(57)【要約】      （修正有）【課題】浅いしきい値電圧のナイトライド系半導体を用いた電界効果トランジスタにおいて、ソース抵抗が低減された電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】ナイトライド系半導体内に、ソース領域３、チャネル領域４およびドレイン領域５を有する電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極７がタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金からなり、ソース領域３のキャリア濃度がチャネル領域４のキャリア濃度よりも高いことを特徴とする電界効果トランジスタを構成する。【選択図】図１
2010010353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナイトライド系半導体内にソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタにおいて、
ゲート電極材料がタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金であり、
前記ソース領域のキャリア濃度が前記チャネル領域のキャリア濃度よりも高いことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
ナイトライド系半導体内にソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタにおいて、
ゲート電極材料がタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金であり、
前記ソース領域の厚さが前記チャネル領域の厚さよりも大きいことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記チャネル領域にヘテロ接合を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項４】
請求項３に記載の電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタの製造方法において、
基板上に、ナイトライド系半導体層を形成する工程と、
前記ナイトライド系半導体層上に、ナイトライド系半導体からなる電子供給層を形成する工程と、
前記電子供給層上に、タングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金からなるゲート電極を形成する工程と、
ソース領域となる部位にイオンを注入するソース領域用イオン注入工程と、
注入されたイオンを活性化するための熱処理工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタの製造方法において、
基板上に、ナイトライド系半導体層を形成する工程と、
前記ナイトライド系半導体層にイオンを注入するチャネル領域用イオン注入工程と、
前記チャネル領域用イオン注入工程後の前記ナイトライド系半導体層上に、タングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金からなるゲート電極を形成する工程と、
ソース領域となる部位にイオンを注入するソース領域用イオン注入工程と、
注入されたイオンを活性化するための熱処理工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ソース領域用イオン注入工程において、前記ゲート電極をマスクとしたセルフアラインによりイオン注入を行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のナイトライド系半導体を構成要素とする電界効果トランジスタにおいては、電子供給層のキャリア濃度を一様に高くすることにより、あるいはゲート電極をリセス構造にすることにより、ソース抵抗を低減している。
【非特許文献１】葛原正明等、電子情報通信学会論文誌Ｃ、VOL．J86-C、NO．4、pp.396-403、2003年
【非特許文献２】佐野芳明等、電子情報通信学会論文誌Ｃ、VOL．J86-C、NO．4、pp.404-411、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電子供給層のキャリア濃度を一様に高くしたときには、電子供給層のチャネル領域のキャリア濃度も高くなるから、ゲートしきい値電圧の浅い電界効果トランジスタを実現することが困難である。
【０００４】
また、ゲート電極をリセス構造にしたときには、ナイトライド系半導体に低損傷のリセスエッチングを行なうことは困難であるから、電界効果トランジスタの信頼性が低下する。
【０００５】
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、本発明が解決しようとする課題は、浅いしきい値電圧のナイトライド系半導体を用いた電界効果トランジスタにおいて、ソース抵抗が低減された電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
ナイトライド系半導体内にソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極材料がタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金であり、前記ソース領域のキャリア濃度が前記チャネル領域のキャリア濃度よりも高いことを特徴とする電界効果トランジスタを構成する。
【０００７】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
ナイトライド系半導体内にソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極材料がタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金であり、前記ソース領域の厚さが前記チャネル領域の厚さよりも大きいことを特徴とする電界効果トランジスタを構成する。
【０００８】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
前記チャネル領域にヘテロ接合を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電界効果トランジスタを構成する。
【０００９】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項３に記載の電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタの製造方法において、基板上に、ナイトライド系半導体層を形成する工程と、前記ナイトライド系半導体層上に、ナイトライド系半導体からなる電子供給層を形成する工程と、前記電子供給層上に、タングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金からなるゲート電極を形成する工程と、ソース領域となる部位にイオンを注入するソース領域用イオン注入工程と、注入されたイオンを活性化するための熱処理工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法を構成する。
【００１０】
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項１または２に記載の電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタの製造方法において、基板上に、ナイトライド系半導体層を形成する工程と、前記ナイトライド系半導体層にイオンを注入するチャネル領域用イオン注入工程と、前記チャネル領域用イオン注入工程後の前記ナイトライド系半導体層上に、タングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金からなるゲート電極を形成する工程と、ソース領域となる部位にイオンを注入するソース領域用イオン注入工程と、注入されたイオンを活性化するための熱処理工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法を構成する。
【００１１】
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項４または５に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ソース領域用イオン注入工程において、前記ゲート電極をマスクとしたセルフアラインによりイオン注入を行うことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法を構成する。
【発明の効果】
【００１２】
ゲート電極材料にタングステン、タングステン合金、モリブデンまたはモリブデン合金を用いることによって、イオン注入層の活性化熱処理（８００℃以上）にゲート電極が耐えるようになり、浅いしきい値電圧のナイトライド系半導体を用いた電界効果トランジスタにおいて、ソース抵抗が低減された電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することが容易となる。
【００１３】
これにより、エンハンスメント型ナイトライド系の電界効果トランジスタの実現、ナイトライド系の電界効果トランジスタで構成される高速ディジタル集積回路の実現、高出力な高速集積回路の実現などが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明に係る電界効果トランジスタの一例を示す図である。図に示すように、基板１上に、アンドープのＧａＮからなるナイトライド系半導体層２が形成され、ナイトライド系半導体層２上に、ナイトライド系半導体であるＡ１ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＮからなる電子供給層が形成され、この電子供給層とナイトライド系半導体層２とがヘテロ接合を形成している。図１中、電子供給層の一部分がチャネル領域４（Ａ１ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたは、ＩｎＡｌＮ）として示されている。
【００１５】
電子供給層上に、Ｗ、Ｗ合金、ＭｏまたはＭｏ合金からなるゲート電極７が形成され、ゲート電極７直下の電子供給層がチャネル領域４となっている。
【００１６】
ゲート電極７をマスクとしたセルフアラインによるイオン注入とそれに続く熱処理（活性化熱処理）とによって、キャリア濃度が高められたソース領域３とドレイン領域５が形成されている。これによって、ソース領域３（この場合はドレイン領域５も）のキャリア濃度はチャネル領域４のキャリア濃度よりも、イオン注入とそれに続く活性化熱処理とによる増加分だけ、高くなっている。
【００１７】
ソース領域３とドレイン領域５の上には、それぞれ、ソース電極６とドレイン電極８が形成され、上記の構成要素とともに、ナイトライド系半導体内に、ソース領域、チャネル領域およびドレイン領域を有する電界効果トランジスタを構成している。
【００１８】
ゲート電極７の材料として、Ｗ、Ｗ合金、ＭｏまたはＭｏ合金を用いることによって、イオン注入層の活性化熱処理（８００℃以上）に電極材料が耐えるようになる。
【００１９】
一般に、チャネル領域４の厚さは１０ｎｍ〜６０ｎｍ、ソース領域３の厚さは４０ｎｍ〜２００ｎｍである。また、チャネル領域４およびソース領域３のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。
【００２０】
本発明においては、ソース領域３の厚さがチャネル領域４の厚さよりも大きいか、あるいは、ソース領域３のキャリア濃度がチャネル領域４のキャリア濃度よりも高いものとする。
【００２１】
チャネル領域４のキャリア濃度を、ゲートしきい値電圧が−１Ｖよりも浅くなる濃度（１×１０１８ｃｍ−３以下）とした場合には、例えば、ソース領域３のキャリア濃度を５×１０１８ｃｍ−３以上とすればよい。
【００２２】
図２は、本発明に係る電界効果トランジスタの他の例を示す図である。図２に示した電界効果トランジスタが、図１に示した電界効果トランジスタと異なる点は、チャネル領域４が、アンドープのＧａＮへのイオン注入とその後の活性化熱処理とによって形成されていることである。この場合にも、ゲート電極７をマスクとしたセルフアラインによるイオン注入の深さとドース量とを選ぶことによって、ソース領域３の厚さが、図２に示されたように、チャネル領域４の厚さよりも大きいか、あるいは、ソース領域３のキャリア濃度がチャネル領域４のキャリア濃度よりも高くなるようにする。
【００２３】
つぎに、図１に示した電界効果トランジスタの製造方法、すなわち本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法を図３により説明する。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板などの基板１上に、ナイトライド系半導体であるアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させることによりナイトライド系半導体層２を形成し、ナイトライド系半導体層２上に、ナイトライド系半導体であるＡ１ＧａＮ、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＮをエピタキシャル成長させることにより電子供給層４’を形成する。
【００２５】
つぎに、図３（ｂ）に示すように、電子供給層４’上に、Ｗ、ＷＮ、ＷＡｌ、ＷＳｉまたはＷＳｉＮをスパッタ法により堆積し、エッチング加工してゲート電極７を形成する。
【００２６】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、ゲート電極７をマスクとするセルフアラインによるイオン注入（ソース領域用イオン注入）工程として、ソース領域３となる箇所（この場合にはドレイン領域５となる箇所も）に、ｎ型のドーパントとなる物質（Ｓｎ(スズ）またはＳｉ(シリコン)）のイオン注入を行い、８００℃以上の温度で熱処理（活性化熱処理）し、注入されたイオンを活性化させ、イオン注入部分のキャリア濃度を高める。このソース領域用イオン注入工程においては、加速電圧を３０〜２００ｋＶ、ドース量を１×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２とする。これによって、ソース領域３（この場合はドレイン領域５も）のキャリア濃度がチャネル領域４のキャリア濃度よりも、イオン注入とそれに続く活性化熱処理とによる増加分だけ、高くなる。
【００２７】
最後に、図３（ｄ）に示すように、ソース領域３上にソース電極６を形成し、ドレイン領域５上にドレイン電極８を形成すれば、図１に示した、本発明に係る電界効果トランジスタが完成する。ソース電極６とドレイン電極８は、Ｔｉ/ＡｌまたはＡｌ/Ｔｉ/Ａｌを、蒸着およびリフトオフにより、それぞれ、ソース領域３上とドレイン領域５上に堆積し、６００℃以上の温度で熱処理し、オーミック電極とすることによって製作すればよい。
【００２８】
上記の、Ｗ、ＷＮ、ＷＡｌ、ＷＳｉまたはＷＳｉＮをＭｏまたはＭｏ合金としても良い。ＭｏまたはＭｏ合金の場合、スパッタ法により堆積し、エッチングによりゲート電極を形成するかわりに、蒸着およびリフトオフによりゲート電極を形成しても良い。
【００２９】
つぎに、図２に示した電界効果トランジスタの製造方法、すなわちに本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法を図４により説明する。
【００３０】
まず、図４（ａ）に示すように、基板１上に、ナイトライド系半導体であるアンドープのＧａＮをエピタキシャル成長させることによりナイトライド系半導体層２を形成し、ナイトライド系半導体層２の上層部に、ｎ型のドーパントとなる物質（Ｓｎ(スズ）またはＳｉ(シリコン)）のイオン注入（チャネル領域用イオン注入）を行って、チャネル層４”を形成する。ただし、この段階では、注入されたイオンは活性化されていないので、チャネル層４”のキャリア濃度は増加していない。イオン注入の際に、加速電圧を５〜３０ｋＶ、ドース量を１×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２とする。
【００３１】
つぎに、図４（ｂ）に示すように、チャネル層４”上に、Ｗ、ＷＮ、ＷＡｌ、ＷＳｉまたはＷＳｉＮをスパッタ法により堆積し、エッチングによりゲート電極７を形成する。
【００３２】
つぎに、図４（ｃ）に示すように、ゲート電極７をマスクとするセルフアラインによるイオン注入（ソース領域用イオン注入）工程として、ソース領域３となる箇所（この場合にはドレイン領域５となる箇所も）に、ｎ型のドーパントとなる物質（Ｓｎ(スズ）またはＳｉ(シリコン)）のイオン注入を行い、８００℃以上の温度で熱処理（活性化熱処理）し、注入されたイオンを活性化させ、イオン注入部分のキャリア濃度を高める。このとき、チャネル領域用イオン注入によってチャネル層４”中に注入されたイオンも活性化され、ゲート電極７直下のチャネル層４”はチャネル領域４となる。この場合に、ソース領域用イオン注入の深さを、上記のチャネル領域用イオン注入の深さよりも深くする。これによって、図４（ｃ）に示したように、イオンの活性化によって形成されたソース領域３の厚さ（この場合はドレイン領域５の厚さも）は、チャネル領域４の厚さよりも厚くなる。イオン注入の際に、加速電圧を３０〜２００ｋＶ、ドース量を１×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１５ｃｍ−２とし、ソース領域３の厚さがチャネル領域４の厚さよりも大きくなるようにする。
【００３３】
最後に、図４（ｄ）に示すように、ソース領域３上にソース電極６を形成し、ドレイン領域５上にドレイン電極８を形成すれば、図２に示した、本発明に係る電界効果トランジスタが完成する。ソース電極６とドレイン電極８は、Ｔｉ/ＡｌまたはＡｌ/Ｔｉ/Ａｌを、蒸着およびリフトオフにより、それぞれ、ソース領域３上とドレイン領域５上に堆積し、６００℃以上の温度で熱処理し、オーミック電極とすることによって製作すればよい。
【００３４】
上記の、Ｗ、ＷＮ、ＷＡｌ、ＷＳｉまたはＷＳｉＮをＭｏまたはＭｏ合金としても良い。ＭｏまたはＭｏ合金の場合、スパッタ法により堆積し、エッチングによりゲート電極７を形成するかわりに、蒸着およびリフトオフによりゲート電極７を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る電界効果トランジスタを示す図である。
【図２】本発明に係る電界効果トランジスタを示す図である。
【図３】本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法の説明図である。
【図４】本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：基板、２：ナイトライド系半導体層、３：ソース領域、４：チャネル領域、４’：電子供給層、４”：チャネル層、５：ドレイン領域、６：ソース電極、７：ゲート電極、８：ドレイン電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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