JP6199147B2 - Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP6199147B2 JP6199147B2 JP2013207234A JP2013207234A JP6199147B2 JP 6199147 B2 JP6199147 B2 JP 6199147B2 JP 2013207234 A JP2013207234 A JP 2013207234A JP 2013207234 A JP2013207234 A JP 2013207234A JP 6199147 B2 JP6199147 B2 JP 6199147B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- contact hole
- layer
- gan
- silicon nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
本発明は、電界効果型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、GaN系HEMTにおけるドレイン耐圧の向上に関するものである。 The present invention relates to a field effect compound semiconductor device and a method for manufacturing the same, and relates to, for example, improvement of a drain breakdown voltage in a GaN-based HEMT.
近年のネットワーク社会の急激な発展により、無線通信システムの増加やそれに伴う電波の需要がさらに増大すると予想され、割り当て周波数のひっ迫が予想される。また、レーダでは、高周波になるほど物体を精密に測定できることから、すでに航空機では10GHz帯を利用したレーダが採用されているが、今後はさらに高い周波数へとシフトしていくと予想される。 With the rapid development of the network society in recent years, it is expected that the number of wireless communication systems and the accompanying demand for radio waves will further increase, and the allocated frequency will be tightened. Also, since radar can measure an object more accurately as the frequency becomes higher, radar using 10 GHz band has already been adopted in aircraft, but it is expected that it will shift to a higher frequency in the future.
このような高周波動作に対応するためには高速動作が可能な半導体装置の開発が急務である。GaNHEMTをはじめとする窒化物半導体装置は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を有しているため、高耐圧且つ高出力の半導体デバイスとしての開発が活発に行われている。 In order to cope with such high-frequency operation, development of a semiconductor device capable of high-speed operation is urgent. Nitride semiconductor devices such as GaNHEMT have features such as a high saturation electron velocity and a wide band gap, and therefore are actively developed as semiconductor devices with a high breakdown voltage and a high output.
窒化物半導体装置としては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。特に、GaNを電子走行層として、AlGaNを電子供給層として用いたAlGaN/GaN・HEMTが注目されている。 As nitride semiconductor devices, many reports have been made on field effect transistors, in particular, high electron mobility transistors (HEMTs). In particular, AlGaN / GaN HEMTs using GaN as an electron transit layer and AlGaN as an electron supply layer are attracting attention.
AlGaN/GaN・HEMTでは、GaNとAlGaNとの格子定数差に起因した歪みがAlGaN側に生じる。これにより発生したピエゾ分極及びAlGaNの自発分極により、高濃度の2次元電子ガス(2DEG)がGaNとAlGaNとの界面に形成される。 In the AlGaN / GaN.HEMT, strain due to the lattice constant difference between GaN and AlGaN is generated on the AlGaN side. Due to the piezo polarization generated and the spontaneous polarization of AlGaN, a high-concentration two-dimensional electron gas (2DEG) is formed at the interface between GaN and AlGaN.
この時、GaN表面保護層上に保護膜として、Si3N4膜を使うことで、電流コラプスを抑制できることが一般的に知られている(例えば、非特許文献1参照)。Si3N4膜はプラズマCVD法により形成できる。他の保護膜としては、同じく窒化物絶縁膜であるAlN膜もある。 At this time, it is generally known that current collapse can be suppressed by using a Si 3 N 4 film as a protective film on the GaN surface protective layer (see, for example, Non-Patent Document 1). The Si 3 N 4 film can be formed by a plasma CVD method. Another protective film is an AlN film which is also a nitride insulating film.
しかし、AlN膜は、製膜方法がALD(アトミックレイヤーデポジション)になるため、Si3N4より製膜に時間がかかるなど、生産性が悪い。そのため、GaN表面保護層上には、Si3N4膜が良く用いられることになる。 However, since the AlN film is formed by ALD (Atomic Layer Deposition), the productivity of the AlN film is poor because it takes more time to form the film than Si 3 N 4 . Therefore, a Si 3 N 4 film is often used on the GaN surface protective layer.
GaN表面保護層と配線電極との絶縁性を上げたり、容量を下げるために、Si3N4の表面上にSiO2膜を積層してGaN表面保護層と配線電極との距離を取っている。この場合、ドレインコンタクトホールの側壁には、SiO2膜とSi3N4膜との積層界面が露出した状態になる。 In order to increase the insulation between the GaN surface protective layer and the wiring electrode or decrease the capacitance, a SiO 2 film is laminated on the surface of Si 3 N 4 to keep a distance between the GaN surface protective layer and the wiring electrode. . In this case, the stacked interface between the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film is exposed on the sidewall of the drain contact hole.
ここで、図14を参照して従来のGaN系HEMTを説明する。図14は従来のGaN系HEMTの概略的断面図であり、シリコン基板51上にAlNバッファ層52及びAlGaN層53を介してi型GaN電子走行層54、n型AlGaN電子供給層55及びi型GaN表面保護層56を成長させる。次いで、表面保護膜としてSi3N4膜57を設け、ゲート形成領域のSi3N4膜57を除去して、ゲート絶縁膜となるSi3N4膜58を形成する。
Here, a conventional GaN-based HEMT will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a schematic sectional view of a conventional GaN-based HEMT. An i-type GaN
次いで、ゲート電極59を形成したのち、全面にSiO2膜60を堆積する。次いで、ソース・ドレイン電極を形成するためのコンタクトホールを形成したのち、Al膜を形成し、このAl膜をエッチングしてソース電極61及びドレイン電極62を形成することにより、GaN系HEMTの基本構成が完成する。
Next, after forming the
この場合、ドレイン電極には高電圧がかかるが、Si3N4のバンドギャップは、SiO2に比べ小さいため、Si3N4膜57,58の横方向耐圧が弱くなる。また、絶縁膜の積層界面は、図において〇で示す電荷がたまり易いため、相対的にバンドギャップの小さなSi3N4膜57,58が、絶縁破壊し易くなる。
In this case, although a high voltage is applied to the drain electrode, since the band gap of Si 3 N 4 is smaller than that of SiO 2 , the lateral breakdown voltage of the Si 3 N 4 films 57 and 58 is weakened. In addition, since the charges indicated by ◯ in the figure are likely to accumulate at the interface between the insulating films, the Si 3 N 4
そこで、ドレイン電極62とゲ−ト電極59との間隔を広くして電界を緩和することが試みられている。図15は、従来の改良型GaN系HEMTの概略的断面図であるが、ドレイン電極62とゲ−ト電極59との間隔を広くした以外の構成は図14のGaN系MEMTと同じである。
Therefore, attempts have been made to relax the electric field by increasing the distance between the
しかし、改良型GaN系HEMTにおいては、ドレインとソースとの間隔が長くなるため、オン抵抗が高くなる問題があるとともに、チップ面積が大きくなって、チップコストが上昇するという問題もある。 However, the improved GaN-based HEMT has a problem that the distance between the drain and the source becomes long, so that there is a problem that the on-resistance is increased, and there is a problem that the chip area is increased and the chip cost is increased.
したがって、電界効果型化合物半導体装置及びその製造方法において、ゲート−ドレイン間を拡張することなくドレイン耐圧を向上することを目的とする。 Accordingly, it is an object of the field effect compound semiconductor device and the manufacturing method thereof to improve the drain breakdown voltage without expanding the gate-drain space.
開示する一観点からは、窒化ガリウム系キャリア走行層と、窒化ガリウム系キャリア供給層と、窒化ガリウム系表面保護層と、前記窒化ガリウム系表面保護層上に順に積層された窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを備え、前記酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜に設けたソース電極用及びドレイン電極用のコンタクトホールの側壁面を被覆する窒化シリコンよりバンドギャップが広い広禁制帯幅絶縁膜とを備えたことを特徴とする電界効果型化合物半導体装置が提供される。 From one aspect to be disclosed, a gallium nitride-based carrier traveling layer, a gallium nitride-based carrier supply layer, a gallium nitride-based surface protective layer, a silicon nitride film and a silicon oxide sequentially stacked on the gallium nitride-based surface protective layer And a wide forbidden band width insulating film having a wider band gap than silicon nitride covering the side walls of the contact holes for the source electrode and the drain electrode provided in the silicon oxide film and the silicon nitride film. A field effect type compound semiconductor device is provided.
また、開示する別の観点からは、基板上に、窒化ガリウム系キャリア走行層、窒化ガリウム系キャリア供給層及び窒化ガリウム系表面保護層を順に積層する工程と、前記窒化ガリウム系表面保護層上に第1の窒化シリコン膜を成膜する工程と、ゲート電極形成部において前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去する工程と、全面にゲート絶縁膜となる第2の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記ゲート電極形成部にゲート電極を形成する工程と、全面に酸化シリコン膜を成膜する工程と、ソース電極及びドレイン電極形成部において、前記酸化シリコン膜、前記第2の窒化シリコン膜及び前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程と、前記コンタクトホールにおいて、前記広禁制帯幅絶縁膜に接するようソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを有することを特徴とする電界効果型化合物半導体装置の製造方法が提供される。 Further, from another viewpoint to be disclosed, a step of sequentially laminating a gallium nitride-based carrier traveling layer, a gallium nitride-based carrier supply layer, and a gallium nitride-based surface protective layer on a substrate, and on the gallium nitride-based surface protective layer A step of forming a first silicon nitride film, a step of selectively removing the first silicon nitride film in the gate electrode formation portion, and a second silicon nitride film to be a gate insulating film are formed on the entire surface. A step of forming a gate electrode in the gate electrode formation portion, a step of forming a silicon oxide film on the entire surface, and a source electrode and drain electrode formation portion, and the silicon oxide film and the second silicon nitride film. And a step of selectively removing the first silicon nitride film to form a contact hole; and a side wall surface of the contact hole from a silicon nitride band gap. And a step of forming a source electrode and a drain electrode in contact with the wide forbidden band width insulating film in the contact hole. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
開示の電界効果型化合物半導体装置及びその製造方法によれば、ゲート−ドレイン間を拡張することなくドレイン耐圧を向上することが可能になる。 According to the disclosed field effect type compound semiconductor device and the method for manufacturing the same, it is possible to improve the drain breakdown voltage without expanding between the gate and the drain.
ここで、図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態の電界効果型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電界効果型化合物半導体装置の概略的断面図である。基板1上にバッファ層2及びAlGaN層3を介してGaN系キャリア走行層4、GaN系キャリア供給層5及びGaN系表面保護層6を順次積層する。次いで、GaN系表面保護層上にSi3N4膜7を設け、ゲート形成領域のSi3N4膜7を除去して、ゲート絶縁膜となるSi3N4膜8を形成する。次いで、ゲート電極9を形成したのち、全面にSiO2膜10を堆積する。次いで、ソース電極12及びドレイン電極13を形成するためのコンタクトホールを形成する。なお、Si3N4膜8は必須ではなく、ゲート電極9をショットキー電極とする場合には、Si3N4膜8は設けない。
Here, with reference to FIG.1 and FIG.2, the field effect type compound semiconductor device of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a field effect compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention. A GaN-based
次いで、コンタクトホールの側壁面に露出するSi3N4膜7/Si3N4膜8/SiO2膜10からなる積層膜界面をSi3N4よりバンドギャップが広い広禁制帯幅絶縁膜11で被覆する。この場合、広禁制帯絶縁膜11としては、Si3N4よりバンドギャップが広く、絶縁性が高ければ何でも良いが、典型的には、SiO2膜またはAlN膜のいずれかを用いる。
Next, the wide forbidden band
SiO2膜を用いる場合には、全面に堆積したのち、異方性エッチングによりサイドウォール状に残存させれば良い。また、AlNを用いる場合には、ALD法により薄く堆積させてエッチングによりコンタクト部を除去するか或いは予めリフトオフ用のパターンをコンタクトホールの底面に設けた状態でAlN膜を堆積させれば良い。 In the case of using the SiO 2 film, it may be deposited on the entire surface and then left in a sidewall shape by anisotropic etching. In the case of using AlN, the AlN film may be deposited thinly and the contact portion may be removed by etching, or the AlN film may be deposited with a lift-off pattern provided in advance on the bottom surface of the contact hole.
基板1としては、シリコン基板、サファイア基板、SiC基板或いはGaN基板を用いることができ、バッファ層2は、基板1の種類に応じて適宜選択して用いれば良い。例えば、シリコン基板を用いる場合には、AlN層を用いれば良く、サファイア基板を用いる場合には、GaN低温バッファ層を用いれば良い。
As the
GaN系キャリア走行層4は、典型的にはi型GaN層であるが、i型InGaN層を用いても良い。GaN系キャリア供給層5は、典型的にはn型AlGaN層であるが、i型InGaN層をキャリア走行層とする場合には、n型GaN層をキャリア供給層としても良い。また、GaN系キャリア走行層4とGaN系キャリア供給層5との間に、GaN系キャリア供給層と組成が同じでi型の半導体層を介在させても良い。
The GaN-based
GaN系表面保護層6としては、典型的にはi型GaN層であるが、n型GaN層を用いても良いし、i型GaN層とn型GaN層の積層膜を用いても良い。また、キャリアは典型的には電子であるが、正孔をキャリアとしても良く、その場合には、n型半導体をp型半導体に置き換えれば良い。 The GaN-based surface protective layer 6 is typically an i-type GaN layer, but an n-type GaN layer may be used, or a laminated film of an i-type GaN layer and an n-type GaN layer may be used. The carrier is typically an electron, but a hole may be a carrier. In that case, the n-type semiconductor may be replaced with a p-type semiconductor.
図2は、本発明の電界効果型化合物半導体装置の電界強度分布の説明図であり、電界シミュレーションによって求めた結果を示している。実線は本発明の電界効果型化合物半導体装置のように、ドレイン電極の周辺のみをSiO2膜とした場合であり、破線は全体をSi3N4膜とした場合である。図に示すように、ドレイン電極の周辺のみをSiO2膜とすると、その近傍のSi3N4膜における電界強度が低下することが確認された。 FIG. 2 is an explanatory diagram of the electric field intensity distribution of the field effect compound semiconductor device of the present invention, and shows the results obtained by electric field simulation. The solid line shows the case where only the periphery of the drain electrode is made of an SiO 2 film as in the field effect type compound semiconductor device of the present invention, and the broken line shows the case where the whole is made of an Si 3 N 4 film. As shown in the figure, it was confirmed that when only the periphery of the drain electrode is an SiO 2 film, the electric field strength in the Si 3 N 4 film in the vicinity thereof is lowered.
このように、本発明の実施例の形態においては、ドレイン電極用のコンタクトホールの側壁面に露出するSi3N4膜を含む積層絶縁膜の積層界面をSi3N4よりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で覆っているので、ドレイン耐圧を高めることができる。その結果、ゲート−ドレイン間隔を広くする必要がないので、オン抵抗の増加やチップ面積の増大も回避することができる。 As described above, in the embodiment of the present invention, the laminated interface of the laminated insulating film including the Si 3 N 4 film exposed on the side wall surface of the contact hole for the drain electrode has a wider band gap than Si 3 N 4. Since it is covered with the forbidden band insulating film, the drain breakdown voltage can be increased. As a result, since it is not necessary to increase the gate-drain interval, an increase in on-resistance and an increase in chip area can be avoided.
次に、図3乃至図7を参照して、本発明の実施例1のGaN系HEMTを説明する。図3(a)に示すように、まず、シリコン基板21上にMOCVD法(有機金属気相成長法)を用いて、厚さが100nmのAlNバッファ層22及び厚さが1μmのAlGaN層23を成長させる。引き続いて、厚さが3μmのi型GaN電子走行層24、厚さが25nmで、Siドーピング濃度が2×1018cm−3のn型AlGaN電子供給層25及び、厚さが5nmのi型GaN表面保護層26を順次堆積する。なお、各AlGaN層の組成はAl0.25Ga0.75Nとする。
Next, a GaN-based HEMT according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3A, first, an
次いで、図3(b)に示すように、プラズマCVD法を用いて、全面に厚さが100nmのSi3N4膜27を堆積する。次いで、図3(c)に示すように、ゲート形成領域のSi3N4膜27を選択的に除去して開口部28を形成して、i型GaN表面保護層26を露出させる。
Next, as shown in FIG. 3B, a Si 3 N 4 film 27 having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface by plasma CVD. Next, as shown in FIG. 3C, the Si 3 N 4 film 27 in the gate formation region is selectively removed to form an
次いで、図4(d)に示すように、再び、プラズマCVD法を用いてゲート絶縁膜となる厚さが50nmのSi3N4膜29を堆積する。次いで、図4(e)に示すように、反応性スパッタ法を用いて全面にTiN膜を設けたのち、ドライエッチングにより開口部28を覆う形状のゲート電極30を形成する。なお、TiNはTaN等の他の高融点金属に置き換えても良い。次いで、図4(f)に示すように、プラズマCVD法を用いて、全面にSiO2膜31を堆積する。
Next, as shown in FIG. 4D, a Si 3 N 4 film 29 having a thickness of 50 nm is deposited again using a plasma CVD method as a gate insulating film. Next, as shown in FIG. 4E, after a TiN film is provided on the entire surface by reactive sputtering, a
次いで、図5(g)に示すように、SiO2膜31乃至Si3N4膜27をエッチングしてコンタクトホール32を形成する。この場合、ドライエッチングを用いても良いし、フッ化水素やリン酸によるウエットエッチングを用いても良い。なお、ここでは、露出したi型GaN表面保護層26を全部除去するとともに、n型AlGaN層電子供給層25の一部も除去する。
Next, as shown in FIG. 5G, the
次いで、図5(h)に示すように、再び、プラズマCVD法を用いて全面にSiO2膜33を堆積する。次いで、図6(i)に示すように、異方性ドライエッチングによりエッチバックして、コンタクトホール32の側壁面にSiO2膜33を残存させてサイドウォール34とする。
Next, as shown in FIG. 5H, the SiO 2 film 33 is again deposited on the entire surface by using the plasma CVD method. Next, as shown in FIG. 6 (i), etching back is performed by anisotropic dry etching to leave the SiO 2 film 33 on the side wall surface of the
次いで、図6(j)に示すように、スパッタ法を用いて全面にAl膜を堆積したのち、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることで、ソース電極35及びドレイン電極36を形成する。次いで、アニール処理をして、ソース電極35とドレイン電極36をオーミックコンタクトとする。
Next, as shown in FIG. 6J, after depositing an Al film on the entire surface by sputtering, the
次いで、図7(k)に示すように、プラズマCVD法を用いてSiO2膜を堆積してパッシベーション膜37とすることで、本発明の実施例1のGaN系HEMTの基本構造が完成する。なお、集積化する場合には、素子間分離のために、i型GaN電子走行層24の深さまでエッチングして良いし、或いは、i型GaN電子走行層24の深さまでイオン注入することにより、結晶を破壊しても良い。
Next, as shown in FIG. 7 (k), the basic structure of the GaN-based HEMT according to the first embodiment of the present invention is completed by depositing the SiO 2 film using the plasma CVD method to form the
このように、本発明の実施例1においては、コンタクトホールの側壁面に露出するSi3N4膜/SiO2膜の積層界面をSi3N4よりバンドギャップの広いSiO2膜で覆っているので、ドレイン耐圧が向上する。その結果、ゲート電極−ドレイン電極間を拡張する必要がなくなるので、素子サイズの増大を回避することができる。 As described above, in Example 1 of the present invention, the laminated interface of the Si 3 N 4 film / SiO 2 film exposed on the side wall surface of the contact hole is covered with the SiO 2 film having a wider band gap than Si 3 N 4 . Therefore, the drain breakdown voltage is improved. As a result, there is no need to expand the space between the gate electrode and the drain electrode, so that an increase in element size can be avoided.
次に、図8乃至図10を参照して、本発明の実施例2のGaN系HEMTの製造工程を説明するが、コンタクトホールを形成する工程までは、上記の実施例1と同様であるので、コンタクトホールを形成する工程までの図示は省略する。 Next, the manufacturing process of the GaN-based HEMT according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 to 10. However, the process until the contact hole is formed is the same as the first embodiment. The illustration up to the step of forming the contact hole is omitted.
上記の実施例1と同様に、まず、シリコン基板21上にMOCVD法を用いて、厚さが100nmのAlNバッファ層22及び厚さが1μmのAlGaN層23を成長させる。引き続いて、厚さが3μmのi型GaN電子走行層24、厚さが25nmで、Siドーピング濃度が2×1018cm−3のn型AlGaN電子供給層25及び、厚さが5nmのi型GaN表面保護層26を順次堆積する。なお、各AlGaN層の組成はAl0.25Ga0.75Nとする。
Similar to the first embodiment, first, an
次いで、プラズマCVD法を用いて、全面に厚さが100nmのSi3N4膜27を堆積する。次いで、ゲート形成領域のSi3N4膜27を選択的に除去して開口部を形成して、i型GaN表面保護層26を露出させる。次いで、再び、プラズマCVD法を用いてゲート絶縁膜となる厚さが50nmのSi3N4膜29を堆積する。
Next, a Si 3 N 4 film 27 having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface by plasma CVD. Next, the Si 3 N 4 film 27 in the gate formation region is selectively removed to form an opening, and the i-type GaN surface
次いで、反応性スパッタ法を用いて全面にTiN膜を設けたのち、ドライエッチングにより開口部を覆う形状のゲート電極30を形成する。次いで、プラズマCVD法を用いて、全面にSiO2膜31を堆積する。次いでSiO2膜31乃至Si3N4膜27をエッチングしてコンタクトホール32を形成することによって、図8(a)の構成が得られる。
Next, after a TiN film is provided on the entire surface by reactive sputtering, a
次いで、図8(b)に示すように、ALD法を用いて、全面に厚さが50nmのAlN絶縁膜38を形成する。次いで、図9(c)に示すように、AlN絶縁膜38を選択的にエッチングしてコンタクトホール32の底部を露出させる。この時、ドライエッチングを用いても良いし、硫酸/過酸化水素混合液によるウエットエッチングを用いても良い。
Next, as shown in FIG. 8B, an
次いで、図9(d)に示すように、スパッタ法を用いて全面にAl膜を堆積したのち、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることで、ソース電極35及びドレイン電極36を形成する。次いで、図10(e)に示すように、プラズマCVD法を用いてSiO2膜を堆積してパッシベーション膜37とすることで、本発明の実施例2のGaN系HEMTの基本構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 9D, after depositing an Al film on the entire surface by sputtering, the
このように、本発明の実施例2においては、コンタクトホールの側壁面を同じ窒化物系絶縁膜で覆っているので、確実に絶縁耐圧を向上することができる。なお、AlNを用いるためにはALD法が必要であるが、コンタクトホールの側壁面を覆う膜は薄い膜で良いので、成膜レートの遅さは問題にならない。 As described above, in Example 2 of the present invention, the side wall surface of the contact hole is covered with the same nitride insulating film, so that the withstand voltage can be reliably improved. In order to use AlN, the ALD method is necessary. However, since the film covering the side wall surface of the contact hole may be a thin film, the film formation rate is not a problem.
次に、図11乃至図13を参照して、本発明の実施例3のGaN系HEMTの製造工程を説明するが、コンタクトホールを形成する工程までは、上記の実施例1と同様であるので、コンタクトホールを形成する工程までの図示は省略する。 Next, the manufacturing process of the GaN-based HEMT according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 13. However, the process up to the step of forming the contact hole is the same as the first embodiment. The illustration up to the step of forming the contact hole is omitted.
上記の実施例1と同様に、まず、シリコン基板21上にMOCVD法を用いて、厚さが100nmのAlNバッファ層22及び厚さが1μmのAlGaN層23を成長させる。引き続いて、厚さが3μmのi型GaN電子走行層24、厚さが25nmで、Siドーピング濃度が2×1018cm−3のn型AlGaN電子供給層25及び、厚さが5nmのi型GaN表面保護層26を順次堆積する。なお、各AlGaN層の組成はAl0.25Ga0.75Nとする。
Similar to the first embodiment, first, an
次いで、プラズマCVD法を用いて、全面に厚さが100nmのSi3N4膜27を堆積する。次いで、ゲート形成領域のSi3N4膜27を選択的に除去して開口部を形成して、i型GaN表面保護層26を露出させる。次いで、再び、プラズマCVD法を用いてゲート絶縁膜となる厚さが50nmのSi3N4膜29を堆積する。
Next, a Si 3 N 4 film 27 having a thickness of 100 nm is deposited on the entire surface by plasma CVD. Next, the Si 3 N 4 film 27 in the gate formation region is selectively removed to form an opening, and the i-type GaN surface
次いで、反応性スパッタ法を用いて全面にTiN膜を設けたのち、ドライエッチングにより開口部を覆う形状のゲート電極30を形成する。次いで、プラズマCVD法を用いて、全面にSiO2膜31を堆積する。次いでSiO2膜31乃至Si3N4膜27をエッチングしてコンタクトホール32を形成することによって、図11(a)の構成が得られる。
Next, after a TiN film is provided on the entire surface by reactive sputtering, a
次いで、図11(b)に示すように、全面にフォトレジストを塗布したのち、コンタクトホール32の底面の中央部のみに残存するように露光したのち、現像することにより、レジストパターン39を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, a photoresist is applied to the entire surface, then exposed so as to remain only in the central portion of the bottom surface of the
次いで、図12(c)に示すように、ALD法を用いて、全面に厚さが50nmのAlN絶縁膜38を形成する。次いで、図12(d)に示すように、レジストパターン39を除去することによって、その上に堆積したAlN絶縁膜38をリフトオフして、コンタクトホール32の底部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 12C, an
次いで、図13(e)に示すように、スパッタ法を用いて全面にAl膜を堆積したのち、レジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることで、ソース電極35及びドレイン電極36を形成する。次いで、図13(f)に示すように、プラズマCVD法を用いてSiO2膜を堆積してパッシベーション膜37とすることで、本発明の実施例3のGaN系HEMTの基本構造が完成する。
Next, as shown in FIG. 13E, after depositing an Al film on the entire surface by sputtering, the
このように、本発明の実施例3においては、リフトオフ法を用いてコンタクトホールの底面を露出させており、AlN絶縁膜のエッチング工程が不要になるので、コンタクトホールの露出部を再現性良く制御することができる。なお、この場合もAlNを用いるためにはALD法が必要であるが、コンタクトホールの側壁面を覆う膜は薄い膜で良いので、成膜レートの遅さは問題にならない。 As described above, in the third embodiment of the present invention, the bottom surface of the contact hole is exposed using the lift-off method, and the etching process of the AlN insulating film is not required, so that the exposed portion of the contact hole is controlled with good reproducibility. can do. In this case, the ALD method is necessary to use AlN. However, since the film covering the side wall surface of the contact hole may be a thin film, the slow deposition rate is not a problem.
ここで、実施例1乃至実施例3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)窒化ガリウム系キャリア走行層と、窒化ガリウム系キャリア供給層と、窒化ガリウム系表面保護層と、前記窒化ガリウム系表面保護層上に順に積層された窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを備え、前記窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜に設けたソース電極用及びドレイン電極用のコンタクトホールの側壁面を被覆する窒化シリコンよりバンドギャップが広い広禁制帯幅絶縁膜とを備えたことを特徴とする電界効果型化合物半導体装置。
(付記2)前記広禁制帯幅絶縁膜が、酸化シリコン膜または窒化アルミニウム膜のいずれかであることを特徴とする付記1に記載の電界効果型化合物半導体装置。
(付記3)前記窒化ガリウム系表面保護層上に順に積層された窒化シリコン膜が、ゲート電極形成部が欠如された第1の窒化シリコン膜とゲート絶縁膜となる第2の窒化シリコン膜とからなることを特徴とする付記1または付記2に記載の電界効果型化合物半導体装置。
(付記4)前記ゲート電極と前記ソース電極との間隔が、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間隔に等しいことを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の電界効果型化合物半導体装置。
(付記5)前記窒化シリコン膜はSi3N4膜であり、前記酸化シリコン膜はSiO2膜であることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の電界効果型化合物半導体装置。
(付記6)基板上に、窒化ガリウム系キャリア走行層、窒化ガリウム系キャリア供給層及び窒化ガリウム系表面保護層を順に積層する工程と、前記窒化ガリウム系表面保護層上に第1の窒化シリコン膜を成膜する工程と、ゲート電極形成部において前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去する工程と、全面にゲート絶縁膜となる第2の窒化シリコン膜を形成する工程と、前記ゲート電極形成部にゲート電極を形成する工程と、全面に酸化シリコン膜を成膜する工程と、ソース電極及びドレイン電極形成部において、前記酸化シリコン膜、前記第2の窒化シリコン膜及び前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程と、前記コンタクトホールにおいて、前記広禁制帯幅絶縁膜に接するようソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを有することを特徴とする電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
(付記7)前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程が、全面に酸化シリコン膜を成膜する工程と、前記酸化シリコン膜を異方性エッチングにより少なくとも前記コンタクトホールの側壁面に残存させる工程とを有することを特徴とする付記6に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
(付記8)前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程が、アトミックレイヤーデポジション法を用いて全面に窒化アルミニウム膜を堆積する工程と、前記コンタクトホールの底面に堆積した窒化アルミニウム膜の少なくとも一部をエッチング除去する工程とを有することを特徴とする付記6に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
(付記9)前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程が、前記コンタクトホールの底面の少なくとも一部に前記コンタクトホールの側壁面を覆わないようにリフトオフ用マスクを設ける工程と、アトミックレイヤーデポジション法を用いて全面に窒化アルミニウム膜を堆積する工程と、前記リフトオフ用マスクを除去する工程とを有することを特徴とする付記6に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
(付記10)前記第1及び第2の窒化シリコン膜はSi3N4膜であり、前記酸化シリコン膜はSiO2膜であることを特徴とする付記6乃至付記9のいずれか1に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 3.
(Supplementary Note 1) A gallium nitride carrier running layer, a gallium nitride carrier supply layer, a gallium nitride surface protective layer, and a silicon nitride film and a silicon oxide film sequentially stacked on the gallium nitride surface protective layer And a wide forbidden band width insulating film having a wider band gap than silicon nitride covering the side wall surfaces of the contact holes for the source electrode and the drain electrode provided in the silicon nitride film and the silicon oxide film, Field effect type compound semiconductor device.
(Supplementary note 2) The field effect type compound semiconductor device according to
(Additional remark 3) The silicon nitride film laminated | stacked in order on the said gallium nitride type surface protective layer is the 1st silicon nitride film from which the gate electrode formation part was missing, and the 2nd silicon nitride film used as a gate insulating film The field effect type compound semiconductor device according to
(Supplementary note 4) The field-effect compound semiconductor according to any one of
(Supplementary note 5) The field effect compound semiconductor device according to any one of
(Appendix 6) A step of sequentially laminating a gallium nitride based carrier running layer, a gallium nitride based carrier supply layer and a gallium nitride based surface protective layer on a substrate, and a first silicon nitride film on the gallium nitride based surface protective layer A step of selectively removing the first silicon nitride film in the gate electrode formation portion, a step of forming a second silicon nitride film to be a gate insulating film on the entire surface, and the gate electrode A step of forming a gate electrode in the formation portion, a step of forming a silicon oxide film on the entire surface, and a source electrode and drain electrode formation portion, the silicon oxide film, the second silicon nitride film, and the first nitride A step of selectively removing the silicon film to form a contact hole; and a side band of the contact hole having a wider band gap than silicon nitride. A step of coating with a film, in the contact hole, a method of manufacturing a field effect type compound semiconductor device, characterized by a step of forming a source electrode and a drain electrode so as to contact with the wide bandgap insulating film.
(Supplementary note 7) The step of covering the side wall surface of the contact hole with a wide forbidden band width insulating film having a wider band gap than silicon nitride, the step of forming a silicon oxide film on the entire surface, and the anisotropy of the silicon oxide film The method of manufacturing a field effect type compound semiconductor device according to appendix 6, further comprising a step of remaining on at least a side wall surface of the contact hole by etching.
(Appendix 8) The step of coating the sidewall surface of the contact hole with a wide forbidden band width insulating film having a wider band gap than silicon nitride includes depositing an aluminum nitride film over the entire surface using an atomic layer deposition method, The method for manufacturing a field effect compound semiconductor device according to appendix 6, further comprising: etching away at least a part of the aluminum nitride film deposited on the bottom surface of the contact hole.
(Supplementary Note 9) The step of covering the side wall surface of the contact hole with a wide forbidden band width insulating film having a wider band gap than silicon nitride does not cover the side wall surface of the contact hole on at least a part of the bottom surface of the contact hole. The method of claim 6, further comprising: providing a lift-off mask on the substrate; depositing an aluminum nitride film over the entire surface using an atomic layer deposition method; and removing the lift-off mask. Manufacturing method of effect type compound semiconductor device.
(Appendix 10) The appendix 6 to
1 基板
2 バッファ層
3 AlGaN層
4 GaN系キャリア走行層
5 GaN系キャリア供給層
6 GaN系表面保護層
7,8 Si3N4膜
9 ゲート電極
10 SiO2膜
11 広禁制帯幅絶縁膜
12 ソース電極
13 ドレイン電極
21 シリコン基板
22 AlNバッファ層
23 AlGaN層
24 i型GaN電子走行層
25 n型AlGaN電子供給層
26 i型GaN表面保護層
27,29 Si3N4膜
28 開口部
30 ゲート電極
31 SiO2膜
32 コンタクトホール
33 SiO2膜
34 サイドウォール
35 ソース電極
36 ドレイン電極
37 パッシベーション膜
38 AlN絶縁膜
39 レジストパターン
51 シリコン基板
52 AlNバッファ層
53 AlGaN層
54 i型GaN電子走行層
55 n型AlGaN電子供給層
56 i型GaN表面保護層
57,58 Si3N4膜
59 ゲート電極
60 SiO2膜
61 ソース電極
62 ドレイン電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記窒化ガリウム系表面保護層上に第1の窒化シリコン膜を成膜する工程と、
ゲート電極形成部において前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去する工程と、
全面にゲート絶縁膜となる第2の窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記ゲート電極形成部にゲート電極を形成する工程と、
全面に酸化シリコン膜を成膜する工程と、
ソース電極及びドレイン電極形成部において、前記酸化シリコン膜、前記第2の窒化シリコン膜及び前記第1の窒化シリコン膜を選択的に除去してコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの側壁面を窒化シリコンよりバンドギャップの広い広禁制帯幅絶縁膜で被覆する工程と、
前記コンタクトホールにおいて、前記広禁制帯幅絶縁膜に接するようソース電極及びドレイン電極を形成する工程と
を有することを特徴とする電界効果型化合物半導体装置の製造方法。 A step of sequentially laminating a gallium nitride based carrier running layer, a gallium nitride based carrier supply layer, and a gallium nitride based surface protection layer on a substrate;
Forming a first silicon nitride film on the gallium nitride-based surface protective layer;
Selectively removing the first silicon nitride film in a gate electrode formation portion;
Forming a second silicon nitride film to be a gate insulating film on the entire surface;
Forming a gate electrode in the gate electrode formation portion;
Forming a silicon oxide film on the entire surface;
Forming a contact hole by selectively removing the silicon oxide film, the second silicon nitride film, and the first silicon nitride film in a source electrode and drain electrode formation portion;
Coating the side wall surface of the contact hole with a wide band gap insulating film having a wider band gap than silicon nitride;
Forming a source electrode and a drain electrode so as to be in contact with the wide forbidden band width insulating film in the contact hole.
全面に酸化シリコン膜を成膜する工程と、
前記酸化シリコン膜を異方性エッチングにより少なくとも前記コンタクトホールの側壁面に残存させる工程と
を有することを特徴とする請求項1に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。 The step of coating the side wall surface of the contact hole with a wide band gap insulating film having a wider band gap than silicon nitride,
Forming a silicon oxide film on the entire surface;
The method of manufacturing a field effect compound semiconductor device according to claim 1 , further comprising a step of leaving the silicon oxide film at least on a side wall surface of the contact hole by anisotropic etching.
アトミックレイヤーデポジション法を用いて全面に窒化アルミニウム膜を堆積する工程と、
前記コンタクトホールの底面に堆積した窒化アルミニウム膜の少なくとも一部をエッチング除去する工程と
を有することを特徴とする請求項1に記載の電界効果型化合物半導体装置の製造方法。 The step of coating the side wall surface of the contact hole with a wide band gap insulating film having a wider band gap than silicon nitride,
Depositing an aluminum nitride film over the entire surface using an atomic layer deposition method;
The method of manufacturing a field effect type compound semiconductor device according to claim 1 , further comprising: etching away at least a part of the aluminum nitride film deposited on the bottom surface of the contact hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013207234A JP6199147B2 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013207234A JP6199147B2 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015072975A JP2015072975A (en) | 2015-04-16 |
JP6199147B2 true JP6199147B2 (en) | 2017-09-20 |
Family
ID=53015166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013207234A Active JP6199147B2 (en) | 2013-10-02 | 2013-10-02 | Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6199147B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018129444A (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-16 | トヨタ自動車株式会社 | Method of manufacturing semiconductor device |
CN107946358A (en) * | 2017-11-21 | 2018-04-20 | 华南理工大学 | A kind of AlGaN/GaN hetero-junctions HEMT device compatible with Si CMOS technologies and preparation method thereof |
US10763334B2 (en) | 2018-07-11 | 2020-09-01 | Cree, Inc. | Drain and/or gate interconnect and finger structure |
US10600746B2 (en) | 2018-07-19 | 2020-03-24 | Cree, Inc. | Radio frequency transistor amplifiers and other multi-cell transistors having gaps and/or isolation structures between groups of unit cell transistors |
US10937873B2 (en) * | 2019-01-03 | 2021-03-02 | Cree, Inc. | High electron mobility transistors having improved drain current drift and/or leakage current performance |
CN112447841B (en) * | 2020-11-27 | 2022-09-27 | 厦门市三安集成电路有限公司 | High electron mobility transistor and preparation method thereof |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4663156B2 (en) * | 2001-05-31 | 2011-03-30 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device |
JP4799965B2 (en) * | 2005-09-06 | 2011-10-26 | 日本電信電話株式会社 | Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor |
JP4823671B2 (en) * | 2005-12-13 | 2011-11-24 | 日本電信電話株式会社 | Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor |
JP5185341B2 (en) * | 2010-08-19 | 2013-04-17 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5724339B2 (en) * | 2010-12-03 | 2015-05-27 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5839804B2 (en) * | 2011-01-25 | 2016-01-06 | 国立大学法人東北大学 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device |
JP2013140835A (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Fujitsu Semiconductor Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2013
- 2013-10-02 JP JP2013207234A patent/JP6199147B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015072975A (en) | 2015-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5724339B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101357477B1 (en) | Compound semiconductor device, and method for manufacturing the same | |
JP6085442B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5919626B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US20140092638A1 (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP6199147B2 (en) | Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2012054354A (en) | Compound semiconductor device, and method of manufacturing the same | |
JP2013074281A (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same | |
JP5899879B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2010225979A (en) | GaN-BASED FIELD-EFFECT TRANSISTOR | |
WO2019176434A1 (en) | Semiconductor device, semiconductor device production method, and electronic device | |
JP6343807B2 (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
TWI509797B (en) | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same | |
CN112420850A (en) | Semiconductor device and preparation method thereof | |
JP2014072225A (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same | |
US10985253B2 (en) | Semiconductor devices with multiple channels and three-dimensional electrodes | |
JP2019114581A (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6530210B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2015012037A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
EP2933827B1 (en) | Transistor having nitride semiconductor used therein and method for manufacturing transistor having nitride semiconductor used therein | |
JP6166508B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP2012004178A (en) | Field effect transistor | |
JP5768340B2 (en) | Compound semiconductor device | |
JP5857409B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6163956B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160819 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170425 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170531 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170802 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170823 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6199147 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |