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JP2006202814A - Monitor fet and process for fabricating compound semiconductor device using the same - Google Patents

Monitor fet and process for fabricating compound semiconductor device using the same Download PDF

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JP2006202814A
JP2006202814A JP2005010013A JP2005010013A JP2006202814A JP 2006202814 A JP2006202814 A JP 2006202814A JP 2005010013 A JP2005010013 A JP 2005010013A JP 2005010013 A JP2005010013 A JP 2005010013A JP 2006202814 A JP2006202814 A JP 2006202814A
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monitor
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Tetsuo Asano
哲郎 浅野
Hidetoshi Ishihara
秀俊 石原
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitor FET in which electrical characteristics can be measured normally even if the film thickness of a gate pad electrode is several tens Å. <P>SOLUTION: Under the gate pad electrode of the monitor FET, an insulation layer is not provided but a second impurity region is provided. Since gate conduction is possible even if a probe runs through the gate pad electrode, characteristics can be measured normally. Furthermore, insulation from other components can be ensured because an insulation layer is arranged around the second impurity region. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関わり、特にHEMTのVpばらつきを減少させるため、Pt層厚みを薄くしたPt埋め込みゲート構造のHEMTおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a HEMT having a Pt buried gate structure in which a Pt layer thickness is reduced and a manufacturing method thereof in order to reduce Vp variation of the HEMT.

ウエハプロセスにおいては、一般的に同一ウエハ上に同一工程にて製品とモニターを形成し、モニターを測定することにより途中工程における製品の特性を管理している。   In the wafer process, a product and a monitor are generally formed on the same wafer in the same process, and the characteristics of the product in the intermediate process are managed by measuring the monitor.

例えば、TEG(抵抗モニター)とTFT(薄膜トランジスタ)を同一基板上に設け、TEGを測定することにより製品となるTFTのソース/ドレイン領域の不純物濃度を予測する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。   For example, a technique is known in which a TEG (resistance monitor) and a TFT (thin film transistor) are provided on the same substrate, and the TEG is measured to predict the impurity concentration in the source / drain region of the TFT as a product (for example, Patent Documents). 1).

また、製品となるトランジスタとモニター用トランジスタを同一ウエハ上に同一工程にて形成し、プロセス中にモニター用トランジスタの電気的特性等を測定することにより製品となるトランジスタの特性を管理する場合もある。   In addition, there are cases in which the product transistor and the monitor transistor are formed on the same wafer in the same process, and the characteristics of the product transistor are managed by measuring the electrical characteristics of the monitor transistor during the process. .

図12を参照し、従来のモニターFETについて説明する。図12(A)は平面図であり、図12(B)は、図12(A)のe−e線断面図である。   A conventional monitor FET will be described with reference to FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line ee of FIG. 12A.

モニターFET500は、例えばHEMTにより構成したスイッチMMICのHEMTの特性を管理するものであり、HEMTと同一ウエハ上に、HEMTの製造プロセスと同一工程にて形成される。   The monitor FET 500 manages the characteristics of the HEMT of the switch MMIC configured by, for example, the HEMT, and is formed on the same wafer as the HEMT in the same process as the manufacturing process of the HEMT.

モニターFET500は、HEMTのソース領域およびドレイン領域などと同様の不純物領域501上にモニターソース電極503、モニタードレイン電極504、モニターゲート電極505が配置される。モニターゲート電極505は、不純物により絶縁された絶縁化層250上に延在されゲートパッド電極506と接続する。   In the monitor FET 500, a monitor source electrode 503, a monitor drain electrode 504, and a monitor gate electrode 505 are arranged on an impurity region 501 similar to the source region and drain region of the HEMT. The monitor gate electrode 505 extends on the insulating layer 250 insulated by impurities and is connected to the gate pad electrode 506.

測定時には、絶縁膜507の開口部(コンタクトホールCH)を介してモニターFET500のモニターソース電極503、モニタードレイン電極504、ゲートパッド電極506上にプローブ(針)10をコンタクトさせる。同一工程で形成されたモニターFETの特性を測定することにより、実際の製品となるHEMTの特性を把握することができる。   At the time of measurement, the probe (needle) 10 is brought into contact with the monitor source electrode 503, the monitor drain electrode 504, and the gate pad electrode 506 of the monitor FET 500 through the opening (contact hole CH) of the insulating film 507. By measuring the characteristics of the monitor FET formed in the same process, the characteristics of the HEMT that is an actual product can be grasped.

また、図13を参照し、従来のHEMTの製造方法の一例を説明する。   An example of a conventional HEMT manufacturing method will be described with reference to FIG.

半絶縁性GaAs基板231上にバッファ層232、電子供給層233、スペーサ層234、チャネル層235、スペーサ層234、電子供給層233、障壁層236、キャップ層(n+GaAs層)237の複数の半導体層を積層する。   A plurality of semiconductor layers including a buffer layer 232, an electron supply layer 233, a spacer layer 234, a channel layer 235, a spacer layer 234, an electron supply layer 233, a barrier layer 236, and a cap layer (n + GaAs layer) 237 on a semi-insulating GaAs substrate 231. Are stacked.

ウエハ全面にスルーイオン注入用窒化膜2511を形成後、バッファ層232に達するイオン注入領域により絶縁化層を形成し、HEMTを構成する動作領域としての不純物領域を分離する。その後、オーミック金属層310によりキャップ層237にコンタクトする1層目のソース電極315およびドレイン電極316が形成される(図13(A))。   After a through ion implantation nitride film 2511 is formed on the entire surface of the wafer, an insulating layer is formed by an ion implantation region reaching the buffer layer 232, and an impurity region as an operation region constituting the HEMT is separated. After that, the first source electrode 315 and the drain electrode 316 are formed in contact with the cap layer 237 by the ohmic metal layer 310 (FIG. 13A).

次に、ゲート電極の形成領域の障壁層236を露出し、ゲート金属層320を蒸着してゲート電極327を形成する。そして全面に保護膜2512を形成する。そして、1層目のソース電極315、ドレイン電極316上にコンタクトホールCHを形成する(図13(B))。   Next, the barrier layer 236 in the gate electrode formation region is exposed, and the gate metal layer 320 is deposited to form the gate electrode 327. Then, a protective film 2512 is formed on the entire surface. Then, a contact hole CH is formed over the source electrode 315 and the drain electrode 316 in the first layer (FIG. 13B).

更にパッド金属層330により、1層目のソース電極315、ドレイン電極にコンタクトする2層目のソース電極335、ドレイン電極336および配線パターン、電極パッドを形成する(図13(C))(例えば特許文献2参照。)。尚、モニターFETは、このHEMTと同一工程によって形成される。
特開2004−214638号公報 特開平6−84956号公報
Further, the pad metal layer 330 forms the first source electrode 315, the second source electrode 335 in contact with the drain electrode, the drain electrode 336, the wiring pattern, and the electrode pad (FIG. 13C) (for example, patent) Reference 2). The monitor FET is formed by the same process as this HEMT.
JP 2004-214638 A JP-A-6-84956

HEMTを用いたスイッチMMICのウエハプロセスにおいては、ゲート電極327の形成工程が終わると、FETとしての基本構造が完成する。製品となるスイッチMMICのHEMTについては、パッド金属層330による配線パターンの形成工程(図13(C))の後でないと特性を計測することができない。しかし、モニターFET500については配線が必要無いため、配線パターンの形成工程以前の工程(図13(B))で特性を計測し、そのデータをプロセスレベルの把握に利用している。   In the wafer process of the switch MMIC using HEMT, when the formation process of the gate electrode 327 is finished, the basic structure as an FET is completed. Regarding the HEMT of the switch MMIC to be a product, the characteristics can be measured only after the wiring pattern forming step (FIG. 13C) using the pad metal layer 330. However, since the monitor FET 500 does not require wiring, the characteristic is measured in a process (FIG. 13B) before the wiring pattern forming process, and the data is used for grasping the process level.

すなわち、配線パターンの形成工程直前のコンタクトホールCHを形成した後(図13(B))、モニターFETのモニターソース電極503、モニタードレイン電極504、ゲートパッド電極上506の絶縁膜507にもコンタクトホールCHが形成される。そして、コンタクトホールCHから露出した各電極にプローブ(針)10をコンタクトさせる。モニターFET500の各電極は、HEMTの各電極と同等とみなせるので、モニターFET500の特性を計測することによりHEMTの特性が把握できる。   That is, after forming the contact hole CH immediately before the wiring pattern formation process (FIG. 13B), the contact hole is also formed in the monitor FET monitor source electrode 503, monitor drain electrode 504, and insulating film 507 on the gate pad electrode 506. CH is formed. Then, a probe (needle) 10 is brought into contact with each electrode exposed from the contact hole CH. Since each electrode of the monitor FET 500 can be regarded as equivalent to each electrode of the HEMT, the characteristics of the HEMT can be grasped by measuring the characteristics of the monitor FET 500.

ところで、従来のHEMTのゲート金属層320はTi/Pt/Auよりなり、その蒸着膜厚はそれぞれ400Å/800Å/5000Åであった。測定時には図12のごとくプローブ10をゲートパッド電極506最表面のAu層に突き刺した状態で計測するのであるが、このようにゲート金属層320の蒸着膜厚が数千Åと厚い場合には、プローブ10がゲートパッド電極506を突き破ることはなく、プローブ10のコンタクトに全く問題はない。   By the way, the gate metal layer 320 of the conventional HEMT is made of Ti / Pt / Au, and the deposited film thicknesses are 400/800/5000 mm, respectively. At the time of measurement, the probe 10 is measured with the Au layer on the outermost surface of the gate pad electrode 506 pierced as shown in FIG. 12, but when the deposited film thickness of the gate metal layer 320 is as thick as several thousand mm, The probe 10 does not break through the gate pad electrode 506, and there is no problem with the contact of the probe 10.

一方、HEMTの特性を向上させるため、ゲート金属層の最下層にPtを採用し、Ptの一部を基板表面に埋め込む、埋め込みゲート構造を採用する場合がある。この場合、後に後述するがPtの蒸着膜厚は40Å〜60Åが好適である。ところが、このような場合に、プローブによって特性を計測すると、ゲート導通不良となる問題があった。   On the other hand, in order to improve the characteristics of the HEMT, there is a case where Pt is adopted as the lowermost layer of the gate metal layer and a buried gate structure in which a part of Pt is buried in the substrate surface may be adopted. In this case, as will be described later, the vapor deposition film thickness of Pt is preferably 40 to 60 mm. However, in such a case, if the characteristics are measured with a probe, there is a problem that gate conduction failure occurs.

図14は、ゲート金属層のPt蒸着膜厚を数十Åとし、ゲート金属層320の総膜厚を200Å以下とした場合の、図12(A)のe−e線に相当するゲートパッド電極506の断面図である。   FIG. 14 shows a gate pad electrode corresponding to the line ee in FIG. 12A when the gate metal layer has a Pt deposition thickness of several tens of mm and the total thickness of the gate metal layer 320 is 200 mm or less. FIG.

例えばゲート金属層320は、Pt/Moよりなり、それぞれ40Å〜60Å(Pt)、50Å(Mo)の蒸着膜厚である。また、下層のPtの一部が基板表面から120Åの深さまで埋め込まれている。そして通常の測定ではプローブ10を200〜300Å程度被測定箇所に突き刺した状態で計測している。つまりゲート金属層320が極めて薄い(例えば総膜厚で200Å以下)場合には、プローブ10がゲートパッド電極506を突き破ってしまう。   For example, the gate metal layer 320 is made of Pt / Mo and has a deposition thickness of 40 to 60 (Pt) and 50 to (Mo), respectively. Further, a part of the lower layer Pt is buried to a depth of 120 mm from the substrate surface. In the normal measurement, the probe 10 is measured in a state where the probe 10 is pierced about 200 to 300 mm. That is, when the gate metal layer 320 is extremely thin (for example, the total film thickness is 200 mm or less), the probe 10 breaks through the gate pad electrode 506.

HEMTを採用したスイッチMMICの場合、モニターFET500のゲートパッド電極506は、他の素子との絶縁性を確保する目的から、ボロン(B+)などをイオン注入して絶縁化した絶縁化層250となっている。このため、プローブ10がゲートパッド電極506を突き破ると、絶縁化層250にプローブ10を立てることになる。つまり、プローブ10とゲート金属層320が全く接触しなくなるためゲート導通不良となり、モニターFETの測定が正常にできない問題がある。   In the case of a switch MMIC employing HEMT, the gate pad electrode 506 of the monitor FET 500 is an insulating layer 250 that is insulated by ion implantation of boron (B +) or the like for the purpose of ensuring insulation from other elements. ing. For this reason, when the probe 10 breaks through the gate pad electrode 506, the probe 10 stands on the insulating layer 250. That is, since the probe 10 and the gate metal layer 320 are not in contact at all, the gate continuity is poor, and there is a problem that the monitor FET cannot be measured normally.

本発明は上述した諸々の事情に鑑み成されたもので、第1に、複数の半導体層を積層した化合物半導体基板に設けられたHEMTの電気的特性を前記HEMTの製造工程中に測定するモニターFETであって、前記基板に設けられた、第1不純物領域および第2不純物領域と、前記第1不純物領域上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極およびドレイン電極間の前記第1不純物領域に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極に接続し、前記第2不純物領域上に設けられたゲートパッド電極とを具備することにより解決するものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned various circumstances. First, a monitor that measures the electrical characteristics of a HEMT provided on a compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked during the manufacturing process of the HEMT. A first impurity region and a second impurity region provided on the substrate; a source electrode and a drain electrode provided on the first impurity region; and the first electrode region between the source electrode and the drain electrode. This is solved by providing a gate electrode provided in one impurity region and a gate pad electrode connected to the gate electrode and provided on the second impurity region.

第2に、複数の半導体層を積層した化合物半導体基板にHEMTを形成する製造工程中に該HEMTの電気的特性をモニターFETを測定することにより把握する化合物半導体装置の製造方法であって、前記基板を絶縁化層で分離し、前記モニターFETを構成する第1不純物領域および第2不純物領域と、前記HEMTを構成する第3不純物領域を形成する工程と、オーミック金属層により前記第1不純物領域上に第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成し、第3不純物領域上に第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、ゲート金属層により前記第1不純物領域上に第1ゲート電極を、前記第2不純物領域上にゲートパッド電極を形成してモニターFETを形成し、前記第3不純物領域上に第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、全面に絶縁膜を設け、前記オーミック金属層および前記ゲートパッド電極上の所定の位置の前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極および前記ゲートパッド電極にプローブを接触させ、前記モニターFETの電気的特性を測定する工程と、を具備することにより解決するものである。   Second, a method for manufacturing a compound semiconductor device, wherein the electrical characteristics of the HEMT are measured by measuring a monitor FET during a manufacturing process of forming the HEMT on a compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked, Separating the substrate with an insulating layer, forming a first impurity region and a second impurity region constituting the monitor FET, a third impurity region constituting the HEMT, and the first impurity region by an ohmic metal layer Forming a first source electrode and a first drain electrode on the third impurity region and forming a second source electrode and a second drain electrode on the third impurity region; and a first gate on the first impurity region by a gate metal layer. A gate pad electrode is formed on the second impurity region to form a monitor FET, and a second gate electrode is formed on the third impurity region. Forming an insulating film on the entire surface, forming an opening in the insulating film at a predetermined position on the ohmic metal layer and the gate pad electrode, and the first source electrode and the first drain electrode. And a step of bringing a probe into contact with the gate pad electrode and measuring the electrical characteristics of the monitor FET.

本発明のモニターFETによれば、ゲートパッド電極の膜厚が数十Åであっても正常に電気的特性を測定できる。HEMTと同一ウエハに形成されるモニターFETは、ゲートパッド電極の膜厚が数十Åで、最下層金属であるPtの一部を100Å前後基板表面に埋め込んだ状態で測定する場合がある。この場合プローブは200Åから300Åの深さに先端を突き刺した状態で測定するため、プローブがゲートパッド電極を突き破った状態で測定することになる。本実施形態のモニターFETは、ゲートパッド電極の直下に第2不純物領域が設けられているため、プローブがゲートパッド電極を突き破ってもモニターゲート電極との電気的接続が可能となり、正常な測定が行える。   According to the monitor FET of the present invention, electrical characteristics can be normally measured even when the thickness of the gate pad electrode is several tens of millimeters. The monitor FET formed on the same wafer as the HEMT may be measured in a state where the gate pad electrode has a film thickness of several tens of millimeters and a part of Pt, which is the lowermost layer metal, is embedded in the substrate surface of about 100 inches. In this case, since the probe is measured with the tip pierced to a depth of 200 to 300 mm, the measurement is performed with the probe breaking through the gate pad electrode. In the monitor FET of this embodiment, since the second impurity region is provided immediately below the gate pad electrode, electrical connection with the monitor gate electrode is possible even if the probe breaks through the gate pad electrode, and normal measurement is possible. Yes.

また、本発明の製造方法によれば、Ptの一部を埋め込んだ埋め込みゲート電極構造を採用しPt蒸着膜厚を数十Åとした場合、モニターFETによって電気的測定を正常に測定できる。HEMTの特性ばらつきを減少させるためゲート電極の膜厚を薄くすることが望ましい。この場合、HEMTのゲート電極形成直後に電気的測定を測定する場合、モニターFETのゲートパッド電極も薄い膜厚となる。本実施形態ではゲートパッド電極の下方に第2不純物領域を設けるため、ゲートパッド電極の膜厚が薄いためプローブがゲートパッド電極を突き破ることがあっても、モニターゲート電極との電気的接続が可能となる。   Further, according to the manufacturing method of the present invention, when the buried gate electrode structure in which a part of Pt is buried and the Pt vapor deposition film thickness is set to several tens of millimeters, the electrical measurement can be normally performed by the monitor FET. It is desirable to reduce the thickness of the gate electrode in order to reduce variations in HEMT characteristics. In this case, when the electrical measurement is performed immediately after the HEMT gate electrode is formed, the gate pad electrode of the monitor FET is also thin. In this embodiment, since the second impurity region is provided below the gate pad electrode, the thickness of the gate pad electrode is thin, so that even if the probe may break through the gate pad electrode, electrical connection with the monitor gate electrode is possible. It becomes.

以下に図1から図11を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1は、製造工程中においてモニターFETの特性検査を行う時点での、本実施形態のモニターFETを説明する図である。図1(A)はウエハの平面概要図、図1(B)はモニターFETの平面図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining the monitor FET of the present embodiment at the time when the characteristic inspection of the monitor FET is performed during the manufacturing process. FIG. 1A is a schematic plan view of a wafer, and FIG. 1B is a plan view of a monitor FET.

基板(ウエハ)30は、複数の半導体層を積層した化合物半導体基板であり、モニターFET160は、実際の製品となるHEMTと同一基板に設けられる。モニターFET160は、例えばある一定数のHEMTの形成領域sに対して数個ずつ、1つのウエハ30内に数十個配置される。例えばHEMTがステッパーによる縮小投影露光により形成される場合、モニターウエハ160は、1つのウエハ30においてステッパーの1ショット毎に数個ずつ、設けられる(図1(A))。   The substrate (wafer) 30 is a compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked, and the monitor FET 160 is provided on the same substrate as the HEMT that is an actual product. For example, several tens of monitor FETs 160 are arranged in one wafer 30 with respect to a certain number of HEMT formation regions s. For example, when the HEMT is formed by reduction projection exposure using a stepper, several monitor wafers 160 are provided for each shot of the stepper on one wafer 30 (FIG. 1A).

図1(B)の如く本実施形態のモニターFET160は、第1不純物領域161と、第2不純物領域162と、ソース電極163と、ドレイン電極164と、ゲート電極165と、ゲートパッド電極166とから構成される。   As shown in FIG. 1B, the monitor FET 160 of this embodiment includes a first impurity region 161, a second impurity region 162, a source electrode 163, a drain electrode 164, a gate electrode 165, and a gate pad electrode 166. Composed.

第1不純物領域161および、第2不純物領域162は、製品となるHEMTのソース領域およびドレイン領域などと同様の不純物領域である。不純物領域については後に詳述するが、第1不純物領域161および第2不純物領域162の周囲には絶縁化層60が設けられ、第1不純物領域161と第2不純物領域162は、絶縁化層60により分離される。   The first impurity region 161 and the second impurity region 162 are impurity regions similar to the source region and drain region of the HEMT to be a product. Although the impurity region will be described in detail later, an insulating layer 60 is provided around the first impurity region 161 and the second impurity region 162, and the first impurity region 161 and the second impurity region 162 are separated from each other by the insulating layer 60. Separated by

第1不純物領域161には、モニターFET160のモニターソース電極163、モニタードレイン電極164が設けられる。モニターソース電極163およびモニタードレイン電極164は、第1不純物領域161に直接固着する電極であり、またプローブがコンタクトするためワイヤボンディング用の電極パッドと同様の大きさ(幅60μm程度)を有する電極である。   In the first impurity region 161, a monitor source electrode 163 and a monitor drain electrode 164 of the monitor FET 160 are provided. The monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164 are electrodes that are directly fixed to the first impurity region 161, and are electrodes having the same size (about 60 μm width) as the electrode pads for wire bonding because the probe contacts. is there.

モニターソース電極163およびモニタードレイン電極164の間の第1不純物領域161には、モニターゲート電極165が設けられる。モニターゲート電極165は、第1不純物領域161外にまで延在し、第2不純物領域162上に設けられたゲートパッド電極166と接続する。   A monitor gate electrode 165 is provided in the first impurity region 161 between the monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164. Monitor gate electrode 165 extends to the outside of first impurity region 161 and is connected to gate pad electrode 166 provided on second impurity region 162.

図2は、モニターFETの断面図である。図2(A)(B)は、図1(B)のa−a線断面図であり、図2(C)は、図1(B)のb−b線断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the monitor FET. 2A and 2B are cross-sectional views taken along line aa in FIG. 1B, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line bb in FIG.

基板30は、半絶縁性GaAs基板31上に複数の半導体層を積層してなる。複数の半導体層は、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、障壁層36、安定層38、キャップ層37である。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。   The substrate 30 is formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semi-insulating GaAs substrate 31. The plurality of semiconductor layers are a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37. An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33.

バッファ層32は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。障壁層36となるノンドープのAlGaAs層は、電子供給層33と当接してその上に設けられる。すなわち安定層38と電子供給層33間に配置され、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。安定層38は、障壁層36と当接してその上に設けられ酸化しにくいため外部からの化学的ストレスに強く信頼性上安定なInGaP層である。尚、図ではn+InGaP層の安定層38を示しているがノンドープInGaP層であってもよい。更にキャップ層となるn+GaAs層37を最上層に積層する。   The buffer layer 32 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and its film thickness is about several thousand Å. The non-doped AlGaAs layer serving as the barrier layer 36 is provided in contact with the electron supply layer 33. That is, it is disposed between the stable layer 38 and the electron supply layer 33, and ensures a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. The stable layer 38 is an InGaP layer which is provided on and in contact with the barrier layer 36 and hardly oxidizes, and is resistant to chemical stress from the outside and stable in terms of reliability. In the figure, the stable layer 38 of the n + InGaP layer is shown, but it may be a non-doped InGaP layer. Further, an n + GaAs layer 37 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer.

モニターFET160の第1不純物領域161および第2不純物領域162は、バッファ層32に達する絶縁化層60を設けて分離することにより例えば図1(B)の一点鎖線の領域に設けられる。ここで、絶縁化層60とは、電気的に完全な絶縁ではなく、不純物(B+)をイオン注入することによりエピタキシャル層にキャリアのトラップ準位を設け、絶縁化した領域である。つまり、絶縁化層60も完全な絶縁領域ではないが、本明細書においては絶縁化層60以外の領域の半導体層をすべて不純物領域とする。すなわち電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、スペーサ層34、障壁層36、安定層38、キャップ層37などの基板(ウエハ)30を構成する各半導体層をすべて含んだトータルとしての領域が不純物領域である。   The first impurity region 161 and the second impurity region 162 of the monitor FET 160 are provided, for example, in the region of the one-dot chain line in FIG. 1B by providing and separating the insulating layer 60 reaching the buffer layer 32. Here, the insulating layer 60 is an electrically insulated region which is not electrically completely insulated, but is provided by providing carrier trap levels in the epitaxial layer by ion implantation of impurities (B +). In other words, the insulating layer 60 is not a complete insulating region, but in this specification, all the semiconductor layers other than the insulating layer 60 are impurity regions. That is, a total region including all the semiconductor layers constituting the substrate (wafer) 30 such as the electron supply layer 33, the channel (electron traveling) layer 35, the spacer layer 34, the barrier layer 36, the stable layer 38, and the cap layer 37. Is an impurity region.

図2(A)の如くゲートパッド電極166は、キャップ層37および安定層38をエッチングしてノンドープ層(障壁層)36を露出した第2不純物領域162上に設けられ、障壁層36とショットキー接合を形成する。   As shown in FIG. 2A, the gate pad electrode 166 is provided on the second impurity region 162 where the non-doped layer (barrier layer) 36 is exposed by etching the cap layer 37 and the stable layer 38, and the barrier layer 36 and the Schottky are formed. Form a bond.

また、図2(B)の如く安定層38がノンドープ層であればエッチングしなくてもよい。すなわちキャップ層37をエッチングして安定層(ノンドープ層)38を露出した第2不純物領域162上にゲートパッド電極166を設けても良い。   Further, if the stable layer 38 is a non-doped layer as shown in FIG. That is, the gate pad electrode 166 may be provided on the second impurity region 162 where the cap layer 37 is etched to expose the stable layer (non-doped layer) 38.

図2(C)の如く、第1不純物領域161のキャップ層37は所望の形状にパターンニングされる。すなわち、モニターソース電極163およびモニタードレイン電極164は、キャップ層37上に設けられる。一方、モニターゲート電極165は、ゲートパッド電極166と同じ半導体層上に設けられる。すなわち第1不純物領域161のキャップ層37および安定層38のパターンニングにより露出した第1不純物領域161表面の障壁層36とショットキー接合を形成する。   As shown in FIG. 2C, the cap layer 37 of the first impurity region 161 is patterned into a desired shape. That is, the monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164 are provided on the cap layer 37. On the other hand, the monitor gate electrode 165 is provided on the same semiconductor layer as the gate pad electrode 166. That is, a Schottky junction is formed with the barrier layer 36 on the surface of the first impurity region 161 exposed by patterning of the cap layer 37 and the stable layer 38 of the first impurity region 161.

尚ここでは障壁層36上にモニターゲート電極165が形成されるが、ゲートパッド電極166が図2(B)に示す構造の場合には、モニターゲート電極165は露出した安定層38(ノンドープ層)上に設けられる。   Here, the monitor gate electrode 165 is formed on the barrier layer 36, but when the gate pad electrode 166 has the structure shown in FIG. 2B, the monitor gate electrode 165 is exposed to the stable layer 38 (non-doped layer). Provided on top.

ゲート電極パッド166、モニターソース電極163およびモニタードレイン電極164の幅wはそれぞれ60μmである。そして、窒化膜167をエッチングしたコンタクトホールCHを介して、プローブを接触させ、電気的特性を測定する。   The width w of each of the gate electrode pad 166, the monitor source electrode 163, and the monitor drain electrode 164 is 60 μm. Then, the probe is brought into contact with the contact hole CH obtained by etching the nitride film 167, and the electrical characteristics are measured.

モニターゲート電極165およびゲートパッド電極166は、例えばPt(白金)/Mo(モリブデン)である。またこれらの蒸着膜厚はPtが40Å〜60Å、Moが50Åである。そして、下層にPtが、上層にMoが蒸着される。Ptの一部は、熱処理により第1不純物領域161および第2不純物領域162の表面(安定層38または障壁層36表面)に埋め込まれた構造である。   The monitor gate electrode 165 and the gate pad electrode 166 are, for example, Pt (platinum) / Mo (molybdenum). Moreover, as for these vapor deposition film thickness, Pt is 40 to 60 mm and Mo is 50 mm. Then, Pt is deposited on the lower layer and Mo is deposited on the upper layer. A part of Pt has a structure embedded in the surface of the first impurity region 161 and the second impurity region 162 (the surface of the stable layer 38 or the barrier layer 36) by heat treatment.

例えばPtの蒸着膜厚が50Åの場合、埋め込まれたPt(埋め込み部166bおよび165b)は、PtAsとなり、その深さは120Åである。基板表面に蒸着されたPtは、埋め込みのための熱処理によってPtGaとなる。この厚みは蒸着膜厚と同じ50Åである。 For example, when the deposited film thickness of Pt is 50 mm, the embedded Pt (embedded portions 166b and 165b) becomes PtAs 2 and the depth is 120 mm. Pt deposited on the substrate surface becomes PtGa by a heat treatment for embedding. This thickness is 50 mm, the same as the deposited film thickness.

このように、本実施形態のモニターFET160は、ゲートパッド電極506の下方が絶縁化層250であった従来のモニターFETと異なり、ゲートパッド電極166の下方に第2不純物領域162が設けられる。また、モニターゲート電極165およびゲートパッド電極166を構成する金属層のうち、Ptの蒸着膜厚が40Å〜60Åであり、金属層の総膜厚が200Å以下である。   As described above, the monitor FET 160 of this embodiment is provided with the second impurity region 162 below the gate pad electrode 166, unlike the conventional monitor FET in which the insulating layer 250 is provided below the gate pad electrode 506. Further, among the metal layers constituting the monitor gate electrode 165 and the gate pad electrode 166, the deposited film thickness of Pt is 40 to 60 mm, and the total film thickness of the metal layer is 200 mm or less.

モニターFET160は、前述の如く製品となるHEMTと同一ウエハ30上に同一工程にて形成される。そしてモニターFET160を測定することによって、例えばHEMTの基本構造が完成した後に、実測できないHEMTの特性を把握するものである。   The monitor FET 160 is formed in the same process on the same wafer 30 as the HEMT as a product as described above. Then, by measuring the monitor FET 160, for example, after the basic structure of the HEMT is completed, the characteristics of the HEMT that cannot be measured are grasped.

モニターFETは複数の工程において特性が測定されるが、本実施形態のモニターFETは、HEMTのゲート電極が形成され窒化膜にコンタクトホールを設けた状態で測定する場合を示す。   Although the characteristics of the monitor FET are measured in a plurality of steps, the monitor FET of the present embodiment shows a case where measurement is performed in a state where a gate electrode of HEMT is formed and a contact hole is provided in the nitride film.

つまり、図に示したモニターゲート電極165およびゲートパッド電極166を構成する金属層は、HEMTのゲート電極を構成するゲート金属層である。また、窒化膜167はHEMTのパッシベーション膜などを構成する窒化膜であり、コンタクトホールCHは、HEMTの窒化膜に設けたコンタクトホールの形成と同時に形成されるものである。   In other words, the metal layers constituting the monitor gate electrode 165 and the gate pad electrode 166 shown in the figure are the gate metal layers constituting the HEMT gate electrode. The nitride film 167 is a nitride film constituting a HEMT passivation film and the like, and the contact hole CH is formed simultaneously with the formation of the contact hole provided in the nitride film of the HEMT.

ところで、スイッチMMICの特性を向上させるため、HEMTのゲート電極構造にPtの埋め込みゲート構造を採用する場合がある。そしてこの場合、ゲート電極を構成するゲート金属層のPtの蒸着膜厚は40Å〜60Åが好適である。この理由については後に詳述するが、モニターFET160のモニターゲート電極およびゲートパッド電極も同一のゲート金属層によって形成するため、上記の如く薄い膜厚となる。   By the way, in order to improve the characteristics of the switch MMIC, a buried gate structure of Pt may be adopted for the gate electrode structure of the HEMT. In this case, the Pt vapor deposition film thickness of the gate metal layer constituting the gate electrode is preferably 40 to 60 mm. Although the reason for this will be described in detail later, since the monitor gate electrode and the gate pad electrode of the monitor FET 160 are also formed of the same gate metal layer, the film thickness is reduced as described above.

図3は、コンタクトホールを設けた状態でのモニターFET160の測定を説明する図である。図3(A)は平面図であり、図3(B)は図3(A)のc−c線の断面図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the measurement of the monitor FET 160 in a state where the contact hole is provided. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line cc of FIG. 3A.

窒化膜167に設けたコンタクトホールCHを介してモニターソース電極163、モニタードレイン電極164およびゲートパッド電極166にそれぞれプローブ10を接触させ、モニターFET160の特性を測定する。   The probe 10 is brought into contact with the monitor source electrode 163, the monitor drain electrode 164, and the gate pad electrode 166 through the contact hole CH provided in the nitride film 167, and the characteristics of the monitor FET 160 are measured.

そして、このときゲートパッド電極166の膜厚が薄いため、図3(B)の如くプローブ10がゲートパッド電極166を突き破る場合が多くなる。   At this time, since the gate pad electrode 166 is thin, the probe 10 often breaks through the gate pad electrode 166 as shown in FIG.

しかし、本実施形態では、ゲートパッド電極166の直下は第2不純物領域162が配置される。つまり、プローブ10がゲートパッド電極166を突き破った場合でもn+GaAs層37の下層のノンドープ層(安定層38または障壁層36)にプローブ10が接触する。   However, in the present embodiment, the second impurity region 162 is disposed immediately below the gate pad electrode 166. That is, even when the probe 10 breaks through the gate pad electrode 166, the probe 10 contacts the non-doped layer (stable layer 38 or barrier layer 36) below the n + GaAs layer 37.

プローブ10は、接触したノンドープ層から周辺の埋め込み部166bの金属層(PtAs層)を介して基板表面のPtGa層、ゲート金属層120上層のMo層、そして第1不純物領域161に配置されたモニターゲート電極165に電気的に接続する。従って従来のようにゲート導通不良となることは無い。 The probe 10 is disposed in the PtGa layer on the substrate surface, the Mo layer on the gate metal layer 120, and the first impurity region 161 from the contacted non-doped layer through the metal layer (PtAs 2 layer) of the peripheral buried portion 166b. The monitor gate electrode 165 is electrically connected. Therefore, the gate conduction failure does not occur as in the prior art.

また、第2不純物領域162の周囲に絶縁化層60を設けることにより、ゲートパッド電極166と他の素子との絶縁性は、図12に示す従来のモニターFET500と同様に確保できる。   Further, by providing the insulating layer 60 around the second impurity region 162, insulation between the gate pad electrode 166 and other elements can be ensured similarly to the conventional monitor FET 500 shown in FIG.

更に、第2不純物領域162は、絶縁化層60のイオン注入のパターンの変更のみで形成できるので、特別な工程を付加する必要もない。   Furthermore, since the second impurity region 162 can be formed only by changing the ion implantation pattern of the insulating layer 60, it is not necessary to add a special process.

次に、上記のモニターFETによってプロセス中に特性を計測する化合物半導体装置の製造方法について、ディプレッション型HEMTにより構成されるスイッチMMICを例に、図4から図11を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device in which characteristics are measured during the process using the above-described monitor FET will be described with reference to FIGS. 4 to 11 by taking a switch MMIC configured by a depletion type HEMT as an example.

まず、図4は、化合物半導体装置の構造を説明する図であり、図4(A)が平面図、図4(B)が図4(A)のd−d線断面図である。   4A and 4B are diagrams illustrating a structure of a compound semiconductor device, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a line dd in FIG. 4A.

図4(A)ごとく、基板30に、スイッチを行う2つのHEMT、FET1およびFET2を中央部に配置する。FET1およびFET2の周囲には複数の電極パッドが配置される。電極パッドは具体的には共通入力端子IN、第1および第2出力端子OUT1、OUT2、第1および第2制御端子Ctl1、Ctl2に対応するパッドIC、O1、O2、C1、C2である。各FETのゲート電極にコントロール抵抗R1、R2が接続される。なお、点線で示した金属層は各FETのゲート電極127形成時に同時に形成されるゲート金属層(Pt/Mo)120である。実線で示した金属層は各素子の接続およびパッドの形成および各FETの2層目のソース電極、ドレイン電極を形成するパッド金属層(Ti/Pt/Au)130である。基板30にオーミックに接合するオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)は、各FETの1層目のソース電極、ドレイン電極および各抵抗両端の取り出し電極を形成するが、図では、パッド金属層と重なるために図示されていない。   As shown in FIG. 4A, two HEMTs to be switched, FET1 and FET2 are arranged on the substrate 30 in the central portion. A plurality of electrode pads are arranged around FET1 and FET2. Specifically, the electrode pads are pads IC, O1, O2, C1, and C2 corresponding to the common input terminal IN, the first and second output terminals OUT1 and OUT2, and the first and second control terminals Ctl1 and Ctl2. Control resistors R1 and R2 are connected to the gate electrode of each FET. Note that the metal layer indicated by a dotted line is a gate metal layer (Pt / Mo) 120 formed simultaneously with the formation of the gate electrode 127 of each FET. A metal layer indicated by a solid line is a pad metal layer (Ti / Pt / Au) 130 that forms connection of each element, formation of a pad, and a second source electrode and drain electrode of each FET. The ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) bonded to the substrate 30 in an ohmic manner forms the first source electrode, drain electrode, and extraction electrodes at both ends of each of the FETs. It is not shown to overlap.

チップ中心に向かって伸びる櫛歯状のパッド金属層130が出力端子パッドO1に接続される2層目のドレイン電極136(あるいはソース電極)であり、この下にオーミック金属層で形成される1層目のドレイン電極(あるいはソース電極)がある。またチップ中心から外側に伸びる櫛歯状のパッド金属層130が共通入力端子パッドICに接続される2層目のソース電極135(あるいはドレイン電極)であり、この下にオーミック金属層で形成される1層目のソース電極(あるいはドレイン電極)がある。   A comb-like pad metal layer 130 extending toward the center of the chip is a second drain electrode 136 (or source electrode) connected to the output terminal pad O1, and a layer formed of an ohmic metal layer below this drain electrode 136. There is an eye drain electrode (or source electrode). Further, a comb-like pad metal layer 130 extending outward from the center of the chip is a second-layer source electrode 135 (or drain electrode) connected to the common input terminal pad IC, and an ohmic metal layer is formed thereunder. There is a first-layer source electrode (or drain electrode).

HEMTの動作領域200aは一点鎖線で示す領域に設けられ、動作領域200aには、ソース電極135およびドレイン電極136が櫛歯をかみ合わせた形状に配置される。またソース電極135およびドレイン電極136間に、ゲート金属層120で形成されるゲート電極127が櫛歯形状に配置され、動作領域200aの一部とショットキー接合を形成する。   The HEMT operation region 200a is provided in a region indicated by a one-dot chain line. In the operation region 200a, a source electrode 135 and a drain electrode 136 are arranged in a shape in which comb teeth are engaged. A gate electrode 127 formed of the gate metal layer 120 is disposed in a comb shape between the source electrode 135 and the drain electrode 136, and forms a Schottky junction with a part of the operation region 200a.

FET1のゲート電極127と、制御端子パッドC1はコントロール抵抗R1で接続され、FET2のゲート電極127と制御端子パッドC2はコントロール抵抗R2で接続されている。コントロール抵抗R1、R2は、不純物領域200bにより構成される。また、各パッドの周辺にはアイソレーション向上のため、周辺不純物領域200cが設けられる。   The gate electrode 127 of FET1 and the control terminal pad C1 are connected by a control resistor R1, and the gate electrode 127 of FET2 and the control terminal pad C2 are connected by a control resistor R2. The control resistors R1 and R2 are constituted by the impurity region 200b. A peripheral impurity region 200c is provided around each pad to improve isolation.

ここでHEMTの動作領域200aは、バッファ層32に達する絶縁化層60を設けて分離した不純物領域である。またスイッチMMICではコントロール抵抗R1、R2を構成する不純物領域200bや、周辺不純物領域200cも絶縁化層60により分離される。本実施形態では、HEMTまたはスイッチMMICを構成する不純物領域200a、200b、200cをすべて第3不純物領域200とする。   Here, the HEMT operation region 200 a is an impurity region separated by providing an insulating layer 60 reaching the buffer layer 32. In the switch MMIC, the impurity regions 200b and the peripheral impurity regions 200c constituting the control resistors R1 and R2 are also separated by the insulating layer 60. In the present embodiment, the impurity regions 200a, 200b, and 200c constituting the HEMT or the switch MMIC are all defined as the third impurity region 200.

図4(B)の如く、HEMTの基板30は、半絶縁性GaAs基板31上に複数の半導体層を積層してなる。複数の半導体層は、ノンドープのバッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、障壁層36、安定層38、キャップ層37である。チャネル層35の上下には電子供給層33が配置され、さらにチャネル層35と電子供給層33間にはスペーサ層34が配置される。   As shown in FIG. 4B, the HEMT substrate 30 is formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a semi-insulating GaAs substrate 31. The plurality of semiconductor layers are a non-doped buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37. An electron supply layer 33 is disposed above and below the channel layer 35, and a spacer layer 34 is disposed between the channel layer 35 and the electron supply layer 33.

バッファ層32は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度である。障壁層36となるノンドープのAlGaAs層は、電子供給層33と当接してその上に設けられる。すなわち安定層38と電子供給層33間に配置され、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保している。   The buffer layer 32 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and its film thickness is about several thousand Å. The non-doped AlGaAs layer serving as the barrier layer 36 is provided in contact with the electron supply layer 33. That is, it is disposed between the stable layer 38 and the electron supply layer 33, and ensures a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage.

安定層38は、障壁層36と当接してその上に設けられ酸化しにくいため外部からの化学的ストレスに強く信頼性上安定なInGaP層であり、膜厚は100Å程度である。尚、図ではn+InGaP層の安定層38を示しているが、安定層38はノンドープInGaP層であってもよい。又、安定層38はエッチストップ層としても機能する。安定層38は、その上層のキャップ層37と同じパターンでエッチングされている。しかし、安定層38をノンドープInGaP層とし、安定層38をエッチングせず安定層38上にゲート電極127を設けても良い。   The stable layer 38 is an InGaP layer which is provided on and in contact with the barrier layer 36 and hardly oxidizes and is resistant to chemical stress from the outside and is stable in reliability, and has a thickness of about 100 mm. In the figure, the stable layer 38 of the n + InGaP layer is shown, but the stable layer 38 may be a non-doped InGaP layer. The stable layer 38 also functions as an etch stop layer. The stable layer 38 is etched in the same pattern as that of the upper cap layer 37. However, the stable layer 38 may be a non-doped InGaP layer, and the gate electrode 127 may be provided on the stable layer 38 without etching the stable layer 38.

更にキャップ層となるn+GaAs層37を最上層に積層する。キャップ層37の厚みは600Å以上、不純物濃度は、2×1018cm−3以上であり、好適には膜厚が1000Å程度、不純物濃度が3×1018cm−3以上である。電子供給層33は、チャネル層35よりバンドギャップが大きい材料が用いられる。また、電子供給層33のn+AlGaAs層のn型不純物(例えばSi)の不純物濃度は、Vp、オン抵抗Ron、耐圧に関係するが本実施形態では2〜4×1018cm−3程度(好適には2.6×1018cm−3)とする。 Further, an n + GaAs layer 37 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer. The cap layer 37 has a thickness of 600 mm or more and an impurity concentration of 2 × 10 18 cm −3 or more, preferably a film thickness of about 1000 mm and an impurity concentration of 3 × 10 18 cm −3 or more. The electron supply layer 33 is made of a material having a larger band gap than the channel layer 35. The impurity concentration of the n-type impurity (for example, Si) in the n + AlGaAs layer of the electron supply layer 33 is related to Vp, on-resistance Ron, and breakdown voltage, but in this embodiment, about 2 to 4 × 10 18 cm −3 (preferably Is 2.6 × 10 18 cm −3 ).

また、結晶に歪みが発生することによるスリットなどの結晶欠陥を防止するため、InGaP層(安定層)38をGaAs、つまりここではn+GaAs層(キャップ層)37およびノンドープAlGaAs層(障壁層)36と格子整合させる。また、ノンドープAlGaAs層(障壁層)36と電子供給層33は共にAlGaAs層であるため格子整合している。   In addition, in order to prevent crystal defects such as slits caused by distortion in the crystal, the InGaP layer (stable layer) 38 is formed of GaAs, that is, the n + GaAs layer (cap layer) 37 and the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 here. Match the lattice. Further, since the non-doped AlGaAs layer (barrier layer) 36 and the electron supply layer 33 are both AlGaAs layers, they are lattice-matched.

キャップ層37は所望の形状にパターンニングされ、1層目のソース電極115およびドレイン電極116がそれぞれコンタクトするソース領域37s、ドレイン領域37dとなる。ソース電極115およびドレイン電極116上には、パッド金属層130で形成される2層目のソース電極135、ドレイン電極136がそれぞれコンタクトする。ゲート電極127は、ソース領域37s、ドレイン領域37d間に配置される。   The cap layer 37 is patterned into a desired shape to become a source region 37s and a drain region 37d with which the first-layer source electrode 115 and drain electrode 116 are in contact, respectively. On the source electrode 115 and the drain electrode 116, a second-layer source electrode 135 and drain electrode 136 formed of the pad metal layer 130 are in contact with each other. The gate electrode 127 is disposed between the source region 37s and the drain region 37d.

HEMTの動作領域200aは、バッファ層32に達する絶縁化層(ここでは不図示)を設けて分離した第3不純物領域200のうち、HEMTのソース電極115、135、ドレイン電極116、136およびゲート電極127が配置される領域の半導体層をいう。すなわち電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、スペーサ層34、障壁層36、安定層38、キャップ層37などのHEMTを構成する各半導体層をすべて含んだ不純物領域を、動作領域200aとする。   The HEMT operation region 200a includes the HEMT source electrodes 115 and 135, the drain electrodes 116 and 136, and the gate electrode among the third impurity regions 200 separated by providing an insulating layer (not shown here) reaching the buffer layer 32. A semiconductor layer in a region where 127 is disposed. That is, the impurity region including all the semiconductor layers constituting the HEMT such as the electron supply layer 33, the channel (electron transit) layer 35, the spacer layer 34, the barrier layer 36, the stable layer 38, and the cap layer 37 is defined as the operation region 200a. To do.

ゲート電極127は、キャップ層37および安定層38のパターンニングにより露出した動作領域200a表面の障壁層36とショットキー接合を形成する。   The gate electrode 127 forms a Schottky junction with the barrier layer 36 on the surface of the operation region 200 a exposed by patterning of the cap layer 37 and the stable layer 38.

ゲート電極127は、例えばPt/Moであり、これらの蒸着膜厚はPtが45Å、Moが50Åである。そして、最下層金属のPtの一部を熱処理により障壁層36に埋め込んだ構造である。埋め込まれたPtはゲート電極127として機能する。埋め込まれたPtの深さは例えば108Åであり、その底部は障壁層36内に位置する。これにより、−0.8Vのピンチオフ電圧を実現している。   The gate electrode 127 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness thereof is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo. In addition, a part of Pt, which is the lowermost layer metal, is embedded in the barrier layer 36 by heat treatment. The buried Pt functions as the gate electrode 127. The depth of the buried Pt is, for example, 108 mm, and its bottom is located in the barrier layer 36. As a result, a pinch-off voltage of -0.8V is realized.

Ptの蒸着膜厚が110Å以下の場合、Ptの埋め込み深さはPtの蒸着膜厚の2.4倍と比例係数が一定のリニアな特性となる。つまり、Ptの蒸着膜厚によって埋め込み深さを制御することができる。そして埋め込まれたPtはゲート電極として機能するため、HEMTのゲート電極の底部を埋め込み深さ分だけ深い位置に設けたことと同様となる。つまり、Ptの蒸着膜厚が110Å以下であれば埋め込み深さを制御することによってHEMTのピンチオフ電圧(以下Vp)を制御することができ、これはPtの蒸着膜厚によってHEMTのVpが容易に制御できることを意味する。   When the deposited film thickness of Pt is 110 mm or less, the Pt embedding depth is 2.4 times the deposited film thickness of Pt and has a linear characteristic with a constant proportional coefficient. That is, the embedding depth can be controlled by the deposited film thickness of Pt. Since the buried Pt functions as a gate electrode, the bottom of the gate electrode of the HEMT is provided at a position deeper than the embedding depth. That is, if the deposited film thickness of Pt is 110 mm or less, the HEMT pinch-off voltage (hereinafter referred to as Vp) can be controlled by controlling the embedding depth. This is because the VMT of HEMT can be easily controlled by the deposited film thickness of Pt. It means that it can be controlled.

ところで、Ptを蒸着する際の生産ばらつきは±10%である。つまり蒸着膜厚が厚くなるほど、生産ばらつきが大きくなるため、埋め込み深さのばらつきも大きくなる。具体的にはPtの蒸着膜厚が60Åより大きくなると、VpばらつきがHEMTに要求されるばらつきの許容範囲を超えてしまう。   Incidentally, the production variation when depositing Pt is ± 10%. That is, as the deposited film thickness increases, the production variation increases, and therefore the embedded depth variation also increases. Specifically, when the deposited film thickness of Pt becomes larger than 60 mm, the Vp variation exceeds the variation allowable range required for the HEMT.

一方、Ptの蒸着膜厚が40Åより薄い場合には、Ptの蒸着時間が短すぎて、やはりPtの蒸着膜厚のばらつきが大きくなる。従って、埋め込みゲート構造を採用する場合には、Ptの蒸着膜厚は40Å〜60Åが好適である。   On the other hand, when the Pt vapor deposition film thickness is less than 40 mm, the Pt vapor deposition time is too short, and the dispersion of the Pt vapor deposition film thickness is also large. Therefore, when adopting the buried gate structure, the deposited film thickness of Pt is preferably 40 to 60 mm.

また、Ptの上には例えばMoなど、Pt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属をPtに引き続き連続して蒸着することが望ましい。Ptのみでゲート電極を形成した場合、Pt蒸着後からPt埋め込み熱処理までの間にPt表面に異物が付着することがある。その場合、付着した異物までPt埋め込み熱処理反応に関与することになり、FET特性が劣化する。MoでPtの上を覆うことにより、Mo上に同様の異物が付着した場合でも、Moがバリアとなりその異物がPt埋め込み熱処理反応に関与することは無い。Moの厚みはあまり厚くするとPtとの間でストレスが発生するため、最大でもPtの厚みと同程度とすることが望ましい。Pt厚みは40〜60ÅのためMoも50Å程度とする。   Further, it is desirable that a metal that does not react with GaAs in Pt embedment heat treatment, such as Mo, is continuously deposited on Pt following Pt. When the gate electrode is formed of only Pt, foreign matter may adhere to the Pt surface between the time after Pt deposition and the time when Pt is embedded. In that case, even the adhering foreign matter is involved in the Pt embedding heat treatment reaction, and the FET characteristics are deteriorated. By covering the top of Pt with Mo, even if the same foreign matter adheres to Mo, Mo becomes a barrier and the foreign matter does not participate in the Pt embedding heat treatment reaction. If the thickness of Mo is too large, stress occurs between Pt and it is desirable that the thickness of Mo be at most the same as the thickness of Pt. Since Pt thickness is 40 to 60 mm, Mo is also set to about 50 mm.

ゲート電極の蒸着膜厚が薄いと、ゲート電極自体の抵抗値が高くなる。しかしスイッチMMICの場合、ゲート電極から制御端子までの間に10KΩ程度以上の抵抗(コントロール抵抗)が挿入されるため、ゲート電極自体の抵抗値は高くても問題ない。従って、Ptが40〜60Åで、Moが50Åというゲート金属層の構造が好適である。   When the deposited film thickness of the gate electrode is thin, the resistance value of the gate electrode itself increases. However, in the case of the switch MMIC, since a resistance (control resistance) of about 10 KΩ or more is inserted between the gate electrode and the control terminal, there is no problem even if the resistance value of the gate electrode itself is high. Therefore, a gate metal layer structure in which Pt is 40 to 60% and Mo is 50% is preferable.

上記のHEMTの製造方法について、以下HEMTの動作領域およびモニターFETの断面図である図5〜図11を参照して説明する。なお各断面図において、(A)は図4(A)のd−d線断面図、(B)は図1(B)のb−b線断面図、(C)は図1(B)のa−a線断面図を示す。   The method for manufacturing the HEMT will be described below with reference to FIGS. 5 to 11 which are sectional views of the operating region of the HEMT and the monitor FET. In each cross-sectional view, (A) is a cross-sectional view taken along the line dd in FIG. 4 (A), (B) is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG. 1 (B), and (C) is the cross-sectional view in FIG. Aa line sectional drawing is shown.

本実施形態の化合物半導体装置の製造方法は、複数の半導体層を積層した化合物半導体基板にHEMTを形成する製造工程中にHEMTの電気的特性を、モニターFETを測定することにより把握する化合物半導体装置の製造方法であり、基板を絶縁化層で分離し、モニターFETを構成する第1不純物領域および第2不純物領域と、HEMTを構成する第3不純物領域を形成する工程と、オーミック金属層により第1不純物領域上に第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成し、第3不純物領域上に第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、ゲート金属層により第1不純物領域上に第1ゲート電極を、第2不純物領域上にゲートパッド電極を形成してモニターFETを形成し、第3不純物領域上に第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、全面に絶縁膜を設け、オーミック金属層およびゲートパッド電極上の所定の位置の絶縁膜に開口部を形成する工程と、第1ソース電極および第1ドレイン電極およびゲートパッド電極にプローブを接触させ、モニターFETの電気的特性を測定する工程と、から構成される。   The manufacturing method of the compound semiconductor device of this embodiment is a compound semiconductor device that grasps the electrical characteristics of the HEMT by measuring the monitor FET during the manufacturing process of forming the HEMT on the compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked. The substrate is separated by an insulating layer, the first impurity region and the second impurity region constituting the monitor FET, the third impurity region constituting the HEMT, and the ohmic metal layer Forming a first source electrode and a first drain electrode on one impurity region, forming a second source electrode and a second drain electrode on the third impurity region, and forming a first metal region on the first impurity region by a gate metal layer; A monitor FET is formed by forming one gate electrode, a gate pad electrode on the second impurity region, and a second gate electrode on the third impurity region. A step of forming each, a step of forming an insulating film on the entire surface, forming an opening in the insulating film at a predetermined position on the ohmic metal layer and the gate pad electrode, a first source electrode, a first drain electrode, and a gate pad A probe is brought into contact with the electrode, and the electrical characteristics of the monitor FET are measured.

第1工程(図5):基板を絶縁化層で分離し、モニターFETを構成する第1不純物領域および第2不純物領域と、HEMTを構成する第3不純物領域を形成する工程。   First step (FIG. 5): a step of separating the substrate with an insulating layer, and forming a first impurity region and a second impurity region constituting the monitor FET, and a third impurity region constituting the HEMT.

図5のごとく、半絶縁性GaAs基板31上に複数の半導体層を積層する。半導体層は、バッファ層32、電子供給層33、チャネル(電子走行)層35、電子供給層33、障壁層36、安定層38、キャップ層37であり、電子供給層33とチャネル層35間には、スペーサ層34が配置される。   As shown in FIG. 5, a plurality of semiconductor layers are stacked on a semi-insulating GaAs substrate 31. The semiconductor layers are a buffer layer 32, an electron supply layer 33, a channel (electron travel) layer 35, an electron supply layer 33, a barrier layer 36, a stable layer 38, and a cap layer 37, and between the electron supply layer 33 and the channel layer 35. The spacer layer 34 is disposed.

ノンドープのバッファ層32は、不純物が添加されていない高抵抗層であり、その膜厚は、数千Å程度で、複数の層で形成される場合が多い。   The non-doped buffer layer 32 is a high-resistance layer to which no impurity is added, and has a film thickness of about several thousand cm and is often formed of a plurality of layers.

バッファ層32上に、電子供給層のn+AlGaAs層33、スペーサ層34、チャネル層のノンドープInGaAs層35、スペーサ層34、電子供給層のn+AlGaAs層33を順次形成する。電子供給層33は、チャネル層35よりバンドギャップが大きい材料が用いられ、n型不純物(例えばSi)が2〜4ラ1018cm−3程度(例えば2.6×1018cm−3)に添加されている。 On the buffer layer 32, an n + AlGaAs layer 33 serving as an electron supply layer, a spacer layer 34, a non-doped InGaAs layer 35 serving as a channel layer, a spacer layer 34, and an n + AlGaAs layer 33 serving as an electron supply layer are sequentially formed. The electron supply layer 33, channel layer 35 material having a large band gap is used than, n-type impurities (e.g., Si) of about 2 to 4 la 10 18 cm -3 (e.g. 2.6 × 10 18 cm -3) It has been added.

障壁層36は、所定の耐圧とピンチオフ電圧を確保するため、電子供給層33上に積層されたノンドープAlGaAs層である。その上層に酸化しにくいため外部からの化学的ストレスに強く信頼性上安定な安定層38を設ける。安定層38は、ノンドープInGaP層またはn+InGaP層であり、エッチストップ層としても機能する。更にキャップ層となるn+GaAs層37を最上層に積層する。   The barrier layer 36 is a non-doped AlGaAs layer stacked on the electron supply layer 33 in order to ensure a predetermined breakdown voltage and pinch-off voltage. A stable layer 38 that is resistant to chemical stress from the outside and is stable in terms of reliability is provided on the upper layer because it is difficult to oxidize. The stable layer 38 is a non-doped InGaP layer or an n + InGaP layer, and also functions as an etch stop layer. Further, an n + GaAs layer 37 serving as a cap layer is laminated on the uppermost layer.

安定層38は、100Åの膜厚であり、その下層の障壁層36は、250Åの膜厚である。また、キャップ層37は、1000Åであり、不純物濃度は、3×1018cm−3以上である。 The stable layer 38 has a thickness of 100 mm, and the underlying barrier layer 36 has a thickness of 250 mm. The cap layer 37 has a thickness of 1000 、, and the impurity concentration is 3 × 10 18 cm −3 or more.

このように、本実施形態のHEMTはチャネル層35の上下に電子供給層33を配置したダブルへテロ接合構造を採用している。   As described above, the HEMT of this embodiment employs a double heterojunction structure in which the electron supply layers 33 are disposed above and below the channel layer 35.

そして、基板全面に、初期窒化膜50を堆積する。初期窒化膜50は、ウェハ投入後の基板表面の保護膜となる。または、後の工程で絶縁化層を形成する際に注入される不純物の活性化アニールの保護膜となる。あるいは、これらの両方に共用される。   Then, an initial nitride film 50 is deposited on the entire surface of the substrate. The initial nitride film 50 serves as a protective film on the substrate surface after the wafer is loaded. Alternatively, it becomes a protective film for activation annealing of impurities implanted when an insulating layer is formed in a later step. Or they are shared by both.

レジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィプロセスによりアライメントマークのパターンが開口されたマスクを形成する。このマスクにより初期窒化膜50およびキャップ層37の一部をエッチングしてアライメントマーク(不図示)を形成する。   A resist (not shown) is provided, and a mask in which an alignment mark pattern is opened is formed by a photolithography process. The initial nitride film 50 and a part of the cap layer 37 are etched using this mask to form alignment marks (not shown).

レジスト除去後新たなレジスト(不図示)を設けてフォトリソグラフィプロセスにより絶縁化層を形成するためのマスクを形成する。初期窒化膜50上からボロン(B+)をイオン注入し、レジストを除去した後、500℃、30秒程度のアニールを行う。これにより、バッファ層32に達する絶縁化層60が形成される。   After removing the resist, a new resist (not shown) is provided, and a mask for forming an insulating layer is formed by a photolithography process. Boron (B +) is ion-implanted from above the initial nitride film 50 and the resist is removed, followed by annealing at 500 ° C. for about 30 seconds. Thereby, the insulating layer 60 reaching the buffer layer 32 is formed.

絶縁化層60は、電気的に完全な絶縁ではなく、不純物(B+)をイオン注入することによりエピタキシャル層にキャリアトラップを設け、絶縁化した領域である。つまり、絶縁化層60にもエピタキシャル層として不純物は存在しているが、絶縁化のためのB+注入により不活性化されている。   The insulating layer 60 is not electrically completely insulated but is an insulating region in which carrier traps are provided in the epitaxial layer by ion implantation of impurities (B +). That is, impurities are present as an epitaxial layer in the insulating layer 60, but are inactivated by B + implantation for insulation.

すなわち、所定のパターンに絶縁化層60を形成することにより、HEMTの動作領域200aや、コントロール抵抗を構成する不純物領域200b(不図示)、周辺不純物領域200c(不図示)となる第3不純物領域200を分離する(図5(A))。   That is, by forming the insulating layer 60 in a predetermined pattern, the third impurity region which becomes the HEMT operation region 200a, the impurity region 200b (not shown) constituting the control resistance, and the peripheral impurity region 200c (not shown). 200 is separated (FIG. 5A).

同時に、モニターFET160を構成する第1不純物領域161、第2不純物領域162も絶縁化層60により分離される(図5(B)、(C))。   At the same time, the first impurity region 161 and the second impurity region 162 constituting the monitor FET 160 are also separated by the insulating layer 60 (FIGS. 5B and 5C).

第2工程(図6):オーミック金属層により第1不純物領域上に第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成し、第3不純物領域上に第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程。   Second step (FIG. 6): forming a first source electrode and a first drain electrode on the first impurity region by using an ohmic metal layer, and forming a second source electrode and a second drain electrode on the third impurity region. .

全面の初期窒化膜50を除去し、キャップ層37を露出させる。本実施形態では初期窒化膜50を除去し、後の工程で新たにゲートのリセスエッチングのためのマスクとなる窒化膜を堆積する。これにより、後の窒化膜を均一な膜厚に形成することができる。   The initial nitride film 50 on the entire surface is removed, and the cap layer 37 is exposed. In this embodiment, the initial nitride film 50 is removed, and a nitride film serving as a mask for the recess etching of the gate is newly deposited in a later process. Thereby, the subsequent nitride film can be formed in a uniform film thickness.

新たなレジストPRを全面に塗布し、フォトリソグラフィプロセスによりオーミック電極を形成するためのマスクを形成する。そして全面にオーミック金属層(AuGe/Ni/Au)110を蒸着する。   A new resist PR is applied to the entire surface, and a mask for forming an ohmic electrode is formed by a photolithography process. Then, an ohmic metal layer (AuGe / Ni / Au) 110 is deposited on the entire surface.

その後、リフトオフし、アロイする。これにより、第1不純物領域161上に、それぞれ第1ソース電極および第1ドレイン電極となるモニターソース電極163、モニタードレイン電極164が形成される。   Then lift off and alloy. As a result, the monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164 that become the first source electrode and the first drain electrode, respectively, are formed on the first impurity region 161.

また、HEMTの動作領域200aの一部にコンタクトし、それぞれ第2ソース電極および第2ドレイン電極となる1層目のソース電極115およびドレイン電極116が形成される。   In addition, the source electrode 115 and the drain electrode 116 of the first layer that are in contact with a part of the operation region 200a of the HEMT and respectively become the second source electrode and the second drain electrode are formed.

その後全面に、第1窒化膜511を形成する。この第1窒化膜511は、ゲートのリセスエッチングのマスクとなる。第1窒化膜511は、ほぼ均一な膜厚および膜質で、ソース電極115およびドレイン電極116の表面および側面と、これらの付近のキャップ層37に密着して被覆する。すなわちソース電極115(ドレイン電極116も同様)とキャップ層37の段差はまんべんなく覆われ、ソース電極115(ドレイン電極116)周囲に隙間が形成されることはない。これにより、以降の製造工程中、またはウエハ完成後において薬液及び水分から、ソース電極115およびドレイン電極116電極の付近のキャップ層37表面を完全に保護することができる。従ってガルバニック効果の発生を防止できる。   Thereafter, a first nitride film 511 is formed on the entire surface. The first nitride film 511 serves as a mask for recess etching of the gate. The first nitride film 511 has a substantially uniform film thickness and film quality, and is in close contact with the surface and side surfaces of the source electrode 115 and the drain electrode 116 and the cap layer 37 in the vicinity thereof. That is, the step between the source electrode 115 (same as the drain electrode 116) and the cap layer 37 is completely covered, and no gap is formed around the source electrode 115 (drain electrode 116). Thereby, the surface of the cap layer 37 in the vicinity of the source electrode 115 and the drain electrode 116 can be completely protected from the chemical solution and moisture during the subsequent manufacturing process or after completion of the wafer. Therefore, the occurrence of the galvanic effect can be prevented.

第3工程(図7および図8):ゲート金属層により第1不純物領域上に第1ゲート電極を、第2不純物領域上にゲートパッド電極を形成してモニターFETを形成し、第3不純物領域上に第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程。   Third step (FIGS. 7 and 8): a first FET is formed on the first impurity region and a gate pad electrode is formed on the second impurity region by the gate metal layer to form a monitor FET; Forming a second gate electrode thereon;

ゲート電極形成のために新たなレジストPRを設ける。フォトリソグラフィプロセスによりゲート電極の形成領域がパターンニングされたマスクを形成する。そして、マスクの開口部分に露出した第1窒化膜511を除去し、ゲートのリセスエッチングを行う。すなわち第1窒化膜511の開口部OPに露出したキャップ層37を更にウェットエッチングにより除去し、開口部OPに安定層であるInGaP層38を露出させる。   A new resist PR is provided for forming the gate electrode. A mask in which the formation region of the gate electrode is patterned is formed by a photolithography process. Then, the first nitride film 511 exposed in the opening of the mask is removed, and the gate is etched by recess. That is, the cap layer 37 exposed in the opening OP of the first nitride film 511 is further removed by wet etching, and the InGaP layer 38 that is a stable layer is exposed in the opening OP.

キャップ層37は耐圧を確保するため、ゲート電極の形成領域幅より大きい所定の寸法にサイドエッチングされる。所定の寸法とは、例えば後に形成されるゲート電極から0.3μmの距離である。このときキャップ層のGaAs層とその下の安定層のInGaP層とは選択エッチングされるため、サイドエッチングの際InGaP層がエッチングされることは無い。キャップ層37のエッチングにより動作領域200aのキャップ層37が分離され、ソース電極115にコンタクトするソース領域37s、およびドレイン電極116にコンタクトするドレイン領域37dとなる。   The cap layer 37 is side-etched to a predetermined dimension larger than the width of the gate electrode formation region in order to ensure a breakdown voltage. The predetermined dimension is, for example, a distance of 0.3 μm from a gate electrode to be formed later. At this time, the GaAs layer as the cap layer and the InGaP layer as the stable layer therebelow are selectively etched, so that the InGaP layer is not etched during the side etching. By etching the cap layer 37, the cap layer 37 in the operation region 200 a is separated into a source region 37 s that contacts the source electrode 115 and a drain region 37 d that contacts the drain electrode 116.

キャップ層37のサイドエッチングによりキャップ層37から第1窒化膜511がひさし状に張り出す。張り出したひさし部は表面にレジストが密着しているため、裏側からプラズマエッチングにより除去する。ひさし部を残したままでは、ゲート電極127形成の際レジストが均一に塗布できず、ゲート電極127が正常に形成できない。またゲート電極127が形成できても、後に形成するパッシベーション膜となる窒化膜が、ひさし部の下に形成されず、ゲート電極127周囲に空洞が形成されるため信頼性上問題となる。   By side etching of the cap layer 37, the first nitride film 511 protrudes from the cap layer 37 in an eave shape. The overhanging eaves part is removed by plasma etching from the back side because the resist is in close contact with the surface. If the eaves are left, the resist cannot be applied uniformly when forming the gate electrode 127, and the gate electrode 127 cannot be formed normally. Even if the gate electrode 127 can be formed, a nitride film to be a passivation film to be formed later is not formed under the eaves portion, and a cavity is formed around the gate electrode 127, which causes a problem in reliability.

ここで、ひさし部をウエットエッチングで除去すると、動作領域200aがダメージを受けることが無く、ひさし部の除去により表面空乏層が電子供給層のn+AlGaAs層233、またはチャネル層のノンドープInGaAs層235にまで達してオン抵抗が増加する問題は防げる。しかし、ウェットエッチングはオーバーエッチになりやすく、ソース電極115(ドレイン電極116)が露出してしまう場合もある。これにより、ガルバニック効果によりキャップ層37が工程中にエッチングされる恐れがあるので、ウェットエッチングは不適当である。   Here, when the eaves portion is removed by wet etching, the operation region 200a is not damaged, and the removal of the eaves portion causes the surface depletion layer to reach the n + AlGaAs layer 233 of the electron supply layer or the non-doped InGaAs layer 235 of the channel layer. The problem of increasing the on-resistance by reaching it can be prevented. However, wet etching tends to be overetched, and the source electrode 115 (drain electrode 116) may be exposed. As a result, the cap layer 37 may be etched during the process due to the galvanic effect, so wet etching is inappropriate.

そこで、ドライエッチングによりひさし部を除去する。そしてこのときひさし部を除去する際ドライエッチングのプラズマにさらされる動作領域200a表面は安定なInGaP層38で覆われている。このため、動作領域200aにダメージを与えずに、エッチングができる。また、ドライエッチングであるので、ひさし部のみ除去することができ、第1窒化膜511はオーバエッチングされることはない。   Therefore, the eaves portion is removed by dry etching. At this time, the surface of the operation region 200a exposed to dry etching plasma when the eaves are removed is covered with a stable InGaP layer 38. Therefore, etching can be performed without damaging the operation region 200a. Further, since dry etching is used, only the eaves portion can be removed, and the first nitride film 511 is not over-etched.

その後、レジストPRをそのままに、露出したInGaP層38を更にエッチングして除去し図の如く障壁層36を露出させる。このように、プラズマエッチングの際には、動作領域200a表面をInGaP層38により保護し、その後プラズマダメージを受けたInGaP層38を除去することにより、清浄な障壁層36にゲート電極127を形成できる。   Thereafter, while exposing the resist PR, the exposed InGaP layer 38 is further etched and removed to expose the barrier layer 36 as shown. As described above, when plasma etching is performed, the surface of the operation region 200a is protected by the InGaP layer 38, and then the InGaP layer 38 that has undergone plasma damage is removed, whereby the gate electrode 127 can be formed on the clean barrier layer 36. .

また、この工程においてモニターFET160の第1不純物領域161の一部および、第2不純物領域162も同様にエッチングされる。すなわち、キャップ層37をエッチングにより除去した後、ひさし部の除去を行う。その後安定層38を除去して障壁層36を露出させる。   In this step, a part of the first impurity region 161 of the monitor FET 160 and the second impurity region 162 are similarly etched. That is, after the cap layer 37 is removed by etching, the eaves portion is removed. Thereafter, the stable layer 38 is removed to expose the barrier layer 36.

次に、全面にゲート金属層120を蒸着する。ゲート金属層120は、例えばPt/Moであり、蒸着膜厚は、Ptが45Å、Moが50Åである(図7)。   Next, a gate metal layer 120 is deposited on the entire surface. The gate metal layer 120 is, for example, Pt / Mo, and the deposited film thickness is 45 mm for Pt and 50 mm for Mo (FIG. 7).

その後、リフトオフし、ゲート金属層120の最下層金属のPtを埋め込む熱処理を施す。これにより、Ptは障壁層36とショットキー接合を保ったまま一部が障壁層36内に埋め込まれる。そして、第1不純物領域161のモニターソース電極163およびモニタードレイン電極164間に露出した障壁層36上に、モニターゲート電極165が形成される。また、第2不純物領域162に露出した障壁層36上にゲートパッド電極166が形成され、モニターFET160が形成される。同時に第3不純物領域である動作領域200aに露出した障壁層36上にゲート電極127が形成される。   Thereafter, lift-off is performed, and a heat treatment for embedding Pt of the lowermost layer metal of the gate metal layer 120 is performed. As a result, a part of Pt is embedded in the barrier layer 36 while maintaining a Schottky junction with the barrier layer 36. A monitor gate electrode 165 is formed on the barrier layer 36 exposed between the monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164 in the first impurity region 161. Further, the gate pad electrode 166 is formed on the barrier layer 36 exposed in the second impurity region 162, and the monitor FET 160 is formed. At the same time, the gate electrode 127 is formed on the barrier layer 36 exposed in the operation region 200a which is the third impurity region.

埋め込まれたPtの深さは例えば108Åである。埋め込まれたPtは、PtAsとなり、基板表面に蒸着されたPtは、埋め込みのための熱処理によってPtGaとなる。(図8))。 The depth of the embedded Pt is, for example, 108 mm. The embedded Pt becomes PtAs 2 , and Pt deposited on the substrate surface becomes PtGa by the heat treatment for embedding. (FIG. 8)).

尚、図示は省略するがスイッチ回路装置の場合には、ゲート電極127が束ねられるゲート配線も本工程により形成される。   Although not shown, in the case of a switch circuit device, a gate wiring for bundling the gate electrode 127 is also formed by this step.

ゲート金属層120としてPtの上にはMoなどPt埋め込み熱処理においてGaAsと反応しない金属を、Ptに引き続き連続して蒸着することが望ましい。ゲート金属層はPt/Moが好適である。   On the Pt as the gate metal layer 120, it is desirable to continuously deposit a metal such as Mo that does not react with GaAs in the Pt embedding heat treatment, following the Pt. The gate metal layer is preferably Pt / Mo.

熱によりGaAsと反応しない金属としてMoの替わりにW(タングステン)も考えられるが、Wは融点が高いため一般にはスパッタで形成しており蒸着では形成できない。従ってPtの蒸着と連続してWは形成できず、またスパッタの場合高熱が発生するためレジストが耐えられずリフトオフによる形成も不可能である。   As a metal that does not react with GaAs due to heat, W (tungsten) may be considered instead of Mo. However, since W has a high melting point, it is generally formed by sputtering and cannot be formed by vapor deposition. Therefore, W cannot be formed continuously with the vapor deposition of Pt, and since high heat is generated in the case of sputtering, the resist cannot withstand and formation by lift-off is impossible.

本実施形態では、ゲート電極の最下層金属の一部を基板表面に埋め込んだ、埋め込みゲート構造とすることにより、HEMTの特性を向上させることができる。これは図の如く埋め込まれたPtは底部の端が丸いためである。これにより、底部の端が尖っている埋め込みゲート構造ではないゲート電極(例えばTi/Pt/Au)に比べ、ゲート電極に逆バイアスが印加される際、電界強度が分散される。つまり埋め込みゲート構造は、最大電界強度が弱まり耐圧が大幅に上がるためである。   In the present embodiment, the HEMT characteristics can be improved by using an embedded gate structure in which a part of the lowermost layer metal of the gate electrode is embedded in the substrate surface. This is because Pt embedded as shown in the figure has a round bottom end. Accordingly, the electric field strength is dispersed when a reverse bias is applied to the gate electrode, as compared with a gate electrode (for example, Ti / Pt / Au) that does not have a buried gate structure with a sharp bottom end. That is, the buried gate structure is because the maximum electric field strength is weakened and the breakdown voltage is significantly increased.

逆に所定の耐圧に設計する場合、埋め込みゲート構造ではゲート電極付近の電界強度が弱まる分、電子供給層33の不純物濃度を大幅に上げることができ、オン抵抗Ronを大幅に小さくすることができる。つまり、本実施形態の電子供給層33は、スイッチ回路を構成するHEMTが最大限の特性が得られるよう、設計されている。   Conversely, when designing to a predetermined breakdown voltage, the buried gate structure can greatly increase the impurity concentration of the electron supply layer 33 as the electric field strength near the gate electrode is weakened, and can greatly reduce the on-resistance Ron. . That is, the electron supply layer 33 of the present embodiment is designed so that the HEMT constituting the switch circuit can obtain the maximum characteristics.

そして、所定の耐圧を確保するためゲート電極127は、ノンドープ層である障壁層36表面に蒸着され、障壁層36内にその一部が埋め込まれる。つまり、ゲート電極127から電子供給層33に至るまでの間に不純物が添加された層が無く、実質的に電子供給層33に連続するノンドープ層36に、ゲート電極127が設けられたこととなる。   In order to ensure a predetermined breakdown voltage, the gate electrode 127 is deposited on the surface of the barrier layer 36 which is a non-doped layer, and a part of the gate electrode 127 is embedded in the barrier layer 36. That is, there is no layer doped with impurities between the gate electrode 127 and the electron supply layer 33, and the gate electrode 127 is provided in the non-doped layer 36 that is substantially continuous with the electron supply layer 33. .

このように、ダブルへテロ接合構造で、電子供給層33に連続するノンドープ層にゲート電極が設けられた構造により、HEMTは所定の耐圧を確保しながら非常に低いオン抵抗を実現することができる。すなわち20Vのゲート耐圧を有しながら、Pt埋め込みゲート構造、ダブルへテロ接合構造、電子供給層からゲート電極までをすべてノンドープ層とする構造を採用することにより、電子供給層の濃度を2.6×1018cm−3まで上げることができる。この結果Vp=−0.8Vにおけるゲート幅1mmあたりのオン抵抗として、ゲート電圧Vg=0Vの場合にオン抵抗Ron=1.4Ω/mmを実現した。このオン抵抗の値はスイッチ用HEMTとしては極めて低いといえる。 As described above, the HEMT can realize a very low on-resistance while ensuring a predetermined breakdown voltage by the double heterojunction structure and the structure in which the gate electrode is provided in the non-doped layer continuous to the electron supply layer 33. . In other words, by adopting a Pt buried gate structure, a double heterojunction structure, and a structure in which the electron supply layer to the gate electrode are all non-doped layers while having a gate breakdown voltage of 20 V, the concentration of the electron supply layer is 2.6. × 10 18 cm -3 can be increased. As a result, an on-resistance Ron = 1.4Ω / mm was realized when the gate voltage Vg = 0V as the on-resistance per 1 mm of the gate width at Vp = −0.8V. It can be said that the on-resistance value is extremely low for a switching HEMT.

尚、安定層38をノンドープのInGaP層としてもよい。これにより安定層38をエッチングせず、すなわち図7に示す工程でレジストPRの開口部の第1窒化膜511をエッチング後、キャップ層37のみエッチングして安定層38を露出させ、第1窒化膜511のひさし部をドライエッチングで除去し、安定層38上にゲート金属層120を蒸着する構造としてもよい。そして図8に示す工程で熱処理を施すことにより、ゲート金属層120のPtの一部がノンドープ層である安定層38に埋め込まれる。安定層38表面はひさし部除去のためのドライエッチングにさらされるが、安定層38は、Alを含むため酸化されやすいAlGaAsに比べ、化学的に変化しにくい。安定層38表面が多少ダメージを受けていたとしても、ゲート金属層120のPtの一部は安定層38に埋め込まれるため、ゲート電極の底はダメージの無い場所に位置しており、ドライエッチングによりHEMTの特性が劣化することはない。この場合でもゲート電極127から電子供給層33に至るまでの間に不純物が添加された層が無く、実質的に電子供給層33に連続するノンドープ層36および38に、ゲート電極127が設けられたこととなる。   The stable layer 38 may be a non-doped InGaP layer. Thus, the stable layer 38 is not etched, that is, after etching the first nitride film 511 in the opening of the resist PR in the step shown in FIG. 7, only the cap layer 37 is etched to expose the stable layer 38, and the first nitride film The elongate portion 511 may be removed by dry etching, and the gate metal layer 120 may be deposited on the stable layer 38. Then, by performing a heat treatment in the process shown in FIG. 8, a part of Pt of the gate metal layer 120 is embedded in the stable layer 38 which is a non-doped layer. Although the surface of the stable layer 38 is exposed to dry etching for removing the eaves portion, the stable layer 38 is hardly changed chemically compared to AlGaAs that is easily oxidized because it contains Al. Even if the surface of the stable layer 38 is somewhat damaged, a part of Pt of the gate metal layer 120 is embedded in the stable layer 38, so that the bottom of the gate electrode is located at a place where there is no damage, and dry etching is performed. The HEMT characteristics do not deteriorate. Even in this case, there is no layer doped with impurities between the gate electrode 127 and the electron supply layer 33, and the gate electrode 127 is provided in the non-doped layers 36 and 38 that are substantially continuous to the electron supply layer 33. It will be.

第4工程(図9):全面に絶縁膜を設け、オーミック金属層およびゲートパッド電極上の所定の位置の絶縁膜に開口部を形成する工程。   Fourth step (FIG. 9): A step of providing an insulating film on the entire surface and forming an opening in the insulating film at a predetermined position on the ohmic metal layer and the gate pad electrode.

第3工程が終了するとFETの基本構造が完成する。モニターFET160は製造工程中において複数の工程で測定されるが、まずこの状態でモニターFETによる測定を行う。   When the third step is completed, the basic structure of the FET is completed. The monitor FET 160 is measured in a plurality of steps during the manufacturing process. First, in this state, the monitor FET 160 performs measurement.

全面にパッシベーション膜となる第2窒化膜512をデポジションする。ゲート電極127と、その周辺に露出した障壁層36は、第2窒化膜512により被覆される。このとき、第1窒化膜511はほぼ均一な厚みで、ソース電極115(ドレイン電極116)とその端部周辺のキャップ層37を覆っている。従って、第1窒化膜511上層に形成する第2窒化膜512も、成膜の密度が均一となり、これらをまんべんなく被覆することができる。従って、ウエハ完成後においても水分または薬剤などの滲入を防ぎ、ガルバニック効果を防止できる。   A second nitride film 512 serving as a passivation film is deposited on the entire surface. The gate electrode 127 and the barrier layer 36 exposed around the gate electrode 127 are covered with a second nitride film 512. At this time, the first nitride film 511 has a substantially uniform thickness and covers the source electrode 115 (drain electrode 116) and the cap layer 37 around the end thereof. Accordingly, the second nitride film 512 formed on the upper layer of the first nitride film 511 also has a uniform film formation density, and can be covered evenly. Therefore, even after the wafer is completed, the infiltration of moisture or chemicals can be prevented and the galvanic effect can be prevented.

第2窒化膜512により、モニターFET160のモニターゲート電極165、ゲートパッド電極166上も覆われる。   The second nitride film 512 also covers the monitor gate electrode 165 and the gate pad electrode 166 of the monitor FET 160.

そして、新たなレジスト(不図示)を設けてコンタクトホール形成のためのマスクを形成し、ソース電極115、ドレイン電極116上および、モニターFET160のモニターソース電極163、モニタードレイン電極164、更にゲートパッド電極166上の第1窒化膜511、第2窒化膜512をエッチングする。これにより、ソース電極115、ドレイン電極116、モニターソース電極163、モニタードレイン電極164、更にゲートパッド電極166の上にコンタクトホールCHが形成される。尚コンタクトホールの深さは、第1窒化膜511および第2窒化膜512の合計膜厚T3となる。   Then, a new resist (not shown) is provided to form a mask for forming a contact hole, and the source electrode 115, the drain electrode 116, the monitor source electrode 163 of the monitor FET 160, the monitor drain electrode 164, and further a gate pad electrode The first nitride film 511 and the second nitride film 512 on 166 are etched. As a result, a contact hole CH is formed on the source electrode 115, the drain electrode 116, the monitor source electrode 163, the monitor drain electrode 164, and the gate pad electrode 166. The depth of the contact hole is the total thickness T3 of the first nitride film 511 and the second nitride film 512.

また、HEMTのゲート電極127およびモニターFET160のモニターゲート電極165上にはコンタクトホールCHは形成されない。   Further, the contact hole CH is not formed on the gate electrode 127 of the HEMT and the monitor gate electrode 165 of the monitor FET 160.

これにより、モニターFET160の窒化膜51(167)にもコンタクトホールCHが形成される。   As a result, the contact hole CH is also formed in the nitride film 51 (167) of the monitor FET 160.

第5工程(図10):第1ソース電極および第1ドレイン電極およびゲートパッド電極にプローブを接触させ、モニターFETの電気的特性を測定する工程。   Fifth step (FIG. 10): A step of contacting the probe with the first source electrode, the first drain electrode, and the gate pad electrode, and measuring the electrical characteristics of the monitor FET.

モニターFET160のコンタクトホールCHを介して、モニターソース電極163、モニタードレイン電極164、ゲートパッド電極166にそれぞれプローブ10を接触させる。   The probe 10 is brought into contact with the monitor source electrode 163, the monitor drain electrode 164, and the gate pad electrode 166 through the contact hole CH of the monitor FET 160.

本実施形態では、ゲートパッド電極166の直下は、第2不純物領域162が配置されている。つまり、ゲート金属層120が薄いため、プローブがゲートパッド電極166を突き破ることがあっても、n+GaAs層37の下層のノンドープ層(安定層38または障壁層36)にプローブが接触する。   In the present embodiment, the second impurity region 162 is disposed immediately below the gate pad electrode 166. That is, since the gate metal layer 120 is thin, even if the probe may break through the gate pad electrode 166, the probe contacts the non-doped layer (stable layer 38 or barrier layer 36) below the n + GaAs layer 37.

プローブ10は、接触したノンドープ層(ここでは障壁層36)から周辺の埋め込み部166bの金属層(PtAs層)を介して基板表面のゲート金属層120(熱処理後のPtGa層およびMo層)、そして第1不純物領域161に配置されたモニターゲート電極165に電気的に接続する。従って従来のようにゲート導通不良となることは無く、モニターFET160の電気的特性が正確に測定できる。 The probe 10 includes a gate metal layer 120 (a PtGa layer and a Mo layer after heat treatment) on the substrate surface through a metal layer (PtAs 2 layer) of a peripheral buried portion 166b from a non-doped layer (here, the barrier layer 36) in contact, Then, it is electrically connected to the monitor gate electrode 165 disposed in the first impurity region 161. Therefore, the gate conduction failure does not occur as in the prior art, and the electrical characteristics of the monitor FET 160 can be accurately measured.

尚、第2不純物領域162の周囲には絶縁化層60が配置されるので、ゲートパッド電極166とモニターソース電極163、モニタードレイン電極164、あるいはHEMTの構成要素は、十分な絶縁を確保できる。   Since the insulating layer 60 is disposed around the second impurity region 162, the gate pad electrode 166 and the monitor source electrode 163, the monitor drain electrode 164, or the components of the HEMT can ensure sufficient insulation.

このように、本実施形態では第2不純物領域162を設けることにより、HEMTのゲート金属層120が薄い場合であっても、モニターFET160の正確な測定が可能となる。そして、第2不純物領域162は絶縁化層60のイオン注入のパターンの変更のみで形成できるので、特別な工程を付加する必要もない。   As described above, by providing the second impurity region 162 in this embodiment, the monitor FET 160 can be accurately measured even when the gate metal layer 120 of the HEMT is thin. Since the second impurity region 162 can be formed only by changing the ion implantation pattern of the insulating layer 60, it is not necessary to add a special process.

第6工程(図11):パッド金属層を形成して開口部を介して第1ゲート電極を除く各電極にコンタクトする上層電極を形成し、他の電気的特性を測定する工程。   Sixth step (FIG. 11): a step of forming a pad metal layer, forming an upper layer electrode in contact with each electrode except the first gate electrode through the opening, and measuring other electrical characteristics.

パッド金属層により配線パターン等を形成してHEMTを形成する。すなわち新たなレジスト(不図示)を設けてマスクを形成し、パッド金属層(Ti/Pt/Au)130を蒸着、リフトオフする。   A HEMT is formed by forming a wiring pattern or the like with a pad metal layer. That is, a new resist (not shown) is provided to form a mask, and a pad metal layer (Ti / Pt / Au) 130 is deposited and lifted off.

これにより、1層目のソース電極115およびドレイン電極116にそれぞれコンタクトする2層目のソース電極135およびドレイン電極136が形成される。また、図4に示すスイッチ回路装置の場合、各電極パッドPや配線も本工程により所望のパターンに形成され、HEMT150が形成される。   As a result, a second-layer source electrode 135 and a drain electrode 136 are formed in contact with the first-layer source electrode 115 and the drain electrode 116, respectively. Further, in the case of the switch circuit device shown in FIG. 4, each electrode pad P and wiring are also formed in a desired pattern by this process, and the HEMT 150 is formed.

また、モニターFET160のモニターソース電極163、モニタードレイン電極164上にもパッド金属層により2層目のモニターソース電極170、モニタードレイン電極168が形成される。更にゲートパッド電極166上にもパッド金属層により2層目のゲートパッド電極169が形成される。尚、モニターゲート電極165上には2層目の電極は設けられない。   In addition, a second monitor source electrode 170 and a monitor drain electrode 168 are also formed on the monitor source electrode 163 and the monitor drain electrode 164 of the monitor FET 160 by a pad metal layer. Further, a second-layer gate pad electrode 169 is also formed on the gate pad electrode 166 by a pad metal layer. Note that the second layer electrode is not provided on the monitor gate electrode 165.

そして、図示は省略するが、この状態において再びモニターFET160による測定を行う。すなわち2層目のモニターソース電極170、モニタードレイン電極168、ゲートパッド電極169に再びプローブを接触させ、モニターFET160の特性を測定することによって、配線パターン等を形成した後のHEMT150の特性を把握する。   Although not shown, the measurement by the monitor FET 160 is performed again in this state. That is, the characteristics of the HEMT 150 after forming the wiring pattern and the like are grasped by bringing the probe into contact with the monitor source electrode 170, the monitor drain electrode 168, and the gate pad electrode 169 in the second layer again and measuring the characteristics of the monitor FET 160. .

更に、全面にジャケット膜となる第3窒化膜513を形成する。第3窒化膜513は、第2窒化膜512および、ソース電極135とドレイン電極136上を被覆する。ここで、ゲート電極127上の窒化膜51の膜厚T1と、ソース電極115(ドレイン電極116)上のコンタクトホールCH周囲の窒化膜51の膜厚T3と、第2ソース電極135(第2ドレイン電極136)上の窒化膜51の膜厚T2には、以下の関係が成り立つ。   Further, a third nitride film 513 serving as a jacket film is formed on the entire surface. The third nitride film 513 covers the second nitride film 512 and the source electrode 135 and drain electrode 136. Here, the thickness T1 of the nitride film 51 on the gate electrode 127, the thickness T3 of the nitride film 51 around the contact hole CH on the source electrode 115 (drain electrode 116), and the second source electrode 135 (second drain). The following relationship holds for the film thickness T2 of the nitride film 51 on the electrode 136).

T3−(T1−T2)>0
すなわちT3−(T1−T2)とは第1窒化膜511の厚みであり、この不等式は第1窒化膜511がコンタクトホールCHの部分まで達しているため、ソース電極115(ドレイン電極116)周囲に隙間が無く、前述の如くガルバニック効果を防止していることを示す。尚、第3窒化膜513は存在する場合と存在しない場合があり、第3窒化膜513が存在しない場合についても、T3=0を代入することにより前記不等式は成り立つ。
T3- (T1-T2)> 0
That is, T3- (T1-T2) is the thickness of the first nitride film 511, and since this inequality reaches the contact hole CH portion of the first nitride film 511, the source electrode 115 (drain electrode 116) is surrounded. It indicates that there is no gap and the galvanic effect is prevented as described above. The third nitride film 513 may or may not exist, and the inequality is established by substituting T3 = 0 for the case where the third nitride film 513 does not exist.

更に図示は省くがボンディングパッド部分のジャケット窒化膜にはワイヤボンド用の開口が設けられる。   Further, although not shown in the figure, an opening for wire bonding is provided in the jacket nitride film of the bonding pad portion.

尚、本実施形態では、HEMTの平面図の一例としてスイッチMMICを示したが、これに限るものではなく、基本素子であるHEMTの製造方法に適用できるものである。   In the present embodiment, the switch MMIC is shown as an example of a plan view of the HEMT. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a method for manufacturing a HEMT that is a basic element.

また、上記の例はディプレッション型HEMTについて説明したが、エンハンスメント型HEMTでも同様に実施できる。   Further, although the above example has been described for the depletion type HEMT, the enhancement type HEMT can be similarly implemented.

更にディプレッション型HEMTとエンハンスメント型HEMTを同一基板に集積化した半導体装置であってもよい。

Furthermore, a semiconductor device in which a depression type HEMT and an enhancement type HEMT are integrated on the same substrate may be used.

本発明のモニターFETを説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the monitor FET of this invention. 本発明のモニターFETを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the monitor FET of this invention. 本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional view for explaining the present invention. 本発明を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional view for explaining the present invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 本発明の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of this invention. 従来のモニターFETを説明する(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional drawing explaining the conventional monitor FET. 従来の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the conventional manufacturing method. 従来技術を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10 プローブ
30 基板(ウエハ)
31 GaAs基板
32 バッファ層
33 電子供給層
34 スペーサ層
35 チャネル層
36 障壁層
37 キャップ層
38 安定層
37s ソース領域
37d ドレイン領域
60 絶縁化層
50 初期窒化膜
51 窒化膜
511 第1窒化膜
512 第2窒化膜
513 第3窒化膜
110 オーミック金属層
115、135 ソース電極
116、136 ドレイン電極
120 ゲート金属層
127 ゲート電極
130 パッド金属層
150 HEMT
160 モニターFET
161 第1不純物領域
162 第2不純物領域
163、170 モニターソース電極
164、168 モニタードレイン電極
165 モニターゲート電極
166 ゲートパッド電極
169 ゲートパッド電極
165b、166b 埋め込み部
167 窒化膜
200 第3不純物領域
200a 動作領域
200b コントロール抵抗
200c 周辺不純物領域
231 GaAs基板
232 バッファ層
233 電子供給層
234 スペーサ層
235 チャネル層
236 障壁層
237 キャップ層
237s ソース領域
237d ドレイン領域
250 絶縁化層
251 窒化膜
2511 スルーイオン注入用窒化膜
2512 パッシベーション膜
300 動作領域
310 オーミック金属層
315、335 ソース電極
316、336 ドレイン電極
320 ゲート金属層
327 ゲート電極
330 パッド金属層
500 モニターFET
501 不純物領域
503 モニターソース電極
504 モニタードレイン電極
505 モニターゲート電極
506 ゲートパッド電極
507 窒化膜
OP 開口部
CH コンタクトホール
PR レジスト
IN 共通入力端子
Ctl1 制御端子
Ctl2 制御端子
OUT1 出力端子
OUT2 出力端子
IC 共通入力端子パッド
C1 第1制御端子パッド
C2 第2制御端子パッド
O1 第1出力端子パッド
O2 第2出力端子パッド
s HEMT形成領域
10 Probe 30 Substrate (wafer)
31 GaAs substrate 32 Buffer layer 33 Electron supply layer 34 Spacer layer 35 Channel layer 36 Barrier layer 37 Cap layer 38 Stable layer 37 s Source region 37 d Drain region 60 Insulating layer 50 Initial nitride film 51 Nitride film 511 First nitride film 512 Second Nitride film 513 Third nitride film 110 Ohmic metal layer 115, 135 Source electrode 116, 136 Drain electrode 120 Gate metal layer 127 Gate electrode 130 Pad metal layer 150 HEMT
160 Monitor FET
161 First impurity region 162 Second impurity region 163, 170 Monitor source electrode 164, 168 Monitor drain electrode 165 Monitor gate electrode 166 Gate pad electrode 169 Gate pad electrode 165b, 166b Embedded portion 167 Nitride film 200 Third impurity region 200a Operation region 200b Control resistance 200c Peripheral impurity region 231 GaAs substrate 232 Buffer layer 233 Electron supply layer 234 Spacer layer 235 Channel layer 236 Barrier layer 237 Cap layer 237s Source region 237d Drain region 250 Insulating layer 251 Nitride film 2511 Nitride film 2511 Through ion implantation nitride film 2512 Passivation film 300 Operating region 310 Ohmic metal layer 315, 335 Source electrode 316, 336 Drain electrode 320 Gate Metal layer 327 Gate electrode 330 Pad metal layer 500 Monitor FET
501 impurity region 503 monitor source electrode 504 monitor drain electrode 505 monitor gate electrode 506 gate pad electrode 507 nitride film OP opening CH contact hole PR resist IN common input terminal Ctl1 control terminal Ctl2 control terminal OUT1 output terminal OUT2 output terminal IC common input terminal Pad C1 First control terminal pad C2 Second control terminal pad O1 First output terminal pad O2 Second output terminal pad s HEMT formation region

Claims (12)

複数の半導体層を積層した化合物半導体基板に設けられたHEMTの電気的特性を前記HEMTの製造工程中に測定するモニターFETであって、
前記基板に設けられた、第1不純物領域および第2不純物領域と、
前記第1不純物領域上に設けられたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極間の前記第1不純物領域に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極に接続し、前記第2不純物領域上に設けられたゲートパッド電極とを具備することを特徴とするモニターFET。
A monitor FET for measuring the electrical characteristics of a HEMT provided on a compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked, during the manufacturing process of the HEMT,
A first impurity region and a second impurity region provided in the substrate;
A source electrode and a drain electrode provided on the first impurity region;
A gate electrode provided in the first impurity region between the source electrode and the drain electrode;
A monitor FET comprising: a gate pad electrode connected to the gate electrode and provided on the second impurity region.
前記ゲートパッド電極を構成する金属層は、200Å以下の膜厚であることを特徴とする請求項1に記載のモニターFET。   2. The monitor FET according to claim 1, wherein the metal layer constituting the gate pad electrode has a thickness of 200 mm or less. 前記ゲートパッド電極を構成する金属層は、少なくとも1つの金属よりなり、該1つの金属の蒸着膜厚は60Å以下であることを特徴とする請求項1に記載のモニターFET。   2. The monitor FET according to claim 1, wherein the metal layer constituting the gate pad electrode is made of at least one metal, and a deposition thickness of the one metal is 60 mm or less. 前記1つの金属の一部が前記第2不純物領域に埋め込まれることを特徴とする請求項3に記載のモニターFET。   The monitor FET according to claim 3, wherein a part of the one metal is embedded in the second impurity region. 前記1つの金属はPtであることを特徴とする請求項3に記載のモニターFET。   The monitor FET according to claim 3, wherein the one metal is Pt. 前記ゲート電極を除く前記各電極上に上層電極が設けられることを特徴とする請求項1に記載のモニターFET。   The monitor FET according to claim 1, wherein an upper layer electrode is provided on each of the electrodes excluding the gate electrode. 複数の半導体層を積層した化合物半導体基板にHEMTを形成する製造工程中に該HEMTの電気的特性をモニターFETを測定することにより把握する化合物半導体装置の製造方法であって、
前記基板を絶縁化層で分離し、前記モニターFETを構成する第1不純物領域および第2不純物領域と、前記HEMTを構成する第3不純物領域を形成する工程と、
オーミック金属層により前記第1不純物領域上に第1ソース電極および第1ドレイン電極を形成し、第3不純物領域上に第2ソース電極および第2ドレイン電極を形成する工程と、
ゲート金属層により前記第1不純物領域上に第1ゲート電極を、前記第2不純物領域上にゲートパッド電極を形成してモニターFETを形成し、前記第3不純物領域上に第2ゲート電極をそれぞれ形成する工程と、
全面に絶縁膜を設け、前記オーミック金属層および前記ゲートパッド電極上の所定の位置の前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記第1ソース電極および前記第1ドレイン電極および前記ゲートパッド電極にプローブを接触させ、前記モニターFETの電気的特性を測定する工程と、
を具備することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a compound semiconductor device in which the electrical characteristics of the HEMT are measured by measuring a monitor FET during a manufacturing process of forming the HEMT on a compound semiconductor substrate in which a plurality of semiconductor layers are stacked,
Separating the substrate with an insulating layer, and forming a first impurity region and a second impurity region constituting the monitor FET, and a third impurity region constituting the HEMT;
Forming a first source electrode and a first drain electrode on the first impurity region by an ohmic metal layer, and forming a second source electrode and a second drain electrode on the third impurity region;
A monitor FET is formed by forming a first gate electrode on the first impurity region and a gate pad electrode on the second impurity region by a gate metal layer, and a second gate electrode on the third impurity region. Forming, and
Providing an insulating film on the entire surface, and forming an opening in the insulating film at a predetermined position on the ohmic metal layer and the gate pad electrode;
Contacting a probe with the first source electrode, the first drain electrode, and the gate pad electrode, and measuring electrical characteristics of the monitor FET;
A method of manufacturing a compound semiconductor device comprising:
パッド金属層を形成し、前記開口部を介して前記第1ゲート電極を除く各電極にコンタクトする上層電極を形成し、再び前記電気的特性を測定することを特徴とする請求項7に記載の化合物半導体装置の製造方法。   8. The pad metal layer is formed, an upper electrode in contact with each electrode except the first gate electrode is formed through the opening, and the electrical characteristics are measured again. A method for manufacturing a compound semiconductor device. 前記ゲート金属層は、200Å以下の膜厚に形成されることを特徴とする請求項7に記載の化合物半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 7, wherein the gate metal layer is formed to a thickness of 200 mm or less. 前記ゲート金属層は、少なくとも1つの金属よりなり、該1つの金属の蒸着膜厚は60Å以下であることを特徴とする請求項7に記載の化合物半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 7, wherein the gate metal layer is made of at least one metal, and a deposition thickness of the one metal is 60 mm or less. 前記1つの金属の一部を熱処理により前記第1、第2および第3不純物領域にそれぞれ埋め込むことを特徴とする請求項10に記載の化合物半導体装置の製造方法。   11. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 10, wherein a part of the one metal is embedded in the first, second, and third impurity regions by heat treatment. 前記1つの金属はPtであることを特徴とする請求項10に記載の化合物半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 10, wherein the one metal is Pt.
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