JPH0231462A - semiconductor element - Google Patents
semiconductor elementInfo
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- JPH0231462A JPH0231462A JP18259388A JP18259388A JPH0231462A JP H0231462 A JPH0231462 A JP H0231462A JP 18259388 A JP18259388 A JP 18259388A JP 18259388 A JP18259388 A JP 18259388A JP H0231462 A JPH0231462 A JP H0231462A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は半導体素子に関する。ことに、サブミクロンオ
ーダーに加工したゲート電極に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a semiconductor device. In particular, it relates to gate electrodes processed to submicron order.
(ロ)従来の技術
従来、GaAs MESFETは高速性に優れたトラン
ジスタとして広く活用されている。(B) Conventional Technology GaAs MESFETs have been widely used as transistors with excellent high speed performance.
このGaAs MESFETは、例えば半絶縁性基板に
n層を形成したのち、まずその上に一般的にスパッタリ
ング蒸着法により、例えばケイ化タングステン、窒化タ
ングステン、アルミニウムタングステン等の高融点金属
膜を形成し、これをパターンニングしてゲート電極とし
、次に、このゲートをn層の注入マスクとしてn0イオ
ンを注入し、nイオン注入後、注入原子の活性化を図る
ため、80at程度の高温熱処理を施し、このn゛活性
層の上にソース、ドレインの電極を形成して製造してい
た。In this GaAs MESFET, for example, an n-layer is formed on a semi-insulating substrate, and then a high-melting point metal film such as tungsten silicide, tungsten nitride, or tungsten aluminum is formed thereon by generally sputtering deposition. This was patterned to form a gate electrode, and then n0 ions were implanted using this gate as an implantation mask for the n layer. After the n ion implantation, a high temperature heat treatment of about 80 at was performed to activate the implanted atoms. The device was manufactured by forming source and drain electrodes on this n active layer.
一方、GaAs MESFETは高速性に優れたトラン
ジスタとして広く活用されているが、さらに−層の高性
能化を図るため、ゲート電極を微細化することが望まれ
て・いた。On the other hand, although GaAs MESFETs are widely used as transistors with excellent high-speed performance, it has been desired to miniaturize the gate electrode in order to further improve the performance of the -layer.
(ハ)発明が解決しようとする課題
しかしながら、例えばスパッタリング蒸着法によって半
導体基板上に形成された、例えばタングステン膜は、基
板面に対して垂直方向に成長した柱状結晶を有し、この
結晶粒界の直径は0.1μmオーダとなる。従って、こ
の金属膜を例えば長さ0.5μm以下の微細なゲートに
加工する場合には、柱状結晶及び結晶粒界の径が大きい
ために、ゲート寸法のばらつきが極めて大きくなるとい
う問題があった。(c) Problems to be Solved by the Invention However, a tungsten film, for example, formed on a semiconductor substrate by sputtering vapor deposition, for example, has columnar crystals grown perpendicular to the substrate surface, and these crystal grain boundaries The diameter is on the order of 0.1 μm. Therefore, when processing this metal film into a fine gate with a length of 0.5 μm or less, for example, there is a problem that the gate dimensions vary greatly due to the large diameters of the columnar crystals and grain boundaries. .
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり
、微細なゲートであってもゲート長寸法のばらつきの小
さな高性能のMESFETを提供しようとするものであ
る。The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a high-performance MESFET with small variations in gate length even if the gate is minute.
(ニ)課題を解決するための手段
本発明者らは半導体基板上に形成する前記高融点金属堆
積膜中に発生する結晶や結晶粒界の径を下げるために鋭
意研究を行ったところ、該高融点金属に特定範囲内の炭
素を添加した炭素含有高融点金属を半導体基板上に堆積
することにより、導電性を低下させることなく結晶が微
細化又は非晶質化された高融点金属層が形成される事実
を見出しこの発明に到達した。(d) Means for Solving the Problems The present inventors conducted extensive research to reduce the diameters of crystals and grain boundaries that occur in the high melting point metal deposited film formed on a semiconductor substrate, and found that By depositing a carbon-containing high melting point metal, which is a high melting point metal with carbon added within a specific range, on a semiconductor substrate, a high melting point metal layer with finer crystals or amorphous crystals can be created without reducing conductivity. This invention was discovered by discovering the fact that this phenomenon occurs.
かくしてこの発明によれば、半導体基板上のゲート電極
膜が、10at、%以下の量の炭素原子を含有した高融
点金属層で構成されてなることを特徴とする半導体素子
が提供される。Thus, according to the present invention, there is provided a semiconductor device characterized in that a gate electrode film on a semiconductor substrate is constituted by a high melting point metal layer containing carbon atoms in an amount of 10 at.% or less.
本発明の半導体素子は、半導体基板上に炭素原子を10
at、%以下含有する高融点金属層を堆積し、これをエ
ツチングして適当な形状のゲート電極とすることにより
得られる。この半導体基板としてはSi、GaAs等が
挙げられ、特にGaAsが素子として高速応答性に優れ
ているので好ましく、表面に酸化膜を形成して用いても
よく、酸化膜を形成しないで用いてもよい。高融点金属
層の母材としては、融点が800℃以上の金属、例えば
WlMo、Ta5Ti等、及びそれらの合金、例えばケ
イ化タングステンのようなシリサイド類、アルミニウム
タングステン等があげられる。The semiconductor device of the present invention has 10 carbon atoms on a semiconductor substrate.
It can be obtained by depositing a high melting point metal layer containing less than at% and etching it to form a gate electrode in an appropriate shape. Examples of this semiconductor substrate include Si, GaAs, etc., and GaAs is particularly preferable because it has excellent high-speed response as an element, and it may be used with an oxide film formed on the surface, or may be used without forming an oxide film. good. Examples of the base material of the high melting point metal layer include metals with a melting point of 800° C. or higher, such as WlMo, Ta5Ti, etc., and alloys thereof, such as silicides such as tungsten silicide, aluminum tungsten, and the like.
かかる高融点金属層は上記のごとき高融点金属を母材と
しこれに炭素原子を10at、%以下、通常0.1〜1
Oat、%含有する金属材料を用いてスパッタリングや
蒸着法により堆積形成することができる。この際炭素原
子の含有量が1oat、%を超えるとゲート電極の導電
率が低下し、0.1at、5未満では高融点金属層に径
の大きな結晶や結晶粒界ができ、本発明の効果を示すの
に不十分であり、好ましくない。なお、高融点金属層は
1種類で形成してもよいが、2種以上の材料(炭素を含
有した高融点金属)を多層に形成することもでき、厚さ
は、通常0.1〜1μmとするのが好ましい。Such a high melting point metal layer has the above-mentioned high melting point metal as a base material, and carbon atoms are added to the base material by 10 at% or less, usually 0.1 to 1.
It can be deposited and formed by sputtering or vapor deposition using a metal material containing Oat. At this time, if the content of carbon atoms exceeds 1 oat.%, the conductivity of the gate electrode decreases, and if it is less than 0.1 at. It is not sufficient to indicate this and is not desirable. Note that the high melting point metal layer may be formed of one type, but it can also be formed in multiple layers of two or more types of materials (high melting point metal containing carbon), and the thickness is usually 0.1 to 1 μm. It is preferable that
この高融点金属層は、パターン形成後、例えばRIE法
等の公知のエツチング法によりエツチングされゲート電
極が形成される。このゲート電極の幅は、目的に応じて
設定できるが、ことに0.1〜0.5μmという微細な
幅とすることが可能である。After patterning, this high melting point metal layer is etched by a known etching method such as RIE to form a gate electrode. The width of this gate electrode can be set depending on the purpose, but it can be set to a fine width of 0.1 to 0.5 μm.
(ホ)作用
本発明の半導体素子においては、結晶及び結晶粒界の径
が微小化又は非晶質化された炭素含有高融点金属膜のエ
ツチングにより、ゲート電極が構成されているため、例
えば1μm以下の幅に加工された微細エツチング加工さ
れたものにおいても寸法精度が高くなる。(E) Function In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode is formed by etching a carbon-containing high-melting metal film in which the diameter of crystals and crystal grain boundaries has been reduced or made amorphous, so that the diameter of the crystals and grain boundaries is, for example, 1 μm. Dimensional accuracy is also high in finely etched products processed to the following widths.
(へ)実施例 実施例1 本発明の一実施例を図面を用いて説明する。(f) Example Example 1 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第2図において、まず半絶縁性GaAs基板11にSi
イオンの注入を行った。ただし、加速電圧50 kev
、 ドーズ量2X 10”ca+−’である。次に、
この基板を窒化ケイ素膜基板表面に被着して窒素雰囲気
中、850℃、15分間熱処理を行い、n型活性層12
を形成する。In FIG. 2, first, a semi-insulating GaAs substrate 11 is coated with Si.
Ion implantation was performed. However, the acceleration voltage is 50 kev
, the dose amount is 2X 10"ca+-'. Next,
This substrate was adhered to the surface of the silicon nitride film substrate and heat treated at 850°C for 15 minutes in a nitrogen atmosphere to form an n-type active layer 12.
form.
次に第3図のようにスパッタリング蒸着法により、厚さ
1000人のタングステンカーバイドカーノ(イド(W
Slo、sCo、+)膜18を、さらにこの上に厚さ4
000人のタングステンカーノくイド(TCo、+)膜
19を形成する。当該膜はX線回折分析の結果0ずれも
微結晶あるいは非晶質状態を確認した。Next, as shown in Fig. 3, a tungsten carbide carbide (W) film with a thickness of 1000 was deposited by sputtering deposition.
Slo, sCo, +) film 18 with a thickness of 4
A tungsten carnoide (TCo, +) film 19 of 0.000000000000000000 is formed. As a result of X-ray diffraction analysis, it was confirmed that the film was in a microcrystalline or amorphous state in all cases.
続いて、第4図に示すようにタングステンカーバイド膜
19′上にA X 1400−27レジストを用0てゲ
ートのパターンマスク20を形成し、RIE法により、
CF4と0.の混合ガスを用いてエツチング加工し、第
5図のようにタングステンシリサイドカーバイド膜18
及びタングステンカーノ(イド膜19からなるゲートを
形成する。Subsequently, as shown in FIG. 4, a gate pattern mask 20 is formed on the tungsten carbide film 19' using an AX 1400-27 resist, and then by RIE method.
CF4 and 0. The tungsten silicide carbide film 18 is etched using a mixed gas of
Then, a gate made of a tungsten carbide film 19 is formed.
次に、第6図に示すようにこのゲートをマスクとしてS
iイオンを2段注入する。ただし、1段目注入は加速電
圧50Kev、 ドーズ量2X 10”cm−” 2
段目注入は加速電圧150 K e V %ドーズ量2
X 10I3cab−”である。この後、厚さ1000
人のアニールキャップ用窒化膜をプラズマCVD法によ
って堆積し、水業界囲気中で800℃、15分間の熱処
理を行い、n′″活性層14.15を形成する。Next, as shown in FIG. 6, using this gate as a mask, S
Inject i ions in two stages. However, for the first stage implantation, the acceleration voltage is 50Kev, and the dose is 2X 10"cm-" 2
The second stage implantation was performed at an accelerating voltage of 150 K e V % and a dose of 2
X 10I3cab-". After this, the thickness is 1000
A nitride film for the annealing cap is deposited by plasma CVD, and heat treated at 800° C. for 15 minutes in a water environment to form an n′″ active layer 14.15.
アニール用窒化膜を除去した後、第1図に示すようにA
u−Ge/ Ni/ Auのソース電極16及びドレイ
ン電極17を形成した。After removing the annealing nitride film, A
A source electrode 16 and a drain electrode 17 of u-Ge/Ni/Au were formed.
このようにして得られたMESFETのゲート長は0.
3μlであり、その寸法精度は5%以内にあり、またゲ
ート長の面内分率ら5%以内に抑えることができ、従来
す柱状結晶を有したタングステンシリサイド膜とタング
ステン膜からなるゲートの寸法精度25%と比較して著
しく向上した。The gate length of the MESFET thus obtained was 0.
3μl, its dimensional accuracy is within 5%, and the in-plane fraction of the gate length can be suppressed to within 5%. The accuracy was significantly improved compared to 25%.
一方、ショットキ障壁電位及び比抵抗は上記従来のゲー
トとほぼ同等の値であり、それぞれ0.74eL 2X
10−’Ω・cmであった。On the other hand, the Schottky barrier potential and specific resistance are approximately the same values as the above conventional gate, and each is 0.74eL 2X
It was 10-'Ω·cm.
(ト)発明の効果
本発明の半導体素子においては、結晶が微細化又は非晶
質化されたゲート電極を有する構成からなるため、ゲー
ト電極の大きさのバラツキによる半導体素子特性のバラ
ツキが改善される。そしてゲート電極の寸法精度が向上
しているため、微細な半導体装置に見合う微細なゲート
電極を有する素子とすることもでき、ことに高性能のG
aAsMESFET構成用の半導体素子として極めて有
用なものである。(G) Effects of the Invention Since the semiconductor device of the present invention has a gate electrode in which crystals are made fine or amorphous, variations in semiconductor device characteristics due to variations in the size of the gate electrode are improved. Ru. In addition, since the dimensional accuracy of the gate electrode has been improved, it is possible to create a device with a fine gate electrode suitable for fine semiconductor devices.
It is extremely useful as a semiconductor element for aAs MESFET configuration.
第1図は、本発明の実施例で製造したMESFETの構
成説明図、第2図〜第6図は第1図に示すMESFET
の製造工程を示す説明図である。
11・・・・・・半絶警性GaAs基板、12・・・・
・・n型活性層、13・・・・・・ゲート電極、14.
15・・・・・・n°活性層、
16・・・・・・ソース電極、17・・・・・・ドレイ
ン電極、18・・・・・・タングステンシリサイドカー
バイド膜、19・・・・・・タングステンカーバイド膜
、20・・・・・・レジスト。
填 1 図
@ 2図
竿 3Wi
第4 図
1]
竿 5e
笛6薗
iFIG. 1 is an explanatory diagram of the configuration of the MESFET manufactured in an example of the present invention, and FIGS. 2 to 6 are the MESFETs shown in FIG. 1.
It is an explanatory diagram showing a manufacturing process of. 11... Half-proof GaAs substrate, 12...
. . . n-type active layer, 13 . . . gate electrode, 14.
15...n° active layer, 16...source electrode, 17...drain electrode, 18...tungsten silicide carbide film, 19...・Tungsten carbide film, 20...Resist. Filling 1 Figure @ 2 Figure Rod 3Wi 4 Figure 1] Rod 5e Fue 6 Sonoi
Claims (1)
の量の炭素原子を含有した高融点金属層で構成されてな
ることを特徴とする半導体素子。1. The gate electrode film on the semiconductor substrate is 10at. 1. A semiconductor device comprising a high-melting point metal layer containing carbon atoms in an amount of less than or equal to %.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18259388A JPH0231462A (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18259388A JPH0231462A (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | semiconductor element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0231462A true JPH0231462A (en) | 1990-02-01 |
Family
ID=16120998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18259388A Pending JPH0231462A (en) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | semiconductor element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0231462A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007525827A (en) * | 2003-11-28 | 2007-09-06 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Semiconductor structure, dual work function CMOS device, dual work function CMOS circuit, and method of forming a dual work function CMOS device on a substrate (metal carbide gate structure and formation method) |
| JP4912886B2 (en) * | 2003-11-24 | 2012-04-11 | トライクウィント セミコンダクター,インコーポレーテッド | Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode FET and method of manufacturing the same |
-
1988
- 1988-07-20 JP JP18259388A patent/JPH0231462A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4912886B2 (en) * | 2003-11-24 | 2012-04-11 | トライクウィント セミコンダクター,インコーポレーテッド | Monolithic integrated enhancement mode and depletion mode FET and method of manufacturing the same |
| JP2007525827A (en) * | 2003-11-28 | 2007-09-06 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | Semiconductor structure, dual work function CMOS device, dual work function CMOS circuit, and method of forming a dual work function CMOS device on a substrate (metal carbide gate structure and formation method) |
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