JPS6233476A - Field effect transistor and manufacture thereof - Google Patents
Field effect transistor and manufacture thereofInfo
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- JPS6233476A JPS6233476A JP60173438A JP17343885A JPS6233476A JP S6233476 A JPS6233476 A JP S6233476A JP 60173438 A JP60173438 A JP 60173438A JP 17343885 A JP17343885 A JP 17343885A JP S6233476 A JPS6233476 A JP S6233476A
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
- H10D62/149—Source or drain regions of field-effect devices
- H10D62/161—Source or drain regions of field-effect devices of FETs having Schottky gates
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置とその製造方法に関し、特に電界効
果トランジスタ(FET)とその製造方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a field effect transistor (FET) and a method for manufacturing the same.
FITはUHF〜マイクロ波帯でのアナログ用増幅素子
として、また高速ディジタル回路用スイッチング素子と
してTL要であシ、幾多の研究開発、並びに実用化が成
されてきた。中でもGaAa半導体層を動作層とし、か
つff−)電極として金属−半導体接触(シ釘ットキー
接触)を採用したGaAa 7 aシトキー障壁デート
型FETすなわちGaAg MESFETは7Mニー
+ 、 ^−−P ++−++−+++++lNh++
+’1 % 八17n 田?−4’P+ Aフ超高速ス
イッチング素子として注目されておシ、それを用いた集
積回路(IC)も精力的に実用化研究がなされている。FIT is essential in TL as an analog amplification element in the UHF to microwave band and as a switching element for high-speed digital circuits, and has been extensively researched and developed and put into practical use. Among them, the GaAa 7a Sitky barrier date type FET, that is, the GaAg MESFET, which uses a GaAa semiconductor layer as the active layer and uses a metal-semiconductor contact (Shigyitky contact) as the ff-) electrode, has a 7M knee.
+ , ^−−P ++−++−+++++lNh++
+'1% 817n field? -4'P+A has attracted attention as an ultra-high-speed switching element, and integrated circuits (ICs) using it are also being actively researched for practical use.
第3図(A)はGaAs MIIESFETの概略構造
断面図を示すものであp、半絶縁性基板11上に例えば
St をイオン注入することによj) GaAs半導
体層12を形成し、その上にシックトキーゲート電極1
3、ソース14、ドレイン15電極を備えている。かか
るGaAsMESFETを用いたIC(GaA@IC)
を高速化するには、基本素子であるGaAa MESF
ETそのものの特性、特に、相互コンダクタンス(gm
)の改善が必須であることは論を待たない。gmを向上
させる方法として最も有効な方法はy−ト・ソース間の
寄生抵抗(ソース抵抗)を低減させることである。これ
を達成するために第3図ω)に示すごとく、高濃度領域
(n+領領域16を、ゲート電極13をマスクとする選
択イオン注入法により形成した構造が知られている。FIG. 3(A) shows a schematic cross-sectional view of the structure of a GaAs MIIESFET.p) A GaAs semiconductor layer 12 is formed by ion-implanting, for example, St 2 onto a semi-insulating substrate 11, and a GaAs semiconductor layer 12 is formed on it. Thick key gate electrode 1
3, source 14 and drain 15 electrodes. IC using such GaAs MESFET (GaA@IC)
To increase the speed, the basic element GaAa MESF
The characteristics of ET itself, especially the transconductance (gm
), it goes without saying that improvement is essential. The most effective method for improving gm is to reduce the parasitic resistance (source resistance) between Y and source. To achieve this, a structure is known in which a high concentration region (n+ region 16) is formed by selective ion implantation using the gate electrode 13 as a mask, as shown in FIG. 3(ω).
しかしながらこの構造においては、n領域形成のために
注入したイオン、例えばSl が、その活性化のため
の熱処理の工程で横方向に拡散し、ゲート電極下の実効
的なキャリア密度を増大させ、極端な場合にはソース、
ドレイン間を短絡するという不都合を生じる欠点がある
。この現象は短チヤンネル現象と呼ばれ第3図(B)の
構造のFETの大きな欠点となっている。However, in this structure, ions, such as Sl, implanted to form the n-region diffuse laterally during the heat treatment process for activation, increasing the effective carrier density under the gate electrode and causing extreme If so, the source,
It has the disadvantage of shorting the drains. This phenomenon is called a short channel phenomenon, and is a major drawback of the FET having the structure shown in FIG. 3(B).
本発明は以上のような従来のGaAs MESFETの
欠点を解消するもので、その目的は上記短チヤンネル現
象の小さい電界効果トランジスタとその製造方法を提供
することにある。The present invention is intended to eliminate the above-mentioned drawbacks of the conventional GaAs MESFET, and its purpose is to provide a field-effect transistor in which the above-mentioned short channel phenomenon is suppressed and a method for manufacturing the same.
本発明は、半絶縁基板上に形成されたn型半導体層上に
、ン1ットキ障壁接触のゲート電極と、オーム性接触よ
シなるソース、ドレイン電極が設けられてなるMESF
ETにおいて、y−トiI!極のソース電極側にのみ、
ゲート電極に近接しかつソース電極下まで延びる高濃度
・低抵抗層を設けた電界効果トランジスタおよび、n型
半導体層上の所定の領域に第1の物質からなる膜を設け
た後、全面にゲート電極となる第2の物質(金属)を被
着せしめる工程と、ウェーハの垂直方向から異方性ドラ
イエッチングにより、該第2の物質をエツチングするこ
とによシ、前記第1の物質の側面にのみ前記第2の物質
をゲート電極として残置せしめる工程と、残置せしめら
れた第2の物質(ゲート電極)および前記第1の物質を
マスクとして、高濃度のイオンを前記n型半導体層KJ
択的に注入し、かつ注入イオンを活性化する工程と、前
記第1の物質を除去する工程と、ゲート電極の両側に、
ゲート電極から所定の間隔を置いてソース、ドレイン電
極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果ト
ランジスタの製造方法である。The present invention provides a MESF in which a gate electrode with a barrier contact and source and drain electrodes with an ohmic contact are provided on an n-type semiconductor layer formed on a semi-insulating substrate.
In ET, y-toiI! Only on the source electrode side of the pole,
A field effect transistor is provided with a high concentration, low resistance layer that is close to the gate electrode and extends below the source electrode, and a film made of the first material is provided in a predetermined region on the n-type semiconductor layer, and then a gate is formed over the entire surface. By depositing a second material (metal) that will become an electrode and etching the second material by anisotropic dry etching from the perpendicular direction of the wafer, the side surface of the first material is etched. A step of leaving the second material as a gate electrode, and using the left second material (gate electrode) and the first material as a mask, highly concentrated ions are applied to the n-type semiconductor layer KJ.
selectively implanting and activating the implanted ions; removing the first material; and on both sides of the gate electrode.
This method of manufacturing a field effect transistor includes the step of forming source and drain electrodes at a predetermined distance from a gate electrode.
本発明における電界効果トランジスタによれは、?領域
はゲート電極のソース側のみに形成されているので、前
出の第3図の)の構造(ゲート電極の両側にn+領領域
形成されている)に比べて短チャンネル効果を小さくで
きる。特にGaAa MESFETの一71/、’/−
七−WtVIft「■:/V會h)ノHノS−ト’1l
R1(7’)k◆レイン電極側の端近傍のn型半導体層
の状態(キャリア密度プロファイル)により決まること
を考え合わせると、本発明におけるようにドレイン電極
側にn領域を設けない構造においては、ゲート長短縮に
よるvthの変化も防止できる。−力特性CQrn)の
点からは、ソース電極側<#in 領域が設けられてい
るのでソース抵抗は十分/」−さく第3図(B)の構造
に比べて原理的に何ら劣る点はない。What is the meaning of the field effect transistor in the present invention? Since the region is formed only on the source side of the gate electrode, the short channel effect can be reduced compared to the structure shown in FIG. 3 (in which n+ regions are formed on both sides of the gate electrode). Especially for GaAa MESFETs 71/,'/-
7-WtVIft "■:/Vkaih)ノHノS-to'1l
R1 (7') k , changes in vth due to shortening of the gate length can also be prevented. - From the point of view of the force characteristic CQrn), the source resistance is sufficient because the source electrode side <#in region is provided./" .
一方、その製造方法に関しては、微細な(通常1μm以
下)ゲート電極のソース側にのみ自己整合的にn領域を
形成する点がポイントであるが、それをff−)電極の
ドレイン側に注入イオンを阻止するだめの物質を自動的
に配置することKよシ実現している。On the other hand, regarding the manufacturing method, the key point is to form the n region in a self-aligned manner only on the source side of the fine (usually 1 μm or less) gate electrode, and then implant ions into the drain side of the ff-) electrode. It has been realized to automatically place a substance to prevent this.
第1図は本発明によるGaAs MESFETの実施例
を示す図である。図において、12はnfi半導体層で
あυ、例えばSl イオン50 ksVの加速エネル
ギー、4 X 10 ”7cm2の密度で注入し、窒素
雰囲気中で例えば800℃、20分間熱処理をすること
によシ半絶盪性基板11に形成されている。ゲート電極
13は窒化タングステン(WN)であり、ゲート長、ゲ
ート金属厚みはともに0.5μmである。ゲート電極1
3のソース電極側にはゲート電極13と接してn 領域
16が設けられ、ソース電極14はn領域16上にドレ
イン電極15はf−ト電極13に対しソース電極14と
反対の領域にゲート電極13から0.5μm離して設け
られている。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a GaAs MESFET according to the present invention. In the figure, reference numeral 12 denotes an NFI semiconductor layer. For example, Sl ions are implanted at an acceleration energy of 50 ksV and a density of 4 x 10"7 cm2, and then heated at 800°C for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. The gate electrode 13 is formed on a refractory substrate 11. The gate electrode 13 is made of tungsten nitride (WN), and the gate length and gate metal thickness are both 0.5 μm.Gate electrode 1
An n region 16 is provided on the source electrode side of 3 in contact with the gate electrode 13, the source electrode 14 is provided on the n region 16, and the drain electrode 15 is provided on the f-to electrode 13 in a region opposite to the source electrode 14. It is provided 0.5 μm apart from 13.
次に上記構造のFETの製造方法の実施例を第2図を用
いて説明する。まず第2図(ト)において、半絶縁性G
−aAa基板11上に、例えば所定のホトレジストパタ
ーンをマスクとして、Sl を50 keV 。Next, an example of a method for manufacturing an FET having the above structure will be described with reference to FIG. First, in Figure 2 (G), semi-insulating G
-A 50 keV of Sl is applied onto the aAa substrate 11 using, for example, a predetermined photoresist pattern as a mask.
4 X lO”/cJの条件で注入し、しかる後に表面
に厚み20001.、の2酸化5i(8102ン膜を被
せたあと、窒素雰囲気中で800℃、20分間アニール
することによpn型GaAs層12を形成する。次に第
2図ω)において、ゲート電極を形成せんとする部分に
その端面が来るように第1の物質である5IO2膜21
(厚み0.5μm)を設ける。これは具体的には全面に
0.5μm厚の5i02をCVD法で被着せしめ通常の
ホトリソダラフィ技術を援用してノ4ターニングするこ
とにより実現できる。5io2のエツチング液は希釈7
ツ酸(HF)が好ましい。次にゲート電極となるWN膜
22を厚み0.5μmだけ全面にス・セクタ蒸着を行う
(第2図(C))。次に同図(D)において、例えばC
F4ガスを用いた反応性イオンエツチング(Rxg)法
によシ、ウェーハの垂直方向からWNをエツチングすれ
ば、前記第1の物質(S10□)の側面に約0.5μm
厚、0.5μm高さのWN!!極(4”−ト電極)が形
成される。The pn-type GaAs was implanted under the conditions of 4 X lO"/cJ, and then the surface was covered with a 5i dioxide (8102) film with a thickness of 20001.2 mm, and then annealed at 800 °C for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to form pn-type GaAs. A layer 12 is formed.Next, in FIG.
(thickness: 0.5 μm). Specifically, this can be achieved by depositing 5i02 with a thickness of 0.5 μm on the entire surface by the CVD method and then performing four-turning using the usual photolithography technique. 5io2 etching solution diluted 7
Tusric acid (HF) is preferred. Next, a WN film 22 which will become a gate electrode is deposited in sectors to a thickness of 0.5 μm over the entire surface (FIG. 2(C)). Next, in the same figure (D), for example, C
By etching WN from the vertical direction of the wafer using reactive ion etching (Rxg) using F4 gas, a layer of about 0.5 μm is etched on the side surface of the first material (S10□).
WN with thickness and height of 0.5μm! ! A pole (4"-to electrode) is formed.
次に同図@)においてS−をioo keV、2 X
10 ”7cm2の条件で注入し、先と同様の熱処理を
行うことによJ WN電極に近接してn領域16を形成
する。更に同図C)において、不要となった前記第1の
物質(S10□)を除去し、通常方法でソース14、ド
レイン電極工5のオーム性を極を設けることによシ第1
図の構造のGaAs MESFETが完成する。なお、
本実施例においては、n型GaA一層形成のための熱処
理工程と、?領域形成のための熱処理工程とを別々に行
ったが、前者の方を省き、n+領域形成時の熱処理によ
ってn型GaAa層の形成(注入イオンの活性化)を行
うことも可能である。また第1の物質として誘電体(S
IO2)を用いたが、第2図(F′)において、第2の
物質(ゲート金属)を残して選択的に除去し得るもので
あれば金属、例えばAt等でもよい。さらに第1の物質
の除去tよ本実施例ではn+領領域熱処理の後に行って
いるが、その前工程でもよいのはhうまでもない。Next, in the same figure @), change S- to ioo keV, 2
10", and by performing the same heat treatment as before, an n region 16 is formed close to the JWN electrode. Furthermore, in C) of the same figure, the unnecessary first material ( S10□) is removed and the ohmic properties of the source 14 and drain electrodes 5 are provided with poles using the usual method.
A GaAs MESFET with the structure shown in the figure is completed. In addition,
In this example, a heat treatment step for forming a single layer of n-type GaA, and ? Although the heat treatment step for forming the region was performed separately, it is also possible to omit the former and form the n-type GaAa layer (activation of the implanted ions) by the heat treatment at the time of forming the n+ region. In addition, a dielectric (S) is used as the first substance.
In FIG. 2(F'), a metal such as At may be used as long as it can be selectively removed while leaving the second material (gate metal). Furthermore, although the first substance is removed after the heat treatment in the n+ region in this embodiment, it goes without saying that the first substance may be removed in a previous step.
第4図は本発明によるGaAs MESFETと従来の
第3図の)の構造のGaAトMESFETにおいてゲー
ト長とスレショホールド電圧との関係を測定したもので
ある。本発明によるFETにおいては、スレショホール
ド電圧のゲート長依存性が極めて小さく短チャンネル効
果が抑!1ilJされていることが明らかでちる。FIG. 4 shows the relationship between gate length and threshold voltage measured in a GaAs MESFET according to the present invention and a conventional GaAs MESFET having the structure shown in FIG. 3. In the FET according to the present invention, the dependence of the threshold voltage on the gate length is extremely small, and the short channel effect is suppressed! It is clear that 1ilJ has been used.
以上のように本発明によれば短チヤンネル現象の小さい
電界効果トランゾスタか得られ、ひいては動作特性1c
6EれたFET全提供できる効果を有するものである。As described above, according to the present invention, a field effect transistor with small short channel phenomenon can be obtained, and the operating characteristic 1c
It has the effects that all 6E FETs can provide.
第1図は本発明の一実施例を示すFETの構造を示す断
面図、第2図(4)〜(ト)は本発明FETの製造工程
を工程順に示す断面図、第3図(ホ)、03)は従来の
GaAg MESFETの構造を示す断面図、第4図は
本発明によるGaAs MESFETと、従来構造の龜
ム鹿5FETとについて、ゲート長とスレシ璽ホールド
電圧との関係を測定した結果を示す図である。
11・・・半絶縁性基板、12・・・n型GaAa層、
13・・・ゲート電極、1=1・・・ソース電極、15
・・・ドレイン電極、16・・・n 領域。
第2図
ζど一ト電十抛
Si+
↓ ↓ ↓+ ↓ ↓↓ ↓
第2図
(A)
第3図FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an FET according to an embodiment of the present invention, FIGS. , 03) is a cross-sectional view showing the structure of a conventional GaAg MESFET, and FIG. 4 is the result of measuring the relationship between gate length and threshold hold voltage for the GaAs MESFET according to the present invention and the conventionally structured Kamushika 5FET. FIG. 11... Semi-insulating substrate, 12... n-type GaAa layer,
13...Gate electrode, 1=1...Source electrode, 15
...Drain electrode, 16...n region. Fig.2
Claims (2)
ショットキ接触よりなるゲート電極と、オーム性電極よ
りなるソース、ドレイン電極とが設けられてなるショッ
トキ障壁ゲート型電界効果トランジスタにおいて、ゲー
ト電極のソース電極側領域のみに、ゲート電極に近接し
かつソース電極下まで延びる高濃度、低抵抗層を設けた
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。(1) On an n-type semiconductor layer formed on a semi-insulating substrate,
In a Schottky barrier gate type field effect transistor, which is provided with a gate electrode made of a Schottky contact, and source and drain electrodes made of ohmic electrodes, only the region on the source electrode side of the gate electrode is provided with a gate electrode close to the gate electrode and a source electrode made of ohmic electrodes. A field effect transistor characterized by having a high concentration, low resistance layer extending all the way to the bottom.
なる膜を形成した後、全面にゲート電極となる第2の物
質(金属)を被着せしめる工程と、ウェーハの垂直方向
から異方性ドライエッチングにより、該第2の物質をエ
ッチングし、前記第1の物質膜の側面にのみ前記第2の
物質を残置せしめゲート電極とする工程と、高濃度のイ
オンを該残置せしめられた第2の物質(ゲート電極)お
よび前記第1の物質をマスクとして選択的に注入する工
程と、前記第1の物質を除去する工程と、前記ゲート電
極の両側に、ゲート電極から所定の間隔をおいてソース
、およびドレイン電極を形成する工程とを含むことを特
徴とする電界効果トランジスタの製造方法。(2) A step of forming a film made of a first material in a predetermined region on the n-type semiconductor layer, and then depositing a second material (metal) that will become a gate electrode on the entire surface, and a step in the vertical direction of the wafer. a step of etching the second material by anisotropic dry etching to leave the second material only on the side surface of the first material film to form a gate electrode; and a step of leaving high concentration ions in the second material. a step of selectively implanting the second material (gate electrode) and the first material as a mask; a step of removing the first material; 1. A method for manufacturing a field effect transistor, comprising the step of forming source and drain electrodes at intervals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60173438A JPS6233476A (en) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Field effect transistor and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60173438A JPS6233476A (en) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Field effect transistor and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6233476A true JPS6233476A (en) | 1987-02-13 |
Family
ID=15960470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60173438A Pending JPS6233476A (en) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Field effect transistor and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6233476A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1985
- 1985-08-06 JP JP60173438A patent/JPS6233476A/en active Pending
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