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JPH0810703B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents
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JPH0810703B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents

Method for manufacturing field effect transistor

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JPH0810703B2
JPH0810703B2 JP61102017A JP10201786A JPH0810703B2 JP H0810703 B2 JPH0810703 B2 JP H0810703B2 JP 61102017 A JP61102017 A JP 61102017A JP 10201786 A JP10201786 A JP 10201786A JP H0810703 B2 JPH0810703 B2 JP H0810703B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、メタル−半導体接合形電界効果トランジス
タ(MESFET)の製造方法に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a metal-semiconductor junction field effect transistor (MESFET).

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

GaAsやInP等の化合物半導体を用いたFETは高周波,高
速性に優れた特性を示し、マイクロ波帯以上の増幅器、
あるいはこれらを集積した高速のデジタル素子として利
用されている。FETはゲート電極にシヨツトキ接合の金
属を用いたMESFETの構造が主に使われている。この構造
のFETはゲート長を短く、ゲート接合容量を小さ
く、ゲートソース間の寄生抵抗を小さく、ゲート金
属の抵抗を小さくする等により性能が向上する。
FETs using compound semiconductors such as GaAs and InP show excellent characteristics in high frequency and high speed, and amplifiers in the microwave band and above,
Alternatively, it is used as a high-speed digital element that integrates them. For FETs, the structure of MESFET, which uses metal with a junction junction for the gate electrode, is mainly used. The FET with this structure has a short gate length, a small gate junction capacitance, a small parasitic resistance between the gate and the source, and a small resistance of the gate metal.

高性能のFETが歩留りよく製造できる方式として、高
耐熱性ゲート電極によるn+イオン打込み層のセルフアラ
イン構造がよく用いられる。このゲート金属は主として
WSixなどW系を主体とした合金が使われている。これは
イオン打込み層を約800℃の温度で活性化するための熱
処理をしても、シヨツトキ接合が劣化しないためであ
る。W系ゲート金属の欠点は、AlやAu系のゲート金属に
比べて、抵抗が高いことである。このため上述した構造
のFETはアナログ回路用にはほとんど使われていなかつ
た。耐熱性ゲートでメタルの抵抗を下げる試みはなされ
ており、この一例は次の如くである。
The self-aligned structure of the n + ion-implanted layer with a highly heat-resistant gate electrode is often used as a method for producing a high-performance FET with high yield. This gate metal is mainly
W-based alloys such as WSix are used. This is because even if the heat treatment for activating the ion-implanted layer at a temperature of about 800 ° C. is performed, the shrink bond does not deteriorate. A drawback of W-based gate metals is that they have higher resistance than Al or Au-based gate metals. For this reason, the FETs with the above structure have hardly been used for analog circuits. Attempts have been made to reduce the resistance of metal with heat-resistant gates, and one example is as follows.

従来の改良したFETは、1985年春季,第32回応物関連
講演予稿集、pp644,31P−X−4(昭60.3)に記述され
ているように耐熱性T形セルフアラインゲート構造で性
能向上がはかられてきた。しかし、この構造では、2
層耐熱性ゲート金属構造となるためサブミクロンゲート
の寸法を高精度で制御することはむずかしい、ゲート
パターン全面にオーミツク電極をセルフアラインで形成
することはむずかしい、など不十分な点もあつた。
The improved conventional FET has a heat-resistant T-type self-aligned gate structure for improved performance, as described in Spring 1985, Proceedings of the 32nd Lecture on Related Products, pp644, 31P-X-4 (SHO 60.3). It's getting rid of. However, in this structure, 2
Since the layer heat-resistant gate metal structure is used, it is difficult to control the size of the submicron gate with high precision, and it is difficult to form the ohmic electrode on the entire surface of the gate pattern by self-alignment.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、高性能MESFETに好適な製造方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for a high performance MESFET.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

高耐熱ゲート電極を用いたFETは、本質的に次の点が
優れている。(1)しきい電圧(VT)の制御がリセス方
式と比べ、良い、(2)ゲート・ソース間の直列抵抗
(Rs)を高濃度イオン打込みによるn+層の形成で低減で
きる、(3)サブミクロンのゲート長(Lg)をドライエ
ツチングで形成でき、これは従来のリフトオフ方式より
制御性が良い。反面、ゲート金属の抵抗は大きいので、
この欠点を解決するために本発明は成された。
The FET using the high heat resistance gate electrode is essentially excellent in the following points. (1) Control of threshold voltage (V T ) is better than that of the recess method, (2) Series resistance (Rs) between gate and source can be reduced by forming an n + layer by high-concentration ion implantation, (3) ) A submicron gate length (L g ) can be formed by dry etching, which has better control than the conventional lift-off method. On the other hand, since the resistance of the gate metal is large,
The present invention was made to solve this drawback.

本発明によるFET断面の基本構成図を第1図に示す。
半絶縁GaAs基板結晶1にn形能動層2が部分的にあり、
これに接してWSixのシヨツトキーゲート金属3が形成さ
れる。セルフアライン技術によつてゲート金属の両側に
n+層5がイオン打込みされる。ゲート金属3の周辺には
絶縁物からなる側壁材4が加工され、さらに絶縁物9を
つけたのち、ソース,ゲート,ドレインの穴あけをして
リフトオフによつてAuGe合金とAuを主体としたオーミツ
ク金属をつけ、ソース電極7,ゲート電極6,ドレイン電極
8を形成する製造方法を特徴とする。
FIG. 1 shows a basic configuration diagram of a cross section of an FET according to the present invention.
The semi-insulating GaAs substrate crystal 1 has an n-type active layer 2 partially,
In contact with this, the WSix Schottky gate metal 3 is formed. Self-aligned technology allows both sides of the gate metal
The n + layer 5 is ion-implanted. A sidewall material 4 made of an insulating material is processed around the gate metal 3, and an insulating material 9 is further attached. Then, a source, a gate, and a drain are drilled and lift-off is performed to form an AuGe alloy and Au-based ohmic material. The manufacturing method is characterized in that a source electrode 7, a gate electrode 6, and a drain electrode 8 are formed by applying metal.

本発明によつて、ゲート金属3とゲート電極6が合せ
ずれΔを生じた場合の各寸法関係を第2図に示す。ゲー
ト電極長Lmはゲート金属長Lg,側壁の幅LSとして、次の
関係式で決められる。
FIG. 2 shows dimensional relationships when the gate metal 3 and the gate electrode 6 have a misalignment Δ according to the present invention. The gate electrode length L m is determined by the following relational expression, where the gate metal length L g and the side wall width L S.

Lm≦Lg+2LS−Δ ……(1) 一般にホトリソグラフイによる合せずれΔは、現在の
高度な技術によつて、0.3μm以下であるので、例え
ば、Lg=0.5μm,LS=0.5μmならばLm≦1.2μmとな
り、ゲート電極Lmの加工が可能である。側壁4はゲート
金属3の高さを利用して、異方性の強いドライエツチン
グにより形成したり、シリカフイルム等の塗布絶縁膜で
形成できるが、側壁の幅LSはいずれもゲート金属の高さ
に比例してかえれる自由度がある。またゲート電極6は
ソース・ドレイン電極7,8と別工程で形成してもよく、
いずれの場合も低抵抗金属によつてゲート抵抗は決ま
る。
L m ≤L g + 2L S −Δ (1) Generally, the misalignment Δ due to photolithography is 0.3 μm or less by the current high technology, so for example, L g = 0.5 μm, L S = 0.5 μm, L m ≦ 1.2 μm, and the gate electrode L m can be processed. Side walls 4 by utilizing the height of the gate metal 3, may be formed by a strong dry Etsu quenching anisotropy, can be formed by coating insulating film of silica film and the like, none of the width L S of the side wall of the gate metal high There is a degree of freedom that can be changed proportionally. The gate electrode 6 may be formed in a process different from that of the source / drain electrodes 7 and 8,
In either case, the low resistance metal determines the gate resistance.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の一実施例を第3図により説明する。半
絶縁性GaAs基板結晶1の所要箇所100にSiイオンを50keV
の加速エネルギで打込んで、アニールをしてn形能動層
2を形成する。GaAs表面にタングステン・シリサイド
(WSix)金属3を約500nmの厚さに被着して、ドライエ
ツチングによりゲート金属3パターンに加工する。高性
能のFETを作るため、このゲート長は1μm以下とす
る。つづいてホトレジストパターン51で、FET領域外のG
aAs表面をマスクして、Siイオンを150keVで高濃度に打
込みアニールしてn+形低抵抗層5を形成する。これはゲ
ート金属3にセルフアラインでえられる(a)。づつい
てホトレジストを除去して、CVDのSiN膜40を約600nmの
厚さで被着する(b)。CF4系のエツチングガスを用い
てこのSiN膜40をドライエツチングしてゲート金属3の
側壁4を形成する。この側壁は異方性ドライエツチのた
めに残り、幅は〜各側とも0.6μmとなる。つづいて、C
VD・SiO2膜90を600nmの厚さで被着する(c)。ホトレ
ジストパターン52で、ソース,ゲート,ドレイン領域に
孔をあけ、つづいてドライエツチングでSiO2膜を削り、
それぞれ、70,60,80のコンタクト孔を加工する(d)。
このあと、AuGe合金,Ni,Auを連続的に蒸着して約500nm
の厚さとし、ホトレジストパターン52のリフトオフによ
つて孔とあいた部分のみに、この金属を残す。これによ
つてソース電極7,ゲート電極6,ドレイン電極8が形成さ
れる(e)。WSiのゲート金属3にゲート電極6を重ね
たことによつてWSiだけのゲート抵抗に比べて約1/20〜1
/30低くすることができた。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 50 keV of Si ions at the required 100 points on the semi-insulating GaAs substrate crystal 1
And anneal to form the n-type active layer 2. Tungsten silicide (WSix) metal 3 is deposited on the GaAs surface to a thickness of about 500 nm and processed into a gate metal 3 pattern by dry etching. To make a high-performance FET, this gate length should be 1 μm or less. Next, with photoresist pattern 51, G outside the FET area
The aAs surface is masked and annealed implanted Si ions at a high concentration in 150keV to form an n + -type low-resistance layer 5. This is self-aligned with the gate metal 3 (a). Then, the photoresist is removed and a CVD SiN film 40 is deposited to a thickness of about 600 nm (b). This SiN film 40 is dry-etched using CF 4 -based etching gas to form the side wall 4 of the gate metal 3. This sidewall remains due to anisotropic dry etching, and the width is ~ 0.6 μm on each side. Continuing, C
A VD / SiO 2 film 90 is deposited to a thickness of 600 nm (c). The photoresist pattern 52 is used to form holes in the source, gate, and drain regions, and then the SiO 2 film is removed by dry etching.
70, 60 and 80 contact holes are processed (d).
After this, AuGe alloy, Ni, Au are continuously evaporated to about 500 nm.
The thickness of the metal is left, and this metal is left only in the portions which are opened by the lift-off of the photoresist pattern 52. As a result, the source electrode 7, the gate electrode 6 and the drain electrode 8 are formed (e). Since the gate electrode 6 is overlaid on the gate metal 3 of WSi, it is about 1/20 to 1 compared with the gate resistance of WSi only.
/ 30 could be lowered.

第4図は、第3図で述べたFETの完成図を上面から示
したものである。ゲート金属3の外周に対してこの側壁
4の外周、およびゲート電極6の外周を示してある。絶
縁材の側壁4の効果で、ゲート電極6はGaAs表面と直
接、接することはない。
FIG. 4 is a top view of a completed view of the FET described in FIG. The outer circumference of the side wall 4 and the outer circumference of the gate electrode 6 are shown with respect to the outer circumference of the gate metal 3. Due to the effect of the side wall 4 of the insulating material, the gate electrode 6 does not directly contact the GaAs surface.

本発明の他の実施例を以下に述べる。 Another embodiment of the present invention will be described below.

第3図でWSiのゲート金属を加工したのち、シリカフ
イルム(SOGと呼ばれる)を回転塗布しゲート金属の側
面に側壁を作る。これは液体が固まるときに凸部の側面
に厚く残る性質を利用して形成できる。この後の工程は
先に述べた例と同様である。このような側壁は、ポリイ
ミド樹脂や、ポリラダーシリコン樹脂などの材料でも同
様に形成できることを附言しておく。
After processing the gate metal of WSi in Fig. 3, a silica film (called SOG) is spin-coated to form a side wall on the side surface of the gate metal. This can be formed by utilizing the property that the liquid remains thick on the side surface of the convex portion when the liquid solidifies. Subsequent steps are the same as in the above-mentioned example. It should be additionally noted that such a side wall can be similarly formed of a material such as polyimide resin or polyladder silicon resin.

本発明の別の実施例を以下に述べる。 Another embodiment of the present invention will be described below.

第3図(d)のホトレジストパターン52にかわつて、
ゲート電極部60のみを別工程で加工,形成した。これは
ソース・ドレイン電極7,8よりもさらに低抵抗なゲート
電極6構成を自由に選択する目的のためである。ゲート
電極として約700nmのAlを用いた。
Instead of the photoresist pattern 52 of FIG. 3 (d),
Only the gate electrode part 60 was processed and formed in a separate process. This is for the purpose of freely selecting the structure of the gate electrode 6 having a lower resistance than the source / drain electrodes 7 and 8. Al of about 700 nm was used as the gate electrode.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、ゲート長の短かい急峻な断面加工し
たゲート金属3が側壁4によつて取囲まれると、機械
的強度が増す、急峻な段差が大幅に緩和されるので、
配線工程を経たときに歩留りが良くなる効果がある。さ
らにゲート金属3上にリフトオフでゲート電極を重ねる
と、第1図で明らかなように表面の凹凸がなくなり、こ
れも配線工程にとつて好ましいことである。
According to the present invention, when the gate metal 3 having a short gate length and having a steep cross-section is surrounded by the side wall 4, the mechanical strength is increased and the steep step is significantly reduced.
The yield is improved when the wiring process is performed. Further, when the gate electrode is overlapped on the gate metal 3 by lift-off, as shown in FIG. 1, the surface unevenness disappears, which is also preferable for the wiring process.

以上述べたように、本発明の製造方法では耐熱性のよ
いWSi金属でシヨツトキ接合を作るため、FETのソース
・ゲート間直列抵抗が小さくなる。リセスの様な、能
動層を削るプロセスを使わないので、FETの性能が均一
化する、ゲート長がサブミクロンまで再現よく加工し
やすい、などの特徴があり、さらにWSixだけではゲート
抵抗が高かつたものをゲート側壁と低抵抗材のリフトオ
フによつてゲート金属抵抗値を小さくできたので、FET
のノイズフイギア(NF)も合せて改善することができる
特徴がある。また工程の複雑さも他の方法と比べ少ない
特徴を有する。
As described above, in the manufacturing method of the present invention, since the Schottky junction is made of WSi metal having good heat resistance, the source-gate series resistance of the FET is reduced. Since it does not use a process of removing the active layer such as recess, it has features such as uniform FET performance, easy reproducibility of the gate length down to submicron, and the high gate resistance with WSix alone. The gate metal resistance value can be reduced by lifting off the gate sidewall and low resistance material.
There is a feature that can also be improved by noise noise gear (NF). In addition, the process is less complicated than other methods.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のFET構造断面図、第2図は本発明によ
るアラインメントずれでのFET構造断面図、第3図は本
発明による製造手順を示す素子断面図、第4図は本発明
のFETの上面図である。 1……半絶縁性GaAs基板結晶、2……n形能動層、3…
…ゲート金属、4……ゲートの側壁、5……n+低抵抗
層、6……ゲート電極、7……ソース電極、8……ドレ
イン電極、9……絶縁膜。
FIG. 1 is a sectional view of the FET structure of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the FET structure with misalignment according to the present invention, FIG. 3 is a sectional view of an element showing a manufacturing procedure according to the present invention, and FIG. It is a top view of FET. 1 ... Semi-insulating GaAs substrate crystal, 2 ... N-type active layer, 3 ...
... gate metal, 4 ... side wall of gate, 5 ... n + low resistance layer, 6 ... gate electrode, 7 ... source electrode, 8 ... drain electrode, 9 ... insulating film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高耐熱ゲート金属を半導体との接触に用い
た電界効果トランジスタの製造方法において、上記ゲー
ト金属をマスクとしてイオン打込みによりソースおよび
ドレインを形成する工程と、該ソースおよびドレインを
形成後に上記ゲート金属のソース・ドレイン方向の両側
面に絶縁材からなる側壁を形成する工程と、上記ゲート
金属および上記側壁を絶縁膜で被覆する工程と、上記絶
縁膜の上記ゲート金属のソース・ドレイン方向全域およ
びそれに連なる上記側壁の上面部分をホトレジストパタ
ーンをマスクとしてエッチングにより露出する工程と、
上記ホトレジストパターンを用いたリフトオフにより上
記ゲート金属の材料より抵抗率が小さい材料からなるゲ
ート電極を上記ゲート金属に接するように形成する工程
を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造
方法。
1. A method of manufacturing a field effect transistor using a high heat resistant gate metal for contacting a semiconductor, the method comprising: forming a source and a drain by ion implantation using the gate metal as a mask; and after forming the source and the drain. A step of forming sidewalls made of an insulating material on both sides of the gate metal in the source / drain direction; a step of coating the gate metal and the sidewalls with an insulating film; and a source / drain direction of the gate metal of the insulating film. Exposing the entire area and the upper surface portion of the side wall continuous with it by etching using a photoresist pattern as a mask;
A method of manufacturing a field effect transistor, comprising the step of forming a gate electrode made of a material having a resistivity lower than that of the material of the gate metal so as to be in contact with the gate metal by lift-off using the photoresist pattern.
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