(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果トランジスターのゲートを形成する方法であって、
（ａ）下記を備えた構造体を用意するステップ：
ＩＩＩ−Ｖ族基板；
基板上のチャネル層；
チャネル層上のドープ障壁層；
障壁層上に配置した保護層；
保護層上に配置したエッチング停止層；ならびに
エッチング停止層上に配置したソースおよびドレインコンタクト層；
（ｂ）構造体の表面にマスクを付与するステップであって、そのマスクはコンタクト層の表面の一部を露出させる開口をもつ、ステップ；
（ｃ）コンタクト層の露出表面部分に１回目のエッチングを施し、コンタクト層を貫通してエッチングして、下層のエッチング停止層の表面の一部を露出させるステップであって、この１回目のエッチングによりコンタクト層は、エッチング停止層に対するこのエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる、ステップ；
（ｄ）マスクの開口を拡張するステップ；
（ｅ）拡張した開口により露出したエッチング停止層の表面部分に２回目のエッチングを施し、エッチング停止層を貫通してエッチングして、下層の保護層の表面の一部を露出させるステップであって、この２回目のエッチングによりエッチング停止層は、保護層に対するこの２回目のエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる、ステップ；そして
（ｆ）マスク上に、エッチング停止層のエッチングされた部分を通して保護層の露出部分上にまで、金属を蒸着するステップ、
を備える方法。
【請求項２】
電界効果トランジスターのゲートを形成する方法であって、
（ａ）下記を備えた構造体を用意するステップ：
ガリウムヒ素基板；
基板上のインジウムガリウムヒ素チャネル層；
チャネル層上のドープアルミニウムガリウムヒ素障壁層；
障壁層上に配置したガリウムヒ素保護層；
保護層上に配置したインジウムガリウムリン−エッチング停止層；ならびに
エッチング停止層上に配置したガリウムヒ素−ソースおよびドレインコンタクト層；
（ｂ）構造体の表面にマスクを付与するステップであって、そのマスクはコンタクト層の表面の一部を露出させる開口をもつ、ステップ；
（ｃ）コンタクト層の露出表面部分に１回目のエッチングを施し、コンタクト層を貫通してエッチングして、下層のエッチング停止層の表面の一部を露出させるステップであって、この１回目のエッチングによりコンタクト層は、エッチング停止層に対するこのエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる、ステップ；
（ｄ）マスクの開口を拡張するステップ；
（ｅ）拡張した開口により露出したエッチング停止層の表面部分に２回目のエッチングを施し、エッチング停止層を貫通してエッチングして、下層の保護層の表面の一部を露出させるステップであって、この２回目のエッチングによりエッチング停止層は、保護層に対するこの２回目のエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる、ステップ；そして
（ｆ）マスク上に、エッチング停止層のエッチングされた部分を通して、保護層の露出部分上にまで、それとショットキー接触したゲート金属を蒸着するステップであって、このゲート金属がゲート電極となる、ステップ、
を備える方法。
【請求項３】
前記金属を蒸着するステップは、金属をコンタクト層の側壁へ蒸着するステップ及び蒸着された金属をコンタクト層の側壁から分離するステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
１回目のエッチングのステップが、コンタクト層の露出表面部分に１回目のエッチングを施し、コンタクト層を貫通してエッチングして、下層のエッチング停止層の表面の一部を露出させるステップを含み、この１回目のエッチングによりコンタクト層は、エッチング停止層に対するこのエッチングのエッチング速度より少なくとも２桁大きなエッチング速度でエッチングされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
２回目のエッチングのステップが、エッチング停止層を保護層に対するこの２回目のエッチングのエッチング速度より少なくとも２桁大きなエッチング速度でエッチングするステップを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は一般に、シュードモルフィック高電子移動度トランジスター（pseudomorphic high electron mobility transistor，ＰＨＥＭＴ）、より詳細にはＩＩＩ−Ｖ族基板上に形成されたそのようなタイプのトランジスターに関する。
【０００２】
当技術分野で知られているように、無線周波信号を増幅するためにマイクロ波およびミリメートル周波数で用いられる数種類の能動デバイスがある。一般にこれらの周波数で用いられる、より一般的な半導体デバイスの１つは、電界効果トランジスター、特に金属電極半導体電界効果トランジスター（ＭＥＳＦＥＴ）、高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）、およびシュードモルフィック高電子移動度トランジスター（ＰＨＥＭＴ）である。これらのトランジスターはそれぞれＩＩＩ−Ｖ族材料、たとえばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）またはインジウムリン（ＩｎＰ）から作成される。ＨＥＭＴとＭＥＳＦＥＴを区別するものは、ＨＥＭＴにはある材料のドープ障壁（またはドナー）層および異なる材料のドープされていないチャネル層があることである。ドープされたドナー層とドープされていないチャネル層の間にヘテロ接合が形成される。このヘテロ接合は、ドープされたドナー層からドープされていないチャネル層へ注入される電子を空間的に分離する。したがってバンドギャップの大きなドナー層からの電子がバンドギャップの狭いチャネル層へ伝達され、ここで電子はヘテロ接合に平行な平面内においてのみ移動するように制限される。その結果、二次元電子、いわゆる”ガス”が形成される。伝動はドープされていないチャネルにおいて起きるので、このドープされていない層では、ＭＥＳＦＥＴに用いられるドープされたチャネル構造と比較して不純物散乱が減少し、これにより電子移動度が高められる。したがってＨＥＭＴの方がＭＥＳＦＥＴより高い周波数操作を与える。
【０００３】
同様に当技術分野で知られているように、あるタイプのＰＨＥＭＴは、その上に下記の層が順に形成されたガリウムヒ素基板を含む：ドープされていないＩｎＧａＡｓチャネル層；ドープ障壁（ドナー）ＡｌＧａＡｓ層；ならびにｎ−ＧａＡｓおよびｎ＋ＧａＡｓオームコンタクト層：図１Ａに示す。次いでこの構造体上にフォトレジストを析出させ、構造体の一部に開口をもつようにパターン化して、ゲート電極を形成すべき領域を露出させる。このパターン化されたフォトレジストをエッチングマスクとして用い、この開口により露出した部分とエッチング剤を接触させて、ｎ＋ＧａＡｓ層およびｎ−ＧａＡｓ層の部分を貫通し、そして部分的にＡｌＧａＡｓ層内へ、順にエッチングする：ウェットエッチングについては図１Ａ、ドライエッチングについては図１Ｂに示す。いずれの場合も、比較的幅広い溝がｎ＋ＧａＡｓ層およびｎ−ＧａＡｓオームコンタクト層内に形成され、これによりＦＥＴのブレークダウン電圧が改善される。ドライエッチングはウェットエッチングより選択性が良好であり、かつアンダーカットが少ない；しかしドライエッチングはエッチングされる表面層に常にある程度の損傷を与え、これがより不都合な表面状態を誘発する可能性がある。ウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれにおいても、広溝を形成した後、フォトレジストをストリッピングし、他のフォトレジストを構造体に析出させ、パターン化して、狭ゲート溝を定め、ＡｌＧａＡｓチャネルとショットキー接触したゲート金属化（すなわちゲート電極）を行う：図１Ｃ（ウェットエッチングを用いて広溝を形成した場合）または図１Ｄ（ドライエッチングを用いて広溝を形成した場合）に示す。いずれの場合も、図１Ｃまたは図１Ｄに示すＡｌＧａＡｓ  ＰＨＥＭＴについて、この狭溝はウェットケミカルを用いて時間付きエッチングすることにより形成され、ソースＳ電極とドレインＤ電極の間の開放チャネル電流の測定により検査される。次いでゲート金属をフォトレジスト上に、かつそれに形成された電子ビームパターン化開口を貫通してアルミニウムガリウムヒ素の露出部分上に、蒸着する。フォトレジスト層およびその上にある余分な金属を取り去った後、ゲート電極Ｇが形成される。；得られたＦＥＴを、ウェットエッチング法については図１Ｅに、ドライエッチング法については図１Ｆに示す。他方、ＡｌＧａＡｓ層の代わりにＩｎＧｇＰを用いる場合、ＩｎＧｇＰ表面への第２フォトレジスト層の使用とウェットエッチングの使用は適合しない。より詳細には、ＩｎＧｇＰのエッチングに用いるウェットエッチング剤は強酸を含有する溶液である。これらの強酸はフォトレジストに著しいアンダーカッティングを生じ、ＩｎＧｇＰ表面層が完全に失われる。さらに、図１Ｅおよび１Ｆから示されるように、これらの方法のいずれによっても生じるゲートされない有意の溝が領域Ｕにある。
【０００４】
発明の概要
本発明によれば、電界効果トランジスターのゲートを形成する方法が提供される。本方法は、ＩＩＩ−Ｖ族基板；基板上のチャネル層；チャネル層上のドープ障壁層；ドナー層上に配置した保護層；保護層上に配置したエッチング停止層；ならびにエッチング停止層上に配置したソースおよびドレインコンタクト層を備えた構造体を用意することを含む。この構造体の表面にマスクを付与して、コンタクト層の表面の一部を露出させる。コンタクト層の露出表面部分に１回目のエッチングを施し、コンタクト層を貫通してエッチングして、下層のエッチング停止層の表面の一部を露出させる。この１回目のエッチングによりコンタクト層は、エッチング停止層に対するこのエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる。エッチング停止層の露出表面部分に２回目のエッチングを施し、エッチング停止層を貫通してエッチングして、下層の保護層の表面の一部を露出させる。この２回目のエッチングによりエッチング停止層は、保護層に対するこの２回目のエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる。マスク上に、エッチング停止層のエッチングされた部分を通して保護層の露出部分上にまで、金属を蒸着する。
【０００５】
この方法では、ゲート溝を選択的ウェットエッチングにより形成する。したがってドライエッチングを用いないので、ドライエッチングにより生じる損傷がない。さらに、エッチングが選択的であるため、エッチング終末点を判定するためにチャネル電流を測定する必要がなく、より良好な均質性、より良好な再現性、およびより労働集約性の低い方法が得られる。
【０００６】
他の本発明によれば、電界効果トランジスターのゲートを形成する方法が提供される。本方法は、ＩＩＩ−Ｖ族基板；基板上のチャネル層；チャネル層上のドープ障壁層；ドナー層上に配置した保護層；保護層上に配置したエッチング停止層；ならびにエッチング停止層上に配置したソースおよびドレインコンタクト層を備えた構造体を用意することを含む。この構造体の表面にマスクを付与する。このマスクは、コンタクト層の表面の一部を露出させる開口をもつ。コンタクト層の露出表面部分に１回目のエッチングを施し、コンタクト層を貫通してエッチングして、下層のエッチング停止層の表面の一部を露出させる。この１回目のエッチングによりコンタクト層は、エッチング停止層に対するこのエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる。マスクの開口を拡張する。拡張した開口により露出したエッチング停止層の表面部分に２回目のエッチングを施し、エッチング停止層を貫通してエッチングして、下層の保護層の表面の一部を露出させる。この２回目のエッチングによりエッチング停止層は、保護層に対するこの２回目のエッチングのエッチング速度より実質的に大きなエッチング速度でエッチングされる。マスク上に、エッチング停止層のエッチングされた部分を通して保護層の露出部分上にまで、金属を蒸着する。
【０００７】
この方法では、ゲートされていない溝のないトランジスターを製造できる。
本発明の他の態様によれば、基板はガリウムヒ素であり、チャネル層はインジウムガリウムヒ素であり、保護層はエッチング停止層とは異なる材料である。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、保護層はソースおよびドレインコンタクト層と同一材料である。
本発明の他の態様によれば、保護層は１０〜２０Å程度の厚さをもつ。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、保護層はＩＩＩ−Ｖ族材料である。
本発明の他の態様によれば、保護層はガリウムヒ素である。
本発明の他の態様によれば、エッチング停止層はインジウムガリウムリンである。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、電界効果トランジスターが提供される。このトランジスターは下記のものを含む：ＩＩＩ−Ｖ族基板；基板上のチャネル層；チャネル層上のドープ障壁層；保護層上に配置された付加層であって、開口をもつ付加層；横方向に間隔をおいた付加層領域上に配置されたソースおよびドレインコンタクト層；ならびに側面部分が開口内に配置されたゲート電極：開口の壁はゲート電極のこの側面部分と接触している。
【００１１】
この様式では、ゲートされない溝領域がないので、ゲートされない溝に伴う大部分の問題（すなわち、無制御な逆ブレークダウン電圧、ゲートおよびドレインラグなどの過渡的影響、ならびに外因性トランスコンダクタンスの低下）が除かれる。
【００１２】
本発明のさらに他の態様によれば、電界効果トランジスターが提供される。この電界効果トランジスターはガリウムヒ素基板を含む。基板上にインジウムガリウムヒ素チャネル層か配置されている。チャネル層上にドープアルミニウムガリウムヒ素障壁層が配置されている。障壁層上に保護層が配置されている。保護層上にインジウムガリウムリン層が配置されている。このインジウムガリウムリン層は開口をもつ。横方向に間隔をおいたインジウムガリウムリン層領域上にソースおよびドレインコンタクト層が配置されている。開口は横方向に間隔をおいたインジウムガリウムリン層領域の間に配置されている。側面部分がインジウムガリウムリン層の開口内に配置されたゲート電極が付与されている。インジウムガリウムリン層の開口の壁はゲート電極のこの側面部分と接触し、ゲートの底部分は保護層とショットキー接触している。
【００１３】
これらおよび他の本発明の態様は、添付の図面を参照すると以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
図２には、下記を含む電界効果トランジスター１０（この場合、ＰＨＥＭＴ）を示す：ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板１２、基板１２上のインジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）チャネル層１４、チャネル層１４上のドープしたアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）障壁（ドナー）層１６、障壁層１６上に配置された保護層１８、保護層上に配置されたインジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）層２０、横方向に間隔をおいたインジウムガリウムリン層領域２０上に配置されたガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ソースおよびドレインコンタクト層２２、２４。インジウムガリウムリン層２０は開口２６をもつ。側面部分がインジウムガリウムリン層２０の開口２６内に配置されたゲートＧ電極３０を付与する。インジウムガリウムリン層領域２０の開口２６の側面３２は、ゲート電極３０のこの側面部分と接触し、ゲート電極３０の底部分はガリウムヒ素層１８とショットキー接触している。ソースＳ電極およびドレインＤ電極それぞれ３６、３８は、図示するようにガリウムヒ素層２４とオーム接触している。保護層１８は、この場合１０〜２０Å程度の厚さおよび５×１０17ｃｍ-3未満のドープ濃度をもつ。
【００１４】
この場合、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）チャネル層１４は、１００〜２００Åの厚さおよび１×１０12〜３×１０12ｃｍ-2の電子シート濃度(electronic sheet concentration)をもつ。この場合、ドープしたアルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）障壁層１６は、１００〜３００Åの厚さおよび２×１０12〜５×１０12ｃｍ-2の電子シート濃度をもつ。この場合、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）層２０は、１００〜３００Åの厚さおよび５×１０17ｃｍ-3未満のドープ濃度をもつ。この場合、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ソースおよびドレインコンタクト層２２は、４００Å未満の厚さおよび５×１０17ｃｍ-3未満のドープ濃度をもつ。この場合、コンタクト層２４は、４００〜６００Åの厚さおよび２×１０18〜６×１０18ｃｍ-3のドープ濃度をもつ。
【００１５】
図３Ａ〜３Ｅを参照して、このような電界効果トランジスター１０（図２）を製造する方法を記載する。たとえば図３Ａ〜３Ｅには、下記を含む構造体４０を示す：ガリウムヒ素基板１２；基板１２上のインジウムガリウムヒ素チャネル層１４；チャネル層１４上のドープしたアルミニウムガリウムヒ素障壁（ドナー）層１６；ドナー層１６上に配置されたガリウムヒ素保護層１８；保護層１８上に配置されたインジウムガリウムリン層２０（この場合、エッチング停止層）；エッチング停止層２０上に配置されたガリウムヒ素ソースおよびドレインコンタクト層２２、２４；ならびに図示するようにソースＳおよびドレインＤコンタクトそれぞれ３６、３８。
【００１６】
次いで、構造体４０の表面に、マスク、この場合図示したような形状の開口４２をもつ、電子ビーム（図示されていない）によりパターン化したフォトレジストの層４０を形成する。開口４２は、コンタクト層２４、２２の表面の一部を露出させる。マスキング層４０の開口４２は、この場合０．１５〜０．２５μｍの幅Ｗをもつ。
【００１７】
次いでウェットケミカル溶液をパターン化したフォトレジスト層４０と接触させると、そのウェットケミカルは開口４０を通して層２４の露出表面部分にまで達する。ウェットケミカルは、ガリウムヒ素ソースおよびドレインコンタクト層２２、２４の露出部分を選択的にエッチングするために用いられる。ガリウムヒ素に対するこのケミカルのエッチング速度は、インジウムガリウムリンに対するこのケミカルのエッチング速度より少なくとも２桁大きい。したがってインジウムガリウムリン層２０は、このウェットケミカルに対するエッチング停止層として作用する。この場合、たとえばウェットケミカルはクエン酸、過酸化水素および水の混合物、または硫酸、過酸化水素および水の混合物、または水酸化アンモニウム、過酸化水素および水の混合物である。たとえば水酸化アンモニウム、過酸化水素および水の混合物については、比率は１  ＮＨ2ＯＨ−１  Ｈ2Ｏ2−２５０  Ｈ2Ｏである。
【００１８】
次いで酸素プラズマを用いてフォトレジスト層から薄層を除去する。これの目的は、フォトレジスト層４０の開口４２を幅Ｗから幅Ｗ’に広げることである。その結果、レジスト層４０’（図３Ｂ）は、ウェットケミカルエッチングによるフォトレジスト層４０（図３Ａ）のアンダーカッティングのためガリウムヒ素層２２、２４に形成された溝より広いかまたはそれと等しい開口４２’をもつ。フォトレジスト層４０からのこの薄層除去により、これから述べるゲート金属を蒸着する際に、ゲートしていない溝領域が生じないであろう。ゲートＧ電極の底領域は、フォトレジスト層４０’の開口４２’によってではなく、ガリウムヒ素層２２、２４の開口によって定められるからである。次いでフォトレジスト層４０’とエッチングされたガリウムヒ素層２２、２４とにより形成されたマスクを、濃塩酸溶液と接触させる。この溶液は、インジウムガリウムリンに対してよりガリウムヒ素に対して実質的に低い（すなわち少なくとも２桁低い）エッチング速度をもつ。したがって、インジウムガリウムリン層２０に開口２６（図２および３Ｂ）が形成される。これは、予めフォトレジスト層４０’およびその下側のガリウムヒ素層２２、２４のエッチングされた部分に形成された開口４２’と整列する。したがってガリウムヒ素保護層１８が塩酸に対するエッチング停止層として作用する。言い換えると、塩酸エッチングは選択的である；すなわちこれはインジウムガリウムリンのみを除去し、ガリウムヒ素層１８を無傷のまま残す。したがって、図１Ａ〜１Ｆに関して述べたようにエッチング終末点を調べるためにソースおよびドレインコンタクト３６、３８間の電流を監視する必要がない。インジウムガリウムリン層２０のエッチングに際しては、前記マスキング材料は今度はインジウムガリウムリン層２０上にエピタキシャル生長したガリウムヒ素層２２、２４であって、フォトレジスト４０’ではない。したがって、１００％オーバーエッチング時間を用いても、すなわちエッチング時間を１００％超過しても、インジウムガリウムリン層２０のアンダーカッティングはまったくない。
【００１９】
次いで図３Ｃについては、図示するように、ゲート金属４６（この場合、チタン／白金／金）を、フォトレジスト層４０’上に、かつフォトレジスト層４０’、ガリウムヒ素層２２、２４に形成された開口４２’、およびインジウムガリウムリン層２０に形成された開口２６（図３Ｂ）を貫通して蒸着する。層４０の幅Ｗ（図３Ａ）は幅Ｗ’（図３Ｂ）にまで広げられているのでゲート金属４６が層２０の開口２６を満たすことに注目されたい。次いでフォトレジスト層４０’を取り去り、その上に蒸着したゲート金属の余分な部分を除去すると、これにより図３Ｄに示すようにゲートＧ電極３０が形成される。この時点でゲート金属４６は高ドープガリウムヒ素−ソースおよびドレインコンタクト層２２、２４に接触し、トランジスター１０を短絡することに注目されたい。次いで図３Ｅについて述べる。ここではフォトレジスト層５０を図３Ｄに示した構造体の表面に析出させる。より詳細には、図示したフォトレジスト層４０、４０’に形成された開口４２、４２’（図３Ａおよび３Ｂ）より広い開口５２を、ソースおよびドレイン電極３６、３８間のフォトレジスト層５０にパターン化する。ゲート電極３０を形成するゲート金属４６がこのより広い開口５２内にあることに注目されたい。次いでウェットエッチング剤（この場合、硫酸、過酸化水素および水の混合物、または水酸化アンモニウム、過酸化水素および水の混合物）を、フォトレジスト層５０、露出したゲート金属３０、およびガリウムヒ素−ソースおよびドレインコンタクト層２２、２４の露出表面部分と接触させて、このガリウムヒ素コンタクト層２２、２４の露出部分を選択的に除去し、一方、インジウムガリウムリン−エッチング停止層２０は実質的にエッチングせずに残す。次いでフォトレジスト層５０を除去すると、図２に示す電界効果トランジスターが得られる。
【００２０】
図３Ａ〜３Ｅに関して以上に述べた方法では選択的ウェットエッチングによりゲート溝を形成しうることに注目されたい。したがって、この方法では、ドライエッチングによる構造体の損傷は生じない。さらに、ウェットエッチングの選択性はほとんど無限大であるため、前記のようにエッチング終末点を判定するためにソースとドレインの間のチャネル電流を測定する必要がない。したがって本発明方法は、より大きな均質性、より良好な再現性を与え、より労働集約性が低い。さらに、ゲートされない溝領域がないので、ゲートされない溝に伴う大部分の重大な問題、すなわち無制御な逆ブレークダウン電圧、ゲートおよびドレインラグなどの過渡的影響、外因性トランスコンダクタンスの低下が除かれる。
【００２１】
他の態様は特許請求の範囲の精神および範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Ａ〜Ｆは、先行技術によりＦＥＴを製造する際の各段階におけるＦＥＴの模式図である。
【図２】  本発明による電界効果トランジスターの断面模式図である。
【図３】  図３Ａ〜３Ｅは、本発明により図２の電界効果トランジスターを製造する際の各段階におけるその断面模式図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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