JP3488833B2 - 電界効果トランジスタの形成方法 - Google Patents

電界効果トランジスタの形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波帯やミリ
波帯等で使用される電界効果トランジスタの形成方法に
関する。 【0002】 【従来の技術】従来のヘテロエピタキシャル化合物半導
体を用いた電界効果トランジスタの形成方法を図2を用
いて説明する。 【0003】まず、同図(a)に示すように、シリコン
基板21の表面上全面にMOCVD法、VPE法、MB
E法等によってガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒
素、インジウム燐等の化合物半導体薄膜22〜24をヘ
テロエピタキシャル成長させる。例えばMESFETで
は、高抵抗バッファ層22、キャリア密度として1×1
16〜1017cm−3の活性層23、1×1018
cm−3以上のコンタクト層24の順に成長させる。そ
れぞれの層の膜厚、キャリア密度は所望するデバイスの
特性によって最適となるよう選択する。この成長工程は
同一の装置によって連続して行う。 【0004】次に同図(b)に示すように素子間のメサ
分離を行う。メサ分離パターンのフォトリソを行い、コ
ンタクト層24、活性層23、及びバッファ層22の中
ほどまでを硫酸系等のウエットエッチングによって素子
間を電気的に分離する。 【0005】次に同図(c)に示すように全画にSiO
等の絶縁膜25を、スパッタリング法、CVD法等
によって100〜500nm程度成膜する。 【0006】次に同図(d)に示すようにゲートパター
ン用マスク26をフォトレジストによって形成し、これ
を用いて絶縁膜25、コンタクト層24、及び活性層2
3の一部までを連続してエッチングする。この時コンタ
クト層24を1μm程度オーバーエッチングとなるよう
エッチングすることによってゲートとコンタクト層が接
触しないようにする。コンタクト層24のエッチングは
オーバーエッチングに適したウエットエッチングが望ま
しい。 【0007】次に同図(e)に示すようにゲートとなる
金属膜27を蒸着法によって成膜し、リフトオフを行
う。金属膜はTi等のバリアメタルとAl等の低抵抗金
属の積層構造とし、膜厚は100〜500nmとする。 【0008】次に同図(f)に示すようにソース・ドレ
インパターン用マスク(不図示)をフォトレジストによ
って形成する。これによって絶縁膜25をパターニング
除去した後、ソース・ドレインとなる金属28を蒸着法
等により成膜し、リフトオフする。この金属はAu/A
uGe等の積層膜である。最後に熱処理によってソース
・ドレイン金属をコンタクト層とオーミックコンタクト
となるようにする。熱処理は例えば窒素雰囲気で450
℃で8分程度行う。また、必要に応じてゲート電極やソ
ース・ドレイン電極にAuメッキを行い、数μm厚のA
u電極を形成して、耐電力性を向上させる。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法によって作製された電界効果トランジスタは、化合
物半導体バッファ層22において、成長中に基板よりシ
リコン原子がオートドープされ、高抵抗化が難しい。そ
のため、電極は低抵抗バッファ層上に形成されることに
なり、絶縁が十分でなく高周波特性が劣化する。 【0010】また、メサエッチングによる段差は通常
0.5μm以上あり、この段差のため、配線の細りや断
線による歩留まり低下、各トランジスタ間の特性のばら
つきが発生する。 【0011】特開平3−49239号では、素子形成領
域を含むGaAs基板とSi基板とを貼り合わせた後、
GaAs基板を裏面より研磨除去することによってメサ
エッチングによる段差の解消、及びバッファ層の高抵抗
化を実現できる。しかしながらこの方法では、高価な化
合物半導体基板を使用しなければならないため、コスト
的に割高になる。また素子表面に、研磨によるダメージ
が残ることが避けられず、電極との界面状態が劣化す
る。 【0012】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、バッファ層の低抵抗化を解消
すると共に、メサエッチングによる段差を生じせしめ
ず、よって配線の断線や性能ばらつきをもたらさない電
界効果トランジスタの形成方法を提供することを目的と
する。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る電界効果トランジスタの形成方法で
は、シリコン基板上にバッファ層と活性層を設け、この
活性層上にゲート電極とソース・ドレイン電極を設けた
電界効果トランジスタの形成方法において、前記シリコ
ン基板の一主面側に凹部を形成し、この半導体基板上に
バッファ層となるGaAs層、500Å以上の厚みを有
するAlGa1−xAs(0.9≦x≦1)層、及び
活性層となる半導体層を形成し、前記凹部内からはみ出
した前記半導体層を研磨して、前記AlGa1−x
s層の一部を露出させてウエット酸化し、しかる後前記
ゲート電極とソース・ドレイン電極を形成する。 【0014】 【作用】上記のように構成すると、活性層及びコンタク
ト層は酸化されたAlGa1−xAs層によってシリ
コン基板から電気的に分離されるため、寄生容量を低減
させることができ、高周波特性が改善される。また、表
面を研磨することによって、メサエッチングを行うこと
なく素子間の分離ができ、メサの段差を解消できるた
め、電極幅のばらつきや断線等の不具合を低減できる。 【0015】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。図1は本発明に係る電界効果トランジス
タの形成方法の一実施形態を示す工程図である。同図
(a)に示すように高抵抗シリコン基板1の表面にマス
ク用として、SiO、SiN等の絶縁膜をスパッタリ
ング法、CVD法等で100〜200nm程度成膜し、
レジスト等によってパターニングを行う。このマスク2
を用いて異方性エッチング等の方法により、底部が平坦
となる凹部Gを形成する。この凹部Gのサイズは深さが
2〜5μm、幅が5〜10μm、間隔が2〜5μm程度
の溝で構成される。この形状は、目的とするデバイスの
サイズによる。 【0016】次に同図(b)に示すように、マスク2を
除去して、基板1の全面にMOCVD法、VPE法、M
BE法等によってガリウム砒素、アルミニウムガリウム
砒素、インジウム燐等の化合物半導体薄膜3〜6をヘテ
ロエピタキシャル成長させる。例えばMESFETで
は、バッファ層3、500Å以上の厚みを有するAl
Ga1−xAs(0.9≦x≦1)層4、キャリア密度
として1×1016〜1017cm−3の活性層5、1
×1017〜1018cm−3のコンタクト層6の順に
成長させる。それぞれの層の膜厚、キャリア密度は所望
するデバイスの特性によって最適となるよう選択する。
この成長工程は同一の装置によって連続して行う。ま
た、成長層の全体的な厚みが凹部Gの深さよりやや低く
なるように調節する。これは、後の工程で表面を研磨す
るときにトランジスタを形成する領域にダメージが及ば
ないようにするためである。 【0017】次に同図(c)に示すように表面を機械的
方法、及びケミカルエッチング法により研磨する。研磨
工程はテラス上部のSi表面が露出するまで行う。この
際、凹部Gに形成された化合物半導体層3〜6の表面は
テラスT上部より低くなるよう成膜されているため、化
合物半導体層3〜6の表面にダメージを及ぼすことな
く、テラスT上部のSi基板1の表面高さでほぼ全面が
平坦化される。この工程により、電界効果トランジスタ
を形成する領域の活性層5、及びコンタクト層6は電気
的に分離される。 【0018】次いでAlGa1−xAs層4を露出部
7より酸化する。水蒸気雰囲気中で、4〜500℃にお
いて1〜10時間程度酸化することでAlGa1−x
As酸化層4‘となる。この場合、酸化されるのはAl
Ga1−xAs層4の全体で、それ以外の部分は酸化
されない。酸化温度は4〜500℃と低いため、シリコ
ン基板1はほとんど酸化されない。また、AlGa
1−xAs層4の膜厚が500Å未満の場合は酸化が進
行する断面積が小さくなり、また、Al組成xが0.9
未満の場合は酸化される化合物が少なくなって、酸化時
間が長時間となり実用的でない。 【0019】次に同図(d)に示すように、全面にSi
等の絶縁膜8を、スパッタリング法、CVD法等に
よって100〜500nm程度成膜する。 【0020】次に同図(e)に示すように、ゲートパタ
ーン用マスクをフォトレジストによって形成し(不図
示)、これを用いて絶縁膜8、コンタクト層6、及び活
性層5の一部までを連続にエッチングする。コンタクト
層6及び活性層5のエッチングは燐酸系、硝酸系等のウ
エットエッチが望ましい。次に、ゲートとなる金属膜9
を蒸着によって成膜し、リフトオフを行う。金属膜はT
i等のバリアメタルとAl等の低抵抗金属の積層構造と
し、膜厚は100〜500nmとする。 【0021】次に同図(f)に示すようにソース・ドレ
インのパターン用マスクをフォトレジストによって形成
する(不図示)。これによって絶縁膜8をパターニング
除去した後、ソース・ドレインとなる金属10を蒸着法
等によって成膜し、リフトオフ等を行うことによって形
成する。この金属はAu/AuGe等の積層膜である。
最後に熱処理によってソース・ドレイン金属10をコン
タクト層とオーミックコンタクトとなるようにする。熱
処理は例えば窒素雰囲気で450℃で8分程度行う。ま
た、必要に応じてゲート電極9やソース・ドレイン電極
10にAuメッキを行い、数μm厚のAu電極を形成し
て、耐電力性を向上させる。 【0022】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る電界効果ト
ランジスタの形成方法によれば、シリコン基板上に複数
の凹部を形成して、AlGa1−xAs(0.9≦x
≦1)を含む化合物半導体を堆積した後に、この凹部と
凹部との間の化合物半導体膜を研磨してトランジスタを
形成することから、AlGa1−xAs(0.9≦x
≦1)を容易に酸化することができると共に、メサエッ
チングを導入することなく、素子間の分離ができ、段差
を小さくできる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係る電界効果トランジスタの形成方法
の製造工程を示す断面図である。 【図2】従来の電界効果トランジスタ製造方法の工程を
示す断面図である。 【符号の説明】 1………シリコン基板、2………マスク、3………バッ
ファ層、4………AlGa1−xAs層、4‘………
酸化されたAlGa1−xAs層、5………活性層、
6………コンタクト層、7………AlGa1−xAs
層の露出部、8………絶縁膜、9………ゲート電極、1
0………ソース・ドレイン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−50822(JP,A) 特開 平10−135241(JP,A) C. B. Wheeler, D. L. Mathine, S. R. Johnson, G. N. Ma racas, D. R. Alle e,”Selectively Oxi dized GaAs MESFET’ s Transferred to a Si Substrate”,IEE E Electron Device Letters,1997年 4月,Vo l.18, No.4,pp.138−140 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/80 - 29/812

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 シリコン基板上にバッファ層と活性層を
    設け、この活性層上にゲート電極とソース・ドレイン電
    極を設けた電界効果トランジスタの形成方法において、
    前記シリコン基板の一主面側に凹部を形成し、この半導
    体基板上にバッファ層となるGaAs層、500Å以上
    の厚みを有するAlGa1−xAs(0.9≦x≦
    1)層、及び活性層となる半導体層を形成し、前記凹部
    内からはみ出した前記半導体層を研磨して、前記Al
    Ga1−xAs層の一部を露出させてウエット酸化し、
    しかる後前記ゲート電極とソース・ドレイン電極を形成
    することを特徴とする電界効果トランジスタの形成方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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C. B. Wheeler, D. L. Mathine, S. R. Johnson, G. N. Maracas, D. R. Allee,"Selectively Oxidized GaAs MESFET’s Transferred to a Si Substrate",IEEE Electron Device Letters,1997年 4月,Vol.18, No.4,pp.138−140

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