JP2011124273A - Wiring structure manufacturing method, and wiring structure - Google Patents

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Shoji Hayashi
将司 林
Tomoyoshi Kushida
知義 櫛田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wiring structure manufacturing method, along with a wiring structure, wherein the wiring structure can be formed in a simple process and wiring extraction with a high degree of freedom is allowed in a simple configuration. <P>SOLUTION: The wiring structure manufacturing method includes a two-dimensional electronic gas layer forming process of forming a lamination by laminating different kinds of materials via an interface where charge accumulation occurs to form a two-dimensional electronic gas layer on the interface of the lamination, and a selective heating process of selectively heating the two-dimensional electronic gas layer to selectively form a nonconductive region on the two-dimensional electronic gas layer and forming a given wiring structure consisting of the nonconductive region and a nonheated conductive region. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、配線構造の製造方法及び配線構造に関し、特に、2次元電子ガス層を用いた配線構造の製造方法及び配線構造に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a wiring structure and a wiring structure, and more particularly to a method for manufacturing a wiring structure using a two-dimensional electron gas layer and a wiring structure.

従来から、導電性基板上に、第1の化合物半導体層と、第1の化合物半導体層と組成の異なる第2の化合物半導体層とを積層することにより、両者の接合界面に2次元電子ガス層を形成した後、第1の化合物半導体層と第2の化合物半導体層の不要部分に酸素イオンを注入して半導体の性質を消滅させ、不要な2次元電子ガスを絶縁化するとともに必要な2次元電子ガス層を線状に残し、更に線状の2次元電子ガス層の両端の第2の化合物半導体層上に電極を設け、電極下に2次元電子ガス層に至るオーミック拡散層を形成したインピーダンス線路が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, by stacking a first compound semiconductor layer and a second compound semiconductor layer having a composition different from that of the first compound semiconductor layer on a conductive substrate, a two-dimensional electron gas layer is formed at the junction interface between the two. Then, oxygen ions are implanted into unnecessary portions of the first compound semiconductor layer and the second compound semiconductor layer to extinguish the properties of the semiconductor, insulating unnecessary two-dimensional electron gas, and necessary two-dimensional Impedance in which an electron gas layer is left in a linear shape, electrodes are further provided on the second compound semiconductor layers at both ends of the linear two-dimensional electron gas layer, and an ohmic diffusion layer is formed under the electrode to reach the two-dimensional electron gas layer A track is known (see, for example, Patent Document 1).

特開平7−326737号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-326737

しかしながら、上述の特許文献1に記載の構成では、絶縁部分の幅を縮小することによる微細化加工を低コストで行うことは困難であり、なおかつ多重配線を行うために、配線の取り出し部分の設計の自由度が制限されるという問題があった。   However, in the configuration described in Patent Document 1 described above, it is difficult to perform miniaturization processing by reducing the width of the insulating portion at a low cost. There was a problem that the degree of freedom was limited.

そこで、本発明は、簡素な工程で配線構造を形成することができ、簡素な構成で自由度の高い配線の取り出しが可能な配線構造の製造方法及び配線構造を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wiring structure manufacturing method and a wiring structure which can form a wiring structure with a simple process and can take out wiring with a high degree of freedom with a simple structure.

上記目的を達成するため、第1の発明に係る配線構造の製造方法は、接合界面に電荷蓄積が発生する異種材料を積層して積層体を形成し、該積層体の接合界面に2次元電子ガス層を形成する2次元電子ガス層形成工程と、
該2次元電子ガス層を選択的に加熱して該2次元電子ガス層に非導電性領域を選択的に形成し、非加熱の導電性領域とで所定の配線構造を形成する選択的加熱工程と、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a wiring structure according to a first aspect of the present invention is to form a laminate by stacking different materials that generate charge accumulation at a junction interface, and to form a two-dimensional electron at the junction interface of the laminate. A two-dimensional electron gas layer forming step of forming a gas layer;
A selective heating step of selectively heating the two-dimensional electron gas layer to selectively form a non-conductive region in the two-dimensional electron gas layer and forming a predetermined wiring structure with the non-heated conductive region It is characterized by including these.

これにより、2次元電子ガス層を形成してから選択的加熱を行うという簡素な工程で省スペース化が図られた配線構造を製造することができる。   As a result, it is possible to manufacture a wiring structure that saves space by a simple process of forming a two-dimensional electron gas layer and then performing selective heating.

第2の発明は、第1の発明に係る配線構造の製造方法において、
前記選択的加熱工程は、前記導電性領域を形成する位置の上方の前記積層体の表面上に、断熱性を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
該マスクよりも上方から熱を供給して加熱処理を行う加熱工程と、を含むことを特徴とする。
A second invention is a method of manufacturing a wiring structure according to the first invention.
In the selective heating step, a mask forming step of forming a heat-insulating mask on the surface of the stacked body above the position where the conductive region is formed;
And a heating step of performing heat treatment by supplying heat from above the mask.

これにより、マスクの形成により容易に選択的加熱工程を実行することができ、工程の簡素化を図ることができる。   Thereby, the selective heating process can be easily performed by forming the mask, and the process can be simplified.

第3の発明は、第2の発明に係る配線構造の製造方法において、
前記選択的加熱工程は、前記マスク形成工程と前記加熱工程との間に、前記積層体の表面に軽元素を注入し、前記マスクが存在しない領域に結晶欠陥を発生させる軽元素注入工程を更に含むことを特徴とする。
A third invention is a method of manufacturing a wiring structure according to the second invention,
The selective heating step further includes a light element injection step of injecting a light element into the surface of the stacked body between the mask formation step and the heating step, and generating a crystal defect in a region where the mask does not exist. It is characterized by including.

これにより、選択的加熱工程における2次元電子ガス層の非導電性領域の形成を促進することができる。   Thereby, formation of the nonelectroconductive area | region of the two-dimensional electron gas layer in a selective heating process can be accelerated | stimulated.

第4の発明は、第1〜3のいずれかの発明に係る配線構造の製造方法において、
前記選択的加熱工程の後に、前記導電性領域の上方の前記積層体の表面上に保護膜を形成する保護膜形成工程を更に有することを特徴とする。
4th invention is the manufacturing method of the wiring structure which concerns on any one of 1st-3rd invention,
The method further includes a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the stacked body above the conductive region after the selective heating step.

これにより、積層体の上層に、大気と触れると表面に電荷が発生/蓄積し易い材料が用いられた場合であっても、配線間のリークを防ぐことができる。   Accordingly, even when a material that easily generates / accumulates a charge on the surface is used for the upper layer of the stacked body, leakage between wirings can be prevented.

第5の発明は、第1〜3のいずれかの発明に係る配線構造の製造方法を繰り返し、多層の前記導電性領域を含む多層配線を形成することを特徴とする。   A fifth invention is characterized in that the method for manufacturing a wiring structure according to any one of the first to third inventions is repeated to form a multilayer wiring including a plurality of conductive regions.

これにより、省スペース化された多層構造の配線を、簡素な工程を繰り返すことで容易に形成することができる。   As a result, a space-saving multi-layered wiring can be easily formed by repeating simple steps.

第6の発明に係る配線構造は、接合界面に導電性を有する2次元電子ガス層を有する異種材料からなる積層部と、
前記2次元電子ガス層に接触する部分と、前記積層部の外部に存在する部分を有する取り出し電極と、を含むことを特徴とする。
A wiring structure according to a sixth aspect of the present invention is a laminated portion made of a different material having a two-dimensional electron gas layer having conductivity at a bonding interface;
It includes a portion in contact with the two-dimensional electron gas layer and a take-out electrode having a portion existing outside the stacked portion.

これにより、取り出し電極を制約の少ない簡素な構成で設けることができ、省スペース化と配線構成の自由度を向上させることができる。   Thereby, the extraction electrode can be provided with a simple configuration with few restrictions, and space saving and the degree of freedom of the wiring configuration can be improved.

第7の発明は、第6の発明に係る配線構造において、
前記積層部は、第1の材料層上に第2の材料層が部分的に積層されて構成され、
前記取り出し電極は、前記第1の材料層上に形成された金属薄膜であることを特徴とする。
According to a seventh invention, in the wiring structure according to the sixth invention,
The laminated portion is configured by partially laminating a second material layer on the first material layer,
The extraction electrode is a metal thin film formed on the first material layer.

これにより、金属薄膜を用いた簡素な構造で取り出し電極を設けることができ、取り出し電極のためのスペースを個別に設けることなく配線構造を構成することができる。   Thereby, the extraction electrode can be provided with a simple structure using a metal thin film, and the wiring structure can be configured without providing a space for the extraction electrode separately.

第8の発明は、第6又は第7の発明に係る配線構造において、
前記取り出し電極の前記積層部の外部に存在する部分は、露出していることを特徴とする。
An eighth invention is the wiring structure according to the sixth or seventh invention,
A portion of the extraction electrode existing outside the stacked portion is exposed.

これにより、露出部分に直接的に外部から電力を供給することができ、ロスを少なく電力供給を行うことができる。   Thereby, electric power can be directly supplied to the exposed part from the outside, and electric power can be supplied with little loss.

第9の発明は、第7の発明に係る配線構造において、
前記取り出し電極の上層には、非導電性領域が形成され、
該非導電性領域には、前記取り出し電極と電気的に接続するコンタクトホールが形成されていることを特徴とする。
According to a ninth invention, in the wiring structure according to the seventh invention,
On the upper layer of the extraction electrode, a non-conductive region is formed,
In the non-conductive region, a contact hole that is electrically connected to the extraction electrode is formed.

これにより、一般的な半導体装置と同様にコンタクトホールを用いて配線構造の配線と外部の電極又は配線との電気的接続を行うことができる。   As a result, as in a general semiconductor device, the wiring of the wiring structure can be electrically connected to the external electrode or wiring using a contact hole.

第10の発明は、第7又は9の発明に係る配線構造において、
前記積層部は、前記第1の材料層と前記第2の材料層が交互に積層された多層構造を有することを特徴とする。
A tenth invention is the wiring structure according to the seventh or ninth invention,
The stacked portion has a multilayer structure in which the first material layers and the second material layers are alternately stacked.

これにより、取り出し電極のスペースを個別に設けないで多層配線構造を構成することができ、多層化により構造が複雑化し、自由度が制限される事態を防ぎ、簡素な構造で高い自由度で多層配線構造を実現することができる。   As a result, it is possible to configure a multilayer wiring structure without providing a space for the extraction electrode, preventing the situation where the structure is complicated and the degree of freedom is restricted due to the multilayering, and the structure is simple and has a high degree of freedom. A wiring structure can be realized.

本発明によれば、配線構造の製造工程を簡素化でき、配線の自由度を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing process of wiring structure can be simplified and the freedom degree of wiring can be improved.

本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された配線構造の例を示した図である。図1(A)は、非導電性領域50を含む配線構造の一例を示した図である。図1(B)は、図1(A)と積層材料の積層関係を逆にした配線構造の一例を示した図である。It is the figure which showed the example of the wiring structure manufactured by the manufacturing method of the wiring structure which concerns on a present Example. FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a wiring structure including a non-conductive region 50. FIG. 1B is a diagram illustrating an example of a wiring structure in which the stacking relationship of the stacking materials is reversed from that in FIG. 本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された多層の配線構造の例を示した図である。図2(A)は、多層界面を用いた配線構造の一例を示した図である。図2(B)は、上下に並列して配置された多層界面を用いた配線構造の一例を示した図である。It is the figure which showed the example of the multilayer wiring structure manufactured with the manufacturing method of the wiring structure which concerns on a present Example. FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a wiring structure using a multilayer interface. FIG. 2B is a diagram showing an example of a wiring structure using multilayer interfaces arranged in parallel in the vertical direction. 本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された非導電性領域50を含まない配線構造の例を示した図である。図3(A)は、保護膜60のない配線構造例を示した断面図である。図3(B)は、保護膜60を有する配線構造例を示した断面図である。It is the figure which showed the example of the wiring structure which does not contain the nonelectroconductive area | region 50 manufactured by the manufacturing method of the wiring structure which concerns on a present Example. FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of a wiring structure without the protective film 60. FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of a wiring structure having a protective film 60. 実施例1に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the two-dimensional electron gas layer formation process of the manufacturing method of the wiring structure which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る配線構造の製造方法のマスク形成工程の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of a mask forming process of the method for manufacturing a wiring structure according to Example 1. FIG. 実施例1に係る配線構造の製造方法の軽元素注入工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of a light element implantation step in the method for manufacturing a wiring structure according to Example 1. FIG. 実施例1に係る配線構造の製造方法の加熱工程の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of a heating process of the method for manufacturing a wiring structure according to Example 1. FIG. 実施例1に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of a mask removing process of the manufacturing method of the wiring structure according to Example 1. FIG. 実施例1に係る配線構造の製造方法の保護膜形成工程の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of a protective film forming step of the method for manufacturing a wiring structure according to Example 1. FIG. 多層配線構造を製造するための2次元電子ガス層形成工程例を示した図である。It is the figure which showed the example of a two-dimensional electron gas layer formation process for manufacturing a multilayer wiring structure. 実施例2に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the two-dimensional electron gas layer formation process of the manufacturing method of the wiring structure which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る配線構造の製造方法のマスク形成工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of a mask forming process of a manufacturing method of a wiring structure according to Example 2. FIG. 実施例2に係る配線構造の製造方法のエッチング工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of an etching process of a manufacturing method of a wiring structure according to Example 2. FIG. 実施例2に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of a mask removing process of a manufacturing method of a wiring structure according to Example 2. FIG. 実施例2に係る配線構造の製造方法の保護膜形成工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of a protective film forming step of a method for manufacturing a wiring structure according to Example 2. FIG. 実施例3に係る配線構造の製造方法のイオン注入工程の一例を示した図である。6 is a diagram illustrating an example of an ion implantation step of a method for manufacturing a wiring structure according to Example 3. FIG. 実施例3に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程及び拡散工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the mask removal process of the manufacturing method of the wiring structure which concerns on Example 3, and a diffusion process. 実施例3に係る配線構造の製造方法の第1の材料層積層工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the 1st material layer lamination process of the manufacturing method of the wiring structure which concerns on Example 3. FIG. 実施例3に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the two-dimensional electron gas layer formation process of the manufacturing method of the wiring structure which concerns on Example 3. FIG. 実施例3に係る配線構造の製造方法のエッチング工程の一例を示した図である。6 is a diagram showing an example of an etching process of a method for manufacturing a wiring structure according to Example 3. FIG. 実施例3に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a mask removal process of a method for manufacturing a wiring structure according to Example 3. 本発明の実施例4に係る配線構造の一例を示した図である。図8(A)は、実施例4に係る配線構造の断面図である。図8(B)は、実施例4の係る配線構造の斜視図である。It is the figure which showed an example of the wiring structure which concerns on Example 4 of this invention. FIG. 8A is a cross-sectional view of the wiring structure according to the fourth embodiment. FIG. 8B is a perspective view of the wiring structure according to the fourth embodiment. 実施例5に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a wiring structure according to a fifth embodiment. 実施例6に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a wiring structure according to Example 6; 実施例7に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。10 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a wiring structure according to Example 7. FIG.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例に係る配線構造の製造方法により製造された配線構造の例を示した図である。図1(A)は、非導電性領域50を含む配線構造の一例を示した図であり、図1(B)は、図1(A)と積層材料の積層関係を逆にした配線構造の一例を示した図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a wiring structure manufactured by a method for manufacturing a wiring structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram showing an example of a wiring structure including a non-conductive region 50. FIG. 1B is a wiring structure in which the stacking relationship of the stacking material is reversed from that in FIG. It is the figure which showed an example.

図1(A)において、本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された配線構造は、第1の材料層10と、第2の材料層20と、2次元電子ガス層40と、非導電性領域50とを有する。第1の材料層10の上に、第2の材料層20が積層され、積層部30を構成している。積層部30は、凸状に形成されている。2次元電子ガス層40は、第1の材料層10と第2の材料層20との接合界面に形成されている。また、非導電性領域50は、凸状の積層部30を周囲から覆うように、積層部30以外の領域を満たしている。   In FIG. 1A, the wiring structure manufactured by the wiring structure manufacturing method according to the present embodiment includes a first material layer 10, a second material layer 20, a two-dimensional electron gas layer 40, Conductive region 50. A second material layer 20 is laminated on the first material layer 10 to form a laminated portion 30. The stacked portion 30 is formed in a convex shape. The two-dimensional electron gas layer 40 is formed at the bonding interface between the first material layer 10 and the second material layer 20. Further, the non-conductive region 50 fills a region other than the stacked portion 30 so as to cover the convex stacked portion 30 from the periphery.

第1の材料層10及び第2の材料層20は、積層されて構成されたときに、両者の接合界面に電荷蓄積が発生するような組み合わせの異種材料から構成され、例えば、半導体と絶縁体又は異種半導体同士から構成される。ここで、接合界面に電荷蓄積が発生するというのは、接合界面に2次元状に電子が分布し、電子が充満した状態を意味する。第1の材料層10と第2の材料層20との接合界面に形成された2次元電子ガス層40内は、そのような電子が充満した状態となっている。2次元電子ガス層40内の電子は、接合界面に沿って運動し、2次元平面にのみ運動量を持つ希薄な電子となっている。よって、2次元電子ガス層40は、2次元の導電性領域を構成する。   The first material layer 10 and the second material layer 20 are composed of a combination of different materials that cause charge accumulation at the junction interface between the first material layer 10 and the second material layer 20, for example, a semiconductor and an insulator. Or it is comprised from dissimilar semiconductors. Here, charge accumulation at the junction interface means a state in which electrons are two-dimensionally distributed and filled with electrons at the junction interface. The two-dimensional electron gas layer 40 formed at the bonding interface between the first material layer 10 and the second material layer 20 is filled with such electrons. The electrons in the two-dimensional electron gas layer 40 move along the bonding interface, and are rare electrons having momentum only in the two-dimensional plane. Therefore, the two-dimensional electron gas layer 40 constitutes a two-dimensional conductive region.

第1の材料層10及び第2の材料層20は、積層されたときに積層界面に2次元電子ガス層を形成する種々の異種材料から構成され得るが、例えば、InAsとAlSb、InAlAsとInGaAs、GaAsとAlGaAs、GaNとAlGaN等の種々の組み合わせが考えられる。また、異なる異種材料の組み合わせを、同一の半導体装置に用いる配線構造であってもよく、例えば、AlSb及びInAsで形成した2次元配線と、GaAs及びAlGaAsで形成した2次元配線が、同一の半導体装置に形成されていてもよい。図1(A)の例においては、左側の凸状の配線構造体と右側の凸状の配線構造体が、異なる異種材料の組み合わせであってもよい。なお、図1(A)においては、第1の材料層10がAlSbから構成され、第2の材料層20がInAsから構成されており、異なる組成の半導体材料が用いられていることとする。   The first material layer 10 and the second material layer 20 may be made of various different materials that form a two-dimensional electron gas layer at the stack interface when stacked. For example, InAs and AlSb, InAlAs and InGaAs Various combinations of GaAs and AlGaAs, GaN and AlGaN, etc. are conceivable. Further, a wiring structure in which a combination of different kinds of materials is used for the same semiconductor device may be used. For example, a two-dimensional wiring formed of AlSb and InAs and a two-dimensional wiring formed of GaAs and AlGaAs are the same semiconductor. It may be formed in the device. In the example of FIG. 1A, the left convex wiring structure and the right convex wiring structure may be a combination of different materials. In FIG. 1A, it is assumed that the first material layer 10 is made of AlSb, the second material layer 20 is made of InAs, and semiconductor materials having different compositions are used.

非導電性領域50は、導電性を有しない、絶縁体の領域である。本実施例に係る配線構造の製造方法においては、導電性を有する2次元電子ガス層40の領域と、導電性を有しない非導電性領域50により、配線構造を構成する。   The non-conductive region 50 is a region of an insulator that does not have conductivity. In the manufacturing method of the wiring structure according to the present embodiment, the wiring structure is constituted by the region of the two-dimensional electron gas layer 40 having conductivity and the non-conductive region 50 having no conductivity.

図1(B)は、図1における第1の材料層10に用いられているAlSbを第2の材料層21に用い、図1の第2の材料層20に用いられているInAsを第1の材料層11に用い、積層部31を構成している例を示している。第1の材料層11と第2の材料層21との接合界面には、導電性の2次元電子ガス層41が形成され、その周囲を非導電性領域51が覆うように満たしている。この場合においても、図1(A)と同様の配線構造が実現される。   In FIG. 1B, AlSb used for the first material layer 10 in FIG. 1 is used for the second material layer 21, and InAs used for the second material layer 20 in FIG. The example which comprises the laminated part 31 using the material layer 11 of this is shown. A conductive two-dimensional electron gas layer 41 is formed at the bonding interface between the first material layer 11 and the second material layer 21, and is filled so as to cover the non-conductive region 51. Even in this case, a wiring structure similar to that shown in FIG.

このように、第1の材料層10と第2の材料層20は、接合界面に2次元電子ガス層40、41を形成する異種材料同士の組み合わせであれば、いずれを上層側としてもよい。例えば、積層部30の表面が露出される場合には、第2の材料層20をより酸化され難い材料として構成するようにしてもよい。   Thus, as long as the 1st material layer 10 and the 2nd material layer 20 are the combination of the dissimilar materials which form the two-dimensional electron gas layers 40 and 41 in a joining interface, any may be made into the upper layer side. For example, when the surface of the stacked unit 30 is exposed, the second material layer 20 may be configured as a material that is less likely to be oxidized.

図2は、本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された多層構造の配線構造の例を示した図である。図2(A)は、多層界面を用いた配線構造の一例を示した図であり、図2(B)は、上下に並列して配置された多層界面を用いた配線構造の一例を示した図である。なお、図1と同様の構成要素には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a multilayer wiring structure manufactured by the wiring structure manufacturing method according to the present embodiment. FIG. 2A is a diagram showing an example of a wiring structure using a multilayer interface, and FIG. 2B shows an example of a wiring structure using a multilayer interface arranged in parallel vertically. FIG. Components similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図2(A)において、第1の材料層10と第2の材料層20とが積層されて構成された積層部30が、積層界面において2次元電子ガス層40を有し、その周囲が非導電性領域50で充填されている点は、図1(A)と同様である。図2(A)においては、積層部30及び非導電性領域50の上層に更に第1の材料層12が積層され、第2の材料層22とで積層部32を構成している点で、図1(A)と異なっている。上層の積層部32は、第1の材料層12と第2の材料層22の異種材料の積層体として構成され、第1の材料層12と第2の材料層22との接合界面に、2次元電子ガス層42が形成され、その周囲を非導電性領域52が充填して覆っている点は、下層の積層部30と同様である。このように、積層部30、32を多層構造として形成し、多層配線構造を構成するようにしてもよい。   In FIG. 2A, a stacked portion 30 formed by stacking a first material layer 10 and a second material layer 20 has a two-dimensional electron gas layer 40 at the stack interface, and its periphery is non- The point filled with the conductive region 50 is the same as in FIG. In FIG. 2A, the first material layer 12 is further stacked on the upper layer of the stacked portion 30 and the non-conductive region 50, and the stacked portion 32 is configured with the second material layer 22. This is different from FIG. The upper layer stack portion 32 is configured as a stacked body of different materials of the first material layer 12 and the second material layer 22, and 2 at the bonding interface between the first material layer 12 and the second material layer 22. The two-dimensional electron gas layer 42 is formed, and the periphery thereof is filled and covered with the non-conductive region 52 in the same manner as the lower layered portion 30. As described above, the stacked portions 30 and 32 may be formed as a multilayer structure to constitute a multilayer wiring structure.

また、図2(A)においては、積層部30の2次元電子ガス層40と、積層部32の2次元電子ガス層42とは、独立して構成されており、2次元電子ガス層40、42は、各層を異なる配線として用いる例が示されている。このように、各層の2次元電子ガス層40、42は、各々を独立して構成することができる。   2A, the two-dimensional electron gas layer 40 of the stacked unit 30 and the two-dimensional electron gas layer 42 of the stacked unit 32 are configured independently, and the two-dimensional electron gas layer 40, 42 shows an example in which each layer is used as a different wiring. Thus, the two-dimensional electron gas layers 40 and 42 of each layer can be independently configured.

なお、図2(A)において、第1の材料層10、12の双方をAlSbで構成し、第2の材料層20、22の双方をInAsで構成するようにし、同じ組み合わせの異種材料を用いて積層部30、32を構成するようにしてもよいし、積層部30、32を異なる組み合わせの異種材料で構成するようにしてもよい。   In FIG. 2A, both of the first material layers 10 and 12 are made of AlSb, and both of the second material layers 20 and 22 are made of InAs, and different materials of the same combination are used. The stacked portions 30 and 32 may be configured, or the stacked portions 30 and 32 may be configured with different combinations of different materials.

図2(B)は、図2(A)とは異なり、上下に並列した多層界面を用いた多層配線の断面構成の一例を示した図である。図2(B)においては、第1の材料層10と第2の材料層20が積層されて2次元電子ガス層40を形成している点は、図2(A)と同様である。しかしながら、図2(B)においては、第2の材料層20の上に1層だけ第3の材料層13を積層し、第2の材料層20と第3の材料層13との間に2次元電子ガス層43を形成するとともに、2次元電子ガス層40、43の周囲を共通の非導電性領域53で満たしている点で、図2(A)の多層配線構造とは異なっている。2次元電子ガス層40、43は、上下に平行して形成されている。このような配線構造においては、2次元電子ガス領域40、43を、上下に複数本平行配置した2次元配線として用いることができる。   Unlike FIG. 2A, FIG. 2B is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a multi-layer wiring using multi-layer interfaces arranged in parallel in the vertical direction. 2B is the same as FIG. 2A in that the first material layer 10 and the second material layer 20 are stacked to form a two-dimensional electron gas layer 40. However, in FIG. 2B, only one third material layer 13 is stacked over the second material layer 20, and 2 between the second material layer 20 and the third material layer 13. A two-dimensional electron gas layer 43 is formed and the periphery of the two-dimensional electron gas layers 40 and 43 is filled with a common non-conductive region 53, which is different from the multilayer wiring structure of FIG. The two-dimensional electron gas layers 40 and 43 are formed in parallel vertically. In such a wiring structure, the two-dimensional electron gas regions 40 and 43 can be used as a two-dimensional wiring in which a plurality of two-dimensional electron gas regions 40 and 43 are arranged in parallel vertically.

なお、第3の材料層13は、第1の材料層10と同じ材料(例えば、AlSb)を用いるようにしてもよいし、第1の材料層10及び第2の材料層20の双方と異なる材料を用いるようにしてもよい。   Note that the third material layer 13 may be made of the same material (for example, AlSb) as the first material layer 10 or different from both the first material layer 10 and the second material layer 20. A material may be used.

また、図2(A)、(B)において、多層配線構造は2層を例に挙げて説明したが、更に層を積層して更に層数の覆い多層構造に構成してもよい。   Further, in FIGS. 2A and 2B, the multilayer wiring structure has been described by taking two layers as an example. However, a multilayer structure may be formed by further stacking layers to cover the number of layers.

図3は、本実施例に係る配線構造の製造方法により製造された非導電性領域50を含まない配線構造の例を示した図である。図3(A)は、保護膜60で覆われていない配線構造の一例を示した断面図であり、図3(B)は、保護膜60で覆われている配線構造の一例を示した断面図である。   FIG. 3 is a diagram showing an example of a wiring structure that does not include the non-conductive region 50 manufactured by the manufacturing method of the wiring structure according to the present embodiment. 3A is a cross-sectional view showing an example of a wiring structure not covered with the protective film 60, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of a wiring structure covered with the protective film 60. FIG.

図3(A)において、第1の材料層14の上に、部分的に第2の材料層24が積層され、積層部34を構成している。また、第1の材料層14と第2の材料層24との接合界面には、2次元電子ガス層44が形成されている。図1(A)と異なる点は、積層部34を周囲から覆う非導電性領域50が形成されておらず、非導電性領域50が存在しない点である。このように、配線を構成する2次元電子ガス層44が不要な領域については、2次元電子ガス層44を除去することにより配線構造を形成してもよい。例えば、2次元電子ガス層44が不要な領域について、積層部34をエッチングで除去することにより、図3(A)のような構成の配線構造を形成することができる。   In FIG. 3A, the second material layer 24 is partially stacked on the first material layer 14 to form a stacked portion 34. A two-dimensional electron gas layer 44 is formed at the bonding interface between the first material layer 14 and the second material layer 24. The difference from FIG. 1A is that the nonconductive region 50 that covers the stacked portion 34 from the periphery is not formed, and the nonconductive region 50 does not exist. As described above, the wiring structure may be formed by removing the two-dimensional electron gas layer 44 in a region where the two-dimensional electron gas layer 44 constituting the wiring is not necessary. For example, a wiring structure having a configuration as shown in FIG. 3A can be formed by removing the stacked portion 34 by etching in a region where the two-dimensional electron gas layer 44 is unnecessary.

図3(B)は、図3(A)の配線構造の表面を、保護膜60で覆った構成の配線構造を示している。図3(A)に示す構成では、第2の材料層24の表面、導電性領域である2次元電子ガス層44の側面及び第1の材料層14の表面が空気に曝されることになるので、図3(B)に示す構成では、酸化や異物の付着を防ぐべく、露出部分を保護膜60で覆っている。このように、配線構造の表面を、保護膜60で覆うようにしてもよい。   FIG. 3B shows a wiring structure having a structure in which the surface of the wiring structure of FIG. In the configuration shown in FIG. 3A, the surface of the second material layer 24, the side surface of the two-dimensional electron gas layer 44, which is a conductive region, and the surface of the first material layer 14 are exposed to air. Therefore, in the configuration shown in FIG. 3B, the exposed portion is covered with the protective film 60 in order to prevent oxidation and adhesion of foreign matter. As described above, the surface of the wiring structure may be covered with the protective film 60.

なお、図1乃至図3において説明した導電性領域(配線部分)を構成する2次元電子ガス層40〜44は、10〔nm〕以下で構成することができる。半導体プロセスで用いられるイオン注入及び熱拡散による配線構造の形成では、熱拡散によりイオン注入部分が側方及び深さ方向に拡大して数10〜数100〔nm〕の深さを必要とするのに対し、非常に薄く導電性領域を構成することができ、配線構造の省スペース化を図ることができる。   Note that the two-dimensional electron gas layers 40 to 44 constituting the conductive region (wiring portion) described with reference to FIGS. 1 to 3 can be composed of 10 [nm] or less. In the formation of a wiring structure by ion implantation and thermal diffusion used in a semiconductor process, the ion implantation portion expands laterally and in the depth direction by thermal diffusion and requires a depth of several tens to several hundreds [nm]. On the other hand, the conductive region can be formed very thin, and the wiring structure can be saved.

図4A〜図4Fは、本発明の実施例1に係る配線構造の製造方法の一連の工程を示した図である。実施例1に係る配線構造の製造方法においては、例として、InAlAsとInGaAsを用いた場合の配線構造の製造方法について説明する。これらは、界面に電荷が蓄積する異種材料の組み合わせであれば、種々の組み合わせを適用することができ、例えば、AlSbとInAs、GaAsとAlGaAs、GaNとAlGaN等の組み合わせであってもよい。本実施例に係る配線構造の製造方法においては、理解の容易のため、具体的な材料を例に挙げて説明することとする。   4A to 4F are diagrams illustrating a series of steps of the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment of the present invention. In the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment, as an example, a method for manufacturing a wiring structure using InAlAs and InGaAs will be described. As long as these are combinations of different materials that accumulate charges at the interface, various combinations can be applied. For example, a combination of AlSb and InAs, GaAs and AlGaAs, GaN and AlGaN, or the like may be used. In the manufacturing method of the wiring structure according to the present embodiment, a specific material will be described as an example for easy understanding.

図4Aは、実施例1に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。図4Aにおいて、InP基板1上に、nドープInAlAs層2、アンドープInAlAs層15、InGaAs層25が形成された状態が示されている。アンドープInAlAs層15は第1の材料層に相当し、InGaAs層25は第2の材料層に相当する。また、アンドープInAlAs層15とInGaAs層25とで、積層体35を構成する。また、第1の材料層であるアンドープInAlAs層15と第2の材料層であるInGaAs層25との接合界面には、界面電荷を有した導電性領域である2次元電子ガス層45が形成されている。   FIG. 4A is a diagram illustrating an example of a two-dimensional electron gas layer forming step of the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment. FIG. 4A shows a state in which an n-doped InAlAs layer 2, an undoped InAlAs layer 15, and an InGaAs layer 25 are formed on the InP substrate 1. The undoped InAlAs layer 15 corresponds to the first material layer, and the InGaAs layer 25 corresponds to the second material layer. Further, the undoped InAlAs layer 15 and the InGaAs layer 25 constitute a stacked body 35. In addition, a two-dimensional electron gas layer 45 that is a conductive region having an interface charge is formed at the junction interface between the undoped InAlAs layer 15 that is the first material layer and the InGaAs layer 25 that is the second material layer. ing.

実施例1に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程においては、InP基板1上に、分子線エピタキシー(MBE、Molecular Beam Epitaxy)法でnドープInAlAs層2、アンドープInAlAs層15、InGaAs層25を形成することにより、アンドープInAlAs層15とInGaAs層25の接合界面に2次元電子ガス層45を形成する。層厚は、例えば、nドープInAlAs層2が3〔nm〕、アンドープInAlAs層15が15〔nm〕、InGaAs層25が10〔nm〕程度であってもよい。   In the two-dimensional electron gas layer forming step of the manufacturing method of the wiring structure according to the first embodiment, the n-doped InAlAs layer 2, the undoped InAlAs layer 15, and the like on the InP substrate 1 by molecular beam epitaxy (MBE). By forming the InGaAs layer 25, a two-dimensional electron gas layer 45 is formed at the junction interface between the undoped InAlAs layer 15 and the InGaAs layer 25. The layer thickness may be, for example, 3 [nm] for the n-doped InAlAs layer 2, 15 [nm] for the undoped InAlAs layer 15 and 10 [nm] for the InGaAs layer 25.

このように、2次元電子ガス層形成工程においては、異種材料の第1の材料層と第2の材料層を積層することにより、積層体35の接合界面の全体に2次元電子ガス層45を形成する。   Thus, in the two-dimensional electron gas layer forming step, the two-dimensional electron gas layer 45 is formed on the entire bonding interface of the stacked body 35 by laminating the first material layer and the second material layer of different materials. Form.

図4Bは、実施例1に係る配線構造の製造方法のマスク形成工程の一例を示した図である。マスク形成工程においては、積層体35の表面上、つまり第2の積層体であるInGaAs等25の表面上に、配線形状に合わせてマスク70を形成し、マスク70のパターニングを行う。なお、マスク70は、断熱材料を用いて構成し、例えば、ポリイミド等の断熱材で構成する。また、マスク70は、配線として残す部分を覆うように形成する。マスク70は、例えば、厚さ200〔nm〕、幅200〔nm〕程度で形成するようにしてもよい。   FIG. 4B is a diagram illustrating an example of a mask forming process of the method for manufacturing the wiring structure according to the first embodiment. In the mask formation step, a mask 70 is formed on the surface of the stacked body 35, that is, on the surface of the second stacked body, such as InGaAs 25, according to the wiring shape, and the mask 70 is patterned. In addition, the mask 70 is comprised using a heat insulating material, for example, is comprised with heat insulating materials, such as a polyimide. Further, the mask 70 is formed so as to cover a portion to be left as a wiring. For example, the mask 70 may be formed with a thickness of about 200 nm and a width of about 200 nm.

図4Cは、実施例1に係る配線構造の製造方法の軽元素注入工程の一例を示した図である。軽元素注入工程においては、積層体35を表面に有する基板の表面に、マスク70をパターニングした状態で軽元素を注入する。軽元素の注入により、積層体35のマスク70が存在しない領域に、結晶欠陥が発生する。これにより、次に行う加熱処理において、結晶欠陥が存在する部分がアロイ化し易くなる。なお、軽元素注入時点では、積層体35は未だアロイ化されていない。軽元素注入工程は、その後の熱処理によるアロイ化を促進させる役割を果たす。ここで、アロイ化とは、積層体35が、接合界面に導電性を有する2次元電子ガス層45が形成され易い量子井戸を有するエネルギーバンド構造から、そのような量子井戸を有しないエネルギーバンド構造に変化し、2次元電子ガス層45が導電性を有しない非導電性領域に変化すること、つまり絶縁化することを意味する。   FIG. 4C is a diagram illustrating an example of a light element implantation step in the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment. In the light element implantation step, the light element is implanted in a state where the mask 70 is patterned on the surface of the substrate having the stacked body 35 on the surface. Due to the light element implantation, a crystal defect occurs in a region of the stacked body 35 where the mask 70 does not exist. Thereby, in the heat processing performed next, the part in which a crystal defect exists becomes easy to be alloyed. Note that at the time of light element implantation, the stacked body 35 is not yet alloyed. The light element implantation step plays a role of promoting alloying by subsequent heat treatment. Here, alloying refers to an energy band structure in which the stacked body 35 has a quantum well in which a conductive two-dimensional electron gas layer 45 is easily formed at the junction interface, and does not have such a quantum well. It means that the two-dimensional electron gas layer 45 is changed to a non-conductive region having no conductivity, that is, is insulated.

また、軽元素注入工程で注入する軽元素は、例えば、He、He2+、H等であり、例えば、加速器で注入してよい。 Further, the light element to be implanted in the light element implantation step is, for example, He + , He 2+ , H +, etc., and may be implanted by, for example, an accelerator.

なお、軽元素注入工程は、本実施例に係る配線構造の製造方法において、必須の工程ではなく、必要に応じて行うようにしてよい。   The light element implantation step is not an essential step in the method for manufacturing the wiring structure according to the present embodiment, and may be performed as necessary.

図4Dは、実施例1に係る配線構造の製造方法の加熱工程の一例を示した図である。加熱工程においては、マスク70が形成された積層体35の上面全面から加熱処理を行い、2次元電子ガス層45も含めて積層体35に熱を供給する。加熱処理は、例えば、積層体35の上面全面にレーザ等を照射し、400℃、5分程度の加熱処理を行うようにしてもよいし、ヒータ等を用いた他の手段による加熱処理が行われてもよい。加熱処理により、2次元電子ガス層45も含めて積層体35はアロイ化し、断熱材料のマスク70の下方以外の領域では、InAlAs層15とInGaAs層25の界面に電荷が蓄積しなくなる。これは、2次元電子ガス層45が形成されている場合には、InAlAs層15とInGaAs層25の積層体35の界面のエネルギーバンド構造において、電子が溜まりやすい量子井戸が形成されているが、加熱処理によりInAlAs層15とInGaAs層25が反応し、量子井戸の部分が消滅してしまうためと考えられる。加熱処理により、マスク70で覆われた箇所以外の領域には、非導電性領域55が形成されることになる。   FIG. 4D is a diagram illustrating an example of a heating process of the manufacturing method of the wiring structure according to the first embodiment. In the heating step, heat treatment is performed from the entire upper surface of the stacked body 35 on which the mask 70 is formed, and heat is supplied to the stacked body 35 including the two-dimensional electron gas layer 45. The heat treatment may be performed, for example, by irradiating the entire upper surface of the laminated body 35 with a laser or the like and performing the heat treatment at 400 ° C. for about 5 minutes, or by other means using a heater or the like. It may be broken. Due to the heat treatment, the stacked body 35 including the two-dimensional electron gas layer 45 is alloyed, and no charge is accumulated at the interface between the InAlAs layer 15 and the InGaAs layer 25 in a region other than the region below the mask 70 of the heat insulating material. This is because when the two-dimensional electron gas layer 45 is formed, a quantum well in which electrons are likely to accumulate is formed in the energy band structure at the interface between the stacked body 35 of the InAlAs layer 15 and the InGaAs layer 25. This is probably because the InAlAs layer 15 and the InGaAs layer 25 react with each other by the heat treatment, and the quantum well portion disappears. By the heat treatment, a non-conductive region 55 is formed in a region other than the portion covered with the mask 70.

このように、加熱工程においては、マスク70を用いた状態で非導電性領域55を形成するため、高精度に配線構造を形成することができる。また、形成できる配線幅は、マスクパターン幅200〔nm〕より小さくすることも可能である。つまり、加熱時間を長くすることにより、非導電性領域55を拡大させることができるため、配線幅をマスク幅よりも小さくすることができ、例えば、幅10〔nm〕の配線を形成することも可能である。   Thus, in the heating process, since the non-conductive region 55 is formed using the mask 70, the wiring structure can be formed with high accuracy. The wiring width that can be formed can be smaller than the mask pattern width 200 [nm]. That is, by increasing the heating time, the non-conductive region 55 can be enlarged, so that the wiring width can be made smaller than the mask width. For example, a wiring having a width of 10 nm can be formed. Is possible.

なお、図4B〜図4Dに示した工程で、2次元電子ガス層45を含めた積層体35の選択的加熱を行うので、これらの一連の工程を、選択的加熱工程と呼んでもよい。なお、選択的加熱工程において、軽元素注入工程は、必要に応じて設けられてよい点は、図4Cにおいて説明した通りである。   In addition, since the selective heating of the stacked body 35 including the two-dimensional electron gas layer 45 is performed in the steps illustrated in FIGS. 4B to 4D, these series of steps may be referred to as a selective heating step. In the selective heating step, the light element implantation step may be provided as necessary as described in FIG. 4C.

また、実施例1においては、選択的加熱工程を、マスク70を用いた例を挙げて説明したが、2次元電子ガス層45を含む積層体35の選択的加熱が可能であれば、他の方法によってもよい。例えば、指向性の極めて高い加熱手段で、マスク70を設けずに選択的加熱が可能な場合には、マスク形成工程を省略して、加熱工程のみを行うことも可能である。また、第1の材料層であるInAlAs層15と、第2の材料層であるInGaAs層25は、そのままの状態では導電性を有しないので、例えば、積層体35の表面からではなく、側面から加熱を行い、2次元電子ガス層45のみ加熱することが可能な手法があれば、そのような手法により、2次元電子ガス層45のみをアロイ化して配線構造を形成してもよい。原理的には、2次元電子ガス層45のみが導電性領域であるので、積層体35の総てを加熱しなくても、2次元電子ガス層45のみ加熱して絶縁化できれば、配線構造の形成は可能である。   In the first embodiment, the selective heating process has been described with reference to an example using the mask 70. However, if the stacked body 35 including the two-dimensional electron gas layer 45 can be selectively heated, the other heating process is performed. It may be by a method. For example, in the case where selective heating is possible without providing the mask 70 with a highly directional heating means, it is possible to omit the mask formation step and perform only the heating step. In addition, since the InAlAs layer 15 as the first material layer and the InGaAs layer 25 as the second material layer do not have conductivity as they are, for example, not from the surface of the stacked body 35 but from the side surface. If there is a method capable of heating and heating only the two-dimensional electron gas layer 45, the wiring structure may be formed by alloying only the two-dimensional electron gas layer 45 by such a method. In principle, since only the two-dimensional electron gas layer 45 is a conductive region, if only the two-dimensional electron gas layer 45 can be heated and insulated without heating all of the laminate 35, the wiring structure Formation is possible.

図4Eは、実施例1に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。マスク除去工程においては、加熱工程終了後の積層体35の表面から、マスク70を除去する。マスク70の除去は、種々の方法により行われてよいが、例えば、エッチングにより行われてもよい。   FIG. 4E is a diagram illustrating an example of a mask removal process of the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment. In the mask removal step, the mask 70 is removed from the surface of the stacked body 35 after the heating step. The removal of the mask 70 may be performed by various methods, but may be performed by etching, for example.

図4Fは、実施例1に係る配線構造の製造方法の保護膜形成工程の一例を示した図である。保護膜形成工程においては、積層体35の表面、つまり第2の材料層であるInGaAs層25の表面に、保護膜65を形成する。本実施例で用いたInGaAs層25を含むInAs層は、大気と接触すると表面に電荷が発生及び/又は蓄積するため、配線間でリークが発生するおそれがある。そこで、積層体35の表面材料が、露出していると電荷発生や電荷蓄積が起こる性質の材料である場合、表面に保護膜65を形成し、配線間のリーク電流を抑制することが好ましいので、本工程により保護膜65を形成する。   FIG. 4F is a diagram illustrating an example of the protective film forming step of the method for manufacturing the wiring structure according to the first embodiment. In the protective film forming step, the protective film 65 is formed on the surface of the stacked body 35, that is, the surface of the InGaAs layer 25 that is the second material layer. The InAs layer including the InGaAs layer 25 used in this example generates and / or accumulates charges on the surface when it comes into contact with the atmosphere, which may cause leakage between wirings. Therefore, when the surface material of the stacked body 35 is a material that generates charge or accumulates when exposed, it is preferable to form a protective film 65 on the surface to suppress leakage current between wirings. In this step, the protective film 65 is formed.

なお、保護膜形成工程は、積層体35の表面材料の性質に応じて、必要に応じて設けるようにしてよい。   In addition, you may make it provide a protective film formation process as needed according to the property of the surface material of the laminated body 35. FIG.

また、実施例1に係る配線構造の製造方法においては、単相構造の配線構造を製造する例を挙げて説明したが、2層構造以上の積層構造でもよく、また、積層構造は、図2において例示したように、種々の積層構造をとることができる。   In the wiring structure manufacturing method according to the first embodiment, an example in which a single-phase wiring structure is manufactured has been described. However, a multilayer structure having two or more layers may be used. As illustrated in FIG. 4, various laminated structures can be adopted.

具体的には、図2(A)に示した配線構造を製造するためには、図4Eに示したマスク除去工程の後、積層体35の表面に、更に積層体35又は積層体35とは異なる積層体を形成し、図4Aの2次元電子ガス層形成工程、図4B〜図4Dの選択的加熱工程、図4Eのマスク除去工程を繰り返すことにより、多層構造の配線構造を製造することができる。そして、多層構造の配線構造を形成した後、保護膜65の形成が必要であれば、最後に図4Fの保護膜形成工程を行うようにすればよい。これにより、多層構造の配線構造も容易に製造することができる。   Specifically, in order to manufacture the wiring structure shown in FIG. 2A, after the mask removing step shown in FIG. 4E, the laminate 35 or the laminate 35 is further formed on the surface of the laminate 35. By forming different laminates and repeating the two-dimensional electron gas layer forming step of FIG. 4A, the selective heating step of FIGS. 4B to 4D, and the mask removing step of FIG. 4E, a multilayered wiring structure can be manufactured. it can. If the protective film 65 needs to be formed after the multilayer wiring structure is formed, the protective film forming step shown in FIG. 4F may be performed last. Thereby, a multilayer wiring structure can also be easily manufactured.

また、図2(B)に示した配線構造を製造する製造方法を、図5を用いて説明する。   A manufacturing method for manufacturing the wiring structure shown in FIG. 2B will be described with reference to FIG.

図5は、図2(B)の示した多層構造の配線構造を製造するための、2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。図5に示すように、2次元電子ガス層形成工程において、積層体35の上に、更に第3の材料層13aを積層し、積層体33aを形成する。そして、2次元電子ガス層43aを積層体35の表面のInGaAs層25と第3の材料層13aとの接合界面に形成する。   FIG. 5 is a diagram showing an example of a two-dimensional electron gas layer forming process for manufacturing the multilayer wiring structure shown in FIG. As shown in FIG. 5, in the two-dimensional electron gas layer forming step, a third material layer 13a is further stacked on the stacked body 35 to form a stacked body 33a. Then, the two-dimensional electron gas layer 43a is formed at the bonding interface between the InGaAs layer 25 and the third material layer 13a on the surface of the stacked body 35.

その後、図4B〜図4Dの選択的加熱工程、図4Eのマスク除去工程、必要に応じて図4Fの保護膜形成工程を行うことにより、図2(B)に示した上下に平行な2次元配線を有する配線構造を製造することができる。つまり、図5の積層体33aの表面、つまり第3の材料層13aの上にマスク70を形成し、以下、図4B〜図4Eに示した工程を順次行うことにより、積層体33の配線不要部分をまとめてアロイ化し、多層化された導電性領域45、43aと、非導電性領域55を形成することができる。   Thereafter, the selective heating step shown in FIGS. 4B to 4D, the mask removal step shown in FIG. 4E, and the protective film formation step shown in FIG. A wiring structure having wiring can be manufactured. That is, by forming the mask 70 on the surface of the stacked body 33a in FIG. 5, that is, on the third material layer 13a, and subsequently performing the steps shown in FIGS. 4B to 4E, wiring of the stacked body 33 is unnecessary. The portions can be alloyed together to form multi-layered conductive regions 45 and 43a and a non-conductive region 55.

同様に、2次元電子ガス層形成工程において、更に層数の多い積層体を構成すれば、3層以上の多層構造の配線構造を製造することができる。   Similarly, in the two-dimensional electron gas layer forming step, a multilayer structure having three or more layers can be manufactured by forming a laminate having a larger number of layers.

また、実施例1に係る配線構造の製造方法においては、用途を問わない一般的な配線の製造方法について説明したが、第1の材料層15及び/又は第2の材料層25に半導体材料を用い、半導体装置の配線構造を製造するようにすれば、実施例1に係る配線構造の製造方法を、半導体装置の製造方法に用いることができる。   In the method for manufacturing a wiring structure according to the first embodiment, a general method for manufacturing a wiring regardless of the use has been described. However, a semiconductor material is used for the first material layer 15 and / or the second material layer 25. If the wiring structure of the semiconductor device is manufactured, the manufacturing method of the wiring structure according to the first embodiment can be used for the manufacturing method of the semiconductor device.

実施例1に係る配線構造の製造方法によれば、実質的に、2次元電子ガス層形成工程と選択的加熱工程の2つの工程で構成されるという簡素な製造工程により、高精度に所望の配線構造を容易に形成することができる。   According to the manufacturing method of the wiring structure according to the first embodiment, the desired structure can be obtained with high accuracy by a simple manufacturing process that is substantially composed of two processes of a two-dimensional electron gas layer forming process and a selective heating process. A wiring structure can be easily formed.

図6A〜図6Eは、本発明の実施例2に係る配線構造の製造方法の一連の工程を示した図である。実施例2に係る配線構造の製造方法においては、図3(A)、(B)に係る配線構造の製造方法について説明する。よって、参照符号は、図3と同様の構成要素には、同一の参照符号を付する。また、実施例2に係る配線構造の製造方法においては、第1の材料層14にAlSb層を用い、第2の材料層24にInAs層を用いた例について説明する。他の材料として、InAlAsとInGaAs、GaAsとAlGaAs、GaNとAlGaN等の組み合わせてもよく、接合界面に電荷蓄積が発生する材料の組み合わせであれば、種々の材料を適用できる点は、実施例1と同様である。また、例として、単層の配線層(電導性領域)を含む配線構造の製造方法を示すが、多層の配線層を含む配線構造でもよい点も、実施例1と同様である。   6A to 6E are views showing a series of steps in the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment of the present invention. In the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment, a method for manufacturing the wiring structure according to FIGS. 3A and 3B will be described. Therefore, the same reference numerals are assigned to the same components as those in FIG. In the wiring structure manufacturing method according to the second embodiment, an example in which an AlSb layer is used for the first material layer 14 and an InAs layer is used for the second material layer 24 will be described. As other materials, a combination of InAlAs and InGaAs, GaAs and AlGaAs, GaN and AlGaN, or the like may be used, and various materials can be applied as long as the materials are combinations of materials in which charge accumulation occurs at the junction interface. It is the same. In addition, as an example, a manufacturing method of a wiring structure including a single wiring layer (conductive region) is shown, but a wiring structure including a multilayer wiring layer may be used as in the first embodiment.

図6Aは、実施例2に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。2次元電子ガス層形成工程においては、第1の材料層14のAlSb上に第2の材料層24のInAsを分子線エピタキシー法で形成して積層体34を形成することで、第1の材料層14と第2の材料層24との接合界面に、導電性を有する2次元電子ガス層44を形成する。層厚は、例えば、第1の材料層14のAlSbが10〔nm〕、第2の材料層のInAsが10〔nm〕程度であってもよい。また、第1の材料層14の下層に、支持基板としてAlGaSb層等の他の材料が存在してもよい。以下の図6A〜図6Eにおいては、簡略化のため、第1の材料層14と第2の材料層24のみを記載する。   FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a two-dimensional electron gas layer forming step of the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment. In the two-dimensional electron gas layer forming step, the first material layer 14 is formed by forming InAs of the second material layer 24 on the AlSb of the first material layer 14 by molecular beam epitaxy, thereby forming the first material. A conductive two-dimensional electron gas layer 44 is formed at the bonding interface between the layer 14 and the second material layer 24. The layer thickness may be, for example, about 10 [nm] for AlSb of the first material layer 14 and about 10 [nm] for InAs of the second material layer. In addition, another material such as an AlGaSb layer may be present as a supporting substrate under the first material layer 14. In the following FIGS. 6A to 6E, only the first material layer 14 and the second material layer 24 are described for simplification.

図6Bは、実施例2に係る配線構造の製造方法のマスク形成工程の一例を示した図である。マスク形成工程においては、積層体34の表面である第2の材料層24の表面上に、配線形状に合わせてエッチング用マスク71を形成し、マスクパターニングを行う。マスク71には、例えば、レジストが用いられてもよい。また、マスク71は、例えば、厚さが200〔nm〕、幅が200〔nm〕程度で形成されてもよい。   FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a mask forming process of the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment. In the mask formation step, an etching mask 71 is formed on the surface of the second material layer 24, which is the surface of the stacked body 34, according to the wiring shape, and mask patterning is performed. For example, a resist may be used for the mask 71. The mask 71 may be formed with a thickness of about 200 nm and a width of about 200 nm, for example.

図6Cは、実施例2に係る配線構造の製造方法のエッチング工程の一例を示した図である。エッチング工程においては、第2の材料層24を完全にエッチングし、マスク71の下方の部位のみ積層体34の積層構造とする。なお、等方的なエッチングを行うことで、形成可能な配線幅は、マスクパターン幅の200〔nm〕よりも小さくすることが可能である。つまり、エッチング時間を長くすることにより、マスク71の下方の領域を側方から除去していき、配線幅を小さくすることが可能である。例えば、幅10〔nm〕の配線を形成することも可能である。   FIG. 6C is a diagram illustrating an example of the etching process of the manufacturing method of the wiring structure according to the second embodiment. In the etching process, the second material layer 24 is completely etched to form a laminated structure of the laminated body 34 only at a portion below the mask 71. Note that by performing isotropic etching, the formable wiring width can be made smaller than the mask pattern width of 200 [nm]. That is, by extending the etching time, it is possible to remove the region below the mask 71 from the side and reduce the wiring width. For example, it is possible to form a wiring having a width of 10 [nm].

図6Dは、実施例2に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。マスク除去工程においては、マスク71を除去し、導電性領域である2次元電子ガス層44が形成された配線構造が完成する。これにより、図2(A)に示した配線構造が製造されたことになる。なお、マスク71の除去は、例えば、エッチング等により行われてもよい。   FIG. 6D is a diagram illustrating an example of a mask removing process in the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment. In the mask removing step, the mask 71 is removed, and a wiring structure in which the two-dimensional electron gas layer 44 that is a conductive region is formed is completed. As a result, the wiring structure shown in FIG. 2A is manufactured. The removal of the mask 71 may be performed by, for example, etching.

図6Eは、実施例2に係る配線構造の製造方法の保護膜形成工程の一例を示した図である。保護膜形成工程においては、露出している第1の材料層14の表面、第2の材料層24の表面及び2次元電子ガス層44の側面を覆うように、保護膜60が形成される。例えば、本実施例において説明したInAs層は、大気に触れると表面に電荷が発生及び/又は発生するため、配線間でリークを発生するおそれがある。よって、表面材料が、露出により電荷の発生や蓄積を生ずる性質を有する材料の場合には、表面に保護膜60を形成し、配線間のリーク電流を抑制する。なお、保護膜形成工程は、必要に応じて設けるようにしてよい。   FIG. 6E is a diagram illustrating an example of a protective film forming step in the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment. In the protective film forming step, the protective film 60 is formed so as to cover the exposed surface of the first material layer 14, the surface of the second material layer 24, and the side surface of the two-dimensional electron gas layer 44. For example, since the InAs layer described in this embodiment generates and / or generates charges on the surface when exposed to the atmosphere, there is a risk of leakage between the wirings. Therefore, in the case where the surface material is a material having a property of generating or accumulating charges by exposure, a protective film 60 is formed on the surface to suppress leakage current between wirings. In addition, you may make it provide a protective film formation process as needed.

実施例2に係る配線構造の製造方法によれば、エッチングにより、容易に省スペース化が図られた配線構造を製造することができる。   According to the method for manufacturing a wiring structure according to the second embodiment, it is possible to easily manufacture a wiring structure in which space saving is achieved by etching.

図7A〜図7Eは、本発明の実施例3に係る配線構造の製造方法の一連の工程の一例を示した図である。実施例3に係る配線構造の製造方法においては、半導体基板に配線構造を形成し、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ又は高電子移動度トランジスタ(HEMT、High Electron Mobility Transistor)のゲート電極を製造する半導体装置の製造方法について説明する。   7A to 7E are diagrams illustrating an example of a series of steps of the method for manufacturing a wiring structure according to the third embodiment of the present invention. In the method for manufacturing a wiring structure according to the third embodiment, a wiring structure is formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode of a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor or a high electron mobility transistor (HEMT) is manufactured. A method for manufacturing the apparatus will be described.

なお、実施例3に係る配線構造の製造方法においては、ゲート電極の形成のために、InAsとAlSbを材料として用いた例を挙げて説明するが、積層したときに接合界面に電荷が蓄積する材料の組み合わせであれば種々の異種材料の組み合わせを利用することができる点は、今までの説明と同様である。例えば、InAlAsとInGaAs、GaAsとAlGaAs、GaNとAlGaN等の組み合わせであってもよい。   In the wiring structure manufacturing method according to the third embodiment, an example in which InAs and AlSb are used as materials for forming the gate electrode will be described. However, charges are accumulated at the junction interface when stacked. As long as it is a combination of materials, the combination of various kinds of different materials can be used as described above. For example, a combination of InAlAs and InGaAs, GaAs and AlGaAs, GaN and AlGaN, or the like may be used.

図7Aは、実施例3に係る配線構造の製造方法のイオン注入工程の一例を示した図である。イオン注入工程においては、基板3のソース領域4及びドレイン領域5を形成する領域に、不純物のイオンを注入する。イオンの注入は、基板3の、ソース領域4及びドレイン領域5を形成しない領域の表面にマスク72が形成された状態で、イオン注入法により行われてよい。基板3は、種々の半導体材料からなる半導体基板を適用することができるが、例えば、InAlAsを用いてもよい。また、マスク72には、例えばレジストが用いられてよい。マスク72の大きさは、ゲート長、ゲート幅等の設計仕様に応じて定められてよいが、一例として例えば、厚さ1〔μm〕、幅(ソース−ドレイン間距離)25〔μm〕程度であってもよい。また、注入される不純物も、用途に応じて適切なイオンが選択されてもよいが、例えば、Siが注入されてもよい。   FIG. 7A is a diagram illustrating an example of an ion implantation step in the method for manufacturing a wiring structure according to the third embodiment. In the ion implantation step, impurity ions are implanted into the region of the substrate 3 where the source region 4 and the drain region 5 are to be formed. The ion implantation may be performed by an ion implantation method in a state where a mask 72 is formed on the surface of a region of the substrate 3 where the source region 4 and the drain region 5 are not formed. As the substrate 3, semiconductor substrates made of various semiconductor materials can be applied. For example, InAlAs may be used. For the mask 72, for example, a resist may be used. The size of the mask 72 may be determined according to design specifications such as gate length and gate width. For example, the mask 72 has a thickness of 1 [μm] and a width (source-drain distance) of about 25 [μm]. There may be. Also, as the impurity to be implanted, appropriate ions may be selected depending on the application, but, for example, Si may be implanted.

図7Bは、実施例3に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程及び拡散工程の一例を示した図である。マスク除去工程においては、マスク72が、エッチング等により除去される。また、拡散工程においては、基板3が加熱され、ソース領域4及びドレイン領域5内の注入された不純物が熱拡散する。   FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a mask removal process and a diffusion process in the method for manufacturing a wiring structure according to the third embodiment. In the mask removal process, the mask 72 is removed by etching or the like. In the diffusion process, the substrate 3 is heated, and the implanted impurities in the source region 4 and the drain region 5 are thermally diffused.

図7Cは、実施例3に係る配線構造の製造方法の第1の材料層積層工程の一例を示した図である。第1の材料層積層工程においては、基板3の上の全面に、第1の材料層16が積層される。第1の材料層16には、上述のように、例えば、InAsが用いられてよい。第1の材料層16の積層は、種々の方法により行われてよいが、例えば、分子線エピタキシー法により行われてよい。   FIG. 7C is a diagram illustrating an example of the first material layer stacking process of the manufacturing method of the wiring structure according to the third embodiment. In the first material layer stacking step, the first material layer 16 is stacked on the entire surface of the substrate 3. As described above, for example, InAs may be used for the first material layer 16. The lamination of the first material layer 16 may be performed by various methods, but may be performed by, for example, a molecular beam epitaxy method.

図7Dは、実施例3に係る配線構造の製造方法の2次元電子ガス層形成工程の一例を示した図である。2次元電子ガス層形成工程においては、第1の材料層16の上の全面に第2の材料層26を積層し、積層体36を形成するとともに、第1の材料層16と第2の材料層26との接合界面に、界面電荷が満たされた2次元電子ガス層46を形成する。これにより、2次元配線層が形成されることになる。第2の材料層は、上述のように、例えば、AlSbが用いられてよい。本工程により、InAs層とAlSb層の界面に界面電荷が発生することになる。また、第2の材料層26の積層は、種々の方法により行われてよいが、例えば、分子線エピタキシー法により行われてもよい。   FIG. 7D is a diagram illustrating an example of a two-dimensional electron gas layer forming step of the method for manufacturing the wiring structure according to the third embodiment. In the two-dimensional electron gas layer forming step, the second material layer 26 is stacked on the entire surface of the first material layer 16 to form a stacked body 36, and the first material layer 16 and the second material are formed. A two-dimensional electron gas layer 46 filled with an interface charge is formed at the bonding interface with the layer 26. As a result, a two-dimensional wiring layer is formed. As described above, for example, AlSb may be used for the second material layer. By this step, an interface charge is generated at the interface between the InAs layer and the AlSb layer. The second material layer 26 may be stacked by various methods, for example, a molecular beam epitaxy method.

図7Eは、実施例3に係る配線構造の製造方法のエッチング工程の一例を示した図である。エッチング工程においては、第2の材料層26の表面上のゲート電極を形成する領域にマスク73を形成した後、第2の材料層26の上面全面からエッチングを行う。エッチングは、積層体36の深さ分行い、これにより、第2の材料層26及び第1の材料層16の不要部分が除去される。例えば、積層体36が20〔nm〕の厚さを有する場合には、20〔nm〕の深さ分エッチングが行われる。エッチング工程により、マスク73以外の領域は、2次元電子ガス層46を形成するAlSb/InAs界面が消滅し、そこに含まれる界面電荷が消滅する。これにより、ゲート電極が所望の形状に形成されることになる。   FIG. 7E is a diagram illustrating an example of the etching process of the manufacturing method of the wiring structure according to the third embodiment. In the etching step, after a mask 73 is formed in a region where a gate electrode is to be formed on the surface of the second material layer 26, etching is performed from the entire upper surface of the second material layer 26. Etching is performed for the depth of the stacked body 36, whereby unnecessary portions of the second material layer 26 and the first material layer 16 are removed. For example, when the stacked body 36 has a thickness of 20 [nm], etching is performed by a depth of 20 [nm]. By the etching process, in the region other than the mask 73, the AlSb / InAs interface forming the two-dimensional electron gas layer 46 disappears, and the interface charge contained therein disappears. As a result, the gate electrode is formed in a desired shape.

図7Fは、実施例3に係る配線構造の製造方法のマスク除去工程の一例を示した図である。マスク除去工程においては、エッチング等により、マスク73が除去される。これにより、残された第1の材料層16と第2の材料層26との接合界面に存在する2次元電子ガス層46が、ゲート電極として機能する半導体装置が完成する。   FIG. 7F is a diagram illustrating an example of a mask removal process of the method for manufacturing a wiring structure according to the third embodiment. In the mask removal process, the mask 73 is removed by etching or the like. As a result, a semiconductor device is completed in which the remaining two-dimensional electron gas layer 46 existing at the junction interface between the first material layer 16 and the second material layer 26 functions as a gate electrode.

2次元電子ガス層46を用いたゲート電極は、厚さ10〔nm〕以下に形成することが可能であるので、従来の金属やポリシリコンで形成した100〔nm〕程度の厚さを有するゲート電極よりも、大幅に厚さを薄くすることができる。これにより、製造されるデバイス(半導体装置)を小型化することができる。   Since the gate electrode using the two-dimensional electron gas layer 46 can be formed to a thickness of 10 [nm] or less, a gate having a thickness of about 100 [nm] formed of a conventional metal or polysilicon is used. The thickness can be made much thinner than the electrodes. Thereby, the device (semiconductor device) manufactured can be reduced in size.

図8は、本発明の実施例4に係る配線構造の一例を示した図である。図8(A)は、実施例4に係る配線構造の断面図の一例であり、図8(B)は、実施例4の係る配線構造の斜視図の一例である。実施例4に係る配線構造においては、2次元配線を形成した場合の外部電極取り出し構造について説明する。   FIG. 8 is a diagram showing an example of a wiring structure according to Example 4 of the present invention. FIG. 8A is an example of a cross-sectional view of the wiring structure according to the fourth embodiment, and FIG. 8B is an example of a perspective view of the wiring structure according to the fourth embodiment. In the wiring structure according to the fourth embodiment, an external electrode lead-out structure when a two-dimensional wiring is formed will be described.

図8(A)において、実施例4に係る配線構造は、第1の材料層17と、第2の材料層27と、取り出し電極80とを備える。第1の材料層17の上に第2の材料層27が積層されて積層部37が構成され、第1の材料層17と第2の材料層27の接合界面に2次元電子ガス層47が形成されている点は、今まで説明した配線構造と同様である。実施例4に係る配線構造においては、積層部37が、第1の材料層17の全面ではなく一部に形成され、積層部37の端部を跨ぐように取り出し電極80が備えられている点で、今まで説明した配線構造と異なっている。取り出し電極80は、一部が2次元配線を構成する2次元電子ガス層45に接触して導通され、一部が露出している。これにより、2次元電子ガス層47は、取り出し電極80を介して外部の電極又は配線と接続可能となり、外部から2次元電子ガス層47に電力を供給することが可能となる。   8A, the wiring structure according to Example 4 includes a first material layer 17, a second material layer 27, and an extraction electrode 80. A second material layer 27 is stacked on the first material layer 17 to form a stacked portion 37, and a two-dimensional electron gas layer 47 is formed at the bonding interface between the first material layer 17 and the second material layer 27. The formed point is the same as the wiring structure described so far. In the wiring structure according to the fourth embodiment, the stacked portion 37 is formed not on the entire surface of the first material layer 17 but on a part thereof, and the extraction electrode 80 is provided so as to straddle the end of the stacked portion 37. This is different from the wiring structure described so far. A part of the extraction electrode 80 is brought into contact with the two-dimensional electron gas layer 45 constituting the two-dimensional wiring, and part of the extraction electrode 80 is exposed. As a result, the two-dimensional electron gas layer 47 can be connected to an external electrode or wiring via the extraction electrode 80, and power can be supplied to the two-dimensional electron gas layer 47 from the outside.

なお、取り出し電極80は、例えば、金属薄膜で構成されてもよい。取り出し電極80の厚さを薄く構成することができるとともに、金属蒸着等を用いて容易に形成することができる。   Note that the extraction electrode 80 may be formed of, for example, a metal thin film. The extraction electrode 80 can be made thin, and can be easily formed using metal deposition or the like.

図8(B)において、図8(A)の右側の取り出し電極80が斜視図として示されている。図8(B)に示されるように、第1の材料層17を基板として、第2の材料層27が第1の材料層17の一部に形成され、積層部37は、アロイ化されて非導電性領域57となった領域と、導電性領域で配線となる2次元電子ガス層47とを含んでいる。2次元電子ガス層47は、第1の材料層17と第2の材料層27の接合界面に形成されている。また、一部が2次元電子ガス層47に接触し、一部が露出するように、第1の材料層17の表面上の積層部37の境界領域に、取り出し電極80が形成されている。かかる構成により、取り出し電極80の露出部分を、外部の電極や配線との接続に用いることができる。   8B, the right extraction electrode 80 in FIG. 8A is shown as a perspective view. As shown in FIG. 8B, the second material layer 27 is formed on a part of the first material layer 17 using the first material layer 17 as a substrate, and the stacked portion 37 is alloyed. It includes a region that has become a non-conductive region 57 and a two-dimensional electron gas layer 47 that becomes a wiring in the conductive region. The two-dimensional electron gas layer 47 is formed at the bonding interface between the first material layer 17 and the second material layer 27. In addition, the extraction electrode 80 is formed in the boundary region of the stacked portion 37 on the surface of the first material layer 17 so that a part thereof is in contact with the two-dimensional electron gas layer 47 and a part thereof is exposed. With this configuration, the exposed portion of the extraction electrode 80 can be used for connection to an external electrode or wiring.

このように、実施例4に係る配線構造は、2次元電子ガス層47による2次元配線の外部電極取り出し構造を有し、2次元電子ガス層47への電力の供給が容易な構成となっている。従来、オーミック拡散を用いて、複雑な構成で外部電極取り出し構造を構成していたが、実施例4に係る配線構造によれば、簡素な構成で外部電極取り出し構造を構成することができる。   As described above, the wiring structure according to the fourth embodiment has a two-dimensional wiring external electrode extraction structure by the two-dimensional electron gas layer 47, and the power supply to the two-dimensional electron gas layer 47 is easy. Yes. Conventionally, the external electrode lead-out structure is configured with a complicated configuration using ohmic diffusion, but according to the wiring structure according to the fourth embodiment, the external electrode lead-out structure can be configured with a simple configuration.

なお、取り出し電極80に用いる材料は、種々の金属を利用することができ、例えば、Alを用いてもよい。また、取り出し電極80の厚さも、用途に応じて種々の厚さに構成してよいが、例えば、100〔nm〕程度としてもよい。   Various materials can be used as the material used for the extraction electrode 80. For example, Al may be used. Further, the thickness of the extraction electrode 80 may be variously varied depending on the application, but may be about 100 [nm], for example.

また、取り出し電極80は、第1の材料層17の表面上に金属蒸着等により金属薄膜を予め形成しておき、その後に第2の材料層27を第1の材料層17の上に積層して積層部37を形成するようにすれば、実施例4に係る配線構造を製造することができる。   The extraction electrode 80 is formed by previously forming a metal thin film on the surface of the first material layer 17 by metal vapor deposition or the like, and then laminating the second material layer 27 on the first material layer 17. If the laminated portion 37 is formed, the wiring structure according to the fourth embodiment can be manufactured.

図9は、本発明の実施例5に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。実施例5に係る配線構造は、実施例4に係る配線構造と同様に、外部電極取り出し構造を有するが、外部電極取り出し構造の構成が異なる。   FIG. 9 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the wiring structure according to the fifth embodiment of the present invention. Similar to the wiring structure according to the fourth embodiment, the wiring structure according to the fifth embodiment has an external electrode extraction structure, but the configuration of the external electrode extraction structure is different.

図9において、実施例5に係る配線構造は、第1の材料層18と、第2の材料層28と、2次元電子ガス層48と、非導電性領域56と、取り出し電極81と、コンタクトホール81とを有する。第1の材料層18と第2の材料層28とが積層されて積層部38を構成するとともに、接合界面に2次元電子ガス層48が形成されており、取り出し電極81が、2次元電子ガス層48に接触する部分と、積層体38の外部に存在する部分を有する点は、実施例4に係る配線構造と同様である。実施例5に係る配線構造においては、積層部38の外側に非導電性領域56が形成されており、取り出し電極81が露出していない点で、実施例4に係る配線構造と異なっている。また、実施例5に係る配線構造は、取り出し電極81と接続するコンタクトホール82を有し、コンタクトホール82に充填された金属等の導体を介して外部の電極又は配線と接続が可能に構成されている点で、実施例4に係る配線構造と異なっている。   In FIG. 9, the wiring structure according to Example 5 includes a first material layer 18, a second material layer 28, a two-dimensional electron gas layer 48, a nonconductive region 56, an extraction electrode 81, and a contact. And a hole 81. The first material layer 18 and the second material layer 28 are laminated to form a laminated portion 38, and a two-dimensional electron gas layer 48 is formed at the bonding interface. The point which has the part which contacts the layer 48, and the part which exists in the exterior of the laminated body 38 is the same as that of the wiring structure which concerns on Example 4. FIG. The wiring structure according to the fifth embodiment is different from the wiring structure according to the fourth embodiment in that a non-conductive region 56 is formed outside the stacked portion 38 and the extraction electrode 81 is not exposed. The wiring structure according to the fifth embodiment has a contact hole 82 connected to the extraction electrode 81, and is configured to be connectable to an external electrode or wiring through a conductor such as metal filled in the contact hole 82. This is different from the wiring structure according to the fourth embodiment.

このように、取り出し電極81は、積層部38の外部に存在する部分があれば、その部分が必ずしも露出していなくてもよい。図9に示すように、取り出し電極81と接続するコンタクトホール82等の配線手段を設ければ、そのような配線手段を介して外部の電極又は配線と接続が可能となるからである。   As described above, the extraction electrode 81 may not necessarily be exposed if there is a portion existing outside the stacked portion 38. As shown in FIG. 9, if a wiring means such as a contact hole 82 connected to the extraction electrode 81 is provided, it is possible to connect to an external electrode or wiring through such a wiring means.

なお、実施例5に係る配線構造は、取り出し電極81となる金属薄膜を第1の材料層18に形成してから第2の材料層28を積層し、側方を選択的に加熱してアロイ化し、非導電性領域56とすればよい。取り出し電極81は、金属薄膜により構成されているので、加熱処理がなされても、アロイ化する訳ではなく、そのまま金属薄膜として存在することになる。その後、取り出し電極81の上方を、選択的エッチングによりコンタクトホール82を形成し、コンタクトホール82にめっきや蒸着等で導体を充填することにより、実施例5に係る配線構造を製造することができる。   In the wiring structure according to Example 5, the metal thin film to be the extraction electrode 81 is formed on the first material layer 18 and then the second material layer 28 is laminated, and the side is selectively heated to form an alloy. The non-conductive region 56 may be used. Since the extraction electrode 81 is composed of a metal thin film, even if heat treatment is performed, the extraction electrode 81 does not become an alloy but exists as a metal thin film as it is. Thereafter, a contact hole 82 is formed above the extraction electrode 81 by selective etching, and the contact hole 82 is filled with a conductor by plating, vapor deposition, or the like, whereby the wiring structure according to the fifth embodiment can be manufactured.

実施例5に係る配線構造によれば、表面が露出しない外部電極取り出し構造をとりながらも、コンタクトホール82を用いて外部との電気的接続を容易に行うことができる。   According to the wiring structure according to the fifth embodiment, it is possible to easily make an electrical connection to the outside using the contact hole 82 while adopting an external electrode extraction structure in which the surface is not exposed.

図10は、本発明の実施例6に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。実施例6に係る配線構造は、実施例4及び実施例5に係る配線構造と同様に、外部電極取り出し構造を有するが、取り出し電極83が、金属薄膜ではなく、金属片である点で、実施例4及び実施例5に係る配線構造と異なる。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of a wiring structure according to the sixth embodiment of the present invention. Similar to the wiring structures according to the fourth and fifth embodiments, the wiring structure according to the sixth embodiment has an external electrode extraction structure, but the extraction electrode 83 is not a metal thin film but a metal piece. This is different from the wiring structures according to Example 4 and Example 5.

図10において、実施例6に係る配線構造は、第1の材料層19と、第2の材料層29と、2次元電子ガス層48と、取り出し電極83とを有する。第1の材料層19と第2の材料層29の積層により、積層部39が形成され、第1の材料層19と第2の材料層29の接合界面に2次元電子ガス層48が形成されており、取り出し電極83は、一部が2次元電子ガス層48に接触しており、一部が積層部29の外部にある点は、実施例4及び実施例5に係る配線構造と同様である。実施例6に係る配線構造は、取り出し電極83の露出部分が、両面とも露出しており、第1の材料層19に支持されていない点で、実施例4及び実施例5に係る配線構造と異なっている。   In FIG. 10, the wiring structure according to Example 6 includes the first material layer 19, the second material layer 29, the two-dimensional electron gas layer 48, and the extraction electrode 83. A stacked portion 39 is formed by stacking the first material layer 19 and the second material layer 29, and a two-dimensional electron gas layer 48 is formed at the bonding interface between the first material layer 19 and the second material layer 29. The extraction electrode 83 is partly in contact with the two-dimensional electron gas layer 48 and partly outside the stacked portion 29, similar to the wiring structure according to the fourth and fifth embodiments. is there. The wiring structure according to Example 6 is different from the wiring structures according to Example 4 and Example 5 in that the exposed portions of the extraction electrode 83 are exposed on both surfaces and are not supported by the first material layer 19. Is different.

このように、取り出し電極83の露出部分は、表裏面の双方とも露出されていてもよい。但し、この場合には、取り出し電極83を金属薄膜として構成することはできないので、支持がなくても形状を保つことができる金属片であることが好ましい。用途によっては、配線構造を、このように構成してもよい。より直接的に、2次元電子ガス層48との接続を行うことができる。   Thus, both the front and back surfaces of the exposed portion of the extraction electrode 83 may be exposed. However, in this case, since the extraction electrode 83 cannot be configured as a metal thin film, it is preferably a metal piece that can maintain its shape without support. Depending on the application, the wiring structure may be configured in this way. Connection to the two-dimensional electron gas layer 48 can be performed more directly.

図11は、本発明の実施例7に係る配線構造の断面構成の一例を示した図である。実施例7に係る配線構造は、1層目と2層目の構成は、実施例4に係る配線構造と同様であるが、第2の材料層27の更に上層に、第3の材料層13bが積層されている点で、実施例4に係る配線構造と異なっている。なお、図11において、実施例4に係る配線構造と同様の構成要素には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   FIG. 11 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the wiring structure according to the seventh embodiment of the present invention. The wiring structure according to the seventh embodiment is the same as the wiring structure according to the fourth embodiment in the configuration of the first layer and the second layer, but the third material layer 13b is further formed above the second material layer 27. Is different from the wiring structure according to the fourth embodiment in that are stacked. In FIG. 11, the same components as those in the wiring structure according to the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図11において、実施例7に係る配線構造は、第1の配線層17上に第2の材料層27が積層されており、接合界面に2次元電子ガス層47が形成され、2次元電子ガス層47に接触する取り出し電極80を備える点では、実施例4に係る配線構造と同様である。実施例9に係る配線構造においては、第2の材料層27の上に、第3の材料層13bが積層され、全体で積層部33bを構成している。そして、第2の材料層27と第3の材料層13bの接合界面には、第2の2次元電子ガス層43bが形成されており、第2の2次元電子ガス層43bと一部が接触し、一部が露出する第2の取り出し電極84が設けられている。   In FIG. 11, in the wiring structure according to Example 7, the second material layer 27 is laminated on the first wiring layer 17, and the two-dimensional electron gas layer 47 is formed at the bonding interface. The wiring structure according to the fourth embodiment is the same as the wiring structure according to the fourth embodiment in that the extraction electrode 80 that contacts the layer 47 is provided. In the wiring structure according to the ninth embodiment, the third material layer 13b is stacked on the second material layer 27, and the stacked portion 33b is configured as a whole. A second two-dimensional electron gas layer 43b is formed at the bonding interface between the second material layer 27 and the third material layer 13b, and a part of the second two-dimensional electron gas layer 43b is in contact with the second two-dimensional electron gas layer 43b. In addition, a second extraction electrode 84 that is partially exposed is provided.

このように、外部電極取り出し構造を、多層の配線構造に適用することも可能である。また、この場合においても、実施例5のように、取り出し電極80、84の表面を露出させず、コンタクトホール82等の接続手段を用いて、外部との接続を図るようにしてもよいし、実施例6のように、取り出し電極80、84の両面を露出する構成としてもよい。   Thus, the external electrode lead-out structure can be applied to a multilayer wiring structure. Also in this case, as in the fifth embodiment, the surface of the extraction electrodes 80 and 84 may not be exposed, and a connection means such as a contact hole 82 may be used for connection to the outside. As in the sixth embodiment, a configuration in which both surfaces of the extraction electrodes 80 and 84 are exposed may be adopted.

また、実施例7においては、2層の2次元電子ガス層80、84を含む配線構造の例を挙げて説明したが、更に多数の配線層を含む配線構造とすることも可能である。   In the seventh embodiment, the example of the wiring structure including the two two-dimensional electron gas layers 80 and 84 has been described. However, a wiring structure including a larger number of wiring layers may be used.

実施例7に係る配線構造によれば、多層の配線構造においても、簡素な取り出し電極を設けて、配線設計の自由度を高めることができる。   According to the wiring structure according to the seventh embodiment, even in a multilayer wiring structure, a simple extraction electrode can be provided to increase the degree of freedom in wiring design.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、種々の配線が必要な配線構造に利用することができ、例えば、半導体装置の配線構造に利用することができる。   The present invention can be used for a wiring structure that requires various wirings. For example, the present invention can be used for a wiring structure of a semiconductor device.

1、3 基板
4 ソース領域
5 ドレイン領域
10、11、12、14〜19 第1の材料層
13、13a、13b 第3の材料層
20〜29 第2の材料層
30〜33、33a、33b、34、37、38、39 積層部
35、36 積層体
40〜43、43a、43b、44〜48 2次元電子ガス層
50〜56 非導電性領域
60、65 保護膜
70、71、72 マスク
80、81、83、84 取り出し電極
82 コンタクトホール
1, 3 substrate 4 source region 5 drain region 10, 11, 12, 14-19 first material layer 13, 13a, 13b third material layer 20-29 second material layer 30-33, 33a, 33b, 34, 37, 38, 39 Laminating part 35, 36 Laminate 40-43, 43a, 43b, 44-48 Two-dimensional electron gas layer 50-56 Non-conductive region 60, 65 Protective film 70, 71, 72 Mask 80, 81, 83, 84 Extraction electrode 82 Contact hole

Claims (10)

接合界面に電荷蓄積が発生する異種材料を積層して積層体を形成し、該積層体の接合界面に2次元電子ガス層を形成する2次元電子ガス層形成工程と、
該2次元電子ガス層を選択的に加熱して該2次元電子ガス層に非導電性領域を選択的に形成し、非加熱の導電性領域とで所定の配線構造を形成する選択的加熱工程と、を含むことを特徴とする配線構造の製造方法。
A two-dimensional electron gas layer forming step of forming a laminate by stacking different materials that generate charge accumulation at the junction interface, and forming a two-dimensional electron gas layer at the junction interface of the laminate;
A selective heating step of selectively heating the two-dimensional electron gas layer to selectively form a non-conductive region in the two-dimensional electron gas layer and forming a predetermined wiring structure with the non-heated conductive region A method for manufacturing a wiring structure, comprising:
前記選択的加熱工程は、前記導電性領域を形成する位置の上方の前記積層体の表面上に、断熱性を有するマスクを形成するマスク形成工程と、
該マスクよりも上方から熱を供給して加熱処理を行う加熱工程と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の配線構造の製造方法。
The selective heating step includes a mask forming step of forming a heat-insulating mask on the surface of the stacked body above the position where the conductive region is formed;
The method of manufacturing a wiring structure according to claim 1, further comprising: a heating step of supplying heat from above the mask to perform heat treatment.
前記選択的加熱工程は、前記マスク形成工程と前記加熱工程との間に、前記積層体の表面に軽元素を注入し、前記マスクが存在しない領域に結晶欠陥を発生させる軽元素注入工程を更に含むことを特徴とする請求項2に記載の配線構造の製造方法。   The selective heating step further includes a light element injection step of injecting a light element into the surface of the stacked body between the mask formation step and the heating step, and generating a crystal defect in a region where the mask does not exist. The method of manufacturing a wiring structure according to claim 2, comprising: 前記選択的加熱工程の後に、前記導電性領域の上方の前記積層体の表面上に保護膜を形成する保護膜形成工程を更に有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法。   4. The method according to claim 1, further comprising a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the stacked body above the conductive region after the selective heating step. 5. The manufacturing method of the wiring structure as described. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の配線構造の製造方法を繰り返し、多層の前記導電性領域を含む多層配線を形成することを特徴とする配線構造の製造方法。   A method for manufacturing a wiring structure, comprising: repeating the method for manufacturing a wiring structure according to any one of claims 1 to 3 to form a multilayer wiring including a plurality of the conductive regions. 接合界面に導電性を有する2次元電子ガス層を有する異種材料からなる積層部と、
前記2次元電子ガス層に接触する部分と、前記積層部の外部に存在する部分を有する取り出し電極と、を含むことを特徴とする配線構造。
A laminated portion made of a different material having a conductive two-dimensional electron gas layer at the bonding interface;
A wiring structure comprising: a portion in contact with the two-dimensional electron gas layer; and a take-out electrode having a portion existing outside the stacked portion.
前記積層部は、第1の材料層上に第2の材料層が部分的に積層されて構成され、
前記取り出し電極は、前記第1の材料層上に形成された金属薄膜であることを特徴とする請求項6に記載の配線構造。
The laminated portion is configured by partially laminating a second material layer on the first material layer,
The wiring structure according to claim 6, wherein the extraction electrode is a metal thin film formed on the first material layer.
前記取り出し電極の前記積層部の外部に存在する部分は、露出していることを特徴とする請求項6又は7に記載の配線構造。   The wiring structure according to claim 6 or 7, wherein a portion of the extraction electrode existing outside the stacked portion is exposed. 前記取り出し電極の上層には、非導電性領域が形成され、
該非導電性領域には、前記取り出し電極と電気的に接続するコンタクトホールが形成されていることを特徴とする請求項7に記載の配線構造。
On the upper layer of the extraction electrode, a non-conductive region is formed,
The wiring structure according to claim 7, wherein a contact hole electrically connected to the extraction electrode is formed in the non-conductive region.
前記積層部は、前記第1の材料層と前記第2の材料層が交互に積層された多層構造を有することを特徴とする請求項7又は9に記載の配線構造。   The wiring structure according to claim 7 or 9, wherein the stacked portion has a multilayer structure in which the first material layers and the second material layers are alternately stacked.
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