JP2010251540A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、動作時において、ゲート電極付近の電界集中が緩和された半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which electric field concentration near a gate electrode is mitigated during operation, and a method for manufacturing the same.
周知の通り、近年、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半導体装置として、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HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)が注目されている。このようなHEMTにおいて、例えばGaN(窒化ガリウム)等の化合物を利用したHEMTでは、トランジスタを駆動させつつ、かつ素子破壊を回避するために、ゲート電極付近の電界集中を緩和できる構造とすることが必要である。 As is well known, in recent years, a two-dimensional electron gas (hereinafter also referred to as 2DEG) layer has been used as a current path as a semiconductor device that realizes excellent electronic elements in terms of high-temperature operation, high-speed switching operation, high-power operation, and the like. HEMT (High Electron Mobility Transistor) has been attracting attention. In such a HEMT, for example, in a HEMT using a compound such as GaN (gallium nitride), a structure in which electric field concentration in the vicinity of the gate electrode can be relaxed while driving a transistor and avoiding element breakdown. is necessary.
そこで、このような電界集中を緩和するために、従来、ゲート電極の付近において、電界が集中する箇所を増やすことによって電界集中を分散させている。 Thus, in order to alleviate such electric field concentration, conventionally, the electric field concentration is dispersed by increasing the number of locations where the electric field concentrates in the vicinity of the gate electrode.
そのために、例えばフィールドプレートを設けることによって、ゲート電極付近の電界集中を緩和した半導体装置の構造が周知である(例えば特許文献1参照)。 For this purpose, for example, a structure of a semiconductor device in which electric field concentration in the vicinity of a gate electrode is reduced by providing a field plate is well known (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に開示されている技術では、基板上に形成した絶縁膜に、基板面を露出させる開口部を形成し、この開口部を埋め込んでゲート電極を形成している。そして、ゲート電極の表面から、ゲート電極のドレイン電極側の側面、及びドレイン電極側の絶縁膜の表面に渡って、フィールドプレートを形成している。これによって、この特許文献1に開示されている技術では、電界が集中する箇所を、ゲート電極及び基板間の境界面におけるドレイン電極側端部、及びフィールドプレート及び絶縁膜間の境界面におけるドレイン側端部の2点に分散し、電界の集中を緩和している。 In the technique disclosed in Patent Document 1, an opening that exposes the substrate surface is formed in an insulating film formed on the substrate, and the gate electrode is formed by filling this opening. A field plate is formed from the surface of the gate electrode to the side surface of the gate electrode on the drain electrode side and the surface of the insulating film on the drain electrode side. As a result, in the technique disclosed in Patent Document 1, the location where the electric field concentrates is the drain electrode side end at the interface between the gate electrode and the substrate, and the drain side at the interface between the field plate and the insulating film. It is dispersed at two points at the end to ease the concentration of the electric field.
このように、電界が集中する部分を増やし、その各々に電界の集中を分散させることによって、各電界が集中する箇所における電界強度を低減することができる。 In this way, by increasing the portion where the electric field concentrates and dispersing the concentration of the electric field in each of the portions, the electric field strength at the location where each electric field concentrates can be reduced.
これに鑑みて、さらなるゲート電極付近の電界集中の緩和を図るために、ゲート電極と基板または基板上に形成された絶縁膜との間における電界集中箇所の分布を、広い領域に分散させることによって、この領域内におけるピーク電界強度(すなわち電界強度の最高値)を低減する技術が周知である(例えば非特許文献1参照)。 In view of this, in order to further reduce the electric field concentration near the gate electrode, the distribution of the electric field concentration location between the gate electrode and the substrate or the insulating film formed on the substrate is dispersed over a wide area. A technique for reducing the peak electric field intensity (that is, the maximum value of the electric field intensity) in this region is well known (see Non-Patent Document 1, for example).
非特許文献1に開示されている技術では、基板上に形成した絶縁膜に、内壁面が複数段の階段状である開口部を形成し、この開口部を埋め込んでゲート電極を形成する。その結果、ゲート電極と絶縁膜との境界面において、上述した階段状の内壁面に対応した、複数の角部が形成され、これら各角部が、電界が集中する箇所となる。そのため、この非特許文献1に係る構造では、電界が集中する箇所が分散し、電界の集中が緩和される。 In the technique disclosed in Non-Patent Document 1, an opening having a plurality of steps in the inner wall surface is formed in an insulating film formed on a substrate, and the gate electrode is formed by filling the opening. As a result, a plurality of corner portions corresponding to the above-described stepped inner wall surface are formed at the boundary surface between the gate electrode and the insulating film, and each of these corner portions is a place where the electric field is concentrated. Therefore, in the structure according to Non-Patent Document 1, the portions where the electric field concentrates are dispersed, and the concentration of the electric field is alleviated.
上述したように、この非特許文献1に開示されている技術では、電界が集中する角部を増やすことによって電界集中を分散し、その結果、各電界集中箇所における電界強度を低減する。従って、上述した階段状の内壁面の段数を増やすほど、すなわち、この内壁面を湾曲したなだらかな傾斜面に近づけるほど、電界の集中が緩和される。 As described above, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1, the electric field concentration is dispersed by increasing the corners where the electric field concentrates, and as a result, the electric field strength at each electric field concentration portion is reduced. Therefore, the concentration of the electric field is reduced as the number of steps of the stepped inner wall surface is increased, that is, as the inner wall surface is brought closer to a curved inclined surface.
しかしながら、上述した階段状の内壁面の段数を増やすためには、開口部を形成する際に、基板上の絶縁膜に対して、段数に応じた複数回のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を行う必要がある。例えば、絶縁膜に形成する開口部の内壁面を3段の階段状とするためには、開口パターン付きのレジスト層を形成するフォトリソグラフィ工程と、このレジスト層をマスクとして、絶縁膜をエッチングするエッチング工程とを3回繰り返して行う。 However, in order to increase the number of steps of the stepped inner wall surface described above, it is necessary to perform a plurality of photolithography processes and etching processes corresponding to the number of steps on the insulating film on the substrate when forming the opening. There is. For example, in order to make the inner wall surface of the opening formed in the insulating film into a three-step staircase shape, a photolithography process for forming a resist layer with an opening pattern and etching the insulating film using the resist layer as a mask The etching process is repeated three times.
そのため、絶縁膜との境界面を複数段の階段状とすることによって、電界集中が緩和されたゲート電極を形成するためには、多大な労力と時間が費やされる。 Therefore, a great amount of labor and time are spent to form a gate electrode in which electric field concentration is reduced by forming the boundary surface with the insulating film into a plurality of steps.
そこで、この発明の目的は、少ない工程数で、より具体的にはフォトリソグラフィ工程を1回行うのみで製造可能であり、かつゲート電極付近の電界集中が緩和された半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can be manufactured with a small number of steps, more specifically by performing a single photolithography step, and in which the electric field concentration near the gate electrode is reduced, and a method for manufacturing the same. It is to provide.
上述の目的の達成を図るため、この発明による半導体装置は、以下の特徴を有している。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has the following characteristics.
すなわち、この発明による半導体装置は、下地と、この下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜とを具えている。第1及び第2絶縁膜には、これら第1及び第2絶縁膜を連続的に貫通しており、かつ下地面を露出させる電極形成用開口部が形成されている。さらに、この発明による半導体装置は、電極形成用開口部を埋め込むとともに、電極形成用開口部周辺の第2絶縁膜の表面を被覆する電極を具えている。 That is, the semiconductor device according to the present invention includes a base and first and second insulating films sequentially formed so as to cover the ground under the base. The first and second insulating films are formed with electrode forming openings that continuously pass through the first and second insulating films and expose the base surface. Furthermore, the semiconductor device according to the present invention includes an electrode that embeds the electrode forming opening and covers the surface of the second insulating film around the electrode forming opening.
そして、電極形成用開口部は、第1開口部と第2開口部と第3開口部とを含んでいる。 The electrode forming opening includes a first opening, a second opening, and a third opening.
第1開口部は、第2絶縁膜の上側表面からこの第2絶縁膜の厚み方向の中途まで貫いて形成されている。 The first opening is formed so as to penetrate from the upper surface of the second insulating film to the middle in the thickness direction of the second insulating film.
第2開口部は、第1開口部から連続して、第2絶縁膜の厚み方向の中途から第1絶縁膜の中途まで貫いて形成されている。そして、第2開口部は、第1開口部よりも開口端の第1方向に沿った長さが短い。 The second opening is formed continuously from the middle in the thickness direction of the second insulating film to the middle of the first insulating film continuously from the first opening. The second opening has a shorter length along the first direction of the opening end than the first opening.
第3開口部は、第2開口部から連続して、第1絶縁膜の厚み方向の中途からこの第1絶縁膜を貫いて形成されている。そして、第3開口部は、第2開口部よりも開口端の第1方向に沿った長さが短い。 The third opening is formed continuously from the second opening and penetrating through the first insulating film in the middle of the thickness direction of the first insulating film. The third opening has a shorter length along the first direction of the opening end than the second opening.
さらに、電極形成用開口部内の内壁面は、第1方向に沿って両側に3段の階段状となっている。 Further, the inner wall surface in the electrode forming opening has a three-step shape on both sides along the first direction.
また、この発明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んでいる。 The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the following steps from the first step to the fourth step.
すなわち、まず、第1工程では、下地上に、この下地の下地面を被覆する第1及び第2絶縁膜を順次形成する。 That is, first, in the first step, first and second insulating films covering the underlying ground of the base are sequentially formed on the base.
次に、第2工程では、第2絶縁膜に、この第2絶縁膜の表面から、第1開口パターン、及び第1絶縁膜の表面を露出させ、かつ第1開口パターンよりも開口端の第1方向に沿った長さが短い第2開口パターンを同時に形成する。 Next, in the second step, the first opening pattern and the surface of the first insulating film are exposed to the second insulating film from the surface of the second insulating film, and the opening end of the second insulating film is closer to the opening end than the first opening pattern. A second opening pattern having a short length along one direction is simultaneously formed.
この第2工程では、レジスト開口パターンが形成されたレジスト層をマスクとして用いて、これら第1開口パターン及び第2開口パターンを形成する。 In the second step, the first opening pattern and the second opening pattern are formed using the resist layer on which the resist opening pattern is formed as a mask.
次に、第3工程では、第1開口パターンを第2絶縁膜の厚み方向に沿って拡大することによって第1開口部、第2開口パターンからの第1絶縁膜の露出面から、第1絶縁膜を部分的に除去することによって、第1開口部から連続して、第2絶縁膜の厚み方向の中途から第1絶縁膜の厚み方向の中途まで貫き、かつ第1開口部よりも開口端の第1方向に沿った長さが短い第2開口部、及びこの第2開口部から連続して、第1絶縁膜の厚み方向の中途からこの第1絶縁膜を貫くことによって下地面を露出させ、かつ第2開口部よりも開口端の第1方向に沿った長さが短い第3開口部を、それぞれ形成する。 Next, in the third step, the first opening pattern is enlarged along the thickness direction of the second insulating film, whereby the first insulating portion is exposed from the exposed surface of the first insulating film through the first opening portion and the second opening pattern. By removing the film partially, the film continuously penetrates from the middle of the second insulating film in the thickness direction to the middle of the first insulating film in the thickness direction, and is open from the first opening. A second opening having a short length along the first direction, and a base surface exposed by penetrating through the first insulating film from the middle of the thickness direction of the first insulating film continuously from the second opening. And a third opening having a shorter length along the first direction of the opening end than the second opening is formed.
この第3工程では、レジスト層、及びこのレジスト層上に形成され、かつレジスト開口パターンの開口端を、第1方向に沿った両側から狭める金属膜をマスクとして用いて、これら第1開口部、第2開口部、及び第3開口部を形成する。 In the third step, using the resist layer and a metal film formed on the resist layer and narrowing the opening end of the resist opening pattern from both sides along the first direction, the first opening, A second opening and a third opening are formed.
次に、第4工程では、第1開口部、第2開口部、及び第3開口部を含む電極形成用開口部を埋め込むとともに、この電極形成用開口部周辺の第2絶縁膜の表面を被覆する電極を形成する。 Next, in the fourth step, the electrode forming opening including the first opening, the second opening, and the third opening is embedded, and the surface of the second insulating film around the electrode forming opening is covered. An electrode to be formed is formed.
この発明による半導体装置では、電極形成用開口部が、開口端の第1方向に沿った長さ、すなわち開口長の異なる第1開口部、第2開口部、及び第3開口部によって構成されている。これによって、電極形成用開口部内の内壁面は、第1方向に沿って両側に3段の階段状となっている。そして、電極を、電極形成用開口部を埋め込み、かつ電極形成用開口部周辺の第2絶縁膜の表面を被覆して設けることによって、3段の階段状の内壁面に対応した各電界集中部と、電極及び第2絶縁膜間の境界面における端部とが形成される。 In the semiconductor device according to the present invention, the electrode forming opening is configured by the length along the first direction of the opening end, that is, the first opening, the second opening, and the third opening having different opening lengths. Yes. Thus, the inner wall surface in the electrode forming opening has a three-step shape on both sides along the first direction. Each of the electric field concentration portions corresponding to the three-step inner wall surface is provided by embedding the electrode forming opening and covering the surface of the second insulating film around the electrode forming opening. And an end portion at the interface between the electrode and the second insulating film.
従って、この発明による半導体装置では、装置の駆動時において、これら各電界集中部及び端部に電界集中が分散し、電界集中が緩和される。 Therefore, in the semiconductor device according to the present invention, when the device is driven, the electric field concentration is dispersed in the electric field concentration portions and the end portions, and the electric field concentration is alleviated.
また、この発明による半導体装置では、電極は、第1開口部内における第2絶縁膜との境界面、及び第2開口部内における第1絶縁膜との境界面において、下地面側に凸状に湾曲している傾斜面を含んでいる。そのため、装置の駆動時において、これら境界面では、電界強度が全面的に分散するため、電界集中が緩和される。 In the semiconductor device according to the present invention, the electrode is curved in a convex shape toward the base surface at the boundary surface with the second insulating film in the first opening and the boundary surface with the first insulating film in the second opening. Including an inclined surface. Therefore, when the device is driven, the electric field concentration is alleviated at these boundary surfaces, so that the electric field concentration is alleviated.
このように、この発明による半導体装置では、電極形成用開口部の内壁面を3段の階段状とすることにより、この階段状に対応した各電界集中部に電界集中を分散し、さらに、湾曲した傾斜面を具えることにより、電界強度をこれら傾斜面の全面に分散するため、効率良く電界集中を緩和することができる。 Thus, in the semiconductor device according to the present invention, by forming the inner wall surface of the electrode forming opening in a three-step shape, the electric field concentration is distributed to each electric field concentration portion corresponding to the step shape, and further, the bending By providing the inclined surfaces, the electric field strength is dispersed over the entire inclined surfaces, so that the electric field concentration can be efficiently reduced.
また、この発明による半導体装置の製造方法によれば、上述したように、第2工程において、レジスト開口パターンが形成されたレジスト層をマスクとして用いて、第1開口パターン及び第2開口パターンを形成する。そして、第3工程において、第2工程で用いたのと同じレジスト層、及びレジスト開口パターンの開口端を狭める金属膜をマスクとして用いて、第1開口パターン及び第2開口パターンから、開口長の異なる第1開口部、第2開口部、及び第3開口部を形成する。 According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, as described above, in the second step, the first opening pattern and the second opening pattern are formed using the resist layer on which the resist opening pattern is formed as a mask. To do. Then, in the third step, the same resist layer as that used in the second step and a metal film that narrows the opening end of the resist opening pattern are used as a mask, and the opening length is determined from the first opening pattern and the second opening pattern. Different first openings, second openings, and third openings are formed.
従って、この発明による半導体装置の製造方法によれば、1つのレジスト層を使用するのみで第1開口部、第2開口部、及び第3開口部を形成することができる。そのため、レジスト層を形成するためのフォトリソグラフィ工程を1回行うのみで、上述した第1開口部、第2開口部、及び第3開口部を形成することができる。従って、この発明による半導体装置の製造方法では、電界集中が緩和された半導体装置を少ない工程数で製造することができる。 Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the first opening, the second opening, and the third opening can be formed by using only one resist layer. Therefore, the above-described first opening, second opening, and third opening can be formed by performing the photolithography process for forming the resist layer only once. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor device with reduced electric field concentration can be manufactured with a small number of steps.
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態に係る半導体装置について説明する。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 according to an embodiment of 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、内壁面の第1方向に沿った両側が3段の階段状となっている電極形成用開口部、及びこの電極形成用開口部を埋め込んで形成された電極を具える半導体装置、及びその製造方法について説明する。
<First Embodiment>
In the first embodiment, there are provided an electrode forming opening having three steps on both sides along the first direction of the inner wall surface, and an electrode formed by embedding the electrode forming opening. A semiconductor device and a manufacturing method thereof will be described.
なお、この第1の実施の形態では、電極がゲート電極である場合の構成例について説明する。そして、第1の実施の形態による半導体装置のゲート長方向を第1方向とする。そこで、以下、電極をゲート電極、電極形成用開口部をゲート形成用開口部、第1方向をゲート長方向とも称する。 In the first embodiment, a configuration example when the electrode is a gate electrode will be described. The gate length direction of the semiconductor device according to the first embodiment is defined as the first direction. Therefore, hereinafter, the electrode is also referred to as a gate electrode, the electrode formation opening is referred to as a gate formation opening, and the first direction is also referred to as a gate length direction.
図1は、この発明の第1の実施の形態を説明する概略図であり、第1の実施の形態による半導体装置を図中に矢印で示すゲート長方向に沿って厚み方向に切り取った切り口を示す端面図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of the present invention, in which a semiconductor device according to the first embodiment is cut in a thickness direction along a gate length direction indicated by an arrow in the drawing. FIG.
第1の実施の形態による半導体装置10は、下地11を具えている。
The
下地11は、従来周知の半導体基板であり、例えば、ヘテロ接続面を有する基板、すなわち例えばSi基板上にAlGaN層及びGaN層を積層した基板や、Si基板上にAlGaAs層及びGaAs層を積層した基板等、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。
The
また、第1の実施の形態による半導体装置10は、下地11の下地面11aを被覆して順次形成された第1絶縁膜13及び第2絶縁膜15を具えている。
In addition, the
第1絶縁膜13及び第2絶縁膜15は、下地11を汚染から保護するため、または表面電荷の発生を抑制するための保護膜として、下地面11a上に第1絶縁膜13が、さらにこの第1絶縁膜13の上側表面13a上に第2絶縁膜15が積層されて設けられている。そのために、これら第1絶縁膜13及び第2絶縁膜15は、例えばSiN膜、SiO2膜、SiON膜を材料として形成されている。
The first insulating
また、第1及び第2絶縁膜13及び15には、これら第1及び第2絶縁膜13及び15を連続的に貫通して、下地面11aを露出させる電極形成用開口部17、すなわちゲート形成用開口部17が形成されている。
Further, the first and second insulating
ゲート形成用開口部17は、厚み方向に連続する第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23を含んで構成されている。
The
第1開口部19は、第2絶縁膜15の上側表面15aからこの第2絶縁膜15の厚み方向の中途まで貫いて形成されている。
The
また、第2開口部21は、第1開口部19から連続して、第2絶縁膜15の厚み方向の中途から第1絶縁膜13の中途まで貫いて形成されている。そして、この第2開口部21の開口端21aのゲート長方向に沿った長さ、すなわち第2開口長L2は、第1開口部19の開口端19aのゲート長方向に沿った長さ、すなわち第1開口長L1よりも短く設定されている。
Further, the
また、第3開口部23は、第2開口部21から連続して、第1絶縁膜13の厚み方向の中途からこの第1絶縁膜13を貫いて形成されている。そして、この第3開口部23の開口端23aのゲート長方向に沿った長さ、すなわち第3開口長L3は、第2開口部21の開口長L2よりも短く設定されている。
The
このように、各開口長L1、L2、及びL3が設定された第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23によって構成されていることによって、開口部17内の、第1開口部19内における第2絶縁膜15の側面15b、第2開口部21内における第2絶縁膜15の側面15c、第2開口部21内における第1絶縁膜13の側面13b、及び第3開口部23内における第1絶縁膜13の側面13cによって構成されたゲート形成用内壁面17aは、ゲート長方向に沿って両側に3段の階段状となっている。
As described above, the
また、ゲート形成用開口部17は、第1開口部19内における第2絶縁膜15の側面15bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面15baを含んでいる。
The
また、ゲート形成用開口部17は、第2開口部21内における第1絶縁膜13の側面13bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面13baを含んでいる。
The
これら傾斜面13b及び15bは、好ましくは滑らかな面として、より効果的に電界を分散させるのが良い。
These
そして、このゲート形成用開口部17を埋め込むとともに、ゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆する電極25、すなわちゲート電極25が形成されている。
An
ゲート電極25は、ゲート形成用開口部17からの下地11の露出面11bにおいて下地11と接触している。そして、ゲート電極25は、この下地11の露出面11b、すなわちゲート電極25と下地11との境界面11bにおいて、下地11とショットキ接合している。なお、ゲート電極25は、下地11とショットキ接合をとるために、下地11を構成する材料に応じた金属を材料として形成されている。例えば、下地11として最上層がGaN層である化合物半導体基板を用いた場合には、例えばNi、Au、またはPt等の金属を材料としてゲート電極25が形成されているのが好ましい。
The
また、既に説明したように、ゲート形成用開口部17内の内壁面17aは、このゲート形成用開口部17を構成する第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23の各開口長L1、L2、及びL3の差によって、ゲート長方向に沿って両側に3段の階段状となっている。そのため、ゲート電極25は、ゲート形成用開口部17の3段の内壁面17aに対応して、両側内壁面17aとの境界面に、それぞれ3つの電界集中部が形成されている。
Further, as described above, the
すなわち、第3開口部23内におけるゲート電極25及び第1絶縁膜13の側面13c間の境界面、すなわち境界面13cと、ゲート電極25及び下地11の露出面11b間の境界面、すなわち境界面11bとが成す角部には、双方の境界面の交差により電界集中部27a及び27bが形成されている。
That is, the boundary surface between the
また、第2開口部21と第3開口部23との段差によって、第2開口部21内において、第2絶縁膜15及びゲート電極25間の境界面15cと、第1絶縁膜13及びゲート電極25間の境界面13bとの間に交差が生じ、この交差部分に電界集中部29a及び29bが形成されている。
Further, due to the step between the
また、第1開口部19と第2開口部21との段差によって、第1開口部19内におけるゲート電極25及び第2絶縁膜15間の境界面15bには、電界集中部31a及び31bが形成されている。
Further, due to the step between the
さらに、第1の実施の形態による半導体装置10では、ゲート電極25が、ゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆して形成されているため、ゲート電極25及び第2絶縁膜15の上側表面15a間の境界面の、ゲート長方向に沿った両側には、端部33a及び33b、すなわち電界集中部33a及び33bが形成されている。
Further, in the
また、既に説明したように、第1開口部19内における第2絶縁膜15の側面15bは、下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面15baを含んでいる。また、第2開口部21内における第1絶縁膜13の側面13bは、下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面13baを含んでいる。従って、これらを埋め込んで形成されているゲート電極25は、第1開口部19内における第2絶縁膜との境界面、すなわち側面15bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面15baを含んでいる。また、ゲート電極25は、第2開口部21内における第1絶縁膜13との境界面、すなわち側面13bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面13baを含んでいる。
As described above, the side surface 15b of the second insulating
以上説明したように、第1の実施の形態による半導体装置10では、ゲート形成用開口部17が、開口長の異なる第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23により構成されていることによって、ゲート形成用開口部17内の内壁面17aは、ゲート長方向に沿って両側に3段の階段状となっている。そして、ゲート電極25を、ゲート形成用開口部17を埋め込み、かつゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆して設けることによって、3段の階段状の内壁面17aに対応した各電界集中部、すなわち電界集中部27a及び27b、電界集中部29a及び29b、及び電界集中部31a及び31bと、ゲート電極25及び第2絶縁膜15間の境界面の端部33a及び33bすなわち電界集中部33a及び33bとに、電界が分散して集中する箇所としてそれぞれ形成されている。
As described above, in the
従って、第1の実施の形態による半導体装置10では、装置の駆動時において、これら電界集中部27a及び27b、電界集中部29a及び29b、電界集中部31a及び31b、及び電界集中部33a及び33bのうちドレイン電極(図示せず)側に配置された4つの電界集中部に電界集中が分散し、電界集中が緩和される。
Therefore, in the
また、第1の実施の形態による半導体装置10では、ゲート電極25は、第1開口部19内における第2絶縁膜との境界面15b、及び第2開口部21内における第1絶縁膜13との境界面13bにおいて、下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面15ba及び13baを含んでいる。そのため、装置の駆動時において、これら境界面13b及び15bでは、電界強度が全面的に分散するため、電界集中が緩和される。
In the
このように、第1の実施の形態による半導体装置10では、ゲート形成用開口部17の内壁面17aを3段の階段状とすることにより、電界集中を4箇所に分散し、さらに、湾曲した傾斜面を具えることにより、境界面13b及び15bにおける電界強度をこれら境界面13b及び15bの全面に分散するため、効率良く電界集中を緩和することができる。
As described above, in the
次に、この第1の実施の形態による半導体装置10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工程までの各工程を含んでいる。以下、第1工程から順に各工程につき説明する。
Next, a method for manufacturing the
図2(A)及び(B)は、この発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図である。また、図3(A)及び(B)は、この発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図であり、図2(B)に続く工程図である。また、図4(A)及び(B)は、この発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図であり、図3(B)に続く工程図である。また、図5は、この発明の第1の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程図であり、図4(B)に続く工程図である。これらの各図は、各製造工程で得られた構造体を、基板の厚み方向に切り取った切り口で示してある。製造される半導体装置のゲート長方向に沿って、厚み方向に切り取った切り口を示す端面図である。 2A and 2B are process diagrams illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3A and 3B are process diagrams for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, and are process charts following FIG. 2B. FIGS. 4A and 4B are process diagrams for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, and are process charts following FIG. 3B. FIG. 5 is a process diagram for explaining the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, and is a process diagram following FIG. 4 (B). In each of these drawings, the structure obtained in each manufacturing process is shown by a cut surface cut in the thickness direction of the substrate. It is an end view which shows the cut end cut off in the thickness direction along the gate length direction of the semiconductor device manufactured.
まず、第1工程では、下地11上に、この下地11の下地面11aを被覆する第1及び第2絶縁膜13及び15を順次形成して図2(A)に示すような構造体を得る。
First, in the first step, first and second insulating
上述したように、下地11は、従来周知の半導体基板であり、例えば、ヘテロ接続面を有する基板、すなわち例えばSi基板上にAlGaN層及びGaN層を積層した基板や、Si基板上にAlGaAs層及びGaAs層を積層した基板等、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るのがよい。
As described above, the
そして、このような下地11上に、下地11を汚染から保護するため、または表面電荷の発生を抑制するための保護膜として、下地面11aに第1及び第2絶縁膜13及び15を形成する。そのために、この第1の実施の形態では、例えば周知のPE−CVD法または熱CVD法等を用い、例えばSiN膜、SiO2膜、SiON膜を材料として第1及び第2絶縁膜13及び15を形成するのが好ましい。
Then, on such a
ところで、この第1の実施の形態では、製造された半導体装置の駆動時においてゲート電極付近の電界集中を分散させるために、これら第1及び第2絶縁膜13及び15に複数の電界集中部を有するゲート形成用開口部を形成する。そのために、この第1の実施の形態では、続く第2工程及び第3工程において、これら第1及び第2絶縁膜13及び15に対してそれぞれ個別にエッチングを行う。そこで、第1及び第2絶縁膜13及び15をそれぞれ選択的にエッチングするために、この第1工程では、第2絶縁膜15のエッチングレートの値が第1絶縁膜13のエッチングレートの値以上となるように形成するのが好ましい。
By the way, in the first embodiment, in order to disperse the electric field concentration in the vicinity of the gate electrode when the manufactured semiconductor device is driven, a plurality of electric field concentration portions are provided in the first and second insulating
より具体的には、第1絶縁膜13を、例えばICP−RIE(誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング)法でエッチングすることを想定した場合には、例えば5〜20nm/minのエッチングレートとなるように形成するのが好ましい。また、第2絶縁膜15を、例えばICP−RIE法でエッチングすることを想定した場合には、例えば30〜60nm/minのエッチングレートとなるように形成するのが好ましい。なお、これらのエッチングレートの値はあくまで一例であり、例えば、これら第1及び第2絶縁膜13及び15を構成する各材料及び各膜厚、または、後の各工程において各開口部を形成する際のエッチング条件、設定される開口長等に応じて、任意好適に調整するのが好ましい。
More specifically, when it is assumed that the first insulating
次に、第2工程では、第1開口パターン35及び第2開口パターン37を形成する。
Next, in the second step, the
この第2工程では、第1開口パターン35及び第2開口パターン37を形成するために、まず、例えば周知の塗布技術及びフォトリソグラフィ技術を用いて第2絶縁膜15上にレジスト層39を形成する(図2(B))。
In this second step, in order to form the
この第1の実施の形態では、周知のいわゆるリフトオフ法を用いて、ゲート形成用開口部及びこれを埋め込むゲート電極を形成するため、この第2工程ではレジスト層39をネガ型のレジストで形成する。
In this first embodiment, a well-known so-called lift-off method is used to form a gate forming opening and a gate electrode that embeds the gate forming opening. Therefore, in this second step, the resist
そして、このようなレジスト層39をマスクとして用い、第1開口パターン35及び第2開口パターン37を開口形成するために、まず、レジスト層39に、周知の露光技術を用いて、第2絶縁膜15の上側表面15aを露出面15dとして露出させるレジスト開口パターン41を形成する。
Then, in order to form the
レジスト開口パターン41は、上述したようにレジスト層39をネガ型のレジストで形成してあるため、開口端41aからレジスト層39の厚み方向に深さが深くなるにしたがって中空部が徐々に拡張する、いわゆる逆テーパ状となる。
Since the resist
そして、このレジスト開口パターン41付きのレジスト層39をマスクとして、第2絶縁膜15に、この第2絶縁膜15の上側表面15aから異方性エッチングを行うことによって、第1開口パターン35及び第2開口パターン37をそれぞれ形成して図3(A)に示すような構造体を得る。
Then, anisotropic etching is performed on the second insulating
この第2工程では、好ましくは例えば周知のICP−RIE法またはECR(電子サイクロトロン共鳴)−RIE法等を用いて異方性エッチングを行う。 In this second step, anisotropic etching is preferably performed using, for example, the well-known ICP-RIE method or ECR (electron cyclotron resonance) -RIE method.
そして、この異方性エッチングにより、レジスト開口パターン41からの露出面15dに対する、開口端41aの正射影で与えられる領域、すなわち被エッチング領域43(図2(B)参照)の第2絶縁膜15が除去されて、第1絶縁膜13の上側表面13aを露出させる第2開口パターン37が形成される。
Then, by this anisotropic etching, the second insulating
このとき、同時に、エッチングガスのプラズマに含まれるラジカルイオンによって、レジスト開口パターン41から露出した第2絶縁膜15が、露出面15d全面に渡ってわずかに等方性エッチングされる。その結果、第2工程では、第2開口パターン37が形成された時点で、この等方性エッチングによって、第2開口パターン37よりも浅い開口深さで第1開口パターン35が形成される。
At the same time, the second insulating
このように、異方性エッチングによって形成される第2開口パターン37が、レジスト開口パターン41の開口端41aに対する被エッチング領域43(図2(B)参照)に、また、等方性エッチングによって形成される第1開口パターン35が、レジスト開口パターン41からの露出面15d(図2(B)参照)全面に渡って、それぞれ形成される。従って、第2開口パターン37の開口端37aの第1方向に沿った長さは、第1開口パターン35の開口端35aの第1方向に沿った長さよりも短くなる。なお、第1方向とは、この第1の実施の形態により製造される半導体装置10(図1参照)においてゲート長方向となる方向である。そこで、以下、この第1方向をゲート長方向とも称するとともに、図2(B)以降の各図において矢印で示す。
As described above, the
ところで、第1開口パターン35及び第2開口パターン37は、続く第3工程において、深さ方向に拡大されて、第1開口パターン35が上述した第1開口部19(図1参照)、また、第2開口パターン37が上述した第2開口部21(図1参照)となる。
By the way, the
そこで、この第2工程では、第1開口パターン35を、開口端35aの第1方向に沿った長さが第1開口長L1となるように、また、第2開口パターン37を、開口端37aの第1方向に沿った長さが第2開口長L2となるように形成する。
Therefore, in the second step, the
そのために、マスクとして用いるレジスト層39を、レジスト開口パターン41の第1方向に沿った長さ、すなわち第4開口長が第2開口長L2となるように、また、レジスト開口パターン41から露出した露出面15dの第1方向に沿った長さが第1開口長L1となるように形成する(図2(B)参照)。
Therefore, the resist
次に、第3工程では、第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23をそれぞれ形成する。
Next, in the third step, the
この第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39を再びマスクとして用いたエッチングを行うことによって、第1開口パターン35を深さ方向に拡大して第1開口部19を、第2開口パターン37を深さ方向に拡大して第2開口部21を、及び第1絶縁膜13を部分的に除去することによって第3開口部23を形成する。
In the first embodiment, the
ここで、この第1の実施の形態では、第3開口部23の開口長L3を、第2開口部21の開口長L2よりも短く設定する(図1参照)。そこで、まず、レジスト開口パターン41の第4開口長を、第2開口パターン37の第2開口長L2よりも狭める必要がある。
Here, in the first embodiment, the opening length L3 of the
そのために、この第3工程では、まず、レジスト層39上に金属膜45を形成する(図3(B)参照)。
Therefore, in this third step, first, a
第4開口長を狭めるためには、金属膜45を、いわゆる周知の斜め蒸着によって形成するのが好ましい。すなわち、周知の真空蒸着機を用いて、金属膜45の材料となる例えばAl等の蒸発金属分子線を、下地面11aの法線方向に対して、60〜70°の斜め方向から、レジスト層39の表面39aに蒸着する(図示せず)。
In order to narrow the fourth opening length, it is preferable to form the
そして、このような斜め蒸着を、ゲート長方向に沿った両側(図3(B)の紙面に向かって左右)から行うことによって、金属膜45を、レジスト層39表面39aから、レジスト開口パターン41の開口端41aまで迫り出して形成することができる。その結果、レジスト開口パターン41の開口端41aは、第1方向、すなわちゲート長方向に沿った両側から金属膜45によって狭められる。
Then, by performing such oblique deposition from both sides along the gate length direction (left and right toward the paper surface of FIG. 3B), the
そして、上述したように、第2工程において、第2開口パターン37は、金属膜45形成前のレジスト開口パターン41の開口端41aに対応した領域に形成されている(図2(B)及び図3(A)参照)。そのため、この第3工程において、金属膜45によって狭められたレジスト開口パターン41の新たな開口端、すなわち開口端41bの下地面11aに沿った正射影領域、すなわち被エッチング領域47は、第2開口パターン37からの第1絶縁膜13の露出面13dに含まれる領域となる。
As described above, in the second step, the
また、この第3工程では、この被エッチング領域47内の第1絶縁膜13を異方性エッチングすることによって、第3開口部23を形成する。そこで、レジスト開口パターン41の開口端41bのゲート長方向に沿った長さが、形成される第3開口部23の第3開口長L3となるように、上述した金属膜45を形成する。
In the third step, the
そして、この金属膜45付きのレジスト層39をマスクとして、第2開口パターン37からの第1絶縁膜13の露出面13dから異方性エッチングを行うことによって、第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23をそれぞれ形成して図4(B)に示すような構造体を得る。
Then, using the resist
この第3工程では、好ましくは例えば周知のICP−RIE法またはECR−RIE法等を用いて異方性エッチングを行う。 In the third step, anisotropic etching is preferably performed using, for example, a well-known ICP-RIE method or ECR-RIE method.
そして、この異方性エッチングにより、上述した被エッチング領域47(図3(B)参照)の第1絶縁膜13が除去されて、下地面11aを露出させる第3開口部23が形成される。
Then, by this anisotropic etching, the first insulating
そして、第3開口部23は、上述した被エッチング領域47に対応して形成されるため、第3開口部23の開口端23aの第3開口長L3は、第2開口部21の開口端21aの開口長L2よりも短くなる。
Since the
このとき、同時に、エッチングガスに含まれるラジカルイオンによって、第1開口パターン35が第2絶縁膜15の厚み方向に沿って拡大されて、第1開口部19が形成される。
At the same time, the
また、同時に、上述したラジカルイオンによって、第2開口パターン37から露出した第1絶縁膜13の露出面13dが、全面に渡ってわずかに等方性エッチングされる。そのため、第3開口部23が形成された時点で、この等方性エッチングによって、露出面13dの全面が第3開口部23よりも浅くエッチングされる。その結果、第2開口パターン37が厚み方向に拡大されて、第2開口部21が形成される。
At the same time, the exposed
このように、第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23を形成することによって、第1開口部19は、第2絶縁膜15の上側表面15aからこの第2絶縁膜15の厚み方向の中途まで貫いて、また、第2開口部21は、第1開口部19から連続して、第2絶縁膜15の厚み方向の中途から第1絶縁膜13の厚み方向の中途まで貫いて、また、第3開口部23は、第2開口部21から連続して、第1絶縁膜13の厚み方向の中途からこの第1絶縁膜13を貫いて、すなわち下地面11aを露出させて、それぞれ形成される。
Thus, by forming the
そして、既に説明したように、第2開口部21の第2開口長L2は、第1開口部19の第1開口長L1よりも短く、また、第3開口部23の第3開口長L3は、第2開口部21の第2開口長L2よりも短く形成されている。
As already described, the second opening length L2 of the
このように、各開口長L1、L2、及びL3を設定することによって、第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23によって構成されたゲート形成用開口部17は、内壁面17aが、ゲート長方向に沿って両側に3段の階段状となる。
Thus, by setting the respective opening lengths L1, L2, and L3, the
また、この第3工程では、既に説明したように、等方性エッチングによって、第1開口パターン35及び第2開口パターン37を深さ方向に拡大して、第1開口部19及び第2開口部21を形成する。その結果、第1開口部19は、第1開口端19aの端部19aaと第2開口部21の第2開口端21aの端部21aaとの間において、この第1開口部19内に露出した第2絶縁膜15の側面15bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面15baを含んで形成される。また、第2開口部21は、第2開口端21aの端部21aaから第1絶縁層13に至る垂直壁、すなわち側面15cと、この第2開口部21内に露出した第1絶縁膜13の側面13bが下地面11a側に凸状に湾曲している傾斜面13baを含んで形成される。
In the third step, as described above, the
次に、第4工程では、ゲート電極25を形成する。
Next, in the fourth step, the
第1の実施の形態では、ゲート電極25を、ゲート形成用開口部17を埋め込むとともに、ゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆するように形成する。
In the first embodiment, the
そのために、この第4工程では、まず、例えば周知のウェットエッチングを用いて金属膜45を除去し、しかる後、周知の酸素アッシングを用いてレジスト開口パターン41を、ゲート長方向に沿って両側に拡大する(図4(B)参照)。なお、このアッシングによるレジスト開口パターン41の拡大に伴って、レジスト層39の厚みが薄くなる(図示せず)。
Therefore, in the fourth step, first, the
レジスト開口パターン41を拡大することによって、ゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aが、この拡大されたレジスト開口パターン41、すなわちレジスト開口パターン49から露出する。
By enlarging the resist
そして、このレジスト開口パターン49付きのレジスト層39をマスクとして、例えば回転蒸着等の周知の蒸着技術を用いて、ゲート電極25を形成することによって図5に示すような構造体を得る。
Then, using the resist
上述したように、レジスト開口パターン49内では、ゲート形成用開口部17及びゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aが露出しているため、ゲート電極25は、ゲート形成用開口部17を埋め込むとともに、ゲート形成用開口部17周辺の第2絶縁膜15の上側表面15aを被覆して形成される。
As described above, in the resist
また、既に説明したように、この第1の実施の形態では、例えば、下地11として最上層がGaN層である化合物半導体基板を用いた場合には、ゲート電極25を例えばNi、Au、またはPt等の金属を材料として形成するのが好ましい。
As already described, in the first embodiment, for example, when a compound semiconductor substrate whose uppermost layer is a GaN layer is used as the
そして、このゲート電極25の形成後、例えばアセトン等の有機溶剤を用いて、レジスト層39を除去することによって、すなわちリフトオフすることによって、図1に示す半導体装置10を得る。
Then, after the
以上説明したように、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法では、第2工程において、レジスト開口パターン41が形成されたレジスト層39をマスクとして用いて、第1開口パターン35及び第2開口パターン37を形成する。そして、第3工程において、第2工程で用いたのと同じレジスト層39、及びレジスト開口パターン41の開口端41aを狭める金属膜45をマスクとして用いて、開口長の異なる第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23を形成する。
As described above, in the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, in the second step, the
従って、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法によれば、1つのレジスト層39を使用するのみで第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23を形成することができる。そのため、レジスト層39を形成するためのフォトリソグラフィ工程を第2工程において1回行うのみで、上述した第1開口部19、第2開口部21、及び第3開口部23を形成することができる。従って、第1の実施の形態による半導体装置の製造方法では、電界集中が緩和された半導体装置10(図1参照)を少ない工程数で製造することができる。
Therefore, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment, the
ここで、この第1の実施の形態では、電極25がゲート電極である場合の構成例について説明した。しかし、この第1の実施の形態では、電極25を、ゲート電極としてのみでなく、独立したフィールドプレート電極として形成する構成としてもよい。
Here, in the first embodiment, the configuration example in the case where the
そこで、以下、第1の実施の形態の変形例として、上述した電極25をフィールドプレート電極として形成した半導体装置について説明する。
Therefore, hereinafter, as a modification of the first embodiment, a semiconductor device in which the
図6は、第1の実施の形態の変形例を説明する概略図であり、変形例による半導体装置をゲート長方向に沿って厚み方向に切り取った切り口を示す端面図である。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a modification of the first embodiment, and is an end view showing a cut surface obtained by cutting a semiconductor device according to the modification along the gate length direction in the thickness direction.
変形例による半導体装置50では、下地の構成を、上述した第1の実施の形態による半導体装置10の下地11(図1参照)から変更する。
In the
すなわち、変形例による半導体装置50では、下地として、上述した下地11に、さらにゲート電極51を形成して構成されている下地53、すなわちゲート電極付き下地53を用いる。
That is, in the
下地53は、上述した下地11上に、例えばリフトオフ法等の従来周知の方法を用いてゲート電極51を形成することによって得られる。
The
そして、下地53は、上述した下地11上に、さらに下地面11aを被覆する第1下地絶縁膜55を具えている。第1下地絶縁膜55には、下地面11aを露出させる開口部63が形成されている。そして、この開口部63を埋め込むとともに、開口部63周辺の第1下地絶縁膜55の表面55aを被覆してゲート電極51が形成されている。さらに、ゲート電極51を含む、第1下地絶縁膜55の上側全面を被覆して第2下地絶縁膜57が形成されている。
The
ここで、下地53は、上述したように、ゲート電極51を、開口部63を埋め込むとともに、開口部63周辺の第1下地絶縁膜55の上側表面55aを被覆して形成することによって、2つの電極集中部を有している。
Here, as described above, the
すなわち、開口部63内におけるゲート電極51及び第1下地絶縁膜55の側面55b間の境界面(すなわち境界面55b)と、ゲート電極51及び下地11の露出面11c間の境界面(すなわち境界面11c)とが成す角部には、双方の境界面の交差により電界集中部59a及び59bが形成されている。
That is, the boundary surface between the
また、ゲート電極51が、開口部63周辺の第1下地絶縁膜55の上側表面55aを被覆して形成されているため、ゲート電極51及び第1下地絶縁膜55の上側表面55a間の境界面の、ゲート長方向に沿った両側には、端部61a及び61b、すなわち電界集中部61a及び61bが形成されている。
Further, since the
従って、この変形例では、装置の駆動時において、電界集中部59a及び59b、及び電界集中部61a及び61bのうちドレイン電極(図示せず)側に配置された2つの電界集中部に電界集中が分散する。
Therefore, in this modification, when the device is driven, electric field concentration occurs in the two electric field concentration portions arranged on the drain electrode (not shown) side of the electric
そして、変形例による半導体装置50では、このような下地53の下地面53a、すなわち第2下地絶縁膜57の上側表面57aに、上述した第1の実施の形態と同様の第1絶縁膜13、第2絶縁膜15、及び電極25(図1参照)が形成されている。
In the
このように、電極25を形成することによって、電極25は独立したフィールドプレート電極として機能する。そして、既に説明したように、電極25では、電界集中部27a及び27b、電界集中部29a及び29b、電界集中部31a及び31b、及び電界集中部33a及び33bのうちドレイン電極(図示せず)側に配置された4つの電界集中部に電界集中が分散する。
Thus, by forming the
従って、変形例による半導体装置50では、装置の駆動時において、下地53内における電界集中部59a及び59b、及び電界集中部61a及び61b、また、フィールドプレート電極としての電極25による電界集中部27a及び27b、電界集中部29a及び29b、電界集中部31a及び31b、及び電界集中部33a及び33bのうちドレイン電極側に配置された6つの電界集中部に電界集中が分散し、電界集中が緩和される。
Therefore, in the
ここで、電極25を独立したフィールドプレート電極として形成する場合には、好ましくは、この電極25をゲート電極51からゲート長方向に沿ってドレイン電極側にずらした位置に配設するのがよい。すなわち、電極25を、電極25の電界集中部27a及び27bのうちドレイン電極側に配置された一方を、ゲート電極51の電界集中部61a及び61bのうちドレイン電極側に配置された一方よりも、ゲート長方向に沿ってドレイン電極側に近づけて形成するのが好ましい。その結果、電界集中部59a及び59b、電界集中部61a及び61b、電極25による電界集中部27a及び27b、電界集中部29a及び29b、電界集中部31a及び31b、及び電界集中部33a及び33bのうちドレイン電極側に配置された6つの電界集中部が、ゲート長方向に沿って階段状、すなわち湾曲したなだらかな傾斜面状に配列されるため、効率良く電界の集中が緩和される。
Here, when the
なお、図6では、紙面に向かって右側にドレイン電極が形成されている場合の構成例を示してある。従って、図6に示す構成例では、電極25のドレイン電極側の電界集中部27bが、ゲート電極51のドレイン電極側の電界集中部61bよりも右側に、すなわちゲート長方向に沿ってドレイン電極側にずれて配置されている。
FIG. 6 shows a configuration example in the case where the drain electrode is formed on the right side of the drawing. Therefore, in the configuration example shown in FIG. 6, the electric
また、変形例による半導体装置50では、フィールドプレート電極として形成した電極25を、ゲート電極51と電気的に接続することによってゲートフィールドプレート電極として、または、図示しないソース電極と電気的に接続することによってソースフィールドプレート電極として、それぞれ使用することができる(図示せず)。
In the
このように、電極25をフィールドプレート電極として形成した場合には、ゲート電極51の電界集中部に加え、追加的にこの電極25による4つの電界集中部を設けることができるため、上述した第1の実施の形態による半導体装置10と比して、より効率良く電界集中を緩和することができる。
Thus, when the
10、50:半導体装置
11:下地
13:第1絶縁膜
15:第2絶縁膜
17:電極形成用開口部(ゲート形成用開口部)
19:第1開口部
21:第2開口部
23:第3開口部
25:電極
35:第1開口パターン
37:第2開口パターン
39:レジスト層
41、49:レジスト開口パターン
45:金属膜
51:ゲート電極
53:下地(ゲート電極付き下地)
55:第1下地絶縁膜
57:第2下地絶縁膜
63:開口部
10, 50: Semiconductor device 11: Base 13: First insulating film 15: Second insulating film 17: Electrode forming opening (gate forming opening)
19: 1st opening 21: 2nd opening 23: 3rd opening 25: Electrode 35: 1st opening pattern 37: 2nd opening pattern 39: Resist
55: First base insulating film 57: Second base insulating film 63: Opening
Claims (6)
該下地の下地面を被覆して順次形成された第1及び第2絶縁膜と、
該第1及び第2絶縁膜を連続的に貫通して形成された、前記下地面を露出させる電極形成用開口部を埋め込むとともに、該電極形成用開口部周辺の前記第2絶縁膜の表面を被覆する電極と
を具え、
前記電極形成用開口部は、
前記第2絶縁膜の上側表面から該第2絶縁膜の厚み方向の中途まで貫いて形成された第1開口部と、
該第1開口部から連続して、前記第2絶縁膜の厚み方向の中途から前記第1絶縁膜の中途まで貫いて形成されており、かつ前記第1開口部よりも開口端の第1方向に沿った長さが短い第2開口部と、
該第2開口部から連続して、前記第1絶縁膜の厚み方向の中途から該第1絶縁膜を貫いて形成されており、かつ前記第2開口部よりも開口端の前記第1方向に沿った長さが短い第3開口部と
を含み、
該電極形成用開口部内の内壁面が、前記第1方向に沿って両側に3段の階段状となっている
ことを特徴とする半導体装置。 The groundwork,
First and second insulating films sequentially formed so as to cover the underlying ground of the base;
An electrode forming opening that continuously penetrates the first and second insulating films and exposes the base surface is embedded, and the surface of the second insulating film around the electrode forming opening is embedded. An electrode for coating,
The electrode forming opening is
A first opening formed penetrating from the upper surface of the second insulating film to the middle of the thickness direction of the second insulating film;
The first opening is formed so as to penetrate from the middle of the second insulating film in the thickness direction to the middle of the first insulating film, and the first direction of the opening end with respect to the first opening. A second opening having a short length along
It is formed continuously from the second opening through the first insulating film from the middle of the thickness direction of the first insulating film, and in the first direction at the opening end than the second opening. A third opening having a short length along the line,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein an inner wall surface in the electrode forming opening has a three-step shape on both sides along the first direction.
前記電極は、前記第1開口部内における前記第2絶縁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を含み、かつ前記第2開口部内における前記第1絶縁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を含む
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The electrode includes an inclined surface in which a boundary surface with the second insulating film in the first opening is curved convexly toward the base surface, and the first insulating film in the second opening A boundary surface of the semiconductor device includes an inclined surface curved convexly toward the base surface side.
前記電極がゲート電極である
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein
A semiconductor device, wherein the electrode is a gate electrode.
前記第2絶縁膜に、該第2絶縁膜の表面から、第1開口パターン、及び前記第1絶縁膜の表面を露出させ、かつ前記第1開口パターンよりも開口端の第1方向に沿った長さが短い第2開口パターンを同時に形成する第2工程と、
前記第1開口パターンを前記第2絶縁膜の厚み方向に沿って拡大することによって第1開口部、前記第2開口パターンからの前記第1絶縁膜の露出面から、該第1絶縁膜を部分的に除去することによって、前記第1開口部から連続して、前記第2絶縁膜の厚み方向の中途から前記第1絶縁膜の厚み方向の中途まで貫き、かつ前記第1開口部よりも開口端の前記第1方向に沿った長さが短い第2開口部、及び該第2開口部から連続して、前記第1絶縁膜の厚み方向の中途から該第1絶縁膜を貫くことによって前記下地面を露出させ、かつ前記第2開口部よりも開口端の前記第1方向に沿った長さが短い第3開口部を、それぞれ形成する第3工程と、
前記第1開口部、前記第2開口部、及び前記第3開口部を含む電極形成用開口部を埋め込むとともに、該電極形成用開口部周辺の前記第2絶縁膜の表面を被覆する電極を形成する第4工程と
を含み、
前記第2工程では、レジスト開口パターンが形成されたレジスト層をマスクとして用いて、前記第1開口パターン及び前記第2開口パターンを形成し、
前記第3工程では、前記レジスト層、及び該レジスト層上に形成され、かつ前記レジスト開口パターンの開口端を、前記第1方向に沿った両側から狭める金属膜をマスクとして用いて、前記第1開口部、前記第2開口部、及び前記第3開口部を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of sequentially forming first and second insulating films covering the lower ground on the lower ground;
The first opening pattern and the surface of the first insulating film are exposed to the second insulating film from the surface of the second insulating film, and the first opening pattern extends along the first direction of the opening end from the first opening pattern. A second step of simultaneously forming a second opening pattern having a short length;
The first insulating film is partially extended from the exposed surface of the first insulating film from the first opening and the second opening pattern by enlarging the first opening pattern along the thickness direction of the second insulating film. By removing the first insulating film continuously, it penetrates from the middle in the thickness direction of the second insulating film to the middle in the thickness direction of the first insulating film continuously from the first opening and opens more than the first opening. A second opening having a short length along the first direction of the end, and the second insulating part continuously through the first insulating film from the middle of the thickness direction of the first insulating film. A third step of exposing the lower ground and forming third openings each having a shorter length along the first direction of the opening end than the second opening;
An electrode forming opening including the first opening, the second opening, and the third opening is embedded, and an electrode that covers the surface of the second insulating film around the electrode forming opening is formed. And a fourth step to
In the second step, using the resist layer in which the resist opening pattern is formed as a mask, the first opening pattern and the second opening pattern are formed,
In the third step, the resist layer and a metal film formed on the resist layer and narrowing the opening end of the resist opening pattern from both sides along the first direction are used as the mask. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming an opening, the second opening, and the third opening.
前記第3工程において、前記第1開口部を、該第1開口部内に露出した前記第2絶縁膜の側面が前記下地面側に凸状に湾曲している傾斜面を含むように形成し、かつ前記第2開口部を、該第2開口部内に露出した前記第1絶縁膜の側面が前記下地面側に凸状に湾曲している傾斜面を含むように形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4,
In the third step, the first opening is formed so that a side surface of the second insulating film exposed in the first opening includes an inclined surface that is convexly curved toward the base surface side, The semiconductor device is characterized in that the second opening is formed so that a side surface of the first insulating film exposed in the second opening includes an inclined surface curved convexly toward the base surface. Device manufacturing method.
前記電極をゲート電極として形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4 or 5,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the electrode is formed as a gate electrode.
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---|---|---|---|
JP2009099795A JP2010251540A (en) | 2009-04-16 | 2009-04-16 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013108844A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | シャープ株式会社 | Nitride semiconductor device |
JP2013191759A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2013219301A (en) * | 2012-04-12 | 2013-10-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Electrode formation method |
US8722474B2 (en) | 2011-12-13 | 2014-05-13 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor device including stepped gate electrode and fabrication method thereof |
-
2009
- 2009-04-16 JP JP2009099795A patent/JP2010251540A/en not_active Withdrawn
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