JP2005026242A - 半導体素子及び半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気的特性をそれぞれ有する複数の素子を同一基板上に形成する。
【解決手段】半導体素子10は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成される第2素子50とを有する。第1素子はトランジスタであって、第2素子はショットキーダイオードである。第2化合物半導体層群52は、第1化合物半導体層群22上にエピタキシャル成長により形成される。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体素子10は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成される第2素子50とを有する。第1素子はトランジスタであって、第2素子はショットキーダイオードである。第2化合物半導体層群52は、第1化合物半導体層群22上にエピタキシャル成長により形成される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。特に本発明は、同一基板上に複数の素子が形成された半導体素子及びそのような半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エピタキシャル結晶成長を利用して形成された化合物半導体素子においては、目的とする素子の電気的特性に応じて用いる材料、膜厚及びドーピング濃度等が決定される。一の基板上にエピタキシャル結晶成長層を形成しその結晶成長層を用いて複数の素子を形成する場合、いずれか一の素子の電気的特性を優先させるためには他の素子の電気的特性に合ったエピタキシャル結晶成長層を形成することができなかった。そこで、従来、複数の素子を含む化合物半導体素子を形成する場合には、異なる基板にそれぞれの素子の電気的特性に応じたエピタキシャル結晶成長層を形成して、素子間をワイヤでつないで電気的に接続していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年半導体素子には高周波特性が必要とされる半導体素子においては、電気損失を抑えるためにも素子間の距離をできるだけ近づけるのが好ましく、同一基板上に複数の素子を形成したいという要望があった。また、異なる電気的特性をそれぞれ有する複数の素子を同一基板上に形成できれば、半導体素子の小型化及び製造コストの低減も図れる。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【0004】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第1の形態によると、第1化合物半導体層群により形成される第1素子と、第1化合物半導体層群の上層に設けられた第2化合物半導体層群により形成される第2素子とを備えることを特徴とする半導体素子を提供する。
【0005】
第2化合物半導体層群は、第1化合物半導体層群と接すると共に所定のエッチャントによりエッチングされる第1接触層を含んでよく、第1化合物半導体層群は、第1接触層と接すると共に所定のエッチャントにより実質的にエッチングされない材料により形成された第2接触層を含んでもよい。
【0006】
第1化合物半導体層群は、第1素子を構成する第1素子構成層群を有してよく、第2接触層は、第1素子構成層群上に形成された分離層であってよい。分離層は第1素子と第2素子とを絶縁する絶縁層であってもよい。
【0007】
第1化合物半導体層群は、チャネル層と、チャネル層の上層に形成され、所定のキャリア濃度を有すると共に第1導電性を示すドナー層と、ドナー層の上層に形成され、ドナー層の所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有すると共に第1導電性を示すキャップ層とを有してよく、第1素子は、キャップ層に接合されたドレイン電極及びソース電極と、ドナー層に接合されたゲート電極とを有するトランジスタであってよい。
【0008】
第2化合物半導体層群は、所定のキャリア濃度を有すると共に第2導電性を示すオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有すると共に第2導電性を示すショットキーコンタクト層とを有してよく、オーミックコンタクト層又はショットキーコンタクト層のいずれか一方は、第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長により形成されてよい。
【0009】
第2素子は、オーミックコンタクト層に接合されたオーミック電極と、ショットキーコンタクト層に接合されたショットキー電極とを有するショットキーダイオードであってよい。ショットキーコンタクト層は、オーミックコンタクト層よりも薄く形成されてよい。
【0010】
本発明の第2の形態によると、第1化合物半導体層群を形成するステップと、第1化合物半導体層群の上層に第2化合物半導体層群を形成するステップと、第1化合物半導体層群に第1素子を形成するステップと、第2化合物半導体層群に第2素子を形成するステップとを備えることを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。
【0011】
第1素子を形成するステップは、第2化合物半導体層群における第1化合物半導体層群と接する第1接触層を第1エッチャントによりエッチングするステップを有してよく、第1化合物半導体層群を形成するステップは、第1エッチャントにより実質的にエッチングされない材料により第1接触層と接する第2接触層を形成するステップを有してもよい。
【0012】
第1エッチャントによりエッチングするステップは、第1接触層の第2素子が形成される領域以外の領域をエッチングしてよく、第1素子を形成するステップは、第2接触層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングするステップを有してもよい。
【0013】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、第1素子を構成する第1素子構成層群を形成するステップと、第1素子構成層群上に第2化合物半導体層群と接する分離層を形成するステップとを有してよい。分離層は第1素子と第2素子とを絶縁する絶縁層であってもよい。第1素子を形成するステップは、分離層をマスクとして、第1素子構成層群をエッチングするステップを有してよい。
【0014】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、基板上層にチャネル層を形成するステップと、チャネル層の上層に、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示す材料によりドナー層を形成するステップと、ドナー層の上層に、ドナー層の所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、第1導電性を示す材料によりキャップ層を形成するステップとを有してよい。
【0015】
第2化合物半導体層群を形成するステップは、第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか一方を形成するステップと、オーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか一方の上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか他方を形成するステップとを備えてよい。
【0016】
第2化合物半導体層群を形成するステップは、所定のキャリア濃度を有し、第2導電性を示す材料によりオーミックコンタクト層を形成するステップと、オーミックコンタクト層の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有し、第2導電性を示す材料によりショットキーコンタクト層を形成するステップとを有してよい。ショットキーコンタクト層を形成するステップは、オーミックコンタクト層よりも薄くショットキーコンタクト層を形成してよい。
【0017】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pにより第2化合物半導体層群と接する層を形成し、第2化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsによりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層を形成してもよい。
【0018】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsにより第2化合物半導体層群と接する層を形成し、第2化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pによりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層を形成してもよい。
【0019】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0021】
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体素子を示す断面図である。
半導体素子10は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成される第2素子50とを有する。第2素子50は、第1の素子20とは異なる電気的特性を有してよい。
【0022】
本実施形態において、第1素子20はヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等のトランジスタである。例えば第1素子20がHEMTの場合、第1化合物半導体層群22は、チャネル層26と、チャネル層26の上層に形成され、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示すドナー層30と、ドナー層30の上層に形成され、所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、第1導電性を示すキャップ層32とを有する。第1導電性はn型又はp型のいずれであってもよい。第1化合物半導体層群22はさらに、基板12上にエピタキシャル成長されたバッファ層24を有してよい。この場合、チャネル層26はバッファ層24上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。第1化合物半導体層群22はさらに、チャネル層26上にエピタキシャル成長されたスペーサ層28を有してよい。この場合、ドナー層30は、スペーサ層28上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。
【0023】
第1素子20は、このように形成された第1化合物半導体層群22と、キャップ層32に接合されたドレイン電極36及びソース電極38と、ドナー層30に接合されたゲート電極40とを有する。
【0024】
第1化合物半導体層群22は、さらに、第2化合物半導体層群52と接する分離層34を有するのが好ましい。分離層34は、キャップ層32上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。この場合分離層34は、第2化合物半導体層群52をエッチングする所定の第1エッチャントにより実質的にエッチングされない材料により形成されるのが好ましい。分離層34は、第1素子20と第2素子50とを電気的に絶縁する絶縁層であってもよい。
【0025】
本実施形態において、第2素子50はダイオードである。第2素子50は、高周波、高耐圧型のショットキーバリアダイオードであるのが好ましい。第2素子50がショットキーバリアダイオードの場合、第2化合物半導体層群52は、所定のキャリア濃度を有し、第2導電性を示すオーミックコンタクト層54と、オーミックコンタクト層54の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有し、第2導電性を示すショットキーコンタクト層56とを有する。第2導電性はn型又はp型のいずれであってもよい。オーミックコンタクト層54又はショットキーコンタクト層56のいずれか一方は、分離層34上にエピタキシャル成長により形成されるのが好ましい。また、ショットキーコンタクト層56は、オーミックコンタクト層54よりも薄く形成されるのが好ましい。第2素子50はこのように形成された第2化合物半導体層群52と、オーミックコンタクト層54に接合されたオーミック電極(カソード電極)58と、ショットキーコンタクト層56に接合されたショットキー電極(アノード電極)60とを有する。図1においては、ショットキーコンタクト層56がオーミックコンタクト層54上に形成されているが、他の例において、オーミックコンタクト層54がショットキーコンタクト層56上に形成されてもよい。
【0026】
図2は、図1に示した半導体素子10を製造する工程を示した工程図である。
まず、図2(a)に示すように、基板12を準備する。基板12は、半絶縁性のGaAsにより形成されてよい。次に、基板12上に第1化合物半導体層群22を形成する。本実施形態において、第1素子20はHEMTである。そこで、まず基板12上にエピタキシャル成長によりバッファ層24を形成する。バッファ層24は、主にアンドープなGaAs、p型伝導性を有する高抵抗GaAs、InGaP又はこれらを含む超格子構造により形成されてよい。そして、バッファ層24上にエピタキシャル成長によりチャネル層26を形成する。チャネル層26は、In0.15Ga0.85Asにより形成されてよい。
【0027】
続いて、チャネル層26上にエピタキシャル成長によりスペーサ層28を形成する。スペーサ層28はアンドープなIn0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。スペーサ層28上にエピタキシャル成長によりドナー層30を形成する。ドナー層30は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。また、ドナー層30は、約5.0×1017cm−3にドープされてよい。続いて、ドナー層30上にエピタキシャル成長によりキャップ層32を形成する。キャップ層32は、GaAsにより形成されてよい。キャップ層32は、約5.0×1018cm−3にドープされてよい。次に、キャップ層32上にエピタキシャル成長により分離層34を形成する。分離層34は、アンドープなIn0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。分離層34は、その上に形成する第2化合物半導体層群52と選択的にウェットエッチングされる材料により形成されるのが好ましい。また、分離層34は、第1素子20と第2素子50とを電気的に絶縁する絶縁層であってもよい。
【0028】
そして、分離層34上に第2化合物半導体層群52を形成する。本実施形態において、第2素子50はショットキーバリアダイオードである。そこで、まず第1化合物半導体層群22の分離層34上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層54を形成する。オーミックコンタクト層54は、GaAsにより形成されてよい。そして、オーミックコンタクト層54上にエピタキシャル成長によりショットキーコンタクト層56を形成する。ショットキーコンタクト層56は、GaAsにより形成されてよい。
【0029】
以上のように、エピタキシャル成長により基板12上に第1化合物半導体層群22及び第2化合物半導体層群52を形成する。各層は、任意の素子特性を得るために設計されたドーピング濃度と膜厚を有するのが好ましい。
【0030】
次に、図2(b)に示すように、第2化合物半導体層群52の第2素子50が形成される領域以外の領域を第1エッチャントによりエッチングする。具体的には、例えばH3PO4/H2O2/H2O溶液又はNH4OH/H2O2/H2O溶液等の第1エッチャントによりオーミックコンタクト層54及びショットキーコンタクト層56をエッチングする。第1エッチャントが、第2化合物半導体層群52をエッチングする速度と分離層34をエッチングする速度とのエッチング速度比は、5〜100以上であるのが好ましい。第1エッチャントは、分離層34を実質的にエッチングしないのがより好ましい。
【0031】
本実施形態においては、第2化合物半導体層群52の第1化合物半導体層群22と接する層と第1化合物半導体層群22の第2化合物半導体層群52と接する層が所定の第1エッチャントにより選択的にエッチングされる材料により形成されているため、第1エッチャントを用いて第2化合物半導体層群52のみをエッチングすることができる。そのため、複数の素子を同一基板上に形成することができる。また、複数の素子はそれぞれ異なる層を構成層として形成されるので、任意の素子特性を得るために必要なドーピング濃度と膜厚を有するように設計できる。
【0032】
続いて、図2(c)に示すように、第1化合物半導体層群22における第2化合物半導体層群52と接する層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングする。具体的には、HCl/H2O溶液等の第2エッチャントにより分離層34をエッチングする。次に、第1化合物半導体層群22のキャップ層32をエッチングする。キャップ層32は、第1エッチャントによりエッチングしてよい。また、キャップ層32は、第2エッチャントによりエッチングされた分離層34をマスクとして、エッチングしてもよい。
【0033】
図2(b)及び図2(c)に示した工程において、必要に応じてプラズマCVD法により例えばSi3N4等の絶縁膜を形成してよい。この場合、絶縁膜は所望の膜厚に成膜するのが好ましい。さらに、不必要な絶縁膜はフロン系プラズマを用いたドライエッチングにより除去してよい。
【0034】
その後、図2(d)に示すように、分離層34のドレイン電極36及びソース電極38を形成する領域をエッチングする。このとき、分離層34は、第2エッチャントによりエッチングするのが好ましい。そして、ドレイン電極36、ソース電極38及びオーミック電極58を蒸着及びリフトオフ法により形成する。オーミック電極58は、例えばAuGe/Ni/Au材料により形成するのが好ましい。以上の工程において、導電性の高い不必要な部分はウェットエッチングにより適宜取り除くのが好ましい。そして、低抵抗化のために合金処理を施してよい。また、ゲート電極40及びショットキー電極60も蒸着及びリフトオフ法により形成する。ショットキー電極はTi/Pt/Au材料により形成するのが好ましい。ゲート電極40は矩形形状であってもよく、また図示したようにT型形状であってもよい。ゲート電極40をT字形状にすることにより、ゲート長を短くでき、またゲート抵抗を低減することができる。さらに、図示していないが、その他の必要な配線も例えばTi/Pt/Au材料により蒸着及びリフトオフ法により形成してよい。
【0035】
図3は、本発明の一実施形態に係る半導体素子の他の例を製造する工程を示した工程図である。
本実施例において、半導体素子110は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成され、第1の素子20とは異なる性能を有する第2素子50とを有する。本実施例において、半導体素子110の第1化合物半導体層群22は分離層34を有しない点で図1及び図2に示した半導体素子10と異なる。
【0036】
まず、図3(a)に示すように、基板12を準備する。基板12は、半絶縁性のGaAsにより形成されてよい。次に、基板12上にエピタキシャル成長により第1化合物半導体層群22を形成する。本実施例において、第1素子20はHEMTである。第1化合物半導体層群22は、バッファ層24と、バッファ層24上に形成されたチャネル層26と、チャネル層26上に形成されたスペーサ層28と、スペーサ層28上に形成されたドナー層30と、ドナー層30上に形成されたキャップ層32とを有する。本実施例における第1化合物半導体層群22は、図2(a)を用いて説明したのと同様の構造を有し、同様の材料により形成されるので説明を省略する。
【0037】
次に、第1化合物半導体層群22のキャップ層32上に第2化合物半導体層群52を形成する。本実施例において、第2素子50はショットキーバリアダイオードである。そこで、まず第1化合物半導体層群22のキャップ層32上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層54を形成する。本実施例において、オーミックコンタクト層54は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。そして、オーミックコンタクト層54上にエピタキシャル成長によりショットキーコンタクト層56を形成する。ショットキーコンタクト層56は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。
【0038】
次に、図3(b)に示すように、第2化合物半導体層群52の第2素子50が形成される領域以外の領域を第1エッチャントによりエッチングする。本実施例における第1エッチャントは、例えばHCl/H2O溶液である。
【0039】
本実施例においては、第2化合物半導体層群52の第1化合物半導体層群22と接する層と第1化合物半導体層群22の第2化合物半導体層群52と接する層が所定の第1エッチャントにより選択的にエッチングされる材料により形成されているため、第1エッチャントを用いて第2化合物半導体層群52のみをエッチングすることができる。そのため、複数の素子を同一基板上に形成することができる。また、複数の素子はそれぞれ異なる層を構成層として形成されるので、任意の素子特性を得るために必要なドーピング濃度と膜厚を有するように設計できる。
【0040】
続いて、図3(c)に示すように、第1化合物半導体層群22における第2化合物半導体層群52と接する層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングする。具体的には、H3PO4/H2O2/H2O溶液又はNH4OH/H2O2/H2O溶液等の第2エッチャントによりキャップ層32をエッチングする。
【0041】
その後、図3(d)に示すように、ドレイン電極36、ソース電極38及びオーミック電極58を蒸着及びリフトオフ法により形成する。オーミック電極58は、例えばAuGe/Ni/Au材料により形成するのが好ましい。また、ゲート電極40及びショットキー電極60も蒸着及びリフトオフ法により形成する。ショットキー電極はTi/Pt/Au材料により形成するのが好ましい。さらに、図示していないが、その他の必要な配線も例えばTi/Pt/Au材料により蒸着及びリフトオフ法により形成してよい。
【0042】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0043】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば異なる電気的特性をそれぞれ有する複数の素子を同一基板上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体素子を示す断面図である。
【図2】図1に示した半導体素子を製造する工程を示した工程図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る半導体素子の他の例を製造する工程を示した工程図である。
【符号の説明】
10・・半導体素子、20・・第1素子、22・・第1化合物半導体層群、24・・バッファ層、26・・チャネル層、28・・スペーサ層、30・・ドナー層、32・・キャップ層、34・・分離層、36・・ドレイン電極、38・・ソース電極、40・・ゲート電極、50・・第2素子、52・・第2化合物半導体層群、54・・オーミックコンタクト層、56・・ショットキーコンタクト層、58・・オーミック電極、60・・ショットキー電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。特に本発明は、同一基板上に複数の素子が形成された半導体素子及びそのような半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エピタキシャル結晶成長を利用して形成された化合物半導体素子においては、目的とする素子の電気的特性に応じて用いる材料、膜厚及びドーピング濃度等が決定される。一の基板上にエピタキシャル結晶成長層を形成しその結晶成長層を用いて複数の素子を形成する場合、いずれか一の素子の電気的特性を優先させるためには他の素子の電気的特性に合ったエピタキシャル結晶成長層を形成することができなかった。そこで、従来、複数の素子を含む化合物半導体素子を形成する場合には、異なる基板にそれぞれの素子の電気的特性に応じたエピタキシャル結晶成長層を形成して、素子間をワイヤでつないで電気的に接続していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年半導体素子には高周波特性が必要とされる半導体素子においては、電気損失を抑えるためにも素子間の距離をできるだけ近づけるのが好ましく、同一基板上に複数の素子を形成したいという要望があった。また、異なる電気的特性をそれぞれ有する複数の素子を同一基板上に形成できれば、半導体素子の小型化及び製造コストの低減も図れる。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【0004】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の第1の形態によると、第1化合物半導体層群により形成される第1素子と、第1化合物半導体層群の上層に設けられた第2化合物半導体層群により形成される第2素子とを備えることを特徴とする半導体素子を提供する。
【0005】
第2化合物半導体層群は、第1化合物半導体層群と接すると共に所定のエッチャントによりエッチングされる第1接触層を含んでよく、第1化合物半導体層群は、第1接触層と接すると共に所定のエッチャントにより実質的にエッチングされない材料により形成された第2接触層を含んでもよい。
【0006】
第1化合物半導体層群は、第1素子を構成する第1素子構成層群を有してよく、第2接触層は、第1素子構成層群上に形成された分離層であってよい。分離層は第1素子と第2素子とを絶縁する絶縁層であってもよい。
【0007】
第1化合物半導体層群は、チャネル層と、チャネル層の上層に形成され、所定のキャリア濃度を有すると共に第1導電性を示すドナー層と、ドナー層の上層に形成され、ドナー層の所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有すると共に第1導電性を示すキャップ層とを有してよく、第1素子は、キャップ層に接合されたドレイン電極及びソース電極と、ドナー層に接合されたゲート電極とを有するトランジスタであってよい。
【0008】
第2化合物半導体層群は、所定のキャリア濃度を有すると共に第2導電性を示すオーミックコンタクト層と、オーミックコンタクト層の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有すると共に第2導電性を示すショットキーコンタクト層とを有してよく、オーミックコンタクト層又はショットキーコンタクト層のいずれか一方は、第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長により形成されてよい。
【0009】
第2素子は、オーミックコンタクト層に接合されたオーミック電極と、ショットキーコンタクト層に接合されたショットキー電極とを有するショットキーダイオードであってよい。ショットキーコンタクト層は、オーミックコンタクト層よりも薄く形成されてよい。
【0010】
本発明の第2の形態によると、第1化合物半導体層群を形成するステップと、第1化合物半導体層群の上層に第2化合物半導体層群を形成するステップと、第1化合物半導体層群に第1素子を形成するステップと、第2化合物半導体層群に第2素子を形成するステップとを備えることを特徴とする半導体素子の製造方法を提供する。
【0011】
第1素子を形成するステップは、第2化合物半導体層群における第1化合物半導体層群と接する第1接触層を第1エッチャントによりエッチングするステップを有してよく、第1化合物半導体層群を形成するステップは、第1エッチャントにより実質的にエッチングされない材料により第1接触層と接する第2接触層を形成するステップを有してもよい。
【0012】
第1エッチャントによりエッチングするステップは、第1接触層の第2素子が形成される領域以外の領域をエッチングしてよく、第1素子を形成するステップは、第2接触層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングするステップを有してもよい。
【0013】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、第1素子を構成する第1素子構成層群を形成するステップと、第1素子構成層群上に第2化合物半導体層群と接する分離層を形成するステップとを有してよい。分離層は第1素子と第2素子とを絶縁する絶縁層であってもよい。第1素子を形成するステップは、分離層をマスクとして、第1素子構成層群をエッチングするステップを有してよい。
【0014】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、基板上層にチャネル層を形成するステップと、チャネル層の上層に、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示す材料によりドナー層を形成するステップと、ドナー層の上層に、ドナー層の所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、第1導電性を示す材料によりキャップ層を形成するステップとを有してよい。
【0015】
第2化合物半導体層群を形成するステップは、第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか一方を形成するステップと、オーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか一方の上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか他方を形成するステップとを備えてよい。
【0016】
第2化合物半導体層群を形成するステップは、所定のキャリア濃度を有し、第2導電性を示す材料によりオーミックコンタクト層を形成するステップと、オーミックコンタクト層の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有し、第2導電性を示す材料によりショットキーコンタクト層を形成するステップとを有してよい。ショットキーコンタクト層を形成するステップは、オーミックコンタクト層よりも薄くショットキーコンタクト層を形成してよい。
【0017】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pにより第2化合物半導体層群と接する層を形成し、第2化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsによりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層を形成してもよい。
【0018】
第1化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsにより第2化合物半導体層群と接する層を形成し、第2化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pによりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層を形成してもよい。
【0019】
なお上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0021】
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体素子を示す断面図である。
半導体素子10は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成される第2素子50とを有する。第2素子50は、第1の素子20とは異なる電気的特性を有してよい。
【0022】
本実施形態において、第1素子20はヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等のトランジスタである。例えば第1素子20がHEMTの場合、第1化合物半導体層群22は、チャネル層26と、チャネル層26の上層に形成され、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示すドナー層30と、ドナー層30の上層に形成され、所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、第1導電性を示すキャップ層32とを有する。第1導電性はn型又はp型のいずれであってもよい。第1化合物半導体層群22はさらに、基板12上にエピタキシャル成長されたバッファ層24を有してよい。この場合、チャネル層26はバッファ層24上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。第1化合物半導体層群22はさらに、チャネル層26上にエピタキシャル成長されたスペーサ層28を有してよい。この場合、ドナー層30は、スペーサ層28上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。
【0023】
第1素子20は、このように形成された第1化合物半導体層群22と、キャップ層32に接合されたドレイン電極36及びソース電極38と、ドナー層30に接合されたゲート電極40とを有する。
【0024】
第1化合物半導体層群22は、さらに、第2化合物半導体層群52と接する分離層34を有するのが好ましい。分離層34は、キャップ層32上にエピタキシャル成長されるのが好ましい。この場合分離層34は、第2化合物半導体層群52をエッチングする所定の第1エッチャントにより実質的にエッチングされない材料により形成されるのが好ましい。分離層34は、第1素子20と第2素子50とを電気的に絶縁する絶縁層であってもよい。
【0025】
本実施形態において、第2素子50はダイオードである。第2素子50は、高周波、高耐圧型のショットキーバリアダイオードであるのが好ましい。第2素子50がショットキーバリアダイオードの場合、第2化合物半導体層群52は、所定のキャリア濃度を有し、第2導電性を示すオーミックコンタクト層54と、オーミックコンタクト層54の所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有し、第2導電性を示すショットキーコンタクト層56とを有する。第2導電性はn型又はp型のいずれであってもよい。オーミックコンタクト層54又はショットキーコンタクト層56のいずれか一方は、分離層34上にエピタキシャル成長により形成されるのが好ましい。また、ショットキーコンタクト層56は、オーミックコンタクト層54よりも薄く形成されるのが好ましい。第2素子50はこのように形成された第2化合物半導体層群52と、オーミックコンタクト層54に接合されたオーミック電極(カソード電極)58と、ショットキーコンタクト層56に接合されたショットキー電極(アノード電極)60とを有する。図1においては、ショットキーコンタクト層56がオーミックコンタクト層54上に形成されているが、他の例において、オーミックコンタクト層54がショットキーコンタクト層56上に形成されてもよい。
【0026】
図2は、図1に示した半導体素子10を製造する工程を示した工程図である。
まず、図2(a)に示すように、基板12を準備する。基板12は、半絶縁性のGaAsにより形成されてよい。次に、基板12上に第1化合物半導体層群22を形成する。本実施形態において、第1素子20はHEMTである。そこで、まず基板12上にエピタキシャル成長によりバッファ層24を形成する。バッファ層24は、主にアンドープなGaAs、p型伝導性を有する高抵抗GaAs、InGaP又はこれらを含む超格子構造により形成されてよい。そして、バッファ層24上にエピタキシャル成長によりチャネル層26を形成する。チャネル層26は、In0.15Ga0.85Asにより形成されてよい。
【0027】
続いて、チャネル層26上にエピタキシャル成長によりスペーサ層28を形成する。スペーサ層28はアンドープなIn0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。スペーサ層28上にエピタキシャル成長によりドナー層30を形成する。ドナー層30は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。また、ドナー層30は、約5.0×1017cm−3にドープされてよい。続いて、ドナー層30上にエピタキシャル成長によりキャップ層32を形成する。キャップ層32は、GaAsにより形成されてよい。キャップ層32は、約5.0×1018cm−3にドープされてよい。次に、キャップ層32上にエピタキシャル成長により分離層34を形成する。分離層34は、アンドープなIn0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。分離層34は、その上に形成する第2化合物半導体層群52と選択的にウェットエッチングされる材料により形成されるのが好ましい。また、分離層34は、第1素子20と第2素子50とを電気的に絶縁する絶縁層であってもよい。
【0028】
そして、分離層34上に第2化合物半導体層群52を形成する。本実施形態において、第2素子50はショットキーバリアダイオードである。そこで、まず第1化合物半導体層群22の分離層34上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層54を形成する。オーミックコンタクト層54は、GaAsにより形成されてよい。そして、オーミックコンタクト層54上にエピタキシャル成長によりショットキーコンタクト層56を形成する。ショットキーコンタクト層56は、GaAsにより形成されてよい。
【0029】
以上のように、エピタキシャル成長により基板12上に第1化合物半導体層群22及び第2化合物半導体層群52を形成する。各層は、任意の素子特性を得るために設計されたドーピング濃度と膜厚を有するのが好ましい。
【0030】
次に、図2(b)に示すように、第2化合物半導体層群52の第2素子50が形成される領域以外の領域を第1エッチャントによりエッチングする。具体的には、例えばH3PO4/H2O2/H2O溶液又はNH4OH/H2O2/H2O溶液等の第1エッチャントによりオーミックコンタクト層54及びショットキーコンタクト層56をエッチングする。第1エッチャントが、第2化合物半導体層群52をエッチングする速度と分離層34をエッチングする速度とのエッチング速度比は、5〜100以上であるのが好ましい。第1エッチャントは、分離層34を実質的にエッチングしないのがより好ましい。
【0031】
本実施形態においては、第2化合物半導体層群52の第1化合物半導体層群22と接する層と第1化合物半導体層群22の第2化合物半導体層群52と接する層が所定の第1エッチャントにより選択的にエッチングされる材料により形成されているため、第1エッチャントを用いて第2化合物半導体層群52のみをエッチングすることができる。そのため、複数の素子を同一基板上に形成することができる。また、複数の素子はそれぞれ異なる層を構成層として形成されるので、任意の素子特性を得るために必要なドーピング濃度と膜厚を有するように設計できる。
【0032】
続いて、図2(c)に示すように、第1化合物半導体層群22における第2化合物半導体層群52と接する層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングする。具体的には、HCl/H2O溶液等の第2エッチャントにより分離層34をエッチングする。次に、第1化合物半導体層群22のキャップ層32をエッチングする。キャップ層32は、第1エッチャントによりエッチングしてよい。また、キャップ層32は、第2エッチャントによりエッチングされた分離層34をマスクとして、エッチングしてもよい。
【0033】
図2(b)及び図2(c)に示した工程において、必要に応じてプラズマCVD法により例えばSi3N4等の絶縁膜を形成してよい。この場合、絶縁膜は所望の膜厚に成膜するのが好ましい。さらに、不必要な絶縁膜はフロン系プラズマを用いたドライエッチングにより除去してよい。
【0034】
その後、図2(d)に示すように、分離層34のドレイン電極36及びソース電極38を形成する領域をエッチングする。このとき、分離層34は、第2エッチャントによりエッチングするのが好ましい。そして、ドレイン電極36、ソース電極38及びオーミック電極58を蒸着及びリフトオフ法により形成する。オーミック電極58は、例えばAuGe/Ni/Au材料により形成するのが好ましい。以上の工程において、導電性の高い不必要な部分はウェットエッチングにより適宜取り除くのが好ましい。そして、低抵抗化のために合金処理を施してよい。また、ゲート電極40及びショットキー電極60も蒸着及びリフトオフ法により形成する。ショットキー電極はTi/Pt/Au材料により形成するのが好ましい。ゲート電極40は矩形形状であってもよく、また図示したようにT型形状であってもよい。ゲート電極40をT字形状にすることにより、ゲート長を短くでき、またゲート抵抗を低減することができる。さらに、図示していないが、その他の必要な配線も例えばTi/Pt/Au材料により蒸着及びリフトオフ法により形成してよい。
【0035】
図3は、本発明の一実施形態に係る半導体素子の他の例を製造する工程を示した工程図である。
本実施例において、半導体素子110は、第1化合物半導体層群22により形成される第1素子20と、第1化合物半導体層群22の上層に設けられた第2化合物半導体層群52により形成され、第1の素子20とは異なる性能を有する第2素子50とを有する。本実施例において、半導体素子110の第1化合物半導体層群22は分離層34を有しない点で図1及び図2に示した半導体素子10と異なる。
【0036】
まず、図3(a)に示すように、基板12を準備する。基板12は、半絶縁性のGaAsにより形成されてよい。次に、基板12上にエピタキシャル成長により第1化合物半導体層群22を形成する。本実施例において、第1素子20はHEMTである。第1化合物半導体層群22は、バッファ層24と、バッファ層24上に形成されたチャネル層26と、チャネル層26上に形成されたスペーサ層28と、スペーサ層28上に形成されたドナー層30と、ドナー層30上に形成されたキャップ層32とを有する。本実施例における第1化合物半導体層群22は、図2(a)を用いて説明したのと同様の構造を有し、同様の材料により形成されるので説明を省略する。
【0037】
次に、第1化合物半導体層群22のキャップ層32上に第2化合物半導体層群52を形成する。本実施例において、第2素子50はショットキーバリアダイオードである。そこで、まず第1化合物半導体層群22のキャップ層32上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層54を形成する。本実施例において、オーミックコンタクト層54は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。そして、オーミックコンタクト層54上にエピタキシャル成長によりショットキーコンタクト層56を形成する。ショットキーコンタクト層56は、In0.51Ga0.49Pにより形成されてよい。
【0038】
次に、図3(b)に示すように、第2化合物半導体層群52の第2素子50が形成される領域以外の領域を第1エッチャントによりエッチングする。本実施例における第1エッチャントは、例えばHCl/H2O溶液である。
【0039】
本実施例においては、第2化合物半導体層群52の第1化合物半導体層群22と接する層と第1化合物半導体層群22の第2化合物半導体層群52と接する層が所定の第1エッチャントにより選択的にエッチングされる材料により形成されているため、第1エッチャントを用いて第2化合物半導体層群52のみをエッチングすることができる。そのため、複数の素子を同一基板上に形成することができる。また、複数の素子はそれぞれ異なる層を構成層として形成されるので、任意の素子特性を得るために必要なドーピング濃度と膜厚を有するように設計できる。
【0040】
続いて、図3(c)に示すように、第1化合物半導体層群22における第2化合物半導体層群52と接する層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングする。具体的には、H3PO4/H2O2/H2O溶液又はNH4OH/H2O2/H2O溶液等の第2エッチャントによりキャップ層32をエッチングする。
【0041】
その後、図3(d)に示すように、ドレイン電極36、ソース電極38及びオーミック電極58を蒸着及びリフトオフ法により形成する。オーミック電極58は、例えばAuGe/Ni/Au材料により形成するのが好ましい。また、ゲート電極40及びショットキー電極60も蒸着及びリフトオフ法により形成する。ショットキー電極はTi/Pt/Au材料により形成するのが好ましい。さらに、図示していないが、その他の必要な配線も例えばTi/Pt/Au材料により蒸着及びリフトオフ法により形成してよい。
【0042】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0043】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば異なる電気的特性をそれぞれ有する複数の素子を同一基板上に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る半導体素子を示す断面図である。
【図2】図1に示した半導体素子を製造する工程を示した工程図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る半導体素子の他の例を製造する工程を示した工程図である。
【符号の説明】
10・・半導体素子、20・・第1素子、22・・第1化合物半導体層群、24・・バッファ層、26・・チャネル層、28・・スペーサ層、30・・ドナー層、32・・キャップ層、34・・分離層、36・・ドレイン電極、38・・ソース電極、40・・ゲート電極、50・・第2素子、52・・第2化合物半導体層群、54・・オーミックコンタクト層、56・・ショットキーコンタクト層、58・・オーミック電極、60・・ショットキー電極
Claims (18)
- 第1化合物半導体層群により形成される第1素子と、
前記第1化合物半導体層群の上層に設けられた第2化合物半導体層群により形成される第2素子と
を備えることを特徴とする半導体素子。 - 前記第2化合物半導体層群は、前記第1化合物半導体層群と接すると共に所定のエッチャントによりエッチングされる第1接触層を含み、
前記第1化合物半導体層群は、前記第1接触層と接すると共に前記所定のエッチャントにより実質的にエッチングされない材料により形成された第2接触層を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 - 前記第1化合物半導体層群は、前記第1素子を構成する第1素子構成層群を有し、
前記第2接触層は、前記第1素子構成層群上に形成された分離層であることを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。 - 前記第1化合物半導体層群は、チャネル層と、前記チャネル層の上層に形成され、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示すドナー層と、前記ドナー層の上層に形成され、前記ドナー層の前記所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、前記第1導電性を示すキャップ層とを有し、
前記第1素子は、前記キャップ層に接合されたドレイン電極及びソース電極と、前記ドナー層に接合されたゲート電極とを有するトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 - 前記第2化合物半導体層群は、所定のキャリア濃度を有すると共に第2導電性を示すオーミックコンタクト層と、前記オーミックコンタクト層の前記所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有すると共に前記第2導電性を示すショットキーコンタクト層とを有し、
前記オーミックコンタクト層又は前記ショットキーコンタクト層のいずれか一方は、前記第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長により形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 - 前記第2素子は、前記オーミックコンタクト層に接合されたオーミック電極と、前記ショットキーコンタクト層に接合されたショットキー電極とを有するショットキーダイオードであることを特徴とする請求項5のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記ショットキーコンタクト層は、前記オーミックコンタクト層よりも薄く形成されたことを特徴とする請求項5又は6に記載の半導体素子。
- 第1化合物半導体層群を形成するステップと、
前記第1化合物半導体層群の上層に第2化合物半導体層群を形成するステップと、
前記第1化合物半導体層群に第1素子を形成するステップと、
前記第2化合物半導体層群に第2素子を形成するステップと
を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記第1素子を形成するステップは、前記第2化合物半導体層群における前記第1化合物半導体層群と接する第1接触層を第1エッチャントによりエッチングするステップを有し、
前記第1化合物半導体層群を形成するステップは、前記第1エッチャントにより実質的にエッチングされない材料により前記第1接触層と接する第2接触層を形成するステップを有することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1エッチャントによりエッチングするステップは、前記第1接触層の前記第2素子が形成される領域以外の領域をエッチングし、
前記第1素子を形成するステップは、前記第2接触層の所定の領域を第2エッチャントによりエッチングするステップを有することを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1化合物半導体層群を形成するステップは、
前記第1素子を構成する第1素子構成層群を形成するステップと、
前記第1素子構成層群上に前記第2化合物半導体層群と接する分離層を形成するステップと
を有することを特徴とする請求項8から10のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1素子を形成するステップは、
前記分離層をマスクとして、前記第1素子構成層群をエッチングするステップを有することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1化合物半導体層群を形成するステップは、
基板上層にチャネル層を形成するステップと、
前記チャネル層の上層に、所定のキャリア濃度を有し、第1導電性を示す材料によりドナー層を形成するステップと、
前記ドナー層の上層に、前記ドナー層の所定のキャリア濃度よりも高いキャリア濃度を有し、前記第1導電性を示す材料によりキャップ層を形成するステップと
を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第2化合物半導体層群を形成するステップは、
前記第1化合物半導体層群上にエピタキシャル成長によりオーミックコンタクト層及びショットキーコンタクト層のいずれか一方を形成するステップと、
前記オーミックコンタクト層及び前記ショットキーコンタクト層のいずれか一方の上にエピタキシャル成長により前記オーミックコンタクト層及び前記ショットキーコンタクト層のいずれか他方を形成するステップと
を備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第2化合物半導体層群を形成するステップは、
所定のキャリア濃度を有し、第2導電性を示す材料によりオーミックコンタクト層を形成するステップと、
前記オーミックコンタクト層の前記所定のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有し、前記第2導電性を示す材料によりショットキーコンタクト層を形成するステップと
を有することを特徴とする請求項8に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記ショットキーコンタクト層を形成するステップは、前記オーミックコンタクト層よりも薄く前記ショットキーコンタクト層を形成することを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記第1化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pにより前記第2化合物半導体層群と接する層を形成し、
前記第2化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsにより前記オーミックコンタクト層及び前記ショットキーコンタクト層を形成することを特徴とする請求項14又は15に記載の半導体素子の製造方法。 - 前記第1化合物半導体層群を形成するステップは、GaAsにより前記第2化合物半導体層群と接する層を形成し、
前記第2化合物半導体層群を形成するステップは、In0.49Ga0.51Pにより前記オーミックコンタクト層及び前記ショットキーコンタクト層を形成することを特徴とする請求項14又は15に記載の半導体素子の製造方法。
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