JP2009099691A - Method of manufacturing field-effect semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing field-effect semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009099691A JP2009099691A JP2007268336A JP2007268336A JP2009099691A JP 2009099691 A JP2009099691 A JP 2009099691A JP 2007268336 A JP2007268336 A JP 2007268336A JP 2007268336 A JP2007268336 A JP 2007268336A JP 2009099691 A JP2009099691 A JP 2009099691A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- semiconductor layer
- forming
- carrier gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、リセス構造を有するHEMT( High Electron Mobility Transistor)、MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor )等の電界効果半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a field effect semiconductor device such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) having a recess structure.
典型的な従来のHEMTは、シリコン、サファイア等の基板の上にバッファ層を介して形成されたアンドープGaN等の窒化物半導体から成る電子走行層と、n型不純物がドープされた又はアンドープのAlGaN等の窒化物半導体から成る電子供給層又はバリア層と、電子供給層の上に形成されたソース電極とドレイン電極とゲート電極(ショットキー電極)とを有している。AlGaN等から成る電子供給層のバンドギャップはGaN等から成る電子走行層のバンドギャップよりも大きく、AlGaN等から成る電子供給層の格子定数はGaN等から成る電子走行層の格子定数よりも小さい。電子走行層の上にこれよりも格子定数が小さい電子供給層を配置すると、電子供給層に伸張性歪み即ち引っ張り応力が生じ、ピエゾ分極する。電子供給層は自発分極もするので、ピエゾ分極と自発分極とに基づく電界の作用で電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合面の近傍に周知の2次元電子ガス層即ち2DEG層が生じる。2DEG層は周知のようにドレイン電極とソース電極との間の電流通路(チャネル)として利用され、この電流通路を流れる電流はゲート電極に印加されるバイアス電圧で制御される。 A typical conventional HEMT includes an electron transit layer made of a nitride semiconductor such as undoped GaN formed on a substrate such as silicon or sapphire via a buffer layer, and an nGaN doped or undoped AlGaN. An electron supply layer or barrier layer made of a nitride semiconductor such as a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode (Schottky electrode) formed on the electron supply layer. The band gap of the electron supply layer made of AlGaN or the like is larger than that of the electron transit layer made of GaN or the like, and the lattice constant of the electron supply layer made of AlGaN or the like is smaller than the lattice constant of the electron transit layer made of GaN or the like. When an electron supply layer having a smaller lattice constant than this is disposed on the electron transit layer, an extensible strain, that is, a tensile stress, is generated in the electron supply layer, resulting in piezoelectric polarization. Since the electron supply layer also spontaneously polarizes, a well-known two-dimensional electron gas layer, that is, a 2DEG layer, is formed in the vicinity of the heterojunction surface between the electron transit layer and the electron supply layer by the action of an electric field based on piezoelectric polarization and spontaneous polarization. As is well known, the 2DEG layer is used as a current path (channel) between the drain electrode and the source electrode, and the current flowing through the current path is controlled by a bias voltage applied to the gate electrode.
ところで、一般的な構成のHEMTは、ゲート電極にゲート制御電圧を印加しない状態(ノーマリ状態)でソース電極とドレイン電極との間に電流が流れる特性即ちノーマリオン特性を有する。ノーマリオン特性のHEMTをオフ状態に保つためにはゲート電極を負電位にするための負電源が必要になり、電気回路が必然的に高価になる。従って、従来のノーマリオン特性のHEMTの使い勝手は良くない。 By the way, a HEMT having a general configuration has a characteristic that a current flows between a source electrode and a drain electrode in a state where a gate control voltage is not applied to the gate electrode (normal state), that is, a normally-on characteristic. In order to keep the normally-on HEMT in an off state, a negative power source for setting the gate electrode to a negative potential is required, and the electric circuit is necessarily expensive. Therefore, the ease of use of a conventional normally-on HEMT is not good.
そこで、ノーマリオフ特性を有するヘテロ接合電界効果半導体装置の開発が進められている。ノーマリオフ特性を得るための代表的の方法として、
(1) 例えば特開2005−183733号公報(特許文献1)に開示されているように、電子供給層に凹部即ちリセスを形成して、電子供給層のゲート電極の下の部分を薄くする方法、
(2)例えばWO2003/071607公開公報(特許文献2)に開示されているように、電子供給層の一部を除去し、ここに絶縁ゲートを形成する方法
が知られている。
Thus, development of a heterojunction field effect semiconductor device having normally-off characteristics has been underway. As a typical method for obtaining normally-off characteristics,
(1) For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183733 (Patent Document 1), a method of forming a recess, that is, a recess in an electron supply layer and thinning a portion under the gate electrode of the electron supply layer ,
(2) As disclosed, for example, in WO2003 / 071607 (Patent Document 2), a method of removing a part of the electron supply layer and forming an insulated gate there is known.
上記(1)の方法に従って電子供給層のゲート電極の下の部分を薄く形成すると、電子供給層のピエゾ分極及び自発分極による電界が弱くなり、この電界がゲート電極に基づくビルトインポテンシャル(built−in potential)で打ち消され、ゲート電極の直下に2DEG層が形成されなくなり、ノーマリオフ特性が得られる。ビルトインポテンシャルは周知のように、ゲート電極の電子供給層に対するショットキー接触に基づいてゲート電極と電子供給層との間に生じる電位差である。しかし、上記(1)の方法は、電子供給層にエッチングによってリセスを形成する時にリセスの深さのバラツキが生じ、所定の閾値を得ることが難しいという問題点を有する。 When the portion under the gate electrode of the electron supply layer is formed thin according to the method of (1) above, the electric field due to piezo polarization and spontaneous polarization of the electron supply layer becomes weak, and this electric field is built-in potential (built-in potential based on the gate electrode). The 2DEG layer is not formed immediately below the gate electrode, and normally-off characteristics are obtained. As is well known, the built-in potential is a potential difference generated between the gate electrode and the electron supply layer based on Schottky contact with the electron supply layer of the gate electrode. However, the method (1) has a problem that when the recess is formed in the electron supply layer by etching, the depth of the recess varies and it is difficult to obtain a predetermined threshold value.
上記(2)の方法に従って絶縁ゲート構造を採用すると、電子走行層のゲート電極の直下にノーマリ状態で2DGE層が形成されないので、ノーマリオフ特性が得られる。しかし、絶縁ゲート構造にするための電子供給層の一部の除去は、エッチング(例えばドライエッチング)によって行われるために、上記(1)のリセスゲート構造におけるリセスの形成と同様に、エッチングの深さのバラツキ及び電子走行層の劣化(ダメージ)が生じる。
なお、リセスの深さのバラツキによる特性のバラツキの問題はMESFETにもある。
Note that the MESFET also has a problem of variation in characteristics due to variation in the depth of the recess.
本発明が解決しようとする課題は、リセスを有する電界効果半導体装置を容易に形成できる方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method capable of easily forming a field effect semiconductor device having a recess.
上記課題を解決するための本発明は、
基板の上に第1の半導体材料を結晶成長(例えば気相成長)させることによって第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に気結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させることによって第3の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記半導体成長阻止マスク層の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法に係わるものである。
The present invention for solving the above problems is as follows.
Forming a first semiconductor layer by crystal growth (eg, vapor phase growth) of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by crystal growth;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer;
On the first and second portions of the second semiconductor layer that are not covered with the semiconductor growth blocking mask layer, a two-dimensional carrier gas layer is formed on the first semiconductor layer, which is the same as the second semiconductor material. Forming a third semiconductor layer by crystal growth of another semiconductor material having properties to be generated;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the semiconductor growth blocking mask And a step of forming a gate electrode disposed on the layer. The present invention relates to a method of manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device.
なお、請求項2、4,6、8,10,12に示すように、半導体成長阻止マスク層の代わりに連続的成長阻止マスク層を設け、連続的成長阻止マスク層の上にアモルファス層を形成し、しかる後これを除去して凹部(リセス)とすることができる。
また、請求項3及び4に示すように、半導体成長阻止マスク層又は連続的成長阻止マスク層を除去し、ショットキー電極から成るゲート電極を設けることができる。
また、請求項5及び6に示すように、半導体成長阻止マスク層又は連続的成長阻止マスク層を除去し、しかる後、新しいゲート絶縁膜を設け、この上にゲート電極を設けることができる。
また、請求項7〜10に示すように、第1の半導体層の上に半導体成長阻止マスク層又は連続的成長阻止マスク層又は新しいゲート絶縁膜を設け、この上にゲート電極を設けることができる。
また、請求項11,12に示すように、MESFETにも本発明を適用することができる。
According to a second aspect of the present invention, a continuous growth prevention mask layer is provided instead of the semiconductor growth prevention mask layer, and an amorphous layer is formed on the continuous growth prevention mask layer. Then, after that, it can be removed to form a recess.
Further, as shown in
Further, as shown in
According to another aspect of the present invention, a semiconductor growth blocking mask layer, a continuous growth blocking mask layer, or a new gate insulating film can be provided on the first semiconductor layer, and a gate electrode can be provided thereon. .
Further, as shown in
本願請求項1,3,5、7、9,11の発明によれば、半導体が半導体成長阻止マスク層で覆われていない部分上に選択的に成長し、半導体成長阻止マスク層で覆われている部分上に成長しない。このため、半導体成長阻止マスク層の上に特別な工程を伴わないで凹部(リセス)が生じる。半導体成長膜の厚みの制御は、従来のエッチングの深さの制御よりも容易であり、且つ半導体成長膜の厚みのバラツキをエッチングの深さのバラツキよりも小さくすることができる。これにより、電界効果半導体装置の量産時における、電界効果半導体装置の閾値のバラツキを従来よりも容易に小さくすることができる。
本願請求項2,4,6、8、10,12の発明によれば、半導体が連続的成長阻止マスク層で覆われていない部分上に選択的に成長し、連続的成長阻止マスク層上にアモルファス層が成長する。しかる後、アモルファス層は除去される。アモルファス層は半導体層よりもエッチングが容易であり、且つ連続的成長阻止マスク層がエッチングのストッパ層として機能するので、アモルファス層は従来の半導体層をエッチングする場合よりの容易に除去できる。また、アモルファス層をエッチングすることによって生じる凹部(リセス)の深さは、半導体層及びアモルファス層の厚みに依存するので、このバラツキは比較的小さい。これにより、電界効果半導体装置の量産時における、電界効果半導体装置の閾値のバラツキを従来よりも容易に小さくすることができる。
According to the first, third, fifth, seventh, ninth, and eleventh aspects of the present invention, the semiconductor is selectively grown on a portion that is not covered with the semiconductor growth blocking mask layer, and is covered with the semiconductor growth blocking mask layer. Does not grow on the part where For this reason, a recess is formed on the semiconductor growth prevention mask layer without any special process. The control of the thickness of the semiconductor growth film is easier than the conventional control of the etching depth, and the variation in the thickness of the semiconductor growth film can be made smaller than the variation in the etching depth. Thereby, the variation of the threshold value of the field effect semiconductor device at the time of mass production of the field effect semiconductor device can be easily reduced as compared with the conventional case.
According to the inventions of
次に、図面を参照して本発明の実施形態に係わる電界効果型半導体装置及びその製造方法を説明する。 Next, a field effect semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の実施例1に従うヘテロ接合型電界効果型半導体装置が製造工程順に示されている。この実施例1に従うヘテロ接合型電界効果型半導体装置は典型的な従来のHEMTと異なる構造を有するが、基本構成は従来のHEMTと同一であるので、HEMTと呼ぶことにする。実施例1に従うHEMTを製造する時には、先ず図1(A)に示す基板1を用意する。基板1は、一方の主面1aとこれに対向する他方の主面1bとを有し、半導体材料をエピタキシャル成長させるための成長基板の機能と、成長した半導体層を機械的に支持するための支持基板の機能とを有する。本実施例では、コストの低減を図るために基板1がシリコンで形成されている。しかし、基板1をシリコン以外のシリコンカーバイト(SiC)、GaN等の半導体、又はサファイア、セラミック等の絶縁体で形成することもできる。また、基板1に導電型決定不純物を添加して導電性を有する半導体基板とすることができる。
FIG. 1 shows a heterojunction field effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps. Although the heterojunction field effect semiconductor device according to the first embodiment has a structure different from a typical conventional HEMT, the basic configuration is the same as that of the conventional HEMT, and therefore, it will be referred to as a HEMT. When manufacturing a HEMT according to the first embodiment, first, a
次に、基板1の一方の主面1a上に周知のMOCVD法等の気相成長法によってバッファ用の窒化物半導体をエピタキシャル成長(結晶成長)させてバッファ層2を形成する。図1では、図示を簡略化するためにバッファ層2が1つの層で示されているが、実際には複数の層で形成されている。即ち、このバッファ層2は、AlN(窒化アルミニウム)から成る第1のサブレイヤ−(第1の副層)とGaN(窒化ガリウム)から成る第2のサブレイヤー(第2の副層)とが交互に積層された多層構造バッファである。このバッファ層2はHEMTの動作に直接に関係していないので、これを省くこともできる。また、バッファ層2の半導体材料をAlN、GaN以外の3−5族化合物半導体に置き換えること、又は単層構造のバッファ層にすることもできる。また、バッファ層2と基板1とを合わせて本発明における半導体成長用の基板と見なすこともできる。
Next, a buffer nitride semiconductor is epitaxially grown (crystal growth) on one
次に、バッファ層2の上に周知のMOCVD法等の気相成長法によって第1の半導体材料をエピタキシャル成長(結晶成長)させて第1の半導体層としての電子走行層3を例えば1〜5μmの厚さに形成する。第1の半導体材料は、少なくともGaとNとを含む第1の窒化物半導体であることが望ましい。また、第1の窒化物半導体は、
AlaInbGa1-a-bN,
ここで、aは0≦a<1を満足する数値、bは0≦b<1を満足する数値、a+bは0≦a+b<1を満足する数値、で示すことができる窒化物半導体であることが望ましい。本実施例の電子走行層3は、TMG(トリメチルガリウム)ガスとNH3(アンモニア)ガスから成る雰囲気によって形成されたアンドープGaN(窒化ガリウム)から成る。なお、電子走行層3をMOCVD法以外のエピタキシャル成長法(気相成長法)で形成することもできる。
Next, the first semiconductor material is epitaxially grown (crystal growth) on the
Al a In b Ga 1-ab N,
Here, a is a nitride semiconductor that can be expressed by a numerical value that satisfies 0 ≦ a <1, b is a numerical value that satisfies 0 ≦ b <1, and a + b is a numerical value that satisfies 0 ≦ a + b <1. Is desirable. The
次に、電子走行層3の主面上に周知のMOCVD法等の気相成長(結晶成長)法によって第2の半導体材料をエピタキシャル成長させて第2の半導体層としての第1の電子供給層4を形成する。この第1の電子供給層4は、スペーサー層又は補助電子供給層と呼ぶこともできるものであり、界面5で電子走行層3にヘテロ接合している。なお、第1の電子供給層4は、電子走行層3の形成工程に連続した工程で形成される。即ち、気相成長の雰囲気のみを変えて電子走行層3及び第1の電子供給層4が順次に形成される。
第1の電子供給層4を形成する第2の半導体材料は、第1の半導体材料から成る電子走行層3とのヘテロ接合に基づいて電子走行層3に2次元キャリアガス層としての2次元電子ガス層即ち2DEG層を生じさせる性質を有している半導体材料から選択され、電子走行層3を形成している第1の半導体材料よりも大きいバンドギャプを有し且つ第1の半導体材料よりも小さい格子定数を有する。この第2の半導体材料は、窒化物半導体材料であることが望ましく、例えば、
AlaGa1-aN,
ここで、aは0<a≦1を満足し且つ前記第1の窒化物半導体材料を示す式におけるxよりも大きい値であり、好ましくは0.2〜0.4、より好ましくは0.3、で示される窒化物半導体、又は
AlaInbGa1-a-bN,
ここで、aは0<a<1を満足し且つ前記第1の窒化物半導体材料を示す式におけるxよりも大きい数値、bは0≦b<1を満足する数値、a+bは零よりも大きく且つ1よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
InbGa1-bN、
ここで、bは0<b<1を満足する数値、
で示される窒化物半導体である。要するに、第1の電子供給層4を形成する第2の半導体材料は、AlN,AlGaN、AlInGaN、及びInGaNから選択された1つであることが望ましい。なお、本実施例の第1の電子供給層4はTMA(トリメチルアルミニウム)ガスとTMG(トリメチルガリウム)ガスと NH3(アンモニア)ガスから成る雰囲気によって形成されたAl0.3Ga0.7Nから成る。
Next, a second semiconductor material is epitaxially grown on the main surface of the
The second semiconductor material forming the first
Al a Ga 1-a N,
Here, a is a value satisfying 0 <a ≦ 1 and larger than x in the formula representing the first nitride semiconductor material, preferably 0.2 to 0.4, more preferably 0.3. , Or a nitride semiconductor represented by Al a In b Ga 1-ab N,
Here, a is a numerical value satisfying 0 <a <1 and larger than x in the formula showing the first nitride semiconductor material, b is a numerical value satisfying 0 ≦ b <1, and a + b is larger than zero. And a nitride semiconductor represented by a value smaller than 1, or In b Ga 1-b N,
Here, b is a numerical value satisfying 0 <b <1,
It is a nitride semiconductor shown by. In short, it is desirable that the second semiconductor material forming the first
第1の電子供給層4の厚みは、後述する図1(C)のゲート電極12に電圧を印加しない時即ちゲート電極12とソース電極10との間の電圧が零のノーマリ時に、電子走行層3のゲート電極12に対向する部分に2DEG層を生じさせることができない値に設定され、好ましくは1〜10nm、より好ましくは3〜7nmである。第1の電子供給層4の厚みが例えば1nmよりも薄くなると、電子走行層3と第1の電子供給層4とのヘテロ接合界面が後の工程の雰囲気で劣化するおそれがある。また、第1の電子供給層4の厚みが例えば10nmよりも厚くなると、ノーマリ時に電子走行層3のゲート電極12に対向する部分に2DEG層が生じるおそれがある。
The thickness of the first
第1の電子供給層4を、アンドープの第2の窒化物半導体で形成する代りに、n型(第1導電型)の不純物を添加した第2の窒化物半導体、又は別の窒化物半導体、又は別の化合物半導体で形成することもできる。
Instead of forming the first
次に、第1の電子供給層4の互いに離間する第1及び第2の部分4a,4bの間の第3の部分4cの上に半導体成長阻止マスク層6を形成する。第1の電子供給層4の第1、第2及び第3の部分4a,4b、4cは破線で区画されている。この実施例では、第1の電子供給層4の主面の全体に例えばCVDによってシリコン酸化物(SiO2)の膜を10〜700nmの厚みに形成し、しかる後、AlGaNとシリコン酸化物(SiO2)との選択比が大きいフッ酸を使用して選択的にウェットエッチングして第1の電子供給層4の第3の部分4c上にのみSiO2膜を残存させることによって半導体成長阻止マスク層6を形成した。なお、ウェットエッチングによるAlGaNから成る第1の電子供給層4の結晶劣化は、ドライエッチングによるAlGaNから成る電子供給層の結晶劣化よりも大幅に小さい。なお、半導体成長阻止マスク層6を、SiO2以外のSiOx(xは1〜2の数値)で示されるシリコン酸化物、又はSi3N4、SiNx(ここで、xはSiに対するNの割合を示す任意の数値)、SiN及びSi2N3等のシリコン窒化物(絶縁物)、又はAlOx(xはOの割合を示す任意の数値)等のアルミニウム酸化物(絶縁物)、又は低温のエピタキシャル成長過程で形成された多結晶AlN(窒化物半導体)、又は酸化ニッケル、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マンガン等のP型金属酸化物半導体、又はHfO(ハフニウム酸化物)で形成することもできる。
Next, the semiconductor growth
次に、第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4bの上に周知のMOCVD法等の気相成長法によって第2の半導体材料と同一の半導体材料をエピタキシャル成長(結晶成長)させて第3の半導体層としての第2の電子供給層7を形成する。即ち、反応室に導入されたTMA(トリメチルアルミニウム)ガスとTMG(トリメチルガリウム)ガスとNH3(アンモニア)ガスを含む雰囲気によってAl0.3Ga0.7Nから成る第2の電子供給層7を形成する。第2の電子供給層7を形成する半導体材料は、第1の電子供給層4を介した第1の半導体材料から成る電子走行層3とのヘテロ接合に基づいて電子走行層3に2DEG層を生じさせる性質を有している半導体材料から選択され、電子走行層3を形成している第1の半導体材料よりも大きいバンドギャプを有し且つ第1の半導体材料よりも小さい格子定数を有する。
第2の電子供給層7を形成する時の半導体の成長条件は、第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4bの上に半導体が成長するが、半導体成長阻止マスク層6の上に半導体が成長しないように決定される。
第2の電子供給層7は第1の電子供給層4を形成する第2の半導体材料と異なる第3の半導体材料で形成することもできる。第2の電子供給層7のための第3の半導体材料は、例えば、
AlaGa1-aN,
ここで、aは0<a≦1を満足し且つ前記第1の窒化物半導体材料を示す式におけるxよりも大きい値であり、好ましくは0.2〜0.4、より好ましくは0.3、で示される窒化物半導体、又は
AlaInbGa1-a-bN,
ここで、aは0<a<1を満足し且つ前記第1の窒化物半導体材料を示す式におけるxよりも大きい数値、bは0≦b<1を満足する数値、a+bは零よりも大きく且つ1よりも小さい値、で示される窒化物半導体、又は
InbGa1-bN、
ここで、bは0<b<1を満足する数値、
で示される窒化物半導体から選択される。要するに、第2の電子供給層7を形成する第3の半導体材料は、AlN,AlGaN、AlInGaN、及びInGaNから選択された1つの窒化物半導体であることが望ましい。なお、第2の電子供給層7を、アンドープの窒化物半導体で形成する代りに、n型(第1導電型)の不純物を添加した窒化物半導体、又は別の化合物半導体で形成することもできる。
Next, the same semiconductor material as the second semiconductor material is epitaxially grown (crystal growth) on the first and
A semiconductor growth condition when forming the second
The second
Al a Ga 1-a N,
Here, a is a value satisfying 0 <a ≦ 1 and larger than x in the formula representing the first nitride semiconductor material, preferably 0.2 to 0.4, more preferably 0.3. , Or a nitride semiconductor represented by Al a In b Ga 1-ab N,
Here, a is a numerical value satisfying 0 <a <1 and larger than x in the formula showing the first nitride semiconductor material, b is a numerical value satisfying 0 ≦ b <1, and a + b is larger than zero. And a nitride semiconductor represented by a value smaller than 1, or In b Ga 1-b N,
Here, b is a numerical value satisfying 0 <b <1,
Is selected from the nitride semiconductors shown in FIG. In short, it is desirable that the third semiconductor material forming the second
第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4bの上に気相成長法によって半導体材料をエピタキシャル成長させて第2の電子供給層7を得る時に、第2の電子供給層7は、半導体成長阻止マスク層8の側面と接するように形成されるが、半導体成長阻止マスク層6の上には半導体層が形成されない。このため、半導体層をエッチングする工程を伴わないで第2の電子供給層7の第1の部分7aと第2の部分7bとの間に凹部(リセス)9が生じる。
なお、図1では第2の電子供給層7が半導体成長阻止マスク層6の上に延在しないように示されているが、半導体の縦方向成長速度と横方向成長速度との比の調整によって図1(B)において鎖線で示すように第2の電子供給層7を半導体成長阻止マスク層6の一部の上に延在させることもできる。
When the semiconductor material is epitaxially grown on the first and
In FIG. 1, the second
第2の電子供給層7は、好ましくは10〜50nmの厚みを有する。第1の電子供給層4と第2の電子供給層7との合計の厚みは、第1の電子供給層4と電子走行層3との界面に沿って図1(B)において点線で示す2DEG層8を生じさせることができる値(例えば20〜50nm)に設定され、好ましくは電子走行層3よりも薄く設定される。2DEG層8は、周知のように第1及び第2の電子供給層4,7と電子走行層3とのヘテロ接合に基づいて第1及び第2の電子供給層4,7が自発分極及びピエゾ分極し、これ等の分極に基づく電界で生じる。
The second
次に、図1(C)に示すように第2の電子供給層7の第1及び第2の部分7a、7bの上にソース電極10及びドレイン電極11を形成し、凹部9の底面の半導体成長阻止マスク層6の上にゲート電極12を形成する。なお、図1(C)ではゲート電極12が第2の電子供給層7の側面又は上面にも延伸している。ソース電極10、ドレイン電極11は、第2の電子供給層7上に例えばチタン(Ti)を所望の厚み(例えば25nm)に蒸着し、続いてアルミニウム(Al)を所望の厚み(例えば500nm)に蒸着し、その後フォトリソグラフイ技術で所望のパターンにすることによってそれぞれ形成されている。
この実施例のソース電極10及びドレイン電極11は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体でそれぞれ形成されているが、これ以外の低抵抗性接触(オーミック接触)可能な金属で形成することもできる。ソース電極10及びドレイン電極11は極めて薄い第1及び第2の電子供給層4,7を介して2DEG層8に電気的に結合されている。
ゲート電極12は第2の電子供給層7とショットキー接触する電極材料、例えばNi/Alで形成されている。なお、ゲート電極12を第2の電子供給層7と接触しないように半導体成長阻止マスク層6上のみに形成することができる。このように第2の電子供給層7と接触しない場合には、ゲート電極12をアルミニウム(Al)等の金属材料又は導電性を有するポリシリコン等の半導体で形成することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, the
The
The
図1(C)に示すHEMTのゲート電極12に電圧が印加されていない時(ノーマリ状態)には、電子走行層3の半導体成長阻止マスク層6に沿った領域に2DEG層が生じないか、又は電流通路となり得る電子濃度を有するチャネルが生じない。これにより、2DEG層8はゲート電極12の下で分断される。従って、たとえドレイン電極11の電位がソース電極10の電位よりも高くても、ソース電極10とドレイン電極11との間に電流が流れず、ソース電極10とドレイン電極11との間は電気的にオフ状態に保たれ、HEMTはノーマリオフ特性を示す。
When a voltage is not applied to the
ゲート電極12とソース電極10との間に所定の閾値よりも高い電圧を印加すると、電子走行層3におけるゲート電極12に対向している部分(電子走行層3の主面近傍)にチャネル(電流通路)が生じ、ソース電極10とドレイン電極11との間がオン状態になる。従って、ドレイン電極11の電位をソース電極10の電位よりも高くし、且つゲート電極12に閾値よりも高い電圧を印加すると、電子がソース電極10、第2の電子供給層7の第1の部分7a、第1の電子供給層4の第1の部分4a、2DEG層8、ゲート電極12の直下のチャネル、2DEG層8、第1の電子供給層4の第2の部分4b、第2の電子供給層7の第2の部分7b及びドレイン電極11の経路で流れる。
When a voltage higher than a predetermined threshold is applied between the
図1の実施例1のHEMTは次の効果を有する。
(1)半導体成長阻止マスク層6で覆われていない第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a、4b上に半導体が選択的に成長することによって第2の電子供給層7の第1及び第2の部分7a、7bが得られ、これ等の間に凹部(リセス)9が生じる。即ち、エッチング工程を伴わないで凹部9を得ることができる。従来の電子供給層にエッチング工程で凹部(リセス)を形成する場合には、凹部(リセス)の深さの制御が困難であり、凹部(リセス)の深さのバラツキ及び電子供給層の凹部(リセス)の下の残存部の厚みのバラツキが生じ、結果としてHEMTの閾値のバラツキが比較的大きくなった。これに対し、気相成長で形成される第1の電子供給層4の厚みの制御は、従来のエッチングの深さの制御よりも容易である。従って、ノーマリオフ特性を有するHEMTの量産時における、第1の電子供給層4の厚みのバラツキ及びHEMTの閾値のバラツキを従来よりも容易に小さくすることができる。
(2)半導体成長阻止マスク層6をゲート絶縁膜として使用するので、ゲート絶縁膜を特別に形成する工程を設けないで、絶縁ゲート構造のHEMTを提供することができ、コストの低減を図ることができる。
(3)電子走行層3と第1の電子供給層4との界面5は、リーク電流及び電流コラプス等のデバイス特性に大きな影響を与える。本実施例では、電子走行層3の形成のための気相成長に連続した気相成長によって第1の電子供給層4を形成しているので、界面5が半導体成長阻止マスク層6、第2の電子供給層7、各電極10,11,12を形成する時の雰囲気から保護されており、劣化しない。従って、デバイス特性の良いHEMTを提供することができる。
(4)本実施例では、第1の電子供給層4と第2の電子供給層7とが同一の半導体で形成されているので、ホモエピタキシャル成長となり、第2の電子供給層7を高品質な層にすることができ、特性の良いHEMTを提供することができる。
The HEMT of Example 1 in FIG. 1 has the following effects.
(1) The second
(2) Since the semiconductor growth blocking
(3) The
(4) In this embodiment, since the first
次に、図2に示す実施例2に従うHEMT及びその製造方法を説明する。但し、図2及び後述する図3〜図7において図1と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
実施例2においては、図2(A)に示すように基板1の上にバッファ層2、電子走行層3、及び第1の電子供給層4を図1と同様に形成する。また、第1の電子供給層4の第3の部分4cの上に半導体成長阻止マスク層6と同一の材料から成る連続的成長阻止マスク層6aを形成する。この実施例の連続的成長阻止マスク層6aは半導体材料をアモルファス状態に成長させるために寄与する。
Next, a HEMT according to Example 2 shown in FIG. 2 and a method for manufacturing the HEMT will be described. However, in FIG. 2 and FIGS. 3 to 7 described later, substantially the same parts as in FIG.
In Example 2, as shown in FIG. 2A, the
次に、第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4b及び連続的成長阻止マスク層6aの上に周知のMOCVD法で第1の電子供給層4を形成している第2の半導体材料と同一の半導体材料を気相成長させ、第3の半導体層としての第2の電子供給層7の第1及び第2の部分7a,7bとアモルファス層7cとを図1(B)に示すように得る。第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4b及び連続的成長阻止マスク層6aの上に周知のMOCVD法で半導体材料を成長させると、第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4bの上には比較的結晶性が良く且つ連続的に即ち格子整合状態に成長した第2の電子供給層7の第1及び第2の部分7a,7bが得られ、連続的成長阻止マスク層6aの上にはノーマリ状態(ゲート電極に電圧を印加しない状態)において電子走行層3に電流通路として機能する2次元キャリアガス層(2次元電子ガス層)を生じさせない性質を有しているアモルファス層7cが得られる。
第2の電子供給層7を形成する時に、第1の電子供給層4の第1及び第2の部分4a,4bの上に結晶性の良い半導体が成長するが、連続的成長阻止マスク層6aの上には結晶性の良い半導体が成長しないような成長条件を決定する。これにより、連続的成長阻止マスク層6aの上にAlGaNのアモルファス層7cが得られる。
Next, the first
When forming the second
次に、ウェットエッチングによってアモルファス層7cを除去する。アモルファス層7cのエッチング速度は第2の電子供給層7のエッチング速度よりも速いので、選択エッチングのマスクを設けないでウェットエッチングすることによってアモルファス層7cが除去される。この時、第2の電子供給層7も少しエッチングされるが、アモルファス層7cのエッチングに比べて極めて小さいので、図2(B)の第2の電子供給層7の大部分が残存する。また、SiO2から成る連続的成長阻止マスク層6aがアモルファス層7cをエッチングする時のエッチングストッパとして機能し、アモルファス層7cを容易に除去できる。
Next, the
次に、図1の実施例1と同様な方法で図2(C)に示すように第2の電子供給層7の第1及び第2の部分7a、7bの上にソース電極10及びドレイン電極11を形成し、凹部9の底面の連続的成長阻止マスク層(絶縁層)6aの上にゲート電極12を形成する。
Next, the
図2の実施例2のHEMT及びその製造方法は図1の実施例1と本質的に同一であるので、図1の実施例1と同様な効果を有する。 The HEMT of Example 2 in FIG. 2 and the manufacturing method thereof are essentially the same as those of Example 1 in FIG. 1, and thus have the same effects as those of Example 1 in FIG.
次に、図3に示す実施例3に従うHEMT及びその製造方法を説明する。図3(A)及び図3(B)の工程は図1(A)及び図1(B)の工程と同一である。この実施例3では、図3(B)に示すように第2の電子供給層7を形成した後に半導体成長阻止マスク層6を除去し、凹部9内に第1の電子供給層4の第3の部分4cを露出させる。しかる後、図3(C)に示すように第1の電子供給層4の第3の部分4cにショットキー接触するショットキー電極から成るゲート電極12aを形成する。このゲート電極12aは2DEG層8の電子数を制御する電極として機能する。また、ソース電極10及びドレイン電極11を図1(C)と同様に形成する。
Next, a HEMT and a manufacturing method thereof according to Example 3 shown in FIG. 3 will be described. The steps in FIGS. 3A and 3B are the same as the steps in FIGS. 1A and 1B. In Example 3, as shown in FIG. 3B, after the second
ショットキー電極から成るゲート電極12aと電子走行層3との間に第1の電子供給層4が介在しているが、第1の電子供給層4は例えば5nmのように極めて薄いので、既に説明したようにノーマリ時において、電子走行層3と第1の電子供給層4の第3の部分4cとの間のヘテロ接合に基づく電界はゲート電極12aに基づくビルトインポテンシャルで打ち消され、電子走行層3と第1の電子供給層4の第3の部分4cとの間のヘテロ接合に沿って電流通路として機能する2DEG層が形成されない。これにより、ノーマリオフ特性を有するHEMTが得られる。
Although the first
図3に示す実施例3において、凹部9を形成するための特別なエッチング工程が不要である。従って、図3に示す実施例3は図1に示す実施例1と同様な効果を有する。なお、図3に示す実施例3において半導体成長阻止マスク層6を除去する工程が必要になるが、半導体成長阻止マスク層6は絶縁膜であるので、AlGaNから成る第1及び第2の電子供給層4、7と区別してウエットエッチングで容易に除去できる。
In Example 3 shown in FIG. 3, a special etching process for forming the
実施例4に従うHEMT及びその製造方法は、図2の実施例2及び図3の実施例3を変形したものである。従って、図2及び図3を参照して実施例4を説明する。実施例4においては、図2(B)に示すものと同一なものを形成する。即ち、第2の電子供給層7と同時にアモルファス層7cを形成する。図3(B)にアモルファス層7cが鎖線で示されている。次に、図2の実施例2と同様にアモルファス層7cを除去する。この実施例4では図2(B)に示されている連続的成長阻止マスク層6aもエッチングで除去する。しかる後、図3(C)と同様に第1の電子供給層4の第3の部分4cにショットキー接触するショットキー電極から成るゲート電極12a、ソース電極10及びドレイン電極11を形成する。ゲート電極12aは2DEG層8の電子数を制御する電極として機能する。
The HEMT according to the fourth embodiment and the manufacturing method thereof are modifications of the second embodiment in FIG. 2 and the third embodiment in FIG. Therefore,
実施例4に従う完成したHEMTは図3(C)と同一であるので、図3の実施例3と同様な効果を有する。 Since the completed HEMT according to the fourth embodiment is the same as FIG. 3C, it has the same effect as the third embodiment of FIG.
図4に示す実施例5に従うHEMT及びその製造方法は、図1の実施例1を変形したものである。図4(A)(B)は図1(A)(B)と同一である。図4に示す実施例5では、図4(B)に示す第2の電子供給層7を形成した後に半導体成長阻止マスク層6を徐去し、図4(C)に示すように第1の電子供給層4の第3の部分4cの上に新しいゲート絶縁膜6´を設け、このゲート絶縁膜6´の上にゲート電極12を設ける。
The HEMT according to the fifth embodiment shown in FIG. 4 and the manufacturing method thereof are a modification of the first embodiment shown in FIG. 4A and 4B are the same as FIGS. 1A and 1B. In Example 5 shown in FIG. 4, after the second
図4に示す実施例5は、新しいゲート絶縁膜6´を設けた他は、図1の実施例1と同一であるので、実施例1と同様な効果を有する。
The fifth embodiment shown in FIG. 4 is the same as the first embodiment shown in FIG. 1 except that a new
実施例6に従うHEMT及びその製造方法は、図2の実施例2及び図4の実施例5を変形したものである。従って、図2及び図4を参照して実施例6を説明する。実施例6においては、先ず図2(B)に示すものと同一なものを形成する。即ち、第2の電子供給層7と同時にアモルファス層7cを形成する。図4(B)にアモルファス層7cが鎖線で示されている。次に、図2の実施例2と同様にアモルファス層7cを除去する。この実施例6では図2(B)に示されている連続的成長阻止マスク層6aもエッチングで除去する。しかる後、図4(C)に示すように第1の電子供給層4の第3の部分4cの上に新しいゲート絶縁膜6´を設け、このゲート絶縁膜6´の上にゲート電極12を設ける。
The HEMT according to the sixth embodiment and the manufacturing method thereof are modifications of the second embodiment in FIG. 2 and the fifth embodiment in FIG. Accordingly, the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. In Example 6, first, the same one as shown in FIG. 2B is formed. That is, the
実施例6に従う完成したHEMTは図4(C)と同一であるので、図4の実施例5と同様な効果を有する。 Since the completed HEMT according to the sixth embodiment is the same as FIG. 4C, it has the same effect as the fifth embodiment of FIG.
図5に示す実施例7に従うHEMT及びその製造方法は、図1の実施例1の半導体成長阻止マスク層6を第1の電子供給層4の第3の部分4cの上に設ける代りに、電子走行層3の第3の部分3cの上に設け、この他は図1の実施例1と実質的に同一に形成したものに相当する。即ち、図5では電子走行層3の上に半導体成長阻止マスク層6が形成されている。図5において、電子走行層3は説明の都合上半導体成長阻止マスク層6が設けられていない第1及び第2の部分3a,3bと、第1及び第2の部分3a,3b間の第3の部分3cとに分けられている。
The HEMT according to the seventh embodiment shown in FIG. 5 and the method for manufacturing the HEMT have the semiconductor growth blocking
次に、電子走行層3の第1及び第2の部分3a,3bの上における第2の半導体層としての電子供給層7を気相成長で形成する。この図5における電子供給層7は図1の第2の電子供給層7と同様なもので、同様に形成する。これにより半導体成長阻止マスク層6の上に凹部9が得られる。なお、図5電子走行層3と電子供給層7との間に鎖線で示すようにAlN、AlInGa等の周知のスペーサ層40を介在させることもできる。
次に、図5(C)に示すように電子供給層7の第1及び第2の部分7a,7bの上にソース電極10及びドレイン電極11を形成し、絶縁体から成る半導体成長阻止マスク層6の上にゲート電極12を形成する。
Next, the
Next, as shown in FIG. 5C, the
図5(C)に示すHEMTのゲート電極12に電圧が印加されていない時(ノーマリ状態)には、電子走行層3の半導体成長阻止マスク層6で覆われている第3の部分に2DEG層が生じない。これにより、電子走行層3の第1及び第2の部分3a,3bと電子供給層7との界面5に沿って生じている2DEG層8はゲート電極12の下で分断される。従って、たとえドレイン電極11の電位がソース電極10の電位よりも高くても、ソース電極10とドレイン電極11との間に電流が流れず、ソース電極10とドレイン電極11との間は電気的にオフ状態に保たれ、HEMTはノーマリオフ特性を示す。
When no voltage is applied to the
ゲート電極12とソース電極10との間に所定の閾値よりも高い電圧を印加すると、電子走行層3におけるゲート電極12に対向している部分(電子走行層3の主面近傍)にチャネル(電流通路)が生じ、ソース電極10とドレイン電極11との間がオン状態になる。従って、ドレイン電極11の電位をソース電極10の電位よりも高くし、且つゲート電極12に閾値よりも高い電圧を印加すると、電子がソース電極10、電子供給層7の第1の部分7a、2DEG層8、ゲート電極12の直下のチャネル、2DEG層8、電子供給層7の第2の部分7b及びドレイン電極11の経路で流れる。
When a voltage higher than a predetermined threshold is applied between the
図5の実施例7においても、凹部9が電子供給層7の選択成長で得られるので、図5の実施例7は図1の実施例1と同様な効果を有する。
Also in Example 7 of FIG. 5, since the
実施例8に従うHEMT及びその製造方法は、図2の実施例2及び図5の実施例7を変形したものである。従って、図2及び図5を参照して実施例8を説明する。実施例8においては、図5の半導体成長阻止マスク層6を図2の連続的成長阻止マスク層6aとして使用し、図2の場合と同様に電子供給層7と同時にアモルファス層7cを形成する。図5(B)にアモルファス層7cが鎖線で示されている。次に、図2の実施例2と同様にアモルファス層7cを除去する。しかる後、図5(C)と同様にソース電極10とドレイン電極11とゲート電極12を設ける。実施例8に従う完成したHEMTは図5(C)と同一であるので、図5の実施例7と同様な効果を有する。
The HEMT and the manufacturing method thereof according to the eighth embodiment are modified from the second embodiment in FIG. 2 and the seventh embodiment in FIG. Therefore, Example 8 will be described with reference to FIGS. In Example 8, the semiconductor growth blocking
実施例9に従うHEMT及びその製造方法は、図4の実施例5及び図5の実施例7を変形したものである。従って、図4及び図5を参照して実施例9を説明する。実施例9においては、図5(B)の工程の後に、半導体成長阻止マスク層6を除去し、図4の新しいゲート絶縁膜6´に相当するものを電子走行層3の第3部分3cの上に形成し、しかる後、ソース電極10とドレイン電極11とゲート電極12を設ける。実施例9に従う完成したHEMTは図5(C)と実質的に同一であるので、図5の実施例7と同様な効果を有する。
The HEMT and its manufacturing method according to the ninth embodiment are modified from the fifth embodiment in FIG. 4 and the seventh embodiment in FIG. Therefore,
実施例10に従うHEMT及びその製造方法は、図2の実施例2、図4の実施例5、及び図5の実施例7を変形したものである。従って、図2、図4及び図5を参照して実施例10を説明する。実施例10においては、図2の実施例2と同様に電子供給層7の形成と同時に図2(B)のアモルファス層7cと同様なアモルファス層を形成する。図5(B)には鎖線によってアモルファス層7cが示されている。次に、アモルファス層7c及び図2の連続的成長阻止マスク層6aに相当するものを除去し、図4の新しいゲート絶縁膜6´に相当するものを電子走行層3の第3部分3cの上に形成し、しかる後、ソース電極10とドレイン電極11とゲート電極12を設ける。実施例10に従う完成したHEMTは図5(C)と実質的に同一であるので、図5の実施例7と同様な効果を有する。
The HEMT according to the tenth embodiment and the manufacturing method thereof are modifications of the second embodiment in FIG. 2, the fifth embodiment in FIG. 4, and the seventh embodiment in FIG. Accordingly, the tenth embodiment will be described with reference to FIGS. In Example 10, an amorphous layer similar to the
図6に示す実施例11に従うHEMT及びその製造方法は、図1の実施例1を変形したものである。図6(A)及び(B)は図1(A)及び(B)と同一である。図6に示す実施例11では、図6(B)の工程の後に、図6(C)に示すようにソース電極10及びドレイン電極11の下に斜線を付けて示すn型不純物注入領域から成るコンタクト層21,22を設ける。しかる後、コンタクト層21,22上に図6(C)に示すようにソース電極10及びドレイン電極11を設け、半導体成長阻止マスク層6の上にゲート電極12を設ける。図6の実施例11に従うHEMTは図1(C)と実質的に同一であるので、図1の実施例1と同様な効果を有する。
The HEMT according to the eleventh embodiment shown in FIG. 6 and the manufacturing method thereof are a modification of the first embodiment shown in FIG. 6A and 6B are the same as FIGS. 1A and 1B. In Example 11 shown in FIG. 6, after the step of FIG. 6 (B), an n-type impurity implantation region indicated by hatching under the
次に、図7に示す実施例12に従うMESFET及びその製造方法を説明する。
先ず、図7(A)に示すように図1と同一の基板1の上に図1と同一のバッファ層2を形成する。次に、バッファ層2の上に補助半導体層3´を形成する。図7の補助半導体層3´は例えば図1の電子走行層3と同一材料且つ同一方法で形成する。バッファ層2及び補助半導体層3´はMESFETの動作に直接関係しないので、これ等を省くこと、又はこれ等を基板の一部と見なすこともできる。
Next, a MESFET according to Example 12 shown in FIG. 7 and a method for manufacturing the MESFET will be described.
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、補助半導体層3´上に第1の半導体材料を周知のMOCVD法等の気相成長法によってエピタキシャル成長させることによって第1の半導体層4´を形成する。第1の半導体層4´はMESFETのチャネル層として機能するものであり、例えば補助半導体層3´と同一の窒化物半導体にn型不純物を添加したものからなり、例えば5〜20nmの厚さを有する。
Next, the
次に、図7(A)に示すように、第1の半導体層4´の第1の部分4a´と第2の部分4b´との間に位置する第3の部分4c´上に実施例1と同様な方法で半導体成長阻止マスク層6を形成する。
Next, as shown in FIG. 7A, the embodiment is formed on the
次に、図7(B)に示すように、第1の半導体層4´の半導体成長阻止マスク層6で覆われていない第1及び第2の部分4a´、4b´上に第1の半導体材料と同一又は別の半導体材料を気相成長させることによって第2の半導体層7´を形成する。第2の半導体層7´はMESFETのオン抵抗を低減するために第1の半導体層4´よりも高いn型不純物濃度を有することが望ましい。第2の半導体層7´は第1の半導体層4´の第1及び第2の部分4a´、4b´上に成長した第1及び第2の部分7a´、7b´から成り、これ等の間に凹部(リセス)9を有する。
Next, as shown in FIG. 7B, the first semiconductor is formed on the first and
次に、図7(C)に示すように、半導体成長阻止マスク層6を除去する。しかる後、第1の半導体層4´の第3の部分4c´にショットキー接触するショットキー電極から成るゲート電極12a´を形成する。なお、点線で示すようにゲート電極12a´を第2の半導体層7´の上に延在するように形成することもできる。また、第2の半導体層7´の第1及び第2の部分7a´、7b´にオーミック接触するソース電極10及びドレイン電極11を形成する。
Next, as shown in FIG. 7C, the semiconductor growth blocking
このMESFETにおいては、ゲート電極12a´がショットキー接触している第1の半導体層4´の第3の部分4c´に空乏層が生じ、第1の半導体層4´を流れる電流が制御される。第1の半導体層4´のゲート電極12a´の直下の部分を空乏層で埋めるために第1の半導体層4´の第3の部分4c´の厚みを薄くすることが要求される。従来は第1の半導体層4´を選択的にエッチングすることによって第1の半導体層4´のゲート電極12a´の直下部分にリセスを形成して第1の半導体層4´を選択的に薄くしたので、リセスの深さのバラツキが第1の半導体層4´のゲート電極12a´の直下部分の厚みのバラツキとなり、MESFETの特性のバラツキが生じた。これに対し、図7に示す実施例12に従うMESFETでは、凹部9を形成するための特別なエッチング工程が不要であり、厚みの制御が容易な第2の半導体層7´の選択成長によって凹部(リセス)9が形成される。このため、凹部(リセス)9を有するMESFETの製造が容易になる。
In this MESFET, a depletion layer is generated in the
実施例13に従うMESFET及びその製造方法は、図2の実施例2及び図7の実施例12を変形したものである。従って、図2及び図7を参照して実施例13を説明する。実施例13においても、図2(B)の連続的成長阻止マスク層6aと同様な機能を有する半導体成長阻止マスク層6の上に図2の実施例2と同様な方法で図7(B)で鎖線で示さアモルファス層7cを形成する。次に、図2の実施例2と同様にアモルファス層7cを除去する。更に、図2の連続的成長阻止マスク層6aに相当する半導体成長阻止マスク層6もエッチングで除去する。しかる後、図7(C)と同様に第1の半導体層4´の第3の部分4c´にショットキー接触するショットキー電極から成るゲート電極12aを形成する。また、第2の半導体層7´の第1及び第2の部分7a´、7b´にオーミック接触するソース電極10及びドレイン電極11を形成する。
The MESFET according to the thirteenth embodiment and the manufacturing method thereof are modified from the second embodiment in FIG. 2 and the twelfth embodiment in FIG. Accordingly, the thirteenth embodiment will be described with reference to FIGS. Also in the embodiment 13, the semiconductor growth blocking
実施例13に従う完成したMESFETは図7(C)と同一構成を有するので、実施例13によって図7の実施例12と同様な効果を得ることができる。 Since the completed MESFET according to the thirteenth embodiment has the same configuration as that of FIG. 7C, the thirteenth embodiment can obtain the same effects as those of the twelfth embodiment of FIG.
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) 各実施例の電子供給層4、7をp型半導体から成る正孔供給層に置き換えることができる。この場合には、2DEG層8に対応する領域に2次元キャリアガス層として2次元正孔ガス層が生じる。
(2)実施例2〜13においても、図6のコンタクト層21,22に相当するものを設けることができる。
(3)実施例1〜11のHEMTにおいて、ソース電極10及びドレイン電極11の下の電子供給層4、7を除去して電子走行層3を露出させるか又は電子供給層4,7の厚みを極めて薄くする掘り込みを形成し、この掘り込みにソース電極10及びドレイン電極11を形成し、ソース電極10及びドレイン電極11と2DEG層8との間の接続抵抗の低減を図ることができる。また、実施例12〜13のMESFETにおいて、第2の半導体層7´に掘り込みを形成し、この掘り込みにソース電極10及びドレイン電極11を形成することができる。
(4)周知のゲートフィールドプレート、ソースフィールドプレート、ドレインフィールドプレートの内の1つ又は複数を設けることができる。
(5)電子供給層7の上に、表面電荷のコントロールのため等の目的で例えばアンドープGaN又はAlGaN等から成るキャップ層を設けることができる。
(6)図1〜図7にそれぞれ1つのソース電極10、ドレイン電極11及びゲート電極12又は12aが示されているが、1つの半導体チップ内にそれぞれ複数個設けることができる。即ち、1つの半導体チップ内に複数の微小HEMT(単位HEMT)又は微小MESFET(単位MESFET)を設け、これらを並列接続することができる。
(7)図7(C)のショットキー電極から成るゲート電極12aの代わりに第1の半導体層4´の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設けることができる。
(8)半導体成長阻止マスク層6を、第2の電子供給層7又は図7の第2の半導体層7´よりも厚く形成することもできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) The
(2) In the second to thirteenth embodiments, a layer corresponding to the contact layers 21 and 22 in FIG. 6 can be provided.
(3) In the HEMTs of Examples 1 to 11, the
(4) One or more of known gate field plates, source field plates, and drain field plates can be provided.
(5) A cap layer made of, for example, undoped GaN or AlGaN can be provided on the
(6) Although one
(7) Instead of the
(8) The semiconductor growth blocking
1 基板
2 バッファ層
3 電子走行層(第1の半導体層)
4 第1の電子供給層(第2の半導体層)
6 半導体成長阻止マスク層
7 第2の電子供給層(第3の半導体層)
10 ソース電極
11 ドレイン電極
12 ゲート電極
1
4 First electron supply layer (second semiconductor layer)
6 Semiconductor growth blocking
10
Claims (12)
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させることによって第3の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記半導体成長阻止マスク層の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer;
On the first and second portions of the second semiconductor layer that are not covered with the semiconductor growth blocking mask layer, a two-dimensional carrier gas layer is formed on the first semiconductor layer, which is the same as the second semiconductor material. Forming a third semiconductor layer by crystal growth of another semiconductor material having properties to be generated;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the semiconductor growth blocking mask Forming a gate electrode disposed on the layer, and a method for manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に、半導体材料が連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上及び前記連続的成長阻止マスク層の上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させて前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上に第3の半導体層を得ると同時に、前記連続的成長阻止マスク層の上にアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層を除去する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記連続的成長阻止マスク層の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Continuous growth having a property of preventing a semiconductor material from continuously growing on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer. Forming a blocking mask layer;
A two-dimensional carrier gas layer is formed on the first and second portions of the second semiconductor layer and on the continuous growth blocking mask layer, the same as the second semiconductor material, or a two-dimensional carrier gas layer on the first semiconductor layer. Crystal growth of another semiconductor material having the properties to be generated to obtain a third semiconductor layer on the first and second portions of the second semiconductor layer, while simultaneously preventing the continuous growth Obtaining an amorphous layer on the mask layer;
Removing the amorphous layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the continuous growth inhibition And a step of forming a gate electrode disposed on the mask layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device, comprising:
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させることによって第3の半導体層を形成する工程と、
前記半導体成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記第2の半導体層の前記第3の部分にショットキー接触しているゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer;
Another semiconductor having the same property as the second semiconductor material on the first and second portions of the second semiconductor layer or a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer Forming a third semiconductor layer by crystal growth of the material;
Removing the semiconductor growth blocking mask layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the second semiconductor Forming a gate electrode in Schottky contact with the third portion of the layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device, comprising:
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に、半導体材料が連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上及び前記連続的成長阻止マスク層の上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させて前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上に第3の半導体層を得ると同時に、前記連続的成長阻止マスク層の上にアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層及び前記前記連続的成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記第2の半導体層の前記第3の部分にショットキー接触しているゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Continuous growth having a property of preventing a semiconductor material from continuously growing on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer. Forming a blocking mask layer;
A two-dimensional carrier gas layer is formed on the first and second portions of the second semiconductor layer and on the continuous growth blocking mask layer, the same as the second semiconductor material, or a two-dimensional carrier gas layer on the first semiconductor layer. Crystal growth of another semiconductor material having the properties to be generated to obtain a third semiconductor layer on the first and second portions of the second semiconductor layer, while simultaneously preventing the continuous growth Obtaining an amorphous layer on the mask layer;
Removing the amorphous layer and the continuous growth inhibition mask layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the second semiconductor Forming a gate electrode in Schottky contact with the third portion of the layer. A method of manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device, comprising:
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させることによって第3の半導体層を形成する工程と、
前記半導体成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第2の半導体層の前記第3の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer;
On the first and second portions of the second semiconductor layer that are not covered with the semiconductor growth blocking mask layer, a two-dimensional carrier gas layer is formed on the first semiconductor layer, which is the same as the second semiconductor material. Forming a third semiconductor layer by crystal growth of another semiconductor material having properties to be generated;
Removing the semiconductor growth blocking mask layer;
Forming a gate insulating film on the third portion of the second semiconductor layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the gate insulating film And a step of forming a gate electrode disposed on the heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を前記第1の半導体層の上に結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に、半導体材料が連続的に成長することを阻止する性質を有している連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上及び前記連続的成長阻止マスク層の上に前記第2の半導体材料と同一又は前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している別の半導体材料を結晶成長させて前記第2の半導体層の前記第1及び第2の部分の上に第3の半導体層を得ると同時に、前記連続的成長阻止マスク層の上にアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層及び前記連続的成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第2の半導体層の前記第3の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第1の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層の前記第2の部分との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
A second semiconductor material having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer is crystallized on the first semiconductor layer. Forming a second semiconductor layer by growing;
Continuous growth having a property of preventing a semiconductor material from continuously growing on a third portion located between the first portion and the second portion of the second semiconductor layer. Forming a blocking mask layer;
A two-dimensional carrier gas layer is formed on the first and second portions of the second semiconductor layer and on the continuous growth blocking mask layer, the same as the second semiconductor material, or a two-dimensional carrier gas layer on the first semiconductor layer. Crystal growth of another semiconductor material having the properties to be generated to obtain a third semiconductor layer on the first and second portions of the second semiconductor layer, while simultaneously preventing the continuous growth Obtaining an amorphous layer on the mask layer;
Removing the amorphous layer and the continuous growth inhibition mask layer;
Forming a gate insulating film on the third portion of the second semiconductor layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first semiconductor layer and the first portion of the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second semiconductor layer and the second portion of the second semiconductor layer, and the gate insulating film And a step of forming a gate electrode disposed on the heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記半導体成長阻止マスク層の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
Two-dimensionally in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer on the first and second portions of the first semiconductor layer not covered with the semiconductor growth blocking mask layer Forming a second semiconductor layer by crystal growth of a second semiconductor material having the property of generating a carrier gas layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second portion of the semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the semiconductor growth blocking mask Forming a gate electrode disposed on the layer, and a method for manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1及び第2の部分上に前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を結晶成長させて第2の半導体層を得ると同時に、前記第2の半導体材料を前記連続的成長阻止マスク層の上に気相成長させてアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層を除去する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記連続的成長阻止層の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a continuous growth inhibition mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
Having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer on the first and second portions of the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer; A second semiconductor material is grown by crystal growth to obtain a second semiconductor layer, and simultaneously, the second semiconductor material is vapor-phase grown on the continuous growth blocking mask layer to obtain an amorphous layer;
Removing the amorphous layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second portion of the semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the continuous growth inhibition Forming a gate electrode disposed on the layer, and a method for manufacturing a heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記半導体成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層の前記第3の部分の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
Two-dimensionally in the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer on the first and second portions of the first semiconductor layer not covered with the semiconductor growth blocking mask layer Forming a second semiconductor layer by crystal growth of a second semiconductor material having the property of generating a carrier gas layer;
Removing the semiconductor growth blocking mask layer;
Forming a gate insulating film on the third portion of the first semiconductor layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second portion of the semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the gate insulating film And a step of forming a gate electrode disposed on the heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1及び第2の部分上に前記第1の半導体層とのヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に2次元キャリアガス層を生じさせる性質を有している第2の半導体材料を結晶成長させて第2の半導体層を得ると同時に、前記第2の半導体材料を前記連続的成長阻止マスク層の上に気相成長させてアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層及び前記連続的成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層の前記第3の部分の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分と前記第2の半導体層との間のヘテロ接合面に沿って生じている2次元キャリアガス層に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記ゲート絶縁膜の上に配置されたゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とするヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a continuous growth inhibition mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
Having a property of generating a two-dimensional carrier gas layer in the first semiconductor layer on the first and second portions of the first semiconductor layer based on a heterojunction with the first semiconductor layer; A second semiconductor material is grown by crystal growth to obtain a second semiconductor layer, and simultaneously, the second semiconductor material is vapor-phase grown on the continuous growth blocking mask layer to obtain an amorphous layer;
Removing the amorphous layer and the continuous growth inhibition mask layer;
Forming a gate insulating film on the third portion of the first semiconductor layer;
A source electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the first portion of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; A drain electrode electrically connected to a two-dimensional carrier gas layer formed along a heterojunction surface between the second portion of the semiconductor layer and the second semiconductor layer, and the gate insulating film And a step of forming a gate electrode disposed on the heterojunction field effect semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に半導体成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記半導体成長阻止マスク層で覆われていない前記第1及び第2の部分上に前記第1の半導体材料と同一又は別の半導体材料を結晶成長させることによって第2の半導体層を形成する工程と、
前記半導体成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記第1の半導体層の前記第1の部分にショットキー接触しているゲート電極を形成する工程と
を備えていることを特徴とする電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a semiconductor growth blocking mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
A second semiconductor material is grown by crystal growth of the same or different semiconductor material as the first semiconductor material on the first and second portions of the first semiconductor layer that are not covered with the semiconductor growth blocking mask layer. Forming a semiconductor layer;
Removing the semiconductor growth blocking mask layer;
A source electrode electrically connected to the first portion of the first semiconductor layer, a drain electrode electrically connected to the second portion of the first semiconductor layer, and the first semiconductor Forming a gate electrode in Schottky contact with the first portion of the layer. A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising:
前記第1の半導体層の第1の部分と第2の部分との間に位置する第3の部分上に連続的成長阻止マスク層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1及び第2の部分上及び前記連続的成長阻止マスク層上に前記第1の半導体材料と同一又は別の半導体材料を結晶成長させることによって前記第1の半導体層の前記第1及び第2の部分上に結晶から成る第2の半導体層を得ると同時に、前記連続的成長阻止マスク層の上にアモルファス層を得る工程と、
前記アモルファス層及び前記連続的成長阻止マスク層を除去する工程と、
前記第1の半導体層の前記第1の部分に電気的に接続されたソース電極、前記第1の半導体層の前記第2の部分に電気的に接続されたドレイン電極、及び前記第1の半導体層の前記第1の部分にショットキー接触しているゲート電極を形成する工程と
備えていることを特徴とする電界効果半導体装置の製造方法。 Forming a first semiconductor layer by crystal growth of a first semiconductor material on a substrate;
Forming a continuous growth inhibition mask layer on a third portion located between the first portion and the second portion of the first semiconductor layer;
Crystal growth of the same semiconductor material as or different from the first semiconductor material on the first and second portions of the first semiconductor layer and on the continuous growth blocking mask layer. Obtaining a second semiconductor layer comprising crystals on the first and second portions of the layer, and simultaneously obtaining an amorphous layer on the continuous growth blocking mask layer;
Removing the amorphous layer and the continuous growth inhibition mask layer;
A source electrode electrically connected to the first portion of the first semiconductor layer, a drain electrode electrically connected to the second portion of the first semiconductor layer, and the first semiconductor And a step of forming a gate electrode in Schottky contact with the first portion of the layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007268336A JP2009099691A (en) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Method of manufacturing field-effect semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007268336A JP2009099691A (en) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Method of manufacturing field-effect semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009099691A true JP2009099691A (en) | 2009-05-07 |
Family
ID=40702432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007268336A Pending JP2009099691A (en) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Method of manufacturing field-effect semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009099691A (en) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010010663A (en) * | 2008-05-13 | 2010-01-14 | Imec | Scalable quantum well device and method of manufacturing the same |
JP2011009493A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Toshiba Corp | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
JP2011044455A (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
JP2011071206A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Toyoda Gosei Co Ltd | Semiconductor device comprising group iii nitride semiconductor, production method therefor, and power converter |
CN102082176A (en) * | 2010-12-03 | 2011-06-01 | 中山大学 | Gallium nitride (GaN) enhancement type metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET) device and manufacturing method thereof |
JP2011124385A (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Sanken Electric Co Ltd | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
KR20120048244A (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-15 | 삼성전자주식회사 | High electron mobility transistor having e-mode and method of manufacturing the same |
JP2012169369A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2013065612A (en) * | 2011-09-15 | 2013-04-11 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device and manufacturing method of the same |
KR20140042649A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-07 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Method of manufacturing semiconductor crystal substrate, method of manufacturing semiconductor apparatus, semiconductor crystal substrate, and semiconductor apparatus |
JP2014116607A (en) * | 2010-02-26 | 2014-06-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Nitride semiconductor device |
WO2014097369A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-26 | 三菱電機株式会社 | Transistor having nitride semiconductor used therein and method for manufacturing transistor having nitride semiconductor used therein |
CN104037081A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-10 | 首尔半导体株式会社 | Heterojunction transistor and method of fabricating the same |
CN107768252A (en) * | 2017-11-03 | 2018-03-06 | 中山大学 | A kind of normally-off GaN base MOSFET structure of the high conduction property of high threshold voltage and preparation method thereof |
JP2018056225A (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | Light receiving element |
JP2020017579A (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2022159541A (en) * | 2019-04-15 | 2022-10-17 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006261642A (en) * | 2005-02-17 | 2006-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field effect transistor and method of fabricating the same |
JP2006278570A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Schottky diode, field effect transistor, and their manufacturing method |
JP2007035905A (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Toshiba Corp | Nitride semiconductor element |
JP2007165431A (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field effect transistor, and method of fabrication same |
-
2007
- 2007-10-15 JP JP2007268336A patent/JP2009099691A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006261642A (en) * | 2005-02-17 | 2006-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field effect transistor and method of fabricating the same |
JP2006278570A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Schottky diode, field effect transistor, and their manufacturing method |
JP2007035905A (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Toshiba Corp | Nitride semiconductor element |
JP2007165431A (en) * | 2005-12-12 | 2007-06-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field effect transistor, and method of fabrication same |
Cited By (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010010663A (en) * | 2008-05-13 | 2010-01-14 | Imec | Scalable quantum well device and method of manufacturing the same |
JP2011009493A (en) * | 2009-06-26 | 2011-01-13 | Toshiba Corp | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
JP2011044455A (en) * | 2009-08-19 | 2011-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
CN102034860A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-27 | 丰田合成株式会社 | Group III nitride semiconductor device, production method therefor, power converter |
US8987077B2 (en) | 2009-09-24 | 2015-03-24 | Toyota Gosei Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor device, production method therefor, and power converter |
US8633519B2 (en) | 2009-09-24 | 2014-01-21 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor device, production method therefor, power converter |
JP2011071206A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Toyoda Gosei Co Ltd | Semiconductor device comprising group iii nitride semiconductor, production method therefor, and power converter |
JP2011124385A (en) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Sanken Electric Co Ltd | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
US12094963B2 (en) | 2010-02-26 | 2024-09-17 | Infineon Technologies Austria Ag | Nitride semiconductor device |
JP2014116607A (en) * | 2010-02-26 | 2014-06-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Nitride semiconductor device |
US11004966B2 (en) | 2010-02-26 | 2021-05-11 | Infineon Technologies Austria Ag | Nitride semiconductor device |
KR20120048244A (en) * | 2010-11-05 | 2012-05-15 | 삼성전자주식회사 | High electron mobility transistor having e-mode and method of manufacturing the same |
KR102065115B1 (en) * | 2010-11-05 | 2020-01-13 | 삼성전자주식회사 | High Electron Mobility Transistor having E-mode and method of manufacturing the same |
CN102082176A (en) * | 2010-12-03 | 2011-06-01 | 中山大学 | Gallium nitride (GaN) enhancement type metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET) device and manufacturing method thereof |
JP2012169369A (en) * | 2011-02-10 | 2012-09-06 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2013065612A (en) * | 2011-09-15 | 2013-04-11 | Rohm Co Ltd | Nitride semiconductor device and manufacturing method of the same |
CN103715081A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-09 | 富士通株式会社 | Semiconductor crystal substrate, semiconductor device and manufacture method for the same |
KR101597399B1 (en) * | 2012-09-28 | 2016-02-24 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Method of manufacturing semiconductor crystal substrate, method of manufacturing semiconductor apparatus, semiconductor crystal substrate, and semiconductor apparatus |
KR20140042649A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-07 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Method of manufacturing semiconductor crystal substrate, method of manufacturing semiconductor apparatus, semiconductor crystal substrate, and semiconductor apparatus |
US9570599B2 (en) | 2012-12-17 | 2017-02-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Transistor having nitride semiconductor used therein and method for manufacturing transistor having nitride semiconductor used therein |
WO2014097369A1 (en) * | 2012-12-17 | 2014-06-26 | 三菱電機株式会社 | Transistor having nitride semiconductor used therein and method for manufacturing transistor having nitride semiconductor used therein |
CN104037081A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-10 | 首尔半导体株式会社 | Heterojunction transistor and method of fabricating the same |
JP2018056225A (en) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 旭化成株式会社 | Light receiving element |
CN107768252A (en) * | 2017-11-03 | 2018-03-06 | 中山大学 | A kind of normally-off GaN base MOSFET structure of the high conduction property of high threshold voltage and preparation method thereof |
JP2020017579A (en) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP2022159541A (en) * | 2019-04-15 | 2022-10-17 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP7421611B2 (en) | 2019-04-15 | 2024-01-24 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and its manufacturing method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12094963B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP2009099691A (en) | Method of manufacturing field-effect semiconductor device | |
JP5245305B2 (en) | Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US7777254B2 (en) | Normally-off field-effect semiconductor device | |
JP4381380B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5348364B2 (en) | Heterojunction field effect semiconductor device | |
JP5805830B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5634681B2 (en) | Semiconductor element | |
JP5397825B2 (en) | Field effect semiconductor device | |
JP5718458B2 (en) | Field effect transistor and semiconductor device | |
JP5564815B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP2006269534A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method, substrate for manufacturing semiconductor device and its manufacturing method, and substrate for semiconductor growth | |
US9590071B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device | |
JP4786730B2 (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
JPWO2005015642A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2007242853A (en) | Semiconductor substrate and semiconductor device using it | |
JP2010153493A (en) | Field-effect semiconductor device and method of fabrication | |
JP2007067240A (en) | Nitride semiconductor device | |
JP2007165431A (en) | Field effect transistor, and method of fabrication same | |
JP7013710B2 (en) | Manufacturing method of nitride semiconductor transistor | |
JP2010103425A (en) | Nitride semiconductor device | |
JP2009111204A (en) | Field effect transistor and its manufacturing method | |
JP6974049B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
JP2010153748A (en) | Method of manufacturing field effect semiconductor device | |
JP2010245240A (en) | Heterojunction field-effect semiconductor device and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100915 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130130 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130322 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130514 |