JP4809515B2 - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタに関し、特にバイア・ホールを有する電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
高周波・高出力用途で使用される電界効果トランジスタでは、ソース・インダクタンスを低減するために、バイア・ホール構造が広く用いられている。この種の電界効果トランジスタは、例えば文献「GaAs電界効果トランジスタの基礎、213頁、平成4年(1992年)、電子情報通信学会発行」に開示されるものがある。
【0003】
図6に従来のバイア・ホール構造を有する電界効果トランジスタの断面図を示す。図6において、ソース・ドレイン領域(図示せず)を有するGaAs基板1の表面に、ソース電極2、ゲート電極3およびドレイン電極4が形成されている。基板1の裏面にはグランド電極が形成されている。また、基板1の裏面側から表面側に貫通する孔(バイア・ホール部6)が形成され、グランド電極5はバイア・ホール6を介してソース電極に接している。
【0004】
この構造の電界効果トランジスタでは、基板を貫通するようにして形成したバイア・ホール6を介してソース接地を行うことで、ソース電極2とグランド電極(アース)5との距離を短くできることから、ソース・インダクタンスを低減することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなバイア・ホール構造では、基板の表面から裏面まで貫通する孔を形成するため、通常600μm程度の厚さを有する基板を、裏面側から研磨するなどして数十μm程度まで薄くする必要がある。薄くした基板は機械強度が弱く、ウェハ割れによる歩留まり低下を招くほか、ハンドリングが困難となるため、手作業による慎重な作業が必要となり、作業時間の増加にもつながるという問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、n導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたp型GaAs層と、
前記p型GaAs層上に形成されたn型AlGaAs層と、前記n型AlGaAs層上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された半導体層と、前記半導体層の上に形成されたソース電極及びゲート電極と、前記ソース電極及び前記ゲート電極を覆うように前記半導体層上に形成された絶縁膜と、前記ソース電極を露出するように前記絶縁膜内に形成された第1のコンタクト・ホールから、前記絶縁膜の表面を経て、前記半導体基板を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層と前記n型AlGaAs層と前記p型GaAs層とを貫通して形成された第1のバイア・ホールにわたって、前記半導体基板と前記ソース電極とを電気的に接続する金メッキによる第1の導電層と、前記ゲート電極を露出するように前記絶縁膜内に形成された第2のコンタクト・ホールから、前記絶縁膜の表面を経て、前記n型AlGaAs層を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層とを貫通して形成された第2のバイア・ホールにわたって、前記n型AlGaAs層と前記ゲート電極とを電気的に接続する金メッキによる第2の導電層と、前記半導体基板の裏面に形成されたグランド電極とを有する電界効果トランジスタが得られる。
【0007】
また、本発明によれば、n導電型の半導体基板上にp型GaAs層を形成する工程と、前記p型GaAs層上にn型AlGaAs層を形成する工程と、前記n型AlGaAs層上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上にソース電極及びゲート電極を形成する工程と、前記ソース電極及び前記ゲート電極を覆うように前記半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、前記ソース電極を露出するように前記絶縁膜内に第1のコンタクト・ホールを形成する工程と、前記ゲート電極を露出するように前記絶縁膜内に第2のコンタクト・ホールを形成する工程と、前記半導体基板を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層と前記n型AlGaAs層と前記p型GaAs層とを貫通する第1のバイア・ホールを形成する工程と、前記n型AlGaAs層を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層とを貫通する第2のバイア・ホールを形成する工程と、前記第1のコンタクト・ホールから前記絶縁膜の表面を経て前記第1のバイア・ホールにわたって、前記半導体基板と前記ソース電極とを電気的に接続する金メッキによる第1の導電層を形成する工程と、前記第2のコンタクト・ホールから前記絶縁膜の表面を経て前記第2のバイア・ホールにわたって、前記n型AlGaAs層と前記ゲート電極とを電気的に接続する金メッキによる第2の導電層を形成する工程と、前記半導体基板の裏面にグランド電極を形成する工程とを有する電界効果トランジスタの製造方法が得られる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、図中、各種構成成分の大きさ、形状および配置関係は、本発明が理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は図示例に限定されるものではない。
【0009】
「第1の実施の形態」
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法について説明する。
【0010】
まず、図1(a)に示すように、厚さ600μmのn型(Siドープ、11019cm-3)GaAs基板1上に、厚さ1μmのアンドープGaAsバッファ層2、GaAs/AlGaAs/InGaAs層により構成されるHEMT(High Electron Mobility Transistor)構造薄膜3を、順次MBE(Molecular Beam Epitaxy)法により成長する。HEMT構造部分の膜厚は一般的に200nm以下の厚さとなる。 続いて、図1(b)に示すように、ゲート電極6、ソース電極5およびドレイン電極7を有するトランジスタ部分他、配線やキャパシター(絶縁膜4)等の受動素子部分を形成する。これらの電極や配線、受動素子を覆うように絶縁膜4を形成する。
【0011】
図1(c)に示すように、絶縁膜4上にホトレジスト8を形成し、バイア・ホール9を形成する領域上のホトレジスト8をホトリソグラフィーにより除去して、レジストパターンを形成する。次に、CCl4を用いたドライエッチングにより、基板表面側からn型GaAs基板1まで到達するようにバイア・ホール9を形成する。
【0012】
続いて、図1(d)に示すように、AuGe/Ni/Au積層膜を蒸着・リフトオフし、バイア・ホール9の底部(n型GaAs基板1の露出部)にn型GaAsに対するオーミック性電極10を形成する。
【0013】
図1(e)に示すように、ソース電極5上の絶縁膜4にコンタクトホール11を形成した後、全面にTi/Au(厚さ:100nm/200nm)の積層膜12を形成する。続いて、ホトリソグラフィによりレジストパターン(図示せず)を形成した後、電界メッキ法によりAuメッキ層14を1μmの厚さに形成する。レジストパターンを除去した後、不要部分のTi/Au積層膜12をイオンミリング法により除去する。このようにして、ソース電極5とバイア・ホール9の導通を得る。
【0014】
最後に、基板1の裏面にTi/Au(厚さ:100nm/200nm)の積層膜を形成してグランド電極13とする。第1の実施の形態では、n型GaAs基板1を、グランド電極13の一部として利用することになる。
【0015】
基本素子としてHEMTを例に説明したが、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)やHBT(Hetero Bipolar Transistor)など、あらゆる素子への適応が可能である。
【0016】
また、バッファ層として1μm厚のアンドープGaAsを例に説明したが、GaAs/AlGaAs積層膜などあらゆるバッファ構造に対しても、同様のバイア・ホール構造を形成することが可能である。また、バイア・ホールのエッチング方法として、CCl4を用いたドライエッチングを例に説明したが、BCl3など他のガスを用いたドライエッチングや、ウェットエッチングによっても同様の工程が可能である。
【0017】
また、ソース電極5とバイア・ホール9を接続する金属として、Ti/Auの積層膜上に、電界メッキ法により形成した1μm厚のAuメッキ層を例に説明したが、金属の種類、膜厚、形成方法はこれに限定されるものではない。
【0018】
使用する基板としてSiドープn型(11019cm-3)GaAsを例に説明した。基板のドーピング量は、抵抗の影響を低減するためには高い方が望ましく、この濃度、ドーパントに限定されるものではない。
【0019】
以上のように、第1の実施の形態における電界効果トランジスタでは、n型GaAs基板1そのものを裏面のグランド電極13の一部として使用することができる。これにより、バイア・ホール9はHEMT構造部分、および、バッファ層部分を貫通するだけで済むため、エッチング深さを浅くすることができ基板薄層化の必要が無くなる。従って、基板の機械強度を保つことでウェハ割れを防止でき、歩留まり向上が期待できる。また、ハンドリングも容易となることから、作業時間の短縮も期待できる。
【0020】
「第2の実施の形態」
図2を参照して、本発明の第2の実施の形態における電界効果トランジスタについて説明する。
【0021】
図2において、この電界効果トランジスタはp型GaAs21を用いている点が第1の実施の形態と異なる。その他の点は第1の実施の形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0022】
図2において、厚さ600μmのp型(Znドープ、11019cm-3)GaAs基板21上に、アンドープGaAsバッファ層2、GaAs/AlGaAs/InGaAsにより構成されるHEMT構造薄膜3を、順次MBE法により成長する。第1の実施の形態と同様に、ゲート電極6、ソース電極5およびドレイン電極7を有するトランジスタ部分他、配線やキャパシター等の受動素子部分を形成した後、基板表面側からp型GaAs基板まで到達するようにバイア・ホール9を形成する。続いて、AuZn/ Au積層膜を蒸着・リフトオフし、バイア・ホール9の底部にp型GaAs基板に対するオーミック性電極10を形成する。
【0023】
以下、第1の実施の形態と同様に、ソース電極5とバイア・ホール9部分の導通を得るためのAu/Ti配線12およびAuメッキ層14を形成し、基板21の裏面にTi/Auの積層膜を形成してグランド電極13とする。第2の実施の形態では、p型GaAs基板21をグランド電極13の一部として利用することになる。
【0024】
図3に電界効果トランジスタ部分と基板との間のバンドダイアグラムを、第1の実施の形態の場合と、第2の実施の形態の場合について示す。第1の実施の形態例では、n型GaAs基板を用いているため、アンドープGaAsバッファ層部分のポテンシャルが持ち上がり、バンドが湾曲したプロファイルとなる。バンドが湾曲する度合いは、アンドープGaAsバッファ層の純度に依存し、バンドが大きく湾曲するほど、電界効果トランジスタのしきい値電圧は浅く、ドレイン電流は少なくなる。一方、バンドの湾曲が小さいと、電界効果トランジスタのしきい値電圧は深く、ドレイン電流は大きくなる。アンドープGaAsバッファ層の純度は、MBE成長時の装置の状態に大きく依存する。第2の実施の形態では、アンドープGaAsバッファ層内のポテンシャルはp型GaAs基板側に向かって単調増加しており、湾曲点を生じないためにバッファ層内の純度の影響を受けにくく、安定したものとなる。
【0025】
本実施例では、使用する基板としてZnドープp型(11019cm-3)GaAsを例に説明した。基板のドーピング量は、抵抗の影響を低減するためには高い方が望ましく、この濃度、ドーパントに限定されるものではない。
【0026】
以上のように、第2の実施の形態ではp型GaAs基板21そのものを裏面のグランド電極13の一部として使用することができる。p型基板はn型基板に対し、同一濃度での抵抗率が高くなるため、第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態に比べ電界効果トランジスタ部分と基板との間のポテンシャル分布が安定しており、電界効果トランジスタ特性の均一性、制御性を向上することができる。
【0027】
「第3の実施の形態」
図4を参照して、第3の実施の形態における、GaAs電界効果トランジスタについて説明する。
【0028】
図4において、この電界効果トランジスタはn型GaAs1とアンドープGaAsバッファ層3との間に、n型AlGaAsエッチングストッパ層22が形成されている点が第1の実施の形態と異なる。その他の点は第1の実施の形態と同じであり、同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0029】
図4において、厚さ600μmのn型(Siドープ、11019cm-3)GaAs基板1上に、厚さ1μmのn型AlGaAs(Siドープ、11019cm-3)エッチングストッパ層22、厚さ1μmのアンドープGaAsバッファ層2、GaAs/AlGaAs/InGaAs層により構成されるHEMT構造薄膜3を、順次MBE法により成長する。
【0030】
第3の実施の形態では、バイア・ホール9部分のエッチングを選択エッチングにより行う。選択エッチングは、AlGaAsはエッチングせずに、GaAsのみがエッチングされるような条件でエッチングを行うものであり、BCl3を用いたドライエッチング、あるいは、クエン酸/過酸化水素水を用いたウェットエッチングにより行うことができる。
【0031】
このように、n型GaAs基板1上にn型AlGaAsエッチングストッパ層22を設けた構造となっているため、選択エッチングを用いることで、バイア・ホール9のエッチングを正確にn型AlGaAsストッパ層で停止することができる。エッチングストッパ層として用いたAlGaAs層は、n型にドーピングすることで、n型GaAs基板1と一体のグランド電極13の一部として用いることができる。
【0032】
以上のように第3の実施の形態では、バイア・ホールのエッチング深さを正確に制御することができる。第1、第2の実施の形態の場合、確実にn型またはp型基板にバイア・ホールが到達するようにするため、エッチング時にオーバエッチングを行う必要があるが、それに応じてバイア・ホールが深くなる。バイア・ホールの内部に配線金属を形成するためには、バイア・ホールをできるだけ浅く形成する。
【0033】
第3の実施の形態では、バイア・ホールの深さを正確に制御することができるため、第1および第2の実施の形態に比べ、バイア・ホール径を微細化することができる。
【0034】
「第4の実施例」
図5を参照して、第4の実施の形態における、電界効果トランジスタについて説明する。
【0035】
第4の実施例では、厚さ600μmのn型(Siドープ、11019cm-3)GaAs基板1上に、厚さ1μmのp型GaAs層2(Beドープ、11019cm-3)、厚さ1μmのn型AlGaAs層3(Siドープ、11019cm-3)、厚さ1μmのアンドープGaAsバッファ層、GaAs/AlGaAs/InGaAs層により構成されるHEMT構造薄膜5を、順次MBE法により成長する。
【0036】
第1の実施の形態と同様に、ゲート電極58、ソース電極57およびドレイン電極を有するトランジスタ部分他、配線やキャパシター等の受動素子部分を形成した後、ソース電極57のバイア・ホール部59を形成する。ソース電極57のバイア・ホール形成は非選択エッチングを用い、n型GaAs基板51に到達するように形成する。
【0037】
バイア・ホール59内にAuGe/Ni/Au積層膜を蒸着・リフトオフして、n型GaAs基板51に対するオーミック性電極63を形成した後、ソース電極57上の絶縁膜56にコンタクトホール61を形成する。以下、第1の実施の形態と同様に、ソース電極57とバイア・ホール59部分の導通を得るためのTi/Au積層金属配線64およびAuメッキ層66を形成する。
【0038】
さらに第4の実施の形態では、ゲート電極58とn型AlGaAs層53との導通を得るためのバイア・ホール60を形成する。このバイア・ホール60の形成は、選択エッチングを用いn型AlGaAs層53で停止するように形成する。バイア・ホール60内にAuGe/Ni/Au積層膜を蒸着・リフトオフしてn型AlGaAsに対するオーミック性電極63を形成する。
【0039】
続いて、ゲート電極58上の絶縁膜56にコンタクトホール62を形成した後、ゲート電極58とバイア・ホール60部分の導通を得るためのTi/Au積層金属配線64およびAuメッキ層66を形成する。
【0040】
最後に、n型GaAs基板51の裏面にTi/Auの積層膜を形成しグランド電極65とする。第3の実施の形態では、n型GaAs基板51をグランド電極65の一部として利用することになる。さらに、ゲート電極58とグランド電極65との間に逆方向pn接合ダイオードが導入された構造が実現できる。
【0041】
電界効果トランジスタを用いたデバイスでは、ゲート電極にサージが入ることで、トランジスタが破壊されることがある。これを防止するために、ゲート電極とグランドとの間にダイオードを導入する手法が多く用いらている。この場合、サージはダイオードを通してグランドに抜ける為、トランジスタ部分を静電破壊から保護することができる。しかしながら、基板表面にトランジスタと同時にダイオードを配置する必要があるため、チップ面積を縮小できないという問題があった。第4の実施の形態では、バイアホール構造を用いてゲート電極とグランド電極との間に逆方向pn接合ダイオードを形成することで、基板表面にダイオードを形成する必要が無く、チップ面積を縮小することができる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、活性領域と絶縁領域とを有する半導体層の表面側から、この半導体層の絶縁領域およびバッファ層を貫通して半導体基板に至るバイア・ホールを形成する。そして、このバイア・ホールを介して半導体基板と半導体層上の電極とを接続する導電層を形成する。
【0043】
本発明によれば、基板を裏面側から研磨するなどして薄くする必要がないので、基板の強度を保つことができる。したがって、半導体基板の割れを防止でき、歩留まりを向上することができる。また、ハンドリングも容易となることから、製造過程での作業時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における電界効果トランジスタの製造工程を示す断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態における電界効果トランジスタを示す断面図である。
【図3】本発明の第1および第2の実施の形態における電界効果トランジスタのバンドダイアグラムを示すグラフである。
【図4】本発明の第3の実施の形態における電界効果トランジスタを示す断面図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態における電界効果トランジスタを示す断面図である。
【図6】従来のバイア・ホール構造を有する電界効果トランジスタの断面図である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板
2 アンドープGaAsバッファ層
3 HEMT構造薄膜
4 絶縁膜
5 ソース電極
6 ゲート電極
7 ドレイン電極
8 ホトレジスト
9 バイア・ホール
10 オーミック電極
11 コンタクトホール
12 Ti/Au配線
13 グランド電極
14 Auメッキ層
21 p型GaAs基板
22 n型AlGaAsエッチングストッパ層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor having a via hole and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In field effect transistors used for high-frequency and high-power applications, a via-hole structure is widely used to reduce source inductance. An example of this type of field effect transistor is disclosed in the document “Basics of GaAs Field Effect Transistors, page 213, 1992 (published by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers)”.
[0003]
FIG. 6 shows a sectional view of a field effect transistor having a conventional via hole structure. In FIG. 6, a
[0004]
In the field effect transistor having this structure, since the source is grounded through the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the via hole structure as described above, since a hole penetrating from the front surface to the back surface of the substrate is formed, the substrate having a thickness of about 600 μm is usually polished from the back side to about several tens of μm It needs to be thin. The thinned substrate has a weak mechanical strength, which leads to a decrease in yield due to wafer cracking, and is difficult to handle, requiring careful work by hand and increasing work time.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an n- conductivity type semiconductor substrate, a p-type GaAs layer formed on the semiconductor substrate,
An n-type AlGaAs layer formed on the p-type GaAs layer, a buffer layer formed on the n-type AlGaAs layer , a semiconductor layer formed on the buffer layer, and formed on the semiconductor layer and a source electrode and a gate electrode, the source electrode and the insulating film formed on the semiconductor layer so as to cover the gate electrode, wherein so as to expose the source electrode first formed in an insulating film A contact hole is formed through the insulating film, the semiconductor layer, the buffer layer, the n-type AlGaAs layer, and the p-type GaAs layer so as to expose the semiconductor substrate through the surface of the insulating film. over first via-hole which is a first conductive layer by gold plating for electrically connecting the source electrode and the semiconductor substrate, so as to expose the gate electrode The second contact hole formed in the insulating film passes through the insulating film, the semiconductor layer, and the buffer layer so as to expose the n-type AlGaAs layer through the surface of the insulating film. A gold-plated second conductive layer that electrically connects the n-type AlGaAs layer and the gate electrode over the formed second via hole, and a ground electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate. A field effect transistor is obtained.
[0007]
According to the present invention, a step of forming a p-type GaAs layer on an n- conductivity type semiconductor substrate, a step of forming an n-type AlGaAs layer on the p-type GaAs layer, and a step of forming on the n-type AlGaAs layer A step of forming a buffer layer; a step of forming a semiconductor layer on the buffer layer; a step of forming a source electrode and a gate electrode on the semiconductor layer; and the semiconductor so as to cover the source electrode and the gate electrode Forming an insulating film on the layer; forming a first contact hole in the insulating film to expose the source electrode; and forming a first contact hole in the insulating film to expose the gate electrode. Forming a contact hole of 2; and the insulating film, the semiconductor layer, the buffer layer, the n-type AlGaAs layer, and the p-type GaAs layer so as to expose the semiconductor substrate. Forming a first via hole penetrating, and forming a second via hole penetrating the insulating film, the semiconductor layer, and the buffer layer so as to expose the n-type AlGaAs layer; the over first via hole of the first through the surface of the insulating film from the contact hole, forming a first conductive layer by gold plating for electrically connecting the source electrode and the semiconductor substrate And a second conductive layer by gold plating for electrically connecting the n-type AlGaAs layer and the gate electrode from the second contact hole through the surface of the insulating film to the second via hole. A method of manufacturing a field effect transistor having a forming step and a step of forming a ground electrode on the back surface of the semiconductor substrate is obtained.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the sizes, shapes, and arrangement relationships of various components are merely shown to the extent that the present invention can be understood, and therefore the present invention is not limited to the illustrated examples.
[0009]
"First embodiment"
With reference to FIG. 1, the manufacturing method of the field effect transistor in the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
[0010]
First, as shown in FIG. 1A, an undoped
[0011]
As shown in FIG. 1C, a photoresist 8 is formed on the
[0012]
Subsequently, as shown in FIG. 1D, an AuGe / Ni / Au laminated film is deposited and lifted off, and an ohmic electrode for n-type GaAs is formed at the bottom of the via hole 9 (exposed portion of the n-type GaAs substrate 1). 10 is formed.
[0013]
As shown in FIG. 1E, after a
[0014]
Finally, a Ti / Au (thickness: 100 nm / 200 nm) laminated film is formed on the back surface of the
[0015]
Although the HEMT has been described as an example of the basic element, the present invention can be applied to all elements such as a MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) and an HBT (Heteropolar Transistor).
[0016]
Further, although 1 μm-thick undoped GaAs has been described as an example of the buffer layer, a similar via hole structure can be formed for any buffer structure such as a GaAs / AlGaAs laminated film. In addition, as an example of the via hole etching method, dry etching using CCl 4 has been described as an example, but the same process can be performed by dry etching using other gas such as BCl 3 or wet etching.
[0017]
In addition, as an example of the metal that connects the
[0018]
As the substrate to be used, Si-doped n-type (110 19 cm −3 ) GaAs has been described as an example. The substrate doping amount is desirably high in order to reduce the influence of resistance, and is not limited to this concentration and dopant.
[0019]
As described above, in the field effect transistor according to the first embodiment, the n-
[0020]
“Second Embodiment”
A field effect transistor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0021]
In FIG. 2, this field effect transistor is different from the first embodiment in that p-
[0022]
In FIG. 2, an undoped
[0023]
Thereafter, similarly to the first embodiment, an Au /
[0024]
FIG. 3 shows a band diagram between the field effect transistor portion and the substrate in the case of the first embodiment and the case of the second embodiment. In the first embodiment, since an n-type GaAs substrate is used, the potential of the undoped GaAs buffer layer is raised, resulting in a curved band profile. The degree of bending of the band depends on the purity of the undoped GaAs buffer layer. The larger the band is bent, the shallower the threshold voltage of the field effect transistor and the lower the drain current. On the other hand, when the band curvature is small, the threshold voltage of the field effect transistor is deep and the drain current is large. The purity of the undoped GaAs buffer layer greatly depends on the state of the device during MBE growth. In the second embodiment, the potential in the undoped GaAs buffer layer monotonously increases toward the p-type GaAs substrate side, and since there is no inflection point, it is less affected by the purity in the buffer layer and is stable. It will be a thing.
[0025]
In the present embodiment, Zn-doped p-type (110 19 cm −3 ) GaAs has been described as an example of a substrate to be used. The substrate doping amount is desirably high in order to reduce the influence of resistance, and is not limited to this concentration and dopant.
[0026]
As described above, in the second embodiment, the p-
[0027]
“Third Embodiment”
With reference to FIG. 4, the GaAs field effect transistor in 3rd Embodiment is demonstrated.
[0028]
4, this field effect transistor is different from the first embodiment in that an n-type AlGaAs etching stopper layer 22 is formed between an n-
[0029]
In FIG. 4, an n-type AlGaAs (Si doped, 110 19 cm −3 ) etching stopper layer 22 having a thickness of 1 μm is formed on an n-type (Si doped, 110 19 cm −3 )
[0030]
In the third embodiment, the via
[0031]
Thus, since the n-type AlGaAs etching stopper layer 22 is provided on the n-
[0032]
As described above, in the third embodiment, the via hole etching depth can be accurately controlled. In the case of the first and second embodiments, it is necessary to perform over-etching at the time of etching to ensure that the via hole reaches the n-type or p-type substrate. Deepen. In order to form the wiring metal inside the via hole, the via hole is formed as shallow as possible.
[0033]
In the third embodiment, since the depth of the via hole can be accurately controlled, the via hole diameter can be reduced as compared with the first and second embodiments.
[0034]
“Fourth Example”
A field effect transistor according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0035]
In the fourth embodiment, a p-type GaAs layer 2 (Be doped, 110 19 cm −3 ) having a thickness of 1 μm is formed on an n-type (Si doped, 110 19 cm −3 )
[0036]
As in the first embodiment, after forming a
[0037]
An AuGe / Ni / Au laminated film is deposited and lifted off in the via
[0038]
Furthermore, in the fourth embodiment, a via
[0039]
Subsequently, after a
[0040]
Finally, a Ti / Au laminated film is formed on the back surface of the n-
[0041]
In a device using a field effect transistor, the transistor may be destroyed due to a surge applied to the gate electrode. In order to prevent this, a technique of introducing a diode between the gate electrode and the ground is often used. In this case, since the surge passes through the diode to the ground, the transistor portion can be protected from electrostatic breakdown. However, since it is necessary to dispose a diode simultaneously with the transistor on the substrate surface, there is a problem that the chip area cannot be reduced. In the fourth embodiment, a reverse pn junction diode is formed between a gate electrode and a ground electrode using a via hole structure, so that it is not necessary to form a diode on the substrate surface and the chip area is reduced. be able to.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a via hole is formed from the surface side of a semiconductor layer having an active region and an insulating region, penetrating the insulating region and buffer layer of the semiconductor layer and reaching the semiconductor substrate. . Then, a conductive layer is formed to connect the semiconductor substrate and the electrode on the semiconductor layer through the via hole.
[0043]
According to the present invention, since it is not necessary to thin the substrate by polishing it from the back side, the strength of the substrate can be maintained. Therefore, cracking of the semiconductor substrate can be prevented and yield can be improved. Moreover, since handling becomes easy, the working time in the manufacturing process can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a band diagram of a field effect transistor according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a field effect transistor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a field effect transistor having a conventional via hole structure.
[Explanation of symbols]
1 n-
Claims (2)
前記半導体基板上に形成されたp型GaAs層と、
前記p型GaAs層上に形成されたn型AlGaAs層と、
前記n型AlGaAs層上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された半導体層と、
前記半導体層の上に形成されたソース電極及びゲート電極と、
前記ソース電極及び前記ゲート電極を覆うように前記半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記ソース電極を露出するように前記絶縁膜内に形成された第1のコンタクト・ホールから、前記絶縁膜の表面を経て、前記半導体基板を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層と前記n型AlGaAs層と前記p型GaAs層とを貫通して形成された第1のバイア・ホールにわたって、前記半導体基板と前記ソース電極とを電気的に接続する金メッキによる第1の導電層と、
前記ゲート電極を露出するように前記絶縁膜内に形成された第2のコンタクト・ホールから、前記絶縁膜の表面を経て、前記n型AlGaAs層を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層とを貫通して形成された第2のバイア・ホールにわたって、前記n型AlGaAs層と前記ゲート電極とを電気的に接続する金メッキによる第2の導電層と、
前記半導体基板の裏面に形成されたグランド電極とを有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 an n- conductivity type semiconductor substrate;
A p-type GaAs layer formed on the semiconductor substrate;
An n-type AlGaAs layer formed on the p-type GaAs layer;
A buffer layer formed on the n-type AlGaAs layer ;
A semiconductor layer formed on the buffer layer;
A source electrode and a gate electrode formed on the semiconductor layer;
An insulating film formed on the semiconductor layer so as to cover the source electrode and the gate electrode ;
The insulating film, the semiconductor layer, and the buffer are exposed so as to expose the semiconductor substrate from the first contact hole formed in the insulating film so as to expose the source electrode, through the surface of the insulating film. A first conductive layer by gold plating for electrically connecting the semiconductor substrate and the source electrode over a first via hole formed through the layer, the n-type AlGaAs layer, and the p-type GaAs layer When,
The insulating film, the semiconductor layer, and the n-type AlGaAs layer are exposed from a second contact hole formed in the insulating film so as to expose the gate electrode, through the surface of the insulating film. A second conductive layer by gold plating for electrically connecting the n-type AlGaAs layer and the gate electrode across a second via hole formed through the buffer layer;
And a ground electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate.
前記p型GaAs層上にn型AlGaAs層を形成する工程と、
前記n型AlGaAs層上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上にソース電極及びゲート電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ゲート電極を覆うように前記半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース電極を露出するように前記絶縁膜内に第1のコンタクト・ホールを形成する工程と、
前記ゲート電極を露出するように前記絶縁膜内に第2のコンタクト・ホールを形成する工程と、
前記半導体基板を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層と前記n型AlGaAs層と前記p型GaAs層とを貫通する第1のバイア・ホールを形成する工程と、
前記n型AlGaAs層を露出するように前記絶縁膜と前記半導体層と前記バッファ層とを貫通する第2のバイア・ホールを形成する工程と、
前記第1のコンタクト・ホールから前記絶縁膜の表面を経て前記第1のバイア・ホールにわたって、前記半導体基板と前記ソース電極とを電気的に接続する金メッキによる第1の導電層を形成する工程と、
前記第2のコンタクト・ホールから前記絶縁膜の表面を経て前記第2のバイア・ホールにわたって、前記n型AlGaAs層と前記ゲート電極とを電気的に接続する金メッキによる第2の導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面にグランド電極を形成する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。forming a p-type GaAs layer on an n- conductivity type semiconductor substrate;
Forming an n-type AlGaAs layer on the p-type GaAs layer;
Forming a buffer layer on the n-type AlGaAs layer;
Forming a semiconductor layer on the buffer layer;
Forming a source electrode and a gate electrode on the semiconductor layer;
Forming an insulating film on the semiconductor layer so as to cover the source electrode and the gate electrode ;
Forming a first contact hole in the insulating film to expose the source electrode;
Forming a second contact hole in the insulating film to expose the gate electrode;
Forming a first via hole penetrating the insulating film, the semiconductor layer, the buffer layer, the n-type AlGaAs layer, and the p-type GaAs layer so as to expose the semiconductor substrate;
Forming a second via hole penetrating the insulating film, the semiconductor layer, and the buffer layer to expose the n-type AlGaAs layer;
Forming a first conductive layer by gold plating for electrically connecting the semiconductor substrate and the source electrode from the first contact hole through the surface of the insulating film to the first via hole; ,
A second conductive layer is formed by gold plating that electrically connects the n-type AlGaAs layer and the gate electrode from the second contact hole through the surface of the insulating film to the second via hole. Process,
And a step of forming a ground electrode on the back surface of the semiconductor substrate.
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