JPH11214409A - 電界効果型トランジスタの形成方法 - Google Patents

電界効果型トランジスタの形成方法

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JPH11214409A
JPH11214409A JP1709198A JP1709198A JPH11214409A JP H11214409 A JPH11214409 A JP H11214409A JP 1709198 A JP1709198 A JP 1709198A JP 1709198 A JP1709198 A JP 1709198A JP H11214409 A JPH11214409 A JP H11214409A
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JP
Japan
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porous
regions
compound semiconductor
silicon substrate
substrate
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Application number
JP1709198A
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English (en)
Inventor
Kazuaki Iwameji
和明 岩目地
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 化合物半導体膜内にストレスが発生したり、
高価な基板を用いなければならないという問題があっ
た。 【解決手段】 表面部に多孔質領域が選択的に形成され
たシリコン基板上に化合物半導体膜を形成して、この多
孔質領域上の化合物半導体膜を除去し、残った化合物半
導体膜を用いて電界効果型トランジスタを形成した後、
前記多孔質領域に金属を含浸させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波帯やミリ
波帯などで使用される電界効果型トランジスタの形成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からマイクロ波帯或いはミリ波帯な
どで使用される電界効果型トランジスタは、化合物半導
体膜を用いて形成されている。その形成方法を図6を用
いて説明する。
【0003】まず、図6(a)に示すように、シリコン
基板21の表面の全面にMOCVD法、VPE法、MB
E法などによってガリウム砒素、アルミニウムガリウム
砒素、インジウム燐などの化合物半導体薄膜22〜24
をへテロエピタキシャル成長させる。例えばMESFE
Tでは、高抵抗層であるバッファ層22、活性層23、
低抵抗層であるコンタクト層24の順に成長させる。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、図6(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、およびバッファ層
22の中ほどまでを燐酸系のエッチング液を用いてエッ
チングする。
【0005】次に、図6(c)に示すように、化合物半
導体膜2〜24の全面にSiO2 などの絶縁膜25をス
パッタリング法、CVD法などによって100〜500
nm程度に成膜する。
【0006】次に、図6(d)に示すように、ゲート電
極のパターン用マスク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、お
よび活性層23の一部までを連続してエッチングする。
このとき絶縁膜25が1μm程度オーバーエッチングさ
れるように若干幅広にエッチングすることによってゲー
ト電極27とコンタクト層24が接触しないようにす
る。絶縁膜25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、図6(e)に示すように、ゲート電
極となる金属膜27を蒸着法によって成膜し、リフトオ
フを行う。この金属膜はTiなどのバリアメタルとAl
などの低抵抗金属との積層構造とし、膜厚は100〜5
00nmとする。
【0008】次に、図6(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
によって形成して絶縁膜25の一部を除去した後、ソー
ス・ドレインとなる金属28を蒸着法などにより成膜し
てリフトオフする。この金属はAu/AuGeなどの積
層膜である。
【0009】次に、熱処理によってソース・ドレイン金
属28をコンタクト層24とオーミックコンタクトとな
るようにする。熱処理は例えば水素雰囲気中450℃で
8分程度行う。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の方法
によって形成された電界効果型トランジスタは、シリコ
ンから成る基板21と化合物半導体から成るバッファ層
22や活性層23の格子定数の違いから生じるストレス
がさけられず、著しい場合はバッファ層22や活性層2
3にクラックなどが発生する。シリコンから成る基板2
1にSiO2 などから成る絶縁膜を形成して、基板21
の所定領域のみが露出するようにパターニングして化合
物半導体膜22〜24を選択的にエピタキシャル成長さ
せる方法もあるが、少なくともトランジスタを作製する
領域は応力の影響を受け難くしなければならない。
【0011】また、化合物半導体膜に内部応力を発生さ
せない方法として、シリコン基板ではなく、化合物半導
体基板を用いてその上に化合物半導体膜をホモエピタキ
シャル成長させて、電界効果型トランジスタを作成する
方法もある。この場合は、ストレスの影響は受け難い
が、高価な基板を使用しなければならないという問題が
発生する。
【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、化合物半導体膜内にストレス
が発生したり、高価な基板を用いなければならないとい
う従来方法の問題点を解消した電界効果型トランジスタ
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、本発明に係る電界効果型トランジスタの形成方法で
は、表面部に多孔質領域が選択的に形成されたシリコン
基板上に化合物半導体膜を形成して、この多孔質領域上
の化合物半導体膜を除去し、残った化合物半導体膜を用
いて電界効果型トランジスタを形成した後、前記多孔質
領域に金属を含浸させることを特徴とする。
【0014】
【作用】上記のように構成すると、多孔質領域上にはき
れいなエピタキシャル成長膜は形成されず、他の領域上
に成長する化合物半導体膜のストレスを緩和する領域と
して作用させることができる。したがって、この多孔質
領域上以外の領域上の化合物半導体膜を用いて電界効果
型トランジスタを形成すると、特性の良好なトランジス
タとなる。
【0015】つまり、エピタキシャル成長膜のストレス
および転位の原因は、Si基板と化合物半導体膜の格子
定数の差と熱膨張係数の差である。本発明では、基板の
一部を多孔質化してその上のエピタキシャル成長膜にス
トレスと転位を集中させるものであり、これによってト
ランジスタなどの半導体デバイス作成に用いられる転位
の実用的最大値である1×105 cm-2個を比較的容易
に得られる。また、デバイスを形成するシリコンブリッ
ジの下が間隙の多い多孔質シリコンであり、エピタキシ
ャル成長膜のストレスをこれによっても緩和できる。
【0016】通常は、選択成長などによってストレスの
緩和を図るが、デバイスを形成する領域に注目すると、
エピタキシャル成長膜自体のストレスは残ったままであ
る。特に、微細なパターンを形成する際にはこのストレ
スがエピタキシャル成長膜の電子移動度に影響する。
【0017】
【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型トランジ
スタの形成方法の一実施形態を示す工程図である。
【0018】本発明では基板1として、例えばp型のシ
リコン基板を用いる。このシリコン基板の表面に、図1
(a)に示すように、SiO2 やSiNなどから成る絶
縁膜2をスパッタリング法やCVD法などで100〜2
00nm程度の厚みに成膜し、レジスト3によってパタ
ーニングを行う。
【0019】次に、同図(b)に示すように、レジスト
3を除去してマスク開口部2aよりシリコン基板1の表
面部にB+ イオンを打ち込み、1000℃程度の高温で
熱処理することによって、基板1の表面部にアクセプタ
を高濃度に含んだp+ Si領域4を選択的に形成にす
る。
【0020】次に、同図(c)に示すように、基板1の
表面全体にH+ イオンを打ち込み、400〜500℃程
度で熱処理することによってマスク2を通してこのマス
ク2の下の領域5をn−Si化する。マスク開口部2a
部分のp+ Si領域4は高濃度にアクセプタが供給され
ているのでn−Si化しない。
【0021】このSi基板1をHF溶液中で、基板1を
陽極として定電流を加えて陽極化成を行うことにより、
シリコン基板1のp+ −Si領域4部分を多孔質化す
る。このとき、開口部2aより多孔質化が起こり、マス
ク下の領域5は多孔質化しない。その結果、シリコン基
板1の表面が選択的に多孔質化される。多孔質化工程
は、HF溶液中で基板を陽極にして対向にPtなどの陰
極電極を設け、化成電流を加えることにより行われる。
このとき、基板の電極より供給された正孔が溶液中のF
- イオンと反応して多孔質化される。そのため、基板ま
たは表面がp−Siの場合、多数キャリアである正孔が
豊富であるために多孔質化が進行しやすいが、n−Si
部では正孔が少数キャリアであるために多孔質化が進行
しにくい。これを利用して、マスク下の部分をn−Si
とすることによって選択化成する。
【0022】図2は表面部分を選択的に多孔質化した後
のシリコン基板1を上から見た図であり、図3および図
4はそれぞれA−A' 断面、B−B' 断面図である。多
孔質Si層6によって基板1から隔てられたシリコンブ
リッジ7のサイズは、断面が10〜30μm(幅)×
0.5〜2.0μm(深さ)、長さが20〜100μ
m、ブリッジ下の多孔質Si層6の層厚は5〜20μ
m、ブリッジ7の間隔は5〜20μm程度である。これ
らの条件は、マスク2のパターン、B+ イオン打ち込み
とアニール、H+ イオン打ち込みとアニール、および選
択多孔質化条件によって制御される。なお、シリコンブ
リッジ7の断面は長方形のみならず、台形や半円形など
でもよい。
【0023】次に、図1(d)に示すように、表面の絶
縁膜2を除去して、全面にMOCVD法、VPE法、M
BE法などによってガリウム砒素、アルミニウムガリウ
ム砒素、インジウム燐などの化合物半導体膜8、9、1
0をヘテロエピタキシャル成長させる。多孔質Si6上
にはきれいなエピタキシャル成長層が形成されず、シリ
コンブリッジ7上に成長した化合物半導体膜8、9、1
0のストレスを緩和できる。ヘテロエピタキシャル成長
は、例えばMESFETでは、バッファ層8となる高抵
抗層、活性層9、コンタクト層10となる低抵抗層の順
に成長させる。この成長工程は同一の装置によって連続
して行う。
【0024】次に、図1(e)に示すように、素子間の
メサ分離を行う。レジストパターニングの後、コンタク
ト層10、活性層9、およびバッファ層8までをエッチ
ングし、多孔質Si層6を露出させる。この時のエッチ
ングはドライエッチングまたはウエットエッチングのい
ずれでもよい。
【0025】次に、図1(f)に示すように、全面にS
iO2 などの絶縁膜11を、スパッタリング法、CVD
法などによって100〜500nm程度成膜することに
よって、ゲートパターン用マスク12をフォトレジスト
によって形成する。これを用いて絶縁膜11、コンタク
ト層10、および活性層9の一部までを連続にエッチン
グする。絶縁膜11のエッチングはBHFなどのウエッ
トエッチングが望ましい。コンタクト層10および活性
層9は燐酸系、硝酸系などのウエットエッチングが望ま
しい。
【0026】次に、図1(g)に示すように、ゲートと
なる金属膜13を蒸着によって成膜し、リフトオフを行
う。金属膜13はTiなどのバリアメタルとAlなどの
低抵抗金属の積層構造とし、膜厚は100〜500nm
とする。
【0027】次に、図1(h)に示すように、ソース・
ドレイン電極のパターン用マスクをフォトレジストによ
って形成して絶縁膜11を除去した後、ソース・ドレイ
ンとなる金属14を蒸着などにより成膜し、リフトオフ
することによって形成する。この金属はAu/AuGe
などの積層膜である。ソース・ドレイン金属14を熱処
理によってコンタクト層10とオーミックコンタクトと
なるようにする。熱処理は例えば水素雰囲気で450℃
で8分程度行う。
【0028】次に、多孔質Si領域6をCuなどの金属
で置換する。方法は、例えばNH4F(4M)+Cu
(NO2 2 (1M)の上澄み液中に基板を浸漬して放
置するなどである。この場合、露出した多孔質Si部が
エッチングされると同時に、Cuで置換メッキされる。
多孔質Siは表面積が大きいためエッチングが早く進行
するが、シリコンブリッジ部7を含めてバルクSi部は
進行が遅くなる。これによって、シリコンブリッジを残
したまま、基板1との間の多孔質Si領域6のみを金属
に置き換えた構造とする。置換後の金属は空隙が残るよ
うに、水素中、もしくは真空中でアニールする。これが
シリコンブリッジのストレス緩衝層、およびその上のデ
バイスの放熱層となる。
【0029】図5は、上述のようにして形成した電界効
果型トランジスタを平面視した状態を示す図である。基
板1上に、金属を含浸させた多孔質化領域6の上面部分
が帯状に複数形成され、この多孔質化領域6の間に、化
合物半導体膜9が形成され、この化合物半導体膜9上に
ゲート電極13とソース・ドレイン電極14が配置され
る。
【0030】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る電界効果型
トランジスタの形成方法では、シリコン基板の表面部に
多孔質領域を形成して化合物半導体膜を形成した後に、
この多孔質化領域以外の領域上の化合物半導体膜を用い
てトランジスタを形成することから、シリコン基板上に
成長させるGaAs層の格子定数の差に起因するストレ
スを軽減できる。そのため、クラックなどによる歩留ま
り低下が減少し、また大口径基板でのデバイス製造が可
能である。また、多孔質領域に熱伝導性の良い金属(C
uなど)を埋めることで、デバイスの放熱性なども向上
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電界効果型トランジスタの形成方
法を示す工程図である。
【図2】本発明に係る電界効果型トランジスタの一形成
工程における平面図である
【図3】図2中のA−A' 線断面図である。
【図4】図2中のB−B' 線断面図である。
【図5】本発明に係る形成方法により形成した電界効果
型トランジスタの平面図である。
【図6】従来の電界効果型トランジスタの製造工程を示
す図である。
【符号の説明】
1‥‥‥シリコンSi基板、6‥‥‥多孔質領域、8‥
‥‥バッファ層、9‥‥‥活性層、10‥‥‥コンタク
ト層、13‥‥‥ゲート電極、14‥‥‥ソース・ドレ
イン電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面部に多孔質領域が選択的に形成され
    たシリコン基板上に化合物半導体膜を形成して、この多
    孔質領域上の化合物半導体膜を除去し、残った化合物半
    導体膜を用いて電界効果型トランジスタを形成した後、
    前記多孔質領域に金属を含浸させることを特徴とする電
    界効果型トランジスタの形成方法。
JP1709198A 1998-01-29 1998-01-29 電界効果型トランジスタの形成方法 Pending JPH11214409A (ja)

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