JP2008227432A - Nitride compound semiconductor element and its production process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III-V族窒化物化合物半導体等の窒化物化合物半導体を用いた窒化物化合物半導体素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor such as a group III-V nitride compound semiconductor and a method for manufacturing the same.
III-V族窒化物に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持ち、高温・大パワー用デバイスとして非常に魅力を持っている。種々のIII-V族窒化物の中で、AlGaN/GaNヘテロ構造はピエゾ効果によって高い電子移動度とキャリア密度を持つ2次元電子ガスを有し、多くの注目を集めている。AlGaN/GaN ヘテロ構造を用いたヘテロ接合FET(HFET)は低いオン抵抗、速いスイッチング速度を持ち、高温動作が可能である。これらの特徴は、パワースイッチング応用に非常に好適である。ところが、通常のAlGaN/GaN HFETは、ゲートにバイアスがかからないときに電流が流れ、ゲートに負電位をかけることによって電流を遮断するノーマリーオン動作である。パワースイッチング応用においては、素子が壊れたときの安全確保のために、ゲートバイアスがかからないときには電流が流れず、ゲートに正電位を印加することによって電流が流れるノーマリオフ動作が好まれる。 Wide bandgap semiconductors represented by III-V nitrides have high dielectric breakdown voltage, good electron transport properties, and good thermal conductivity, and are very attractive as high-temperature and high-power devices. Among various group III-V nitrides, AlGaN / GaN heterostructures have attracted much attention due to the two-dimensional electron gas with high electron mobility and carrier density due to the piezoelectric effect. Heterojunction FETs (HFETs) using AlGaN / GaN heterostructures have low on-resistance, fast switching speed, and high temperature operation. These features are very suitable for power switching applications. However, a normal AlGaN / GaN HFET has a normally-on operation in which a current flows when the gate is not biased and the current is cut off by applying a negative potential to the gate. In power switching applications, a normally-off operation is preferred in which no current flows when a gate bias is not applied and a current flows when a positive potential is applied to the gate in order to ensure safety when the device is broken.
ノーマリオフ動作を実現するためには、MOSFET構造を導入する必要がある。図5に従来のMOSFETの模式図を示す。このMOSFETでは、ソース・ドレイン領域のオーミック接触を取るために、p-GaN層103中にイオン注入によってn+コンタクト領域(n+領域)108,109を作成する。耐圧を向上させるために、ゲート・ドレイン間にはリサーフ層と呼ばれるn-領域(リサーフ領域)110がイオン注入によって形成される。その後、p-GaN層103上にSiO2などの絶縁膜106を成膜し、絶縁膜106上にゲート電極107を形成する。ゲート電極107としては、ポリシリコンが一般的に用いられる。次に、n+コンタクト領域108,109上にソース電極104,ドレイン電極105をそれぞれ形成する。
In order to realize normally-off operation, it is necessary to introduce a MOSFET structure. FIG. 5 shows a schematic diagram of a conventional MOSFET. In this MOSFET, n + contact regions (n + regions) 108 and 109 are formed in the p-
MOSFETにおいては、チャネルの移動度を良好にするためには、酸化膜・半導体界面の界面準位を低く抑えることが重要である。通常のSi系MOSFETにおいては、酸化膜としてSiの熱酸化膜SiO2が用いられ、非常に良好な界面が実現されている。窒化物半導体の場合は、良好な熱酸化膜が得られないので、p-CVD法によってSiO2等の酸化膜をつけることが一般的である。
In the MOSFET, it is important to keep the interface state of the oxide film / semiconductor interface low in order to improve the channel mobility. In a normal Si-based MOSFET, a thermal oxide film SiO2 of Si is used as an oxide film, and a very good interface is realized. In the case of a nitride semiconductor, since a good thermal oxide film cannot be obtained, it is common to attach an oxide film such as
n+コンタクト領域108,109やn-領域110の形成には、イオン注入が用いられることが多い(例えば、非特許文献1参照)。イオン注入においては、注入後に結晶欠陥を回復させ、注入不純物を活性化するためにアニールが行われる。GaNの場合は結晶が強固なため、1000℃以上の高温でアニールを行っても、活性化が不十分であった。サファイア基板上のGaNでは1400℃の高温アニールで高い活性化率を得ている報告もあるが、Si基板上のGaNでは1200℃以上では基板のSiが溶けてしまうために、高い活性化率を得ることが困難であった。 In many cases, ion implantation is used to form the n + contact regions 108 and 109 and the n − region 110 (see, for example, Non-Patent Document 1). In ion implantation, annealing is performed to recover crystal defects after the implantation and to activate implanted impurities. In the case of GaN, since the crystals are strong, activation was insufficient even when annealing was performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher. There is a report that GaN on sapphire substrate has a high activation rate by high-temperature annealing at 1400 ° C, but GaN on Si substrate has a high activation rate because the substrate Si melts at 1200 ° C or higher. It was difficult to get.
これを回避するための方法のひとつが、選択成長によるn層形成技術である。
n+コンタクト領域108,109やn-領域110をイオン注入で形成すると、1200℃以上での活性化アニールが必要となり、アニール時にエピ表面にピットが発生して移動度が劣化する。これを回避するためにn層を選択成長する手法がある。この手法を用いて作製したMOSFETを図6に示してある。この方法では、選択成長時に横方向の原料のマイグレーションのために、各コンタクト領域108,109およびn-領域110のエッジ部分に凸部108a,109a,110aができてしまう。このような凸部のある各コンタクト領域108,109およびn-領域110上に絶縁膜106を成膜すると、凸部108a,109a,110aの部分において部分的に絶縁膜106が薄くなり、耐圧の劣化を起こす。凸部108a,109a,110aの部分で十分に絶縁膜106が厚くなるようにゲート酸化膜106を堆積すると、絶縁膜106が設計よりも厚くなり、直流利得gmが低下してしまう。
When the n + contact regions 108 and 109 and the n − region 110 are formed by ion implantation, activation annealing at 1200 ° C. or higher is required, and pits are generated on the epi surface during annealing, thereby degrading mobility. In order to avoid this, there is a method of selectively growing n layers. A MOSFET fabricated using this technique is shown in FIG. In this method, convex
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、酸化膜或いは絶縁膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができる高性能な窒化物化合物半導体素子およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and its purpose is that the breakdown voltage deteriorates due to partial thinning of the oxide film or insulating film, and that the thickness becomes excessive. It is an object of the present invention to provide a high performance nitride compound semiconductor device capable of preventing a decrease in direct current gain gm due to, and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係る窒化物化合物半導体素子の製造方法は、窒化物化合物半導体をエピタキシャル層の材料として用いた窒化物化合物半導体素子の製造方法において、前記エピタキシャル層に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれオーミック接触する第1のコンタクト領域および第2のコンタクト領域をそれぞれ選択成長法によって形成し、選択成長法による前記第1および第2のコンタクト領域の形成後に、選択成長によって前記第1および第2のコンタクト領域にそれぞれ生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a method of manufacturing a nitride compound semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a method of manufacturing a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material. A first contact region and a second contact region that are in ohmic contact with the source electrode and the drain electrode, respectively, are formed on the epitaxial layer by a selective growth method, and after the formation of the first and second contact regions by the selective growth method, The convex portions respectively formed in the first and second contact regions by the selective growth are planarized by a chemical mechanical polishing method.
この態様によれば、エピタキシャル層に、第1のコンタクト領域および第2のコンタクト領域をそれぞれ選択成長法によって形成するので、これらの領域をイオン注入により形成する場合のように、注入不純物を活性化させるための高温アニールが不要になる。また、選択成長によって第1および第2のコンタクト領域にそれぞれ生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化するので、その後通常の半導体素子製造プロセスを行うことにより、酸化膜或いは絶縁膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができる。これにより、高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 According to this aspect, since the first contact region and the second contact region are formed in the epitaxial layer by the selective growth method, the implanted impurities are activated as in the case where these regions are formed by ion implantation. High temperature annealing is not required. In addition, since the convex portions respectively generated in the first and second contact regions by the selective growth are planarized by the chemical mechanical polishing method, the oxide film or the insulating film is partially formed by performing a normal semiconductor element manufacturing process thereafter. Therefore, it is possible to prevent the breakdown voltage from deteriorating due to the thinning and the direct current gain gm from decreasing due to excessive thickness. Thereby, a high performance nitride compound semiconductor device can be realized.
ここにいう「化学機械研磨 (Chemical Mechanical Polishing:CMP)法 」は、研磨剤(砥粒)自体が有する表面化学作用または研磨液に含まれる化学成分の作用によって、
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と研磨対象物の相対運動による機械的研磨(表面除去)効果を増大させ、高速かつ平滑な研磨面を得る技術である。
The “Chemical Mechanical Polishing (CMP) method” here refers to the surface chemical action of the abrasive (abrasive grain) itself or the action of chemical components contained in the polishing liquid.
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And a mechanical polishing (surface removal) effect by the relative movement of the polishing object and a high-speed and smooth polishing surface.
本発明の第2の態様に係る窒化物化合物半導体素子の製造方法は、窒化物化合物半導体をエピタキシャル層の材料として用いた窒化物化合物半導体素子の製造方法において、前記エピタキシャル層に、電界集中の緩和を目的とした第3の領域を選択成長法によって形成し、選択成長法による前記第3の領域の形成後に、選択成長によって前記第3の領域に生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする。 The method for manufacturing a nitride compound semiconductor device according to the second aspect of the present invention is a method for manufacturing a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as a material for the epitaxial layer. A third region for the purpose of selective growth is formed by a selective growth method, and after the formation of the third region by the selective growth method, a convex portion generated in the third region by the selective growth is planarized by a chemical mechanical polishing method. It is characterized by.
この態様によれば、エピタキシャル層に、電界集中の緩和を目的とした第3の領域を選択成長法によって形成するので、この領域をイオン注入により形成する場合のように、注入不純物を活性化させるための高温アニールが不要になる。また、選択成長によって第3の領域に生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化するので、その後通常の半導体素子製造プロセスを行うことにより、酸化膜或いは絶縁膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができる。これにより、高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 According to this aspect, since the third region for reducing the electric field concentration is formed in the epitaxial layer by the selective growth method, the implanted impurity is activated as in the case of forming this region by ion implantation. High temperature annealing is not required. Further, since the convex portion generated in the third region by the selective growth is planarized by the chemical mechanical polishing method, the oxide film or the insulating film is partially thinned by performing a normal semiconductor element manufacturing process thereafter. It is possible to prevent the deterioration of the withstand voltage and the decrease in the direct current gain gm due to the excessive thickness. Thereby, a high performance nitride compound semiconductor device can be realized.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子の製造方法は、前記エピタキシャル層に、電界集中の緩和を目的とした第3の領域を選択成長法によって形成し、選択成長法による前記第3の領域の形成後に、選択成長によって前記第3の領域に生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする。 In the method of manufacturing a nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention, a third region for the purpose of relaxing electric field concentration is formed in the epitaxial layer by a selective growth method, and the third method by the selective growth method. After the formation of the region, the convex portion generated in the third region by selective growth is planarized by a chemical mechanical polishing method.
この態様によれば、選択成長によって第1、第2および第3の領域にそれぞれ生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化するので、その後通常の半導体素子製造プロセスを行うことにより、酸化膜或いは絶縁膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができる。これにより、高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 According to this aspect, since the convex portions respectively generated in the first, second and third regions by the selective growth are planarized by the chemical mechanical polishing method, the oxide film can be obtained by performing a normal semiconductor element manufacturing process thereafter. Alternatively, it is possible to prevent the breakdown voltage from deteriorating due to partial thinning of the insulating film and the decrease in DC gain gm due to excessive thickness. Thereby, a high performance nitride compound semiconductor device can be realized.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子の製造方法は、前記エピタキシャル層は、前記窒化物化合物半導体としてGaN等のIII-V族窒化物化合物半導体を用いて形成され、前記化学機械研磨法による平坦化後に、前記エピタキシャル層表面上のソース電極・ドレイン電極間にゲート酸化膜を成膜し、前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成してMOS型電界効果トランジスタを作製する、ことを特徴とする。 In the method for manufacturing a nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention, the epitaxial layer is formed using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor, and the chemical mechanical polishing is performed. After planarization by a method, a gate oxide film is formed between the source electrode and the drain electrode on the surface of the epitaxial layer, and a gate electrode is formed on the gate oxide film to produce a MOS field effect transistor. Features.
この態様によれば、ゲート酸化膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができ、高性能なIII-V族窒化物化合物半導体を用いたMOS型電界効果トランジスタを実現することができる。 According to this aspect, it is possible to prevent deterioration in breakdown voltage due to partial thinning of the gate oxide film and reduction in DC gain gm due to excessive thickness, and high performance III-V group nitriding A MOS field effect transistor using a physical compound semiconductor can be realized.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子の製造方法は、前記エピタキシャル層は、前記窒化物化合物半導体としてGaN等のIII-V族窒化物化合物半導体を用いて形成され、前記化学機械研磨法による平坦化後に、ヘテロ接合型電界効果トランジスタを作製することを特徴とする。 In the method for manufacturing a nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention, the epitaxial layer is formed using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor, and the chemical mechanical polishing is performed. A heterojunction field effect transistor is manufactured after planarization by a method.
この態様によれば、結晶性の不十分な凸部分によるリーク電流の増大を招かずにn+コンタクト層による接触抵抗を低減することが可能な、高性能なIII-V族窒化物化合物半導体を用いたヘテロ接合型電界効果トランジスタを実現することができる。 According to this aspect, a high-performance III-V nitride compound semiconductor that can reduce the contact resistance due to the n + contact layer without incurring an increase in leakage current due to a convex portion having insufficient crystallinity is used. The heterojunction field effect transistor can be realized.
本発明の第3の態様に係る窒化物化合物半導体素子は、窒化物化合物半導体をエピタキシャル層の材料として用いた窒化物化合物半導体素子において、前記エピタキシャル層に選択成長法によりそれぞれ形成され、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれオーミック接触する第1のコンタクト領域および第2のコンタクト領域を備え、前記第1および第2のコンタクト領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されていることを特徴とする。この態様によれば、耐圧の劣化や直流利得gmの低下を抑制した高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 A nitride compound semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material, and is formed on the epitaxial layer by a selective growth method. A first contact region and a second contact region that are in ohmic contact with the drain electrode, respectively, are provided, and the first and second contact regions are flattened by a chemical mechanical polishing method on a convex portion generated by selective growth. It is characterized by that. According to this aspect, it is possible to realize a high-performance nitride compound semiconductor element that suppresses deterioration of breakdown voltage and reduction in DC gain gm.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子は、窒化物化合物半導体をエピタキシャル層の材料として用いた窒化物化合物半導体素子において、前記エピタキシャル層に選択成長法により形成された電界集中の緩和を目的とした第3の領域を備え、前記第3の領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されている、ことを特徴とする。この態様によれば、耐圧の劣化や直流利得gmの低下を抑制した高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 A nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention is a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material, which reduces electric field concentration formed in the epitaxial layer by a selective growth method. The target third region is provided, and the third region is characterized in that a convex portion generated by selective growth is planarized by a chemical mechanical polishing method. According to this aspect, it is possible to realize a high-performance nitride compound semiconductor element that suppresses deterioration of breakdown voltage and reduction in DC gain gm.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子は、前記エピタキシャル層に選択成長法により形成された電界集中の緩和を目的とした第3の領域を備え、前記第3の領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されていることを特徴とする。この態様によれば、耐圧の劣化や直流利得gmの低下を抑制した高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 A nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a third region for reducing electric field concentration formed in the epitaxial layer by a selective growth method, and the third region is selectively grown. The convex portions generated by the above are flattened by a chemical mechanical polishing method. According to this aspect, it is possible to realize a high-performance nitride compound semiconductor element that suppresses deterioration of breakdown voltage and reduction in DC gain gm.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子は、前記窒化物化合物半導体としてGaN等のIII-V族窒化物化合物半導体を用い、MOS型電界効果トランジスタとして構成されたことを特徴とする。この態様によれば、耐圧の劣化や直流利得gmの低下を抑制した高性能なMOS型電界効果トランジスタを実現することができる。 A nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention is configured as a MOS field effect transistor using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor. According to this aspect, it is possible to realize a high-performance MOS type field effect transistor that suppresses deterioration of breakdown voltage and reduction of DC gain gm.
本発明の他の態様に係る窒化物化合物半導体素子は、前記窒化物化合物半導体としてGaN等のIII-V族窒化物化合物半導体を用い、ヘテロ接合型電界効果トランジスタとして構成されたことを特徴とする。この態様によれば、結晶性の不十分な凸部分によるリーク電流の増大を招かずにn+コンタクト層による接触抵抗を低減することが可能な高性能なヘテロ接合型電界効果トランジスタを実現することができる。 A nitride compound semiconductor device according to another aspect of the present invention is configured as a heterojunction field effect transistor using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor. . According to this aspect, it is possible to realize a high-performance heterojunction field effect transistor that can reduce the contact resistance due to the n + contact layer without incurring an increase in leakage current due to a convex portion having insufficient crystallinity. it can.
本発明によれば、酸化膜或いは絶縁膜が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができ、高性能な窒化物化合物半導体素子を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent deterioration in breakdown voltage due to partial thinning of an oxide film or insulating film and reduction in DC gain gm due to excessive thickness, and a high performance nitride compound A semiconductor element can be realized.
本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において、同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る窒化物化合物半導体素子としてのMOS型電界効果トランジスタ1の概略構成を示している。
Embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a MOS
このMOS型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETという。)1は、窒化物化合物半導体としてGaN(III-V族窒化物化合物半導体)をエピタキシャル層3の材料として用いている。
This MOS field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) 1 uses GaN (III-V nitride compound semiconductor) as a material of the
このMOSFET1は、サファイア,Siなどの基板2と、この基板2上に形成されたバッファ層(図示省略)と、このバッファ層上に成長させたGaNからなるエピタキシャル層3と、選択成長法により形成されたオーミック電極化下の不純物層とを備える。
The
このMOSFET1は、オーミック電極化下の不純物層として、ソース領域のオーミック接触を取るためのソース用のn+コンタクト領域(第1のコンタクト領域:n+領域)8と、ドレイン領域のオーミック接触を取るためのドレイン用のn+コンタクト領域(第2のコンタクト領域:n+領域)9とを備えている。n+コンタクト領域8は、エピタキシャル層3表面におけるソース電極4下の領域に、n+コンタクト領域9は、エピタキシャル層3表面におけるドレイン電極5下の領域にそれぞれ形成されている。
This
また、MOSFET1では、エピタキシャル層3表面における、ゲート電極7とドレイン電極5との間の領域に、電界集中の緩和を目的としたリサーフ層と呼ばれるn-領域(第3の領域)10とを備える。
また、MOSFET1では、n+コンタクト領域8上にソース電極4が、n+コンタクト領域9上にドレイン電極5がそれぞれ形成されている。エピタキシャル層3表面における、ソース電極4とドレイン電極5との間の領域には、SiO2などの酸化膜からなるゲート酸化膜6がp-CVD法などによって形成されている。このゲート酸化膜6上にゲート電極7が形成されている。
Further, in
エピタキシャル層3は、サファイア,Siなどの基板2上に、例えば所定量のMgを添加(ドープ)したGaNをMOCVD法によってエピタキシャル成長させたp-GaN層である。また、n+コンタクト領域8およびn+コンタクト領域9はそれぞれ、GaNにSiなどを所望の濃度になるように添加したものをMOCVD法で成長させて形成されたn+-GaN層である。
The
そして、n-領域10は、GaNにSiなどをn+コンタクト領域8,9の濃度より低い所望の濃度になるように添加したものをMOCVD法で成長させて形成されている。 The n − region 10 is formed by growing a GaN to which Si or the like is added to a desired concentration lower than that of the n + contact regions 8 and 9 by MOCVD.
このような構成を有するMOSFET1の特徴は、以下の構成にある。
The characteristic of
・ソース電極4およびドレイン電極5とそれぞれオーミック接触するn+コンタクト領域8およびn+コンタクト領域9がそれぞれ選択成長法によって形成されている。
An n + contact region 8 and an n + contact region 9 that are in ohmic contact with the
・選択成長法によるn+コンタクト領域8およびn+コンタクト領域9の形成後に、選択成長によってn+コンタクト領域8,9にそれぞれ生じた凸部が化学機械研磨(CMP)法により平坦されている。 After the n + contact region 8 and the n + contact region 9 are formed by the selective growth method, the convex portions generated in the n + contact regions 8 and 9 by the selective growth are flattened by the chemical mechanical polishing (CMP) method.
上記構成を有するMOSFET1の製造方法を、図2(A)乃至(D)および図3(A),(B)に基づいて説明する。なお、図2(A)乃至(D)および図3(A),(B)は、一連の製造工程を示している。
A method of
(工程1)まず、図2(A)に示すように、基板2上にバッファ層(図示省略)を形成し、このバッファ層上にエピタキシャル層(p-GaN層)3を全面にエピ成長する。
(Step 1) First, as shown in FIG. 2A, a buffer layer (not shown) is formed on the
(工程2)次に、エピタキシャル層3上に、SiO2などの誘電体膜21を全面に堆積する(図2(B)参照)。
(Step 2) Next, a
(工程3)次に、その誘電体膜21上にレジストを塗布する。
(Step 3) Next, a resist is applied on the
(工程4)次に、そのレジストを、n+コンタクト領域8,9を形成する領域が開口部分となるように、フォトリソグラフィによってパターニングして、レジストパターンを形成する。 (Step 4) Next, the resist is patterned by photolithography so that the region where the n + contact regions 8 and 9 are to be formed becomes an opening, thereby forming a resist pattern.
(工程5)次に、パターニングされたレジストをマスクにして、SiO2などの誘電体膜21をエッチング開口する。
(Step 5) Next, the
(工程6)次に、レジストを除去し、この後、SiO2などの誘電体膜21をマスクにしてエピタキシャル層3をエッチングする。このエッチングにより、エピタキシャル層3に凹部22,23が形成される(図2(B)参照)。
(Step 6) Next, the resist is removed, and then the
(工程7)次に、エッチングされたエピタキシャル層3の凹部22,23に、適当な成長条件においてGaNをエピ成長する。
(Step 7) Next, GaN is epitaxially grown in the
これによって、SiO2などの誘電体膜21上にはGaNが成長せず、エピタキシャル層3の凹部22,23にのみn+コンタクト領域8,9を成長することができる(図2(C)参照)。このようにして、エピタキシャル層3の凹部22,23に、n+コンタクト領域8,9が選択成長法によって形成される。この選択成長時に、横方向の原料のマイグレーションのために、各n+コンタクト領域8,9のエッジ部分に 凸部8a,9aができる(図2(C)参照)。
As a result, GaN does not grow on the
(工程8)次に、図2(C)に示す誘電体膜21上にレジストを塗布し、n-領域10を形成する領域が開口部分となるように、そのレジストをフォトリソグラフィによってパターニングして、レジストパターンを形成する。
(Step 8) Next, a resist is applied on the
(工程9)次に、パターニングされたレジストをマスクにして、誘電体膜21をエッチング開口する。
(Step 9) Next, the
(工程10)次に、レジストを除去し、この後、誘電体膜21をマスクにしてエピタキシャル層3をエッチングする。このエッチングにより、エピタキシャル層3に凹部26が形成される(図2(D)参照)。
(Step 10) Next, the resist is removed, and then the
(工程11)次に、エッチングされたエピタキシャル層3の凹部26に、適当な成長条件においてGaNをエピ成長する。これによって、その凹部26にのみn-領域10を成長することができる(図2(D)参照)。このようにして、エピタキシャル層3の凹部26に、n-領域10が選択成長法によって形成される。この選択成長時に、横方向の原料のマイグレーションのために、n-領域10のエッジ部分にも凸部10aができる(図2(D)参照)。この後、エピタキシャル層3上に残った誘電体膜21を除去する。
(Step 11) Next, GaN is epitaxially grown in the
(工程12)次に、選択成長によってn+コンタクト領域8,9およびn-領域10にそれぞれ生じた凸部8a,9a,10aを、化学機械研磨法により平坦化する(図3(A)参照)。
(Step 12) Next, the
(工程13)次に、平坦化したエピタキシャル層3上に、SiO2などの酸化膜からなるゲート酸化膜(絶縁膜)6をp-CVD法などによって形成する(図3(B)参照)。
(Step 13) Next, a gate oxide film (insulating film) 6 made of an oxide film such as
(工程14)次に、ゲート酸化膜6のn+コンタクト領域8,9上の領域をそれぞれ開口する。
(Step 14) Next, regions on the n + contact regions 8 and 9 of the
(工程15)その開口により露出したn+コンタクト領域8およびn+コンタクト領域9上に、ソース電極4およびドレイン電極5をそれぞれ形成する(図3(B)参照)。ソース電極4およびドレイン電極5としては、Ti/AlやTi/AlSi/Mo等の、n+コンタクト領域8,9に対してそれぞれオーミック接触を形成する金属がそれぞれ用いられる。
(Step 15) A
(工程16)次に、ゲート酸化膜6上にゲート電極7を形成する(図3(B)参照)。ゲート電極7として、ポリシリコンが用いられる。ゲート電極7として、Ni/AuやWSi等の金属電極を用いても良い。
(Step 16) Next, a
(工程17)この後、必要に応じて、層間絶縁膜、配線、表面パッシベーション層を形成して、MOSFET1が完成する(図3(B)参照)。 (Step 17) Thereafter, if necessary, an interlayer insulating film, wiring, and a surface passivation layer are formed to complete the MOSFET 1 (see FIG. 3B).
以上のように構成された第1実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to 1st Embodiment comprised as mentioned above, there exist the following effects.
○エピタキシャル層3に、n+コンタクト領域8、n+コンタクト領域9およびリサーフ層と呼ばれるn-領域10をそれぞれ選択成長法によって形成するので、これらの領域をイオン注入により形成する場合のように、注入不純物を活性化させるための高温アニールが不要になる。
In the
○選択成長によってn+コンタクト領域8、n+コンタクト領域9およびn-領域10にそれぞれ生じた凸部8a,9a,10a(図2(D)参照)を、上記(工程12)で化学機械研磨法により平坦化する。このため、その平坦化後、上記(工程13)乃至(工程17)のように通常の半導体素子製造プロセスを行うことにより、ゲート酸化膜6が部分的に薄くなることによる耐圧の劣化や、その厚さが過剰になることによる直流利得gmの低下を防ぐことができる。これにより、高性能なMOSFET1を実現することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を図4に基づいて説明する。
O The
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
上記第1実施形態では、本発明をMOSFETに適用した例について説明したが、第2実施形態では、本発明を、AlGaN/GaNのヘテロ構造を用いたヘテロ接合型電界効果トランジスタ30に適用した例について説明する。
In the first embodiment, an example in which the present invention is applied to a MOSFET has been described. In the second embodiment, the present invention is applied to a heterojunction
この第2実施形態に係る窒化物化合物半導体素子としてのヘテロ接合型電界効果トランジスタ(以下、HFETという。)30は、図4に示すように、サファイア,Siなどの基板31上に、アンドープGaN(i-GaN)からなる電子走行層32と、アンドープAlGaN(i-AlGaN)からなる電子供給層33とを順に積層した構造を有している。基板31として、SiC基板、Si基板などを用いてもよい。
As shown in FIG. 4, a heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as HFET) 30 as a nitride compound semiconductor device according to the second embodiment is formed on an undoped GaN (Sapphire, Si, etc.)
このHFET30は、ソース領域のオーミック接触を取るためのソース用のn+コンタクト領域(第1のコンタクト領域)38と、ドレイン領域のオーミック接触を取るためのドレイン用のn+コンタクト領域(第2のコンタクト領域)39とを備えている。n+コンタクト領域38は、i-AlGaNからなる電子供給層33表面におけるソース電極34下の領域に、n+コンタクト領域39は、電子供給層33表面におけるドレイン電極35下の領域にそれぞれ形成されている。
This HFET30 includes a n + contact regions (first contact region) 38 for the source for taking an ohmic contact of the source region, n + contact region for a drain for ohmic contact of the drain region (second Contact region) 39. The n + contact region 38 is formed in a region below the
また、HFET30では、n+コンタクト領域38上にソース電極34が、n+コンタクト領域39上にドレイン電極35がそれぞれ形成されている。電子供給層33表面における、ソース電極34とドレイン電極35との間の領域には、ゲート電極36が形成されている。そして、電子供給層33表面における、ソース電極34とゲート電極36の間の領域およびゲート電極36とドレイン電極35の間の領域には、パッシベーション膜(絶縁膜)37が形成されている。
In the
このような構成を有するHFET30の特徴は、以下の構成にある。
The characteristics of the
・ソース電極34およびドレイン電極35とそれぞれオーミック接触するn+コンタクト領域38およびn+コンタクト領域39がそれぞれ選択成長法によって形成されている。
An n + contact region 38 and an n + contact region 39 that are in ohmic contact with the
・選択成長法によるn+コンタクト領域38およびn+コンタクト領域39の形成後に、選択成長によってn+コンタクト領域38,39にそれぞれ生じた凸部が化学機械研磨(CMP)法により平坦されている。 After the formation of the n + contact region 38 and the n + contact region 39 by the selective growth method, the convex portions generated in the n + contact regions 38 and 39 by the selective growth are flattened by the chemical mechanical polishing (CMP) method.
次に、上記構成を有するHFET30の製造方法を簡単に説明する。
Next, a method for manufacturing the
・まず、基板31上にi-GaNからなる電子走行層32と、i-AlGaNからなる電子供給層33をMOCVD法によって順に成膜する。
First, an
・次に、素子領域のアイソレーション(素子分離)をメサエッチングによって行った後、電子供給層33上にn+コンタクト領域38,39になる領域が開口になるようにSiO2等の誘電体膜をパターニングする。
Next, after isolation of the element region (element isolation) is performed by mesa etching, a dielectric film such as SiO2 is formed on the
・次に、この誘電体膜をマスクに電子供給層33をエッチングし、エッチングによりできる電子供給層33の凹部に、MOCVD等でn+コンタクト領域38およびn+コンタクト領域39を選択成長する。
Next, the
・次に、選択成長後の電子供給層33を化学機械研磨(CMP)法によって研磨し、平坦化する。
Next, the
・次に、平坦化した電子供給層33上に、パッシベーション膜(絶縁膜)37を形成する。
Next, a passivation film (insulating film) 37 is formed on the planarized
・次に、パッシベーション膜37のn+コンタクト領域38,39上の領域をそれぞれ開口し、その開口により露出したn+コンタクト領域38,39上に、Ti/Al等のオーミック電極(ソース電極34およびドレイン電極35)をそれぞれ形成する。
Next, regions on the n + contact regions 38 and 39 of the
・次に、オーミック電極間の電子供給層33上にゲート電極36を形成する。必要に応じて、層間絶縁膜、配線、表面パッシベーション層を形成して、HFET30が完成する。
Next, the
以上のように構成された第2実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に以下の作用効果を奏する。 According to 2nd Embodiment comprised as mentioned above, there exist the following effects similarly to the said 1st Embodiment.
○i-AlGaNからなる電子供給層33に、n+コンタクト領域38,39をそれぞれ選択成長法によって形成するので、これらの領域をイオン注入により形成する場合のように、注入不純物を活性化させるための高温アニールが不要になる。
In the
○選択成長によってn+コンタクト領域38,39にそれぞれ生じた凸部を、化学機械研磨法により平坦化する。このため、その平坦化後、通常の半導体素子製造プロセスを行うことにより、結晶性の不十分な凸部分によるリーク電流の増大を招かずにn+コンタクト層による接触抵抗を低減することが可能である。これにより、高性能なHFET30を実現することができる。
O The convex portions generated in the n + contact regions 38 and 39 by the selective growth are flattened by a chemical mechanical polishing method. For this reason, by performing a normal semiconductor element manufacturing process after the planarization, it is possible to reduce the contact resistance due to the n + contact layer without causing an increase in leakage current due to a convex portion having insufficient crystallinity. . Thereby, a high-
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記各実施形態では、窒化物化合物半導体としてGaNやAlGaNなどのIII-V族窒化物化合物半導体をエピタキシャル層の材料として用いた窒化物化合物半導体素子について説明したが、それ以外のIII-V族窒化物化合物半導体を用いた窒化物化合物半導体素子にも本発明は適用可能である。例えば、AlGaAs/GaAsのヘテロ構造を用いたヘテロ接合型電界効果トランジスタ(HFET)にも本発明は適用可能である。
In addition, this invention can also be changed and embodied as follows.
In each of the above embodiments, a nitride compound semiconductor element using a group III-V nitride compound semiconductor such as GaN or AlGaN as the nitride compound semiconductor has been described as an epitaxial layer material. The present invention is also applicable to a nitride compound semiconductor element using a nitride compound semiconductor. For example, the present invention can be applied to a heterojunction field effect transistor (HFET) using an AlGaAs / GaAs heterostructure.
・また、本発明はIII-V族窒化物化合物半導体を用いたMIS(Metal Insulator Semiconductor)型電界効果トランジスタにも適用可能である。 The present invention is also applicable to a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type field effect transistor using a III-V nitride compound semiconductor.
1…MOS型電界効果トランジスタ(MOSFET)
2,31…基板
3…エピタキシャル層
4,34…ソース電極
5,35…ドレイン電極
6…ゲート酸化膜
7,36…ゲート電極
8,9,38,39…n+コンタクト領域
10…n-領域
8a,9a,10a…凸部
30…ヘテロ接合型電界効果トランジスタ(HFET)
32…電子走行層
33…電子供給層
37…パッシベーション膜(絶縁膜)
1 ... MOS field effect transistor (MOSFET)
DESCRIPTION OF
32 ...
Claims (10)
前記エピタキシャル層に、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれオーミック接触する第1のコンタクト領域および第2のコンタクト領域をそれぞれ選択成長法によって形成し、
選択成長法による前記第1および第2のコンタクト領域の形成後に、選択成長によって前記第1および第2のコンタクト領域にそれぞれ生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする窒化物化合物半導体素子の製造方法。 In a method for manufacturing a nitride compound semiconductor element using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material,
Forming a first contact region and a second contact region in ohmic contact with the source electrode and the drain electrode, respectively, on the epitaxial layer by a selective growth method;
After the first and second contact regions are formed by the selective growth method, the convex portions respectively formed in the first and second contact regions by the selective growth are planarized by a chemical mechanical polishing method. A method for manufacturing a nitride compound semiconductor device.
前記エピタキシャル層に、電界集中の緩和を目的とした第3の領域を選択成長法によって形成し、
選択成長法による前記第3の領域の形成後に、選択成長によって前記第3の領域に生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする窒化物化合物半導体素子の製造方法。 In a method for manufacturing a nitride compound semiconductor element using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material,
Forming a third region in the epitaxial layer for reducing electric field concentration by a selective growth method;
A method for producing a nitride compound semiconductor device, comprising: forming a third region by selective growth, and then planarizing a convex portion generated in the third region by selective growth by chemical mechanical polishing.
選択成長法による前記第3の領域の形成後に、選択成長によって前記第3の領域に生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化する、ことを特徴とする請求項1に記載の窒化物化合物半導体素子の製造方法。 Forming a third region in the epitaxial layer for reducing electric field concentration by a selective growth method;
2. The nitride compound according to claim 1, wherein after the formation of the third region by the selective growth method, a convex portion generated in the third region by the selective growth is planarized by a chemical mechanical polishing method. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記化学機械研磨法による平坦化後に、前記エピタキシャル層表面上のソース電極・ドレイン電極間にゲート酸化膜を成膜し、
前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成してMOS型電界効果トランジスタを作製する、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の窒化物化合物半導体素子の製造方法。 The epitaxial layer is formed using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor,
After planarization by the chemical mechanical polishing method, a gate oxide film is formed between the source electrode and the drain electrode on the surface of the epitaxial layer,
4. The method for manufacturing a nitride compound semiconductor device according to claim 1, wherein a MOS field effect transistor is manufactured by forming a gate electrode on the gate oxide film.
前記化学機械研磨法による平坦化後に、ヘテロ接合型電界効果トランジスタを作製することを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の窒化物化合物半導体素子の製造方法。 The epitaxial layer is formed using a III-V nitride compound semiconductor such as GaN as the nitride compound semiconductor,
4. The method of manufacturing a nitride compound semiconductor device according to claim 1, wherein a heterojunction field effect transistor is manufactured after the planarization by the chemical mechanical polishing method. .
前記エピタキシャル層に選択成長法によりそれぞれ形成され、ソース電極およびドレイン電極とそれぞれオーミック接触する第1のコンタクト領域および第2のコンタクト領域を備え、
前記第1および第2のコンタクト領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されていることを特徴とする窒化物化合物半導体素子。 In a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material,
A first contact region and a second contact region respectively formed on the epitaxial layer by a selective growth method and in ohmic contact with the source electrode and the drain electrode, respectively;
In the nitride compound semiconductor device, the first and second contact regions have a convex portion formed by selective growth planarized by a chemical mechanical polishing method.
前記エピタキシャル層に選択成長法により形成された電界集中の緩和を目的とした第3の領域を備え、
前記第3の領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されていることを特徴とする窒化物化合物半導体素子。 In a nitride compound semiconductor device using a nitride compound semiconductor as an epitaxial layer material,
A third region for reducing the electric field concentration formed in the epitaxial layer by a selective growth method;
The nitride compound semiconductor device, wherein in the third region, a convex portion generated by selective growth is planarized by a chemical mechanical polishing method.
前記第3の領域は、選択成長によって生じた凸部を化学機械研磨法により平坦化されていることを特徴とする請求項6に記載の窒化物化合物半導体素子。 A third region for reducing the electric field concentration formed in the epitaxial layer by a selective growth method;
The nitride compound semiconductor device according to claim 6, wherein in the third region, a convex portion generated by selective growth is flattened by a chemical mechanical polishing method.
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