(57)【要約】      （修正有）【課題】エッチング、試験を繰り返し停止、実行する工程を省略可能とする半導体の形成方法の提供。【解決手段】ソース電極12とドレイン電極14の下にGaxIn1-xAsのドープキャップ層16を配置し、キャップ層開口部38を提供する。GaxIn1-xAsの非ドープ抵抗層18を上記キャップ層16の下に配置し、第一の幅W1をもち上記キャップ層開口部38と位置の合った抵抗層開口部38を画定する。AlyIn1-yAsのショットキー層20を上記抵抗層18の下に配置する。非ドープチャネル層28を上記ショットキー層20の下に配置する。上記抵抗層開口部38直下の上記ショットキー層の上部表面42により、第一の幅W1よりも小さな第二の幅W2をもつリセス44ができる。ゲート電極22は、上記ショットキー層20の上記リセスW2の底部表面48と接触する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の形成方法であって、ショットキー層を形成し；
接触層を前記ショットキー層の上に形成し；
前記第一のエッチング剤を適用して前記接触層をエッチングして前記ショットキー層の一部分を露出させ；
次いで第二の異なるエッチング剤を適用して前記第一のエッチング剤で露出させた前記ショットキー層の前記一部分をエッチングする各段階を含み；
ここで、前記ショットキー層内での前記第二のエッチング剤のエッチング速度は前記ショットキー層内での前記第一のエッチング剤のエッチング速度よりも実質的に早く、前記接触層中の前記第一のエッチング剤のエッチング速度は前記ショットキー層内での前記第一のエッチング剤のエッチング速度よりも実質的に早い、前記方法。
【請求項２】
前記ショットキー層がアルミニウムを含有する、請求項１に記載の方
法。
【請求項３】
前記ショットキー層が約３５パーセントのアルミニウムを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接触層が実質的にアルミニウムを含まない、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第一のエッチング剤がカルボン酸ベースの湿式エッチング剤を含有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第一のエッチング剤がコハク酸である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第二のエッチング剤を予定時間、適用する、請求項３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業界で公知の如く、マイクロ波及びミリメートル周波数で使用して、ラジオ周波数シグナルを増幅させる数種類のアクティブデバイスがある。一般に、これらの周波数で使用されるより一般的な半導体デバイスの一つは、高電子移動度トランジスタ(HEMT)である。通常、HEMTはヒ化ガリウム(GaAs)またはリン化インジウム(InP)などのIII〜V族の物質から形成される。HEMTには、一つの材料のドープ(doped)ドナー/非ドープ(undoped)スペーサ層と、別の材料の非ドープチャネル層がある。上記ドープドナー/非ドープスペーサ層と上記非ドープチャネル層との間にはヘテロ接合が形成する。このヘテロ接合での伝導帯不連続性により、電子は上記ドープドナー/非ドープスペーサ層から上記非ドープチャネル層に注入される。かくして、上記の大きなバンドギャップドナー層からの電子は狭いバンドギャップチャネル層に移動し、そこに電子は閉じこめられてそのヘテロ接合に平行な平面でしか移動できない。従って、上記ドナー層のドナー電子と上記チャネル層の電子との間には空間的な隔たりがあるので、不純物散乱性が低く且つ電子移動度がよくなる。
【０００３】
降伏電圧、出力電流、及びピンチ-オフ電圧などの優れたデバイス特徴を与えることが知見された一つのデバイスは、ダブルリセスHEMTである。このようなデバイスは二つの並んだリセス（凹部；recess）で組み立てられて、そこにゲートが形成される。このリセスは通常、デバイスを湿式エッチングすることによって形成する。このエッチングプロセスを周期的に中断し、特定の特徴、たとえば、電流に関してそのデバイスを試験する。その特徴が所望の基準に達したら、そのリセスのエッチングを終了する。達していない場合には、エッチングを継続する。両方のリセスが既定基準に到達するまでこのプロセスを継続する。このプロセスは、エッチングを繰り返し停止してデバイスを試験するのに、時間と経費とがかかる。また、このエッチングはウエハ上で均一でないので、ウエハ上のデバイス特徴にむらがあり、ウエハ上の許容可能なデバイスの収率が低くなる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明により、半導体の形成方法を提供し、それによりトランジスタ構造体が得られる。この構造体は、ソース電極とドレイン電極とをもつ。GaxIn1-xAsのドープキャップ層をこのソース電極とドレイン電極との下にオーム接触状態で配置し、キャップ層開口部を提供する。GaxIn1-xAsの非ドープ抵抗層を上記キャップ層の下に配置し、第一の幅をもち且つ上記キャップ層開口部と位置の合った抵抗層開口部を提供する。AlyIn1-yAsのショットキー層は上記抵抗層の下に配置する。非ドープチャネル層は上記ショットキー層の下に配置する。半-絶縁基板は上記チャネル層の下に配置する。上記抵抗層開口部の直下のショットキー層の上部表面は、第一の幅よりも小さい第二の幅をもつリセスを提供する。ゲート電極は、上記ショットキー層により与えられたリセスの底部表面と接触する。
【０００５】
このような構造体であると、降伏電圧、出力電流、及びピンチ-オフ電圧などの均一デバイス特徴で、許容可能なデバイスが高収率で得られる。
【０００６】
本発明のもう１つの特徴では、エッチング剤により第一のエッチング速度でエッチングするように適合させたショットキー層をもつ半導体構造体を提供する。上記半導体構造体は、上記ショットキー層の上に配置され且つ第一のエッチング速度よりも実質的に早い第二のエッチング速度で上記エッチング剤によりエッチングするように適合させた接触層ももつ。上記接触層は、ショットキー層の上部表面の領域を露出させる開口部を提供し、この領域は第一の幅をもつ。上記ショットキー層の上部表面の領域により、第一の幅よりも狭い第二の幅のリセスが提供される。
【０００７】
本発明の好ましい態様では、上記ショットキー層はアルミニウムを含有し、コハク酸エッチング剤に対して約0.1Å/秒のエッチング速度であり、上記接触層は実質的にアルミニウムを含まず、コハク酸エッチング剤に対して約５Å/秒のエッチング速度である。このような組成であると、ショットキー層を実質的に無傷のままで、トランジスタの接触層をコハク酸で選択的にエッチングして開口部を作ることができる。かくして、降伏電圧、出力電流、及びピンチ-オフ電圧などの均一デバイス特徴が達成され、許容可能なデバイスが高収率で生産される。
【０００８】
本発明のもう１つの特徴では、エッチング剤で第一のエッチング速度でエッチングするように適合させたショットキー層と、上記ショットキー層の上に配置され且つ上記ショットキー層の第一のエッチング速度よりも実質的に早い第二のエッチング速度で前記エッチング剤でエッチングするように適合させた接触層とをもつトランジスタ構造体を提供する。この構造体では、上記ショットキー層の上部表面の一部分より上の領域は、実質的に接触層を含まない。上記ショットキー層の上部表面の上記部分は第一の幅をもち、ゲート電極を受容するように適合され且つ第一の幅よりも小さい第二の幅をもつリセスを提供する。
【０００９】
本発明の好ましい態様では、上記ショットキー層は少なくとも約35パーセントのアルミニウムを含み、上記接触層は約10パーセント未満のアルミニウムを含む。
【００１０】
本発明のもう１つの特徴により、半導体の製造法を提供する。この方法は、第一のエッチング速度で第一のエッチング剤によりエッチングするように適合させたショットキー層を形成し、次いで第一のエッチング速度よりも実質的に早い第二のエッチング速度で第一のエッチング剤によりエッチングするように適合させた接触層をショットキー層の上に形成することを含む。第一のエッチング剤を適用して接触層をエッチングして、ショットキー層の一部分を露出させる。第二のエッチング剤を適用して第一のエッチング剤により露出させたショットキー層の前記一部分をエッチングする。
【００１１】
本発明の好ましい態様では、上記ショットキー層はアルミニウムを含有し、同時に上記接触層はアルミニウムを実質的に含まない。さらに上記第一のエッチング剤は、カルボン酸ベースの湿式エッチング剤を含む。
【００１２】
本発明の態様により以下の好都合な点の一つ以上を提供することができる。本発明はHEMTの製造において時間と費用とを節約する。デバイスをエッチングして、特定の特徴に関してデバイスを周期的に試験する必要性が無くなるかまたは少なくなる。ウエハ上のデバイス特徴の均一性を改善することができる。
【００１３】
他の好都合な点は、以下の記載及び請求の範囲から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明によるダブルリセスHEMTの断面の略図である。
【図２】図２は、製造段階での図１におけるダブルリセスHEMTの断面略図である。
【図３】図３は、製造段階での図１におけるダブルリセスHEMTの断面略図である。
【図４】図４は、製造段階での図１におけるダブルリセスHEMTの断面略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１を参照すると、高電子移動度トランジスタ(HEMT)10が示されている。ここでトランジスタ10はソース電極12とドレイン電極14とを備える。前記電極12及び14はキャップ層16とオーム接触している。ここで前記キャップ層16は厚さ約70ÅのGa0.47In0.53Asであり、約５×1018cm-3のドープ濃度をもつ。前記キャップ層16の下にはリセスまたは抵抗層18が配置されている。ここで前記抵抗層18は、約300Å厚さのGa0.47In0.53Asであり、非ドープである。前記キャップ層16及び抵抗層18は接触層50を形成する。前記抵抗層18の下には、ショットキー層20が配置され、これは約200Å厚さで非ドープのAl0.60In0.40Asである。上記キャップ層16及び抵抗層18は、表面56からショットキー層20の上部表面42へ開口部38を提供する。前記ショットキー層20の上部表面42は底部表面48と一緒にリセス44を提供する。前記底部表面48における前記ショットキー層20との接触にはゲート電極22がある。ドープパルス層24は前記ショットキー層20の下に配置されている。ここで前記パルス層24は珪素であり、約２×1012cm-2のドープ濃度をもつ。前記パルス層24の下には、スペーサ層26が配置される。ここで前記スペーサ層26は約30Å厚さのAl0.48In0.52Asで、非ドープである。前記スペーサ層26の下には、チャネル層28が配置される。ここで前記チャネル層28は約200Å厚さのGa0.47In0.53Asで、非ドープである。第二のスペーサ層30は前記チャネル層28の下に配置される。ここで前記スペーサ層30は約50Å厚さのAl0.48In0.52Asで、非ドープである。前記スペーサ層30の下には、第二のパルス層32が配置される。ここで前記パルス層32は珪素で、１×1012cm-2のドープ濃度であり、第一のパルス層24と第二のパルス層32との間に２：１の珪素パルス比を提供して、トランジスタ10の性能をリニアライズさせ易くする。前記パルス層32の下にはバッファ層34が配置される。ここで前記バッファ層34は約2000Å厚さのAl0.48In0.52Asで、非ドープである。前記バッファ層34の下には半-絶縁性InP基板36が配置される。
【００１６】
前記ショットキー層20は、示されているように非ドープであることができ、またはドープであることができる。非ドープショットキー層は、ドープショットキー層20よりも高い降伏電圧を与える。ドープショットキー層20は抵抗を下げ、これにより非ドープショットキー層20と比較して降伏電圧が低下し伝導性が高まる。
【００１７】
示されているように、トランジスタ10は、前記ショットキー層20の上部表面42と開口部38により形成した第一のリセス39と、第二のリセス44とを備える。第一のリセス39は、前記キャップ層16と前記抵抗層18によってできる。第一のリセス39の側壁40は、表面56からショットキー層20の上部表面42へキャップ層16と抵抗層18によりできている。第一のリセス39は、ショットキー層20の上部レベル43でショットキー層20の第一の幅W1を露出させる。第二のリセス44は底部表面48で第二の幅W2をもち、この第二の幅W2は第一の幅W1よりも小さい。第二のリセス44はショットキー層20の上部表面42によってでき、ショットキー層20の上部43から底部表面48へ伸張する側壁46をもつ。
【００１８】
キャップ層16及び抵抗層18は、ショットキー層20とは異なる物質組成をもつ。ショットキー層20はIII〜V族の物質を包含し、ここではアルミニウム及びインジウムである。ショットキー層20のIII〜V族の物質の60パーセントはアルミニウムであり、40パーセントはインジウムである。所望のデバイス特徴を与えるためには、ショットキー層20には少なくとも35パーセントのアルミニウム、キャップ層16と抵抗層18には約10パーセント未満のアルミニウムが好ましい。キャップ層16と抵抗層18は約10パーセント以下のアルミニウムを含んでも所望のデバイス特徴を与えることはできるが、これらは実質的にアルミニウムを含まないのが好ましい。
【００１９】
キャップ層16及び抵抗層18は、エッチング選択性を与えるためにショットキー層20とは異なるエッチング速度をもつ。ショットキー層20はエッチング剤によって第一のエッチング速度でエッチングするように適合させる。示されているAl0.60In0.40Asショットキー層20は、カルボン酸ベースの湿式エッチング剤であるコハク酸エッチング剤に暴露すると、約0.1Å/秒のエッチング速度をもつ。キャップ層16と抵抗層18は、第一のエッチング速度よりも実質的に早い第二のエッチング速度でエッチングするように適合させる。Ga0.47In0.53As層16、18は、コハク酸によってエッチングする際に、約５Å/秒のエッチング速度をもつ。
【００２０】
トランジスタ10などの半導体デバイスを形成する方法について、図１〜４を参照して説明する。図２は、層16、18及び20の形成について示す。図３及び４は、層16、18及び20のエッチングについて示す。図１は完成したトランジスタ10を示す。
【００２１】
図１のトランジスタの形成法は、ショットキー層20と、前記ショットキー層20の上にキャップ層16と抵抗層18とを形成することを含む。エッチング剤をキャップ層16と抵抗層18とに適用してこれらをエッチングして、ショットキー層20の上部表面42を露出させる。もう一つのエッチング剤を適用してショットキー層20の露出した上部表面42をエッチングして、リセス44を製造する。
【００２２】
図２を参照し、ここでは半導体層16、18及び20の形成について記載する。図２に示されているように、基板36が与えられ、分子線エピタキシャル成長法(MBE)により基板36の上にバッファ層を成長させる。このバッファ層34の上には、MBEによってパルス層32を成長させて、珪素でドープする。このパルス層32の上には、スペーサ層30、チャネル層28とスペーサ層26とをMBEにより成長させる。スペーサ層26の上には、MBEによりパルス層24を成長させ、珪素によりドープする。このパルス層24の上には、ショットキー層20をMBEにより成長させる。図３を参照して、キャップ層16と抵抗層18とを含む接触層50をショットキー層20の上にMBEにより形成させて、中間構造体54の形成を完了する。約20秒間、１：８：160のH2SO4：H2O2：H2Oを適用してメサ単離用の湿式エッチングプロセスを実施して、メサを画定する。次いで、６：１コハク酸：H2O2を約90秒間適用して、InGaAsチャネル層28を選択的にエッチバックする。これによってチャネルノッチ(示されていない)が形成して、メサの側部をランアップする伝導体(示されていない)を介してゲート電極22へのチャネル層28の短絡を防ぎ易くする。
【００２３】
図３と４とを参照して、中間構造体54のエッチングについて説明する。図３に示されているように、第一のエッチング剤、ここではカルボン酸ベースの湿式エッチング剤、具体的には６：１のコハク酸：H2O2をキャップ層16の上部表面56に適用する。このコハク酸と一緒に電子ビームリソグラフィーを使用し、コハク酸を十分な時間、たとえば約60秒間適用して、第二のエッチング速度で接触層50をエッチングして開口部38を形成する。これによってショットキー層20の上部表面42が露出し、選択的に第一のリセス39を形成し、中間構造体58の形成が完了する。ショットキー層20の第一のエッチング速度は、コハク酸に対し接触層50の第二のエッチング速度よりも実質的に遅いので、コハク酸は本質的にショットキー層20をエッチングしない。この第一のエッチングは選択的エッチングである。
【００２４】
図４を参照して、中間構造体58をエッチングする。第二のエッチング剤、たとえば１：１：100のH3PO4：H2O2：H2Oを、コハク酸によって露出されたショットキー層20の上部表面42の一部に十分な時間、たとえば10秒間適用して、このショットキー層20をエッチングする。このエッチングによって第二のリセス44が形成し、中間構造体60の形成が完了する。
【００２５】
図１を参照して、電極12、14及び22を中間構造体60に適用して、トランジスタ10を完成させる。ソース電極12とドレイン電極14は、キャップ層16の上部表面56でオーム接触している。ソース電極12とドレイン電極14のこれらのオーム接触は、375℃で900ÅのAuGe−2000ÅAu冶金を使用して製造する。ゲート電極22は、ショットキー層20の底部表面48とショットキー接触している。ゲート電極は、リセス44を露出するレジスト層(示されていない)を付着させることによって形成する。500ÅTi−500ÅPt−4000ÅAuのショットキー金属を、リセス44上のレジスト層に付着させる。このレジスト層をリフトオフして不必要な金属を取り外し、ゲート電極22を残す。
【００２６】
図１に示されているトランジスタ10を組立て、試験した。トランジスタ10は約３×1012cm-2の典型的なキャリヤシート密度、室温で8300cm2/V-秒のホール移動度、590〜640mA/mmの範囲の最大出力電流、及び12.3〜14.4Vの範囲の降伏電圧をもつ。
【００２７】
他の態様は、付記請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる。たとえば、接触層50は、ドープまたは非ドープの単層であることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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