JPH05166844A - ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法

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JPH05166844A
JPH05166844A JP32900791A JP32900791A JPH05166844A JP H05166844 A JPH05166844 A JP H05166844A JP 32900791 A JP32900791 A JP 32900791A JP 32900791 A JP32900791 A JP 32900791A JP H05166844 A JPH05166844 A JP H05166844A
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
type
inalas
schottky
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Pending
Application number
JP32900791A
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English (en)
Inventor
Yasuo Ashizawa
康夫 芦沢
Shigeya Narizuka
重弥 成塚
Shinobu Fujita
忍 藤田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】優れたプロセス制御性をもって高いショットキ
ー障壁高さを持つゲート電極を有するヘテロ接合電界効
果トランジスタの製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】InP基板111上に、アンドープInGaA
sチャネル層113、n型InAlAs電子供給層11
5、アンドープInAlAsショットキーコンタクト層
116、n型InGaAsオーミックコンタクト層11
7を順次成長させ、ソース,ドレイン電極118,11
9を形成した後、ゲート領域のオーミックコンタクト層
117をリセスエッチングし、露出したInAlAsシ
ョットキーコンタクト層116の表面をp型層122に
変成させた後、ショットキーゲート電極123を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ショットキーゲート電
極を持つヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】ヘテロ接合電界効果トランジスタの一つ
として、二次元電子ガスを利用した高電子移動度トラン
ジスタ(HEMT)が知られている。これは、ノンドー
プのチャネル層と、これよりバンドギャップが大きくか
つ不純物がドープされた電子供給層との積層構造を利用
する。チャネル層の電子供給層との界面には、両者のバ
ンド構造の相違によって二次元電子ガスが形成される。
この二次元電子ガスをキャリアとして高い電子移動度を
有するチャネル層を走行させることにより、高速性能を
発揮することができる。
【0003】高性能のHEMTを実現するためには、二
次元電子ガスを構成する半導体層の組み合わせとして、
大きな伝導帯不連続を有する材料を用いること、チャネ
ル層には電子移動度または電子飽和速度が大きい材料を
選ぶこと、が必要である。この様な観点から、これまで
に、AlGaAs/GaAs系、AlGaAs/InG
aAs系、InAlAs/InGaAs系のHEMTが
開発されている。
【0004】HEMTのゲートにはショットキーゲート
が用いられるが、実際のトランジスタ動作においてはゲ
ートの耐圧および逆バイアス時のリーク電流が大きな問
題になる。一つの実用的目安は、ゲート逆バイアス5V
でリーク電流が10μA以下である。AlGaAs/G
aAs系HEMTや、AlGaAs/InGaAs系H
EMTでは、ショットキーゲート電極がAlGaAs層
上に形成されるためにショットキー障壁高さを比較的大
きく確保できる。したがって上述したリーク電流に関す
る仕様を満たすことができる。
【0005】しかしながら、InAlAs/InGaA
s系のHEMTではまだリーク電流が大きい。この系の
HEMTではショットキーゲート電極がInAlAs層
に形成されるが、そのショットキー障壁高さは理想的な
状態でも0.6〜0.7Vであって、AlGaAs上の
ショットキーゲート電極に比べて小さい。またショット
キーコンタクト層であるInAlAs層としてはノンド
ープ層が用いられるが、残留不純物濃度が十分低くでき
ず、また深い準位が多い等結晶品質も劣る。このため、
実効的なショットキー障壁高さは印加ゲート電界が大き
くなるにつれて低下して、リーク電流が大きくなる。こ
の様な問題を解決するため、二種類の方法が提案されて
いる。これを、図3および図4に示す。
【0006】図3は、n型InAlAs層35の上にこ
れより大きいショットキー障壁高さを得ることができる
別材料層(図では、AlGaAs層36)を形成する方
法である。AlGaAs層の他、GaAs層、InPよ
り格子定数を小さくしたInAlAs層等の利用も考え
られる。この手法は、特開昭64−36080号公報に
示されている。
【0007】しかしこの手法は、InAlAs層上に格
子定数の異なる別材料層を積層するために、転位等の結
晶欠陥を生じる臨界膜厚の制約があること、プロセスが
複雑になること等、実用上問題が多い。
【0008】図4は、n型InAlAs層45の上にp
型InAlAs層46を積層することによって、表面の
ポテンシャルを引き上げる方法である。この構造を形成
するためには、n型InAlAs層45の上にp型In
AlAs層46を積層し、さらにその上にオーミックコ
ンタクト層であるn型InAlAs層を積層した構造を
用いる。p型InAlAs層46の厚さは、どれだけの
ポテンシャルを上げるかによって決るが、高々数nmであ
る。ショットキーゲート電極を形成するためには、オー
ミックコンタクト層であるn型InAlAs層のゲート
領域部分を除去するリセスエッチングを行う必要があ
る。この手法は特開昭64−77179号公報に示され
ている。
【0009】この手法では、ゲート電極部のリセスエッ
チングの工程でp型InAlAs層が露出した状態でエ
ッチングを終了させることが難しいという難点がある。
エッチングするのはn型であり、露出させるのはp型で
あるが、材料は同じであってエッチングレートに差はな
く、しかもp型層は薄いからである。またゲート電極形
成前に、ソース,ドレイン電極形成後のアロイ処理が通
常行われるが、この熱処理工程でp型InAlAs層の
不純物が拡散するため、所望のショットキー障壁高さを
得るためのごく薄いp型InAlAs層を制御性よく形
成することが難しい。更にp型層はソース,ドレイン領
域にも形成されるから、ソース抵抗,ドレイン抵抗を十
分小さくする上で障害になる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
InAlAs/InGaAs系のHEMTはショットキ
ー障壁高さが十分ではなく、高い障壁を得ようとすると
製造プロセスが複雑になったり、プロセスの制御性が低
下するといった問題があった。
【0011】本発明はこの様な事情を考慮してなされた
もので、簡単で優れた制御性を持ったプロセスで、高い
ショットキー障壁を確保することを可能としたヘテロ接
合電界効果トランジスタの製造方法を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によるヘテロ接合
電界効果トランジスタの製造方法は、基板上にチャネル
層となる第1の半導体層を形成し、その上に第1の半導
体層よりバンドギャップが大きく、第1の半導体層に対
して電子供給層となる第2の半導体層を形成し、その上
にショットキーコンタクト層となる第3の半導体層を形
成し、さらにその上にオーミックコンタクト層となる第
4の半導体層を形成した後、第4の半導体層上に少なく
ともゲート電極形成領域に開口を持つマスクをパターン
形成して第4の半導体層をリセスエッチングして第3の
半導体層を露出させ、その後露出した第3の半導体層表
面をp型層に変成させて、その表面にショットキーゲー
ト電極を形成することを特徴とする。
【0013】第3の半導体層表面をp型層に変成させる
方法としては、例えば、(1)リセスエッチング後にp
型ドーパントとなる元素を含む雰囲気にさらすことによ
り、薄いp型層を形成する方法、(2)ショットキーゲ
ート電極形成工程の初期にp型ドーパントを有する電極
材料を形成する方法、等がある。
【0014】
【作用】本発明によれば、ショットキー障壁高さを確保
するために格子定数の異なる材料層を形成する従来法の
ようにプロセス制御が複雑になることはない。また、ポ
テンシャルを上げるためのp型層をあらかじめエピタキ
シャル成長させ、リセスエッチングでp型層を露出させ
る従来法と異なり、本発明ではリセスエッチング後にp
型層を形成するため、高いプロセス制御性が得られる。
【0015】また本発明によると、ショットキーゲート
電極が形成されていないソース,ドレイン間の露出面も
p型層になるため、ソース,ドレイン間の表面リーク電
流が低減される。
【0016】更にあらかじめp型層がエピタキシャル形
成される従来法と異なり、ソース,ドレイン領域にp型
層は残らないから、低いソース抵抗,ドレイン抵抗が得
られる。
【0017】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。図1(a) 〜(c) は、本発明の一実施例による
InAlAs/InGaAs系HEMTの製造工程であ
る。
【0018】図1(a) に示すように、Feドープの半絶
縁性InP基板111上に、アントープInAlAsバ
ッファ層112、アンドープInGaAsチャネル層1
13、アンドープInAlAsスペーサ層114、n型
InAlAs電子供給層115、アンドープInAlA
sショットキーコンタクト層116、n型InGaAs
オーミックコンタクト層117を順次エピタキシャル成
長させる。このエピタキシャル成長には例えばMOCV
D法を用いる。
【0019】次に、図1(b) に示すように、オーミック
コンタクト層117上にオーミック金属を蒸着し、アロ
イ処理を施して、ソース,ドレイン電極118,119
を形成する。続いて全面にシリコン酸化膜等の絶縁膜1
20を形成し、この上にフォトリソグラフィにより、ゲ
ート領域に開口を有するレジストマスク121を形成す
る。そしてリセスエッチングを行って、ゲート領域のオ
ーミックコンタクト層117をエッチング除去し、In
AlAsショットキーコンタクト層116の表面を露出
させる。
【0020】その後レジストマスク121を除去して、
ウェハを水素雰囲気下のアニール炉に入れて、100〜
150℃にウェハを加熱した状態でジメチル亜鉛ガスを
水素希釈して流す。これにより、ジメチル亜鉛は分解し
てリセスエッチングにより露出しているInAlAsシ
ョットキーコンタクト層116の表面に微量堆積して、
p型層122が形成される。
【0021】続いて、図1(c) に示すように、Ti,P
t,Auを順次蒸着し、これを絶縁膜120を除去する
ことによりリフトオフ加工して、ショットキーゲート電
極123を形成する。
【0022】こうしてこの実施例によれば、ゲート電極
下にp型層を介在させることによりショットキー障壁高
さを高くしたInAlAs/InGaAs系HEMTが
得られる。しかも、p型層はリセスエッチングの後に形
成されるから、リセスエッチングのプロセス制御性は高
い。
【0023】なお実施例では、p型層形成のためにジメ
チル亜鉛ガスを用いたが、真空中でZn,Mg,Be等
のアクセプタ不純物を直接蒸着することによっても、同
様の構造が得られる。
【0024】図2は、本発明の別の実施例によるInA
lAs/InGaAs系HEMTである。エピタキシャ
ル成長工程、ソース,ドレイン電極形成工程、およびゲ
ート領域のリセスエッチング工程までは先の実施例と変
わらない。したがって先の実施例と対応する部分には先
の実施例と同一符号を付してある。
【0025】この実施例では、ショットキーゲート電極
下のp型層形成のために、最初のゲート電極材料にアク
セプタ不純物をドープしたのを用いる。すなわち、リセ
スエッチングにより露出したInAlAs層116上に
まず、Znを10%程度含有するTiZn膜124を数
オングストローム程度蒸着し、続いて先の実施例と同様
にTi,Pt,Auを順次蒸着してショットキーゲート
電極123を形成する。この金属蒸着の工程で、ウェハ
温度の上昇によって最初に形成したTiZn層124中
のZnが拡散して、InAlAs層116の表面部がp
型層122に変成する。
【0026】これにより、先の実施例と同様に、ショッ
トキーゲート電極/p型InAlAs/n型InAlA
sのゲート構造が得られる。この実施例によっても、先
の実施例と同様の効果が得られる。
【0027】実施例では、InAlAs/InGaAs
系HEMTを説明したが、本発明の方法はAlGaAs
系HEMT等、他の材料のHEMTにも同様に適用する
ことが可能である。また本発明は、HEMTに限られる
わけではなく、ショットキーゲート電極を用いる他のヘ
テロ接合電界効果トランジスタ、例えばMESFET等
にも同様に適用して効果が得られる。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ゲー
ト領域のリセスエッチング後に露出したショットキーコ
ンタクト層表面をp型に変成させることによって、高い
制御性をもってゲートリークの少ない優れた特性のヘテ
ロ接合電界効果トランジスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるInAlAs/InG
aAs系HEMTの製造工程を示す図。
【図2】別の実施例によるInAlAs/InGaAs
系HEMTを示す図。
【図3】従来例のInAlAs/InGaAs系HEM
Tを示す図。
【図4】従来例のInAlAs/InGaAs系HEM
Tを示す図。
【符号の説明】
111…半絶縁性InP基板、 112…アンドープInAlAsバッファ層、 113…アンドープInGaAsチャネル層、 114…アンドープInAlAsスペーサ層、 115…n型InAlAs電子供給層、 116…アンドープInAlAsショットキーコンタク
ト層、 117…n型InAlAsオーミックコンタクト層、 118,119…ソース,ドレイン電極、 120…絶縁膜、 121…レジストマスク、 122…p型層、 123…Ti/Pt/Auショットキーゲート電極、 124…TiZn層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にチャネル層となる第1の半導体層
    を形成する工程と、 前記第1の半導体層上に第1の半導体層よりバンドギャ
    ップが大きく、第1の半導体層に対して電子供給層とな
    る第2の半導体層を形成する工程と、 前記第2の半導体層上にショットキーコンタクト層とな
    る第3の半導体層を形成する工程と、 前記第3の半導体層上にオーミックコンタクト層となる
    第4の半導体層を形成する工程と、 前記第4の半導体層上にソース,ドレイン電極を形成す
    る工程と、 前記第4の半導体層上に少なくともゲート電極形成領域
    に開口を持つマスクをパターン形成して、前記第4の半
    導体層をリセスエッチングして、前記第3の半導体層を
    露出させる工程と、 露出した前記第3の半導体層表面をp型層に変成させる
    工程と、 p型層に変成させた前記第3の半導体層表面にショット
    キーゲート電極を形成する工程と、 を備えたことを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジ
    スタの製造方法。
JP32900791A 1991-12-12 1991-12-12 ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法 Pending JPH05166844A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001024000A (ja) * 1999-05-06 2001-01-26 Sony Corp 半導体装置とその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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