場效應晶體管的制作方法

專利名稱：場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種場效應晶體管。具體地，本發明涉及一種用來在利用在由GaAs或InP制成的半導體襯底上提供的III-V化合物半導體 的異質結場效應晶體管中獲得優良的高頻特性和高壓性能的結構。
背景技術：
作為利用化合物半導體的場效應晶體管(在下文中根據情況稱之 為"FET")，常規地存在如圖17所示的FET (非專利文獻l: K. As,頁)。圖17是示出包含于常規型晶體管中的異質結場效應晶體管(在 下文中將稱為HJFET)的結構的截面圖。在該HJFET中，緩沖層211形成在GaAs襯底210上，并且GaAs工作 層(operation layer) 212形成在該緩沖層211上。AlGaAs肖特基層213 和GaAs接觸層214形成在該GaAs操作層212上。源電極201和漏電極203 設置在GaAs接觸層214上。這些電極與GaAs接觸層214歐姆接觸。另一 方面，選擇性移除源電極201和漏電極203之間的GaAs接觸層214，并且 將柵極202設置在AlGaAs肖特基層213上且與其肖特基接觸。形成表面 保護膜221作為最上層。在這種AlGaAs/GaAs基FET中，在AlGaAs肖特基層213的表面上產 生了高密度表面態。已知，在柵電極202被偏置在負電壓的情況下，負 電荷被俘獲在表面態上，由此耗盡層延伸，使得柵電極202的漏極側上 的電場集中減小。然而，已知這種現象在表面態的密度超過預定的 水平時，即使在高頻操作的情況下柵電極202被偏置在正電壓，但由于 在表面態上俘獲的負電荷擺脫俘獲(de-trapping)緩慢，因此在利用大信號電平的RF操作的情況下的最大漏電流減小，使得飽和輸出電平降 低。由于這個原因，通常，為了防止用于高頻操作的飽和輸出電平降低，控制AlGaAs/GaAs基晶體管中的表面態密度。從而，作為 AlGaAs/GaAs基晶體管的擊穿電壓，例如，20V是一個限制，由此，將 其操作電壓限制為擊穿電壓的一半，例如，iov。如上所述，在利用化合物半導體的FET中，由于柵電極與形成在 半導體襯底上的溝道層肖特基接觸，所以電場集中在柵電極的漏極側 下端上，這會導致在那里擊穿。在需要大信號操作的高輸出FET的情況 下，上面提到的現象在需要用大信號電平操作的高功率FET的情況下尤 其會導致大的問題。考慮到上面的因素，迄今為止已經廣泛地進行了 大量的嘗試，來防止電場集中到柵電極的漏極側邊緣部分上，以實現 擊穿電壓性能的提高。例如，在非專利文獻l中K. Asano等，1998 International Electron Devices Meeting Digest (IEMD 98) 59陽62頁，公 開了一種增加了場極板電極的HJFET。圖19是示出這種類型的HJFET的結構的截面圖。圖19中示出的 HJFET形成在GaAs襯底210上，并且由半導體層形成的緩沖層211形成 在GaAs襯底210上。GaAs溝道層212形成在緩沖層211上。AlGaAs肖特 基層213形成在GaAs溝道層212上，并且GaAs接觸層214形成在AlGaAs 肖特基層213上。在GaAs接觸層214上設置源電極201和漏電極203。這 些電極與GaAs接觸層214歐姆接觸。另一方面，選擇性地移除源電極201 和漏電極203之間的GaAs接觸層214，柵電極202設置在AlGaAs肖特基 層213上并與其歐姆接觸。在其上形成第一絕緣膜215作為最上層，以 用作表面保護膜。此外，第一場極板電極216設置在柵電極202和漏電極203之間。第 一場極板電極216電連接到柵電極202。 AlGaAs肖特基層213的表面被第 一絕緣膜215覆蓋。第一絕緣膜215直接布置在第一場極板電極216的下面。圖18是示出常規型晶體管的脈沖寬度和脈沖電流之間關系的圖。 在提供第一場極板電極216的情況下(在圖中由'、"示出)，與沒有提 供場極板電極的情形(在圖中由"O"示出)相比，能夠抑制在高頻操作 期間的漏電流(即，圖中的脈沖電流)的減小同時保持高擊穿電壓。 也就是，能夠通過增加場極板電極抑制在高頻操作時漏電流(即，圖 中的脈沖電流)的減小，并且由此能夠在高頻操作時提高柵極擊穿電 壓而不降低飽和輸出。發明內容本發明要解決的問題然而，在在前面已經參考圖19描述的HJFET中，擔心由于直接 在場極板部分下面的寄生電容導致的反饋電容變大而使得增益降低， 如圖16和20所示。圖16是用來說明包括第一絕緣膜215和場極板的 HJFET的柵極和漏極之間的電力線的圖。此外，圖20是示出晶體管的 工作電壓和增益之間關系的圖。在圖20中，Lpp表示場極板電極的長 度，并且對于其中示出的實例，Lpp設定為0.8/mi。此外，雖然技術領域不同，但在專利文獻l: JP.2005-93864A中， 公開了在GaN基晶體管中提供多個場極板的結構。根據專利文獻1: JP 2005-93864A，第二場極板電極的插入電極部分被插入在第一場極板 電極和漏電極之間，這種結構可以基本抵消柵極和漏極之間的電容。然而，本發明人已經研究了在專利文獻1: JP 2005-93864A中所建議的結構，結果發現仍然存在提高擊穿電壓特性提高提高高頻區中 的增益的空間。考慮到前述情形創造了本發明，并且本發明提供了一種在高壓工 作條件下具有優良的高頻特性和優良性能的場效應晶體管。解決問題的手段從提高場效應晶體管的高頻區中的增益以提高擊穿電壓特性同時 提高高頻特性的角度考慮，本發明人積極地進行了研究。具體地，結 合包括用來確保有利于擊穿電壓的場極板的晶體管(圖19)，他們研 究了頻率f和線性增益(在下文中根據情況簡稱為"增益")之間的關系。 已經知道在該晶體管中當工作頻率超過某個頻率時，存在增益快速降 低的"拐點"。為了獲得高增益水平，許多情況下場效應晶體管用在相對 拐點的低頻側。因而，當拐點存在于低頻側時，可用頻率的上限會降 低。圖21是用于說明在高頻區存在拐點的圖。如圖中的實線所示的， 頻率fc是拐點。在相對拐點的高頻側，增益顯著降低。從該事實，可 以理解為了提高高頻特性需提高增益，并允許拐點位于高頻側上。此外，在前面的要解決的問題的部分中已描述的專利文獻1:JP2005-93864 A中，描述了一種功率HEMT，其中由第一場極板電極 的上表面朝著源電極的上表面形成第二場極板電極。在該功率HEMT 中，第二場極板電極和源電極在工作區中電連接，并且這些電極偏置 在相同的電位上。考慮到上述情況，本發明人于是研究了這種情況，結果在從第一 場極板電極朝著源電極提供第二場極板電極的情況下，已發現，如圖 21中的虛線所示，雖然提高了低頻區的增益，但拐點將向低頻側偏移 (即，圖中的fc')。考慮到上述情況，本發明人進一步研究了拐點偏移的原因。結果， 本發明人新發現，當包括柵極和第一場極板的結構與第二場極板交疊 區域的長度大于柵長時，拐點就會朝著低頻側偏移。要注意，在本說明書中，在柵長方向上的截面圖上，交疊區域是第二場極板位于包括第一場極板和柵極的結構上部上方的區域，并且 是在柵長方向上的截面圖中第二場極板和該結構在柵長方向上彼此交 疊的區域。如實例中隨后示出的，由于當交疊區域長于柵長時，拐點 向著低頻側偏移，這預示使得高頻區中的增益顯著降低的趨勢。以上文提到的發現為基礎，本發明人研究了擊穿電壓特性優良的、 和具有高增益且拐點位于高頻側的晶體管。結果，發現將場極板電極的交疊區域構造成特定的結構，并且在具有雙場極板結構的場效應晶體管中在第二場極板中提供屏蔽部分，由此有能力實現這種目的的晶體管。已經以這些新發現為基礎完成了本發明。 根據本發明，提供一種場效應晶體管，包括由GaAs或InP制成的半導體襯底；設置在半導體襯底上的由化合物半導體制成的層結構；形成在由化合物半導體制成的層結構上的源電極和漏電極，彼此隔開一間隔；柵電極，設置在源電極和漏電極之間；第一場極板，設置在柵電極和漏電極之間的區域中的由化合物半 導體制成的層結構上方，并且與由化合物半導體制成的層結構隔離開；和第二場極板，設置在由化合物半導體制成的層結構上方，并且與 由化合物半導體制成的層結構和第一場極板隔離開， 其中第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區 域中，并且用于將第一場極板與漏電極屏蔽開，和 該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方， 由此，在柵長方向上的截面圖中，當將柵長指定為Lg，以及將第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結構的上部交疊的交疊區域的在柵長方向上的長度指定為Lol時， 滿足下面表示的關系0〇Lol/Lg S 1 。本發明的場效應晶體管包括第二場極板，其與由化合物半導體制 成的層結構的上部隔離，該層結構提供在由GaAs或InP制成的半導體 襯底上，并且第二場極板也同第一場極板隔離，其中第二場極板包括 屏蔽部分。此外，該屏蔽部分布置在第一場極板和漏極之間的區域中， 以將第一場極板與漏極屏蔽開，并且屏蔽部分的上端位于第一場極板 的上表面的上方。這里，由于第一場極板的上部的拐角部分是電力線集中的部分， 所以確保屏蔽這部分對于減少其寄生電容是很重要的。在本發明的場 效應晶體管中，使用上述的結構，以在第一場極板的側部上提供第二 場極板，使得覆蓋在從第一場極板的側表面經由其上端向其上部的區 域上。通過利用這種結構，第一場極板的上拐角部分可以被可靠地屏 蔽，以抑制產生寄生電容。在本說明書中，屏蔽部分指的是用來屏蔽第一場極板和漏電極之 間的電場的第二場極板的部分。可以構造該屏蔽部分，使得基本完全 地屏蔽該電場，或者可構造該屏蔽部分以屏蔽電場的一部分。第二場 極板的全部可以用作屏蔽部分，或者第二場極板的部分可以用作屏蔽 部分。此外，在本說明書中，定位"在......上方"指的是位于遠離半導體襯底的側上，并且定位"在......下面"指的是位于半導體襯底側上。此外，在本發明的場效應晶體管中，選擇交疊區域的在柵長方向 上的長度Lol，使得滿足下面的關系 0蕓Lol/Lg § 1 。通過選擇O-Lol，可以更可靠地抑制在包括第一場極板和柵電極的結構與第二場極板之間寄生電容的產生，由此更可靠地抑制拐點向低 頻側的偏移。因此能夠更可靠地抑制高頻區中增益的降低。為此，能 夠可靠地提高高頻特性。此外，在其制造工藝中，通過實現該限制0〈Lol/Lg Sl，可以以 很好再現性減緩討論的電場集中，并由此允許高壓下工作，且拐點可 以保持在高頻側。由此，本發明的場效應晶體管構造成可工作在高壓 并且具有優良高頻特性的結構。本發明的場效應晶體管可包括由化合物半導體制成的襯底作為半導體襯底，并且可以包括，更具體地，由GaAs制成的襯底或由InP制 成的襯底。在本發明的場效應晶體管中，可優選采用屏蔽部分的下端相對于 第一場極板下端位于半導體襯底側上的結構。通過選擇這種結構，能 夠更可靠地將第一場極板與漏電極屏蔽開。在該說明書中，屏蔽部分的下端例如是屏蔽部分的下表面。在屏 蔽部分的下表面包括偏移或傾斜的情況下，屏蔽部分的下端指的是半 導體襯底側的端部。在該結構中，可采用場效應晶體管進一步包括用于覆蓋柵電極和漏電極之間的區域中的半導體襯底上部的第一絕緣膜的結構，其中在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜上提供凹陷部分，并 且用與第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供第一場極板，且屏蔽部分的下端位于該凹陷部分內。通過選擇這種結構，將屏蔽部分的下端相 對于第一場極板的下端位于半導體襯底側上的場效應晶體管構造成制 造穩定性更優良的結構。此外，在本發明的場效應晶體管中，還可以采用第一場極板的下端相對于屏蔽部分下端的位于半導體襯底側上的結構。通過采用這種 結構，可以調節場極板對漏極側的影響的程度，以提供理想的電場集 中。為此，能夠有效地提高擊穿電壓特性，同時將高頻特性的降低抑 制在最小水平的范圍內。在這種結構中，該場效應晶體管可以包括用于覆蓋柵電極和漏電 極之間區域中的由化合物半導體制成的層結構的表面的第一絕緣膜； 和提供在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜上的第二絕 緣膜，其中用與第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供第一場極板，并 且屏蔽部分的下端與第二絕緣膜的上表面接觸。通過選擇這種結構， 調節場極板和半導體襯底之間的距離，由此使得能夠調節靜電電容的 值。為此，在將高頻特性的降低抑制在最小程度的同時，可以用能夠 進一步穩定制造的結構構成擊穿電壓有效提高的場效應晶體管。發明效果如上所述，根據本發明，可以實現在高壓和高頻工作條件下都表 現出良好性能的場效應晶體管。


圖l是示意性地示出根據本發明示范性實施例的場效應晶體管的結構和反映其柵-漏區中的電場分布的電力線的截面圖；圖2是示出根據本發明示范性實施例的場效應晶體管的結構和其各結構元件的尺寸的定義的截面圖；圖3是示出一實例的場效應晶體管的結構的截面圖； 圖4是示出對于實例1的場效應晶體管的工作電壓和功率特性(飽和輸出密度和線性增益)之間的評估的關系的圖；圖5是示出使用根據實例的寬凹陷結構的場效應晶體管的結構的截面圖；圖6是示出在實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類型場效應 晶體管的一個結構的截面圖；圖7是示出通過利用在實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類 型場效應晶體管評估的晶體管的參數Lfd和增益之間關系的圖；圖8是示出在實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類型電場晶體管的一個結構的截面圖；圖9是示出通過利用在實例3中制備的具有不同參數Lfd的多種類 型場效應晶體管評估的晶體管的參數Lfpl、 Lfp2和增益之間關系的圖；圖10是示出通過利用在實例4中制備的具有不同參數Lfd的多種類 型場效應晶體管評估的晶體管的參數Lfpl、 Lfp2、 d3和擊穿電壓之間關 系的圖；圖ll是示出根據本發明另一個示范性實施例的場效應晶體管的結 構的截面圖；圖I2是示出通過利用在實例5中制備的具有不同參數Lfd的多種類 型場效應晶體管評估的晶體管的參數d2、 Lfp2和增益之間關系的圖；圖13是示出根據本發明另一示范性實施例的場效應晶體管的結構 的截面圖；圖14是示出在圖7中制備的具有不同參數Lfd的多種類型場效應晶 體管的一種結構的截面圖；圖15是示出根據本發明另一示范性實施例的場效應晶體管的結構的截面圖；圖16是示意性地示出包括一個場極板電極的常規型場效應晶體管 的結構和反映柵-漏區中電場分布的電力線的截面圖；圖17是示意性地示出利用不包括場極板電極的寬凹陷結構的常規 型場效應晶體管的結構的截面圖；圖18是示出通過使用已在常規型場效應晶體管中評估了的場極板 電極獲得的對脈沖寬度和脈沖電流之間關系的影響的圖；圖19是示意性地示出包括與柵電極偏置在相同電位的一個場極板 電極的常規型場效應晶體管的結構和場極板電極的功能的截面圖；圖20是示出分別包括與柵電極偏置在相同電位的一個場極板電極 和不包括這種場極板電極的兩個常規型場效應晶體管中的工作電壓和 增益之間關系的圖；圖21是示意性地示出通過使用與柵電極偏置在相同電位的場極板電極獲得的常規型場效應晶體管的頻率和增益之間關系變化的圖；和 圖22是示出如實例1中說明的具有圖3中所示結構的場效應晶體管中的頻率和增益之間關系的圖。在前述圖中，描述的參考標記具有以下含義。110半導體襯底111化合物半導體112源電極113柵電極114漏電極115第一絕緣膜116第一場極板電極117第二絕緣膜118第二場極板電極131 GaAs層132 AlGaAs層133 GaAs層具體實施方式
現在將通過參考在GaAs襯底上形成FET的情形的實例，說明本發 明的示范性實施例。在所有這些圖中，相同的參考標記分別表示相同 的結構元件，并且在下面公開中根據情況將省略相同描述。雖然在下 面將把利用摻雜雜質產生載流子進行工作的GaAs基化合物半導體FET 的情形作為實例對示范性實施例和實例進行詳細的說明，但是本發明 并不限于這種類型的FET，而是還可以應用到使用其它效應產生載流子 的其它類型FET，例如HJFET。在根據本發明的FET中，通常優選選擇這樣的形式或模式，艮P， 其中采用具有可以在GaAs襯底或InP襯底上外延生長的"閃鋅礦(zinc-blend)"型晶體結構、并且表示晶格常數近似等于襯底的晶格常數的"m-v族化合物半導體"作為其工作層。在下面說明的示范性實施例中，通過參考工作模式為"耗盡模式" 的FET，尤其是HJFET，示出了本發明所呈現的優點和其優選模式。(第一示范性實施例)圖l是示出本示范性實施例的場效應晶體管的結構的截面圖。圖l 中示出的場效應晶體管包括雙場極板結構。該晶體管包括由GaN或InP制成的半導體襯底llO、設置在半導體 襯底110上的由化合物半導體(化合物半導體lll)制成的層結構、以 間隔開的方式形成在化合物半導體111的上部上的源電極112和漏電極 114、設置在源電極112和漏電極114之間的柵電極113、提供在柵電極 113和漏電極114之間的區域中的半導體襯底110上方并與化合物半導 體lll (半導體襯底IIO)隔離的第一場極板(第一場極板電極116)、 以及提供在化合物半導體lll (半導體襯底IIO)上方并與化合物半導 體lll (半導體襯底IIO)和第一場極板電極116隔離的第二場極板(第 二場極板電極118)。第二場極板電極118包括位于第一場極板電極116和漏電極114之 間的區域中的屏蔽部分119，并用來將第一場極板電極116同漏電極114 屏蔽開。此外，第二場極板電極118在柵長方向上的截面圖中包括偏移 部分，其中連接一個臺階和另一個臺階的垂直型的一部分用作屏蔽部 分119。屏蔽部分119的上端位于第一場極板電極116的上表面之上，艮口， 在遠離半導體襯底IIO (化合物半導體lll)的側上。在柵長方向上的截面圖中，當第二場極板電極118交疊包括第一場極板電極116和柵電極113的結構的上部的交疊區域在柵長方向上的長 度設定為Lol，且柵長設定為Lg時，滿足下面表達的關系 0 ^ Lol/Lg S 1 。例如，可選擇Lol-0，艮P， Lol/Lg = 0。在圖l中，以與覆蓋第一極板電極116的側表面的一層絕緣膜(第 二絕緣膜117)接觸的方式提供第二場極板電極118。在與柵電極113的 上表面的基本相同的水平面內，第二場極板電極U8還與從第一場極板 電極116的側表面向其上表面提供的絕緣膜(第二絕緣膜in)交疊。圖1中示出的場效應晶體管包括覆蓋柵電極113和漏電極114之間 的區域中的半導體襯底110 (化合物半導體lll)上方的第一絕緣膜(第 一絕緣膜115)和在第一場極板電極116和漏電極114之間的區域中的第 一絕緣膜115上提供的第二絕緣膜(第二絕緣膜117)，其中第一場極 板電極116用與第一絕緣膜115的上表面接觸的方式提供，并且屏蔽部 分119的下端與第二絕緣膜117的上表面接觸。這是第一場極板電極116 的下端相對屏蔽部分119的下端位于半導體襯底110 (化合物半導體 111)側上的結構。化合物半導體lll是由包含As的III-V族化合物半導體制成的層結構。第一場極板電極116被偏置在與柵電極113相同的電位。另一方面， 第二場極板電極118被偏置在與源電極112相同的電位。具體地，在工 作區中以彼此電氣獨立的形式形成源電極112和第二場極板電極118。 在工作區的截面圖中，源電極112和第二場極板電極118以分開的形式 成形，但是源電極112和第二場極板電極118在隔離區中電連接。第一場極板電極116包括以與柵電極113隔開的方式提供的場控制電極。雖然在圖l中示出的場效應晶體管中，第二場極板電極118和第一場極板電極116彼此交疊，并且第二場極板電極118和柵電極113也彼此 交疊，但是可以采用第二場極板電極118和第一場極板電極116彼此交 疊而第二場極板電極118和柵電極113彼此不交疊的結構。此外，當在柵長方向上的截面圖上，從柵電極113端部向漏電極114 的第一場極板電極116的在柵長方向上的延伸寬度設定為Lfpl，第二場 極板電極118的下表面的在柵長方向上的長度，g卩，從屏蔽部分119的 柵極側端部直到第二場極板電極118的漏極側端部的第二場極板118的 下表面在柵長方向上的長度設定為Lfp2，該結構可構造成滿足下面公式 (1)的形狀。0.5 x Lfpl ^ Lfp2 (1)此外，如該實例中所示，本示范性實施例的場效應晶體管可以具 有寬凹陷結構。在這種情況下，可以使用如下結構，其中柵電極113以 與化合物半導體lll的上表面接觸的方式提供，接觸層(圖5中示出的 GaAs層133)插入在化合物半導體l 1 l和漏電極l 14之間，以使得接觸層 具有凹陷結構，第一絕緣膜115設置在與接觸層底表面相同水平上暴露 的化合物半導體lll (圖5中示出的AlGaAs層132)上，第一場極板電極 116以與第一絕緣膜115的部分接觸的方式提供，并且第二場極板電極 118以與用于覆蓋第一場極板電極116的側表面的第二絕緣膜117接觸 的形式提供，其中，當從柵電極113端部向漏電極114的第一場極板電 極116在柵長方向上的延伸寬度設定為Lfpl，第二場極板電極118的下表 面在柵長方向上的長度為Lfp2，柵電極113和接觸層的凹陷底表面的漏 極側端部之間的長度設定為Lgr，并且在第一場極板電極116的側表面上 的第二絕緣膜117的厚度設定為d3時，則滿足下面的公式(1)和(2)。<formula>formula see original document page 18</formula>(1)<formula>formula see original document page 18</formula> (2)此外，在柵長方向上的截面圖中，也可以使用這樣的結構，其中 當第二場極板電極118的下表面的在柵長方向中的長度設定為Lfp2，并且在第一場極板電極116和柵電極113之間的區域中的第二場極板電極 118的屏蔽部分119的底表面與化合物半導體lll之間的距離設定為d2 時，滿足下面的公式(3);d2蕓0.5 xLfp2 (3)例如，第一絕緣膜115可以由氧化物膜制成，具體地，可以由Si02 膜制成。現在將更詳細地描述圖l中示出的場效應晶體管的構造。在這種場效應晶體管中，源電極112和漏電極114形成在生長在半 導體襯底110上的化合物半導體111的表面上。此外，在該表面上經第 一絕緣膜115形成柵電極113和第一場極板電極116。第一場極板電極 116電連接到器件的有源區或隔離區上的柵電極113。此外，該器件被 構造成雙場極板結構，其中經過第二絕緣膜117鄰近第一場極板電極 116提供第二場極板電極118。在器件的隔離區上第二場極板電極118電 連接到源電極112。使用這樣的形式，即使得在第一場極板電極116 (第一場極板)的 下表面和化合物半導體lll (由化合物半導體制成的層結構)的上表面 之間僅存在絕緣膜，例如，僅存在第一絕緣膜(第一絕緣膜115)。在 這種情況下，選擇第一絕緣膜(第一絕緣膜115)的厚度dl，以使得其 落在由于施加到第一場極板電極116 (第一場極板)電壓而導致形成在 第一絕緣膜(第一絕緣膜115)中的電場沒有超過發生絕緣膜電擊穿的 擊穿電場強度的范圍內。此外，當與例如施加到柵極113的約1V的導通 電壓相同的電壓施加到第一場極板電極116 (第一場極板)時，在第一 絕緣膜(第一絕緣膜115)為Si02膜的情況下，需選擇該厚度至少設定 在dl 2lnm的范圍內的條件，作為用來保持電場在不超過擊穿電場強度的范圍內的條件。此外，當第一場極板電極116 (第一場極板)的電 位變得與柵電極的電位相等時，須獲得電場的有效調節以選擇Lfpl和dl 之間的比以使其至少落入Lfpl 2dl的范圍內。通常，在通過使用用于 第一絕緣膜(第一絕緣膜115)的絕緣膜的介電常數^和真空中的介電 常數^進行標定(notation)的情況下，優選選擇Lfpl和dl之間的比以 使其落入Lfpl 2dlx 的范圍內。例如，在第一絕緣膜(第一絕緣膜115)為Si02膜的情況下，當Si02膜的介電常數表示為esi02時，優 選選擇Lfpl和dl之間的比以使其落入Lfpl (￡si02/eQ)的范圍內。另一方面，釆用這樣的形式，即使得第一場極板電極116 (第一場 極板)和第二場極板電極118 (第二場極板)形成在第二絕緣膜(第二 絕緣膜117)位于它們之間的狀態。作為用于化合物半導體111中的溝道層和用于半導體襯底110的組 成材料，可以使用包括GaAs的m-V族化合物半導體。例如，所述III-V 族化合物半導體包括GaAs、 AlGaAs、 InP和GalnAsP。通過利用由III-V 族化合物半導體制成的材料，可以實現更高速和更高輸出的場效應晶 體管。更具體地，化合物半導體lll構造成從下側(半導體襯底110側) 按順序層疊GaAs層和AlGaAs層的結構。另夕卜，用作接觸層的GaAs層可 進一步提供在AlGaAs層與源、漏電極112和114之間。在這種情況下，可以利用高電阻的襯底作為半導體襯底110。具體 地，為了制造用于高頻區的FET，在形成由制造在襯底上的FET組成的 微波集成電路的情況下，優選選擇至少半導體襯底的電阻率在〉104 ohirrcm的范圍內。典型地，半導體襯底的電阻率選擇為〉104 ohnvcm 那樣高，由此使得能夠將由此導致的損耗抑制在較低的水平，以致在 微波集成電路的工作頻率設為100 GHz或以下時不會導致問題。具體 地，在使用III-V族化合物半導體襯底中，更優選使用所謂的半絕緣襯 底。例如，第一絕緣膜115和第二絕緣膜117的具體組合包括第一 絕緣膜115和第二絕緣膜117分別為SiCy莫和SiN膜的結構。通過使用這種組合，能夠進一步有效地抑制在化合物半導體襯底lll的表面上俘獲的表 面電荷俘獲的出現。此外，這種場效應晶體管被構造成這種結構，其中，在第一場極板電極116和柵電極113與第二場極板電極118彼此交疊的交疊區域的 在柵長方向上的長度Lol與柵長Lg之間，滿足以下表示的關系(i) <formula>formula see original document page 21</formula>，或(ii) <formula>formula see original document page 21</formula>。將該交疊區域定義為在柵長方向上的截面圖中第二場極板電極 118和包括第一場極板116和柵電極113的結構在柵長方向上彼此交疊 的區域。將該交疊區域設置成滿足前述關系(ii)的結構，由此允許增拐點 存在在高頻側。由此，抑制了高頻區中的增益的降低以提高高頻特性， 并且可以進一步可靠地將第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開。此 外，通過將Lol和Lg之間的比選擇在前述范圍內，相對于由柵電極113 的柵長Lg產生的實際柵電容，可以充分地降低柵極和源極之間的多余 寄生電容的大小。要注意，在選擇滿足前述關系(ii)的結構的情況下，更優選，選 擇滿足下面關系0<Lol/Lg S 0.7的結構。通過采用基于這種關系的結 構，能夠更適當地抑制柵極和源極之間的寄生電容。另外，能夠更穩 定地抑制拐點向低頻側的偏移。此外，可以使用交疊區域的長度Lol滿足關系(i)的結構，由此使 得能夠進一步適當抑制柵極和源極之間的寄生電容。此外，能夠進一 步適當地抑制增益的下降。在這種情況下，由于第二絕緣膜(第二絕緣膜117)也插入在第一 場極板電極116 (第一場極板)側壁和第二場極板電極118 (第二場極板)的屏蔽部分119之間，所以產生了另外的寄生電容。由屏蔽部分119導致的該另外的寄生電容也對柵極和源極之間的寄生電容起貢獻。為了抑制由屏蔽部分119導致的另外寄生電容的作用，進行選擇以使得將 第一場極板電極116 (第一場極板)側壁的高度hfpl設置在至少不高于 柵電極113的高度hg的范圍內。也就是說，優選的，在圖2所示的結構 中，通常選擇第一場極板電極116 (第一場極板)的側壁的高度hfpl， 使其落在hfpl ^ 0.4pm的范圍內。將屏蔽部分119定義為第二場極板電極118的設置在第一場極板電 極116和漏電極114之間的區域，并且其在半導體襯底110的法線方向上 延伸。屏蔽部分119沿著第一場極板電極116的側表面提供，并且用于 將第一場極板電極U6與漏電極114屏蔽開。此外，由于屏蔽部分119的 上表面(上端)位于第一場極板電極116的上端(上表面)上方，所以 能夠通過屏蔽部分119，屏蔽第一場極板電極116的上拐角部分和上、 下區域，在該拐角區電力線易于集中。由此，能夠適當地抑制在第一 場極板電極116和漏電極114之間反饋電容的出現。另一方面，第一場極板電極116的下端相對于屏蔽部分119的下端 位于化合物半導體lll側上。這是直接位于各個場極板下面的絕緣膜厚 度隨著離柵電極U3側的距離增加而變厚的結構。更具體地，在柵電極 113和漏電極114之間區域中在第一和第二絕緣膜115和117上，按順序 分別形成偏置在與柵電極113相同的電位的第一場極板電極116和偏置 在與源電極112相同的電位的第二場極板電極118。通過采用這種結構， 可以調節場極板對漏極側的影響程度以提供理想的電場分布。由此， 能夠進一步有效地提高擊穿電壓。此外，第一場極板電極116偏置在與柵電極113相同的電位。另一方面，第二場極板電極118可設定為偏置在預定的電位，例如在與源電 極112相同的電位。通過選擇這種條件，能夠更可靠地減小第一場極板電極116和漏電極114之間的電容。此外，可顯著地改變施加到第二場 極板電極118的電壓。此外，第二場極板電極118偏置在與源電極112相同的電位，以將 第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開，并由此使第一場極板電極116 和漏電極I14之間的大部分電力線終止。由此，可以大大地減小第一場 極板電極116和漏電極114之間的反饋電容，以提高晶體管高頻區的增此外，在圖l示出的場效應晶體管中，在柵電極113和漏電極114 之間的區域中，在第一和第二絕緣膜115和117上，按順序分別形成偏 置在與柵電極113相同電位的第一場極板電極116和偏置在與源電極 112相同電位的第二場極板電極118。因而，由于偏置在與柵電極113相 同電位的第一場極板電極116和偏置在與源電極112相同電位的第二場 極板電極11S按順序布置在漏電極114方向上，而介質常數比空氣高的 第二絕緣膜11位于其中間7，所以與僅包括第一場極板電極116的常規 結構(圖19)的情形相比，大大緩和了柵電極113附近的電場集中。由 此，該晶體管可以在更高的漏電壓下工作。此外，由于第二場極板電極118形成在代替化合物半導體111表面 的絕緣膜上，所以將由此的電子注入抑制在低水平。由此，能夠適當 地抑制高頻工作時由負電荷的注入引起的負表面電荷所導致的飽和輸 出降低，這在化合物半導體晶體管中頻頻成為問題。如上所述，在本示范性實施例的場效應晶體管中，大大減小了漏 電極114和柵電極113之間的反饋電容，并且還大大減輕了在柵電極113 附近的電場集中。由此，圖l中示出的場效應晶體管可以實現高增益和 高電壓工作，并由此具有高頻工作時輸出性能極大提高的結構。例如，圖l中示出的場效應晶體管適于降低柵電極和漏電極之間的反饋電容， 由此具有高增益，此外也改善了柵極擊穿電壓和飽和輸出降低之間的 折衷。由此，提供了一種在35V或以上的高壓下還能夠高輸出工作的結 構。此外，由于柵電極113和第一場極板電極116是獨立的構件，所以能夠獨立地分別為它們選擇材料。例如，能夠分別為柵電極113單獨選 擇具有良好肖特基特性的金屬性材料，為第一場極板電極116選擇相對 絕緣膜(第一絕緣膜115)具有低布線電阻和優良粘附力的金屬材料。由此，考慮到實現高增益和高電壓工作，第一示范性實施例的結構可 以具有如下優點，與將要在后面公開的第二示范性實施例相比，可以實現更優良的高頻/高輸出特性。可以考慮到緩和電場集中和減小反饋電容，來確定第二場極板電極118的尺寸。更優選，例如在圖2示出的器件中，用下面描述的方式 確定這種尺寸。在圖2和下面的描述中，在柵長方向上的截面圖中表示 長度的各個標記的意義如下。Lg:柵長，Lfpl:從柵電極113的漏極側端部直至第一場極板電極116的漏電 極114側端部的長度，Lfp2:在第二場極板電極118下表面的在柵長方向上的長度，即在 從屏蔽部分119的柵極側端部直至第二場極板電極118的漏極側端部的 第二場極板電極118下表面的在柵長方向上的長度，Lfd:穿過第二絕緣膜117的在包括第一場極板電極116和柵電極 113的結構與第二絕緣膜117、以及第二場極板電極118之間的截面長 度，艮卩，Lfd-Lol + d3，Lgd:在柵電極113和漏電極114之間的距離，Lgr:在晶體管包括凹陷結構的情況下，柵電極113的漏極側端部 和接觸層的凹陷底表面的漏極側端部之間的距離，dl:在第一場極板電極116的底表面和化合物半導體111之間的距 離，其對應于圖2示出的結構中第一絕緣膜115的厚度，d2:在第二場極板電極118的底表面和化合物物半導體111之間的距離，其對應于圖2示出的結構中第一絕緣膜115的厚度和第二絕緣膜 117的厚度之和，d3:位于第一場極板電極116和第二場極板電極118之間的絕緣膜 的厚度，其等效于圖2示出的結構中第二絕緣膜117的在柵長方向上的 厚度，和Lol:在包括柵電極113和第一場極板電極116的結構與第二場極板 電極118的交疊區域的在柵長方向上的長度。可將第一場極板電極116的朝著漏極側伸出尺寸Lfdl設定為例如 0.5pm。由此，能夠更有效地抑制在柵電極113的漏極側端部上的電場 集中。可選地，Lfdl可以是1.5pm或以下。通過選擇這種結構，能夠更 可靠地抑制隨著反饋電容增加高頻特性的降低。此外，關于第二場極板電極118，可將其在柵長方向上的長度Lfp2設定為，例如，0.5x乙fplSLfp2 (1)通過釆用這種選擇，能夠進一步充分地屏蔽第一場極板電極116 和漏電極114之間的電力線。另一方面，為了提高擊穿電壓，優選在漏電極114和化合物半導體 lll之間形成接觸層(圖2中(未示出))，并且第二場極板電極118的 端部與漏電極114隔開一預定距離。在這一點，在采用例如所謂的寬凹 陷結構的情況下，可采用如下結構，其中當將位于第一場極板電極U6 和第二場極板電極118之間的絕緣膜的厚度設定為d3，和將柵電極113 和接觸層的凹陷底表面的漏極側端部之間的距離設定為Lgr (圖5)時，例如，滿足以下表示的公式<formula>formula see original document page 25</formula>通過采用這種結構，能夠進一步提高擊穿電壓。此外，更優選釆 用同時滿足前述公式(1)和(2)的結構。在采用寬凹陷結構時，考慮到提高擊穿電壓，選擇柵電極113和接觸層的凹陷底表面的漏極側端部之間的距離Lgr在至少滿足Lgr^Lg的 范圍內是必要的。在這種寬凹陷結構中，為了防止由于在被第一絕緣 膜(第一絕緣膜115)覆蓋的化合物半導體lll (由化合物半導體制成 的層結構)的表面上形成的表面級(surface level)的影響引起的功率 性能的降低，優選選擇Lgr在Lgr^3)im的范圍內。位于第一場極板電極116 (第一場極板)和第二場極板電極118 (第 二場極板)之間的絕緣膜，目卩，第二絕緣膜(第二絕緣膜117)將它們 隔離開。當將第一場極板電極116 (第一場極板)偏置在與柵電極113 相同的電位，以及將第二場極板電極118 (第二場極板)偏置在與源電 極112相同的電位時，須選擇絕緣膜的厚度d3以使得在這些部分處不發 生第二絕緣膜(第二絕緣膜117)的介電擊穿。例如，在柵導通電壓為 1V的情況下，當第二絕緣膜(第二絕緣膜in)的介電擊穿強度指定為 Ebreak2時，至少要滿足Ebreak2 〉 ( 1 V/d3 )，即，要滿足d3 > (1V/Ebreak2)。另一方面，考慮到減小由第一場極板電極116 (第一場極板)、第 二場極板電極118 (第二場極板)和位于它們之間的絕緣膜組成的電容 器產生的寄生電容，優選選擇用于第二絕緣膜(第二絕緣膜117)的絕 緣膜的厚度d3和絕緣膜的介電常數e2以使它們落入0.5pm^ d3/ (e2/e0) g0.01pm的范圍內。此外，當第一絕緣膜115的厚度設定為dl時，可將化合物半導體lll 與形成在第一場極板電極116和漏電極114之間區域中的絕緣膜上的第 二場極板電極118之間的距離d2設定為滿足例如以下表示的公式d2^0.5xLfp2 (3)前述結構可以通過調節例如第一絕緣膜115的厚度和第二絕緣膜 117的厚度來獲得，以使得它們滿足前述公式(3)。當采用這種方式時，能夠進一步充分地屏蔽第一場極板電極116和漏電極114之間的電力線。在該情況下，當第二場極板電極118和化合物半導體111之間的距 離d2設定為例如第一絕緣膜115的厚度dl和第二絕緣膜117的厚度d3之 和時，其下限由(dl+d3)的下限確定。另一方面，在如下描述的凹陷 處理步驟之后形成第二場極板電極118的這種結構中，絕緣膜的厚度d2 選擇在使得由施加到第二場極板電極118 (第二場極板)的電壓引起的 形成在該絕緣膜中的電場不超過出現該絕緣膜的介電擊穿的情況下的 擊穿電場的范圍。例如，當第二場極板118 (第二場極板)偏置在與源 電極相同的電位時，在絕緣膜為Si02膜的情況下，須至少選擇厚度d2 設定在d2^ lnm的范圍內的這種條件，作為電場不超過擊穿電場強度的 條件。此外，在本示范性實施例中，采用了如下結構，其中滿足表示為 0SLfd的關系，且第一和第二場極板電極116和118分別以與第二絕緣膜 117的兩側接觸的方式提供。通過采用第一和第二場極板電極116和11S 被單層絕緣膜隔開的結構，能夠進一步可靠地將第一場極板電極116與 漏電極114屏蔽開。另一方面，在相同的水平面上，即，在第一絕緣膜115的表面上， 提供第一場極板電極116和第二場極板電極118，然后在其整個上表面 上提供絕緣膜以隔離開這些場極板的情況下，存在這樣的擔心，由于 在電極之間不令人滿意的掩埋而可能在絕緣膜內形成氣隙。結果，存 在這樣的擔心，由于在氣隙處介電常數的降低會降低第一場極板電極 116相對于柵電極113的屏蔽效應。鑒于上述情形，在本示范性實施例 中，在形成第一場極板電極116之后，從第一場極板電極116的側表面 朝著第一絕緣膜115的上表面提供第二絕緣膜117，然后在第二絕緣膜117上形成第二場極板電極118，以使得抑制在第二絕緣膜117處形成氣 隙。由此，第二場極板電極U8能以與第二絕緣膜117直接接觸的狀態 穩定地形成。在以下的示范性實施例中，主要對與第一示范性實施例的不同點 進行描述。(第二示范性實施例)雖然已在第一示范性實施例中通過把釆用柵電極113和第一場極 板電極116結構上分離且在該器件的隔離區中電連接的結構的情況作 為實例進行了說明，但也可采用柵電極113和第一場極板電極116整體 形成連續形狀的整體結構。圖3是示出本示范性實施例的場效應晶體管的結構的截面圖。圖3中所示的場效應晶體管的基本結構與第一示范性實施例中公 開的場效應晶體管(圖l)非常相似，但第一場極板電極116是以與柵 電極113整體連續的方式構造的。要注意，"整體連續"在這里指的是整 體形成為連續體的狀態。此外，優選采用包括單一構件且不具有連接 部件的結構。通過使柵電極113和第一場極板電極116形成為整體形狀， 可以提供這些電極在同一工藝同時形成且可以穩定制造的結構。此外， 第一場極板電極116可以更可靠地偏置在與柵電極113相同的電位。此 外，由于柵電極113和第一場極板電極116整體連續，所以能夠進一步 可靠地將漏電極114側與柵電極113的側表面屏蔽開。在圖3所示的結構中，提供包括GaAs層131、 AlGaAs層132和GaAs 層133的層疊結構作為化合物半導體111。 GaAs層131、 AlGaAs層132和 GaAs層133分別用作工作層、肖特基層和接觸層。此外，當GaAs層133 提供在AlGaAs層132和源電極112以及漏電極114之間時，該器件具有所 謂的柵極凹陷結構，其中柵電極113的下部的一部分被掩埋在GaAs層133的開口部分中。利用這種結構，可以與第一場極板電極116的作用 一起提供更優良的柵極擊穿電壓。(第三示范性實施例) 在前述示范性實施例中，已對第一場極板電極116的下表面相對于屏蔽部分119的下表面位于化合物半導體111側上的結構的情況進行了說明。在前述示范性實施例所示的場效應晶體管中，還可采用如下的結構，其中屏蔽部分119的下表面位于相對于第一場極板電極116的下表面的下部，即，在化合物半導體lll側上。在本示范性實施例中，將 通過把與第二示范性實施例中公開的相似的晶體管的情況作為實例進 行說明。圖ll是示出本示范性實施例的場效應晶體管的結構的截面圖。在圖ll所示的場效應晶體管中，屏蔽部分119的下端相對于第一場 極板電極116的下端位于AlGaAs層132側上。具體地，該器件包括第一 絕緣膜115，用于覆蓋柵電極113和漏電極114之間區域中的AlGaAs層 132的表面，其中凹陷部分(未示出)設置在第一場極板電極116和漏 電極114之間的區域中的第一絕緣摸15處，并且以與第一絕緣膜115的 上表面接觸的方式提供第一場極板電極116。此外，第二場極板電極118 的屏蔽部分119的下端設置在凹陷部分內，并且第二場極板電極118的 下表面和其周圍部分掩埋在凹陷部分內。換句話說，在形成屏蔽部分 119的區域中，移除第二絕緣膜117，并蝕刻第一絕緣膜115使其變薄。 此外，屏蔽部分119與變薄的部分接觸。通過進行這樣的修改，提供了屏蔽部分119的上部(上端)突出在 第一場極板電極116的上表面，且屏蔽部分119的下表面(下端)相對 于第一場極板電極116朝著AlGaAs層132側突出的結構。由此，除了屏 蔽第一場極板電極116的側表面外，還能夠進一步有效地將電力線易于 集中的第一場極板電極116的下拐角部分以及上拐角部分與漏電極114屏蔽開。由此，進一步減小第一場極板電極116和漏電極114之間的反 饋電容以提高高頻特性。雖然將在以下實例中示出電子用作FET工作的載流子的結構的具 體情形，但是在使用空穴作為載流子的結構中當然也可以以相同的方 式獲得由第二場極板引起的屏蔽效果。實例將利用具體實例更詳細地說明前述示范性實施例的結構。實例i 至5對應于第二或第三示范性實施例，實例6至10對應于第一或第二示 范性實施例。(實例l)在本實例中，制備圖3所示的場效應晶體管以評估它的性能。作為 半導體襯底IIO，使用高電阻GaAs (半絕緣GaAs)襯底。作為對應于 化合物半導體lll的層，形成例如100nm的AlGaAs緩沖層(未示出)、 400nm的GaAs層131、 AlGaAs層132 ( Al組分比0.20，厚度30nm)和GaAs 層133 (Si施主濃度lxl0ncm—3，厚度50nm)。按順序沉積AuGe、 Ni和 Au作為金屬膜，然后使用剝離工藝形成源電極112和漏電極114，之后 在氮氣氛下在42(TC進行熱處理以由此形成歐姆接觸。接下來，例如，通過熱CVD方法，形成具有100nm厚度的SiO2膜作 為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將要形成柵電極113的區域開口。 此外，利用用于第一絕緣膜115的Si02膜作為掩模選擇性移除GaAs層 133的露出部分。利用含氯和氟的氣體通過干法蝕刻進行GaAs的移除。隨后，在半導體襯底110的整個上表面上按順序沉積Ti和Al，然后 通過利用剝離工藝形成柵電極113和第一場極板電極116的整體型電 極。柵電極113的柵長Lg設定為1.0pm，第一場極板電極116的Lfpl設定 為0.8fim。此外，沉積了150nm膜厚的SiN作為第二絕緣膜117，并且按順序 沉積Ti、 Pt和Au膜作為其上層，然后進行剝離工藝以形成第二場極板電 極118。第二場極板電極118的Lfd和Lfp2分別設定為0.4iim和1.0^im。在 隨后的布線步驟，在隔離區中第二場極板電極118電連接至源電極112。另外，為了比較本實例與常規類型結構的效果，制備了不包括第 二場極板電極118的場效應晶體管(示于圖19中)作為具有常規結構的 場極板晶體管。圖4是示出在5GHz的工作頻率下對于本實例和常規類型晶體管的 評估的功率性能的結果的圖。在本實例中，抑制了在該晶體管中產生 的熱的影響，以進行具有4mm柵寬度的元件器件的連續工作的比較， 以闡明本實例的效果。如圖4所示，在常規類型的晶體管中(示于圖19中)，在相對低的 工作電壓下，由于場極板部分216導致的柵電極和漏電極之間的反饋電 容，不能提供足夠的增益，且在15V或以上的工作電壓下增益為15dB。 此外，同樣關于輸出密度，觀察到了如下現象，其中在35V或以上的工 作電壓下在RF工作時的漏電流由于表面態而降低。因此，存在使得飽 和輸出在2.0 W/mm的值處飽和的趨勢。相反，在本實例的晶體管中，由于柵電極和漏電極之間的反饋電 容減小，所以從低工作電壓處獲得了約16B的高增益。此外，由于第一 場極板電極116和第二場極板電極118利用第二絕緣膜117作間隔物而 相鄰，所以其緩和電場集中的效果高。結果，直至50 V在工作中也沒 有出現由于在RF工作模式下的表面態引起的漏電流降低，且飽和的輸 出密度與工作電壓一起增加。由此，實現了3.0W/nmi的飽和輸出密度。此外，在前述實例中已對其中以掩埋到GaAs層133的形式形成柵電極113的晶體管進行了說明，且還迸行以下描述的結構的晶體管的制 備和評估。圖5是示出本實例的另一結構的圖。盡管圖5所示的場效應晶體管的基本結構是其中接觸層介于源電極112和AlGaAs層132的表面之間、以及漏電極114和AlGaAs層132的表 面之間的結構，與圖3中所示的晶體管相似，但在圖5中所示的器件中 釆用所謂的寬凹陷結構。在圖5所示的場效應晶體管中，在GaAs層133提供開口部分，并且開口部分的寬度根據從半導體襯底iio朝著其上部的距離增加而變大。提供如下結構，其中柵電極113的柵長比在GaAs 層133底表面的開口部分的開口寬度短，從在GaAs層133底表面的開口 部分暴露出AlGaAs層132，并且在AlGaAs層132的露出表面和第一場極 板電極116之間提供第一絕緣膜115。在采用這種結構的情況下，通過 組合第一場極板電極116和直接位于其下面的絕緣膜結構的效果，能夠 更有效地減緩柵電極113的漏極側端部的電場集中。在本實例中，根據以下描述的工序形成圖5中所示的晶體管。在源 電極112和漏電極114形成5pm的間隔之后，在預定區域中提供抗蝕劑。 通過利用該抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中心 2.5(im寬度的GaAs層133被選擇性地移除。利用含氯和氟的氣體通過干 法蝕刻進行GaAs的移除。此外，例如，通過熱CVD方法，形成具有100nm膜厚度的SiO2膜作 為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將要形成柵電極的Si02膜的區域 開口。順序沉積Ti和Al，然后進行剝離工藝以形成柵電極113和第一場 極板電極116的整體電極。柵電極113的柵長Lg設定為1.0jim，第一場極 板電極116的Lfpl設定為0.8i^m。當對獲得的晶體管進行上述評估時，測量到具有更高增益的晶體管性能。接下來，對圖4的評估中使用的晶體管分析頻率和增益之間的關 系。具體地，對于圖3和19所示的晶體管，其中進行設置以使得電源電壓Vdd二28V,柵寬度Wg-2mm，柵長Lg二1.0(im， Lfpl = 0.8jim，和 d3 = 150nm，并且具有多種Lfd二Onm、 0.4|am、 l.Ofim、 1.4^im、 2.0pm 和3.0pm，測量了增益突然降低的拐點。圖22 (a)和22 (b)是示出其拐點的測量結果的圖。圖22 (a)是 示出頻率(GHz)和最大穩定功率增益MSG (dB)或最大可用功率增 益MAG (dB)之間關系的圖。圖22 (b)是示出在圖3所示的晶體管中 Lfd=d3+Lol (pm)和拐點(GHz)之間關系的圖。從圖22 (a)和22 (b)看出，與包括一個場極板的常規類型的晶 體管(示于圖19中)相比較，通過利用圖3所示的結構能夠提高增益。 具體地，當在具有柵長Lg-1.0pin的結構中設定表示為0 SLfd S1.0pm 的關系時，發現拐點保持在100GHz或以上。要明白，可以在相對于拐 點的低頻側進行工作，由此例如在5GHz或以上的這種高頻區中，能夠 穩定地獲得高增益。此外，發現通過選擇這樣的結構，即其中設定O SLfd Sl.Opm、 Lg二1.0nm和d3-150nm，在第一場極板電極116和柵電極113與第二場 極板電極118的交疊區域的在柵長方向上的長度Lol由以下等式給出Lol/:Lg= (Lfd-d3) /Lg，由此，滿足以下關系0蕓Lol/Lg蕓1 ，能夠穩定地保持拐點在高頻側。要注意，雖然在本實例中使用Ti、 Pt和Au作為用作第二場極板電 極118的材料的金屬，但在本實例和以下公開的其它實例中可使用在絕緣膜上不剝離的任意導電材料作為第二場極板電極118的材料，例如， 可使用其它金屬材料。這種其它導電材料包括選自例如由TiN、 WSi、WN、 Mo、 Al和Cu構成的組的一種金屬、或兩種或更多金屬。選擇的金屬可以是單層，或可使用組合的多種金屬作為多層膜結構。另外，雖然以上已描述了在1.5GHz頻帶使用的化合物半導體晶體 管的實例，但在本實例和以下描述的實例中也可以采用其它頻帶。例 如，如果進行制造以使得各尺寸滿足在前描述的關系，在對于在C頻帶 中使用的晶體管選擇柵長Lg-0.5pm作為其范圍的中心、以及對于在亞 毫米波波段中使用的晶體管選擇柵長Lg-0.10-0.25,作為其范圍的中 心的情況下，可以提供類似的效果。在以下實例中，主要對與第一實例的不同點進行說明。(實例2)在本實例中，分析了Lfd (通過第二絕緣膜117的在由第一場極板 電極116和柵電極113構成的結構和第二絕緣膜117以及第二場極板電 極118之間的截面長度)對屏蔽效應的影響。圖5中示出了器件截面圖。作為半導體襯底110，使用了高電阻 GaAs (半絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形 成了GaAs層131 (厚度400nm) 、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20，厚度 30nm)和GaAs層133 (31施主濃度^1017011-3，厚度50nm)。在GaAs層133上沉積AuGe、 Ni和Au金屬，然后通過剝離工藝形成 具有5^im間隔的源電極112和漏電極114。此外，在氮氣氛下在42(TC進 行熱處理以形成歐姆接觸。接下來，利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的 中心2.5iim寬度的GaAs層133被選擇性地移除。對于移除GaAs，使用利用含氯和氟的氣體的干法蝕刻。接下來，例如，通過利用熱CVD方法，形成具有100nm膜厚度的 SiCy莫作為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將要形成柵電極的第一 絕緣膜115的區域開口。按順序沉積Ti和AI，然后執行剝離工藝形成柵 電極113和第一場極板電極116的整體電極。柵電極113的柵長設定為 l.Ojim，第一場極板電極116的Lfpl設定為0.8fam。此外，沉積具有150nm膜厚度的SiN膜作為第二絕緣膜117。隨后， 在第二絕緣膜117的上表面上按順序沉積Ti、 Pt和Au膜，然后執行剝離 工藝以形成Lfp2-1.0)im的第二場極板電極118。此時，制備了不同的截 面尺寸的器件，艮口， Lfd二0.5fam、 -0.25nm、 +0.25jim、 +0.5nm、 +0.75)im 和+ 1.0pm。在Lfd-O的情況下，第二絕緣膜117和第二場極板118的側表 面彼此接觸。在LfcKO的情況下，它們彼此間隔開(如圖8所示)。在 隨后的布線步驟，第二場極板電極118和源電極112在隔離區中電連接。此外，為了比較，在布線步驟中，還制備了第二場極板電極118 在工作層區域中電連接至源電極112的樣品(示于圖6)(源極-漏極距 離Lsd化O(am， Lfd=l,5|am)。在圖7中示出了從對于獲得的晶體管測量的在1.5GHz的工作頻率 下的功率性能的評估結果獲得的Lfd與線性增益的關系。在常規類型的晶體管中增益同樣在15V或以上的工作電壓下約為 15dB (如圖4所示)，然而，如圖7所示，在包括柵電極113和第一場極 板電極116的結構和第二場極板電極118之間穿過第二絕緣膜117的截 面長度Lfd為負的情況下，由于第二場極板電極118的屏蔽效果小，所以 柵電極和漏電極之間的反饋電容的減小不夠，以致沒有觀察到增益的 提高。相反，當截面長度Lfd為零或正值(Lfd^O)時，顯示出增益顯 著提高。(實例3)在本實例中，關于圖5所示的晶體管，分析了第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的關系。同樣在本實例中，作為半導體襯底110，使用了高電阻GaAs (半 絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成了GaAs 層131 (厚度400nm) 、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20，厚度30nm)和 GaAs層133 (Si施主濃度lx10170^3，厚度50nm)。源電極112和漏電極 114以5pm的間隔形成在GaAs層133上。以5(im的間隔沉積AuGe、 Ni和 Au金屬，并且通過剝離工藝形成這些電極。此外，在氮氣氛下在42(TC 進行熱處理以形成歐姆接觸。利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中心2.5pm 寬度的GaAs層133選擇性地移除。對于移除GaAs，使用利用含氯和氟 的氣體干法蝕刻。隨后，通過利用熱CVD工藝形成具有100nm膜厚度的SiO2膜作為第 一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將其中要形成柵電極113的第一絕緣 膜115的區域開口。按順序沉積Ti和Al，然后執行剝離工藝形成柵電極 113和第一場極板電極116的整體電極。柵電極113的柵長Lg設定為 l.Opm，第一場極板電極116的Lfpl設定為0.8jim。此外，作為第二絕緣膜117，沉積了具有200nm膜厚度的SiN膜 (d3=0.2|am)。在第二絕緣膜117的上表面上按順序沉積Ti、 Pt和Au膜， 然后執行剝離工藝以形成1^(1=+0.75^1111的第二場極板電極118。此時， 制備了第二場極板電極118的長度Lfp2不同的器件，具體地，具有 Lfp2-0拜、0.16, 0.40,、 0.8,、 1.2)Lim禾ni.6fiin的器件。在隨后 的布線步驟，第二場極板電極118和源電極U2在隔離區中電連接。對于獲得的晶體管分析了從在1.5GHz的工作頻率下的功率性能的 評估結果獲得的Lfp2和線性增益的關系(如圖5所示)。圖9是示出該結果的圖。從圖9看出，在該結構中，關于第一場極板電極116的長度Lfpl和 第二場極板電極118的長度Lfp2之間的比，0.5蕓Lfp2/Lfpl，即，滿足前 述公式(1)，通過屏蔽電力線的屏蔽效果高，由此減小了柵電極和漏 電極之間的反饋電容，以便實現增益的顯著提高。(實例4)在本實例中，對于圖5所示的場效應晶體管分析了第二場極板電極 118的長度Lfp2的最大值。同樣在本實例中，作為半導體襯底110，使用了高電阻GaAs (半 絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成了GaAs 層131 (厚度400nm) 、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20，厚度30mn)和 GaAs層133 (Si施主濃度lxlOi7cm'3，厚度50nm)。源電極112和漏電極114形成5iim的間隔。具體地，按順序沉積 AuGe、 Ni和Au金屬，然后通過剝離工藝形成這些電極。此外，在氮氣 氛下在42(TC進行熱處理以形成歐姆接觸。接下來，利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的 中心2.5nm寬度的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用含氯和氟的氣 體的干法蝕刻執行該GaAs移除。隨后，例如，通過利用熱CVD工藝，形成具有100nm膜厚度的SiO2 膜作為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將其中要形成柵電極113的 第一絕緣膜115的區域開口。按順序沉積Ti和Al，然后執行剝離工藝形 成柵電極113和第一場極板電極116的整體電極。柵電極113的柵長Lg設定為1.0i^m，第一場極板電極116的Lfpl設定為0.3jam。此外，沉積了具有200nm膜厚度的SiN膜作為第二絕緣膜117。在 第二絕緣膜117的上表面上按順序沉積Ti、 Pt和Au膜，然后執行剝離工 藝以形成具有1^(1=+0.75^1111的第二場極板電極118。此時，制備了在第 二場極板電極118的長度Lfp2上不同的器件，具體地，具有Lfp2-0iam、 0.3pm、 0.9|im、 1.6pm和2.3pm的器件。在這些情況下，在柵長方向上 的截面圖上，將柵電極113和GaAs層133的凹陷底表面的漏極端之間的 長度Lgr設定為3.5nm。在隨后的布線步驟，第二場極板電極118和源電 極112在隔離區中電連接。另外，為了比較制備了Lfpl-O)am、 Lfp2-0)ini的場效應晶體管。圖10是示出對于獲得的晶體管測量的擊穿電壓的評估結果的圖。 從圖10看出，當在第一場極板電極116的長度Lfpl為0.3fim和第一場極 板電極116的側表面上的第二絕緣膜117的厚度d3為0.2nm的情況下，第 二場極板電極118的長度Lfp2從0增加到0.3iam，由此Lfpl+Lfp2+d3增加 到0.8jam時，顯著提高了擊穿電壓以使其變為高達80V。此外，當Lfp2 增加到2.3iim以使得Lfpl+Lfp2+d3等于2.8^im時，擊穿電壓突然下降到 70V。認為當關于Lgr (=3.5nm) 、 Lfpl+Lfp2+d3大于3/5xLgr時，第二 場極板電極118的漏極端的電場集中變大使得擊穿電壓降低。于是，利用滿足下式的結構<formula>formula see original document page 38</formula> (2)能夠進一步提高擊穿電壓。(實例5)在本實例中，在圖5所示的場效應晶體管中，分析了第二場極板電 極118的長度Lfp2和第二絕緣膜117的厚度d2。同樣在本實例中，作為半導體襯底IIO，使用了高電阻GaAs (半絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成了GaAs 層131 (厚度400nm) 、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20，厚度30nm)和 GaAs層133 (Si施主濃度lxlO'7cm'3，厚度50nm)。接下來，在GaAs層133上形成5(am間隔的源電極112和漏電極114。 按順序沉積AuGe、 Ni和Au金屬，然后通過剝離工藝形成這些電極。此 外，在氮氣氛下在42(TC進行熱處理以形成歐姆接觸。利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中心2.5(am 寬度的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用含氯和氟的氣體的干法蝕 刻執行該GaAs移除。其后，例如，通過利用熱CVD方法，沉積具有100nm 膜厚度的Si02作為第一絕緣膜115，然后通過干蝕刻將其中要形成柵電 極113的區域開口。此外，通過沉積Ti和Al、然后執行剝離工藝形成柵 電極113和第一場極板電極116的整體電極。柵電極113的柵長Lg設定為 l.Opm，第一場極板電極116的Lfpl設定為0.8jim。隨后，分別制備了多個器件樣品，其中形成sicy莫作為第二絕緣膜117，分別具有0.1jim、 0.3nm、 0.5^im和0.7pm的膜厚度；在第二絕緣 膜117的上表面上按順序沉積Ti、 Pt和Au膜，然后執行剝離工藝以形成 第二場極板電極118。將第二場極板電極118的Lfp2設定為1.0iim。此外， 還制備了以下樣品，其中將SiO2厚度設定為0.1pm的樣品的一部分分割 以通過蝕刻移除Si02，或隨后通過蝕刻移除100nm第一絕緣膜115的 50nm，然后在其上表面上形成Lfp2-1.0nm的第二場極板電極118 (示于 圖ll)。之后，在布線步驟中，第二場極板電極118和源電極112在隔 離區中電連接。圖12示出了從對于獲得的晶體管測量的在1.5GHz的工作頻率下的 功率性能的評估結果獲得的d2/Lfp2與線性增益的關系。從圖12看出， 當滿足表示為d2/Lfp2蕓l/2的關系時，顯示出了第二場極板電極118的 屏蔽效應，由此，顯著提高增益。(實例6)圖13是示出本實例的場效應晶體管的結構的截面圖。圖13所示的 場效應晶體管的基本結構與第二示范性實施例中提到的圖l所示的場 效應晶體管非常相似，但區別在于圖13所示的器件以所謂的寬凹陷結 構構造。作為半導體襯底110，使用了高電阻GaAs (半絕緣的GaAs)襯底。 作為對應于化合物半導體lll的層，形成了GaAs層131 (厚度400nm)、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20，厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度 lxl017cnf3，厚度50nm)。形成5.5iim間隔的源電極112和漏電極114。這里，按順序沉積 AuGe、 Ni和Au金屬，然后通過剝離工藝形成這些電極。此外，在氮氣 氛下在420'C進行熱處理以由此形成歐姆接觸。利用抗蝕劑作為掩模， 從源電極112和漏電極114之間的中心2.5nm寬度的GaAs層133被選擇性 地移除。通過利用含氯和氟的氣體的干法蝕刻執行該GaAs移除。此外， 通過利用熱CVD方法形成具有100nm膜厚度的SiO2膜作為第一絕緣膜 115，然后通過干蝕刻將其中要形成柵電極113的區域開口。在這種結構中形成柵電極U3，其填滿由此獲得的開口部分并進一 步在第一絕緣膜115上方懸出0.2nm。柵電極113的柵長設定為l,0pm。 作為用于柵電極113的金屬，沉積了具有比常規的Ti (下層)/Al (上層) 金屬高的勢壘高度和小的柵泄漏電流的Pt，然后利用抗蝕劑通過剝離工 藝形成柵電極113。接下來，形成第一場極板電極116作為不同于具有 Lfph0.8^im尺寸的柵電極113的導電構件。在該情況下，按順序沉積對 于第一絕緣膜115結合性優良的Ti、 Pt和Au，然后執行剝離工藝形成該 電極。通過以該方式利用分別適合于柵電極113和第一場極板電極U6 的金屬材料，能夠進一步顯著地提高晶體管的性能及其制造產率。接下來，作為第二絕緣膜in，沉積具有150rim膜厚度的SiN。在 其表面上，通過沉積和剝離工藝，形成具有Lfd-0.4(im和Lfp2-1.0(im的 Ti/Pt/Au電極作為第二場極板電極118。在隨后的布線步驟，第二場極 板電極118和源電極112在隔離區中電連接。評估了由此獲得的場效應晶體管，并且與實例l中的作比較。具體 地，作為根據實例l中描述的工序在1.5GHz下的功率性能的評估結果， 發現該器件顯示出與實例l的可比程度的功率性能。由于能夠應用對于 柵電極最佳的材料，所以進一步增加了由柵泄漏電流減小引起的器件 的長期穩定性的提高。此外，在本實例中，在形成歐姆接觸之后，通過等離子體CVD方 法形成100nm厚度的SiN作為第一絕緣膜115，然后在通過干法蝕刻獲得 的開口處形成柵長為l.O)im的T形柵電極。作為形成柵電極113和第一絕 緣膜115的另一方法，能夠在形成歐姆電極之后，通過沉積和剝離工藝 形成柵長為1.0pm的矩形柵電極113，然后，例如，通過利用等離子CVD 方法，形成100nm膜厚度的SiN膜作為第一絕緣膜115。此外，雖然已在本實例中描述了，能夠通過沉積和剝離工藝形成 柵長為1.0pm的矩形柵電極113，然后例如，通過等離子CVD方法，形 成100nm膜厚度的SiN膜作為第一絕緣膜115，但也能夠使用由高難熔金 屬制成的WSi作為矩形柵電極113。在該情況下，作為半導體襯底IIO，使用高電阻GaAs (半絕緣的 GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成例如AlGaAs緩 沖層(未示出)(100nm) 、 GaAs層131 (400nm) 、 AlGaAs層132 (Al 組分比0.20，厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度lxloncm'3，厚度 50nm)。接下來，利用抗蝕劑作為掩模選擇性地移除具有2.5nm寬的 GaAs層133。通過利用含氯和氟的氣體的干法蝕刻執行該GaAs的移除。此外，通過利用濺射方法在半導體襯底110的整個表面上沉積 500nm厚的WSi金屬。隨后，通過利用抗蝕劑作為掩模利用氟基氣體的 干法蝕刻，通過蝕刻移除除了將要形成柵電極113的區域之外的WSi金 屬。此外，形成了源電極112和漏電極114。沉積AuGe、 Ni和Au金屬， 然后執行剝離工藝形成這些電極，之后在氮氣氛下在42(TC執行熱處理 以由此形成歐姆接觸。在以下實例中，將主要對與實例6的不同點進行說明。 (實例7)在本實例中，通過利用實例2中描述的過程，分析了Lfd (在由第 一場極板電極116和柵電極113構成的結構和第二場極板電極118之間 經絕緣膜的截面長度對屏蔽效應的影響。圖14是示出本實例的場效應晶體管的結構的截面圖。同樣在本實 例中，使用高電阻GaAs (半絕緣的GaAs)襯底作為半導體襯底IIO。 在半導體襯底110上，作為對應于化合物半導體lll的層，從下側按順 序形成AlGaAs緩沖層(未示出)(100nm) 、 GaAs層131 (400nm)、 AlGaAs層132 (Al組分比0.20,厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度 lxl。'W3，厚度50nm)。形成5.5nm間隔的源電極112和漏電極114。這里，沉積AuGe、 Ni 和Au金屬，然后執行剝離工藝形成這些電極。此外，在氮氣氛下在420'C 進行熱處理以形成歐姆接觸。利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏 電極114之間的中心2.5)im寬度的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用 含氯和氟的氣體的干法蝕刻移除GaAs。其后，通過利用CVD方法形成 具有100nm膜厚度的SiO2膜作為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將 其中要形成柵電極113的區域開口。在Si02膜上設置的開口部分處，以懸出第一絕緣膜115達0.2pm的結構形成具有柵長Lg-1.0^im的柵電極113。作為用于柵電極113的金屬， 沉積了具有比常規的Ti/Al金屬高的勢壘高度和小柵極泄漏電流的Pt。 通過利用抗蝕劑剝離工藝，形成柵電極113。接下來，形成了具有Lfpl-0.^m的第一場極板電極116。具體地， 按順序沉積關于第一絕緣膜115結合性優良的Ti、 Pt和Au，然后執行剝 離工藝形成第一場極板電極116。此外，形成具有200nm膜厚度的SiN 膜作為第二絕緣膜117,以及進一步形成Ti/Pt/Au電極作為第二場極板 電極11S。此時，分別制備了Lfd長度不同的器件，艮卩，Lfd;0.5)im、 -0.25|im、 +0.25pm、 +0.5(_im、 +0.75f_m^B + 1.0(am。在隨后的布線步驟， 第二場極板電極118和源電極112在隔離區中電連接。作為通過利用實例2中描述的方法從獲得的晶體管在1.5GHz的工 作頻率下的功率性能的評估結果確定了Lfd與線性增益的關系的事實的 結果，存在與實例2類似的趨勢。在Lfd (第一場極板電極116和第二場 極板電極118之間穿過絕緣膜的截面長度)為負的情況下，第二場極板 電極118的效果小，以致沒有觀察到增益的提高，而當截面長度Lfd為正 值時，觀察到增益顯著提高。(實例8)在本實例中，關于圖14中所示的場效應晶體管，通過利用實例3 中描述的過程分析了第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極 118的長度Lfp2之間的關系。同樣在本實例中，作為半導體襯底IIO，使用了高電阻GaAs (半 絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成了100nm 的AlGaAs緩沖層(未示出)、400nm的GaAs層131、 AlGaAs層132 (Al 組分比0.20，厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度lxl0^nT3，厚度 50nm)。源電極112和漏電極114以5.5iim的間隔形成在GaAs層133上。具體 地，按順序沉積AuGe、 Ni和Au金屬，然后執行剝離工藝形成這些電極， 之后通過在氮氣氛下在42(TC進行熱處理以形成歐姆接觸。隨后，利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中 心2.5(im寬度的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用含氯和氟的氣體 的干法蝕刻執行GaAs的移除。此外，通過利用熱CVD方法沉積具有 100nm膜厚度的SiO2膜作為第一絕緣膜115，然后通過干法蝕刻將其中 要形成柵電極113的區域開口。在第一絕緣膜115處提供的開口部分，以在第一絕緣膜115上懸出 0.2)am的結構形成具有柵長Lg-1.0^n的柵電極113。作為用于柵電極113 的金屬，沉積了具有比常規的Ti/Al金屬高的勢壘高度和小柵極泄漏電 流的Pt,然后使用抗蝕劑剝離工藝形成柵電極113。接下來，形成了具 有Lfpl-0.8pm的第一場極板電極116。通過按順序沉積關于第一絕緣膜 115結合性優良的Ti、 Pt和Au、以及執行剝離工藝，形成第一場極板電 極116。在該情況下，將柵電極113和GaAs層133的凹陷底表面的漏極端 之間的距離Lgr設置為3.5nm。接下來，作為第二絕緣膜in,沉積了具有200nm膜厚度的SiN膜 (d3=0.2[im)。在SiN膜的上表面上，形成了第二場極板電極118。第 二場極板電極118是通過沉積Ti、 Pt和Au膜并執行剝離工藝形成的。在 該情況下，分別制備了第二場極板電極118的長度Lfp2不同的器件，具 體地，具有Lfp2-0nm、 0.16|am、 0.40jim、 0.8|im、 1.2nm和1.6nm的器 件。在隨后的布線步驟，第二場極板電極118和源電極112在隔離區中 電連接。關于獲得的場效應晶體管，根據與實例3中描述的類似的過程，進 行在1.5GHz的工作頻率下的功率性能的評估，以確定Lfp2和線性增益 的關系。結果，與實例3的器件類似，利用結合第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的比滿足表示為 0.5^Lfp2/Lfpl的關系的結構，電力線的屏蔽效應高，使得減小了柵電 極和漏電極之間的反饋電容，由此，能夠獲得增益的顯著提高。另外，在本實例中，使用了分別適合于柵電極113和第一場極板電 極116的金屬材料。由此，顯著提高了晶體管的性能和產率。(實例9)在本實例中，關于圖14中所示的場效應晶體管，通過利用實例4 中描述的過程分析了第二場極板電極118的長度Lfp2的最大值。同樣在本實例中，作為半導體襯底110，使用了高電阻GaAs (半 絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，形成了AlGaAs 緩沖層(未示出)(100n) 、 GaAs層131 (400nm) 、 AlGaAs層132 (Al 組分比0.20，厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度lxloncm-3，厚度 50nm)。源電極112和漏電極114在GaAs層133上形成，具有5.5pm的間隔。 這里，作為金屬按順序沉積AuGe、 Ni和Au，然后使用剝離工藝形成這 些電極，之后在氮氣氛下在420'C進行熱處理以形成歐姆接觸。此外， 利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中心2.5pm寬度 的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用含氯和氟的氣體的干法蝕刻執 行GaAs移除。隨后，通過利用熱CVD方法形成具有100nm膜厚度的SiO2膜作為第 一絕緣膜115,然后通過干法蝕刻將其中要形成柵電極113的區域開口。在第一絕緣膜115處提供的開口部分，以懸出第一絕緣膜115達 0.2pni的結構形成具有柵長Lg-l.(^in的柵電極113。作為用于柵電極113 的金屬，沉積了具有比常規的Ti/Al金屬高的勢壘高度和小的柵極泄漏電流的Pt，然后使用抗蝕劑剝離工藝形成柵電極113。接下來，形成了具有Lfpl-0.3pm的第一場極板電極116。通過按順序沉積對于第一絕緣 膜115結合性優良的Ti、 Pt和Au、以及執行剝離工藝，形成第一場極板 電極116。在該情況下，將柵電極113和GaAs層133的凹陷底表面的漏極 端之間的距離Lgr設置為4.0pm。接下來，沉積SiN膜作為具有200nm膜厚度的第二絕緣膜117。在 第二絕緣膜117的上表面上形成具有I4^+0.75pm的第二場極板電極 U8之后，通過沉積和剝離工藝形成Ti、 Pt和Au電極。在該情況下，制 備了第二場極板電極118的長度Lfp2不同的器件(即，Lfp2-0pm、0.3iim、 0.9fim、 1.6,禾口2.3jim)。作為評估獲得的晶體管的擊穿電壓的事實的結果，獲得了與實例4 中獲得的相似的趨勢。具體地，當在該情形(Lgr=4.0|im)下 Lfpl+Lfp2+d3為3/5xLgr或以下時，能夠抑制第二場極板電極118漏極端 的電場集中，以及更適當地抑制擊穿電壓的降低。于是，明白如果采 用滿足Lfpl+Lfp2+d3 S3/5xLgr的必要的結構，則能夠進一步提高擊穿 電壓。另外，在本實例中，使用分別適合于柵電極113和第一場極板電極 116的金屬材料，以便顯著提高晶體管的性能和產率。(實例IO)在本實例中，關于圖14中所示的場效應晶體管，通過利用實例5 中描述的過程分析了第二場極板電極118的長度Lfp2和第二絕緣膜117 的厚度d之間的關系。同樣在本實例中，作為半導體襯底IIO，使用了高電阻GaAs (半 絕緣的GaAs)襯底。作為對應于化合物半導體lll的層，在半導體襯底 IIO上，按順序形成了AlGaAs緩沖層(未示出)(100nm) 、 GaAs層131(400nm) 、 AlGaAs層132 (AI組分比0.20，厚度30nm)和GaAs層133 (Si施主濃度lxlO"cnT3,厚度50nm)。源電極112和漏電極114形成 5.5jim的間隔。這里，按順序沉積AuGe、 Ni和Au金屬，然后使用剝離 工藝形成這些電極，之后通過在氮氣氛下在420'C進行熱處理以形成歐 姆接觸。此外，利用抗蝕劑作為掩模，從源電極112和漏電極114之間的中 心2.5nm寬度的GaAs層133被選擇性地移除。通過利用含氯和氟的氣體 的干法蝕刻執行該GaAs移除。之后，通過利用熱CVD方法形成具有 100mn膜厚度的SiO2膜作為第一絕緣膜115，然后通過干蝕刻將其中要 形成柵電極113的區域開口。在第一絕緣膜115處提供的開口部分，以懸出第一絕緣膜115達 0.2(am的結構形成具有柵長Lg-1.0fim的柵電極113。作為用于柵電極113 的金屬，沉積了具有比常規的Ti/Al金屬高的勢壘高度和小柵極泄漏電 流的Pt，然后使用抗蝕劑剝離工藝形成柵電極113。接下來，形成了具 有Lfpl-0.^m尺寸的第一場極板電極116。通過按順序沉積關于第一絕 緣膜115有優良結合性的Ti、 Pt和Au、以及執行剝離工藝，形成第一場 極板電極116。在該情況下，將柵電極113和凹陷底表面的漏極端之間 的距離Lgr設置為4.0pm。此外，在本實例中，制備了其中分別形成具有0.1nm、0.3pm、0.5jum 和0.7pm的SiO2膜作為第二絕緣膜117的樣品。此外，在第二絕緣膜117 的上表面上通過沉積和剝離工藝形成Ti/Pt/Au電極作為具有 Lfp2-l.(^m的第二場極板電極118。此外，還制備了如下樣品，其中分 割具有厚度為0.1pm的SK)2膜的樣品的一部分以通過蝕刻移除Si02，或 隨后通過蝕刻移除100nm第一絕緣膜115的50nm，然后，通過沉積和剝 離工藝，在其上表面上形成第二場極板電極118 (如圖5所示)。在隨 后的布線步驟中，第二場極板電極118和源電極112在隔離區中電連接。作為通過獲得的晶體管在1.5GHz的工作頻率下的功率性能的評估 分析了d2/Lfp2與線性增益的關系的事實的結果，存在與實例5中觀察的 類似的趨勢。當滿足表示為d2/Lfp2^1/2的關系時，顯示出通過第二場 極板電極118的屏蔽效果，由此，顯著提高增益。另外，在本實例中，作為使用了分別適合于柵電極113和第一場極 板電極116的金屬材料的事實，顯著提高了晶體管的性能和產率。已通過參考示范性實施例和實例描述了本發明。這些示范性實施 例出于說明性的目的，且本領域技術人員明白，對于各個部件或處理 的各個工藝的組合可釆用各種修改的實施例，并且這樣的修改實施例 落入本發明的技術范圍內。雖然以上已通過把AlGaAs/GaAs基化合物半導體晶體管作為實例 進行了說明，但可使用例如InAlAs/InGaAs基晶體管。此外在這種情況 下，獲得了類似的效果。此外，雖然已通過把使用GaAs襯底的情形作 為實例進行了說明，但也可使用InP襯底。在這種情況下，也獲得了類 似的效果。另外，在前述示范性實施例和實例中公開的場效應晶體管用作被 包括在例如放大器電路或振蕩電路中的部件。由于在這種用途中需要 滿意的高頻特性，所以在最大程度顯示出了本發明的FET的優點。
權利要求
1.一種場效應晶體管，包括由GaAs或InP制成的半導體襯底；設置在半導體襯底上的由化合物半導體制成的層結構；形成在由化合物半導體制成的層結構上的源電極和漏電極，彼此隔開一間隔；柵電極，設置在源電極和漏電極之間；第一場極板，設置在柵電極和漏電極之間的區域中的由化合物半導體制成的層結構上方，并且與由化合物半導體制成的層結構隔離開；和第二場極板，設置在由化合物半導體制成的層結構上方，并且與由化合物半導體制成的層結構和第一場極板隔離開，其中第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區域中，并且用于將第一場極板與漏電極屏蔽開，和該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方，由此，在柵長方向上的截面圖中，當將柵長指定為Lg，以及將其中第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結構的上部交疊的交疊區域的在柵長方向上的長度指定為Lol時，滿足下面表示的關系0≤Lol/Lg≤1。
2. 如權利要求1所述的場效應晶體管，其中屏蔽部分的下端相對于第一場極板下端位于半導體襯底側上。
3. 如權利要求2所述的場效應晶體管，進一步包括-第一絕緣膜，用于覆蓋在柵電極和漏電極之間的區域中的由化合物半導體制成的層結構的表面，其中在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜上設置凹 陷部分，和第一場極板以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式設置，并且屏蔽 部分的下端位于凹陷部分內。
4. 如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第一場極板的下端相對于屏蔽部分的下端位于半導體襯底側上。
5. 如權利要求4所述的場效應晶體管，包括第一絕緣膜，用于覆蓋在柵電極和漏電極之間的區域中的由化合 物半導體制成的層結構的表面，第二絕緣膜，設置在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕 緣膜上，其中第一場極板以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式設置，且屏 蔽部分的下端與第二絕緣膜的上表面接觸。
6. 如權利要求1至5中任一項所述的場效應晶體管， 其中第一場極板被偏置在與柵電極相同的電位。
7. 如權利要求1-6中任一項所述的場效應晶體管， 其中第二場極板被偏置在與源電極相同的電位。
8. 如權利要求1-7中任一項所述的場效應晶體管， 其中第一場極板與柵電極一起以單塊形狀整體構造。
9. 如權利要求1-7中任一項所述的場效應晶體管， 其中第一場極板包括以與柵電極間隔開的方式提供的場控制電極。
10. 如權利要求1-9中任一項所述的場效應晶體管，其中Lol=0。
11. 如權利要求1-9中任一項所述的場效應晶體管， 其中第二場極板呈現出與第一場極板的一些交疊，且第二場極板不與柵電極交疊。
12. 如權利要求1-11中任一項所述的場效應晶體管， 其中，在柵長方向上的截面圖中，當將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵長方向上的延 伸寬度指定為Lfpl，以及將第二場極板的下表面的在柵長方向上的長 度指定為Lfp2時，滿足以下表示的公式(1):<formula>formula see original document page 4</formula>
13. 如權利要求1-11中任一項所述的場效應晶體管， 其中該柵電極以與由化合物半導體制成的層結構的上表面接觸的方式 設置，且接觸層介于由化合物半導體制成的層結構和漏電極之間； 該接觸層具有凹陷結構；第一絕緣膜設置在暴露到接觸層底表面的由化合物半導體制成的 層結構上；第一場極板以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式設置；和 第二場極板以與用于覆蓋第一場極板側表面的第二絕緣膜接觸的方式設置； 由此以如下結構來構造前述結構 在柵長方向上的截面圖中，當將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵長方向上的延伸寬度指定為Lfpl;將第二場極板的下表面的在柵長方向上的長度指 定為Lfp2;將柵電極和接觸層的凹陷底表面的漏極側端部之間的距離 指定為Lgr;以及將在第一場極板側表面上的第二絕緣膜的厚度指定為 d3時，滿足以下描述的公式(1)和(2): <formula>formula see original document page 5</formula>(2)。
14. 如權利要求1-13中任一項所述的場效應晶體管， 其中采用如下結構，其中， 在柵長方向上的截面圖中，當將第二場極板下表面的在柵長方向上的長度指定為Lfp2，和將 在第一場極板和柵電極之間的區域中的第二場極板的下表面與由化合 物半導體制成的層結構之間的距離指定為d2時，滿足下面描述的公式(3):。<formula>formula see original document page 5</formula> (3)。
15. 如權利要求1-14中任一項所述的場效應晶體管， 其中由化合物半導體制成的層結構是由包含As的in-V族化合物半導體層制成的層結構。
全文摘要
本發明提供了一種在高壓操作以及高頻特性上顯示出良好性能的場效應晶體管。在本發明中，場效應晶體管包括設置在由GaAs或InP制成的半導體襯底(110)上的由化合物半導體(111)制成的層結構，作為工作層，并采用第一場極板電極(116)和第二場極板電極(118)；第二場極板電極(118)包括屏蔽部分(119)，其位于第一場極板電極(116)和漏電極(114)之間的區域中，并用于將第一場極板電極(116)與漏電極(114)屏蔽開。具體地，在柵長方向上的截面圖中，當將第二場極板電極(118)與由第一場極板電極(116)和柵電極(113)組成的結構的上部交疊的交疊區域的在柵長方向上的長度指定為Lo1，和將柵長指定為Lg時，滿足0≤Lo1/Lg≤1的關系。
文檔編號H01L21/338GK101238560SQ20068002917
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月12日 優先權日2005年6月10日
發明者中山達峰, 井上隆, 岡本康宏, 分島彰男, 大田一樹, 安藤裕二, 宮本廣信, 山之口勝己, 島脅秀德, 村瀨康裕, 松永高治, 笠原健資 申請人:日本電氣株式會社