JP2010118515A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置に関し、フィールドプレートを設けることによってゲート電極及びドレイン電極間に生じる電界集中を緩和する方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a method for reducing electric field concentration generated between a gate electrode and a drain electrode by providing a field plate.
従来から、2次元電子ガス(以下、2DEGとも称する)層を電流通路として使用した電界効果トランジスタとして、HEMT(High Electron Mobility Transistor)が周知である。HEMTは、例えば、不純物が導入されていないGaNを材料とした電子走行層、及びこの電子走行層の上側にAlGaNを材料として形成された電子供給層を含む下地を有する。また、HEMTは、下地の上側にゲート電極と、このゲート電極を挟んで配置されたソース電極及びドレイン電極とを有する。周知の通り、このようなHEMTでは、電子走行層及び電子供給層のヘテロ接合面の、ピエゾ分極と自発分極とのいずれか一方、または両方に基づいて、電子走行層に2DEG層が生じる。そして、電子供給層の膜厚方向の抵抗値が小さく、また膜厚方向に直交する方向の抵抗値が大きいため、ドレイン電極とソース電極との間の電流は、2DEG層を流れる。 Conventionally, HEMT (High Electron Mobility Transistor) is well known as a field effect transistor using a two-dimensional electron gas (hereinafter also referred to as 2DEG) layer as a current path. The HEMT has, for example, a base including an electron transit layer made of GaN in which no impurities are introduced, and an electron supply layer formed of AlGaN on the upper side of the electron transit layer. The HEMT has a gate electrode on the upper side of a base, and a source electrode and a drain electrode arranged with the gate electrode interposed therebetween. As is well known, in such a HEMT, a 2DEG layer is generated in the electron transit layer based on one or both of piezoelectric polarization and spontaneous polarization at the heterojunction surfaces of the electron transit layer and the electron supply layer. Since the resistance value in the film thickness direction of the electron supply layer is small and the resistance value in the direction orthogonal to the film thickness direction is large, the current between the drain electrode and the source electrode flows through the 2DEG layer.
このように、2DEG層を利用することにより、HEMTは、高温動作、高速スイッチング動作、大電力動作等の点において、優れた電子素子を実現する材料として期待を集めている。 Thus, by using the 2DEG layer, the HEMT has been expected as a material for realizing an excellent electronic device in terms of high-temperature operation, high-speed switching operation, high-power operation, and the like.
ところで、HEMTでは、交流動作時において、電子供給層の表面に負電荷が発生する。そしてこの負電荷の発生に起因して、電子走行層を流れる最大ドレイン電流が直流動作時の最大ドレイン電流よりも低減する、いわゆる電流コラプスという現象が発生する。 By the way, in the HEMT, a negative charge is generated on the surface of the electron supply layer during an AC operation. Due to the generation of the negative charge, a so-called current collapse phenomenon occurs in which the maximum drain current flowing through the electron transit layer is reduced from the maximum drain current during DC operation.
この電流コラプスを抑制するために、ゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極から露出した下地の上側表面に、SiNを材料とした下地面保護膜を形成する方法が従来周知である。しかし、HEMTでは、電子供給層の上側表面に、SiN下地面保護膜を設けることに起因して、ソース及びドレイン間の耐圧が低下するという問題が生じる。 In order to suppress this current collapse, a method of forming a base surface protective film made of SiN on the upper surface of the base exposed from the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode is conventionally known. However, the HEMT has a problem that the breakdown voltage between the source and the drain is lowered due to the provision of the SiN base surface protective film on the upper surface of the electron supply layer.
そこで、このような耐圧低下を抑制するために、ゲート電極の上側表面から、ゲート電極のドレイン電極と対向する側面にフィールドプレートを設けることによって電界の集中を緩和させ、耐圧の向上を図る半導体装置の構造が周知である(例えば、非特許文献1参照)。 Therefore, in order to suppress such a decrease in breakdown voltage, a semiconductor device is intended to reduce the concentration of the electric field by providing a field plate on the side surface facing the drain electrode of the gate electrode from the upper surface of the gate electrode, thereby improving the breakdown voltage. Is well known (see, for example, Non-Patent Document 1).
以下、図5を参照して、非特許文献1に開示された半導体装置について説明する。 Hereinafter, the semiconductor device disclosed in Non-Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
図5は、上述の従来技術による半導体装置を説明する図であり、この半導体装置を、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。 FIG. 5 is a diagram for explaining the above-described conventional semiconductor device, and shows a cut surface of a cross section of the semiconductor device taken along the gate length direction indicated by an arrow.
この非特許文献1に開示された半導体装置119は、下地101と、この下地101の下地面101aに、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極103a及び103bとを具えている。また、この半導体装置119は、下地面101aに、第1及び第2主電極103a及び103b間に挟み込まれて形成されたゲート電極105を具えている。さらに、ゲート電極105と第1主電極103aとの間に露出した下地面101aには、第1下地面保護膜107が、また、ゲート電極105と第2主電極103bとの間に露出した下地面101aには、第2下地面保護膜109が、それぞれ形成されている。そして、ゲート電極105の上側表面105aから、ゲート電極105の第2主電極103bと対向する側の側面105b、及び第2下地面保護膜109に渡って、一体的に被覆して形成されているフィールドプレート111とを具えている。
The
上述の半導体装置119では、このような構成において、第1主電極103aをソース電極として、また、第2主電極103bをドレイン電極としてそれぞれ使用する。その結果、半導体装置119の駆動時において、ゲート電極105、及び第2主電極103bすなわちドレイン電極間において発生する電界集中は、ゲート電極105の側面105bと第2下地面保護膜109の上側表面109aとが接触する端部113、及びフィールドプレート111と第2下地面保護膜109の上側表面109aとの境界面117の、ゲート長方向における第2主電極103b側の端部115の2点に分散される。
In the
一方、フィールドプレートを具える半導体装置において、フィールドプレートと第2下地面保護膜の上側表面との境界面を、下地面に対して傾斜面とする構造が周知である(例えば、非特許文献2参照)。
しかしながら、電界集中を上述した端部113及び115の2点に分散するのみでは、電界集中の緩和が不十分であった。
However, the relaxation of the electric field concentration is insufficient only by dispersing the electric field concentration at the two
また、非特許文献2に開示された半導体装置では、フィールドプレート111と第2下地面保護膜の上側表面との境界面を、平坦面状の傾斜面としており、電界集中の緩和が不十分であった。
Further, in the semiconductor device disclosed in Non-Patent Document 2, the boundary surface between the
そこで、この発明の目的は、従来技術による半導体装置と比して、より効率良くゲート電極及びドレイン電極間における電界集中を緩和できるフィールドプレートを具えた半導体装置、及びその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device including a field plate that can alleviate electric field concentration between a gate electrode and a drain electrode more efficiently than a semiconductor device according to the prior art, and a manufacturing method thereof. is there.
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、半導体装置は、以下の特徴を有する。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, a semiconductor device has the following characteristics.
すなわち、第1の要旨による半導体装置は、下地と、この下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極を具えている。また、第1の要旨による半導体装置は、下地面に、第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極を具えている。さらに、ゲート電極と第1主電極との間に露出した下地面には、第1下地面保護膜が形成されている。また、ゲート電極と第2主電極との間に露出した下地面には、第2下地面保護膜が形成されている。そして、ゲート電極の上側表面から、このゲート電極の第2主電極と対向する側の側面、第2下地面保護膜に渡って、一体的に被覆するフィールドプレートが形成されている。さらに、フィールドプレートと第2下地面保護膜との境界面は、下地面側に凸状に湾曲している傾斜面である。 That is, the semiconductor device according to the first aspect includes a base and first and second main electrodes formed on the ground under the base and spaced apart from each other and facing each other. The semiconductor device according to the first aspect includes a gate electrode formed on a base surface so as to be sandwiched between the first and second main electrodes. Further, a first base surface protective film is formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode. A second base surface protective film is formed on the base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A field plate is formed so as to be integrally covered from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode and the second base surface protective film. Further, the boundary surface between the field plate and the second base surface protective film is an inclined surface curved in a convex shape toward the base surface side.
また、この発明の第1の要旨による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。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes the following steps from a first step to a third step.
すなわち、まず、第1工程では、下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極と、下地面に、第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極と、ゲート電極と第1主電極との間に露出した下地面に形成されている第1下地面保護膜、及びゲート電極と第2主電極との間に露出した下地面に形成されている第2下地面保護膜とを具えている当該下地を用意する。 That is, first, in the first step, the first and second main electrodes that are spaced apart from and opposed to each other on the lower ground of the base and the first and second main electrodes are sandwiched between the first and second main electrodes. The formed gate electrode, the first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode, and the base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode A base having a second base surface protective film formed on the base is prepared.
次に、第2工程では、ゲート電極の、第2主電極と対向する側の周辺領域の、第2下地面保護膜を部分的に除去する。そして、この除去領域を、第2下地面保護膜の上側表面からゲート電極に向かって下地面側に凸状に湾曲した傾斜面、及びゲート電極の、第2主電極と対向する側の側面によって画成された溝部とする。 Next, in the second step, the second base surface protective film in the peripheral region of the gate electrode on the side facing the second main electrode is partially removed. Then, the removal region is formed by an inclined surface convexly convex toward the base surface from the upper surface of the second base surface protective film toward the gate electrode, and a side surface of the gate electrode on the side facing the second main electrode. Let it be a defined groove.
次に、第3工程では、溝部を埋め込むとともに、ゲート電極の上側表面から、第2主電極と対向する側の側面に渡って、一体的に被覆するようにフィールドプレートを形成する。 Next, in the third step, the field plate is formed so as to cover the groove portion and to cover the entire surface from the upper surface of the gate electrode to the side surface facing the second main electrode.
また、この発明の第2の要旨によれば、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 semiconductor device has the following characteristics.
すなわち、第2の要旨による半導体装置は、下地と、この下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極を具えている。また、第1の要旨による半導体装置は、下地面に、第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極を具えている。さらに、ゲート電極と第1主電極との間に露出した下地面には、第1下地面保護膜が形成されている。また、ゲート電極と第2主電極との間に露出した下地面には、第2下地面保護膜が形成されている。そして、ゲート電極の上側表面から、このゲート電極の第2主電極と対向する側の側面に渡って、一体的に被覆するフィールドプレートが形成されている。さらに、フィールドプレートは、下地面との対向面が下地面に対して凹状に湾曲した傾斜として、第2下地面保護膜と離間している。 That is, the semiconductor device according to the second aspect includes a base and first and second main electrodes formed on the base and the ground below the base so as to be spaced apart from each other. The semiconductor device according to the first aspect includes a gate electrode formed on a base surface so as to be sandwiched between the first and second main electrodes. Further, a first base surface protective film is formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode. A second base surface protective film is formed on the base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A field plate is integrally formed covering from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode. Further, the field plate is separated from the second base surface protective film as an inclined surface in which the surface facing the base surface is concavely curved with respect to the base surface.
また、この発明の第2の要旨による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 semiconductor device manufacturing method according to the second aspect of the present invention includes the following steps from a first step to a fourth step.
すなわち、まず、第1工程では、下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極と、下地面に、第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極と、ゲート電極と第1主電極との間に露出した下地面に形成されている第1下地面保護膜、及びゲート電極と第2主電極との間に露出した下地面に形成されている第2下地面保護膜とを具えている当該下地を用意する。 That is, first, in the first step, the first and second main electrodes that are spaced apart from and opposed to each other on the lower ground of the base and the first and second main electrodes are sandwiched between the first and second main electrodes. The formed gate electrode, the first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode, and the base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode A base having a second base surface protective film formed on the base is prepared.
次に、第2工程では、ゲート電極を露出させ、かつ第1及び第2主電極と第1及び第2下地面保護膜を被覆する第1レジスト層であって、第1及び第2主電極を被覆する領域から、ゲート電極に向かって厚みが順次減少し、かつ表面が下地面に対して凹状に湾曲している当該第1レジスト層を形成する。 Next, in the second step, the first resist layer is a first resist layer that exposes the gate electrode and covers the first and second main electrodes and the first and second base surface protective films. The first resist layer having a thickness that gradually decreases from the region covering the gate electrode toward the gate electrode and whose surface is concavely curved with respect to the base surface is formed.
次に、第3工程では、第1レジスト層の表面を被覆する第2レジスト層であって、開口端からこの第2レジスト層の厚み方向に順次拡張し、かつ第1レジスト層の表面に至る開口部から、ゲート電極の上側表面、ゲート電極の第2主電極と対向する側面、及びこの側面側の第1レジスト層の表面を露出させる当該第2レジスト層を形成する。 Next, in the third step, the second resist layer covers the surface of the first resist layer, and sequentially extends from the opening end in the thickness direction of the second resist layer and reaches the surface of the first resist layer. The second resist layer is formed to expose the upper surface of the gate electrode, the side surface of the gate electrode facing the second main electrode, and the surface of the first resist layer on the side surface from the opening.
次に、第4工程では、ゲート電極の上側表面から、ゲート電極の第2主電極と対向する側面、及びこの側面側の第1レジスト層の表面に渡って、一体的に被覆するフィールドプレートを形成し、しかる後、第1及び第2レジスト層を除去する。 Next, in the fourth step, a field plate is integrally covered from the upper surface of the gate electrode to the side surface facing the second main electrode of the gate electrode and the surface of the first resist layer on the side surface side. After the formation, the first and second resist layers are removed.
第1の要旨による半導体装置では、フィールドプレートと第2下地面保護膜との境界面が、湾曲した傾斜面である。このような構造を採用することによって、第1の要旨による半導体装置では、半導体装置の駆動時において、電界集中がフィールドプレートと第2下地面保護膜との、湾曲した傾斜面である境界面に全面的に分散される。従って、上述した端部113及び115の2点に電界が集中する、または境界面117を平坦面状の傾斜面とする従来技術による半導体装置(図5参照)と比して、第1の要旨による半導体装置では、より効率良くゲート電極及びドレイン電極間の電界集中を緩和することができる。
In the semiconductor device according to the first aspect, the boundary surface between the field plate and the second base surface protective film is a curved inclined surface. By adopting such a structure, in the semiconductor device according to the first aspect, when the semiconductor device is driven, the electric field concentration occurs on the boundary surface that is a curved inclined surface between the field plate and the second base surface protective film. Distributed throughout. Therefore, as compared with the conventional semiconductor device (see FIG. 5) in which the electric field concentrates at the two
また、第2の要旨による半導体装置では、フィールドプレートは、下地面との対向面が、下地面に対して凹状に湾曲して形成されている。従って、半導体装置の駆動時において、電界集中が、ゲート電極及びドレイン電極として用いられる第2主電極間の電界集中が、この下地面との対向面において全面的に分散される。 In the semiconductor device according to the second aspect, the field plate is formed such that the surface facing the base surface is curved in a concave shape with respect to the base surface. Accordingly, when the semiconductor device is driven, the electric field concentration is dispersed entirely on the surface facing the base surface, while the electric field concentration between the second main electrodes used as the gate electrode and the drain electrode is distributed.
また、第2の要旨による半導体装置では、フィールドプレートの下地面との対向面が、第2下地面保護膜と離間している。すなわち、フィールドプレートの下地面との対向面と、第2下地面保護膜の上側表面との間が中空部となっている。従って、フィールドプレートと、ドレイン電極として用いられる第2主電極との間に絶縁膜が存在しない。そのため、この絶縁膜の誘電率に起因して発生する、フィールドプレート及び第2主電極間の容量を抑制することができる。 In the semiconductor device according to the second aspect, the surface of the field plate facing the lower ground is separated from the second base surface protective film. That is, a space is formed between the surface facing the lower ground of the field plate and the upper surface of the second base surface protective film. Therefore, there is no insulating film between the field plate and the second main electrode used as the drain electrode. Therefore, the capacitance between the field plate and the second main electrode, which is generated due to the dielectric constant of the insulating film, can be suppressed.
従って、第2の要旨による半導体装置では、効率良く、ゲート電極及び第2主電極間の電界集中を緩和することができるとともに、フィールドプレート及び第2主電極間の容量を低減することができる。 Therefore, in the semiconductor device according to the second aspect, the electric field concentration between the gate electrode and the second main electrode can be relaxed efficiently, and the capacitance between the field plate and the second main electrode can be reduced.
以下、図面を参照して、この発明に係る半導体装置、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。 A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described below 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、下地面に形成されている第2下地面保護膜との境界面が、湾曲した傾斜面であるフィールドプレートを具えている半導体装置、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。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 semiconductor device including a field plate whose boundary surface with a second base surface protective film formed on the base surface is a curved inclined surface and a manufacturing method thereof will be described. This manufacturing method includes the first to third steps. Hereinafter, each step will be described in order from the first step.
図1(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る。また、図2(A)及び(B)は、図1(B)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で示してある。 1A and 1B are process diagrams for explaining a first embodiment of the present invention. 2A and 2B are process diagrams following FIG. 1B. In each of these drawings, the structure obtained in each manufacturing stage is shown by a cut surface in a cross section taken along the gate length direction indicated by an arrow in each drawing.
まず、第1工程では、図1(A)に示すような、下地11を用意する。 First, in the first step, a base 11 as shown in FIG.
下地11は、従来周知の半導体基板であり、例えば、ヘテロ接合面を有する下地、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、または、Si基板、SOI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。なお、この第1の実施の形態では、一例としてAlGaN/GaN−HEMTを製造する工程を説明する。そこで、下地11として、AlGaN/GaNのヘテロ接合面を有する下地を用いた場合を例に挙げて、図示するとともに説明する。
The
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13、及びこの基板13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15を具えている。更に、このバッファ層15の上側に電子走行層として、UID(Un−Intentionally−Doped:不純物無添加)−GaN層(以下、単にGaN層とも称する)17、及び電子供給層として、UID−AlGaN層(以下、単にAlGaN層とも称する)19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17とAlGaN層19とのエネルギーバンドギャップの差から、GaN層17内のAlGaN層19との境界付近に2次元電子ガス層(以下、2DEG層とも称する)21が形成される。
In the configuration example shown in FIG. 1A, first, the
また、下地11には、素子領域23を区画する目的で素子分離領域25が形成されている。
An
素子分離領域25は、下地11上の各素子領域25を互いに電気的に分離する目的で形成されており、例えばArイオン等のイオン注入領域として形成されている。そして、素子分離領域25は、各素子領域23を確実に電気的に分離するために、下地面11a、すなわちAlGaN層19の上側表面19aから2DEG層21の下側までイオンが注入されることによって形成されている。
The
さらに、この第1工程において用意する下地11は、ゲート電極27と、第1及び第2主電極29a及び29bと、第1及び第2下地面保護膜31a及び31bを具えている。
Further, the base 11 prepared in the first step includes a
第1及び第2主電極は、下地面11aに、互いに離間しかつ対向して形成されている。これら第1及び第2主電極29a及び29bは、周知のEB(Electron Beam)蒸着によって、例えばTi及びAlを堆積することによって形成されている。第1及び第2主電極29a及び29bは、下地面11aとの接触面において、素子領域23とオーミック接触が取られる。その結果、これら第1及び第2主電極29a及び29bは、オーミック電極として、一方がソース電極、また他方がドレイン電極として機能する。なお、この実施の形態では、第1主電極29aをソース電極として、また、第2主電極29bをドレイン電極として使用する。
The first and second main electrodes are formed on the
また、ゲート電極27は、下地面11aに、第1及び第2主電極29a及び29b間に挟み込まれて形成されている。このゲート電極27は、例えば周知のEB蒸着を用いて、例えばNi及びAuを堆積することによって形成されている。
The
また、第1下地面保護膜31aは、ゲート電極27と第1主電極29aとの間に露出した下地面11aを被覆して形成されている。また、第2下地面保護膜31bは、ゲート電極27と第2主電極29bとの間に露出した下地面11aを被覆して形成されている。これら第1及び第2下地面保護膜31a及び31bは、第1の実施の形態における半導体装置の製造工程中において、下地面11aが汚染されるのを防ぐ目的で形成されている。そして、第1及び第2下地面保護膜31a及び31bは、周知のプラズマCVD法によって、例えばSiN膜を材料として形成されている。
The first base
次に、第2工程では、ゲート電極27の、第2主電極29bと対向する側の周辺領域33の、第2下地面保護膜31bを部分的に除去して図1(B)に示すような構造体を得る。
Next, in the second step, as shown in FIG. 1B, the second base
ここで、この第1の実施の形態では、後の第3工程において、ゲート電極27から第2下地面保護膜31bに渡って被覆するフィールドプレートを形成し、このフィールドプレートによって、半導体装置の駆動時におけるゲート電極及びドレイン電極間の電界集中を緩和する。そして、この第1の実施の形態では、このフィールドプレートと第2下地面保護膜31bとの境界面を湾曲面とすることによって、電界集中の緩和の効率化を図る。
Here, in the first embodiment, a field plate that covers from the
そこで、この第2工程において、上述した除去によって、フィールドプレートと第2下地面保護膜31bとの境界面となる領域、すなわちすなわちゲート電極27の、第2主電極29bと対向する側の周辺領域33を溝部35とし、この溝部35の内側壁面に湾曲した傾斜面35aを形成する。
Therefore, in this second step, by the above-described removal, a region serving as a boundary surface between the field plate and the second base
そのために、この第2工程では、まず周知の塗布技術及びフォトリソグラフィ技術を用いて、下地11の全面を被覆するネガ型のレジスト層37を形成する。
Therefore, in this second step, first, a negative resist
レジスト層37は、この第2工程において、周辺領域33を部分的に除去する際のマスクとして機能する。そのために、レジスト層37には、この除去すべき周辺領域33を露出させる開口部39が形成されている。
The resist
開口部39は、レジスト層37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、このレジスト層37に開口形成することによって、開口端39aからレジスト層37の厚み方向に順次拡張する、いわゆる逆テーパ形状となる。
Since the resist
そして、この実施の形態では、開口端39aのゲート長方向に沿った、第1主電極29aの側の端部39aaが、ゲート電極27の上側表面27aのゲート長方向に沿った、第1主電極29aの側の端部27aaの直上位置、または、直上位置からゲート長方向に沿って0.1〜0.2μm程度ずれた位置となるように、開口部39を形成する。その結果、開口部39内で露出した領域に対する、開口端39aの正射影で与えられる領域が、ゲート電極27及び周辺領域33を含む被エッチング領域41となる。
In this embodiment, the end portion 39aa on the first
そして、レジスト層37をマスクとして、この被エッチング領域41に対して、ゲート電極27を残存させ、かつ周辺領域33を選択的に異方性エッチングする。そのために、この第1の実施の形態では、例えば、SF6をエッチングガスとして、周知のICP−RIE(誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング)法を用いて異方性エッチングを行う。
Then, using the resist
このとき、周辺領域33は、第2下地面保護膜31bの厚み方向に異方性エッチングされるとともに、エッチングガスに含まれるラジカルイオンによって、わずかに等方性エッチングされる。その結果、周辺領域33の第2下地面保護膜31bが部分的に除去された除去領域は、第2下地面保護膜31bの上側表面31baからゲート電極27に向かって下地面11a側に凸状に湾曲した傾斜面35a、及びゲート電極27の、第2主電極29bと対向する側の側面27bによって画成された溝部35となる。
At this time, the
そして、溝部35を形成した段階において、この溝部35と、ゲート電極27の上側表面27a、及びゲート電極27の第2主電極29bと対向する側面27bとが、開口部39内において、レジスト層37から露出している。
Then, at the stage of forming the
次に、第3工程では、フィールドプレート43を形成して図2(A)に示すような構造体を得る。
Next, in the third step, a
第1の実施の形態では、上述した第2工程において形成したレジスト層37をマスクとし、例えば周知の回転蒸着法、または静止蒸着法を用いて、例えばNi、Pt、及びAuを堆積することによってフィールドプレート43を形成する。これによって、フィールドプレート43は、開口部39内で露出した領域に対する、開口端39aの正射影で与えられる領域、すなわちゲート電極27及び溝部35上を被覆して形成される。従って、フィールドプレート43は、溝部35を埋め込むとともに、ゲート電極27の上側表面27aから、第2主電極29bと対向する側の側面27bに渡って、一体的に被覆して形成される。このとき、レジスト層37の上側表面37aには、フィールドプレート43の材料が堆積して、金属膜45が不所望に形成される。
In the first embodiment, the resist
しかる後、例えばアセトン等の有機溶剤を用いて、レジスト層37を除去して図2(B)に示すような構造体を得る。このとき、レジスト層37とともに、金属膜45も除去される。
Thereafter, the resist
そして、残存して形成されたフィールドプレート43は、溝部35を埋め込む部分において、第2下地面保護膜31bを被覆する。そのため、溝部35の湾曲した傾斜面35aが、フィールドプレート43と第2下地面保護膜31bとの境界面47となる。
The remaining
以上に説明した第1の実施の形態の各工程を経て製造された半導体装置は、下地11と、この下地11の下地面11aに、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極29a及び29bを具えている。また、第1の実施の形態による半導体装置は、下地面11aに、第1及び第2主電極29a及び29b間に挟み込まれて形成されたゲート電極27を具えている。さらに、ゲート電極27と第1主電極29aとの間に露出した下地面11aには、第1下地面保護膜31aが形成されている。また、ゲート電極27と第2主電極29bとの間に露出した下地面11aには、第2下地面保護膜31bが形成されている。そして、ゲート電極27の上側表面27aから、このゲート電極27の第2主電極29bと対向する側の側面27b、第2下地面保護膜31bに渡って、一体的に被覆するフィールドプレート43が形成されている。さらに、フィールドプレート43と第2下地面保護膜31bとの境界面は、下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面である。
The semiconductor device manufactured through the steps of the first embodiment described above has a
第1の実施の形態による半導体装置では、フィールドプレート43と第2下地面保護膜31bとの境界面47が、湾曲した傾斜面である。このような構造を採用することによって、第1の実施の形態による半導体装置では、半導体装置の駆動時において、電界集中が、フィールドプレート43と第2下地面保護膜31bとの、湾曲した傾斜面である境界面47において全面的に分散される。従って、上述した端部113及び115の2点に電界が集中する、または境界面117を平坦面状の傾斜面とする従来技術による半導体装置(図5参照)と比して、第1の実施の形態による半導体装置では、より効率良く、ゲート電極27及びドレイン電極として用いられる第2主電極29b間の電界集中を緩和することができる。
In the semiconductor device according to the first embodiment, the
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、ゲート電極の上側表面から、このゲート電極の第2主電極と対向する側の側面に渡って、一体的に被覆するフィールドプレートであって、下地面に形成されている第2下地面保護膜との対向面が下地面に対して凹状に湾曲して、この第2下地面保護膜と離間しているフィールドプレートを具えている半導体装置、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。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, the field plate is integrally covered from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode, and is formed on the base surface. A semiconductor device including a field plate having a field plate spaced from the second base surface protective film, the surface facing the second base surface protective film being curved concavely with respect to the base surface, and a method for manufacturing the same To do. This manufacturing method includes the first to fourth steps. Hereinafter, each step will be described in order from the first step.
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、2つのレジスト層、すなわち第1及び第2レジスト層を形成して、フィールドプレートを形成する点である。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 two resist layers, that is, first and second resist layers are formed. Thus, a field plate is formed. 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3(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。また、図4(A)及び(B)は、図3(B)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で示してある。 3A and 3B are process diagrams for explaining the second embodiment of the present invention. 4A and 4B are process diagrams following FIG. 3B. In each of these drawings, the structure obtained in each manufacturing stage is shown by a cut surface in a cross section taken along the gate length direction indicated by an arrow in each drawing.
まず、第2の実施の形態における第1工程では、上述した第1の実施の形態における第1工程を行い、下地11を用意する(図1(A)参照)。 First, in the first step in the second embodiment, the first step in the first embodiment described above is performed to prepare the base 11 (see FIG. 1A).
次に、第2工程では、第1レジスト層49を形成して図3(A)に示すような構造体を得る。
Next, in the second step, a first resist
第2の実施の形態では、まず、周知の塗布技術及びフォトリソグラフィ技術を用いて、下地11の全面を被覆するポジ型のレジストを堆積する。その後、このレジストを、周知の露光技術を用いて部分的に除去することによって、第1レジスト層49を形成する。そして、この除去された部分、すなわち第1開口部51から、ゲート電極27が露出している。
In the second embodiment, first, a positive resist that covers the entire surface of the
ここで、第2の実施の形態では、この第1開口部51を、第1開口端51aのゲート長方向に沿った中心位置51bが、ゲート電極27の直上に位置するように設定し、周知の露光技術を用いて形成する。そして、第1レジスト層49がポジ型のレジストであるため、露光によってレジストが部分的に除去され、形成された第1開口部51は、第1開口端51aから第1レジスト層49の厚み方向に順次収縮する、いわゆるテーパ形状となる。その結果、第1開口部51からゲート電極27が露出し、第1及び第2下地面保護膜31a及び31bが、第1レジスト層49に被覆される。
Here, in the second embodiment, the
また、第2の実施の形態では、第1開口部51を形成した後に、第1レジスト層49を、好ましくは200℃の温度でリフローする。その結果、第1レジスト層49の、第1開口部51の内側壁面49b及び第1開口部51外の上面49cは、一連なりの表面49aとなり、下地面11aに対して凹状に湾曲した傾斜面となる。
In the second embodiment, after the
その結果、第1レジスト層49は、第1開口部51からゲート電極27を露出させ、かつ第1及び第2主電極29a及び29bと第1及び第2下地面保護膜31a及び31bを被覆し、さらに、第1及び第2主電極29a及び29bを被覆する領域から、ゲート電極27に向かって厚みが順次減少し、かつ表面49aが下地面11aに対して凹状に湾曲した形状となる。
As a result, the first resist
次に、第3工程では、第1レジスト層49の表面49aを被覆する第2レジスト層53を形成して図3(B)に示すような構造体を得る。
Next, in the third step, a second resist
この第2の実施の形態では、後の第4工程において、ゲート電極27の上側表面27aから、第2主電極29bと対向する側面27b、及びこの側面27b側の第1レジスト層49の表面49aに渡って被覆するフィールドプレートを形成する。そこで、この第3工程において、フィールドプレートを形成する際に、マスクとして用いる第2レジスト層53を形成する。
In the second embodiment, in the subsequent fourth step, from the
そのために、第2の実施の形態では、第2レジスト層53を、周知の塗布技術を用いて、ネガ型のレジスト層として形成する。そして、この第2レジスト層53に、フィールドプレートの形成予定領域、すなわちゲート電極27の上側表面27a、ゲート電極27の第2主電極29bと対向する側面27b、及びこの側面27b側の第1レジスト層49の表面49aを露出させる第2開口部55を、周知のフォトリソグラフィ技術及び露光技術を用いて形成する。
Therefore, in the second embodiment, the second resist
第2開口部55は、第2レジスト層53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この第2レジスト層53に開口形成することによって、いわゆる逆テーパ形状となる。すなわち、第2開口部55は、第2開口端55aから第2レジスト層53の厚み方向に順次拡張し、第1レジスト層49の表面49aに至る。
Since the second resist
この第2の実施の形態では、第2開口端55aのゲート長方向に沿った、第1主電極29aの側の端部55aaが、ゲート電極27の上側表面27aのゲート長方向に沿った、第1主電極29aの側の端部27aaの直上位置、または、直上位置からゲート長方向に沿って0.1〜0.2μm程度ずれた位置となるように、第2開口部55を形成する。
In the second embodiment, the end 55aa on the first
その結果、第2開口部55内で露出した領域に対する、第2開口端55aの正射影で与えられる領域が、ゲート電極27の上側表面27a、ゲート電極27の第2主電極29bと対向する側面27b、及びこの側面27b側の第1レジスト層49の表面49aを含む、フィールドプレート形成予定領域57となる。
As a result, the region given by the orthogonal projection of the
次に、第4工程では、ゲート電極27の上側表面27bから、ゲート電極27の第2主電極29bと対向する側面27b、及びこの側面27b側の第1レジスト層49の表面49aに渡って、一体的に被覆するフィールドプレート59を形成して図4(A)に示すような構造体を得る。
Next, in the fourth step, from the
この第2の実施例では、上述したように第2レジスト層53をマスクとして、例えば周知の回転蒸着法、または静止蒸着法を用いて、例えばNi、Pt、及びAuを堆積することによってフィールドプレート59を形成する。これによって、フィールドプレート59は、第2開口部55内で露出した領域に対する、第2開口端55aの正射影で与えられる領域、すなわちゲート電極27の上側表面27a、ゲート電極27の第2主電極29bと対向する側面27b、及びこの側面27b側の第1レジスト層49の表面49aを含む、フィールドプレート形成予定領域57を被覆して形成される。
In the second embodiment, as described above, the field plate is formed by depositing, for example, Ni, Pt, and Au by using the second resist
このように形成されたフィールドプレート59は、底面59a、すなわち下地面11aとの対向面59aが、第1レジスト層49の表面49a上に乗り上げて形成される。そして、既に説明したように、第1レジスト層49の表面49aは、下地面11aに対して凹状に湾曲した傾斜面である。従って、フィールドプレート59の、下地面11aとの対向面59aは、下地面11aに対して凹状に湾曲した傾斜面となる。
The
また、フィールドプレート59の形成時には、第2レジスト層53の上側表面53aには、フィールドプレート59の材料が堆積して、金属膜61が不所望に形成される。
Further, when the
第2の実施例では、フィールドプレート59を形成した後に、例えばアセトン等の有機溶剤を用いて、第1及び第2レジスト層49及び53を除去して図4(B)に示すような構造体を得る。
In the second embodiment, after the
上述したように、フィールドプレート59は、下地面11aとの対向面59aが、第1レジスト層49の表面49a上に乗り上げて形成されているため、第2レジスト層53を除去することによって、フィールドプレート59の、下地面11aとの対向面59aは、第2下地面保護膜31bから離間する。
As described above, since the
また、このとき、第1及び第2レジスト層49及び53とともに、金属膜61も除去される。
At this time, the
以上に説明した第2の実施の形態の各工程を経て製造された半導体装置は、下地11と、この下地11の下地面11aに、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極29a及び29bを具えている。また、第2の実施の形態による半導体装置は、下地面11aに、第1及び第2主電極29a及び29b間に挟み込まれて形成されたゲート電極27を具えている。さらに、ゲート電極27と第1主電極29aとの間に露出した下地面11aには、第1下地面保護膜31aが形成されている。また、ゲート電極27と第2主電極29bとの間に露出した下地面11aには、第2下地面保護膜31bが形成されている。そして、ゲート電極27の上側表面27aから、このゲート電極27の第2主電極29bと対向する側の側面27bに渡って、一体的に被覆するフィールドプレート59が形成されている。さらに、フィールドプレート59は、下地面11との対向面59aが、下地面11に対して凹状に湾曲した傾斜面として、第2下地面保護膜31bと離間している。
The semiconductor device manufactured through the respective steps of the second embodiment described above has first and
第2の実施の形態による半導体装置では、フィールドプレート59は、下地面11との対向面59aが、下地面11aに対して凹状に湾曲して形成されている。従って、半導体装置の駆動時において、電界集中が、ゲート電極27及びドレイン電極として用いられる第2主電極29b間の電界集中が、この下地面11aとの対向面59aにおいて全面的に分散される。
In the semiconductor device according to the second embodiment, the
また、第2の実施の形態による半導体装置では、フィールドプレート59の下地面11との対向面59aが、第2下地面保護膜31bと離間している。すなわち、フィールドプレート59の下地面11aとの対向面59aと、第2下地面保護膜31bの上側表面31baとの間が中空部となっている。従って、フィールドプレート59と、ドレイン電極として用いられる第2主電極29bとの間に絶縁膜が存在しない。そのため、この絶縁膜の誘電率に起因して発生する、フィールドプレート59及び第2主電極29b間の容量を抑制することができる。
In the semiconductor device according to the second embodiment, the
従って、第2の実施の形態による半導体装置では、効率良く、ゲート電極27及び第2主電極29b間の電界集中を緩和することができるとともに、フィールドプレート59及び第2主電極29b間の容量を低減することができる。
Therefore, in the semiconductor device according to the second embodiment, the electric field concentration between the
11、101:下地
13:基板
15:バッファ層
17:UID−GaN層(GaN層)
19:UID−AlGaN層(AlGaN層)
21:2次元電子ガス層
23:素子領域
25:素子分離領域
27、105:ゲート電極
29a、103a:第1主電極
29b、103b:第2主電極
31a、107:第1下地面保護膜
31b、109:第2下地面保護膜
33:周辺領域
35:溝部
35a:傾斜面
37:レジスト層
39:開口部
41:被エッチング領域
43、59、111:フィールドプレート
45、61:金属膜
47、117:境界面
49:第1レジスト層
51:第1開口部
53:第2レジスト層
55:第2開口部
57:フィールドプレート形成予定領域
113、115:端部
119:半導体装置
11, 101: Base 13: Substrate 15: Buffer layer 17: UID-GaN layer (GaN layer)
19: UID-AlGaN layer (AlGaN layer)
21: Two-dimensional electron gas layer 23: Element region 25:
Claims (4)
該下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極と、
前記下地面に、前記第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極と、
該ゲート電極と前記第1主電極との間に露出した前記下地面に形成されている第1下地面保護膜、及び前記ゲート電極と前記第2主電極との間に露出した前記下地面に形成されている第2下地面保護膜と、
前記ゲート電極の上側表面から、前記ゲート電極の、前記第2主電極と対向する側の側面、及び前記第2下地面保護膜に渡って、一体的に被覆して形成されているフィールドプレートと
を具え、
前記フィールドプレートと前記第2下地面保護膜との境界面が、前記下地面側に凸状に湾曲している傾斜面である
ことを特徴とする半導体装置。 The groundwork,
First and second main electrodes formed on the lower ground of the base so as to be spaced apart from each other and facing each other;
A gate electrode formed between the first main electrode and the second main electrode on the base surface;
A first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode; and a base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A formed second base surface protective film;
A field plate formed by integrally covering from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode and the second base surface protective film; With
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein a boundary surface between the field plate and the second base surface protective film is an inclined surface that is convexly curved toward the base surface.
該下地の下地面に、互いに離間しかつ対向して形成された第1及び第2主電極と、
前記下地面に、前記第1及び第2主電極間に挟み込まれて形成されたゲート電極と、
該ゲート電極と前記第1主電極との間に露出した前記下地面に形成されている第1下地面保護膜、及び前記ゲート電極と前記第2主電極との間に露出した前記下地面に形成されている第2下地面保護膜と、
前記ゲート電極の上側表面から、前記ゲート電極の、前記第2主電極と対向する側の側面に渡って、一体的に被覆して形成されているフィールドプレートと
を具え、
前記フィールドプレートは、前記下地面との対向面が、前記下地面に対して凹状に湾曲した傾斜として、前記第2下地面保護膜と離間している
ことを特徴とする半導体装置。 The groundwork,
First and second main electrodes formed on the lower ground of the base so as to be spaced apart from each other and facing each other;
A gate electrode formed between the first main electrode and the second main electrode on the base surface;
A first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode; and a base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A formed second base surface protective film;
A field plate formed by integrally covering from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a surface of the field plate facing the base surface is separated from the second base surface protective film as a slope that is concavely curved with respect to the base surface.
前記ゲート電極の、前記第2主電極と対向する側の周辺領域の、前記第2下地面保護膜を部分的に除去することによって、該除去領域を、前記第2下地面保護膜の上側表面から前記ゲート電極に向かって、前記下地面側に凸状に湾曲した傾斜面、及び前記ゲート電極の、前記第2主電極と対向する側の側面によって画成された溝部とする第2工程と、
該溝部を埋め込むとともに、前記ゲート電極の上側表面から、前記第2主電極と対向する側の側面に渡って、一体的に被覆するようにフィールドプレートを形成する第3工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first and a second main electrode formed on the lower ground of the base so as to be spaced apart from each other; a gate electrode formed on the base surface and sandwiched between the first and second main electrodes; A first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode; and a base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A first step of preparing the base comprising a second base surface protective film formed;
By partially removing the second base surface protective film in the peripheral region of the gate electrode on the side facing the second main electrode, the removed region is formed on the upper surface of the second base surface protective film. A second step of forming a groove defined by an inclined surface convexly convex toward the base surface side from the gate electrode and a side surface of the gate electrode facing the second main electrode; ,
A third step of embedding the groove and forming a field plate so as to be integrally covered from the upper surface of the gate electrode to the side surface facing the second main electrode. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記ゲート電極を露出させ、かつ前記第1及び第2主電極と第1及び第2下地面保護膜を被覆する第1レジスト層であって、前記第1及び第2主電極を被覆する領域から、前記ゲート電極に向かって厚みが順次減少し、かつ表面が前記下地面に対して凹状に湾曲している当該第1レジスト層を形成する第2工程と、
該第1レジスト層の表面を被覆する第2レジスト層であって、開口端から該第2レジスト層の厚み方向に順次拡張して、前記第1レジスト層の表面に至る開口部から、前記ゲート電極の上側表面、前記ゲート電極の前記第2主電極と対向する側面、及び該側面側の前記第1レジスト層の表面を露出させる当該第2レジスト層を形成する第3工程と、
前記ゲート電極の上側表面から、前記ゲート電極の前記第2主電極と対向する側面、及び該側面側の前記第1レジスト層の表面に渡って、一体的に被覆するフィールドプレートを形成し、しかる後、前記第1及び第2レジスト層を除去する第4工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first and a second main electrode formed on the lower ground of the base so as to be spaced apart from each other; a gate electrode formed on the base surface and sandwiched between the first and second main electrodes; A first base surface protective film formed on the base surface exposed between the gate electrode and the first main electrode; and a base surface exposed between the gate electrode and the second main electrode. A first step of preparing the base comprising a second base surface protective film formed;
A first resist layer that exposes the gate electrode and covers the first and second main electrodes and the first and second base surface protective films, from a region covering the first and second main electrodes A second step of forming the first resist layer, the thickness of which gradually decreases toward the gate electrode, and the surface of which is curved concavely with respect to the base surface;
A second resist layer covering the surface of the first resist layer, the gate extending from an opening extending in the thickness direction of the second resist layer sequentially from an opening end to the surface of the first resist layer; A third step of forming an upper surface of the electrode, a side surface of the gate electrode facing the second main electrode, and the second resist layer exposing the surface of the first resist layer on the side surface side;
A field plate is integrally formed from the upper surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode facing the second main electrode and the surface of the first resist layer on the side surface side. And a fourth step of removing the first and second resist layers.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120207 |