JP2005026325A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ショットキーコンタクト層15およびこのショットキーコンタクト層15上に位置するキャップ層16が形成された半導体基板11と、キャップ層16上に設けられたソース電極Sおよびドレイン電極Dと、ソース電極Sおよびドレイン電極D間に位置するキャップ層16上に堆積された第1絶縁膜17と、この第1絶縁膜17を貫通してショットキーコンタクト層15の所定深さ部分まで形成した溝20に埋め込まれ、その下端部分がショットキーコンタクト層15に接触するゲート電極と、ショットキーコンタクト層15およびキャップ層16からなり溝20に面する壁部とゲート電極Gの上方部分との間に挟まれた第2絶縁膜21とを具備している。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波動作に適する半導体装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
GaAsなどの化合物半導体を用いた半導体装置、たとえばヘテロ接合を有する高電子移動度トランジスタ(以下HEMTという)は高周波特性に優れ、マイクロ波帯で動作する高出力低雑音素子として広く実用化されている。
【0003】
ここで、従来の半導体装置について、ダブルへテロ構造PHEMTを例にとり、図2を参照して説明する。半絶縁性半導体基板(GaAs)31上に、MBE(分子線エピタキシャル成長)またはMOCVD(有機金属気相成長)により、バッファ層(GaAs)32および電子供給層(n−AlGaAs)33a、チャネル層(i−InGaAs)34、電子供給層(n−AlGaAs)33b、ショットキーコンタクト層(n−AlGaAs)35、アンドープ層(i−GaAs)36、良好なオーム性接触を得るためのキャップ層(n+GaAs)37が順に形成されている。
【0004】
バッファ層32〜キャップ層37が形成された半導体基板31のキャップ層37上にソース電極Sおよびドレイン電極Dが形成されている。アンドープ層36上に絶縁膜38が堆積され、絶縁膜38に設けた開口部分を通してアンドープ層36にゲート電極Gが埋め込まれている。
【0005】
上記の従来技術に関連する半導体装置は特許文献1などに記載されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−232167号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置たとえばHEMTは、絶縁膜38とアンドープ層36との界面に高密度の表面準位が発生する。そして、表面準位で形成される表面空乏層がHEMTの動作に悪影響を与える。
【0008】
このような表面空乏層の影響を低減するために、絶縁膜38およびアンドープ層36間の界面とゲート電極G下方のチャネル部とを離した構造、いわゆる埋めこみゲート構造が採用されている。
【0009】
埋めこみゲート電極構造の場合、従来の半導体装置では、動作時における十分なゲート耐圧を得るために、図2に示したように、ゲート電極Gが接する溝の壁部をアンドープ層36、あるいは低濃度のn層にしている。そのため、ソース抵抗が増大し、HEMTの高性能化を妨げる原因になっている。
【0010】
本発明は、上記した欠点を解消し、ゲート耐圧を確保し、ソース抵抗を低減した半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、ショットキーコンタクト層およびこのショットキーコンタクト層上に位置するキャップ層が形成された半導体基板と、前記キャップ層上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極間に位置する前記キャップ層上に堆積された第1絶縁膜と、この第1絶縁膜を貫通して前記ショットキーコンタクト層の所定深さ部分まで形成した溝に埋め込まれ、その下端部分が前記ショットキーコンタクト層に接触するゲート電極と、前記ショットキーコンタクト層および前記キャップ層の前記溝に面する壁部と前記ゲート電極の前記下端部分よりも上方に位置する上方部分との間に挟まれた第2絶縁膜とを具備したことを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、ショットキーコンタクト層およびこのショットキーコンタクト層上に位置するキャップ層が形成された半導体基板と、前記ショットキーコンタクト層に接触するゲート電極と、前記キャップ層上に設けられたソース電極およびドレイン電極とを具備した半導体装置の製造方法において、前記ソース電極および前記ドレイン電極間に位置する前記キャップ層上に第1絶縁膜を堆積する第1工程と、前記第1絶縁膜の所定位置に第1開口を設け、前記第1開口を通してエッチングを行い、前記ショットキーコンタクト層の所定深さ部分まで達する溝を形成する第2工程と、この第2工程の後、第2絶縁膜およびレジスト膜を順に堆積する第3工程と、前記ショットキーコンタクト層に設けた前記溝上方の前記レジスト膜部分に第2開口を設ける第4工程と、前記第2開口を通して前記第2絶縁膜をエッチングし、前記ショットキーコンタクト層および前記キャップ層の前記溝に面する壁部に前記第2絶縁膜を残し、かつ、前記溝底面上に位置する前記第2絶縁膜の一部を除去する第5工程と、この第5工程で前記第2絶縁膜が除去された領域の前記ショットキーコンタクト層を所定深さまでエッチング除去し、前記溝を延長する第6工程と、この第6工程の後、前記第2絶縁膜が残された前記溝内に前記ゲート電極を埋め込み形成する第7工程とからなることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、ダブルへテロ構造PHEMTを例に取り、図1の工程図を参照して説明する。
【0014】
図1(a)に示すように、半絶縁性半導体基板(GaAs)11上に、MBE法またはMOCVD法により、バッファ層(たとえばGaAs)12および電子供給層(たとえばn−AlGaAs)13a、チャネル層(たとえばi−InGaAs)14、電子供給層(たとえばn−AlGaAs)13b、ショットキー接触を形成するショットキーコンタクト層(たとえばn−AlGaAs)15、不純物が高濃度にドープされオーム性接触を形成するキャップ層(たとえばn+GaAs)16が順に形成される。
【0015】
バッファ層12〜キャップ層16が形成された半導体基板11、たとえばそのキャップ層16上に、ソース電極Sおよびドレイン電極Dが形成される。ソース電極Sとドレイン電極Dに挟まれた領域のキャップ層上16に、たとえばSiNからなる第1絶縁膜17が100nm程度の厚さに堆積される。
【0016】
次に、図1(b)に示すように、第1レジスト膜18を全面に塗布し、その後、第1レジスト膜18の所定位置、たとえば第1絶縁膜17の上方部分に第1開口19を設ける。その後、第1開口19を利用して、たとえばRIE(反応性エッチング)により第1絶縁膜17を垂直エッチングし、第1開口19下方の第1絶縁膜17を除去し、絶縁膜開口17aを形成する。
【0017】
次に、図1(c)に示すように、第1開口19および絶縁膜開口17aを利用して、キャップ層16およびその下方に位置するショットキーコンタクト層15の一部をエッチング除去する。この場合、ショットキーコンタクト層15は、たとえばその所定深さd1部分がエッチング除去される。これにより、キャップ層16部分を貫通し、ショットキーコンタクト層15の所定深さd1部分まで伸びる溝20が形成される。
【0018】
次に、第1レジスト膜18を剥離した後、図1(d)に示すように、半導体基板11上の全面、たとえばソース電極Sやドレイン電極D、第1絶縁膜17の上面、および、キャップ層16やショットキーコンタクト層15の溝20に面した壁部を覆うように、たとえばSiNからなる第2絶縁膜21を100nm程度の厚さに堆積する。
【0019】
次に、第1図(e)に示すように、第2絶縁膜21上の全面に第2レジスト膜22を塗布した後、溝20上方の第2レジスト膜22部分に第2開口23を設ける。その後、第2開口23を利用して、たとえばRIEにより、第2絶縁膜21に対し100nm程度の厚さ分を垂直エッチングする。
【0020】
このエッチングで、たとえば溝20の底部中央部分の第2絶縁膜21が除去され、その除去部分21aにショットキーコンタクト層15が露出する。この場合、ショットキーコンタクト層15およびキャップ層16の溝20に面した壁部などに堆積した第2絶縁膜21bは、100nm程度の垂直エッチングに対しては十分な厚みを持っている。したがって、エッチング後も、溝20に面した壁部は第2絶縁膜21で覆われている。
【0021】
また、溝20周辺領域の上方部分も、第1絶縁膜17および第2絶縁膜21が重なって堆積され、100nm程度の垂直エッチングに対しては十分な厚みを持っている。したがって、第2レジスト膜22の第2開口23に位置ずれが生じ、溝20を囲む壁部の一部が第2開口23の下方に位置しても、その壁部、たとえばキャップ層16は第2絶縁膜21に覆われた状態が確保される。
【0022】
次に、図1(f)に示すように、ショットキーコンタクト層15をさらに所定深さd2だけエッチングし、溝20を延長する。その後、延長した溝20を埋め込むようにして、たとえばリフトオフ法でゲート電極Gを形成し、HEMTが完成する。
【0023】
上記した構成によれば、ゲート電極Gは、たとえばその下端部分がショットキーコンタクト層15に接触する。また、下端部分よりも上方に位置する上方部分G1は、キャップ16層およびショットキーコンタクト層15の溝20に面する壁部との間に、第2絶縁膜21が挟まれた構造になる。したがって、PHEMTなどの動作に必要とされる十分なゲート耐圧が確保される。同時に、アンドープ層などを設ける必要がないため、ソース抵抗が低減する。
【0024】
上記の実施形態は、ダブルへテロ構造PHEMTの場合で説明している。しかし、この発明は、ヘテロ構造の積層構成に限るものではなく、それ以外の構成に対しても適用できる。
【0025】
上記した構成によれば、ゲート耐圧を確保するとともに、ソース抵抗が低減し、HEMTなどの高性能化が達成される。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート耐圧を確保し、ソース抵抗を低減した半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を説明するための工程図である。
【図2】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
11…半絶縁性半導体基板
12…バッファ層
13a、13b…電子供給層
14…チャネル層
15…ショットキーコンタクト層
16…n+キャップ層
17…第1絶縁膜
18…第1レジスト膜
19…第1開口
20…溝
21…第2絶縁膜
22…第2レジスト膜
23…第2開口
D…ドレイン電極
S…ソース電極
G…ゲート電極
Claims (2)
- ショットキーコンタクト層およびこのショットキーコンタクト層上に位置するキャップ層が形成された半導体基板と、前記キャップ層上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極および前記ドレイン電極間に位置する前記キャップ層上に堆積された第1絶縁膜と、この第1絶縁膜を貫通して前記ショットキーコンタクト層の所定深さ部分まで形成した溝に埋め込まれ、その下端部分が前記ショットキーコンタクト層に接触するゲート電極と、前記ショットキーコンタクト層および前記キャップ層の前記溝に面する壁部と前記ゲート電極の前記下端部分よりも上方に位置する上方部分との間に挟まれた第2絶縁膜とを具備したことを特徴とする半導体装置。
- ショットキーコンタクト層およびこのショットキーコンタクト層上に位置するキャップ層が形成された半導体基板と、前記ショットキーコンタクト層に接触するゲート電極と、前記キャップ層上に設けられたソース電極およびドレイン電極とを具備した半導体装置の製造方法において、前記ソース電極および前記ドレイン電極間に位置する前記キャップ層上に第1絶縁膜を堆積する第1工程と、前記第1絶縁膜の所定位置に第1開口を設け、前記第1開口を通してエッチングを行い、前記ショットキーコンタクト層の所定深さ部分まで達する溝を形成する第2工程と、この第2工程の後、第2絶縁膜およびレジスト膜を順に堆積する第3工程と、前記ショットキーコンタクト層に設けた前記溝上方の前記レジスト膜部分に第2開口を設ける第4工程と、前記第2開口を通して前記第2絶縁膜をエッチングし、前記ショットキーコンタクト層および前記キャップ層の前記溝に面する壁部に前記第2絶縁膜を残し、かつ、前記溝底面上に位置する前記第2絶縁膜の一部を除去する第5工程と、この第5工程で前記第2絶縁膜が除去された領域の前記ショットキーコンタクト層を所定深さまでエッチング除去し、前記溝を延長する第6工程と、この第6工程の後、前記第2絶縁膜が残された前記溝内に前記ゲート電極を埋め込み形成する第7工程とからなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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