JP2679608B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

半導体装置とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及び製造方法
に関し、特にリセス構造のMESFET(Metal Semico
nductor Field Effect Transistor )とその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のMESFETは、図3に
示すように、高抵抗GaAs基板1上に活性層(n層)
2を有し、その上層に一対のコンタクト層(n+層)3
1,32を有し、一方のコンタクト層(n+層)31上
にソース電極6を有し、他方のコンタクト層(n+層)
32上にドレイン電極7を有し、また一対のコンタクト
層(n+層)31,32の間の活性層(n層)上にゲー
ト電極5を有するリセス構造となっている。
【0003】すなわち、上記MESFETは、寄生抵抗
の低減などを目的として、ゲート下の活性層(n層)の
厚さよりもソース、ドレイン領域の活性層(n層)の厚
さを厚くし、また、ソース、ドレイン領域の活性層の上
にコンタクト(n+層)を形成するというリセス構造を
採用している。
【0004】一方、MESFETのゲートドレイン逆方
向耐圧BVGDを向上させるために、ゲートエッジ付近の
電界集中を緩和させる目的で、ゲートとドレイン間のゲ
ート近傍の一部の不純物濃度を低下させた半導体層を形
成した構造をとる場合もある(特開昭64−61067
号公報)。
【0005】図4にその構造を示す。すなわち、このM
ESFETは、高抵抗GaAs基板1上に活性層(n
層)2を有し、その上にソース電極6及びドレイン電極
7を配し、その間にゲート電極を配した構造であり、活
性層(n層)2のゲート電極5の下部に、活性層(n
層)2より不純物濃度の低い半導体層(n′層)を形成
するようにしたことを特徴とする。
【0006】しかしながら、上述した従来のリセス構造
MESFETでは、ドレイン電圧が非常に高い場合に、
基板側のポテンシャルに比べて表面のドレイン側リセス
エッジ付近に電界集中が起こる。つまり、リセス内では
ゲート電位と基板電位に支えられてポテンシャルは高い
レベルにあるが、ドレイン側リセスエッジ近辺でコンタ
クト層(n+層)へ向けて急激にポテンシャルが低下
し、電界強度が大きくなってしまう。
【0007】また、基板側のポテンシャルに比べ、表面
のドレイン電極及びドレイン側コンタクト層(n+層)
のポテンシャルが低くなった結果、チャネル狭搾が起こ
り、電流は表面付近すなわちドレイン側リセスエッジに
集中する。つまり電界と電流の集中がドレイン側リセス
エッジ付近に起こり、この領域で衝突電離による電子−
正孔対の生成が顕著になる。
【0008】生成された電子、正孔は一部はゲート電流
として流れるが、一部は電子−正孔の再結合に費やされ
る。このため、再結合が非発光中心で起こった場合、そ
のエネルギーが半導体の結晶格子に与えられ、結晶の転
移や欠陥の増殖が起こり、結果としてFET特性の劣化
(ドレイン電流の低下)が生じるという問題があった。
【0009】さらに、ゲート近傍の一部の不純物濃度を
低下させた構造では、ゲート電圧が低い場合に生じるゲ
ート電極付近の電界集中は緩和されるが、ドレイン電圧
が高い場合のドレイン側リセスエッジでの電界緩和には
寄与しない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のリセス構造による半導体装置では、ドレイン電圧が
非常に高い場合に、リセスエッジに電界、電流の集中を
緩和させることができず、衝突電離による特性劣化を防
ぐことができなかった。
【0011】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、ドレイン電圧が非常に高い場合に、リセ
スエッジに電界、電流の集中を緩和させ、衝突電離によ
る特性劣化を防ぐことのできる半導体装置及びその製造
方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、高抵抗半導体基板上に活性層(n層)を有
し、その上層に一対のコンタクト層(n+層)を有し、
一方のコンタクト層(n+層)上にソース電極を有し、
他方のコンタクト層(n+層)上にドレイン電極を有
し、また前記活性層(n層)上にゲート電極を有するリ
セス構造の半導体装置において、前記ソース及びドレイ
ン側コンタクト層(n+層)のリセスエッジ部分、また
は少なくともドレイン側コンタクト層(n+層)のリセ
スエッジ部分にコンタクト層(n+層)よりも不純物濃
度の低い半導体層(n′層)を有し、該不純物濃度の低
い半導体層(n′層)は、前記リセスエッジ部分で、前
記コンタクト層(n+層)と前記活性層(n層)の両方
に接し、かつ前記活性層(n層)の内部に入り込んでい
ないことを特徴とする。
【0013】その製造方法としては、前記高抵抗半導体
基板上にエピタキシャル成長した活性層(n層)とコン
タクト層(n+層)を選択的にエッチングして前記一対
のコンタクト層(n+層)を残すことでリセス構造を形
成する第1の工程と、前記活性層(n層)及びコンタク
ト層(n+層)上にコンタクト層(n+層)よりも不純
物濃度の低い半導体層(n′層)をエピタキシャル成長
させる第2の工程と、前記ソース及びドレイン側コンタ
クト層(n+層)のリセスエッジ部分、または少なくと
もドレイン側コンタクト層(n+層)のリセスエッジ部
分のみ半導体層(n′層)を選択的に残して他の部分の
半導体層(n′層)を除去する第3の工程と、前記コン
タクト層(n+層)の一方の上にソース電極を配し、他
方の上にドレイン電極を配し、その間の活性層(n層)
上にゲート電極を配する第4の工程とを具備したことを
特徴とする。
【0014】他の製造方法しては、前記高抵抗半導体基
板上にエピタキシャル成長した活性層(n層)とコンタ
クト層(n+層)のリセスエッジとなる部分にプラズマ
照射してコンタクト層(n+層)のキャリア濃度を低減
する第1の工程と、この第1の工程でキャリア濃度が低
減された部分(n′層)の内でドレイン側リセスエッジ
部分のみを残してエッチングしてリセス構造を形成する
第2の工程と、前記一対のコンタクト層(n+層)の一
方の上にソース電極を配し、他方の上にドレイン電極を
配し、その間の活性層(n層)上にゲート電極を配する
第3の工程とを具備したことを特徴とする。
【0015】
【作用】上記構造による半導体装置では、ドレイン電圧
が高い場合にドレイン側リセスエッジ部分に形成された
キャリア濃度の低い半導体層(n′層)により、電界・
電流の集中が緩和され、これによって衝突電離による電
子−正孔対の生成が抑制され、その結果、電子−正孔の
非発光再結合による結晶格子への損傷が低減され、転移
や欠陥の増殖が抑制され、特性の劣化を防止することが
できる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例の構造と製造
方法を示すものである。まず、高抵抗GaAs基板1上
にエピタキシャル成長したGaAs活性層(n層:不純
物濃度2×1017cm-3)2とGaAsコンタクト層
(n+層:不純物濃度5×1017cm-3)3を選択的に
エッチングして一対のコンタクト層(n+層)31,3
2を残すことでリセス構造を形成する(工程a)。
【0018】次に、その上にコンタクト層(n+層)3
1,32よりも不純物濃度の低いGaAs層(n′層)
(不純物濃度3×1017cm-3)4をエピタキシャル成
長させる(工程b)。
【0019】その後、ソース及びドレイン側コンタクト
層(n+層)31,32のリセスエッジ部分のみGaA
s層(n′層)をレジストパターンでマスクして選択的
に残し、他の部分のGaAs層(n′層)を塩素系ガス
によるドライエッチングで除去する(工程c)。
【0020】その後ゲート電極5、ソース電極6、ドレ
イン電極7を従来技術により形成してMESFFT構造
とする(工程d)。
【0021】上記工程を経て形成されたMESFETで
は、ドレイン側リセスエッジの強電界部分はn′層の領
域全体に広がり、それに応じてその最高電界強度は低下
する。また、強電界領域が広がり、電気力線が分散した
結果として高電流が流れる領域も分散し、衝突電離によ
る電子−正孔対の生成は約数分の一に抑制される。
【0022】図2は本発明の第2の実施例による構造と
製造方法を示すものである。まず高抵抗GaAs基板1
上にエピタキシャル成長したGaAs活性層(n層)2
とGaAsコンタクト層(n+層)3の上に、レジスト
8によるパターンを通常のリソグラフィー技術により形
成し、選択的にSF6 やCF4 系ガスによりプラズマ照
射してコンタクト層(n+層)3に損傷を与え、実質的
に不純物濃度を低下させたGaAs層(n′層)を形成
する(工程a)。
【0023】次に、このGaAs層(n′層)領域がド
レイン側リセスエッジになるようにリセスエッチング
を行い(工程b)、最終的にはゲート電極5、ソース電
極6、ドレイン電極7を配して、第1の実施例と同様の
リセスエッジ構造を持つMESFFTを得る(工程
c)。この実施例においても、第1の実施例と同様の効
果が得られることは勿論である。
【0024】いずれの実施例も、ドレイン電圧が高い場
合にドレイン側リセスエッジ部分での電界・電流の集中
が緩和され、衝突電離による電子−正孔対の生成が抑制
される。したがって、電子−正孔の非発光再結合による
結晶格子への損傷が低減され、転移や欠陥の増殖が抑制
されることになり、FET特性の劣化を防止することが
できる。
【0025】尚、本発明は上述した実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形しても同様に実施可能であることはいうまでもない。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ドレ
イン電圧が非常に高い場合に、リセスエッジに電界、電
流の集中を緩和させ、衝突電離による特性劣化を防ぐこ
とのできる半導体装置及びその製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例によるMESFET構造
とその製造方法を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例によるMESFET構造
とその製造方法を示す図である。
【図3】従来のMESFET構造とその製造方法を示す
図である。
【図4】先行技術例に記載されたMESFET構造を示
す図である。
【符号の説明】
1 高抵抗GaAs基板 2 活性層(n層) 3,31,32 コンタクト層(n+層) 4 GaAs層(n′層) 5 ゲート電極 6 ソース電極 7 ドレイン電極 8 レジスト

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高抵抗半導体基板上に活性層(n層)を
    有し、その上層に一対のコンタクト層(n+層)を有
    し、一方のコンタクト層(n+層)上にソース電極を有
    し、他方のコンタクト層(n+層)上にドレイン電極を
    有し、また前記活性層(n層)上にゲート電極を有する
    リセス構造の半導体装置において、 前記ソース及びドレイン側コンタクト層(n+層)のリ
    セスエッジ部分、または少なくともドレイン側コンタク
    ト層(n+層)のリセスエッジ部分にコンタクト層(n
    +層)よりも不純物濃度の低い半導体層(n′層)を有
    し、該不純物濃度の低い半導体層(n′層)は、前記リ
    セスエッジ部分で、前記コンタクト層(n+層)と前記
    活性層(n層)の両方に接し、かつ前記活性層(n層)
    の内部に入り込んでいないことを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 高抵抗半導体基板上に活性層(n層)を
    有し、その上層に一対のコンタクト層(n+層)を有
    し、一方のコンタクト層(n+層)上にソース電極を有
    し、他方のコンタクト層(n+層)上にドレイン電極を
    有し、また前記活性層(n層)上にゲート電極を有する
    リセス構造の半導体装置の製造方法において、 前記高抵抗半導体基板上にエピタキシャル成長した活性
    層(n層)とコンタクト層(n+層)を選択的にエッチ
    ングして前記一対のコンタクト層(n+層)を残すこと
    でリセス構造を形成する第1の工程と、 前記活性層(n層)及びコンタクト層(n+層)上にコ
    ンタクト層(n+層)よりも不純物濃度の低い半導体層
    (n′層)をエピタキシャル成長させる第2の工程と、 前記ソース及びドレイン側コンタクト層(n+層)のリ
    セスエッジ部分、または少なくともドレイン側コンタク
    ト層(n+層)のリセスエッジ部分のみ半導体層(n′
    層)を選択的に残して他の部分の半導体層(n′層)を
    除去する第3の工程と、 前記コンタクト層(n+層)の一方の上にソース電極を
    配し、他方の上にドレイン電極を配し、その間の活性層
    (n層)上にゲート電極を配する第4の工程とを具備し
    たことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 高抵抗半導体基板上に活性層(n層)を
    有し、その上層に一対のコンタクト層(n+層)を有
    し、一方のコンタクト層(n+層)上にソース電極を有
    し、他方のコンタクト層(n+層)上にドレイン電極を
    有し、また前記活性層(n層)上にゲート電極を有する
    リセス構造の半導体装置の製造方法において、 前記高抵抗半導体基板上にエピタキシャル成長した活性
    層(n層)とコンタクト層(n+層)のリセスエッジと
    なる部分にプラズマ照射してコンタクト層(n+層)の
    キャリア濃度を低減する第1の工程と、 この第1の工程でキャリア濃度が低減された部分(n′
    層)の内でドレイン側リセスエッジ部分のみを残して
    ッチングしてリセス構造を形成する第2の工程と、 前記一対のコンタクト層(n+層)の一方の上にソース
    電極を配し、他方の上にドレイン電極を配し、その間の
    活性層(n層)上にゲート電極を配する第3の工程とを
    具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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