JP2007180330A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リーク電流の小さい電界効果トランジスタ、ショットキーバリアダイオード等の半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a field effect transistor and a Schottky barrier diode with small leakage current, and a method for manufacturing the same.
シリコン基板を使用した高電子移動度トランジスタ即ちHEMT(High Electron Mobility Transistor)等の窒化物半導体装置は、例えば国際公開WO2005/015642 A1号公報(以下特許文献1と言う)等で公知である。シリコン基板は、サファイヤ基板に比べて材料コストが安いばかりでなく、加工性に優れているので、窒化物半導体装置のコストの低減を図ることができる。 A nitride semiconductor device such as a high electron mobility transistor (HEMT) using a silicon substrate is known from, for example, International Publication WO2005 / 015642 A1 (hereinafter referred to as Patent Document 1). The silicon substrate not only has a lower material cost than a sapphire substrate, but also has excellent workability, so that the cost of the nitride semiconductor device can be reduced.
しかし、シリコン基板と窒化物半導体との間の熱膨張係数の差が大きいために、クラックの無い又は少ない状態でシリコン基板上に窒化物半導体領域を厚く形成することが困難であり、窒化物半導体領域の厚みは高々2〜3μm程度である。窒化物半導体装置として例えばHEMTを構成する場合には、ソース電極とドレイン電極との間隔が通常10〜20μm程度に決定される。このため、窒化物半導体領域の厚みはドレイン電極とソース電極との間隔に比べて大幅に小さいので、窒化物半導体領域の厚み方向の抵抗も無視できる程小さい。この結果、ドレイン電極とソース電極が、窒化物半導体領域の電子走行層の両端に電気的に接続されると共にシリコン基板の両端にも電気的に接続される。HEMTのオン動作時には電子走行層の抵抗値が極めて小さく且つドレイン電極とソース電極との間の電圧が低いので、シリコン基板の両端間に印加される電圧も低く、シリコン基板を通って流れる電流(無効電流又はリーク電流)も無視できる程小さい。これに対して、HEMTのオフ動作時には、ドレイン電極とソース電極との間に形成されたゲート電極に印加さるゲート電圧に基づいて電子走行層に空乏層が生じ、この空乏層によって電子走行層において横方向に流れる電流が阻止又は抑制される。この結果、HEMTのオフ動作時に電子走行層において横方向に流れる電流は、電子走行層の縦方向を通ってシリコン基板に流れる電流成分に比べて小さい値を有する。HEMTのオフ動作時にシリコン基板を流れる電流成分はHEMTのリーク電流であり、HEMTの電気的特性を低下させる。HEMT等の半導体装置においては、一般にリーク電流の大きさを基準にして耐圧が決定されるので、リーク電流が大きいと、必然的に半導体装置の耐圧低下を招く。 However, since the difference in thermal expansion coefficient between the silicon substrate and the nitride semiconductor is large, it is difficult to form a thick nitride semiconductor region on the silicon substrate with no or few cracks. The thickness of the region is at most about 2 to 3 μm. When, for example, a HEMT is configured as the nitride semiconductor device, the distance between the source electrode and the drain electrode is usually determined to be about 10 to 20 μm. For this reason, since the thickness of the nitride semiconductor region is significantly smaller than the distance between the drain electrode and the source electrode, the resistance in the thickness direction of the nitride semiconductor region is so small that it can be ignored. As a result, the drain electrode and the source electrode are electrically connected to both ends of the electron transit layer in the nitride semiconductor region and are also electrically connected to both ends of the silicon substrate. Since the resistance value of the electron transit layer is extremely small and the voltage between the drain electrode and the source electrode is low when the HEMT is turned on, the voltage applied across the silicon substrate is also low, and the current flowing through the silicon substrate ( The reactive current or leakage current is also negligibly small. On the other hand, when the HEMT is turned off, a depletion layer is generated in the electron transit layer based on the gate voltage applied to the gate electrode formed between the drain electrode and the source electrode. Current flowing in the lateral direction is blocked or suppressed. As a result, the current flowing in the lateral direction in the electron transit layer when the HEMT is turned off has a smaller value than the current component flowing in the silicon substrate through the longitudinal direction of the electron transit layer. The current component that flows through the silicon substrate during the off operation of the HEMT is a leakage current of the HEMT, which degrades the electrical characteristics of the HEMT. In a semiconductor device such as a HEMT, the breakdown voltage is generally determined on the basis of the magnitude of the leakage current. Therefore, if the leakage current is large, the breakdown voltage of the semiconductor device is inevitably lowered.
シリコン基板の抵抗率を高めるとシリコン基板を流れるリーク電流は低減する。しかし、シリコンは半導体であるので、シリコン基板を絶縁性基板と同等の絶縁性を有するように形成することは困難である。 Increasing the resistivity of the silicon substrate reduces the leakage current flowing through the silicon substrate. However, since silicon is a semiconductor, it is difficult to form a silicon substrate so as to have an insulating property equivalent to that of an insulating substrate.
シリコン基板に流れるリーク電流を低減させる方法として、半導体素子を形成するための窒化物半導体層とシリコン基板との間にpn接合を含むバッファ領域を配置することが特許文献1に開示されている。しかし、バッファ領域にpn接合を形成するために不純物をバッファ領域に添加すると、バッファ領域の不純物がこの上に形成する窒化物半導体の結晶品質の低下を招き、またHEMTの場合には、電子走行層における電子移動度を低下させる。これにより、同じ特性の半導体装置(例えばHEMT)を再現性良く繰返して形成することが困難になる。
As a method for reducing leakage current flowing in a silicon substrate,
リーク電流を抑制するための別の方法として、半導体基板の表面に酸素イオンを注入して不活性層を形成し、この不活性層の上に半導体素子のためのGaAs、AlGaAs等の半導体層を形成することが特開平01−302742号公報(以下、特許文献2と言う)に開示されている。この特許文献2の不活性層は、確かにリーク電流を抑制する効果を有するが、不活性層の上に半導体素子のための半導体層を良好にエピタキシャル成長させることが困難になる。また、半導体基板がシリコン基板の場合には、ここに酸素イオンを注入しても、106Ωcm程度の抵抗率の不活性層が得られるのみであり、リーク電流の抑制効果を十分に得ることができない。
As another method for suppressing the leakage current, an inactive layer is formed by implanting oxygen ions on the surface of the semiconductor substrate, and a semiconductor layer such as GaAs or AlGaAs for a semiconductor element is formed on the inactive layer. The formation is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 01-302742 (hereinafter referred to as Patent Document 2). The inactive layer of
以上、HEMTについて述べたが、HEMT以外のMESFET、絶縁ゲート型FET、ショットキバリアダイオード等の別の半導体装置においても、HEMTと同様なリーク電流の問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、導電性を有する基板を使用する半導体装置のリーク電流の低減が困難なことである。従って、本発明の目的は、基板を流れる電流の抑制を比較的容易に達成することができる半導体装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is that it is difficult to reduce the leakage current of a semiconductor device using a conductive substrate. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of relatively easily achieving suppression of a current flowing through a substrate.
上記課題を解決するための本発明は、導電性を有する基板と、
半導体素子を形成するために前記基板の一方の主面上に配置された半導体領域と、
前記半導体領域の表面上に配置された少なくとも第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に対向している前記基板の第1及び第2の部分の間に形成された絶縁領域とを備えていることを特徴とする半導体装置に係わるものである。
The present invention for solving the above problems includes a substrate having conductivity,
A semiconductor region disposed on one main surface of the substrate to form a semiconductor element;
At least first and second electrodes disposed on a surface of the semiconductor region;
And an insulating region formed between the first and second portions of the substrate facing the first and second electrodes. The present invention relates to a semiconductor device.
なお、請求項2に示すように、前記半導体領域は前記基板の上に配置された電子走行層と前記電子走行層の上に配置された電子供給層とを有し、前記第1の電極は前記電子供給層の上に配置されたソース電極であり、前記第2の電極は前記電子供給層の上に配置されたドレイン電極であり、前記半導体装置は更に電子供給層の上に配置されたゲート電極を有していることが望ましい。
また、請求項3に示すように、ショットキーバリアダイオードを形成するために前記第1の電極は前記半導体領域にショットキー接触している電極であり、前記第2の電極は前記半導体領域にオーミック接触している電極であることが望ましい。
また、請求項4に示すように、MESFET等の電界効果トランジスタを形成するために、前記半導体領域は電界効果トランジスタを形成するための半導体層を有し、前記第1の電極は前記半導体層に接続されたソース領域であり、前記第2の電極は前記半導体層に接続されたドレイン電極であり、前記半導体装置は、更に、前記半導体層の上に形成されたゲート電極を有していることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記絶縁領域は平面的に見て細長く形成され且つ前記第1及び第2の電極に対して平行に配置され且つ0.1〜3μmの幅を有していることが望ましい。
また、請求項6に示すように、請求項1の半導体装置を製造するために、導電性を有する基板の一方の主面から他方の主面に向って延びる溝を形成する工程と、
前記基板の前記溝の中に絶縁物を埋め込んで絶縁領域を得る工程と、
前記絶縁領域を備えた前記基板の上に半導体を気相成長させて半導体素子用半導体領域を得る工程と、
前記半導体領域の表面における前記絶縁領域に対向している部分を基準にして一方の側の部分に第1の電極を形成し、他方の側の部分に第2の電極を形成する工程とを備えていることが望ましい。
In addition, as shown in
According to a third aspect of the present invention, in order to form a Schottky barrier diode, the first electrode is an electrode in Schottky contact with the semiconductor region, and the second electrode is in ohmic contact with the semiconductor region. Desirably, the electrodes are in contact.
According to a fourth aspect of the present invention, in order to form a field effect transistor such as a MESFET, the semiconductor region has a semiconductor layer for forming a field effect transistor, and the first electrode is formed on the semiconductor layer. A connected source region; the second electrode is a drain electrode connected to the semiconductor layer; and the semiconductor device further includes a gate electrode formed on the semiconductor layer. Is desirable.
According to a fifth aspect of the present invention, the insulating region is formed in an elongated shape when seen in a plan view, is disposed in parallel to the first and second electrodes, and has a width of 0.1 to 3 μm. Is desirable.
Further, as shown in
Embedding an insulator in the groove of the substrate to obtain an insulating region;
Obtaining a semiconductor region for a semiconductor element by vapor-depositing a semiconductor on the substrate having the insulating region;
Forming a first electrode on one side of the surface of the semiconductor region facing the insulating region and forming a second electrode on the other side. It is desirable that
本発明に従って設けられた基板中の絶縁領域は、第1及び第2の電極に対向している基板の第1及び第2の部分の間に配置されている。従って、第1及び第2の電極に電圧が印加されることによって基板の第1及び第2の部分にも電圧が印加されても、第1及び第2の部分間の抵抗値が絶縁領域に基づいて高くなっているので、基板を通るリーク電流は抑制される。これにより、半導体装置の第1及び第2の電極間を流れる電流のリーク電流成分を抑制することができる。 The insulating region in the substrate provided according to the present invention is disposed between the first and second portions of the substrate facing the first and second electrodes. Therefore, even when a voltage is applied to the first and second portions of the substrate by applying a voltage to the first and second electrodes, the resistance value between the first and second portions is reduced in the insulating region. Since it is higher on the basis of this, the leakage current through the substrate is suppressed. Thereby, the leakage current component of the current flowing between the first and second electrodes of the semiconductor device can be suppressed.
次に、図1〜図10を参照して本発明の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示す本発明の実施例1に係る窒化物半導体を用いた半導体装置としてのHEMTは、シリコンから成る導電性を有する基板1と半導体素子としてのHEMT素子の主要部分を形成するための半導体領域2と第1の電極としてのソース電極3と第2の電極としてのドレイン電極4と制御電極としてのゲート電極5とから成る。
A HEMT as a semiconductor device using a nitride semiconductor according to Example 1 of the present invention shown in FIG. 1 is a semiconductor for forming a main part of a HEMT element as a
基板1は、導電型決定不純物として例えばB(ボロン)等の3族元素を含むp型シリコン単結晶から成り、互いに対向する一方の主面6と他方の主面7とを有する。この実施例の基板1の一方の主面6は、ミラー指数で示す結晶の面方位において(111)ジャスト面である。基板1の好ましい不純物濃度は、基板1を通るリーク電流を低減させるために比較的低い値、例えば1×1012cm-3〜1×1014cm-3程度であり、この基板1の好ましい抵抗率は比較的高い値、例えば100Ω・cm〜10000Ω・cm程度である。基板1は、半導体領域2の厚みよりも厚い約200μmの厚みを有し、半導体領域2の支持体として機能する。なお、基板1にp型不純物の代わりにn型不純物を導入すること、又は不純物非ドープとすることもできる。
The
基板1の中に本発明に従う絶縁領域8が設けられている。この絶縁領域8は基板1に形成された開口幅W1が1μmの溝9の中に埋め込まれたシリコン酸化物から成り、基板よりも大きい抵抗率を有する。絶縁領域8は、ソース電極3及びドレイン電極4に対向している基板1内の破線で示す第1及び第2の部分10、11の間に配置され、基板1の一方の主面6から他方の主面7に貫通している。更に詳しくは、ゲート電極5に対向している基板1内の破線で示す第3の部分10aとドレイン電極4に対向している基板1内の破線で示す第2の部分11との間に配置されている。絶縁領域8は、図2の平面形状において細長く形成され且つソース電極3及びドレイン電極4に平行に延びている。基板1の上に半導体領域2を良好にエピタキシャル成長させるために絶縁領域8の幅W1は好ましくは0.1〜3μm、より好ましくは0.5〜1μmに設定される。
An
基板1上に形成された半導体領域2は、バッファ領域12と電子走行層13と電子供給層14とから成り、エピタキシャル成長法の一種である周知のMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)即ち有機金属化学気相成長法によって形成されている。
The
図1では1つの層で概略的に示されているバッファ領域12は、実際には基板1上に形成された窒化アルミニウムAlNから成る第1の層とこの第1の層の上に形成された窒化ガリウムGaNから成る第2の層とで構成されている。バッファ層12の第1の層を、AlN以外の例えば、
AlxMyGa1-x-yN
ここで、前記Mは、In(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、前記x及びyは0<x≦1、0≦y<1、x+y≦1を満足する数値、で示すことができる別の窒化物半導体によって形成することもできる。また、バッファ領域12の第2の層を、GaN以外の例えば、
AlaMbGa1-a-bN
ここで、前記MはIn(インジウム)とB(ボロン)とから選択された少なくとも1種の元素、前記a及びbは、0≦a<1、0≦b<1、a+b≦1、a<xを満足させる数値、で示すことができる別の窒化物半導体によって形成することもできる。また、バッファ領域12を、上記第1及び第2の層を複数回繰返して配置することによって形成することもできる。また、バッファ領域12を上記の第1の層のみで構成することもできる。また、バッファ領域12を省いて電子走行層13を基板2の上に直接に形成することもできる。
The
Al x M y Ga 1-xy N
Here, the M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and the x and y satisfy 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, and x + y ≦ 1. It can also be formed by another nitride semiconductor that can be represented by a numerical value. Further, the second layer of the
Al a M b Ga 1-ab N
Here, M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and a and b are 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, a + b ≦ 1, a < It can also be formed by another nitride semiconductor which can be expressed by a numerical value satisfying x. The
バッファ領域12の上に配置された電子走行層13はチャネル層とも呼ぶことができるものであり、アンドープ即ち不純物が添加されていない窒化物半導体、好ましくは窒化ガリウム系半導体から成る。この電子走行層13の好ましい材料はGaNであり、好ましい厚みは500nmである。なお、電子走行層13をGa N以外の3−5族化合物半導体で形成することもできる。
The
電子走行層13の上に配置された電子供給層14は、ドナー不純物(n型不純物)から発生した電子を電子走行層10に供給するものであって、電子走行層13の材料とは異なるn型窒化物半導体から成り、好ましくはn型不純物としてSiがドープされているn型Al0.2Ga0.8Nから成る。この電子供給層14の厚みは例えば30nmである。なお、電子供給層13をAlGaN以外の3−5族化合物半導体で形成することもできる。
The
ソース電極3及びドレイン電極4は半導体領域2の一方の主面15上に形成され、電子供給層14にオーミック接触している。ゲート電極5は半導体領域2の一方の主面15上のソース電極3とドレイン電極4との間に形成され、電子供給層14にショットキー接触している。なお、ソース電極3及びドレイン電極4と電子供給層14との間にn型不純物濃度の高いコンタクト層を設けることができる。
The
次に、図3〜図6を参照して実施例1のHEMTの製造方法を説明する。まず、図1の基板1を得るためにこれと同一材料のシリコン基板1´を用意し、この基板1´に溝9´を例えば異方性エッチングによって形成する。図3の溝9´は図1の溝9を得るためのものであって、基板1´の一方の主面6´から他方の主面7´に向って延びており、深さ200μmを有する。図3の溝9´の平面パターン及び幅W1は図1の溝9の平面パターン及び幅と同一である。
Next, a method for manufacturing the HEMT according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, in order to obtain the
次に、溝9´の中及び基板1´の一方の主面6´上にシリコン酸化膜を形成し、しかる後溝9´の中以外のシリコン酸化膜を除去し、溝9´の中にシリコン酸化物から成る絶縁領域8を得る。なお、図4では溝9´の中の全部にシリコン酸化物が埋め込まれているが、この代わりに溝9´の壁面と底面にシリコン酸化膜を形成し、溝9´の中にシリコン酸化物が充填されない部分即ち空隙が生じるようにすることもできる。
Next, a silicon oxide film is formed in the
次に、図5に示すように基板1´の一方の主面6´上にバッファ領域12、電子走行層13及び電子供給層14から成る半導体領域2を周知のMOCVD法によって形成する。基板1´の一方の主面6´に絶縁領域8が露出しているが、この絶縁領域8の幅W1は、比較的狭い1μmであり、且つ基板1´上に窒化物半導体を気相成長させる時に半導体が半導体基板1´の一方の主面6´に対して垂直な方向に成長するのみでなく、一方の主面の主面6´に対して平行な方向即ち横方向にも成長するので、絶縁領域8の上にも半導体領域2が得られる。なお、半導体領域2の形成方法は、特許文献1等に記載されている方法と実質的に同一であるので、この詳細な説明を省略する。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように半導体領域2の表面上にソース電極3、ドレイン電極4及びゲート電極6を周知の方法で形成する。ソース電極3及びドレイン電極4は例えばTi(チタン)層とAl(アルミニウム)層との積層体で形成され、ショットキー電極として機能するゲート電極5は例えばPb(パラジウム)層とTi(チタン)層とAu(金)層との積層体で形成される。
Next, as shown in FIG. 6, the
図6において絶縁領域8は、ソース電極3及びドレイン電極4に対向している基板1´の第1及び第2の部分10´、11´の間、更に詳しくは、ゲート電極5に対向している基板1の第3の部分10aとドレイン電極4に対向している基板1の第2の部分11との間に配置されているので、絶縁領域8が基板1´の一方の主面6´から他方の主面7´に貫通していない図6の状態であっても、HEMTのオフ期間におけるソース電極3とドレイン電極4との間のリーク電流、及びゲート電極5とドレイン電極4との間のリーク電流の抑制効果が絶縁領域8に基づいて得られる。しかし、リーク電流の抑制効果を更に高めるために本実施例では、基板1´の破線で区画して示す溝9´が形成されていない部分16を除去する。これにより、図1のHEMTが得られる。
なお、図6に示すように絶縁領域8が基板1´の一方の主面6´から他方の主面7´に貫通していない状態でのリーク電流が、要求されているリーク電流制限値よりも小さい時には、基板1´の下側部分16を除去しないで、図6のHEMTを完成品とすることもできる。
In FIG. 6, the
As shown in FIG. 6, the leakage current in the state where the
図1のHEMTを使用する時には、基板1の他方の主面7の下に好ましくは絶縁体を配置する。図1のHEMTをオン動作させる時には、ドレイン電極4の電位をソース電極3の電位よりも高くし、且つゲート電極5とソース電極3との間にHEMTをオンにするための制御電圧(ノーマリオン構造の場合は零ボルト)を印加する。電子走行層13と電子供給層14とはヘテロ接合しているので、電子供給層14のヘテロ接合近傍に周知の2次元電子ガス(2DEG)層が形成され、これがドレイン電極4とソース電極3との間の電流通路として機能する。また、電子供給層14は極く薄い膜であるので、横方向には絶縁物として機能し、縦方向には導電体として機能する。従って、HEMTのオン時に、ソース電極3、電子供給層14、電子走行層13、電子供給層14、ドレイン電極4の経路で電子が流れる。この電子の流れはゲート電極5に印加される制御電圧で制御される。ゲート電極5にHEMTをオフにする制御電圧が印加されているオフ期間には、ゲート電極5のオフ制御電圧に基づいて生じる空乏層によって電子走行層13の電流通路が遮断される。これにより、ソース電極3とドレイン電極4との間の電圧がオン時よりも高くなり、図1の基板1の第1及び第2の部分10,11間の電圧も高くなる。しかし、基板1内に絶縁領域8が設けられているので、基板1の第1及び第2の部分10,11間を通る電流、及び第2及び第3の部分11、10a間を通る電流は、絶縁領域8を設けない従来に比べて大幅に小さくなる。これにより、HEMTのソース電極3とドレイン電極4との間のリーク電流成分、及びゲート電極10aとドレイン電極4との間のリーク電流成分の両方を抑制することができる。
When the HEMT of FIG. 1 is used, an insulator is preferably disposed under the other
本実施例は、上述のリーク電流の抑制効果の他に次の効果も有する。
(1) 絶縁領域8の幅W1を0.1〜3μm範囲内の薄膜の値としているので、絶縁領域8の上にも比較的結晶欠陥の少ない状態で半導体領域2を良好に形成することができ、且つ半導体領域2が比較的薄い場合であっても、この平坦性を保つことができる。
(2) 図3に示すように基板1´の一方の主面6´から他方の主面7´に貫通しない溝9´を形成し、次に絶縁領域8、半導体領域2、ソース電極3、ドレイン電極4及びゲート電極5を形成し、その後に基板1´の下側部分16を除去するので、基板1の機械的支持機能の低下を抑えて基板1を貫通する絶縁領域8を得ることができる。
(3) 基板1がシリコンから成り、絶縁領域8がシリコン酸化膜から成るので、絶縁領域8を容易に得ることができる。
(4)HEMTのオン時に基板1を通る電流も絶縁領域8によって抑制される。従って、絶縁領域8を有する基板1は、周知のSOI(silicon on insulator)基板と同様にHEMTの高速動作を可能にする。
This embodiment has the following effect in addition to the above-described effect of suppressing the leakage current.
(1) Since the width W1 of the
(2) As shown in FIG. 3, a
(3) Since the
(4) The current passing through the
次に、図7を参照して実施例2に従うショットキーバリアダイオードを説明する。但し、この図7及び後述する図8〜図10において図1〜図6と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。 Next, a Schottky barrier diode according to the second embodiment will be described with reference to FIG. However, in FIG. 7 and FIGS. 8 to 10 described later, substantially the same parts as those in FIGS.
図7の半導体領域2aは、基板1の上に順次に配置されたバッファ領域12とGaN層13aとn型AlGaN層14aとから成る。GaN層13a及びn型AlGaN層14aは図1の電子走行層13及び電子供給層14と同様に形成されている。第1の電極としてのオーミック電極3aは半導体領域2aに対して図1のソース電極3と同様にオーミック接触している。第2の電極としてのショットキー電極4aは半導体領域2aに対して図1のゲート電極5と同様なショットキー接触している。絶縁領域8は、オーミック電極3a及びショットキー電極4aに対向している基板1の第1及び第2の部分10、11の間に配置されている。
The
図7のショットキーバリアダイオードにおいてショットキー電極4aの電位がオーミック電極3aの電位よりも高いオン時にはショットキー電極4a、半導体領域2a、オーミック電極3aの経路で順方向電流が流れる。逆にショットキー電極4aの電位がオーミック電極3a電位よりも低いオフ時には、ショットキーバリアダイオードが逆バイアス状態となり、リーク電流のみが流れる。基板1には絶縁領域8が設けられているので、リーク電流は基板1を流れず、半導体領域2aのみを流れ、ショットキーバリアダイオードのリーク電流が大幅に低減する。従って、図7の実施例2によっても図1の実施例1と同様な効果を得ることができる。なお、図7のGaN層13aとn型AlGaN層14aの代わりに、バッファ領域12の上にn型又はp型GaN層等の窒化物半導体層を設け、この窒化物半導体層の上にオーミック電極3a、ショットキー電極4aを設けることもできる。
In the Schottky barrier diode of FIG. 7, when the potential of the
図8に示す実施例3のMESFET即ちメタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタは、基板1上に気相成長法で形成された半導体領域2bとソース電極3とドレイン電極4とゲート電極5とを有している。半導体領域2bは、バッファ領域12と例えばn型GaNから成る窒化物半導体層13bとから成る。図8の窒化物半導体層13bは図1の電子走行層13と電子供給層14の代わりに設けられている。ソース電極3及びドレイン電極4はn型窒化物半導体層13bにオーミック接触し、ゲート電極5はn型窒化物半導体層13bにショットキー接触している。基板1の中の絶縁領域8は、ソース電極3及びドレイン電極4に対向する基板1の第1及び第2の部分10、11の相互間に配置されている。更に詳しくは、ゲート電極5に対向している基板1の第3の部分10aとドレイン電極4に対向している基板1の第2の部分11との間に絶縁領域8が配置されている
8 includes a
電界効果トランジスタのオン時には、ドレイン電極4、半導体領域2b、ソース電極3の経路でドレイン電流が流れ、ドレイン電極4とソース電極3との間の電圧は比較的低い値に保たれる。反対にゲート電極5にオフするための電位が与えられているオフ時には、n型窒化物半導体層3bに電流が流れないので、ドレイン電極4とソース電極3との間の電圧がオン時よりも高くなり、基板1の第1及び第2の部分10、11間の電圧もオン時よりも高くなる。しかし、基板1の第1及び第2の部分10、11間に絶縁領域8が設けられ、基板1を通る電流通路の抵抗値が高くなっているので、基板1を通るリーク電流は大幅に抑制される。従って、図8の実施例3によっても図1の実施例1と同様な効果を得ることができる。
When the field effect transistor is on, a drain current flows through the path of the
図9に示す実施例4に係わる変形された基板1aは第1及び第2の溝9a、9bを有する。第1の溝9aは平面的に見て破線で示すソース電極3とゲート電極5との間に配置され、第2の溝9bは平面的に見てドレイン電極4とゲート電極5との間に配置されている。従って、ソース電極3とドレイン電極4とに対向する基板1aの第1及び第2の部分の間に2つの溝9a、9bが配置されている。第1及び第2の溝9a、9bの中に絶縁領域8a、8bが設けられているので、基板1aを通るリーク電流を更に抑制することができる。また、ソース電極3とゲート電極4との間の不要な電流、及びゲート電極とドレイン電極4との間の不要な電流を抑制することができる。なお、図9に示す変形された基板1aを、図1のHEMTと図8のMESFETと両方に使用することができる。
The
図10に示す実施例5のHEMTは、変形されたソース電極3c、ドレイン電極4c、ゲート電極5c及び絶縁領域9cを有し、この他は図1と実質的に同一に形成されている。図10のソース電極3c及びドレイン電極4cは平面的に見てそれぞれ櫛型に形成され、ゲート電極5cは蛇行している。また、点線で示す絶縁領域9cもゲート電極5cと同様にソース電極3cとドレイン電極4cとの間で蛇行している。
The HEMT according to the fifth embodiment shown in FIG. 10 has a modified
ソース電極3c及びドレイン電極4cが櫛型に形成されていても、平面的に見て絶縁領域8cがソース電極3cとドレイン電極4cとの間に配置されていれば、実施例1と同一の効果を得ることができる。なお、図10の絶縁領域8cを平面的に見てがゲート電極5cとドレイン電極4cとの間に配置することもできる。
Even if the
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1) 図7のショットキーバリアダイオードにおいても、オーミック電極3a及びショットキー電極4aを櫛型等の非直線的パターンに形成し、絶縁領域8も非直線的パターンに形成することができる。また、図8のMESFETのソース電極3、ドレイン電極4、ゲート電極5を櫛型等の非直線的パターンに形成し、絶縁領域8も非直線的パターンとすることができる。
(2) 各実施例において、絶縁領域8を基板1の一方の主面6から他方の主面7に達するように形成しないで、基板1の一方の主面6から他方の主面7に達しない深さに形成することができる。また、絶縁領域8を基板1の一方の主面6と他方の主面7との間の任意の一部のみに形成することができる。また、平面的に見て、絶縁領域8を基板1の一方の主面6の互いに対向する対の辺の間の全部を結ぶように形成しないで、対の辺の間の一部のみに形成することもできる。これ等の場合には、第1及び第2の電極に対向する基板1の第1及び第2の部分間が絶縁領域によって完全に分離されないが、絶縁領域8の介在によって基板1の第1及び第2の部分間の抵抗値は高くなり、基板1を通るリーク電流は減少する。
(3) 半導体領域2,2a、2bの構成を種々変形することができる。例えば、図1の半導体領域2において、電子走行層13と電子供給層14との間に周知のスペーサ層を配置すること、又は電子供給層14の上に周知のコンタクト層を設けること、又はバッファ層12を省くことができる。
(4) 絶縁領域8をシリコン酸化物以外の絶縁材料で形成することができる。また、絶縁領域8を空隙とすることもできる。
(5) 基板1、1aを単結晶シリコン以外の材料、例えば、SiC等のシリコン酸化物、窒化物半導体等で形成することができる。
(6) 図1及び図8のゲート電極5と半導体領域2、2bとの間にゲート絶縁膜を配置して、絶縁ゲート型電界効果トランジスタとすることもできる。また、HEMT、MESFET、ショットキーダイオード以外の横方向に電流が流れる別の半導体装置にも本発明を適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) Also in the Schottky barrier diode of FIG. 7, the ohmic electrode 3a and the
(2) In each embodiment, the
(3) Various modifications can be made to the configuration of the
(4) The
(5) The
(6) An insulated gate field effect transistor can be obtained by disposing a gate insulating film between the
1,1a 基板
2,2a,2b 半導体領域
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
8 絶縁領域
9 溝
10,11 第1及び第2の部分
1,
Claims (6)
半導体素子を形成するために前記基板の一方の主面上に配置された半導体領域と、
前記半導体領域の表面上に配置された少なくとも第1及び第2の電極と、
前記第1及び第2の電極に対向している前記基板の第1及び第2の部分の間に形成された絶縁領域と
を備えていることを特徴とする半導体装置。 A conductive substrate;
A semiconductor region disposed on one main surface of the substrate to form a semiconductor element;
At least first and second electrodes disposed on a surface of the semiconductor region;
A semiconductor device comprising: an insulating region formed between first and second portions of the substrate facing the first and second electrodes.
前記第1の電極は前記電子供給層の上に配置されたソース電極であり、
前記第2の電極は前記電子供給層の上に配置されたドレイン電極であり、
前記半導体装置は更に電子供給層の上に配置されたゲート電極を有していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor region has an electron transit layer disposed on the substrate and an electron supply layer disposed on the electron transit layer;
The first electrode is a source electrode disposed on the electron supply layer;
The second electrode is a drain electrode disposed on the electron supply layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode disposed on the electron supply layer.
前記第1の電極は前記半導体層に接続されたソース領域であり、
前記第2の電極は前記半導体層に接続されたドレイン電極であり、
前記半導体装置は、更に、前記半導体層の上に形成されたゲート電極を有していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The semiconductor region comprises a semiconductor layer for forming a field effect transistor;
The first electrode is a source region connected to the semiconductor layer;
The second electrode is a drain electrode connected to the semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate electrode formed on the semiconductor layer.
前記基板の前記溝の中に絶縁物を埋め込んで絶縁領域を得る工程と、
前記絶縁領域を備えた前記基板の上に半導体を気相成長させて半導体素子用半導体領域を得る工程と、
前記半導体領域の表面における前記絶縁領域に対向している部分を基準にして一方の側の部分に第1の電極を形成し、他方の側の部分に第2の電極を形成する工程と、
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a groove extending from one main surface of the conductive substrate toward the other main surface;
Embedding an insulator in the groove of the substrate to obtain an insulating region;
Obtaining a semiconductor region for a semiconductor element by vapor-depositing a semiconductor on the substrate having the insulating region;
Forming a first electrode on one side of the surface of the semiconductor region facing the insulating region, and forming a second electrode on the other side;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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