熱
分解化学蒸着)で形成したWSi合金膜を、笠には同じ
<CVDで形成したS i O2膜を用い、それぞれを
ホトレジストのパターン13をマスクとして反応性ドラ
イエツチングによってパターン形成を行う。SiO2膜
のエツチングにはCF4+H2ガス、WSiのエツチン
グにはNF3ガスを使用する。耐熱金属ゲートとしては
上記の材料以外に、スパッタW S i +CVD−W
、スパッタW 、 M o S i 、 T i W等
を使用してもよい。また、笠12としては、上記の材料
以外に、S i N4. A Q N A Q203の
絶縁膜やAQ、T1Ni等の金属膜でもよい。ただし、
AQを構成物質とする膜のエツチングには塩素の入った
ガス、たとえばCC02F2等のガスが必要である。ま
た、ホトシスト膜のみで笠を形成してもよい。
この笠はソース/ドレイン領域4,4′形成のためのイ
オン注入14を行う際のマスクであり、この笠によって
ソース/ドレイン領域4.4’ とゲート電極11とを
空間的に分離し、ゲート耐圧の劣化を防止する。この目
的にはこの笠のつばの部分15の長さは0.2〜0.3
μmが適当である(第5図(C))。このイオン注入の
条件は、100KeV、 2 X 1013an−”で
あり、この後750℃。
20分のアニールにより活性化する。10′は10と同
様イオン注入用のホトレジストのマスクである。このア
ニールは、AQN等の保護膜を使用するかAsH,ガス
零囲気中で行う。また、フラッシュランプなどを使用し
た、高温(950〜100℃)短時間(5〜30秒)の
アニールで活性化してもよい。
次に、笠14を除去した後、p型層16.16’を形成
する不純物イオン17を注入する(第5図(d))。不
純物イオンとしてはBeを使用し、注入条件は60 K
 e V s 2 X 10 ” ■−” テある。
この時の注入層の中心深さは約0.16μmである。
また、とのドース量の場合、2層は空乏化されるので容
量は半絶縁性のG a A s基板と比べて、実質的に
増加しない。このイオン注入の後700℃。
20分の条件でアニールを行う。10“は10と同様イ
オン注入用のホトレジストのマスクである。
雰囲気は上記のソース/ドレイン領域4,4′の場合と
同様であり、また、上記の高温短時間アニールで、同時
にソース/ドレイン領域4.4’ とp型層16.16
’ をアニールしてもよい。また、p型層形成用の不純
物イオンとしては、MgやCを用いてもよく、同様のア
ニールによってp型層形成が可能である。
最後に、ソース/ドレイン領域上に通常のリフトオフプ
ロセスによってソース/ドレイン電極5゜6を形成して
FETを完成する。
以上のプロセスによって、n1ソース/ドレイン領域4
,4′を取り囲む形にp型層16.16’が形成され、
ソース領域から基板1へのキャリアの注入が防がれるた
め、短ゲート効果の少ないFET形成が可能となる。
実施例2 以下、本発明の第二の実施例を第6図を用いて説明する
。本実施例と第一実施例と異なる点は、(8)    
・ ソース/ドレイン領域形成のみが異なり、他の点すなわ
ち、使用基板、電極形成、p型層形成等は同じであるた
め、ソース/ドレイン領域形成についてのみ詳細に説明
する。
本実施例の特徴は、第6図(d)に示すようにソース/
ドレイン領域を低抵抗領域19/19’と準低抵抗領域
20/20’の2段階に形成し、ゲート耐圧を高めると
ともに、短ゲート効果を押えている点にある。
本実施例のFETの作成にあたっては、まずチャネル層
2を形成した後、ホトレジストパターン18.18’ 
をマスクとして第1ソース/ドレイン領域19/19’
用のイオン注入を行う。従ってこの領域19/19’は
ゲート電極とは自己整合されていないが、ゲート電極の
ない状態でアニールが可能であるため、高温でのアニー
ルができ、低抵抗の領域が形成可能となる。注入イオン
をSi” とし、100 K e V、 2 X 10
13an−”(7)注入を行った場合、800℃、15
分のアニールで130Ω/口という低いシート抵抗が得
られる(第6図(a))。但し、ゲート電極とは、マス
クアライナのみで位置合わせを行うため、合わせ精度の
裕度を見てゲート電極との間隔を取る必要があり、1/
10縮少投影露光装置を用いた場合、約1μm離す必要
がある。電子ビーム露光装置を利用するとゲート長0.
5 μmとして約0.5μmずつ離すことは容易である
。この方法を採用することは任意である。
次に、第一実施例と同様にしてゲート電極11形成を行
い(第6図(b))、これをマスクとして第2ソース/
ドレイン領域20/20’用のイオン注入を行う。イオ
ン注入条件は、3 i+。
60 K e V、 8 X 10”an−”である。
またアニール条件は第一実施例と同様750℃、20分
であり、これによって400〜500Ω/口のシート抵
抗でかつ、浅いソース/ドレイン領域が得られる。
次に、第一実施例と同様にしてp型層16/16′ (
第6図(C))形成とソース/ドレイン電極5,6形成
(第6図(d))を経てFETを完成する。
〔発明の効果〕
以上、実施例を用いて説明して来たように、本発明によ
れば、耐熱ゲート金属を用いてゲート電極とソース/ド
レイン領域との自己整合されたFETにおいて、上記ソ
ース/ドレイン領域をp型領域で包むことができ、短ゲ
ート効果の少ない高性能のFET作製が可能となる。
また、n型チャネル及びn+型ソース/ドレイン領域用
の活性化アニールの後、p型層のアニールが可能なため
、この層のみの活性化に必要な低温のアニールが可能で
あり、アニール時のp型層の拡散が押えられるため、し
きい電圧の制御性のよい安定したプロセスが形成できる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の自己整合型FETの断面図、第2図はそ
の短ゲート効果の説明する図、第3図はp型層を埋込ん
だFETの断面図、第4図は本発明の説明する図、第5
図および第6図は本発明の第一、二の実施例のFETの
作製手順を示す断面図である。 1・・・半導体基板、2・・・チャネル層、3・・・ゲ
ート電極、4’/4’ 、19/19’ 、20/20
’ ・・・ソース/ドレイン領域、5,6・・・ソース
/ドレイン電極、16/16’・・・p型埋込み層。 栂    、 Cつ              !士釈      
   f 茅 5 図 篤6 口 16          ゝ1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、耐熱金属ゲートにソース/ドレイン電極を自己整合
    させて形成することを特徴とする電界効果トランジスタ
    であつて、上記ソース/ドレイン領域の下部に該領域を
    包むようにp型層を形成したことを特徴とする電界効果
    トランジスタ。 2、特許請求の範囲第1項記載の電界効果トランジスタ
    において、p型層を耐熱金属ゲートに自己整合させて形
    成されたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
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