JP6609926B2 - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関するものであり、例えば、ゲート絶縁膜としてAl2O3膜等の高誘電率絶縁膜を用いた化合物半導体トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same, for example, a compound semiconductor transistor using a high dielectric constant insulating film such as an Al 2 O 3 film as a gate insulating film and a method for manufacturing the same.
AlGaN/GaN−HEMTに代表される窒化物半導体を用いたトランジスタは、ゲート絶縁膜を用いたMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造とすることによってゲート電圧を正に印加することが可能となる。また、それによって、高出力化を実現することができる。 A transistor using a nitride semiconductor typified by AlGaN / GaN-HEMT can apply a gate voltage positively by adopting a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure using a gate insulating film. Moreover, high output can be realized thereby.
しかしながら、ゲート絶縁膜を用いるとゲート電極とチャネルとの距離が長くなるために相互コンダクタンスgmが低下してしまう。そのため、ゲート電極直下をリセス構造としてゲート電極とチャネルとの距離を短くすることが重要であり、ゲートリセスMIS構造が高出力化に有望な構造となる(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。
However, the transconductance g m for the distance between the gate electrode and the channel With the gate insulating film is increased is lowered. Therefore, it is important to shorten the distance between the gate electrode and the channel by using a recess structure directly under the gate electrode, and the gate recess MIS structure is a promising structure for high output (for example, see
また、GaN系半導体においてはゲート絶縁膜の材料として、Al2O3が最も用いられている。Al2O3はSiO2に比べてバンドギャップが広く高耐圧であり、比較的誘電率が高く、またGaNとのΔEcが大きいことがその理由である。ここで、図29を参照して、従来のAlGaN/GaNゲートリセスMISFETを説明する。 In GaN-based semiconductors, Al 2 O 3 is most used as a material for the gate insulating film. This is because Al 2 O 3 has a wider band gap and higher breakdown voltage than SiO 2 , has a relatively high dielectric constant, and has a large ΔE c with GaN. Here, a conventional AlGaN / GaN gate recess MISFET will be described with reference to FIG.
図29は、従来のAlGaN/GaNゲートリセスMISFETの概略的断面図であり、SiC基板101上にAlNバッファ層102を介して、i型GaN電子走行層103、n型AlGaN電子供給層104及びn型GaNキャップ層105を順次成膜する。なお、i型GaN電子走行層103とn型AlGaN電子供給層104との界面には二次元電子ガス層106が形成される。
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view of a conventional AlGaN / GaN gate recess MISFET, in which an i-type GaN
次いで、ゲートリセス領域を形成してゲート絶縁膜として設けたAl2O3膜111を介してゲート電極114を設ける。一方、ゲート電極114から離れた両側にオーミックリセス領域を形成してソース電極118及びドレイン電極119を設けている。このように、ゲート電極114の直下をリセス構造としてゲート電極114と二次元電子ガス層106との距離を短くしているので、相互コンダクタンスgmを大きくすることができる。
Next, a
このような、リセスMIS構造の作製方法としては2通りのプロセスに大別できる。一つはゲートファーストプロセスであり、ゲート絶縁膜およびゲート電極を設けた後にオーミック電極を形成する手法である。もう一つはオーミックファーストプロセスであり、オーミック電極を形成した後にゲート絶縁膜を成膜する。 Such a manufacturing method of the recess MIS structure can be roughly divided into two processes. One is a gate first process, which is a method of forming an ohmic electrode after providing a gate insulating film and a gate electrode. The other is an ohmic first process in which an ohmic electrode is formed and then a gate insulating film is formed.
この二つの方法を比較すると、ゲートファーストプロセスの方がゲート絶縁膜/半導体界面の準位が少なくすることができる。そのため、絶縁膜/半導体界面への電子トラップを抑制でき、閾値電圧シフトや電流コラプスを抑制できる。ここで、図30乃至図32を参照して、従来のゲートファーストプロセスによるAlGaN/GaNゲートリセスMISFETの製造工程を説明する。 Comparing the two methods, the gate-first process can reduce the level of the gate insulating film / semiconductor interface. Therefore, electron traps at the insulating film / semiconductor interface can be suppressed, and threshold voltage shift and current collapse can be suppressed. Here, a manufacturing process of the AlGaN / GaN gate recess MISFET by the conventional gate first process will be described with reference to FIGS.
まず、図30(a)に示すように、SiC基板101上に、AlNバッファ層102、i型GaN電子走行層103、n型AlGaN電子供給層104及びn型GaNキャップ層105を順次成膜する。次いで、図30(b)に示すように、レジストパターン107をマスクとしてn型GaNキャップ層105をエッチングするとともに、n型AlGaN電子供給層104の途中までエッチングしてオーミックリセス領域108を形成する。
First, as shown in FIG. 30A, an
次いで、図30(c)に示すように、レジストパターン107を除去したのち、新たなレジストパターン109を設けて、n型GaNキャップ層105とn型AlGaN電子供給層104の表面側をエッチングしてゲートリセス領域110を形成する。次いで、図31(d)に示すように、レジストパターン109を除去したのち、全面にゲート絶縁膜となるAl2O3膜111を成膜する。
Next, as shown in FIG. 30C, after removing the
次いで、図31(e)に示すように、レジストパターン112を設けたのち、Ni膜及びAu膜を順次堆積させてNi/Au膜113を形成する。この時、ゲートリセス領域110に堆積したNi/Au膜がゲート電極114となる。次いで、レジストパターン112とともにレジストパターン112上に堆積したNi/Au膜113をリフトオフする。
Next, as shown in FIG. 31E, after providing a
次いで、図31(f)に示すように、新たなレジストパターン115を設け、このレジストパターン115をマスクとしてオーミックリセス領域108に露出しているAl2O3膜111をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 31F, a
次いで、図32(g)に示すように、レジストパターン115を除去したのち、新たなレジストパターン116を設けてTi膜及びAl膜を順次成膜してTi/Al膜117を形成する。次いで、図32(h)に示すように、レジストパターン116とともにレジストパターン116上に堆積したTi/Al膜117をリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜117をn型AlGaN電子供給層104とオーミックコンタクトしてソース電極118及びドレイン電極119とする。以上によって、AlGaN/GaNゲートリセスMISFETの基本構造が完成する。なお、実際には、ソース電極118とドレイン電極119はゲート電極114を挟んで交互に配置されており、ゲート電極114は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 32G, after removing the
しかし、Al2O3膜をゲート絶縁膜として用いたゲートリセスMIS構造をゲートファーストプロセスにより作製した場合、図31(f)に示したように、オーミック電極形成予定領域のAl2O3膜を開口することが必要となる。Al2O3膜を開口する手段としてまずはウエットエッチングが考えられるが、Al2O3膜のウエットエッチングには横方向へのエッチングの進行が懸念され、サイズ寸法の小さなデバイスへの適用は難しい。 However, when the gate recess MIS structure using the Al 2 O 3 film as the gate insulating film is manufactured by the gate first process, the Al 2 O 3 film in the ohmic electrode formation scheduled region is opened as shown in FIG. It is necessary to do. As a means for opening the Al 2 O 3 film, wet etching can be considered first, but the wet etching of the Al 2 O 3 film is concerned with the progress of etching in the lateral direction, and it is difficult to apply it to a device having a small size.
また、Al2O3膜をBCl3を含むガスを用いたドライエッチングによって開口を形成できるが、下地のAlGaNへのダメージを考慮して低パワーでエッチングする必要がある。しかし、低パワーでエッチングすると、エッチングマスクおよび側壁のチャージングによるイオンの回り込みの影響などにより、エッチング底面の周囲が深くなってマイクロトレンチ(サブトレンチ)が形成されるという問題がある。 In addition, although the opening can be formed in the Al 2 O 3 film by dry etching using a gas containing BCl 3 , it is necessary to etch with low power in consideration of damage to the underlying AlGaN. However, when etching is performed at a low power, there is a problem that the periphery of the etching bottom is deepened to form a micro-trench (sub-trench) due to the influence of ions wrapping around due to the etching mask and side wall charging.
図33は、従来のAlGaN/GaNゲートリセスMISFETの製造工程の問題点の説明図であり、上述の図31(f)に相当する図を示している。レジストパターン115をマスクとして、BCl3によりAl2O3膜111の露出部をドライエッチングすると、Al2O3膜111の下層のn型AlGaN電子供給層104もエッチングされる。そのため、Al2O3膜111のエッチング時に生じたマイクロトレンチ120がn型AlGaN電子供給層104(及びi型GaN電子走行層103)のエッチング形状に履歴してしまい、この領域に設けるソース電極118及びドレイン電極119の接触抵抗が高くなる。このようなAl2O3膜のエッチングに伴うマイクロトレンチの発生は、ゲートリセス構造やオーミックリセス構造の如何に拘わらず発生するものであり、オーミック電極の接触抵抗が高くなる原因となる。
FIG. 33 is an explanatory diagram of problems in the manufacturing process of the conventional AlGaN / GaN gate recess MISFET, and shows a diagram corresponding to the above-described FIG. 31 (f). When the exposed portion of the Al 2 O 3
したがって、Al2O3等の高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いたMIS構造をゲートファーストプロセスにより作製する際に、マイクロトレンチ形状発生を抑制して、オーミック電極の抵抗増加を抑制することを目的とする。 Therefore, when a MIS structure using a high dielectric constant insulating film such as Al 2 O 3 as a gate insulating film is manufactured by a gate first process, the generation of a micro-trench shape is suppressed and an increase in resistance of the ohmic electrode is suppressed. With the goal.
開示する一観点からは、基板上に窒化物半導体のキャリア走行層を形成し、前記キャリア走行層上に窒化物半導体のキャリア供給層を形成し、前記キャリア供給層上に、Siを含有する第1の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜の一部の領域を除去し、前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜から離れた位置において二次元電子ガス層が存在する前記第2の絶縁膜のうち前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う部分に、ゲート電極を形成し、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に、前記ゲート電極と離間し、前記ゲート電極を挟んだ位置に第1の開口部及び第2の開口部を形成し、前記第1の開口部及び前記第2の開口部にソース電極及びドレイン電極を形成し、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の形成において、第1のガスで前記第2の絶縁膜をエッチングし、前記第1のガスよりも窒化物半導体のエッチングレートが低い第2のガスで前記第1の絶縁膜をエッチングすることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法が提供される。 From a disclosed aspect, a nitride semiconductor carrier travel layer is formed on a substrate, a nitride semiconductor carrier supply layer is formed on the carrier travel layer, and Si is contained on the carrier supply layer. Forming a first insulating film; removing a part of the first insulating film; and covering a part of the first insulating film from which the first insulating film has been removed. And covering a part of the second insulating film where the two-dimensional electron gas layer is present at a position away from the first insulating film, from which the first insulating film is removed. A gate electrode is formed in a portion, the first insulating film and the second insulating film are spaced apart from the gate electrode, and the first opening and the second opening are located at positions sandwiching the gate electrode. Forming a source electrode and a drain electrode in the first opening and the second opening In the formation of the first opening and the second opening, the second insulating film is etched with the first gas, and the etching rate of the nitride semiconductor is lower than that of the first gas. There is provided a method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the first insulating film is etched with a second gas.
また、開示する別の観点からは、基板と、前記基板上に形成された、窒化物半導体のキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成された、窒化物半導体のキャリア供給層と、前記キャリア供給層上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜を介して二次元電子ガス層が存在する領域に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、前記キャリア供給層上に形成され、前記ゲート電極から離れ、前記ソース電極の前記ゲート電極側及び前記ドレイン電極の前記ゲート電極側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接した、Siを含有する第1の絶縁膜とを有し、前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜上まで延在していることを特徴とする化合物半導体装置が提供される。 From another viewpoint to be disclosed, a substrate, a nitride semiconductor carrier travel layer formed on the substrate, a nitride semiconductor carrier supply layer formed on the carrier travel layer, and A second insulating film formed on the carrier supply layer; a gate electrode formed in a region where a two-dimensional electron gas layer exists through the second insulating film; and a position sandwiching the gate electrode. Further, the source electrode and the drain electrode are formed on the carrier supply layer, are separated from the gate electrode, and the source electrode and the drain electrode are disposed on the gate electrode side of the source electrode and the gate electrode side of the drain electrode. There is provided a compound semiconductor device comprising: a first insulating film containing Si that is in contact with the first insulating film; and the second insulating film extends to the top of the first insulating film. The
開示の化合物半導体装置及びその製造方法によれば、Al2O3等の高誘電率絶縁膜をゲート絶縁膜として用いたMIS構造をゲートファーストプロセスにより作製する際に、マイクロトレンチ形状発生を抑制することが可能になる。また、それによって、オーミック電極の抵抗増加を抑制することが可能になる。 According to the disclosed compound semiconductor device and manufacturing method thereof, generation of a micro-trench shape is suppressed when a MIS structure using a high dielectric constant insulating film such as Al 2 O 3 as a gate insulating film is manufactured by a gate first process. It becomes possible. This also makes it possible to suppress an increase in resistance of the ohmic electrode.
ここで、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態の化合物半導体装置を説明する。図1は、本発明の実施の形態の化合物半導体装置の製造工程の説明図であり、ここでは、ゲート電極形成後の工程を図示している。まず、図1(a)に示すように、基板11上に少なくとも窒化物キャリア走行層12及び窒化物キャリア供給層13を順に成膜する。なお、窒化物キャリア走行層12と窒化物キャリア供給層13との界面には二次元キャリアガス層15が形成される。
Here, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the compound semiconductor device of the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Here, a process after forming a gate electrode is illustrated. First, as shown in FIG. 1A, at least a nitride
次いで、全面に第1の絶縁膜16を堆積したのち、ゲート形成領域を含む領域に堆積した第1の絶縁膜16を選択的に除去してゲート形成領域を含む領域を露出させる。次いで、ゲート形成領域を含む領域及び残存する第1の絶縁膜16を覆うように第1の絶縁膜16より誘電率が高い第2の絶縁膜17を堆積する。次いで、ゲート形成領域にゲート電極18を設ける。
Next, after depositing the first insulating
第2の絶縁膜17としては、高誘電率であり、且つ、窒化物半導体とのΔEcが大きい酸化アルミニウム膜或いは酸化アルミニウムより誘電率の高い絶縁膜、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)を用いる。
As the second insulating
また、第1の絶縁膜16の条件としては、
(1)窒化物半導体にほとんどダメージを与えることなく成膜できること、
(2)パターニング(加工)が可能であること、
(3)BCl3によるエッチングレートが第2の絶縁膜18として用いるAl2O3或いはHfO2と同程度もしくはそれよりも小さいこと、
(4)窒化物半導体がエッチングされないフッ素系ガスを用いてエッチングができる
等が挙げられる。典型的には窒化珪素膜(SiN膜)、酸化珪素膜(SiO2膜)或いは酸窒化珪素膜(SiON膜)のいずれかを用いる。
In addition, the condition of the first insulating
(1) A film can be formed with almost no damage to the nitride semiconductor.
(2) Patterning (processing) is possible.
(3) The etching rate by BCl 3 is equal to or smaller than that of Al 2 O 3 or HfO 2 used as the second insulating
(4) Etching can be performed using a fluorine-based gas that does not etch the nitride semiconductor. Typically, any one of a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxide film (SiO 2 film), or a silicon oxynitride film (SiON film) is used.
次いで、図1(b)に示すように、レジストパターン19をマスクとして、ソース電極ドレイン電極を形成する電極形成領域20を覆う第2の絶縁膜17をドライエッチングする。次いで、図1(c)に示すように、電極形成領域20を覆う第1の絶縁膜16を選択的にエッチングする。なお、第1の絶縁膜16を堆積する工程の前に、電極形成領域20を予め掘り下げても良い。或いは、電極形成領域20を覆う第1の絶縁膜16を選択的に除去する工程の後に、電極形成領域20を掘り下げても良い。
Next, as shown in FIG. 1B, using the resist
この第2の絶縁膜17をドライエッチングする工程において、三塩化硼素(BCl3)を含む材料を用いても、下層に第1の絶縁膜16を設けているので、窒化物半導体がエッチングされることがない。また、第1の絶縁膜16を選択的にエッチングする工程において、フッ素系ガスを含むガスを用いたドライエッチングを用いることによって、第2の絶縁膜17のエッチング工程でマイクロトレンチが発生しても下地の窒化物半導体層がエッチンされることがない。
In the step of dry etching the second insulating
なお、基板11としては、SiC基板、サファイア基板、GaN基板或いはSi基板を用いることができる。また、基板11と窒化物キャリア走行層12の間にバッファ層を設けても良く、バッファ層としては、AlNバッファ層、GaNバッファ層、AlN低温バッファ層或いはGaN低温バッファ層を用いることができる。
As the
窒化物キャリア走行層12としては、典型的にはi型GaN層であるが、i型InGaN等でも良い。また、窒化物キャリア供給層13としては、典型的にはn型AlGaN層であるが、窒化物キャリア走行層12がi型InGaN層の場合には、n型GaN層を用いても良い。さらには、正孔をキャリアとして用いる場合には、ドーパントとして、Siの代わりにMgをドープしてp型にすれば良い。
The nitride
また、窒化物キャリア供給層13の成長表面側に予めn型GaN層等のキャップ層14を設けても良く、キャップ層14を設けることで窒化物キャリア供給層13の表面の酸化等を防止することができる。
Further, a
以上の窒化物半導体層を成長させる場合には、有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法を用いる。或いは、有機金属気相成長法の代わりに、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等を用いても良い。 In the case of growing the above nitride semiconductor layer, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) is used. Alternatively, a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like may be used instead of the metal organic chemical vapor deposition method.
有機金属気相成長法を用いる場合には、Al源としてトリメチルアルミニウムガス(TMAl)等を用い、Ga源としてトリメチルガリウムガス(TMGa)等を用い、N源としては、アンモニア(NH3)を用いる。アンモニアガスの流量は100sccm〜10000sccm程度とし、また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000°〜1200°程度とする。Siのドーピング濃度は、1×1018cm−3〜1×1020cm−3程度とする。 In the case of using a metal organic chemical vapor deposition method, trimethylaluminum gas (TMAl) or the like is used as an Al source, trimethylgallium gas (TMGa) or the like is used as a Ga source, and ammonia (NH 3 ) is used as an N source. . The flow rate of the ammonia gas is about 100 sccm to 10,000 sccm, the growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° to 1200 °. The doping concentration of Si is about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .
なお、図1に示した本発明の実施の形態においては、ゲートリセス構造及びオーミックリセス構造を用いていないが、その一方の構造或いは両方の構造を併せて採用しても良いものであり、両方の構造を採用したものを図2を参照して説明する。図2は、本発明の実施の形態の他の化合物半導体装置の製造工程の説明図であり、ここでも、ゲート電極形成後の工程を図示している。まず、図2(a)に示すように、基板11上に少なくとも窒化物キャリア走行層12及び窒化物キャリア供給層13を順に成膜する。なお、窒化物キャリア走行層12と窒化物キャリア供給層13との界面には二次元キャリアガス層15が形成される。次いで、窒化物キャリア供給層13にゲートリセス領域を形成する。
In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the gate recess structure and the ohmic recess structure are not used, but one or both of the structures may be employed together. The structure adopted will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram of another manufacturing process of the compound semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and again shows the process after the formation of the gate electrode. First, as shown in FIG. 2A, at least a nitride
次いで、全面に第1の絶縁膜16を堆積したのち、ゲートリセス領域を含む領域に堆積した第1の絶縁膜16を選択的に除去してゲートリセス領域を含む領域を露出させる。次いで、ゲートリセス領域を含む領域及び残存する第1の絶縁膜16を覆うように第1の絶縁膜16より誘電率が高い第2の絶縁膜17を堆積する。次いで、ゲートリセス領域及びその近傍を覆うようにゲート電極18を設ける。
Next, after the first insulating
次いで、図2(b)に示すように、レジストパターン19をマスクとして、ソース電極ドレイン電極を形成する電極形成領域20を覆う第2の絶縁膜17をドライエッチングする。次いで、図2(c)に示すように、電極形成領域20を覆う第1の絶縁膜16を選択的にエッチングする。なお、第1の絶縁膜16を堆積する工程の前に、電極形成領域20を予め掘り下げても良い。或いは、電極形成領域20を覆う第1の絶縁膜16を選択的に除去する工程の後に、電極形成領域20を掘り下げても良い。
Next, as shown in FIG. 2B, using the resist
このように、ゲートリセス構造及びオーミックリセス構造を採用しても、第2の絶縁膜17をBCl3でドライエッチングする工程において、下層に第1の絶縁膜16を設けているので、窒化物半導体がエッチングされることがない。また、第1の絶縁膜16を選択的にエッチングする工程において、フッ素系ガスを含むガスを用いたドライエッチングを用いることによって、第2の絶縁膜17のエッチング工程でマイクロトレンチが発生しても下地の窒化物半導体層がエッチンされることがない。
As described above, even when the gate recess structure and the ohmic recess structure are employed, the first insulating
本発明の実施の形態においては、オーミック電極を形成する箇所において、第2の絶縁膜17の下に第1の絶縁膜16を介在させているので、マイクロトレンチが発生したとしても、その形状が窒化物半導体層に引き継がれることがない。その結果、従来のような窒化物半導体層にマイクロトレンチが導入されたゲートファーストプロセスと比較して、コンタクト抵抗(Ωcm2)を1桁程度低減することが可能になる。
In the embodiment of the present invention, since the first insulating
次に、図3乃至図5を参照して、本発明の実施例1のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図3(a)に示すように、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, with reference to FIGS. 3 to 5, the manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 1 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 3A, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス(TMAl)、トリメチルガリウムガス(TMGa)、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of trimethylaluminum gas (TMAl), trimethylgallium gas (TMGa), and ammonia gas is used as a source gas in the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図3(b)に示すように、CVD(化学気相成長)法を用いて厚さが50nmのSiN膜27を全面に堆積する。次いで、図3(c)に示すように、ゲート開口部に対応する開口部を有するレジストパターン28を設け、レジストパターン28をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜27の露出部を除去してゲート開口部29を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次いで、図4(d)に示すように、レジストパターン28を除去したのち、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜30を全面に設ける。Al2O3膜30の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定されるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 4D, after the resist
次いで、図4(e)に示すように、ゲート形成領域を開口するレジストパターン31を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜32を形成する。なお、この時、ゲート形成領域に堆積したNi/Au膜がゲート電極33となる。
Next, as shown in FIG. 4E, a resist
次いで、図4(f)に示すように、レジストパターン31上に堆積したNi/Au膜32をレジストパターン31とともにリフトオフしたのち、オーミック電極形成領域を開口するレジストパターン34を設ける。次いで、レジストパターン34をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜30を除去する。なお、この時、SiN膜27にマイクロトレンチが発生する場合がある。
Next, as shown in FIG. 4F, after the Ni /
引き続いて、図5(g)に示すように、レジストパターン34をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜27を選択的に除去する。この時、AlGaN或いはGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、n型GaNキャップ層25の表面で停止する。
Subsequently, as shown in FIG. 5G, the exposed
次いで、図5(h)に示すように、レジストパターン34を除去したのち、新たなレジストパターン35を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜36を形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (h), after removing the resist
次いで、図5(i)に示すように、レジストパターン35上に堆積したTi/Al膜36をレジストパターン35とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜36をn型GaNキャップ層25とオーミックコンタクトさせてソース電極37及びドレイン電極38とする。以上によって、本発明の実施例1のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、実際には、ソース電極37とドレイン電極38はゲート電極33を挟んで交互に配置されており、ゲート電極33は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 5I, the Ti /
本発明の実施例1においては、ゲート電極形成後にソース電極及びドレイン電極を形成する際に、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、GaN及びAlGaNはエッチングされないので、GaN及びAlGaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。 In Example 1 of the present invention, when the source electrode and the drain electrode are formed after the gate electrode is formed, since the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, a micro trench is generated. Is also generated in the SiN film. When the SiN film in which the micro-trench is generated is etched with CF 4 , the shape of the micro-trench is not inherited by GaN and AlGaN because GaN and AlGaN are not etched. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process.
なお、図6は本発明の実施例1のAlGaN/GaNゲートリセスMISFETの変形例の断面図であり、この変形例においては、n型GaNキャップ層を省略している。その他の構造及び製造工程は実施例1のAlGaN/GaNMISFETと全く同様である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a modification of the AlGaN / GaN gate recess MISFET according to the first embodiment of the present invention. In this modification, the n-type GaN cap layer is omitted. Other structures and manufacturing processes are the same as those of the AlGaN / GaN MISFET of Example 1.
次に、図7乃至図10を参照して、本発明の実施例2のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図7(a)に示すように、実施例1と同様に、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, the manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 7A, similarly to Example 1, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてTMAl、TMGa、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of TMAl, TMGa, and ammonia gas is used as a raw material gas under the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図7(b)に示すように、オーミックリセス領域40に対応する開口部を有するレジストパターン39を設け、レジストパターン39をマスクとして露出部をCl2ガスを用いてエッチングしてオーミックリセス領域40を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist
次いで、図7(c)に示すように、レジストパターン39を除去したのち、CVD法を用いて厚さが50nmのSiN膜41を全面に堆積する。次いで、図8(d)に示すように、オーミックリセス領域(40)を完全に覆うようにレジストパターン42を設け、レジストパターン42をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜41の露出部を除去してゲート開口部43を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, after removing the resist
次いで、図8(e)に示すように、レジストパターン42を除去したのち、ALD法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜44を全面に設ける。Al2O3膜44の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定され、また、ゲートリセス深さとの兼ね合いにもなるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 8E, after removing the resist
次いで、図8(f)に示すように、ゲート形成領域を開口するレジストパターン45を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜46を形成する。なお、この時、ゲート形成領域に堆積したNi/Au膜がゲート電極47となる。
Next, as shown in FIG. 8F, a resist
次いで、図9(g)に示すように、レジストパターン45上に堆積したNi/Au膜46をレジストパターン45とともにリフトオフしたのち、オーミックリセス領域(40)を開口するレジストパターン48を設ける。次いで、レジストパターン48をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜44を除去する。なお、この時、SiN膜41にマイクロトレンチが発生する場合がある。
Next, as shown in FIG. 9G, after the Ni /
引き続いて、図9(h)に示すように、レジストパターン48をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜41を選択的に除去する。この時、AlGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、エッチングはオーミックリセス領域(40)の底面に露出するn型AlGaN電子供給層24の表面で停止する。
Subsequently, as shown in FIG. 9H, the exposed
次いで、図10(i)に示すように、レジストパターン48を除去したのち、新たなレジストパターン49を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜50を形成する。
Next, as shown in FIG. 10 (i), after removing the resist
次いで、図10(j)に示すように、レジストパターン49上に堆積したTi/Al膜50をレジストパターン49とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜50をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極51及びドレイン電極52とする。以上によって、本発明の実施例2のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、この場合も、実際には、ソース電極51とドレイン電極52はゲート電極47を挟んで交互に配置されており、ゲート電極47は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 10 (j), the Ti /
本発明の実施例2においてもゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、AlGaNはエッチングされないので、AlGaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。また、実施例2においては、オーミックリセス構造を採用しているので、n型AlGaN電子供給層24を薄くした分だけ抵抗を低減することができる。なお、実施例2においても、n型GaNキャップ層を省略しても良い。
Even in Example 2 of the present invention, since the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, even if the micro-trench is generated, the SiN film is generated. When the SiN film in which the microtrench is generated is etched with CF 4 , AlGaN is not etched, so that the shape of the microtrench is not inherited by AlGaN. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process. In the second embodiment, since the ohmic recess structure is employed, the resistance can be reduced by the thickness of the n-type AlGaN
次に、図11を参照して本発明の実施例3のAlGaN/GaNMISFETを説明するが、ソース電極及びドレイン電極を設ける位置が異なるだけで、基本的製造工程は実施例2と同じであるので、製造工程の相違部のみ説明する。図11は、本発明の実施例3のAlGaN/GaNMISFETの製造工程の要部説明図である。 Next, the AlGaN / GaN MISFET of Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 11. However, the basic manufacturing process is the same as that of Example 2 except that the source electrode and the drain electrode are provided. Only the difference in the manufacturing process will be described. FIG. 11 is an explanatory view of the main part of the manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 3 of the present invention.
図11(a)に示すように、上述の実施例2の図7(a)乃至図8(f)までは同様の工程でゲート電極47を形成する。次いで、オーミックリセス領域(40)を開口するレジストパターン48を設ける。この時、実施例1に比べてレジストパターン48のサイズを大きくして、レジストパターン48をマスクとしてBCl3を用いてAl2O3膜40をエッチングし、端部において側壁に付着したAl2O3膜40が残存するようにする。
As shown in FIG. 11A, the
引き続いて、図11(b)示すように、レジストパターン48をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜41を選択的に除去する。この時、AlGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、マイクロトレンチが発生していてもエッチングはオーミックリセス領域(40)の底面で停止する。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the exposed
以降は、図11(c)に示すように、レジストパターン48を除去したのち、新たなレジストパターンを設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜を形成する。次いで、レジストパターン上に堆積したTi/Al膜をレジストパターンとともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極51及びドレイン電極52を形成する。以上によって、本発明の実施例3のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、この場合も、実際には、ソース電極51とドレイン電極52はゲート電極47を挟んで交互に配置されており、ゲート電極47は櫛歯状の電極構造になっている。
Thereafter, as shown in FIG. 11C, after removing the resist
この実施例3においては、レジストパターン48を最初に掘り下げたオーミックリセス領域(40)に厳密に位置合わせする必要がないので、実施例2に比べて製造マージンを大きくとることができる。なお、実施例3においても、n型GaNキャップ層を省略しても良い。
In the third embodiment, since it is not necessary to strictly align the resist
次に、図12乃至図15を参照して、本発明の実施例4のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図12(a)に示すように、実施例1と同様に、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, with reference to FIGS. 12 to 15, a manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 4 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 12A, similarly to Example 1, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてTMAl、TMGa、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of TMAl, TMGa, and ammonia gas is used as a raw material gas under the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図12(b)に示すように、CVD法を用いて厚さが50nmのSiN膜27を全面に堆積する。次いで、図12(c)に示すように、ゲート開口部に対応する開口部を有するレジストパターン28を設け、レジストパターン28をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜27の露出部を除去してゲート開口部29を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, a
次いで、図13(d)に示すように、レジストパターン28を除去したのち、ALD法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜30を全面に設ける。Al2O3膜30の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定されるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 13D, after the resist
次いで、図13(e)に示すように、ゲート形成領域を開口するレジストパターン31を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜32を形成する。なお、この時、ゲート形成領域に堆積したNi/Au膜がゲート電極33となる。
Next, as shown in FIG. 13E, a resist
次いで、図13(f)に示すように、レジストパターン31上に堆積したNi/Au膜32をレジストパターン31とともにリフトオフしたのち、オーミック電極形成領域を開口するレジストパターン34を設ける。次いで、レジストパターン34をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜30を除去する。なお、この時、SiN膜27にマイクロトレンチが発生する場合がある。
Next, as shown in FIG. 13 (f), after the Ni /
引き続いて、図14(g)に示すように、レジストパターン34をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜27を選択的に除去する。この時、AlGaN或いはGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、n型GaNキャップ層25の表面で停止する。ここまでの工程は上記の実施例1と同様である。
Subsequently, as shown in FIG. 14G, the exposed
引き続いて、図14(h)に示すように、レジストパターン34をそのままマスクとして、BCl3ガスを用いてn型GaNキャップ層25とn型AlGaN電子供給層24の一部をエッチングしてオーミックリセス領域53を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 14H, the resist
次いで、図15(i)に示すように、レジストパターン34を除去したのち、新たなレジストパターン54を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜55を形成する。
Next, as shown in FIG. 15 (i), after removing the resist
次いで、図15(j)に示すように、レジストパターン54上に堆積したTi/Al膜55をレジストパターン54とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極56及びドレイン電極57とする。以上によって、本発明の実施例4のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、実際には、ソース電極56とドレイン電極57はゲート電極33を挟んで交互に配置されており、ゲート電極33は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 15 (j), the Ti /
本発明の実施例4においても、ゲート電極形成後にソース電極及びドレイン電極を形成する際に、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、GaN及びAlGaNはエッチングされないので、GaN及びAlGaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。 Also in Example 4 of the present invention, when forming the source electrode and the drain electrode after forming the gate electrode, the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, so that a micro-trench is generated. Is also generated in the SiN film. When the SiN film in which the micro-trench is generated is etched with CF 4 , the shape of the micro-trench is not inherited by GaN and AlGaN because GaN and AlGaN are not etched. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process.
また、実施例4においても実施例2と同様に、オーミックリセス構造を採用しているので、n型AlGaN電子供給層24を薄くした分だけ抵抗を低減することができる。なお、実施例4においても、n型GaNキャップ層は省略しても良い。
Also in the fourth embodiment, as in the second embodiment, since the ohmic recess structure is adopted, the resistance can be reduced as much as the n-type AlGaN
次に、図16乃至図19を参照して、本発明の実施例5のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図16(a)に示すように、実施例1と同様に、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, with reference to FIGS. 16 to 19, the manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 5 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 16A, similarly to Example 1, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてTMAl、TMGa、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of TMAl, TMGa, and ammonia gas is used as a raw material gas under the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図16(b)に示すように、ゲートリセス領域59に対応する開口部を有するレジストパターン58を設け、レジストパターン58をマスクとして露出部をCl2ガスを用いてエッチングしてゲートリセス領域59を形成する。なお、エッチング量は、デバイスの閾値電圧、高周波特性に繋がるため、デバイスの要求仕様に合わせてエッチング深さを決定するが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 16B, a resist
次いで、図16(c)に示すように、レジストパターン58を除去したのち、CVD法を用いて厚さが50nmのSiN膜60を全面に堆積する。次いで、図17(d)に示すように、ゲート開口部に対応する開口部を有するレジストパターン61を設け、レジストパターン61をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜60の露出部を除去してゲート開口部62を形成する。
Next, as shown in FIG. 16C, after the resist
次いで、図17(e)に示すように、レジストパターン61を除去したのち、ALD法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜63を全面に設ける。Al2O3膜63の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定され、また、ゲートリセス深さとの兼ね合いにもなるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 17E, after removing the resist
次いで、図17(f)に示すように、ゲートリセス領域(59)の近傍を開口するレジストパターン64を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜65を形成する。なお、この時、ゲートリセス領域近傍に堆積したNi/Au膜がゲート電極66となる。
Next, as shown in FIG. 17 (f), a resist
次いで、図18(g)に示すように、レジストパターン64上に堆積したNi/Au膜65をレジストパターン64とともにリフトオフしたのち、ソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域を開口するレジストパターン67を設ける。次いで、レジストパターン67をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜63を除去する。なお、この時、SiN膜60にマイクロトレンチ68が発生する場合がある。
Next, as shown in FIG. 18G, after the Ni /
引き続いて、図18(h)に示すように、レジストパターン67をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜60を選択的に除去する。この時、GaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、エッチングはソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域におけるn型GaNキャップ層25の表面で停止する。
Subsequently, as shown in FIG. 18H, the exposed
次いで、図19(i)に示すように、レジストパターン67を除去したのち、新たなレジストパターン69を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜70を形成する。
Next, as shown in FIG. 19 (i), after removing the resist
次いで、図19(j)に示すように、レジストパターン69上に堆積したTi/Al膜70をレジストパターン69とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型GaNキャップ層25とオーミックコンタクトさせてソース電極71及びドレイン電極72を形成する。以上によって、本発明の実施例5のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、この場合も、実際には、ソース電極71とドレイン電極72はゲート電極66を挟んで交互に配置されており、ゲート電極66は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 19 (j), the Ti /
本発明の実施例5においては、平坦部でAl2O3膜をエッチングしているので、実施例2に比べてオーミックリセス領域の位置合わせに精度を必要としないが、実施例2に比べてマイクロトレンチが発生しやすい。しかし、この場合もゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、GaNはエッチングされないので、GaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。 In Example 5 of the present invention, since the Al 2 O 3 film is etched in the flat portion, the accuracy of alignment of the ohmic recess region is not required as compared with Example 2, but compared with Example 2. Micro-trench is likely to occur. However, in this case as well, since the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, even if a micro trench is generated, it occurs in the SiN film. When the SiN film in which the micro-trench is generated is etched with CF 4 , GaN is not etched, so that the shape of the micro-trench is not inherited by GaN. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented.
また、ゲート電極直下をリセス構造としてゲート電極とチャネルとの距離を短くしているので、相互コンダクタンスgmの低下を抑制することができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。なお、実施例5においても、n型GaNキャップ層は省略しても良い。 Further, since the right under the gate electrode is made shorter the distance between the gate electrode and the channel as recess structure, it is possible to suppress a decrease in mutual conductance g m. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process. In Example 5, the n-type GaN cap layer may be omitted.
次に、図20乃至図24を参照して、本発明の実施例6のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図20(a)に示すように、実施例1と同様に、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, with reference to FIGS. 20 to 24, description will be made on a manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 6 of the present invention. First, as shown in FIG. 20A, similarly to Example 1, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてTMAl、TMGa、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of TMAl, TMGa, and ammonia gas is used as a raw material gas under the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図20(b)に示すように、ゲートリセス領域59に対応する開口部を有するレジストパターン58を設け、レジストパターン58をマスクとして露出部をCl2ガスを用いてエッチングしてゲートリセス領域59を形成する。なお、エッチング量は、デバイスの閾値電圧、高周波特性に繋がるため、デバイスの要求仕様に合わせてエッチング深さを決定するが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 20B, a resist
次いで、図20(c)に示すように、レジストパターン58を除去したのち、CVD法を用いて厚さが50nmのSiN膜60を全面に堆積する。次いで、次いで、図21(d)に示すように、ゲート開口部に対応する開口部を有するレジストパターン61を設け、レジストパターン61をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜60の露出部を除去してゲート開口部62を形成する。
Next, as shown in FIG. 20C, after removing the resist
次いで、図21(e)に示すように、レジストパターン61を除去したのち、ALD法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜63を全面に設ける。Al2O3膜63の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定され、また、ゲートリセス深さとの兼ね合いにもなるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 21E, after the resist
次いで、図21(f)に示すように、ゲートリセス領域(59)の近傍を開口するレジストパターン64を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜65を形成する。なお、この時、ゲートリセス領域近傍に堆積したNi/Au膜がゲート電極66となる。
Next, as shown in FIG. 21 (f), a resist
次いで、図22(g)に示すように、レジストパターン64上に堆積したNi/Au膜65をレジストパターン64とともにリフトオフしたのち、ソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域を開口するレジストパターン67を設ける。次いで、レジストパターン67をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜63を除去する。なお、この時、SiN膜60にマイクロトレンチ68が発生する場合がある。
Next, as shown in FIG. 22G, after the Ni /
引き続いて、図22(h)に示すように、レジストパターン67をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜60を選択的に除去する。この時、GaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、エッチングはソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域におけるn型GaNキャップ層25の表面で停止する。引き続いて、図22(i)に示すように、レジストパターン67をそのままマスクとして、BCl3ガスを用いてn型GaNキャップ層25とn型AlGaN電子供給層24の一部をエッチングしてオーミックリセス領域74を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 22H, the exposed
次いで、図23(j)に示すように、レジストパターン67を除去したのち、新たなレジストパターン75を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜76を形成する。
Next, as shown in FIG. 23 (j), after removing the resist
次いで、図23(k)に示すように、レジストパターン75上に堆積したTi/Al膜76をレジストパターン75とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極77及びドレイン電極78を形成する。以上によって、本発明の実施例6のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、この場合も、実際には、ソース電極77とドレイン電極78はゲート電極66を挟んで交互に配置されており、ゲート電極66は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 23 (k), the Ti /
本発明の実施例6においても、平坦部でAl2O3膜をエッチングしているので、実施例1に比べてオーミックリセス領域の位置合わせに精度を必要としないが、実施例1に比べてマイクロトレンチが発生しやすい。しかし、この場合もゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、GaNはエッチングされないので、GaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。 Also in Example 6 of the present invention, since the Al 2 O 3 film is etched in the flat portion, the accuracy of the alignment of the ohmic recess region is not required as compared with Example 1, but compared with Example 1. Micro-trench is likely to occur. However, in this case as well, since the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, even if a micro trench is generated, it occurs in the SiN film. When the SiN film in which the micro-trench is generated is etched with CF 4 , GaN is not etched, so that the shape of the micro-trench is not inherited by GaN. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process.
また、実施例6においても実施例2と同様に、オーミックリセス構造を採用しているので、実施例5に比べて、n型AlGaN電子供給層24を薄くした分だけ抵抗を低減することができる。また、ゲート電極直下をリセス構造としてゲート電極とチャネルとの距離を短くしているので、相互コンダクタンスgmの低下を抑制することができる。なお、実施例6においても、n型GaNキャップ層は省略しても良い。
Also, in Example 6, as in Example 2, the ohmic recess structure is adopted, so that the resistance can be reduced by the thickness of the n-type AlGaN
次に、図24乃至図27を参照して、本発明の実施例7のAlGaN/GaNMISFETの製造工程を説明する。まず、図24(a)に示すように、実施例1と同様に、成長用基板であるSiC基板21上に有機金属気相成長法により、厚さが100nmのAlNバッファ層22を成長させる。引き続いて、厚さが300nmのi型GaN電子走行層23、厚さが20nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24及び厚さが5nmのn型GaNキャップ層を順次成長させる。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24の界面に二次元電子ガス層26が発生する。次いで、Arをイオン注入することにより、SiC基板21に達する素子分離領域(図示は省略)を形成する。
Next, with reference to FIGS. 24 to 27, a manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 7 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 24A, similarly to Example 1, an
なお、成長条件の際の原料ガスとしてTMAl、TMGa、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。例えば、GaN層を成長させる場合には、TMGaを200sccm、アンモニアガスを4000sccmとし、成長圧力は100Torr、成長温度は1100℃とする。また、n型層を成長させる場合のn型不純物源としては、SiH4を用い、n型AlGaN電子供給層24のSi濃度は5×1018cm−3とし、n型GaNキャップ層25のSi濃度は5×1018cm−3とする。
Note that a mixed gas of TMAl, TMGa, and ammonia gas is used as a raw material gas under the growth conditions. For example, when growing a GaN layer, TMGa is 200 sccm, ammonia gas is 4000 sccm, the growth pressure is 100 Torr, and the growth temperature is 1100 ° C. Further, SiH 4 is used as an n-type impurity source for growing the n-type layer, the Si concentration of the n-type AlGaN
次いで、図24(b)に示すように、ソース電極形成領域及びドレイン電極形成領域を開口する開口部を有するレジストパターン39を設け、レジストパターン39をマスクとして露出部をCl2ガスを用いてエッチングしてオーミックリセス領域40を形成する。
Next, as shown in FIG. 24B, a resist
次いで、図24(c)に示すように、レジストパターン39を除去したのち、ゲートリセス領域80に対応する開口部を有する新たなレジストパターン79を設ける。次いで、レジストパターン79をマスクとして露出部をCl2ガスを用いてエッチングしてゲートリセス領域80を形成する。なお、エッチング量は、デバイスの閾値電圧、高周波特性に繋がるため、デバイスの要求仕様に合わせてエッチング深さを決定するが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 24C, after removing the resist
次いで、図25(d)に示すように、レジストパターン79を除去したのち、CVD法を用いて厚さが50nmのSiN膜81を全面に堆積する。次いで、図25(e)に示すように、オーミックリセス領域40を完全に覆うようにレジストパターン82を設け、レジストパターン82をマスクとしてCF4ガスを用いてSiN膜81の露出部を除去してゲート開口部83を形成する。
Next, as shown in FIG. 25D, after removing the resist
次いで、図25(f)に示すように、レジストパターン82を除去したのち、ALD法を用いて、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜84を全面に設ける。Al2O3膜84の厚さは、厚くするとゲート電極により正の電圧を印加できるがgmは下がるため、厚さはデバイスの要求仕様によって決定され、また、ゲートリセス深さとの兼ね合いにもなるが、ここでは、20nmとする。
Next, as shown in FIG. 25F, after the resist
次いで、図26(g)に示すように、ゲートリセス領域(80)の近傍を開口するレジストパターン85を設け、蒸着法を用いて、厚さが50nmのNi膜及び厚さが150nmのAu膜を順次成膜してNi/Au膜86を形成する。なお、この時、ゲートリセス領域近傍に堆積したNi/Au膜がゲート電極87となる。
Next, as shown in FIG. 26 (g), a resist
次いで、図26(h)に示すように、レジストパターン85上に堆積したNi/Au膜86をレジストパターン85とともにリフトオフしたのち、オーミックリセス領域40を開口するレジストパターン88を設ける。次いで、レジストパターン88をマスクとしてBCl3を用いて露出するAl2O3膜84を除去する。
Next, as shown in FIG. 26H, after the Ni / Au film 86 deposited on the resist
引き続いて、図26(i)に示すように、レジストパターン88をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜81を選択的に除去する。この時、AlGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、エッチングはオーミックリセス領域40の底面で停止する。引き続いて、図27(j)に示すように、レジストパターン88をそのままマスクとして、Cl2ガスを用いてオーミックリセス領域40を掘り下げる。
Subsequently, as shown in FIG. 26I, the exposed
次いで、図27(k)に示すように、レジストパターン88を除去したのち、新たなレジストパターン89を設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜90を形成する。
Next, as shown in FIG. 27 (k), after removing the resist
次いで、図27(l)に示すように、レジストパターン89上に堆積したTi/Al膜90をレジストパターン89とともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極91及びドレイン電極92を形成する。以上によって、本発明の実施例7のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、実際には、ソース電極91とドレイン電極92はゲート電極87を挟んで交互に配置されており、ゲート電極87は櫛歯状の電極構造になっている。
Next, as shown in FIG. 27L, the Ti /
本発明の実施例7においても、ゲート電極形成後にソース電極及びドレイン電極を形成する際に、ゲート絶縁膜となるAl2O3膜の下にSiN膜を設けているので、マイクロトレンチが発生するとしてもSiN膜に発生する。そして、マイクロトレンチが発生したSiN膜をCF4でエッチングした場合、AlGaNはエッチングされないので、AlGaNにマイクロトレンチの形状が引き継がれることがない。その結果、マイクロトレンチに起因するオーミック抵抗の増加を防ぐことができる。また、ゲートファーストプロセスを適用しているので、オーミックファーストプロセスで作製するトランジスタよりも閾値電圧シフトを低減することができる。 Also in Example 7 of the present invention, when the source electrode and the drain electrode are formed after the gate electrode is formed, since the SiN film is provided under the Al 2 O 3 film serving as the gate insulating film, a micro trench is generated. Is also generated in the SiN film. When the SiN film in which the microtrench is generated is etched with CF 4 , AlGaN is not etched, so that the shape of the microtrench is not inherited by AlGaN. As a result, an increase in ohmic resistance due to the microtrench can be prevented. In addition, since the gate first process is applied, the threshold voltage shift can be reduced as compared with the transistor manufactured by the ohmic first process.
また、実施例7においても、オーミックリセス構造を採用しているので、n型AlGaN電子供給層24を薄くした分だけ抵抗を低減することができる。また、ゲート電極直下をリセス構造としてゲート電極とチャネルとの距離を短くしているので、相互コンダクタンスgmの低下を抑制することができる。なお、実施例7においても、n型GaNキャップ層は省略しても良い。
Also in Example 7, since the ohmic recess structure is employed, the resistance can be reduced by the thickness of the n-type AlGaN
次に、図28を参照して本発明の実施例8のAlGaN/GaNMISFETを説明するが、ソース電極及びドレイン電極を設ける位置が異なるだけで、基本的製造工程は実施例7と同じであるので、製造工程の相違部のみ説明する。図28は、本発明の実施例8のAlGaN/GaNMISFETの製造工程の要部説明図である。 Next, an AlGaN / GaN MISFET according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 28. However, the basic manufacturing process is the same as that of the seventh embodiment except that the positions where the source electrode and the drain electrode are provided are different. Only the difference in the manufacturing process will be described. FIG. 28 is an explanatory view of the essential part of the manufacturing process of the AlGaN / GaN MISFET of Example 8 of the present invention.
図28(a)に示すように、上述の実施例7の図24(a)乃至図26(g)までは同様の工程でゲート電極87を形成する。次いで、オーミックリセス領域40を開口するレジストパターン88を設ける。この時、実施例7に比べてレジストパターン88のサイズを大きくして、レジストパターン88をマスクとしてBCl3を用いてAl2O3膜84をエッチングし、端部において側壁に付着したAl2O3膜84が残存するようにする。
As shown in FIG. 28A, the
引き続いて、図28(b)示すように、レジストパターン88をそのままマスクとして、CF4ガスを用いて露出しているSiN膜81を選択的に除去する。この時、AlGaNはフッ素系ガスでエッチングされないので、マイクロトレンチが発生していてもエッチングはオーミックリセス領域40の底面で停止する。
Subsequently, as shown in FIG. 28B, the exposed
以降は、図28(c)に示すように、レジストパターン88を除去したのち、新たなレジストパターンを設け、蒸着法を用いて厚さが20nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次成膜してTi/Al膜を形成する。次いで、レジストパターン上に堆積したTi/Al膜をレジストパターンとともにリフトオフする。次いで、窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、Ti/Al膜をn型AlGaN電子供給層24とオーミックコンタクトさせてソース電極91及びドレイン電極92を形成する。以上によって、本発明の実施例8のAlGaN/GaNMISFETの基本構造が完成する。なお、この場合も、実際には、ソース電極91とドレイン電極92はゲート電極87を挟んで交互に配置されており、ゲート電極87は櫛歯状の電極構造になっている。この実施例8においては、レジストパターン88をオーミックリセス領域に厳密に位置合わせする必要がないので、実施例7に比べて製造マージンを大きくとることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 28C, after removing the resist
ここで、実施例1乃至実施例8を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)基板上に窒化物半導体のキャリア走行層を形成し、前記キャリア走行層上に窒化物半導体のキャリア供給層を形成し、前記キャリア供給層上に、Siを含有する第1の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜の一部の領域を除去し、前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う第2の絶縁膜を形成し、前記第1の絶縁膜から離れた位置において前記第2の絶縁膜のうち二次元電子ガス層が存在する前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う部分に、ゲート電極を形成し、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に、前記ゲート電極と離間し、前記ゲート電極を挟んだ位置に第1の開口部及び第2の開口部を形成し、前記第1の開口部及び前記第2の開口部にソース電極及びドレイン電極を形成し、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の形成において、第1のガスで前記第2の絶縁膜をエッチングし、前記第1のガスよりも窒化物半導体のエッチングレートが低い第2のガスで前記第1の絶縁膜をエッチングすることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(付記2)前記第1の絶縁膜を形成する前に、前記キャリア供給層にゲートリセス領域を形成することを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記3)前記ゲート電極を形成する前に、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する領域にリセス領域を形成することを特徴とする付記1または付記2に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記4)前記ゲート電極を形成した後に、前記ソース電極及びドレイン電極を形成する領域にリセス領域を形成することを特徴とする付記1または付記2に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記5)前記第2の絶縁膜の誘電率が、前記第1の絶縁膜の誘電率よりも高いことを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記6)前記第1の絶縁膜が、窒化珪素、酸化珪素、酸窒化珪素の何れかにより形成されていることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記7)前記第2の絶縁膜が酸化アルミニウム、酸化ハフニウムの何れかにより形成されていることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記8)前記第1のガスは塩素を含有したガスであることを特徴とする付記1乃至付記7のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記第2のガスはフッ素を含有したガスであることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記10)前記基板が、SiC基板、サファイア基板、GaN基板或いはSi基板のいずれかであることを特徴とする付記1乃至付記9のいずれか1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記11)前記キャリア走行層がi型GaN層であり、前記キャリア供給層がn型AlGaN層であることを特徴とする付記10に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記12)基板と、前記基板上に形成された、窒化物半導体のキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成された、窒化物半導体のキャリア供給層と、前記キャリア供給層上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜を介して二次元電子ガス層が存在する領域に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、前記キャリア供給層上に形成され、前記ゲート電極から離れ、前記ソース電極の前記ゲート電極側及び前記ドレイン電極の前記ゲート電極側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接した、Siを含有する第1の絶縁膜とを有し、前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜上まで延在していることを特徴とする化合物半導体装置。
(付記13)前記ゲート電極が、ゲートリセス領域及びその近傍を設けられていることを特徴とする付記12に記載された化合物半導体装置。
(付記14)前記第2の絶縁膜の誘電率が、前記第1の絶縁膜の誘電率より高いことを特徴とする付記12または付記13に記載の化合物半導体装置。
Here, the following additional notes are attached to the embodiment of the present invention including Examples 1 to 8.
(Appendix 1) A nitride semiconductor carrier travel layer is formed on a substrate, a nitride semiconductor carrier supply layer is formed on the carrier travel layer, and a Si-containing first insulation is formed on the carrier supply layer. Forming a film, removing a part of the first insulating film, and covering the first insulating film on the part of the first insulating film; In a portion covering a part of the second insulating film where the first insulating film in which the two-dimensional electron gas layer is present is removed from the second insulating film at a position away from the first insulating film, A gate electrode is formed, and a first opening and a second opening are formed in the first insulating film and the second insulating film, spaced apart from the gate electrode and sandwiching the gate electrode. Forming a source electrode and a drain electrode in the first opening and the second opening; In the formation of the first opening and the second opening, the second insulating film is etched with the first gas, and the second gas has a lower nitride semiconductor etching rate than the first gas. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising: etching the first insulating film.
(Supplementary note 2) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to
(Supplementary note 3) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to
(Additional remark 4) After forming the said gate electrode, a recess area | region is formed in the area | region which forms the said source electrode and drain electrode, The manufacturing method of the compound semiconductor device of
(Supplementary note 5) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of
(Supplementary note 6) The compound semiconductor device according to any one of
(Supplementary note 7) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of
(Supplementary note 8) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of
(Supplementary note 9) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of
(Supplementary note 10) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of
(Additional remark 11) The manufacturing method of the compound semiconductor device of Additional remark 10 characterized by the said carrier running layer being an i-type GaN layer, and the said carrier supply layer being an n-type AlGaN layer.
(Supplementary Note 12) A substrate, a nitride semiconductor carrier travel layer formed on the substrate, a nitride semiconductor carrier supply layer formed on the carrier travel layer, and formed on the carrier supply layer A second insulating film formed, a gate electrode formed in a region where a two-dimensional electron gas layer exists via the second insulating film, and a source electrode and a drain formed at positions sandwiching the gate electrode An electrode and Si formed on the carrier supply layer, separated from the gate electrode, and in contact with the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side of the source electrode and the gate electrode side of the drain electrode; A compound semiconductor device comprising: a first insulating film contained therein, wherein the second insulating film extends over the first insulating film.
(Supplementary note 13) The compound semiconductor device according to
(Supplementary note 14) The compound semiconductor device according to
11 基板
12 窒化物キャリア走行層
13 窒化物キャリア供給層
14 キャップ層
15 二次元キャリアガス層
16 第1の絶縁膜
17 第2の絶縁膜
18 ゲート電極
19 レジストパターン
20 電極形成領域
21,101 SiC基板
22,102 AlNバッファ層
23,103 i型GaN電子走行層
24,104 n型AlGaN電子供給層
25,105 n型GaNキャップ層
26,106 二次元電子ガス層
27,41,60,81 SiN膜
28,42,61,82 レジストパターン
29,43,62,83 ゲート開口部
30,44,63,84,111 Al2O3膜
31,45,64,85,112 レジストパターン
32,46,65,86,113 Ni/Au膜
33,47,66,87,114 ゲート電極
34,48,67,88,115 レジストパターン
35,49,54,69,75,89,116 レジストパターン
36,50,55,70,76,90,117 Ti/Al膜
37,51,56,71,77,91,118 ソース電極
38,52,57,72,78,92,119 ドレイン電極
39,107 レジストパターン
40,53,74,108 オーミックリセス領域
58,79,109 レジストパターン
59,80,110 ゲートリセス領域
68,120 マイクロトレンチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Nitride carrier travel layer 13 Nitride carrier supply layer 14 Cap layer 15 Two-dimensional carrier gas layer 16 First insulating film 17 Second insulating film 18 Gate electrode 19 Resist pattern 20 Electrode forming region 21, 101 SiC substrate 22, 102 AlN buffer layer 23, 103 i-type GaN electron transit layer 24, 104 n-type AlGaN electron supply layer 25, 105 n-type GaN cap layer 26, 106 Two-dimensional electron gas layers 27, 41, 60, 81 SiN film 28 , 42, 61, 82 Resist patterns 29, 43, 62, 83 Gate openings 30, 44, 63, 84, 111 Al 2 O 3 films 31, 45, 64, 85, 112 Resist patterns 32, 46, 65, 86 113 Ni / Au films 33, 47, 66, 87, 114 Gate electrodes 34, 48, 67, 88 115 resist pattern 35, 49, 54, 69, 75, 89, 116 resist pattern 36, 50, 55, 70, 76, 90, 117 Ti / Al film 37, 51, 56, 71, 77, 91, 118 source electrode 38, 52, 57, 72, 78, 92, 119 Drain electrode 39, 107 Resist pattern 40, 53, 74, 108 Ohmic recess region 58, 79, 109 Resist pattern 59, 80, 110 Gate recess region 68, 120 Micro trench
Claims (7)
前記キャリア走行層上に窒化物半導体のキャリア供給層を形成し、
前記キャリア供給層上に、Siを含有する第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜の一部の領域を除去し、
前記第1の絶縁膜上に、前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う第2の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜から離れた位置において前記第2の絶縁膜のうち二次元電子ガス層が存在する前記第1の絶縁膜が除去された一部の領域を覆う部分にゲート電極を形成し、
前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に、前記ゲート電極と離間し、前記ゲート電極を挟んだ位置に第1の開口部及び第2の開口部を形成し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部にソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記第1の開口部及び前記第2の開口部の形成において、第1のガスで前記第2の絶縁膜をエッチングし、前記第1のガスよりも窒化物半導体のエッチングレートが低い第2のガスで前記第1の絶縁膜をエッチングすることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 A nitride semiconductor carrier travel layer is formed on the substrate,
Forming a nitride semiconductor carrier supply layer on the carrier running layer;
Forming a first insulating film containing Si on the carrier supply layer;
Removing a partial region of the first insulating film;
Forming a second insulating film on the first insulating film to cover a part of the region from which the first insulating film has been removed;
A gate electrode is formed in a portion covering the first part of the region where the insulating film is removed to the two-dimensional electron gas layer is present of the second insulating film at a position apart from the first insulating film ,
Forming a first opening and a second opening in the first insulating film and the second insulating film, spaced apart from the gate electrode and sandwiching the gate electrode;
Forming a source electrode and a drain electrode in the first opening and the second opening;
In the formation of the first opening and the second opening, the second insulating film is etched with a first gas, and a second etching rate of the nitride semiconductor is lower than that of the first gas. A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising etching the first insulating film with a gas.
前記基板上に形成された、窒化物半導体のキャリア走行層と、
前記キャリア走行層上に形成された、窒化物半導体のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜を介して二次元電子ガス層が存在する領域に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、
前記キャリア供給層上に形成され、前記ゲート電極から離れ、前記ソース電極の前記ゲート電極側及び前記ドレイン電極の前記ゲート電極側に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接した、Siを含有する第1の絶縁膜と
を有し、
前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜上まで延在していることを特徴とする化合物半導体装置。 A substrate,
A nitride semiconductor carrier travel layer formed on the substrate;
A nitride semiconductor carrier supply layer formed on the carrier running layer;
A second insulating film formed on the carrier supply layer;
A gate electrode formed in a region where a two-dimensional electron gas layer exists via the second insulating film;
A source electrode and a drain electrode formed at positions sandwiching the gate electrode;
A Si-containing first electrode formed on the carrier supply layer, separated from the gate electrode, and in contact with the source electrode and the drain electrode on the gate electrode side of the source electrode and the gate electrode side of the drain electrode. 1 insulating film,
The compound semiconductor device, wherein the second insulating film extends to the top of the first insulating film.
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