説明

半導体装置及びその製造方法

【課題】GaAsデバイスにおいて、空洞上に浮遊するGaAs層に素子形成を行うことにより、浮遊容量を抑え、高速化・低電力化を図ることが可能な半導体装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の実施形態は、半導体基板11上に形成される空洞14と、空洞14上に形成されるGaAsエピタキシャル層13と、GaAsエピタキシャル層13上に形成されるゲート電極15と、それぞれGaAsエピタキシャル層13上に形成され、隣接するゲート電極15を挟むように形成される一対のソース電極16及びドレイン電極17と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、Siデバイスにおいて、例えばMOSFETなどの素子における高速化・低電力化を図るために、チャネル下に絶縁膜を形成したSOI(Silicon on insulator)構造が用いられている。
【0003】
SOI構造は、絶縁膜であるSiO膜をSi単結晶基板中に内包した構造であり、例えば、Si基板表面より酸素分子をイオン注入し、熱処理によりSi基板中にSiO膜を形成することにより形成される。このようにして形成されるSOI基板において、素子が形成される表面のSi層は薄く、高い結晶性を有している。
【0004】
MOSFETにおいて、一般にPN接合の逆バイアスにより素子分離が形成されるが、寄生トランジスタが形成され、浮遊容量が生じ、信号の遅延やリーク電流が発生する。このようなSOI構造を用いることにより、浮遊容量を抑えることが可能となる。
【0005】
しかしながら、GaAsデバイスにおいては、SOI構造のように、絶縁膜上に良好な膜質のGaAs層を形成することは困難であり、同様の高速化・低電力化のアプローチはなされていないのが現状である。
【0006】
一方、CCLPE(Current Control Liquid Phase Epitaxy)法により、良好なGaAsの選択成長が可能であることが見出されている(非特許文献1など参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】“Selective epitaxy growth mechanism of GaAs on circularly patterned GaAs(100) substrates by LPE and CCLPE” Mouleeswaran Deivasigamani el al.信学技報 IEICE Technical Report ED2009-28, CPM2009-18 SDM2009-18(2009-5) pp.55-58
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このように、これまで、GaAsデバイスにおいて、基板中に絶縁層を内包する構造による高速化・低電力化のアプローチは、なされていなかった。
【0009】
一方、非特許文献1において、CCLPE法を用いることによりGaAsの表面モフォロジーが改善され、良好な結晶性が得られるものの、電流値の増大により、空洞が形成されてしまうことが開示されている。このような空洞は、通常良好な結晶成長を図る上では不要であると考えられるが、反対に、この空洞を絶縁部として積極的に利用することにより、シリコンデバイスにおけるSOIと同様のアプローチが、GaAsデバイスにおいて可能となると考えられる。
【0010】
そこで、本発明の一態様においては、空洞上に浮遊するGaAs層に素子形成を行うことにより、浮遊容量を抑え、高速化・低電力化を図ることが可能な半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の課題を解決するために、一実施態様の半導体装置は、半導体基板上に形成される空洞と、空洞上に形成されるGaAsエピタキシャル層と、GaAsエピタキシャル層上に形成されるゲート電極と、それぞれ前記GaAsエピタキシャル層上に形成され、隣接する前記ゲート電極を挟むように形成される一対のソース電極及びドレイン電極と、を備えることを特徴とする。
【0012】
また、一実施態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、所定パターンの絶縁層を形成し、半導体基板上に、CCLPE法によりGaAsをエピタキシャル成長させ、空洞を形成するとともに、空洞上にGaAsエピタキシャル層を形成し、空洞上のGaAsエピタキシャル層上にゲート電極と、ゲート電極を挟んで設けられるソース電極及びドレイン電極を形成する、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態に係る半導体素子の断面図である。
【図2】一実施態様に係る半導体素子の製造工程のフローチャートである。
【図3A】一実施態様に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図3B】一実施態様に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図3C】一実施態様に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図3D】一実施態様に係る半導体素子の製造工程を示す図である。
【図4A】一実施態様に係るマルチフィンガー構造の半導体装置を示す断面図である。
【図4B】一実施態様に係るマルチフィンガー構造の半導体装置を示す上面図である。
【図5】一実施形態に係る半導体素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、実施の形態について、図を参照して説明する。
【0015】
図1に本実施形態の半導体素子の断面図を示す。図1に示すように、半導体基板であるGaAs基板11上に、所定パターンの絶縁層であるSiN層12が形成されている。そして、その開口部上とSiN層12の一部上に、n型GaAsエピタキシャル層13が形成されている。
【0016】
n型GaAsエピタキシャル層13は、テーパーを有しており、テーパー部にn領域13aが、上面部にn領域13bが形成されている。そして、n型GaAsエピタキシャル層13内部には、空洞14が形成されている。さらに、n領域13b上には、ゲート電極15が、n領域13a上にはソース電極16、ドレイン電極17がそれぞれ形成されている。
【0017】
このような構造の半導体素子は、以下のように形成される。
【0018】
図2にフローチャートを示すように、先ず、図3Aに示すように、GaAs基板11上に、SiNを堆積させた後、例えば数μm〜数100μm幅のストライプ状(長方形)の抜きパターンでエッチングを行うことにより溝を形成し、所定パターンのSiN層12を形成する(Step1)。そして、CCLPE法により、GaAsをエピタキシャル成長させる。このとき、成長溶液として、Al+Ga金属溶液を用い、約20Acm−1の電流が印加されることにより、SiN層12の溝側面より、GaAsを横方向にブリッジ状にエピタキシャル成長させる(Step2)。そして、形成されたGaAsエピタキシャル層31の端部を除去して、内部の溶液を排出させることにより、GaAsエピタキシャル層31内に空洞14が形成される(Step3)。
【0019】
次いで、図3Bに示すように、GaAsエピタキシャル層31上に、n型不純物である例えばリンを注入し、GaAsエピタキシャル層31の表面に、低濃度のn領域を形成する(Step4)。
【0020】
そして、図3Cに示すように、GaAsエピタキシャル層31の上面部に、フォトレジスト層32を形成した後、n型不純物である例えばリンを注入し、GaAsエピタキシャル層31のテーパー部表面に、高濃度のn領域を形成する(Step5)。
【0021】
次いで、フォトレジスト層32を除去した後、活性化アニールを行い(Step6)、n型GaAsエピタキシャル層13を形成する。さらに、図3Dに示すように、n型GaAsエピタキシャル層13の上面部に、フォトレジスト層を形成し、ソース・ドレイン電極となるメタル層を蒸着した後、リフトオフすることにより、ソース電極16、ドレイン電極17を形成する(Step7)。
【0022】
そして、ソース・ドレインのオーミックコンタクトを形成するためにアニールを行う(Step8)。さらに、n型GaAsエピタキシャル層13のテーパー部にフォトレジスト層を形成し、ゲート電極となるメタル層を蒸着した後、リフトオフすることにより、ゲート電極15を形成し(Step9)、図1に示すような半導体素子が形成される。
【0023】
このようにして形成された半導体素子において、SiN層12の溝側面より、GaAsを横方向にブリッジ状にエピタキシャル成長させることにより、基板の欠陥などに依存することなく、結晶性が優れた薄いn型GaAsエピタキシャル層13を形成することができる。さらに、そのn型GaAsエピタキシャル層13の下層には、絶縁体である空洞14が形成されているとともに、空洞14の下部のGaAsエピタキシャル層13は、不純物が注入されていない高抵抗領域となるので、浮遊容量を低減し、リーク電流を抑制することができる。
【0024】
従って、本実施形態によれば、半導体素子の高速化を図ることが可能となり、さらに低電力化を図ることができることから、より低ゲート電圧で駆動させることが可能となる。このような半導体素子は、例えば高周波(RF)デバイスなどとして好適に用いられる。
【0025】
本実施形態において、半導体基板として、GaAs基板を用いているが、GaAsをエピタキシャル成長可能であればよく、GaN基板を用いてもよい。また、溝が形成される絶縁層としてSiN層12を形成しているが、絶縁層であればよく、その他GaN層などを形成してもよい。
【0026】
さらに、GaAs基板11上に、所定パターンのSiN層12を形成しているが、SiN層12は、n型GaAsエピタキシャル層13の形成後、除去してもよい。また、GaAsエピタキシャル層13にn型不純物を注入してn型としたが、p型不純物を注入してp型素子を形成してもよい。
【0027】
このようにして形成される半導体素子を用いて、例えば図4Aに断面図を、図4Bに上面図を示すように、数個の素子を並列に配置することにより、マルチフィンガー構造の半導体装置を形成することが可能となる。
【0028】
また、図5に示すように、n型GaAsエピタキシャル層13の上面にリセス61を形成し、ゲート電極15を形成することにより、最大ドレイン電流を増大させるとともに、高出力化を図ることが可能となる。
【0029】
尚、これら実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。
【符号の説明】
【0030】
11…GaAs基板
12…SiN層
13…n型GaAsエピタキシャル層
13a…n領域
13b…n領域
14…空洞
15…ゲート電極
16…ソース電極
17…ドレイン電極
31…GaAsエピタキシャル層
32…フォトレジスト層
61…リセス

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板上に形成される空洞と、
前記空洞上に形成されるGaAsエピタキシャル層と、
前記GaAsエピタキシャル層上に形成されるゲート電極と、
それぞれ前記GaAsエピタキシャル層上に形成され、隣接する前記ゲート電極を挟むように形成される一対のソース電極及びドレイン電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記半導体基板は、GaAs基板であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記半導体基板上に、所定パターンの絶縁層が形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
半導体基板上に、所定パターンの絶縁層を形成し、
前記半導体基板上に、CCLPE法によりGaAsをエピタキシャル成長させ、空洞を形成するとともに、空洞上にGaAsエピタキシャル層を形成し、
前記GaAsエピタキシャル層に不純物を注入し、
前記不純物の注入された前記GaAsエピタキシャル層上に、ゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで設けられるソース電極及びドレイン電極を形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記所定パターンは、ストライプ状の抜きパターンであることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。

【図1】
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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4A】
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【図4B】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−59949(P2012−59949A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−202167(P2010−202167)
【出願日】平成22年9月9日(2010.9.9)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】