JP2010021197A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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Hideyuki Oki
英之 大来
Shinichi Hoshi
真一 星
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently reduce concentrating electric field intensity so as to have a sufficient breakdown voltage even for a high-voltage operation and also suppress current collapse. <P>SOLUTION: A semiconductor device has a ground 11, and first and second insulating films 13 and 15 formed sequentially covering a ground surface 11a of the ground. The first and second insulating films has a hole portion 29 for gate formation formed penetrating the first and second insulating films continuously to expose the ground surface. Further, the semiconductor device has a gate electrode 33 which fills the hole portion for gate formation and covers a second insulating film surface at a periphery of the hole portion for gate formation. The hole portion for gate formation includes a first hole portion 21 bored in the first insulating film and a second hole portion 23 bored in the second insulating film larger so that an opening length in a gate length direction is larger than the first hole portion. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、MES型及びMIS型半導体装置に関し、動作時における電界集中を効率よく分散させる方法に関する。   The present invention relates to MES type and MIS type semiconductor devices, and relates to a method for efficiently dispersing electric field concentration during operation.

従来から、半導体装置に用いられる金属電極を形成する方法として、いわゆるリフトオフ法が周知である(例えば、特許文献1)。   Conventionally, a so-called lift-off method is well known as a method for forming a metal electrode used in a semiconductor device (for example, Patent Document 1).

すなわち、素子が形成された下地の表面に、形成されるべき金属電極の表面形状と同形の開孔を有するレジスト層を形成する。そして、開孔を含むレジスト層の全面に、例えば真空蒸着等の技術を用いて金属を堆積する。その後、開孔以外の領域に堆積した不要な金属部分をレジスト層とともに除去、すなわちリフトオフすることによって、開孔内に残存した金属部分を金属電極として残存形成する。   That is, a resist layer having an opening having the same shape as the surface shape of the metal electrode to be formed is formed on the surface of the base on which the element is formed. Then, a metal is deposited on the entire surface of the resist layer including the openings using a technique such as vacuum evaporation. Thereafter, unnecessary metal portions deposited in regions other than the openings are removed together with the resist layer, that is, lifted off, so that the metal portions remaining in the openings remain as metal electrodes.

ところで、周知の通り、半導体装置において、下地表面に形成された素子を汚染から保護するため、または表面電荷の発生を抑制するために、下地の表面に保護膜として、SiN膜等の絶縁膜を形成することがしばしば行われる。そのため、この保護膜を有する半導体装置に金属電極を形成する際には、金属電極形成領域に存在する保護膜を除去し、下地の表面を露出させる。   By the way, as is well known, in a semiconductor device, an insulating film such as a SiN film is provided as a protective film on the surface of the base in order to protect elements formed on the base surface from contamination or suppress the generation of surface charges. It is often done. Therefore, when forming a metal electrode in a semiconductor device having this protective film, the protective film present in the metal electrode formation region is removed to expose the underlying surface.

次に、図6を参照して、上述のリフトオフ法によって下地上に金属電極が形成された、特許文献1に開示の保護膜付きの半導体装置(以下、従来技術による半導体装置とも称する)について説明する。なお、図6は、従来技術による半導体装置を、ゲート長方向に沿って切り取った断面の切り口を示してある。   Next, referring to FIG. 6, a semiconductor device with a protective film disclosed in Patent Document 1 (hereinafter also referred to as a semiconductor device according to the prior art) in which a metal electrode is formed on a base by the lift-off method described above will be described. To do. FIG. 6 shows a cut end of a cross section obtained by cutting a conventional semiconductor device along the gate length direction.

従来技術による半導体装置は、下地101と、この下地101の下地面101aを被覆して形成された保護膜103とを具えている。保護膜103には、下地面101aを露出させるゲート形成用孔部105が貫通して形成されている。そして、このゲート形成用孔部105を埋め込むとともに、このゲート形成用孔部105周辺の保護膜103の表面103aに乗り上げ、被覆してゲート電極107が形成されている。   A semiconductor device according to the prior art includes a base 101 and a protective film 103 formed so as to cover the lower ground 101a of the base 101. A gate forming hole 105 that exposes the base surface 101 a is formed through the protective film 103. Then, the gate forming hole 105 is embedded, and the gate electrode 107 is formed by covering and covering the surface 103a of the protective film 103 around the gate forming hole 105.

従来技術による半導体装置では、ゲート形成用孔部105の底面105aにおいて、ゲート電極107と下地面101aとがショットキ接合している、いわゆるMES(Metal Semiconductor)型半導体装置である。この半導体装置の動作時、すなわちゲート電極107に電圧を印加した際に、これらゲート電極107と下地面101aとの接触面の、ゲート長方向における端部109a及び109bのうち、ドレイン電極(図示せず)を形成した側の端部に電界が集中する。すなわち、図6の構成例において、紙面の左側にドレイン電極を形成した場合には、端部109aに、また紙面の右側にドレイン電極を形成した場合には、端部109bに電界が集中する。   The semiconductor device according to the prior art is a so-called MES (Metal Semiconductor) type semiconductor device in which the gate electrode 107 and the base surface 101a are Schottky-bonded at the bottom surface 105a of the gate forming hole 105. During the operation of the semiconductor device, that is, when a voltage is applied to the gate electrode 107, the drain electrode (not shown) of the end portions 109a and 109b in the gate length direction of the contact surface between the gate electrode 107 and the base surface 101a. The electric field concentrates on the end portion on the side where the contact is formed. That is, in the configuration example of FIG. 6, when the drain electrode is formed on the left side of the paper surface, the electric field is concentrated on the end portion 109a, and when the drain electrode is formed on the right side of the paper surface, the electric field is concentrated on the end portion 109b.

また、従来技術による半導体装置では、ゲート電極107を、ゲート形成用孔部105周辺の保護膜103の表面103aを被覆するように形成することによって、上述した電圧の印加時において、ゲート電極107の、ゲート形成用孔部105周辺の保護膜103の表面103aを被覆している部分の、ゲート長方向におけるドレイン電極を形成した側の端部111a及び111bにも電界が集中する。すなわち、図6の構成例において、紙面の左側にドレイン電極を形成した場合には、端部111aに、また紙面の右側にドレイン電極を形成した場合には、端部111bに電界が集中する。   Further, in the semiconductor device according to the prior art, the gate electrode 107 is formed so as to cover the surface 103a of the protective film 103 around the gate forming hole 105, so that the gate electrode 107 can be formed when the voltage is applied. The electric field also concentrates on the end portions 111a and 111b on the side where the drain electrode is formed in the gate length direction of the portion covering the surface 103a of the protective film 103 around the gate forming hole 105. That is, in the configuration example of FIG. 6, when the drain electrode is formed on the left side of the paper, the electric field is concentrated on the end 111a, and when the drain electrode is formed on the right of the paper, the electric field is concentrated on the end 111b.

このように、従来技術による半導体装置では、電圧印加時に電界が集中する箇所を端部109aまたは109bのみでなく、端部111aまたは111bにも割り振っている。そのため、電界の集中が各端部109aまたは109bと、111aまたは111bとに分散されるため、これら各端部109a、109b、111a、及び111bにおける電界強度が低減される。その結果、この従来技術による半導体装置では、電界集中に対する破壊耐圧が良好な構造を得ることができる。
特開2007−67032号公報
As described above, in the semiconductor device according to the prior art, the portion where the electric field concentrates when a voltage is applied is assigned not only to the end portion 109a or 109b but also to the end portion 111a or 111b. Therefore, the concentration of the electric field is distributed to each end 109a or 109b and 111a or 111b, so that the electric field strength at each end 109a, 109b, 111a, and 111b is reduced. As a result, in the semiconductor device according to this conventional technique, a structure having a good breakdown voltage against electric field concentration can be obtained.
JP 2007-67032 A

しかしながら、高電圧動作の高出力電子デバイスとして上述の従来技術による半導体装置を用いる場合に、この従来技術による半導体装置の構造では、各端部に集中する電界強度の分散が十分とはいい難く、破壊耐圧が不十分である恐れがある。   However, when using the above-described conventional semiconductor device as a high-power electronic device operating at high voltage, it is difficult to say that the dispersion of the electric field strength concentrated on each end is sufficient in the structure of the semiconductor device according to this conventional technology. There is a risk that the breakdown voltage is insufficient.

また、従来技術の半導体装置では、高電圧動作させる場合に、上述の電界の集中に起因していわゆる電流コラプスという現象、すなわち下地表面または下地中に電子がトラッピングされて形成される空乏層の影響によって、ドレイン電流が減少してしまう現象が発生する可能性が高い。   In addition, in a conventional semiconductor device, when operating at a high voltage, the phenomenon of so-called current collapse due to the above-described concentration of the electric field, that is, the influence of a depletion layer formed by trapping electrons on the underlying surface or the underlying surface. Therefore, there is a high possibility that the drain current will decrease.

また、いわゆるMIS(Metal Insulator Semiconductor)型半導体装置、すなわち下地上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成された構造の半導体装置は、ゲート電極形成後に保護膜を形成する。従って、MIS型半導体装置では、保護膜は、ゲート電極を被覆して形成されている。そのため、上述した従来構造のMES型半導体装置とは異なり、ゲート電極が保護膜に形成したゲート形成用孔部を埋め込み、かつこのゲート形成用孔部周辺の保護膜の表面に乗り上げる形状とならない。従って、MIS型半導体装置では、ゲート電極と下地との接触面の、ゲート長方向における端部にのみ電界が集中するため、MES型半導体装置に比して、より破壊耐圧に乏しく、かつ電流コラプスが発生しやすい。   Further, in a so-called MIS (Metal Insulator Semiconductor) type semiconductor device, that is, a semiconductor device having a structure in which a gate electrode is formed on a base via a gate insulating film, a protective film is formed after the gate electrode is formed. Therefore, in the MIS type semiconductor device, the protective film is formed so as to cover the gate electrode. Therefore, unlike the MES type semiconductor device having the above-described conventional structure, the gate electrode does not have a shape that fills the gate forming hole formed in the protective film and rides on the surface of the protective film around the gate forming hole. Therefore, in the MIS type semiconductor device, the electric field concentrates only at the end portion of the contact surface between the gate electrode and the base in the gate length direction, so that the breakdown voltage is less than that of the MES type semiconductor device, and the current collapse is reduced. Is likely to occur.

この発明の目的は、高電圧動作させる場合においても十分な破壊耐圧を有し、かつ電流コラプスを抑制するために、集中する電界強度をより効率良く低減させることができるMES型及びMIS型の半導体装置の構造及びその製造方法を提案することにある。   An object of the present invention is to provide a MES type semiconductor and a MIS type semiconductor that have a sufficient breakdown voltage even when operated at a high voltage and can reduce the concentration of concentrated electric field more efficiently in order to suppress current collapse. It is to propose a structure of a device and a manufacturing method thereof.

上述の目的の達成を図るため、この発明の第1の要旨によれば、MES型半導体装置は、以下の特徴を有する。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the MES type semiconductor device has the following features.

すなわち、第1の要旨によるMES型半導体装置は、下地と、この下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜とを具える。そして、第1及び第2絶縁膜には、これら第1及び第2絶縁膜を連続的に貫通して、下地面を露出させるゲート形成用孔部が形成されている。更に、MES型半導体装置は、このゲート形成用孔部を埋め込むとともに、ゲート形成用孔部周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を具える。そして、ゲート形成用孔部は、第1絶縁膜に穿たれた第1孔部、及び第2絶縁膜に穿たれた、ゲート長方向の開口長が第1孔部よりも大きい第2孔部を含む。   In other words, the MES type semiconductor device according to the first aspect includes a base and first and second insulating films sequentially formed so as to cover the ground under the base. The first and second insulating films are formed with gate forming holes that continuously penetrate the first and second insulating films and expose the base surface. Further, the MES type semiconductor device includes a gate electrode that fills the hole for forming the gate and covers the surface of the second insulating film around the hole for forming the gate. The gate forming hole includes a first hole formed in the first insulating film and a second hole formed in the second insulating film and having a larger opening length in the gate length direction than the first hole. including.

また、この発明の第1の要旨によるMES型半導体装置の製造方法は、以下の第1工程から第4工程までの各工程を含む。   A manufacturing method of a MES type semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes the following steps from the first step to the fourth step.

すなわち、まず第1工程では、下地面に第1及び第2絶縁膜を順次形成する。   That is, first, in the first step, first and second insulating films are sequentially formed on the base surface.

次に、第2工程では、第2絶縁膜に、ゲート長方向に沿って下地の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状の開孔パターンを、第1絶縁膜が露出するように形成する。   Next, in the second step, the first insulating film is exposed so that the second insulating film has an opening pattern having a rectangular or tapered planar shape cut in the thickness direction of the base along the gate length direction. To form.

次に、第3工程では、開孔パターンから露出した第1絶縁膜の領域に、下地面を露出させる第1孔部を形成するとともに、開孔パターンを拡張して、この開孔パターンから、ゲート長方向の開口長が第1孔部よりも大きい第2孔部を形成する。   Next, in the third step, in the region of the first insulating film exposed from the hole pattern, the first hole part that exposes the base surface is formed and the hole pattern is expanded. A second hole having a larger opening length in the gate length direction than the first hole is formed.

次に、第4工程では、第1及び第2孔部からなるゲート形成用孔部を埋め込むとともに、第2孔部周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を形成する。   Next, in the fourth step, a gate electrode that covers the surface of the second insulating film around the second hole is formed while the gate forming hole including the first and second holes is embedded.

また、この発明の第2の要旨によれば、MIS型半導体装置は、以下の特徴を有する。   According to the second aspect of the present invention, the MIS type semiconductor device has the following characteristics.

すなわち、第2の要旨によるMIS型半導体装置は、下地と、この下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜とを具える。そして、第2絶縁膜を貫通して第1絶縁膜の表面を露出させるゲート形成用孔部が形成されている。更に、MIS型半導体装置は、このゲート形成用孔部を埋め込むとともに、ゲート形成用孔部周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を具える。   That is, the MIS type semiconductor device according to the second aspect includes a base, and first and second insulating films sequentially formed so as to cover the ground under the base. A gate forming hole is formed through the second insulating film to expose the surface of the first insulating film. Further, the MIS type semiconductor device includes a gate electrode that fills the hole for forming the gate and covers the surface of the second insulating film around the hole for forming the gate.

また、この発明の第2の要旨によるMIS型半導体装置の製造方法は、以下の第1工程から第3工程までの各工程を含む。   A method for manufacturing an MIS type semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes the following steps from the first step to the third step.

すなわち、第1工程では、下地面に第1及び第2絶縁膜を順次形成する。   That is, in the first step, the first and second insulating films are sequentially formed on the base surface.

次に、第2工程では、第2絶縁膜に、ゲート長方向に沿って下地の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状の開孔パターンを、第1絶縁膜が露出するように形成する。   Next, in the second step, the first insulating film is exposed so that the second insulating film has an opening pattern having a rectangular or tapered planar shape cut in the thickness direction of the base along the gate length direction. To form.

次に、第3工程では、開孔パターンを埋め込むとともに、開孔パターン周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を形成する。   Next, in the third step, a gate electrode that fills the opening pattern and covers the surface of the second insulating film around the opening pattern is formed.

第1の要旨によるMES型半導体装置、及び製造方法によって製造されたMES型半導体装置では、第1及び第2絶縁膜に、それぞれ異なる工程において連続的な開孔部を形成することによって、ゲート長方向の開口長が異なる、第1及び第2孔部からなるゲート形成用孔部を開孔形成することができる。そして、第1孔部を開孔する際に、ゲート長方向の開口長(以下、単に開口長とも称する)が第1孔部よりも大きくなるように第2孔部を拡張することによって、第2孔部の内側壁面に角部が形成される。その結果、第1の要旨による半導体装置では、動作時において、上述した各端部、すなわちゲート電極と下地面との接触面のゲート長方向における端部、及びゲート形成用孔部周辺の保護膜(すなわち絶縁膜)の表面を被覆している部分の、ゲート長方向における端部に加えて、第2孔部の内側壁面に形成された角部にも電界が集中する。従って、第1の要旨による半導体装置は、従来技術による半導体装置と比して電界が集中する箇所が多いため、各集中する電界が分散される。その結果、これら各箇所における電界強度はより低減される。従って、第1の要旨による半導体装置は、従来技術による半導体装置と比して、電界強度がより効率的に分散される。そのため、第1の要旨による半導体装置は、高電圧動作させる場合においても良好な破壊耐圧を発揮し、かつ電流コラプスの発生が抑制され、さらにゲートリーク電流が低減された構造であるといえる。   In the MES type semiconductor device according to the first aspect and the MES type semiconductor device manufactured by the manufacturing method, the gate length is increased by forming continuous opening portions in the first and second insulating films in different processes. It is possible to form a gate forming hole including the first and second holes having different opening lengths in the direction. Then, when opening the first hole, the second hole is expanded so that the opening length in the gate length direction (hereinafter also simply referred to as the opening length) is larger than the first hole. A corner is formed on the inner wall surface of the two holes. As a result, in the semiconductor device according to the first aspect, during operation, each of the above-described end portions, that is, the end portion in the gate length direction of the contact surface between the gate electrode and the base surface, and the protective film around the gate forming hole portion In addition to the end portion in the gate length direction of the portion covering the surface of the insulating film (that is, the insulating film), the electric field concentrates on the corner portion formed on the inner wall surface of the second hole portion. Therefore, since the semiconductor device according to the first aspect has more places where the electric field concentrates than the semiconductor device according to the prior art, each concentrated electric field is dispersed. As a result, the electric field strength at each of these locations is further reduced. Therefore, in the semiconductor device according to the first aspect, the electric field strength is more efficiently distributed as compared with the semiconductor device according to the prior art. Therefore, it can be said that the semiconductor device according to the first aspect has a structure that exhibits a good breakdown voltage even when operated at a high voltage, suppresses the occurrence of current collapse, and further reduces the gate leakage current.

また、第1の要旨による半導体装置では、第1孔部の底面においてゲート電極が下地と接触する。従って、第1の要旨による半導体装置では、第1孔部底面のゲート長方向における長さがゲート長となる。そして、第1の要旨による半導体装置及び製造方法では、開孔パターンを利用して第1絶縁膜に第1孔部を形成する際に、開孔パターン付きの第2絶縁膜がマスクとして機能する。また、開孔パターンは、ゲート長方向に沿って下地の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状で開孔形成される。従って、第1の要旨による半導体装置及び製造方法では、開孔パターンの開口長を適宜設定することによって、底面のゲート長方向における長さが所望の値から拡張することなく、第1孔部を形成することができる。そのため、第1の要旨による半導体装置及び製造方法では、所望のゲート長の値が正確に設定された半導体装置を製造することができる。   In the semiconductor device according to the first aspect, the gate electrode is in contact with the base at the bottom surface of the first hole. Therefore, in the semiconductor device according to the first aspect, the length of the bottom surface of the first hole in the gate length direction is the gate length. In the semiconductor device and the manufacturing method according to the first aspect, when the first hole is formed in the first insulating film using the hole pattern, the second insulating film with the hole pattern functions as a mask. . Further, the opening pattern is formed so that the planar shape cut in the thickness direction of the base along the gate length direction is rectangular or tapered. Therefore, in the semiconductor device and the manufacturing method according to the first aspect, by appropriately setting the opening length of the opening pattern, the length of the bottom surface in the gate length direction is not expanded from a desired value, and the first hole portion is formed. Can be formed. Therefore, in the semiconductor device and the manufacturing method according to the first aspect, a semiconductor device in which a desired gate length value is accurately set can be manufactured.

また、第2の要旨によるMIS型半導体装置、及び製造方法によって製造されたMIS型半導体装置では、上述した第1の要旨の第2工程において形成した開孔パターンをゲート形成用孔部として用い、かつ第1絶縁膜をゲート絶縁膜として機能させる。これによって、第2の要旨による半導体装置では、MIS型半導体装置を構成しつつ、ゲート形成用孔部、すなわち開孔パターンを埋め込むとともに、開孔パターン周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を形成している。その結果、第2の要旨による半導体装置では、動作時において、ゲート電極と第1絶縁膜との接触面の、ゲート長方向における端部に加えて、ゲート電極の、ゲート形成用孔部、すなわち開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の表面を被覆している部分の、ゲート長方向における端部にも電界が集中する。   Further, in the MIS type semiconductor device according to the second aspect and the MIS type semiconductor device manufactured by the manufacturing method, the opening pattern formed in the second step of the first aspect is used as the gate forming hole portion. The first insulating film functions as a gate insulating film. Thus, in the semiconductor device according to the second aspect, the gate electrode that forms the MIS type semiconductor device, embeds the gate forming hole, that is, the hole pattern, and covers the surface of the second insulating film around the hole pattern. Is forming. As a result, in the semiconductor device according to the second aspect, in operation, in addition to the end in the gate length direction of the contact surface between the gate electrode and the first insulating film, The electric field also concentrates at the end in the gate length direction of the portion covering the surface of the second insulating film 15 around the opening pattern 17.

従って、第2の要旨によって製造された半導体装置は、ゲート電極と下地との接触面における端部にのみ電界が集中する、従来構造のMIS型半導体装置とは異なり、電界強度がより効率的に分散される。そのため、第2の要旨によって製造された半導体装置は、従来構造のMIS型半導体装置と比して、高電圧動作させる場合においても良好な破壊耐圧を発揮し、かつ電流コラプスの発生が抑制され、さらにゲートリーク電流が低減された構造であるといえる。   Therefore, the semiconductor device manufactured according to the second aspect is more efficient in electric field strength than the MIS type semiconductor device having a conventional structure in which the electric field is concentrated only at the end portion of the contact surface between the gate electrode and the base. Distributed. Therefore, the semiconductor device manufactured according to the second gist exhibits a good breakdown voltage even when operated at a high voltage as compared with the MIS type semiconductor device having a conventional structure, and the occurrence of current collapse is suppressed. Further, it can be said that the gate leakage current is reduced.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る半導体装置、及び半導体装置の製造方法について説明する。なお、各図は、この発明が理解できる程度に、各構成要素の形状、大きさ、及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。従って、この発明の構成は、何ら図示の構成例にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component to the extent that the present invention can be understood. Therefore, the configuration of the present invention is not limited to the illustrated configuration example.

〈第1の実施の形態〉
第1の実施の形態では、MES型半導体装置、すなわちゲート電極と下地面とがショットキ接合された半導体装置であって、第1及び第2絶縁膜を連続的に貫通して形成されたゲート形成用孔部を埋め込むとともに、ゲート形成用孔部周辺の第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極を具えた半導体装置、及びその製造方法について説明する。この製造方法は、第1工程から第4工程までを含んでいる。以下、第1工程から順に各工程につき説明する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, a MES type semiconductor device, that is, a semiconductor device in which a gate electrode and a base surface are Schottky bonded, and a gate formed by continuously penetrating the first and second insulating films is formed. A semiconductor device including a gate electrode that fills the hole portion and covers the surface of the second insulating film around the gate forming hole portion and a manufacturing method thereof will be described. This manufacturing method includes the first to fourth steps. Hereinafter, each step will be described in order from the first step.

図1(A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図である。また、図2(A)〜(C)は、図1(C)に続く工程図である。また、図3(A)及び(B)は、図2(C)に続く工程図である。これらの各図は、それぞれ、各製造段階で得られた構造体を、各図に矢印で示したゲート長方向に沿って切り取った断面の切り口を示してある。   1A to 1C are process diagrams for explaining a first embodiment of the present invention. 2A to 2C are process diagrams following FIG. 1C. 3A and 3B are process diagrams following FIG. 2C. Each of these drawings shows a cut surface of a cross section obtained by cutting the structure obtained in each manufacturing stage along the gate length direction indicated by an arrow in each drawing.

まず、第1工程では、下地11の下地面11aに第1及び第2絶縁膜13及び15を順次形成して図1(A)に示すような構造体を得る。   First, in the first step, first and second insulating films 13 and 15 are sequentially formed on the lower ground 11a of the base 11 to obtain a structure as shown in FIG.

下地11は、従来周知の半導体基板であり、例えば、ヘテロ接続面を有する下地、すなわち例えばAlGaN層及びGaN層を堆積した下地や、AlGaAs層及びGaAs層を堆積した下地等の化合物半導体基板、その他の半導体基板の中から設計に応じて好適なものを用いればよい。そして、下地11の下地面11aにはトランジスタ等の素子が形成されている(図示せず)。なお、この第1の実施の形態では、下地11として、AlGaN/GaNのヘテロ接合面を有する下地(以下、AlGaN/GaN下地とも称する)を用いた場合を例に挙げて、図示すると共に説明する。   The substrate 11 is a conventionally known semiconductor substrate, for example, a compound semiconductor substrate such as a substrate having a hetero-connection surface, that is, a substrate on which an AlGaN layer and a GaN layer are deposited, a substrate on which an AlGaAs layer and a GaAs layer are deposited, and the like. Any suitable semiconductor substrate may be used according to the design. An element such as a transistor is formed on the lower ground 11a of the base 11 (not shown). In the first embodiment, an example in which a base having an AlGaN / GaN heterojunction surface (hereinafter also referred to as an AlGaN / GaN base) is used as the base 11 will be illustrated and described. .

図1(A)に示す構成例では、下地11は、まず、例えばSi、SiC、またはサファイア等で構成された基板12、及びこの基板12の上側に周知のMOCVD法によって形成された例えばAlNまたはGaN等のバッファ層14を具えている。更に、このバッファ層14の上側に電子走行層として、UID(Un−Intentionally−Doped:不純物無添加)−Gan層16(以下、単にGan層16とも称する)、及び電子供給層として、UID−AlGan層18(以下、単にAlGan層18とも称する)が周知のMOCVD法、またはMBE法によって順次形成されている。このような積層構造を形成すると、Gan層16とAlGan層18とのエネルギーバンドギャップの違いから、Gan層16内のAlGan層18との境界付近に2次元電子ガス層20(以下、2DEG層20とも称する)が形成される。   In the configuration example shown in FIG. 1A, first, the base 11 is formed of a substrate 12 made of, for example, Si, SiC, or sapphire, and an AlN or the like formed by a well-known MOCVD method on the substrate 12. A buffer layer 14 such as GaN is provided. Further, on the upper side of the buffer layer 14, as an electron transit layer, a UID (Un-Intentionally-Doped: impurity-free) -Gan layer 16 (hereinafter also simply referred to as “Gan layer 16”) and an electron supply layer as a UID-AlGan The layer 18 (hereinafter, also simply referred to as “AlGan layer 18”) is sequentially formed by a well-known MOCVD method or MBE method. When such a laminated structure is formed, a two-dimensional electron gas layer 20 (hereinafter referred to as a 2DEG layer 20) is formed near the boundary between the Gan layer 16 and the AlGan layer 18 due to the difference in energy band gap between the Gan layer 16 and the AlGan layer 18. (Also called).

下地11としてAlGaN/GaN下地を用いる場合には、例えば塩酸を用いて下地面11aに付着した酸化膜を除去する。   When an AlGaN / GaN substrate is used as the substrate 11, the oxide film attached to the substrate surface 11a is removed using, for example, hydrochloric acid.

その後、素子を汚染から保護するため、または表面電荷の発生を抑制するための保護膜として、下地面11aに第1及び第2絶縁膜13及び15を形成する。そのために、第1の実施の形態では、例えばSiN膜、SiO膜、SiON膜を材料として第1及び第2絶縁膜13及び15を形成する。 Thereafter, first and second insulating films 13 and 15 are formed on the base surface 11a as protective films for protecting the element from contamination or suppressing the generation of surface charges. Therefore, in the first embodiment, the first and second insulating films 13 and 15 are formed using, for example, a SiN film, a SiO 2 film, and a SiON film as materials.

ところで、この第1の実施の形態では、これら第1及び第2絶縁膜13及び15を保護膜として機能させる目的のみでなく、製造された半導体装置の駆動時において電界強度を分散させるために、電界が集中する角部を形成する目的、及び後の工程において形成するゲート電極を正確に所望のゲート長とする目的で形成する。そのために、第1の実施の形態では、続く第2工程及び第3工程において、これら第1及び第2絶縁膜13及び15に対してそれぞれ個別にエッチングを行うことによって、ゲート電極を形成するためのゲート形成用孔部を開孔形成する。そこで、第1及び第2絶縁膜13及び15をそれぞれ選択的にエッチングするために、この第1工程では、第2絶縁膜15のエッチングレートの値が第1絶縁膜13のエッチングレートの値以上となるように第1及び第2絶縁膜13及び15を形成する。   By the way, in the first embodiment, not only for the purpose of functioning the first and second insulating films 13 and 15 as a protective film, but also for dispersing the electric field strength when driving the manufactured semiconductor device, It is formed for the purpose of forming a corner where the electric field is concentrated and for the purpose of accurately setting a gate electrode to be formed in a later process to a desired gate length. Therefore, in the first embodiment, in the subsequent second step and third step, the first and second insulating films 13 and 15 are individually etched to form a gate electrode. The gate forming hole is formed. Therefore, in order to selectively etch the first and second insulating films 13 and 15, respectively, in this first step, the etching rate value of the second insulating film 15 is equal to or higher than the etching rate value of the first insulating film 13. First and second insulating films 13 and 15 are formed so that

より具体的には、第1絶縁膜13を、例えばICP−RIE法(誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング法でエッチングすることを想定した場合には、5〜20nm/minのエッチングレートとなるように形成することが好ましい。そのために、周知のT−CVD法(化学気相堆積法)を用いて、例えば800℃の温度条件下において、1%SiHガスを0.1〜1l/min、NHガスを1〜5l/min、及びNキャリアガスを10〜20l/minの流量で、かつ10〜50nm/minの成長レートでSiN膜を堆積して、第1絶縁膜13を形成する。 More specifically, when the first insulating film 13 is assumed to be etched by, for example, the ICP-RIE method (inductively coupled plasma-reactive ion etching method), the etching rate is 5 to 20 nm / min. For this purpose, a well-known T-CVD method (chemical vapor deposition method) is used, for example, at a temperature of 800 ° C., 1% SiH 4 gas is added at 0.1 to 1 l / min, A first insulating film 13 is formed by depositing a SiN film at a growth rate of 10 to 50 nm / min with NH 3 gas at a flow rate of 1 to 5 l / min and N 2 carrier gas at a rate of 10 to 20 l / min. .

また、第2絶縁膜15を、例えばICP−RIE法でエッチングすることを想定した場合には、30〜60nm/minのエッチングレートとなるように形成する。そのために、周知のP−CVD法(プラズマ化学気相堆積法)を用いて、例えば250〜400℃の温度条件下において、13.56MHzのRFパワーを10〜100Wとして、20%SiHガスを10〜50sccm、NHガスを2〜20sccm、及びNキャリアガスを1000〜2000sccmの流量でSiN膜を堆積して、第2絶縁膜15を形成する。 Further, when it is assumed that the second insulating film 15 is etched by, for example, the ICP-RIE method, the second insulating film 15 is formed to have an etching rate of 30 to 60 nm / min. Therefore, using a well-known P-CVD method (plasma chemical vapor deposition method), for example, under a temperature condition of 250 to 400 ° C., the RF power of 13.56 MHz is set to 10 to 100 W, and 20% SiH 4 gas is used. A second insulating film 15 is formed by depositing a SiN film at a flow rate of 10 to 50 sccm, NH 3 gas of 2 to 20 sccm, and N 2 carrier gas of 1000 to 2000 sccm.

また、第1及び第2絶縁膜13及び15を保護膜として機能させるために、これら第1及び第2絶縁膜13及び15の膜厚の合計を、好ましくは50〜300nm程度でかつ500nm以下とするのが良い。   In order to make the first and second insulating films 13 and 15 function as protective films, the total thickness of the first and second insulating films 13 and 15 is preferably about 50 to 300 nm and 500 nm or less. Good to do.

また、第1及び第2絶縁膜13及び15の各膜の膜厚は、上述した、後の工程において形成するゲート電極を正確に所望のゲート長とする目的を達成するために、これら各膜を好適な値に設定する。なお、この各膜厚の好適例については後述する。   Further, the film thicknesses of the first and second insulating films 13 and 15 are set in order to achieve the above-described purpose of accurately setting a gate electrode to be formed in a later step to a desired gate length. Is set to a suitable value. A suitable example of each film thickness will be described later.

次に、第2工程では、第2絶縁膜15に、開孔パターンを、第1絶縁膜13が露出するように形成する(図1(B))。   Next, in the second step, an opening pattern is formed in the second insulating film 15 so that the first insulating film 13 is exposed (FIG. 1B).

この第2工程では、開孔パターンを開孔形成するために、まず、例えば周知の塗布技術、及びフォトリソグラフィ技術や電子ビーム露光法等を用いて第2絶縁膜15の上側表面15aにレジスト層19を形成する。このレジスト層19には、第2絶縁膜15の上側表面15aを露出させる第1レジスト孔部19aが形成されている。そして、この第1レジスト孔部19a付きのレジスト層19をマスクとして、例えば周知のECR(電子サイクロトロン共鳴)−RIE法、ICP−RIE法等の、異方性のドライエッチング技術を用いて、開孔パターン17を形成する。その後、有機溶剤を用いてレジスト層19を除去し、図1(C)に示すような構造体を得る。なお、第2絶縁膜15のエッチングレートを、上述したようにICP−RIE法でエッチングすることを想定して設定した場合には、当然のことながらICP−RIE法を用いて開孔パターン17を形成する。   In this second step, in order to form an opening pattern, first, for example, a resist layer is formed on the upper surface 15a of the second insulating film 15 by using a known coating technique, photolithography technique, electron beam exposure method, or the like. 19 is formed. A first resist hole 19 a that exposes the upper surface 15 a of the second insulating film 15 is formed in the resist layer 19. Then, using the resist layer 19 with the first resist hole 19a as a mask, the resist layer 19 is opened by using an anisotropic dry etching technique such as a well-known ECR (electron cyclotron resonance) -RIE method or ICP-RIE method. A hole pattern 17 is formed. Thereafter, the resist layer 19 is removed using an organic solvent to obtain a structure as shown in FIG. When the etching rate of the second insulating film 15 is set on the assumption that etching is performed by the ICP-RIE method as described above, the opening pattern 17 is naturally formed by using the ICP-RIE method. Form.

ところで、この第1の実施の形態では、上述した電界が集中する角部を形成する目的、及び後の工程において形成するゲート電極を正確に所望のゲート長とする目的を達成するために、開孔パターン17を、この第2絶縁膜15の底面15bに対する内側側面17aの傾斜角17bが垂直、または垂直に近似な角度となるように形成する。すなわち、開孔パターン17の、ゲート長方向に沿って下地11の厚み方向に切り取った平面形状を矩形状とする。または、この平面形状を、開孔パターン17の開口部17dから第2絶縁膜15の厚み方向に深さが深くなるにしたがって中空部17cが徐々に収縮する、いわゆるテーパ形状とする。より具体的には、上述した目的に鑑みて、好ましくは傾斜角17bを60〜90°、より好ましくは80〜90°とするのが良い。   By the way, in the first embodiment, in order to achieve the purpose of forming the corner portion where the electric field concentrates and the purpose of accurately setting the gate electrode to be formed in a subsequent process to a desired gate length, the first embodiment is not provided. The hole pattern 17 is formed so that the inclination angle 17b of the inner side surface 17a with respect to the bottom surface 15b of the second insulating film 15 is vertical or approximately perpendicular. That is, the planar shape of the opening pattern 17 cut in the thickness direction of the base 11 along the gate length direction is a rectangular shape. Alternatively, the planar shape is a so-called tapered shape in which the hollow portion 17c gradually contracts from the opening portion 17d of the hole pattern 17 in the thickness direction of the second insulating film 15. More specifically, in view of the above-described object, the inclination angle 17b is preferably 60 to 90 °, more preferably 80 to 90 °.

また、傾斜角17bが垂直、または垂直に近似な角度となるように開孔パターン17を形成するために、レジスト層19の底面19bに対する内側側面19cの傾斜角19dが垂直、または垂直に近似な角度、より好ましくは傾斜角19dが90±20°である第1レジスト孔部19aが形成された当該レジスト層19を用いる必要がある。そこで、このような形状、すなわち傾斜角19dが垂直、または垂直に近似な角度となるように第1レジスト孔部19aを形成することが可能なレジスト層19として、例えばポジ型のレジスト層を用いるのが好ましい。   Further, in order to form the opening pattern 17 so that the inclination angle 17b is vertical or approximate to the vertical, the inclination angle 19d of the inner side surface 19c with respect to the bottom surface 19b of the resist layer 19 is vertical or approximate to the vertical. It is necessary to use the resist layer 19 in which the first resist hole 19a having an angle, more preferably an inclination angle 19d of 90 ± 20 °, is formed. Therefore, for example, a positive resist layer is used as the resist layer 19 in which the first resist hole portion 19a can be formed so that the shape, that is, the inclination angle 19d is vertical or approximately perpendicular. Is preferred.

次に、第3工程では、開孔パターン17から露出した第1絶縁膜13の領域に、下地面11aを露出させる第1孔部21を形成するとともに、開孔パターン17を拡張して、この開孔パターン17から、ゲート長方向の開口長が第1孔部21よりも大きい第2孔部23を形成する。   Next, in the third step, the first hole portion 21 that exposes the base surface 11a is formed in the region of the first insulating film 13 exposed from the hole pattern 17, and the hole pattern 17 is expanded. A second hole portion 23 having an opening length in the gate length direction larger than that of the first hole portion 21 is formed from the opening pattern 17.

この第3工程では、第1及び第2孔部21及び23を形成するために、まず、例えば周知の塗布技術及びフォトリソグラフィ技術を用いて第2絶縁膜15の上側表面15aにレジスト層25を形成する(図2(A)参照)。続く第4工程においてリフトオフ法を用いるため、この工程ではレジスト層25をネガ型のレジスト層で形成する。そして、開孔パターン17から露出した第1絶縁膜13の領域13aを除去するため、及び開孔パターン17を拡張するために、レジスト層25には、開孔パターン17、及び開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを露出させる第2レジスト孔部25aが形成されている。   In the third step, in order to form the first and second holes 21 and 23, first, the resist layer 25 is first formed on the upper surface 15a of the second insulating film 15 by using, for example, a well-known coating technique and photolithography technique. It is formed (see FIG. 2A). Since the lift-off method is used in the subsequent fourth step, the resist layer 25 is formed of a negative resist layer in this step. In order to remove the region 13 a of the first insulating film 13 exposed from the hole pattern 17 and to expand the hole pattern 17, the resist layer 25 includes the hole pattern 17 and the periphery of the hole pattern 17. A second resist hole 25a that exposes the upper surface 15a of the second insulating film 15 is formed.

第2レジスト孔部25aは、開口部25bと、これに連通する中空部25cとで構成されている。開口部25bは、レジスト層25の上側表面25dに設けられており、第2レジスト孔部25aの内部空間、すなわち中空部25cと外部空間とを接続している。そして、開口部25bのゲート長方向における開口長W1は、開孔パターン17のゲート長方向における開口長W2よりも、ゲート長方向に沿って両側に大きく設計されている。   The second resist hole 25a includes an opening 25b and a hollow portion 25c communicating with the opening 25b. The opening 25b is provided on the upper surface 25d of the resist layer 25, and connects the internal space of the second resist hole 25a, that is, the hollow portion 25c and the external space. The opening length W1 of the opening 25b in the gate length direction is designed to be larger on both sides along the gate length direction than the opening length W2 of the opening pattern 17 in the gate length direction.

また、レジスト層25がネガ型のレジスト層であるため、周知の露光技術を用いて第2レジスト孔部25aを形成することによって、第2レジスト孔部25aは、開口部25bからレジスト層25の厚み方向に深さが深くなるにしたがって中空部25cが徐々に拡張する、いわゆる逆テーパ形状となる。   Since the resist layer 25 is a negative resist layer, the second resist hole 25a is formed from the opening 25b to the resist layer 25 by forming the second resist hole 25a using a known exposure technique. As the depth increases in the thickness direction, the hollow portion 25c gradually expands so-called a reverse taper shape.

そして、この第2レジスト孔部25a付きのレジスト層25をマスクとして、例えば周知のICP−RIE法を用いて異方性エッチングを行う。その結果、第2レジスト孔部25aから露出した領域、すなわち露出面26に対する、開口部25bの正射影で与えられる領域、すなわち被エッチング領域27が異方性エッチングされる。このとき、既に説明したように開口長W1が開口長W2よりも大きく設計されているため、開孔パターン17から露出した第1絶縁膜13の領域13aのみでなく、開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15も部分的に除去される。その結果、第1絶縁膜13から領域13aが除去され、下地面11aを露出する第1孔部21が形成される。また、同時に、開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15が一部除去されることによって、開孔パターン17の開口長がゲート長方向に拡張した第2孔部23となる。これによって、第1絶縁膜13に穿たれた第1孔部21、及び第2絶縁膜15に穿たれた第2孔部23からなり、第1及び第2絶縁膜13及び15を連続的に貫通して下地面11aを露出させるゲート形成用孔部29を形成して、図2(B)に示すような構造体を得る。   Then, anisotropic etching is performed using, for example, a well-known ICP-RIE method using the resist layer 25 with the second resist hole 25a as a mask. As a result, the region exposed from the second resist hole 25a, that is, the region given by the orthogonal projection of the opening 25b with respect to the exposed surface 26, that is, the etched region 27 is anisotropically etched. At this time, since the opening length W1 is designed to be larger than the opening length W2 as described above, not only the region 13a of the first insulating film 13 exposed from the opening pattern 17 but also the first portion around the opening pattern 17 is formed. The 2 insulating film 15 is also partially removed. As a result, the region 13a is removed from the first insulating film 13, and the first hole portion 21 that exposes the base surface 11a is formed. At the same time, the second insulating film 15 around the opening pattern 17 is partially removed, so that the opening length of the opening pattern 17 becomes the second hole portion 23 extending in the gate length direction. Thus, the first and second insulating films 13 and 15 are continuously formed by the first hole 21 formed in the first insulating film 13 and the second hole 23 formed in the second insulating film 15. A gate forming hole 29 that penetrates and exposes the base surface 11a is formed to obtain a structure as shown in FIG.

ここで、この第3工程における異方性エッチングの際には、エッチングガスに含まれるラジカルイオンによって、レジスト層25の第2レジスト孔部25aがわずかに等方性エッチングされる。従って、異方性エッチングが進行するとともに、開口部25bの開口長W1は徐々に拡張する。その結果、第2孔部23は、開口部23aの開口長が底部23bよりも、ゲート長方向にわずかに長くなる。そのため、第2孔部23の内側壁面23cには、角部31a及び31bが形成される。   Here, in the anisotropic etching in the third step, the second resist hole 25a of the resist layer 25 is slightly isotropically etched by radical ions contained in the etching gas. Therefore, as the anisotropic etching proceeds, the opening length W1 of the opening 25b gradually increases. As a result, in the second hole portion 23, the opening length of the opening portion 23a is slightly longer in the gate length direction than the bottom portion 23b. Therefore, corner portions 31 a and 31 b are formed on the inner wall surface 23 c of the second hole portion 23.

また、この第3工程では、第1孔部21を開孔形成する際に、開孔パターン17付きの第2絶縁膜15がマスクとして機能する。   In the third step, when the first hole 21 is formed, the second insulating film 15 with the opening pattern 17 functions as a mask.

ところで、続く第4工程において、ゲート形成用孔部29を埋め込んでゲート電極が形成される。そのため、ゲート電極は、第1孔部21の底面21aにおいて下地11と接触する。従って、第1孔部21の底面21aのゲート長方向における長さW3(以下、単に長さW3とも称する)がゲート長となる。この第1の実施の形態では、上述したように、開孔パターン17付きの第2絶縁膜15をマスクとして利用することによって、長さW3を拡張することなく第1孔部21を形成することができる。そのために、上述した第1工程において、第1及び第2絶縁膜13及び15の各エッチングレート、及び各膜厚を調節しておく必要がある。以下、第3工程におけるエッチングを良好に行うための、第1及び第2絶縁膜13及び15の各エッチングレート、及び各膜厚の好適例について説明する。   By the way, in the subsequent fourth step, the gate electrode 29 is formed by filling the gate forming hole 29. Therefore, the gate electrode is in contact with the base 11 at the bottom surface 21 a of the first hole portion 21. Therefore, the length W3 of the bottom surface 21a of the first hole 21 in the gate length direction (hereinafter also simply referred to as the length W3) is the gate length. In the first embodiment, as described above, the first hole 21 is formed without extending the length W3 by using the second insulating film 15 with the opening pattern 17 as a mask. Can do. Therefore, it is necessary to adjust each etching rate and each film thickness of the 1st and 2nd insulating films 13 and 15 in the 1st process mentioned above. Hereinafter, preferred examples of the etching rates and film thicknesses of the first and second insulating films 13 and 15 for performing the etching in the third step satisfactorily will be described.

この第3工程では、上述した被エッチング領域27内で、開孔パターン17から露出した第1絶縁膜13の領域13a、及び開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15が異方性エッチングされる(図2(A)参照)。このとき、第1絶縁膜13の領域13aを、下地面11aが露出するまでエッチングする必要がある。しかし、このときマスクとして機能する第2絶縁膜15と、この第2絶縁膜15の下側に存在する第1絶縁膜13が完全にエッチングされてしまうと、底面21aの長さW3が拡張してしまう。従って、第3工程におけるエッチングよって、第1絶縁膜13の領域13aを完全に除去するとともに、マスクとなる第2絶縁膜15及びこの第2絶縁膜15の下側に存在する第1絶縁膜13を完全に除去しないように、当該エッチングを行う必要がある。   In this third step, the region 13 a of the first insulating film 13 exposed from the hole pattern 17 and the second insulating film 15 around the hole pattern 17 are anisotropically etched in the region to be etched 27 described above. (See FIG. 2A). At this time, it is necessary to etch the region 13a of the first insulating film 13 until the base surface 11a is exposed. However, if the second insulating film 15 functioning as a mask at this time and the first insulating film 13 existing under the second insulating film 15 are completely etched, the length W3 of the bottom surface 21a is expanded. End up. Accordingly, the region 13a of the first insulating film 13 is completely removed by etching in the third step, and the second insulating film 15 serving as a mask and the first insulating film 13 existing below the second insulating film 15 are removed. It is necessary to perform the etching so as not to be completely removed.

ここで、第1絶縁膜13の膜厚をx(nm)、またエッチングレートをy(nm/min)とすると、第1絶縁膜13を完全に除去するために要する時間t(min)は、以下の式(1)で表される。
t=x/y ・・・(1)
ただし、x、y、及びtは正の実数とする。
Here, when the thickness of the first insulating film 13 is x (nm) and the etching rate is y (nm / min), the time t (min) required to completely remove the first insulating film 13 is It is represented by the following formula (1).
t = x / y (1)
However, x, y, and t are positive real numbers.

また、第2絶縁膜15の膜厚をa(nm)、エッチングレートをb(nm/min)、また第2絶縁膜15を完全に除去するために要する時間t’(min)とすると、被エッチング領域27内において、第2絶縁膜15及びこの第2絶縁膜15の下側に存在する第1絶縁膜13を完全に除去するために要する時間t’’(min)は、以下の式(2)で表される。
t’’=t+t’=a/b+x/y ・・・(2)
ただし、a、b、t’、及びt’’は正の実数とする。
Further, if the film thickness of the second insulating film 15 is a (nm), the etching rate is b (nm / min), and the time t ′ (min) required to completely remove the second insulating film 15 is given, The time t ″ (min) required to completely remove the second insulating film 15 and the first insulating film 13 existing below the second insulating film 15 in the etching region 27 is expressed by the following equation ( 2).
t ″ = t + t ′ = a / b + x / y (2)
However, a, b, t ′, and t ″ are positive real numbers.

従って、第1絶縁膜13の領域13aを完全に除去するとともに、マスクとなる第2絶縁膜15及びこの第2絶縁膜15の下側に存在する第1絶縁膜13を完全に除去しないように、エッチングを行うためには、この第3工程におけるエッチングの時間T(min)が、以下の式(3)を満たす必要がある。   Therefore, the region 13a of the first insulating film 13 is completely removed, and the second insulating film 15 serving as a mask and the first insulating film 13 existing below the second insulating film 15 are not completely removed. In order to perform etching, the etching time T (min) in the third step needs to satisfy the following formula (3).

x/y<T<a/b+x/y ・・・(3)
この式(3)を満たすために、例えば、a=80(nm)、b=40(nm/min)、x=20(nm)、y=10(mn/min)とすると、式(3)によって与えられるTの範囲は、2<T<4(min)となり、余裕のあるエッチング時間を確保できる、すなわち良好な制御性の下にエッチングを行うことができる。
x / y <T <a / b + x / y (3)
In order to satisfy this equation (3), for example, if a = 80 (nm), b = 40 (nm / min), x = 20 (nm), y = 10 (mn / min), equation (3) The range of T given by ## EQU2 ## is 2 <T <4 (min), so that a sufficient etching time can be secured, that is, etching can be performed with good controllability.

以上から、この第3工程におけるエッチングを良好な制御性の下に行うという観点から鑑みて、第1の実施の形態では、第1及び第2絶縁膜13のエッチングレートの各エッチングレート、及び各膜厚を設定するのが好ましい。   From the above, from the viewpoint of performing the etching in the third step with good controllability, in the first embodiment, the etching rates of the etching rates of the first and second insulating films 13 and It is preferable to set the film thickness.

なお、第1及び第2絶縁膜13及び15のエッチングレートを、上述したようにICP−RIE法でエッチングすることを想定して設定した場合には、当然のことながらICP−RIE法を用いて第1及び第2孔部を形成する。   When the etching rates of the first and second insulating films 13 and 15 are set on the assumption that etching is performed by the ICP-RIE method as described above, the ICP-RIE method is naturally used. First and second holes are formed.

また、この異方性エッチングの際に、上述したラジカルイオンによって、開口部25bの正射影領域に存在する被エッチング領域27の、外側の第2絶縁膜15が、わずかに等方性エッチングされる。そのため、露出面26のうち、異方性エッチングによって被エッチング領域27が深く除去されて形成される第2孔部23と比して、被エッチング領域27を除く領域に存在する第2絶縁膜15が浅く除去される。そして、この浅く除去された領域が第3孔部28となる。その結果、第3孔部28は、ゲート形成用孔部29と連続的に第2絶縁膜15を貫通する。また、第3孔部28は、第2孔部23周辺の第2絶縁膜表面15aから、第2孔部23よりも浅く、かつ開口長がゲート長方向の両側に第2孔部23よりも大きく除去されることによって形成されている。そして、第3孔部28の内側壁面28aには、角部32a及び32bが形成される(図2(B)参照)。   In this anisotropic etching, the second insulating film 15 outside the etched region 27 existing in the orthogonal projection region of the opening 25b is slightly isotropically etched by the radical ions described above. . Therefore, the second insulating film 15 existing in the region excluding the etched region 27 in the exposed surface 26 as compared with the second hole portion 23 formed by deeply removing the etched region 27 by anisotropic etching. Is removed shallowly. The shallowly removed region becomes the third hole 28. As a result, the third hole 28 penetrates the second insulating film 15 continuously with the gate forming hole 29. Further, the third hole portion 28 is shallower than the second hole portion 23 from the second insulating film surface 15a around the second hole portion 23 and has an opening length on both sides in the gate length direction than the second hole portion 23. It is formed by being largely removed. Then, corner portions 32a and 32b are formed on the inner wall surface 28a of the third hole portion 28 (see FIG. 2B).

次に、第4工程では、ゲート電極を形成する。   Next, in the fourth step, a gate electrode is formed.

この第4工程では、周知のリフトオフ法を用いてゲート電極を形成する。そのために、まず、上述の第3工程で得た構造体(図2(B)参照)の全面、すなわちレジスト層25の上側表面25d、及び第2レジスト孔部25aの内側に形成されたゲート形成用孔部29及び第3孔部28に、例えば周知の回転蒸着法、または静止蒸着法を用いてゲート電極33の材料となる金属膜35を堆積する(図2(C)参照)。   In this fourth step, a gate electrode is formed using a known lift-off method. For this purpose, first, a gate formed on the entire surface of the structure (see FIG. 2B) obtained in the third step, that is, on the upper surface 25d of the resist layer 25 and on the inner side of the second resist hole 25a. A metal film 35 serving as a material of the gate electrode 33 is deposited on the hole 29 and the third hole 28 by using, for example, a known rotary evaporation method or a static evaporation method (see FIG. 2C).

続いて、例えばアセトン等の有機溶剤を用いて、レジスト層25を除去する。このとき、レジスト層25の上側表面25dに形成された金属膜もレジスト層25とともに除去され、ゲート形成用孔部29及び第3孔部28に形成された金属膜の部分が残存する。この残存した金属膜の部分がゲート電極33となり図3(A)に示すような構造体を得る。   Subsequently, the resist layer 25 is removed using an organic solvent such as acetone. At this time, the metal film formed on the upper surface 25d of the resist layer 25 is also removed together with the resist layer 25, and the portions of the metal film formed in the gate forming hole 29 and the third hole 28 remain. The remaining metal film portion becomes the gate electrode 33 to obtain a structure as shown in FIG.

ゲート電極33は、ゲート形成用孔部29を埋め込むとともに、第2孔部23周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aに乗り上げるように第3孔部28の一部分も被覆して形成されている。   The gate electrode 33 is formed so as to embed the gate forming hole 29 and also cover a part of the third hole 28 so as to run over the upper surface 15 a of the second insulating film 15 around the second hole 23. .

また、ゲート電極33は、ゲート形成用孔部29の底面、すなわち第1孔部21の底面21aにおいて下地面11aと接触している。そして、この接触により、これらゲート電極33と下地11とがショットキ接合することによって、いわゆるMES型半導体装置を構成する。   The gate electrode 33 is in contact with the base surface 11 a at the bottom surface of the gate forming hole 29, that is, the bottom surface 21 a of the first hole portion 21. By this contact, the gate electrode 33 and the base 11 are Schottky-bonded to form a so-called MES type semiconductor device.

なお、ゲート電極33と下地11とがショットキ接合を達成するために、用いる下地11に応じた金属膜を材料としてゲート電極33を形成する。例えば上層にGaN層を堆積した下地を用いた場合には、例えばNi、Au、Pt等の金属膜によってゲート電極33を形成する。   In order to achieve Schottky junction between the gate electrode 33 and the base 11, the gate electrode 33 is formed using a metal film corresponding to the base 11 used as a material. For example, in the case of using a base layer on which a GaN layer is deposited as an upper layer, the gate electrode 33 is formed of a metal film such as Ni, Au, or Pt.

以上説明した第1の実施の形態による製造方法によって製造されたMES型半導体装置では、第1及び第2絶縁膜13及び15に、それぞれ異なる工程において連続的な孔部を形成することによって、ゲート長方向における開口長が異なる、第1及び第2孔部21及び23からなるゲート形成用孔部29を形成することができる。そして、第1孔部21を開孔する際に、同時に、ゲート長方向に沿って両側に開口長が第1孔部21よりも大きくなるように第2孔部23を拡張することによって、第2孔部23の内側壁面23cに角部31a及び31bが形成される。ここで、第1の実施の形態による製造方法によって製造されたMES型半導体装置では、上述した第4工程の後に、下地11の上側に、ゲート電極33を挟んで互いに離間し、かつ対向した配置で、ソース電極及びドレイン電極を形成する(図示せず)。その結果、第1の実施の形態による半導体装置では、動作時において、ゲート電極33と下地面11aとの接触面の、ゲート長方向におけるドレイン電極側の端部37aまたは37b、及びゲート電極33の、ゲート形成用孔部29周辺の第2絶縁膜15の表面15aを被覆している部分の、ゲート長方向におけるドレイン電極側の端部39aまたは39bに加えて、第2孔部23の内側壁面23cに形成された角部31a及び31bのうち、ドレイン電極側の端部37aまたは37b、端部39aまたは39b、角部31aまたは31bにも電界が集中する。すなわち、上述した第1の実施の形態における第4工程の後に、図3(A)の構成例において、ゲート電極33を中心として、紙面の左側にドレイン電極を形成した場合には、端部37a、端部39a、及び角部31aに、また紙面の右側にドレイン電極を形成した場合には、端部37b、端部39b、及び角部31bに電界が集中する。従って、第1の実施の形態によって製造された半導体装置は、従来技術による半導体装置と比して電界が集中する箇所が多いため、各集中する電界が分散される。これによって、これら各箇所における電界強度はより低減される。従って、第1の実施の形態によって製造された半導体装置は、従来技術による半導体装置と比して、電界強度がより効率的に分散される。そのため、第1の実施の形態によって製造された半導体装置は、高電圧動作させる場合においても良好な破壊耐圧を発揮し、かつ電流コラプスの発生が抑制された構造であるといえる。   In the MES type semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment described above, a gate is formed by forming continuous holes in the first and second insulating films 13 and 15 in different processes. A gate forming hole 29 composed of the first and second holes 21 and 23 having different opening lengths in the longitudinal direction can be formed. When the first hole 21 is opened, the second hole 23 is expanded so that the opening length is larger on both sides along the gate length direction than the first hole 21. Corner portions 31 a and 31 b are formed on the inner wall surface 23 c of the two-hole portion 23. Here, in the MES type semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment, after the fourth step described above, the gate electrode 33 is placed on the upper side of the base 11 so as to be separated from each other and face each other. Then, a source electrode and a drain electrode are formed (not shown). As a result, in the semiconductor device according to the first embodiment, during operation, the end surface 37a or 37b on the drain electrode side in the gate length direction of the contact surface between the gate electrode 33 and the base surface 11a and the gate electrode 33 In addition to the end 39a or 39b on the drain electrode side in the gate length direction of the portion covering the surface 15a of the second insulating film 15 around the gate forming hole 29, the inner wall surface of the second hole 23 Of the corners 31a and 31b formed in 23c, the electric field is also concentrated on the end 37a or 37b, the end 39a or 39b, and the corner 31a or 31b on the drain electrode side. That is, when the drain electrode is formed on the left side of the paper with the gate electrode 33 as the center in the configuration example of FIG. 3A after the fourth step in the first embodiment described above, the end 37a When the drain electrode is formed on the end 39a and the corner 31a and on the right side of the page, the electric field is concentrated on the end 37b, the end 39b, and the corner 31b. Therefore, since the semiconductor device manufactured according to the first embodiment has more portions where the electric field concentrates than the semiconductor device according to the prior art, each concentrated electric field is dispersed. As a result, the electric field strength at each of these locations is further reduced. Therefore, the electric field strength of the semiconductor device manufactured according to the first embodiment is more efficiently distributed as compared with the semiconductor device according to the prior art. Therefore, it can be said that the semiconductor device manufactured according to the first embodiment exhibits a good breakdown voltage even when operated at a high voltage and has a structure in which the occurrence of current collapse is suppressed.

さらに、第1の実施の形態によって製造された半導体装置では、第3孔部28の内側壁面28aに角部32a及び32bが形成されている。そのため、例えば電流コラプスの抑制等を目的として、この第1の実施の形態に係る半導体装置にフィールドプレート34を形成した場合(図3(B)参照)、半導体装置の動作時においてこれら角部32aまたは32bにも電界を集中させることができる。   Furthermore, in the semiconductor device manufactured according to the first embodiment, corners 32 a and 32 b are formed on the inner wall surface 28 a of the third hole 28. Therefore, for example, when the field plate 34 is formed in the semiconductor device according to the first embodiment for the purpose of suppressing current collapse (see FIG. 3B), the corner portions 32a are operated during the operation of the semiconductor device. Alternatively, the electric field can be concentrated on 32b.

この第1の実施の形態に係る半導体装置にフィールドプレート34を形成する場合には、上述した第4工程の後に、フィールドプレート34を、ゲート電極33の上側表面33a、ゲート電極33の、ゲート長方向におけるドレイン電極側の側面33b、及びドレイン電極側の、ゲート電極33周辺の第2絶縁膜15の表面15aに亘って、一体的に被覆するように形成する。なお、図3(B)では、ゲート電極33を中心として紙面の右側に、図示しないドレイン電極を形成した場合の構成例について示している。   In the case where the field plate 34 is formed in the semiconductor device according to the first embodiment, after the above-described fourth step, the field plate 34 is formed by using the upper surface 33a of the gate electrode 33 and the gate length of the gate electrode 33. It is formed so as to cover the side surface 33b on the drain electrode side in the direction and the surface 15a of the second insulating film 15 around the gate electrode 33 on the drain electrode side. Note that FIG. 3B shows a configuration example in the case where a drain electrode (not shown) is formed on the right side of the drawing with the gate electrode 33 as the center.

そして、フィールドプレート34を、ドレイン電極側の角部32bを被覆して形成することによって、半導体装置の動作時において、角部32bに電界が集中する。また、第1の実施の形態におけるMES型半導体装置において、ゲート電極33を中心として紙面の左側にドレイン電極を形成した場合には、フィールドプレート34を、ゲート電極33の上側表面33a及び紙面の左側側面33cから、角部32aに亘って被覆形成する。その場合には、半導体装置の動作時において、角部32aに電界が集中する。   Then, by forming the field plate 34 so as to cover the corner 32b on the drain electrode side, an electric field concentrates on the corner 32b during the operation of the semiconductor device. In the MES type semiconductor device according to the first embodiment, when the drain electrode is formed on the left side of the paper surface with the gate electrode 33 as the center, the field plate 34 is connected to the upper surface 33a of the gate electrode 33 and the left side of the paper surface. The covering is formed from the side surface 33c to the corner portion 32a. In that case, the electric field concentrates on the corner 32a during the operation of the semiconductor device.

なお、この第1の実施の形態に係る半導体装置にフィールドプレート34を形成する場合には、ゲート電極33とフィールドプレート34とが一体的に連結するため、フィールドプレート34が形成された側(図3(B)の構成例では、側面33bの側)のドレイン電極側の端部39bには、電界が集中しない。そして、端部39bの代わりに、フィールドプレート34の、第2絶縁膜15の表面15aを被覆している部分の、ゲート長方向における端部36に電界が集中する。   In the case where the field plate 34 is formed in the semiconductor device according to the first embodiment, the gate electrode 33 and the field plate 34 are integrally connected, so that the side on which the field plate 34 is formed (see FIG. In the configuration example of 3 (B), the electric field does not concentrate on the drain electrode side end 39b on the side surface 33b side. Then, the electric field concentrates on the end portion 36 in the gate length direction of the portion of the field plate 34 covering the surface 15a of the second insulating film 15 instead of the end portion 39b.

従って、この第1の実施の形態によって製造された半導体装置では、例えばフィールドプレート34を形成した場合に、各端部37a、及び37bのうちのドレイン側に存在する端部、フィールドプレート34の、第2絶縁膜15の表面15aを被覆している部分の、ゲート長方向における端部、及び各角部31a、31b、32a、及び32bのうちのドレイン側に存在する各角部に、効率良く電界の集中を分散することができる。   Therefore, in the semiconductor device manufactured according to the first embodiment, when the field plate 34 is formed, for example, the end of each end 37a and 37b existing on the drain side, the field plate 34, The end portion in the gate length direction of the portion covering the surface 15a of the second insulating film 15 and each corner portion existing on the drain side among the corner portions 31a, 31b, 32a, and 32b are efficiently provided. Electric field concentration can be dispersed.

ここで、図4は、発明者らが第1の実施の形態によって製作した半導体装置の一試作例を示す図であり、半導体装置を下地面に対向して撮影したSEM写真の写しである。そして、曲線Iは、矢印で示したゲート長方向に沿ってこのSEM写真の明度を示している。なお、このSEM写真を撮影するのに用いた半導体装置は、上述した第4工程において、静止蒸着法を用いてゲート電極33を形成している。その際、SEM写真において角部31a及び31bを明瞭に視認するために、ゲート電極33を第1の実施の形態において説明したよりも、縮小して形成した。そのため、このSEM写真を撮影するのに用いた半導体装置では、ゲート電極33の、ゲート形成用孔部29周辺の第2絶縁膜15の表面15aを被覆している部分の、ゲート長方向における端部39a及び39bが、角部31a及び31bの内側に存在している。   Here, FIG. 4 is a diagram showing a prototype of the semiconductor device manufactured by the inventors according to the first embodiment, and is a copy of an SEM photograph taken with the semiconductor device facing the base surface. Curve I indicates the brightness of this SEM photograph along the gate length direction indicated by the arrow. In the semiconductor device used for taking the SEM photograph, the gate electrode 33 is formed using the static vapor deposition method in the fourth step described above. At that time, in order to clearly see the corners 31a and 31b in the SEM photograph, the gate electrode 33 was formed to be smaller than that described in the first embodiment. Therefore, in the semiconductor device used for taking this SEM photograph, the end of the gate electrode 33 covering the surface 15a of the second insulating film 15 around the gate forming hole 29 in the gate length direction. The portions 39a and 39b exist inside the corner portions 31a and 31b.

この曲線Iのピーク41a及び41bは角部31a及び31bを、ピーク43a及び43bは角部32a及び32bを、ピーク45a及び45bは端部39a及び39bを、それぞれ示している(図3(A)参照)。従って、第1の実施の形態によって、電界が集中する箇所、すなわち端部39a及び39b、及び角部31a、31b、32a、及び32bを具えた半導体装置を得られることが、図4から確認された。   In this curve I, peaks 41a and 41b indicate corners 31a and 31b, peaks 43a and 43b indicate corners 32a and 32b, and peaks 45a and 45b indicate end portions 39a and 39b, respectively (FIG. 3A). reference). Therefore, it can be confirmed from FIG. 4 that the semiconductor device having the locations where the electric field concentrates, that is, the end portions 39a and 39b and the corner portions 31a, 31b, 32a, and 32b can be obtained by the first embodiment. It was.

また、第1の実施の形態では、第1孔部21の底面21aにおいてゲート電極33が下地11と接触する。従って、第1の実施の形態では、第1孔部21の底面21aのゲート長方向における長さW3がゲート長となる。そして、第1の実施の形態では、開孔パターン17を利用して第1絶縁膜13に第1孔部21を形成する際に、開孔パターン17付きの第2絶縁膜15がマスクとして機能する(図2(B)参照)。また、開孔パターン17は、ゲート長方向に沿って下地11の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状で開孔形成される(図1(C)参照)。従って、この第1の実施の形態では、開孔パターン17の開口長W2を適宜設定することによって、第1孔部21の底面21aのゲート長方向における長さW3が所望の値から拡張することなく、第1孔部21を形成することができる。そのため、第1の実施の形態では、所望のゲート長の値が正確に設定された半導体装置を製造することができる。   In the first embodiment, the gate electrode 33 is in contact with the base 11 on the bottom surface 21 a of the first hole 21. Therefore, in the first embodiment, the length W3 of the bottom surface 21a of the first hole 21 in the gate length direction is the gate length. In the first embodiment, when the first hole 21 is formed in the first insulating film 13 using the opening pattern 17, the second insulating film 15 with the opening pattern 17 functions as a mask. (See FIG. 2B). Further, the opening pattern 17 is formed so that the planar shape cut in the thickness direction of the base 11 along the gate length direction is rectangular or tapered (see FIG. 1C). Therefore, in the first embodiment, by appropriately setting the opening length W2 of the opening pattern 17, the length W3 in the gate length direction of the bottom surface 21a of the first hole portion 21 is expanded from a desired value. 1st hole 21 can be formed. Therefore, in the first embodiment, a semiconductor device in which a desired gate length value is accurately set can be manufactured.

〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同様に、保護膜としての絶縁膜に形成されたゲート形成用孔部を埋め込むとともに、このゲート形成用孔部周辺の絶縁膜表面を被覆するゲート電極を具えた半導体装置、及びその製造方法について説明する。この製造方法は、第1工程から第3工程までを含んでいる。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, as in the first embodiment described above, the gate forming hole formed in the insulating film as the protective film is embedded, and the insulating film surface around the gate forming hole is embedded. A semiconductor device having a gate electrode covering the substrate and a method for manufacturing the same will be described. This manufacturing method includes the first to third steps.

この第2の実施の形態による半導体装置の製造方法が、上述した第1の実施の形態による半導体装置の製造方法と相違するのは、第2工程の後に、第1絶縁膜に第1孔部を形成せずにゲート電極を形成する点である。そして、第2の実施の形態では、第1絶縁膜をゲート絶縁膜として機能させ、いわゆるMIS型半導体装置を構成する。その他の構成要素及び作用効果は、第1の実施の形態と同様であるので、共通する構成要素については、同一の図面を参照するとともに同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。   The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is different from the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment described above in that the first hole is formed in the first insulating film after the second step. The gate electrode is formed without forming the gate. In the second embodiment, the first insulating film functions as a gate insulating film to constitute a so-called MIS type semiconductor device. Since other components and operational effects are the same as those of the first embodiment, the common components will be referred to by the same reference numerals and the same reference numerals will be given, and duplicate descriptions thereof will be omitted. .

図5(A)及び(B)は、この発明の第2の実施の形態を説明する工程図である。これらの各図は、それぞれ、各製造段階で得られた構造体を、各図に矢印で示したゲート長方向に沿って切り取った断面の切り口を示してある。   FIGS. 5A and 5B are process diagrams for explaining the second embodiment of the present invention. Each of these drawings shows a cut surface of a cross section obtained by cutting the structure obtained in each manufacturing stage along the gate length direction indicated by an arrow in each drawing.

第2の実施の形態では、まず、上述の第1の実施の形態と同様の第1工程及び第2工程を行う(図1(A)〜(C)参照)。   In the second embodiment, first, the first step and the second step similar to those in the first embodiment described above are performed (see FIGS. 1A to 1C).

次に、上述した第1の実施の形態の第3工程と同様に、第2レジスト孔部25aが形成されたネガ型のレジスト層25を堆積する(図2(A)参照)。   Next, as in the third step of the first embodiment described above, a negative resist layer 25 in which the second resist hole 25a is formed is deposited (see FIG. 2A).

次に、この第2の実施の形態における第3工程では、開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆するとともに、この開孔パターン17を埋め込むゲート電極を形成する。   Next, in the third step in the second embodiment, the upper surface 15a of the second insulating film 15 around the hole pattern 17 is covered, and a gate electrode that embeds the hole pattern 17 is formed.

この第3工程では、上述した第1の実施の形態の第4工程と同様に、周知のリフトオフ法を用いてゲート電極を形成する。そのために、まず、第2工程で得た構造体にレジスト層25を堆積した構造体(図2(A)参照)の全面、すなわちレジスト層25の上側表面25d、及び第2レジスト孔部25aの内側に形成された開孔パターン17に、例えば周知の回転蒸着法、または静止蒸着法を用いてゲート電極の材料となる例えばNi、Au、Pt等の前駆ゲート電極層51を堆積する(図5(A)参照)。   In this third step, a gate electrode is formed using a known lift-off method, as in the fourth step of the first embodiment described above. For this purpose, first, the entire surface of the structure obtained by depositing the resist layer 25 on the structure obtained in the second step (see FIG. 2A), that is, the upper surface 25d of the resist layer 25 and the second resist hole 25a. A precursor gate electrode layer 51 made of, for example, Ni, Au, Pt or the like, which is a material of the gate electrode, is deposited on the opening pattern 17 formed on the inner side by using, for example, a known rotary evaporation method or a static evaporation method (FIG. 5). (See (A)).

続いて、例えばアセトン等の有機溶剤を用いて、レジスト層25を除去する。このとき、レジスト層25の上側表面25dに形成された前駆ゲート電極層もレジスト層25とともに除去され、開孔パターン17に形成された前駆ゲート電極層の部分が残存する。この残存した前駆ゲート電極層の部分がゲート電極53となり図5(B)に示すような構造体を得る。   Subsequently, the resist layer 25 is removed using an organic solvent such as acetone. At this time, the precursor gate electrode layer formed on the upper surface 25d of the resist layer 25 is also removed together with the resist layer 25, and the portion of the precursor gate electrode layer formed in the opening pattern 17 remains. The remaining portion of the precursor gate electrode layer becomes the gate electrode 53 to obtain a structure as shown in FIG.

この第2の実施の形態では、開孔パターン17を上述した第1の実施の形態におけるゲート形成用孔部として用いている。そして、ゲート電極53は、開孔パターン17を埋め込むとともに、開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aに乗り上げるように被覆して形成されている。   In the second embodiment, the opening pattern 17 is used as the gate forming hole in the first embodiment described above. The gate electrode 53 is formed so as to embed the opening pattern 17 and to cover the upper surface 15a of the second insulating film 15 around the opening pattern 17.

また、ゲート電極53は、ゲート形成用孔部、すなわち開孔パターン17内において、下地11上に第1絶縁膜13を介して形成されている。そして、この第1絶縁膜13がゲート絶縁膜として機能することによって、いわゆるMIS型半導体装置を構成する。   The gate electrode 53 is formed on the base 11 via the first insulating film 13 in the gate forming hole, that is, the opening pattern 17. The first insulating film 13 functions as a gate insulating film to constitute a so-called MIS type semiconductor device.

以上説明した第2の実施の形態による製造方法によって製造されたMIS型半導体装置では、上述した第1の実施の形態の第2工程において形成した開孔パターン17をゲート形成用孔部として用い、かつ第1絶縁膜13をゲート絶縁膜として機能させる。これによって、第2の実施の形態による半導体装置では、MIS型半導体装置を構成しつつ、ゲート形成用孔部、すなわち開孔パターン17を埋め込むとともに、開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aに乗り上げるように被覆するゲート電極53を形成している。その結果、第2の実施の形態による半導体装置では、動作時において、ゲート電極53と第1絶縁膜13との接触面の、ゲート長方向におけるドレイン電極(図示せず)を形成した側の端部55aまたは55bに加えて、ゲート電極53の、ゲート形成用孔部、すなわち開孔パターン17周辺の第2絶縁膜15の表面15aを被覆している部分の、ゲート長方向におけるドレイン電極を形成した側の端部57aまたは57bにも電界が集中する。すなわち、図5(B)の構成例において、紙面の左側にドレイン電極を形成した場合には、端部55a及び57aに、また紙面の右側にドレイン電極を形成した場合には、端部55b及び57bに電界が集中する。   In the MIS type semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment described above, the hole pattern 17 formed in the second step of the first embodiment described above is used as a gate forming hole. The first insulating film 13 functions as a gate insulating film. Thus, in the semiconductor device according to the second embodiment, while forming the MIS type semiconductor device, the gate forming hole, that is, the opening pattern 17 is embedded, and the second insulating film 15 around the opening pattern 17 is formed. A gate electrode 53 that covers the upper surface 15a is formed. As a result, in the semiconductor device according to the second embodiment, during operation, the end of the contact surface between the gate electrode 53 and the first insulating film 13 on the side where the drain electrode (not shown) is formed in the gate length direction. In addition to the portion 55a or 55b, a drain electrode in the gate length direction is formed in the gate electrode 53 in the gate forming hole, that is, the portion covering the surface 15a of the second insulating film 15 around the opening pattern 17 The electric field is also concentrated on the end portion 57a or 57b on the side. That is, in the configuration example of FIG. 5B, when the drain electrode is formed on the left side of the paper surface, the end portions 55a and 57a are formed. When the drain electrode is formed on the right side of the paper surface, the end portion 55b and The electric field concentrates on 57b.

従って、第2の実施の形態によって製造された半導体装置は、端部55a及び55bに電界が集中する従来構造のMIS型半導体装置とは異なり、電界強度がより効率的に分散される。そのため、第2の実施の形態によって製造された半導体装置は、従来構造のMIS型半導体装置と比して、高電圧動作させる場合においても良好な破壊耐圧を発揮し、かつ電流コラプスの発生が抑制された構造であるといえる。   Therefore, unlike the MIS type semiconductor device having the conventional structure in which the electric field is concentrated on the end portions 55a and 55b, the semiconductor device manufactured according to the second embodiment distributes the electric field strength more efficiently. Therefore, the semiconductor device manufactured according to the second embodiment exhibits a good breakdown voltage even when operated at a high voltage, and suppresses the occurrence of current collapse, as compared with the MIS type semiconductor device having the conventional structure. It can be said that it is a structured.

(A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図である。(A)-(C) is process drawing explaining 1st Embodiment of this invention. (A)〜(C)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図であり、図1(C)に続く工程図である。(A)-(C) are process drawings explaining 1st Embodiment of this invention, and are process drawings following FIG.1 (C). (A)及び(B)は、この発明の第1の実施の形態を説明する工程図であり、図2(C)に続く工程図である。(A) And (B) is process drawing explaining 1st Embodiment of this invention, and is process drawing following FIG.2 (C). この発明の第1の実施の形態による半導体装置を説明するSEM写真である。It is a SEM photograph explaining the semiconductor device by 1st Embodiment of this invention. (A)及び(B)は、この発明の第2の実施の形態を説明する工程図である。(A) And (B) is process drawing explaining 2nd Embodiment of this invention. 従来技術による半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device by a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

11、101:下地
12:基板
13:第1絶縁膜
14:バッファ層
15:第2絶縁膜
16:UID−Gan層
17:開孔パターン
18:UID−AlGan層
19、25:レジスト層
20:2次元電子ガス層
21:第1孔部
23:第2孔部
26:露出面
27:被エッチング領域
28:第3孔部
29、105:ゲート形成用孔部
31a、31b、32a、32b:角部
33、53、107:ゲート電極
34:フィールドプレート
35:金属膜
36、37a、37b、39a、39b、55a、55b、57a、57b、109a、109b、111a、111b:端部
41、43、45:ピーク
51:前駆ゲート電極層
103:保護膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 101: Base 12: Substrate 13: 1st insulating film 14: Buffer layer 15: 2nd insulating film 16: UID-Gan layer 17: Opening pattern 18: UID-AlGan layer 19, 25: Resist layer 20: 2 Dimensional electron gas layer 21: first hole 23: second hole 26: exposed surface 27: etched region 28: third hole 29, 105: gate forming holes 31a, 31b, 32a, 32b: corners 33, 53, 107: gate electrode 34: field plate 35: metal films 36, 37a, 37b, 39a, 39b, 55a, 55b, 57a, 57b, 109a, 109b, 111a, 111b: end portions 41, 43, 45: Peak 51: Precursor gate electrode layer 103: Protective film

Claims (11)

下地と、
該下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜と、
該第1及び第2絶縁膜を連続的に貫通して形成された、前記下地面を露出させるゲート形成用孔部を埋め込むとともに、該ゲート形成用孔部周辺の前記第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極と
を具え、
前記ゲート形成用孔部は、前記第1絶縁膜に穿たれた第1孔部、及び前記第2絶縁膜に穿たれた、ゲート長方向の開口長が前記第1孔部よりも大きい第2孔部を含む
ことを特徴とするMES型半導体装置。
The groundwork,
First and second insulating films sequentially formed so as to cover the underlying ground of the base;
A gate forming hole that is formed continuously through the first and second insulating films and exposes the base surface is embedded, and the surface of the second insulating film around the gate forming hole is covered. And a gate electrode
The gate forming hole includes a first hole formed in the first insulating film, and a second hole formed in the second insulating film having a larger opening length in the gate length direction than the first hole. A MES type semiconductor device comprising a hole.
請求項1に記載のMES型半導体装置であって、
前記ゲート形成用孔部と連続的に、前記第2絶縁膜を貫通する第3孔部を具え、
該第3孔部は、前記第2孔部周辺の前記第2絶縁膜表面から、該第2孔部よりも浅く、かつ前記ゲート長方向の開口長が該第2孔部よりも大きく除去されることによって形成されている
ことを特徴とするMES型半導体装置。
The MES type semiconductor device according to claim 1,
A third hole penetrating through the second insulating film continuously with the gate forming hole;
The third hole is removed from the surface of the second insulating film around the second hole so as to be shallower than the second hole and the opening length in the gate length direction is larger than that of the second hole. A MES type semiconductor device, characterized in that the MES type semiconductor device is formed.
下地と、
該下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜と、
該第2絶縁膜を貫通して形成された、前記第1絶縁膜の表面を露出させるゲート形成用孔部を埋め込むとともに、該ゲート形成用孔部周辺の前記第2絶縁膜表面を被覆するゲート電極と
を具えることを特徴とするMIS型半導体装置。
The groundwork,
First and second insulating films sequentially formed so as to cover the underlying ground of the base;
A gate formed through the second insulating film to bury a gate forming hole that exposes the surface of the first insulating film, and covers the surface of the second insulating film around the gate forming hole. An MIS type semiconductor device comprising an electrode.
下地面に第1及び第2絶縁膜を順次形成する第1工程と、
該第2絶縁膜に、ゲート長方向に沿って前記下地の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状の開孔パターンを、前記第1絶縁膜が露出するように形成する第2工程と、
該開孔パターンから露出した前記第1絶縁膜の領域に、前記下地面を露出させる第1孔部を形成するとともに、前記ゲート長方向に前記開孔パターンを拡張して、該開孔パターンから、前記ゲート長方向の開口長が前記第1孔部よりも大きい第2孔部を形成する第3工程と、
該第2孔部周辺の前記第2絶縁膜表面を被覆するとともに、前記第1及び第2孔部からなるゲート形成用孔部を埋め込むゲート電極を形成する第4工程と
を含むことを特徴とするMES型半導体装置の製造方法。
A first step of sequentially forming first and second insulating films on the lower ground;
A hole pattern having a rectangular planar shape or a tapered shape cut in the thickness direction of the base along the gate length direction is formed on the second insulating film so that the first insulating film is exposed. Process,
A first hole portion exposing the base surface is formed in a region of the first insulating film exposed from the hole pattern, and the hole pattern is extended in the gate length direction. A third step of forming a second hole having a larger opening length in the gate length direction than the first hole;
And a fourth step of forming a gate electrode that covers the surface of the second insulating film around the second hole and fills the gate forming hole formed of the first and second holes. Manufacturing method of MES type semiconductor device.
請求項4に記載のMES型半導体装置の製造方法であって、
傾斜角が60〜90°となるように前記開孔パターンを形成する
ことを特徴とするMES型半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the MES type semiconductor device according to claim 4,
A method of manufacturing a MES type semiconductor device, wherein the opening pattern is formed so that an inclination angle is 60 to 90 °.
請求項4または5に記載のMES型半導体装置の製造方法であって、
前記開孔パターンを、レジスト層の底面に対する内側側面の傾斜角が90±20°である第1レジスト孔部が形成された、当該レジスト層をマスクとして用いて形成する
ことを特徴とするMES型半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing the MES type semiconductor device according to claim 4, wherein:
The MES type is characterized in that the opening pattern is formed using the resist layer as a mask in which a first resist hole portion having an inclination angle of 90 ± 20 ° with respect to the bottom surface of the resist layer is formed. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項4ないし6のいずれか一項に記載のMES型半導体装置の製造方法であって、
前記第3工程において、前記第2絶縁膜の上側表面に、前記開孔パターン、及び該開孔パターン周辺の前記第2絶縁膜の上側表面を露出させる第2レジスト孔部付きのネガ型レジスト層を形成し、
前記第2レジスト孔部を開口部と該開口部に連通する中空部とで構成し、かつ前記開口部から前記ネガ型レジスト層の厚み方向に深さが深くなるにしたがって前記中空部が徐々に拡張する形状とし、
前記ネガ型レジスト層をマスクとして用いて前記第1及び前記第2孔部を形成する
ことを特徴とするMES型半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a MES type semiconductor device according to any one of claims 4 to 6,
In the third step, on the upper surface of the second insulating film, a negative resist layer with a second resist hole that exposes the opening pattern and the upper surface of the second insulating film around the opening pattern. Form the
The second resist hole portion is constituted by an opening portion and a hollow portion communicating with the opening portion, and the hollow portion gradually increases as the depth increases from the opening portion in the thickness direction of the negative resist layer. With an expanding shape,
The method of manufacturing a MES type semiconductor device, wherein the first and second hole portions are formed using the negative resist layer as a mask.
請求項7に記載のMES型半導体装置の製造方法であって、
前記第3工程において、前記第2レジスト孔部からの露出面に対する、前記開口部の正射影領域に存在する前記第2絶縁膜を深く除去することによって、前記第2孔部を形成するとともに、
前記正射影領域を除く前記露出面の領域に存在する前記第2絶縁膜を、前記正射影領域と比して浅く除去することによって第3孔部を形成する
ことを特徴とするMES型半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the MES type semiconductor device according to claim 7,
In the third step, the second hole is formed by deeply removing the second insulating film existing in the orthogonal projection region of the opening with respect to the exposed surface from the second resist hole,
The MES type semiconductor device is characterized in that the third hole is formed by removing the second insulating film existing in the region of the exposed surface excluding the orthogonal projection region shallower than the orthogonal projection region. Manufacturing method.
下地面に第1及び第2絶縁膜を順次形成する第1工程と、
該第2絶縁膜に、ゲート長方向に沿って前記下地の厚み方向に切り取った平面形状が矩形状、またはテーパ形状の開孔パターンを、前記第1絶縁膜が露出するように形成する第2工程と、
該開孔パターン周辺の前記第2絶縁膜表面を被覆するとともに、該開孔パターンを埋め込むゲート電極を形成する第3工程と
を含むことを特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
A first step of sequentially forming first and second insulating films on the lower ground;
A hole pattern having a rectangular planar shape or a tapered shape cut in the thickness direction of the base along the gate length direction is formed on the second insulating film so that the first insulating film is exposed. Process,
And a third step of forming a gate electrode that embeds the opening pattern and covers the surface of the second insulating film around the opening pattern.
請求項9に記載のMIS型半導体装置の製造方法であって、
傾斜角が60〜90°となるように前記開孔パターンを形成する
ことを特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
A manufacturing method of the MIS type semiconductor device according to claim 9,
A manufacturing method of a MIS type semiconductor device, wherein the opening pattern is formed so that an inclination angle is 60 to 90 °.
請求項9または10に記載のMIS型半導体装置の製造方法であって、
前記開孔パターンを、レジスト層の底面に対する内側側面の傾斜角が90±20°である第1レジスト孔部が形成された、当該レジスト層をマスクとして用いて形成する
ことを特徴とするMIS型半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the MIS type semiconductor device according to claim 9 or 10,
The MIS type is characterized in that the opening pattern is formed using the resist layer as a mask in which a first resist hole portion having an inclination angle of 90 ± 20 ° with respect to the bottom surface of the resist layer is formed. A method for manufacturing a semiconductor device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017163116A (en) * 2016-03-11 2017-09-14 株式会社東芝 Semiconductor device

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