JPH0691264B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH0691264B2
JPH0691264B2 JP59171773A JP17177384A JPH0691264B2 JP H0691264 B2 JPH0691264 B2 JP H0691264B2 JP 59171773 A JP59171773 A JP 59171773A JP 17177384 A JP17177384 A JP 17177384A JP H0691264 B2 JPH0691264 B2 JP H0691264B2
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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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、特に接合形電界効果トランジスタ
にかかり、相補形回路をnチャネルショットキバリア形
電界効果トランジスタとともに構成するpチャネル電界
効果トランジスタに適する製造方法に関する。
マイクロエレクトロニクスは現代産業進展の基盤とな
り、また社会的にも大きな効果を与えている。現在この
マイクロエレクトロニクスの主役はシリコン(Si)集積
回路装置であるが、相補形MOS(CMOS)回路によって低
消費電力化に大きい効果が得られている。
他方シリコンの物性に基づく限界をこえる高速化を実現
するために、電子移動度が大きい砒化ガリウム(GaAs)
などの化合物半導体を用いる半導体装置が開発されてい
るが従来nチャネル形に限られている。
しかしながらこの化合物半導体装置についても相補形回
路を構成して、消費電力を低減することが要望されてい
る。
〔従来の技術〕
定常状態では原理的に電力を消費しないために低消費電
力化の効果が大きい相補形回路の一例として、CMOSイン
バータは第2図(a)に示す回路図で表わされる。
図において、T1及びT2は互に反対極性で動作するエンハ
ンスメントモードのMOS電界効果トランジスタ(MOS FE
T)であり、例えばドライバT1をnチャネル,負荷T2
pチャネルとする。
この回路で入力電圧VINを充分低くすれば負荷T2がオ
ン,ドライバT1がオフとなって出力電圧VOUTはVDDにほ
ぼ等しい高電圧となり、また入力電圧VINを充分高くす
れば、ドライバT1がオン,負荷T2がオフとなって出力電
圧VOUTはVSSにほぼ等しい低電圧となる。これら二つの
状態にあるときには殆んど電流が流れず、ただ状態を遷
移するときのみ両MOSFETT1及びT2がオン状態となり電流
が流れる。
相補形回路は上述の如く、静的電力消費が非常に少ない
こと、消費電力・動作時間積が小さいことに加えて雑音
余裕が大きいことなどの利点を有して、現在Si半導体装
置に広く用いられているが、これを構成するには例えば
第2図(b)に側断面を示す構造が行なわれている。
図において、31はn型Si基板であり、フイールド酸化膜
32によってnチャネル及びpチャネルFETの領域が画定
されていて、nチャネルFETの領域にはp-型ウエル層33,
n+型ソース及びドレイン領域34及びp+チャネルカット35
が、またpチャネルFETの領域にはp+型ソース及びドレ
イン領域36及びn+型チャネルカット37がそれぞれ形成さ
れている。
またSi基板31上にゲート酸化膜38を介してゲート電極39
がそれぞれ設けられ、各ソース及びドレイン領域34及び
36並びにゲート電極39に、絶縁膜40を介して金属配線41
が配設される。
他方化合物半導体トランジスタとしては、その製造工程
が簡単であるなどの理由によって電界効果トランジスタ
の開発が先行しているが、Si電界効果トランジスタとし
て通常行なわれているMOS乃至MIS形は表面準位等によっ
て実現困難であって、ショットキバリア形及び接合形の
開発が進められており、特に構造が最も簡単なショット
キバリア形が最も普通に行なわれている。
トランジスタに化合物半導体を用いる第1の理由は、そ
の電子移動度が例えばGaAsではSiの6倍程度と大きく、
かつ飽和ドリフト速度も大きいために、Si以上の高速化
が可能となることにある。しかしながら化合物半導体の
正孔の移動度は電子より大幅に小さく、例えばGaAsでは
Siよりも小である。従って従来化合物半導体電界効果ト
ランジスタは殆んどnチャネル形に限られている。特に
ショットキバリア形ではp型半導体のバリア高さがn型
半導体より小であるために、pチャネル形はますます魅
力を失っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
化合物半導体装置は上述の如き状況にあるが、そのエネ
ルギーの低減を推進するためには相補形回路を実現する
ことが必要である。
なお相補形回路のnチャネル素子は構造が最も簡単であ
りかつ技術的蓄積が多いショットキバリア形とし、pチ
ャネル素子は接合形とすることが望ましく、その最適の
構造を開発することが必要である。
〔問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、pチャネル接合形電界効果トランジスタ
とnチャネルショットキバリア形電界効果トランジスタ
とを組み合わせて相補型の構造を有する半導体装置の製
造方法であって、 半絶縁性化合物半導体基板上にp型の第1の化合物半導
体層と、該p型の第1の化合物半導体層に接合するn型
の第2の化合物半導体層とを積層する工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
該n型の第2の化合物半導体層に該n型の第2の化合物
半導体層とオーミック接触するpチャネルのゲート電極
を形成する工程と、 該nチャネルショットキバリア形電界効果トランジスタ
形成領域上の該n型の第2の化合物半導体層に該n型の
第2の化合物半導体層とショットキー接触するゲート電
極を形成する工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
該n型の第2の化合物半導体層を該ゲート電極に整合し
てパターニングする工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
該ゲート電極を挟んで両側に該p型の第1の半導体層よ
り高不純物濃度のp型の領域を該半絶縁性基板に達する
ように形成して該pチャネル接合形電界効果トランジス
タのソース及びドレイン領域とする工程と、 該nチャネルのゲート電極を挟んで両側に該n型の第2
の半導体層より高不純物濃度のn型の領域が該半絶縁性
基板に達するように形成して該nチャネルショットキー
バリア形電界効果トランジスタのソース及びドレイン領
域とする工程とを含む本発明による半導体装置の製造方
法より解決される。
〔作用〕
本発明による半導体装置の製造方法は、第1導電型特に
p型の第1の半導体層の上面に接して、第2の導電型特
にn型の第2の半導体層が設けられた半導体基体を用い
る。
第2の半導体層にオーミック接触するゲート電極を設
け、ゲート電極をマスクとして第2の半導体層をパター
ニングして、pn接合領域を画定する。次いで、ゲート電
極をマスクとするイオン注入方法等によって第1の半導
体層に第1導電型の高不純物濃度領域をゲート電極に位
置を整合して形成する。
上述の構造において、第1の半導体層のpn接合下の領域
がチャネル、高不純物濃度領域がソース及びドレインと
なり、pn接合によってチャネル領域に形成される空乏層
をゲート電極に印加する電圧で制御することによって、
チャネルのインピーダンス制御が行なわれる接合形電界
効果トランジスタが実現される。
なお本半導体基体は、第2の半導体層にショットキ接触
する他のゲート電極並びにオーミック接触するソース及
びドレイン電極を設けることによって、前記接合形電界
効果トランジスタとは導電型が反対のチャネルを有する
ショットキバリア形電界効果トランジスタを容易に形成
することができ、両者を組合わせて相補形回路を構成す
ることができる。
本発明による接合形電界効果トランジスタは、接合容量
が小さくかつソース抵抗も低減されて高い動作速度が得
られ、相補形回路のpチャネル素子としてnチャネルの
ショットキバリア形電界効果トランジスタに組合わせる
のに最適の特性を有する。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により具体的に説明する。第1図は
本発明を相補形回路に適用した実施例の工程順断面図で
あり、図の右側にp−chと表示する領域が本発明による
pチャネル接合形電界効果トランジスタ、左側にn−ch
と表示する領域がnチャネルショットキバリア形電界効
果トランジスタを表わす。
第1図(a)参照 半絶縁性GaAs基板1上に、例えば不純物濃度が1×1017
cm-3程度のp型GaAs層2を厚さ例えば0.2μm程度に、
次いで例えば不純物濃度が5×1017cm-3程度のn型GaAs
層3を厚さ例えば0.05μm程度に順次エピタキシャル成
長する。
次いでpチャネルのゲート電極4とnチャネルのゲート
電極5とをそれぞれ配設する。pチャネルのゲート電極
4は、n型GaAs層3との間にオーミック接触させるため
に例えば厚さ20nm程度のゲルマニウム(Ge)層4aを介し
て、例えばタングステンシリサイド(WSi)層4bを設け
る。又nチャネルのゲート電極5は、n型GaAs層3との
間にショットキ接触させるために、直接例えばWSiで形
成する。
第1図(b)参照 pチャネルの接合形電界効果トランジスタ形成領域のn
型GaAs層3を、ゲート電極4をマスクとして選択的に除
去する。この処理によりゲート電極4下に残されるn型
GaAs層3Aによってpn接合が画定される。
第1図(c)参照 pチャネル及びnチャネル両トランジスタ素子のソース
及びドレイン領域6及び7にそれぞれ不純物を導入す
る。
pチャネル素子については、アクセプタ不純物、例えば
マグネシウム(Mg),亜鉛(Zn)或いはベリリウム(B
e)を、ドーズ量1×1015cm-2程度に、またnチャネル
素子については、ドナー不純物、例えばシリコン(Si)
をドーズ量1×1013cm-2程度にそれぞれイオン注入し
て、活性化熱処理を行なう。
この結果、pチャネル素子のソース及びドレイン領域6
は1×1019cm-3,nチャネルのソース及びドレイン領域7
は1×1019cm-3程度の最高不純物濃度となる。
第1図(d)参照 素子間分離領域8を酸素イオン(O+),プロトン(H+
等のイオン注入によって形成する。
絶縁膜9を設けて、ソース及びドレイン電極を配設す
る。pチャネル素子のソース及びドレイン電極10は例え
ば金/亜鉛(Au/Zn)を用い、nチャネル素子のソース
及びドレイン電極11は例えば金ゲルマニウム/金(AuGe
/Au)を用いて従来技術によって形成することができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、接合容量及び寄生抵
抗が小さく高速度の接合形電界効果トランジスタを提供
することができる。
更に本発明の接合形電界効果トランジスタはショットキ
バリア形電界効果トランジスタと同一半導体基体上に形
成することが容易であって、nチャネルショットキバリ
ア形電界効果トランジスタに組合わせて相補形回路を構
成するpチャネル電界効果トランジスタとして、ゲート
耐圧の確保が困難であるpチャネルショットキバリア形
以上の効果が得られ、化合物半導体装置のエネルギー低
減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す工程順断面図、 第2図(a)は相補形インバータの回路図、 第2図(b)はCMOS構造の従来例を示す断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、2はp型GaAs層、3及び3Aはn
型GaAs層、4はオーミック接触するゲート電極、5はシ
ョットキ接触するゲート電極、、6はp型ソース及びド
レイン領域、7はn型ソース及びドレイン領域、8は素
子間分離領域、9は絶縁膜、10及び11はソース及びドレ
イン電極を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】pチャネル接合形電界効果トランジスタと
    nチャネルショットキバリア形電界効果トランジスタと
    を組み合わせて相補型の構造を有する半導体装置の製造
    方法であって、 半絶縁性化合物半導体基板(1)上にp型の第1の化合
    物半導体層(2)と該p型の第1の化合物半導体層
    (2)に接合するn型の第2の化合物半導体層(3)と
    を積層する工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
    該n型の第2の化合物半導体層(3)に該n型の第2の
    化合物半導体層(3)とオーミック接触するpチャネル
    のゲート電極(4)を形成する工程と、 該nチャネルショットキバリア形電界効果トランジスタ
    形成領域上の該n型の第2の化合物半導体層(3)に該
    n型の第2の化合物半導体層(3)とショットキー接触
    するゲート電極(5)を形成する工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
    該n型の第2の化合物半導体層(3)を該ゲート電極
    (4)に整合してパターニングする工程と、 該pチャネル接合形電界効果トランジスタ形成領域上の
    該ゲート電極(4)を挟んで両側に該p型の第1の半導
    体層(2)より高不純物濃度のp型の領域を該半絶縁性
    基板(1)に達するように形成して該pチャネル接合形
    電界効果トランジスタのソース及びドレイン領域(6)
    とする工程と、 該nチャネルのゲート電極(5)を挟んで両側に該n型
    の第2の半導体層(3)より高不純物濃度のn型の領域
    が該半絶縁性基板(1)に達するように形成して該nチ
    ャネルショットキーバリア形電界効果トランジスタのソ
    ース及びドレイン領域(7)とする工程とを含むことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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