JP2010067691A - Compound semiconductor device and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば高周波パワーデバイス(以下RFデバイスと記す)などに用いられる化合物半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor device used for, for example, a high-frequency power device (hereinafter referred to as an RF device) and a manufacturing method thereof.
近年、インバータ回路やスイッチング素子の高機能化に伴い、RFデバイスとして用いられる電界効果型トランジスタ(以下FETと記す)において、さらなる特性の向上が要求されている。 In recent years, with the enhancement of functions of inverter circuits and switching elements, further improvement in characteristics is required for field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) used as RF devices.
このようなFETにおいて、通常、化合物半導体基板にメサを形成することにより、素子分離が行われる。そして、メサ上にゲート電極が形成され、メサの段差を介してメサ外部のゲートパッドと接続されるように、ゲートメタルが堆積される。このとき、ゲートメタルは、DC(直流)スパッタリングや、EB(Electoron Beam)蒸着により形成されるが、メサの段差により、段切れする恐れがある。また、段差により、ゲートメタルが伸び、相対的に膜厚が薄い領域ができるため、電流狭窄により高抵抗となる。さらに、特にメサ中にヘテロ接合を有し、電子濃度が高い二次元電子層が形成されている場合、メサ壁面に露出した二次元電子層がゲートメタルと接触し、ゲートからのリーク電流が増大することが考えられる。そこで、段部を埋め戻してステップ状不連続部を形成する手法が提案されている(例えば特許文献1など参照)。 In such an FET, element isolation is usually performed by forming a mesa on a compound semiconductor substrate. Then, a gate electrode is formed on the mesa, and a gate metal is deposited so as to be connected to a gate pad outside the mesa through a step of the mesa. At this time, the gate metal is formed by DC (direct current) sputtering or EB (Electron Beam) vapor deposition, but there is a possibility that the gate metal may be cut off due to the step of the mesa. Further, the gate metal extends due to the step and a region having a relatively thin film thickness is formed, so that the resistance is increased due to current confinement. In addition, especially when a two-dimensional electron layer having a heterojunction in the mesa and having a high electron concentration is formed, the two-dimensional electron layer exposed on the mesa wall surface is in contact with the gate metal, increasing the leakage current from the gate. It is possible to do. Therefore, a method has been proposed in which the stepped portion is backfilled to form a stepped discontinuous portion (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、段部のみにSiN膜などを充填するためには、メサ上部をマスクして充填した後、剥離する必要があり、工程が増加するとともに、アライメント誤差により段差が残るという問題がある。
本発明は、RFデバイスの低抵抗化による高効率化と信頼性の向上を図ることが可能な化合物半導体装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of improving efficiency and improving reliability by reducing resistance of an RF device, and a manufacturing method thereof.
本発明の一態様によれば、化合物半導体基板に形成されたメサと、メサの壁面に形成された曲率表面を有する側壁と、メサ上に形成されるゲート電極と、ゲート電極と一体化され、側壁の表面に形成されるゲートメタルと、を備えることを特徴とする化合物半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a mesa formed on a compound semiconductor substrate, a side wall having a curvature surface formed on a wall surface of the mesa, a gate electrode formed on the mesa, and the gate electrode are integrated. There is provided a compound semiconductor device comprising a gate metal formed on a surface of a side wall.
本発明の一態様によれば、化合物半導体基板にメサを形成し、メサの頭部に、ゲート領域を露出させたマスクを形成し、ゲート領域、マスク上およびメサの底部に、連続した絶縁膜を形成し、絶縁膜を異方性エッチングすることにより、ゲート領域、マスクおよびメサの底部を露出するとともに、マスクおよびメサの壁面に曲率表面を有する側壁を形成し、ゲート領域および側壁上にゲートメタルを形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a mesa is formed on a compound semiconductor substrate, a mask with a gate region exposed is formed on the top of the mesa, and a continuous insulating film is formed on the gate region, the mask, and the bottom of the mesa. The gate region, the mask and the mesa bottoms are exposed by anisotropically etching the insulating film, and sidewalls having a curvature surface are formed on the mask and mesa wall surfaces, and the gate is formed on the gate region and the sidewalls. There is provided a method of manufacturing a compound semiconductor device characterized by forming a metal.
本発明の一態様の化合物半導体装置およびその製造方法によれば、RFデバイスの低抵抗化による高効率化と信頼性の向上を図ることが可能となる。 According to the compound semiconductor device of one embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof, it is possible to achieve high efficiency and high reliability by reducing the resistance of the RF device.
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1Aに本実施形態により形成される化合物半導体装置に用いられるHEMT素子の断面図を示す。図に示すように、GaNなどの化合物半導体基板(図示せず)上に、ノンドープのGaN層11、AlGaN層12が順次形成されており、メサ構造を有している。メサ頭部には、ソース電極13、ドレイン電極14が形成されており、ソース電極13、ドレイン電極14間にゲート電極15が形成されている。
FIG. 1A shows a cross-sectional view of a HEMT element used in the compound semiconductor device formed according to this embodiment. As shown in the figure, a
図1Bに図1AのA−A’断面を示すように、メサ22側面には、曲率を有する側壁16bが形成されており、GaN層11、AlGaN層12およびこれらの界面に形成される二次元電子層17の断面が被覆されている。側壁16上には、ゲート電極15と一体化されたゲートメタル18が形成されており、外部に形成されるゲートパッド(図示せず)と接続されている。
As shown in the cross section AA ′ of FIG. 1A in FIG. 1B, a
このようなHEMT素子は、例えば以下のようにして形成される。先ず、図2AおよびそのA−A’断面である図2Bに示すように、GaN層11、AlGaN層12が順次形成されたAlGaN/GaNウェハ上に、フォトレジストを塗布し、通常のリソグラフィによりパターニングすることにより、マスク21を形成する。このとき、AlGaN層12上に表面保護膜としてSiN膜、GaNキャップ層などが形成されていてもよい。
Such a HEMT element is formed as follows, for example. First, as shown in FIG. 2A and FIG. 2B, which is a cross section taken along line AA ′, a photoresist is applied on an AlGaN / GaN wafer on which a
次いで、図3AおよびそのA−A’断面である図3Bに示すように、例えばCl系ガスを用いたRIE(Reactive Ion Etching)などの異方性ドライエッチングにより、メサ22を形成する。メサ形成により、メサ側面に、GaN層11、AlGaN層12およびこれらの界面に形成される二次元電子層17の断面が露出する。
Next, as shown in FIG. 3A and FIG. 3B showing the A-A ′ cross section thereof, the
そして、ソース電極14、ドレイン電極15を形成した後、図4AおよびそのA−A’断面である図4Bに示すように、メサ22頭部に、SiN膜、SiO2膜などからなり、ゲート電極を形成するための開口部23を有するマスク24を形成する。
Then, after forming the
次いで、図5A、およびに示すように、開口部23、マスク24、メサ22側面、メサ22底部を被覆するように、SiN膜などの絶縁膜25を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, an
そして、図6A、およびそのA−A’断面である図6Bに示すように、絶縁膜25をRIEなど異方性ドライエッチングによりエッチングし、開口部23のAlGaN層12およびメサ22底部を露出させるとともに、開口部23およびメサ22側面に、表面に曲率を有する側壁16a、16bを形成する。
Then, as shown in FIG. 6A and FIG. 6B which is a cross section taken along line AA ′, the
さらに、開口部23および側壁16上の所定領域に、DCスパッタリング、あるいはEB蒸着により、ゲート電極16およびこれと一体化したゲートメタル18を形成する。このとき、側壁16は曲率を有しているため、メサ頭部からメサ底部になめらかに連続するゲートメタル18が形成される。このとき、側壁16上のゲートメタル18の膜厚は、基板面との角度が約90°でエッチングされたメサ壁面に形成される膜厚より、明らかに多くなる。このようにして、図1、図2に示すようなHEMT素子が形成される。
Further, the
このようにして、ゲートメタル18の下層に、曲率を有する側壁16を形成することにより、メサ壁面におけるゲートメタル18の膜厚を増大させることができ、ゲートメタル18の段切れや、伸びによる電流狭窄を抑えることができる。また、側壁16により、二次元電子層17とゲートメタル18が絶縁されるため、ゲートからのリーク電流の増大を抑えることができる。
Thus, by forming the
本実施形態において、基板としては、GaN基板を用いたが、SiC、ダイヤモンドなどの基板を用いることができる。さらに、GaN層、AlGaN層はそれぞれ複数の化合物半導体層から構成されていてもよい。また、ヘテロ接合を有さないFET素子においても、適用することが可能である。また、キャリアも電子に限定されず、正孔でもよい。 In this embodiment, a GaN substrate is used as the substrate, but a substrate such as SiC or diamond can be used. Furthermore, each of the GaN layer and the AlGaN layer may be composed of a plurality of compound semiconductor layers. It can also be applied to an FET element having no heterojunction. Also, the carrier is not limited to electrons, and may be holes.
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. Various other modifications can be made without departing from the scope of the invention.
11…GaN層
12…AlGaN層
13…ソース電極
14…ドレイン電極
15…ゲート電極
16…側壁
17…二次元電子層
18…ゲートメタル
21、24…マスク
22…メサ
23…開口部
25…絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記メサの壁面に形成された曲率表面を有する側壁と、
前記メサ上に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極と一体化され、前記側壁の表面に形成されるゲートメタルと、を備えることを特徴とする化合物半導体装置。 A mesa formed on a compound semiconductor substrate;
A side wall having a curvature surface formed on the wall surface of the mesa;
A gate electrode formed on the mesa;
A compound semiconductor device comprising: a gate metal integrated with the gate electrode and formed on a surface of the side wall.
前記メサの頭部に、ゲート領域を露出させたマスクを形成し、
前記ゲート領域、前記マスク上および前記メサの底部に、連続した絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を異方性エッチングすることにより、前記ゲート領域、前記マスクおよび前記メサの底部を露出するとともに、前記マスクおよび前記メサの壁面に曲率表面を有する側壁を形成し、
前記ゲート領域および前記側壁上にゲートメタルを形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 Forming a mesa on a compound semiconductor substrate,
Forming a mask exposing the gate region on the head of the mesa,
Forming a continuous insulating film on the gate region, on the mask and on the bottom of the mesa;
By anisotropically etching the insulating film, the gate region, the mask, and the bottom of the mesa are exposed, and a sidewall having a curvature surface is formed on the wall surface of the mask and the mesa,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, comprising forming a gate metal on the gate region and the side wall.
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