JP2003037116A - Semiconductor device and method for manufacturing the device - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the device

Info

Publication number
JP2003037116A
JP2003037116A JP2001220536A JP2001220536A JP2003037116A JP 2003037116 A JP2003037116 A JP 2003037116A JP 2001220536 A JP2001220536 A JP 2001220536A JP 2001220536 A JP2001220536 A JP 2001220536A JP 2003037116 A JP2003037116 A JP 2003037116A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor
forming
semiconductor layer
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001220536A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Toyama
隆之 遠山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2001220536A priority Critical patent/JP2003037116A/en
Publication of JP2003037116A publication Critical patent/JP2003037116A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which can be driven by single positive power supply voltage and whose gate length can be effectively reduced, and to provide a method for manufacturing the device. SOLUTION: This semiconductor device comprises a channel layer 14 for forming current channels, semiconductor layers 15, 16, 17, 18 and 19 formed on the channel layer 14, gate electrodes 21 formed on at least one of the semiconductor layers, and conductive impurity regions 20 formed in the semiconductor layers 15, 16, 17, 18 and 19 under the gate electrodes 21 to control the threshold of the current flowing through the channel layer 14. The semiconductor layer 15 in the region under the gate electrodes 21 is formed thinner compared with the thickness in the other region to suppress the conductive impurity regions 20 from spreading in the direction that the current channel is formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、複数の半
導体層の積層構造内部に電荷を高速走行可能に閉じ込め
た半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, a semiconductor device in which charges are confined inside a laminated structure of a plurality of semiconductor layers so that the charges can travel at high speed, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話などのマイクロ波高周波
帯を用いた通信システムの需要が急激に伸びてきてい
る。また、より高周波帯であるミリ波・準ミリ波帯を用
いた通信システムの開発も急ピッチで行われている。そ
れに伴い、高周波通信システムを構成するデバイスにお
いても、ゲート長を約0.1μm程度に短縮させたトラ
ンジスタやマイクロストリップライン、高誘電率キャパ
シタ等の開発が行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a rapid increase in demand for communication systems using microwave high frequency bands such as mobile phones. Further, development of a communication system using a millimeter wave / quasi-millimeter wave band, which is a higher frequency band, is also being rapidly developed. Along with this, also in devices constituting a high frequency communication system, a transistor, a microstrip line, a high dielectric constant capacitor and the like having a gate length reduced to about 0.1 μm are being developed.

【0003】そして、現在の移動体通信システム(マイ
クロ波高周波帯)の柱となるデバイスの一つであるパワ
ーアンプやスイッチICを例にとって述べると、単一正
電源駆動、低電圧駆動、高効率駆動のものが求められて
いる。同機能は、ミリ波・準ミリ波帯のパワーアンプや
スイッチICにおいても、基本的に要求されると考えら
れている。
Taking a power amplifier and a switch IC which are one of the pillar devices of the current mobile communication system (microwave high frequency band) as an example, a single positive power supply drive, a low voltage drive, and a high efficiency are described. Driven things are needed. It is considered that the same function is basically required also in power amplifiers and switch ICs in the millimeter wave / quasi-millimeter wave band.

【0004】現在、マイクロ波高周波帯に用いられてい
るパワーアンプ向けデバイスとしては、高効率駆動を目
指して、高電子移動度トランジスタ(HEMT : High
Electron Mobility Transistor)や、その変形事例とし
てエピタキシャル構造で、ある程度の格子不整合を許容
し更に高い電子移動度を実現する擬似格子接合高電子移
動度トランジスタ(PHEMT : Pseudomorphic HE
MT)等がある。これは、いずれもヘテロ接合構造を利
用して電流変調を行うものである。
At present, as a device for power amplifiers used in the microwave high frequency band, a high electron mobility transistor (HEMT: High) is aimed at high efficiency driving.
Electron Mobility Transistor) and a modified example of it, a pseudo-lattice junction high electron mobility transistor (PHEMT: Pseudomorphic HE) that allows a certain degree of lattice mismatch and realizes higher electron mobility with an epitaxial structure.
MT) etc. In each of these, current modulation is performed using a heterojunction structure.

【0005】図11に、上記のPHEMTの一構成例の
断面図を示す。図11に示すPHEMTは、半絶縁性単
結晶GaAsよりなる基板31の上に、不純物が添加さ
れていないGaAsよりなるバッファ層32を介して、
AlGaAsよりなる第1の障壁層33と、InGaA
sよりなるチャネル層34と、AlGaAsよりなる第
2の障壁層35が順次積層されている。各障壁層33,
35は、n型不純物を含むキャリア供給層33a,35
aと、高抵抗層33b,33cおよび35b,35cを
それぞれ有している。
FIG. 11 shows a sectional view of one structural example of the PHEMT. The PHEMT shown in FIG. 11 includes a substrate 31 made of semi-insulating single crystal GaAs, a buffer layer 32 made of GaAs to which impurities are not added, and
A first barrier layer 33 made of AlGaAs and InGaA
A channel layer 34 made of s and a second barrier layer 35 made of AlGaAs are sequentially stacked. Each barrier layer 33,
35 is a carrier supply layer 33a, 35 containing n-type impurities
a and high resistance layers 33b, 33c and 35b, 35c, respectively.

【0006】第2の障壁層35の上には、n型の不純物
を含有するn型GaAs層36を介して、絶縁膜37が
形成されている。絶縁膜37には開口部が形成されてお
り、当該開口部におけるn型GaAs層36上にソース
電極39aおよびドレイン電極39bが形成されてい
る。絶縁膜37の他の開口部には、ゲート電極38が形
成されており、ゲート電極38に電圧を印加するとソー
ス電極39aとドレイン電極39bとの間を流れる電流
が変調されるようになっている。
An insulating film 37 is formed on the second barrier layer 35 via an n-type GaAs layer 36 containing n-type impurities. An opening is formed in the insulating film 37, and a source electrode 39a and a drain electrode 39b are formed on the n-type GaAs layer 36 in the opening. A gate electrode 38 is formed in the other opening of the insulating film 37, and when a voltage is applied to the gate electrode 38, the current flowing between the source electrode 39a and the drain electrode 39b is modulated. .

【0007】上記のPHEMTでは、一般に、図11に
示すように、ソース電極39aおよびドレイン電極39
bの直下に、低オーミックコンタクト抵抗を実現するた
めのn型不純物が高濃度に導入されたn型GaAs層3
6が存在し、ゲート電極38の直下で当該n型GaAs
層36がエッチングされたリセス構造をとる。それによ
って、ゲート電極38の直下のチャネル層34の領域に
はキャリアが空乏化、あるいは他のチャネル領域に比べ
てキャリアが少ない領域が形成される。
In the PHEMT described above, generally, as shown in FIG. 11, a source electrode 39a and a drain electrode 39 are provided.
Immediately below b, an n-type GaAs layer 3 in which a high concentration of n-type impurities for realizing a low ohmic contact resistance is introduced.
6 exists, and the n-type GaAs is present just below the gate electrode 38.
The recess structure is formed by etching the layer 36. As a result, the region of the channel layer 34 immediately below the gate electrode 38 is depleted of carriers, or a region with less carriers is formed as compared with other channel regions.

【0008】このような構造を有するPHEMTでは、
ゲート電極38に正電圧を印加することでチャネル層3
4にキャリアが蓄積され、原理的にショットキー接合型
電界効果トランジスター(MES−FET:Metal Semi
conductor FET)に比べて、チャネルに蓄積されたキ
ャリアが、キャリア供給層35a,33aからの不純物
散乱を受けない事から、電子の移動度を高く保つことが
でき、パワーアンプの高効率化を目指す上で大きな利点
となっている。
In the PHEMT having such a structure,
By applying a positive voltage to the gate electrode 38, the channel layer 3
Carriers are accumulated in 4 and, in principle, Schottky junction field effect transistor (MES-FET: Metal Semi
Compared to a conductor FET), the carriers accumulated in the channel are not subjected to impurity scattering from the carrier supply layers 35a and 33a, so that the electron mobility can be kept high and the efficiency of the power amplifier is improved. It is a great advantage over.

【0009】一方、単一正電源駆動に関しては、ゲート
電極直下に第2導電型の不純物をドーピングすること
で、チャネル層の第1導電型の半導体とゲート直下の第
2導電型の半導体とのΦbi(ビルトインポテンシャ
ル)を大きくし、正の動作電源のみを用いることを可能
とする接合型電界効果トランジスタ(JFET:Juncti
onFET)が存在する。また、この時、Φbiを大きく
する為に、第2導電型の不純物(ゲート不純物)をドー
ピングするという手法以外に、ゲート直下の半導体層に
チャネル層よりもバンドギャップが大きい半導体を選択
するという手法があり、上記の図11に示したPHEM
Tはその手法を採用しているものである。
On the other hand, for driving a single positive power supply, by doping an impurity of the second conductivity type immediately below the gate electrode, a semiconductor of the first conductivity type in the channel layer and a semiconductor of the second conductivity type immediately below the gate are formed. Junction type field effect transistor (JFET: Juncti) that makes it possible to increase Φbi (built-in potential) and use only a positive operating power supply.
onFET) exists. At this time, in addition to the method of doping the second conductivity type impurity (gate impurity) in order to increase Φbi, a method of selecting a semiconductor having a bandgap larger than that of the channel layer in the semiconductor layer immediately below the gate. And the PHEM shown in FIG. 11 above.
T uses the method.

【0010】上記のJFETとPHEMTの利点を組み
合わせた接合型−擬似格子接合高電子移動度トランジス
タ(JPHEMT:Junction PHEMT)の一構成例
を図12に示す。
FIG. 12 shows an example of the structure of a junction-pseudo-lattice junction high electron mobility transistor (JPHEMT) that combines the advantages of the above JFET and PHEMT.

【0011】図12に示すJPHEMTは、半絶縁性単
結晶GaAsよりなる基板41の上に、不純物が添加さ
れていないGaAsよりなるバッファ層42を介して、
AlGaAsよりなる第1の障壁層43と、InGaA
sよりなるチャネル層44と、AlGaAsよりなる第
2の障壁層45が順次積層されている。各障壁層43,
45は、第1導電型(n型)の不純物を含むキャリア供
給層43a,45aと、高抵抗層43b,43cおよび
45b,45cをそれぞれ有している。
The JPHEMT shown in FIG. 12 comprises a substrate 41 made of semi-insulating single crystal GaAs, a buffer layer 42 made of GaAs to which impurities are not added, and
The first barrier layer 43 made of AlGaAs and InGaA
A channel layer 44 made of s and a second barrier layer 45 made of AlGaAs are sequentially stacked. Each barrier layer 43,
45 has carrier supply layers 43a and 45a containing first conductivity type (n-type) impurities, and high resistance layers 43b and 43c and 45b and 45c, respectively.

【0012】第2の障壁層45の上には、開口を有する
絶縁膜47が形成されており、当該開口部にソース電極
49aおよびドレイン電極49bが形成されている。絶
縁膜47の他の開口部には、ゲート電極48が形成され
ており、ゲート直下の第2の障壁層45内には、第2導
電型(p型)の不純物(Zn)が導入されたゲート不純
物領域50が形成されている。上記構成のJPHEMT
によっても、ゲート電極48に電圧を印加するとソース
電極49aとドレイン電極49bとの間を流れる電流が
変調されることとなる。
An insulating film 47 having an opening is formed on the second barrier layer 45, and a source electrode 49a and a drain electrode 49b are formed in the opening. A gate electrode 48 is formed in another opening of the insulating film 47, and a second conductivity type (p-type) impurity (Zn) is introduced into the second barrier layer 45 immediately below the gate. Gate impurity region 50 is formed. JPHEMT with the above configuration
Also, when a voltage is applied to the gate electrode 48, the current flowing between the source electrode 49a and the drain electrode 49b is also modulated.

【0013】上記構成のJPHEMTにおいては、ゲー
ト不純物領域50とチャネル層44との距離dが小さけ
れば小さいほど、チャネル層44を構成する半導体とゲ
ート直下のゲート不純物領域50とのΦbi(ビルトイ
ンポテンシャル)を大きくすることができ、正の動作電
源のみを用いることを可能とすることができる。
In the JPHEMT having the above structure, the smaller the distance d between the gate impurity region 50 and the channel layer 44, the smaller the diameter Φbi (built-in potential) between the semiconductor forming the channel layer 44 and the gate impurity region 50 immediately below the gate. Can be increased and only a positive operating power supply can be used.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ゲート不純物領域50を用いたJPHEMTでは、現行
のマイクロ波帯での単一正電源駆動、高効率駆動は可能
であるが、より高周波であるミリ波・準ミリ波帯の通信
向けにゲート長を0.1μm程度に短縮したトランジス
タを作製する際には、図12に示すように、ゲート不純
物領域50の横方向の広がりxの存在が相対的に大きく
なるために、従来型のHEMT程、ゲート長の短縮が効
果的に現れず、寄生容量や寄生抵抗の面で不利になると
いう問題が存在する。
However, in JPHEMT using the above-mentioned gate impurity region 50, single positive power supply drive and high efficiency drive in the existing microwave band are possible, but at a higher frequency in millimeters. As shown in FIG. 12, when a transistor having a gate length reduced to about 0.1 μm for communication in the millimeter wave / quasi-millimeter wave band is produced, the presence of the lateral spread x of the gate impurity region 50 is relatively large. Therefore, there is a problem that the shortening of the gate length does not appear as effectively as in the conventional HEMT, which is disadvantageous in terms of parasitic capacitance and parasitic resistance.

【0015】ここで、現行のJPHEMTは、ゲート不
純物領域50の作製をp型不純物(例えばZn)の気相
拡散で行っており、この場合、ゲート不純物領域50の
横方向の広がりxは、深さ方向への広がりと同じだけ存
在すると考えられる。なお、ゲート電極不純物領域50
の作製を、p型不純物のイオン注入およびその後の熱処
理で行う方法もあるが、本デバイスのようにエピタキシ
ャル構造を用いたデバイスの場合、その熱処理温度がエ
ピタキシャル基板作製温度付近になり、信頼性に問題が
発生する恐れがあり、実現が困難となっている。
Here, in the current JPHEMT, the gate impurity region 50 is manufactured by vapor phase diffusion of p-type impurities (for example, Zn). In this case, the lateral expansion x of the gate impurity region 50 is deep. It is thought that there is as much as the spread in the vertical direction. The gate electrode impurity region 50
There is also a method of manufacturing the device by ion implantation of p-type impurities and subsequent heat treatment. However, in the case of a device using an epitaxial structure such as this device, the heat treatment temperature is close to the epitaxial substrate manufacturing temperature, and reliability is improved. Problems may occur and it is difficult to realize.

【0016】また、従来型HEMTの場合は、ゲート不
純物領域50を用いないので、上記の問題がなく、電子
露光法を用いることによってゲート長を効果的に短縮で
きるが、ミリ波・準ミリ波帯のみならず、マイクロ波帯
のゲート長(0.5μm程度)においても、単一正電源
駆動をさせることが困難であるという問題が存在する。
In the case of the conventional HEMT, since the gate impurity region 50 is not used, the above problem does not occur, and the gate length can be effectively shortened by using the electron exposure method. There is a problem that it is difficult to drive a single positive power supply not only in the band but also in the microwave band gate length (about 0.5 μm).

【0017】すなわち、ミリ波・準ミリ波帯向けトラン
ジスタとして、単一正電源動作が可能で、電子露光法等
によってゲート長を効果的に短縮することができるトラ
ンジスタの開発が望まれている。
That is, as a transistor for the millimeter wave / quasi-millimeter wave band, it is desired to develop a transistor that can operate with a single positive power supply and can effectively reduce the gate length by an electron exposure method or the like.

【0018】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、単一正電源動作を可能にしつつ、
ゲート長を効果的に短縮することができる半導体装置お
よびその製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to enable a single positive power supply operation,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can effectively reduce the gate length and a manufacturing method thereof.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の半導体装置は、電流チャネルを形成するチ
ャネル層と、前記チャネル層上に形成された半導体層
と、少なくとも一部の前記半導体層上に形成されたゲー
ト電極とを有し、前記ゲート電極下における前記半導体
層に当該チャネル層を流れる電流のしきい値を制御する
導電性不純物領域が形成されている半導体装置であっ
て、前記ゲート電極下における前記半導体層が、他の領
域に比して薄く形成され、前記電流チャネルの形成方向
への前記導電性不純物領域の広がりが抑制されている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention comprises a channel layer forming a current channel, a semiconductor layer formed on the channel layer, and at least part of the semiconductor layer. A semiconductor device having a gate electrode formed on a semiconductor layer, wherein a conductive impurity region for controlling a threshold value of a current flowing through the channel layer is formed in the semiconductor layer below the gate electrode. The semiconductor layer under the gate electrode is formed thinner than the other regions, and the spread of the conductive impurity region in the formation direction of the current channel is suppressed.

【0020】前記ゲート電極を挟んで前記半導体層上に
互いに分離して形成されたソース電極およびドレイン電
極をさらに有し、前記ゲート電極、前記ソース電極およ
び前記ドレイン電極下における前記半導体層が、他の領
域に比して薄く形成されている。
The semiconductor device further includes a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer so as to be separated from each other with the gate electrode interposed therebetween, and the semiconductor layer below the gate electrode, the source electrode and the drain electrode is It is formed thinner than the region.

【0021】例えば、前記半導体層は、前記チャネル層
を構成する材料よりバンドギャップの大きい半導体によ
り形成されている。
For example, the semiconductor layer is formed of a semiconductor having a band gap larger than that of the material forming the channel layer.

【0022】例えば、前記半導体層は、前記チャネル層
に電荷を供給する第1導電型の不純物を含有するキャリ
ア供給層を含み、前記キャリア供給層と前記ゲート電極
間における前記半導体層に、第2導電型の前記導電性不
純物領域が形成されている。
For example, the semiconductor layer includes a carrier supply layer containing an impurity of the first conductivity type for supplying electric charges to the channel layer, and the semiconductor layer between the carrier supply layer and the gate electrode has a second layer. The conductive impurity region of the conductive type is formed.

【0023】例えば、前記チャネル層下に形成され、前
記チャネル層を構成する材料よりバンドギャップの大き
い半導体からなる第2の半導体層をさらに有する。この
場合、前記第2の半導体層は、前記チャネル層に電荷を
供給する第1導電型の不純物を含有するキャリア供給層
を含む。
For example, it further has a second semiconductor layer formed below the channel layer and made of a semiconductor having a bandgap larger than that of the material forming the channel layer. In this case, the second semiconductor layer includes a carrier supply layer containing an impurity of the first conductivity type that supplies charges to the channel layer.

【0024】上記の本発明の半導体装置によれば、ゲー
ト電極下における半導体層が、他の領域に比して薄く形
成されていることから、導電性不純物領域とチャネル層
との距離を所望の値にするための、導電性不純物領域の
深さ方向における広がりを小さくすることができ、その
結果、電流チャネルの形成方向への導電性不純物領域の
広がりも抑制されることとなる。従って、ゲート電極下
における半導体層に導電性不純物領域を形成して、チャ
ネル層を流れる電流のしきい値を制御しつつ、電流チャ
ネルの形成方向への導電性不純物領域の広がりが抑制さ
れる。
According to the above semiconductor device of the present invention, since the semiconductor layer under the gate electrode is formed thinner than the other regions, the distance between the conductive impurity region and the channel layer is desired. The spread of the conductive impurity region in the depth direction for reducing the value can be reduced, and as a result, the spread of the conductive impurity region in the formation direction of the current channel can be suppressed. Therefore, the conductive impurity region is formed in the semiconductor layer below the gate electrode, the threshold value of the current flowing through the channel layer is controlled, and the spread of the conductive impurity region in the formation direction of the current channel is suppressed.

【0025】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の半導体装置の製造方法は、チャネル層を形成する工
程と、前記チャネル層上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の一部に溝を形成する工程と、前記半導体
層の少なくとも前記溝に、前記チャネル層を流れる電流
のしきい値を制御する導電性不純物領域を形成する工程
と、少なくとも前記溝内にゲート電極を形成する工程と
を有する。
Further, in order to achieve the above object, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention comprises a step of forming a channel layer, and a step of forming a semiconductor layer on the channel layer.
Forming a groove in a part of the semiconductor layer; forming a conductive impurity region for controlling a threshold value of a current flowing in the channel layer in at least the groove of the semiconductor layer; And forming a gate electrode.

【0026】好適には、前記導電性不純物領域を形成す
る工程において、前記半導体層の全面に前記導電性不純
物領域を形成し、前記ゲート電極を形成する工程の後、
前記ゲート電極下における前記導電性不純物領域が形成
された前記半導体層を残して、他の領域における前記導
電性不純物領域が形成された前記半導体層を除去する工
程をさらに有する。
Preferably, in the step of forming the conductive impurity region, after the step of forming the conductive impurity region on the entire surface of the semiconductor layer and forming the gate electrode,
The method further includes removing the semiconductor layer having the conductive impurity region formed under the gate electrode, and removing the semiconductor layer having the conductive impurity region formed in another region.

【0027】例えば、前記他の領域における前記導電性
不純物領域が形成された前記半導体層を除去する工程に
おいて、前記ゲート電極をマスクとして、他の領域にお
ける前記導電性不純物領域が形成された前記半導体層を
エッチングにより除去する。
For example, in the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region in the other region is formed, the semiconductor in which the conductive impurity region in the other region is formed using the gate electrode as a mask. The layer is removed by etching.

【0028】例えば、前記導電性不純物領域を形成する
工程において、導電性不純物を気相拡散させて形成す
る。あるいは、前記導電性不純物領域を形成する工程に
おいて、導電性不純物をイオン注入して形成する。
For example, in the step of forming the conductive impurity region, the conductive impurity is formed by vapor diffusion. Alternatively, in the step of forming the conductive impurity region, the conductive impurity is formed by ion implantation.

【0029】前記他の領域における前記導電性不純物領
域が形成された前記半導体層を除去する工程の後に、前
記ゲート電極を挟んで前記半導体層上に互いに分離して
ソース電極およびドレイン電極を形成する工程をさらに
有する。
After the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in the other region, a source electrode and a drain electrode are formed on the semiconductor layer with the gate electrode sandwiched therebetween. It further has a process.

【0030】好適には、前記他の領域における前記導電
性不純物領域が形成された前記半導体層を除去する工程
の後、前記ソース電極およびドレイン電極を形成する工
程の前に、当該ソース電極およびドレイン電極を形成す
る領域における前記半導体層に溝を形成する工程をさら
に有し、前記ソース電極およびドレイン電極を形成する
工程において、前記溝内に前記ソース電極およびドレイ
ン電極を形成する。
Preferably, after the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in the other area and before the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain are concerned. The method further includes a step of forming a groove in the semiconductor layer in a region where an electrode is formed, and in the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are formed in the groove.

【0031】例えば、前記半導体層を形成する工程にお
いて、前記チャネル層を構成する材料よりバンドギャッ
プの大きい半導体により前記半導体層を形成する。
For example, in the step of forming the semiconductor layer, the semiconductor layer is formed of a semiconductor having a band gap larger than that of the material forming the channel layer.

【0032】例えば、前記半導体層を形成する工程にお
いて、前記チャネル層に電荷を供給する第1導電型の不
純物を含有するキャリア供給層を含む前記半導体層を形
成する。
For example, in the step of forming the semiconductor layer, the semiconductor layer including a carrier supply layer containing an impurity of the first conductivity type for supplying charges to the channel layer is formed.

【0033】上記の本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、チャネル層上の半導体層の一部に溝を形成し、半
導体層の少なくとも溝に、チャネル層を流れる電流のし
きい値を制御する導電性不純物領域を形成し、少なくと
も溝内にゲート電極を形成することで、ゲート電極下に
おける半導体層を、他の領域に比して薄くできる。従っ
て、導電性不純物領域とチャネル層との距離を所望の値
にするための、導電性不純物領域の深さ方向における広
がりを小さくすることができ、電流チャネルの形成方向
への導電性不純物領域の広がりが抑制されることとな
る。
According to the above-described method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a groove is formed in a part of the semiconductor layer on the channel layer, and the threshold value of the current flowing through the channel layer is controlled in at least the groove of the semiconductor layer. By forming the conductive impurity region to be formed and forming the gate electrode at least in the groove, the semiconductor layer below the gate electrode can be made thinner than other regions. Therefore, it is possible to reduce the spread of the conductive impurity region in the depth direction in order to set the distance between the conductive impurity region and the channel layer to a desired value, and to reduce the conductive impurity region in the direction of forming the current channel. The spread will be suppressed.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】図1は、本実施形態に係る半導体装置の一
構成例を示す断面図である。図1に示す半導体装置は、
例えば、半絶縁性の単結晶GaAsよりなる基板11の
上に、不純物が添加されていないundoped−Ga
Asよりなるバッファ層12を介して、III−V族化
合物半導体よりなる第1の障壁層13、チャネル層1
4、第2の障壁層15、第1のストッパ層16、第3の
障壁層17、第2のストッパ層18、第4の障壁層19
が形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing a structural example of the semiconductor device according to the present embodiment. The semiconductor device shown in FIG.
For example, on a substrate 11 made of semi-insulating single crystal GaAs, undoped-Ga to which impurities are not added is added.
A first barrier layer 13 made of a III-V group compound semiconductor and a channel layer 1 via a buffer layer 12 made of As.
4, second barrier layer 15, first stopper layer 16, third barrier layer 17, second stopper layer 18, fourth barrier layer 19
Are formed.

【0036】第4の障壁層19、第2のストッパ層1
8、第3の障壁層17には、第1のストッパ層16を露
出させる深さのゲート開口部Mが形成されており、当該
ゲート開口部Mに露出した第4の障壁層19、第2のス
トッパ層18、第3の障壁層17、および第1のストッ
パ層16と、第2の障壁層15には、第2導電型の不純
物がドーピングされたゲート不純物領域20が形成され
ている。なお、第4の障壁層19には、全面に第2導電
型の不純物がドーピングされてゲート不純物領域20と
なっていることから、図中、第4の障壁層19とゲート
不純物領域20とは一体として示してある。
The fourth barrier layer 19 and the second stopper layer 1
8. The gate opening M having a depth exposing the first stopper layer 16 is formed in the third barrier layer 17, and the fourth barrier layer 19 and the second barrier layer 19 exposed in the gate opening M are formed. In the stopper layer 18, the third barrier layer 17, the first stopper layer 16, and the second barrier layer 15, a gate impurity region 20 doped with an impurity of the second conductivity type is formed. Since the entire surface of the fourth barrier layer 19 is doped with the impurity of the second conductivity type to form the gate impurity region 20, the fourth barrier layer 19 and the gate impurity region 20 are different from each other in the figure. It is shown as one.

【0037】ゲート不純物領域20上には、ゲート電極
21が形成されており、第4の障壁層19および第2の
ストッパ層18は、ゲート電極下以外の領域において
は、除去されている。
A gate electrode 21 is formed on the gate impurity region 20, and the fourth barrier layer 19 and the second stopper layer 18 are removed in regions other than under the gate electrode.

【0038】第3の障壁層17には、適当な間隔を空け
て第1のストッパ層16を露出する2つの開口部が設け
られ、この開口部にソース電極22aとドレイン電極2
2bが形成されている。
The third barrier layer 17 is provided with two openings which expose the first stopper layer 16 at appropriate intervals, and the source electrode 22a and the drain electrode 2 are provided in the openings.
2b is formed.

【0039】以下、各層について詳細に説明する。第1
および第2の障壁層13,15は、チャネル層14を構
成する半導体よりも広いバンドギャップを有する半導体
で構成されている。例えば、Alx Ga1- x As混晶が
好ましく、通常アルミニウム(Al)の組成比は、x=
0.2〜0.3である。
Each layer will be described in detail below. First
The second barrier layers 13 and 15 are made of a semiconductor having a wider bandgap than the semiconductor of the channel layer 14. For example, Al x Ga 1- x As mixed crystal is preferable, and the composition ratio of aluminum (Al) is usually x =
It is 0.2 to 0.3.

【0040】また、この障壁層13,15は、基本的に
不純物を含まない高抵抗層であるが、チャネル層14か
ら約2〜4nm離れた所に、高濃度のn型不純物を含む
キャリア供給層13a,15aを有している。
The barrier layers 13 and 15 are basically high-resistance layers containing no impurities, but carrier supply containing high-concentration n-type impurities is provided approximately 2 to 4 nm away from the channel layer 14. It has layers 13a and 15a.

【0041】ここで、キャリア供給層13a,15a
は、例えば厚さが約4nmであり、n型不純物としてシ
リコン(Si)が1.0×1012〜2.0×1012/c
2 程度添加されている。
Here, the carrier supply layers 13a and 15a
Has a thickness of, for example, about 4 nm, and silicon (Si) as an n-type impurity is 1.0 × 10 12 to 2.0 × 10 12 / c.
m 2 is added.

【0042】キャリア供給層13a,15aとチャネル
層14の間の不純物を添加していない高抵抗層13b,
15bは、厚さが約2nm程度であり、チャネル層14
に蓄えられたキャリア(本構造の場合は電子)が、キャ
リア供給層13a,15aの不純物によって散乱を受け
ないようスペーサ層としての役割を有している。
The high resistance layer 13b between the carrier supply layers 13a and 15a and the channel layer 14 to which no impurities are added,
15b has a thickness of about 2 nm, and the channel layer 14
Carriers (electrons in the case of this structure) stored in (1) have a role as a spacer layer so as not to be scattered by impurities in the carrier supply layers 13a and 15a.

【0043】チャネル層14は、ソース電極22aとド
レイン電極22bとの間の電流経路であり、障壁層1
3,15を構成する半導体よりも狭いバンドギャップを
有する半導体により構成されている。例えば、Inx
1-x Asが好ましく、通常Inの組成比がx=0.1
〜0.2程度の不純物を添加していないundoped
−InGaAs混晶により構成される。これにより、チ
ャネル層14には、第1の障壁層13のキャリア供給層
13a、及び第2の障壁層15のキャリア供給層15a
から供給されたキャリアが蓄積されるようになってい
る。
The channel layer 14 is a current path between the source electrode 22a and the drain electrode 22b, and is the barrier layer 1
It is composed of a semiconductor having a bandgap narrower than that of the semiconductors forming the parts 3 and 15. For example, In x G
a 1-x As is preferable, and the composition ratio of In is usually x = 0.1.
Undoped without adding about 0.2 impurities
-InGaAs mixed crystal. As a result, in the channel layer 14, the carrier supply layer 13a of the first barrier layer 13 and the carrier supply layer 15a of the second barrier layer 15 are formed.
Carriers supplied from are accumulated.

【0044】第1のストッパ層16は、第3の障壁層1
7をエッチングする時に、エッチングを止める役割を果
たしている。例えば、第3の障壁層17がAlGaAs
により形成されている場合には、第1のストッパ層16
は、第3の障壁層17と組成比の異なるAlGaAsに
より形成される。
The first stopper layer 16 is the third barrier layer 1
It plays the role of stopping the etching when etching 7. For example, if the third barrier layer 17 is AlGaAs
If it is formed of, the first stopper layer 16
Are formed of AlGaAs having a composition ratio different from that of the third barrier layer 17.

【0045】第3の障壁層17は、チャネル層14を構
成する半導体よりも広いバンドギャップを有する半導体
で構成されている。例えば、Alx Ga1-x As混晶が
好ましく、通常アルミニウム(Al)の組成比は、x=
0.2〜0.3である。第3の障壁層17は、第2の障
壁層15と同一の半導体により形成されていることが好
ましい。
The third barrier layer 17 is composed of a semiconductor having a bandgap wider than that of the semiconductor forming the channel layer 14. For example, Al x Ga 1 -x As mixed crystal is preferable, and the composition ratio of aluminum (Al) is usually x =
It is 0.2 to 0.3. The third barrier layer 17 is preferably formed of the same semiconductor as the second barrier layer 15.

【0046】第2のストッパ層18は、ゲート不純物領
域20をパターニング形成する際に、第2のストッパ層
18上に存在するゲート不純物領域20(第4の障壁層
19でもある)をエッチングするため、このときのエッ
チングを止める役割を有している。例えば、第4の障壁
層19がAlGaAsにより形成されている場合に、第
2のストッパ層18は、第4の障壁層19と組成比の異
なるAlGaAsにより形成される。
The second stopper layer 18 is for etching the gate impurity region 20 (also the fourth barrier layer 19) existing on the second stopper layer 18 when the gate impurity region 20 is formed by patterning. , Has the role of stopping the etching at this time. For example, when the fourth barrier layer 19 is made of AlGaAs, the second stopper layer 18 is made of AlGaAs having a composition ratio different from that of the fourth barrier layer 19.

【0047】ゲート不純物領域20は、上述したよう
に、ゲート電極21下における、第4の障壁層19、第
2のストッパ層18、第3の障壁層17、第1のストッ
パ層16、第2の障壁層15に、p型不純物、例えば亜
鉛(Zn)が気相拡散によってドーピングされて形成さ
れている。ゲート不純物領域20は、例えば、ゲート電
極21の直下において50nmほどの深さにまで形成さ
れている。
As described above, the gate impurity region 20 has the fourth barrier layer 19, the second stopper layer 18, the third barrier layer 17, the first stopper layer 16, and the second barrier layer 19 under the gate electrode 21. The barrier layer 15 is formed by doping a p-type impurity such as zinc (Zn) by vapor phase diffusion. The gate impurity region 20 is formed right below the gate electrode 21 to a depth of about 50 nm, for example.

【0048】ゲート電極21は、基板側からチタン(T
i)、白金(Pt)および金(Au)を順次積層した構
成となっている。
The gate electrode 21 is made of titanium (T
i), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially laminated.

【0049】ソース電極22a及びドレイン電極22b
は、基板側から金ゲルマニウム(AuGe)、ニッケル
(Ni)及び金(Au)を順次積層して合金化したもの
により構成されており、第1のストッパ層16を介して
第2の障壁層15とオーミック接触している。
Source electrode 22a and drain electrode 22b
Is formed by sequentially stacking and alloying gold germanium (AuGe), nickel (Ni), and gold (Au) from the substrate side, and the second barrier layer 15 via the first stopper layer 16 Is in ohmic contact with.

【0050】本実施形態に係る半導体装置によれば、ゲ
ート電極直下における半導体層19,18,17には、
ゲート開口部Mが形成されていることから、ゲート不純
物領域20とチャネル層14との距離dを所望の値にす
るための、ゲート不純物領域20の深さ方向における広
がりを小さくすることができ、その結果、横方向におけ
るゲート不純物領域20の広がりを低減させることがで
きる。従って、より高周波であるミリ波・準ミリ波帯の
通信向けのトランジスタを作製するため、ゲート長を
0.1μm程度に短縮した場合にも、ゲート不純物領域
20の横方向の広がりの影響が低減され、ゲート長の短
縮が効果的に現れる。従って、ゲート不純物領域20に
よる単一正電源動作を可能にしつつ、ゲート長を効果的
に短縮することができる。
According to the semiconductor device of this embodiment, the semiconductor layers 19, 18 and 17 immediately below the gate electrode are
Since the gate opening M is formed, it is possible to reduce the spread in the depth direction of the gate impurity region 20 in order to set the distance d between the gate impurity region 20 and the channel layer 14 to a desired value. As a result, the spread of the gate impurity region 20 in the lateral direction can be reduced. Therefore, even if the gate length is shortened to about 0.1 μm in order to fabricate a transistor for communication in a higher frequency millimeter wave / quasi-millimeter wave band, the influence of the lateral extension of the gate impurity region 20 is reduced. This effectively reduces the gate length. Therefore, the gate length can be effectively shortened while enabling the single positive power supply operation by the gate impurity region 20.

【0051】また、第3の障壁層17は、ソース電極2
2aおよびドレイン電極22bの形成領域において開口
を有していることから、ソース電極22aおよびドレイ
ン電極22bとチャネル層14との距離は小さくなり、
寄生ソース・ドレイン抵抗を小さくすることができる。
The third barrier layer 17 is used as the source electrode 2
Since the opening is formed in the formation region of the 2a and the drain electrode 22b, the distance between the source electrode 22a and the drain electrode 22b and the channel layer 14 becomes small,
The parasitic source / drain resistance can be reduced.

【0052】さらに、ゲート電極21とソース・ドレイ
ン電極22a,22bの間における、チャネル層14上
に存在する障壁層17,15の膜厚を大きく保つことに
より、チャネル層14に有効に電荷を蓄積することがで
きる。
Furthermore, by keeping the film thickness of the barrier layers 17 and 15 existing on the channel layer 14 between the gate electrode 21 and the source / drain electrodes 22a and 22b large, charges are effectively accumulated in the channel layer 14. can do.

【0053】次に、上記の本実施形態に係る半導体装置
の製造方法について、図2〜図9を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

【0054】まず、図2(a)に示すように、半絶縁性
の単結晶GaAsよりなる基板11の上に、例えばMO
CVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法
により、不純物を添加しないundoped−GaAs
を、3〜5μm程度エピタキシャル成長させてバッファ
層12を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, for example, MO is formed on a substrate 11 made of semi-insulating single crystal GaAs.
Undoped-GaAs with no impurities added by CVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method
Is epitaxially grown to about 3 to 5 μm to form the buffer layer 12.

【0055】次に、図2(b)に示すように、バッファ
層12の上に、例えばMOCVD法により、不純物を添
加しないundoped−AlGaAsを、200nm
程度エピタキシャル成長させて高抵抗層13cを形成す
る。
Next, as shown in FIG. 2B, 200 nm of undoped-AlGaAs to which no impurities are added is formed on the buffer layer 12 by, for example, the MOCVD method.
The high resistance layer 13c is formed by epitaxial growth to some extent.

【0056】次に、図2(c)に示すように、高抵抗層
13c上に、例えばMOCVD法により、n型不純物と
してシリコンを添加したn型AlGaAsを、約4nm
程度エピタキシャル成長させてキャリア供給層13aを
形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, about 4 nm of n-type AlGaAs doped with silicon as an n-type impurity is formed on the high resistance layer 13c by, for example, MOCVD.
The carrier supply layer 13a is formed by epitaxial growth.

【0057】次に、図3(d)に示すように、キャリア
供給層13a上に、例えばMOCVD法により、不純物
を添加しないundoped−AlGaAsを、約2n
m程度エピタキシャル成長させて高抵抗層13bを形成
する。これにより、高抵抗層13c、キャリア供給層1
3a、高抵抗層13bからなる第1の障壁層13が形成
される。
Next, as shown in FIG. 3D, about 2n of undoped-AlGaAs, which is not doped with impurities, is formed on the carrier supply layer 13a by, for example, the MOCVD method.
The high resistance layer 13b is formed by epitaxial growth of about m. Thereby, the high resistance layer 13c and the carrier supply layer 1
The first barrier layer 13 composed of 3a and the high resistance layer 13b is formed.

【0058】次に、図3(e)に示すように、第1の障
壁層13上に、例えばMOCVD法により、不純物を添
加しないundoped−InGaAsを、約15nm
程度エピタキシャル成長させて、チャネル層14を形成
する。
Next, as shown in FIG. 3E, undoped-InGaAs without addition of impurities is deposited on the first barrier layer 13 by MOCVD, for example, to a thickness of about 15 nm.
The epitaxial growth is performed to some extent to form the channel layer 14.

【0059】次に、図3(f)に示すように、チャネル
層14上に、例えばMOCVD法により、不純物を添加
しないundoped−AlGaAsを、約2nm程度
エピタキシャル成長させて高抵抗層15bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, undoped-AlGaAs without addition of impurities is epitaxially grown to a thickness of about 2 nm on the channel layer 14 by MOCVD, for example, to form a high resistance layer 15b.

【0060】次に、図4(g)に示すように、高抵抗層
15b上に、例えばMOCVD法により、n型不純物と
してシリコンを添加したn型AlGaAsを、約4nm
程度エピタキシャル成長させてキャリア供給層15aを
形成する。
Next, as shown in FIG. 4G, about 4 nm of n-type AlGaAs doped with silicon as an n-type impurity is formed on the high resistance layer 15b by, for example, MOCVD.
The carrier supply layer 15a is formed by epitaxial growth to some extent.

【0061】次に、図4(h)に示すように、キャリア
供給層15a上に、例えばMOCVD法により、不純物
を添加しないundoped−AlGaAsを、約80
nm程度エピタキシャル成長させて高抵抗層15cを形
成する。これにより、高抵抗層15c、キャリア供給層
15a、高抵抗層15bからなる第2の障壁層15が形
成される。
Next, as shown in FIG. 4 (h), about 80 undoped-AlGaAs containing no impurities is formed on the carrier supply layer 15a by, for example, the MOCVD method.
The high resistance layer 15c is formed by epitaxial growth of about nm. As a result, the second barrier layer 15 including the high resistance layer 15c, the carrier supply layer 15a, and the high resistance layer 15b is formed.

【0062】次に、図5(i)に示すように、第2の障
壁層15上に、例えばMOCVD法により、後に形成す
る第3の障壁層17を構成するAlGaAsとは組成の
異なるAlGaAsを、約5nm程度エピタキシャル成
長させて、第1のストッパ層16を形成する。
Next, as shown in FIG. 5I, AlGaAs having a composition different from that of the AlGaAs forming the third barrier layer 17 to be formed later is formed on the second barrier layer 15 by, for example, the MOCVD method. , About 5 nm is epitaxially grown to form the first stopper layer 16.

【0063】次に、図5(j)に示すように、第1のス
トッパ層16上に、例えばMOCVD法により、第2の
障壁層15と同一の組成である不純物を添加しないun
doped−AlGaAsを、約80nm程度エピタキ
シャル成長させて、第3の障壁層17を形成する。
Next, as shown in FIG. 5J, an impurity having the same composition as that of the second barrier layer 15 is not added on the first stopper layer 16 by, for example, MOCVD.
Doped-AlGaAs is epitaxially grown to a thickness of about 80 nm to form the third barrier layer 17.

【0064】次に、図6(k)に示すように、第3の障
壁層17上に、例えばMOCVD法により、後に形成す
る第4の障壁層19を構成するAlGaAsとは組成の
異なるAlGaAsを、約5nm程度エピタキシャル成
長させて、第2のストッパ層18を形成する。
Next, as shown in FIG. 6K, AlGaAs having a different composition from the AlGaAs forming the fourth barrier layer 19 to be formed later is formed on the third barrier layer 17 by, for example, the MOCVD method. , About 5 nm is epitaxially grown to form the second stopper layer 18.

【0065】次に、図6(l)に示すように、第2のス
トッパ層18上に、例えばMOCVD法により、不純物
を添加しないundoped−AlGaAsを、所定の
膜厚でエピタキシャル成長させて、ゲート不純物領域を
作製するための第4の障壁層19を形成する。その後、
メサエッチングによりトランジスタを形成する領域以外
のエピタキシャル層を除去する事によって素子間分離を
行う。
Next, as shown in FIG. 6 (l), undoped-AlGaAs to which no impurity is added is epitaxially grown to a predetermined film thickness on the second stopper layer 18 by, for example, the MOCVD method to form a gate impurity. A fourth barrier layer 19 for forming the region is formed. afterwards,
The elements are separated by removing the epitaxial layer other than the region where the transistor is formed by mesa etching.

【0066】次に、図7(m)に示すように、第4の障
壁層19上に、図示しないレジストを塗布し、電子ビー
ム露光を用いてパターニングして、ゲート電極部に開口
を有するレジストパターンを形成し、当該レジストパタ
ーンをマスクとして、エッチングすることにより、第1
のストッパ層16を露出するゲート開口部Mを形成す
る。このときのエッチング工程としては、第4の障壁層
19をエッチングした後、第2のストッパ層18をエッ
チングし、さらに、第3の障壁層17をエッチングする
という工程を経る。
Next, as shown in FIG. 7 (m), a resist (not shown) is applied on the fourth barrier layer 19 and patterned by electron beam exposure to form a resist having an opening in the gate electrode portion. By forming a pattern and etching using the resist pattern as a mask, the first
A gate opening M exposing the stopper layer 16 is formed. As the etching step at this time, after the fourth barrier layer 19 is etched, the second stopper layer 18 is etched, and further the third barrier layer 17 is etched.

【0067】次に、図7(n)に示すように、ゲート開
口部Mを含めたウェーハ全面に、第2導電型の不純物と
して、p型不純物の亜鉛Znを気相拡散して、ゲート不
純物領域20を形成する。ここで、p型不純物のドーピ
ングをイオン注入で行うことも可能であるが、この場
合、高温熱処理によってドーピングした不純物を活性化
させる必要があるので、気相拡散の方が好ましい。ここ
で、気相拡散をする場合は、時間制御によって拡散深さ
を制御する。
Next, as shown in FIG. 7 (n), p-type impurity zinc Zn as a second conductivity type impurity is vapor-phase-diffused over the entire surface of the wafer including the gate opening M to form a gate impurity. A region 20 is formed. Here, it is possible to dope the p-type impurity by ion implantation, but in this case, vapor-phase diffusion is preferable because it is necessary to activate the doped impurity by high temperature heat treatment. Here, when vapor phase diffusion is performed, the diffusion depth is controlled by time control.

【0068】次に、図8(o)に示すように、ゲート不
純物領域20の全面に、ゲートメタルとして、Ti/P
t/Auをそれぞれ100nm/50nm/220nm
ずつ蒸着し、レジスト法および電子ビーム露光により、
ゲート電極部以外のゲートメタルをスパッタエッチング
しゲート電極21を形成する。
Next, as shown in FIG. 8O, Ti / P is formed as a gate metal on the entire surface of the gate impurity region 20.
t / Au is 100 nm / 50 nm / 220 nm, respectively
Each by vapor deposition, by the resist method and electron beam exposure,
The gate metal other than the gate electrode portion is sputter-etched to form the gate electrode 21.

【0069】次に、図8(p)に示すように、ゲート電
極21をマスクとして、ゲート電極部以外におけるゲー
ト不純物領域20(第4の障壁層19でもある)を、第
2のストッパ層18に到達するまでエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8P, with the gate electrode 21 as a mask, the gate impurity region 20 (which is also the fourth barrier layer 19) in a portion other than the gate electrode portion is covered with the second stopper layer 18. Etch until it reaches.

【0070】次に、図9(q)に示すように、ゲート電
極21をマスクとして、ゲート電極部以外における第2
のストッパ層18を、第3の障壁層17に到達するまで
エッチングする。
Next, as shown in FIG. 9 (q), by using the gate electrode 21 as a mask, a second portion other than the gate electrode portion is formed.
The stopper layer 18 is etched until it reaches the third barrier layer 17.

【0071】次に、図9(r)に示すように、ソース電
極部およびドレイン電極部に開口を有するレジストパタ
ーンRを形成し、両電極部における第3の障壁層17
を、第1のストッパ層16に到達するまでエッチング除
去する。
Next, as shown in FIG. 9 (r), a resist pattern R having openings in the source electrode portion and the drain electrode portion is formed, and the third barrier layer 17 in both electrode portions is formed.
Are removed by etching until they reach the first stopper layer 16.

【0072】以降の工程としては、レジストパターンR
を残したまま全面に、例えば金ゲルマニウム合金AuG
e、ニッケルNiおよび金Auを順次蒸着して金属層を
形成し、リフトオフ法によりレジストパターンRととも
に不要部分の金属層を除去して、電極形成部にのみ金属
層を残し、例えば400℃程度の熱処理により合金化さ
せソース電極22aおよびドレイン電極22bを形成す
ることで、図1に示した半導体装置を製造することがで
きる。
In the subsequent steps, the resist pattern R
On the entire surface, leaving gold germanium alloy AuG
e, nickel Ni, and gold Au are sequentially vapor-deposited to form a metal layer, and the resist pattern R and the unnecessary portion of the metal layer are removed by a lift-off method to leave the metal layer only in the electrode formation portion. By alloying by heat treatment to form the source electrode 22a and the drain electrode 22b, the semiconductor device shown in FIG. 1 can be manufactured.

【0073】上記の本実施形態に係る半導体装置の製造
方法では、ゲート電極21直下の半導体層19,18,
17に予め、電子ビーム露光法を用いたエッチングによ
りゲート開口部Mを形成しておくことで(図7(m)参
照)、ゲート不純物領域20とチャネル層14との距離
dを所定の大きさにするのに必要な、ゲート不純物領域
20のドーピング深さを小さくすることができる。この
結果、JHEMT(JHEMT:Junction High Electr
on Mobility Transistor)において、短ゲート長トラン
ジスタを作製する際に問題となってくる、ゲート不純物
領域20の横方向への広がりを小さく抑えることがで
き、ミリ波・準ミリ波帯の通信システムに対応した、短
ゲート長、単一正電源駆動トランジスタを作製すること
が可能となる。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment described above, the semiconductor layers 19 and 18 immediately below the gate electrode 21,
By previously forming the gate opening M in 17 by etching using the electron beam exposure method (see FIG. 7 (m)), the distance d between the gate impurity region 20 and the channel layer 14 is set to a predetermined value. It is possible to reduce the doping depth of the gate impurity region 20, which is necessary to achieve the above. As a result, JHEMT (JHEMT: Junction High Electr
On Mobility Transistor), lateral expansion of the gate impurity region 20, which is a problem when fabricating short gate length transistors, can be suppressed to a small level, and it is compatible with millimeter-wave / quasi-millimeter-wave band communication systems. In addition, it becomes possible to fabricate a transistor having a short gate length and a single positive power supply.

【0074】また、図12に示した従来の接合型トラン
ジスタでは、図10(a)に示すパターンで、窒化シリ
コンなどの絶縁膜47にゲート開口部Cを形成し、当該
絶縁膜をマスクとして気相拡散によりゲート不純物領域
50を形成し、ゲート開口部Cを被覆してゲート電極4
8を図10(b)に示すパターンで形成して、櫛形のパ
ターンを有するゲート電極48として使用する場合があ
る。この場合、図12は、図10(b)のA−A’線の
断面図に相当する。このとき、絶縁膜47のゲート開口
部C1とC2とでは、開口部の周囲に存在する絶縁膜4
7の面積の相違から、ゲート開口部にかかる応力が異な
ってくる。この結果、ゲート開口部に気相拡散を行って
ゲート不純物領域50を作製する際に、ゲート開口部に
かかる応力が位置によって異なってくるので、開口部間
によって拡散深さが異なってしまい、ゲートフィンガー
48a,48b間でしきい値がばらついてしまい、しき
い値電圧(Vth)の制御が困難になることがある。し
かし、本実施形態においては、上記の櫛型ゲートを採用
する場合においても、ゲート不純物領域20の作製は、
図7(m)に示したように、絶縁膜をマスクとせずに、
ウェーハ全面に気相拡散を行って形成するので、絶縁膜
の応力差の違いが引き起こす上記の問題が起こらず、歩
留りよくデバイスを作製することができる。
In the conventional junction type transistor shown in FIG. 12, the gate opening C is formed in the insulating film 47 such as silicon nitride in the pattern shown in FIG. 10A, and the insulating film is used as a mask. The gate impurity region 50 is formed by phase diffusion, the gate opening C is covered, and the gate electrode 4 is formed.
8 may be formed in the pattern shown in FIG. 10B and used as the gate electrode 48 having a comb-shaped pattern. In this case, FIG. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. At this time, in the gate openings C1 and C2 of the insulating film 47, the insulating film 4 existing around the openings is formed.
Due to the difference in the area of 7, the stress applied to the gate opening differs. As a result, when vapor phase diffusion is performed in the gate opening to form the gate impurity region 50, the stress applied to the gate opening varies depending on the position, so that the diffusion depth varies between the openings, and the gate The threshold value may vary between the fingers 48a and 48b, which may make it difficult to control the threshold voltage (Vth). However, in the present embodiment, even when the above comb-shaped gate is adopted, the gate impurity region 20 is manufactured by
As shown in FIG. 7 (m), without using the insulating film as a mask,
Since vapor phase diffusion is performed over the entire surface of the wafer, the above problems caused by the difference in stress difference between the insulating films do not occur, and devices can be manufactured with high yield.

【0075】本発明の半導体装置は、上記の実施形態の
説明に限定されない。例えば、本実施形態においては、
生産性および再現性の観点から、エッチングが必要な障
壁層17,19の下に、第1のストッパ層16と第2の
ストッパ層18の2つのストッパ層を設けて、安定した
デバイス構造の作製を実現しているが、これに限定され
ずに、通常のリセス構造におけるゲート開口部にp型の
不純物を拡散する構成も可能である。この場合には、例
えば、チャネル層上に障壁層を形成した後に、当該障壁
層にゲート開口部(溝)を形成し、全面にp型不純物を
導入してゲート不純物領域を形成し、当該ゲート開口部
にゲート電極を形成し、ゲート開口部以外の領域におけ
るゲート不純物領域を除去し、その後、ソース・ドレイ
ン電極を形成すればよい。
The semiconductor device of the present invention is not limited to the description of the above embodiment. For example, in this embodiment,
From the viewpoints of productivity and reproducibility, two stopper layers of the first stopper layer 16 and the second stopper layer 18 are provided below the barrier layers 17 and 19 that require etching to manufacture a stable device structure. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which p-type impurities are diffused into the gate opening in a normal recess structure is also possible. In this case, for example, after forming a barrier layer on the channel layer, a gate opening (groove) is formed in the barrier layer, and a p-type impurity is introduced into the entire surface to form a gate impurity region. The gate electrode may be formed in the opening, the gate impurity region in the region other than the gate opening may be removed, and then the source / drain electrodes may be formed.

【0076】また、例えば、バッファ層12、高抵抗層
13c、およびキャリア供給層13aを省略して、シン
グルヘテロ構造にしてもよい。さらに、本発明は、Ga
As系基板上のみならず、InP系基板上にも適応され
るものである。例えば、基板11がInPからなる場合
には、バッファ層12は不純物を添加しないInPによ
り形成し、高抵抗層(13b,13c,15b,15
c)は不純物を添加しないAlX In1-X As(x=
0.4〜0.5)により形成し、チャネル層14は、ア
ンドープのInX Ga1-X As(x=0.5〜0.6)
により形成し、キャリア供給層(13a,15a)はn
型のAlX In1-X As(x=0.4〜0.5)により
形成すればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々の変更が可能である。
Further, for example, the buffer layer 12, the high resistance layer 13c, and the carrier supply layer 13a may be omitted to form a single hetero structure. Furthermore, the present invention provides Ga
It is applicable not only to As-based substrates but also to InP-based substrates. For example, when the substrate 11 is made of InP, the buffer layer 12 is made of InP to which no impurities are added, and the high resistance layers (13b, 13c, 15b, 15) are formed.
c) is Al X In 1-X As (x =
Formed by 0.4 to 0.5), the channel layer 14 is undoped In X Ga 1-X As ( x = 0.5~0.6)
And the carrier supply layer (13a, 15a) is n
It may be formed of a type Al X In 1-X As (x = 0.4 to 0.5). Besides, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0077】[0077]

【発明の効果】本発明によれば、単一正電源動作を可能
にしつつ、ゲート長を効果的に短縮することができる。
According to the present invention, it is possible to effectively reduce the gate length while enabling a single positive power supply operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施形態に係る半導体装置の一構成例を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration example of a semiconductor device according to this embodiment.

【図2】本実施形態に係る半導体装置の製造において、
第1の障壁層のキャリア供給層の形成後の断面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment.
It is sectional drawing after formation of the carrier supply layer of a 1st barrier layer.

【図3】図2に続く、第2の障壁層の高抵抗層の形成後
の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 2 after formation of the high resistance layer of the second barrier layer.

【図4】図3に続く、第2の障壁層の形成後の断面図で
ある。
FIG. 4 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 3 after formation of a second barrier layer.

【図5】図4に続く、第3の障壁層の形成後の断面図で
ある。
5 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 4 after formation of a third barrier layer.

【図6】図5に続く、第4の障壁層の形成後の断面図で
ある。
6 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 5 after formation of a fourth barrier layer.

【図7】図6に続く、ゲート不純物領域の形成後の断面
図である。
7 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 6 after formation of a gate impurity region.

【図8】図7に続く、ゲート電極の形成後の断面図であ
る。
8 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 7 after formation of a gate electrode.

【図9】図8に続く、第3の障壁層へのソース・ドレイ
ン開口部の形成後の断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view subsequent to FIG. 8 after formation of source / drain openings in the third barrier layer.

【図10】本実施形態に係る半導体装置の製造方法の効
果を説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.

【図11】従来例に係るPHEMTの一構成例を示す断
面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration example of a PHEMT according to a conventional example.

【図12】従来例に係るJPHEMTの一構成例を示す
断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing one configuration example of JPHEMT according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…基板、12…バッファ層、13…第1の障壁層、
13a…キャリア供給層、13b,13c…高抵抗層、
14…チャネル層、15…第2の障壁層、15a…キャ
リア供給層、15b,15c…高抵抗層、16…第1の
ストッパ層、17…第3の障壁層、18…第2のストッ
パ層、19…第4の障壁層、20…ゲート不純物領域、
21…ゲート電極、22a…ソース電極、22b…ドレ
イン電極、31,41…基板、32,42…バッファ
層、33,43…第1の障壁層、33a,43a…キャ
リア供給層、33b,33c,43b,43c…高抵抗
層、34,44…チャネル層、35,45…第2の障壁
層、35a,45a…キャリア供給層、35b,35
c,45b,45c…高抵抗層、36…n型GaAs
層、37,47…絶縁膜、38,48…ゲート電極、3
9a,49a…ソース電極、39b,49b…ドレイン
電極、50…ゲート不純物領域。
11 ... Substrate, 12 ... Buffer layer, 13 ... First barrier layer,
13a ... Carrier supply layer, 13b, 13c ... High resistance layer,
14 ... Channel layer, 15 ... Second barrier layer, 15a ... Carrier supply layer, 15b, 15c ... High resistance layer, 16 ... First stopper layer, 17 ... Third barrier layer, 18 ... Second stopper layer , 19 ... Fourth barrier layer, 20 ... Gate impurity region,
21 ... Gate electrode, 22a ... Source electrode, 22b ... Drain electrode, 31,41 ... Substrate, 32, 42 ... Buffer layer, 33, 43 ... First barrier layer, 33a, 43a ... Carrier supply layer, 33b, 33c, 43b, 43c ... High resistance layer, 34, 44 ... Channel layer, 35, 45 ... Second barrier layer, 35a, 45a ... Carrier supply layer, 35b, 35
c, 45b, 45c ... High resistance layer, 36 ... N-type GaAs
Layer, 37, 47 ... Insulating film, 38, 48 ... Gate electrode, 3
9a, 49a ... Source electrode, 39b, 49b ... Drain electrode, 50 ... Gate impurity region.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電流チャネルを形成するチャネル層と、前
記チャネル層上に形成された半導体層と、少なくとも一
部の前記半導体層上に形成されたゲート電極とを有し、
前記ゲート電極下における前記半導体層に当該チャネル
層を流れる電流のしきい値を制御する導電性不純物領域
が形成されている半導体装置であって、 前記ゲート電極下における前記半導体層が、他の領域に
比して薄く形成され、前記電流チャネルの形成方向への
前記導電性不純物領域の広がりが抑制されている半導体
装置。
1. A channel layer forming a current channel, a semiconductor layer formed on the channel layer, and a gate electrode formed on at least a part of the semiconductor layer,
A semiconductor device in which a conductive impurity region for controlling a threshold value of a current flowing through the channel layer is formed in the semiconductor layer under the gate electrode, wherein the semiconductor layer under the gate electrode is another region. And a semiconductor device in which the conductive impurity region is suppressed from spreading in the formation direction of the current channel.
【請求項2】前記ゲート電極を挟んで前記半導体層上に
互いに分離して形成されたソース電極およびドレイン電
極をさらに有し、 前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電
極下における前記半導体層が、他の領域に比して薄く形
成されている請求項1記載の半導体装置。
2. A source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer so as to be separated from each other with the gate electrode sandwiched therebetween, wherein the semiconductor layer below the gate electrode, the source electrode and the drain electrode is formed. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed thinner than other regions.
【請求項3】前記半導体層は、前記チャネル層を構成す
る材料よりバンドギャップの大きい半導体により形成さ
れている請求項1記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is formed of a semiconductor having a band gap larger than that of a material forming the channel layer.
【請求項4】前記半導体層は、前記チャネル層に電荷を
供給する第1導電型の不純物を含有するキャリア供給層
を含み、 前記キャリア供給層と前記ゲート電極間における前記半
導体層に、第2導電型の前記導電性不純物領域が形成さ
れている請求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor layer includes a carrier supply layer containing an impurity of a first conductivity type for supplying charges to the channel layer, and a second semiconductor layer is provided between the carrier supply layer and the gate electrode. The semiconductor device according to claim 3, wherein the conductive impurity region of conductivity type is formed.
【請求項5】前記チャネル層下に形成され、前記チャネ
ル層を構成する材料よりバンドギャップの大きい半導体
からなる第2の半導体層をさらに有する請求項3記載の
半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising a second semiconductor layer formed below the channel layer and made of a semiconductor having a band gap larger than that of a material forming the channel layer.
【請求項6】前記第2の半導体層は、前記チャネル層に
電荷を供給する第1導電型の不純物を含有するキャリア
供給層を含む請求項5記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the second semiconductor layer includes a carrier supply layer containing an impurity of the first conductivity type for supplying charges to the channel layer.
【請求項7】チャネル層を形成する工程と、 前記チャネル層上に半導体層を形成する工程と、 前記半導体層の一部に溝を形成する工程と、 前記半導体層の少なくとも前記溝に、前記チャネル層を
流れる電流のしきい値を制御する導電性不純物領域を形
成する工程と、 少なくとも前記溝内にゲート電極を形成する工程とを有
する半導体装置の製造方法。
7. A step of forming a channel layer, a step of forming a semiconductor layer on the channel layer, a step of forming a groove in a part of the semiconductor layer, and a step of forming a groove in at least the groove of the semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a conductive impurity region for controlling a threshold value of a current flowing through a channel layer; and a step of forming a gate electrode in at least the groove.
【請求項8】前記導電性不純物領域を形成する工程にお
いて、前記半導体層の全面に前記導電性不純物領域を形
成し、 前記ゲート電極を形成する工程の後、前記ゲート電極下
における前記導電性不純物領域が形成された前記半導体
層を残して、他の領域における前記導電性不純物領域が
形成された前記半導体層を除去する工程をさらに有する
請求項7記載の半導体装置の製造方法。
8. In the step of forming the conductive impurity region, the conductive impurity region is formed on the entire surface of the semiconductor layer, and after the step of forming the gate electrode, the conductive impurity under the gate electrode is formed. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in another region while leaving the semiconductor layer in which the region is formed.
【請求項9】前記他の領域における前記導電性不純物領
域が形成された前記半導体層を除去する工程において、
前記ゲート電極をマスクとして、他の領域における前記
導電性不純物領域が形成された前記半導体層をエッチン
グにより除去する請求項8記載の半導体装置の製造方
法。
9. In the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in the other region,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in another region is removed by etching using the gate electrode as a mask.
【請求項10】前記導電性不純物領域を形成する工程に
おいて、導電性不純物を気相拡散させて形成する請求項
7記載の半導体装置の製造方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the step of forming the conductive impurity region, the conductive impurity is formed by vapor diffusion.
【請求項11】前記導電性不純物領域を形成する工程に
おいて、導電性不純物をイオン注入して形成する請求項
7記載の半導体装置の製造方法。
11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein conductive impurities are ion-implanted in the step of forming the conductive impurity regions.
【請求項12】前記他の領域における前記導電性不純物
領域が形成された前記半導体層を除去する工程の後に、
前記ゲート電極を挟んで前記半導体層上に互いに分離し
てソース電極およびドレイン電極を形成する工程をさら
に有する請求項8記載の半導体装置の製造方法。
12. After the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in the other region,
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising a step of forming a source electrode and a drain electrode separately from each other on the semiconductor layer with the gate electrode interposed therebetween.
【請求項13】前記他の領域における前記導電性不純物
領域が形成された前記半導体層を除去する工程の後、前
記ソース電極およびドレイン電極を形成する工程の前
に、当該ソース電極およびドレイン電極を形成する領域
における前記半導体層に溝を形成する工程をさらに有
し、 前記ソース電極およびドレイン電極を形成する工程にお
いて、前記溝内に前記ソース電極およびドレイン電極を
形成する請求項12記載の半導体装置の製造方法。
13. A source electrode and a drain electrode are formed after the step of removing the semiconductor layer in which the conductive impurity region is formed in the other area and before the step of forming the source electrode and the drain electrode. The semiconductor device according to claim 12, further comprising a step of forming a groove in the semiconductor layer in a region to be formed, wherein the source electrode and the drain electrode are formed in the groove in the step of forming the source electrode and the drain electrode. Manufacturing method.
【請求項14】前記半導体層を形成する工程において、
前記チャネル層を構成する材料よりバンドギャップの大
きい半導体により前記半導体層を形成する請求項7記載
の半導体装置の製造方法。
14. In the step of forming the semiconductor layer,
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor layer is formed of a semiconductor having a band gap larger than that of a material forming the channel layer.
【請求項15】前記半導体層を形成する工程において、
前記チャネル層に電荷を供給する第1導電型の不純物を
含有するキャリア供給層を含む前記半導体層を形成する
請求項7記載の半導体装置の製造方法。
15. In the step of forming the semiconductor layer,
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the semiconductor layer including a carrier supply layer containing an impurity of the first conductivity type for supplying charges to the channel layer is formed.
JP2001220536A 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and method for manufacturing the device Pending JP2003037116A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001220536A JP2003037116A (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and method for manufacturing the device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001220536A JP2003037116A (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and method for manufacturing the device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003037116A true JP2003037116A (en) 2003-02-07

Family

ID=19054340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001220536A Pending JP2003037116A (en) 2001-07-19 2001-07-19 Semiconductor device and method for manufacturing the device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003037116A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027594A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Nec Electronics Corp Field-effect transistor (fet)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007027594A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Nec Electronics Corp Field-effect transistor (fet)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1210736B1 (en) Method of forming a double recessed transistor
US5504353A (en) Field effect transistor
US6274893B1 (en) Compound semiconductor device and method of manufacturing the same
KR100707324B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US6410947B1 (en) Semiconductor device and process of production of same
JPH05275463A (en) Semiconductor device
JP2001217257A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP3377022B2 (en) Method of manufacturing heterojunction field effect transistor
JP3177951B2 (en) Field effect transistor and method of manufacturing the same
JPH11150264A (en) Semiconductor device, manufacture thereof, and radio communication apparatus
JP2000349095A (en) Semiconductor device and its manufacture, power amplifier, and wireless communication device
US8288260B1 (en) Field effect transistor with dual etch-stop layers for improved power, performance and reproducibility
JPH11163316A (en) Field-effect transistor and manufacture thereof
JP4631104B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US5945695A (en) Semiconductor device with InGaP channel layer
JP2000100829A (en) Function field-effect transistor and manufacture thereof
US6570194B2 (en) Compound semiconductor field effect transistor with improved ohmic contact layer structure and method of forming the same
JP3633587B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6410946B1 (en) Semiconductor device with source and drain electrodes in ohmic contact with a semiconductor layer
JP2003037116A (en) Semiconductor device and method for manufacturing the device
JP2007200984A (en) Field effect transistor, method for manufacturing the same, semiconductor device, and method for manufacturing the same device
JP2000208753A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP4714959B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3653652B2 (en) Semiconductor device
KR970004485B1 (en) Hetero-junction field effect transistor