JP2006165018A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関わり、特にHEMTのガルバニック効果を防止しオン抵抗の増大を抑制する半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device that prevents a galvanic effect of HEMT and suppresses an increase in on-resistance and a manufacturing method thereof.
HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)に代表されるヘテロ接合を有するデバイスは、GaAs MESFET(Metal Semiconductor FET)、GaAs JFET(Junction FET)と比較して効率性、利得性、歪特性が優れているため、MMICの主流デバイスに成りつつある。 A device having a heterojunction represented by HEMT (High Electron Mobility Transistor) is more efficient, gain, and distortion characteristics than GaAs MESFET (Metal Semiconductor FET) and GaAs JFET (Junction FET). Is becoming the mainstream device for MMIC.
図17を参照し、従来のHEMTの構造について説明する。 The structure of a conventional HEMT will be described with reference to FIG.
図の如くHEMT基板は、半絶縁性GaAs基板231上にノンドープのバッファ層232を積層し、バッファ層232上に、電子供給層となるn+AlGaAs層233、チャネル(電子走行)層となるノンドープInGaAs層235、電子供給層となるn+AlGaAs層233等の半導体層を順次積層したものである。電子供給層233とチャネル層235間には、スペーサ層234が配置される。 As shown in the figure, the HEMT substrate has a non-doped buffer layer 232 stacked on a semi-insulating GaAs substrate 231, and an n + AlGaAs layer 233 serving as an electron supply layer and a non-doped InGaAs layer serving as a channel (electron travel) layer on the buffer layer 232. 235, a semiconductor layer such as an n + AlGaAs layer 233 serving as an electron supply layer is sequentially stacked. A spacer layer 234 is disposed between the electron supply layer 233 and the channel layer 235.
バッファ層232は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。上層の電子供給層233上には、障壁層236となるノンドープのAlGaAs層を積層し、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。更にキャップ層となるn+GaAs層237を最上層に積層している。 The buffer layer 232 is a high resistance layer to which no impurity is added, and has a film thickness of about several thousand Å. On the upper electron supply layer 233, a non-doped AlGaAs layer serving as the barrier layer 236 is stacked to ensure a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. Further, an n + GaAs layer 237 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer.
キャップ層237を一部除去して所望の形状にパターンニングし、ソース領域237sおよびドレイン領域237dを設ける。ソース領域237sおよびドレイン領域237dにはそれぞれ第1ソース電極315、第1ドレイン電極316が接続し、その上層には第2ソース電極335、第2ドレイン電極336が形成される。 A part of the cap layer 237 is removed and patterned into a desired shape to provide a source region 237s and a drain region 237d. A first source electrode 315 and a first drain electrode 316 are connected to the source region 237 s and the drain region 237 d, respectively, and a second source electrode 335 and a second drain electrode 336 are formed thereon.
また、ゲート電極327はソース領域237sおよびドレイン領域237d間に配置され、障壁層236の一部とショットキー接合を形成する。 The gate electrode 327 is disposed between the source region 237s and the drain region 237d and forms a Schottky junction with a part of the barrier layer 236.
HEMTの動作領域300は、バッファ層に達する絶縁化層(ここでは不図示)を設けて分離することにより形成される。ここで、動作領域300とは、絶縁化層で分離され、HEMTのソース電極315、335、ドレイン電極316、336およびゲート電極327が配置される領域の半導体層をいう。 The operating region 300 of the HEMT is formed by providing an insulating layer (not shown here) that reaches the buffer layer and separating it. Here, the operation region 300 is a semiconductor layer in a region where the source electrodes 315 and 335, the drain electrodes 316 and 336, and the gate electrode 327 of the HEMT are disposed by being separated by an insulating layer.
図18から図21の断面図を参照し、HEMTの製造方法の一例を説明する。 With reference to the cross-sectional views of FIGS.
半絶縁性GaAs基板231上にノンドープのバッファ層232、電子供給層のn+AlGaAs層233、スペーサ層234、チャネル層のノンドープInGaAs層235、スペーサ層234、電子供給層のn+AlGaAs層233、障壁層となるノンドープのAlGaAs層236、キャップ層となるn+GaAs層237の複数の半導体層を積層する。 On the semi-insulating GaAs substrate 231, a non-doped buffer layer 232, an electron supply layer n + AlGaAs layer 233, a spacer layer 234, a channel layer non-doped InGaAs layer 235, a spacer layer 234, an electron supply layer n + AlGaAs layer 233, and a barrier layer. A plurality of semiconductor layers including a non-doped AlGaAs layer 236 and an n + GaAs layer 237 serving as a cap layer are stacked.
絶縁化層を形成するため、全面にスルーイオン注入用の第1窒化膜2511を形成する。レジストのマスクにより所望のパターンにボロン(B+)をイオン注入し、レジスト除去、アニールを行うことにより絶縁化層250を形成する。バッファ層232に達する絶縁化層250を設けることにより、HEMTを構成する動作領域としての不純物領域が分離される(図18)。 In order to form an insulating layer, a first nitride film 2511 for through ion implantation is formed on the entire surface. Boron (B +) is ion-implanted into a desired pattern using a resist mask, and the insulating layer 250 is formed by removing the resist and annealing. By providing the insulating layer 250 reaching the buffer layer 232, the impurity region as the operation region constituting the HEMT is separated (FIG. 18).
次に、オーミック金属層による電極を形成するため、レジストPRのマスクを設け、スルーイオン用の第1窒化膜2511の所望の領域をエッチングにより除去する(図19(A))。全面にオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)310を蒸着し(図19(B))、リフトオフ後、アロイする。これにより、キャップ層237にコンタクトする第1ソース電極315および第1ドレイン電極316が形成される(図19(C))。 Next, in order to form an electrode of an ohmic metal layer, a resist PR mask is provided, and a desired region of the first nitride film 2511 for through ions is removed by etching (FIG. 19A). An ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) 310 is deposited on the entire surface (FIG. 19B), and alloyed after lift-off. Thus, the first source electrode 315 and the first drain electrode 316 that are in contact with the cap layer 237 are formed (FIG. 19C).
次に、ゲート電極形成のために新たなレジストPRを設ける。レジストPRのゲート電極の形成領域を開口し、露出した窒化膜2511を除去して開口部OPを形成する(図20(A))。その後、リセスエッチングを行う。すなわち耐圧を確保するためキャップ層237を窒化膜251の開口部OPより大きく、所定の寸法になるまでサイドエッチングを続ける。エッチングによりキャップ層237は分離され、第1ソース電極315および第1ドレイン電極316にそれぞれコンタクトするソース領域237s、ドレイン領域237dとなる。ゲート電極の形成領域には障壁層236が露出する(図20(B))。 Next, a new resist PR is provided for forming the gate electrode. The gate electrode formation region of the resist PR is opened, and the exposed nitride film 2511 is removed to form an opening OP (FIG. 20A). Thereafter, recess etching is performed. That is, the side etching is continued until the cap layer 237 is larger than the opening OP of the nitride film 251 and has a predetermined dimension in order to ensure a breakdown voltage. The cap layer 237 is separated by etching, and becomes a source region 237 s and a drain region 237 d that are in contact with the first source electrode 315 and the first drain electrode 316, respectively. The barrier layer 236 is exposed in the formation region of the gate electrode (FIG. 20B).
さらに、キャップ層237のサイドエッチングによりひさし状に張り出した第1窒化膜2511のひさし部Eを除去する(図20(C))。 Further, the eaves portion E of the first nitride film 2511 protruding in an eave shape by side etching of the cap layer 237 is removed (FIG. 20C).
次に、全面にゲート金属層320を蒸着する(図21(A))。その後、リフトオフし、障壁層236とショットキー接合を形成するゲート電極327を形成する(図21(B))。そして、全面に保護膜となる第2窒化膜2512を再び形成する(図21(C))。 Next, a gate metal layer 320 is deposited on the entire surface (FIG. 21A). After that, lift-off is performed, and a gate electrode 327 that forms a Schottky junction with the barrier layer 236 is formed (FIG. 21B). Then, a second nitride film 2512 serving as a protective film is formed again on the entire surface (FIG. 21C).
その後、窒化膜2512にコンタクトホールを形成する。新たなレジストにより所望の形状にパッド金属層(Ti/Pt/Au)330を蒸着、リフトオフし、第2ソース電極335、第2ドレイン電極336を形成する。全面にジャケット膜となる第3窒化膜2513を形成して、図17に示す最終構造を得る(例えば特許文献1参照。)。
図22には、各電極部分の拡大断面図を示す。 FIG. 22 shows an enlarged cross-sectional view of each electrode portion.
図の如く、ゲート電極327、第1ソース電極315および第2ソース電極335、第1ドレイン電極316および第2ドレイン電極336の周囲は窒化膜251で被覆される。 As shown in the figure, the periphery of the gate electrode 327, the first source electrode 315 and the second source electrode 335, the first drain electrode 316 and the second drain electrode 336 is covered with a nitride film 251.
窒化膜251はより詳細には第1窒化膜2511、第2窒化膜2512、第3窒化膜2513からなる。第1窒化膜2511は、ソース領域237sおよびドレイン領域237d上で、第1ソース電極315および第2ドレイン電極316の周囲に設けられる。第2窒化膜2512は、パッシベーション膜でありゲート電極327上を覆い、第1絶縁膜2511の上に延在される。第2絶縁膜2512に設けたコンタクトホールCHを介して、第2ソース電極335が第1ソース電極315とコンタクトし、第2ドレイン電極336が第1ドレイン電極316とコンタクトする。第3窒化膜2513はジャケット膜であり、第2ソース電極335、第2ドレイン電極336を覆って全面に設けられる。 More specifically, the nitride film 251 includes a first nitride film 2511, a second nitride film 2512, and a third nitride film 2513. The first nitride film 2511 is provided around the first source electrode 315 and the second drain electrode 316 on the source region 237s and the drain region 237d. The second nitride film 2512 is a passivation film, covers the gate electrode 327, and extends on the first insulating film 2511. The second source electrode 335 is in contact with the first source electrode 315 and the second drain electrode 336 is in contact with the first drain electrode 316 through the contact hole CH provided in the second insulating film 2512. The third nitride film 2513 is a jacket film, and is provided on the entire surface covering the second source electrode 335 and the second drain electrode 336.
ところで、従来構造においては、オーミック金属層310で形成されたオーミック電極である第1ソース電極315および第1ドレイン電極316の端部に位置するキャップ層237(ソース領域237s、ドレイン領域237d)が、図22の如くエッチングされて、溝GVが形成されてしまう問題がある。 By the way, in the conventional structure, the cap layer 237 (source region 237 s and drain region 237 d) located at the ends of the first source electrode 315 and the first drain electrode 316, which are ohmic electrodes formed of the ohmic metal layer 310, There is a problem that the groove GV is formed by etching as shown in FIG.
これはガルバニック効果によるものである。ガルバニック効果は、オーミック電極等の金属電極が半導体に接している場所で発生する。すなわち、製造プロセス中にオーミック電極の端部でオーミック電極と半導体の間に電流が発生することにより、半導体が電気化学的腐食を起こす。半導体の不純物濃度が高いなど、導電性が増せば増すほど大きな電流が流れるためガルバニック効果が激しくなり、その部分の半導体が大きくエッチングされてしまう。 This is due to the galvanic effect. The galvanic effect occurs where a metal electrode such as an ohmic electrode is in contact with the semiconductor. That is, a current is generated between the ohmic electrode and the semiconductor at the end of the ohmic electrode during the manufacturing process, thereby causing the semiconductor to undergo electrochemical corrosion. As the conductivity increases, for example, the impurity concentration of the semiconductor increases, a larger current flows, so the galvanic effect becomes more intense and the semiconductor in that portion is greatly etched.
具体的には半導体層の不純物濃度が2×1018cm−3以上、半導体層の厚みが500Å以上になるとガルバニック効果が著しくなる。 Specifically, when the impurity concentration of the semiconductor layer is 2 × 10 18 cm −3 or more and the thickness of the semiconductor layer is 500 mm or more, the galvanic effect becomes remarkable.
従来の製造方法においては、図19に示す工程により、オーミック電極と、隣り合う第1窒化膜2511間には0.1μm〜1.0μm程度の隙間Gが形成される。そして、以降その上層に第2窒化膜2512が形成される(図21(C))までの製造工程において、オーミック電極の端部において、キャップ層237は露出したままである。 In the conventional manufacturing method, a gap G of about 0.1 μm to 1.0 μm is formed between the ohmic electrode and the adjacent first nitride film 2511 by the process shown in FIG. Thereafter, in the manufacturing process until the second nitride film 2512 is formed on the upper layer (FIG. 21C), the cap layer 237 remains exposed at the end of the ohmic electrode.
従って、ガルバニック効果により、キャップ層237が確実にエッチングされてしまう。具体的には、オーミック電極端部付近においてキャップ層(n+GaAs層)237がエッチングされる深さ(溝GV深さ)は数100Å以上と非常に深い。また、キャップ層37の厚みが1000Åの場合、溝GV深さが500Å以上となるケースも稀ではない。 Therefore, the cap layer 237 is surely etched by the galvanic effect. Specifically, the depth at which the cap layer (n + GaAs layer) 237 is etched near the end of the ohmic electrode (groove GV depth) is as deep as several hundreds of inches or more. In addition, when the thickness of the cap layer 37 is 1000 mm, it is not rare that the groove GV depth is 500 mm or more.
一方、イオン注入型GaAs MMICのオーミック電極を、上記の図19から図21の工程を採用して形成した場合は、ガルバニック効果の発生は少ない。また発生したとしてもエッチング深さが数10Å以下と極わずかに過ぎない。 On the other hand, when the ohmic electrode of the ion-implanted GaAs MMIC is formed by adopting the above-described steps of FIGS. 19 to 21, the occurrence of the galvanic effect is small. Even if it occurs, the etching depth is only a few tens of inches or less.
これは、イオン注入型GaAs MMICにおいてオーミック電極の付近はイオン注入されたn+型領域であるが、イオン注入のドーズ量をいくら上げても活性化の限界があり、不純物濃度は高くても1〜1.5×1018cm−3程度に過ぎないためである。 In the ion-implanted GaAs MMIC, the vicinity of the ohmic electrode is an ion-implanted n + -type region, but there is a limit of activation no matter how much the dose of ion implantation is increased. This is because it is only about 1.5 × 10 18 cm −3 .
しかし、上記のHEMTの場合には、キャップ層237は、3×1018cm−3以上の高い不純物濃度を有し、その厚みは600Å以上である。従って、ガルバニック効果により大きい溝GVが形成されてしまう。 However, in the case of the HEMT described above, the cap layer 237 has a high impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more, and the thickness thereof is 600 mm or more. Therefore, a larger groove GV is formed due to the galvanic effect.
HEMTは、図22の太実線で示すようにソース−ドレイン間の電流経路が形成される。つまり、溝GVにより電流経路が狭められると、オン抵抗Ronが増大する問題がある。 In the HEMT, a current path between the source and the drain is formed as shown by a thick solid line in FIG. That is, when the current path is narrowed by the groove GV, there is a problem that the on-resistance Ron increases.
また、隙間Gは、その上層に堆積された第2窒化膜2512により被覆されるものの、隙間Gのステップカバレジが悪く、溝GV上では第2窒化膜2512の成膜密度が低くなる。従って、パッシベーション効果が薄いためウェハ完成後においても外部からの水分などが基板表面に達する可能性が高く、ガルバニック効果が発生する場合がある。 Further, although the gap G is covered with the second nitride film 2512 deposited on the upper layer, the step coverage of the gap G is poor, and the deposition density of the second nitride film 2512 is lowered on the groove GV. Therefore, since the passivation effect is thin, there is a high possibility that moisture from the outside reaches the substrate surface even after completion of the wafer, and the galvanic effect may occur.
これによりキャップ層237がよりエッチングされ、さらにソース−ドレイン間の電流経路が狭められ、一層オン抵抗Ronが増加する恐れがある。 As a result, the cap layer 237 is further etched, the current path between the source and drain is further narrowed, and the on-resistance Ron may be further increased.
本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第1に、半導体基板上に積層された、バッファ層、電子供給層、チャネル層、安定層およびキャップ層となる複数の半導体層と、前記半導体層に設けられ、ソース領域およびドレイン領域を有する動作領域と、前記ソース領域およびドレイン領域とそれぞれコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極と、前記ソース領域および前記第1ソース電極上と、前記ドレイン領域および前記第1ドレイン電極上をそれぞれ連続して覆う第1絶縁膜と、少なくとも前記第1絶縁膜上に設けられた第2絶縁膜と、前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極と、前記ソース領域および前記ドレイン領域間の前記動作領域の一部とショットキー接合を形成するゲート電極と、を具備することにより解決するものである。 The present invention has been made in view of the various circumstances described above. First, a plurality of semiconductor layers stacked on a semiconductor substrate to be a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer, and a cap layer; An operating region provided in the semiconductor layer and having a source region and a drain region; a first source electrode and a first drain electrode that are in contact with the source region and the drain region, respectively; and on the source region and the first source electrode A first insulating film continuously covering the drain region and the first drain electrode, a second insulating film provided on at least the first insulating film, the first source electrode, and the first A second source electrode and a second drain electrode in contact with the drain electrode, and a part of the operation region between the source region and the drain region; A gate electrode forming a Schottky junction, solves by having a.
また、前記第1絶縁膜は、前記ソース領域と前記第1ソース電極の段差および、前記ドレイン領域と前記第1ドレイン電極の段差に密着して被覆することを特徴とするものである。 Further, the first insulating film is characterized in that it covers and closely contacts the step between the source region and the first source electrode and the step between the drain region and the first drain electrode.
また、前記第2絶縁膜は、前記ソース領域と前記ドレイン領域間の動作領域の一部、及びゲート電極に密着して被覆することを特徴とするものである。 Further, the second insulating film is characterized in that it covers and covers a part of the operation region between the source region and the drain region and the gate electrode.
また、第2ソース電極および第2ドレイン電極は、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極とコンタクトすることを特徴とするものである。 The second source electrode and the second drain electrode are in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the first insulating film and the second insulating film. It is what.
また、前記安定層の下層に障壁層を有することを特徴とするものである。 In addition, a barrier layer is provided below the stable layer.
また、前記ゲート電極は、前記障壁層に設けることを特徴とするものである。 The gate electrode is provided on the barrier layer.
また、前記ゲート電極は前記安定層上に設けることを特徴とするものである。 Further, the gate electrode is provided on the stable layer.
また、前記ゲート電極はPtを含み、一部が前記動作領域に埋め込まれることを特徴とするものである。 Further, the gate electrode includes Pt, and a part thereof is embedded in the operation region.
また、埋め込まれた前記ゲート電極の底部は、前記障壁層に達することを特徴とするものである。 The buried bottom portion of the gate electrode reaches the barrier layer.
また、埋め込まれた前記ゲート電極の底部は、前記安定層内に位置することを特徴とするものである。 The bottom of the buried gate electrode is located in the stable layer.
第2に、半導体基板上に積層された、バッファ層、電子供給層、チャネル層、安定層およびキャップ層となる複数の半導体層と、前記半導体層に設けられソース領域およびドレイン領域を有する動作領域と、前記ソース領域およびドレイン領域上に設けられた第1ソース電極および第1ドレイン電極と、前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極上に設けられた第2ソース電極および第2ドレイン電極と、前記ソース領域および前記ドレイン領域間の前記動作領域の一部とショットキー接合を形成するゲート電極と、前記ゲート電極周囲、前記第1ソース電極及び第2ソース電極周囲、前記第1ドレイン電極及び第2ドレイン電極周囲と密着して被覆する絶縁膜を具備し、前記第2ソース電極および前記第2ドレイン電極は、前記絶縁膜内に設けられたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および第1ドレイン電極とそれぞれコンタクトし、前記ゲート電極上に設けられた前記絶縁膜の膜厚から前記第2ソース電極および前記第2ドレイン電極上に設けられた前記縁膜膜の膜厚を減じた値を、前記コンタクトホールの深さとなる前記絶縁膜の膜厚から減じた値が正となることにより解決するものである。 Second, a plurality of semiconductor layers stacked on a semiconductor substrate to be a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer, and a cap layer, and an operating region provided in the semiconductor layer and having a source region and a drain region A first source electrode and a first drain electrode provided on the source region and the drain region, a second source electrode and a second drain electrode provided on the first source electrode and the first drain electrode, A gate electrode forming a Schottky junction with a part of the operation region between the source region and the drain region, the gate electrode periphery, the first source electrode and the second source electrode periphery, the first drain electrode and An insulating film which is in close contact with the periphery of the second drain electrode, and the second source electrode and the second drain electrode The second source electrode and the second drain are in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided therein, respectively, and the film thickness of the insulating film provided on the gate electrode is determined. The value obtained by subtracting the film thickness of the edge film provided on the electrode is solved by making the value obtained by subtracting the film thickness of the insulating film, which is the depth of the contact hole, positive.
第3に、半導体基板上にバッファ層、電子供給層、チャネル層、安定層およびキャップ層を積層し、全面に初期絶縁膜を形成する工程と、所定の領域にイオン注入による絶縁化層を形成し、動作領域を分離する工程と、全面の初期絶縁膜を除去する工程と、前記動作領域の前記キャップ層の一部にコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成する工程と、全面に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1ソース電極および第1ドレイン電極間の前記第1絶縁膜の一部を除去し、該第1絶縁膜をマスクとして前記キャップ層の一部を除去し前記安定層を露出する工程と、前記第1ソース電極及び第1ドレイン電極間の前記動作領域の一部とショットキー接合するゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜および第2絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、を具備することにより解決するものである。 Third, a step of laminating a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer and a cap layer on a semiconductor substrate and forming an initial insulating film on the entire surface, and forming an insulating layer by ion implantation in a predetermined region A step of separating the operation region, a step of removing the initial insulating film on the entire surface, a step of forming a first source electrode and a first drain electrode in contact with a part of the cap layer in the operation region, Forming a first insulating film on the first insulating film; removing a part of the first insulating film between the first source electrode and the first drain electrode; and using the first insulating film as a mask to form a part of the cap layer. Removing and exposing the stable layer; forming a gate electrode in Schottky junction with a portion of the operating region between the first source electrode and the first drain electrode; and second insulation covering the gate electrode. Membrane And forming a second source electrode and a second drain electrode in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the first insulating film and the second insulating film, and It solves by comprising.
また、前記第2絶縁膜および、前記第2ソース電極と第2ドレイン電極上を覆う第3絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。 In addition, the method includes a step of forming the second insulating film and a third insulating film that covers the second source electrode and the second drain electrode.
また、前記第1絶縁膜は、前記ソース領域と前記第1ソース電極、および前記ドレイン電極と前記第1ドレイン電極の段差に密着して被覆することを特徴とするものである。 Further, the first insulating film is characterized in that it covers the source region and the first source electrode, and the step between the drain electrode and the first drain electrode in close contact with each other.
また、前記安定層の下層に障壁層を有し、前記ゲート電極は露出した前記安定層を除去して前記障壁層上に形成することを特徴とするものである。 Further, a barrier layer is provided below the stable layer, and the gate electrode is formed on the barrier layer by removing the exposed stable layer.
また、前記ゲート電極は、前記安定層上に形成することを特徴とするものである。 Further, the gate electrode is formed on the stable layer.
また、前記ゲート電極の最下層金属はPtであり、熱処理により前記Ptの一部を前記動作領域表面に埋め込むことを特徴とするものである。 The lowermost layer metal of the gate electrode is Pt, and a part of the Pt is embedded in the surface of the operation region by heat treatment.
また、前記初期絶縁膜は、ウェハ投入後の前記基板表面の保護膜および/または前記絶縁化層を形成する不純物の活性化アニールの保護膜であることを特徴とするものである。 Further, the initial insulating film is a protective film for the substrate surface after the wafer is introduced and / or a protective film for impurity activation annealing for forming the insulating layer.
本発明の構造に依れば、第1ソース電極および第1ドレイン電極と、キャップ層の段差を被覆する第1絶縁膜を設けることにより、従来、第1ソース電極および第1ドレイン電極の両端に形成されていた隙間Gが形成されることはなく、ガルバニック効果の発生を防止する。
According to the structure of the present invention, by providing the first source electrode and the first drain electrode and the first insulating film covering the step of the cap layer, conventionally, both ends of the first source electrode and the first drain electrode are provided. The formed gap G is not formed, and the occurrence of the galvanic effect is prevented.
これにより、第1ソース電極および第1ドレイン電極の端部のキャップ層のエッチングを防止し、電流経路の狭さく化を防ぐことができるので、オン抵抗Ronの増大を抑制できる。 Accordingly, the cap layer at the end portions of the first source electrode and the first drain electrode can be prevented from being etched and the current path can be prevented from being narrowed, so that an increase in the on-resistance Ron can be suppressed.
また、第1ソース電極および第1ドレイン電極の両端におけるパッシベーション用の第2絶縁膜の成膜密度を十分確保でき、ウェハ完成後においても外部から滲入する水分や薬剤などから基板表面を十分保護することができる。従って、ウェハ完成後におけるガルバニック効果の発生を防止し、オン抵抗Ronの増大を抑制できる。 In addition, it is possible to sufficiently secure the deposition density of the second insulating film for passivation at both ends of the first source electrode and the first drain electrode, and sufficiently protect the substrate surface from moisture and chemicals that permeate from the outside even after completion of the wafer. be able to. Therefore, the occurrence of the galvanic effect after completion of the wafer can be prevented, and an increase in the on-resistance Ron can be suppressed.
また、本発明の製造方法によれば、初期窒化膜を全面除去した後、オーミック金属層を堆積し、第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成する。そしてその後、第1窒化膜で第1ソース電極および第1ドレイン電極上を覆うため、第1ソース電極と第1ドレイン電極、およびキャップ層の段差を第1窒化膜により完全に被複し、ガルバニック効果を防止することができる。 Further, according to the manufacturing method of the present invention, after removing the initial nitride film entirely, an ohmic metal layer is deposited to form the first source electrode and the first drain electrode. Then, in order to cover the first source electrode and the first drain electrode with the first nitride film, the steps of the first source electrode, the first drain electrode, and the cap layer are completely covered with the first nitride film, and the galvanic film is formed. The effect can be prevented.
以下に図1から図16を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1は、本実施形態のHEMTにより構成されたMMICを説明する図であり、一例としてSPDT(Single Pole Double Throw)スイッチ回路装置を示す。図1(A)は回路図であり、図1(B)は図1(A)の回路を1チップに集積化したスイッチ回路装置の平面図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining an MMIC configured by the HEMT according to the present embodiment, and shows an SPDT (Single Pole Double Throw) switch circuit device as an example. 1A is a circuit diagram, and FIG. 1B is a plan view of a switch circuit device in which the circuit of FIG. 1A is integrated on one chip.
図1(A)ごとく、本実施形態のHEMTはスイッチ回路装置等を構成する。図は、基本的なSPDTスイッチ回路装置であり、第1のFETであるFET1と第2のFETであるFET2のソース電極(あるいはドレイン電極)が共通入力端子INに接続され、FET1およびFET2のゲート電極がそれぞれ抵抗R1、R2を介して第1と第2の制御端子Ctl1、Ctl2に接続され、そしてFET1およびFET2のドレイン電極(あるいはソース電極)が第1と第2の出力端子OUT1、OUT2に接続されたものである。 As shown in FIG. 1A, the HEMT of this embodiment forms a switch circuit device and the like. The figure shows a basic SPDT switch circuit device, in which the source electrodes (or drain electrodes) of the first FET FET1 and the second FETFET2 are connected to the common input terminal IN, and the FET1 and FET2 gates. The electrodes are connected to the first and second control terminals Ctl1, Ctl2 through resistors R1, R2, respectively, and the drain electrodes (or source electrodes) of the FET1 and FET2 are connected to the first and second output terminals OUT1, OUT2. It is connected.
第1と第2の制御端子Ctl1、Ctl2に印加される制御信号は相補信号であり、Hレベルの信号が印加された側のFETがONして、共通入力端子INに印加された入力信号をどちらか一方の出力端子に伝達するようになっている。抵抗R1、R2は、交流接地となる制御端子Ctl1、Ctl2の直流電位に対してゲート電極を介して高周波信号が漏出することを防止する目的で配置されている。 The control signals applied to the first and second control terminals Ctl1 and Ctl2 are complementary signals, and the FET on the side to which the H level signal is applied is turned ON, and the input signal applied to the common input terminal IN is changed. The signal is transmitted to one of the output terminals. The resistors R1 and R2 are arranged for the purpose of preventing high-frequency signals from leaking through the gate electrode with respect to the DC potential of the control terminals Ctl1 and Ctl2 that are AC grounded.
そして、出力端子OUT1に信号を通すときには制御端子Ctl1に例えば3V、制御端子Ctl2に0Vを印加し、逆に出力端子OUT2に信号を通すときには制御端子Ctl2に3V、Ctl1に0Vのバイアス信号を印加している。 When passing a signal through the output terminal OUT1, for example, 3V is applied to the control terminal Ctl1, and 0V is applied to the control terminal Ctl2. Conversely, when passing a signal through the output terminal OUT2, a bias signal of 3V is applied to the control terminal Ctl2 and 0V is applied to Ctl1. is doing.
図1(B)のごとく、基板に、スイッチを行うFET1およびFET2を中央部に配置する。なお、本実施形態では基本デバイスがHEMTの場合を例に説明する。基板の周辺でFET1およびFET2の周囲には複数の電極パッドPが配置される。電極パッドPは具体的には共通入力端子IN、第1および第2出力端子OUT1、OUT2、第1および第2制御端子Ctl1、Ctl2に対応するパッドIC、O1、O2、C1、C2である。各FETのゲート電極に抵抗R1、R2が接続される。なお、点線で示した第2層目金属層は各FETのゲート電極127形成時に同時に形成されるゲート金属層(Pt/Mo)120である。実線で示した第3層目金属層は各素子の接続およびパッドの形成を行うパッド金属層(Ti/Pt/Au)130である。第1層目金属層は基板にオーミックに接合するオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)であり、各FETのソース電極、ドレイン電極および各抵抗両端の取り出し電極を形成するが、図では、パッド金属層と重なるために図示されていない。 As shown in FIG. 1B, FET 1 and FET 2 for switching are arranged in the center of the substrate. In the present embodiment, a case where the basic device is a HEMT will be described as an example. A plurality of electrode pads P are disposed around the substrate and around the FET1 and FET2. Specifically, the electrode pad P is a pad IC, O1, O2, C1, C2 corresponding to the common input terminal IN, the first and second output terminals OUT1, OUT2, and the first and second control terminals Ctl1, Ctl2. Resistors R1 and R2 are connected to the gate electrode of each FET. Note that the second metal layer indicated by a dotted line is a gate metal layer (Pt / Mo) 120 formed simultaneously with the formation of the gate electrode 127 of each FET. A third metal layer indicated by a solid line is a pad metal layer (Ti / Pt / Au) 130 for connecting each element and forming a pad. The first metal layer is an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) that is ohmicly bonded to the substrate, and forms the source electrode, drain electrode, and extraction electrodes at both ends of each resistor. It is not shown because it overlaps the metal layer.
FET1のゲート電極127と、制御端子パッドC1は抵抗R1で接続され、FET2のゲート電極127と制御端子パッドC2は抵抗R2で接続されている。 The gate electrode 127 of FET1 and the control terminal pad C1 are connected by a resistor R1, and the gate electrode 127 of FET2 and the control terminal pad C2 are connected by a resistor R2.
チップ中心に向かって伸びる櫛歯状のパッド金属層130が出力端子パッドO1に接続されるドレイン電極136(あるいはソース電極)であり、この下にオーミック金属層で形成されるドレイン電極(あるいはソース電極)がある。またチップ中心から外側に伸びる櫛歯状のパッド金属層130が共通入力端子パッドICに接続されるソース電極135(あるいはドレイン電極)であり、この下にオーミック金属層で形成されるソース電極(あるいはドレイン電極)がある。 A comb-like pad metal layer 130 extending toward the center of the chip is a drain electrode 136 (or source electrode) connected to the output terminal pad O1, and a drain electrode (or source electrode) formed of an ohmic metal layer below the drain electrode 136. ) A comb-like pad metal layer 130 extending outward from the chip center is a source electrode 135 (or drain electrode) connected to the common input terminal pad IC, and a source electrode (or a drain electrode) formed of an ohmic metal layer below this Drain electrode).
すなわち、HEMTの動作領域100は一点鎖線で示す領域に設けられ、動作領域100には、ソース電極135、115およびドレイン電極136、116が櫛歯をかみ合わせた形状に配置される。またソース電極135、115およびドレイン電極136、116間に、ゲート金属層120で形成されるゲート電極127が櫛歯形状に配置され、動作領域100の一部とショットキー接合を形成する。 That is, the HEMT operation region 100 is provided in a region indicated by a one-dot chain line. In the operation region 100, the source electrodes 135 and 115 and the drain electrodes 136 and 116 are arranged in a shape in which comb teeth are engaged. A gate electrode 127 formed of the gate metal layer 120 is arranged in a comb shape between the source electrodes 135 and 115 and the drain electrodes 136 and 116, and forms a Schottky junction with a part of the operation region 100.
上記の如きスイッチ回路装置などに採用されるHEMTの構造について、図2から図4を参照してディプレッション型HEMTを例に説明する。 The structure of the HEMT employed in the switch circuit device as described above will be described by taking a depletion type HEMT as an example with reference to FIGS.
まず、図2は、第1の実施形態を示す断面図であり、例えば図1のA−A線断面図である。本実施形態の半導体装置は、半導体基板上に積層された複数の半導体層と、動作領域と、第1ソース電極および第1ドレイン電極と、第1絶縁膜と、第2絶縁膜と、第2ソース電極および第2ドレイン電極と、ゲート電極と第3絶縁膜から構成される。 First, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the first embodiment, for example, a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The semiconductor device of the present embodiment includes a plurality of semiconductor layers stacked on a semiconductor substrate, an operation region, a first source electrode and a first drain electrode, a first insulating film, a second insulating film, and a second insulating film. A source electrode, a second drain electrode, a gate electrode, and a third insulating film are included.
HEMTの基板は、半絶縁性GaAs基板31上に複数の半導体層を積層してなる。複数の半導体層は、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、障壁層36、安定層38、キャップ層37である。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。 The HEMT substrate is formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semi-insulating GaAs substrate 31. The plurality of semiconductor layers are a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37. An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33.
このようにチャネル層35の上下の層に電子供給層33を配置するダブルへテロ接合構造とすることにより、キャリア密度が増えオン抵抗Ronを非常に小さくできる。 As described above, the double heterojunction structure in which the electron supply layer 33 is disposed on the upper and lower layers of the channel layer 35 increases the carrier density and makes the on-resistance Ron very small.
バッファ層32は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。障壁層36となるノンドープのAlGaAs層は、電子供給層33と当接してその上に設けられる。すなわち安定層38と電子供給層33間に配置され、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。安定層38は、障壁層36と当接してその上に設けられ酸化しにくいため外部からの化学的ストレスに強く信頼性上安定なInGaP層であり、膜厚は100Å程度である。尚、図ではn+InGaP層の安定層38を示しているが、第1の実施形態では安定層38はノンドープInGaP層であってもよい。又、安定層38はエッチストップ層としても機能する。 The buffer layer 32 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and its film thickness is about several thousand Å. The non-doped AlGaAs layer serving as the barrier layer 36 is provided in contact with the electron supply layer 33. That is, it is disposed between the stable layer 38 and the electron supply layer 33, and ensures a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. The stable layer 38 is an InGaP layer which is provided on and in contact with the barrier layer 36 and hardly oxidizes and is resistant to chemical stress from the outside and is stable in reliability, and has a thickness of about 100 mm. Although the figure shows the stable layer 38 of the n + InGaP layer, the stable layer 38 may be a non-doped InGaP layer in the first embodiment. The stable layer 38 also functions as an etch stop layer.
更にキャップ層となるn+GaAs層37を最上層に積層する。キャップ層37の厚みは600Å以上、不純物濃度は、2×1018cm−3以上であり、好適には膜厚が1000Å程度、不純物濃度が3×1018cm−3以上である。 Further, an n + GaAs layer 37 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer. The cap layer 37 has a thickness of 600 mm or more and an impurity concentration of 2 × 10 18 cm −3 or more, preferably a film thickness of about 1000 mm and an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more.
電子供給層33は、チャネル層35よりバンドギャップが大きい材料が用いられる。また、電子供給層33のn+AlGaAs層のn型不純物(例えばSi)の不純物濃度は、Vp、オン抵抗Ron、耐圧に関係するが本実施形態では2〜4×1018cm−3程度(好適には2.6×1018cm−3)とする。 The electron supply layer 33 is made of a material having a larger band gap than the channel layer 35. The impurity concentration of the n-type impurity (for example, Si) in the n + AlGaAs layer of the electron supply layer 33 is related to Vp, on-resistance Ron, and breakdown voltage, but in this embodiment, about 2 to 4 × 10 18 cm −3 (preferably Is 2.6 × 10 18 cm −3 ).
そして、このような構造により、電子供給層33であるn+AlGaAs層のドナー不純物から発生した電子が、チャネル層35側へ移動し、電流パスとなるチャネルが形成される。この結果、電子とドナー・イオンは、ヘテロ接合界面を境として空間的に分離されることになる。電子はチャネル層35を走行するが、チャネル層35にはドナー・イオンが存在しないためクーロン散乱の影響が非常に少なく、高電子移動度を持つことができる。 With such a structure, electrons generated from the donor impurity of the n + AlGaAs layer serving as the electron supply layer 33 move to the channel layer 35 side, and a channel serving as a current path is formed. As a result, electrons and donor ions are spatially separated with the heterojunction interface as a boundary. Electrons travel through the channel layer 35. Since donor ions are not present in the channel layer 35, the influence of Coulomb scattering is very small, and high electron mobility can be obtained.
また、結晶に歪みが発生することによるスリットなどの結晶欠陥を防止するため、InGaP層(安定層)38をGaAs、つまりここではn+GaAs層(キャップ層)37およびノンドープAlGaAs層(障壁層)36と格子整合させる。また、ノンドープAlGaAs層(障壁層)36と電子供給層33は共にAlGaAs層であるため格子整合している。 In addition, in order to prevent crystal defects such as slits caused by distortion in the crystal, the InGaP layer (stable layer) 38 is formed of GaAs, that is, the n + GaAs layer (cap layer) 37 and the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 here. Match the lattice. Further, since the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 and the electron supply layer 33 are both AlGaAs layers, they are lattice-matched.
キャップ層37は所望の形状にパターンニングされ、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116がそれぞれコンタクトするソース領域37s、ドレイン領域37dとなる。第1ソース電極115および第1ドレイン電極116上には、パッド金属層130で形成される第2ソース電極135、第2ドレイン電極136がそれぞれコンタクトする。ゲート電極127は、ソース領域37s、ドレイン領域37d間に配置される。 The cap layer 37 is patterned into a desired shape to form a source region 37s and a drain region 37d with which the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 are in contact, respectively. On the 1st source electrode 115 and the 1st drain electrode 116, the 2nd source electrode 135 and the 2nd drain electrode 136 which are formed with the pad metal layer 130 contact, respectively. The gate electrode 127 is disposed between the source region 37s and the drain region 37d.
また、本実施形態の安定層38は、その上層のキャップ層37と同じパターンでエッチングされている。 Further, the stable layer 38 of the present embodiment is etched in the same pattern as the cap layer 37 which is an upper layer thereof.
HEMTの動作領域100は、バッファ層32に達する絶縁化層(ここでは不図示)を設けて分離することにより例えば図1の一点鎖線の領域に設けられる。以下、動作領域100とは、絶縁化層で分離され、HEMTのソース電極115、135、ドレイン電極116、136およびゲート電極127が配置される領域の半導体層をいう。すなわち電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、スペーサ層34、障壁層36、安定層38、キャップ層37などのHEMTを構成する各半導体層をすべて含んだトータルとしての領域を動作領域100とする。 The operating region 100 of the HEMT is provided, for example, in the region of the one-dot chain line in FIG. 1 by providing an insulating layer (not shown here) that reaches the buffer layer 32 and separating it. Hereinafter, the operation region 100 refers to a semiconductor layer in a region where the source electrodes 115 and 135, the drain electrodes 116 and 136, and the gate electrode 127 of the HEMT are disposed by being separated by an insulating layer. That is, the total region including all semiconductor layers constituting the HEMT such as the electron supply layer 33, the channel (electron transit) layer 35, the spacer layer 34, the barrier layer 36, the stable layer 38, and the cap layer 37 is defined as the operation region 100. And
ゲート電極127は、キャップ層37および安定層38のパターンニングにより露出した動作領域100表面の障壁層36とショットキー接合を形成する。 The gate electrode 127 forms a Schottky junction with the barrier layer 36 on the surface of the operation region 100 exposed by the patterning of the cap layer 37 and the stable layer 38.
ゲート電極127は、例えばPt/Moであり、これらの蒸着膜厚はPt(白金)が45Å、Mo(モリブデン)が50Åである。そして、最下層金属のPtの一部を熱処理により障壁層36に埋め込んだ構造である。埋め込まれたPtはゲート電極127として機能する。埋め込まれたPtの深さは108Åであり、その底部は障壁層36内に位置する。これにより、ピンチオフ電圧Vp=−0.8Vを実現している。 The gate electrode 127 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness thereof is 45 mm for Pt (platinum) and 50 mm for Mo (molybdenum). In addition, a part of Pt, which is the lowermost layer metal, is embedded in the barrier layer 36 by heat treatment. The buried Pt functions as the gate electrode 127. The depth of the buried Pt is 108 mm, and its bottom is located in the barrier layer 36. Thereby, the pinch-off voltage Vp = −0.8V is realized.
またゲート電極を形成するゲート金属層としてPtの上にはMoなどPt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属を、Ptに引き続き連続して蒸着することが望ましい。ゲート電極をPtのみで形成すると、Pt蒸着後、Pt埋め込み熱処理までの間にPt表面に異物が付着した場合、その異物までPt埋め込み熱処理反応に関与することになり、HEMTの特性が劣化する。従って熱によりGaAsと反応しないMoでPtの上を覆うことによりMo上に同様の異物が付着したとしても、Moがバリアとなりその異物がPt埋め込み熱処理反応に関与することは無い。 Further, it is desirable that a metal that does not react with GaAs in Pt embedment heat treatment, such as Mo, is continuously deposited on Pt as a gate metal layer for forming a gate electrode, following Pt. When the gate electrode is formed of only Pt, if foreign matter adheres to the Pt surface after the Pt deposition and before the Pt embedding heat treatment, the foreign matter is involved in the Pt embedding heat treatment reaction, and the HEMT characteristics deteriorate. Therefore, even if similar foreign matter adheres to Mo by covering Pt with Mo that does not react with GaAs by heat, Mo becomes a barrier and the foreign matter does not participate in the Pt-embedding heat treatment reaction.
またウエハ完成後においても実装時に半田付けの熱が加わることなどが有る。この場合、ゲート電極をPtのみで形成するとPtの上に異物が付着している場合、その異物が半田付けの熱などによってGaAsと反応しHEMTの特性が劣化する場合がある。その際にもMoでPtの上を覆うことによりMo上に異物があってもMoがバリアとなりその異物が半田付けの熱などによってGaAsと反応することは無い。Moの厚みはあまり厚くするとPtとの間でストレスが発生するため、最大でもPtの厚みと同程度とすることが望ましい。Pt厚みは45ÅであるためMoも同程度の50Åとする。 Even after the wafer is completed, soldering heat may be applied during mounting. In this case, when the gate electrode is formed of only Pt, if foreign matter adheres on Pt, the foreign matter may react with GaAs due to soldering heat or the like, and the HEMT characteristics may deteriorate. At this time, even if foreign matter exists on Mo by covering Pt with Mo, Mo becomes a barrier and the foreign matter does not react with GaAs due to heat of soldering or the like. If the thickness of Mo is too large, stress occurs between Pt and it is desirable that the thickness of Mo be at most the same as the thickness of Pt. Since the Pt thickness is 45 mm, Mo is set to 50 mm, which is about the same.
スイッチMMICの場合、ゲート電極から制御端子までの間に10KΩ程度以上の抵抗が挿入されるため、ゲート電極自体の抵抗値は高くても問題なく、Pt/Moというゲート金属構造が最適である。 In the case of the switch MMIC, since a resistance of about 10 KΩ or more is inserted between the gate electrode and the control terminal, there is no problem even if the resistance value of the gate electrode itself is high, and a gate metal structure of Pt / Mo is optimal.
また熱によりGaAsと反応しない金属としてMoの替わりにW(タングステン)も考えられるが、Wは融点が高いため一般にはスパッタで形成しており蒸着では形成できない。従ってPtの蒸着と連続してWは形成できず、またスパッタの場合高熱が発生するためレジストが耐えらえずリフトオフによる形成も不可能である。 In addition, W (tungsten) may be used instead of Mo as a metal that does not react with GaAs due to heat. However, since W has a high melting point, it is generally formed by sputtering and cannot be formed by vapor deposition. Therefore, W cannot be formed continuously with the deposition of Pt, and since high heat is generated in the case of sputtering, the resist cannot withstand and cannot be formed by lift-off.
本実施形態では、ゲート電極の最下層金属の一部を基板表面に埋め込んだ、埋め込みゲート構造とすることにより、HEMTの特性を向上させることができる。これは図の如く埋め込まれたPtは底部の端が丸いためである。これにより、底部の端が尖っている埋め込みゲート構造ではないゲート電極(例えばTi/Pt/Au)に比べ、ゲート電極に逆バイアスが印加される際、電界強度が分散される。つまり埋め込みゲート構造は、最大電界強度が弱まり耐圧が大幅に上がるためである。 In the present embodiment, the HEMT characteristics can be improved by using an embedded gate structure in which a part of the lowermost layer metal of the gate electrode is embedded in the substrate surface. This is because Pt embedded as shown in the figure has a round bottom end. Accordingly, the electric field strength is dispersed when a reverse bias is applied to the gate electrode, as compared with a gate electrode (for example, Ti / Pt / Au) that does not have a buried gate structure with a sharp bottom end. That is, the buried gate structure is because the maximum electric field strength is weakened and the breakdown voltage is significantly increased.
逆に所定の耐圧に設計する場合、埋め込みゲート構造ではゲート電極付近の電界強度が弱まる分、電子供給層33の不純物濃度を大幅に上げることができ、オン抵抗Ronを大幅に小さくすることができる。つまり、本実施形態の電子供給層33は、スイッチ回路を構成するHEMTが最大限の特性が得られるよう、設計されている。 Conversely, when designing to a predetermined breakdown voltage, the buried gate structure can greatly increase the impurity concentration of the electron supply layer 33 as the electric field strength near the gate electrode is weakened, and can greatly reduce the on-resistance Ron. . That is, the electron supply layer 33 of the present embodiment is designed so that the HEMT constituting the switch circuit can obtain the maximum characteristics.
また、本実施形態ではチャネル層35の上下に電子供給層33を配置したダブルへテロ接合構造を採用しており、更に電子供給層33の上に障壁層36および安定層38が設けられる。 In this embodiment, a double heterojunction structure in which the electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35 is employed, and a barrier layer 36 and a stable layer 38 are provided on the electron supply layer 33.
そして、所定の耐圧を確保するためゲート電極127は、ノンドープ層である障壁層36表面に蒸着され、障壁層36内にその一部が埋め込まれる。つまり、ゲート電極127から電子供給層33に至るまでの間に不純物が添加された層が無く、実質的に電子供給層33に連続するノンドープ層36に、ゲート電極127が設けられたこととなる。 In order to ensure a predetermined breakdown voltage, the gate electrode 127 is deposited on the surface of the barrier layer 36 which is a non-doped layer, and a part of the gate electrode 127 is embedded in the barrier layer 36. That is, there is no layer doped with impurities between the gate electrode 127 and the electron supply layer 33, and the gate electrode 127 is provided in the non-doped layer 36 that is substantially continuous with the electron supply layer 33. .
このように、ダブルへテロ接合構造で、電子供給層33に連続するノンドープ層にゲート電極が設けられた構造により、HEMTは所定の耐圧を確保しながら非常に低いオン抵抗を実現することができる。すなわち20Vのゲート耐圧を有しながら、Pt埋め込みゲート構造、ダブルへテロ接合構造、電子供給層からゲート電極までをすべてノンドープ層とする構造を採用することにより、電子供給層の濃度を2.6×1018cm−3まで上げることができる。この結果Vp=−0.8Vにおけるゲート幅1mmあたりのオン抵抗として、ゲート電圧Vg=0Vの場合にオン抵抗Ron=1.4Ω/mmを実現した。このオン抵抗の値はスイッチ用HEMTとしては極めて低いといえる。 As described above, the HEMT can realize a very low on-resistance while ensuring a predetermined breakdown voltage by the double heterojunction structure and the structure in which the gate electrode is provided in the non-doped layer continuous to the electron supply layer 33. . That is, by adopting a Pt buried gate structure, a double heterojunction structure, and a structure in which the electron supply layer to the gate electrode are all non-doped layers while having a gate breakdown voltage of 20 V, the concentration of the electron supply layer is 2.6. × 10 18 cm -3 can be increased. As a result, an on-resistance Ron = 1.4Ω / mm was realized when the gate voltage Vg = 0V as the on-resistance per 1 mm of the gate width at Vp = −0.8V. It can be said that the on-resistance value is extremely low for a switching HEMT.
尚、図ではゲート金属層としてPt/Moを例に示したが、これに限らずTi/Pt/Auであってもよく、ゲート電極127の一部が障壁層36に埋め込まれていなくてもよい。 In the figure, Pt / Mo is shown as an example of the gate metal layer. However, the present invention is not limited to this, and Ti / Pt / Au may be used. Even if a part of the gate electrode 127 is not embedded in the barrier layer 36. Good.
図の如く、ゲート電極127、第1ソース電極115および第2ソース電極135、第1ドレイン電極116および第2ドレイン電極136は、その周囲に密着する窒化膜51で被覆される。窒化膜51はより詳細には第1窒化膜511、第2窒化膜512、第3窒化膜513からなるが、窒化膜51の構成内容の種類は部分的に異なり、これら3層がすべて存在する個所もあるが、これらのいずれか2層の組み合わせの個所、あるいはこれらのうち1つの窒化膜から構成される個所もある。具体的には、例えばゲート電極127上の窒化膜51は第2窒化膜512+第3窒化膜513から構成され、第2ソース電極135および第2ドレイン電極136上の窒化膜51は第3窒化膜513のみから構成され、コンタクトホールCHの深さとなる窒化膜51は第1窒化膜511+第2窒化膜512から構成される。また第3の窒化膜513は存在する場合と存在しない場合がある。 As shown, the gate electrode 127, the first source electrode 115 and the second source electrode 135, the first drain electrode 116 and the second drain electrode 136 are covered with a nitride film 51 which is in close contact with the periphery thereof. More specifically, the nitride film 51 includes a first nitride film 511, a second nitride film 512, and a third nitride film 513. However, the type of the content of the nitride film 51 is partially different, and all these three layers exist. There are also locations, but there are locations where any two of these layers are combined, or locations where one of these is composed of a nitride film. Specifically, for example, the nitride film 51 on the gate electrode 127 includes a second nitride film 512 + a third nitride film 513, and the nitride film 51 on the second source electrode 135 and the second drain electrode 136 is a third nitride film. The nitride film 51 composed only of 513 and having the depth of the contact hole CH is composed of a first nitride film 511 + a second nitride film 512. The third nitride film 513 may or may not exist.
第1窒化膜511は、ソース領域37sおよび第1ソース電極115上を連続して覆う。また、ドレイン領域37dおよび第1ドレイン電極116上を連続して覆う。これにより、ソース領域37sと第1ソース電極115の段差および、ドレイン領域37dと第1ドレイン電極116の段差は、第1窒化膜511により完全に被覆され、第1ソース電極115(第1ドレイン電極116も同様)の端部は、第1窒化膜511と密着している。また、第1窒化膜511の端部は、ソース領域37sおよびドレイン領域37dとなるキャップ層37(および安定層38)の端部と一致している。 The first nitride film 511 continuously covers the source region 37s and the first source electrode 115. Further, the drain region 37d and the first drain electrode 116 are continuously covered. Thereby, the step between the source region 37s and the first source electrode 115 and the step between the drain region 37d and the first drain electrode 116 are completely covered with the first nitride film 511, and the first source electrode 115 (first drain electrode 115) is covered. 116 is also in close contact with the first nitride film 511. Further, the end of the first nitride film 511 coincides with the end of the cap layer 37 (and the stable layer 38) that becomes the source region 37s and the drain region 37d.
第2窒化膜512は、パッシベーション膜となり、ゲート電極127の側面および上面とゲート電極127周囲に露出した障壁層36上を覆う。また安定層38とキャップ層37の側面を覆い、第1窒化膜511の上まで延在される。コンタクトホールCHは、第1窒化膜511および第2窒化膜512に設けられる。コンタクトホールCHを介して第2ソース電極135が第1ソース電極115とコンタクトし、第2ドレイン電極136が第1ドレイン電極116とコンタクトする。 The second nitride film 512 serves as a passivation film and covers the side and top surfaces of the gate electrode 127 and the barrier layer 36 exposed around the gate electrode 127. Further, the side surfaces of the stable layer 38 and the cap layer 37 are covered and extended to the top of the first nitride film 511. The contact hole CH is provided in the first nitride film 511 and the second nitride film 512. The second source electrode 135 is in contact with the first source electrode 115 through the contact hole CH, and the second drain electrode 136 is in contact with the first drain electrode 116.
第3窒化膜513はジャケット膜であり、第2窒化膜512上を覆い、更に第2ソース電極135、第2ドレイン電極136を覆って全面に設けられる、また図示は省くがボンディングパッド上のみ開口される。 The third nitride film 513 is a jacket film, which covers the second nitride film 512 and further covers the second source electrode 135 and the second drain electrode 136. Further, although not shown, the third nitride film 513 is opened only on the bonding pad. Is done.
このように本実施形態では、第1窒化膜511がソース領域37sとなるキャップ層37と第1ソース電極115(ドレイン側も同様)の段差に完全に密着して被覆している。従って、従来の如く隙間Gが形成されることがなく、製造工程中におけるガルバニック効果を防止できる。 As described above, in the present embodiment, the first nitride film 511 covers the step between the cap layer 37 serving as the source region 37s and the first source electrode 115 (same on the drain side) in close contact with the first nitride film 511. Therefore, the gap G is not formed as in the prior art, and the galvanic effect during the manufacturing process can be prevented.
また、第1窒化膜511および第2窒化膜512はそれぞれ500Å、1500Å程度で、ほぼ均一な厚みで、第1ソース電極115(ドレイン側も同様)およびキャップ層37をまんべんなく覆っている。すなわち窒化膜はCVDにより堆積を行う。CVDにおいては装置のチャンバー内において雪が降り積もる如く窒化膜が堆積されていく。従って従来のように溝GVが形成されると、溝の底に近い部分は溝の影になってしまい、どうしても窒化膜の厚みが薄くなったり、密度が薄くなってしまう。しかし、本実施形態では溝GVが形成されることはないので、側面でも上面(平面)の70%程度以上の膜厚が確保できる。従って、ウェハ完成後においても水分や薬剤などの滲入を完全に保護することができ、ガルバニック効果の発生を防止できる。 Further, the first nitride film 511 and the second nitride film 512 are about 500 mm and 1500 mm, respectively, and have a substantially uniform thickness, and evenly cover the first source electrode 115 (same on the drain side) and the cap layer 37. That is, the nitride film is deposited by CVD. In CVD, a nitride film is deposited so that snow accumulates in the chamber of the apparatus. Therefore, when the groove GV is formed as in the prior art, the portion close to the bottom of the groove becomes a shadow of the groove, and the thickness of the nitride film is inevitably reduced or the density is reduced. However, since the groove GV is not formed in this embodiment, a film thickness of about 70% or more of the upper surface (plane) can be secured even on the side surface. Therefore, even after completion of the wafer, the infiltration of moisture and chemicals can be completely protected, and the occurrence of the galvanic effect can be prevented.
ここで、この構造を実現するためには、ゲート電極127上に設けられた窒化膜51(第2窒化膜512+第3窒化膜513)の膜厚T1、第2ソース電極135および第2ドレイン電極136上に設けられた窒化膜51(第3窒化膜513)の膜厚T2、コンタクトホールCHの深さとなる窒化膜51(第1窒化膜511+第2窒化膜512)の膜厚T3は以下の関係を満たしている必要がある。 Here, in order to realize this structure, the film thickness T1 of the nitride film 51 (second nitride film 512 + third nitride film 513) provided on the gate electrode 127, the second source electrode 135, and the second drain electrode The film thickness T2 of the nitride film 51 (third nitride film 513) provided on 136 and the film thickness T3 of the nitride film 51 (first nitride film 511 + second nitride film 512) to be the depth of the contact hole CH are as follows: The relationship must be met.
T3−(T1−T2)>0
すなわち、T3−(T1−T2)の値はコンタクトホールCHの周囲の第1窒化膜511の膜厚である。後に詳述するが、ガルバニック効果を防止するために第1窒化膜511でキャップ層37と第1ソース電極115(ドレイン電極116)を被覆した結果、コンタクトホールCHの周囲の窒化膜51には、第1窒化膜511が残ることになる。尚、第3窒化膜513は存在する場合と存在しない場合があり、第3窒化膜513が存在しない場合についても、T3=0を代入することにより前記不等式は成り立つ。
T3- (T1-T2)> 0
That is, the value of T3- (T1-T2) is the thickness of the first nitride film 511 around the contact hole CH. As will be described in detail later, as a result of covering the cap layer 37 and the first source electrode 115 (drain electrode 116) with the first nitride film 511 in order to prevent the galvanic effect, the nitride film 51 around the contact hole CH The first nitride film 511 remains. The third nitride film 513 may or may not exist, and the inequality is established by substituting T3 = 0 for the case where the third nitride film 513 does not exist.
次に、図3を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態とゲート電極127部分および基板構造が異なるものであり、第1の実施形態と重複する部分については詳細な説明を省略する。また、図3は図1のA−A線断面図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the portion of the gate electrode 127 and the substrate structure, and a detailed description of the portions overlapping with the first embodiment is omitted. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
HEMTの基板は、半絶縁性GaAs基板31上に、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、障壁層36、安定層38、キャップ層37を積層したものである。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。 The HEMT substrate is obtained by laminating a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron transit) layer 35, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37 on a semi-insulating GaAs substrate 31. . An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33.
第2の実施形態も、チャネル層35の上下の層に電子供給層33を配置するダブルへテロ接合構造とすることにより、キャリア密度が増えオン抵抗Ronを非常に小さくできる。 In the second embodiment, the double heterojunction structure in which the electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35 can increase the carrier density and extremely reduce the on-resistance Ron.
さらに、InGaP層(安定層)38をGaAs、つまりここではn+GaAs層(キャップ層)37およびノンドープAlGaAs層(障壁層)36と格子整合させる。また、ノンドープAlGaAs層(障壁層)36と電子供給層33は共にAlGaAs層であるため格子整合している。 Further, the InGaP layer (stable layer) 38 is lattice-matched with GaAs, that is, the n + GaAs layer (cap layer) 37 and the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 here. Further, since the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 and the electron supply layer 33 are both AlGaAs layers, they are lattice-matched.
尚、図3(A)と図3(B)は基板を構成する半導体層は同じであるが、障壁層36および安定層38の厚みが異なる。 3A and 3B have the same semiconductor layer constituting the substrate, but the thicknesses of the barrier layer 36 and the stable layer 38 are different.
図3(A)では、障壁層36が170Åであり、安定層38が80Åの膜厚である。キャップ層37は、第1の実施形態と同様に、膜厚が1000Å、不純物濃度が3×1018cm−3以上である。また、安定層38は、ノンドープInGaP層である。 In FIG. 3A, the barrier layer 36 has a thickness of 170 mm and the stable layer 38 has a thickness of 80 mm. As in the first embodiment, the cap layer 37 has a film thickness of 1000 Å and an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more. The stable layer 38 is a non-doped InGaP layer.
キャップ層37は所望の形状にパターンニングされ、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116がそれぞれコンタクトするソース領域37s、ドレイン領域37dとなる。第1ソース電極115および第1ドレイン電極116上には、パッド金属層130で形成される第2ソース電極135、第2ドレイン電極136がそれぞれコンタクトする。ゲート電極127は、ソース領域37s、ドレイン領域37d間に配置される。尚、ドレイン側とソース側の構造は同様であるので、以下ソース側について説明する。 The cap layer 37 is patterned into a desired shape to form a source region 37s and a drain region 37d with which the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 are in contact, respectively. On the 1st source electrode 115 and the 1st drain electrode 116, the 2nd source electrode 135 and the 2nd drain electrode 136 which are formed with the pad metal layer 130 contact, respectively. The gate electrode 127 is disposed between the source region 37s and the drain region 37d. Since the drain side and source side structures are the same, only the source side will be described below.
ゲート電極127は、キャップ層37のパターンニングにより露出した動作領域100表面の安定層38および障壁層36とショットキー接合を形成する。 The gate electrode 127 forms a Schottky junction with the stable layer 38 and the barrier layer 36 on the surface of the operation region 100 exposed by patterning of the cap layer 37.
ゲート電極127は、例えばPt/Moであり、これらの蒸着膜厚はPtが45Å、Moが50Åである。そして、最下層金属のPtの一部を熱処理により動作領域100表面に埋め込んだ構造である。埋め込まれたPtはゲート電極127として機能する。埋め込まれたPtの深さは108Åであり、その底部は安定層38を貫通し、障壁層36に達する。これにより、ピンチオフ電圧Vp=−0.8Vを実現している。 The gate electrode 127 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness thereof is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. In this structure, a part of the lowermost layer metal Pt is embedded in the surface of the operation region 100 by heat treatment. The buried Pt functions as the gate electrode 127. The buried Pt has a depth of 108 mm, and its bottom penetrates the stable layer 38 and reaches the barrier layer 36. Thereby, the pinch-off voltage Vp = −0.8V is realized.
またゲート電極を形成するゲート金属層としてPtの上にはMoなどPt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属を、Ptに引き続き連続して蒸着することが望ましい。 Further, it is desirable that a metal that does not react with GaAs in Pt embedment heat treatment, such as Mo, is continuously deposited on Pt as a gate metal layer for forming a gate electrode, following Pt.
図の如く、ゲート電極127、第1ソース電極115および第2ソース電極135、は、その周囲に密着する窒化膜51で被覆される。窒化膜51はより詳細には第1窒化膜511、第2窒化膜512、第3窒化膜513からなるが、窒化膜51の構成内容の種類は部分的に異なり、これら3層がすべて存在する個所もあるが、これらのいずれか2層の組み合わせの個所、あるいはこれらのうち1つの窒化膜から構成される個所もある。また第3の窒化膜513は存在する場合と存在しない場合がある。 As shown, the gate electrode 127, the first source electrode 115, and the second source electrode 135 are covered with a nitride film 51 that is in close contact with the periphery thereof. More specifically, the nitride film 51 includes a first nitride film 511, a second nitride film 512, and a third nitride film 513. However, the type of the content of the nitride film 51 is partially different, and all these three layers exist. There are also locations, but there are locations where any two of these layers are combined, or locations where one of these is composed of a nitride film. The third nitride film 513 may or may not exist.
第1窒化膜511は、ソース領域37sおよび第1ソース電極115上を連続して覆う。これにより、ソース領域37sと第1ソース電極115の段差は、第1窒化膜511により完全に被覆され、第1ソース電極115の端部は、第1窒化膜511と密着している。また、第1窒化膜511の端部は、ソース領域37sとなるキャップ層37の端部と一致している。 The first nitride film 511 continuously covers the source region 37s and the first source electrode 115. Accordingly, the step between the source region 37 s and the first source electrode 115 is completely covered with the first nitride film 511, and the end portion of the first source electrode 115 is in close contact with the first nitride film 511. The end portion of the first nitride film 511 coincides with the end portion of the cap layer 37 that becomes the source region 37s.
第2窒化膜512は、ゲート電極127の側面および上面とゲート電極127の周囲に露出した安定層38上および、キャップ層37の側面を覆い、第1窒化膜511の上まで延在される。コンタクトホールCHは、第1窒化膜511および第2窒化膜512に設けられ、コンタクトホールCHを介して第2ソース電極135が第1ソース電極115とコンタクトする。 The second nitride film 512 covers the side surface and upper surface of the gate electrode 127 and the stable layer 38 exposed around the gate electrode 127 and the side surface of the cap layer 37, and extends to the top of the first nitride film 511. The contact hole CH is provided in the first nitride film 511 and the second nitride film 512, and the second source electrode 135 is in contact with the first source electrode 115 through the contact hole CH.
第3窒化膜513はパッシベーション膜であり、第2窒化膜512上を覆い、更に第2ソース電極135を覆って全面に設けられる。また図示は省くがボンディングパッド上のみ開口される。 The third nitride film 513 is a passivation film, and is provided on the entire surface covering the second nitride film 512 and further covering the second source electrode 135. Although not shown in the figure, only the bonding pad is opened.
第2の実施形態においても、第1窒化膜511がソース領域37sとなるキャップ層37と第1ソース電極115の段差に完全に密着して被覆している。そして、窒化膜51の膜厚T1、T2、T3は、以下の関係を満たしている。 Also in the second embodiment, the first nitride film 511 covers the step between the cap layer 37 serving as the source region 37s and the first source electrode 115 in close contact with each other. The film thicknesses T1, T2, and T3 of the nitride film 51 satisfy the following relationship.
T3−(T1−T2)>0
従って、従来の如く隙間Gが形成されることがなく、製造工程中におけるガルバニック効果を防止できる。
T3- (T1-T2)> 0
Therefore, the gap G is not formed as in the prior art, and the galvanic effect during the manufacturing process can be prevented.
また、第1窒化膜511および第2窒化膜512は、ほぼ均一な厚みで、第1ソース電極115およびキャップ層37をまんべんなく覆っているため、ウェハ完成後においても水分や薬剤などの滲入を完全に保護することができ、ガルバニック効果の発生を防止できる。 In addition, the first nitride film 511 and the second nitride film 512 are substantially uniform in thickness and evenly cover the first source electrode 115 and the cap layer 37, so that infiltration of moisture, chemicals, and the like is completely achieved even after the wafer is completed. It is possible to prevent the occurrence of the galvanic effect.
図3(B)では、障壁層36が80Åであり、安定層38が170Åの膜厚である。キャップ層37は、第1の実施形態と同様に、膜厚が1000Å、不純物濃度が3×1018cm−3以上である。また、安定層38は、ノンドープInGaP層である。 In FIG. 3B, the barrier layer 36 has a thickness of 80 mm and the stable layer 38 has a thickness of 170 mm. As in the first embodiment, the cap layer 37 has a film thickness of 1000 Å and an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more. The stable layer 38 is a non-doped InGaP layer.
ゲート電極127は、キャップ層37のパターンニングにより露出した動作領域100表面の安定層38とショットキー接合を形成する。 The gate electrode 127 forms a Schottky junction with the stable layer 38 on the surface of the operation region 100 exposed by patterning of the cap layer 37.
ゲート電極127は、例えばPt/Moであり、これらの蒸着膜厚はPtが45Å、Moが50Åである。そして、最下層金属のPtの一部を熱処理により安定層38に埋め込んだ構造である。埋め込まれたPtはゲート電極127として機能する。埋め込まれたPtの深さは108Åであり、その底部は安定層38内に位置する。これにより、ピンチオフ電圧Vp=−0.8Vを実現している。 The gate electrode 127 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness thereof is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. In addition, a part of Pt, which is the lowermost layer metal, is embedded in the stable layer 38 by heat treatment. The buried Pt functions as the gate electrode 127. The depth of the buried Pt is 108 mm, and its bottom is located in the stable layer 38. Thereby, the pinch-off voltage Vp = −0.8V is realized.
他の構成要素は、図3(A)と同様である。そして、この場合においても、第1窒化膜511がソース領域37sとなるキャップ層37と第1ソース電極115の段差に完全に密着して被覆している。そして、窒化膜51の膜厚T1、T2、T3は、以下の関係を満たしている。 Other components are the same as those in FIG. Also in this case, the first nitride film 511 covers the step between the cap layer 37 serving as the source region 37s and the first source electrode 115 in close contact with each other. The film thicknesses T1, T2, and T3 of the nitride film 51 satisfy the following relationship.
T3−(T1−T2)>0
従って、従来の如く隙間Gが形成されることがなく、製造工程中および、ウェハ完成後におけるガルバニック効果を防止できる。尚、第3窒化膜513は存在する場合と存在しない場合があり、第3窒化膜513が存在しない場合についても、T3=0を代入することにより前記不等式は成り立つ。
T3- (T1-T2)> 0
Therefore, the gap G is not formed as in the prior art, and the galvanic effect during the manufacturing process and after the completion of the wafer can be prevented. The third nitride film 513 may or may not exist, and the inequality is established by substituting T3 = 0 for the case where the third nitride film 513 does not exist.
次に、図4を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、第1の実施形態とゲート電極127部分および基板構造が異なるものであり、第1の実施形態と重複する部分については詳細な説明を省略する。また、図4は図1のA−A線断面図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment differs from the first embodiment in the portion of the gate electrode 127 and the substrate structure, and detailed description of portions overlapping with those of the first embodiment is omitted. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
HEMTの基板は、半絶縁性GaAs基板31上に、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、安定層38、キャップ層37を積層したものである。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。第3の実施形態は障壁層36がない構造である。 The HEMT substrate is obtained by laminating a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, a stable layer 38, and a cap layer 37 on a semi-insulating GaAs substrate 31. An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33. The third embodiment has a structure without the barrier layer 36.
安定層38は、250Åの膜厚であり、ノンドープInGaP層である。キャップ層37は、第1の実施形態と同様に、膜厚が1000Å、不純物濃度が3×1018cm−3以上である。 The stable layer 38 has a thickness of 250 mm and is a non-doped InGaP layer. As in the first embodiment, the cap layer 37 has a film thickness of 1000 Å and an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more.
第3の実施形態も、チャネル層35の上下の層に電子供給層33を配置するダブルへテロ接合構造とすることにより、キャリア密度が増えオン抵抗Ronを非常に小さくできる。 In the third embodiment, the double heterojunction structure in which the electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35 can increase the carrier density and extremely reduce the on-resistance Ron.
さらに、InGaP層(安定層)38をGaAs、つまりここではn+GaAs層(キャップ層)37およびノンドープAlGaAs層(障壁層)36と格子整合させる。また、ノンドープAlGaAs層(障壁層)36と電子供給層33は共にAlGaAs層であるため格子整合している。 Further, the InGaP layer (stable layer) 38 is lattice-matched with GaAs, that is, the n + GaAs layer (cap layer) 37 and the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 here. Further, since the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 and the electron supply layer 33 are both AlGaAs layers, they are lattice-matched.
キャップ層37は所望の形状にパターンニングされ、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116がそれぞれコンタクトするソース領域37s、ドレイン領域37dとなる。第1ソース電極115および第1ドレイン電極116上には、パッド金属層130で形成される第2ソース電極135、第2ドレイン電極135がそれぞれコンタクトする。ゲート電極127は、ソース領域37s、ドレイン領域37d間に配置される。尚、ドレイン側とソース側の構造は同様であるので、以下ソース側について説明する。 The cap layer 37 is patterned into a desired shape to form a source region 37s and a drain region 37d with which the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 are in contact, respectively. On the first source electrode 115 and the first drain electrode 116, a second source electrode 135 and a second drain electrode 135 formed of the pad metal layer 130 are in contact with each other. The gate electrode 127 is disposed between the source region 37s and the drain region 37d. Since the drain side and source side structures are the same, only the source side will be described below.
ゲート電極127は、キャップ層37のパターンニングにより露出した動作領域100表面の安定層38とショットキー接合を形成する。 The gate electrode 127 forms a Schottky junction with the stable layer 38 on the surface of the operation region 100 exposed by patterning of the cap layer 37.
ゲート電極127は、例えばPt/Moであり、これらの蒸着膜厚はPtが45Å、Moが50Åである。そして、Ptの一部を熱処理により安定層36に埋め込んだ構造である。埋め込まれたPtはゲート電極127として機能する。埋め込まれたPtの深さは108Åであり、その底部は安定層38内に位置する。これにより、ピンチオフ電圧Vp=−0.8Vを実現している。 The gate electrode 127 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness thereof is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. A part of Pt is buried in the stable layer 36 by heat treatment. The buried Pt functions as the gate electrode 127. The depth of the buried Pt is 108 mm, and its bottom is located in the stable layer 38. Thereby, the pinch-off voltage Vp = −0.8V is realized.
またゲート電極を形成するゲート金属層としてPtの上にはMoなどPt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属を、Ptに引き続き連続して蒸着することが望ましい。 Further, it is desirable that a metal that does not react with GaAs in Pt embedment heat treatment, such as Mo, is continuously deposited on Pt as a gate metal layer for forming a gate electrode, following Pt.
図の如く、ゲート電極127、第1ソース電極115および第2ソース電極135、は、その周囲に密着する窒化膜51で被覆される。窒化膜51はより詳細には第1窒化膜511、第2窒化膜512、第3窒化膜513からなるが、窒化膜51の構成内容の種類は部分的に異なり、これら3層がすべて存在する個所もあるが、これらのいずれか2層の組み合わせの個所、あるいはこれらのうち1つの窒化膜から構成される個所もある。また第3の窒化膜513は存在する場合と存在しない場合がある。 第1窒化膜511は、ソース領域37sおよび第1ソース電極115上を連続して覆う。これにより、ソース領域37sと第1ソース電極115の段差は、第1窒化膜511により完全に被覆され、第1ソース電極115の端部は、第1窒化膜511と密着している。また、第1窒化膜511の端部は、ソース領域37sとなるキャップ層37の端部と一致している。 As shown, the gate electrode 127, the first source electrode 115, and the second source electrode 135 are covered with a nitride film 51 that is in close contact with the periphery thereof. More specifically, the nitride film 51 includes a first nitride film 511, a second nitride film 512, and a third nitride film 513. However, the type of the content of the nitride film 51 is partially different, and all these three layers exist. There are also locations, but there are locations where any two of these layers are combined, or locations where one of these is composed of a nitride film. The third nitride film 513 may or may not exist. The first nitride film 511 continuously covers the source region 37s and the first source electrode 115. Accordingly, the step between the source region 37 s and the first source electrode 115 is completely covered with the first nitride film 511, and the end portion of the first source electrode 115 is in close contact with the first nitride film 511. The end portion of the first nitride film 511 coincides with the end portion of the cap layer 37 that becomes the source region 37s.
第2窒化膜512は、ゲート電極127の側面および上面とゲート電極127周囲に露出した安定層38上および、キャップ層37の側面を覆い、第1窒化膜511の上まで延在される。コンタクトホールCHは、第1窒化膜511および第2窒化膜512に設けられ、コンタクトホールCHを介して第2ソース電極135が第1ソース電極115とコンタクトする。 The second nitride film 512 covers the side surface and the upper surface of the gate electrode 127 and the stable layer 38 exposed around the gate electrode 127 and the side surface of the cap layer 37, and extends to the top of the first nitride film 511. The contact hole CH is provided in the first nitride film 511 and the second nitride film 512, and the second source electrode 135 is in contact with the first source electrode 115 through the contact hole CH.
第3窒化膜513はパッシベーション膜であり、第2窒化膜512上を覆い、更に第2ソース電極135を覆って全面に設けられる。また図示は省くがボンディングパッド上のみ開口される。 The third nitride film 513 is a passivation film, and is provided on the entire surface covering the second nitride film 512 and further covering the second source electrode 135. Although not shown in the figure, only the bonding pad is opened.
第3の実施形態においても、第1窒化膜511がソース領域37sとなるキャップ層37と第1ソース電極115の段差に完全に密着して被覆している。そして、窒化膜51の膜厚T1、T2、T3は、以下の関係を満たしている。 Also in the third embodiment, the first nitride film 511 covers the step between the cap layer 37 serving as the source region 37s and the first source electrode 115 in close contact with each other. The film thicknesses T1, T2, and T3 of the nitride film 51 satisfy the following relationship.
T3−(T1−T2)>0
従って、従来の如く隙間Gが形成されることがなく、製造工程中および、ウェハ完成後においても水分や薬剤などの滲入を完全に保護することができ、ガルバニック効果の発生を防止できる。尚、第3窒化膜513は存在する場合と存在しない場合があり、第3窒化膜513が存在しない場合についても、T3=0を代入することにより前記不等式は成り立つ。
T3- (T1-T2)> 0
Therefore, the gap G is not formed as in the prior art, and the infiltration of moisture and chemicals can be completely protected during the manufacturing process and after the completion of the wafer, and the occurrence of the galvanic effect can be prevented. The third nitride film 513 may or may not exist, and the inequality is established by substituting T3 = 0 even when the third nitride film 513 does not exist.
上記の如きスイッチ回路装置などに採用されるHEMTの製造方法について、以下図5〜図16を参照して説明する。尚、以下の断面図は、図1のA−A線断面図である。 A method for manufacturing a HEMT employed in the switch circuit device as described above will be described below with reference to FIGS. The following cross-sectional view is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
図5〜図13は、第1の実施形態を示す。第1の実施形態の半導体装置の製造方法は、半導体基板上にバッファ層、電子供給層、チャネル層、安定層およびキャップ層を積層し、全面に初期絶縁膜を形成する工程と、所定の領域にイオン注入による絶縁化層を形成し、動作領域を分離する工程と、全面の初期絶縁膜を除去する工程と、前記動作領域の前記キャップ層の一部にコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成する工程と、全面に第1絶縁膜を形成する工程と、前記第1ソース電極および第1ドレイン電極間の前記第1絶縁膜の一部を除去し、該第1絶縁膜をマスクとして前記キャップ層の一部を除去し前記安定層を露出する工程と、前記第1ソース電極及び第1ドレイン電極間の前記動作領域の一部とショットキー接合するゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、前記第1絶縁膜および第2絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、から構成される。 5 to 13 show the first embodiment. The semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment includes a step of laminating a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer, and a cap layer on a semiconductor substrate and forming an initial insulating film on the entire surface, and a predetermined region. Forming an insulating layer by ion implantation on the substrate, isolating the operation region, removing the initial insulating film on the entire surface, a first source electrode contacting the part of the cap layer in the operation region, and the first source electrode Forming a drain electrode; forming a first insulating film on the entire surface; removing a portion of the first insulating film between the first source electrode and the first drain electrode; Removing a part of the cap layer as a mask to expose the stable layer; forming a gate electrode that forms a Schottky junction with a part of the operation region between the first source electrode and the first drain electrode; , A step of forming a second insulating film covering the gate electrode; and a second source electrode in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the first insulating film and the second insulating film. And a step of forming a second drain electrode.
第1工程(図5):半導体基板上にバッファ層、電子供給層、チャネル層、安定層およびキャップ層を積層し、全面に初期絶縁膜を形成する工程。 First step (FIG. 5): A step of laminating a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer and a cap layer on a semiconductor substrate and forming an initial insulating film on the entire surface.
図5のごとく、半絶縁性GaAs基板31上に複数の半導体層を積層する。半導体層は、バッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、電子供給層33、障壁層36、安定層38、キャップ層37であり、電子供給層33とチャネル層35間には、スペーサ層34が配置される。 As shown in FIG. 5, a plurality of semiconductor layers are stacked on a semi-insulating GaAs substrate 31. The semiconductor layers are a buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, an electron supply layer 33, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37, and between the electron supply layer 33 and the channel layer 35. The spacer layer 34 is disposed.
ノンドープのバッファ層32は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度で、複数の層で形成される場合が多い。 The non-doped buffer layer 32 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and has a film thickness of about several thousand cm and is often formed of a plurality of layers.
バッファ層32上に、電子供給層のn+AlGaAs層33、スペーサ層34、チャネル層のノンドープInGaAs層35、スペーサ層34、電子供給層のn+AlGaAs層33を順次形成する。電子供給層33は、チャネル層35よりバンドギャップが大きい材料が用いられ、n型不純物(例えばSi)が2〜4ラ1018cm−3程度(例えば2.6×1018cm−3)に添加されている。 On the buffer layer 32, an n + AlGaAs layer 33 serving as an electron supply layer, a spacer layer 34, a non-doped InGaAs layer 35 serving as a channel layer, a spacer layer 34, and an n + AlGaAs layer 33 serving as an electron supply layer are sequentially formed. The electron supply layer 33, channel layer 35 material having a large band gap is used than, n-type impurities (e.g., Si) of about 2 to 4 la 10 18 cm -3 (e.g. 2.6 × 10 18 cm -3) It has been added.
障壁層36は、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保するため、電子供給層33上に積層されたノンドープAlGaAs層である。その上層に酸化しにくいため外部からの化学的ストレスに強く信頼性上安定な安定層38を設ける。安定層38は、ノンドープInGaP層またはn+InGaP層であり、エッチストップ層としても機能する。更にキャップ層となるn+GaAs層37を最上層に積層する。 The barrier layer 36 is a non-doped AlGaAs layer stacked on the electron supply layer 33 in order to ensure a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. A stable layer 38 that is resistant to chemical stress from the outside and is stable in terms of reliability is provided on the upper layer because it is difficult to oxidize. The stable layer 38 is a non-doped InGaP layer or an n + InGaP layer, and also functions as an etch stop layer. Further, an n + GaAs layer 37 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer.
安定層38は、100Åの膜厚であり、その下層の障壁層36は、250Åの膜厚である。また、キャップ層37は、1000Åであり、不純物濃度は、3×1018cm−3以上である。 The stable layer 38 has a thickness of 100 mm, and the underlying barrier layer 36 has a thickness of 250 mm. The cap layer 37 has a thickness of 1000 、, and the impurity concentration is 3 × 10 18 cm −3 or more.
そして、基板全面に、初期窒化膜50を堆積する。初期窒化膜50は、ウェハ投入後の基板表面の保護膜となる。または、後の工程で絶縁化層を形成する際に注入される不純物の活性化アニールの保護膜となる。あるいは、これらの両方に共用される。 Then, an initial nitride film 50 is deposited on the entire surface of the substrate. The initial nitride film 50 serves as a protective film on the substrate surface after the wafer is loaded. Alternatively, it becomes a protective film for activation annealing of impurities implanted when an insulating layer is formed in a later step. Or they are shared by both.
第2工程(図6):所定の領域にイオン注入による絶縁化層を形成し、動作領域を分離する工程。 Second step (FIG. 6): a step of forming an insulating layer by ion implantation in a predetermined region and separating the operation region.
レジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィプロセスによりアライメントマークのパターンが開口されたマスクを形成する。このマスクにより初期窒化膜50およびキャップ層37の一部をエッチングしてアライメントマーク(不図示)を形成する。 A resist (not shown) is provided, and a mask in which an alignment mark pattern is opened is formed by a photolithography process. The initial nitride film 50 and a part of the cap layer 37 are etched using this mask to form alignment marks (not shown).
レジスト除去後新たなレジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィプロセスにより絶縁化層を形成するためのマスクを形成する。初期窒化膜50上からボロン(B+)をイオン注入し、レジストを除去した後、500℃、30秒程度のアニールを行う。これにより、バッファ層32に達する絶縁化層60が形成される。 After removing the resist, a new resist (not shown) is provided, and a mask for forming an insulating layer is formed by a photolithography process. Boron (B +) is ion-implanted from above the initial nitride film 50 and the resist is removed, followed by annealing at 500 ° C. for about 30 seconds. Thereby, the insulating layer 60 reaching the buffer layer 32 is formed.
絶縁化層60は、電気的に完全な絶縁ではなく、不純物(B+)をイオン注入することによりエピタキシャル層にキャリアトラップを設け、絶縁化した領域である。つまり、絶縁化層60にもエピタキシャル層として不純物は存在しているが、絶縁化のためのB+注入により不活性化されている。 The insulating layer 60 is not electrically completely insulated but is an insulating region in which carrier traps are provided in the epitaxial layer by ion implantation of impurities (B +). That is, impurities are present as an epitaxial layer in the insulating layer 60, but are inactivated by B + implantation for insulation.
すなわち、所定のパターンに絶縁化層60を形成することにより、HEMTの動作領域や、他の構成要素を分離する。 That is, by forming the insulating layer 60 in a predetermined pattern, the operating region of the HEMT and other components are separated.
ここで、動作領域100とは、絶縁化層60で分離され、HEMTの第1ソース電極115、第2ソース電極135、第1ドレイン電極116、第2ドレイン電極136およびゲート電極127(図1参照)が配置される領域の半導体層をいう。第1ソース電極115および第1ドレイン電極116がコンタクトするキャップ層37は、後の工程で分離されてソース領域37s、ドレイン領域37dとなる。
すなわち電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、スペーサ層34、障壁層36、安定層38、キャップ層37などのHEMTを構成する各半導体層をすべて含んだトータルとしての領域を動作領域100とする。
Here, the operating region 100 is separated by the insulating layer 60, and the HEMT first source electrode 115, second source electrode 135, first drain electrode 116, second drain electrode 136, and gate electrode 127 (see FIG. 1). ) Is a semiconductor layer in a region where the substrate is disposed. The cap layer 37 in contact with the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 is separated in a later process to become a source region 37s and a drain region 37d.
That is, the total region including all semiconductor layers constituting the HEMT such as the electron supply layer 33, the channel (electron transit) layer 35, the spacer layer 34, the barrier layer 36, the stable layer 38, and the cap layer 37 is defined as the operation region 100. And
第3工程(図7):全面の初期絶縁膜を除去する工程。 Third step (FIG. 7): a step of removing the initial insulating film on the entire surface.
全面の初期窒化膜50を除去する。表面には、キャップ層37が露出する。本工程で、ウェハ投入後表面の保護のために堆積した初期窒化膜50および/又は絶縁化層60を形成するために注入されたイオンの活性化アニールの際の保護膜として堆積した初期窒化膜50が除去される。従来は、この窒化膜をゲートのリセスエッチングのためのマスクとして利用していたが、本実施形態では後の工程で新たにゲートのリセスエッチングのためのマスクとなる窒化膜を堆積する。本工程で初期窒化膜50を全面除去することにより、後の窒化膜を均一な膜厚に形成することができる。 The initial nitride film 50 on the entire surface is removed. The cap layer 37 is exposed on the surface. In this step, the initial nitride film 50 deposited for protecting the surface after the wafer is introduced and / or the initial nitride film deposited as a protective film during activation annealing of ions implanted to form the insulating layer 60 50 is removed. Conventionally, this nitride film has been used as a mask for the recess etching of the gate. However, in this embodiment, a nitride film serving as a mask for the recess etching of the gate is newly deposited in a later process. By removing the entire surface of the initial nitride film 50 in this step, the subsequent nitride film can be formed with a uniform thickness.
第4工程(図8):動作領域のキャップ層の一部とコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成する工程。 Fourth step (FIG. 8): A step of forming a first source electrode and a first drain electrode that are in contact with a part of the cap layer in the operation region.
新たなレジストPRを全面に塗布し、フォトリソグラフィプロセスによりオーミック電極を形成するためのマスクを形成する。そして全面にオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)110を蒸着する(図8(A))。 A new resist PR is applied to the entire surface, and a mask for forming an ohmic electrode is formed by a photolithography process. Then, an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) 110 is deposited on the entire surface (FIG. 8A).
その後、リフトオフし、アロイする。これにより、HEMTの動作領域100の一部にコンタクトする第1ソース電極115および第1ドレイン電極116が形成される。(図8(B))。 Then lift off and alloy. As a result, the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 that are in contact with a part of the HEMT operation region 100 are formed. (FIG. 8 (B)).
第5工程(図9):全面に第1絶縁膜を形成する工程。 Fifth step (FIG. 9): A step of forming a first insulating film on the entire surface.
全面に、第1窒化膜511を形成する。この第1窒化膜511は、ゲートのリセスエッチングのマスクとなる。第1窒化膜511は、ほぼ均一な膜厚および膜質で、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116の表面および側面と、これらの付近のキャップ層37に密着して被覆する。すなわち第1ソース電極115(第1ドレイン電極116も同様)とキャップ層37の段差はまんべんなく覆われる。つまり、従来のスルーイオン用窒化膜2511(ゲートのリセスエッチングのためのマスクとなる窒化膜)と、第1ソース電極315(第1ドレイン電極316)間に形成される隙間Gを防止できる。 A first nitride film 511 is formed on the entire surface. The first nitride film 511 serves as a mask for recess etching of the gate. The first nitride film 511 has a substantially uniform film thickness and film quality, and is in close contact with the surface and side surfaces of the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 and the cap layer 37 in the vicinity thereof. That is, the steps between the first source electrode 115 (the same applies to the first drain electrode 116) and the cap layer 37 are completely covered. That is, the gap G formed between the conventional nitride film 2511 for through ions (nitride film serving as a mask for recess etching of the gate) and the first source electrode 315 (first drain electrode 316) can be prevented.
従って、以降の製造工程中、またはウェハ完成後において薬液及び水分から、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116電極の付近のキャップ層37表面を完全に保護することができる。これによりガルバニック効果の発生を防止できる。 Therefore, the surface of the cap layer 37 in the vicinity of the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 can be completely protected from the chemical solution and moisture during the subsequent manufacturing process or after completion of the wafer. Thereby, the occurrence of the galvanic effect can be prevented.
また、第1窒化膜511は、最終構造(図2)において第1ソース電極115および第2ソース電極135(ドレイン電極も同様)の周囲を被覆する窒化膜51を構成する。 Further, the first nitride film 511 constitutes a nitride film 51 that covers the periphery of the first source electrode 115 and the second source electrode 135 (same for the drain electrode) in the final structure (FIG. 2).
第6工程(図10):第1ソース電極および第1ドレイン電極間の第1絶縁膜の一部を除去し、第1絶縁膜をマスクとしてキャップ層の一部を除去し安定層を露出する工程。 Sixth step (FIG. 10): A part of the first insulating film between the first source electrode and the first drain electrode is removed, and a part of the cap layer is removed using the first insulating film as a mask to expose the stable layer. Process.
ゲート電極形成のために新たなレジストPRを設ける。フォトリソグラフィプロセスによりゲート電極の形成領域がパターンニングされたマスクを形成する。そして、マスクの開口部分に露出した第1窒化膜511を除去して開口部OPを形成する。この開口部OPの開口幅がゲート長となる(図10(A))。 A new resist PR is provided for forming the gate electrode. A mask in which the formation region of the gate electrode is patterned is formed by a photolithography process. Then, the first nitride film 511 exposed at the opening of the mask is removed to form an opening OP. The opening width of the opening OP is the gate length (FIG. 10A).
その後、ゲートのリセスエッチングを行う。すなわち第1窒化膜511の開口部OPに露出したキャップ層37を更にウェットエッチングにより除去する。開口部OPには安定層であるInGaP層38が露出する。 Thereafter, recess etching of the gate is performed. That is, the cap layer 37 exposed at the opening OP of the first nitride film 511 is further removed by wet etching. The InGaP layer 38 which is a stable layer is exposed in the opening OP.
また、キャップ層37は耐圧を確保するため、開口部OPより大きい所定の寸法にサイドエッチングされる。所定の寸法とは、例えば後に形成されるゲート電極から0.3μmの距離である。このときキャップ層のGaAs層とその下の安定層のInGaP層とは選択エッチングされるため、サイドエッチングの際InGaP層がエッチングされることは無い。キャップ層37のエッチングにより動作領域100のキャップ層37が分離され、第1ソース電極115にコンタクトするソース領域37s、および第1ドレイン電極116にコンタクトするドレイン領域37dとなる。また、キャップ層37のサイドエッチングにより、キャップ層37の端部から張り出した開口部OP付近の第1窒化膜511は、ひさし部Eとなる(図10(B))。 Further, the cap layer 37 is side-etched to a predetermined dimension larger than the opening OP in order to ensure a breakdown voltage. The predetermined dimension is, for example, a distance of 0.3 μm from a gate electrode to be formed later. At this time, the GaAs layer as the cap layer and the InGaP layer as the stable layer therebelow are selectively etched, so that the InGaP layer is not etched during the side etching. By etching the cap layer 37, the cap layer 37 in the operation region 100 is separated to become a source region 37 s that contacts the first source electrode 115 and a drain region 37 d that contacts the first drain electrode 116. Further, the first nitride film 511 in the vicinity of the opening OP protruding from the end of the cap layer 37 by the side etching of the cap layer 37 becomes an eaves portion E (FIG. 10B).
第7工程(図11):第1ソース電極及び第1ドレイン電極間の動作領域の一部とショットキー接合するゲート電極を形成する工程。 Seventh step (FIG. 11): A step of forming a gate electrode that forms a Schottky junction with a part of the operation region between the first source electrode and the first drain electrode.
キャップ層37から張り出した第1窒化膜511のひさし部Eは表面にレジストが密着しているため、裏側からプラズマエッチングにより除去する。すなわち、サイドエッチにより第1窒化膜511の開口部OPより後退したキャップ層37、安定層38、第1窒化膜511、およびレジストにより形成される袋状の部分にフッ素ラジカルを滞留させることにより、ひさし部Eを裏側からプラズマエッチングし、これを除去する。 The eaves portion E of the first nitride film 511 protruding from the cap layer 37 is removed from the back side by plasma etching because the resist is in close contact with the surface. That is, by allowing fluorine radicals to stay in the bag-shaped portion formed by the cap layer 37, the stable layer 38, the first nitride film 511, and the resist that have receded from the opening OP of the first nitride film 511 by side etching, The eaves E is plasma etched from the back side and removed.
ひさし部Eを残したままでは、ゲート電極127形成の際レジストが均一に塗布できず、ゲート電極127が正常に形成できない。またゲート電極127が形成できても、後に形成するパッシベーション膜となる窒化膜が、ひさし部Eの下に形成されず、ゲート電極127周囲に空洞が形成されるため信頼性上問題となる。 If the eaves portion E remains, the resist cannot be applied uniformly when forming the gate electrode 127, and the gate electrode 127 cannot be formed normally. Even if the gate electrode 127 can be formed, a nitride film to be a passivation film to be formed later is not formed under the eaves portion E, and a cavity is formed around the gate electrode 127, which causes a problem in reliability.
ここで、ひさし部Eをウエットエッチングで除去すると、動作領域100がダメージを受けることが無く、ひさし部Eの除去により表面空乏層が電子供給層のn+AlGaAs層233、またはチャネル層のノンドープInGaAs層235にまで達してオン抵抗が増加する問題は防げる。しかし、ウェットエッチングはオーバーエッチになりやすく、第1ソース電極115(第1ドレイン電極116)が露出してしまう場合もある。これにより、ガルバニック効果によりキャップ層37が工程中にエッチングされる恐れがあるので、ウェットエッチングは不適当である。 Here, when the eaves portion E is removed by wet etching, the operation region 100 is not damaged, and the removal of the eaves portion E causes the surface depletion layer to be an n + AlGaAs layer 233 serving as an electron supply layer or a non-doped InGaAs layer 235 serving as a channel layer. It is possible to prevent the problem that the on-resistance increases up to. However, wet etching tends to be overetched, and the first source electrode 115 (first drain electrode 116) may be exposed. As a result, the cap layer 37 may be etched during the process due to the galvanic effect, so wet etching is inappropriate.
そこで本実施形態では、ドライエッチングによりひさし部Eを除去する。そしてこのときひさし部を除去する際ドライエッチングのプラズマにさらされる動作領域100表面は安定なInGaP層38で覆われているため、動作領域100にダメージを与えずに、エッチングができる。また、ドライエッチングであるので、ひさし部Eのみ除去することができ、第1窒化膜511はオーバエッチングされることはない。 Therefore, in this embodiment, the eaves portion E is removed by dry etching. At this time, since the surface of the operation region 100 exposed to the plasma of dry etching when the eaves portion is removed is covered with the stable InGaP layer 38, the etching can be performed without damaging the operation region 100. Further, since dry etching is performed, only the eaves portion E can be removed, and the first nitride film 511 is not over-etched.
その後、レジストPRをそのままに、露出したInGaP層38を更にエッチングして除去し障壁層36を露出させる(図11(A))。 Thereafter, the exposed InGaP layer 38 is further etched and removed while leaving the resist PR as it is, thereby exposing the barrier layer 36 (FIG. 11A).
次に、全面にゲート金属層120を蒸着する。ゲート金属層120は、例えばPt/Moであり、蒸着膜厚は、Ptが45Å、Moが50Åである(図11(B))。 Next, a gate metal layer 120 is deposited on the entire surface. The gate metal layer 120 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo (FIG. 11B).
その後、リフトオフし、ゲート金属層120の最下層金属のPtを埋め込む熱処理を施す。これにより、Ptは障壁層36とショットキー接合を保ったまま一部が障壁層36内に埋め込まれ、ゲート電極127が形成される。埋め込まれたPtの深さは例えば108Åである。(図11(C))。 Thereafter, lift-off is performed, and a heat treatment for embedding Pt of the lowermost layer metal of the gate metal layer 120 is performed. As a result, a part of Pt is buried in the barrier layer 36 while maintaining a Schottky junction with the barrier layer 36, and the gate electrode 127 is formed. The depth of the embedded Pt is, for example, 108 mm. (FIG. 11C).
尚、図1のスイッチ回路装置の場合には、ゲート電極127が束ねられるゲート配線も本工程により形成される。 In the case of the switch circuit device of FIG. 1, the gate wiring for bundling the gate electrode 127 is also formed by this step.
第1の実施形態では、ひさし部Eのプラズマエッチングの際には、動作領域100表面がInGaP層38により保護されている。そして、その後プラズマダメージを受けたInGaP層38を除去することにより、清浄な障壁層36にゲート電極127を形成できる。 In the first embodiment, the surface of the operating region 100 is protected by the InGaP layer 38 during plasma etching of the eaves E. Then, the gate electrode 127 can be formed on the clean barrier layer 36 by removing the InGaP layer 38 that has undergone plasma damage.
またゲート金属層120としてPtの上にはMoなどPt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属を、Ptに引き続き連続して蒸着することが望ましい。ゲート電極をPtのみで形成すると、Pt蒸着後、Pt埋め込み熱処理までの間にPt表面に異物が付着した場合、その異物までPt埋め込み熱処理反応に関与することになり、HEMTの特性が劣化する。従って熱によりGaAsと反応しないMoでPtの上を覆うことによりMo上に同様の異物が付着したとしても、Moがバリアとなりその異物がPt埋め込み熱処理反応に関与することは無い。 Further, it is desirable that a metal that does not react with GaAs in Pt burying heat treatment such as Mo is continuously deposited on Pt as the gate metal layer 120 in succession to Pt. When the gate electrode is formed of only Pt, if foreign matter adheres to the Pt surface after the Pt deposition and before the Pt burying heat treatment, the foreign matter is involved in the Pt burying heat treatment reaction, and the HEMT characteristics deteriorate. Therefore, even if similar foreign matter adheres to Mo by covering Pt with Mo that does not react with GaAs by heat, Mo becomes a barrier and the foreign matter does not participate in the Pt-embedding heat treatment reaction.
またウエハ完成後においても実装時に半田付けの熱が加わることなどが有る。この場合、ゲート電極をPtのみで形成するとPtの上に異物が付着している場合、その異物が半田付けの熱などによってGaAsと反応しHEMTの特性が劣化する場合がある。その際にもMoでPtの上を覆うことによりMo上に異物があってもMoがバリアとなりその異物が半田付けの熱などによってGaAsと反応することは無い。Moの厚みはあまり厚くするとPtとの間でストレスが発生するため、最大でもPtの厚みと同程度とすることが望ましい。Pt厚みは45ÅであるためMoも同程度の50Åとする。 Even after the wafer is completed, soldering heat may be applied during mounting. In this case, when the gate electrode is formed of only Pt, if foreign matter adheres on Pt, the foreign matter may react with GaAs due to soldering heat or the like, and the HEMT characteristics may deteriorate. At this time, even if foreign matter exists on Mo by covering Pt with Mo, Mo becomes a barrier and the foreign matter does not react with GaAs due to heat of soldering or the like. If the thickness of Mo is too large, stress occurs between Pt and it is desirable that the thickness of Mo be at most the same as the thickness of Pt. Since the Pt thickness is 45 mm, Mo is set to 50 mm, which is about the same.
スイッチMMICの場合、ゲート電極から制御端子までの間に10KΩ程度以上の抵抗が挿入されるため、ゲート電極自体の抵抗値は高くても問題なく、Pt/Moというゲート金属層の構造が最適である。 In the case of the switch MMIC, since a resistance of about 10 KΩ or more is inserted between the gate electrode and the control terminal, there is no problem even if the resistance value of the gate electrode itself is high, and the structure of the gate metal layer of Pt / Mo is optimal. is there.
また熱によりGaAsと反応しない金属としてMoの替わりにWも考えられるが、Wは融点が高いため一般にはスパッタで形成しており蒸着では形成できない。従ってPtの蒸着と連続してWは形成できず、またスパッタの場合高熱が発生するためレジストが耐えられずリフトオフによる形成も不可能である。 As a metal that does not react with GaAs due to heat, W can also be considered instead of Mo. However, since W has a high melting point, it is generally formed by sputtering and cannot be formed by vapor deposition. Therefore, W cannot be formed continuously with the vapor deposition of Pt, and since high heat is generated in the case of sputtering, the resist cannot withstand and formation by lift-off is impossible.
尚、ゲート金属層120にTi/Pt/Auを採用し、ゲート埋め込みの熱処理を行わず、障壁層36とショットキー接合を形成するゲート電極127を形成してもよい。 Alternatively, Ti / Pt / Au may be used for the gate metal layer 120, and the gate electrode 127 that forms a Schottky junction with the barrier layer 36 may be formed without performing the heat treatment for filling the gate.
第8工程(図12):ゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程。 Eighth step (FIG. 12): A step of forming a second insulating film covering the gate electrode.
全面にパッシベーション膜となる第2窒化膜512をデポジションする。ゲート電極127と、その周辺に露出した障壁層36は、第2窒化膜512により被覆される。このとき、第1窒化膜511はほぼ均一な厚みで、第1ソース電極115(第1ドレイン電極116)とその端部周辺のキャップ層37を覆っている。従って、第1窒化膜511上層に形成する第2窒化膜512も、成膜の密度が均一となり、これらをまんべんなく被覆することができる。従って、ウェハ完成後においても水分または薬剤などの滲入を防ぎ、ガルバニック効果を防止できる(図12(A))。また、第2窒化膜512も、最終構造(図2)で、各電極周囲を被覆する窒化膜51を構成する。 A second nitride film 512 serving as a passivation film is deposited on the entire surface. The gate electrode 127 and the barrier layer 36 exposed around the gate electrode 127 are covered with a second nitride film 512. At this time, the first nitride film 511 has a substantially uniform thickness and covers the first source electrode 115 (first drain electrode 116) and the cap layer 37 around the end thereof. Accordingly, the second nitride film 512 formed on the upper layer of the first nitride film 511 also has a uniform film formation density, and can be covered evenly. Therefore, even after the wafer is completed, infiltration of moisture or chemicals can be prevented, and the galvanic effect can be prevented (FIG. 12A). Further, the second nitride film 512 also forms the nitride film 51 covering the periphery of each electrode in the final structure (FIG. 2).
その後、新たなレジスト(不図示)を設けてコンタクトホール形成のためのマスクを形成し、第1ソース電極115、第1ドレイン電極116上の第1窒化膜511、第2窒化膜512をエッチングする。これにより、第1ソース電極115、第2ドレイン電極116(および他の所定の領域)上にコンタクトホールCHが形成され、その深さは、第1窒化膜511および第2窒化膜512の合計膜厚T3となる(図12(B))。 Thereafter, a new resist (not shown) is provided to form a mask for forming a contact hole, and the first nitride film 511 and the second nitride film 512 on the first source electrode 115 and the first drain electrode 116 are etched. . As a result, a contact hole CH is formed on the first source electrode 115 and the second drain electrode 116 (and other predetermined regions), and the depth thereof is a total film of the first nitride film 511 and the second nitride film 512. The thickness is T3 (FIG. 12B).
第9工程(図13):第1絶縁膜および第2絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して第1ソース電極および第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程。 Ninth step (FIG. 13): a step of forming a second source electrode and a second drain electrode that are in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the first insulating film and the second insulating film. .
新たなレジスト(不図示)を設けてマスクを形成し、パッド金属層(Ti/Pt/Au)130を蒸着、リフトオフする。 A new resist (not shown) is provided to form a mask, and a pad metal layer (Ti / Pt / Au) 130 is deposited and lifted off.
これにより、第1ソース電極115および第1ドレイン電極116にそれぞれコンタクトする第2ソース電極135および第2ドレイン電極136が形成される(図13(A))。 As a result, the second source electrode 135 and the second drain electrode 136 are formed in contact with the first source electrode 115 and the first drain electrode 116, respectively (FIG. 13A).
また、図1に示すスイッチ回路装置の場合、各電極パッドPや配線も本工程により所望のパターンに形成される。 In the case of the switch circuit device shown in FIG. 1, each electrode pad P and wiring are also formed in a desired pattern by this process.
更に、全面にジャケット膜となる第3窒化膜513を形成する。第3窒化膜513は、第2窒化膜512および、第2ソース電極135と第2ドレイン電極136上を被覆する。 Further, a third nitride film 513 serving as a jacket film is formed on the entire surface. The third nitride film 513 covers the second nitride film 512 and the second source electrode 135 and the second drain electrode 136.
また、第3窒化膜513は、窒化膜51の一部を構成する。従って、ゲート電極127上の窒化膜51の膜厚T1と、第1ソース電極115(第1ドレイン電極116)上のコンタクトホールCH周囲の窒化膜51の膜厚T3と、第2ソース電極135(第2ドレイン電極136)上の窒化膜51の膜厚T2には、以下の関係が成り立つ(図13(B))。 Further, the third nitride film 513 constitutes a part of the nitride film 51. Therefore, the thickness T1 of the nitride film 51 on the gate electrode 127, the thickness T3 of the nitride film 51 around the contact hole CH on the first source electrode 115 (first drain electrode 116), and the second source electrode 135 ( The following relationship holds for the film thickness T2 of the nitride film 51 on the second drain electrode 136) (FIG. 13B).
T3−(T1−T2)>0
すなわちT3−(T1−T2)とは第1窒化膜511の厚みであり、この不等式は第1窒化膜511がコンタクトホールCHの部分まで達していることを示す。
T3- (T1-T2)> 0
That is, T3- (T1-T2) is the thickness of the first nitride film 511, and this inequality indicates that the first nitride film 511 reaches the contact hole CH.
尚、図示は省くがボンディングパッド部分のジャケット窒化膜にはワイヤボンド用の開口が設けられる。 Although not shown, a wire bonding opening is provided in the jacket nitride film in the bonding pad portion.
図14および図15を参照して、第2の実施形態の製造方法を説明する。第2の実施形態は、図3に示す構造の製造方法であり、図14に図3(A)の場合の製造方法を示し、図15に図3(B)の場合の製造方法を示す。 With reference to FIG. 14 and FIG. 15, the manufacturing method of 2nd Embodiment is demonstrated. The second embodiment is a manufacturing method of the structure shown in FIG. 3, FIG. 14 shows the manufacturing method in the case of FIG. 3A, and FIG. 15 shows the manufacturing method in the case of FIG.
尚、第2の実施形態の製造方法は、安定層38がノンドープInGaP層38であり、ゲート電極は安定層の上に、Pt埋め込みにより形成する以外は、第1の実施形態と同様であるので、重複箇所についての説明は省略する。 The manufacturing method of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the stable layer 38 is a non-doped InGaP layer 38 and the gate electrode is formed on the stable layer by Pt burying. Explanation of overlapping parts is omitted.
第2の実施形態の図3(A)では、安定層38となるノンドープInGaP層38は、80Åの膜厚であり、その下層の障壁層36は、170Åの膜厚である。また、キャップ層37は、1000Åである。 In FIG. 3A of the second embodiment, the non-doped InGaP layer 38 to be the stable layer 38 has a thickness of 80 mm, and the barrier layer 36 below it has a thickness of 170 mm. The cap layer 37 has a thickness of 1000 mm.
図14は、第1の実施形態と同様に第6工程(図10)まで終了した後、キャップ層37から張り出した第1窒化膜511のひさし部E(図10(B)参照)をプラズマエッチングにより除去した状態である。本実施形態では、プラズマに晒される動作領域100表面は図15のごとく安定なInGaP層38で覆われているため、動作領域100にダメージを与えずに、エッチングができる。また、ドライエッチングであるので、ひさし部Eのみ除去することができ、第1窒化膜511はオーバエッチングされることはない(図14(A))。 In FIG. 14, after the process up to the sixth step (FIG. 10) is completed as in the first embodiment, the eaves portion E (see FIG. 10B) of the first nitride film 511 protruding from the cap layer 37 is plasma etched. It is the state removed by. In this embodiment, since the surface of the operation region 100 exposed to plasma is covered with a stable InGaP layer 38 as shown in FIG. 15, etching can be performed without damaging the operation region 100. Further, since the dry etching is performed, only the eaves portion E can be removed, and the first nitride film 511 is not over-etched (FIG. 14A).
その後、レジストPRをそのままに、全面にゲート金属層120を蒸着する。ゲート金属層120は、例えばPt/Moであり、蒸着膜厚は、Ptが45Å、Moが50Åである(図14(B))。 Thereafter, the gate metal layer 120 is deposited on the entire surface while leaving the resist PR as it is. The gate metal layer 120 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo (FIG. 14B).
その後、リフトオフし、ゲート金属層120の最下層金属のPtを埋め込む熱処理を施す。これにより、Ptは安定層38とショットキー接合を保ったまま一部が例えば108Åの深さまで埋め込まれゲート電極127が形成される。埋め込まれたPtの底部は、安定層38を貫通し、障壁層36に達する(図14(C))。 Thereafter, lift-off is performed, and a heat treatment for embedding Pt of the lowermost layer metal of the gate metal layer 120 is performed. Thereby, Pt is partially buried to a depth of, for example, 108 mm while maintaining the Schottky junction with the stable layer 38, and the gate electrode 127 is formed. The bottom of the buried Pt penetrates the stable layer 38 and reaches the barrier layer 36 (FIG. 14C).
尚、以降の工程は、第1の実施形態と同様である。 The subsequent steps are the same as in the first embodiment.
図15は図3(B)の場合の製造方法である。第2の実施形態の図3(B)では、安定層38となるノンドープInGaP層38は、170Åの膜厚であり、その下層の障壁層36は、80Åの膜厚である。また、キャップ層37は、1000Åである。また、第1の実施形態と同様の第6工程まで終了した状態で、キャップ層37の一部がエッチングされ安定層38が露出する(図14(A)参照)。 FIG. 15 shows a manufacturing method in the case of FIG. In FIG. 3B of the second embodiment, the non-doped InGaP layer 38 to be the stable layer 38 has a thickness of 170 mm, and the underlying barrier layer 36 has a thickness of 80 mm. The cap layer 37 has a thickness of 1000 mm. In addition, in a state where the sixth step similar to that of the first embodiment is completed, a part of the cap layer 37 is etched to expose the stable layer 38 (see FIG. 14A).
そして第7工程において、上記の図14の場合と同様に、安定層38上にゲート金属層120(例えばPt/Mo)を蒸着し(図14(B)参照)、安定層38表面とショットキー接合を形成するゲート電極127を形成する。蒸着膜厚は、Ptが45Å、Moが50Åである。そして、熱処理を施して安定層38の表面にゲート電極127の一部を埋め込む。これにより、図15の如くPtは深さ108Åまで埋め込まれ、その底部は、安定層38内に位置する。 In the seventh step, a gate metal layer 120 (for example, Pt / Mo) is deposited on the stable layer 38 (see FIG. 14B) as in the case of FIG. A gate electrode 127 for forming a junction is formed. The deposited film thickness is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. Then, a part of the gate electrode 127 is embedded in the surface of the stable layer 38 by performing heat treatment. As a result, as shown in FIG. 15, Pt is buried to a depth of 108 mm, and its bottom is located in the stable layer 38.
尚、これ以外の工程は、第1の実施形態と同様である。 The other steps are the same as in the first embodiment.
第2の実施形態は、第1の実施形態と比較して、安定層38のエッチングを省くことができるが、ノンドープInGaP層38の上部は、ひさし部E除去の際に多少のプラズマダメージを受けていることが考えられる。またノンドープInGaP層38上部はキャップ層(n+GaAs)37との界面となるためInGaP/GaAs遷移層としてAsが含まれている。従って、第2の実施形態ではこれらの影響が電気的特性に及ばないようにするため、ゲート電極127の一部を埋め込み、ゲート電極127底部の位置をInGaP層表面より下げる必要がある。 The second embodiment can omit the etching of the stable layer 38 as compared with the first embodiment, but the upper portion of the non-doped InGaP layer 38 is subjected to some plasma damage when the eaves portion E is removed. It is possible that Since the upper part of the non-doped InGaP layer 38 becomes an interface with the cap layer (n + GaAs) 37, As is contained as an InGaP / GaAs transition layer. Therefore, in the second embodiment, in order to prevent these influences from affecting the electrical characteristics, it is necessary to embed a part of the gate electrode 127 and to lower the position of the bottom of the gate electrode 127 below the surface of the InGaP layer.
図16を参照して、本発明の第3の実施形態の製造方法を説明する。第3の実施形態は、図4に示す構造の製造方法である。 With reference to FIG. 16, the manufacturing method of the 3rd Embodiment of this invention is demonstrated. The third embodiment is a method of manufacturing the structure shown in FIG.
尚、第3の実施形態の製造方法は、障壁層36を含まない基板構造であり、ゲート電極形成工程が異なる以外は、第1の実施形態と同様であるので、重複箇所についての説明は省略する。 The manufacturing method of the third embodiment is a substrate structure that does not include the barrier layer 36, and is the same as that of the first embodiment except that the gate electrode formation process is different. To do.
第3の実施形態では、半絶縁性GaAs基板31上に、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、安定層38、キャップ層37を積層したものである。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。 In the third embodiment, a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, a stable layer 38, and a cap layer 37 are stacked on a semi-insulating GaAs substrate 31. An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33.
安定層38となるノンドープInGaP層38は、250Åの膜厚であり、キャップ層37は、1000Åである。また、前述の如く、安定層38下層に障壁層36が配置されない。 The non-doped InGaP layer 38 to be the stable layer 38 has a thickness of 250 mm, and the cap layer 37 has a thickness of 1000 mm. Further, as described above, the barrier layer 36 is not disposed below the stable layer 38.
第1の実施形態と同様に第6工程(図10)まで終了した状態で、キャップ層37の一部がエッチングされ安定層38が露出する(図14(A)参照)。 As in the first embodiment, in a state where the sixth step (FIG. 10) has been completed, a part of the cap layer 37 is etched to expose the stable layer 38 (see FIG. 14A).
そして第7工程において、上記の図14の場合と同様に、安定層38上にゲート金属層120(例えばPt/Mo)を蒸着する(図14(B)参照)。蒸着膜厚は、Ptが45Å、Moが50Åである。そして、リフトオフし、ゲート金属層120の最下層金属のPtを埋め込む熱処理を施す。これにより、図16の如くPtは安定層38とショットキー接合を保ったまま一部が例えば108Åの深さまで埋め込まれゲート電極127が形成される。埋め込まれたPtの底部は、安定層38内に位置する。第3の実施形態では、第1の実施形態の安定層38の除去工程を省くことができる。 In the seventh step, a gate metal layer 120 (for example, Pt / Mo) is deposited on the stable layer 38 as in the case of FIG. 14 (see FIG. 14B). The deposited film thickness is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. Then, lift-off is performed, and a heat treatment for embedding the lowermost metal Pt of the gate metal layer 120 is performed. Thereby, as shown in FIG. 16, a part of Pt is buried to a depth of, for example, 108 mm while maintaining the Schottky junction with the stable layer 38, and the gate electrode 127 is formed. The bottom of the buried Pt is located in the stable layer 38. In the third embodiment, the step of removing the stable layer 38 of the first embodiment can be omitted.
これ以外の工程は、第1の実施形態と同様である。 The other steps are the same as those in the first embodiment.
尚、本実施形態では、HEMTの平面の一例としてスイッチMMICを示したが、これに限るものではなく、基本素子であるHEMTの製造方法に適用できるものである。 In the present embodiment, the switch MMIC is shown as an example of the plane of the HEMT. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a method for manufacturing the HEMT that is a basic element.
また、上記の例はディプレッション型HEMTについて説明したが、エンハンスメント型HEMTでも同様に実施できる。 Further, although the above example has been described for the depletion type HEMT, the enhancement type HEMT can be similarly implemented.
更にディプレッション型HEMTとエンハンスメント型HEMTを同一基板に集積化した半導体装置であってもよい。すなわち、第6工程から第7工程を第1のゲート電極形成条件(第1のPt/Moの蒸着膜厚)で形成し、引き続き同一の半導体層に対して第2のゲート電極形成条件(第2のPt/Moの蒸着膜厚)で第6工程から第7工程を行う。これにより、埋め込まれたPtの深さにより異なるピンチオフ電圧を得ることができ、ディプレッション型HEMTとエンハンスメント型HEMTを同一基板に集積化した半導体装置が実現する。本発明はこのような半導体装置及びその製造方法にも適用でき、同様の効果が得られる。
Furthermore, a semiconductor device in which a depression type HEMT and an enhancement type HEMT are integrated on the same substrate may be used. That is, the sixth to seventh steps are formed under the first gate electrode formation conditions (first Pt / Mo deposition thickness), and then the second gate electrode formation conditions (first Step 6 to Step 7 are performed at a Pt / Mo film thickness of 2). As a result, a different pinch-off voltage can be obtained depending on the depth of the embedded Pt, and a semiconductor device in which a depletion type HEMT and an enhancement type HEMT are integrated on the same substrate is realized. The present invention can be applied to such a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and the same effect can be obtained.
31 GaAs基板
32 バッファ層
33 電子供給層
34 スペーサ層
35 チャネル層
36 障壁層
37 キャップ層
38 安定層
37s ソース領域
37d ドレイン領域
60 絶縁化層
50 初期窒化膜
51 窒化膜
511 第1窒化膜
512 第2窒化膜
513 第3窒化膜
100 動作領域
110 オーミック金属層
115、135 ソース電極
116、136 ドレイン電極
120 ゲート金属層
127 ゲート電極
130 パッド金属層
231 GaAs基板
232 バッファ層
233 電子供給層
234 スペーサ層
235 チャネル層
236 障壁層
237 キャップ層
237s ソース領域
237d ドレイン領域
250 絶縁化層
251 窒化膜
2511 スルーイオン用窒化膜
2512 パッシベーション膜
2513 ジャケット膜
300 動作領域
310 オーミック金属層
315、335 ソース電極
316、336 ドレイン電極
320 ゲート金属層
327 ゲート電極
330 パッド金属層
E ひさし部
OP 開口部
CH コンタクトホール
PR レジスト
IN 共通入力端子
Ctl1 制御端子
Ctl2 制御端子
OUT1 出力端子
OUT2 出力端子
IC 共通入力端子パッド
C1 第1制御端子パッド
C2 第2制御端子パッド
O1 第1出力端子パッド
O2 第2出力端子パッド
P 電極パッド
G 隙間
GV 溝
31 GaAs substrate 32 Buffer layer 33 Electron supply layer 34 Spacer layer 35 Channel layer 36 Barrier layer 37 Cap layer 38 Stable layer 37 s Source region 37 d Drain region 60 Insulating layer 50 Initial nitride film 51 Nitride film 511 First nitride film 512 Second Nitride film 513 Third nitride film 100 Operating region 110 Ohmic metal layer 115, 135 Source electrode 116, 136 Drain electrode 120 Gate metal layer 127 Gate electrode 130 Pad metal layer 231 GaAs substrate 232 Buffer layer 233 Electron supply layer 234 Spacer layer 235 Channel Layer 236 Barrier layer 237 Cap layer 237 s Source region 237 d Drain region 250 Insulating layer 251 Nitride film 2511 Nitride film for through ion 2512 Passivation film 2513 Jacket film 300 Area 310 Ohmic metal layer 315, 335 Source electrode 316, 336 Drain electrode 320 Gate metal layer 327 Gate electrode 330 Pad metal layer E Eaves part OP Opening part CH Contact hole PR Resist IN Common input terminal Ctl1 Control terminal Ctl2 Control terminal OUT1 Output Terminal OUT2 output terminal IC common input terminal pad C1 first control terminal pad C2 second control terminal pad O1 first output terminal pad O2 second output terminal pad P electrode pad G gap GV groove
Claims (18)
前記半導体層に設けられ、ソース領域およびドレイン領域を有する動作領域と、
前記ソース領域およびドレイン領域とそれぞれコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極と、
前記ソース領域および前記第1ソース電極上と、前記ドレイン領域および前記第1ドレイン電極上をそれぞれ連続して覆う第1絶縁膜と、
少なくとも前記第1絶縁膜上に設けられた第2絶縁膜と、
前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極と、
前記ソース領域および前記ドレイン領域間の前記動作領域の一部とショットキー接合を形成するゲート電極と、
を具備することを特徴とする半導体装置。 A plurality of semiconductor layers stacked on a semiconductor substrate to be a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer, and a cap layer;
An operating region provided in the semiconductor layer and having a source region and a drain region;
A first source electrode and a first drain electrode in contact with the source region and the drain region, respectively;
A first insulating film continuously covering the source region and the first source electrode, and the drain region and the first drain electrode;
A second insulating film provided on at least the first insulating film;
A second source electrode and a second drain electrode in contact with the first source electrode and the first drain electrode;
A gate electrode forming a Schottky junction with a part of the operation region between the source region and the drain region;
A semiconductor device comprising:
前記半導体層に設けられソース領域およびドレイン領域を有する動作領域と、
前記ソース領域およびドレイン領域上に設けられた第1ソース電極および第1ドレイン電極と、
前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極上に設けられた第2ソース電極および第2ドレイン電極と、
前記ソース領域および前記ドレイン領域間の前記動作領域の一部とショットキー接合を形成するゲート電極と、
前記ゲート電極周囲、前記第1ソース電極及び第2ソース電極周囲、前記第1ドレイン電極及び第2ドレイン電極周囲と密着して被覆する絶縁膜を具備し、
前記第2ソース電極および前記第2ドレイン電極は、前記絶縁膜内に設けられたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および第1ドレイン電極とそれぞれコンタクトし、
前記ゲート電極上に設けられた前記絶縁膜の膜厚から前記第2ソース電極および前記第2ドレイン電極上に設けられた前記縁膜膜の膜厚を減じた値を、前記コンタクトホールの深さとなる前記絶縁膜の膜厚から減じた値が正となることを特徴とする半導体装置。 A plurality of semiconductor layers stacked on a semiconductor substrate to be a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer, and a cap layer;
An operating region provided in the semiconductor layer and having a source region and a drain region;
A first source electrode and a first drain electrode provided on the source region and the drain region,
A second source electrode and a second drain electrode provided on the first source electrode and the first drain electrode;
A gate electrode forming a Schottky junction with a part of the operation region between the source region and the drain region;
Comprising an insulating film covering the gate electrode, the first source electrode and the second source electrode, and the first drain electrode and the second drain electrode;
The second source electrode and the second drain electrode are in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the insulating film, respectively.
The value obtained by subtracting the film thickness of the edge film provided on the second source electrode and the second drain electrode from the film thickness of the insulating film provided on the gate electrode is the depth of the contact hole. A value obtained by subtracting from the film thickness of the insulating film becomes positive.
所定の領域にイオン注入による絶縁化層を形成し、動作領域を分離する工程と、
全面の初期絶縁膜を除去する工程と、
前記動作領域の前記キャップ層の一部にコンタクトする第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成する工程と、
全面に第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1ソース電極および第1ドレイン電極間の前記第1絶縁膜の一部を除去し、該第1絶縁膜をマスクとして前記キャップ層の一部を除去し前記安定層を露出する工程と、
前記第1ソース電極及び第1ドレイン電極間の前記動作領域の一部とショットキー接合するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜および第2絶縁膜に設けたコンタクトホールを介して前記第1ソース電極および第1ドレイン電極とコンタクトする第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Laminating a buffer layer, an electron supply layer, a channel layer, a stable layer and a cap layer on a semiconductor substrate, and forming an initial insulating film on the entire surface;
Forming an insulating layer by ion implantation in a predetermined region and separating an operation region;
Removing the initial insulation film on the entire surface;
Forming a first source electrode and a first drain electrode in contact with a part of the cap layer in the operating region;
Forming a first insulating film on the entire surface;
Removing a part of the first insulating film between the first source electrode and the first drain electrode, removing a part of the cap layer using the first insulating film as a mask, and exposing the stable layer;
Forming a gate electrode that forms a Schottky junction with a part of the operation region between the first source electrode and the first drain electrode;
Forming a second insulating film covering the gate electrode;
Forming a second source electrode and a second drain electrode in contact with the first source electrode and the first drain electrode through contact holes provided in the first insulating film and the second insulating film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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JP2004349673A JP2006165018A (en) | 2004-12-02 | 2004-12-02 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
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Country | Link |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008035403A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Fujitsu Limited | Field-effect transistor |
JP2009081177A (en) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Nec Electronics Corp | Field-effect transistor, semiconductor chip, and semiconductor device |
CN102024752B (en) * | 2009-09-17 | 2013-02-20 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | Method for improving chip cutting |
-
2004
- 2004-12-02 JP JP2004349673A patent/JP2006165018A/en not_active Withdrawn
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