JPH01101671A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01101671A
JPH01101671A JP62258438A JP25843887A JPH01101671A JP H01101671 A JPH01101671 A JP H01101671A JP 62258438 A JP62258438 A JP 62258438A JP 25843887 A JP25843887 A JP 25843887A JP H01101671 A JPH01101671 A JP H01101671A
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gate electrode
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layer
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gate
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Kazuhiko Onda
和彦 恩田
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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に関し、特にA I GaAS/ 
GaA3選択ドープ構造を有する電界効果トランジスタ
で代表されるヘテロ接合デバイス、すなわちHEMT(
高移動度トランジスタ)等の2次元電子ガス層を動作層
とする半導体装置に関する。
[従来の技術] 従来、HEMT等の半導体装置においては、不純物無添
加のGaAS半導体層と不純物添加のA I GaAS
混晶半導体層とのヘテロ界面に形成される2次元電子ガ
ス層を動作層として利用するために、基板上に前記Ga
As半導体層と前記A I GaAs半導体層を交互に
成長させることにより1層あるいは多層の前記2次元電
子ガス層を形成し、前記A I GaAs半導体層各層
中に埋め込まれた単一の、あるいは多数のゲート電極に
より前記各2次元電子ガス層における走行キャリアを制
御する構造がとられていた。
従来のHEMTにおいてゲート電極が半導体層に埋め込
まれている構造の一例を第3図に示す。
ゲート電極35を不純物無添加のGaAs層32・、3
4あるいは不純物添加のAlGaAs層33に埋め込む
ことによる効用は、第1にはソース抵抗の改善であり、
第2には前記GaAs層32.34と前記A I Ga
As層33を交互に基板31上で成長させることで多層
の2次元電子ガス層40を形成させている場合、該2次
元電子ガス層40をチャネルとして動作させる際には、
単一あるいは多数のゲート電極を埋め込む方法が有効で
あると考えられる点である。
[発明が解決しようとする問題点] しかし、上記従来の構造のトランジスタは、ゲート電極
35の各2次元電子ガス層40側に生じる空乏層の幅を
変化させることによって、該2次元電子ガス層40にお
ける走行キャリアを制御するものでおるから、かかるゲ
ート電極35のドレイン側あるいはソース側の半導体は
本来不要であるばかりか、ソースとゲートとの間あるい
はドレインとゲートとの間の奇生容量として作用し、高
周波特性あるいは高速スイッチング特性に大きな欠点と
なる。
本発明は、上記問題点に鑑みて創案されたちので、ゲー
トとソースまたはドレインとの間の奇生容量を減少させ
ることかでき、電界効果トランジスタの高周波特性ある
いは高速スイッチング特性を改善した半導体装置を提供
することを目的とする。
[問題点を解決づるための手段] 本発明は、電子親和力に差のおる相異なる半導体層間の
、電子親和力が大なる半導体層側に、前記半導体層間の
ヘテロ界面沿いに形成された2次元電子ガス層を1層ま
たは2層以上と、この2次元電子ガス層を流れる電流を
取出す合金電極とを有し、かつ前記半導体層に埋設され
た1個または2個以上のゲート電極を備えてなる半導体
装置において、ゲート電極のソース側側面およびドレイ
ン側側面に前記半導体層よりも比誘電率の小なる絶縁物
で形成された側壁を備えてなることを特徴とする半導体
装置である。
本発明において、半導体層よりも比誘電率の小なる絶縁
物としては、たとえば二酸化シリコンがあげられる。
[作用] 本発明は、2次元電子ガス層を動作層とする埋め込みゲ
ート電極を備えた電界効果1トランジスタにおいて、前
記ソースとゲートとの間あるいはドレインとゲートとの
間の寄生容量を減少させるためにゲート電極のソース側
の側面と、ゲート電極のドレイン側の側面に比誘電率の
小さな絶縁物で形成された側壁を設けることによって動
作の高周波化を図ったものでおる。
従来は、埋め込まれたゲート電極のソース側およびドレ
イン側の両側面における奇生容量がゲート電極と接して
いるGaAs層あるいはAIGaAS層の生み出すもの
として無視できぬ大きざであったが、本発明による電界
効果トランジスタにおいてはゲート電極におけるソース
側およびトレイン側の側面に比誘電率の小さな絶縁物、
たとえばシリコン酸化膜が配置されているため、従来に
比へ前記奇生容量が大幅に改善される。GaASおよび
A I GaAsの比誘電率は12.5〜13.0であ
るが5i02の比誘電率は3.5〜4.0とGaAsお
よびA I GaAsのそれと比べてほぼ173以下の
値を示しており、電界効果トランジスタとしての高周波
特性の改善に大きく寄与する。
[実施例] 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は本発明による電界効果トランジスタの一実施例
を示す縦断面図である。第1図において、1は半絶縁性
GaAs基板、2および4は不純物無添加GaAs半導
体層、3は不純物添加A I GaAs半導体層、5は
ゲート電極、6はソース電極、7はソース領域、8はド
レイン電極、9はトレイン領域、10は2次元電子ガス
層、11は5i02側壁でおる。本実施例に示す電界効
果トランジスタは基本的には2層の不純物無添加のGa
As半導体層2,4の間に不純物をドープしたAIGa
AS半導体層3を挟み、該A I GaAS半導体層3
中にゲート電極5を埋設した構造をしている。この構造
においては2層のGaAS半導体層2,4とA I G
aAS半導体層3との界面に2次元電子ガス層10が形
成される。該A I GaAs半導体層3に埋め込まれ
たゲート電極5の周囲の空乏層は動作電圧により上下方
向に広がり、2層の前記2次元電子ガス層10のキャリ
ア蓄積状態を同時に制御する。従って、この埋め込みゲ
ート電極構造は、従来のHEMTに比べて制御可能な電
流量を向上させ得ると共に、高い相互コンダクタンスを
得ることが可能となる。第1図中で示すゲート電極5の
ソース側およびドレイン側の側面に設けられたシリコン
酸化膜の側壁11が本発明の絶縁体側壁で、この側壁1
1の存在によりゲート・ソース間の寄生容Nおよびゲー
ト・トレイン間の奇生容量の削減が行われ、電界効果ト
ランジスタとしての高周波特性および高速スイッチング
特性が改善される。
次に、上記側壁を備えた埋め込みゲート電極の製造工程
の一例を第2図(a)〜(d)の各図により説明する。
各図は、半絶縁性GaAs基板21上に、例えば有機金
属化学堆積法により成長させた不純物無添加のGaAs
半導体層あるいは不純物添加のA I GaAs半導体
層22にゲート電極23を埋め込む場合を説明するもの
でおる。ゲート電極23の材料としてはタングステンシ
リサイド等の金属おるいは金属化合物を用い、スパッタ
あるいは電子ビーム蒸着またはCVD法によって第2図
(a)に示す如く、厚さ400人で付着させ、例えばプ
ラズマエツチング法あるいはリフトオフ法によって金属
幅が5000八以下となるようにゲート電極23を形成
する。
この金属幅がすなわちゲート長に相当する。
ゲート電極23を形成した後、CVD法により、第2図
(b)に示す如く、全面にシリコン酸化膜24を400
人程度付着させ、CF4およびSF6の混合ガスによる
M I E (Magnetron Ion Etch
ina >法によりゲート電極23の上面およびGaA
s半導体層あるいはA I GaAs半導体層22表面
が現れる直前までシリコン酸化膜24のエツチングを行
う。その後、完全に表面が現れるまで過酸化水素と弗酸
の混合液によりシリコン酸化膜24のエツチングを行う
。
その結果第2図(C)に示されるようにゲート電極23
の両側にシリコン酸化膜24の側壁25が形成される。
その後はゲート電極形成前と同様に、有機金属化学堆積
法によりGaAs半導体層あるいはAlGaAs半導体
層22の成長を再度打つ。n 選択成長に関しての有機
金属化学堆積法の有効性および再現性は′、例えば19
84年第45回応用物理学会14a−J−7で中村他に
より報告されており、また、金属ゲート電極の埋め込み
成長に関しては、特表昭56−500991 @公報に
おいてPBTの製造工程の中でCarl、0. Boz
ler他によって詳しく報告されている。ゲート電極2
3の材料としてはGaAsおよびエピタキシャル成長過
程中用いられる他の製品に対して充分不活性であること
からタングステンの有効性が指摘されている。しかしゲ
ート電極23としては金属おるいはその化合物の代りに
p型の不純物を高濃度に添加した低抵抗のGaAsを用
いても良い。
以上の工程によりGaAs半導体層あるいはAIGaA
S半導体層22中にシリコン酸化膜24に挟まれた形で
ゲート電極23を埋め込む操作が第2図(d)に示す−
ような形状で完了する。
なお、結晶系としてはGaAs/ A I GaAs系
を用いた事例を示したが、この他にInAlAs系 I
nAlAs系、InP/ InGaAS系等についても
本発明を実施することは可能でおる。また、本発明の実
施例は特定の値を用いて説明したが、これは理解を容易
にするためであり、例えばゲート電極の蒸着量が増加す
れば、シリコン酸化膜側壁の量も比例して増加させるこ
とは言うまでもなく、ゲート・ソース間およびゲート・
ドレイン間の奇生容量を十分に削減するだけの量であれ
ば良い。また、側壁として用いる材料も用いられるそれ
ぞれの半導体よりも比誘電率の小さい絶縁物ならばシリ
コン酸化物に限らない。
[発明の効果] 以上、説明したとおり、本発明によれば、2次元電子ガ
ス層をチャネルとして用い、かつその制御を半導体層中
に埋め込まれたゲート電極により行う電界効果トランジ
スタにおいて、ゲート電極のソース側の側面およびドレ
イン側の側面に比誘電率の小さな絶縁物で形成された側
壁を設けることにより、ゲートとソースとの間の容量お
よびゲ−トとドレインとの間の奇生容量を減少させるこ
とができ、電界効果トランジスタの高周波特性おるいは
高速スイッチング特性を改善した半導体装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図(a
)〜(d)は本発明の一実施例の製造工程の説明図、第
3図は従来例の縦断面図である。 1 、21.31 ・・・半絶縁性GaAs基板2、4
.32.34・・・不純物無添加GaAs半導体層3.
33・・・不純物添加AIGaAS半導体層5、23,
35.・・・ゲート電極 6.36・・・ソース電極  7,37・・・ソース領
域8.38・・・ドレイン電極 9,39・・・ドレイ
ン領域10、40・・・2次元電子ガス層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子親和力に差のある相異なる半導体層間の、電
    子親和力が大なる半導体層側に、前記半導体層間のヘテ
    ロ界面沿いに形成された2次元電子ガス層を1層または
    2層以上と、この2次元電子ガス層を流れる電流を取出
    す合金電極とを有し、かつ前記半導体層に埋設された1
    個または2個以上のゲート電極を備えてなる半導体装置
    において、ゲート電極のソース側側面およびドレイン側
    側面に前記半導体層よりも比誘電率の小なる絶縁物で形
    成された側壁を備えてなることを特徴とする半導体装置
    。
  2. (2)半導体層よりも比誘電率の小なる絶縁物が二酸化
    シリコンである特許請求の範囲第1項記載の半導体装置
    。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6893961B2 (en) 1999-09-01 2005-05-17 Micron Technology, Inc. Methods for making metallization structures for semiconductor device interconnects

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US6955979B2 (en) * 1999-09-01 2005-10-18 Micron Technology, Inc. Methods for making metallization structures for semiconductor device interconnects
US7071557B2 (en) 1999-09-01 2006-07-04 Micron Technology, Inc. Metallization structures for semiconductor device interconnects, methods for making same, and semiconductor devices including same

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