JPS63261758A - 電界効果型半導体装置 - Google Patents
電界効果型半導体装置Info
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- JPS63261758A JPS63261758A JP9572787A JP9572787A JPS63261758A JP S63261758 A JPS63261758 A JP S63261758A JP 9572787 A JP9572787 A JP 9572787A JP 9572787 A JP9572787 A JP 9572787A JP S63261758 A JPS63261758 A JP S63261758A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
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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。
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〕
この発明は、電界効果型半導体装置において、そのショ
ットゲート電極を、薄い第１の金属層上にアモルファス
層を介して第２の金属層を積層した構造とすることによ
り、 ゲート電極下の半導体基体にストレスが作用することを
防止し、ゲート閾値電圧の変動等を抑制するものである
。
ットゲート電極を、薄い第１の金属層上にアモルファス
層を介して第２の金属層を積層した構造とすることによ
り、 ゲート電極下の半導体基体にストレスが作用することを
防止し、ゲート閾値電圧の変動等を抑制するものである
。
本発明は電界効果型半導体装置にかかり、特に温度等に
よるその特性変動を抑制するゲート構造の改善に関する
。
よるその特性変動を抑制するゲート構造の改善に関する
。
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物半導体を用いた電
界効果型半導体装置の実用化が進められているが、化合
物半導体では安定した絶縁ゲート構造が困難であり、シ
ョットキバリア形ゲート構造が多く行われている。
界効果型半導体装置の実用化が進められているが、化合
物半導体では安定した絶縁ゲート構造が困難であり、シ
ョットキバリア形ゲート構造が多く行われている。
しかしながら、動作速度を高めるなどの目的からこの半
導体装置を例えば液体窒素温度などで動作させる場合に
ゲート闇値電圧が変動するなどの問題があり、その解決
が要望されている。
導体装置を例えば液体窒素温度などで動作させる場合に
ゲート闇値電圧が変動するなどの問題があり、その解決
が要望されている。
ＧａＡｓを半導体材料とするショットキバリア形電界効
果トランジスタ（ＭＥＳ ＦＥＴ）がマイクロ波帯域等
において既に多数用いられており、更に空間分離ドーピ
ングと電子の２次元状態化により一層の高移動度を実現
した高電子移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ）の
実用化が始まっているが、ＨＥＭＴの一従来例の模式断
面図を第３図に示す。
果トランジスタ（ＭＥＳ ＦＥＴ）がマイクロ波帯域等
において既に多数用いられており、更に空間分離ドーピ
ングと電子の２次元状態化により一層の高移動度を実現
した高電子移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ）の
実用化が始まっているが、ＨＥＭＴの一従来例の模式断
面図を第３図に示す。
本従来例では半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に、ノンドー
プのｉ形ＧａＡｓ層２２と、砒化アルミニウムガリウム
（Ａ１ｘＧａ＋−ｘＡｓ）にドナー不純物を高濃度にド
ープした電子供給層２３とを成長しており、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ電子供給層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移し
た電子によってペテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２
４が形成される。
プのｉ形ＧａＡｓ層２２と、砒化アルミニウムガリウム
（Ａ１ｘＧａ＋−ｘＡｓ）にドナー不純物を高濃度にド
ープした電子供給層２３とを成長しており、ｎ型ＡｌＧ
ａＡｓ電子供給層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移し
た電子によってペテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２
４が形成される。
この半導体基体にオーミックコンタクトするソース、ド
レイン電極２５とショットキコンタクトするゲート電極
２６とを設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏層
で２次元電子ガス２４の面密度を制御してトランジスタ
動作を行わせる。この２次元電子ガス２４は不純物散乱
による移動度低下が殆どなく常温でも電子移動度が高い
が、格子散乱が低下する７７に程度以下の低温では例え
ばＩ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓに達する更に高い移動
度が得られる。
レイン電極２５とショットキコンタクトするゲート電極
２６とを設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏層
で２次元電子ガス２４の面密度を制御してトランジスタ
動作を行わせる。この２次元電子ガス２４は不純物散乱
による移動度低下が殆どなく常温でも電子移動度が高い
が、格子散乱が低下する７７に程度以下の低温では例え
ばＩ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓに達する更に高い移動
度が得られる。
上述の様に）ＩＥＭＴは７７に程度以下の低温において
最高性能を発揮するが、常温からここまで温度を低下さ
せたときにそのゲート閾値電圧Ｖｔｈが第４図に例示す
る如く変動する傾向がある。同図は上述の従来例のショ
ットキゲート電極２６にＡＩを用い、Ｌ、＝１−のゲー
ト長方向すなわちドレイン−ソース方向を、Ａｌ６．３
Ｇａｏ、 ７Ａｓ電子供給層２３の（１００）面上（０
１１）（Ｏで示す）及び（ＯＩＩ）（・で示す）とした
場合のゲート闇値電圧Ｖｔｈの温度による変動を示すも
ので、ゲート長をサブミクロンに短縮すればその変動幅
は更に増大する。
最高性能を発揮するが、常温からここまで温度を低下さ
せたときにそのゲート閾値電圧Ｖｔｈが第４図に例示す
る如く変動する傾向がある。同図は上述の従来例のショ
ットキゲート電極２６にＡＩを用い、Ｌ、＝１−のゲー
ト長方向すなわちドレイン−ソース方向を、Ａｌ６．３
Ｇａｏ、 ７Ａｓ電子供給層２３の（１００）面上（０
１１）（Ｏで示す）及び（ＯＩＩ）（・で示す）とした
場合のゲート闇値電圧Ｖｔｈの温度による変動を示すも
ので、ゲート長をサブミクロンに短縮すればその変動幅
は更に増大する。
このゲート闇値電圧■いの変動の大きい要因にゲート電
極が半導体層に及ぼす熱応力がある。例えば温度３００
Ｋにおける熱膨張係数が約６Ｘ１０−６／ｄｅｇのＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓに対してＡＩは約２４ Ｘ １０−
’／ｄｅｇと差が大きく、例えば３００Ｋから７７Ｋ
まで冷却すれば熱応力は３ Ｘ １０’ｄｙｎｅ／ｃが
程度に達し、ゲート電極下の半導体層に異方性の分極電
荷を生じて、上述の様に半導体結晶上の方向によって差
がある闇値電圧■いの変動を生じている。
極が半導体層に及ぼす熱応力がある。例えば温度３００
Ｋにおける熱膨張係数が約６Ｘ１０−６／ｄｅｇのＧａ
Ａｓ／ＡｌＧａＡｓに対してＡＩは約２４ Ｘ １０−
’／ｄｅｇと差が大きく、例えば３００Ｋから７７Ｋ
まで冷却すれば熱応力は３ Ｘ １０’ｄｙｎｅ／ｃが
程度に達し、ゲート電極下の半導体層に異方性の分極電
荷を生じて、上述の様に半導体結晶上の方向によって差
がある闇値電圧■いの変動を生じている。
ショットキゲート金属にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ或いは一５ｉ
等を用いれば闇値電圧■いの変動量はＡＩよりも小さく
なるものの、この様なゲート１４値電圧■いの異方性変
動は集積回路装置の高集積化に甚だ不都合であり、その
改善が強（要望されている。
等を用いれば闇値電圧■いの変動量はＡＩよりも小さく
なるものの、この様なゲート１４値電圧■いの異方性変
動は集積回路装置の高集積化に甚だ不都合であり、その
改善が強（要望されている。
前記問題点は、半導体基体にショットキコンタクトする
第１の金属層上に、アモルファス層を介して第２の金属
層を積層したゲート電極を備える本発明による電界効果
型半導体装置により解決される。
第１の金属層上に、アモルファス層を介して第２の金属
層を積層したゲート電極を備える本発明による電界効果
型半導体装置により解決される。
本発明による電界効果型半導体装置は、第１図に示す実
施例の如く、そのゲート電極６を第１の金属層６ａ−ア
モルファス層６ｂ−第２の金属層６ｃからなる積層構造
として、第１の金属層６ａで半導体基体に対するショッ
トキコンタクトを形成し、アモルファス層６ｂによって
ストレスを緩和する効果を得、横方向の導体層の機能及
びコンタクト形成は第２の金属層６ｃに依存する。
施例の如く、そのゲート電極６を第１の金属層６ａ−ア
モルファス層６ｂ−第２の金属層６ｃからなる積層構造
として、第１の金属層６ａで半導体基体に対するショッ
トキコンタクトを形成し、アモルファス層６ｂによって
ストレスを緩和する効果を得、横方向の導体層の機能及
びコンタクト形成は第２の金属層６ｃに依存する。
第１の金属層６ａはショットキコンタクト形成のみを目
的とするために、半導体基体にストレスを及ぼさない様
に極めて薄くすることが可能となる。
的とするために、半導体基体にストレスを及ぼさない様
に極めて薄くすることが可能となる。
また例えば鉄−−’−７ケル（Ｆｅ−Ｎｉ）、鉄−燐（
Ｆｅ−Ｐ）などのアモルファス合金は、第２図に例示す
る如くその組成により熱膨張係数を選択することが可能
で、例えばＦｅ−Ｎｉアモルファス合金をＮｉ＃３２ｗ
ｔ％、Ｆｅ−Ｐアモルファス合金をＰ＃１３ａｔ％の
組成とすることにより、ＧａＡｓ ／ ＡｌＧａＡｓの
熱膨張係数に良く一致する。この様に選択形成したアモ
ルファス層６ｂにより第２の金属層６ｃと半導体基体と
の間のストレス緩衝層の効果が得られる。
Ｆｅ−Ｐ）などのアモルファス合金は、第２図に例示す
る如くその組成により熱膨張係数を選択することが可能
で、例えばＦｅ−Ｎｉアモルファス合金をＮｉ＃３２ｗ
ｔ％、Ｆｅ−Ｐアモルファス合金をＰ＃１３ａｔ％の
組成とすることにより、ＧａＡｓ ／ ＡｌＧａＡｓの
熱膨張係数に良く一致する。この様に選択形成したアモ
ルファス層６ｂにより第２の金属層６ｃと半導体基体と
の間のストレス緩衝層の効果が得られる。
上述の様に温度変化等によりゲート電極下の半導体基体
にストレスが作用することが防止され、従来構造の電界
効果型半導体装置の如きゲート閾値電圧Ｖｔｈの変動等
が抑制される。
にストレスが作用することが防止され、従来構造の電界
効果型半導体装置の如きゲート閾値電圧Ｖｔｈの変動等
が抑制される。
以下本発明を第１図に工程順模式断面図を示す実施例に
より具体的に説明する。
より具体的に説明する。
第１図（ａ）参照： 先ず半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に
分子線エピタキシャル成長法により、ノンドープで厚さ
例えば０．５〜１ ｕｍのｉＪｇＧａＡｓ層２と、例え
ば濃度２Ｘ１０１１１ｃｒ１１−’程度にシリコ７（Ｓ
ｉ）をトープし厚さ例えば４０〜５０ｎｍのｎ型Ａｌｏ
、 ａＧａｏ、 ？ＡＳ層３とを成長した後、その成長
装置内で基板１の温度を８０℃程度まで下げて、ＡＩを
厚さ１０ｎｍ程度に成長する。このＡＩ層６ａは単結晶
であるが単結晶であることが必要ではない。
分子線エピタキシャル成長法により、ノンドープで厚さ
例えば０．５〜１ ｕｍのｉＪｇＧａＡｓ層２と、例え
ば濃度２Ｘ１０１１１ｃｒ１１−’程度にシリコ７（Ｓ
ｉ）をトープし厚さ例えば４０〜５０ｎｍのｎ型Ａｌｏ
、 ａＧａｏ、 ？ＡＳ層３とを成長した後、その成長
装置内で基板１の温度を８０℃程度まで下げて、ＡＩを
厚さ１０ｎｍ程度に成長する。このＡＩ層６ａは単結晶
であるが単結晶であることが必要ではない。
このＡＩ層６ａ上にスパッタ法等により、例えばＦｅ−
Ｎｉ； Ｎｉ ＃ ３２ｗｔ％のアモルファス層６ｂを
厚さ１０００ｍ程度に形成し、更にこのアモルファス層
６ｂ上に、第２のＡ１層６ｃを蒸着法等により厚さ例え
ば３００圃程度に形成する。
Ｎｉ； Ｎｉ ＃ ３２ｗｔ％のアモルファス層６ｂを
厚さ１０００ｍ程度に形成し、更にこのアモルファス層
６ｂ上に、第２のＡ１層６ｃを蒸着法等により厚さ例え
ば３００圃程度に形成する。
なおこのｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層３からｉ形ＧａＡ
ｓ層２へ遷移した電子によって、ヘテロ接合界面近傍に
２次元電子ガス４が形成されている。
ｓ層２へ遷移した電子によって、ヘテロ接合界面近傍に
２次元電子ガス４が形成されている。
第１図（ｂ）参照二 通常のりソグラフィ法によるマス
ク（図示省略）を設けて素子間分離を行う領域上の層６
ｃ、６ｂ、６ｃを選択的に除去し、例えば酸素イオン注
入により素子間分離領域７を形成する。
ク（図示省略）を設けて素子間分離を行う領域上の層６
ｃ、６ｂ、６ｃを選択的に除去し、例えば酸素イオン注
入により素子間分離領域７を形成する。
なお素子間分離はイオンミリング法等にょるメサエッチ
ングを行ってもよい。
ングを行ってもよい。
次いで図示の如く第２の１１層６ｃ上に、ソース、ドレ
イン電極のパターンを開口としたレジストマスク１１を
設け、ＡＩ層６ｃ、 ６ａは例えばｅ＃（ＨｉＰＯｔ）
系溶液を用いてエツチングし、アモルファス層６ｂは４
弗化炭素（ＣＦ４．）に酸素（０□）を添加したガスプ
ラズマエツチングを行って、ゲート電極６のパターンを
例えば図示の様に形成する。
イン電極のパターンを開口としたレジストマスク１１を
設け、ＡＩ層６ｃ、 ６ａは例えばｅ＃（ＨｉＰＯｔ）
系溶液を用いてエツチングし、アモルファス層６ｂは４
弗化炭素（ＣＦ４．）に酸素（０□）を添加したガスプ
ラズマエツチングを行って、ゲート電極６のパターンを
例えば図示の様に形成する。
第１図（Ｃ）参照： 例えば金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ
）を厚さ３０ｎｍ、金（Ａｕ）を厚さ３００ｎｍ程度に
被着し、マスク１１でリフトオフして、ソース、ドレイ
ン電極５をパターニングし、例えば温度４００℃、１分
間程度の加熱処理を窒素（Ｎｚ）雰囲気中で行って合金
化領域５Ａを形成する。
）を厚さ３０ｎｍ、金（Ａｕ）を厚さ３００ｎｍ程度に
被着し、マスク１１でリフトオフして、ソース、ドレイ
ン電極５をパターニングし、例えば温度４００℃、１分
間程度の加熱処理を窒素（Ｎｚ）雰囲気中で行って合金
化領域５Ａを形成する。
上述の実施例はゲート長方向を（０１丁）方向とした場
合にも、例えば温度３００にと７７Ｋにおけるゲート闇
値電圧ＶｔｈＯ差が０．０５Ｖ程度以内に止まり、本発
明の効果が（ｉｔ認された。また上記の様に半導体層の
成長に続けてゲート金属層６ａの成長を行っているため
にショットキコンタクト界面が清浄であり、ショットキ
バリア電圧が約０．７５Ｖと向上している。
合にも、例えば温度３００にと７７Ｋにおけるゲート闇
値電圧ＶｔｈＯ差が０．０５Ｖ程度以内に止まり、本発
明の効果が（ｉｔ認された。また上記の様に半導体層の
成長に続けてゲート金属層６ａの成長を行っているため
にショットキコンタクト界面が清浄であり、ショットキ
バリア電圧が約０．７５Ｖと向上している。
以上の説明はＧａＡｓＩＡ ｌＧａＡｓ系）！Ｅｌ’ｌ
Ｔを引例しているが本発明はこれに限られるものではな
く、例えばＭＥＳ ＦＥＴ等についても適用することが
でき、更にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系以外の半導体材料
、例えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系等についても同様の効
果を得ることができる。
Ｔを引例しているが本発明はこれに限られるものではな
く、例えばＭＥＳ ＦＥＴ等についても適用することが
でき、更にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系以外の半導体材料
、例えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系等についても同様の効
果を得ることができる。
以上説明した如く本発明によれば、電界効果型半導体装
置において、そのゲート闇値電圧Ｖいの温度による変動
等が抑止されて特性の安定性が向上し、その実用化の推
進に大きく寄与する。
置において、そのゲート闇値電圧Ｖいの温度による変動
等が抑止されて特性の安定性が向上し、その実用化の推
進に大きく寄与する。
第１図は本発明の実施例の工程順模式断面図、第２図は
アモルファス材料の組成と熱膨張係数との相関の例を示
す図、 第３図はＨＥＭＴの従来例の模式断面図、第４図は従来
のゲート闇値電圧と温度の相関を示す図である。 図において、 ｌは半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、 ３はｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、 ４は２次元電子ガス、 ５はソース、ドレイン電極、 ５Ａはその合金化領域、 ６はゲート電極、 ６ａは第１の金属層（例えばＡＩ）、 ６ｂはアモルファス層（例えばＦｅ−Ｎ１）、６ｃは第
２の金属層（例えばＡＩ） ７は素子間分離領域、 １１はマスクを示す。 （ｃＬ） 犯跡］の１程）１１帥峨１かｚ 卒 １ 凶 売 ２ 口 第 ３ の ゲ′−ト暦１ａａ圧とｌ）廼
アモルファス材料の組成と熱膨張係数との相関の例を示
す図、 第３図はＨＥＭＴの従来例の模式断面図、第４図は従来
のゲート闇値電圧と温度の相関を示す図である。 図において、 ｌは半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、 ３はｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、 ４は２次元電子ガス、 ５はソース、ドレイン電極、 ５Ａはその合金化領域、 ６はゲート電極、 ６ａは第１の金属層（例えばＡＩ）、 ６ｂはアモルファス層（例えばＦｅ−Ｎ１）、６ｃは第
２の金属層（例えばＡＩ） ７は素子間分離領域、 １１はマスクを示す。 （ｃＬ） 犯跡］の１程）１１帥峨１かｚ 卒 １ 凶 売 ２ 口 第 ３ の ゲ′−ト暦１ａａ圧とｌ）廼
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）半導体基体にショットキコンタクトする第１の金属
層上に、アモルファス層を介して第２の金属層を積層し
たゲート電極を備えることを特徴とする電界効果型半導
体装置。 ２）前記第１の金属層が、前記アモルファス層及び前記
第２の金属層より薄いことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の電界効果型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9572787A JPS63261758A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 電界効果型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9572787A JPS63261758A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 電界効果型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63261758A true JPS63261758A (ja) | 1988-10-28 |
Family
ID=14145506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9572787A Pending JPS63261758A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 電界効果型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63261758A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07307668A (ja) * | 1990-11-28 | 1995-11-21 | Nec Corp | ディジタルアナログ変換装置 |
| JP4912886B2 (ja) * | 2003-11-24 | 2012-04-11 | トライクウィント セミコンダクター，インコーポレーテッド | モノリシック集積型エンハンスメントモードおよびデプリーションモードｆｅｔおよびその製造方法 |
-
1987
- 1987-04-17 JP JP9572787A patent/JPS63261758A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07307668A (ja) * | 1990-11-28 | 1995-11-21 | Nec Corp | ディジタルアナログ変換装置 |
| JP4912886B2 (ja) * | 2003-11-24 | 2012-04-11 | トライクウィント セミコンダクター，インコーポレーテッド | モノリシック集積型エンハンスメントモードおよびデプリーションモードｆｅｔおよびその製造方法 |
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