JP2006186336A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 n+型GaN半導体層104上に選択的にSiO2薄膜107、タングステンゲート電極108、SiO2薄膜109がこの順に形成され、3層の多層膜構造にはストライプ状の開口部が形成されている。この開口部を介して、例えば有機金属気相成長法により再成長する状態でアンドープGaN半導体層105、n+型GaN半導体層106が形成されている。n+型GaN半導体層106及びn+型GaN半導体層104に接する形でそれぞれソース電極110及びドレイン電極112が形成される。再成長したアンドープGaN半導体層105及びn+型GaNコンタクト半導体層106は横方向に成長した部分であり、開口部の面積よりも電極のコンタクト面積を大きくできる。
【選択図】図1
Description
J.Nishizawa et al. IEEE Trans. Electron Devices 47(2000) 482 V.Camarchia et al. IEEE Electron Device Letters 23 (2002) 303
また、Siをドーピングする構成であるので、窒化物化合物半導体においてより高濃度で低抵抗のn型層が実現でき、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。
ここでは、上記再成長層を形成するタングステンゲート電極708及びSiO2薄膜707、606の多層膜に形成された開口部は長方形であるが、例えば、0.2μm径のホールが直線状に並んだ構成でも良い。また、ソース電極とドレイン電極とが入れ替わった形でも良い。また、第1のアンドープGaN層703に形成されたいわゆるビアホール内に形成された配線金属が、例えばSi基板などの導電性基板に接続され、導電性基板裏面にドレイン電極が形成される構造でも良い。この場合は表面側のマスクパターン上ではドレインパッド電極を形成する必要がなく、よりチップ面積を低減することが可能となる。
102 AlNバッファ層
103 第1のアンドープGaN層
104 第1のn+型GaN層
105 第2のアンドープGaN層
106 第2のn+型GaN層
107 第1のSiO2薄膜
108 タングステンゲート電極
109 第2のSiO2薄膜
110 Ti/Al/Ni/Auソース電極
111 Ti/Auゲートパッド電極
112 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
401 ソースパッド電極
402 ドレインパッド電極
403 ゲートパッド電極
404 素子分離段差
405 ソース側第1のn+型GaN層
406 SiO2薄膜
407 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
408 Ti/Al/Ni/Auソース電極
501 サファイア基板
502 AlNバッファ層
503 第1のアンドープGaN層
505 第2のアンドープGaN層
506 第2のn+型GaN層
507 第1のSiO2薄膜
508 タングステンゲート電極
512 ゲート用Auメッキ配線
513 ドレイン用Auメッキ配線
514 パッシベーション膜
601 ソースパッド電極
602 ドレインパッド電極
603 ゲートパッド電極
604 素子分離段差
605 第1のn+型GaN層
606 第2のSiO2薄膜
607 n+型GaN層上に形成されたソース電極
608 Ti/Al/Ni/Auソース電極
701 サファイア基板
702 AlNバッファ層
703 第1のアンドープGaN層
705 第2のアンドープGaN層
706 第2のn+型GaN層
707 第1のSiO2薄膜
708 タングステンゲート電極
712 ソース用Auメッキ配線
713 ドレイン用Auメッキ配線
714 パッシベーション膜
801 サファイア基板
802 AlNバッファ層
803 第1のアンドープGaN層
804 第1のn+型GaN層
805 第1のSiO2薄膜
806 タングステンゲート電極
807 第2のSiO2薄膜
808 第2のアンドープGaN層
809 第2のn+型GaN層
810 Ti/Al/Ni/Auソース電極
811 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
812 Ti/Auゲートパッド電極
901 導電性Si基板
902 AlNバッファ層
903 SiO2マスク層
904 第1のアンドープGaN層
905 n+型GaN層
906 第2のアンドープGaN層
907 n+型InAlGaN層
908 第1のSiO2薄膜
909 タングステンゲート電極
910 第2のSiO2薄膜
911 高抵抗化領域
912 Ti/Al/Ni/Auソース電極
913 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
914 Ti/Auゲートパッド電極
1001 サファイア基板
1002 AlNバッファ層
1003 第1のアンドープGaN層
1004 第1のn+型GaN層
1005 第2のアンドープGaN層
1006 第2のn+型GaN層
1007 第1のSiO2薄膜
1008 タングステンゲート電極
1009 第2のSiO2薄膜
1010 Ti/Al/Ni/Auソース電極
1011 Ti/Auゲートパッド電極
1012 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
1013 エアブリッジ空隙部分
1101 ソースパッド電極
1102 ドレインパッド電極
1103 ゲートパッド電極
1104 素子分離段差
1105 第1のn+型GaN層
1106 SiO2薄膜
1107 Ti/Al/Ni/Auソース電極
1108 Ti/Al/Ni/Auドレイン電極
1109 エアブリッジ部分境界を示す破線
1110 ゲート電極開口部
1201 サファイア基板
1202 AlNバッファ層
1203 第1のアンドープGaN層
1205 第2のアンドープGaN層
1206 第2のn+型GaN層
1207 第1のSiO2薄膜
1208 タングステンゲート電極
1212 ソース用Auメッキ配線
1213 ドレイン用Auメッキ配線
1214 パッシベーション膜
1301 第1のn+型GaN層
1302 n−型GaN層
1303 第2のn+型GaN層
1304 コレクタ電極
1305 ベース電極
1306 エミッタ電極
Claims (21)
- 第1のコンタクト半導体層と、
前記第1のコンタクト半導体層の上方に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極を貫通する開口部と、
前記開口部を貫通して下部が前記第1のコンタクト半導体層に接する状態に配置されたチャネル半導体層と、
前記チャネル半導体層の上部に接する状態に配置された第2のコンタクト半導体層と、
前記第1のコンタクト半導体層に接する状態に配置された第1のソースまたはドレイン電極と、
前記第2のコンタクト半導体層に接する状態に配置された第2のソースまたはドレイン電極とを備え、
前記チャネル半導体層のキャリア濃度が前記第1及び第2のコンタクト半導体層のキャリア濃度よりも小さく、かつ前記第2のコンタクト半導体層と前記第2のソースまたはドレイン電極との接触面積が前記開口部の面積よりも大きい電界効果トランジスタ。 - 前記第1のコンタクト半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層がいずれもn型である請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第2のコンタクト半導体層のキャリア濃度が、前記第1のコンタクト半導体層のキャリア濃度よりも大きい請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート電極の下部および上部にそれぞれ形成された第1および第2の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜、前記ゲート電極および前記第2の絶縁膜を貫通する前記開口部とを有する請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート電極の下方に前記第1のコンタクト半導体層が高抵抗化された層が配置されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート電極の下方に前記チャネル半導体層の一部または前記第1のコンタクト層の一部が高抵抗化された層が配置されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記開口部が前記ゲート電極の同一面内に複数個設けられ、複数個の前記開口部の全てを貫通する状態に、複数の前記チャネル半導体層及び複数の前記第2のコンタクト半導体層がそれぞれ配置され、前記ゲート電極の上方にて前記複数のチャネル半導体層および/または前記複数の第2のコンタクト層が相互に接続されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記チャネル半導体層に前記チャネル半導体層を高抵抗化する不純物が添加されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第2のソースまたはドレイン電極に接続されている配線金属の一部の領域の下方に空隙が形成されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記チャネル半導体層及び前記第1のコンタクト半導体層の下方に導電性基板が配置され、前記第1のコンタクト半導体層に上面から前記導電性基板まで達する貫通孔が形成され、前記第1のコンタクト半導体層に接する状態で形成されている前記第1のソースまたはドレイン電極と前記導電性基板とが前記第1のコンタクト半導体層中に形成された前記貫通孔を介して電気的に接続されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記チャネル半導体層、前記第1のコンタクト半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層が窒素を含む化合物半導体により構成されている請求項1記載の電界効果トランジスタ。
- 前記チャネル半導体層に前記不純物としてMg、ZnまたはFeが添加されている請求項8記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第1のコンタクト層および第2のコンタクト層のいずれか一方または両方を構成する前記化合物半導体がInAlGaN4元混晶からなる請求項11記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ゲート電極が、W、Mo、Ta、Pt、Ni、Pd層のいずれかを含む、またはシリサイドにより構成されている層を含む、または導電性酸化物層を含む請求項11記載の電界効果トランジスタ。
- 前記導電性酸化物が錫ドープ酸化インジウム(ITO)あるいは酸化亜鉛(ZnO)のうちいずれか、またはこれらを含む酸化物により構成されている、またはイットリウム・バリウム・銅酸化物(YBCO)により構成されている請求項14記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第1及び第2の絶縁膜がSiO2、SiN、ポリイミドおよびBCB(ベンゾシクロブテン)のいずれか一つ、またはSiO2、SiN、ポリイミドおよびBCB(ベンゾシクロブテン)のいずれか2つ以上からなる多層膜により形成されている請求項4記載の電界効果トランジスタ。
- 基板上に第1のコンタクト半導体層を形成する工程と、
前記第1のコンタクト半導体層の上に第1の絶縁膜、ゲート電極、第2の絶縁膜をこの順に形成する工程と、
前記第1の絶縁膜、前記ゲート電極及び前記第2の絶縁膜を貫通する開口部を形成する工程と、
前記開口部を貫通する状態にチャネル半導体層及び第2のコンタクト半導体層をこの順に形成する工程と、
前記第1のコンタクト半導体層に接する状態に第1のソースまたはドレイン電極を形成する工程と、
前記第2のコンタクト半導体層に接する状態に第2のソースまたはドレイン電極を形成する工程とを含み、
前記チャネル半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層を形成する工程において、前記チャネル半導体層のキャリア濃度を前記第1及び第2のコンタクト半導体層のキャリア濃度よりも小さくし、かつ前記第2のコンタクト半導体層と前記第2のソースまたはドレイン電極とが接触する面積を前記開口部の面積よりも大きくする電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記開口部を形成する工程では、前記ゲート電極の同一面内に前記開口部を複数個形成し、前記チャネル半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層を形成する工程では、複数の前記開口部の全てを貫通する状態に、前記チャネル半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層が形成され、
前記チャネル半導体層及び第2のコンタクト半導体層を形成する工程において、隣接する前記開口部を介して成長した前記複数のチャネル半導体層および/または複数の前記第2のコンタクト層が相互に接続される状態に形成される請求項17記載の電界効果トランジスタの製造方法。 - 前記チャネル半導体層及び第2のコンタクト半導体層を形成する工程において、その形成工程を中断し、前記チャネル半導体層または第2のコンタクト層をエッチングもしくは研磨して平坦化する工程を含む請求項18記載の電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記チャネル半導体層及び第2のコンタクト半導体層を形成する温度が、前記ゲート電極の組成が変化しない温度に設定されている請求項17記載の電界効果トランジスタの製造方法。
- 前記チャネル半導体層、前記第1のコンタクト半導体層及び前記第2のコンタクト半導体層が窒素を含む化合物半導体により構成されている請求項17記載の電界効果トランジスタの製造方法。
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