JP2000208755A - 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタおよびその製造方法

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宏幸 正戸
Kaoru Inoue
薫 井上
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003Nitride compounds

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高出力、高周波数、高温でも適切に動作する
電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。 【解決手段】 基板1上にn型SiC層2を形成し、n
型SiC層2上に酸化膜を形成し、酸化膜7の一部を除
去することによりn型SiC層2の表面を露出させ、露
出したn型SiC層2の表面上にAlGaN層6を形成
し、AlGaN層6上にゲート電極5を形成し、AlG
aN層6近傍の酸化膜の2個所を除去することによりn
型SiC層2の表面に2個所の露出部を形成し、一方の
露出部にソース電極3を形成し、他方の露出部にドレイ
ン電極4を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果型トラン
ジスタおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】携帯電話等の無線通信技術の進歩ととも
に、ギガヘルツオーダーで動作するパワーデバイスや高
周波デバイスへの期待が高まってきている。従来、無線
通信の用途に用いる固体増幅素子は、Si等の半導体と
比べて低電界での飽和電子ドリフト速度が大きいGaA
s等の材料を用いたMESFETやHEMTが盛んに開
発され、実用化されてきた。
【0003】ところが、近年10Wないし100Wを超
える高周波・高出力デバイスが求められるようになって
きており、これにともなってGaAsデバイスの材料的
な特性に起因する問題が生じてきた。
【0004】まず、GaAsの熱伝導率が0.5W/K
cmと低いため、GaAsデバイスの発熱量が大きい。
したがって、GaAsデバイスを高出力化するとさらに
発熱量が増大するため、十分に放熱が行われなくなり、
GaAsデバイスの温度が上昇してしまう。その結果、
キャリア移動度が減少し、GaAsデバイスの動作速度
が減少するとともに、接合リーク電流が増大するために
電流暴走を引き起こし、ついにはGaAsデバイスが破
壊されてしまう。
【0005】また、GaAs材料の絶縁破壊電界が4×
105(V/cm)と小さいために、ゲート耐圧が小さ
く、GaAsデバイスに数十Vを超える電源電圧をかけ
ると、GaAsデバイスが破壊されてしまう。
【0006】そこで、これらの問題を解決するための半
導体材料としては、SiCやGaN系の材料が知られて
いる。SiC半導体の熱伝導率は4.9W/Kcmであ
り、また、絶縁破壊電界は3.5×106(V/cm)
と、それぞれGaAsに比べて約一桁大きい。さらにS
iCは、高電界での電子の飽和電子ドリフト速度が2×
107(cm/s)と速いことから、GaAsに代わる
次世代の大電力・高周波デバイス用の半導体材料として
期待される。
【0007】また、SiCは非常に安定な材料であるた
め、基板の成長や良好な半導体エピタキシャル膜を得る
ことが難しかったが、最近の研究により、基板成長技術
やエピタキシャル成長技術が進歩し、SiC材料を大電
力・高周波デバイスに用いる研究が行われている。
【0008】次に、SiC材料を用いた従来の電界効果
型トランジスタについて図面を用いて説明する。
【0009】図11は、従来のMES型の電界効果型ト
ランジスタの断面を示す。図11において、高抵抗のS
iC基板1上にn型SiC層2が形成されており、n型
SiC層2上にソース電極3、ドレイン電極4及びゲー
ト電極5が形成されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電界効果型トランジスタのn型SiC層2の表面は、非
常に結晶性が悪い。この理由について次に述べる。
【0011】SiCは、非常に安定な材料であるため、
通常の半導体プロセスに比べて高い温度での熱処理を必
要とする。
【0012】例えば、ゲート電極5にオーミックコンタ
クトをとるためのシンター温度は1000℃以上であ
り、n型SiC層2にイオン注入後に行うキャリアを活
性化させるためのアニール温度は1500℃以上であ
る。これらの熱処理により、n型SiC層2の表面は結
晶性が悪くなる。
【0013】また、電界効果型トランジスタにリセスエ
ッチング処理を行う場合、SiCが非常に安定な材料で
あるために、結晶性を悪化させやすいSF6やCF4等の
ガスにO2を混ぜたドライエッチング法や、溶融KOH
を用いたウエットエッチング法を用いなければならな
い。これらのエッチング処理によっても、n型SiC層
2表面の結晶性が悪くなる。
【0014】また、n型SiC層2の表面には、成長後
の降温過程で、成膜装置配管の残留ガスによる成長と考
えられる結晶性の悪いSiCが成長する。この結晶性の
悪いSiCを取り除くために、このSiC表面を酸化処
理した後、ウエットエッチングにより表面酸化膜ととも
にn型SiC層2の表面を除去して表面を清浄する必要
があった。
【0015】また、一般的に、金属と半導体とのショッ
トキー接合では、半導体が熱によって劣化しやすく、こ
の従来の電界効果型トランジスタにおいても、n型Si
C層2がゲート電極5に直接接しているために、n型S
iC層2が熱によって劣化する。
【0016】このように、n型SiC層2の表面には結
晶欠陥が発生しやすく、この欠陥上にゲート電極5を形
成すると、ゲート耐圧の劣化を引き起こしたり、電界効
果型トランジスタの高周波特性を大幅に劣化させる原因
となる。
【0017】本発明は、高出力・高周波・高温で適正に
動作する電界効果型トランジスタを提供することを目的
とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の電界効果型トラ
ンジスタは、基板と、前記基板上に形成されたn型Si
C層と、前記n型SiC層上に形成されたドレイン電極
およびソース電極と、前記n型SiC層上の前記ドレイ
ン電極とソース電極との間の部分に形成されたAlGa
N層と、前記AlGaN層上に形成されたゲート電極と
を有するものである。
【0019】本発明の電界効果型トランジスタにおける
n型SiC層は、AlGaN層に接しているため、高温
処理やエッチング処理を行っても、n型SiC層表面の
結晶性が保たれる。
【0020】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態におけ
る電界効果型トランジスタについて、図1ないし図3を
用いて説明する。
【0021】図1は、実施の形態における電界効果型ト
ランジスタを示すものである。図1において、高抵抗S
iCで構成された基板1上に、n型SiC層2が形成さ
れている。
【0022】n型SiC層2上には、ドレイン電極3、
ソース電極4が形成されており、ドレイン電極3とソー
ス電極4との間には、AlGaN層6が形成されてい
る。さらにAlGaN層6上には、ゲート電極5が形成
されている。
【0023】本発明の実施の形態における電界効果型ト
ランジスタは、従来の電界効果型トランジスタとは異な
り、n型SiC層2の表面は、半導体同士(n型SiC
層2とAlGaN層6)で接合するジャンクション形態
であるため、接合面における熱による劣化が起こりにく
く、高温動作にも特性劣化が起きない。
【0024】なお、本発明の電界効果型トランジスタ
は、他の実施の形態として、図2に示すように、基板1
とn型SiC層2との間にp型SiC層9を有するもの
や、図3に示すように、n型SiC層2とソース電極3
との間およびn型SiC層2とドレイン電極4との間に
n型SiC層2のキャリア密度よりも高いキャリア密度
を有するn型SiCキャップ層10を備たリセス型ゲー
ト構造を有するものや、p型SiC層9およびn型Si
Cキャップ層10の双方を有するものも同様に実施でき
る。これらの場合でも、n型SiC層2の表面はAlG
aN層6によって保護されているため、結晶性が悪化す
ることはない。
【0025】次に、実施の形態における電界効果型トラ
ンジスタの製造方法について図4ないし図10を用いて
説明する。
【0026】まず、図4に示すように、基板1上にエピ
タキシャル成長によりn型SiC層2を形成する。
【0027】次に、図5に示すように、ドライ酸素を用
いてn型SiC層2上に酸化膜7を形成する。そして図
6に示すように、フォトレジスト膜8をマスクとし、弗
化水素と弗化アンモニウムとの混合液をエッチング液と
して、酸化膜7の一部を除去し、n型SiC層2の表面
を露出させる。
【0028】次に、図7に示すように、露出部2a上に
CVD法等の気相成長によりAlGaN層6を選択的に
成長させる。
【0029】次に、図8に示すように、AlGaN層6
近傍の酸化膜7の2個所を、弗化水素及び弗化アンモニ
ウム混合液を用いて除去することによりn型SiC層6
の表面に2個所の露出部2bおよび露出部2cを形成す
る。その後、これらの露出部2b、2cにNi等のオー
ミック金属を蒸着し、リフトオフを行った後、オーミッ
クシンターを行うことにより、図9に示すようにオーミ
ックコンタクトのとれたソース電極3およびドレイン電
極4を形成する。このとき、n型SiC層2の表面はA
lGaN層6によって保護されているため、オーミック
シンター等の加熱処理を加えても、n型SiC層2表面
の結晶性が悪化することはない。
【0030】次に、図10に示すようにAlGaN層6
上にPd等の材料で構成されるゲート電極5を形成す
る。
【0031】最後に、酸化膜7を除去することにより電
界効果型トランジスタが完成する。
【0032】本実施の形態における電界効果型トランジ
スタは、n型SiC層2表面の結晶欠陥が非常に少な
く、結晶欠陥に起因するトラップ等が非常に少ない。こ
のため、良好な高出力・高周波特性を有する。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明の電界効果型トラ
ンジスタでは、ゲート電極とn型SiC層との間にAl
GaN層が形成されているために、ゲート電極下のn型
SiC層の表面にダメージや結晶欠陥に起因するトラッ
プ等の数が非常に少なくなる。
【0034】また、n型SiC層とAlGaN層とが、
半導体同士の接合で形成されるジャンクション形態を有
するため、熱によるn型SiC層の劣化が起こりにく
く、高温動作時にもトランジスタ特性の劣化が生じな
い。したがって、高出力・高周波・高温で安定して動作
する電界効果型トランジスタを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における電界効果型トラン
ジスタの断面図
【図2】本発明の他の実施の形態における電界効果型ト
ランジスタの断面図
【図3】本発明の他の実施の形態における電界効果型ト
ランジスタの断面図
【図4】本発明の実施の形態における電界効果型トラン
ジスタの製造工程を示す図
【図5】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す図
【図6】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す図
【図7】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す図
【図8】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す図
【図9】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す図
【図10】同電界効果型トランジスタの製造工程を示す
【図11】従来の電界効果型トランジスタの断面図
【符号の説明】
1 基板 2 n型SiC層 2a,2b,2c 露出部 3 ソース電極 4 ドレイン電極 5 ゲート電極 6 AlGaN層 7 酸化膜 8 フォトレジスト 9 p型SiC層 10 n型SiCキャップ層
フロントページの続き (72)発明者 西井 勝則 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内 Fターム(参考) 5F102 FA02 GB01 GC01 GD04 GJ02 GL02 GM04 GN02 GR04 GT01 HC02 HC11 HC15 HC19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、前記基板上に形成されたn型S
    iC層と、前記n型SiC層上に形成されたドレイン電
    極およびソース電極と、前記n型SiC層上の前記ドレ
    イン電極とソース電極との間の部分に形成されたAlG
    aN層と、前記AlGaN層上に形成されたゲート電極
    とを有することを特徴とする電界効果型トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記ドレイン電極と前記n型SiC層と
    の間、および前記ソース電極と前記n型SiC層との間
    にそれぞれn型SiCキャップ層を有し、前記n型Si
    Cキャップ層のキャリア濃度が前記n型SiC層のキャ
    リア濃度よりも高いことを特徴とする請求項1記載の電
    界効果型トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記基板が高抵抗SiCで構成されてい
    ることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電
    界効果型トランジスタ。
  4. 【請求項4】 前記基板と前記n型SiC層との間に形
    成されたp型SiC層を有することを特徴とする請求項
    1ないし請求項3のいずれかに記載の電界効果型トラン
    ジスタ。
  5. 【請求項5】 基板上にn型SiC層を形成し、酸化処
    理により前記n型SiC層上に酸化膜を形成し、前記酸
    化膜の一部を除去することにより前記n型SiC層の表
    面を露出させ、露出した前記n型SiC層の表面上にA
    lGaN層を形成し、前記AlGaN層上にゲート電極
    を形成し、前記AlGaN層近傍の前記酸化膜の2個所
    を除去することにより前記n型SiC層の表面に2個所
    の露出部を形成し、一方の露出部にソース電極を形成
    し、他方の露出部にドレイン電極を形成することを特徴
    とする電界効果型トランジスタの製造方法。
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