JP2007053185A - オーミック電極、オーミック電極の製造方法、電界効果型トランジスタ、電界効果型トランジスタの製造方法、および、半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板16に形成されている第1の半導体層からなる電子走行層20と、電子走行層とヘテロ接合する第1の半導体層よりも電子親和力の小さい第2の半導体層を含む電子供給層22と、へテロ界面34近傍の電子走行層中に誘起されている2次元電子層36とを備えた構造体に設けられるオーミック電極62において、オーミック電極の、基板16の主面16a側の端部が、電子供給層を貫通してへテロ界面以上の深さの電子走行層中に配置されており、オーミック電極と電子走行層との間のコンタクト抵抗を、基板の主面側の端部66をヘテロ界面未満の深さに配置した場合よりも、減少させる。
【選択図】図1
Description
三好 実人 外7名,「100mm径エピタキシャルAlN/サファイアテンプレート上に作製したリセスオーミックAlGaN/AlN/GaN HEMT」,信学技報,ED2004−217,MW2004−224(2005−01),p.31−35
図1〜図12を参照して、実施の形態1のオーミック電極につき説明する。なお、図中、断面を表すハッチング等は省略してある。
(A1)まず、厚さが約600μmの単結晶Siからなる基板16を準備する。
(B1)まず、図4(B)に示した構造体を得る。すなわち、フォトリソグラフィー技術を利用して、オーミック電極形成予定領域63以外の電子供給層22の上面22aを、エッチング保護膜としてのフォトレジスト65で被覆する。
図12(A)に示すように、リセス領域64’の形状を調整することで、基板16の主面16aに向かうにしたがって、凸部68’の断面の幅が、徐々に小さくなっていく断面台形状のオーミック電極62’としてもよい。この場合、台形の両側の斜面62b’,62b’が、2次元電子層36と接触する。
図12(B)に示すように、基板16の主面16aに向かうにしたがって、凸部68’の断面の幅が、徐々に小さくなっていく断面楔型のオーミック電極62’としてもよい。この場合、楔の両側の斜面62c’,62c’が、2次元電子層36と接触する。
図12(C)に示すように、オーミック電極62’の一方の側面62a’のみを斜めに切断したような断面形状のオーミック電極62’としてもよい。この場合、ヘテロ界面34に対して傾斜した切断面62d’および他方の側面62a’が、2次元電子層36と接触する。
図13〜図18を参照して実施の形態2の電界効果型トランジスタ(HEMT)および電界効果型トランジスタの製造方法につき説明する。図13は、この実施の形態のHEMTの断面切り口を示す図である。図14(A)〜(C)は、HMETの製造方法の説明に供する、断面切り口で示す工程図である。図15(A)〜(C)は、比較用HEMTの断面切り口を示す図である。図16(A)〜(D)は、HEMTのI−V特性を示す図である。図17は、ゲート電圧を+2Vに固定した場合のドレイン電流の最大値と、リセスの深さとの関係を示す図である。図18は、HEMTの最大相互コンダクタンスとリセスの深さとの関係を示す図である。
(C1)まず、図14(A)に示した構造体を得る。すなわち、エピタキシャル基板12に、素子分離層38,38を形成する。より詳細には、素子分離層38,38の形成予定領域を除いた領域を、フォトレジスト等のイオン注入保護膜で被覆した上で、2次元電子層36を超える深さでArイオンをイオン注入する。この後、イオン注入保護膜を公知の方法で除去する。これにより、イオンが注入された領域で、電子供給層22および電子走行層20の結晶構造が破壊され、結果として、この領域が絶縁化し、素子分離層38,38が形成される。
図19〜図21を参照して、実施の形態3につき説明する。図19は、この実施の形態のHEMTの断面切り口を示す図である。図20は、この実施の形態のHEMTのI−V特性を示す図である。図21は、オーミック電極の断面TEM写真である。
12 エピタキシャル基板
14 FET構造体
16 基板
16a 主面
18 下地層
20 電子走行層
20a,22a,28a 上面
22 電子供給層
22b 下面
24 第1緩衝層
26 第2緩衝層
28 超格子層
30 スペーサ層
32 AlGaN層
34 ヘテロ界面
36 2次元電子層
38 素子分離層
40,40H1,40H2,40H3 ソース電極
42,42H1,42H2,42H3 ドレイン電極
44 ゲート電極
48,62,62’ オーミック電極
60 コンタクト抵抗低減用構造体
61 上部構造体
62CF1,62CF2,62CF3,48H1,48H2,48H3 電極
CF1,CF2,CF3 比較用構造体
40a,42a,64,64’,82 リセス
62a,62a’,64a 側面
62d’ 切断面
62b’,62c’ 斜面
64d 下端
65 フォトレジスト
66 下端部
67 金属膜層
68,68’ 凸部
68a,70a 平坦面
68b,70b 湾曲表面
68c 法線
68d 接平面
70 底面
72 抵抗評価用パターン
74,76,78 サブパターン
Claims (13)
- 基板の主面側に形成されている第1の半導体層からなる電子走行層と、
前記電子走行層とヘテロ界面においてヘテロ接合して、前記電子走行層上に形成された、前記第1の半導体層よりも電子親和力の小さい第2の半導体層を含む電子供給層と、
前記へテロ界面から前記電子走行層中にわたって誘起されている2次元電子ガスからなる2次元電子層と
を備えた構造体に設けられるオーミック電極において、
該オーミック電極の前記主面側の一端部が、前記電子供給層の上面から該電子供給層を貫通して前記へテロ界面以上の深さであって、かつ、前記電子走行層を越えない深さに配置されており、および、
その場合の前記オーミック電極と前記電子走行層との間のコンタクト抵抗は、前記主面側の一端部を前記電子供給層の上面から前記ヘテロ界面より浅い深さに配置した場合よりも、低い値となっていることを特徴とするオーミック電極。 - 前記主面側の一端部が前記2次元電子層と接触する深さに配置されており、
前記ヘテロ界面の深さにおいて、前記オーミック電極の表面の接平面と、前記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度の鋭角側が、0°より大きく、かつ、56°以下であることを特徴とする請求項1に記載のオーミック電極。 - 基板の主面側に形成されている第1の半導体層からなる電子走行層と、
前記電子走行層とヘテロ界面においてヘテロ接合して、前記電子走行層上に形成された、前記第1の半導体層よりも電子親和力の小さい第2の半導体層を含む電子供給層と、
前記へテロ界面から前記電子走行層中にわたって誘起されている2次元電子ガスからなる2次元電子層と
を備えた構造体に設けられるオーミック電極において、
該オーミック電極の前記主面側の一端部が、前記電子供給層の上面から該電子供給層を貫通して前記へテロ界面以上の深さであって、かつ、前記電子走行層を越えない深さに配置されており、および、
前記ヘテロ界面の深さにおいて、前記オーミック電極の表面の接平面と、前記ヘテロ界面の延在する面とのなす角度の鋭角側が、0°より大きく、かつ、56°以下であることを特徴とするオーミック電極。 - 前記オーミック電極の前記主面側の前記一端部は、当該オーミック電極の外側に向かって凸状の湾曲表面を有しており、および、前記オーミック電極は、該湾曲表面において、前記2次元電子層と接触していること特徴とする請求項2または3に記載のオーミック電極。
- 前記第1の半導体層は、不純物非導入のGaN層であり、および、
前記第2の半導体層は、不純物非導入のAlGaN層、
n導電型AlGaN層、又は、
不純物非導入の第1および第2のAlGaN層でn導電型AlGaN層を挟持した積層半導体層からなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のオーミック電極。 - 前記第1の半導体層が、前記2次元電子層に対応する領域がn導電型GaN層であり、
前記第2の半導体層は、不純物非導入のAlGaN層、
n導電型AlGaN層、又は、
不純物非導入の第1および第2のAlGaN層でn導電型AlGaN層を挟持した積層半導体層からなる
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のオーミック電極。 - 前記電子供給層は、AlN層をさらに備えており、
該AlN層は、前記電子走行層の上面に形成されており、および、
前記電子供給層は、前記AlN層上に形成されている
ことを特徴とする請求項5又は6に記載のオーミック電極。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のオーミック電極を備えた、電界効果型トランジスタであって、
ソース電極およびドレイン電極のいずれか一方または双方を、前記オーミック電極とすることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のオーミック電極を備えたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載のオーミック電極の製造方法であって、
前記構造体において、前記オーミック電極の形成予定領域を、前記電子供給層側から、前記へテロ界面以上の深さであって、かつ、前記電子走行層を越えない深さまでエッチングして、リセスを形成する工程と、
前記リセスを金属材料で埋め込む工程と、
前記リセスに埋め込まれた金属材料に熱処理を行う工程と
を備えることを特徴とするオーミック電極の製造方法。 - 前記リセスを形成する工程において、前記エッチングを、エッチングガスとして圧力が0.333〜13.332PaのBCl3を用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより行うことを特徴とする請求項10に記載のオーミック電極の製造方法。
- 請求項8に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
前記構造体の前記オーミック電極を形成する側の領域を絶縁化して素子分離用絶縁層を形成することによって、素子形成予定領域を画成する工程と、
前記素子形成予定領域のソースおよびドレイン電極の形成予定領域のいずれか一方または双方を、前記電子供給層側から、前記へテロ界面以上の深さであって、かつ、前記電子走行層を越えない深さまでエッチングして、リセスを形成する工程と、
前記リセスを金属材料で埋め込む工程と、
前記リセスに埋め込まれた金属材料に熱処理を行って、前記オーミック電極として形成する工程と
を備えることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。 - 前記リセスを形成する工程において、前記エッチングを、エッチングガスとして圧力が0.333〜13.332PaのBCl3を用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングにより行うことを特徴とする請求項12に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
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