(57)【要約】【課題】  ソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減すると共に、チャネル層でのチャネル抵抗の増大を抑制することによって低消費電力化を図った高電子移動度トランジスタ及び同高電子移動度トランジスタを有する半導体装置及び高電子移動度トランジスタの製造方法並びに高電子移動度トランジスタを有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタ及び同高電子移動度トランジスタを有する半導体装置を製造する際に、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数が大きく、かつ、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いることとした。【選択図】図6
2005347443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタにおいて、
前記ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたことを特徴とする高電子移動度トランジスタ。
【請求項２】
前記ドーパントとして、前記チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いたことを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項３】
前記ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いたことを特徴とする請求項1又は2に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項４】
電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置において、
前記ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタの製造方法において、
前記ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたことを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。
【請求項６】
前記ドーパントとして、前記チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いたことを特徴とする請求項5に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
【請求項７】
前記ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いたことを特徴とする請求項5又は6に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
【請求項８】
電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、
前記ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電子移動度トランジスタであるHEMT及び同HEMTを有する半導体装置及びHEMTの製造方法並びにHEMTを有する半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波特性に優れた半導体素子として、不純物をドープした化合物半導体層と不純物をドープしていない化合物半導体層とをヘテロ接合させた構造を有する高電子移動度トランジスタ（以下「HEMT（High Electron Mobility Transistor）」という。）が広く知られていた（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このHEMT100は、図7に示すように、GaAs（ガリウム・ヒ素）基板101の上面に、GaAsドープ層102と、n＋AlGaAsドープ層103と、AlGaAs（アルミニウム・ガリウム・ヒ素）スペーサ層104と、InGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）チャネル層105と、AlGaAsスペーサ層106と、n＋GaAsドープ層107と、n−AlGaAs障壁層108と、n＋GaAsオーミックキャップ層109とを順次エピタキシャル成長させたエピタキシャル層110を有している。
【０００４】
そして、このエピタキシャル層110の上面に、n−AlGaAs障壁層108に当接させて形成したゲート電極111と、n＋GaAsオーミックキャップ層109に当接させて形成したソース電極112とドレイン電極113とを有しており、これらソース電極112とゲート電極111とドレイン電極113との間、及び、ソース電極112及びドレイン電極113の外側のエピタキシャル層110の上面には、絶縁膜としてのSiN（窒化シリコン）膜114を有している。
【０００５】
このように構成したHEMT100は、高速動作が可能な半導体素子であったため、例えば、高速でデータ通信を行う携帯電話やPDA（Personal Digital Assistance）などといった移動体通信装置のスイッチICやパワーアンプICとして用いられていた。
【０００６】
この移動体通信装置は、一般に、バッテリーから供給される有限な電力により動作する装置であったため、スイッチICやパワーアンプICとして用いるHEMT100の低消費電力化を図る必要があった。
【０００７】
そこで、近年では、図8に示すように、低抵抗領域115を設けることによって低消費電力化を図った低抵抗型のHEMT116が開発されている。
【０００８】
なお、図8では、図7に示すHEMT100の構成要素と対応する構成要素に対して同様の符号を付することにより、その説明を省略する。
【０００９】
この低抵抗型のHEMT116は、ソース電極112及びドレイン電極113の下方のn−AlGaAs障壁層108に低抵抗領域115を形成することによって、ソース電極112及びドレイン電極113のオーミックコンタクト抵抗を低減させ、動作時のオン抵抗を低抵抗化することで低消費電力化を図っていた。
【００１０】
そして、この低抵抗領域115は、n−AlGaAs障壁層108にn型の不純物であるSi（シリコン）をイオン注入した後、800℃以上の高温による熱処理を施すことによって、イオン注入により傷ついたn−AlGaAs障壁層108の表面の結晶構造を回復させながら、n−AlGaAs障壁層108の内部にSiを熱拡散させることによって形成していた。
【特許文献１】特開2001-7319号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記従来の低抵抗型のHEMT116は、n−AlGaAs障壁層108にイオン注入したSiを熱拡散させるために800℃以上の高温による熱処理を行っていたため、この熱処理によりエピタキシャル層110の内部の原子が活性化され、原子の相互拡散が発生するおそれがあった。
【００１２】
特に、この原子の相互拡散がInGaAsチャネル層105の界面で発生すると、低抵抗型のHEMT116が動作する際に、このInGaAsチャネル層105の内部を移動する電子の移動度が極端に低下してしまい、InGaAsチャネル層105でのチャネル抵抗が増大することとなる。
【００１３】
その結果、低抵抗領域115を設けたことでソース電極112及びドレイン電極113でのオーミックコンタクト抵抗は低減できるものの、InGaAsチャネル層105でのチャネル抵抗が増大するため、低抵抗型のHEMT116全体としてのオン抵抗を低抵抗化することができず、この低抵抗型のHEMT116を十分に低消費電力化することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで、請求項1に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタにおいて、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いた。
【００１５】
また、請求項2に係る本発明では、ドーパントとして、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いた。
【００１６】
また、請求項3に係る本発明では、ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いた。
【００１７】
また、請求項4に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いた。
【００１８】
また、請求項5に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタの製造方法において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いた。
【００１９】
また、請求項6に係る本発明では、ドーパントとして、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いた。
【００２０】
また、請求項7に係る本発明では、ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いた。
【００２１】
また、請求項8に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いた。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、以下に記載するような効果を奏する。
【００２３】
請求項1に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタにおいて、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたため、チャネル層でのチャネル抵抗の増大を抑制しながら、ソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減することによって低消費電力化した高電子移動度トランジスタを提供することができる。
【００２４】
また、請求項2に係る本発明では、ドーパントとして、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いたため、低抵抗領域を形成する際に、熱処理により発生する原子の相互拡散を抑制することができるので、チャネル抵抗の増大を抑制しつつ、ソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減した高電子移動度トランジスタを提供することができる。
【００２５】
また、請求項3に係る本発明では、ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いたため、ドーパントとしてシリコンを用いた高電子移動度トランジスタよりもチャネル抵抗を低減した高電子移動度トランジスタを提供することができる。
【００２６】
また、請求項4に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたため、高電子移動度トランジスタのソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減すると共に、チャネル層でのチャネル抵抗の増大を抑制することによって半導体装置の低消費電力化を図ることができる。
【００２７】
また、請求項5に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタの製造方法において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたため、ソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減すると共に、チャネル層でのチャネル抵抗の増大を抑制することによって低消費電力化を図った高電子移動度トランジスタを製造することができる。
【００２８】
また、請求項6に係る本発明では、ドーパントとして、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質を用いたため、低抵抗領域を形成する際に、原子の相互拡散を抑制することができるのでチャネル抵抗の増大を抑制しつつ、ソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減した高電子移動度トランジスタを製造することができる。
【００２９】
また、請求項7に係る本発明では、ドーパントとしては、セレン又は硫黄を用いたため、ドーパントとしてシリコンを用いた高電子移動度トランジスタよりもチャネル抵抗を低減した高電子移動度トランジスタを製造することができる。
【００３０】
また、請求項8に係る本発明では、電極とチャネル層との間の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成した高電子移動度トランジスタを有する半導体装置の製造方法において、ドーパントとしてシリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いたため、高電子移動度トランジスタのソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減すると共に、チャネル層でのチャネル抵抗の増大を抑制することによって低消費電力化を図った半導体装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に形成した高電子移動度トランジスタ（以下、「HEMT（High Electron Mobility Transistor）」という。）を有するものである。
【００３２】
このHEMTは、ソース電極及びドレイン電極の下方の障壁層にドーパントを注入すると共に、熱拡散させて低抵抗領域を形成することによりソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗を低減したものである。
【００３３】
特に、低抵抗領域を形成する際に障壁層へ拡散させるドーパントとして、シリコンよりも拡散係数の大きい物質を用いるようにしている。
【００３４】
さらに、このドーパントとしては、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない程度の温度による熱処理によって障壁層の内部に拡散し、低抵抗領域を形成することができる物質を用いるようにしている。
【００３５】
そして、このシリコンよりも拡散係数が大きく、チャネル層で原子の相互拡散が発生しない温度で熱拡散する物質として、セレン又は硫黄を用いて低抵抗領域を形成するようにしている。
【００３６】
以下に、本発明に係るHEMT1（図6参照）の製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３７】
まず、半絶縁性のGaAs（ガリウム・ヒ素）からなる基板2を用意し、この基板2の上面にGaAsからなるバッファ層3をエピタキシャル成長させる。
【００３８】
次に、このバッファ層3の上面にn型の不純物であるSi（シリコン）を比較的高濃度にドープしたAlGaAs（アルミニウム・ガリウム・ヒ素）からなる第1のn＋ドープ層4をエピタキシャル成長させる。
【００３９】
次に、この第1のn＋ドープ層4の上面に、アンドープのAlGaAsからなる第1のスペーサ層5をエピタキシャル成長させる。
【００４０】
次に、この第1のスペーサ層5の上面に、アンドープのInGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）からなるチャネル層6をエピタキシャル成長させる。
【００４１】
次に、このチャネル層6の上面に、アンドープのAlGaAsからなる第2のスペーサ層7をエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に、この第2のスペーサ層7の上面に、n型の不純物であるSiを比較的高濃度にドープしたAlGaAsからなる第2のn＋ドープ層8をエピタキシャル成長させる。
【００４３】
次に、この第2のn＋ドープ層8の上面に、n型の不純物を比較的低濃度にドープしたAlGaAsからなるn−障壁層9をエピタキシャル成長させる。
【００４４】
そして、このn−障壁層9の上面に、n型の不純物を比較的高濃度にドープしたGaAsからなるオーミックキャップ層10をエピタキシャル成長させることによって、図1に示すようなエピタキシャル層11を形成する。
【００４５】
特に、このオーミックキャップ層11を形成する際にドープするドーパントは、Siよりも拡散係数の大きい物質としてSe（セレン）又はS（硫黄）を用いるようにする。
【００４６】
また、第1のn＋ドープ層4と第2のn＋ドープ層8とn−障壁層9とオーミックキャップ層10とを形成した後は、600℃程度の比較的低温にてアニール処理を施すことによって、n型の不純物をドープしたことにより傷ついた結晶構造を回復させるようにしている。
【００４７】
次に、オーミックキャップ層10の上面にレジスト膜（図示略）を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いてソース電極12及びドレイン電極13（図5参照）を形成するためのパターニングを行い、その後、図2に示すように、ソース電極12及びドレイン電極13を形成する部分以外のオーミックキャップ層10をエッチングにより除去する。
【００４８】
次に、図3に示すように、このソース電極12及びドレイン電極13を形成する部分以外のオーミックキャップ層10を除去したエピタキシャル層11の上面に、CVD（Chemical Vapor Deposition）法を用いてSiN（窒化シリコン）からなる絶縁膜14を形成する。
【００４９】
次に、この絶縁膜14を形成したエピタキシャル層11に対して、水素雰囲気中で熱処理を行い、オーミックキャップ層10にドープしておいたn型の不純物をn−障壁層9の内部に拡散させることによって、図4に示すように、オーミックキャップ層10の下方に比較的高濃度にn型の不純物を拡散させたAlGaAsからなる低抵抗領域15を形成する。
【００５０】
特に、ここで行う熱処理によりn−障壁層9の内部に拡散させるn型の不純物は、上記したようにSiよりも拡散係数が大きい物質であるため、Siをn−障壁層9の内部に拡散させる際のように800℃以上の高温での熱処理を行う必要がなく、600℃程度の比較的低温での熱処理によりn型の不純物をn−障壁層9の内部に拡散させることができる。
【００５１】
そのため、この熱処理によってチャネル層6の界面で原子の相互拡散が発生することを抑制することができるので、チャネル抵抗の増大を抑制することができる。
【００５２】
次に、絶縁膜14の上面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いてソース電極12及びドレイン電極13を形成するためのパターニングを行い、その後、ソース電極12及びドレイン電極13を形成する部分の絶縁膜14をエッチングにより除去する。
【００５３】
続いて、図5に示すように、この絶縁膜14を除去した部分のオーミックキャップ層10の上面にソース電極12及びドレイン電極13を形成する。
【００５４】
最後に、ソース電極12及びドレイン電極13を形成したエピタキシャル層11の上面にレジスト膜を形成した後、フォトリソグラフィー法を用いてゲート電極16を形成するためのパターニングを行い、その後、ゲート電極16を形成する部分の絶縁膜14をエッチングにより除去し、この絶縁膜14を除去した部分のn−障壁層9に当接させてゲート電極16を形成することによって、図6に示すようなHEMT1を製造する。
【００５５】
このように、本実施形態に係る製造方法によって製造したHEMT1は、ソース電極12及びドレイン電極13の下方のn−障壁層9に、Siよりも拡散係数の大きい物質を拡散させた低抵抗領域15を形成したことによって、ソース電極12及びドレイン電極13のオーミックコンタクト抵抗を低減すると共に、チャネル層6でのチャネル抵抗の増大を抑制することができる。
【００５６】
これにより、HEMT1が動作する際のオン抵抗が低抵抗化されるため低消費電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係るHEMTの製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明に係るHEMTの製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明に係るHEMTの製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明に係るHEMTの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明に係るHEMTの製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明に係るHEMTを示す説明図である。
【図７】従来のHEMTを示す説明図である。
【図８】従来のHEMTを示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  HEMT
２  基板
３  バッファ層
４  第1のn＋ドープ層
５  第1のスペーサ層
６  チャネル層
７  第2のスペーサ層
８  第2のn＋ドープ層
９  n−障壁層
１０  オーミックキャップ層
１１  エピタキシャル層
１２  ソース電極
１３  ドレイン電極
１４  絶縁膜
１５  低抵抗領域
１６  ゲート電極
【図１】
2005347443.tif 000003
【図２】
2005347443.tif 000004
【図３】
2005347443.tif 000005
【図４】
2005347443.tif 000006
【図５】
2005347443.tif 000007
【図６】
2005347443.tif 000008
【図７】
2005347443.tif 000009
【図８】
2005347443.tif 000010