JP2005327890A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a dual gate transistor including two gate electrodes having different thresholds without increasing a processing load compared with conventional manufacturing methods by forming a source, a drain, and a first gate electrode with a capping layer, and further forming a second gate electrode with a metal gate electrode by making use of an oblique deposition method. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a channel layer 12, a Schottky barrier layer 13, and a capping layer 14 laminated in sequence on a substrate 10. In the semiconductor device, a source 15 and a drain 16 are formed in an electrically isolated manner using the capping layer 14, and a first gate electrode 17 electrically isolated from the source 15 and the drain 16 is formed between the source 15 and the drain 16. Further, there is formed a second gate electrode 18 between the source 15 and the gate electrode 17. The second gate electrode is electrically isolated from the source 15 and the first gate electrode 17, and is embedded partly in an upper portion of the Schottky barrier layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するもので、詳しくはデュアルゲート型のHEMT(High Electron Mobility Transistor)を簡便な方法で作製することが容易な半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device in which a dual gate HEMT (High Electron Mobility Transistor) can be easily manufactured.

ソース・ドレイン間に2本のゲートを備えた電界効果トランジスタ(FET)をデュアルゲートFETと呼ぶ。一例として、図11の概略構成斜視図および平面レイアウト図に示すように、半絶縁性GaAs基板上にn−GaAs層が形成され、n−GaAs層に形成されるソース、ドレイン間上部に第一ゲートと第二ゲートとが形成された、デュアルゲート電界効果トランジスタ(デュアルゲートFET)が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。   A field effect transistor (FET) having two gates between a source and a drain is called a dual gate FET. As an example, an n-GaAs layer is formed on a semi-insulating GaAs substrate as shown in the schematic configuration perspective view and the plan layout diagram of FIG. 11, and the first is formed between the source and drain formed in the n-GaAs layer. A dual gate field effect transistor (dual gate FET) in which a gate and a second gate are formed is disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).

デュアルゲートFETは制御用電極(第一ゲート、第二ゲート)が2本あることにより2系統の信号を独立印加でき、また高効率化、高耐圧化に効果がある。さらに、それぞれをエンハンスメントとデプレションの相異なるしきい値を持つゲート電極にすると、単一電源で動作可能な、高効率・高耐圧増幅器ができる。しかし、相異なるしきい値を持つ2つのゲート電極を形成するためには、半導体に接するゲート電極を構成する金属が異なるため、それぞれのゲート電極を別工程で形成する必要があり工程が複雑になるという問題があった。   Since the dual gate FET has two control electrodes (first gate and second gate), two systems of signals can be independently applied, and it is effective in increasing the efficiency and withstanding voltage. Furthermore, if each of the gate electrodes has different threshold values for enhancement and depletion, a high-efficiency and high-voltage amplifier capable of operating with a single power source can be obtained. However, in order to form two gate electrodes having different threshold values, since the metals constituting the gate electrode in contact with the semiconductor are different, it is necessary to form each gate electrode in a separate process, and the process is complicated. There was a problem of becoming.

高山洋一郎著 「マイクロ波トランジスタ」社団法人電気情報通信学会 1998年 p.36Yoichiro Takayama “Microwave Transistor” The Institute of Electrical, Information and Communication Engineers 1998 p. 36

解決しようとする問題点は、相異なるしきい値を持つ2つのゲート電極を形成するためには、半導体に接するゲート電極を構成する金属が異なるため、それぞれのゲート電極を別工程で形成する必要があり工程が複雑になる点である。   The problem to be solved is that in order to form two gate electrodes having different threshold values, the metal constituting the gate electrode in contact with the semiconductor is different, so that each gate electrode must be formed in a separate process. The process is complicated.

本発明の半導体装置は、基板上に形成されたチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたショットキーバリア層と、前記ショットキーバリア層上に形成されたキャップ層からなるソースと、前記ショットキーバリア層上に形成された前記キャップ層と同一層からなるもので前記ソースと電気的に分離された状態に形成されたドレインと、前記ショットキーバリア層上に形成された前記キャップ層と同一層からなるもので前記ソースおよび前記ドレインと電気的に分離された状態に前記ソースと前記ドレインとの間に形成された第1ゲート電極と、前記ソースと前記第1ゲート電極との間に前記ソースおよび前記第1ゲート電極と電気的に分離された状態に形成されたもので前記ショットキーバリア層上部に一部が埋め込まれた第2ゲート電極とを備えたことを最も主要な特徴とする。   The semiconductor device of the present invention includes a channel layer formed on a substrate, a Schottky barrier layer formed on the channel layer, a source including a cap layer formed on the Schottky barrier layer, and the shot A drain made of the same layer as the cap layer formed on the key barrier layer and formed in a state of being electrically separated from the source, and the same cap layer as the cap layer formed on the Schottky barrier layer A first gate electrode formed between the source and the drain in a state of being electrically separated from the source and the drain; and between the source and the first gate electrode. A second gate electrode formed in a state of being electrically separated from the source and the first gate electrode and partially embedded in the upper part of the Schottky barrier layer. And most important, comprising the and.

本発明の半導体装置の製造方法は、基板上にチャネル層、ショットキーバリア層およびキャップ層を順次積層して形成する工程と、前記基板の上部、前記チャネル層、前記ショットキーバリア層および前記キャップ層を凸型に加工してトランジスタ領域を形成する工程と、前記トランジスタ領域を被覆する絶縁膜を形成する工程と、第1ゲート電極となる領域上とドレインとなる領域上との間の前記絶縁膜に一列もしくは複数列の孔を形成するとともに、第1ゲート電極となる領域上とソースとなる領域上との間の前記絶縁膜に前記孔の列に平行に長孔を形成する工程と、前記孔および前記長孔より前記キャップ層をエッチング加工して、前記キャップ層からなるソースと、前記キャップ層からなるもので前記ソースと電気的に分離されたドレインと、前記キャップ層からなるもので前記ソースと前記ドレインとの間に前記ソースおよび前記ドレインと電気的に分離された第1ゲート電極を形成する工程と、前記長孔を通じて前記ショットキーバリア層に達するもので、前記ソースと前記第1ゲート電極との間に前記ソースおよび前記第1ゲート電極と電気的に分離された第2ゲート電極を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of sequentially forming a channel layer, a Schottky barrier layer, and a cap layer on a substrate, and an upper portion of the substrate, the channel layer, the Schottky barrier layer, and the cap. Forming the transistor region by processing the layer into a convex shape, forming the insulating film covering the transistor region, and the insulation between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the drain Forming a single or a plurality of rows of holes in the film, and forming a long hole parallel to the row of holes in the insulating film between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the source; The cap layer is etched from the holes and the long holes, and a source made of the cap layer and a gate made of the cap layer and electrically separated from the source are formed. And a step of forming a first gate electrode made of the cap layer and electrically isolated from the source and the drain between the source and the drain; and the Schottky barrier layer through the slot And the step of forming a second gate electrode electrically isolated from the source and the first gate electrode between the source and the first gate electrode. And

本発明の半導体装置は、ソース、ドレインを形成するキャップ層でソースおよびドレインと電気的に分離された第1ゲート電極が形成されているため、キャップ層を加工することで、ソースとドレインと第1ゲート電極とを同時形成することができるようになるという利点がある。またショットキーバリア層上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極が形成されているため、デプレッション型で設計された薄膜構造に対してもゲート・チャネル間を短くすることになるので、デプレション型HEMTを容易に実現できるようになる。   In the semiconductor device of the present invention, the first gate electrode that is electrically separated from the source and the drain is formed in the cap layer that forms the source and the drain. There is an advantage that one gate electrode can be formed simultaneously. In addition, since the second gate electrode is formed in a state of being partially buried above the Schottky barrier layer, the gate-channel distance is shortened even for a thin film structure designed in a depletion type. A depletion type HEMT can be easily realized.

本発明の半導体装置の製造方法は、ソース、ドレインを形成するキャップ層でソースおよびドレインと電気的に分離された第1ゲート電極を形成するため、キャップ層を加工することで、ソース、ドレインと第1ゲート電極とを同時形成することができるという利点がある。またショットキーバリア層上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極を形成するので、デプレッション型で設計された薄膜構造に対してもゲート・チャネル間を短くすることによってエンハンスメントン型HEMTを容易に実現できるようになる。   According to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a cap layer for forming a source and a drain forms a first gate electrode that is electrically separated from the source and the drain. There is an advantage that the first gate electrode can be formed simultaneously. In addition, since the second gate electrode is formed in a state where the Schottky barrier layer is partially embedded, the enhancement type HEMT can be formed by shortening the distance between the gate and the channel even for the thin film structure designed for the depression type. It can be easily realized.

また、第1ゲート電極となる領域上とドレインとなる領域上との間の前記絶縁膜に一列もしくは複数列の孔を形成するとともに、第1ゲート電極となる領域上とソースとなる領域上との間の絶縁膜に孔の列と平行に長孔を形成し、孔および長孔よりキャップ層をエッチング加工するので、孔の列よりキャップ層は深さ方向とともに平面方向にエッチングされて、隣接する孔からエッチングされた部分はつながり、長孔からキャップ層をエッチングした部分と同様に線状にかつ互いが平行になるようにエッチング加工される。したがって、キャップ層からなるソース、第1ゲート電極、ドレインが互いに電気的に分離された状態に形成することが可能となる。   In addition, one or a plurality of rows of holes are formed in the insulating film between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the drain, and the region serving as the first gate electrode and the region serving as the source Since a long hole is formed in the insulating film between the hole and the cap layer is etched from the hole and the long hole, the cap layer is etched in the plane direction along with the depth direction from the hole line, and adjacent to the hole layer. The portions etched from the holes to be connected are connected, and are etched so as to be linear and parallel to each other in the same manner as the portion where the cap layer is etched from the long holes. Accordingly, it is possible to form the source made of the cap layer, the first gate electrode, and the drain in a state where they are electrically separated from each other.

またショットキーバリア層上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極を形成するので、デプレッション型で設計された薄膜構造に対してもゲート・チャネル間を短くすることによってデプレション型HEMTを容易に実現できるようになる。   In addition, since the second gate electrode is formed in a state where a part of the Schottky barrier layer is buried, the depletion type HEMT is formed by shortening the distance between the gate and the channel even for the thin film structure designed for the depletion type. It can be easily realized.

したがって、上記デュアルゲートHEMTの半導体装置では、第2ゲート電極を用いたエンハンスメント型のHEMTおよびキャップ層からなる第1ゲート電極を用いたデブレション型のHEMTの構造を、パターニングの層を増やすことなく形成することができ、デュアルゲートHEMTを簡便な方法で作製することが可能になる。   Therefore, in the dual gate HEMT semiconductor device, the enhancement type HEMT using the second gate electrode and the depletion type HEMT using the first gate electrode made of the cap layer are formed without increasing the patterning layer. Therefore, the dual gate HEMT can be manufactured by a simple method.

相異なるしきい値を持つ2つのゲート電極を有するデュアルゲートトランジスタを容易な製造プロセスで実現するという目的を、キャップ層でソース、ドレイン、第1ゲート電極を形成し、斜め蒸着法を用いて第2ゲート電極を金属ゲート電極で形成することで、プロセス的負荷を増大させずに実現した。   For the purpose of realizing a dual gate transistor having two gate electrodes having different threshold values by an easy manufacturing process, a source, a drain, and a first gate electrode are formed with a cap layer, and a first deposition is performed using an oblique deposition method. By forming the two gate electrodes with a metal gate electrode, it was realized without increasing the process load.

本発明の半導体装置に係る一実施例を、図1によって説明する。図1(1)は概略構成断面図であり、図1(2)は平面レイアウト図である。   One embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 (1) is a schematic sectional view, and FIG. 1 (2) is a plan layout view.

図1に示すように、基板10には、インジウムリン(InP)基板上にインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)層を形成したものを用いている。上記基板10上にチャネル層12、ショットキーバリア層13、キャップ層14が下層より順に積層されている。上記チャネル層12は、例えばインジウムガリウムヒ素(i−InGaAs)層からなり、例えば15nmの厚さに形成されている。上記ショットキーバリア層13は、例えば、インジウムアルミニウムヒ素(i−InAlAs)層からなり、例えば18nm(6nm+12nm)の厚さに形成されている。6nmと12nmのInAlAs層の間にはシリコンのデルタドープ層がある。上記キャップ層14は、例えばシリコン(Si)がドーピングされたn+インジウムガリウムヒ素(InGaAs)層からなり、例えば50nmの厚さに形成されている。シリコンのドーピング濃度は、例えば9×1018cm-3である。 As shown in FIG. 1, the substrate 10 is formed by forming an indium aluminum arsenic (InAlAs) layer on an indium phosphide (InP) substrate. A channel layer 12, a Schottky barrier layer 13, and a cap layer 14 are laminated on the substrate 10 in order from the lower layer. The channel layer 12 is made of, for example, an indium gallium arsenide (i-InGaAs) layer, and has a thickness of, for example, 15 nm. The Schottky barrier layer 13 is made of, for example, an indium aluminum arsenic (i-InAlAs) layer, and has a thickness of, for example, 18 nm (6 nm + 12 nm). Between the 6 nm and 12 nm InAlAs layers is a delta doped layer of silicon. The cap layer 14 is made of, for example, an n + indium gallium arsenide (InGaAs) layer doped with silicon (Si), and has a thickness of 50 nm, for example. The doping concentration of silicon is, for example, 9 × 10 18 cm −3 .

上記ショットキーバリア層13上には、上記キャップ層14からなるソース15と、上記キャップ層14からなるもので上記ソース15と電気的に分離されたドレインと16と、上記キャップ層14からなるもので上記ソース15および上記ドレイン16と電気的に分離された状態に上記ソース15と上記ドレイン16との間に第1ゲート電極17が形成されている。さらに、上記キャップ層14上には絶縁膜31が形成され、上記ソース15と上記第1ゲート電極17との間における上記絶縁膜31には開口部32が形成されている。そして上記開口部32を通して上記ショットキーバリア層13に達するもので、前記ソース15および上記第1ゲート電極17と電気的に絶縁された状態に第2ゲート電極18が形成されている。   On the Schottky barrier layer 13, a source 15 made of the cap layer 14, a drain made of the cap layer 14 and electrically isolated from the source 15, and a cap layer 14. Thus, a first gate electrode 17 is formed between the source 15 and the drain 16 so as to be electrically separated from the source 15 and the drain 16. Further, an insulating film 31 is formed on the cap layer 14, and an opening 32 is formed in the insulating film 31 between the source 15 and the first gate electrode 17. The second gate electrode 18 is formed so as to reach the Schottky barrier layer 13 through the opening 32 and is electrically insulated from the source 15 and the first gate electrode 17.

上記第2ゲート電極18は、少なくとも白金層を有し、例えば下層より白金(Pt)層、チタン(Ti)層、白金(Pt)層、金(Au)層を積層した電極からなる。具体的には、一例として、下層より白金層(厚さ=2.5nm)、チタン層(厚さ=30nm)、白金層(厚さ=30nm)、金層(厚さ=1500nm)を積層した電極からなる。またショットキーバリア層13側の白金層は少なくとも一部がショットキーバリア層13中に拡散され、第2ゲート電極18はショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた構成となっている。   The second gate electrode 18 has at least a platinum layer, and is made of, for example, an electrode in which a platinum (Pt) layer, a titanium (Ti) layer, a platinum (Pt) layer, and a gold (Au) layer are stacked from the lower layer. Specifically, as an example, a platinum layer (thickness = 2.5 nm), a titanium layer (thickness = 30 nm), a platinum layer (thickness = 30 nm), and a gold layer (thickness = 1500 nm) are stacked from the lower layer. It consists of electrodes. Further, at least a part of the platinum layer on the Schottky barrier layer 13 side is diffused into the Schottky barrier layer 13, and the second gate electrode 18 is partially embedded in the Schottky barrier layer 13.

上記第2ゲート電極18を多層電極構造とした理由を以下に説明する。最下層(第1層)白金(Pt)層は、アニールによって、ショットキーバリア層13のInAlAsと反応して、埋め込み電極を形成するものである。埋め込み深さは最下層の白金層の厚さと関係しており、膜厚を厚くすると、厚くした分だけアニール時間とアニール温度の上昇に応じて埋め込み深さも深くなる。InAlAsからなるショットキーバリア層13の厚さや、キャリア濃度に応じて適切な白金層の膜厚を設定する必要がある。本実施例で示したデバイス構造の場合は、5nm〜6nmの厚さに白金層を蒸着した後、290℃で5分間のアニールを施すことでエンハンスメント型になるような埋め込みゲート電極を形成することができる。   The reason why the second gate electrode 18 has a multilayer electrode structure will be described below. The lowermost layer (first layer) platinum (Pt) layer reacts with InAlAs of the Schottky barrier layer 13 by annealing to form a buried electrode. The embedding depth is related to the thickness of the lowermost platinum layer. When the film thickness is increased, the embedding depth becomes deeper as the annealing time and the annealing temperature are increased. It is necessary to set an appropriate platinum layer thickness according to the thickness of the Schottky barrier layer 13 made of InAlAs and the carrier concentration. In the case of the device structure shown in this embodiment, a platinum layer is deposited to a thickness of 5 nm to 6 nm, and after that, annealing is performed at 290 ° C. for 5 minutes to form an enhancement type gate electrode. Can do.

第2層のチタン(Ti)層は第3層の白金(Pt)層の白金(Pt)の拡散を防ぐブロック材料であり、上記アニールによって第3層の白金が半導体表面に達するのを防ぐためのものである。チタンの代わりにモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融点金属を用いても同様の効果が得られる。   The second titanium (Ti) layer is a block material that prevents the diffusion of platinum (Pt) in the third platinum (Pt) layer. In order to prevent the third layer platinum from reaching the semiconductor surface by the annealing. belongs to. The same effect can be obtained by using a refractory metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) instead of titanium.

第3層の白金(Pt)層は第4層の金(Au)層の拡散を防ぐブロック材料であり、上記アニールによって第4層の金が半導体表面に達するのを防ぐためのものである。白金の代わりにモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融点金属を用いても同様の効果が得られる。   The third platinum (Pt) layer is a block material that prevents the diffusion of the fourth gold (Au) layer, and prevents the fourth gold from reaching the semiconductor surface by the annealing. The same effect can be obtained by using a refractory metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) instead of platinum.

第4層の金(Au)層は、ゲート電極の厚さを稼いで、ゲート抵抗を低減するためのものである。Auの代わりに銅(Cu)、アルミニウム(Al)等も用いることができる。   The fourth gold (Au) layer is for increasing the thickness of the gate electrode and reducing the gate resistance. Copper (Cu), aluminum (Al), or the like can be used instead of Au.

上記第2ゲート電極18の最下層に白金層を形成し、その白金層を拡散してなる埋め込みゲートを使用する理由は、白金の埋め込み操作でゲート・チャネル間を短くすることによってデプレション型HEMTを実現するためである。これによって、デプレッション型で設計された薄膜構造に対して、エンハンスメント型HEMTを構成することができる。   The reason for using a buried gate formed by forming a platinum layer in the lowermost layer of the second gate electrode 18 and diffusing the platinum layer is that a depletion type HEMT is formed by shortening the distance between the gate and the channel by a platinum filling operation. It is for realizing. As a result, an enhancement type HEMT can be configured with respect to a thin film structure designed as a depression type.

上記第2ゲート電極18は、図示したように、T型ゲート電極に形成することが可能である。T型ゲート電極とすることによって、エンハンスメント型HEMTのゲート抵抗を低減することが可能となり、これによって素子の高周波特性が向上される。   As shown in the drawing, the second gate electrode 18 can be formed as a T-type gate electrode. By using the T-type gate electrode, it is possible to reduce the gate resistance of the enhancement type HEMT, thereby improving the high-frequency characteristics of the device.

また、上記ソース15上、ドレイン16上および第1ゲート電極17上の上記絶縁膜31には開口部33、34および35が形成され、各開口部33、34および35にはそれぞれソース15に接続するソース電極21、ドレイン16に接続するドレイン電極22および第1ゲート電極17に接続する電極パッド23が形成されている。なお、絶縁膜31には、キャップ層14を加工する際に形成した複数の孔の列からなる開口部36が形成されている。   Openings 33, 34 and 35 are formed in the insulating film 31 on the source 15, the drain 16, and the first gate electrode 17, and the openings 33, 34 and 35 are connected to the source 15, respectively. A source electrode 21, a drain electrode 22 connected to the drain 16, and an electrode pad 23 connected to the first gate electrode 17 are formed. The insulating film 31 is formed with an opening 36 formed of a plurality of holes formed when the cap layer 14 is processed.

上記構成のデュアルゲート型HEMT(High Electron Mobility Transistor)からなる半導体装置1は、上記第1ゲート電極17を有するトランジスタ部分がデプレッション型で動作し、上記第2ゲート電極18を有するトランジスタ部分がエンハンスメント型で動作するものとなる。   In the semiconductor device 1 composed of a dual gate type HEMT (High Electron Mobility Transistor) having the above configuration, the transistor portion having the first gate electrode 17 operates in a depletion type, and the transistor portion having the second gate electrode 18 is an enhancement type. It will work with.

本発明の半導体装置1は、ソース15、ドレイン16を形成するキャップ層14でソース15およびドレイン16と電気的に分離された第1ゲート電極17が形成されているため、キャップ層14の一層を加工することで、ソース15とドレイン16と第1ゲート電極17とを同時形成することができるようになるという利点がある。またショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極18が形成されているため、デプレッション型で設計された薄膜構造に対してもゲート・チャネル間を短くすることになるので、デプレション型HEMTを容易に実現できるようになる。   In the semiconductor device 1 of the present invention, since the first gate electrode 17 that is electrically separated from the source 15 and the drain 16 is formed by the cap layer 14 that forms the source 15 and the drain 16, one layer of the cap layer 14 is formed. By processing, there is an advantage that the source 15, the drain 16, and the first gate electrode 17 can be formed simultaneously. In addition, since the second gate electrode 18 is formed in a state where a part thereof is embedded in the upper part of the Schottky barrier layer 13, the distance between the gate and the channel is shortened even in a thin film structure designed as a depletion type. Therefore, a depletion type HEMT can be easily realized.

次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を、図2〜図8の製造工程図によって説明する。図2、図4、図5、図7および図8の各図面においては、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。また、図3は基板からキャップ層までのエピタキシャル構造の一例を示す。また、図6は、平面レイアウト図および平面レイアウト図中のA−A線断面図および平面レイアウト図中のB−B線断面図を示す。   Next, a first embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to manufacturing process diagrams of FIGS. 2, 4, 5, 7, and 8, the upper diagram shows a plan layout diagram, and the lower diagram shows a cross-sectional view taken along line AA in the plan layout diagram of the lower diagram. FIG. 3 shows an example of an epitaxial structure from the substrate to the cap layer. FIG. 6 shows a cross-sectional view taken along the line AA in the plan layout view and the plan layout view and a cross-sectional view taken along the line BB in the plan layout view.

図2に示すように、基板10には、(001)インジウムリン(InP)基板上にインジウムアルミニウムヒ素(InAlAs)層11を形成したものを用いている。上記基板10上にチャネル層12、ショットキーバリア層13、キャップ層14を下層より順に積層して形成する。上記チャネル層12は、例えばインジウムガリウムヒ素(i−InGaAs)層で形成し、例えば15nmの厚さに形成する。上記ショットキーバリア層13は、例えば、インジウムアルミニウムヒ素(i−InAlAs)層で形成し、例えば18nm(6nm+12nm)の厚さに形成する。6nmと12nmのInAlAs層の間にはシリコンのデルタドープ層がある。上記キャップ層14は、例えばシリコン(Si)がドーピングされたn+インジウムガリウムヒ素(InGaAs)層で形成し、例えば50nmの厚さに形成する。シリコンのドーピング濃度は、例えば9×1018cm-3とする。 As shown in FIG. 2, the substrate 10 is formed by forming an indium aluminum arsenic (InAlAs) layer 11 on a (001) indium phosphide (InP) substrate. A channel layer 12, a Schottky barrier layer 13, and a cap layer 14 are stacked on the substrate 10 in this order from the lower layer. The channel layer 12 is formed of, for example, an indium gallium arsenide (i-InGaAs) layer, and has a thickness of, for example, 15 nm. The Schottky barrier layer 13 is formed of, for example, an indium aluminum arsenic (i-InAlAs) layer, and has a thickness of, for example, 18 nm (6 nm + 12 nm). Between the 6 nm and 12 nm InAlAs layers is a delta doped layer of silicon. The cap layer 14 is formed of, for example, an n + indium gallium arsenide (InGaAs) layer doped with silicon (Si), and has a thickness of, for example, 50 nm. The doping concentration of silicon is, for example, 9 × 10 18 cm −3 .

具体的には、上記基板からキャップ層までのエピタキシャル構造の一例としては、図3に示す膜構造とすることができる。   Specifically, as an example of the epitaxial structure from the substrate to the cap layer, the film structure shown in FIG. 3 can be used.

上記トランジスタ領域2を形成する際には、上記チャネル層12の側部を、凸型に形成された基板10の側部およびショットキーバリア層13の側部およびキャップ層14の側部よりも内側になるように形成する。すなわち、チャネル層12の側部にアンダーカット部12uを形成する。   When the transistor region 2 is formed, the side portion of the channel layer 12 is located inside the convex side portion of the substrate 10, the side portion of the Schottky barrier layer 13, and the side portion of the cap layer 14. To be formed. That is, the undercut portion 12 u is formed on the side portion of the channel layer 12.

上記アンダーカット部12uを形成することにより、後の形成されるソース電極、ドレイン電極がチャネル層12と接触するのを防ぐことができる。これによりゲートリーク電流を低減することができる。この方法は、従来から知られている技術であり、例えば、IEEE Electron Device Lett. Vol13, No.4 (1992) p.195.に開示されている。   By forming the undercut portion 12u, it is possible to prevent a source electrode and a drain electrode to be formed later from coming into contact with the channel layer 12. As a result, the gate leakage current can be reduced. This method is a conventionally known technique, for example, IEEE Electron Device Lett. Vol13, No.4 (1992) p.195. Is disclosed.

次に、通常のリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、上記基板10の上部、チャネル層12、ショットキーバリア層13およびキャップ層14を凸型に加工してトランジスタ領域2を形成する。次いで、トランジスタ領域2を被覆する絶縁膜31を形成する。   Next, the transistor region 2 is formed by processing the upper portion of the substrate 10, the channel layer 12, the Schottky barrier layer 13, and the cap layer 14 into a convex shape by using a normal lithography technique and an etching technique. Next, an insulating film 31 that covers the transistor region 2 is formed.

次に、図4に示すように、上記絶縁膜31上にレジストを塗布してレジスト膜41を形成した後、リソグラフィー技術により第1ゲート電極となる領域上とドレインとなる領域上との間の上記レジスト膜41に一列もしくは複数列の孔42を形成するとともに、第1ゲート電極となる領域上とソースとなる領域上との間の上記レジスト膜41に上記孔42の列に平行に長孔43を形成する。上記リソグラフィー技術には、例えば、電子線リソグラフィー技術を用いることが好ましいが、紫外線リソグラフィー技術等の光リソグラフィー技術を用いることもできる。また、上記孔42は、例えば矩形パターンで形成されている。また、上記長孔43は、例えば長い矩形パターンで形成されている。   Next, as shown in FIG. 4, after a resist is applied on the insulating film 31 to form a resist film 41, a lithography technique is used between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the drain. One or more holes 42 are formed in the resist film 41, and long holes are formed in the resist film 41 between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the source in parallel with the row of the holes 42. 43 is formed. For the lithography technique, for example, an electron beam lithography technique is preferably used, but an optical lithography technique such as an ultraviolet lithography technique can also be used. The hole 42 is formed in a rectangular pattern, for example. Moreover, the said long hole 43 is formed in the long rectangular pattern, for example.

次に、図5に示すように、上記レジスト膜41をエッチングマスクに用いて、孔42および長孔43から上記絶縁膜31をエッチングする。その結果、第1ゲート電極となる領域上とドレインとなる領域上との間の上記絶縁膜31に一列もしくは複数列の孔からなる開口部36を形成するとともに、第1ゲート電極となる領域上とソースとなる領域上との間の上記絶縁膜31に上記孔36の列に平行に長孔からなる開口部32を形成する。   Next, as shown in FIG. 5, the insulating film 31 is etched from the hole 42 and the long hole 43 using the resist film 41 as an etching mask. As a result, openings 36 made of one or a plurality of rows of holes are formed in the insulating film 31 between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the drain, and on the region serving as the first gate electrode. An opening 32 made of a long hole is formed in parallel with the row of the holes 36 in the insulating film 31 between the source region and the source region.

さらに、上記レジスト膜41および絶縁膜31をエッチングマスクに用いて、上記キャップ層14をエッチング加工する。その結果、キャップ層14からなるソース15と、キャップ層14からなるものでソース15と電気的に分離されたドレイン16と、キャップ層14からなるものでソース15とドレイン16との間にソース15およびドレイン16と電気的に分離された第1ゲート電極17が形成される。上記エッチングでは、InAlAsはエッチングしないエッチング液に浸漬することによって行う。エッチング液の具体例としては、アジピン酸、琥珀酸、クエン酸などのカルボン酸と過酸化水素水との混合液を使用するのが良い。   Further, the cap layer 14 is etched using the resist film 41 and the insulating film 31 as an etching mask. As a result, the source 15 made of the cap layer 14, the drain 16 made of the cap layer 14 and electrically separated from the source 15, and the source 15 made of the cap layer 14 between the source 15 and the drain 16. A first gate electrode 17 electrically isolated from the drain 16 is formed. In the above etching, InAlAs is performed by immersing it in an etching solution that is not etched. As a specific example of the etching solution, a mixed solution of a carboxylic acid such as adipic acid, succinic acid, and citric acid and a hydrogen peroxide solution may be used.

次に、図6に示すように、開口部32(長孔)の長手方向からの斜め蒸着法によって、上記長孔からなる開口部32を通じてショットキーバリア層13に達するもので、上記ソース15と第1ゲート電極17との間にソース15および第1ゲート電極17と電気的に分離された第2ゲート電極18を形成する。このとき、複数の孔からなる開口部36には側壁部に蒸着物51は付着するが、レジスト膜41等の陰になるためショットキーバリア層13上にまで蒸着物51は到達しない。したがって、開口部32の部分のみに選択的に蒸着物を堆積して第2ゲート電極18を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6, the Schottky barrier layer 13 is reached through the opening 32 made of the long hole by an oblique deposition method from the longitudinal direction of the opening 32 (long hole). A source 15 and a second gate electrode 18 electrically isolated from the first gate electrode 17 are formed between the first gate electrode 17 and the first gate electrode 17. At this time, the deposited material 51 adheres to the side wall of the opening 36 formed of a plurality of holes, but the deposited material 51 does not reach the Schottky barrier layer 13 because it is behind the resist film 41 or the like. Therefore, the second gate electrode 18 can be formed by selectively depositing the vapor deposition material only on the opening 32.

上記斜め蒸着法における蒸着角度は、概ねレジスト膜41の厚さと開口部のサイズによって適切な値を設定する必要がある。例えば、300nmの厚さのレジスト膜41に対して、200nmの矩形パタンからなる開口部36を開口した場合を考えると、蒸着原料の入射方向は、基板10の法線に対して例えばθ=55度傾けた方向から入射すると良い。   The deposition angle in the oblique deposition method needs to be set to an appropriate value depending on the thickness of the resist film 41 and the size of the opening. For example, considering the case where an opening 36 made of a 200 nm rectangular pattern is opened in a resist film 41 having a thickness of 300 nm, the incident direction of the evaporation source is, for example, θ = 55 with respect to the normal of the substrate 10. Incident from a tilted direction.

上記第2ゲート電極18の材料にはエンハンスメント型のHEMTを形成しうるゲート電極材料が選択される。例えば下層より、白金(Pt)層、チタン(Ti)層、白金(Pt)層、金(Au)層を積層して形成する。具体的には、一例として、下層より白金層(厚さ=2.5nm)、チタン層(厚さ=30nm)、白金層(厚さ=30nm)、金層(厚さ=1500nm)を積層する。   As the material of the second gate electrode 18, a gate electrode material capable of forming an enhancement type HEMT is selected. For example, a platinum (Pt) layer, a titanium (Ti) layer, a platinum (Pt) layer, and a gold (Au) layer are stacked from the lower layer. Specifically, as an example, a platinum layer (thickness = 2.5 nm), a titanium layer (thickness = 30 nm), a platinum layer (thickness = 30 nm), and a gold layer (thickness = 1500 nm) are stacked from the lower layer. .

その後、リフトオフ法によって、上記レジスト膜41を除去するとともに、レジスト膜41に付着している蒸着物51も併せて除去する。この結果、図7に示すように、開口部32の部分のみに選択的に第2ゲート電極18が形成される。次いで、水素と窒素の混合ガス雰囲気中で、約300℃、1分間のアニールを行う。このアニールによって、第2ゲート電極18を構成する最下層に形成された白金層の白金(Pt)がショットキーバリア層13のInAlAsと反応して、第2ゲート電極18とチャネル層12との間の距離が数nmほど短くなる。すなわち、ショットキーバリア層13側の白金層は少なくとも一部がショットキーバリア層13中に拡散され、第2ゲート電極18はショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた構成となる。この技術は、IEEE Transactions on Electron Devices, vol.45, No.12,(1998) p.2422に開示されている。これにより、ソース15と第1ゲート電極17との間に第2ゲート電極18を有するエンハンスメント型のHEMTが形成される。   Thereafter, the resist film 41 is removed by a lift-off method, and the deposited material 51 adhering to the resist film 41 is also removed. As a result, as shown in FIG. 7, the second gate electrode 18 is selectively formed only in the opening 32. Next, annealing is performed at about 300 ° C. for 1 minute in a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen. By this annealing, platinum (Pt) in the platinum layer formed in the lowermost layer constituting the second gate electrode 18 reacts with InAlAs in the Schottky barrier layer 13, and between the second gate electrode 18 and the channel layer 12. The distance becomes shorter by several nm. That is, at least a part of the platinum layer on the Schottky barrier layer 13 side is diffused in the Schottky barrier layer 13, and the second gate electrode 18 is partially embedded in the Schottky barrier layer 13. This technique is disclosed in IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 45, No. 12, (1998) p. As a result, an enhancement type HEMT having the second gate electrode 18 between the source 15 and the first gate electrode 17 is formed.

次に、上記第2ゲート電極18を多層電極構造として形成した理由を以下に説明する。最下層(第1層)白金層は、上記アニールによって、ショットキーバリア層13のInAlAsと反応させて、埋め込み電極を形成する。これにより形成される第2ゲート電極18の埋め込み深さは最下層の白金層の厚さと関係し、膜厚を厚く形成することにより、厚くした分だけアニール時間とアニール温度の上昇に応じて埋め込み深さも深くすることができる。上記最下層の白金層は、InAlAsからなるショットキーバリア層13の厚さや、キャリア濃度に応じて適切な膜厚に設定する必要がある。少なくとも、ショットキーバリア層13を突き抜けるようなことがあってはならない。本実施例で示した製造方法では、最下層の白金層を2nm〜3nmの厚さに形成し、上記アニールを290℃で5分間施すことで、エンハンスメント型になるような埋め込みゲート電極を形成することができる。   Next, the reason why the second gate electrode 18 is formed as a multilayer electrode structure will be described below. The bottom layer (first layer) platinum layer reacts with InAlAs of the Schottky barrier layer 13 by the annealing to form a buried electrode. The embedding depth of the second gate electrode 18 thus formed is related to the thickness of the lowermost platinum layer, and the embedding depth is increased by increasing the annealing time and annealing temperature by increasing the film thickness. The depth can also be increased. The lowermost platinum layer needs to be set to an appropriate thickness according to the thickness of the Schottky barrier layer 13 made of InAlAs and the carrier concentration. At least, it should not penetrate through the Schottky barrier layer 13. In the manufacturing method shown in the present embodiment, the bottom platinum layer is formed to a thickness of 2 nm to 3 nm, and the annealing is performed at 290 ° C. for 5 minutes, thereby forming an enhancement type buried gate electrode. be able to.

上記第2層のチタン層は第3層の白金層の拡散を防ぐブロック材料であり、上記アニールによって第3層の白金が半導体表面に達するのを防ぐためのものである。チタンの代わりにモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融点金属を用いても同様の効果が得られる。   The second titanium layer is a block material that prevents diffusion of the third platinum layer, and is intended to prevent the third platinum layer from reaching the semiconductor surface by the annealing. The same effect can be obtained by using a refractory metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) instead of titanium.

上記第3層の白金層は第4層の金層の拡散を防ぐブロック材料であり、上記アニールによって第4層の金が半導体表面に達するのを防ぐためのものである。白金の代わりにモリブデン(Mo)、タングステン(W)等の高融点金属を用いても同様の効果が得られる。   The third platinum layer is a block material that prevents diffusion of the fourth gold layer, and prevents the fourth gold layer from reaching the semiconductor surface by the annealing. The same effect can be obtained by using a refractory metal such as molybdenum (Mo) or tungsten (W) instead of platinum.

上記第4層の金層は、ゲート電極の厚さを稼いで、ゲート抵抗を低減するためのものである。金の代わりに銅(Cu)、アルミニウム(Al)等も用いることができる。   The fourth gold layer is for increasing the thickness of the gate electrode and reducing the gate resistance. Copper (Cu), aluminum (Al), or the like can be used instead of gold.

上記第2ゲート電極18の最下層に白金層を形成し、その白金層を拡散してなる埋め込みゲートに形成する理由は、白金の埋め込み操作でゲート・チャネル間を短くすることによってデプレション型HEMTを実現するためである。これによって、デプレッション型で設計された薄膜構造に対して、エンハンスメント型HEMTを構成することができる。   The reason why the platinum layer is formed in the bottom layer of the second gate electrode 18 and the buried platinum layer is formed by diffusing the platinum layer is that the depletion type HEMT is formed by shortening the distance between the gate and the channel by the platinum filling operation. It is for realizing. As a result, an enhancement type HEMT can be configured with respect to a thin film structure designed as a depression type.

上記第2ゲート電極18は、T型ゲート電極に形成することが可能である。T型ゲート電極とすることによって、エンハンスメント型HEMTのゲート抵抗を低減することが可能となり、これによって素子の高周波特性が向上される。このT型ゲートに形成する製造方法は後に詳細を説明する。   The second gate electrode 18 can be formed as a T-type gate electrode. By using the T-type gate electrode, it is possible to reduce the gate resistance of the enhancement type HEMT, thereby improving the high-frequency characteristics of the device. Details of the manufacturing method for forming the T-type gate will be described later.

次に、図8に示すように、上記絶縁膜31上にレジストを塗布してレジスト膜(図示せず)を形成した後、リソグラフィー技術により第1ゲート電極17上の上記レジスト膜に孔を形成する。上記リソグラフィー技術には、例えば、電子線リソグラフィー技術を用いることが好ましいが、紫外線リソグラフィー技術等も光リソグラフィー技術を用いることもできる。次いで、上記レジスト膜をエッチングマスクに用いて、上記絶縁膜31をエッチングする。その結果、上記第1ゲート電極17上の上記絶縁膜31に開口部35が形成される。   Next, as shown in FIG. 8, a resist is applied on the insulating film 31 to form a resist film (not shown), and then a hole is formed in the resist film on the first gate electrode 17 by lithography. To do. For example, an electron beam lithography technique is preferably used as the lithography technique, but an ultraviolet lithography technique or the like can also be used as an optical lithography technique. Next, the insulating film 31 is etched using the resist film as an etching mask. As a result, an opening 35 is formed in the insulating film 31 on the first gate electrode 17.

次に、蒸着法によって、開口部35から上記第1ゲート電極17上に電極材料を堆積して、開口部34に第1ゲート電極17に接続する電極パッド23を形成する。その後、リフトオフ法によって、上記レジスト膜を除去するとともに、上記レジスト膜に付着した蒸着物も除去する。   Next, an electrode material is deposited on the first gate electrode 17 from the opening 35 by vapor deposition, and the electrode pad 23 connected to the first gate electrode 17 is formed in the opening 34. Thereafter, the resist film is removed by a lift-off method, and the deposited material adhering to the resist film is also removed.

さらに、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術によって、ソース15およびドレイン領域16を露出させた後、通常の電極形成技術によって、ソース15およびドレイン16に接続するオーミック電極となるソース電極21、ドレイン電極22を形成する。   Further, after the source 15 and the drain region 16 are exposed by a normal lithography technique and an etching technique, the source electrode 21 and the drain electrode 22 to be ohmic electrodes connected to the source 15 and the drain 16 are formed by a normal electrode forming technique. Form.

このようにして形成された、デュアルゲートHEMTの半導体装置1は、第1ゲート電極17を有するトランジスタ部がデプレション型となり、第2ゲート電極18を有するトランジスタ部がエンハンスメント型となる。   In the dual gate HEMT semiconductor device 1 formed as described above, the transistor portion having the first gate electrode 17 is a depletion type, and the transistor portion having the second gate electrode 18 is an enhancement type.

次に、上記実施例において最下層に白金層を含む第2ゲート電極18を形成した理由を以下に説明する。それは、デプレッション型で設計された薄膜構造に対して、エンハンスメント型HEMTを作る必要があるためであり、本実施例では白金層をショットキーバリア層13中に反応(拡散反応)させることで第2ゲート電極18を埋め込み操作して、第2ゲート電極18とチャネル層12との間隔を小さくすることによって、第2ゲート電極18を有するトランジスタでデプレション型HEMTを実現している。なお、薄膜構造をエンハンスメント型で設計した場合、埋め込みゲートを使う必要がなくなり、電極材料の選択幅が広がるのではないかという考えもあるが、初めから薄膜構造をエンハンスメント型で設計すると次の理由で所望のトランジスタ素子構造が得られない。すなわち、キャップ層14が高抵抗になり、トランジスタ特性は得られない、もしくは著しく悪くなる。   Next, the reason why the second gate electrode 18 including the platinum layer in the lowermost layer in the above embodiment is formed will be described below. This is because it is necessary to make an enhancement type HEMT with respect to a thin film structure designed as a depletion type. In this embodiment, the platinum layer is reacted (diffusion reaction) in the Schottky barrier layer 13 to obtain the second. A depletion type HEMT is realized with a transistor having the second gate electrode 18 by embedding the gate electrode 18 to reduce the distance between the second gate electrode 18 and the channel layer 12. In addition, when the thin film structure is designed in the enhancement type, there is an idea that there is no need to use the buried gate and the selection range of the electrode material may be expanded, but if the thin film structure is designed in the enhancement type from the beginning, the following reasons Thus, a desired transistor element structure cannot be obtained. In other words, the cap layer 14 has a high resistance, and the transistor characteristics cannot be obtained or are significantly deteriorated.

その理由とは、デプレション型のHEMT部(半導体キャップ層を用いたゲート電極部)が作製できないことである。何故ならば、InAlAsからなるショットキーバリア層上にキャップ層があるとしても、概ねフェルミレベルの位置は変わらず、薄膜構造の設計通りのデプレション型になってしまうと推測されるからである。   The reason is that a depletion type HEMT part (a gate electrode part using a semiconductor cap layer) cannot be produced. This is because even if there is a cap layer on the Schottky barrier layer made of InAlAs, it is presumed that the position of the Fermi level does not change and it becomes a depletion type as designed in the thin film structure.

したがって、本実施例では、薄膜構造はデプレション型で設計して、エンハンスメント型HEMT部の第2ゲート電極18を白金(Pt)の埋め込みゲート構造にて作製するという方法がもっとも良いと判断される。   Therefore, in this embodiment, it is judged that the best method is to design the thin film structure in a depletion type and to produce the second gate electrode 18 of the enhancement type HEMT part with a buried gate structure of platinum (Pt). .

本発明の半導体装置の製造方法は、ソース15、ドレイン16を形成するキャップ層14でソース15およびドレイン16と電気的に分離された第1ゲート電極17を形成するため、キャップ層14の一層を加工することで、ソース15、ドレイン16と第1ゲート電極17とを同時形成することができるという利点がある。またショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極18を形成するので、デプレッション型で設計された薄膜構造に対してもゲート・チャネル間を短くすることによってエンハンスメントン型HEMTを容易に実現できるようになる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first gate electrode 17 electrically isolated from the source 15 and the drain 16 is formed by the cap layer 14 that forms the source 15 and the drain 16. By processing, there is an advantage that the source 15, the drain 16 and the first gate electrode 17 can be formed simultaneously. In addition, since the second gate electrode 18 is formed in a state where a part thereof is embedded in the upper part of the Schottky barrier layer 13, the enhancement-type structure can be obtained by shortening the distance between the gate and the channel even for a thin film structure designed as a depression type. HEMT can be easily realized.

また、第1ゲート電極17となる領域上とドレイン16となる領域上との間の絶縁膜31に一列もしくは複数列の孔からなる開口部36を形成するとともに、第1ゲート電極17となる領域上とソース15となる領域上との間の絶縁膜31に孔の列と平行に長孔からなる開口部32を形成し、開口部36および開口部32よりキャップ層14をエッチング加工するので、開口部36の列よりキャップ層14は深さ方向とともに平面方向にエッチングされて、隣接する開口部36からエッチングされた部分はつながり、開口部36からキャップ層14をエッチングした部分と同様に線状にかつ互いが平行になるようにエッチング加工される。したがって、キャップ層14からなるソース15、第1ゲート電極17、ドレイン16が互いに電気的に分離された状態に形成することが可能となる。   In addition, an opening 36 formed of one or more rows of holes is formed in the insulating film 31 between the region serving as the first gate electrode 17 and the region serving as the drain 16, and the region serving as the first gate electrode 17. Since the opening 32 made of a long hole is formed in the insulating film 31 between the top and the region to be the source 15 in parallel with the row of holes, and the cap layer 14 is etched from the opening 36 and the opening 32, The cap layer 14 is etched in the plane direction along with the depth direction from the row of the openings 36, and the portions etched from the adjacent openings 36 are connected, and are linear like the portions where the cap layer 14 is etched from the openings 36. And etching so that they are parallel to each other. Therefore, the source 15, the first gate electrode 17, and the drain 16 made of the cap layer 14 can be formed in a state of being electrically isolated from each other.

また、ソース15と第1ゲート電極17との間にソース15および第1ゲート電極17と電気的に分離された状態でショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極18を形成することから、第2ゲート電極18は第1ゲート電極17とは異なるしきい値の材料で形成することが容易となる。またショットキーバリア層13上部に一部が埋め込まれた状態に第2ゲート電極17を形成するので、デプレッション型で設計された薄膜構造に対しても第2ゲート電極17とチャネル層12との間を短くすることによってデプレション型HEMTを容易に実現できるようになる。   In addition, the second gate electrode is partially embedded in the upper part of the Schottky barrier layer 13 while being electrically separated from the source 15 and the first gate electrode 17 between the source 15 and the first gate electrode 17. Since 18 is formed, the second gate electrode 18 can be easily formed of a material having a threshold value different from that of the first gate electrode 17. In addition, since the second gate electrode 17 is formed in a state where a part thereof is embedded in the upper part of the Schottky barrier layer 13, the second gate electrode 17 and the channel layer 12 are formed even for a thin film structure designed as a depletion type. By shortening the length, a depletion type HEMT can be easily realized.

したがって、上記デュアルゲートHEMTの半導体装置1では、第2ゲート電極18を用いたエンハンスメント型のHEMTおよびキャップ層14からなる第1ゲート電極17を用いたデブレション型のHEMTの構造を、パターニングの層を増やすことなく形成することができ、デュアルゲートHEMTを簡便な方法で作製することが可能になる。   Therefore, in the dual gate HEMT semiconductor device 1, the enhancement type HEMT using the second gate electrode 18 and the depletion type HEMT structure using the first gate electrode 17 formed of the cap layer 14 are used as a patterning layer. Therefore, the dual gate HEMT can be manufactured by a simple method.

次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施例を、図9〜図10の製造工程断面図によって説明する。第2実施例は、第2ゲート電極をT型ゲート電極に形成する方法を説明する。第2ゲート電極の形成工程以外の工程は前記第1実施例の製造方法と同様である。   Next, a second embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS. In the second embodiment, a method of forming a second gate electrode on a T-type gate electrode will be described. Processes other than the process of forming the second gate electrode are the same as those in the manufacturing method of the first embodiment.

図9(1)に示すように、前記図2によって説明したように、基板10上にチャネル層12、ショットキーバリア層13、キャップ層14を形成し、凸状に加工してトランジスタ領域2を形成する。その後トランジスタ領域2を被覆する絶縁膜31を形成する。次いでレジストを塗布して第1層のレジスト膜61(第1実施例のレジスト膜41と同様)を形成する。続いてリソグラフィー技術によって、第1実施例と同様にレジスト膜61に孔62(第1実施例の孔42と同様)と長孔63(第1実施例の長孔43と同様)を形成する。上記第1レジスト膜61は、例えばポリメチルメタクリレートやPMMA等が挙げられる。   As shown in FIG. 9A, as described with reference to FIG. 2, the channel layer 12, the Schottky barrier layer 13, and the cap layer 14 are formed on the substrate 10 and processed into a convex shape to form the transistor region 2. Form. Thereafter, an insulating film 31 covering the transistor region 2 is formed. Next, a resist is applied to form a first-layer resist film 61 (similar to the resist film 41 of the first embodiment). Subsequently, a hole 62 (similar to the hole 42 of the first example) and a long hole 63 (similar to the long hole 43 of the first example) are formed in the resist film 61 by the lithography technique as in the first example. Examples of the first resist film 61 include polymethyl methacrylate and PMMA.

次に、図9(2)に示すように、上記レジスト膜61上に上記孔62および長孔63を埋め込む状態に、第2層のレジスト膜64を、第1層のレジスト膜61と後に形成される第3層のレジスト膜とは異なる種類のレジストを塗布して形成する。この第2層のレジスト膜64には、例えばPMGI(ポリメチルグルタルイミド)を用いることができる。この第2層のレジスト材料としては、第2層のレジスト塗布時に第1層のレジスト膜61を溶かすことなく、また第3層の塗布および現像時に溶かされることの無い材料が選択される。次いで、上記レジスト膜64上に、第3層のレジスト膜65を形成する。   Next, as shown in FIG. 9 (2), a second resist film 64 is formed later with the first resist film 61 so that the hole 62 and the long hole 63 are embedded on the resist film 61. A different type of resist from the third layer resist film is applied and formed. For the second-layer resist film 64, for example, PMGI (polymethylglutarimide) can be used. As the resist material for the second layer, a material that does not dissolve the resist film 61 of the first layer at the time of applying the resist of the second layer and is not dissolved at the time of application and development of the third layer is selected. Next, a third-layer resist film 65 is formed on the resist film 64.

次に、図10(3)に示すように、リソグラフィー技術によって第3層のレジスト膜65をパターニングして、上記孔62上および長孔63上にそれらよりも大きい開口部66、67を形成する。   Next, as shown in FIG. 10 (3), the third-layer resist film 65 is patterned by lithography to form openings 66 and 67 larger than those on the hole 62 and the long hole 63. .

上記のように第3層のレジスト膜65を現像してパターニングしたのち、第2層のレジスト膜64だけを溶解する溶液を用いて、レジスト膜64をエッチングし、再び孔62および長孔63を開口する。またレジスト膜64は、孔62および長孔63の幅よりも大きくエッチングされ、開口部68、69が形成される。このエッチングには、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液を用いることができる。   After developing and patterning the third layer resist film 65 as described above, the resist film 64 is etched using a solution that dissolves only the second layer resist film 64, and the holes 62 and the long holes 63 are formed again. Open. Further, the resist film 64 is etched to be larger than the widths of the holes 62 and the long holes 63 to form openings 68 and 69. For this etching, for example, an aqueous tetramethylammonium hydroxide solution can be used.

その後、図示はしないが、前記第1実施例の図5および図6によって説明したのと同様に、ソース、ドレイン、第1ゲート電極を形成した後、斜め蒸着法およびリフトオフ法によって、第2ゲート電極を形成すればよい。この結果、開口部63および開口部69にショットキーバリア層に達するT型構造の第2ゲート電極を得ることができる。   Thereafter, although not shown, after the source, drain, and first gate electrodes are formed in the same manner as described with reference to FIGS. 5 and 6 of the first embodiment, the second gate is formed by oblique deposition and lift-off. An electrode may be formed. As a result, a second gate electrode having a T-type structure that reaches the Schottky barrier layer in the opening 63 and the opening 69 can be obtained.

上記第2実施例で説明したように、多層(3層)レジスト構造を用いることによって、エンハンスメント型のトランジスタを構成する第2ゲート電極をT型ゲート電極に形成することが可能となる。このようにT型ゲートにすることによって、エンハンスメント型HEMTのゲート抵抗を低減することが可能になり、素子の高周波特性を向上せることができる。   As described in the second embodiment, by using a multilayer (three-layer) resist structure, the second gate electrode constituting the enhancement type transistor can be formed on the T-type gate electrode. By using a T-type gate in this way, the gate resistance of the enhancement type HEMT can be reduced, and the high-frequency characteristics of the element can be improved.

本発明の半導体装置およびその製造方法は、デュアルゲートHEMTおよびその製造方法に適用することが好適である。   The semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention are preferably applied to the dual gate HEMT and the manufacturing method thereof.

半導体装置に係る一実施例を示した概略構成断面図および平面レイアウト図である。1A and 1B are a schematic configuration cross-sectional view and a plan layout diagram illustrating an embodiment of a semiconductor device. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing process figure which shows 1st Example concerning the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, an upper figure shows a plane layout figure, and a lower figure shows the AA sectional view taken on the plane layout figure of the lower figure. 基板からキャップ層までのエピタキシャル構造の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the epitaxial structure from a board | substrate to a cap layer. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing process figure which shows 1st Example concerning the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, an upper figure shows a plane layout figure, and a lower figure shows the AA sectional view taken on the plane layout figure of the lower figure. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing process figure which shows 1st Example concerning the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, an upper figure shows a plane layout figure, and a lower figure shows the AA sectional view taken on the plane layout figure of the lower figure. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、平面レイアウト図および平面レイアウト図中のA−A線断面図および平面レイアウト図中のB−B線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing-process figure which shows 1st Example which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, and shows the AA line sectional drawing in a plane layout figure and a plane layout figure, and the BB line sectional view in a plane layout figure Show. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing process figure which shows 1st Example concerning the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, an upper figure shows a plane layout figure, and a lower figure shows the AA sectional view taken on the plane layout figure of the lower figure. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第1実施例を示す製造工程図であり、上図は平面レイアウト図を示し、下図は下図の平面レイアウト図中のA−A線断面図を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a manufacturing process figure which shows 1st Example concerning the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, an upper figure shows a plane layout figure, and a lower figure shows the AA sectional view taken on the plane layout figure of the lower figure. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施例を示す製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which shows 2nd Example which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 本発明の半導体装置の製造方法に係る第2実施例を示す製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing which shows 2nd Example which concerns on the manufacturing method of the semiconductor device of this invention. 従来のデュアルゲートFETを示す概略構成斜視図および平面レイアウト図である。It is the schematic structure perspective view and plane layout figure which show the conventional dual gate FET.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置、10…基板、12…チャネル層、13…ショットキーバリア層、14…キャップ層、15…ソース、16…ドレイン、17…第1ゲート電極、18…第2ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 10 ... Board | substrate, 12 ... Channel layer, 13 ... Schottky barrier layer, 14 ... Cap layer, 15 ... Source, 16 ... Drain, 17 ... 1st gate electrode, 18 ... 2nd gate electrode

Claims (13)

基板上に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上に形成されたショットキーバリア層と、
前記ショットキーバリア層上に形成されたキャップ層からなるソースと、
前記ショットキーバリア層上に形成された前記キャップ層と同一層からなるもので前記ソースと電気的に分離された状態に形成されたドレインと、
前記ショットキーバリア層上に形成された前記キャップ層と同一層からなるもので前記ソースおよび前記ドレインと電気的に分離された状態に前記ソースと前記ドレインとの間に形成された第1ゲート電極と、
前記ソースと前記第1ゲート電極との間に前記ソースおよび前記第1ゲート電極と電気的に分離された状態に形成されたもので前記ショットキーバリア層上部に一部が埋め込まれた第2ゲート電極と
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A channel layer formed on the substrate;
A Schottky barrier layer formed on the channel layer;
A source comprising a cap layer formed on the Schottky barrier layer;
A drain formed of the same layer as the cap layer formed on the Schottky barrier layer and formed in a state of being electrically separated from the source;
A first gate electrode made of the same layer as the cap layer formed on the Schottky barrier layer and formed between the source and the drain so as to be electrically separated from the source and the drain When,
A second gate formed between the source and the first gate electrode and being electrically isolated from the source and the first gate electrode and partially embedded in the upper part of the Schottky barrier layer A semiconductor device comprising: an electrode.
前記第2ゲート電極は少なくとも前記ショットキーバリア層側に白金層を有する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate electrode has a platinum layer at least on the Schottky barrier layer side.
前記第2ゲート電極は下層より白金層、チタン層、白金層、金層を積層した電極からなる
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second gate electrode includes an electrode in which a platinum layer, a titanium layer, a platinum layer, and a gold layer are stacked from a lower layer.
前記ショットキーバリア層側の白金層は少なくとも一部が前記ショットキーバリア層中に拡散されている
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein at least a part of the platinum layer on the Schottky barrier layer side is diffused in the Schottky barrier layer.
前記第1ゲート電極を有するトランジスタ部分はデプレッション型で動作するものであり、
前記第2ゲート電極を有するトランジスタ部分はエンハンスメント型で動作するものである
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The transistor portion having the first gate electrode operates in a depletion type,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the transistor portion having the second gate electrode operates in an enhancement type.
前記基板は上部が凸型に形成され、
前記凸型に形成された基板部分上に前記チャネル層、前記ショットキーバリア層、前記キャップ層が形成され、
前記チャネル層の側部は前記凸型に形成された基板部分の側部および前記ショットキーバリア層の側部および前記チャネル層の側部よりも内側になるように形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
The substrate is formed in a convex shape at the top,
The channel layer, the Schottky barrier layer, and the cap layer are formed on the convex-formed substrate portion,
The side part of the channel layer is formed so as to be inside the side part of the substrate portion formed in the convex shape, the side part of the Schottky barrier layer, and the side part of the channel layer. The semiconductor device according to claim 1.
基板上にチャネル層、ショットキーバリア層およびキャップ層を順次積層して形成する工程と、
前記基板の上部、前記チャネル層、前記ショットキーバリア層および前記キャップ層を凸型に加工してトランジスタ領域を形成する工程と、
前記トランジスタ領域を被覆する絶縁膜を形成する工程と、
第1ゲート電極となる領域上とドレインとなる領域上との間の前記絶縁膜に一列もしくは複数列の孔を形成するとともに、第1ゲート電極となる領域上とソースとなる領域上との間の前記絶縁膜に前記孔の列に平行に長孔を形成する工程と、
前記孔および前記長孔より前記キャップ層をエッチング加工して、前記キャップ層からなるソースと、前記キャップ層からなるもので前記ソースと電気的に分離されたドレインと、前記キャップ層からなるもので前記ソースと前記ドレインとの間に前記ソースおよび前記ドレインと電気的に分離された第1ゲート電極を形成する工程と、
前記長孔を通じて前記ショットキーバリア層に達するもので、前記ソースと前記第1ゲート電極との間に前記ソースおよび前記第1ゲート電極と電気的に分離された第2ゲート電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of sequentially laminating a channel layer, a Schottky barrier layer and a cap layer on a substrate;
Processing the upper part of the substrate, the channel layer, the Schottky barrier layer, and the cap layer into a convex shape to form a transistor region;
Forming an insulating film covering the transistor region;
One or more holes are formed in the insulating film between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the drain, and between the region serving as the first gate electrode and the region serving as the source. Forming a long hole in the insulating film parallel to the row of holes;
The cap layer is etched from the holes and the long holes, the source is made of the cap layer, the drain is made of the cap layer and is electrically separated from the source, and the cap layer is made of Forming a first gate electrode electrically isolated from the source and the drain between the source and the drain;
Forming a second gate electrode that reaches the Schottky barrier layer through the elongated hole and is electrically separated from the source and the first gate electrode between the source and the first gate electrode; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第2ゲート電極を形成する工程は、
前記絶縁膜に前記孔および前記長孔を形成する際に用いたレジストマスクを利用して、
前記長孔の長手方向からの斜め蒸着法によって、前記長孔を通じて前記第2ゲート電極を形成する材料を前記ショットキーバリア層上に堆積する工程と、
前記レジストマスクを除去するとともに前記レジストマスクに付着した前記第2ゲート電極を形成する材料を除去する工程と
を備えたことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the second gate electrode includes:
Using the resist mask used when forming the hole and the long hole in the insulating film,
Depositing a material for forming the second gate electrode on the Schottky barrier layer through the long hole by oblique vapor deposition from the longitudinal direction of the long hole;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising: removing the resist mask and removing a material for forming the second gate electrode attached to the resist mask.
前記第2ゲート電極を形成する工程は、少なくとも前記ショットキーバリア層側に白金層を形成する
ことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein in the step of forming the second gate electrode, a platinum layer is formed at least on the Schottky barrier layer side.
前記第2ゲート電極は、下層より白金層、チタン層、白金層、金層を積層して形成する
ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the second gate electrode is formed by stacking a platinum layer, a titanium layer, a platinum layer, and a gold layer from a lower layer.
前記ショットキーバリア層側の白金層は少なくとも一部を前記ショットキーバリア層中に拡散させる
ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein at least a part of the platinum layer on the Schottky barrier layer side diffuses into the Schottky barrier layer.
前記チャネル層の側部を、前記凸型に形成された基板部分の側部および前記ショットキーバリア層の側部および前記キャップ層の側部よりも内側になるように形成する
ことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
The side portion of the channel layer is formed so as to be inside the side portion of the substrate portion formed in the convex shape, the side portion of the Schottky barrier layer, and the side portion of the cap layer. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
前記絶縁膜を加工して前記ソース、前記ドレインおよび前記第1ゲート電極の少なくとも一部を露出させる工程と、
前記ソース、前記ドレインおよび前記第1ゲート電極に接続するソース電極、ドレイン電極およびパッド電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
Processing the insulating film to expose at least a portion of the source, the drain, and the first gate electrode;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising: forming a source electrode, a drain electrode, and a pad electrode connected to the source, the drain, and the first gate electrode.
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