JP2009206243A - Semiconductor device - Google Patents

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直輝 重川
Suehiro Sugitani
末広 杉谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a resistance of contact with an electrode in a state that excellent crystallinity of a semiconductor substrate or a semiconductor layer made of a compound semiconductor material having a zinc blende structure such as GaAs and a negative piezoelectric constant e14 is maintained. <P>SOLUTION: On a substrate 101 which is made of semi-insulating GaAs and has a (100) face as a principal face, a semiconductor device has a striped insulation pattern 111 made of an insulator having compressive internal stress and extending in a [0-11] direction and an ohmic electrode 103 formed on the substrate 101 in a region where a conductive region 102 is formed, adjacent to the insulating pattern 111. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、GaAsなどの閃亜鉛鉱構造を有する化合物半導体に接続するオーミック電極を備えた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including an ohmic electrode connected to a compound semiconductor having a zinc blende structure such as GaAs.

GaAsなどの閃亜鉛鉱構造を有する化合物半導体材料は、電子が高移動度である点などを特徴とし、高速に動作するトランジスタの材料として用いられている。例えば、GaAs系の材料を用いたn型電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)がある。   A compound semiconductor material having a zinc blende structure such as GaAs is characterized by a high mobility of electrons, and is used as a material for a transistor that operates at high speed. For example, there is an n-type field effect transistor (FET) using a GaAs-based material.

この電界効果トランジスタについて説明すると、図7に例示するように、主表面が(100)面とされた半絶縁性のGaAs基板701と、GaAs基板701の表面近傍に形成された電子濃度の高い導電性領域702と、GaAs基板701の上に所定距離離間して形成されたソース電極703およびドレイン電極704と、これらの間に形成されたゲート電極705とを備えている。   This field effect transistor will be described. As illustrated in FIG. 7, a semi-insulating GaAs substrate 701 whose main surface is a (100) plane, and a conductive material having a high electron concentration formed in the vicinity of the surface of the GaAs substrate 701. , A source electrode 703 and a drain electrode 704 formed on the GaAs substrate 701 at a predetermined distance, and a gate electrode 705 formed therebetween.

GaAs基板701は、例えば、p型の残留不純物濃度が、1×1014cm-3程度とされている。また、所定の形状のレジストマスクや金属マスクを用いた選択的なイオン注入により、FET形成領域にn型不純物(例えばSi)を導入し、この後、800℃程度で活性化アニールすることで、導電性領域702が形成できる。 The GaAs substrate 701 has, for example, a p-type residual impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 . In addition, by selective ion implantation using a resist mask or metal mask having a predetermined shape, an n-type impurity (for example, Si) is introduced into the FET formation region, and then activation annealing is performed at about 800 ° C. A conductive region 702 can be formed.

また、ソース電極703およびドレイン電極704は、例えば、オーミック性の接触を形成する金属材料からなるオーミック電極層(例えば、AuGe/Ni)を蒸着し、これを350℃程度にアニールすることで、オーミックコンタクト領域が形成され、導電性領域702中の電子ガスと電気的に接続される。また、ゲート電極705は、GaAs基板701に対してショットキ障壁を形成する金属材料(例えば、WSi/Au)を順次局所的に堆積することにより形成されている。   The source electrode 703 and the drain electrode 704 are formed by, for example, depositing an ohmic electrode layer (for example, AuGe / Ni) made of a metal material that forms ohmic contact, and annealing it to about 350 ° C. A contact region is formed and is electrically connected to the electron gas in the conductive region 702. The gate electrode 705 is formed by successively depositing a metal material (for example, WSi / Au) that forms a Schottky barrier with respect to the GaAs substrate 701 in sequence.

このFETにおいては、ゲート電極705にバイアス電圧を印加することにより、導電性領域702のゲート電極705が配置される部分の電子ガス濃度が変調され、ソース電極703およびドレイン電極704の間の導通が変化し、トランジスタ動作が実現される。   In this FET, by applying a bias voltage to the gate electrode 705, the electron gas concentration in the portion of the conductive region 702 where the gate electrode 705 is disposed is modulated, and conduction between the source electrode 703 and the drain electrode 704 is prevented. The transistor operation is realized.

また、他の形態の電界効果トランジスタについて説明すると、図8に例示するように、主表面が(100)面とされた半絶縁性のGaAs基板801と、GaAs基板801の上に形成されたGaAsからなる膜厚2μm程度のチャネル層802と、AI0.3Ga0.7Asからなる膜厚20nm程度のショットキ層803と、ショットキ層803との界面近傍のチャネル層802に形成された導電性領域804と、ショットキ層803の上に所定距離離間して形成されたソース電極805およびドレイン電極806と、これらの間に形成されたゲート電極807とを備えている。 Further, another form of field effect transistor will be described. As illustrated in FIG. 8, a semi-insulating GaAs substrate 801 whose main surface is a (100) plane and GaAs formed on the GaAs substrate 801. A channel layer 802 having a thickness of about 2 μm, a Schottky layer 803 having a thickness of about 20 nm made of AI 0.3 Ga 0.7 As, and a conductive region 804 formed in the channel layer 802 in the vicinity of the interface between the Schottky layer 803, A source electrode 805 and a drain electrode 806 formed on the Schottky layer 803 with a predetermined distance therebetween, and a gate electrode 807 formed therebetween are provided.

GaAs基板801は、例えば、p型の残留不純物濃度が、1×1014cm-3程度とされている。また、チャネル層802およびショットキ層803は、例えばMBE法もしくはMOCVD法によって、不純物導入をすることなく順次成長(積層)することによって作製する。これらは、不純物濃度が1×1015cm-3程度とされていればよい。 The GaAs substrate 801 has, for example, a p-type residual impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 . Further, the channel layer 802 and the Schottky layer 803 are formed by sequentially growing (stacking) without introducing impurities by, for example, the MBE method or the MOCVD method. These may have an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 .

また、所定の形状のレジストマスクや金属マスクを用いた選択的なイオン注入により、チャネル層802の中のショットキ層803との界面近傍に、n型不純物であるSiを導入し、この後、800℃程度で活性化アニールすることで、局所的に電子濃度の高い導電性領域804が形成できる。   Further, Si, which is an n-type impurity, is introduced in the vicinity of the interface with the Schottky layer 803 in the channel layer 802 by selective ion implantation using a resist mask or metal mask having a predetermined shape. By conducting the activation annealing at about 0 ° C., a conductive region 804 having a high electron concentration can be formed locally.

また、ソース電極805およびドレイン電極806は、例えば、オーミック性の接触を形成する金属材料からなるオーミック電極層(例えば、AuGe/Ni)を蒸着し、これを360℃程度にアニールすることで、オーミックコンタクト領域が形成され、導電性領域802中の電子ガスと電気的に接続される。また、ゲート電極807は、GaAs基板801に対してショットキ障壁を形成する金属材料(例えば、WSi/Au)を順次局所的に堆積することにより形成されている。   The source electrode 805 and the drain electrode 806 are formed by, for example, depositing an ohmic electrode layer (for example, AuGe / Ni) made of a metal material that forms ohmic contact, and annealing it to about 360 ° C. A contact region is formed and electrically connected to the electron gas in the conductive region 802. The gate electrode 807 is formed by sequentially depositing a metal material (for example, WSi / Au) that forms a Schottky barrier with respect to the GaAs substrate 801 in sequence.

このFETにおいても、ゲート電極807にバイアス電圧を印加することにより、導電性領域804のゲート電極807が配置される部分の電子ガス濃度が変調され、ソース電極805およびドレイン電極806の間の導通が変化し、トランジスタ動作が実現される   Also in this FET, by applying a bias voltage to the gate electrode 807, the electron gas concentration of the portion of the conductive region 804 where the gate electrode 807 is disposed is modulated, and conduction between the source electrode 805 and the drain electrode 806 is achieved. Change and transistor operation is realized

Conal E.Murray, "Mechanics of edge effects in anisotropic thin film/substrate systems", Journal of Applied Physics, 100, 103532, pp.1-9, 2006.Conal E. Murray, "Mechanics of edge effects in anisotropic thin film / substrate systems", Journal of Applied Physics, 100, 103532, pp.1-9, 2006.

ここで、ソース電極やドレイン電極などの電極と、これらが形成される半導体基板や半導体装置との間にコンタクト抵抗が発生する。上述したような電界効果トランジスタでは、このコンタクト抵抗を、半導体基板や半導体層の良好な結晶性を維持した状態で、低下させることが重要となる。   Here, a contact resistance is generated between an electrode such as a source electrode or a drain electrode and a semiconductor substrate or semiconductor device on which the electrode is formed. In the field effect transistor as described above, it is important to reduce the contact resistance while maintaining good crystallinity of the semiconductor substrate and the semiconductor layer.

コンタクト抵抗を低下させるためには、まず、イオン注入されたSiなどの不純物の活性化アニールを可能な限り高い温度で行い、活性化している不純物の濃度を高くすることが望ましい。しかしながら、このような高温の処理は、半導体層の原子配列が乱され(結晶性が損なわれ)、デバイス特性の劣化を招いてしまう。特に、ショットキ層とチャネル層とを備える構造においては、高温の加熱処理により、AIGaAsからなるショットキ層とGaAsからなるチャネル層の界面の原子配列に乱れが生じ、デバイス特性に大きな影響が生ずる。   In order to reduce the contact resistance, first, it is desirable to perform activation annealing of impurities such as ion-implanted Si at a temperature as high as possible to increase the concentration of the activated impurities. However, such a high temperature treatment disturbs the atomic arrangement of the semiconductor layer (the crystallinity is impaired), leading to deterioration of device characteristics. In particular, in a structure including a Schottky layer and a channel layer, the atomic arrangement at the interface between the Schottky layer made of AIGaAs and the channel layer made of GaAs is disturbed by a high-temperature heat treatment, and the device characteristics are greatly affected.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、GaAsなどの閃亜鉛鉱構造と負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体材料よりなる半導体基板や半導体層の良好な結晶性を維持した状態で、電極とのコンタクト抵抗を下げることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the semiconductor substrate and the semiconductor layer made of a compound semiconductor material having a zinc blende structure such as GaAs and a negative piezoelectric constant e14 are favorable. The object is to reduce the contact resistance with the electrode while maintaining the crystallinity.

本発明に係る半導体装置は、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体から構成された半導体装置において、化合物半導体から構成されて主表面が(100)面とされた基板と、圧縮性の内部応力を伴う絶縁体から構成され、化合物半導体の[0−11]方向に延在して基板の上に形成されたストライプ状の絶縁パターンと、絶縁パターンに隣接する基板の上に形成されたオーミック電極とを備えるようにしたものである。   The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device composed of a compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14, and is composed of a compound semiconductor and has a main surface of (100). A substrate, a stripe-shaped insulating pattern formed of an insulator having compressive internal stress, extending in the [0-11] direction of the compound semiconductor and formed on the substrate, and a substrate adjacent to the insulating pattern And an ohmic electrode formed thereon.

上記半導体装置において、絶縁パターンおよびオーミック電極は、基板の上に接して形成されている。また、基板の上に形成された化合物半導体から構成された半導体層を備え、絶縁パターンおよびオーミック電極は、半導体層の上に接して形成されている。なお、互いに離間して形成された2つの絶縁パターンを備え、オーミック電極は、2つの絶縁パターンの間に配置されているとよい。   In the semiconductor device, the insulating pattern and the ohmic electrode are formed in contact with the substrate. Moreover, the semiconductor layer comprised from the compound semiconductor formed on the board | substrate is provided, and the insulating pattern and the ohmic electrode are formed in contact with the semiconductor layer. In addition, it is good to provide the two insulation patterns formed mutually spaced apart, and the ohmic electrode is arrange | positioned between two insulation patterns.

上記、半導体装置において、オーミック電極から構成されたソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極の間に形成されたゲート電極とを備える。   The semiconductor device includes a source electrode and a drain electrode configured from ohmic electrodes, and a gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode.

以上説明したように、本発明では、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体から構成されて主表面が(100)面とされた基板の上に、圧縮性の内部応力を伴う絶縁体から構成されて[0−11]方向に延在して形成されたストライプ状の絶縁パターンを備え、この絶縁パターンに隣接してオーミック電極を備えるようにした。この結果、本発明によれば、GaAsなどの閃亜鉛鉱構造と負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体材料よりなる半導体基板や半導体層の良好な結晶性を維持した状態で、電極とのコンタクト抵抗を下げることができるようになる。   As described above, in the present invention, a compressible material is formed on a substrate composed of a compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14 and having a main surface of (100). A stripe-shaped insulating pattern formed of an insulator with internal stress and extending in the [0-11] direction is provided, and an ohmic electrode is provided adjacent to the insulating pattern. As a result, according to the present invention, the contact with the electrode while maintaining good crystallinity of a semiconductor substrate or semiconductor layer made of a compound semiconductor material having a zinc blende structure such as GaAs and a negative piezoelectric constant e14. The resistance can be lowered.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以降では、結晶の方向および結晶面について、例えば[0−11]および(100)と記載するが、これらは、各々等価な方向および等価な面を含むものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the crystal direction and crystal plane are described as, for example, [0-11] and (100), but these include equivalent directions and equivalent planes, respectively.

[実施の形態1]
始めに、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の一部構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。本実施の形態の半導体装置は、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体であるGaAsからなる基板101を備える。基板101は、例えば、p型の残留不純物濃度が1×1014cm-3程度とされた半絶縁性のGaAsから構成され、主表面が(100)面とされている。基板101の表面の法線は、[100]方向である。また、基板101は、ピエゾ電気定数e14が、−0.16C/m2であり、負のe14を有している。
[Embodiment 1]
First, the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view showing a partial configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device according to the present embodiment includes a substrate 101 made of GaAs which is a compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14. The substrate 101 is made of, for example, semi-insulating GaAs having a p-type residual impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 , and the main surface is a (100) plane. The normal of the surface of the substrate 101 is the [100] direction. The substrate 101 has a piezoelectric constant e14 of −0.16 C / m 2 and a negative e14.

また、本実施の形態の半導体装置は、圧縮性の内部応力を伴う絶縁体から構成され、GaAs(化合物半導体)の[0−11]方向に延在して基板101の上に形成されたストライプ状の絶縁パターン111と、絶縁パターン111に隣接する基板101の表面近傍に形成された電子濃度の高い領域を含んで構成された導電性領域(電子ガス)102とを備える。本実施の形態では、互いに所定の距離離間して2つの絶縁パターン111を備えるようにしており、導電性領域102は、これら2つの絶縁パターン111の間の基板101の表面近傍に形成されている。また、導電性領域102は、絶縁パターン111に沿って、絶縁パターン111と同じ方向に延在して形成される。導電性領域102は、後述するように、2つの絶縁パターン111により基板101の表面に形成される歪みによるピエゾ電気効果により形成されるものである。   The semiconductor device according to the present embodiment is made of an insulator with compressive internal stress, and extends in the [0-11] direction of GaAs (compound semiconductor) and is formed on the substrate 101. And a conductive region (electron gas) 102 including a region having a high electron concentration formed in the vicinity of the surface of the substrate 101 adjacent to the insulating pattern 111. In the present embodiment, two insulating patterns 111 are provided at a predetermined distance from each other, and the conductive region 102 is formed near the surface of the substrate 101 between the two insulating patterns 111. . Further, the conductive region 102 is formed to extend in the same direction as the insulating pattern 111 along the insulating pattern 111. As will be described later, the conductive region 102 is formed by a piezoelectric effect due to distortion formed on the surface of the substrate 101 by two insulating patterns 111.

絶縁パターン111は、例えば、よく知られたCVD法により酸化シリコン膜を堆積し、堆積した酸化シリコン膜を公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により加工することで形成できる。また、絶縁パターン111は、スパッタ法により酸化シリコン膜を堆積し、堆積した酸化シリコン膜を公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により加工することでも形成できる。あるいは、エッチング技術に代わり、よく知られたリフトオフ法を用いて酸化シリコン膜を加工形成してもよい。よく知られているように、絶縁材料の形成(堆積)条件により、堆積した絶縁材料に圧縮性の内部応力を持たせることができ、一般的な条件によれば、堆積された絶縁材料は、圧縮性の内部応力を備える状態となる。なお、絶縁パターン111は、酸化シリコンに限らず、窒化シリコン,酸化チタンなどの絶縁材料から構成されていてもよい。   The insulating pattern 111 can be formed, for example, by depositing a silicon oxide film by a well-known CVD method and processing the deposited silicon oxide film by a known photolithography technique and etching technique. The insulating pattern 111 can also be formed by depositing a silicon oxide film by a sputtering method and processing the deposited silicon oxide film by a known photolithography technique and etching technique. Alternatively, the silicon oxide film may be processed and formed using a well-known lift-off method instead of the etching technique. As is well known, the insulating material formation (deposition) conditions can cause the deposited insulating material to have compressive internal stress, and according to general conditions, the deposited insulating material is It will be in the state provided with compressive internal stress. The insulating pattern 111 is not limited to silicon oxide, and may be made of an insulating material such as silicon nitride or titanium oxide.

また、本実施の形態における半導体装置では、絶縁パターン111のとなりの、導電性領域102が形成されている領域の基板101の上に形成されたオーミック電極103を備えている。本実施の形態では、前述したように、2つの絶縁パターン111を備えており、これらの間の基板101の上にオーミック電極103を備えている。また、本実施の形態では、絶縁パターン111およびオーミック電極103は、基板101の上に接して形成されている。   In addition, the semiconductor device in this embodiment includes an ohmic electrode 103 formed on the substrate 101 in a region where the conductive region 102 is formed, which is next to the insulating pattern 111. In this embodiment, as described above, the two insulating patterns 111 are provided, and the ohmic electrode 103 is provided on the substrate 101 between them. In the present embodiment, the insulating pattern 111 and the ohmic electrode 103 are formed on and in contact with the substrate 101.

絶縁パターン111は、例えば、1×109N/m2の圧縮性の内部応力を伴い(備え)、基板101の上を[0−11]方向に延在し、厚さ1μm,幅1μmに形成され、2つの絶縁パターン111は、1μmの間隔で形成されている。 The insulating pattern 111 is accompanied by (comes with) a compressive internal stress of 1 × 10 9 N / m 2 , for example, extends on the substrate 101 in the [0-11] direction, has a thickness of 1 μm, and a width of 1 μm. The two insulating patterns 111 are formed at an interval of 1 μm.

オーミック電極103は、例えば、AuGe/Niから構成され、基板101とオーミックコンタクトを形成し、導電性領域102と電気的に接続している。例えば、蒸着によりNi膜を形成し、この上にAuGe膜を形成し、これらの積層膜をリフトオフ法により加工することでオーミック電極103を形成すればよい。また、これらの金属膜を、ステンシルマスクなどを用いて選択的に所望の箇所に堆積することで、オーミック電極103を形成してもよい。また、オーミック電極103は、例えば350℃の加熱処理をすることで、導電性領域102との電気的な接続をとることができ、オーミックコンタクトが形成できる。なお、オーミック電極103は、Ni/Geから構成されていてもよい。   The ohmic electrode 103 is made of, for example, AuGe / Ni, forms an ohmic contact with the substrate 101, and is electrically connected to the conductive region 102. For example, an ohmic electrode 103 may be formed by forming a Ni film by vapor deposition, forming an AuGe film thereon, and processing the laminated film by a lift-off method. Alternatively, the ohmic electrode 103 may be formed by selectively depositing these metal films at desired locations using a stencil mask or the like. In addition, the ohmic electrode 103 can be electrically connected to the conductive region 102 by performing a heat treatment at 350 ° C., for example, and an ohmic contact can be formed. The ohmic electrode 103 may be made of Ni / Ge.

なお、上述では、オーミック電極103を、2つの絶縁パターン111の間の基板101の上に形成されているようにしたが、これに限るものではない。例えば、図2の断面図に示すように、オーミック電極203が、2つの絶縁パターン111を横切るように、基板101の上に形成されていてもよい。この場合においても、2つの絶縁パターン111の間においては、オーミック電極203は基板101とオーミックコンタクトを形成し、導電性領域102と電気的に接続している。   In the above description, the ohmic electrode 103 is formed on the substrate 101 between the two insulating patterns 111. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in the sectional view of FIG. 2, the ohmic electrode 203 may be formed on the substrate 101 so as to cross the two insulating patterns 111. Also in this case, the ohmic electrode 203 forms an ohmic contact with the substrate 101 between the two insulating patterns 111 and is electrically connected to the conductive region 102.

次に、本実施の形態におけるオーミック電極をソース電極およびドレイン電極として用いたFETについて説明する。図3の平面図に例示するように、このFETは、まず、GaAsからなる基板301の上に、GaAsの[0−11]方向に延在して互いに離間したストライプ状の2つの絶縁パターン311を備える。また、このFETは、2つの絶縁パターン311を横切るように形成されたソース電極303およびドレイン電極304を備える。基板301は、基板101に同様であり、絶縁パターン311は、絶縁パターン111に同様である。また、ソース電極303およびドレイン電極304は、上述したオーミック電極203と同様に形成されたものである。   Next, an FET using the ohmic electrode in this embodiment as a source electrode and a drain electrode will be described. As illustrated in the plan view of FIG. 3, this FET first has two striped insulating patterns 311 extending in the [0-11] direction of GaAs and spaced apart from each other on a substrate 301 made of GaAs. Is provided. In addition, this FET includes a source electrode 303 and a drain electrode 304 formed so as to cross the two insulating patterns 311. The substrate 301 is similar to the substrate 101, and the insulating pattern 311 is similar to the insulating pattern 111. The source electrode 303 and the drain electrode 304 are formed in the same manner as the ohmic electrode 203 described above.

また、ソース電極303およびドレイン電極304の間で、2つの絶縁パターン311を横切るように形成されたゲート電極305を備える。また、2つの絶縁パターン311の間の基板301の表面近傍には、電子濃度の高い導電性領域302が形成されている。ゲート電極305は、AuおよびWSiNを順次に選択的に所望とする箇所(ゲート電極形成箇所)に堆積することで形成すればよい。なお、ゲート電極305は、WSiN,WSi,WN,あるいはTi/Pt/Auから構成することができる。ゲート電極305は、例えば、2つの絶縁パターン311の間において、基板301とショットキー接続している。   A gate electrode 305 is provided between the source electrode 303 and the drain electrode 304 so as to cross the two insulating patterns 311. In addition, a conductive region 302 having a high electron concentration is formed near the surface of the substrate 301 between the two insulating patterns 311. The gate electrode 305 may be formed by sequentially depositing Au and WSiN selectively at desired locations (gate electrode formation locations). The gate electrode 305 can be composed of WSiN, WSi, WN, or Ti / Pt / Au. For example, the gate electrode 305 is Schottky connected to the substrate 301 between the two insulating patterns 311.

このFETでは、2つの絶縁パターン311により基板301の表面に形成される歪みによるピエゾ電気効果により、2つの絶縁パターン311の間に導電性領域302が形成されるようになる。この結果、このFETは、ソース電極303およびドレイン電極304のコンタクト抵抗(ソース抵抗,ドレイン抵抗)が低く、優れたトランジスタ特性を備えたものとなる。   In this FET, a conductive region 302 is formed between the two insulating patterns 311 due to a piezoelectric effect due to distortion formed on the surface of the substrate 301 by the two insulating patterns 311. As a result, this FET has a low contact resistance (source resistance, drain resistance) between the source electrode 303 and the drain electrode 304, and has excellent transistor characteristics.

なお、上述では、2つ(複数)の絶縁パターン311に渡ってこれらを横切るようにゲート電極305が形成されているようにしたが、これに限るものではなく、2つの絶縁パターン311の間にゲート電極305が形成されているようにしてもよい。ただし、絶縁パターン311をまたぐようにゲート電極305が形成されているようにすることで、チャネルとなる導電性領域302が形成されていない領域の半導体層(基板301)にゲート電極305が接触して形成されることがないので、浮遊容量を低減することができ、より高速なデバイス動作が可能となる。   In the above description, the gate electrode 305 is formed so as to cross over two (plural) insulating patterns 311, but the present invention is not limited to this, and between the two insulating patterns 311. A gate electrode 305 may be formed. However, the gate electrode 305 is formed so as to straddle the insulating pattern 311, so that the gate electrode 305 is in contact with the semiconductor layer (substrate 301) in a region where the conductive region 302 serving as a channel is not formed. Therefore, stray capacitance can be reduced, and higher-speed device operation is possible.

次に、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体から構成されて主表面が(100)面とされた基板の上に、この[0−11]方向に延在する絶縁パターンを形成したことについて、図4を用いてより詳細に説明する。図4は、2つの絶縁パターンの間(開口領域)の基板表面直下における基板中、および絶縁パターン(絶縁膜)直下における基板中の伝導帯最下端のエネルギーECとフェルミエネルギーEFの差(EC−EF)の場所依存性を示している。   Next, it extends in the [0-11] direction on a substrate made of a compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14 and having a main surface of (100). The formation of the insulating pattern to be performed will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 shows the difference between the bottom EC of the conduction band and the Fermi energy EF (EC−) in the substrate just below the substrate surface between the two insulating patterns (opening region) and in the substrate just below the insulating pattern (insulating film). EF) shows the location dependence.

ストライプ状の絶縁パターンは圧縮性の内部応力を伴っているので、基板中の絶縁パターンに覆われている部分には、絶縁パターンの応力の反作用の結果、伸張性のひずみが生じる(非特許文献1参照)。基板を構成している化合物半導体のピエゾ電気定数e14が負であり、かつ、絶縁パターンは[0−11]方向あるいはそれと等価な方向に沿って形成されているので、ピエゾ電気効果により絶縁パターン形成部における基板中の静電ポテンシャルは低下する、すなわちECは増加(電子ガス面密度は著しく低下)する。   Since the stripe-shaped insulating pattern is accompanied by compressive internal stress, a stretchable strain occurs in the portion of the substrate covered with the insulating pattern as a result of the reaction of the stress of the insulating pattern (Non-Patent Document). 1). Since the piezoelectric constant e14 of the compound semiconductor constituting the substrate is negative and the insulating pattern is formed along the [0-11] direction or a direction equivalent thereto, the insulating pattern is formed by the piezoelectric effect. The electrostatic potential in the substrate at the portion is lowered, that is, the EC is increased (the electron gas surface density is significantly lowered).

一方、絶縁パターンに隣接していることになる基板中の開口領域直下の部分においては、圧縮性のひずみが生じる。この圧縮性のひずみにより、開口領域における基板中の静電ポテンシャルは増加し、すなわちECは減少する。特に、絶縁パターンの近傍においてEC−EF<0なる領域が生ずる。この領域では、電子ガスの濃度が著しく高く、ストライプ状の絶縁パターンの配置にあわせ、基板中に電子濃度の高い領域(COND)と電子濃度の低い領域を含む導電性領域が形成される。図1,図2の断面図では、この状態を模式的に示している。なお、後述の説明で用いる図5,図6においても同様である。図4に示すような電子濃度の高い領域と電子濃度の低い領域から構成された導電性領域を模式的に示している   On the other hand, compressive strain occurs in the portion immediately below the opening region in the substrate that is adjacent to the insulating pattern. Due to this compressive strain, the electrostatic potential in the substrate in the open region increases, ie the EC decreases. In particular, an area where EC-EF <0 occurs in the vicinity of the insulating pattern. In this region, the concentration of the electron gas is remarkably high, and a conductive region including a high electron concentration region (COND) and a low electron concentration region is formed in the substrate in accordance with the arrangement of the striped insulating pattern. 1 and 2 schematically show this state. The same applies to FIGS. 5 and 6 used in the description below. 4 schematically shows a conductive region composed of a region having a high electron concentration and a region having a low electron concentration as shown in FIG.

このように、本実施の形態によれば、絶縁パターンを形成することで、このとなりに電子濃度が高くされた領域を形成することができる。言い換えると、不純物の導入などをすることなく、導電性領域を形成することができる。なお、導電性領域は、[0−11]方向に延在して形成された絶縁パターンのとなりに形成されるので、絶縁パターンは1本形成すればよく、この絶縁パターンのとなりにオーミック電極を形成すれば、上述した電子濃度の高い領域が形成され、電子濃度の高い領域を含む導電性領域が形成されるようになるので、低いコンタクト抵抗の状態が得られる。   As described above, according to the present embodiment, by forming the insulating pattern, it is possible to form a region where the electron concentration is increased. In other words, the conductive region can be formed without introducing impurities. Since the conductive region is formed next to the insulating pattern formed extending in the [0-11] direction, it is sufficient to form one insulating pattern, and an ohmic electrode is formed next to the insulating pattern. If formed, the above-described region having a high electron concentration is formed, and a conductive region including a region having a high electron concentration is formed. Therefore, a low contact resistance state can be obtained.

ここで、絶縁パターンの延在する方向が[0−11]より±45°異なると、上述した効果が得られなくなる。言い換えると、絶縁パターンの延在する方向が、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体の[0−11]より±45°より[0−11]に近くなるほど、上述した効果がより高く得られるようになり、絶縁パターンの延在する方向が[0−11]に一致した場合に最も高い効果が得られるようになる。   Here, when the extending direction of the insulating pattern differs by ± 45 ° from [0-11], the above-described effect cannot be obtained. In other words, the direction in which the insulating pattern extends becomes closer to [0-11] than ± 45 ° from [0-11] of the compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14. The above-described effect can be obtained higher, and the highest effect can be obtained when the extending direction of the insulating pattern matches [0-11].

上述したように、本実施の形態によれば、イオン注入などにより不純物を導入することがなく、従って、イオン注入された不純物の活性化アニールという高温での熱処理を経ることなく、ストライプ状の絶縁パターン111の配置にあわせ、導電性領域102が局所的に形成されるようになる。この結果、本実施の形態によれば、活性化アニールなどの高温処理をすることなく、導電性領域102にオーミック電極103を形成することができるので、従来の形態と比較して、結晶性の低下を招くことなく、コンタクト抵抗の低い優れたオーミックコンタクトを形成することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, impurities are not introduced by ion implantation or the like, and therefore, the stripe-shaped insulation is not subjected to high-temperature heat treatment such as activation annealing of the implanted ions. In accordance with the arrangement of the pattern 111, the conductive region 102 is locally formed. As a result, according to the present embodiment, the ohmic electrode 103 can be formed in the conductive region 102 without performing a high-temperature treatment such as activation annealing. An excellent ohmic contact with low contact resistance can be formed without causing a decrease.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図5は、本発明の実施の形態2における半導体装置の一部構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。本実施の形態の半導体装置は、閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体であるGaAsからなる基板501を備える。基板501は、例えば、p型の残留不純物濃度が1×1014cm-3程度とされた半絶縁性のGaAsから構成され、主表面が(100)面とされている。基板501の表面の法線は、[100]方向である。また、基板501は、ピエゾ電気定数e14が、−0.16C/m2であり、負のe14を有している。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a plan view (a) and a sectional view (b) showing a partial configuration of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device of the present embodiment includes a substrate 501 made of GaAs which is a compound semiconductor having a zinc blende structure and having a negative piezoelectric constant e14. The substrate 501 is made of, for example, semi-insulating GaAs having a p-type residual impurity concentration of about 1 × 10 14 cm −3 , and the main surface is a (100) plane. The normal of the surface of the substrate 501 is the [100] direction. The substrate 501 has a piezoelectric constant e14 of −0.16 C / m 2 and a negative e14.

また、本実施の形態の半導体装置は、基板501の上に形成されたGaAsからなる膜厚2μm程度のチャネル層502と、AI0.3Ga0.7Asからなる膜厚20nm程度のショットキ層503とを備える。チャネル層502およびショットキ層503は、例えばMBE法もしくはMOCVD法によって、不純物導入をすることなく順次成長(積層)することによって作製する。これらは、不純物濃度が1×1015cm-3程度とされていればよい。チャネル層502は、ピエゾ電気定数e14が、−0.16C/m2であり、負のe14を有している。また、ショットキ層503は、ピエゾ電気定数e14が、−0.18C/m2であり、やはり負のe14を有している。従って、基板501,チャネル層502,およびショットキ層503からなる半導体多層構造は、負のe14を有していることになる。 The semiconductor device of this embodiment includes a channel layer 502 made of GaAs and having a thickness of about 2 μm formed on a substrate 501 and a Schottky layer 503 made of AI 0.3 Ga 0.7 As and having a thickness of about 20 nm. . The channel layer 502 and the Schottky layer 503 are formed by sequentially growing (stacking) without introducing impurities by, for example, the MBE method or the MOCVD method. These may have an impurity concentration of about 1 × 10 15 cm −3 . The channel layer 502 has a piezoelectric constant e14 of −0.16 C / m 2 and a negative e14. The Schottky layer 503 has a piezoelectric constant e14 of −0.18 C / m 2 and also has a negative e14. Accordingly, the semiconductor multilayer structure including the substrate 501, the channel layer 502, and the Schottky layer 503 has a negative e14.

加えて、本実施の形態の半導体装置は、圧縮性の内部応力を伴う絶縁体から構成され、GaAs(化合物半導体)の[0−11]方向に延在して互いに離間して基板501の上に形成されたストライプ状の2つの絶縁パターン511と、2つの絶縁パターン511の間のショットキ層503との界面近傍のチャネル層502に形成された電子濃度の高い導電性領域(電子ガス)504とを備える。導電性領域504は、前述したように、2つの絶縁パターン511により、上記半導体多層構造に形成される歪みによるピエゾ電気効果により形成されるものである。   In addition, the semiconductor device of the present embodiment is made of an insulator with compressive internal stress, extends in the [0-11] direction of GaAs (compound semiconductor), and is separated from each other on the substrate 501. A conductive region (electron gas) 504 having a high electron concentration formed in the channel layer 502 in the vicinity of the interface between the two stripe-shaped insulating patterns 511 formed in the first layer and the Schottky layer 503 between the two insulating patterns 511; Is provided. As described above, the conductive region 504 is formed by the piezoelectric effect due to the distortion formed in the semiconductor multilayer structure by the two insulating patterns 511.

絶縁パターン511は、例えば、よく知られたCVD法により酸化シリコン膜を堆積し、堆積した酸化シリコン膜を公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により加工することで形成できる。また、絶縁パターン511は、スパッタ法により酸化シリコン膜を堆積し、堆積した酸化シリコン膜を公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により加工することでも形成できる。あるいは、エッチング技術に代わり、よく知られたリフトオフ法を用いて酸化シリコン膜を加工形成してもよい。   The insulating pattern 511 can be formed, for example, by depositing a silicon oxide film by a well-known CVD method and processing the deposited silicon oxide film by a known photolithography technique and etching technique. The insulating pattern 511 can also be formed by depositing a silicon oxide film by a sputtering method and processing the deposited silicon oxide film by a known photolithography technique and etching technique. Alternatively, the silicon oxide film may be processed and formed using a well-known lift-off method instead of the etching technique.

よく知られているように、絶縁材料の形成(堆積)条件により、堆積した絶縁材料に圧縮性の内部応力を持たせることができ、一般的な条件によれば、堆積された絶縁材料は、圧縮性の内部応力を備える状態となる。なお、絶縁パターン511は、酸化シリコンに限らず、窒化シリコン,酸化チタンなどの絶縁材料から構成されていてもよい。   As is well known, the insulating material formation (deposition) conditions can cause the deposited insulating material to have compressive internal stress, and according to general conditions, the deposited insulating material is It will be in the state provided with compressive internal stress. Note that the insulating pattern 511 is not limited to silicon oxide, and may be made of an insulating material such as silicon nitride or titanium oxide.

また、本実施の形態における半導体装置では、2つの絶縁パターン511の間のショットキ層503の上に形成されたオーミック電極505を備えている。本実施の形態では、オーミック電極505は、2つの絶縁パターン511を横切るように、ショットキ層503の上に形成されている。絶縁パターン511は、例えば、1×109N/m2の圧縮性の内部応力を伴い(備え)、ショットキ層503の上を[0−11]方向に延在し、厚さ1μm,幅1μmに形成され、2つの絶縁パターン511は、1μmの間隔で形成されている。本実施の形態では、絶縁パターン511およびオーミック電極505は、基板501の上に形成されたショットキ層(半導体層)503に接して形成されている。 Further, the semiconductor device in this embodiment includes an ohmic electrode 505 formed on the Schottky layer 503 between the two insulating patterns 511. In the present embodiment, the ohmic electrode 505 is formed on the Schottky layer 503 so as to cross the two insulating patterns 511. The insulating pattern 511 includes (comes with) compressive internal stress of 1 × 10 9 N / m 2 , for example, extends on the Schottky layer 503 in the [0-11] direction, has a thickness of 1 μm, and a width of 1 μm. The two insulating patterns 511 are formed at an interval of 1 μm. In this embodiment mode, the insulating pattern 511 and the ohmic electrode 505 are formed in contact with a Schottky layer (semiconductor layer) 503 formed over the substrate 501.

オーミック電極505は、例えば、AuGe/Niから構成され、ショットキ層503とオーミックコンタクトを形成し、導電性領域504と電気的に接続している。例えば、蒸着によりNi膜を形成し、この上にAuGe膜を形成し、これらの積層膜をリフトオフ法により加工することでオーミック電極505を形成すればよい。また、これらの金属膜を、ステンシルマスクなどを用いて選択的に所望の箇所に堆積することで、オーミック電極505を形成してもよい。また、オーミック電極505は、例えば350℃の加熱処理をすることで、導電性領域504との電気的な接続をとることができ、オーミックコンタクトが形成できる。   The ohmic electrode 505 is made of, for example, AuGe / Ni, forms an ohmic contact with the Schottky layer 503, and is electrically connected to the conductive region 504. For example, an ohmic electrode 505 may be formed by forming a Ni film by vapor deposition, forming an AuGe film thereon, and processing these laminated films by a lift-off method. Alternatively, the ohmic electrode 505 may be formed by selectively depositing these metal films at desired locations using a stencil mask or the like. Further, the ohmic electrode 505 can be electrically connected to the conductive region 504 by performing a heat treatment at 350 ° C., for example, and an ohmic contact can be formed.

本実施の形態においても、前述した実施の形態1と同様に、ストライプ状の絶縁パターン511は圧縮性の内部応力を伴っている。このため、チャネル層502およびショットキ層503よりなる半導体多層構造における絶縁パターン511に覆われている部分には、絶縁パターン511の応力の反作用の結果、伸張性のひずみが生じる。また、半導体多層構造は負のe14を有し、絶縁パターン511は[0−11]方向あるいはこれと等価な方向に沿って形成されている。これらの結果、絶縁パターン511の下の領域は、ピエゾ電気効果により静電ポテンシャルが低下、すなわち電子ガス面密度が著しく低下する。   Also in this embodiment, as in the first embodiment described above, the striped insulating pattern 511 is accompanied by compressive internal stress. For this reason, in the semiconductor multilayer structure composed of the channel layer 502 and the Schottky layer 503, stretchable strain is generated as a result of the reaction of the stress of the insulating pattern 511 in the portion covered with the insulating pattern 511. The semiconductor multilayer structure has negative e14, and the insulating pattern 511 is formed along the [0-11] direction or a direction equivalent thereto. As a result, in the region below the insulating pattern 511, the electrostatic potential is reduced by the piezoelectric effect, that is, the electron gas surface density is significantly reduced.

一方、絶縁パターン511の間の半導体多層構造においては、圧縮性のひずみが生じる。この圧縮性のひずみにより、絶縁パターン511の間の部分の半導体多層構造における静電ポテンシャルは増加し、特に絶縁パターン511近傍において電子ガスの濃度が著しく高い領域が形成される。すなわち、前述した実施の形態1と同様に、本実施の形態2においても、絶縁パターン511の配置にあわせ、半導体多層構造中に電子濃度が高い領域と低い領域を含む導電性領域504が形成される。この結果、導電性領域504が、2つの絶縁パターン511の間のショットキ層503との界面近傍のチャネル層502に形成されるようになる。   On the other hand, in the semiconductor multilayer structure between the insulating patterns 511, compressive strain occurs. Due to this compressive strain, the electrostatic potential in the semiconductor multilayer structure in the portion between the insulating patterns 511 increases, and a region having a remarkably high electron gas concentration is formed particularly in the vicinity of the insulating pattern 511. That is, similarly to the first embodiment described above, also in the second embodiment, a conductive region 504 including a region having a high electron concentration and a region having a low electron concentration is formed in the semiconductor multilayer structure in accordance with the arrangement of the insulating pattern 511. The As a result, the conductive region 504 is formed in the channel layer 502 in the vicinity of the interface with the Schottky layer 503 between the two insulating patterns 511.

このように、実施の形態2においても、イオン注入などにより不純物を導入することがなく、従って、イオン注入された不純物の活性化アニールという高温での熱処理を経ることなく、ストライプ状の絶縁パターン511の配置にあわせ、導電性領域504が局所的に形成されるようになる。この結果、本実施の形態によれば、活性化アニールなどの高温処理をすることなく、導電性領域504にオーミック電極505を形成することができるので、従来の形態と比較して、結晶性の低下を招くことなく、コンタクト抵抗の低い優れたオーミックコンタクトを形成することが可能となる。   As described above, also in the second embodiment, impurities are not introduced by ion implantation or the like, and therefore, the stripe-like insulating pattern 511 is not subjected to high-temperature heat treatment such as activation annealing of the implanted ions. In accordance with the arrangement of the conductive region 504, the conductive region 504 is locally formed. As a result, according to the present embodiment, the ohmic electrode 505 can be formed in the conductive region 504 without performing a high-temperature treatment such as activation annealing. An excellent ohmic contact with low contact resistance can be formed without causing a decrease.

次に、本実施の形態におけるオーミック電極をソース電極およびドレイン電極として用いたFETについて、図6を用いて説明する。図6は、本実施の形態における半導体装置としてのFETの構成を示す平面図(a),断面図(b),(c)である。このFETは、まず、GaAsからなる基板601の上に、GaAsの[0−11]方向に延在して互いに離間したストライプ状の4つの絶縁パターン611を備える。また、このFETは、4つの絶縁パターン611を横切るように形成されたソース電極605およびドレイン電極606を備える。基板601は、図5に示す基板501に同様であり、絶縁パターン611は、図5に示す絶縁パターン511に同様である。また、ソース電極605およびドレイン電極606は、上述したオーミック電極505と同様に形成されたものである。   Next, an FET using the ohmic electrode in this embodiment as a source electrode and a drain electrode will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a plan view (a), cross-sectional views (b), and (c) showing the configuration of the FET as the semiconductor device in the present embodiment. This FET first includes four striped insulating patterns 611 extending in the [0-11] direction of GaAs and spaced apart from each other on a substrate 601 made of GaAs. In addition, the FET includes a source electrode 605 and a drain electrode 606 formed so as to cross the four insulating patterns 611. The substrate 601 is the same as the substrate 501 shown in FIG. 5, and the insulating pattern 611 is the same as the insulating pattern 511 shown in FIG. The source electrode 605 and the drain electrode 606 are formed in the same manner as the ohmic electrode 505 described above.

また、ソース電極605およびドレイン電極606の間で、4つの絶縁パターン611を横切るように形成されたゲート電極607を備え、2つの絶縁パターン611の間のショットキ層603との界面近傍のチャネル層602には、電子濃度が高い領域と低い領域を含む導電性領域(電子ガス)604が形成されている。ゲート電極607は、AuおよびWSiNを順次に選択的に所望とする箇所(ゲート電極形成箇所)に堆積することで、形成すればよい。ゲート電極607は、例えば、4つの絶縁パターン611の間において、ショットキ層603とショットキー接続している。このFETは、ソース電極605およびドレイン電極606のコンタクト抵抗(ソース抵抗,ドレイン抵抗)が低く、優れたトランジスタ特性を備えている。   Further, a gate electrode 607 formed between the source electrode 605 and the drain electrode 606 so as to cross the four insulating patterns 611 is provided, and a channel layer 602 in the vicinity of the interface between the two insulating patterns 611 and the Schottky layer 603 is provided. A conductive region (electron gas) 604 including a region having a high electron concentration and a region having a low electron concentration is formed. The gate electrode 607 may be formed by sequentially depositing Au and WSiN at desired locations (gate electrode formation locations) sequentially. For example, the gate electrode 607 is in Schottky connection with the Schottky layer 603 between the four insulating patterns 611. This FET has a low contact resistance (source resistance, drain resistance) of the source electrode 605 and the drain electrode 606, and has excellent transistor characteristics.

ところで、上述では、絶縁パターンが1×109N/m2の圧縮性の内部応力を備えている場合について説明したが、これに限るものではなく、図4を用いて説明したことからも明らかなように、絶縁パターンは、圧縮性の内部応力を備えていればよい。前述したように、スパッタ法やCVD法などの公知の製造方法で形成された絶縁材料は、一般的な製造条件であれば圧縮性の内部応力を備えるようになる。従って、絶縁パターンには、酸化シリコンに限らず、窒化シリコン,酸化チタンや、他の酸化物,窒化物などの絶縁材料を適用させることができる。 In the above description, the case where the insulating pattern has a compressive internal stress of 1 × 10 9 N / m 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is also clear from the description using FIG. As such, the insulating pattern only needs to have compressive internal stress. As described above, an insulating material formed by a known manufacturing method such as a sputtering method or a CVD method has compressible internal stress under general manufacturing conditions. Therefore, the insulating pattern is not limited to silicon oxide, and insulating materials such as silicon nitride, titanium oxide, other oxides, and nitrides can be applied.

また、絶縁パターンの上に絶縁パターンと同じく圧縮性の内部応力を有する金属(例えばタングステン)の層を形成してもよい。一般に、タングステンなどの金属が有する圧縮性の内部応力は、絶縁パターンの内部応力に比較して大きいことが知られている。このため、絶縁パターンの上に金属の層を形成することで、上述した本発明の効果をより増大させることが可能となる。例えば、導電性領域における電子濃度の増大や所望とする電子濃度を実現するための絶縁パターンの膜厚をより薄くすることが可能となる。また、この金属の層は、絶縁パターンの上に形成されるものであり、絶縁パターンの下の層に接触していないため、例えば、前述したように、絶縁パターンの下の層に形成され素子の動作に影響を与えることはない。   In addition, a layer of metal (for example, tungsten) having compressive internal stress may be formed on the insulating pattern in the same manner as the insulating pattern. In general, it is known that the compressive internal stress of a metal such as tungsten is larger than the internal stress of an insulating pattern. For this reason, by forming a metal layer on the insulating pattern, the above-described effects of the present invention can be further increased. For example, it is possible to increase the electron concentration in the conductive region and to reduce the thickness of the insulating pattern for realizing a desired electron concentration. In addition, since the metal layer is formed on the insulating pattern and does not contact the layer below the insulating pattern, for example, as described above, the metal layer is formed on the layer below the insulating pattern. Does not affect the operation.

ここで、絶縁パターンが形成された領域における静電ポテンシャルは低下は、絶縁パターンが備えている応力(膜応力)に膜厚を乗じた値に応じて変化する。膜応力×膜厚=2×108N/m2×1μm以上であれば、絶縁パターンの付近の化合物半導体層では、EC−EF<0となるので、有効である。なお、絶縁パターンの内部応力が、膜応力×膜厚=1×109N/m2×10μmより大きくなると、半導体層の結晶に歪みが生じて結晶欠陥が誘起され、結晶品質が劣化する場合がある。従って、膜応力×膜厚は、1×109N/m2×10μmより小さい方がよい。 Here, the decrease in the electrostatic potential in the region where the insulating pattern is formed changes according to a value obtained by multiplying the stress (film stress) provided in the insulating pattern by the film thickness. Film stress × film thickness = 2 × 10 8 N / m 2 × 1 μm or more is effective because EC-EF <0 in the compound semiconductor layer near the insulating pattern. When the internal stress of the insulating pattern is larger than film stress × film thickness = 1 × 10 9 N / m 2 × 10 μm, the crystal of the semiconductor layer is distorted, crystal defects are induced, and the crystal quality is deteriorated. There is. Accordingly, the film stress × film thickness is preferably smaller than 1 × 10 9 N / m 2 × 10 μm.

なお、上述では、絶縁パターンを形成した後に各電極を形成するようにしたが、これに限るものではない。閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体基板や化合物半導体層の上に、オーミック電極を形成した後で、このオーミック電極が形成されていない領域、例えば、オーミック電極のとなりに絶縁パターンを形成してもよい。   In the above description, each electrode is formed after the insulating pattern is formed. However, the present invention is not limited to this. After an ohmic electrode is formed on a compound semiconductor substrate or compound semiconductor layer having a zinc blende structure and a negative piezoelectric constant e14, a region where the ohmic electrode is not formed, for example, an ohmic electrode Next, an insulating pattern may be formed.

また、本発明は、上述した形態の半導体装置に限るものではなく、オーミック電極の構造や加熱条件などのオーミックコンタクトの形成方法、ソース電極,ドレイン電極,ゲート電極の形成方法などにおいて、種々の変更を加えた場合であっても、本発明に含まれるものであることは言うまでもない。また、本発明は、GaAsに限らず、InP,InSb,InAs,GaP,GaSb,およびAlAsなど、他の閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体およびこれらの混晶およびこれらからなる半導体多層構造に適用可能である。これは、図4を用いた説明から明らかである。   In addition, the present invention is not limited to the semiconductor device having the above-described form, and various changes may be made in the ohmic contact formation method such as the ohmic electrode structure and heating conditions, and the source electrode, drain electrode, and gate electrode formation method. It is needless to say that even when the is added, it is included in the present invention. The present invention is not limited to GaAs, and other compound semiconductors having other zinc blende structures such as InP, InSb, InAs, GaP, GaSb, and AlAs and having a negative piezoelectric constant e14, and mixed crystals thereof. It can also be applied to a semiconductor multilayer structure composed of these. This is clear from the description using FIG.

本発明の実施の形態1における半導体装置の一部構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。1A is a plan view illustrating a partial configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 本発明の実施の形態1における半導体装置の一部構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a partial structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置(FET)の一部構成を示す平面図である。It is a top view which shows a partial structure of the semiconductor device (FET) in Embodiment 1 of this invention. 2つの絶縁パターンの間(開口領域)の基板表面直下における基板中、および絶縁パターン(絶縁膜)直下における基板中の伝導帯最下端のエネルギーECとフェルミエネルギーEFの差(EC−EF)の場所依存性を示すバンド図である。Location of difference (EC-EF) between energy EC and Fermi energy EF at the bottom of the conduction band in the substrate immediately below the substrate surface between the two insulating patterns (opening region) and in the substrate immediately below the insulating pattern (insulating film) It is a band figure which shows dependence. 本発明の実施の形態2における半導体装置の一部構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) which show a partial structure of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本実施の形態における半導体装置としてのFETの構成を示す平面図(a),断面図(b),(c)である。It is the top view (a), sectional drawing (b), and (c) which show the structure of FET as a semiconductor device in this Embodiment. GaAs系の材料を用いたn型電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the n-type field effect transistor using a GaAs type material. GaAs系の材料を用いたn型電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the n-type field effect transistor using a GaAs type material.

符号の説明Explanation of symbols

101…基板、102…導電性領域(電子ガス)、103…オーミック電極、104…絶縁パターン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Board | substrate, 102 ... Conductive area | region (electron gas), 103 ... Ohmic electrode, 104 ... Insulation pattern.

Claims (5)

閃亜鉛鉱構造を有して負のピエゾ電気定数e14を有する化合物半導体から構成された半導体装置において、
前記化合物半導体から構成されて主表面が(100)面とされた基板と、
圧縮性の内部応力を伴う絶縁体から構成され、前記化合物半導体の[0−11]方向に延在して前記基板の上に形成されたストライプ状の絶縁パターンと、
前記絶縁パターンに隣接する前記基板の上に形成されたオーミック電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device composed of a compound semiconductor having a sphalerite structure and having a negative piezoelectric constant e14,
A substrate made of the compound semiconductor, the main surface of which is a (100) plane;
A stripe-shaped insulating pattern formed of an insulator with compressive internal stress, extending in the [0-11] direction of the compound semiconductor and formed on the substrate;
An ohmic electrode formed on the substrate adjacent to the insulating pattern.
請求項1記載の半導体装置において、
前記絶縁パターンおよび前記オーミック電極は、前記基板の上に接して形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the insulating pattern and the ohmic electrode are formed in contact with the substrate.
請求項1記載の半導体装置において、
前記基板の上に形成された前記化合物半導体から構成された半導体層を備え、
前記絶縁パターンおよび前記オーミック電極は、前記半導体層の上に接して形成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor layer composed of the compound semiconductor formed on the substrate;
The semiconductor device, wherein the insulating pattern and the ohmic electrode are formed in contact with the semiconductor layer.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置において、
互いに離間して形成された2つの前記絶縁パターンを備え、
前記オーミック電極は、2つの前記絶縁パターンの間に配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
Two insulating patterns formed apart from each other,
The ohmic electrode is disposed between the two insulating patterns. A semiconductor device, wherein:
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記オーミック電極から構成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に形成されたゲート電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
A source electrode and a drain electrode composed of the ohmic electrode;
A semiconductor device comprising: a gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode.
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