JPH0714853A - シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法 - Google Patents
シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法Info
- Publication number
- JPH0714853A JPH0714853A JP5147473A JP14747393A JPH0714853A JP H0714853 A JPH0714853 A JP H0714853A JP 5147473 A JP5147473 A JP 5147473A JP 14747393 A JP14747393 A JP 14747393A JP H0714853 A JPH0714853 A JP H0714853A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- compound semiconductor
- silicon substrate
- gaas
- etching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 74
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 54
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 62
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 19
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 abstract 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 83
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/095—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being Schottky barrier gate field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Weting (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】 シリコン基板上に成長させたガリウム砒素等
のIII−V化合物半導体層に形成された複数種類の電界
効果型トランジスタを含む集積回路半導体装置に関し、
その上に成長させた化合物半導体層に、特性のバラツキ
の少ない集積回路を作成する技術を提供する。 【構成】 シリコン基板上にエピタキシャル成長させた
化合物半導体層であって、キャリアが輸送される動作層
の上に所定の選択ドライエッチングに対してエッチスト
ップ層として機能でき、かつ、第1の半導体の層と選択
ドライエッチングでき、エッチストップ層として機能で
きる第2の化合物半導体層の積層を少なくとも3対含む
化合物半導体層と、前記積層中における異なる第2の化
合物半導体を露出し、その上に形成された少なくとも1
対のゲート電極と前記1対のゲート電極を挟んで配置さ
れ、前記化合物半導体積層の上に形成された2対の電流
電極を含み、しきい値の異なる少なくとも2つのトラン
ジスタを構成する。
のIII−V化合物半導体層に形成された複数種類の電界
効果型トランジスタを含む集積回路半導体装置に関し、
その上に成長させた化合物半導体層に、特性のバラツキ
の少ない集積回路を作成する技術を提供する。 【構成】 シリコン基板上にエピタキシャル成長させた
化合物半導体層であって、キャリアが輸送される動作層
の上に所定の選択ドライエッチングに対してエッチスト
ップ層として機能でき、かつ、第1の半導体の層と選択
ドライエッチングでき、エッチストップ層として機能で
きる第2の化合物半導体層の積層を少なくとも3対含む
化合物半導体層と、前記積層中における異なる第2の化
合物半導体を露出し、その上に形成された少なくとも1
対のゲート電極と前記1対のゲート電極を挟んで配置さ
れ、前記化合物半導体積層の上に形成された2対の電流
電極を含み、しきい値の異なる少なくとも2つのトラン
ジスタを構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上に成長
させた化合物半導体上に形成された半導体装置に関し、
特にシリコン基板上に成長させたガリウム砒素(GaA
s)等のIII−V化合物半導体層に形成された複数種
類の電界効果型トランジスタを含む集積回路半導体装置
に関する。
させた化合物半導体上に形成された半導体装置に関し、
特にシリコン基板上に成長させたガリウム砒素(GaA
s)等のIII−V化合物半導体層に形成された複数種
類の電界効果型トランジスタを含む集積回路半導体装置
に関する。
【0002】シリコン基板は、GaAs基板に比べる
と、電子移動度が小さい点を除き、ウエハの重量が軽
い、熱伝導率が大きい、価格が安い、機械的強度が大き
い、及び大口径化が容易である等の点で優れている。こ
のため、シリコン基板上に動作層として、GaAsに代
表される化合物半導体を形成したいわゆるGaAsオン
Si技術が注目されている。
と、電子移動度が小さい点を除き、ウエハの重量が軽
い、熱伝導率が大きい、価格が安い、機械的強度が大き
い、及び大口径化が容易である等の点で優れている。こ
のため、シリコン基板上に動作層として、GaAsに代
表される化合物半導体を形成したいわゆるGaAsオン
Si技術が注目されている。
【0003】
【従来の技術】従来、シリコン基板上のGaAsにHE
MTを作成する場合、GaAs基板上に作成する方法と
全く同一の方法が採用されていた。
MTを作成する場合、GaAs基板上に作成する方法と
全く同一の方法が採用されていた。
【0004】素子の作成プロセスにおいて、最も重要な
工程の一つは選択ドライエッチングプロセスである。こ
れは、反応性プラズマガスを用いたリアクティブイオン
エッチング(以下RIEと呼ぶ)により、ゲート電極用
の開口部を作成する工程である。このプロセスにより、
トランジスタの最も重要な特性である閾値電圧が決定さ
れる。
工程の一つは選択ドライエッチングプロセスである。こ
れは、反応性プラズマガスを用いたリアクティブイオン
エッチング(以下RIEと呼ぶ)により、ゲート電極用
の開口部を作成する工程である。このプロセスにより、
トランジスタの最も重要な特性である閾値電圧が決定さ
れる。
【0005】HEMT大規模集積回路(LSI)作成の
場合には、DCFL(ダイレクトカップルド FET
ロジック(Direct Coupled FET Logic))と呼ばれる基
本論理回路を作成するためにエンハンスメント型(以下
Eモードと呼ぶ)とディプレッション型(以下Dモード
と呼ぶ)の2種類の異なる閾値電圧を持つHEMTを作
り分ける必要がある。
場合には、DCFL(ダイレクトカップルド FET
ロジック(Direct Coupled FET Logic))と呼ばれる基
本論理回路を作成するためにエンハンスメント型(以下
Eモードと呼ぶ)とディプレッション型(以下Dモード
と呼ぶ)の2種類の異なる閾値電圧を持つHEMTを作
り分ける必要がある。
【0006】Eモードのトランジスタ(Eモード素子)
は閾値電圧が正、Dモードのトランジスタ(Dモード素
子)は閾値電圧が負のトランジスタである。Dモード素
子とEモード素子を直列接続すると、Eモード素子をド
ライバ、Dモード素子を負荷とするインバータが形成さ
れる。
は閾値電圧が正、Dモードのトランジスタ(Dモード素
子)は閾値電圧が負のトランジスタである。Dモード素
子とEモード素子を直列接続すると、Eモード素子をド
ライバ、Dモード素子を負荷とするインバータが形成さ
れる。
【0007】以下に、図9を参照して、GaAs基板上
にEモード素子とDモード素子を作成する場合の従来方
法について説明する。図9(A)は、GaAs基板10
0上に、AlGaAs層101、GaAs層102、A
lGaAs層103及びGaAs層104をエピタキシ
ャル成長させた基板を示す。
にEモード素子とDモード素子を作成する場合の従来方
法について説明する。図9(A)は、GaAs基板10
0上に、AlGaAs層101、GaAs層102、A
lGaAs層103及びGaAs層104をエピタキシ
ャル成長させた基板を示す。
【0008】図9(B)は、Eモード素子のゲート電極
が形成される部分をRIEでエッチングする工程を示
す。レジスト膜105aを塗布し、フォトリソグラフィ
によりEモード素子のゲート電極が形成される部分のレ
ジスト膜を取り除く。
が形成される部分をRIEでエッチングする工程を示
す。レジスト膜105aを塗布し、フォトリソグラフィ
によりEモード素子のゲート電極が形成される部分のレ
ジスト膜を取り除く。
【0009】次に、残ったレジスト膜105aをマスク
としてRIEにより、GaAs層104を選択エッチン
グする。通常、エッチングガスは、CCl2 F2 とHe
の混合ガスが用いられる。
としてRIEにより、GaAs層104を選択エッチン
グする。通常、エッチングガスは、CCl2 F2 とHe
の混合ガスが用いられる。
【0010】エッチングは、AlGaAs層103で停
止する。エッチングガスとしてCCl2 F2 とHeの混
合ガスを使用した場合のAlGaAsに対するエッチン
グ速度は、GaAsに対するエッチング速度よりも遅い
ためである。
止する。エッチングガスとしてCCl2 F2 とHeの混
合ガスを使用した場合のAlGaAsに対するエッチン
グ速度は、GaAsに対するエッチング速度よりも遅い
ためである。
【0011】AlGaAsは一般にRIEによりダメー
ジを受け易い。このRIEでは、AlGaAs層103
には深さ約3nm程度のエッチングダメージが入ると考
えられている。
ジを受け易い。このRIEでは、AlGaAs層103
には深さ約3nm程度のエッチングダメージが入ると考
えられている。
【0012】図9(C)は、AlGaAs層103を選
択的にエッチングする工程を示す。RIEにより、Ga
As層104を選択RIEしたのち、アンモニア系のエ
ッチング液でAlGaAs層103を選択的にエッチン
グする。
択的にエッチングする工程を示す。RIEにより、Ga
As層104を選択RIEしたのち、アンモニア系のエ
ッチング液でAlGaAs層103を選択的にエッチン
グする。
【0013】アンモニア系のエッチング液は、GaAs
をエッチングしないため、エッチングは、GaAs層1
02で停止する。なお、本工程は、等方性のウェットエ
ッチングであるため、横方向にもエッチングされてい
る。なお、レジスト膜105aはその後除去する。
をエッチングしないため、エッチングは、GaAs層1
02で停止する。なお、本工程は、等方性のウェットエ
ッチングであるため、横方向にもエッチングされてい
る。なお、レジスト膜105aはその後除去する。
【0014】図9(D)は、GaAs層を選択的にエッ
チングする工程を示す。Eモード素子及びDモード素子
のゲート電極が形成される部分に開口を有するレジスト
膜105bを新たにパターニングし、RIEにより、G
aAs層102、104を選択的にエッチングする。R
IEによるエッチングは、図9(B)に示す工程と同様
にAlGaAs層101、103で停止する。
チングする工程を示す。Eモード素子及びDモード素子
のゲート電極が形成される部分に開口を有するレジスト
膜105bを新たにパターニングし、RIEにより、G
aAs層102、104を選択的にエッチングする。R
IEによるエッチングは、図9(B)に示す工程と同様
にAlGaAs層101、103で停止する。
【0015】このとき、AlGaAs層101、103
には深さ約3nm程度のエッチングダメージが入ると考
えられている。ダメージ層の上にゲート電極を作成する
ことは好ましくない。
には深さ約3nm程度のエッチングダメージが入ると考
えられている。ダメージ層の上にゲート電極を作成する
ことは好ましくない。
【0016】図9(E)は、AlGaAs層表面に発生
したエッチングダメージ層を除去する工程を示す。アン
モニア系のエッチング液でRIEにさらされたAlGa
As層101表面及びAlGaAs層103の全厚さを
エッチングし、エッチングダメージ層を除去する。
したエッチングダメージ層を除去する工程を示す。アン
モニア系のエッチング液でRIEにさらされたAlGa
As層101表面及びAlGaAs層103の全厚さを
エッチングし、エッチングダメージ層を除去する。
【0017】図9(F)は、アルミニウム(Al)を蒸
着する工程を示す。Al層106は、図9(E)までの
工程で選択的に露出されたAlGaAs層101、Ga
As層102の上、及びレジスト膜105の上に蒸着さ
れる。
着する工程を示す。Al層106は、図9(E)までの
工程で選択的に露出されたAlGaAs層101、Ga
As層102の上、及びレジスト膜105の上に蒸着さ
れる。
【0018】図9(G)は、レジスト膜105b及びそ
の上のAl層106を除去する工程を示す。リムーバに
よりレジスト膜105bを除去すると、レジスト膜上に
蒸着されたAl層106も同時に除去(リフトオフ)さ
れる。
の上のAl層106を除去する工程を示す。リムーバに
よりレジスト膜105bを除去すると、レジスト膜上に
蒸着されたAl層106も同時に除去(リフトオフ)さ
れる。
【0019】このようにして、図9(G)の左側にEモ
ード素子、右側にDモード素子を同時に作製することが
できる。以上説明した工程は、、GaAs基板上にEモ
ードとDモードのHEMTを同時に作製する場合の標準
工程である。
ード素子、右側にDモード素子を同時に作製することが
できる。以上説明した工程は、、GaAs基板上にEモ
ードとDモードのHEMTを同時に作製する場合の標準
工程である。
【0020】シリコン基板上にGaAs層、AlGaA
s層をCVD法等によって成長させた基板を使用してH
EMTを作製する場合も、図9に示した方法と全く同様
の方法を用いている。
s層をCVD法等によって成長させた基板を使用してH
EMTを作製する場合も、図9に示した方法と全く同様
の方法を用いている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】GaAs基板を使用し
た場合には、以上の方法により製造されたHEMTは良
好な特性を有する。
た場合には、以上の方法により製造されたHEMTは良
好な特性を有する。
【0022】しかし、シリコン基板上に成長させたGa
As層、AlGaAs層を使用した場合には、Dモード
素子の特性は比較的良好であるが、Eモード素子の特性
にはバラツキがあり、良好な特性のEモード素子を得る
ことができない。
As層、AlGaAs層を使用した場合には、Dモード
素子の特性は比較的良好であるが、Eモード素子の特性
にはバラツキがあり、良好な特性のEモード素子を得る
ことができない。
【0023】図10は、シリコン基板上に成長させたG
aAs層、AlGaAs層に、図9に示す方法を用いて
作製したEモード素子の相互コンダクタンスのヒストグ
ラムを示す。横軸は、相互コンダクタンス、縦軸は、サ
ンプル数を表す。
aAs層、AlGaAs層に、図9に示す方法を用いて
作製したEモード素子の相互コンダクタンスのヒストグ
ラムを示す。横軸は、相互コンダクタンス、縦軸は、サ
ンプル数を表す。
【0024】図に示すように、相互コンダクタンスが1
80mS/mmのものから、270mS/mmのものま
で、広い範囲に分布している。その標準偏差は、約18
mS/mmである。
80mS/mmのものから、270mS/mmのものま
で、広い範囲に分布している。その標準偏差は、約18
mS/mmである。
【0025】本発明の目的は、シリコン基板上に成長さ
せた化合物半導体層に、特性のバラツキの少ない集積回
路を作製する技術を提供することである。
せた化合物半導体層に、特性のバラツキの少ない集積回
路を作製する技術を提供することである。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明のシリコン基板上
の化合物半導体装置は、シリコン基板と、シリコン基板
上にエピタキシャル成長された化合物半導体積層であっ
て、キャリアが輸送される動作層の上に所定の選択ドラ
イエッチングに対してエッチストップ層として機能で
き、かつ所定の選択ウェットエッチングによってエッチ
ングできる第1の化合物半導体の層と前記所定の選択ド
ライエッチングでエッチングでき、前記所定の選択ウェ
ットエッチングに対してエッチストップ層として機能で
きる第2の化合物半導体の層の積層を少なくとも3対含
む化合物半導体積層と、前記積層中における異なる第2
の化合物半導体の層を露出し、その上に形成された少な
くとも1対のゲート電極と、前記1対のゲート電極を挟
んで配置され、前記化合物半導体積層の上に形成された
2対の電流電極とを含み、閾値の異なる少なくとも2つ
のトランジスタを構成する。
の化合物半導体装置は、シリコン基板と、シリコン基板
上にエピタキシャル成長された化合物半導体積層であっ
て、キャリアが輸送される動作層の上に所定の選択ドラ
イエッチングに対してエッチストップ層として機能で
き、かつ所定の選択ウェットエッチングによってエッチ
ングできる第1の化合物半導体の層と前記所定の選択ド
ライエッチングでエッチングでき、前記所定の選択ウェ
ットエッチングに対してエッチストップ層として機能で
きる第2の化合物半導体の層の積層を少なくとも3対含
む化合物半導体積層と、前記積層中における異なる第2
の化合物半導体の層を露出し、その上に形成された少な
くとも1対のゲート電極と、前記1対のゲート電極を挟
んで配置され、前記化合物半導体積層の上に形成された
2対の電流電極とを含み、閾値の異なる少なくとも2つ
のトランジスタを構成する。
【0027】
【作用】複数種類のトランジスタを形成する場合も、ゲ
ート電極下の化合物半導体層を同一種類とすることによ
り、特性を均一にすることが可能となる。例えば、ゲー
ト電極直下のピットを消滅させることができる。このた
め、作製された半導体装置の特性の製造偏差を減少させ
ることが可能となる。
ート電極下の化合物半導体層を同一種類とすることによ
り、特性を均一にすることが可能となる。例えば、ゲー
ト電極直下のピットを消滅させることができる。このた
め、作製された半導体装置の特性の製造偏差を減少させ
ることが可能となる。
【0028】
【実施例】GaAsオンSi技術を利用したHEMT
は、GaAs基板上に作製したものに比べて、重量、熱
伝導率、価格、機械的強度等の点で優れている。しか
し、GaAsとSiでは、格子定数、熱膨張率等が異な
るため、結晶内に転位等の多くの欠陥を生じる。
は、GaAs基板上に作製したものに比べて、重量、熱
伝導率、価格、機械的強度等の点で優れている。しか
し、GaAsとSiでは、格子定数、熱膨張率等が異な
るため、結晶内に転位等の多くの欠陥を生じる。
【0029】これらの欠陥は、エピタキシャル層を積層
しても容易には消滅せず、上部の層にまで及ぶ。これら
の欠陥が、素子特性に悪影響を与えているものと考えら
れる。
しても容易には消滅せず、上部の層にまで及ぶ。これら
の欠陥が、素子特性に悪影響を与えているものと考えら
れる。
【0030】ただし、本発明者らの分析によれば、これ
らの欠陥のうち全てが素子特性に影響を与えているので
はなく、ある限られた種類の欠陥が特性に影響を与えて
いると考えられる。
らの欠陥のうち全てが素子特性に影響を与えているので
はなく、ある限られた種類の欠陥が特性に影響を与えて
いると考えられる。
【0031】まず、Dモード素子とEモード素子とで
は、欠陥による影響が異なっている。すなわち、シリコ
ン基板上のGaAs/AlGaAs積層にHEMTを作
製した場合、Dモード素子の特性はほぼ満足できるもの
であるが、Eモード素子の特性にバラツキが多く実用上
の大きな障害となる。従って、結晶欠陥がEモード素子
の特性にどのような悪影響を与えるのかがまず問題とな
る。
は、欠陥による影響が異なっている。すなわち、シリコ
ン基板上のGaAs/AlGaAs積層にHEMTを作
製した場合、Dモード素子の特性はほぼ満足できるもの
であるが、Eモード素子の特性にバラツキが多く実用上
の大きな障害となる。従って、結晶欠陥がEモード素子
の特性にどのような悪影響を与えるのかがまず問題とな
る。
【0032】図1は、Eモード素子のゲート電極を除去
した部分を電子顕微鏡で観察したスケッチである。図に
示すように、円で囲まれた核からなる1μm程度の大き
さのピットが観察された。このピットが素子特性に何ら
かの影響を与えていると考えられる。なお、このような
ピットは結晶成長直後には観察されない。従って、製造
プロセス中にこのようなピットが形成されていることに
なる。
した部分を電子顕微鏡で観察したスケッチである。図に
示すように、円で囲まれた核からなる1μm程度の大き
さのピットが観察された。このピットが素子特性に何ら
かの影響を与えていると考えられる。なお、このような
ピットは結晶成長直後には観察されない。従って、製造
プロセス中にこのようなピットが形成されていることに
なる。
【0033】図2は、ピット数と相互コンダクタンスの
関係を示すグラフである。ピットが観察されなかった素
子の相互コンダクタンスは約9mSである。ピット数が
増加するに従って素子の相互コンダクタンスは減少し、
ピット数が8の素子の相互コンダクタンスは、約7.2
mSである。このように、ピット数が多い素子ほど特性
は劣化する。
関係を示すグラフである。ピットが観察されなかった素
子の相互コンダクタンスは約9mSである。ピット数が
増加するに従って素子の相互コンダクタンスは減少し、
ピット数が8の素子の相互コンダクタンスは、約7.2
mSである。このように、ピット数が多い素子ほど特性
は劣化する。
【0034】サンプルのゲート幅は約50μmであり、
ピットの径が約1〜2μmであることを考えると、ほぼ
ピットがある部分では電流が流れないと考えると、この
実験結果を説明できることになる。シリコン基板上のG
aAs/AlGaAs積層に作製した素子の特性の偏差
がGaAs基板上のそれよりも大きいのは、このピット
の存在によるものであると考えられる。
ピットの径が約1〜2μmであることを考えると、ほぼ
ピットがある部分では電流が流れないと考えると、この
実験結果を説明できることになる。シリコン基板上のG
aAs/AlGaAs積層に作製した素子の特性の偏差
がGaAs基板上のそれよりも大きいのは、このピット
の存在によるものであると考えられる。
【0035】このピットが発生する原因は未だ不明であ
る。GaAs層、AlGaAs層のサーマルサイクルの
有無、成長温度等の成長条件を変えても、ピット数を大
幅に減少させることはできない。
る。GaAs層、AlGaAs層のサーマルサイクルの
有無、成長温度等の成長条件を変えても、ピット数を大
幅に減少させることはできない。
【0036】GaAs基板を使用した場合には、素子特
性の劣化が生じないため、このピットはシリコン基板上
に成長させた化合物半導体結晶に特有の何らかの欠陥に
よって発生するものと考えられる。すなわちSi−Ga
As界面に起因する欠陥がエピタキシャル層を貫通して
上方に伸びているものと考えられる。
性の劣化が生じないため、このピットはシリコン基板上
に成長させた化合物半導体結晶に特有の何らかの欠陥に
よって発生するものと考えられる。すなわちSi−Ga
As界面に起因する欠陥がエピタキシャル層を貫通して
上方に伸びているものと考えられる。
【0037】このピットが発生する原因は、例えば以下
のように推量される。図3(A)〜(C)にSi基板上
のGaAs/AlGaAs積層にHEMTを形成する工
程の要部を示す。
のように推量される。図3(A)〜(C)にSi基板上
のGaAs/AlGaAs積層にHEMTを形成する工
程の要部を示す。
【0038】図3(A)は、Eモード素子のゲート電極
が形成される部分のみ、オーミックコンタクトを形成す
るためのGaAsキャップ層をRIEで選択的にエッチ
ングする工程を示す。
が形成される部分のみ、オーミックコンタクトを形成す
るためのGaAsキャップ層をRIEで選択的にエッチ
ングする工程を示す。
【0039】シリコン基板1上にCVD法等により、G
aAs層2、AlGaAs層3、GaAs層4、AlG
aAs層5及びGaAs層(キャップ層)6がこの順序
で形成されている。GaAs層2とシリコン基板1との
格子定数の相違等によって生じた何らかの欠陥が原因と
なり、各成長層を貫通して、欠陥8が発生している。
aAs層2、AlGaAs層3、GaAs層4、AlG
aAs層5及びGaAs層(キャップ層)6がこの順序
で形成されている。GaAs層2とシリコン基板1との
格子定数の相違等によって生じた何らかの欠陥が原因と
なり、各成長層を貫通して、欠陥8が発生している。
【0040】このように準備した基板にレジスト膜7a
を塗布して、フォトリソグラフィによってパタ−ニング
してマスクを形成する。このレジストマスクをエッチン
グマスクとし、GaAs層6をRIEによって選択的に
エッチングする。
を塗布して、フォトリソグラフィによってパタ−ニング
してマスクを形成する。このレジストマスクをエッチン
グマスクとし、GaAs層6をRIEによって選択的に
エッチングする。
【0041】エッチングレートの差により、RIEをA
lGaAs層5の表面で停止させる。AlGaAs層は
RIEによってダメージを受けやすく、欠陥8はさらに
RIEによって影響を受けるものとする。すると、エッ
チングによって露出したAlGaAs層5の表面には、
欠陥8に対応する部分に表面欠陥9が発生する。ただ
し、この時点では、、まだピットは発生していない。
lGaAs層5の表面で停止させる。AlGaAs層は
RIEによってダメージを受けやすく、欠陥8はさらに
RIEによって影響を受けるものとする。すると、エッ
チングによって露出したAlGaAs層5の表面には、
欠陥8に対応する部分に表面欠陥9が発生する。ただ
し、この時点では、、まだピットは発生していない。
【0042】図3(B)は,アンモニア系のエッチング
液でAlGaAs層5を選択エッチングする工程を示
す。図3(B)は、図3(A)の工程で選択的にエッチ
ングされた部分を拡大したものである。エッチングする
際に、表面欠陥9の部分はエッチングレートが高くなっ
ており、表面欠陥9を核としてピット10aが発生す
る。
液でAlGaAs層5を選択エッチングする工程を示
す。図3(B)は、図3(A)の工程で選択的にエッチ
ングされた部分を拡大したものである。エッチングする
際に、表面欠陥9の部分はエッチングレートが高くなっ
ており、表面欠陥9を核としてピット10aが発生す
る。
【0043】図3(C)は、AlGaAs層5を全て選
択エッチングしたときの、エッチング部分を拡大した断
面図である。AlGaAs層5の選択エッチング過程に
おいては、GaAsはエッチングされない。
択エッチングしたときの、エッチング部分を拡大した断
面図である。AlGaAs層5の選択エッチング過程に
おいては、GaAsはエッチングされない。
【0044】従って、一旦ピット10aが発生するが、
AlGaAs層5は最終的に全て除去してしまうので、
ピット10aは、一旦発生した後、最終的にはなくな
る。このピットはGaAs層4の表面には生じない。
AlGaAs層5は最終的に全て除去してしまうので、
ピット10aは、一旦発生した後、最終的にはなくな
る。このピットはGaAs層4の表面には生じない。
【0045】図4(A)は、Eモード素子、Dモード素
子のゲート電極が形成される部分を、再びRIEで選択
エッチングし、さらに、アンモニア系エッチング液でA
lGaAs層のエッチングダメージ層を除去する工程を
示す。
子のゲート電極が形成される部分を、再びRIEで選択
エッチングし、さらに、アンモニア系エッチング液でA
lGaAs層のエッチングダメージ層を除去する工程を
示す。
【0046】図3(C)に示すように、Eモード素子の
ゲート電極が形成される部分のAlGaAs層6を全て
選択エッチングした後、レジスト膜7aを取り除き、E
モード素子、Dモード素子の両ゲート電極が形成される
部分にレジスト膜を塗布、パターニングして、新たなレ
ジストマスク7bを形成する。
ゲート電極が形成される部分のAlGaAs層6を全て
選択エッチングした後、レジスト膜7aを取り除き、E
モード素子、Dモード素子の両ゲート電極が形成される
部分にレジスト膜を塗布、パターニングして、新たなレ
ジストマスク7bを形成する。
【0047】このレジストマスクをエッチングマスクと
してGaAs層4及び6をRIEで選択エッチングす
る。このとき、AlGaAs層3の表面には、図3
(A)で説明したのと同様のメカニズムにより、表面欠
陥が発生する。
してGaAs層4及び6をRIEで選択エッチングす
る。このとき、AlGaAs層3の表面には、図3
(A)で説明したのと同様のメカニズムにより、表面欠
陥が発生する。
【0048】GaAs層4及び6が全て選択エッチング
された後、アンモニア系のエッチング液でDモード素子
のゲート電極が形成される部分のAlGaAs層5を選
択エッチングすると同時に、Eモード素子のゲート電極
が形成される部分のAlGaAs層3の露出した表面の
エッチングダメージ層を除去する。このとき、図3
(B)を参照して説明した場合と同様、AlGaAs層
3の表面に発生した表面欠陥を核としてピット10bが
発生する。
された後、アンモニア系のエッチング液でDモード素子
のゲート電極が形成される部分のAlGaAs層5を選
択エッチングすると同時に、Eモード素子のゲート電極
が形成される部分のAlGaAs層3の露出した表面の
エッチングダメージ層を除去する。このとき、図3
(B)を参照して説明した場合と同様、AlGaAs層
3の表面に発生した表面欠陥を核としてピット10bが
発生する。
【0049】図4(B)は、AlGaAs層3のエッチ
ングダメージ層を除去した部分の拡大図を示す。図に示
すように、AlGaAs層3の表面には、欠陥8の部分
に対応してピット10bが発生している。
ングダメージ層を除去した部分の拡大図を示す。図に示
すように、AlGaAs層3の表面には、欠陥8の部分
に対応してピット10bが発生している。
【0050】一方、Dモード素子のゲート電極部分は、
AlGaAs層5を選択エッチングする過程で一旦ピッ
トが発生する場合がある。しかし、AlGaAs層5を
全て選択エッチングした後は、GaAs層4が表面に現
れるため、最終的にピットは消滅する。
AlGaAs層5を選択エッチングする過程で一旦ピッ
トが発生する場合がある。しかし、AlGaAs層5を
全て選択エッチングした後は、GaAs層4が表面に現
れるため、最終的にピットは消滅する。
【0051】以上説明したように、Eモード素子のゲー
ト電極部分にはエッチピットが発生するが、Dモード素
子のゲート電極部分にはエッチピットが発生しない。こ
れは、Eモード素子の特性の偏差は大きいが、Dモード
素子のそれは小さいという実験結果に一致する。
ト電極部分にはエッチピットが発生するが、Dモード素
子のゲート電極部分にはエッチピットが発生しない。こ
れは、Eモード素子の特性の偏差は大きいが、Dモード
素子のそれは小さいという実験結果に一致する。
【0052】以上の推量によれば、最終的にゲート電極
直下の層をAlGaAs層ではなくGaAs層にすれば
ピットの発生はなくなることになる。なお、欠陥8に起
因して表面欠陥9が発生すると考えたが、表面欠陥9を
生じなくても欠陥8の存在のみでも同様の現象は生じ得
るであろう。
直下の層をAlGaAs層ではなくGaAs層にすれば
ピットの発生はなくなることになる。なお、欠陥8に起
因して表面欠陥9が発生すると考えたが、表面欠陥9を
生じなくても欠陥8の存在のみでも同様の現象は生じ得
るであろう。
【0053】なお、Eモード素子の特性のみが劣化する
ことから、ピットの形成は特性を劣化させるが、欠陥8
のみの存在は特性をほとんど劣化させないものと考えら
れる。
ことから、ピットの形成は特性を劣化させるが、欠陥8
のみの存在は特性をほとんど劣化させないものと考えら
れる。
【0054】図5、図6は、Eモード素子のゲート電極
直下の層をGaAs層とした場合の構成例を示す。すな
わち、アンモニア系エッチング液に対するエッチングス
トッパ層を2層にし、Eモード素子のゲート電極下の層
をGaAs層としてDモード素子と類似した構造で作製
できるようにする。
直下の層をGaAs層とした場合の構成例を示す。すな
わち、アンモニア系エッチング液に対するエッチングス
トッパ層を2層にし、Eモード素子のゲート電極下の層
をGaAs層としてDモード素子と類似した構造で作製
できるようにする。
【0055】図5(A)は、Eモード素子のゲート電極
直下の層をGaAs層とする場合の基板の層構造を示
す。シリコン基板1上に、CVD法等によりGaAs層
2、AlGaAs層3、ピットストップGaAs層1
1、第2ドライエッチングストップAlGaAs層1
2、GaAs層(ピットストップ層)4、第1ドライエ
ッチングストップAlGaAs層5及びGaAs層(キ
ャップ層)6がこの順序で形成されている。ピットスト
ップGaAs層11がアンモニア系ウェットエッチング
に対するエッチングストッパ層として働く。
直下の層をGaAs層とする場合の基板の層構造を示
す。シリコン基板1上に、CVD法等によりGaAs層
2、AlGaAs層3、ピットストップGaAs層1
1、第2ドライエッチングストップAlGaAs層1
2、GaAs層(ピットストップ層)4、第1ドライエ
ッチングストップAlGaAs層5及びGaAs層(キ
ャップ層)6がこの順序で形成されている。ピットスト
ップGaAs層11がアンモニア系ウェットエッチング
に対するエッチングストッパ層として働く。
【0056】図5(B)は、図3、図4と同様の工程
で、Eモード素子とDモード素子のゲート電極部分を選
択エッチングした後の断面図である。Dモード素子のゲ
ート電極部分は、図4(A)に示す構造と同一である。
Eモード素子のゲート電極部分には、エッチングストッ
パ層として働くGaAs層11が現れている。
で、Eモード素子とDモード素子のゲート電極部分を選
択エッチングした後の断面図である。Dモード素子のゲ
ート電極部分は、図4(A)に示す構造と同一である。
Eモード素子のゲート電極部分には、エッチングストッ
パ層として働くGaAs層11が現れている。
【0057】このような構造にすることにより、Eモー
ド素子のゲート電極部分のピットの発生をなくすことが
できる。第1ドライエッチングストップAlGaAs層
5の下のGaAs層4は、もともとEモード素子とDモ
ード素子との閾値電圧の差をつけるためのものである
が、第2ドライエッチングストップAlGaAs層12
の下のGaAs層11は、ピット形成防止層として作用
する。
ド素子のゲート電極部分のピットの発生をなくすことが
できる。第1ドライエッチングストップAlGaAs層
5の下のGaAs層4は、もともとEモード素子とDモ
ード素子との閾値電圧の差をつけるためのものである
が、第2ドライエッチングストップAlGaAs層12
の下のGaAs層11は、ピット形成防止層として作用
する。
【0058】ピットストップ用GaAs層11はウェッ
トエッチングに対して十分なエッチングストッパとして
機能し、かつHEMTの動作自体に悪影響を与えないよ
う2〜10μmの厚さとすることが好ましい。
トエッチングに対して十分なエッチングストッパとして
機能し、かつHEMTの動作自体に悪影響を与えないよ
う2〜10μmの厚さとすることが好ましい。
【0059】このような構造で素子を作製する場合に留
意すべき点について、図6を参照して以下に説明する。
図6の左側には、Dモード素子の断面図、右側にはEモ
ード素子の断面図を示す。Eモード素子の場合には、2
次元電子ガスが形成されるGaAs層2表面とゲート電
極13aとの間には、AlGaAs層3とピットストッ
プGaAs層11が挟まれている。
意すべき点について、図6を参照して以下に説明する。
図6の左側には、Dモード素子の断面図、右側にはEモ
ード素子の断面図を示す。Eモード素子の場合には、2
次元電子ガスが形成されるGaAs層2表面とゲート電
極13aとの間には、AlGaAs層3とピットストッ
プGaAs層11が挟まれている。
【0060】Dモード素子の場合には、2次元電子ガス
が形成されるGaAs層2表面とゲート電極13bとの
間には、AlGaAs層3とピットストップGaAs層
11の他に第2ドライエッチングストップAlGaAs
層12とGaAs層4が挟まれている。
が形成されるGaAs層2表面とゲート電極13bとの
間には、AlGaAs層3とピットストップGaAs層
11の他に第2ドライエッチングストップAlGaAs
層12とGaAs層4が挟まれている。
【0061】図4(A)に示す従来例の場合には、Eモ
ード素子とDモード素子との閾値電圧の差は、ほとんど
GaAs層4のみによって発生していた。しかし、本提
案の場合には、閾値電圧の差は、GaAs層4とAlG
aAs層12の2層によって発生する。そのため、これ
ら層構造を適当に調整する必要がある。
ード素子とDモード素子との閾値電圧の差は、ほとんど
GaAs層4のみによって発生していた。しかし、本提
案の場合には、閾値電圧の差は、GaAs層4とAlG
aAs層12の2層によって発生する。そのため、これ
ら層構造を適当に調整する必要がある。
【0062】従来例におけるGaAs層4の膜厚は70
〜100Åである。本提案の場合には、2層の膜厚の和
が70〜90Åのときにほぼ同様の閾値を得ることがで
きた。第2ドライエッチングストップAlGaAs層1
2として必要な膜厚は通常30Å程度であるので、Ga
As層4の膜厚は40〜70Å程度に薄くする必要があ
る。
〜100Åである。本提案の場合には、2層の膜厚の和
が70〜90Åのときにほぼ同様の閾値を得ることがで
きた。第2ドライエッチングストップAlGaAs層1
2として必要な膜厚は通常30Å程度であるので、Ga
As層4の膜厚は40〜70Å程度に薄くする必要があ
る。
【0063】また、Eモード素子のゲート電極13aの
直下がバンドギャップの狭いGaAs層11になるた
め、ショットキ障壁が低くなる。このため、Eモード素
子をオンさせるゲート電圧を印加するとゲートリーク電
流が増加しやすい。
直下がバンドギャップの狭いGaAs層11になるた
め、ショットキ障壁が低くなる。このため、Eモード素
子をオンさせるゲート電圧を印加するとゲートリーク電
流が増加しやすい。
【0064】Eモード素子HEMTを使用してDCFL
回路を構成する場合、Eモード素子は信号が入力される
素子となる。従って、ゲートリーク電流の増加は駆動能
力の劣化を招く。ゲートリーク電流の増加を防止するた
めには、ゲート電極直下のGaAs層11には不純物を
ドーピングしないことが好ましい。
回路を構成する場合、Eモード素子は信号が入力される
素子となる。従って、ゲートリーク電流の増加は駆動能
力の劣化を招く。ゲートリーク電流の増加を防止するた
めには、ゲート電極直下のGaAs層11には不純物を
ドーピングしないことが好ましい。
【0065】次に、より具体的な実施例について説明す
る。図7は、本発明の実施例による半導体装置を示す。
図中左側にDモード素子、右側にEモード素子が形成さ
れている。シリコン基板1上にMOCVD法により、G
aAs層2、AlGaAs層3、ピットストップGaA
s層11、第3ドライエッチングストップAlGaAs
層12、GaAs層4、第2ドライエッチングストップ
AlGaAs層5、第2GaAsキャップ層6、第1ド
ライエッチングストップAlGaAs層14、及び第1
GaAsキャップ層15をこの順番で成長させる。
る。図7は、本発明の実施例による半導体装置を示す。
図中左側にDモード素子、右側にEモード素子が形成さ
れている。シリコン基板1上にMOCVD法により、G
aAs層2、AlGaAs層3、ピットストップGaA
s層11、第3ドライエッチングストップAlGaAs
層12、GaAs層4、第2ドライエッチングストップ
AlGaAs層5、第2GaAsキャップ層6、第1ド
ライエッチングストップAlGaAs層14、及び第1
GaAsキャップ層15をこの順番で成長させる。
【0066】ゲート電極下の構造は、図6に示すものと
同様であり、Eモード素子のゲート電極13aの直下に
はピットストップGaAs層11が配置されている。す
なわち、2次元電子ガスが形成されるGaAs層2表面
とゲート電極13a間は、AlGaAs層3とGaAs
層11の2層構造になっている。
同様であり、Eモード素子のゲート電極13aの直下に
はピットストップGaAs層11が配置されている。す
なわち、2次元電子ガスが形成されるGaAs層2表面
とゲート電極13a間は、AlGaAs層3とGaAs
層11の2層構造になっている。
【0067】また、Dモード素子においては、2次元電
子ガスが蓄積されるGaAs層2表面とゲート電極13
b間は、AlGaAs層3、GaAs層11、AlGa
As層12、GaAs層4の4層構造になっている。
子ガスが蓄積されるGaAs層2表面とゲート電極13
b間は、AlGaAs層3、GaAs層11、AlGa
As層12、GaAs層4の4層構造になっている。
【0068】第1GaAsキャップ層15上には、Dモ
ード素子のゲート電極13bの両側にソース電極16と
ドレイン電極17が設けられている。また、Eモード素
子のゲート電極13aの両側にはソース電極18とドレ
イン電極19が設けられている。
ード素子のゲート電極13bの両側にソース電極16と
ドレイン電極17が設けられている。また、Eモード素
子のゲート電極13aの両側にはソース電極18とドレ
イン電極19が設けられている。
【0069】図6に示した構造と異なる点は、AlGa
As層14上のキャップ層中にエッチングストップAl
GaAs層14が形成されている点である。これは、オ
ーミック電極16、17、18及び19を形成する時
と、ゲート電極13a、13bを形成する時にマスクパ
ターンの合わせ余裕をとるために導入されるものであ
る。
As層14上のキャップ層中にエッチングストップAl
GaAs層14が形成されている点である。これは、オ
ーミック電極16、17、18及び19を形成する時
と、ゲート電極13a、13bを形成する時にマスクパ
ターンの合わせ余裕をとるために導入されるものであ
る。
【0070】すなわち、第1ドライエッチングストップ
AlGaAs層14によって、キャップ層6とキャップ
層15の間に段差20が設けられている。この段差20
により、ゲート電極13a、13b及びオーミック電極
16、17、18、19とを余裕をもって位置合わせし
て形成することが可能になる。
AlGaAs層14によって、キャップ層6とキャップ
層15の間に段差20が設けられている。この段差20
により、ゲート電極13a、13b及びオーミック電極
16、17、18、19とを余裕をもって位置合わせし
て形成することが可能になる。
【0071】次に各層の膜厚と不純物濃度の例について
説明する。シリコン基板1上のGaAs層2の膜厚は、
約2μm、ピットストップGaAs層11の膜厚は、約
3nmである。
説明する。シリコン基板1上のGaAs層2の膜厚は、
約2μm、ピットストップGaAs層11の膜厚は、約
3nmである。
【0072】AlGaAs層3の膜厚は、約26nmで
ある。第3ドライエッチングストップAlGaAs層1
2、第2ドライエッチングストップAlGaAs層5、
第1ドライエッチングストップAlGaAs層14の膜
厚は、全て約3nmである。
ある。第3ドライエッチングストップAlGaAs層1
2、第2ドライエッチングストップAlGaAs層5、
第1ドライエッチングストップAlGaAs層14の膜
厚は、全て約3nmである。
【0073】また、これらAlGaAs層のAlAsの
モル比は0.25である。また、これらは全てシリコン
ドープAlGaAs層であり、その濃度は、1.4×1
018cm-3である。
モル比は0.25である。また、これらは全てシリコン
ドープAlGaAs層であり、その濃度は、1.4×1
018cm-3である。
【0074】GaAs層4、第2GaAsキャップ層
6、及び第1GaAsキャップ層15の膜厚は、それぞ
れ約6nm、約30nm、及び約30nmである。ま
た、これらは、シリコンドープGaAs層であり、シリ
コン濃度は1.9×1018cm-3である。
6、及び第1GaAsキャップ層15の膜厚は、それぞ
れ約6nm、約30nm、及び約30nmである。ま
た、これらは、シリコンドープGaAs層であり、シリ
コン濃度は1.9×1018cm-3である。
【0075】すなわち、2次元電子ガスを形成する動作
層2より上の層は全てSiによってn型にドープされて
おり、特にGaAs層はドーピング濃度が高い。但し、
前述のようにEモード素子のゲート電極と接する部分の
GaAs層11にはドーピングを行わないことが好まし
い。
層2より上の層は全てSiによってn型にドープされて
おり、特にGaAs層はドーピング濃度が高い。但し、
前述のようにEモード素子のゲート電極と接する部分の
GaAs層11にはドーピングを行わないことが好まし
い。
【0076】図8は、図7に示す構造のEモード素子の
相互コンダクタンスのバラツキを示すヒストグラムであ
る。横軸は相互コンダクタンス、縦軸は該当の範囲の相
互コンダクタンスを有するサンプル数を表す。各サンプ
ルの相互コンダクタンスは、210mS/mm〜240
mS/mmの範囲に納まっており、その標準偏差は、
5.3mS/mmである。
相互コンダクタンスのバラツキを示すヒストグラムであ
る。横軸は相互コンダクタンス、縦軸は該当の範囲の相
互コンダクタンスを有するサンプル数を表す。各サンプ
ルの相互コンダクタンスは、210mS/mm〜240
mS/mmの範囲に納まっており、その標準偏差は、
5.3mS/mmである。
【0077】図8と図10を比較すれば明らかなよう
に、本実施例によるEモード素子の相互コンダクタンス
の分布の標準偏差は、従来例によるものよりも大幅に減
少している。すなわち、本実施例によれば、特性のバラ
ツキの少ないEモード素子を作製することが可能にな
る。
に、本実施例によるEモード素子の相互コンダクタンス
の分布の標準偏差は、従来例によるものよりも大幅に減
少している。すなわち、本実施例によれば、特性のバラ
ツキの少ないEモード素子を作製することが可能にな
る。
【0078】以上、AlGaAs/GaAs構造のHE
MTの例について説明したが、その他の材料を使用した
場合でも同様の効果を得ることができる。例えば、In
GaP/GaAs構造についても同様である。また、A
lGaAs/GaAs構造にInを入れたInAlGa
As/InGaAsからなるヘテロ材料についても同様
である。
MTの例について説明したが、その他の材料を使用した
場合でも同様の効果を得ることができる。例えば、In
GaP/GaAs構造についても同様である。また、A
lGaAs/GaAs構造にInを入れたInAlGa
As/InGaAsからなるヘテロ材料についても同様
である。
【0079】ドライエッチングとウェットエッチングと
して、CCl2 F2 を用いたRIE、アンモニア水溶液
を用いたウェットエッチングを説明したが、他のエッチ
ングを用いてもよい。ドライエッチングがダメージ層を
生じ、ウェットエッチングが結晶性によってエッチング
レートを変化させるものであればよい。
して、CCl2 F2 を用いたRIE、アンモニア水溶液
を用いたウェットエッチングを説明したが、他のエッチ
ングを用いてもよい。ドライエッチングがダメージ層を
生じ、ウェットエッチングが結晶性によってエッチング
レートを変化させるものであればよい。
【0080】また、以上の実施例では、HEMTについ
て説明したが、本発明はHEMTに限るものではない。
例えば、MESFETなどのその他の電界効果型トラン
ジスタへの応用が可能であることは当業者に自明であろ
う。
て説明したが、本発明はHEMTに限るものではない。
例えば、MESFETなどのその他の電界効果型トラン
ジスタへの応用が可能であることは当業者に自明であろ
う。
【0081】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0082】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン基板上に成長
させた化合物半導体上にゲート電極構造を有する電界効
果型トランジスタを作製する場合に、各トランジスタの
特性の製造偏差を減少させることができる。これによ
り、LSIの歩留りを向上させることが可能になる。
させた化合物半導体上にゲート電極構造を有する電界効
果型トランジスタを作製する場合に、各トランジスタの
特性の製造偏差を減少させることができる。これによ
り、LSIの歩留りを向上させることが可能になる。
【図1】半導体装置のゲート電極直下に発生したピット
を示す電子顕微鏡写真のスケッチである。
を示す電子顕微鏡写真のスケッチである。
【図2】半導体装置のゲート電極直下に発生したピット
数と相互コンダクタンスの相関関係を示すグラフであ
る。
数と相互コンダクタンスの相関関係を示すグラフであ
る。
【図3】従来の方法で作製した場合に、半導体装置のゲ
ート電極直下にピットが発生するメカニズムを説明する
ための半導体装置の断面図及びピット発生部分の拡大図
である。
ート電極直下にピットが発生するメカニズムを説明する
ための半導体装置の断面図及びピット発生部分の拡大図
である。
【図4】従来の方法で作製した場合に、半導体装置のゲ
ート電極直下にピットが発生するメカニズムを説明する
ための半導体装置の断面図及びピット発生部分の拡大図
である。
ート電極直下にピットが発生するメカニズムを説明する
ための半導体装置の断面図及びピット発生部分の拡大図
である。
【図5】ゲート電極直下のピット発生を防止するための
構造を有する本発明の実施例による半導体装置を作製す
る工程を説明するための半導体基板の断面図である。
構造を有する本発明の実施例による半導体装置を作製す
る工程を説明するための半導体基板の断面図である。
【図6】ゲート電極直下のピット発生を防止するための
構造を有する本発明の実施例による半導体装置の断面図
である。
構造を有する本発明の実施例による半導体装置の断面図
である。
【図7】本発明の実施例による半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図8】本発明の実施例による半導体装置の相互コンダ
クタンスの分布を示すグラフである。
クタンスの分布を示すグラフである。
【図9】従来の半導体製造方法を説明するための半導体
基板及び半導体装置の断面図である。
基板及び半導体装置の断面図である。
【図10】従来例による半導体装置の相互コンダクタン
スの分布を示すグラフである。
スの分布を示すグラフである。
1 シリコン基板 2、4、6、11、15、102、104 GaAs層 3、5、12、14、101、103 AlGaAs層 7a、7b、7c、105a、105b レジスト膜 8 欠陥 9 表面欠陥 10、10b ピット 13a、13b、106 ゲート電極 16、18 ソース電極 17、19 ドレイン電極 20 段差 100 GaAs基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812
Claims (10)
- 【請求項1】 シリコン基板と、 シリコン基板上にエピタキシャル成長された化合物半導
体積層であって、キャリアが輸送される動作層の上に所
定の選択ドライエッチングに対してエッチストップ層と
して機能でき、かつ所定の選択ウェットエッチングによ
ってエッチングできる第1の化合物半導体の層と前記所
定の選択ドライエッチングでエッチングでき、前記所定
の選択ウェットエッチングに対してエッチストップ層と
して機能できる第2の化合物半導体の層の積層を少なく
とも3対含む化合物半導体積層と、 前記積層中における異なる第2の化合物半導体の層を露
出し、その上に形成された少なくとも1対のゲート電極
と、 前記1対のゲート電極を挟んで配置され、前記化合物半
導体積層の上に形成された2対の電流電極とを含み、閾
値の異なる少なくとも2つのトランジスタを構成するシ
リコン基板上の化合物半導体装置。 - 【請求項2】 前記第1の化合物半導体がAlGaAs
であり、前記第2の化合物半導体がGaAsである請求
項1記載のシリコン基板上の化合物半導体装置。 - 【請求項3】 前記動作層が主としてGaAsによって
形成されている請求項2記載のシリコン基板上の化合物
半導体装置。 - 【請求項4】 前記第1の化合物半導体がInGaPで
あり、前記第2の化合物半導体がGaAsである請求項
1記載のシリコン基板上の化合物半導体装置。 - 【請求項5】 前記第1の化合物半導体がInAlGa
Asであり、前記第2の化合物半導体がInGaAsで
ある請求項1記載のシリコン基板上の化合物半導体装
置。 - 【請求項6】 前記ゲート電極のうち、最も動作層に近
いゲート電極の下の第2の化合物半導体の層が2〜10
nmの範囲の厚さを有する請求項1〜5のいずれかに記
載のシリコン基板上の化合物半導体装置。 - 【請求項7】 前記ゲート電極のうち、最も動作層に近
いゲート電極の下の第2の化合物半導体の層が実質的に
不純物をドープされていない請求項1〜6のいずれかに
記載のシリコン基板上の化合物半導体装置。 - 【請求項8】 シリコン基板上に、キャリアが輸送され
る化合物半導体の動作層、および所定の選択ドライエッ
チングに対してエッチストップ層として機能でき、かつ
所定の選択ウェットエッチングによってエッチングでき
る第1の化合物半導体の層と前記所定の選択ドライエッ
チングでエッチングでき、前記所定の選択ウェットエッ
チングに対してエッチストップ層として機能できる第2
の化合物半導体の層の積層を少なくとも3対エピタキシ
ャルに成長する工程と、 前記積層のうち最上層の第2の化合物半導体の層の一部
を前記選択ドライエッチングによって除去して第1の開
口を形成する工程と、 前記第1の開口内に露出した第1の化合物半導体の層を
前記選択ウェットエッチングによって除去する工程と、 前記第1の開口と異なる第2の開口位置の最上層の第2
の化合物半導体の層の一部および前記第1の開口内に露
出した2番目の第2の化合物半導体の層を前記選択ドラ
イエッチングによって除去して下の第1の化合物半導体
の層を露出する工程と、 前記第1の開口内および第2の開口内に露出した第1の
化合物半導体の層を前記選択ウェットエッチングによっ
て除去する工程と、 前記第1の開口内および第2の開口内に露出した第2の
化合物半導体の層表面上にゲート電極を形成する工程
と、 前記第1の開口および第2の開口を挟むように前記化合
物半導体積層上に2対の電流電極を形成する工程とを含
むシリコン基板上の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記選択的ドライエッチングがリアクテ
ィブイオンエッチングである請求項8記載のシリコン基
板上の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第1の化合物半導体がAlGaA
sであり、前記第2の化合物半導体がGaAsであり、
前記選択ウェットエッチングがアンモニア水溶液による
エッチングである請求項9記載のシリコン基板上の化合
物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5147473A JPH0714853A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法 |
US08/568,405 US5686741A (en) | 1993-06-18 | 1995-12-06 | Compound semiconductor device on silicon substrate and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5147473A JPH0714853A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0714853A true JPH0714853A (ja) | 1995-01-17 |
Family
ID=15431190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5147473A Withdrawn JPH0714853A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5686741A (ja) |
JP (1) | JPH0714853A (ja) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6300590B1 (en) * | 1998-12-16 | 2001-10-09 | General Scanning, Inc. | Laser processing |
US6693033B2 (en) | 2000-02-10 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Method of removing an amorphous oxide from a monocrystalline surface |
US6638838B1 (en) | 2000-10-02 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Semiconductor structure including a partially annealed layer and method of forming the same |
US6673646B2 (en) | 2001-02-28 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Growth of compound semiconductor structures on patterned oxide films and process for fabricating same |
US6709989B2 (en) | 2001-06-21 | 2004-03-23 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a semiconductor structure including a metal oxide interface with silicon |
US6646293B2 (en) | 2001-07-18 | 2003-11-11 | Motorola, Inc. | Structure for fabricating high electron mobility transistors utilizing the formation of complaint substrates |
US6693298B2 (en) | 2001-07-20 | 2004-02-17 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabricating epitaxial semiconductor on insulator (SOI) structures and devices utilizing the formation of a compliant substrate for materials used to form same |
US6667196B2 (en) | 2001-07-25 | 2003-12-23 | Motorola, Inc. | Method for real-time monitoring and controlling perovskite oxide film growth and semiconductor structure formed using the method |
US6639249B2 (en) | 2001-08-06 | 2003-10-28 | Motorola, Inc. | Structure and method for fabrication for a solid-state lighting device |
US6673667B2 (en) | 2001-08-15 | 2004-01-06 | Motorola, Inc. | Method for manufacturing a substantially integral monolithic apparatus including a plurality of semiconductor materials |
JP2003174039A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-06-20 | Murata Mfg Co Ltd | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
US7183592B2 (en) * | 2004-05-26 | 2007-02-27 | Raytheon Company | Field effect transistor |
JP4284254B2 (ja) * | 2004-09-07 | 2009-06-24 | 富士通株式会社 | 電界効果型半導体装置 |
TW200627627A (en) * | 2004-09-24 | 2006-08-01 | Koninkl Philips Electronics Nv | Enhancement-depletion field effect transistor structure and method of manufacture |
US20060175631A1 (en) * | 2005-02-04 | 2006-08-10 | Raytheon Company | Monolithic integrated circuit having enhanced breakdown voltage |
US7626218B2 (en) * | 2005-02-04 | 2009-12-01 | Raytheon Company | Monolithic integrated circuit having enhancement mode/depletion mode field effect transistors and RF/RF/microwave/milli-meter wave milli-meter wave field effect transistors |
US20060223293A1 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-05 | Raytheon Company | Semiconductor devices having improved field plates |
US9184098B2 (en) * | 2012-09-24 | 2015-11-10 | Analog Devices, Inc. | Bidirectional heterojunction compound semiconductor protection devices and methods of forming the same |
US10158029B2 (en) | 2016-02-23 | 2018-12-18 | Analog Devices, Inc. | Apparatus and methods for robust overstress protection in compound semiconductor circuit applications |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2551427B2 (ja) * | 1987-03-12 | 1996-11-06 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
US4952527A (en) * | 1988-02-19 | 1990-08-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of making buffer layers for III-V devices using solid phase epitaxy |
US5276340A (en) * | 1989-11-21 | 1994-01-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor integrated circuit having a reduced side gate effect |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP5147473A patent/JPH0714853A/ja not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-12-06 US US08/568,405 patent/US5686741A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5686741A (en) | 1997-11-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4961194A (en) | Compound semiconductor device having nonalloyed ohmic contacts | |
JPH0714853A (ja) | シリコン基板上の化合物半導体装置とその製造方法 | |
US6797994B1 (en) | Double recessed transistor | |
US6271547B1 (en) | Double recessed transistor with resistive layer | |
EP0551110B1 (en) | Compound semiconductor devices | |
JPH02148740A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US5610410A (en) | III-V compound semiconductor device with Schottky electrode of increased barrier height | |
JP3377022B2 (ja) | ヘテロ接合型電界効果トランジスタの製造方法 | |
US6800878B2 (en) | Field-effect type compound semiconductor device and method for fabricating the same | |
JPH0750781B2 (ja) | 化合物半導体集積回路装置 | |
JP3326928B2 (ja) | 電界効果トランジスタの製造方法 | |
JP3330731B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JPS59181060A (ja) | 半導体装置 | |
JPH0969611A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2914429B2 (ja) | 半導体集積回路の製造方法 | |
JP2002124520A (ja) | エッチング可能なヘテロ接合界面 | |
JP3256941B2 (ja) | 化合物半導体の表面処理方法 | |
JP3295897B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2668418B2 (ja) | 半導体装置 | |
JPH05129345A (ja) | マイクロ波集積回路の製造方法 | |
JPH05283439A (ja) | 半導体装置 | |
JP3236386B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP3178395B2 (ja) | 半導体装置とその製造方法 | |
JPH10270463A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JPH07263643A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000905 |