JP2010045073A - Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor having low on resistance and a high breakdown voltage and channel mobility, and to provide a method of manufacturing the field effect transistor. <P>SOLUTION: The field effect transistor has a MOS structure and includes a nitride-based compound semiconductor. The field effect transistor has: a semiconductor layer that is formed on a substrate and has a prescribed conductivity type; a contact layer that is formed between the semiconductor layer, and source and drain electrodes by epitaxial growth and has a conductivity type opposite to the prescribed one; and a field relaxing layer that is formed between a contact layer at the side of the drain electrode and the semiconductor layer by epitaxial growth while the field relaxing layer is superposed on the gate electrode via a gate insulation film, and has a conductivity type opposite to the prescribed one and a carrier concentration lower than that of the contact layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、パワーエレクトロニクス用デバイスや高周波増幅デバイスとして用いられる窒化物系化合物からなる電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor made of a nitride compound used as a power electronics device or a high frequency amplification device, and a method for manufacturing the same.

III−V族窒化物系化合物に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持つので、高温、大パワー、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。また、たとえばAlGaN/GaNヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ(FET)は、ピエゾ効果によって、界面に2次元電子ガスが発生している。この2次元電子ガスは、高い電子移動度とキャリア密度を有しており、多くの注目を集めている。また、AlGaN/GaNヘテロ構造を用いたヘテロ接合FET(HFET)は、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度を持ち、高温動作が可能である。これらの特徴は、パワースイッチング応用に非常に好適である。   Wide band gap semiconductors typified by group III-V nitride-based compounds have high breakdown voltage, good electron transport characteristics, and good thermal conductivity, so they are materials for semiconductor devices for high temperature, high power, or high frequency. As very attractive. For example, in a field effect transistor (FET) having an AlGaN / GaN heterostructure, a two-dimensional electron gas is generated at the interface due to the piezoelectric effect. This two-dimensional electron gas has high electron mobility and carrier density, and has attracted much attention. In addition, a heterojunction FET (HFET) using an AlGaN / GaN heterostructure has a low on-resistance and a high switching speed, and can operate at a high temperature. These features are very suitable for power switching applications.

通常のAlGaN/GaN HFETは、ゲートにバイアスが印加されていないときに電流が流れ、ゲートに負電位を印加することによって電流が遮断されるノーマリーオン型デバイスである。一方、パワースイッチング応用においては、デバイスが壊れたときの安全性確保のために、ゲートにバイアスが印加されていないときには電流が流れず、ゲートに正電位を印加することによって電流が流れるノーマリオフ型デバイスが好ましい。   A normal AlGaN / GaN HFET is a normally-on type device in which a current flows when a bias is not applied to the gate, and the current is interrupted by applying a negative potential to the gate. On the other hand, in power switching applications, in order to ensure safety when the device breaks, normally-off type devices in which current does not flow when a bias is not applied to the gate and current flows by applying a positive potential to the gate Is preferred.

ノーマリオフ型デバイスを実現するためには、MOSFET構造を採用する必要がある。図10は、従来のMOSFETの断面概略図である(非特許文献1参照)。このMOSFET800においては、基板801上にバッファ層802を介してp−GaN層803が形成されている。また、ソース・ドレイン領域のオーミック接触を取るためのコンタクト層として、p−GaN層803の一部に、イオン注入法によってn−GaN領域805a、805bが形成されている。さらに、ゲート・ドレイン間には、ゲート・ドレイン間の局所的な電界集中を緩和してデバイスの耐圧を向上させるために、電界緩和層あるいはRESURF(REduced SURface Field)層と呼ばれるn−GaN領域804が、イオン注入法によって形成されている。また、ゲート絶縁膜としてSiOなどからなる酸化膜806が形成され、酸化膜806上に、ポリSiまたはNi/AuやWSi等の金属からなるゲート電極807が形成されている。また、n−GaN領域805b、805a上には、それぞれソース電極808、ドレイン電極809が形成されている。ソース電極808、ドレイン電極809としては、Ti/AlやTi/AlSi/Moなどの、n−GaNに対してオーミック接触を形成する金属が用いられる。 In order to realize a normally-off type device, it is necessary to adopt a MOSFET structure. FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional MOSFET (see Non-Patent Document 1). In this MOSFET 800, a p-GaN layer 803 is formed on a substrate 801 with a buffer layer 802 interposed therebetween. Further, n + -GaN regions 805a and 805b are formed in a part of the p-GaN layer 803 by ion implantation as a contact layer for taking ohmic contact between the source / drain regions. Further, between the gate and drain are to mitigate the local electric field concentration between the gate and drain in order to improve the breakdown voltage of the device, called the electric field relaxation layer or RESURF (REduced SURface Field) layer n - -GaN region 804 is formed by an ion implantation method. An oxide film 806 made of SiO 2 or the like is formed as a gate insulating film, and a gate electrode 807 made of metal such as poly-Si, Ni / Au, or WSi is formed on the oxide film 806. A source electrode 808 and a drain electrode 809 are formed on the n + -GaN regions 805b and 805a, respectively. As the source electrode 808 and the drain electrode 809, a metal such as Ti / Al or Ti / AlSi / Mo that forms an ohmic contact with n + -GaN is used.

ところで、MOSFETにおいては、チャネルの移動度を良好にするためには、酸化膜と半導体との界面の界面準位を低く抑えることが重要である。通常のSi系MOSFETにおいては、酸化膜としてSiを熱酸化して形成したSiO熱酸化膜が用いられ、界面準位が低い非常に良好な界面が実現されている。一方、窒化物系化合物系MOSFETの場合は、良好な熱酸化膜が得られないので、PCVD法によってSiOなどからなる酸化膜を形成することが一般的である。 By the way, in the MOSFET, in order to improve the channel mobility, it is important to keep the interface state at the interface between the oxide film and the semiconductor low. In a normal Si-based MOSFET, a SiO 2 thermal oxide film formed by thermally oxidizing Si is used as an oxide film, and a very good interface with a low interface state is realized. On the other hand, in the case of a nitride-based compound MOSFET, a good thermal oxide film cannot be obtained, and therefore an oxide film made of SiO 2 or the like is generally formed by PCVD.

ここで、上述したように、従来、n−GaN領域、n−GaN領域の形成には、イオン注入法が用いられる。イオン注入法においては、所定の不純物イオンの注入後に、結晶欠陥を回復させ、注入した不純物を活性化するためのアニールが行われる。半導体材料がたとえばGaNの場合は、結晶の結合が強固なため、1200℃以上の高温でアニールを行う必要がある。 Here, as described above, conventionally, an ion implantation method is used to form the n + -GaN region and the n -GaN region. In the ion implantation method, after the implantation of predetermined impurity ions, annealing for recovering crystal defects and activating the implanted impurities is performed. When the semiconductor material is, for example, GaN, the crystal bond is strong, so that it is necessary to perform annealing at a high temperature of 1200 ° C. or higher.

Matocha. K, Chow. T.P, Gutmann. R.J., “High-voltage normally off GaN MOSFETs on sapphire substrates”, IEEE Transaction on Electron Devices. vol. 52, No. 1 2005 pp. 6-10Matocha. K, Chow. T.P, Gutmann. R.J., “High-voltage normally off GaN MOSFETs on sapphire substrates”, IEEE Transaction on Electron Devices. Vol. 52, No. 1 2005 pp. 6-10

ところが、アニールによる不純物の活性化が不十分であると、不活性不純物が原因となってリーク電流が増大したり、RESURF層の電子移動度が劣化してオン抵抗が増大したり、耐圧性が低下するという問題がある。   However, if the activation of impurities by annealing is insufficient, the leakage current increases due to inactive impurities, the electron mobility of the RESURF layer deteriorates, the on-resistance increases, and the withstand voltage is increased. There is a problem of lowering.

一方、不純物を十分に活性化するための高温、長時間のアニールを行うと、酸化膜を形成すべきGaN層の表面にピットが発生し、GaN/酸化膜の界面の質が不十分なものとなり、チャネルの移動度が劣化してしまうという問題点がある。   On the other hand, if high-temperature and long-time annealing is performed to sufficiently activate the impurities, pits are generated on the surface of the GaN layer where the oxide film should be formed, and the quality of the GaN / oxide interface is insufficient. Thus, there is a problem that the mobility of the channel deteriorates.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、オン抵抗が低く、耐圧性およびチャネル移動度が高い電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor having a low on-resistance, high withstand voltage and high channel mobility, and a method for manufacturing the field effect transistor.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電界効果トランジスタは、MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、基板上に形成された所定の導電型を有する半導体層と、エピタキシャル成長によって前記半導体層とソース電極およびドレイン電極のそれぞれとの間に形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層と、エピタキシャル成長によって前記ドレイン電極側のコンタクト層と前記半導体層との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極と重畳するように形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するとともに該コンタクト層よりもキャリア濃度が低い電界緩和層と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride-based compound semiconductor, which is formed on a substrate. A contact layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type formed between the semiconductor layer and each of the source electrode and the drain electrode by epitaxial growth; and It is formed between the contact layer on the drain electrode side and the semiconductor layer so as to overlap with the gate electrode through a gate insulating film, and has a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type and more than the contact layer. And an electric field relaxation layer having a low carrier concentration.

また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記発明において、前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的にシート抵抗が高くなるように形成されていることを特徴とする。   In the field effect transistor according to the present invention, in the above invention, the field relaxation layer is formed so that the sheet resistance increases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. Features.

また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記発明において、前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする。   In the field effect transistor according to the present invention, in the above invention, the electric field relaxation layer is formed so that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. Features.

また、本発明に係る電界効果トランジスタは、MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、基板上に形成された所定の導電型を有する半導体層と、エピタキシャル成長によって前記半導体層とソース電極およびドレイン電極のそれぞれとの間に形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層と、エピタキシャル成長によって前記ドレイン電極側のコンタクト層と前記半導体層との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極と重畳するように形成された、該半導体層とはバンドギャップエネルギーが異なる電界緩和領域形成層と、を備え、前記半導体層の前記電界緩和領域形成層との界面近傍に発生する2次元電子ガスによって形成される電界緩和領域を有することを特徴とする。   The field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor, and a semiconductor layer having a predetermined conductivity type formed on a substrate, and the above-described semiconductor layer by epitaxial growth. A contact layer formed between the semiconductor layer and each of the source electrode and the drain electrode and having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type; and the contact layer on the drain electrode side and the semiconductor layer formed by epitaxial growth. An electric field relaxation region forming layer having a band gap energy different from that of the semiconductor layer, which is formed so as to overlap with the gate electrode with a gate insulating film interposed therebetween, and the electric field relaxation region forming layer of the semiconductor layer, It has an electric field relaxation region formed by a two-dimensional electron gas generated in the vicinity of the interface.

また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記発明において、前記電界緩和領域形成層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする。   In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the electric field relaxation region forming layer is formed such that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. It is characterized by that.

また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記発明において、前記基板は、導電型がn型であるとともに、裏面に裏面電極が形成されており、
前記ソース電極は、前記基板と前記コンタクト層とを電気的に接続するように形成されていることを特徴とする。
Further, in the field effect transistor according to the present invention, in the above invention, the substrate has an n-type conductivity, and a back electrode is formed on the back surface.
The source electrode is formed to electrically connect the substrate and the contact layer.

また、本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、基板上に所定の導電型を有する半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層上の一部領域に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有する電界緩和層を形成する電界緩和層形成工程と、前記半導体層または前記電界緩和層のソース電極およびドレイン電極を形成する領域上に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有するとともに前記電界緩和層よりもキャリア濃度が高いコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、前記半導体層上の一部領域にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記ゲート絶縁膜上に前記電界緩和層と一部が重畳するようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を含むことを特徴とする。   The field effect transistor manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor, wherein a semiconductor layer having a predetermined conductivity type is formed on a substrate. A semiconductor layer forming step, an electric field relaxation layer forming step of forming an electric field relaxation layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor layer; Contact layer formation for forming a contact layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type and having a carrier concentration higher than that of the electric field relaxation layer on the region of the electric field relaxation layer on which the source electrode and the drain electrode are formed A gate insulating film forming step of forming a gate insulating film in a partial region on the semiconductor layer; and the gate insulating film Characterized in that it comprises a gate electrode forming step of forming a gate electrode so that the electric field relaxation layer and partially overlaps the upper.

また、本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、基板上に所定の導電型を有する半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層上の一部領域に、エピタキシャル成長によって該半導体層とはバンドギャップエネルギーが異なる電界緩和領域形成層を形成する電界緩和領域形成層形成工程と、前記半導体層または前記電界緩和領域形成層のソース電極およびドレイン電極を形成する領域上に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、前記半導体層上の一部領域にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、前記ゲート絶縁膜上に前記電界緩和領域形成層と一部が重畳するようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を含むことを特徴とする。   The field effect transistor manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor, wherein a semiconductor layer having a predetermined conductivity type is formed on a substrate. Forming a semiconductor layer, forming an electric field relaxation region forming layer having a band gap energy different from that of the semiconductor layer by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor layer, the semiconductor layer or A contact layer forming step of forming a contact layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type by epitaxial growth on a region for forming the source electrode and the drain electrode of the electric field relaxation region forming layer; A gate insulating film forming step for forming a gate insulating film in a partial region; and the electric field relaxation on the gate insulating film. Characterized in that it comprises a gate electrode forming step of forming a gate electrode so as to overlap a part and a region formation layer.

本発明によれば、オン抵抗が低く、耐圧性およびチャネル移動度が高い電界効果トランジスタを実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to realize a field effect transistor having low on-resistance, high withstand voltage, and high channel mobility.

以下に、図面を参照して本発明に係る電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a field effect transistor and a method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET100は、サファイア、SiC、Siなどからなる基板101上に、AlN層とGaN層を交互に積層して形成したバッファ層102と、p−GaN層103が形成されている。さらに、p−GaN層103上の一部領域にn−GaN層104a、104bが形成されている。さらに、n−GaN層104a、104b上には、それぞれコンタクト層であるn−GaN層105a、105bが形成され、n−GaN層105b、105a上には、それぞれソース電極108、ドレイン電極109が形成されている。また、ソース電極108とドレイン電極109との間には、n−GaN層105b、p−GaN層103、およびn−GaN層104a上にわたってゲート絶縁膜であるSiO膜106が形成されている。また、SiO膜106上には、ゲート電極107が形成されている。また、n−GaN層104aは、n−GaN層105aとp−GaN層103との間に、SiO膜106を介してゲート電極107と積層方向において一部が重畳するように形成され、耐圧性を高めるRESURF層として機能する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to Embodiment 1 of the present invention. In this MOSFET 100, a buffer layer 102 and a p-GaN layer 103, which are formed by alternately laminating AlN layers and GaN layers, are formed on a substrate 101 made of sapphire, SiC, Si, or the like. Furthermore, n -GaN layers 104 a and 104 b are formed in partial regions on the p-GaN layer 103. Further, n + -GaN layers 105a and 105b, which are contact layers, are formed on the n -GaN layers 104a and 104b, respectively, and a source electrode 108 and a drain electrode are respectively formed on the n + -GaN layers 105b and 105a. 109 is formed. Further, between the source electrode 108 and the drain electrode 109, an SiO 2 film 106 that is a gate insulating film is formed over the n + -GaN layer 105b, the p-GaN layer 103, and the n -GaN layer 104a. Yes. A gate electrode 107 is formed on the SiO 2 film 106. The n -GaN layer 104 a is formed so as to partially overlap the gate electrode 107 in the stacking direction via the SiO 2 film 106 between the n + -GaN layer 105 a and the p-GaN layer 103. It functions as a RESURF layer that increases pressure resistance.

このMOSFET100は、RESURF層であるn−GaN層104a、およびn−GaN層104b、n−GaN層105a、105bがエピタキシャル成長により形成されており、各層には不活性不純物がきわめて少ない。その結果、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いものとなっている。さらに、このMOSFET100は、製造工程において、イオン注入法を用いていないため、不純物を十分に活性化するための高温、長時間のアニールが不要なので、GaN結晶の表面におけるピットの発生が抑制され、チャネル移動度の劣化も発生しないものとなる。 This MOSFET100 is RESURF layer n - -GaN layer 104a and n, - -GaN layer 104b, n + -GaN layer 105a, 105b is formed by epitaxial growth, the layers are very few inactive impurities. As a result, the electron mobility is high, the leakage current is small, and the on-resistance is low. Furthermore, since this MOSFET 100 does not use an ion implantation method in the manufacturing process, high-temperature and long-time annealing for sufficiently activating the impurities is unnecessary, so that generation of pits on the surface of the GaN crystal is suppressed, Channel mobility is not degraded.

つぎに、図2〜図5を用いて、MOSFET100の製造方法について説明する。はじめに、図2に示すように、基板101上に、バッファ層102、p−GaN層103、n−GaN層104、n−GaN層105をたとえばMOCVD法によって順次エピタキシャル成長する。n−GaN層104、n−GaN層105に添加するドーパントはたとえばSiであり、添加濃度はそれぞれ1×1017cm−3、1×1019cm−3程度である。また、p−GaN層103に添加するドーパントはたとえばMgであり、添加濃度は5×1015〜1×1017cm−3程度である。 Next, a method for manufacturing MOSFET 100 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 2, the buffer layer 102, the p-GaN layer 103, the n -GaN layer 104, and the n + -GaN layer 105 are sequentially epitaxially grown on the substrate 101 by, for example, the MOCVD method. The dopant added to the n -GaN layer 104 and the n + -GaN layer 105 is, for example, Si, and the addition concentrations are about 1 × 10 17 cm −3 and 1 × 10 19 cm −3 , respectively. Further, the dopant added to the p-GaN layer 103 is, for example, Mg, and the addition concentration is about 5 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 .

つぎに、n−GaN層105上の一部にフォトリソグラフィによりパターニングを行う。そして、このパターニングをマスクとして、n−GaN層105の一部をエッチング除去し、n−GaN層105a、105bを形成する。さらに、n−GaN層105a、105bと露出したn−GaN層104の一部にパターニングを形成し、このパターニングをマスクとして、n−GaN層104の一部をエッチング除去し、n−GaN層104a、104bを形成するとともに、p−GaN層103の一部の表面を露出させる(図3参照)。なお、エッチングにはICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)等のドライエッチング法を用いるのが好適である。 Next, a part of the n + -GaN layer 105 is patterned by photolithography. Then, using this patterning as a mask, a part of the n + -GaN layer 105 is removed by etching to form n + -GaN layers 105a and 105b. Further, n + -GaN layer 105a, n and exposed 105b - patterning formed on a part of the -GaN layer 104, the patterning as a mask, n - the part of -GaN layer 104 is removed by etching, n - The GaN layers 104a and 104b are formed, and a part of the surface of the p-GaN layer 103 is exposed (see FIG. 3). Note that it is preferable to use a dry etching method such as ICP (Inductively Coupled Plasma) for etching.

つぎに、図4に示すように、全面にMOS構造を形成するためのSiO膜106を100nm堆積する。つぎに、界面準位を低減するために、温度900℃、N雰囲気中で30分アニールを行う。次いでゲート電極となるポリSiを650nm堆積する。その後、炉内温度を900℃とした炉において、POCl雰囲気中で基板を20分間アニールすることによって、ポリSiにPをドーピングし、ポリSiをn型とする。さらに、ゲート領域を規定するためのフォトリソグラフィを行い、RIEによって不要なポリSiをエッチング除去し、ゲート電極107を形成する。なお、ゲート電極107は、その一部がSiO膜106を介してn−GaN層104aに重畳するように形成する。 Next, as shown in FIG. 4, an SiO 2 film 106 for forming a MOS structure is deposited to 100 nm on the entire surface. Next, in order to reduce the interface state, annealing is performed for 30 minutes in a N 2 atmosphere at a temperature of 900 ° C. Next, 650 nm of poly-Si serving as a gate electrode is deposited. Thereafter, the substrate is annealed in a POCl 3 atmosphere for 20 minutes in a furnace with an in-furnace temperature of 900 ° C., so that poly Si is doped with P to make the poly Si n + type. Further, photolithography for defining the gate region is performed, unnecessary poly-Si is removed by etching by RIE, and the gate electrode 107 is formed. The gate electrode 107 is formed so as to partially overlap the n -GaN layer 104 a with the SiO 2 film 106 interposed therebetween.

さらに、SiO膜106のn−GaN層105a、105b上の一部をエッチング除去し、ソース電極108、ドレイン電極109を形成し、MOSFET100が完成する。 Further, a part of the SiO 2 film 106 on the n + -GaN layers 105a and 105b is removed by etching to form the source electrode 108 and the drain electrode 109, whereby the MOSFET 100 is completed.

なお、MOSFET100において、n−GaN層104bを形成せず、p−GaN層103上に直接n−GaN層105bを形成してもよい。この場合、たとえば、n−GaN層104をエピタキシャル成長した後、その一部をエッチング除去してn−GaN層104aを形成し、その後n−GaN層105a、105bを選択成長させればよい。 In MOSFET 100, n + -GaN layer 105b may be formed directly on p-GaN layer 103 without forming n -GaN layer 104b. In this case, for example, after the n -GaN layer 104 is epitaxially grown, a part thereof is removed by etching to form the n -GaN layer 104a, and then the n + -GaN layers 105a and 105b are selectively grown. .

以上説明したように、本実施の形態1に係るMOSFET100は、オン抵抗が低く、耐圧性およびチャネル移動度が高いMOSFETとなる。   As described above, MOSFET 100 according to the first embodiment is a MOSFET having low on-resistance, high withstand voltage, and high channel mobility.

(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態2に係るMOSFET200は、MOSFET100と同様の構成を有するが、電界緩和層の層厚が、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的に薄くなるように形成されている。
(Embodiment 2)
Next, a MOSFET according to the second embodiment of the present invention will be described. MOSFET 200 according to the second embodiment has a configuration similar to that of MOSFET 100, but is formed so that the thickness of the electric field relaxation layer gradually decreases from the drain electrode side to the gate electrode side.

図5は本発明の実施の形態2に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET200は、MOSFET100と同様に、基板201、バッファ層202、p−GaN層203、n−GaN層204a、204b、n−GaN層205a、205b、ソース電極208、ドレイン電極209が形成されている。また、ソース電極208とドレイン電極209との間には、SiO膜206、ゲート電極207が順次形成されている。また、n−GaN層204aは、n−GaN層205aとp−GaN層203との間に、SiO膜206を介してゲート電極207と積層方向において一部が重畳するように形成され、RESURF層として機能する。 FIG. 5 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the second embodiment of the present invention. Similar to the MOSFET 100, the MOSFET 200 includes a substrate 201, a buffer layer 202, a p-GaN layer 203, n -GaN layers 204a and 204b, n + -GaN layers 205a and 205b, a source electrode 208, and a drain electrode 209. ing. In addition, an SiO 2 film 206 and a gate electrode 207 are sequentially formed between the source electrode 208 and the drain electrode 209. In addition, the n -GaN layer 204 a is formed so as to partially overlap the gate electrode 207 in the stacking direction via the SiO 2 film 206 between the n + -GaN layer 205 a and the p-GaN layer 203. , Function as a RESURF layer.

このMOSFET200は、RESURF層であるn−GaN層204a、およびn−GaN層204b、n−GaN層205a、205bがエピタキシャル成長により形成されているので、MOSFET100と同様に、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いものとなっている。さらに、このMOSFET200は、製造工程において、高温、長時間のアニールが不要なので、GaN結晶の表面にピットが確実に発生せず、チャネル移動度の劣化も発生しないものとなる。 This MOSFET200 is, n is RESURF layer - -GaN layer 204a and n, - -GaN layer 204b, n + -GaN layer 205a, since 205b are formed by epitaxial growth, as well as the MOSFET 100, a high electron mobility The leakage current is small and the on-resistance is low. Furthermore, this MOSFET 200 does not require high-temperature and long-time annealing in the manufacturing process, so that pits are not reliably generated on the surface of the GaN crystal and channel mobility is not deteriorated.

さらに、n−GaN層204aは、n−GaN層205aの直下に位置するn−GaN層204aaと、n−GaN層204aaに隣接するn−GaN層204abとの2層から構成されている。ここで、n−GaN層204aaとn−GaN層204abのキャリア密度は同一であるが、層厚についてはn−GaN層204abの方がn−GaN層204aaよりも薄く形成されている。したがって、n−GaN層204abのシート抵抗は、n−GaN層204aaのシート抵抗よりも高い。その結果、RESURF層であるn−GaN層204aは、ドレイン側からゲート側に向かってシート抵抗が高くなっており、電界の局所的集中がさらに緩和される。したがって、MOSFET200は、より耐圧性が高いものとなる。 Further, n - -GaN layer 204a is, n positioned immediately below the n + -GaN layer 205a - composed of two layers of a -GaN layer 204ab - and -GaN layer 204aa, n - adjacent to -GaN layer 204aa n Has been. Here, although the n -GaN layer 204aa and the n -GaN layer 204ab have the same carrier density, the n −GaN layer 204ab is formed thinner than the n −GaN layer 204aa. Yes. Accordingly, the sheet resistance of the n -GaN layer 204ab is higher than that of the n −GaN layer 204aa. As a result, the n -GaN layer 204a which is a RESURF layer has a higher sheet resistance from the drain side to the gate side, and the local concentration of the electric field is further relaxed. Therefore, the MOSFET 200 has higher withstand voltage.

なお、このMOSFET200は、上述したMOSFET100と同様の方法で製造できる。n−GaN層204aについては、はじめに均一な層厚のn−GaN層を形成し、その後形成したn−GaN層のゲート側を部分的にエッチングして層厚を薄くし、n−GaN層204abを形成することで実現できる。 The MOSFET 200 can be manufactured by the same method as the MOSFET 100 described above. n - the -GaN layer 204a is initially n of uniform thickness - forming a -GaN layer, then forming the n - the layer thickness was thin and partially etching the gate side of the -GaN layer, n - This can be realized by forming the -GaN layer 204ab.

また、MOSFET200の備えるn−GaN層204aは、互いに層厚の異なる2つの層から構成されることによって、ドレイン電極側からゲート電極側にむかってシート抵抗が高くなっている。しかし、RESURF層となるn−GaN層を同一の厚さでキャリア濃度が異なる2層から構成して、ドレイン側からゲート側に向かってシート抵抗を高くしてもよいし、3層以上から構成してもよい。 Further, the n -GaN layer 204a included in the MOSFET 200 is configured by two layers having different layer thicknesses, so that the sheet resistance increases from the drain electrode side to the gate electrode side. However, the n -GaN layer serving as the RESURF layer may be composed of two layers having the same thickness and different carrier concentrations, and the sheet resistance may be increased from the drain side to the gate side. It may be configured.

(実施の形態3)
つぎに、本発明の実施の形態3に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態3に係るMOSFET300は、互いにバンドギャップエネルギーの異なるAlGaNとGaNとのヘテロ構造を有するものである。
(Embodiment 3)
Next, a MOSFET according to the third embodiment of the present invention will be described. MOSFET 300 according to the third embodiment has a heterostructure of AlGaN and GaN having different band gap energies.

図6は本発明の実施の形態3に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET300は、MOSFET100と同様に、基板301上にバッファ層302と、p−GaN層303が形成されている。しかしながら、MOSFET100とは異なり、p−GaN層303上の一部に、AlGaN層311a、311bが形成されている。さらに、AlGaN層311a、311b上には、それぞれn−GaN層305a、305bが形成され、n−GaN層305b、305a上には、それぞれソース電極308、ドレイン電極309が形成されている。また、ソース電極308とドレイン電極309との間には、n−GaN層305b、p−GaN層303、およびAlGaN層311a上にわたってSiO膜306が形成され、SiO膜306上にはゲート電極307が形成されている。尚、AlGaN層311aは、その一部がSiO膜306を介してゲート電極307に重畳するように形成されている。 FIG. 6 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the third embodiment of the present invention. In the MOSFET 300, as with the MOSFET 100, a buffer layer 302 and a p-GaN layer 303 are formed on a substrate 301. However, unlike the MOSFET 100, AlGaN layers 311a and 311b are formed on a part of the p-GaN layer 303. Furthermore, n + -GaN layers 305a and 305b are formed on the AlGaN layers 311a and 311b, respectively, and a source electrode 308 and a drain electrode 309 are formed on the n + -GaN layers 305b and 305a, respectively. An SiO 2 film 306 is formed between the source electrode 308 and the drain electrode 309 over the n + -GaN layer 305b, the p-GaN layer 303, and the AlGaN layer 311a, and a gate is formed on the SiO 2 film 306. An electrode 307 is formed. The AlGaN layer 311a is formed so that a part thereof overlaps with the gate electrode 307 with the SiO 2 film 306 interposed therebetween.

このMOSFET300においては、それぞれエピタキシャル成長により形成したAlGaN層311a、311bとp−GaN層303との界面にAlGaN/GaNのヘテロ構造が形成されている。その結果、p−GaN層303のAlGaN層311a、311bのそれぞれとの界面近傍に、自発分極とピエゾ分極によって2次元電子ガスが発生する領域303a、303bが形成される。このMOSFET300においては、この領域303aがRESURF領域として機能し、ゲート・ドレイン間の電界の局所的集中が緩和される。すなわち、AlGaN層311aは、電界緩和領域層として機能する。その結果、このMOSFET300は、耐圧性が高く、電子移動度がきわめて高いとともに、リーク電流が小さく、オン抵抗が低く、チャネル移動度が高いMOSFETとなる。   In this MOSFET 300, a heterostructure of AlGaN / GaN is formed at the interface between the AlGaN layers 311a, 311b and the p-GaN layer 303 formed by epitaxial growth. As a result, regions 303a and 303b in which two-dimensional electron gas is generated by spontaneous polarization and piezoelectric polarization are formed near the interfaces of the p-GaN layer 303 with the AlGaN layers 311a and 311b. In the MOSFET 300, the region 303a functions as a RESURF region, and local concentration of the electric field between the gate and the drain is alleviated. That is, the AlGaN layer 311a functions as an electric field relaxation region layer. As a result, the MOSFET 300 is a MOSFET having high withstand voltage, extremely high electron mobility, low leakage current, low on-resistance, and high channel mobility.

なお、MOSFET300は、上述したMOSFET100と同様の方法で製造できる。AlGaN層311a、311bについては、n−GaN層104に換えてAlGaN層をエピタキシャル成長し、その一部をエッチング除去して形成することができる。 The MOSFET 300 can be manufactured by the same method as the MOSFET 100 described above. The AlGaN layers 311a and 311b can be formed by epitaxially growing an AlGaN layer instead of the n -GaN layer 104 and removing a part thereof.

(実施の形態4)
つぎに、本発明の実施の形態4に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態4に係るMOSFET400は、MOSFET300と同様の構成を有するが、MOSFET200と同様に、AlGaN層の層厚が、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的に薄くなるように形成されている。
(Embodiment 4)
Next, a MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention will be described. MOSFET 400 according to the fourth embodiment has the same configuration as MOSFET 300, but is formed such that the thickness of the AlGaN layer gradually decreases from the drain electrode side to the gate electrode side, as in MOSFET 200. ing.

図7は本発明の実施の形態4に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET400は、MOSFET300と同様に、基板401上にバッファ層402と、p−GaN層403、AlGaN層411a、411b、n−GaN層405a、405b、ソース電極408、ドレイン電極409、SiO膜406、ゲート電極407が形成されている。AlGaN層411aは、その一部がSiO膜406を介してゲート電極407に重畳するように形成されている。また、p−GaN層403のAlGaN層411a、411bのそれぞれとの界面近傍には2次元電子ガスが発生する領域403a、403bが形成される。 FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to Embodiment 4 of the present invention. Similar to the MOSFET 300, the MOSFET 400 includes a buffer layer 402, a p-GaN layer 403, AlGaN layers 411a and 411b, n + -GaN layers 405a and 405b, a source electrode 408, a drain electrode 409, and a SiO 2 film on the substrate 401. 406 and a gate electrode 407 are formed. The AlGaN layer 411a is formed so as to partially overlap the gate electrode 407 with the SiO 2 film 406 interposed therebetween. In addition, regions 403a and 403b in which two-dimensional electron gas is generated are formed in the vicinity of the interfaces between the p-GaN layer 403 and the AlGaN layers 411a and 411b.

さらに、AlGaN層411aは、MOSFET300と同様に、n−GaN層405aの直下に位置するAlGaN層411aaと、AlGaN層411aaに隣接するAlGaN層411abとの2層から構成されている。そして、AlGaN層411abの方がAlGaN層411aaよりも層厚が薄く形成されている。その結果、領域403aも、AlGaN層411aaの直下に位置する領域403aaとAlGaN層411abの直下に位置する領域403abとから構成されることとなる。2次元電子ガスの密度については領域403aaの方が領域403abよりも高くなるので、RESURF領域である領域403aは、ドレイン側からゲート側に向かってシート抵抗が高くなっている。その結果、MOSFET400は、電界の局所的集中がさらに緩和され、より耐圧性が高いものとなる。 Further, like the MOSFET 300, the AlGaN layer 411a is composed of two layers of an AlGaN layer 411aa located immediately below the n + -GaN layer 405a and an AlGaN layer 411ab adjacent to the AlGaN layer 411aa. The AlGaN layer 411ab is formed thinner than the AlGaN layer 411aa. As a result, the region 403a is also composed of a region 403aa located immediately below the AlGaN layer 411aa and a region 403ab located directly below the AlGaN layer 411ab. Regarding the density of the two-dimensional electron gas, the region 403aa is higher than the region 403ab, so that the region 403a which is the RESURF region has a higher sheet resistance from the drain side to the gate side. As a result, in the MOSFET 400, the local concentration of the electric field is further reduced, and the withstand voltage is higher.

(実施の形態5)
つぎに、本発明の実施の形態5に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態5に係るMOSFET500は、MOSFET100と同様の構成を有するが、基板の導電型がn型であるとともに、基板の裏面に裏面電極が形成されており、ソース電極が、基板とn型のコンタクト層とを電気的に接続するように形成されている点が異なる。
(Embodiment 5)
Next, a MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention will be described. MOSFET 500 according to the fifth embodiment has the same configuration as MOSFET 100, but the conductivity type of the substrate is n-type, the back electrode is formed on the back surface of the substrate, and the source electrode is n-type with the substrate. The contact layer is formed so as to be electrically connected.

図8は本発明の実施の形態5に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET500は、導電型がn型のSi半導体からなる基板501と、基板501の裏面の全面に形成され基板501とオーミック接触する金属からなる裏面電極512とを備える。さらに、MOSFET100と同様に、基板501上に、バッファ層502、p−GaN層503、n−GaN層504a、504b、n−GaN層505a、505b、ドレイン電極509、SiO膜506、ゲート電極507が形成されている。nGaN層504aは、その一部がSiO膜506を介してゲート電極507に重畳するように形成されている。さらに、n−GaN層505bと基板501とを電気的に接続するようにソース電極508が形成されている。その結果、裏面電極512とソース電極508も電気的に接続している。 FIG. 8 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the fifth embodiment of the present invention. The MOSFET 500 includes a substrate 501 made of a Si semiconductor having an n + conductivity type, and a back electrode 512 made of a metal that is formed on the entire back surface of the substrate 501 and is in ohmic contact with the substrate 501. Further, like the MOSFET 100, on the substrate 501, the buffer layer 502, the p-GaN layer 503, the n -GaN layers 504a and 504b, the n + -GaN layers 505a and 505b, the drain electrode 509, the SiO 2 film 506, the gate An electrode 507 is formed. The n GaN layer 504 a is formed so as to partially overlap the gate electrode 507 with the SiO 2 film 506 interposed therebetween. Further, a source electrode 508 is formed so as to electrically connect the n + -GaN layer 505b and the substrate 501. As a result, the back electrode 512 and the source electrode 508 are also electrically connected.

このMOSFET500は、MOSFET100と同様に電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低く、チャネル移動度が高いものとなっている。さらに、このMOSFET500は、裏面電極512をソース電極として用いることができるため、ソース電極208を結線するためのボンディングパットを形成しなくてもよいので、チップ面積を削減できる。さらに、このMOSFET500においては、裏面電極512がソース電極508と同電位となるので、裏面電極512によってゲート・ドレイン間における電界の局所的集中が緩和され、耐圧性がさらに向上する。   Like the MOSFET 100, the MOSFET 500 has high electron mobility, small leakage current, low on-resistance, and high channel mobility. Furthermore, since this MOSFET 500 can use the back electrode 512 as a source electrode, it is not necessary to form a bonding pad for connecting the source electrode 208, so that the chip area can be reduced. Further, in this MOSFET 500, since the back electrode 512 has the same potential as the source electrode 508, the back electrode 512 reduces the local concentration of the electric field between the gate and the drain and further improves the pressure resistance.

なお、このMOSFET500は、上述したMOSFET100の製造方法と同様に製造できるが、ソース電極508、裏面電極512については、以下のように形成する。すなわち、SiO膜506のn−GaN層505b上の一部をエッチング除去した後、さらにn−GaN層505b、n−GaN層504b、p−GaN層503、およびバッファ層502のそれぞれの一部をエッチング除去して基板501の表面に到る開口孔を形成し、その後ソース電極508を形成する。また、ドレイン電極509を形成した後、基板501の裏面を研磨し、研磨した裏面に金属膜を蒸着して裏面電極512を形成する。 The MOSFET 500 can be manufactured in the same manner as the manufacturing method of the MOSFET 100 described above. However, the source electrode 508 and the back electrode 512 are formed as follows. That is, after a part of the n + -GaN layer 505b of the SiO 2 film 506 is removed by etching, further n + -GaN layer 505b, n - -GaN layer 504b, p-GaN layer 503, and each buffer layer 502 A part of this is removed by etching to form an opening reaching the surface of the substrate 501, and then a source electrode 508 is formed. Further, after the drain electrode 509 is formed, the back surface of the substrate 501 is polished, and a metal film is deposited on the polished back surface to form the back electrode 512.

(実施の形態6)
つぎに、本発明の実施の形態6について説明する。本実施の形態6は、実施の形態2に係るMOSFETと同様の構成のMOSFETを備えた半導体集積回路である。
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. The sixth embodiment is a semiconductor integrated circuit including a MOSFET having a configuration similar to that of the MOSFET according to the second embodiment.

図9は本発明の実施の形態6に係る半導体集積回路の断面概略図である。この半導体集積回路600は、MOSFETであるトランジスタTと、ダイオードDとが、同一の基板601上に集積されたものである。そして、トランジスタTの部分は、基板601上にバッファ層602と、p−GaN層603が形成されている。さらに、p−GaN層603の一部に、AlGaN層611a、611bが形成されている。また、AlGaN層611a、611b上にはそれぞれn−GaN層605a、n−GaN層605bが形成され、さらにn−GaN層605a、n−GaN層605b上にはそれぞれドレイン電極609、ソース電極608が形成されている。また、ソース電極608、ドレイン電極609間のp−GaN層603の表面上とAlGaN層611a、611b上の一部とにかけて、SiO膜606が形成されている。さらに、SiO膜606上にゲート電極607が形成されている。 FIG. 9 is a schematic sectional view of a semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention. In this semiconductor integrated circuit 600, a transistor T, which is a MOSFET, and a diode D are integrated on the same substrate 601. In the transistor T portion, a buffer layer 602 and a p-GaN layer 603 are formed on a substrate 601. Further, AlGaN layers 611a and 611b are formed in part of the p-GaN layer 603. Also, AlGaN layer 611a, respectively n + -GaN layer 605a is on 611b, n + -GaN layer 605b is formed, further n + -GaN layer 605a, n + -GaN layer respectively on 605b drain electrode 609, A source electrode 608 is formed. Further, a SiO 2 film 606 is formed on the surface of the p-GaN layer 603 between the source electrode 608 and the drain electrode 609 and a part on the AlGaN layers 611a and 611b. Further, a gate electrode 607 is formed on the SiO 2 film 606.

一方、ダイオードDの部分は、基板601、バッファ層602、p−GaN層603、AlGaN層611aをトランジスタTと共有している。そして、AlGaN層611a上に、Ni/Au等の金属からなり、AlGaN層611aにショットキー接合するカソード電極613が形成されている。さらに、AlGaN層611a上に、Ti/Al等の金属からなるアノード電極614が形成されている。このアノード電極614は、コンタクト層であるn−GaN層605c、AlGaN層611aを通して、p−GaN層603のAlGaN層611aとの界面近傍に発生する2次元電子ガス層にオーミック接触する。 On the other hand, the diode D portion shares the substrate 601, the buffer layer 602, the p-GaN layer 603, and the AlGaN layer 611 a with the transistor T. On the AlGaN layer 611a, a cathode electrode 613 made of a metal such as Ni / Au and Schottky bonded to the AlGaN layer 611a is formed. Further, an anode electrode 614 made of a metal such as Ti / Al is formed on the AlGaN layer 611a. The anode electrode 614 is in ohmic contact with the two-dimensional electron gas layer generated near the interface between the p-GaN layer 603 and the AlGaN layer 611a through the n + -GaN layer 605c and the AlGaN layer 611a as contact layers.

この半導体集積回路600において、AlGaN層611a、611b、p−GaN層603はエピタキシャル成長により形成されている。その結果、トランジスタTは、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低く、チャネル移動度が高いものとなっている。   In this semiconductor integrated circuit 600, the AlGaN layers 611a and 611b and the p-GaN layer 603 are formed by epitaxial growth. As a result, the transistor T has high electron mobility, low leakage current, low on-resistance, and high channel mobility.

さらに、この半導体集積回路600においては、トランジスタTのしきい値を、AlGaN層611aの層厚、SiO膜606の膜厚、およびp−GaN層603のキャリア濃度によって制御できる。したがって、この半導体集積回路600は、しきい値の制御性が高いトランジスタTを備えた半導体集積回路となる。 Further, in this semiconductor integrated circuit 600, the threshold value of the transistor T can be controlled by the layer thickness of the AlGaN layer 611a, the film thickness of the SiO 2 film 606, and the carrier concentration of the p-GaN layer 603. Therefore, the semiconductor integrated circuit 600 is a semiconductor integrated circuit including the transistor T with high threshold controllability.

なお、この半導体集積回路600を製造する際には、たとえばMOSFET300と同様の製造方法において、適当なマスクパターンを用いることによって、トランジスタTとダイオードDを一度のプロセスで製造できる。   When manufacturing the semiconductor integrated circuit 600, the transistor T and the diode D can be manufactured in a single process by using an appropriate mask pattern in a manufacturing method similar to the MOSFET 300, for example.

また、この半導体集積回路600において、ダイオードDに換えてディプレッション型のHEMTを形成すれば、E/D型インバータ集積回路を実現することができる。   Further, in this semiconductor integrated circuit 600, if a depletion type HEMT is formed instead of the diode D, an E / D type inverter integrated circuit can be realized.

ところで、従来、i−GaN層上にAlGaN層を形成し、このAlGaN層の一部をリセスエッチングし、形成されたリセス構造部上にゲート電極を形成したノーマリオフ型のHEMTが知られている。このようなHEMTでは、リセス構造部のAlGaN層の厚さによってしきい値が変化するが、AlGaN層はもともとの層厚が1μm程度と薄いため、これをリセスエッチングする際のエッチング深さの制御が困難であり、その結果HEMTのしきい値の制御性が低かった。   Conventionally, a normally-off HEMT is known in which an AlGaN layer is formed on an i-GaN layer, a part of the AlGaN layer is recess-etched, and a gate electrode is formed on the formed recess structure. In such a HEMT, the threshold value varies depending on the thickness of the AlGaN layer in the recess structure. However, since the AlGaN layer originally has a thin thickness of about 1 μm, the control of the etching depth when this is recess-etched is controlled. As a result, the controllability of the HEMT threshold was low.

しかしながら、この半導体集積回路600の備えるトランジスタTは、上述のようにしきい値の制御性が高いものとなる。   However, the transistor T included in the semiconductor integrated circuit 600 has high threshold controllability as described above.

なお、上記実施の形態において、バッファ層上に形成する半導体層をi型の窒化物系化合物半導体からなるものとしてもよい。また、上記実施の形態において、MOSFETはn型であるが、本発明はこれに限らず、p型のMOSFETに対しても適用できる。   In the above embodiment, the semiconductor layer formed on the buffer layer may be made of an i-type nitride compound semiconductor. In the above embodiment, the MOSFET is n-type. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a p-type MOSFET.

本発明の実施の形態1に係るMOSFETの断面概略図である。1 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すMOSFETの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of MOSFET shown in FIG. 図1に示すMOSFETの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of MOSFET shown in FIG. 図1に示すMOSFETの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of MOSFET shown in FIG. 本発明の実施の形態2に係るMOSFETの断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of MOSFET which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るMOSFETの断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of MOSFET which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るMOSFETの断面概略図である。It is a section schematic diagram of MOSFET concerning Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係るMOSFETの断面概略図である。It is a section schematic diagram of MOSFET concerning Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施の形態6に係る半導体集積回路の断面概略図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor integrated circuit according to a sixth embodiment of the present invention. 従来のMOSFETの断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the conventional MOSFET.

符号の説明Explanation of symbols

100〜500 MOSFET
101〜601 基板
102〜602 バッファ層
103〜603 p−GaN層
104a、104b、204a、204b、204aa、204ab、504a、504b n−GaN層
105a〜605a、105b〜605b、605c n−GaN層
106〜606 SiO
107〜607 ゲート電極
108〜608 ソース電極
109〜609 ドレイン電極
311a、311b、411a、411b、411aa、411ab、611a、611b AlGaN層
303a、303b、403a、403b、403aa、403ab 2次元電子ガスが発生する領域
512 裏面電極
600 半導体集積回路
613 カソード電極
614 アノード電極
D ダイオード
T トランジスタ
100-500 MOSFET
101-601 Substrate 102-602 Buffer layer 103-603 p-GaN layer 104a, 104b, 204a, 204b, 204aa, 204ab, 504a, 504b n -- GaN layer 105a-605a, 105b-605b, 605c n + -GaN layer 106-606 SiO 2 film 107-607 Gate electrode 108-608 Source electrode 109-609 Drain electrode 311a, 311b, 411a, 411b, 411aa, 411ab, 611a, 611b AlGaN layer 303a, 303b, 403a, 403b, 403aa, 403ab 2 Region where dimensional electron gas is generated 512 Back electrode 600 Semiconductor integrated circuit 613 Cathode electrode 614 Anode electrode D Diode T Transistor

Claims (8)

MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、
基板上に形成された所定の導電型を有する半導体層と、
エピタキシャル成長によって前記半導体層とソース電極およびドレイン電極のそれぞれとの間に形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層と、
エピタキシャル成長によって前記ドレイン電極側のコンタクト層と前記半導体層との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極と重畳するように形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するとともに該コンタクト層よりもキャリア濃度が低い電界緩和層と、
を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
A field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor,
A semiconductor layer having a predetermined conductivity type formed on the substrate;
A contact layer formed between the semiconductor layer and each of the source electrode and the drain electrode by epitaxial growth and having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type;
The contact layer has a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type and is formed so as to overlap the gate electrode through a gate insulating film between the contact layer on the drain electrode side and the semiconductor layer by epitaxial growth. An electric field relaxation layer having a carrier concentration lower than that of the layer;
A field effect transistor comprising:
前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的にシート抵抗が高くなるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the field relaxation layer is formed so that the sheet resistance increases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. 前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。   3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the field relaxation layer is formed so that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. 4. MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、
基板上に形成された所定の導電型を有する半導体層と、
エピタキシャル成長によって前記半導体層とソース電極およびドレイン電極のそれぞれとの間に形成された、前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層と、
エピタキシャル成長によって前記ドレイン電極側のコンタクト層と前記半導体層との間にゲート絶縁膜を介してゲート電極と重畳するように形成された、該半導体層とはバンドギャップエネルギーが異なる電界緩和領域形成層と、
を備え、前記半導体層の前記電界緩和領域形成層との界面近傍に発生する2次元電子ガスによって形成される電界緩和領域を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。
A field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor,
A semiconductor layer having a predetermined conductivity type formed on the substrate;
A contact layer formed between the semiconductor layer and each of the source electrode and the drain electrode by epitaxial growth and having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type;
An electric field relaxation region forming layer having a band gap energy different from that of the semiconductor layer formed by epitaxial growth so as to overlap the gate electrode through a gate insulating film between the contact layer on the drain electrode side and the semiconductor layer; ,
And a field effect transistor formed by a two-dimensional electron gas generated in the vicinity of the interface between the semiconductor layer and the field relaxation region formation layer.
前記電界緩和領域形成層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項4に記載の電界効果トランジスタ。   5. The field effect transistor according to claim 4, wherein the electric field relaxation region forming layer is formed so that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. 前記基板は、導電型がn型であるとともに、裏面に裏面電極が形成されており、
前記ソース電極は、前記基板と前記コンタクト層とを電気的に接続するように形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。
The substrate has an n-type conductivity and has a back electrode formed on the back surface.
The field effect transistor according to claim 1, wherein the source electrode is formed so as to electrically connect the substrate and the contact layer.
MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、
基板上に所定の導電型を有する半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層上の一部領域に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有する電界緩和層を形成する電界緩和層形成工程と、
前記半導体層または前記電界緩和層のソース電極およびドレイン電極を形成する領域上に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有するとともに前記電界緩和層よりもキャリア濃度が高いコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記半導体層上の一部領域にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記電界緩和層と一部が重畳するようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor,
A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer having a predetermined conductivity type on the substrate;
An electric field relaxation layer forming step of forming an electric field relaxation layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor layer;
A contact layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type by epitaxial growth and having a carrier concentration higher than that of the electric field relaxation layer is formed on the semiconductor layer or the region where the source electrode and the drain electrode of the electric field relaxation layer are formed. A contact layer forming step to be formed;
Forming a gate insulating film in a partial region on the semiconductor layer; and
Forming a gate electrode so as to partially overlap the electric field relaxation layer on the gate insulating film;
A method of manufacturing a field effect transistor comprising:
MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、
基板上に所定の導電型を有する半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層上の一部領域に、エピタキシャル成長によって該半導体層とはバンドギャップエネルギーが異なる電界緩和領域形成層を形成する電界緩和領域形成層形成工程と、
前記半導体層または前記電界緩和領域形成層のソース電極およびドレイン電極を形成する領域上に、エピタキシャル成長によって前記所定の導電型とは反対の導電型を有するコンタクト層を形成するコンタクト層形成工程と、
前記半導体層上の一部領域にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜上に前記電界緩和領域形成層と一部が重畳するようにゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor having a MOS structure and made of a nitride compound semiconductor,
A semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer having a predetermined conductivity type on the substrate;
An electric field relaxation region forming layer forming step of forming an electric field relaxation region forming layer having a band gap energy different from that of the semiconductor layer by epitaxial growth in a partial region on the semiconductor layer;
A contact layer forming step of forming a contact layer having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type by epitaxial growth on a region where the source electrode and the drain electrode of the semiconductor layer or the electric field relaxation region forming layer are formed;
Forming a gate insulating film in a partial region on the semiconductor layer; and
Forming a gate electrode so as to partially overlap the electric field relaxation region forming layer on the gate insulating film;
A method of manufacturing a field effect transistor comprising:
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