JP2005311326A - Semiconductor element - Google Patents

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Manabu Yanagihara
学 柳原
Daisuke Ueda
大助 上田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a semiconductor element whose uniformity of resistivity is high on a surface of a conductive layer, where reduction of voltage resistance due to the concentration of electric field will not occur. <P>SOLUTION: A channel layer 12 made up of n-type GaAs is formed on a semi-insulating GaAs substrate 11, and an undope AlGaAs layer 13 is formed on the channel 12. A gate electrode 18 is formed on the AlGaAs layer 13 and is formed between a source electrode 16 and a drain electrode 17. The source electrode 16 and drain electrode 17 are formed on a source region 14 and drain region 15, which are the regions of high carrier concentration formed on the GaAs substrate 11, respectively. A semi-insulating BCN film 19 containing boron, carbon, and nitrogen is formed on a layer of the AlGaAs layer 13. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高耐圧を必要とする半導体素子、特に電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ及びダイオード等に関する。   The present invention relates to a semiconductor element that requires a high breakdown voltage, particularly a field effect transistor, a bipolar transistor, a diode, and the like.

ガリウムヒ素(GaAs)、インジウムリン(InP)及び窒化ガリウム(GaN)等の化合物半導体を用いた半導体素子の一つにMESFET(金属−半導体電界効果トランジスタ)がある。MESFETは、金属からなるゲート電極が半導体層の上に直接形成されたショットキー接合を有し、ショットキー接合により半導体層に形成される空乏層の大きさを、ゲート電極に印加する電圧により変化させ、電子走行層(チャネル)に流れる電流を制御している。   One of semiconductor devices using compound semiconductors such as gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), and gallium nitride (GaN) is a MESFET (metal-semiconductor field effect transistor). The MESFET has a Schottky junction in which a metal gate electrode is formed directly on the semiconductor layer, and the size of the depletion layer formed in the semiconductor layer by the Schottky junction varies depending on the voltage applied to the gate electrode. The current flowing in the electron transit layer (channel) is controlled.

このMESFETの一種に、異なる半導体のヘテロ接合を利用するHEMT(高電子移動度トランジスタ)がある。HEMTは、高速で動作させることができるため、衛星放送受信用の低ノイズアンプ、携帯電話用のスイッチデバイス及び携帯電話用のパワーデバイス等として広く用いられている。   One type of MESFET is a HEMT (High Electron Mobility Transistor) that uses heterojunctions of different semiconductors. Since the HEMT can be operated at high speed, it is widely used as a low noise amplifier for receiving satellite broadcasts, a switch device for a mobile phone, a power device for a mobile phone, and the like.

HEMTを含むMESFETをスイッチデバイスやパワーデバイス等に用いる場合には、ゲート−ドレイン間の耐圧を高くする必要があり、ゲート電極を形成する半導体層をアンドープで且つチャネル層と比べてバンドギャップが大きい半導体により形成することが望ましい。   When a MESFET including HEMT is used for a switch device, a power device, etc., it is necessary to increase the breakdown voltage between the gate and the drain, and the semiconductor layer forming the gate electrode is undoped and has a larger band gap than the channel layer. It is desirable to form with a semiconductor.

図9は従来のGaAs−MESFETの断面構成を示している。図9に示すように、半絶縁性のGaAs基板101の上にn型半導体からなるチャネル層102が形成され、チャネル層102の上には、アンドープのアルミニウムガリウムヒ素(AlGaAs)層103が形成されている。AlGaAs層103の上にはゲート電極108が形成され、ゲート電極108を挟んでソース電極106及びドレイン電極107がそれぞれ形成されている。ソース電極106及びドレイン電極107は、GaAs基板101の上に形成された高キャリア濃度の領域であるソース領域104及びドレイン領域105の上にそれぞれ形成されている。このようにして形成されたMESFETの表面には、シリコン酸化膜(SiO2)等の絶縁膜からなる保護膜109が設けられている。 FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of a conventional GaAs-MESFET. As shown in FIG. 9, a channel layer 102 made of an n-type semiconductor is formed on a semi-insulating GaAs substrate 101, and an undoped aluminum gallium arsenide (AlGaAs) layer 103 is formed on the channel layer 102. ing. A gate electrode 108 is formed on the AlGaAs layer 103, and a source electrode 106 and a drain electrode 107 are formed with the gate electrode 108 interposed therebetween. The source electrode 106 and the drain electrode 107 are respectively formed on the source region 104 and the drain region 105 that are regions of high carrier concentration formed on the GaAs substrate 101. A protective film 109 made of an insulating film such as a silicon oxide film (SiO 2 ) is provided on the surface of the MESFET thus formed.

保護膜109は、半導体層の表面におけるダングリングボンドや酸化による表面準位の生成を防止するために設けられている。また、最近は保護膜の低誘電率化を図るために、ホウ素、炭素及び窒素からなるBCN膜を保護膜として用いることも行われている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2003−115487号公報
The protective film 109 is provided to prevent generation of surface levels due to dangling bonds or oxidation on the surface of the semiconductor layer. Recently, in order to reduce the dielectric constant of the protective film, a BCN film made of boron, carbon, and nitrogen is also used as the protective film (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-115487 A

しかしながら、アンドープAlGaAs層103の表面には、結晶成長中あるいは他の製造工程中において発生する結晶欠陥等が存在するため、表面の抵抗率が不均一となっている。アンドープAlGaAs層103の表面の抵抗率が不均一な場合に、ゲート電極108とドレイン電極107との間に高電圧の逆バイアスが印加されると、抵抗率の不均一性に起因して局所的に電界の集中する領域が発生する。その結果、半導体素子の耐圧(ブレークダウン電圧)が設計値よりも大幅に低下してしまうという問題がある。   However, the surface resistivity of the undoped AlGaAs layer 103 is non-uniform because crystal defects or the like generated during crystal growth or other manufacturing processes exist. When the resistivity of the surface of the undoped AlGaAs layer 103 is non-uniform, if a high voltage reverse bias is applied between the gate electrode 108 and the drain electrode 107, it is locally caused by the non-uniformity of the resistivity. A region where the electric field is concentrated is generated. As a result, there is a problem in that the breakdown voltage (breakdown voltage) of the semiconductor element is significantly lower than the design value.

また、同様の問題は、電界効果トランジスタ(FET)だけでなくヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)及びショットキーダイオード等においても発生する。   Similar problems occur not only in field effect transistors (FETs) but also in heterobipolar transistors (HBTs) and Schottky diodes.

このようなブレークダウン電圧の大幅な低下は、GaAs、InP及びGaN等の化合物半導体を用いた半導体素子において発生しやすい。化合物半導体においては、半導体材料が2つ以上の元素から構成されているため、化学量論的な組成比のずれが半導体層の表面において発生しやすく、半導体層の表面の抵抗率が不均一となりやすいためである。   Such a significant decrease in breakdown voltage is likely to occur in semiconductor devices using compound semiconductors such as GaAs, InP, and GaN. In a compound semiconductor, since the semiconductor material is composed of two or more elements, a stoichiometric composition ratio deviation tends to occur on the surface of the semiconductor layer, and the resistivity of the surface of the semiconductor layer becomes non-uniform. This is because it is easy.

本発明は、前記従来の課題を解決し、半導体層の表面における抵抗率の均一性が高く、電界の集中による耐圧の低下が生じない半導体素子を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems and to realize a semiconductor element that has high resistivity uniformity on the surface of a semiconductor layer and does not cause a decrease in breakdown voltage due to electric field concentration.

前記目的を達成するために、本発明は半導体素子の表面を、半絶縁性膜により覆う構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention is configured to cover the surface of a semiconductor element with a semi-insulating film.

具体的に本発明の半導体素子は、基板の上に形成された少なくとも1つの半導体領域を含む素子形成領域と、素子形成領域の上に互いに間隔をおいて形成された第1の電極及び第2の電極と、素子形成領域の表面における第1の電極と第2の電極との間の部分であって、第1の電極と第2の電極との間に逆バイアスを印加した際に空乏層が広がる部分を覆う半絶縁性膜とを備えていることを特徴とする。   Specifically, the semiconductor element of the present invention includes an element formation region including at least one semiconductor region formed on a substrate, a first electrode and a second electrode formed on the element formation region at intervals. And a portion between the first electrode and the second electrode on the surface of the element formation region, and a depletion layer when a reverse bias is applied between the first electrode and the second electrode And a semi-insulating film covering a portion where the film spreads.

本発明の半導体素子によれば、素子形成領域の表面における第1の電極と第2の電極との間の部分であって、第1の電極と第2の電極との間に逆バイアスを印加した際に空乏層が広がる部分を覆う半絶縁性膜とを備えているため、電極間における素子形成領域の表面の抵抗値をほぼ一定にすることができる。従って、電極間に逆バイアスを印加した際に、空乏層が広がる素子形成領域の表面において、結晶欠陥等により一点に電界集中が生じて局所的に高電圧が印加されることにより生じる絶縁破壊を抑えることが可能となり、その結果、高耐圧の半導体素子を実現することができる。   According to the semiconductor element of the present invention, a reverse bias is applied between the first electrode and the second electrode in the portion between the first electrode and the second electrode on the surface of the element formation region. Since a semi-insulating film covering a portion where the depletion layer spreads is provided, the resistance value of the surface of the element formation region between the electrodes can be made substantially constant. Therefore, when a reverse bias is applied between the electrodes, electric field concentration occurs at one point due to crystal defects or the like on the surface of the element formation region where the depletion layer spreads, and the dielectric breakdown caused by applying a high voltage locally is prevented. As a result, a high breakdown voltage semiconductor element can be realized.

本発明の半導体素子は、半絶縁性膜と素子形成領域の表面との間に設けられた絶縁膜をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、リーク電流を確実に低減できる。   The semiconductor element of the present invention preferably further includes an insulating film provided between the semi-insulating film and the surface of the element forming region. With such a configuration, the leakage current can be reliably reduced.

本発明の半導体素子において、半絶縁性膜は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムのうちの少なくとも1つと、窒素と、炭素とを含む化合物であることが好ましい。このような構成とすることにより、素子形成領域の表面に印加される電界を確実に均等にすることが可能となる。   In the semiconductor element of the present invention, the semi-insulating film is preferably a compound containing at least one of boron, aluminum, and gallium, nitrogen, and carbon. With such a configuration, the electric field applied to the surface of the element formation region can be surely made uniform.

本発明の半導体素子において、素子形成領域は、基板の上に形成されたエピタキシャル層を含むことが好ましい。また、基板に不純物を注入することにより形成された拡散層を含んでいてもよい。   In the semiconductor element of the present invention, the element formation region preferably includes an epitaxial layer formed on the substrate. Further, a diffusion layer formed by implanting impurities into the substrate may be included.

本発明の半導体素子において、素子形成領域は、電子が走行するチャネル層を含み、第1の電極は、ゲート電極であり、第2の電極は、ドレイン電極であり、本発明の半導体素子はゲート電極を挟んでドレイン電極とは逆の位置に形成されたソース電極をさらに備え、電界効果トランジスタとして動作し、且つ半絶縁性膜が素子形成領域におけるゲート電極とドレイン電極との間の部分を少なくとも覆っていることが好ましい。このような構成とすることにより、高耐圧の電界効果トランジスタを得ることができる。   In the semiconductor element of the present invention, the element formation region includes a channel layer through which electrons travel, the first electrode is a gate electrode, the second electrode is a drain electrode, and the semiconductor element of the present invention is a gate. A source electrode formed at a position opposite to the drain electrode across the electrode, and operating as a field effect transistor, and the semi-insulating film at least a portion between the gate electrode and the drain electrode in the element formation region It is preferable to cover. With such a configuration, a high withstand voltage field effect transistor can be obtained.

この場合において、半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つドレイン電極とソース電極との間の静電容量値及びドレイン電極とソース電極との間の電気抵抗値のうち半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、電界効果トランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることが好ましい。また、半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つドレイン電極とゲート電極との間の静電容量値及びドレイン電極とゲート電極との間の電気抵抗値のうち半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、電界効果トランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であってもよい。このような構成であれば、高周波特性及び直流特性に影響を与えることなく、電界が均一に印加されるようにすることが可能である。   In this case, the resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and the capacitance value between the drain electrode and the source electrode and the electrical resistance value between the drain electrode and the source electrode are Of these, the resistivity is preferably such that the time constant, which is the product of the electrical resistance values of the semi-insulating film, is longer than the time that is the reciprocal of the maximum oscillation frequency of the field effect transistor. The resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and half of the capacitance value between the drain electrode and the gate electrode and the electric resistance value between the drain electrode and the gate electrode. The resistivity may be such that the time constant that is the product of the electrical resistance values by the insulating film is longer than the time that is the reciprocal of the maximum oscillation frequency of the field effect transistor. With such a configuration, it is possible to apply the electric field uniformly without affecting the high frequency characteristics and the direct current characteristics.

この場合において、半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることが好ましい。 In this case, the resistivity of the semi-insulating film is preferably 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less.

本発明の半導体素子において、素子形成領域は、下から順次形成されたコレクタ領域、ベース領域及びエミッタ領域を含み、第1の電極はコレクタ領域の上の所定の部分に形成されたコレクタ電極であり、第2の電極はベース領域の上の所定の部分に形成されたベース電極であり、本発明の半導体素子はエミッタ領域の上の所定の部分に形成されたエミッタ電極をさらに備え、ヘテロバイポーラトランジスタとして動作し、且つ半絶縁性膜が素子形成領域の表面におけるコレクタ電極とベース電極との間の部分を少なくとも覆っていることが好ましい。このような構成とすることにより、高耐圧のヘテロバイポーラトランジスタを確実に得ることができる。   In the semiconductor element of the present invention, the element formation region includes a collector region, a base region, and an emitter region that are sequentially formed from the bottom, and the first electrode is a collector electrode formed in a predetermined portion on the collector region. The second electrode is a base electrode formed in a predetermined portion on the base region, and the semiconductor device of the present invention further includes an emitter electrode formed in the predetermined portion on the emitter region, and a heterobipolar transistor The semi-insulating film preferably covers at least a portion between the collector electrode and the base electrode on the surface of the element formation region. With such a configuration, a high breakdown voltage heterobipolar transistor can be obtained with certainty.

この場合において、半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つコレクタ電極とエミッタ電極との間の静電容量値及びコレクタ電極とエミッタ電極との間の電気抵抗値のうち半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、ヘテロバイポーラトランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることが好ましい。また、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つコレクタ電極とベース電極との間の静電容量値及びコレクタ電極とベース電極との間の電気抵抗値のうち半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、ヘテロバイポーラトランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であってもよい。このような構成とすることにより、ヘテロバイポーラトランジスタの高周波特性及び直流特性に影響を及ぼすことなく素子形成領域の表面に印加される電界を均一にすることが可能となる。   In this case, the resistivity of the semi-insulating film is lower than that of silicon nitride, and the capacitance value between the collector electrode and the emitter electrode and the electric resistance value between the collector electrode and the emitter electrode are Of these, the resistivity is preferably such that the time constant, which is the product of the electrical resistance values of the semi-insulating film, is longer than the time that is the reciprocal of the maximum oscillation frequency of the heterobipolar transistor. Moreover, the product of the electrical resistance value by the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride and the capacitance value between the collector electrode and the base electrode and the electrical resistance value between the collector electrode and the base electrode. May be a resistivity that is longer than the time that is the reciprocal of the maximum oscillation frequency of the heterobipolar transistor. With such a configuration, the electric field applied to the surface of the element formation region can be made uniform without affecting the high frequency characteristics and direct current characteristics of the heterobipolar transistor.

この場合において、半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることが好ましい。 In this case, the resistivity of the semi-insulating film is preferably 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less.

本発明の半導体素子において、素子形成領域は、低キャリア濃度領域と、該低キャリア濃度領域よりも不純物濃度が高い高キャリア濃度領域と含み、第1の電極は、低キャリア濃度領域の上に形成されたショットキー電極であり、第2の電極は、高キャリア濃度領域の上に形成されたオーミック電極であり、本発明の半導体素子はダイオードとして動作し、且つ半絶縁性膜が素子形成領域の表面におけるショットキー電極とオーミック電極との間の部分を少なくとも覆っていることが好ましい。このような構成とすることにより、高耐圧のショットキーバリアダイオードを確実に得ることができる。   In the semiconductor element of the present invention, the element formation region includes a low carrier concentration region and a high carrier concentration region having an impurity concentration higher than that of the low carrier concentration region, and the first electrode is formed on the low carrier concentration region. The second electrode is an ohmic electrode formed on the high carrier concentration region, the semiconductor element of the present invention operates as a diode, and the semi-insulating film is the element forming region. It is preferable to cover at least a portion of the surface between the Schottky electrode and the ohmic electrode. With such a configuration, a high breakdown voltage Schottky barrier diode can be obtained with certainty.

この場合において、半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることが好ましい。 In this case, the resistivity of the semi-insulating film is preferably 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less.

本発明の半導体素子によれば、半導体層の表面における抵抗率の均一性が高く、電界の集中による耐圧の低下が生じない半導体素子を実現することができる。   According to the semiconductor element of the present invention, it is possible to realize a semiconductor element that has high uniformity of resistivity on the surface of the semiconductor layer and does not cause a decrease in breakdown voltage due to electric field concentration.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る半導体素子について図を参照して説明する。図1は本実施形態に係る半導体素子の断面構成を示している。図1に示すように、本実施形態の半導体素子は金属−半導体電界効果トランジスタ(MESFET)である。半絶縁性のGaAs基板11の上に形成されたn型GaAsからなるチャネル層12と、チャネル層12の上に形成されたアンドープのAlGaAs層13と、チャネル層12及びAlGaAs層13の両側を挟むように形成された高キャリア濃度の領域であるソース領域14及びドレイン領域15とからなる素子形成領域23が形成されている。AlGaAs層13の上にはゲート電極18が形成され、ゲート電極18を挟んでソース電極16及びドレイン電極17がそれぞれ形成されている。ソース電極16及びドレイン電極17は、ソース領域14及びドレイン領域15の上にそれぞれ形成されている。
(First embodiment)
A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor element according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor element of this embodiment is a metal-semiconductor field effect transistor (MESFET). A channel layer 12 made of n-type GaAs formed on a semi-insulating GaAs substrate 11, an undoped AlGaAs layer 13 formed on the channel layer 12, and both sides of the channel layer 12 and the AlGaAs layer 13 are sandwiched. An element formation region 23 composed of a source region 14 and a drain region 15, which are regions having a high carrier concentration, is formed. A gate electrode 18 is formed on the AlGaAs layer 13, and a source electrode 16 and a drain electrode 17 are formed with the gate electrode 18 interposed therebetween. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed on the source region 14 and the drain region 15, respectively.

本実施形態の半導体素子の表面は、ホウ素、炭素及び窒素を含む半絶縁性のBCN膜19に覆われている。BCN膜19は、プラズマ化学気相堆積法(プラズマCVD)により堆積された、厚さが100nm〜500nmの膜であり、体積抵抗率が1×108Ωcm程度の半絶縁性膜となるように形成されている。これにより、ゲート電極18とドレイン電極17との間に高いバイアス電圧が印加された場合、BCN膜19の下側のAlGaAs層13の表面に電界が均等に印加される。 The surface of the semiconductor element of this embodiment is covered with a semi-insulating BCN film 19 containing boron, carbon, and nitrogen. The BCN film 19 is a film having a thickness of 100 nm to 500 nm deposited by plasma enhanced chemical vapor deposition (plasma CVD), and is a semi-insulating film having a volume resistivity of about 1 × 10 8 Ωcm. Is formed. As a result, when a high bias voltage is applied between the gate electrode 18 and the drain electrode 17, an electric field is uniformly applied to the surface of the AlGaAs layer 13 below the BCN film 19.

AlGaAs層13の絶縁破壊電圧は4×105V/cm程度であるため、ゲート電極18とドレイン電極17との電極間距離が3μmの場合の理想状態におけるブレークダウン電圧は120V程度となる。しかし、通常は10V程度の逆バイアスを印加するとブレークダウンが発生してしまう。これは、AlGaAs層13の表面に存在する結晶欠陥等により、AlGaAs層13の表面における抵抗率が不均一となり、電界集中が発生するため、局所的に高電圧が印加されてしまうことによる。 Since the breakdown voltage of the AlGaAs layer 13 is about 4 × 10 5 V / cm, the breakdown voltage in the ideal state when the distance between the gate electrode 18 and the drain electrode 17 is 3 μm is about 120V. However, normally, when a reverse bias of about 10 V is applied, breakdown occurs. This is because the resistivity on the surface of the AlGaAs layer 13 becomes non-uniform due to crystal defects or the like existing on the surface of the AlGaAs layer 13 and electric field concentration occurs, so that a high voltage is locally applied.

一方、本実施形態のMESFETにおいては、AlGaAs層13の上に形成された半絶縁性のBCN膜19により、AlGaAs層13の表面における抵抗率がほぼ均一となるため、AlGaAs層13の表面に結晶欠陥等が存在していても、AlGaAs層13の表面には均等に電界が印加される。このため、ブレークダウン電圧を理想状態に近づけることができる。   On the other hand, in the MESFET of this embodiment, the semi-insulating BCN film 19 formed on the AlGaAs layer 13 makes the resistivity on the surface of the AlGaAs layer 13 substantially uniform, so that a crystal is formed on the surface of the AlGaAs layer 13. Even if a defect or the like exists, an electric field is uniformly applied to the surface of the AlGaAs layer 13. For this reason, the breakdown voltage can be brought close to an ideal state.

ゲート電極18とドレイン電極17との電極間距離が3μmの場合に、体積抵抗率が1×108Ωcmで膜厚が200nmのBCN膜19を設けると、単位ゲート幅当たりのゲート電極18とドレイン電極17との間の抵抗は1.5×1010Ωmmとなる。この場合において、ゲート電極18とドレイン電極17との間に50Vの逆バイアスを印加した際に発生するリーク電流の値は3.3×10-9A/mmである。従って、ゲート幅が10mmの代表的なFETにおけるリーク電流の値は33nAとなり、この値はFETにおいて問題となるリーク電流の値である1μAと比べて十分に小さいので、BCN膜19が高出力トランジスタのリーク電流特性に大きな影響を与えることはない。 When the inter-electrode distance between the gate electrode 18 and the drain electrode 17 is 3 μm, if the BCN film 19 having a volume resistivity of 1 × 10 8 Ωcm and a film thickness of 200 nm is provided, the gate electrode 18 and the drain per unit gate width are provided. The resistance between the electrode 17 is 1.5 × 10 10 Ωmm. In this case, the value of the leakage current generated when a reverse bias of 50 V is applied between the gate electrode 18 and the drain electrode 17 is 3.3 × 10 −9 A / mm. Therefore, the leak current value in a typical FET having a gate width of 10 mm is 33 nA, and this value is sufficiently smaller than 1 μA, which is a problem of the leak current in the FET, so that the BCN film 19 is a high-power transistor. This does not have a great influence on the leakage current characteristics.

BCN膜19の体積抵抗率が低いほど半導体表面の電界を均一にする効果は大きくなるが、リーク電流が増加する。しかし、通常のFETにおいてゲート電極とドレイン電極との間のリーク電流は1μA程度であり、通常のゲート幅及び電極間距離を有するFETの場合1×106Ωcm以上の体積抵抗率があれば、リーク電流の増加を無視できる。また、高抵抗の半導体基板と同程度である1×1010Ωcm以下の体積抵抗率であれば、電界を均一にして耐圧を向上させる効果が得られる。 The lower the volume resistivity of the BCN film 19, the greater the effect of making the electric field on the semiconductor surface uniform, but the leakage current increases. However, in a normal FET, the leakage current between the gate electrode and the drain electrode is about 1 μA. In the case of a FET having a normal gate width and inter-electrode distance, if there is a volume resistivity of 1 × 10 6 Ωcm or more, The increase in leakage current can be ignored. Further, if the volume resistivity is about 1 × 10 10 Ωcm or less, which is the same as that of a high-resistance semiconductor substrate, the effect of making the electric field uniform and improving the breakdown voltage can be obtained.

また、ゲート電極18とドレイン電極17との間の容量値は0.5pF/mm程度となるため、ゲート電極18とドレイン電極17との間の静電容量値と、ゲート電極18とドレイン電極17との間のBCN膜19の抵抗値との積により求められる時定数は7.5×10-3秒程度となる。これは、携帯電話等においてよく使用されている1GHzの周波数の逆数である1×10-9秒と比べて十分に長く、この周波数帯において、BCN膜19を設けたことによる高周波特性への影響はほとんどない。 Further, since the capacitance value between the gate electrode 18 and the drain electrode 17 is about 0.5 pF / mm, the capacitance value between the gate electrode 18 and the drain electrode 17, and the gate electrode 18 and the drain electrode 17. The time constant obtained by the product of the resistance value of the BCN film 19 between the two is about 7.5 × 10 −3 seconds. This is sufficiently longer than 1 × 10 −9 seconds, which is the reciprocal of the 1 GHz frequency often used in mobile phones and the like, and the influence on the high frequency characteristics due to the provision of the BCN film 19 in this frequency band. There is almost no.

時定数の観点からみた場合、BCN膜の抵抗率を5桁小さくして1×103Ωcm程度とした場合には、1GHzの周波数における使用に影響が現れる。なお、FETの使用周波数は最大発振周波数の3分の1程度であり、最大発振周波数において高周波特性に影響がなければ、実使用において問題となることはない。従って、ゲート電極とドレイン電極との間の容量値とBCN膜の抵抗値とによって決まる時定数が最大発振周波数の逆数と比べて長ければ、BCN膜がFETの高周波特性に与える影響は無視できる。 From the viewpoint of the time constant, if the resistivity of the BCN film is reduced to about 1 × 10 3 Ωcm by 5 digits, use at a frequency of 1 GHz appears to be affected. The operating frequency of the FET is about one third of the maximum oscillation frequency, and there is no problem in actual use as long as the high frequency characteristics are not affected at the maximum oscillation frequency. Therefore, if the time constant determined by the capacitance value between the gate electrode and the drain electrode and the resistance value of the BCN film is longer than the reciprocal of the maximum oscillation frequency, the influence of the BCN film on the high frequency characteristics of the FET can be ignored.

なお、本実施形態において、BCN膜19をゲート電極18とソース電極16との間にも設けているが、通常はゲート−ソース間には高電圧を印加しないため、ゲート電極18とソース電極16との間にBCN膜19を設けなくてもよい。また、本実施形態においては、各電極の上にもBCN膜19を設けたが、必ずしも電極の上にBCN膜19を設ける必要はなく、少なくともAlGaAs層13における空乏層が広がる領域の表面がBCN19により覆われていれば、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the BCN film 19 is also provided between the gate electrode 18 and the source electrode 16, but normally a high voltage is not applied between the gate and the source, and therefore the gate electrode 18 and the source electrode 16 are not applied. The BCN film 19 may not be provided between the two. In the present embodiment, the BCN film 19 is also provided on each electrode. However, the BCN film 19 is not necessarily provided on the electrode, and at least the surface of the region where the depletion layer in the AlGaAs layer 13 spreads is BCN19. If it is covered with, the same effect can be obtained.

本実施形態においては、GaAsを用いたMESFETを例として示したが、ゲート電極に逆バイアスを印加した際に空乏層が広がる半導体素子であれば同様の効果が得られ、InP又はGaN等を用いてもよく、またMISFET(金属−絶縁膜−半導体構造FET)又は接合型FET等の構造であっても同様の効果が得られる。   In this embodiment, a MESFET using GaAs is shown as an example. However, the same effect can be obtained if a semiconductor element in which a depletion layer expands when a reverse bias is applied to the gate electrode, and InP or GaN is used. The same effect can be obtained even with a structure such as a MISFET (metal-insulating film-semiconductor structure FET) or a junction FET.

(第1の実施形態の一変形例)
以下に、第1の実施形態の一変形例について図を参照して説明する。図2は本変形例に係る半導体素子の断面構成を示している。図2において図1と同一の構成要素については同一の番号を付与することにより説明を省略する。
(One modification of the first embodiment)
A modification of the first embodiment will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor element according to this modification. In FIG. 2, the same components as those in FIG.

図2に示すように本変形例のMESFETにおいては、第1の実施形態と異なりBCN膜19がSiO2からなる絶縁膜20の上に形成されている。このように、絶縁膜20の上にBCN膜19を形成した場合にも、AlGaAs層13に印加される電界を均一にすることができ、耐圧を向上させることができる。また、BCN膜19が直接AlGaAs層13と接していないため、リーク電流の値を低減することが可能となる。 As shown in FIG. 2, in the MESFET of this modification, unlike the first embodiment, a BCN film 19 is formed on an insulating film 20 made of SiO 2 . Thus, even when the BCN film 19 is formed on the insulating film 20, the electric field applied to the AlGaAs layer 13 can be made uniform, and the breakdown voltage can be improved. Further, since the BCN film 19 is not in direct contact with the AlGaAs layer 13, the value of the leakage current can be reduced.

AlGaAs層13に印加される電界を均一にするためには、絶縁膜20の厚さが薄い程よく、50nm以下であることが好ましい。また、絶縁膜20の成膜の容易さや均一性の確保のためには膜厚の下限を10nm程度とすることが好ましい。   In order to make the electric field applied to the AlGaAs layer 13 uniform, the insulating film 20 is preferably as thin as possible and is preferably 50 nm or less. Moreover, in order to ensure the ease of film formation and uniformity of the insulating film 20, the lower limit of the film thickness is preferably about 10 nm.

なお、本変形例において絶縁膜20をSiO2としたが、窒化膜等であってもよい。 In this modification, the insulating film 20 is made of SiO 2 , but may be a nitride film or the like.

(第2の実施形態)
以下に、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子について図を参照して説明する。図3は本実施形態の半導体素子の断面構成を示している。図3に示すように本実施形態の半導体素子は、半導体基板にイオン注入することにより形成された半導体領域を有するMESFETである。厚さが500μmの半絶縁性のGaAs基板31の表面近傍に素子形成領域43が形成されている。素子形成領域43は、互いに間隔をおいて形成された高濃度n型領域であるソース領域34及びドレイン領域35と、ソース領域34とドレイン領域35との間に形成されたn型領域32とからなる。素子形成領域43を含むGaAs基板31の上には厚さが200nmのBCN膜39が形成されている。
(Second Embodiment)
A semiconductor element according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor element of this embodiment. As shown in FIG. 3, the semiconductor element of this embodiment is a MESFET having a semiconductor region formed by ion implantation into a semiconductor substrate. An element formation region 43 is formed in the vicinity of the surface of the semi-insulating GaAs substrate 31 having a thickness of 500 μm. The element formation region 43 includes a source region 34 and a drain region 35 which are high-concentration n-type regions formed at intervals, and an n-type region 32 formed between the source region 34 and the drain region 35. Become. A BCN film 39 having a thickness of 200 nm is formed on the GaAs substrate 31 including the element formation region 43.

BCN膜39の表面におけるソース領域34及びドレイン領域35の上には、それぞれがBCN膜39を貫通しソース領域34及びドレイン領域35と接する、金(Au)、ゲルマニウム(Ge)及びニッケル(Ni)の合金(AuGeNi)と金とが下から順次積層されたソース電極36及びドレイン電極37が形成されている。ソース電極36とドレイン電極37との間には、BCN膜39を貫通しn型領域32と接するアルミニウム(Al)からなるゲート電極38が形成されている。   Gold (Au), germanium (Ge), and nickel (Ni), which respectively penetrate the BCN film 39 and are in contact with the source region 34 and the drain region 35, on the surface of the BCN film 39. A source electrode 36 and a drain electrode 37 are formed in which an alloy (AuGeNi) and gold are sequentially laminated from the bottom. A gate electrode 38 made of aluminum (Al) is formed between the source electrode 36 and the drain electrode 37 and penetrates the BCN film 39 and contacts the n-type region 32.

以下に、本実施形態の半導体素子の製造方法について図を参照して説明する。図4は本実施形態の半導体素子の製造方法について工程ごとに断面の構成を示している。図4(a)に示すようにまず、厚さが500μmのGaAs基板31の上に厚さが2μmで開口部を有する第1のレジスト41をフォトリソグラフィ工程により形成する。続いて、真空チャンバ内において第1のレジスト41をマスクとして加速電圧が50kVでイオン照射密度が2×1012cm-2の条件で、n型の不純物であるシリコン(Si)イオンをGaAs基板31に注入することにより、GaAs基板31の表面近傍に最大深さが100nm程度のn型領域32を形成する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor element of this embodiment is demonstrated with reference to figures. FIG. 4 shows a cross-sectional configuration for each process in the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 4A, first, a first resist 41 having a thickness of 2 μm and having an opening is formed on a GaAs substrate 31 having a thickness of 500 μm by a photolithography process. Subsequently, silicon (Si) ions, which are n-type impurities, are applied to the GaAs substrate 31 under conditions of an acceleration voltage of 50 kV and an ion irradiation density of 2 × 10 12 cm −2 using the first resist 41 as a mask in the vacuum chamber. To form an n-type region 32 having a maximum depth of about 100 nm in the vicinity of the surface of the GaAs substrate 31.

次に、図4(b)に示すように第1のレジスト41を除去した後、n型領域32の両端部を含む領域を露出させ、n型領域32の中央部を覆う第2のレジスト42をフォトリソグラフィ工程により形成する。続いて、第2のレジスト42をマスクとして加速電圧が120kVでイオン照射密度が5×1013cm-2の条件で、Siイオンを注入することにより最大深さが300nm程度の高濃度n型領域であるソース領域34及びドレイン領域35をそれぞれ形成する。 Next, as shown in FIG. 4B, after removing the first resist 41, a region including both ends of the n-type region 32 is exposed, and a second resist 42 covering the central portion of the n-type region 32 is exposed. Are formed by a photolithography process. Subsequently, a high-concentration n-type region having a maximum depth of about 300 nm is implanted by implanting Si ions under the conditions of an acceleration voltage of 120 kV and an ion irradiation density of 5 × 10 13 cm −2 using the second resist 42 as a mask. A source region 34 and a drain region 35 are formed.

次に、図4(c)に示すように第2のレジストを除去した後、GaAs基板31をアルシンガス雰囲気中にて800℃の温度で加熱処理してSiイオンを活性化する。続いて、CVDにより厚さが200nmで抵抗率が1×108ΩcmのBCN膜39をGaAs基板31の上に堆積した後、フォトリソグラフィ工程と四フッ化メタン(CF4)とO2ガスとを用いたドライエッチング工程により、BCN膜39を選択的にエッチングして、ソース領域34及びドレイン領域35を露出させる2つの開口部39aをそれぞれ形成する。 Next, as shown in FIG. 4C, after removing the second resist, the GaAs substrate 31 is heat-treated in an arsine gas atmosphere at a temperature of 800 ° C. to activate Si ions. Subsequently, a BCN film 39 having a thickness of 200 nm and a resistivity of 1 × 10 8 Ωcm is deposited on the GaAs substrate 31 by CVD, and then a photolithography process, tetrafluoromethane (CF 4 ), O 2 gas, The BCN film 39 is selectively etched by a dry etching process using, thereby forming two openings 39a exposing the source region 34 and the drain region 35, respectively.

BCN膜39の形成は、例えばホウ素源である三塩化ホウ素(BCl3)、炭素源であるメタン(CH4)及び窒素源である窒素(N2)ガスをそれぞれ1ml/min(0℃、1atm)、1ml/min(0℃、1atm)及び3ml/min(0℃、1atm)の流量でチャンバ内に流し、基板温度が300℃で、形成圧力が133Paの条件で行えばよい。 The BCN film 39 is formed by, for example, boron trichloride (BCl 3 ) as a boron source, methane (CH 4 ) as a carbon source, and nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source at 1 ml / min (0 ° C., 1 atm), respectively. ) 1 ml / min (0 ° C., 1 atm) and 3 ml / min (0 ° C., 1 atm) are flowed into the chamber, the substrate temperature is 300 ° C., and the forming pressure is 133 Pa.

次に、図4(d)に示すようにBCN膜39の上に2つの開口部を埋めるように厚さが100nm程度のAuGeNiと厚さが300nm程度のAuとを順次電子ビーム蒸着する。続いて、リフトオフを行い不要な部分を除去することにより、電極幅が10μmのソース電極36及びドレイン電極37をそれぞれ形成した後、400℃の温度にて10分間の加熱処理を行い、ソース電極36及びドレイン電極37をソース領域34及びドレイン領域35とそれぞれオーミック接触させる。   Next, as shown in FIG. 4D, AuGeNi having a thickness of about 100 nm and Au having a thickness of about 300 nm are sequentially deposited by electron beam so as to fill two openings on the BCN film 39. Subsequently, lift-off is performed to remove unnecessary portions to form a source electrode 36 and a drain electrode 37 each having an electrode width of 10 μm, and then a heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. for 10 minutes. The drain electrode 37 is in ohmic contact with the source region 34 and the drain region 35, respectively.

次に、ゲート電極を形成する領域に開口部を有するレジストパターン(図示せず)を形成した後、BCN膜39をドライエッチングすることにより、n型領域32を露出させる開口部39bを形成する。続いて、開口部を埋めるように厚さが700nmのAlを電子ビーム蒸着した後、リフトオフを行い、ゲート長が200nmのゲート電極38を形成する。なお、ソース電極36の中央とゲート電極38の中央との間隔は7μm、ドレイン電極37の中央部とゲート電極38の中央部との間隔は10μmとした。   Next, after forming a resist pattern (not shown) having an opening in the region where the gate electrode is to be formed, the BCN film 39 is dry etched to form an opening 39b exposing the n-type region 32. Subsequently, Al having a thickness of 700 nm is deposited by electron beam so as to fill the opening, and then lift-off is performed to form a gate electrode 38 having a gate length of 200 nm. The distance between the center of the source electrode 36 and the center of the gate electrode 38 was 7 μm, and the distance between the center of the drain electrode 37 and the center of the gate electrode 38 was 10 μm.

以上のようにして得られたMESFETについて実際に直流動作特性を検討したところ、ブレークダウン電圧は30Vとなった。一方、BCN膜39を形成しなかった場合にはブレークダウン電圧は12Vとなり、BCN膜39を形成することにより素子形成領域43に均一に電界が印加され、半導体素子の耐圧が向上していることが明らかである。   When the DC operating characteristics were actually examined for the MESFET obtained as described above, the breakdown voltage was 30V. On the other hand, when the BCN film 39 is not formed, the breakdown voltage is 12 V. By forming the BCN film 39, an electric field is uniformly applied to the element formation region 43, and the breakdown voltage of the semiconductor element is improved. Is clear.

なお、本実施形態の半導体素子においても第1の実施形態の一変形例と同様に、BCN膜と半導体層との間に薄い絶縁膜を形成してもよい。これにより、リーク電流の値を低減することができる。   In the semiconductor element of the present embodiment, a thin insulating film may be formed between the BCN film and the semiconductor layer as in the modification of the first embodiment. Thereby, the value of leakage current can be reduced.

(第3の実施形態)
以下に、本発明の第3の実施形態に係る半導体素子について図を参照して説明する。図5は本実施形態の半導体素子の断面構成を示している。図5に示すように本実施形態の半導体素子は高電子移動度トランジスタ(HEMT)であり、厚さが500μmのサファイアからなる基板51の上に、半導体層からなる素子形成領域63が形成されている。素子形成領域63は、厚さが500nmの窒化アルミニウム(AlN)からなるバッファ層52と、バッファ層52の上に形成された厚さが2μmのアンドープのGaNからなるチャネル層53と、チャネル層53の上に形成された厚さが25nmのアンドープのAl0.25Ga0.75Nからなる電子供給層54とからなる。チャネル層53における電子供給層54との界面近傍にはピエゾ分極及び自発分極により高濃度の2次元電子ガス(2DEG)が形成されている。
(Third embodiment)
A semiconductor element according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor element of this embodiment. As shown in FIG. 5, the semiconductor element of this embodiment is a high electron mobility transistor (HEMT), and an element formation region 63 made of a semiconductor layer is formed on a substrate 51 made of sapphire having a thickness of 500 μm. Yes. The element formation region 63 includes a buffer layer 52 made of aluminum nitride (AlN) having a thickness of 500 nm, a channel layer 53 made of undoped GaN having a thickness of 2 μm formed on the buffer layer 52, and a channel layer 53 And an electron supply layer 54 made of undoped Al 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of 25 nm. A high-concentration two-dimensional electron gas (2DEG) is formed near the interface between the channel layer 53 and the electron supply layer 54 by piezo polarization and spontaneous polarization.

電子供給層54の上にはそれぞれが、厚さが10nmのチタン(Ti)と厚さが300nmのアルミニウム(Al)とが積層されたソース電極56及びドレイン電極57が互いに間隔をおいて形成されている。ソース電極56とドレイン電極57との間には厚さが50nmのNiと厚さが400nmのAuとが積層されたゲート電極58が形成されている。また、電子供給層54の表面におけるソース電極56、ドレイン電極57及びゲート電極58に覆われていない領域には、厚さが200nmで抵抗率が1×108Ωcmの半絶縁性のBCN膜59が形成されている。 A source electrode 56 and a drain electrode 57 in which titanium (Ti) having a thickness of 10 nm and aluminum (Al) having a thickness of 300 nm are laminated are formed on the electron supply layer 54 with a space therebetween. ing. Between the source electrode 56 and the drain electrode 57, a gate electrode 58 is formed in which Ni having a thickness of 50 nm and Au having a thickness of 400 nm are stacked. A semi-insulating BCN film 59 having a thickness of 200 nm and a resistivity of 1 × 10 8 Ωcm is formed in a region not covered with the source electrode 56, the drain electrode 57, and the gate electrode 58 on the surface of the electron supply layer 54. Is formed.

以下に、本実施形態の半導体素子の製造方法について図を参照して説明する。図6は本実施形態の半導体素子の製造方法について工程ごとに断面の構成を示している。図6(a)に示すようにまず、洗浄したサファイアからなる基板51を結晶成長装置内でサーマルクリーニングした後、有機金属気相エピタキシャル成長法により基板51の上にAlNバッファ層52、チャネル層53及び電子供給層54を順次結晶成長させる。   Below, the manufacturing method of the semiconductor element of this embodiment is demonstrated with reference to figures. FIG. 6 shows a cross-sectional configuration for each process in the method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment. As shown in FIG. 6A, first, a cleaned substrate 51 made of sapphire is thermally cleaned in a crystal growth apparatus, and then an AlN buffer layer 52, a channel layer 53 and a substrate 53 are formed on the substrate 51 by metal organic vapor phase epitaxy. Crystals of the electron supply layer 54 are sequentially grown.

続いて、化学気相堆積法により電子供給層54の上にBCN膜59を形成する。BCN膜59の形成は、例えばホウ素源である三塩化ホウ素(BCl3)、炭素源であるメタン(CH4)及び窒素源である窒素(N2)ガスをそれぞれ1ml/min(0℃、1atm)、1ml/min(0℃、1atm)及び3ml/min(0℃、1atm)の流量でチャンバ内に流し、基板温度が300℃で、形成圧力が133Paの条件で行えばよい。 Subsequently, a BCN film 59 is formed on the electron supply layer 54 by chemical vapor deposition. The BCN film 59 is formed by, for example, boron trichloride (BCl 3 ) as a boron source, methane (CH 4 ) as a carbon source, and nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source at 1 ml / min (0 ° C., 1 atm), respectively. ) 1 ml / min (0 ° C., 1 atm) and 3 ml / min (0 ° C., 1 atm) are flowed into the chamber, the substrate temperature is 300 ° C., and the forming pressure is 133 Pa.

次に、図6(b)に示すように、BCN膜59の上にフォトリソグラフィ工程により2つの開口部を有する第1のレジスト61を形成した後、レジスト61をマスクとしてCF4とO2とを用いてBCN膜59を選択的にドライエッチングして、2つの開口部59aを形成する。 Next, as shown in FIG. 6B, after a first resist 61 having two openings is formed on the BCN film 59 by a photolithography process, CF 4 and O 2 are formed using the resist 61 as a mask. Then, the BCN film 59 is selectively dry-etched using two to form two openings 59a.

次に、図6(c)に示すように第1のレジスト61の上に開口部59aを埋めるように、TiとAlとからなる金属層(図示せず)を真空蒸着により形成した後、基板51をアセトン中において超音波照射することにより第1のレジスト61を除去すると共に第1のレジスト61の上に形成された金属層をリフトオフして、ソース電極56及びドレイン電極57を形成する。続いて、600℃の温度にて15分間の熱処理を行い、ソース電極56及びドレイン電極57を電子供給層54とオーミック接触させる。   Next, as shown in FIG. 6C, a metal layer (not shown) made of Ti and Al is formed by vacuum deposition so as to fill the opening 59a on the first resist 61, and then the substrate. The first resist 61 is removed by ultrasonic irradiation of 51 in acetone, and the metal layer formed on the first resist 61 is lifted off to form the source electrode 56 and the drain electrode 57. Subsequently, a heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. for 15 minutes to bring the source electrode 56 and the drain electrode 57 into ohmic contact with the electron supply layer 54.

次に、図6(d)に示すようにBCN膜59の上にソース電極56及びドレイン電極57を覆う第2のレジスト62を形成した後、フォトリソグラフィ工程によりパターンを形成する。続いて、第2のレジスト62をマスクとしてBCN膜59をドライエッチングしてソース電極56とドレイン電極57との間に電子供給層54を露出させる開口部を形成する。さらに、第2のレジスト62の上に開口部を埋めるようにNiとAuとからなる金属層58aを真空蒸着により形成する。その後、アセトン中にて超音波を照射することにより第2のレジスト62を除去すると共に金属層58aをリフトオフして、ゲート電極58を形成する。   Next, as shown in FIG. 6D, a second resist 62 covering the source electrode 56 and the drain electrode 57 is formed on the BCN film 59, and then a pattern is formed by a photolithography process. Subsequently, the BCN film 59 is dry-etched using the second resist 62 as a mask to form an opening exposing the electron supply layer 54 between the source electrode 56 and the drain electrode 57. Further, a metal layer 58a made of Ni and Au is formed on the second resist 62 by vacuum deposition so as to fill the opening. Thereafter, the second resist 62 is removed by irradiating ultrasonic waves in acetone, and the metal layer 58a is lifted off to form the gate electrode 58.

なお、ソース電極56及びドレイン電極57の電極幅は10μmとし、ゲート電極58のゲート長は0.5μmとした。また、ソース電極56の中央とゲート電極58の中央との間隔は7μm、ドレイン電極57の中央部とゲート電極58の中央部との間隔は10μmとした。   The electrode width of the source electrode 56 and the drain electrode 57 was 10 μm, and the gate length of the gate electrode 58 was 0.5 μm. The distance between the center of the source electrode 56 and the center of the gate electrode 58 was 7 μm, and the distance between the center of the drain electrode 57 and the center of the gate electrode 58 was 10 μm.

以上のようにして得られたHEMTについて、実際に直流動作特性を検討したところ、ブレークダウン電圧は200Vとなった。一方、BCN膜59を形成しなかった場合にはブレークダウン電圧は60Vとなり、BCN膜59を形成することにより電子供給層54に均一に電界が印加され、半導体素子の耐圧が向上していることが明らかである。   The HEMT obtained as described above was actually examined for DC operating characteristics. As a result, the breakdown voltage was 200V. On the other hand, when the BCN film 59 is not formed, the breakdown voltage is 60 V. By forming the BCN film 59, an electric field is uniformly applied to the electron supply layer 54, and the breakdown voltage of the semiconductor element is improved. Is clear.

なお、本実施形態の半導体素子においても第1の実施形態の一変形例と同様に、BCN膜と半導体層との間に薄い絶縁膜を形成してもよい。これにより、リーク電流の値を低減することができる。   In the semiconductor element of the present embodiment, a thin insulating film may be formed between the BCN film and the semiconductor layer as in the modification of the first embodiment. Thereby, the value of leakage current can be reduced.

本実施形態においては、サファイア基板の上にHEMTを形成した例について示したが、SiC基板又はGaN基板等の上に形成されたHEMTにおいても同様の効果が得られる。   In the present embodiment, an example in which a HEMT is formed on a sapphire substrate has been described. However, the same effect can be obtained in a HEMT formed on a SiC substrate, a GaN substrate, or the like.

(第4の実施形態)
以下に、本発明の第4の実施形態に係る半導体素子について図を参照して説明する。図7は本実施形態に係る半導体素子の断面構成を示している。図7に示すように本実施形態の半導体素子はヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)であり、半絶縁性のGaAs基板71の上に半導体層からなる素子形成領域83が形成されている。素子形成領域83は、n+−GaAsからなるコレクタコンタクト層72と、コレクタコンタクト層72の上面における両端部を除く領域に順次形成されたn-−GaAsからなるコレクタ層73及びp+−GaAsからなるベース層74と、ベース層74の上面における両端部を除く領域に順次形成されたn-−InGaPからなるエミッタ層75及びn+−GaAsとn+−InGaAsとからなるエミッタコンタクト層76とからなる。
(Fourth embodiment)
The semiconductor element according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor element according to the present embodiment. As shown in FIG. 7, the semiconductor element of this embodiment is a hetero-bipolar transistor (HBT), and an element formation region 83 made of a semiconductor layer is formed on a semi-insulating GaAs substrate 71. The element formation region 83 includes an n + -GaAs collector contact layer 72, an n -GaAs collector layer 73 and p + -GaAs sequentially formed in a region excluding both ends on the upper surface of the collector contact layer 72. from the emitter contact layer 76. composed of an emitter layer 75 and n + -GaAs and n + -InGaAs consisting -InGaP - a base layer 74 made of, n which are sequentially formed in a region excluding both end portions of the upper surface of the base layer 74 Become.

エミッタコンタクト層76の上面の一部にはエミッタ電極77が形成されており、ベース層74の露出している領域の一部には、ベース電極78が形成され、コレクタコンタクト層72の露出している領域の一部にはコレクタ電極79が形成されている。   An emitter electrode 77 is formed on a part of the upper surface of the emitter contact layer 76, a base electrode 78 is formed on a part of the exposed region of the base layer 74, and the collector contact layer 72 is exposed. A collector electrode 79 is formed in a part of the region.

また、HBT素子の上には厚さが200nmで抵抗率が1×108ΩcmのBCN膜80が形成されている。 A BCN film 80 having a thickness of 200 nm and a resistivity of 1 × 10 8 Ωcm is formed on the HBT element.

高出力HBTにおいては、ベース電極78とコレクタ電極79との間に逆バイアスが印加された場合に、コレクタ層73の側壁近傍の領域に空乏層が広がるため、コレクタ層73の側壁の表面に結晶欠陥等が存在すると電界集中が発生して耐圧が低下する。しかし、本実施形態のHBTにおいては、BCN膜80によりコレクタ層73の露出部分が覆われており、コレクタ層73の側壁の表面において電界が均等になるため、コレクタ層73の不純物濃度とコレクタ層73の厚さとによって決まる耐圧近くまで、電界集中によるブレークダウンは発生しない。   In the high-power HBT, when a reverse bias is applied between the base electrode 78 and the collector electrode 79, a depletion layer spreads in a region near the side wall of the collector layer 73, so that a crystal is formed on the surface of the side wall of the collector layer 73. If there is a defect or the like, electric field concentration occurs and the withstand voltage decreases. However, in the HBT of this embodiment, the exposed portion of the collector layer 73 is covered with the BCN film 80, and the electric field is uniform on the surface of the side wall of the collector layer 73. The breakdown due to the electric field concentration does not occur up to near the breakdown voltage determined by the thickness of 73.

また、ベース層74の厚さが0.1μm、コレクタ層73の厚さが0.5μmでエミッタ電極77の形状が矩形であり、厚さが200nmで抵抗率が1×108ΩcmのBCN膜80が形成されている場合には、単位エミッタ長当たりのベース電極78とコレクタ電極79との間の抵抗値は、1.5×109Ωmmとなる。この場合において、ベース電極78とコレクタ電極79との間に50Vの電圧が印加された際に生じるリーク電流の値は3.3×10-8A/mmとなる。従って、代表的なエミッタ長が2mmのHBTにおけるリーク電流の値は66nAとなり、この値は高出力トランジスタにおいて問題となるリーク電流の値である1μAと比べて十分に小さいので、BCN膜80が高出力トランジスタのリーク電流特性に大きな影響を与えることはない。 The base layer 74 has a thickness of 0.1 μm, the collector layer 73 has a thickness of 0.5 μm, the emitter electrode 77 has a rectangular shape, the thickness is 200 nm, and the resistivity is 1 × 10 8 Ωcm. When 80 is formed, the resistance value between the base electrode 78 and the collector electrode 79 per unit emitter length is 1.5 × 10 9 Ωmm. In this case, the value of the leakage current generated when a voltage of 50 V is applied between the base electrode 78 and the collector electrode 79 is 3.3 × 10 −8 A / mm. Therefore, the leakage current value in an HBT having a typical emitter length of 2 mm is 66 nA, and this value is sufficiently smaller than 1 μA, which is a leakage current value that causes a problem in a high-power transistor, so that the BCN film 80 has a high value. The leakage current characteristics of the output transistor are not greatly affected.

BCN膜80の体積抵抗率が低いほど半導体表面の電界を均一にする効果は大きくなるが、リーク電流が増加する。しかし、通常のHBTにおいてベース電極とコレクタ電極との間のリーク電流は1μA程度であり、通常のHBTの場合1×106Ωcm以上の体積抵抗率があれば、リーク電流の増加を無視できる。また、高抵抗の半導体基板と同程度である1×1010Ωcm以下の体積抵抗率であれば、電界を均一にして耐圧を向上させる効果が得られる。 The lower the volume resistivity of the BCN film 80, the greater the effect of making the electric field on the semiconductor surface uniform, but the leakage current increases. However, the leakage current between the base electrode and the collector electrode in a normal HBT is about 1 μA, and in the case of a normal HBT, if there is a volume resistivity of 1 × 10 6 Ωcm or more, an increase in leakage current can be ignored. Further, if the volume resistivity is about 1 × 10 10 Ωcm or less, which is the same as that of a high-resistance semiconductor substrate, the effect of making the electric field uniform and improving the breakdown voltage can be obtained.

また、ベース電極78とコレクタ電極79との間の容量値は2pF/mm程度となるため、BCN膜80の抵抗値との積により求められる時定数は3.0×10-3秒程度となる。これは、携帯電話等においてよく使用されている1GHzの周波数の逆数である1×10-9秒と比べて十分に長く、この周波数帯において、BCN膜80を設けたことによる高周波特性への影響はほとんどない。 Further, since the capacitance value between the base electrode 78 and the collector electrode 79 is about 2 pF / mm, the time constant obtained by the product with the resistance value of the BCN film 80 is about 3.0 × 10 −3 seconds. . This is sufficiently longer than 1 × 10 −9 seconds, which is the reciprocal of the 1 GHz frequency often used in mobile phones and the like, and the influence on the high frequency characteristics due to the provision of the BCN film 80 in this frequency band. There is almost no.

時定数の観点からみた場合、BCN膜80の抵抗率を5桁小さくして1×103Ωcm程度とした場合には、1GHzの周波数における使用に影響が現れる。なお、HBTの使用周波数は最大発振周波数の3分の1程度であり、最大発振周波数において高周波特性に影響がなければ、実使用において問題となることはない。従って、ベース電極78とコレクタ電極79との間の容量値とBCN膜80の抵抗値とによって決まる時定数が最大発振周波数の逆数と比べて長ければ、BCN膜80がHBTの高周波特性に与える影響は無視できる。 From the viewpoint of the time constant, if the resistivity of the BCN film 80 is reduced by about 5 digits to about 1 × 10 3 Ωcm, the use at a frequency of 1 GHz will be affected. Note that the operating frequency of the HBT is about one third of the maximum oscillation frequency, and there is no problem in actual use as long as the high frequency characteristics are not affected at the maximum oscillation frequency. Therefore, if the time constant determined by the capacitance value between the base electrode 78 and the collector electrode 79 and the resistance value of the BCN film 80 is longer than the reciprocal of the maximum oscillation frequency, the influence of the BCN film 80 on the high-frequency characteristics of the HBT. Can be ignored.

なお、本実施形態において、BCN膜80をベース電極78とエミッタ電極77との間にも設けているが、通常はベース−エミッタ間には高電圧を印加しないため、ベース電極78とエミッタ電極77との間にBCN膜80を設けなくてもよく、少なくともコレクタ層73の露出部分がBCN膜80により覆われていれば、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, the BCN film 80 is also provided between the base electrode 78 and the emitter electrode 77. Normally, however, a high voltage is not applied between the base and emitter, and therefore the base electrode 78 and the emitter electrode 77 are not applied. The BCN film 80 may not be provided between the two, and the same effect can be obtained if at least the exposed portion of the collector layer 73 is covered with the BCN film 80.

また、本実施形態の半導体素子においても第1の実施形態の一変形例と同様に、BCN膜と半導体層との間に薄い絶縁膜を形成してもよい。これにより、リーク電流の値を低減することができる。   Also in the semiconductor element of this embodiment, a thin insulating film may be formed between the BCN film and the semiconductor layer, as in a modification of the first embodiment. Thereby, the value of leakage current can be reduced.

本実施形態においてはGaAs系のHBTを例として示したが、InP系、GaN系又はSiC系のHBTであっても同様の効果が得られる。   In this embodiment, a GaAs-based HBT has been described as an example, but the same effect can be obtained even with an InP-based, GaN-based, or SiC-based HBT.

(第5の実施形態)
以下に、本発明の第5の実施形態に係る半導体素子について図を参照して説明する。図8は本実施形態に係る半導体素子の断面構成を示している。図8に示すように、本実施形態の半導体素子はショットキーダイオードであり、半絶縁性のGaAs基板91の上には、低キャリア濃度領域92と、低キャリア濃度領域92と隣接して形成された高キャリア濃度領域93とによって素子形成領域94が形成されている。低キャリア濃度領域92の上にはショットキー電極95が形成され、高キャリア濃度領域93の上にはオーミック電極96が形成されている。ショットキー電極95を含む低キャリア濃度領域92の上及びオーミック電極96を含む高キャリア濃度領域93の上には、抵抗率が1×108Ωcmである半絶縁性のBCN膜97が形成されている。
(Fifth embodiment)
A semiconductor element according to the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor element according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, the semiconductor element of this embodiment is a Schottky diode, and is formed on a semi-insulating GaAs substrate 91 adjacent to the low carrier concentration region 92 and the low carrier concentration region 92. An element formation region 94 is formed by the high carrier concentration region 93. A Schottky electrode 95 is formed on the low carrier concentration region 92, and an ohmic electrode 96 is formed on the high carrier concentration region 93. A semi-insulating BCN film 97 having a resistivity of 1 × 10 8 Ωcm is formed on the low carrier concentration region 92 including the Schottky electrode 95 and the high carrier concentration region 93 including the ohmic electrode 96. Yes.

ショットキー電極95に逆バイアスを印加すると、低キャリア濃度領域92の表面近傍の領域にショットキー電極95からオーミック電極96に伸びるショットキー空乏層98が形成される。この際、低キャリア濃度領域92の表面におけるショットキー電極95とオーミック電極96との間の領域に結晶欠陥等が存在すると、電界の集中が生じるため、ショットキーダイオードの耐圧が低下する。しかし、本実施形態のショットキーダイオードにおいては、低キャリア濃度領域92を含む半導体層の表面に半絶縁性のBCN膜97が形成されているため、ショットキー電極95とオーミック電極96との間の半導体層の表面における電界が均一となるので、電界の集中によるショットキーダイオードの耐圧の低下は生じない。   When a reverse bias is applied to the Schottky electrode 95, a Schottky depletion layer 98 extending from the Schottky electrode 95 to the ohmic electrode 96 is formed in a region near the surface of the low carrier concentration region 92. At this time, if a crystal defect or the like exists in a region between the Schottky electrode 95 and the ohmic electrode 96 on the surface of the low carrier concentration region 92, the electric field is concentrated, so that the breakdown voltage of the Schottky diode is lowered. However, in the Schottky diode of this embodiment, since the semi-insulating BCN film 97 is formed on the surface of the semiconductor layer including the low carrier concentration region 92, the Schottky diode 95 is not provided between the Schottky electrode 95 and the ohmic electrode 96. Since the electric field on the surface of the semiconductor layer becomes uniform, the breakdown voltage of the Schottky diode does not decrease due to the concentration of the electric field.

なお、本実施形態においてBCN膜97の抵抗率を1×108Ωcmとしたが、抵抗率が1×1010Ωcm以下であれば、ショットキー電極とオーミック電極との間の電界を均一にする効果が得られ、抵抗率が1×106Ωcm以上であれば、リーク電流の増加を無視できる。 In this embodiment, the resistivity of the BCN film 97 is 1 × 10 8 Ωcm. However, if the resistivity is 1 × 10 10 Ωcm or less, the electric field between the Schottky electrode and the ohmic electrode is made uniform. If an effect is obtained and the resistivity is 1 × 10 6 Ωcm or more, an increase in leakage current can be ignored.

また、本実施形態の半導体素子においても第1の実施形態の一変形例と同様に、BCN膜と半導体層との間に薄い絶縁膜を形成してもよい。これにより、リーク電流の値を低減することができる。   Also in the semiconductor element of this embodiment, a thin insulating film may be formed between the BCN film and the semiconductor layer, as in a modification of the first embodiment. Thereby, the value of leakage current can be reduced.

各実施形態及び変形例において、半絶縁性膜としてBCN膜を用いたが、ホウ素に代えて同じIII族元素であるアルミニウム又はガリウムを用いてもよい。また、ホウ素、アルミニウム及びガリウムのすべて又はいずれか2つを含んでいる膜を用いてもよい。   In each embodiment and modification, the BCN film is used as the semi-insulating film, but aluminum or gallium, which is the same group III element, may be used instead of boron. Alternatively, a film containing all or any two of boron, aluminum, and gallium may be used.

本発明の半導体素子は、半導体層の表面における抵抗率の均一性が高く、耐圧の低下を生じないという効果を有し、高耐圧を必要とする電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ及びダイオード等の半導体素子等に有用である。   The semiconductor element of the present invention has high uniformity of resistivity on the surface of the semiconductor layer, has an effect of preventing a decrease in breakdown voltage, and semiconductor elements such as field effect transistors, bipolar transistors, and diodes that require a high breakdown voltage Etc. are useful.

本発明の第1の実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の一変形例に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体素子の製造工程を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention in process order. 本発明の第3の実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体素子の製造工程を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention in process order. 本発明の第4の実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 従来例に係る半導体素子の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor element which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 チャネル層
13 AlGaAs層
14 ソース領域
15 ドレイン領域
16 ソース電極
17 ドレイン電極
18 ゲート電極
19 BCN膜
20 絶縁膜
23 素子形成領域
31 基板
32 n型領域
34 ソース領域
35 ドレイン領域
36 ソース電極
37 ドレイン電極
38 ゲート電極
39 BCN膜
39a 開口部
39b 開口部
41 第1のレジスト
42 第2のレジスト
43 素子形成領域
51 基板
52 バッファ層
53 チャネル層
54 電子供給層
56 ソース電極
57 ドレイン電極
58 ゲート電極
58a 金属層
59 BCN膜
59a 開口部
61 第1のレジスト
62 第2のレジスト
63 素子形成領域
71 基板
72 コレクタコンタクト層
73 コレクタ層
74 ベース層
75 エミッタ層
76 エミッタコンタクト層
77 エミッタ電極
78 ベース電極
79 コレクタ電極
80 BCN膜
83 素子形成領域
91 基板
92 低キャリア濃度層
93 高キャリア濃度層
94 素子形成領域
95 ショットキー電極
96 オーミック電極
97 BCN膜
98 空乏層
11 substrate 12 channel layer 13 AlGaAs layer 14 source region 15 drain region 16 source electrode 17 drain electrode 18 gate electrode 19 BCN film 20 insulating film 23 element formation region 31 substrate 32 n-type region 34 source region 35 drain region 36 source electrode 37 drain Electrode 38 Gate electrode 39 BCN film 39a Opening 39b Opening 41 First resist 42 Second resist 43 Element formation region 51 Substrate 52 Buffer layer 53 Channel layer 54 Electron supply layer 56 Source electrode 57 Drain electrode 58 Gate electrode 58a Metal Layer 59 BCN film 59a Opening 61 First resist 62 Second resist 63 Element formation region 71 Substrate 72 Collector contact layer 73 Collector layer 74 Base layer 75 Emitter layer 76 Emitter contact layer 77 Emitter electrode 78 Base Electrode 79 collector electrode 80 BCN film 83 element formation region 91 substrate 92 low carrier concentration layer 93 a high carrier concentration layer 94 the element formation region 95 Schottky electrode 96 ohmic electrode 97 BCN film 98 depletion

Claims (15)

基板の上に形成された少なくとも1つの半導体領域を含む素子形成領域と、
前記素子形成領域の上に互いに間隔をおいて形成された第1の電極及び第2の電極と、
前記素子形成領域の表面における前記第1の電極と前記第2の電極との間の部分であって、前記第1の電極と前記第2の電極との間に逆バイアスを印加した際に空乏層が広がる部分を覆う半絶縁性膜とを備えていることを特徴とする半導体素子。
An element formation region including at least one semiconductor region formed on the substrate;
A first electrode and a second electrode formed on the element formation region at a distance from each other;
A portion between the first electrode and the second electrode on the surface of the element formation region, which is depleted when a reverse bias is applied between the first electrode and the second electrode. A semiconductor element comprising: a semi-insulating film covering a portion where the layer extends.
前記半絶縁性膜と前記素子形成領域の表面との間に設けられた絶縁膜をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, further comprising an insulating film provided between the semi-insulating film and the surface of the element formation region. 前記半絶縁性膜は、ホウ素、アルミニウム及びガリウムのうちの少なくとも1つと、窒素と、炭素とを含む化合物からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the semi-insulating film is made of a compound containing at least one of boron, aluminum, and gallium, nitrogen, and carbon. 前記素子形成領域は、前記基板の上に形成されたエピタキシャル層を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体素子。   4. The semiconductor element according to claim 1, wherein the element formation region includes an epitaxial layer formed on the substrate. 5. 前記素子形成領域は、前記基板に不純物を注入することにより形成された拡散層を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体素子。   4. The semiconductor element according to claim 1, wherein the element formation region includes a diffusion layer formed by injecting an impurity into the substrate. 5. 前記素子形成領域は、電子が走行するチャネル層を含み、
前記第1の電極は、ゲート電極であり、
前記第2の電極は、ドレイン電極であり、
前記ゲート電極を挟んで前記ドレイン電極とは逆の位置に形成されたソース電極をさらに備え、
電界効果トランジスタとして動作し、且つ前記半絶縁性膜は、前記素子形成領域の表面における前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の部分を覆っていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体素子。
The element formation region includes a channel layer in which electrons travel,
The first electrode is a gate electrode;
The second electrode is a drain electrode;
A source electrode formed at a position opposite to the drain electrode across the gate electrode;
6. The device according to claim 1, wherein the device operates as a field effect transistor, and the semi-insulating film covers a portion between the gate electrode and the drain electrode on a surface of the element formation region. 2. The semiconductor element according to item 1.
前記半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つ前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の静電容量値及び前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の電気抵抗値のうち前記半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、前記電界効果トランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。   The resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and the capacitance value between the drain electrode and the source electrode and the electric resistance value between the drain electrode and the source electrode 7. A resistivity in which a time constant that is a product of electrical resistance values of the semi-insulating film is longer than a time that is a reciprocal of a maximum oscillation frequency of the field effect transistor. Semiconductor element. 前記半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つ前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の静電容量値及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の電気抵抗値のうち前記半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、前記電界効果トランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。   The resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and the capacitance value between the drain electrode and the gate electrode and the electric resistance value between the drain electrode and the gate electrode 7. A resistivity in which a time constant that is a product of electrical resistance values of the semi-insulating film is longer than a time that is a reciprocal of a maximum oscillation frequency of the field effect transistor. Semiconductor element. 前記半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 6, wherein the semi-insulating film has a resistivity of 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less. 前記素子形成領域は、下から順次形成されたコレクタ領域、ベース領域及びエミッタ領域を含み、
前記第1の電極は、前記コレクタ領域の上の所定の部分に形成されたコレクタ電極であり、
前記第2の電極は、前記ベース領域の上の所定の部分に形成されたベース電極であり、
前記エミッタ領域の上の所定の部分に形成されたエミッタ電極をさらに備え、
ヘテロバイポーラトランジスタとして動作し、且つ前記半絶縁性膜は、前記素子形成領域の表面における前記コレクタ電極と前記ベース電極との間の部分を覆っていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体素子。
The element formation region includes a collector region, a base region, and an emitter region sequentially formed from the bottom,
The first electrode is a collector electrode formed in a predetermined portion on the collector region;
The second electrode is a base electrode formed in a predetermined portion on the base region,
An emitter electrode formed on a predetermined portion of the emitter region;
5. The device according to claim 1, wherein the device operates as a heterobipolar transistor, and the semi-insulating film covers a portion between the collector electrode and the base electrode on a surface of the element formation region. 2. The semiconductor element according to item 1.
前記半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つ前記コレクタ電極と前記エミッタ電極との間の静電容量値及び前記コレクタ電極と前記エミッタ電極との間の電気抵抗値のうち前記半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、前記ヘテロバイポーラトランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。   The resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and a capacitance value between the collector electrode and the emitter electrode and an electric resistance value between the collector electrode and the emitter electrode 11. The resistivity according to claim 10, wherein a time constant that is a product of electrical resistance values of the semi-insulating film is longer than a time that is a reciprocal of a maximum oscillation frequency of the heterobipolar transistor. Semiconductor element. 前記半絶縁性膜の抵抗率は、窒化シリコンの抵抗率よりも低く、且つ前記コレクタ電極と前記ベース電極との間の静電容量値及び前記コレクタ電極と前記ベース電極との間の電気抵抗値のうち前記半絶縁性膜による電気抵抗値の積である時定数が、前記ヘテロバイポーラトランジスタの最大発振周波数の逆数である時間よりも長くなる抵抗率であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。   The resistivity of the semi-insulating film is lower than the resistivity of silicon nitride, and the capacitance value between the collector electrode and the base electrode and the electric resistance value between the collector electrode and the base electrode 11. The resistivity according to claim 10, wherein a time constant that is a product of electrical resistance values of the semi-insulating film is longer than a time that is a reciprocal of a maximum oscillation frequency of the heterobipolar transistor. Semiconductor element. 前記半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 10, wherein a resistivity of the semi-insulating film is 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less. 前記素子形成領域は、低キャリア濃度領域と、該低キャリア濃度領域よりも不純物濃度が高い高キャリア濃度領域と含み、
前記第1の電極は、前記低キャリア濃度領域の上に形成されたショットキー電極であり、
前記第2の電極は、前記高キャリア濃度領域の上に形成されたオーミック電極であり、
ダイオードとして動作し、且つ前記半絶縁性膜は、前記素子形成領域の表面における前記ショットキー電極と前記オーミック電極との間の部分を覆っていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体素子。
The element formation region includes a low carrier concentration region and a high carrier concentration region having an impurity concentration higher than the low carrier concentration region,
The first electrode is a Schottky electrode formed on the low carrier concentration region,
The second electrode is an ohmic electrode formed on the high carrier concentration region,
6. The device according to claim 1, wherein the device operates as a diode and the semi-insulating film covers a portion between the Schottky electrode and the ohmic electrode on a surface of the element formation region. 2. The semiconductor element according to item 1.
前記半絶縁性膜の抵抗率は、1×106Ωcm以上且つ1×1010Ωcm以下であることを特徴とする請求項14に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 14, wherein a resistivity of the semi-insulating film is 1 × 10 6 Ωcm or more and 1 × 10 10 Ωcm or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8563984B2 (en) 2009-07-10 2013-10-22 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device
KR101256466B1 (en) 2012-02-06 2013-04-19 삼성전자주식회사 Nitride baced heterostructure semiconductor device and manufacturing method thereof

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