JPH05326563A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05326563A
JPH05326563A JP4128958A JP12895892A JPH05326563A JP H05326563 A JPH05326563 A JP H05326563A JP 4128958 A JP4128958 A JP 4128958A JP 12895892 A JP12895892 A JP 12895892A JP H05326563 A JPH05326563 A JP H05326563A
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gate
electrode
compound semiconductor
electrode portion
insulating film
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JP4128958A
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Cho Shimada
兆 嶋田
Mayumi Kamura
まゆみ 加村
Tatsuo Akiyama
龍雄 秋山
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/27Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
    • H10D64/311Gate electrodes for field-effect devices
    • H10D64/411Gate electrodes for field-effect devices for FETs

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は微細化に適したゲ−ト電極を有する化
合物半導体電界効果型トランジスタを提供することを目
的とする。 【構成】半絶縁性GaAs基板10上にアンド−プGa
As層11アンド−プAlGaAs層(図示せず)、n
形AlGaAs層12、n形GaAs層13が順次形成
され、メサエッチングされている。オ−ミックコンタク
トとなるドレイン電極15及びソ−ス電極16が形成さ
れる。ショットキ−ゲ−トとなるゲ−ト電極18はn形
AlGaAs層12とショットキ−障壁を直接形成する
ゲ−ト電極の下部電極部分とSiO2 膜14上に形成さ
れる上部電極部分とからなる。該上部電極部分はドレイ
ン電極部分のみに形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体電界効果型
トランジスタに関し、特にHEMT(HighElectron Mob
ility Trannsistor )等のゲ−ト電極に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体電界効果型トランジスタ
は、特に高周波通信に用いられている。従って、低雑音
であることが求められている。ここで、図10より従来
の化合物半導体電界効果型トランジスタの概略を示す。
半導体基板21は活性領域の電気的分離が行われている
ものとする。半導体基板21上に絶縁膜22を形成後、
オ−ミックコンタクトとなるドレイン電極23及びソ−
ス電極24と、ショットキ−ゲ−トとなるゲ−ト電極2
5が形成される。
【0003】ところが、近年の半導体装置の微細化に伴
い、ゲ−ト長が0.25μmまたは0.1μmである化
合物半導体電界効果型トランジスタが求められる。しか
しながら、同図に示されるようなトランジスタでは、ゲ
−ト電極25のゲ−ト抵抗が増大するため、低雑音性を
得ることが困難である。
【0004】そこで、従来においても図11に示される
ように、ゲ−ト電極25の断面形状をT字型とすること
で、ゲ−ト電極25の断面積を増加させてゲ−ト抵抗の
増大を抑制している。このような半導体装置の特性は、
一般的に次式で示される高周波雑音指数NFにより表す
ことができる。 1+2πKF ×f×Cgs×((Rs +Rg )/gm 1/2 F :フィッティング定数 f:動作周波数 Cgs:ゲ−ト・ソ−ス間容量 Rs :ゲ−ト・ソ−ス間抵抗 Rg :ゲ−ト抵抗 gm :トランスコンダクタンス
【0005】また、絶縁膜22上に形成された上部電極
部分のソ−ス電極24側に形成された上部電極部分の断
面積幅:W,ゲ−ト長:Lg ,絶縁膜22の膜厚:d,
真空誘電率:ε0 ,絶縁膜22の誘電率:εとする。
【0006】ここで、絶縁膜22上にゲ−ト電極25の
上部電極部分が形成されることによる容量の増加分ΔC
はΔC=ε0 ×ε×W×Lg /dであり、ゲ−ト・ソ−
ス間容量Cgsと並列に寄生容量が発生するため、T字型
の断面形状のゲ−ト電極25のゲ−ト・ソ−ス間容量C
gs´はCgs´=Cgs+ΔCである。また、T字型の断面
形状のゲ−ト電極25のゲ−ト抵抗Rg ´は、ゲ−ト電
極25の断面積が図10の場合のn倍とすると、Rg ´
=n-1g となる。
【0007】従って、図11の場合の高周波雑音指数N
Fは次のように表すことができる。 1+2πKF ×f×(Cgs+ΔC)×((Rs +n-1g )/gm 1/2 つまり、上部電極部分を絶縁膜22上のドレイン電極2
3及びソ−ス電極24の両側に形成させたT字型の断面
形状のゲ−ト電極25とすることにより、ゲ−ト抵抗R
g の減少を図ることができる。しかし、絶縁膜22上に
ゲ−ト電極25を形成するため、ゲ−ト・ソ−ス間容量
gsの増大を招き、高周波雑音指数NF値の低減が効果
的でない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、化合物
半導体電界効果型トランジスタのゲ−ト長の微細化に対
応して、上部電極部分を絶縁膜上に形成させたT字型の
断面形状のゲ−ト電極によりゲ−ト抵抗が低減される。
しかし、反面ゲ−ト・ソ−ス間容量Cgsが増大するた
め、より一層の高性能化を図るにはゲ−ト・ソ−ス間容
量Cgsの低減が必要である。それ故に、本発明は微細化
に適したゲ−ト電極を有する化合物半導体電界効果型ト
ランジスタを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】化合物半導体基板と、該
化合物半導体基板上に形成される絶縁膜と、該絶縁膜を
開口し上記化合物半導体基板とオ−ミック接触するソ−
ス及びドレイン電極と、上記絶縁膜を開口し上記化合物
半導体基板とショットキ−障壁を形成するゲ−ト電極と
からなる化合物半導体電界効果型トランジスタにおい
て、上記ゲ−ト電極は、上記化合物半導体とショットキ
−障壁を形成する下部電極部分と、該下部電極部分と連
続して上部に形成されかつ上記絶縁膜上に形成される上
部電極部分とからなり、該上部電極部分が上記ドレイン
電極側のみに形成されている。
【0010】
【作用】本発明によるゲ−ト電極を有する化合物半導体
電界効果型トランジスタによれば、ゲ−ト電極において
絶縁膜上に形成される上部電極部分はドレイン電極側の
みに形成する。つまり、ソ−ス電極側の絶縁膜上には形
成されないため、高周波雑音指数NFに影響を与えるゲ
−ト・ソ−ス間容量Cgsを低減させることができる。従
って、微細なゲ−ト長においても、ゲ−ト抵抗増大を抑
制しつつゲ−ト・ソ−ス間容量を増大することのないゲ
−ト電極を提供することが可能である。
【0011】
【実施例】本発明による一実施例について説明する。化
合物半導体電界効果型トランジスタ、例えばHEMT
(High Electron Mobility Trannsistor)に適用した場
合を図1乃至図8を参照して説明する。
【0012】HEMTのエピタキシャル構造は例えば、
半絶縁性GaAs基板10上にアンド−プGaAs層1
1を5000オングストロ−ム、アンド−プAlGaA
s層(図示せず)を30オングストロ−ム、Siド−プ
(2×10-18 cm-3)のn形AlGaAs層12を3
00オングストロ−ム、Siド−プ(3×10-18 cm
-3)のn形GaAs層13を1000オングストロ−ム
順次形成されたものである。言うまでもなく、二次元電
子ガス(図示せず)はGaAs/AlGaAs接合界面
のアンド−プGaAs層11側に形成されている。先
ず、素子間分離のためメサエッチングを施しデバイス活
性領域を設定する。その後、全面にCVD法によりSi
2 膜14を2000オングストロ−ム堆積させる。次
に、上記二次元電子ガスに対してオ−ミック接触するド
レイン電極15及びソ−ス電極16を形成する(図
1)。
【0013】ここで、ドレイン電極15及びソ−ス電極
16は次に示すように形成される。SiO2 膜14上に
レジストが塗布され、ドレイン電極15及びソ−ス電極
16となる領域の窓開けパタ−ンを該レジストに形成す
る。その後、SiO2 膜14を例えば、希HFでエッチ
ング除去する。次に、全面にオ−ミックメタルとして例
えば、AuGe(Ge12 wet%)を2000オングス
トロ−ム、Niを400オングストロ−ム順次真空蒸着
させる。不要なメタルを上記レジストと共に、有機溶剤
でリフトオフした後、例えばハロゲンランプ加熱(N2
中、500℃、5sec )により合金化熱処理を施し、ド
レイン電極15及びソ−ス電極16が形成される。但
し、ドレイン電極15及びソ−ス電極16を形成後、図
2の如くドレイン電極15及びソ−ス電極16上を含む
全面に、再度SiO2 膜14が形成される。
【0014】次に、EB(電子ビ−ム)用のレジスト1
7をSiO2 膜14上に例えば、膜厚0.3μm程度塗
布し、EB描画によりゲ−ト電極領域に幅0.1μmの
窓開けパタ−ンを形成する(図3)。
【0015】図3のようにパタ−ニングされたレジスト
17をマスクとして、SiO2 膜14をRIE(反応性
イオンエッチング)法により、CF4 /O2 =100/
10(SCCM)、パワ−100Wの条件のもとでエッチン
グ除去する。その後、レジスト17をO2 プラズマ処理
により剥離除去する(図4)。
【0016】再度レジスト17を塗布し、EB描画によ
りゲ−ト電極領域に、図4に示されるSiO2 膜14の
開口幅より広くかつドレイン電極15側に窓開けパタ−
ンを形成する。その後、この状態でリン酸系のエッチャ
ント液により、SiO2 膜14が開口され露出されてい
るn形GaAs層13をエッチング除去する。それによ
り、n形AlGaAs層12とショットキ−障壁を直接
形成するゲ−ト電極の下部電極部分の領域が設けられ
る。また、ゲ−ト電極の上部電極部分の領域はレジスト
17の開口部分である(図5)。
【0017】続いて、ゲ−ト金属、例えばTi(100
0オングストロ−ム),Pt(400オングストロ−
ム),Au(5000オングストロ−ム)を全面に順次
真空蒸着させ、リフトオフ法によりゲ−ト電極18を形
成する(図6)。
【0018】次に、例えば、Ti(1000オングスト
ロ−ム),Pt(4000オングストロ−ム),Au
(10000オングストロ−ム)を順次真空蒸着させ、
リフトオフ法によりパット電極19を形成する(図
7)。その後、プラズマSiNX を約1000オングス
トロ−ム堆積させ、パッシベ−ション膜20を形成する
(図8)。
【0019】上述のように形成された化合物半導体電界
効果型トランジスタの概略断面図を図9に示す。同図に
より明確なように、ゲ−ト電極18はゲ−ト長を決定す
る下部電極部分と、該下部電極部分と連続して上部に形
成されかつSiO2 膜14上に形成される上部電極部分
とからなり、該上部電極部分はドレイン電極15側のみ
に形成されている。つまり、ソ−ス電極16側には上記
上部電極部分は形成されていないため、高周波雑音指数
NFと密接な関係のあるゲ−ト・ソ−ス間容量Cgsの増
加分となるΔC=0とすることができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によるゲ−ト電極構造によれば、
ゲ−ト長の微細化に対応するためゲ−ト電極をT字型の
断面構造とすることにより発生するゲ−ト・ソ−ス間容
量の増加を防ぐことができる。従って、微細な化合物半
導体電界効果型トランジスタにおいても高周波雑音指数
NFをより一層低減でき、高性能化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による一実施例の製造工程を示す第一の
断面図である。
【図2】本発明による一実施例の製造工程を示す第二の
断面図である。
【図3】本発明による一実施例の製造工程を示す第三の
断面図である。
【図4】本発明による一実施例の製造工程を示す第四の
断面図である。
【図5】本発明による一実施例の製造工程を示す第五の
断面図である。
【図6】本発明による一実施例の製造工程を示す第六の
断面図である。
【図7】本発明による一実施例の製造工程を示す第七の
断面図である。
【図8】本発明による一実施例の製造工程を示す第八の
断面図である。
【図9】本発明による化合物半導体電界効果型トランジ
スタの概略断面図である。
【図10】従来における化合物半導体電界効果型トラン
ジスタの概略断面図である。
【図11】従来におけるT字型の断面形状のゲ−ト電極
を有する化合物半導体電界効果型トランジスタの概略断
面図である。
【符号の説明】
10…半絶縁性GaAs基板、11…アンド−プGaA
s層、12…n形AlGaAs層、13…n形GaAs
層、14…SiO2 膜 15…ドレイン電極、16…ソ−ス電極、17…レジス
ト、18…ゲ−ト電極 19…パット電極、20…パッシベ−ション膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板と、該化合物半導体基
    板上に形成された絶縁膜と、 該絶縁膜の開口を通して上記化合物半導体基板に設けら
    れたソ−ス及びドレイン電極と、 上記絶縁膜の開口を通して上記化合物半導体とショット
    キ−障壁を形成する下部電極部分と、該下部電極部分と
    連続して上部に形成され、かつ上記絶縁膜上に形成され
    る上部電極部分とからなるゲ−ト電極とを備え、 上記上部電極部分が非対称断面構造を有することを特徴
    とする化合物半導体電界効果型トランジスタ。
  2. 【請求項2】 上記上部電極部分は上記ドレイン電極側
    のみの上記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする
    請求項1記載の化合物半導体電界効果型トランジスタ。
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