JPS628574A - 化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置およびその製造方法

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JPS628574A
JPS628574A JP14735285A JP14735285A JPS628574A JP S628574 A JPS628574 A JP S628574A JP 14735285 A JP14735285 A JP 14735285A JP 14735285 A JP14735285 A JP 14735285A JP S628574 A JPS628574 A JP S628574A
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film
aluminum
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compound semiconductor
cap layer
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JP14735285A
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Muneo Maeda
前田 宗雄
Isamu Hairi
勇 羽入
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] アルミニウムゲートの側面に酸化アルミニウムと、その
下の高濃度キャップ層を酸化した酸化膜とを、マイクロ
波励起酸素プラズマで処理して形成し、そのような絶縁
膜を介したアルミニウムゲートを設けた化合物半導体装
置の構造とその製造方法である。
[産業上の利用分野] 本発明はへテロ接合F ET (Field Effe
ct Transistor)などの化合物半導体装置
とその製造方法に係り、特に、良質な絶縁膜によって絶
縁された高性能なヘテロ接合FETとその製法に関する
[従来の技術と発明が解決しようとする問題点]第6図
は従来のへテロ接合FETの断面図を示しており、10
は5l−GaAs基板(半絶縁性GaAs基板)、1は
i −GaAs層(真性GaAs層)、2はn−GaA
lAs層からなる電子供給層、3はn” −(iaAs
層からなる高濃度キャップ層、4は二酸化シリコン(S
iOz)膜、5はアルミニウムゲート 6はソース、ド
レイン電極(AuGe/Au電極)である。電子供給層
2はi  GaAs層1のチャネル領域に二次元電子ガ
スを形成するための電子を供給する層で、高濃度キャッ
プ層3はオーミックコンタクトを良くし、且つ、ソース
抵抗を小さくするのが目的である。
このような構造のFETは5I−GaAs基板10上に
1−GaAs層1 、  n−GaAlAs層2+  
n” −GaAs層3を成長した後、ゲート部分は高濃
度なn” −GaAs層3I3を除去してゲート金属を
被着させている。その時、ゲート金属の蒸着はウェハー
上の複数の素子で膜厚を均一にするために、また、n 
−GaAlAs層2の表出部分を完全に覆い、ゲート長
を均一にするために、基板に対して蒸着方向に傾きを設
け、基板を回転させて行なう。しかし、このようにして
形成したゲート電極は、側壁などの一部が高濃度なn”
 −GaAs層3に接触するためJゲート耐圧が低下す
ると云う欠点があった。
本発明は、このような欠点を解消させて、高性能なヘテ
ロ接合FETを得る構造とその製法を提案するものであ
る。
[問題点を解決するための手段] その目的は、基板上に形成された化合物半導体からなり
開孔部の設けられてなる高不純物濃度のキャップ層と、
該キャップ層上に形成されたソース電極およびドレイン
電極と、前記開孔部に形成されたゲート電極とを有し、
該ゲート電極と前記キャップ層との間に前記キャップ層
の化合物半導体の酸化されてなる第1の酸化膜が介在し
、該第1の酸化膜上に酸化アルミニウムからなる第2の
酸化膜が設けられてなることを特徴とする化合物半導体
装置によ、つて達成される。
それを製造する際、基板上に化合物半導体からなり高不
純物濃度のキャップ層と、マスク膜とを順に形成し、該
マスク膜を部分的に除去して第1の開孔を形成し、該第
1の開孔の下の前記キャップ層を部分的に除去して、前
記第1の開孔より狭い第2の開孔を形成し、該第2の開
孔部分および前記第1の開孔内部の前記キャップ層上に
少なくとも表面がアルミニウムからなるゲート電極を中
央に比べて周囲部が薄くなるよう形成し、前記マスク膜
をマスクに前記ゲート電極の表面および周囲部の下の部
分の前記キャンプ層をそれぞれ酸化して酸化アルミニウ
ムからなる第2の酸化膜および第1の酸化膜を形成して
なる製造方法を用いる。
また、上記第1および第2の酸化膜の形成をマイクロ波
励起した酸素プラズマで行なうと、良好な絶縁性が得、
られる。
[作用コ 即ち、マイクロ波励起酸素プラズマによって、少なくと
も表面がアルミニウムからなるゲート表面を酸化し、更
に、その下の高濃度キャップ層を酸化して、酸化アルミ
ニウム膜と高濃度キャンプ層の酸化膜とからなる絶縁膜
によって、ゲートを隔離する。
そうすれば、絶縁性の良い良質の酸化膜で隔離され、ゲ
ート耐圧の良いヘテロ接合FETが得られる。
[実施例] 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明にかかるヘテロ接合FETの断面図を示
しており、15はマイクロ波励起酸素プラズマにより酸
化した酸化アルミニウム(AI□08)膜、13はマイ
クロ波励起酸素プラズマによりアルミニウム酸化後、更
にその下の高濃度キャンプ層を酸化したGaOx As
hy膜である。その他は、第6図と同じ部材に同じ記号
が付しである。ここで、GaOx Ashy膜13膜体
320.膜15に覆われており、洗浄の際に洗浄水など
に溶解することなく、安全な素子状態が得られる。
また、マイクロ波励起の酸素プラズマによるAJ203
膜15+ GaOx Ashy膜13膜体3質の絶縁膜
となる。即ち、マイクロ波プラズマ酸化すると、高周波
プラズマ酸化に比べて、界面に酸素が十分補給されて酸
化し、安定した酸化膜が生成される。
第2図(a)〜(C1は本発明にかかるFETの形成工
程順断面図を示しており、第2図(a)に示すように、
SI −GaAs基板10の上に1−GaAs層1 、
  n −GaAlAs層21例えば、Siをドープし
キャリア濃度が1×10−18/cJ程度のn”−Ga
As層3を厚さ200〜2000人程度にエピタキシャ
ル成長法で形成し、その上に気相成長法で5i02膜4
を被着した後、これをレジスト膜パターン11をマース
フにしてエツチングして、パターン窓の直下にn−Ga
AlAs層2を表出させる。且つ、図のよう社、n−G
aAlAs層2の周囲にn” −GaAs層3を一部露
出させるために、5i02膜4を、例えば、弗酸、弗化
アンモニウムをエツチング液とする等方性エツチング法
でエツチングし、n”−GaAs層3を、例えばCCl
2F2とHeのガスを用いたりアクティブイオンエッチ
のような異方性エツチング法でエツチングする。ここで
、n“−GaAs層3を0.3μm程度表出するように
サイドエツチングがなされる。
次いで、第2開山)に示すように、アルミニウム膜5と
アルミニウム!1!5’とを蒸着法で被着する。
この時、アルミニウム膜5は基板に対して垂直に蒸着す
る方法(垂直式蒸着法)で被着させ、アルミニウム膜5
“は基板に対して傾きをもたせ回転して蒸着する方法(
回転式蒸着法)で被着させて、アルミニウム膜51はカ
バーレイジ良(n” −GaAs層3を完全に覆うよう
に被着させる。このように被着することで、中央部は厚
く、周囲部は薄いゲート電極が形成できる。また、この
ように厚さを変えることは基板に対する蒸着方向を変化
させながら行なえば、1回の蒸着でも可能である。この
ゲート電極の厚さは、例えば、0.3〜0.5μm程度
である。
次いで、第2図(C)に示すように、不要なアルミニウ
ム膜5.5′をレジスト膜パターン11と一緒にリフト
オフして除去した後、5i02膜4をマスクにしてマイ
クロ波励起の酸素によるプラズマ酸化法によって、アル
ミニウム膜5′を酸化して^1203膜15を生成し、
更に、n” −GaAs層3を酸化してGaOx As
hy膜13膜体3する。このように、酸化膜15.13
を形成するには、マイクロ波励起した酸素プラズマをア
ルミニウムに反応させてA1□0.膜15を生成し、更
に、プラズマ酸化を進行させれば、At2o、、膜15
は一部分除去されるが、At2o、、膜15の下のn”
 −GaAs層3を酸化してGaOx Ashy膜13
膜体3させることができる。ここで、^1208膜15
を介してn ” −GaAsii 3を酸化するので、
n−GaAlAs層°2まで層化2進行することなく、
薄いn” −GaAs層3を制御性良く酸化できる。
かくして、酸化膜15.13を形成した後、ゲート電極
の形成と同様にレジスト膜を用いたリフトオフ法でソー
ス、ドレイン電極6を形成して、第1図に示すヘテロ接
合FETを完成する。このような酸化膜15.13で絶
縁された構造にすると、絶縁性が良くてリーク電流が減
少し、ゲート耐圧が向上する。
第3図はマイクロ波プラズマ酸化装置の概要図を図示し
ており、31は試料、32はマグネトロン。
33はマグネトロンのチュウニング部、34は酸素流入
0.35は石英製の反応室、36は真空排気口である。
かような装置に収容し、酸素をマイクロ波(2〜3GH
2)励起してプラズマ化し、試料面に酸素プラズマを衝
突させて、酸化膜を生成する。
第2図(C1に示す基板を試料としてプラズマ酸化する
場合は、他の面が5i02膜4で覆われているため、ア
ルミニウム膜5′とその下のn ” −GaAs層3の
みをプラズマ酸化させることができる。
第4図はマイクロ波プラズマ酸化による酸化工程の酸化
時間と酸化膜厚との関係図表を図示しており、本例はア
ルミニウムとシリコンとの二層酸化の例である。AIO
は膜厚2540人のAI膜を酸化したA1203膜の膜
厚変化データ、SiOはその時の5i02膜の膜厚変化
データである。この図より、プラズマ酸化を進行させる
と、Al1 o、膜の膜厚が減少しながらシリコンの酸
化が進み、それに伴って酸化種が内部に導入されて、次
第に5i02膜が形成されてゆくことが判る。′しかじ
、上記のへテロ接合FETでは、n” −GaAs層が
1000人前後の薄い膜であるから、Al2O3膜13
の膜厚減少はそれほど問題ではない。
また、第5図(a)〜(C)は本発明にがかるFETの
他の形成工程順断面図を示している。まず、第5図(a
)に示すように、第2図(a)と同じく、i −GaA
s層1 、  n−GaAlAs層2+  n” −G
aAs層3の上に、気相成長法で5i02膜4を被着し
た後、これをレジスト膜パターン11をマスクにしてエ
ツチングして、パターン窓の直下にn−GaAlAs層
2を表出させる。
次いで、第5図(′b)に示すように、アルミニウム膜
5を垂直式蒸着法で被暑した後、レジスト膜パターン1
1を除去し、更に全面的にアルミニウム膜5″を回転式
蒸着法で被着させる。
次いで、第2図tc>に示すように、上記のマイクロ波
励起のプラズマ酸化法により、アルミニウム膜5°“を
酸化してAl1 o、膜15を生成し、更に、その下の
n” −GaAs層3を酸化してGaOx Ashy膜
13膜性3する。このよ′うにして、酸化膜15.13
を形成することもできる。その時、アルミニウム膜51
′の下の5i02膜4は既に酸化しているから変化しな
い。
このようにして、絶縁膜15.13を周囲側面に設けた
ヘテロ接合FETは、ゲート耐圧が向上した高性能な半
導体装置となる。
尚、上記各実施例においては、キャップ層がGaAsか
らなるFETについて説明したが、他の■−■属化金化
合物半導体いても良い。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明によればゲート
絶縁耐圧の良い高性能なFETを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかるヘテロ接合FETの断面図、 第2図(al〜(C)および第5図(al〜(C)はそ
の形成工程順断面図、 第3図はプラズマ酸化装置の概要図、 第4図はプラズマ酸化の酸化時間と酸化膜厚との関係図
表、 第6図は従来のへテロ接合FETの断面図である。 図において、 1はi −GaAs層、    2はn −GaAlA
s層、3はn” −GaAs層、  4は5i02膜、
5.5”、5”はアルミニウム膜、 6はソース、ドレイン電極、 10はSI −GaAS基板、 11はレジスト膜パターン、 13はマイクロ波励起プラズマ酸化のGaOx Ash
y膜・ 15はマイクロ波励起プラズマ酸化のA1203膜を示
している。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に形成された化合物半導体からなり開孔部
    の設けられてなる高不純物濃度のキャップ層と、 該キャップ層上に形成されたソース電極およびドレイン
    電極と、 前記開孔部に形成されたゲート電極とを有し、該ゲート
    電極と前記キャップ層との間に前記キャップ層の化合物
    半導体の酸化されてなる第1の酸化膜が介在し、 該第1の酸化膜上に酸化アルミニウムからなる第2の酸
    化膜が設けられてなることを特徴とする化合物半導体装
    置。
  2. (2)基板上に化合物半導体からなり高不純物濃度のキ
    ャップ層と、マスク膜とを順に形成し、該マスク膜を部
    分的に除去して第1の開孔を形成し、 該第1の開孔の下の前記キャップ層を部分的に除去して
    、前記第1の開孔より狭い第2の開孔を形成し、 該第2の開孔部分および前記第1の開孔内部の前記キャ
    ップ層上に少なくとも表面がアルミニウムからなるゲー
    ト電極を中央に比べて周囲部が薄くなるよう形成し、 前記マスク膜をマスクに前記ゲート電極の表面および周
    囲部の下の部分の前記キャップ層をそれぞれ酸化して酸
    化アルミニウムからなる第2の酸化膜および第1の酸化
    膜を形成してなることを特徴とする化合物半導体装置の
    製造方法。
  3. (3)上記第1および第2の酸化膜の形成のための酸化
    をマイクロ波励起した酸素プラズマで行なうことを特徴
    とする特許請求の範囲第2項記載の化合物半導体装置の
    製造方法。
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