JPH10144933A - 縦型半導体素子 - Google Patents

縦型半導体素子

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JPH10144933A
JPH10144933A JP29607396A JP29607396A JPH10144933A JP H10144933 A JPH10144933 A JP H10144933A JP 29607396 A JP29607396 A JP 29607396A JP 29607396 A JP29607396 A JP 29607396A JP H10144933 A JPH10144933 A JP H10144933A
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隆 本多
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Guy Austin D
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のような複雑な工程と特殊な作製技術を必
要とせず、容易に作製でき、しかも単数又は複数のサイ
ドゲートを任意に作製できる縦型半導体素子を提供す
る。 【解決手段】半導体メサ構造上に形成された導電層から
成る単数又は複数のリード線4、5を有し、かつ半導体
メサ構造における導電層の下に位置する部分10、11
の幅Wおよび不純物濃度を、該部分が完全に空乏化され
る範囲の値に形成した構成。リード線の下に位置するメ
サ構造の部分は空乏化されて絶縁状態になるので、リー
ド線を容易に分離した状態で形成できる。そのため従来
のように絶縁樹脂を用いた平坦化工程や平坦化後の樹脂
のエッチングなどの複雑かつ特殊な技術を用いずに、簡
便な作製工程で形成できる。また、絶縁化されたメサ構
造で分離された複数のサイドゲート14、15を容易に
形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、縦型半導体素子に
関し、特に縦型の半導体共鳴トンネルトランジスタや縦
型の単一電子トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の縦型半導体共鳴トンネル
トランジスタおよびその製造工程を示す断面図である。
以下、図5に基づいて説明する。まず(a)に示すよう
に、半導体基板30上に金属の上部電極31をメタルリ
フトオフ法によって形成する。次に、(b)に示すよう
に、上部電極31をマスクにして半導体基板30をドラ
イエッチングし、凸部32を形成する。次に、(c)に
示すように、ウエットエッチングによって凸部32をア
ンダーカットする。次に、(d)に示すように、上部電
極31をマスクにして真上から蒸着を行ないサイドゲー
ト33を形成する。この工程では、一旦、全面にレジス
トを形成し、サイドゲート33に相当する部分に穴開け
を行なった後、蒸着を行なってサイドゲートを形成し、
その後にレジストを除去する。なお、(d)においては
レジストは図示を省略している。また、図ではサイドゲ
ート33が二つに別れて表示されているが、これらは凸
部32の周囲で連続した一つの電極である。
【0003】次に、(e)に示すように、レジスト或い
はポリイミド等の絶縁性樹脂層34を全面に付着させて
上面を平坦化する。次に、(f)に示すように、上部電
極31が露出するまで絶縁性樹脂層34をドライエッチ
ングする。次に、(g)に示すように、上部電極31に
接して平坦な金属パターン35を設ける。次に、(h)
に示すように、金属パターン35をマスクにして絶縁性
樹脂層34をドライエッチングする。次に、(i)に示
すように、表面全体にSiO2或いはSi34からなる
絶縁膜36を設け、全体をカバーする。次に、(j)に
示すように、絶縁膜36のうち、上部電極31に接した
金属パターン35に接続する部分と、サイドゲート33
に接続する部分に穴開けを行ない、穴37、38を設け
る。次に、(k)に示すように、ソース用のリード線と
なる金属層39とゲート用のリード線となる金属層40
を蒸着することにより、サイドゲート33をゲート電極
とし、上部電極31をソース電極とする縦型半導体共鳴
トンネルトランジスタが完成する。なお、41は半導体
基板30の裏面に設けたドレイン電極である。上記のよ
うに、従来の縦型半導体共鳴トンネルトランジスタは、
複雑な工程と特殊な作製技術によって形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
縦型半導体素子は複雑な工程と特殊な作製技術によって
形成する必要があり、また、サイドゲートは一つのみ可
能であった。
【0005】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、従来のような複雑
な工程と特殊な作製技術を必要とせず、容易に作製する
ことが出来、しかも単数或いは複数のサイドゲートを任
意に作製することのできる縦型半導体素子を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項1に記載の発明にお
いては、半導体メサ構造上に形成された導電層から成る
単数もしくは複数のリード線を有し、かつ上記半導体メ
サ構造における上記導電層の下に位置する部分の幅およ
び不純物濃度が、該半導体メサ構造における導電層の下
に位置する部分を完全に空乏化する範囲の値に形成する
ように構成している。なお、上記のメサ構造の幅(例え
ば後記図1のW)とは、メサ構造の長手方向に直交する
方向の長さである。この幅は上記導電層の幅とほぼ同じ
であるが、厳密にはサイドエッチが入るので、導電層の
幅よりもやや狭くなる。また、空乏化するための幅と不
純物濃度の例としては、半導体がGaAs、AlGaA
s、InGaAsなどの場合で、幅が0.3μm程度以
下、不純物濃度が1017個/cm3程度以下であればよ
い。上記のように構成すれば、リード線となる導電層の
下に位置するメサ構造の部分は空乏化されて絶縁状態に
なるので、リード線を容易に分離した状態で形成するこ
とが出来る。そのため従来のように絶縁樹脂を用いた平
坦化工程、および平坦化後の樹脂のエッチングなどの複
雑かつ特殊な技術を用いずに、簡便な作製工程で形成す
ることが出来る。
【0007】また、請求項2に記載の発明においては、
上記空乏化した半導体メサ構造によって分割された複数
の電極を有するように構成している。上記のようにリー
ド線となる導電層の下に位置するメサ構造の部分が絶縁
化されているので、それによって分離された複数のサイ
ドゲートを容易に形成することが出来る。形成可能なサ
イドゲートの数は、リード線となる導電層の数(すなわ
ち、その下に位置するメサ構造の数)に応じて決まる。
例えば後記図1の実施の形態では、リード線が2本であ
り、分離されたサイドゲートも2個形成されている。ま
た、後記図4の例ではリード線が4本であり、サイドゲ
ートが4個の場合を示している。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施の形態を
示す斜視図であり、縦型半導体共鳴トンネルトランジス
タに本発明を適用した場合を示す。なお、図1における
縦横の比率や膜厚等は見やすくするため変形してあり、
正確な寸法に対応するものではない。図1において、1
は半導体基板であり、例えば、GaAs、AlGaA
s、InGaAsなどの単体、或いはそれらを積層した
ものである。2は半導体基板1の裏面に形成されたドレ
イン電極、3はソース電極、4および5はリード線とな
る導電層、6および7はボンディング用パッド、8およ
び9はSiO2或いはSi34からなる絶縁膜、10、
11は導電層4、5の下に位置するメサ構造、12、1
3は絶縁膜8、9の下に位置するメサ構造、14、15
はサイドゲート(ゲート電極)である。
【0009】上記の構造において、導電層4、5の下に
位置するメサ構造10、11の幅Wおよび不純物濃度
は、その部分が完全に空乏化する値に形成されている。
すなわち、上記導電層4、5の下に位置するメサ構造1
0、11の幅を、半導体の表面準位による空乏層の厚さ
よりも狭くする。半導体基板1が上記の材料の場合に
は、一般に0.3μm程度以下であれば完全に空乏化す
る。また、不純物濃度は、半導体基板が前記GaAs、
AlGaAs、InGaAsなどの場合には、1017
/cm3程度以下であればよい。なお、上記のメサ構造
の幅Wとは、メサ構造10、11の長手方向に直交する
方向の長さである。この幅は上記導電層4、5の幅とほ
ぼ同じであるが、厳密にはサイドエッチが入るので、導
電層の幅よりもやや狭くなる。上記のように構成すれ
ば、導電層4、5すなわちリード線の下に位置するメサ
構造10、11の部分は空乏化されて絶縁状態になるの
で、リード線を容易に分離した状態で形成することが出
来る。そのため従来のように絶縁樹脂を用いた平坦化工
程、および平坦化後の樹脂のエッチングなどの複雑かつ
特殊な技術を用いずに、簡便な作製工程で形成すること
が出来る。
【0010】さらに、上記のようにメサ構造10、11
の部分が絶縁化されているので、分離された複数のサイ
ドゲートを容易に形成することが出来る。形成可能なサ
イドゲートの数は、リード線となる導電層の数(すなわ
ち、その下に位置するメサ構造の数)に応じて決まる。
例えば図1の場合には、リード線が4と5の2本であ
り、分離されたサイドゲートも14と15の2個形成さ
れている場合を示している。また、後記図4の例ではリ
ード線が4本であり、サイドゲートが4個の場合を示し
ている。図示はしていないが、同様に、リード線が1本
の場合にはサイドゲートは一つ、3本の場合には3個ま
で形成することが出来る。このように、リード線の数に
応じて任意の数のサイドゲートを形成することが出来
る。
【0011】次に、図2および図3に基づいて、図1に
示したトランジスタの製造工程を説明する。なお、図
2、図3における縦横の比率や膜厚等は見やすくするた
め変形してあり、正確な寸法に対応するものではない。
図2は製造工程を示す斜視図、図3は側面図であり、両
図の(a)〜(e)はそれぞれ同符号の図が同じ工程を
示している。なお、図2においては半導体基板1および
ドレイン電極2の部分の図示を省略している。
【0012】まず、図2、図3の(a)では、半導体基
板1上にSiO2、Si34などの絶縁膜8、9を形成
する。次に、(b)に示すように、ソース電極(上部電
極)3とリード線となる導電層4、5をメタルリフトオ
フ法で形成する。
【0013】次に、(c)に示すように、上記絶縁膜
8、9およびソース電極3、リード線となる導電層4、
5をマスクとして、半導体基板1をメサエッチングし、
メサ構造10〜13を形成する。なお、10、11はメ
サ構造において導電層4、5の下に位置する部分、1
2、13はメサ構造において絶縁膜8、9の下に位置す
る部分である。次に、(d)に示すように、全面にレジ
ストを形成し、サイドゲート14、15に相当する部分
に穴開けを行なった後、蒸着を行なってサイドゲート1
4、15を形成し、その後にレジストを除去する。な
お、(d)においてはレジストは図示を省略している。
次に、(e)に示すように、絶縁膜8、9上に、リード
線となる導電層4、5に接してボンディングパッド6、
7を形成する。上記(a)〜(e)の工程で図1に示し
た縦型半導体共鳴トンネルトランジスタが作製される。
【0014】なお、図1〜図3において、導電層4、5
が絶縁膜8、9の上にのっている部分は、厳密には絶縁
膜の厚さだけ盛り上がる形状になるが、図では平坦に示
している。また、ボンディング用パッド6、7が導電層
4、5の上にのっている部分も、厳密には導電層4、5
の厚さだけ盛り上がる形状になるが、図では平坦に示し
ている。上記のように、本発明の構成においては、図5
に示した従来例における(e)〜(h)の工程を無くす
ことが出来、簡便な製造工程で製作することが出来る。
【0015】次に、図4は、本発明の第2の実施の形態
を示す概略斜視図である。この実施の形態は、リード線
が4A、4B、4C、4Dの4本であり、したがってリ
ード線の下に位置するメサ構造が十字形に形成されてお
り、それらのメサ構造によって分離された4個のサイド
ゲートA、B、C、Dを有する例である。なお、図4で
は、例えばリード線の幅は0.2μm、平行四辺形をし
たソース電極3の一辺の長さは0.8μmである。その
他の構成は、前記図1〜図3と同様である。本実施の形
態においても、リード線の下に位置するメサ構造が空乏
化されるような幅と不純物濃度を有し、その部分が絶縁
化されているので、リード線は電気的に分離され、また
4個のサイドゲートもそれぞれ電気的に分離されてい
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
リード線となる導電層の下に位置するメサ構造の幅およ
び不純物濃度を、その部分が完全に空乏化する値に形成
したことにより、リード線の下に位置するメサ構造の部
分は空乏化されて絶縁状態になるので、リード線を容易
に分離した状態で形成することが出来る。そのため従来
のように絶縁樹脂を用いた平坦化工程、および平坦化後
の樹脂のエッチングなどの複雑かつ特殊な技術を用いず
に、簡便な作製工程で形成することが出来る、という効
果が得られる。さらに、上記メサ構造の部分が絶縁化さ
れているので、分離された複数のサイドゲートを容易に
形成することが出来る、という効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す斜視図。
【図2】第1の実施の形態に示すトランジスタの製造工
程を示す斜視図。
【図3】第1の実施の形態に示すトランジスタの製造工
程を示す側面図。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す概略斜視図。
【図5】従来の縦型半導体共鳴トンネルトランジスタと
その製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
1…半導体基板 2…ドレイン電極 3…ソース電極(上部電極) 4、5…リード線となる導電層 6、7…ボンディング用パッド 8、9…絶縁膜 10、11…導電層4、5の下に位置するメサ構造 12、13…絶縁膜8、9の下に位置するメサ構造 14、15…サイドゲート 30…半導体基板 31…上部電極 32…凸部 33…サイドゲート 34…絶縁性樹脂層 35…金属パターン 36…絶縁膜 37、38…穴 39…金属層 40…金属層 41…ドレイン電極 W…導電層4、5およびメサ構造10、11の幅

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体メサ構造上に形成された導電層から
    成る単数もしくは複数のリード線を有し、かつ上記半導
    体メサ構造における上記導電層の下に位置する部分の幅
    および不純物濃度が、該半導体メサ構造における導電層
    の下に位置する部分を完全に空乏化する範囲の値に形成
    されたことを特徴とする縦型半導体装置。
  2. 【請求項2】上記空乏化した半導体メサ構造によって分
    割された複数の電極を有することを特徴とする請求項1
    に記載の縦型半導体装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008177291A (ja) * 2007-01-17 2008-07-31 Japan Science & Technology Agency 環状構造をもつ縦型共鳴トンネル素子の製造方法及び縦型共鳴トンネル素子並びに磁気検出装置

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JP2008177291A (ja) * 2007-01-17 2008-07-31 Japan Science & Technology Agency 環状構造をもつ縦型共鳴トンネル素子の製造方法及び縦型共鳴トンネル素子並びに磁気検出装置

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