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高移動度トランジスタおよびその製造方法

国内特許コード P140010974
整理番号 S2014-0377-N0
掲載日 2014年9月3日
出願番号 特願2014-023730
公開番号 特開2015-153775
出願日 平成26年2月10日(2014.2.10)
公開日 平成27年8月24日(2015.8.24)
発明者
  • 須田 良幸
  • 塚本 貴広
  • 玉生 啓
  • 本橋 叡
  • 広瀬 信光
  • 笠松 章史
出願人
  • 国立大学法人東京農工大学
  • 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明の名称 高移動度トランジスタおよびその製造方法
発明の概要 【課題】高い相互コンダクタンスを有することができる高移動度トランジスタを提供する。
【解決手段】本発明に係る高移動度トランジスタ100は、キャリア供給層50上に設けられた第2スペーサー60層と、第2スペーサー層60上に設けられ、溝部70aが形成されたキャップ層70と、キャップ層70上に設けられたソース電極82およびドレイン電極84と、第2スペーサー層60上であって溝部70a内に設けられたゲート電極80と、を含み、チャネル層30の材質は、Si1-αGeα(0≦α≦1)であり、第1スペーサー層40の材質は、Si1-βGeβ(0≦β≦1)であり、キャリア供給層50の材質は、Si1-γGeγ(0≦γ≦1)であり、第2スペーサー層60の材質は、Si1-δGeδ(0<δ≦1)であり、キャップ層70の材質は、Si1-εGeε(0≦ε<1)であり、δおよびεは、ε<δの関係を満たす。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


近年、CMOS素子が長足の進歩を遂げ、ミリ波領域までの高周波(高速)動作が数多く報告されている。しかしながら、CMOS素子は、雑音特性や消費電力の点で本質的に多くの課題を抱えている。そこで、次世代の通信機器用の低雑音、低消費の超高速トランスタとして、電子を走行キャリアとするSiGe高電子移動度トランジスタ(high electron mobility transistor:HEMT)、および、正孔を走行キャリアとするSiGe高正孔移動度トランジスタ(high hole mobility transistor:HHMT)のSiGe高移動度トランジスタが期待されている。



例えば非特許文献1,2には、Siチャネル層と、SiGeキャリア供給層と、を備えたSiGe型のHEMTが記載されている。このようなHEMTは、ゲート耐圧の向上等の観点から、非特許文献2に記載のように、リセス構造を有することが知られている。非特許文献2には、SiGeキャリア供給層上に設けられたノンドープSi層(不純物がドープされていないSi層)、およびノンドープSi層上に設けられたドープSi層(不純物がドープされたSi層)に溝を形成してリセス構造を形成することが記載されている。



しかしながら、非特許文献2に記載の技術では、SiGeキャリア供給層上に設けられたノンドープSi層のエッチングを、途中で停止してリセス構造を形成しているので、ノンドープSi層のエッチング深さの制御が難しく、またプロセスマージンを確保するためノンドープSi層を薄くすることも難しい。そのため、非特許文献2に記載のHEMTでは、ソース電極とチャネル層との間、およびドレイン電極とチャネル層との間が高抵抗の厚いノンドープSi層で隔てられ、相互コンダクタンス(gm)が低下して、動作速度が抑圧される場合があるなどSiGe型高移動度トランジスタ製作過程での技術として、制御性の面で基本的な問題を抱えており、新たな技術の開発が求められていた。

産業上の利用分野


本発明は、高移動度トランジスタおよびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
チャネル層と、
前記チャネル層上に設けられた第1スペーサー層と、
前記第1スペーサー層上に設けられたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上に設けられた第2スペーサー層と、
前記第2スペーサー層上に設けられ、溝部が形成されたキャップ層と、
前記キャップ層上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記第2スペーサー層上であって前記溝部内に設けられたゲート電極と、
を含み、
前記チャネルの材質は、Si1-αGeα(0≦α≦1)であり、
前記第1スペーサーの材質は、Si1-βGeβ(0≦β≦1)であり、
前記キャリア供給層の材質は、Si1-γGeγ(0≦γ≦1)であり、
前記第2スペーサーの材質は、Si1-δGeδ(0<δ≦1)であり、
前記キャップ層の材質は、Si1-εGeε(0≦ε<1)であり、
前記δおよび前記εは、ε<δの関係を満たす、高移動度トランジスタ。

【請求項2】
請求項1において、
前記キャップ層の材質は、Siである、高移動度トランジスタ。

【請求項3】
請求項1または2において、
前記δは、0.1≦δ≦0.5の範囲である、高移動度トランジスタ。

【請求項4】
請求項1ないし3のいずれか1項において、
前記δは、0.2≦δ≦0.35の範囲である、高移動度トランジスタ。

【請求項5】
請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第2スペーサー層の厚さは、0.5nm以上10nm以下である、高移動度トランジスタ。

【請求項6】
前記チャネル層上に第1スペーサー層を形成する工程と、
前記第1スペーサー層上にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上に第2スペーサー層を形成する工程と、
前記第2スペーサー層上にキャップ層を形成する工程と、
前記キャップ層上にソース電極およびドレイン電極を形成する工程と、
前記キャップ層をアルカリ性の水溶液でエッチングし、溝部を形成する工程と、
前記第2スペーサー層上であって前記溝部内にゲート電極を形成する工程と、
を含み、
前記チャネル層の材質は、Si1-αGeα(0≦α≦1)であり、
前記第1スペーサー層の材質は、Si1-βGeβ(0≦β≦1)であり、
前記キャリア供給層の材質は、Si1-γGeγ(0≦γ≦1)であり、
前記第2スペーサー層の材質は、Si1-δGeδ(0<δ≦1)であり、
前記キャップ層の材質は、Si1-εGeε(0≦ε<1)であり、
前記δおよび前記εは、ε<δの関係を満たす、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項7】
請求項8において、
前記水溶液は、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液である、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項8】
請求項6または7において、
前記チャネル層、前記第1スペーサー層、前記キャリア供給層、前記第2スペーサー層、および前記キャップ層は、スパッタ法によってエピタキシャル成長される、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項9】
請求項6ないし8のいずれか1項において、
前記キャップ層の材質は、Siである、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項10】
請求項8または9において、
前記δは、0.1≦δ≦0.5の範囲である、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項11】
請求項8ないし10のいずれか1項において、
前記δは、0.2≦δ≦0.35の範囲である、高移動度トランジスタの製造方法。

【請求項12】
請求項8ないし11のいずれか1項において、
前記第2スペーサー層の厚さは、0.5nm以上10nm以下である、高移動度トランジスタの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014023730thum.jpg
出願権利状態 公開
※ 国立大学法人東京農工大学では、先端産学連携研究推進センターにおいて、知的財産の創出・権利化・活用に取り組んでいます。上記の特許・技術の内容および導入に興味・関心がありましたら、当センターまでお気軽にお問い合わせください。


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