JP2010192518A - Semiconductor device - Google Patents

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Shoshichi Chin
正七 沈
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of having low ON resistance and a high breakdown voltage at the same time. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes a semiconductor substrate 12 made of GaN, an n-type diffusion layer 11 formed on a surface of the semiconductor substrate 12, an n+-type diffusion layer 17 formed on part of a surface of the n-type diffusion layer 11, a drain electrode 13 and a source electrode 14 formed on the n-type diffusion layer 11 apart from each other, a gate electrode 15 formed on the n+-type diffusion layer 17 between the drain electrode 13 and the source electrode 14, and a trench 19 formed on the semiconductor substrate 12 between the gate electrode 15 and the drain electrode 13, extending in a depth direction and filled with a high-resistance body 20. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、HEMT、FET等のRFデバイスに関する。   The present invention relates to RF devices such as HEMTs and FETs.

GaNやGaAsからなる基板は、その物理的、電気的特性に優れているため、特に高電圧印加用の高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)、電界効果型トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)等の半導体装置に利用されている。   Since a substrate made of GaN or GaAs has excellent physical and electrical characteristics, a high electron mobility transistor (HEMT) for application of a high voltage, a field effect transistor (FET) is particularly effective. This is used in a semiconductor device such as a transistor.

例えばFETは、半導体基板にチャネル層としてp型不純物層が形成されており、このp型不純物層の表面に、n+型不純物層が互いに離間して形成されている。さらに、それぞれのn+型不純物層上にはドレイン電極またはソース電極が形成されており、これらのn+型不純物層の間のp型不純物層上には、絶縁膜を介してゲート電極が形成されている。   For example, in a FET, a p-type impurity layer is formed as a channel layer on a semiconductor substrate, and n + -type impurity layers are formed on the surface of the p-type impurity layer so as to be separated from each other. Further, a drain electrode or a source electrode is formed on each n + -type impurity layer, and a gate electrode is formed on the p-type impurity layer between these n + -type impurity layers via an insulating film. Yes.

このようなFETは、高電圧を印加して動作させるため、耐圧を向上させる必要がある。耐圧を向上させる構造として、以下の構造が知られている。   Since such FETs are operated by applying a high voltage, it is necessary to improve the breakdown voltage. The following structures are known as structures for improving the breakdown voltage.

すなわち、チャネル層の不純物濃度を低下させる構造(特許文献1参照)、または、ゲートドレイン間の距離を長くする構造(特許文献2参照)である。   That is, a structure for reducing the impurity concentration of the channel layer (see Patent Document 1) or a structure for increasing the distance between the gate and drain (see Patent Document 2).

しかし、耐圧とオン抵抗との関係は、トレードオフの関係であることが知られており、上述した従来のFETの構造によって耐圧を向上させた場合には、オン抵抗が高くなるという問題がある。さらに、ゲートドレイン間の距離を長くした場合、オン抵抗が高くなるばかりでなく、装置のサイズが大きくなるという問題もある。   However, it is known that the relationship between the breakdown voltage and the on-resistance is a trade-off relationship, and there is a problem that the on-resistance increases when the breakdown voltage is improved by the above-described conventional FET structure. . Further, when the distance between the gate and the drain is increased, there is a problem that not only the on-resistance is increased but also the size of the device is increased.

このように、従来の高電圧印加用のFETにおいて、高耐圧と低オン抵抗を両立することは困難である。なお、このような問題は、HEMTにおいても同様である。   Thus, it is difficult to achieve both high breakdown voltage and low on-resistance in the conventional high voltage application FET. Such a problem also applies to HEMTs.

特開2008−235590号公報JP 2008-235590 A 特開平5−29351号公報JP-A-5-29351

本発明の課題は、低オン抵抗と高耐圧とを同時に実現させることができる半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of simultaneously realizing a low on-resistance and a high breakdown voltage.

本発明の半導体装置は、GaNまたはGaAsからなる半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された第1の不純物拡散層と、この第1の不純物拡散層の表面の一部に形成され、前記第1の不純物拡散層と同じ導電型であり、かつ、これより不純物濃度が濃い第1導電型の第2の不純物拡散層と、前記第1の不純物拡散層上に互いに離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記第2の不純物拡散層上に形成され、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成されたゲート電極と、このゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板に、深さ方向に延長形成され、内部が高抵抗体で充填されたトレンチと、を具備することを特徴とするものである。   The semiconductor device of the present invention is formed on a semiconductor substrate made of GaN or GaAs, a first impurity diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a part of the surface of the first impurity diffusion layer, The second impurity diffusion layer of the first conductivity type having the same conductivity type as that of the first impurity diffusion layer and having a higher impurity concentration than the first impurity diffusion layer is formed on the first impurity diffusion layer and spaced apart from each other. A drain electrode and a source electrode, a gate electrode formed on the second impurity diffusion layer and formed between the drain electrode and the source electrode, and the semiconductor between the gate electrode and the drain electrode The substrate includes a trench extending in the depth direction and filled with a high resistance inside.

また、本発明の半導体装置は、GaNまたはGaAsからなる半導体基板と、この半導体基板の表面に形成された電子供給層と、この電子供給層上に互いに離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、前記電子供給層上において、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成されたゲート電極と、このゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板に、深さ方向に延長形成され、内部表面に電子走行層が形成されたトレンチと、前記電子供給層を貫通し、かつ、前記トレンチの内部を充填する高抵抗体と、を具備することを特徴とするものである。   The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate made of GaN or GaAs, an electron supply layer formed on the surface of the semiconductor substrate, and a drain electrode and a source electrode formed on the electron supply layer so as to be separated from each other. And a gate electrode formed between the drain electrode and the source electrode on the electron supply layer, and extended in the depth direction on the semiconductor substrate between the gate electrode and the drain electrode. And a trench in which an electron transit layer is formed on the inner surface, and a high resistance body penetrating the electron supply layer and filling the inside of the trench.

本発明によれば、低オン抵抗と高耐圧とを同時に実現させることができる半導体装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of simultaneously realizing a low on-resistance and a high breakdown voltage.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1Aの破線A−A´に沿った断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 1A. 第1の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the modification of 1st Embodiment. 図2Aの破線A−A´に沿った断面図である。It is sectional drawing along broken line AA 'of FIG. 2A. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3Aの破線A−A´に沿った断面図である。FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ of FIG. 3A. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。It is a top view which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図4Aの破線A−A´に沿った断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ of FIG. 4A. 第3の実施形態の変形例に係る半導体装置の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the semiconductor device which concerns on the modification of 3rd Embodiment.

以下に、本発明の実施形態に係る半導体装置を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1Aは、第1の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。また、図1Bは、図1Aの破線A−A´に沿った断面図である。なお、図1A、図1Bに示す本実施形態の半導体装置は、FETである。
(First embodiment)
FIG. 1A is a top view showing the main part of the semiconductor device according to the first embodiment. 1B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 1A. Note that the semiconductor device of this embodiment shown in FIGS. 1A and 1B is an FET.

図1Bに示すように、本実施形態に係るFETにおいて、表面にn型拡散層11が形成されたGaNからなる半導体基板12の表面上には、ドレイン電極13及びソース電極14が、互いに離間して形成されており、このドレイン電極13とソース電極14との間には、ゲート電極15が形成されている。なお、ゲート電極15は、図1Bに示すように半導体基板12の表面上に、ゲート絶縁膜を介さずに形成されるが、ゲート絶縁膜を介して形成されてもよい。   As shown in FIG. 1B, in the FET according to this embodiment, the drain electrode 13 and the source electrode 14 are separated from each other on the surface of the semiconductor substrate 12 made of GaN having the n-type diffusion layer 11 formed on the surface. A gate electrode 15 is formed between the drain electrode 13 and the source electrode 14. Although the gate electrode 15 is formed on the surface of the semiconductor substrate 12 without a gate insulating film as shown in FIG. 1B, it may be formed with a gate insulating film interposed therebetween.

図1Aに示すように、上述のn型拡散層11は、四方が素子分離層16で囲まれている。このようなn型拡散層11において、ゲート電極15下のn型拡散層11の表面にはn+型拡散層17からなるチャネル層が形成されている。また、n型拡散層12の表面から深さ方向に離間したゲート電極15の下方からソース電極14の下方に至る領域には、図1Aに示すような深さ方向に一定の厚みを有する平面状のp型拡散層18が形成されている。このp型拡散層18の3辺は、それぞれが素子分離層16に接しており、残りの1辺は、少なくともゲート電極15の下方に配置されるように形成されている。さらに図1Bに示すように、p型拡散層18の上面の一部は、n+型拡散層17の下面に接している。このようなp型拡散層18により、ドレインソース間電流を、深さ方向に拡散することなくゲート電極15直下のn+型拡散層17を通過させることができる。   As shown in FIG. 1A, the above-described n-type diffusion layer 11 is surrounded by element isolation layers 16 on all sides. In such an n-type diffusion layer 11, a channel layer composed of an n + -type diffusion layer 17 is formed on the surface of the n-type diffusion layer 11 below the gate electrode 15. Further, in a region extending from the lower side of the gate electrode 15 spaced from the surface of the n-type diffusion layer 12 to the lower side of the source electrode 14, a planar shape having a certain thickness in the depth direction as shown in FIG. 1A. The p-type diffusion layer 18 is formed. The three sides of the p-type diffusion layer 18 are in contact with the element isolation layer 16, and the remaining one side is formed at least below the gate electrode 15. Further, as shown in FIG. 1B, a part of the upper surface of the p-type diffusion layer 18 is in contact with the lower surface of the n + -type diffusion layer 17. Such a p-type diffusion layer 18 allows a drain-source current to pass through the n + -type diffusion layer 17 immediately below the gate electrode 15 without diffusing in the depth direction.

このような本実施形態に係るFETにおいて、図1A及び図1Bに示すように、ゲート電極15とドレイン電極13との間のn型拡散層11にはトレンチ19が形成されている。このトレンチ19には、SiN、GaN、AlGaN等の高抵抗体20が埋め込まれている。   In the FET according to this embodiment, a trench 19 is formed in the n-type diffusion layer 11 between the gate electrode 15 and the drain electrode 13 as shown in FIGS. 1A and 1B. A high resistance body 20 such as SiN, GaN, or AlGaN is embedded in the trench 19.

以上に示した本実施形態に係るFETにおいて、ゲート電極15とドレイン電極13との間のn型拡散層11には、上述したように、トレンチ19が形成されている。このトレンチ19の内部には、SiN、GaN、AlGaN等の高抵抗体20が埋め込まれており、n型拡散層11に比べて高抵抗であるため、ドレインソース間を流れる電流、すなわち、ドレインソース間の電子の移動は、図1Bの矢印で示すように、トレンチ19の側面及び底面の近傍を通って迂回するように流れる。従って、ゲート電極15とドレイン電極13との間の電子の移動距離を、トレンチ19の深さに起因して実質的に長くすることができるため、耐圧を向上させることができる。   In the FET according to the present embodiment described above, the trench 19 is formed in the n-type diffusion layer 11 between the gate electrode 15 and the drain electrode 13 as described above. A high resistance body 20 such as SiN, GaN, or AlGaN is embedded in the trench 19 and has a higher resistance than that of the n-type diffusion layer 11. Therefore, a current flowing between the drain and source, that is, the drain source The movement of electrons between them flows so as to detour through the vicinity of the side surface and the bottom surface of the trench 19 as indicated by arrows in FIG. 1B. Accordingly, since the electron moving distance between the gate electrode 15 and the drain electrode 13 can be substantially increased due to the depth of the trench 19, the breakdown voltage can be improved.

また、上述したように、電子は、トレンチ19を迂回するように移動する。従って、n型拡散層11の表面から離れた位置にドレインソース間電流を流すことができる。従って、表面チャージトラップによってn型拡散層11の表面に生じる電界の影響を低減することができるため、耐圧を向上させることができる。   Further, as described above, the electrons move so as to bypass the trench 19. Therefore, the drain-source current can be passed to a position away from the surface of the n-type diffusion layer 11. Therefore, the influence of the electric field generated on the surface of the n-type diffusion layer 11 by the surface charge trap can be reduced, so that the breakdown voltage can be improved.

さらに、ゲート電極15とドレイン電極13との間に生じるn型拡散層11の表面に対して垂直方向の電界の方向を、トレンチ19を迂回するような電流の流れにより、トレンチ19の側面に対して垂直方向にすることができる。従って、ゲート電極15のドレイン電極13側端部に発生する電界集中を小さくすることができるため、耐圧を向上させることができる。   Further, the direction of the electric field perpendicular to the surface of the n-type diffusion layer 11 generated between the gate electrode 15 and the drain electrode 13 is changed with respect to the side surface of the trench 19 by a current flow that bypasses the trench 19. Can be vertical. Therefore, the electric field concentration generated at the end of the gate electrode 15 on the drain electrode 13 side can be reduced, and the breakdown voltage can be improved.

以上に説明したように、n型拡散層11において、ゲート電極15とドレイン電極13との間にトレンチ19を設け、このトレンチ19に高抵抗体20であるSiN、GaN、AlGaN等を埋め込むことにより、装置の耐圧を向上させることができる。   As described above, in the n-type diffusion layer 11, the trench 19 is provided between the gate electrode 15 and the drain electrode 13, and SiN, GaN, AlGaN or the like, which is the high resistance body 20, is embedded in the trench 19. The breakdown voltage of the device can be improved.

また、上述したようにトレンチ19の深さに起因して耐圧を向上させることができるため、チャネル層であるn型拡散層11の不純物濃度を高濃度に設定することができる。従って、オン抵抗を低減することができる。すなわち、トレンチ19の深さを所望の深さにすることによって、要求される高耐圧と低オン抵抗とを同時に実現することが可能となる。   In addition, since the breakdown voltage can be improved due to the depth of the trench 19 as described above, the impurity concentration of the n-type diffusion layer 11 as the channel layer can be set to a high concentration. Accordingly, the on-resistance can be reduced. That is, by setting the depth of the trench 19 to a desired depth, the required high breakdown voltage and low on-resistance can be realized simultaneously.

また、実際にゲート電極15とドレイン電極13との距離を長くする必要がないため、要求される耐圧を得るために装置の占有面積を大きくする必要はなく、従来より占有面積が小さいFETを得ることができる。   In addition, since it is not necessary to actually increase the distance between the gate electrode 15 and the drain electrode 13, it is not necessary to increase the occupied area of the device in order to obtain a required breakdown voltage, and an FET having a smaller occupied area than the conventional one is obtained. be able to.

なお、上述した第1の実施形態に係るFETは、例えば図2A、図2Bに示すFETにおいても適用可能である。図2Aは、第1の実施形態の変形例に係るFETの要部を示す上面図である。また、図2Bは、図2Aの破線A−A´に沿った断面図である。   The FET according to the first embodiment described above can also be applied to the FET shown in FIGS. 2A and 2B, for example. FIG. 2A is a top view showing a main part of an FET according to a modification of the first embodiment. 2B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 2A.

図2Bに示すように、変形例に係るFETにおいては、GaNからなる半導体基板12の表面に形成された図1Bに示すn型拡散層11が、半導体基板12の表面及び上述したトレンチ19に沿って形成される点が、第1の実施形態に係るFETと異なっている。   As shown in FIG. 2B, in the FET according to the modification, the n-type diffusion layer 11 shown in FIG. 1B formed on the surface of the semiconductor substrate 12 made of GaN extends along the surface of the semiconductor substrate 12 and the trench 19 described above. This is different from the FET according to the first embodiment.

このような変形例に係るFETによれば、ドレインソース間電流は、図中の矢印で示すように、半導体基板12より低抵抗であるn型拡散層11を流れる。このように、n型拡散層11によって電流が流れる箇所を規定しているため、第1の実施形態に係るFETのように、p型拡散層18を形成しなくてもよい。   According to the FET according to such a modification, the drain-source current flows through the n-type diffusion layer 11 having a resistance lower than that of the semiconductor substrate 12 as indicated by an arrow in the drawing. Thus, since the location where the current flows is defined by the n-type diffusion layer 11, the p-type diffusion layer 18 may not be formed unlike the FET according to the first embodiment.

以上に示した第1の実施形態の変形例に係るFETであっても、上述と同様に、低オン抵抗と高耐圧とを同時に実現することが可能なFETを提供することができる。   Even with the FET according to the modification of the first embodiment described above, it is possible to provide an FET capable of simultaneously realizing a low on-resistance and a high breakdown voltage, as described above.

(第2の実施形態)
図3Aは、第2の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。また、図3Bは、図3Aの破線A−A´に沿った断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3A is a top view showing the main part of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ in FIG. 3A.

図3Bに示すように、第2の実施形態に係る半導体装置は、GaNからなる半導体基板12上に、第1の実施形態で示した複数のFET21が、並列に配列形成されているものである。FET21の配列は、任意の一つのFET21aに着目すれば、その両端に隣接配置される2つのFET21b、21cは、FET21bにおいては、FET21aと共通のソース電極14を有し、FET21cにおいては、FET21aと共通のドレイン電極13を有するように配置されている。すなわち、FET21aと、その両端のFET21b、21cとは、互いに逆向きにドレインソース間電流が流れるように配置される。   As shown in FIG. 3B, the semiconductor device according to the second embodiment has a plurality of FETs 21 shown in the first embodiment arranged in parallel on a semiconductor substrate 12 made of GaN. . If the attention is paid to any one FET 21a, the two FETs 21b and 21c arranged adjacent to both ends of the FET 21 have the same source electrode 14 as the FET 21a in the FET 21b. They are arranged so as to have a common drain electrode 13. That is, the FET 21a and the FETs 21b and 21c at both ends thereof are arranged so that drain-source currents flow in opposite directions.

以上のように配置された複数のFET21が有するそれぞれのドレイン電極13は、ドレイン電極接続パッド22に共通して接続されている。同様に、それぞれのソース電極14は、ドレイン電極接続パッド22に対してFET21の能動部を挟んで対向して形成されたソース電極接続パッド23に共通して接続されている。さらに、それぞれのゲート電極15は、ソース電極接続パッド23とFET21の能動部との間に、ソース電極接続パッド23と平行して形成されたゲート電極接続線路24に共通して接続されている。このゲート電極接続線路24は、この線路24に対してソース電極接続パッド23を挟んで対向して形成されたゲート電極接続パッド25に、接続されている。   The drain electrodes 13 of the plurality of FETs 21 arranged as described above are connected to the drain electrode connection pad 22 in common. Similarly, each source electrode 14 is connected in common to a source electrode connection pad 23 formed facing the drain electrode connection pad 22 across the active portion of the FET 21. Furthermore, each gate electrode 15 is connected in common to a gate electrode connection line 24 formed in parallel with the source electrode connection pad 23 between the source electrode connection pad 23 and the active portion of the FET 21. The gate electrode connection line 24 is connected to a gate electrode connection pad 25 formed to face the line 24 with the source electrode connection pad 23 interposed therebetween.

以上に示した第2の実施形態の半導体装置であっても、それぞれのFET21が上述した第1の実施形態のFETであるため、低オン抵抗と高耐圧とを同時に実現することが可能な半導体装置を提供することができる。   Even in the semiconductor device according to the second embodiment described above, since each FET 21 is the FET according to the first embodiment described above, a semiconductor capable of simultaneously realizing a low on-resistance and a high breakdown voltage. An apparatus can be provided.

(第3の実施形態)
図4Aは、第3の実施形態に係る半導体装置の要部を示す上面図である。また、図4Bは、図4Aの破線A−A´に沿った断面図である。なお、図4A、図4Bに示す本実施形態の半導体装置は、HEMTである。
(Third embodiment)
FIG. 4A is a top view showing the main part of the semiconductor device according to the third embodiment. 4B is a cross-sectional view taken along a broken line AA ′ in FIG. 4A. Note that the semiconductor device of this embodiment shown in FIGS. 4A and 4B is a HEMT.

図4Bに示すように、本実施形態に係るHEMTにおいて、GaNからなる半導体基板31には、後述するドレイン電極32とゲート電極33との間に、トレンチ34が形成されている。   As shown in FIG. 4B, in the HEMT according to this embodiment, a trench 34 is formed between a drain electrode 32 and a gate electrode 33 described later in a semiconductor substrate 31 made of GaN.

このトレンチ34の内部側壁の一部及び底部には、電子走行層であるn−GaN層35がエピタキシャル成長により形成されている。このような内部表面にn−GaN層35が形成されたトレンチ34には、このトレンチ34を埋め、さらに、少なくとも後述するn−AlGaN層36の表面に露出するように、SiN、GaN、AlGaN等の高抵抗体37が埋め込まれている。   An n-GaN layer 35 that is an electron transit layer is formed by epitaxial growth on a part and bottom of the inner side wall of the trench 34. In such a trench 34 in which the n-GaN layer 35 is formed on the inner surface, the trench 34 is filled, and at least exposed to the surface of an n-AlGaN layer 36 described later, such as SiN, GaN, AlGaN, etc. The high resistance body 37 is embedded.

このようなトレンチ34が形成された半導体基板31の表面には、電子供給層であるn−AlGaN層36が、同じくエピタキシャル成長により形成されている。このように形成された半導体基板31とn−AlGaN層36との界面近傍には、図中に点線で示すように、これらのヘテロ接合に誘起された高移動度の二次元電子ガスが発生する。そして、ソースゲート間は低抵抗、ゲートドレイン間は、内部が高抵抗体37で埋められたトレンチ34によって高抵抗になるように形成されている。   On the surface of the semiconductor substrate 31 in which such a trench 34 is formed, an n-AlGaN layer 36 as an electron supply layer is also formed by epitaxial growth. In the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 31 and the n-AlGaN layer 36 formed in this way, a high-mobility two-dimensional electron gas induced in these heterojunctions is generated, as indicated by a dotted line in the figure. . The source and gate are formed with a low resistance, and the gate and drain are formed with a high resistance by a trench 34 filled with a high resistance 37.

このようなn−AlGaN層36の表面上の所定の箇所には、ドレイン電極32及びソース電極38が互いに離間して形成されており、このドレイン電極32とソース電極38との間には、ゲート電極33が形成されている。このようなHEMTの側面は、素子分離層39で覆われている。   A drain electrode 32 and a source electrode 38 are formed at predetermined positions on the surface of the n-AlGaN layer 36 so as to be separated from each other, and a gate is provided between the drain electrode 32 and the source electrode 38. An electrode 33 is formed. Such side surfaces of the HEMT are covered with an element isolation layer 39.

以上に示したHEMTは、半導体基板31とn−AlGaN層36との界面近傍で発生した電子ガスの移動により、電流が流れるものである。このとき、ドレインソース間電流は、図4Bの矢印で示すように、半導体基板31とn−AlGaN層36との界面に沿って流れ、ゲートドレイン間においては、トレンチ34内部の高抵抗体37の側面及び底面の近傍に形成されたn−GaN層35を通って迂回するように流れる。従って、ゲート電極33とドレイン電極32との間の電子の移動距離を、トレンチ34の深さに起因して実質的に長くすることができるため、耐圧を向上させることができる。   In the HEMT described above, a current flows due to the movement of an electron gas generated in the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 31 and the n-AlGaN layer 36. At this time, the drain-source current flows along the interface between the semiconductor substrate 31 and the n-AlGaN layer 36 as indicated by the arrow in FIG. 4B, and between the gate and drain, the high resistance element 37 inside the trench 34 It flows so as to detour through the n-GaN layer 35 formed in the vicinity of the side surface and the bottom surface. Therefore, since the electron moving distance between the gate electrode 33 and the drain electrode 32 can be substantially increased due to the depth of the trench 34, the breakdown voltage can be improved.

また、上述したように、電子流は、トレンチ34内部の高抵抗体37を迂回するように移動する。従って、n−AlGaN層36の表面から離れた領域にドレインソース間電流を流すことができる。従って、表面チャージトラップの影響を低減することができるため、耐圧を向上させることができる。   Further, as described above, the electron flow moves so as to bypass the high resistance body 37 inside the trench 34. Therefore, a drain-source current can be passed through a region away from the surface of the n-AlGaN layer 36. Accordingly, the influence of the surface charge trap can be reduced, and the breakdown voltage can be improved.

さらに、このような電流の流れにより、ゲート電極33のドレイン電極32側端部に発生する電界集中を小さくすることができるため、耐圧を向上させることができる。   Further, the electric field concentration generated at the end of the gate electrode 33 on the drain electrode 32 side can be reduced by such a current flow, so that the breakdown voltage can be improved.

また、トレンチ34の深さに起因して耐圧を向上させることができるため、n−AlGaN層36の不純物濃度を高濃度に設定することができる。従って、オン抵抗を低減することができる。すなわち、トレンチ34の深さを所望の深さにすることによって、要求される高耐圧と低オン抵抗とを同時に実現することが可能となる。   Moreover, since the breakdown voltage can be improved due to the depth of the trench 34, the impurity concentration of the n-AlGaN layer 36 can be set to a high concentration. Accordingly, the on-resistance can be reduced. That is, by setting the depth of the trench 34 to a desired depth, the required high breakdown voltage and low on-resistance can be realized simultaneously.

また、実際にゲート電極33とドレイン電極32との距離を長くする必要がないため、要求される耐圧を得るために装置の占有面積を大きくする必要はなく、従来より占有面積が小さいHEMTを得ることができる。   Further, since it is not necessary to actually increase the distance between the gate electrode 33 and the drain electrode 32, it is not necessary to increase the occupied area of the device in order to obtain a required breakdown voltage, and a HEMT having a smaller occupied area than the conventional one is obtained. be able to.

なお、上述した第3の実施形態に係るHEMTは、例えば図5に示すHEMTにおいても適用可能である。第3の実施形態の変形例に係るHEMTを、図5に示す。なお、このHEMTの上面図においては、図4Aと同様であるため省略する。図5は、図4Aの破線A−A´に沿った断面図である。   Note that the HEMT according to the third embodiment described above can also be applied to the HEMT shown in FIG. 5, for example. A HEMT according to a modification of the third embodiment is shown in FIG. Note that the top view of this HEMT is the same as FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the broken line AA ′ in FIG. 4A.

図5に示すように、変形例に係るHEMTにおいて、トレンチ34内部のn−GaN層35は形成されず、図4Bに示したn−GaN層35が形成された箇所にも、n−AlGaN層36が形成される点が、第3の実施形態に係るHEMTと異なっている。   As shown in FIG. 5, in the HEMT according to the modification, the n-GaN layer 35 inside the trench 34 is not formed, and the n-AlGaN layer is also formed at the place where the n-GaN layer 35 shown in FIG. 4B is formed. The point 36 is formed is different from the HEMT according to the third embodiment.

このような変形例に係るHEMTであっても、上述と同様に、低オン抵抗と高耐圧とを同時に実現することが可能なFETを提供することができる。   Even in the HEMT according to such a modification, it is possible to provide an FET capable of simultaneously realizing a low on-resistance and a high breakdown voltage, as described above.

以上に本発明の実施形態について説明した。しかし、実施形態は上述した実施形態に限定されるものではない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the embodiment is not limited to the above-described embodiment.

例えば、上述した各実施形態において、半導体基板12、31は、GaAsであってもよい。この場合、トレンチ19、34には、SiN、GaAs、AlGaAs等の高抵抗体20、37を埋め込むことにより、上述と同様の効果を得ることができる。   For example, in each embodiment described above, the semiconductor substrates 12 and 31 may be GaAs. In this case, the trenches 19 and 34 can be filled with high resistances 20 and 37 such as SiN, GaAs, and AlGaAs to obtain the same effect as described above.

これ以外にも、例えば各層の導電型を反対の導電型にする等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変形してもよい。   Other than this, for example, the conductivity type of each layer may be changed to the opposite conductivity type, and the like may be freely modified without departing from the spirit of the present invention.

11・・・n型拡散層
12、31・・・半導体基板
13、32・・・ドレイン電極
14、38・・・ソース電極
15、33・・・ゲート電極
16、39・・・素子分離層
17・・・n+型拡散層
18・・・p型拡散層
19、34・・・トレンチ
20、37・・・高抵抗体
21、21a、21b、21c・・・FET
22・・・ドレイン電極接続パッド
23・・・ソース電極接続パッド
24・・・ゲート電極接続線路
25・・・ゲート電極接続パッド
35・・・n−GaN層
36・・・n−AlGaN層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... N type diffused layer 12, 31 ... Semiconductor substrate 13, 32 ... Drain electrode 14, 38 ... Source electrode 15, 33 ... Gate electrode 16, 39 ... Element isolation layer 17 ... n + type diffusion layer 18 ... p type diffusion layer 19, 34 ... trench 20, 37 ... high resistance elements 21, 21a, 21b, 21c ... FET
22 ... Drain electrode connection pad 23 ... Source electrode connection pad 24 ... Gate electrode connection line 25 ... Gate electrode connection pad 35 ... n-GaN layer 36 ... n-AlGaN layer

Claims (8)

GaNまたはGaAsからなる半導体基板と、
この半導体基板の表面に形成された第1の不純物拡散層と、
この第1の不純物拡散層の表面の一部に形成され、前記第1の不純物拡散層と同じ導電型であり、かつ、これより不純物濃度が濃い第1導電型の第2の不純物拡散層と、
前記第1の不純物拡散層上に互いに離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、
前記第2の不純物拡散層上に形成され、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成されたゲート電極と、
このゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板に、深さ方向に延長形成され、内部が高抵抗体で充填されたトレンチと、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate made of GaN or GaAs;
A first impurity diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A second impurity diffusion layer of a first conductivity type formed on a part of the surface of the first impurity diffusion layer, having the same conductivity type as the first impurity diffusion layer and having a higher impurity concentration than the first impurity diffusion layer; ,
A drain electrode and a source electrode formed on the first impurity diffusion layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed on the second impurity diffusion layer and formed between the drain electrode and the source electrode;
In the semiconductor substrate between the gate electrode and the drain electrode, a trench is formed extending in the depth direction and filled with a high resistance inside, and
A semiconductor device comprising:
第1導電型である前記第1の不純物拡散層の内部において、前記ゲート電極下から前記ソース電極下に至る領域に、深さ方向に厚みを有する平面状の第2導電型の第3の不純物拡散層をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   A planar second conductivity type third impurity having a thickness in the depth direction in a region extending from under the gate electrode to under the source electrode inside the first impurity diffusion layer of the first conductivity type. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a diffusion layer. 前記第1の不純物拡散層は、前記ゲート電極の直下を除いた前記半導体基板の表面及び、前記トレンチの側面及び底面に沿った表面に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein the first impurity diffusion layer is formed on a surface of the semiconductor substrate except directly under the gate electrode and a surface along a side surface and a bottom surface of the trench. apparatus. 前記高抵抗体は、SiN、GaN、AlGaNのいずれか1種類からなる高抵抗体、もしくは、SiN、GaAs、AlGaAsのいずれか1種類からなる高抵抗体であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。   The high resistance body is a high resistance body made of any one of SiN, GaN, or AlGaN, or a high resistance body made of any one of SiN, GaAs, or AlGaAs. 4. The semiconductor device according to any one of 3. 前記請求項1に記載の複数の半導体装置を有し、これらが、並列に配列形成されたことを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising the plurality of semiconductor devices according to claim 1, wherein the semiconductor devices are arranged in parallel. GaNまたはGaAsからなる半導体基板と、
この半導体基板の表面に形成された電子供給層と、
この電子供給層上に互いに離間して形成されたドレイン電極及びソース電極と、
前記電子供給層上において、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間に形成されたゲート電極と、
このゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体基板に、深さ方向に延長形成され、内部表面に電子走行層が形成されたトレンチと、
前記電子供給層を貫通し、かつ、前記トレンチの内部を充填する高抵抗体と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate made of GaN or GaAs;
An electron supply layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A drain electrode and a source electrode formed on the electron supply layer so as to be spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the drain electrode and the source electrode on the electron supply layer;
In the semiconductor substrate between the gate electrode and the drain electrode, a trench formed in the depth direction and having an electron transit layer formed on the inner surface;
A high-resistance body that penetrates the electron supply layer and fills the inside of the trench;
A semiconductor device comprising:
前記電子供給層は、前記半導体基板の表面及び、前記高抵抗体の側面及び底面に沿った表面に形成されたことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the electron supply layer is formed on a surface of the semiconductor substrate and a surface along a side surface and a bottom surface of the high resistance body. 前記高抵抗体は、SiN、GaN、AlGaNのいずれか1種類からなる高抵抗体、もしくは、SiN、GaAs、AlGaAsのいずれか1種類からなる高抵抗体であることを特徴とする請求項6または7のいずれかに記載の半導体装置。   The high resistance body is a high resistance body made of any one of SiN, GaN, or AlGaN, or a high resistance body made of any one of SiN, GaAs, or AlGaAs. 8. The semiconductor device according to any one of 7 above.
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JP2017118097A (en) * 2015-12-17 2017-06-29 日亜化学工業株式会社 Field effect transistor

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