JP2011091075A - Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011091075A
JP2011091075A JP2009241065A JP2009241065A JP2011091075A JP 2011091075 A JP2011091075 A JP 2011091075A JP 2009241065 A JP2009241065 A JP 2009241065A JP 2009241065 A JP2009241065 A JP 2009241065A JP 2011091075 A JP2011091075 A JP 2011091075A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gate electrode
cap layer
barrier layer
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009241065A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuma Nanjo
拓真 南條
Akifumi Imai
章文 今井
Muneyoshi Fukita
宗義 吹田
Katsuomi Shiozawa
勝臣 塩沢
Yuji Abe
雄次 阿部
Eiji Yagyu
栄治 柳生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009241065A priority Critical patent/JP2011091075A/en
Publication of JP2011091075A publication Critical patent/JP2011091075A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hetero junction field-effect transistor that suppresses current collapse and reduces a gate leakage current, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The hetero junction field-effect transistor is formed of a nitride semiconductor, and includes a semiconductor layer, and a gate electrode 90 arranged on the semiconductor layer so that a lower part is buried in the semiconductor layer. The semiconductor layer includes a barrier layer 40, and a cap layer 50 formed on the barrier layer 40 and having a thickness of ≤28 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造と、その製造方法に関する。   The present invention relates to a structure of a heterojunction field effect transistor made of a semiconductor containing nitride and a method for manufacturing the same.

従来の窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)において、半導体表面に直接ゲート電極を形成した構造では、ゲート電極にパルスの電圧を印加して動作させた場合にドレイン電流が大きく減少してしまう現象(電流コラプス)が発生し、実際に高周波で動作させた際の出力や効率がDC特性から予測できる出力や効率に比べて大きく減少してしまう。   In a conventional heterojunction field effect transistor (FET) made of a nitride semiconductor, the gate electrode is formed directly on the semiconductor surface. When the gate electrode is operated by applying a pulse voltage, the drain A phenomenon (current collapse) in which the current is greatly reduced occurs, and the output and efficiency when actually operating at a high frequency are greatly reduced as compared with the output and efficiency that can be predicted from the DC characteristics.

電流コラプスは半導体表面に形成されるトラップ準位によって生じるため、電流コラプスを抑制するためには最も強く電界がかかるゲート電極/半導体界面を半導体表面から遠ざけることが効果的である。そのため、半導体表面のゲート電極を形成する領域のみエッチングした後にゲート電極を形成するリセスゲート構造とすることが望ましい。そして、リセス部分の深さは深ければ深いほど、ゲート電極/半導体界面を半導体表面から遠ざけるため効果が大きい。   Since current collapse is caused by trap levels formed on the semiconductor surface, in order to suppress current collapse, it is effective to keep the gate electrode / semiconductor interface to which the electric field is most intense away from the semiconductor surface. Therefore, it is desirable to have a recessed gate structure in which the gate electrode is formed after etching only the region where the gate electrode is formed on the semiconductor surface. The deeper the recess portion is, the greater the effect is because the gate electrode / semiconductor interface is further away from the semiconductor surface.

しかし、リセスゲート構造を形成するためには、ゲート電極直下の半導体層のリセス深さを制御性よくエッチングする必要があり、エッチングレートのみでこれを制御することは難しい。   However, in order to form the recess gate structure, it is necessary to etch the recess depth of the semiconductor layer directly under the gate electrode with good controllability, and it is difficult to control this only by the etching rate.

そこで、AlGaN/GaN系ヘテロ構造を用いたヘテロ接合FETの場合には、最表面にエッチング深さと等しいGaNキャップ層を形成してGaN/AlGaN/GaN構造とし、GaNとAlGaNのエッチングレートの差を用いて選択的にGaNキャップ層のみをエッチングする手法が多く用いられている(例えば、非特許文献1参照)。   Therefore, in the case of a heterojunction FET using an AlGaN / GaN heterostructure, a GaN cap layer equal to the etching depth is formed on the outermost surface to obtain a GaN / AlGaN / GaN structure, and the difference in etching rate between GaN and AlGaN is determined. A method of selectively etching only the GaN cap layer is often used (see, for example, Non-Patent Document 1).

IEEE EDL, VOL.29, NO.4, APRIL 2008, p303IEEE EDL, VOL.29, NO.4, APRIL 2008, p303

AlGaNやGaNの層中の特に表面側には、エピタキシャル成長やトランジスタを作製するプロセス中に多くのn型不純物が混入している。AlGaNによる分極の効果が有効に働く領域は空乏層になるため、この領域に存在するn型不純物は活性化されず、電流のリークパスとはならない。   Many n-type impurities are mixed in the surface of the AlGaN or GaN layer, particularly on the surface side, during epitaxial growth or a process for manufacturing a transistor. Since the region where the effect of polarization by AlGaN works effectively is a depletion layer, the n-type impurity existing in this region is not activated and does not form a current leakage path.

しかし、AlGaNから遠く離れた領域では分極の効果が及ばないため、この領域に混入したn型不純物は活性化されてキャリアとなり、電流のリークパスと成りうる。   However, since the polarization effect does not reach in a region far from AlGaN, the n-type impurity mixed in this region is activated to become a carrier, which can be a current leakage path.

従って、AlGaNの分極の効果が及ばないほど最表面のGaNキャップ層が厚い場合、ゲート電極とドレイン電極の間に高電圧を印加してトランジスタを動作させた際に、ゲート電極からドレイン電極に大きなリーク電流が発生し、出力や効率の低下に繋がる耐圧の低下や、ノイズ特性の劣化、信頼性の低下などが生じる。   Accordingly, when the outermost GaN cap layer is so thick that the polarization effect of AlGaN does not reach, when the transistor is operated by applying a high voltage between the gate electrode and the drain electrode, a large voltage is applied from the gate electrode to the drain electrode. Leakage current occurs, resulting in a decrease in breakdown voltage that leads to a decrease in output and efficiency, a deterioration in noise characteristics, a decrease in reliability, and the like.

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、電流コラプスを抑制し、且つゲートリーク電流を低減する窒化物半導体装置とその製造方法の提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device that suppresses current collapse and reduces gate leakage current, and a method for manufacturing the same.

本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果トランジスタであって、半導体層と、半導体層に下部を埋没するようにして半導体層上に設けられたゲート電極と、を備え、半導体層は、バリア層と、バリア層の上に形成された厚さ28nm以下のキャップ層と、を備えることを特徴とする。   The heterojunction field effect transistor of the present invention is a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, and includes a semiconductor layer and a gate electrode provided on the semiconductor layer so as to be buried in the lower portion of the semiconductor layer. The semiconductor layer includes a barrier layer and a cap layer having a thickness of 28 nm or less formed on the barrier layer.

また、本発明の窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、(a)バリア層の上に厚さ28nm以下のキャップ層を形成する工程と、(b)キャップ層をエッチングして所定長のトレンチを形成する工程と、(c)トレンチにゲート電極を形成する工程と、を備える。   The method for manufacturing a heterojunction field effect transistor comprising a nitride semiconductor according to the present invention includes: (a) a step of forming a cap layer having a thickness of 28 nm or less on the barrier layer; and (b) etching the cap layer. Forming a trench having a predetermined length; and (c) forming a gate electrode in the trench.

本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタは、半導体層と、半導体層に下部を埋没するようにして半導体層上に設けられたゲート電極と、を備え、半導体層は、バリア層と、バリア層の上に形成された厚さ28nm以下のキャップ層と、を備えることを特徴とする。これにより、電流コラプスの抑制を目的としたリセスゲート構造を維持しながら、ゲートリーク電流の発生を抑制することが出来る。   The heterojunction field effect transistor of the present invention includes a semiconductor layer and a gate electrode provided on the semiconductor layer so as to be buried in the lower portion of the semiconductor layer. The semiconductor layer includes the barrier layer and the barrier layer. And a cap layer having a thickness of 28 nm or less. Thereby, generation | occurrence | production of a gate leak current can be suppressed, maintaining the recessed gate structure aiming at suppression of current collapse.

また、本発明の窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、(a)バリア層の上に厚さ28nm以下のキャップ層を形成する工程と、(b)キャップ層をエッチングして所定長のトレンチを形成する工程と、(c)トレンチにゲート電極を形成する工程と、を備える。トレンチに電極を形成することにより、電流コラプスの抑制を目的としたリセスゲート構造を維持しながら、キャップ層を28nm以下とすることによってゲートリーク電流の発生を抑制する。   The method for manufacturing a heterojunction field effect transistor comprising a nitride semiconductor according to the present invention includes: (a) a step of forming a cap layer having a thickness of 28 nm or less on the barrier layer; and (b) etching the cap layer. Forming a trench having a predetermined length; and (c) forming a gate electrode in the trench. By forming an electrode in the trench, the generation of a gate leakage current is suppressed by setting the cap layer to 28 nm or less while maintaining a recessed gate structure for the purpose of suppressing current collapse.

本発明のヘテロ接合FETの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET of this invention. キャップ層の厚さとゲート電流及びゲート端電界強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the thickness of a cap layer, gate current, and gate edge electric field strength. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FETの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET of this invention. 本発明のヘテロ接合FETの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET of this invention. 本発明のヘテロ接合FETの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET of this invention. 本発明のヘテロ接合FETの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET of this invention. 本発明のヘテロ接合FETの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET (modification) of this invention. 本発明のヘテロ接合FET(変形例)の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the heterojunction FET (modification) of this invention.

(実施の形態1)
<構成>
図1は、実施の形態1に係る、窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの構造の一例である。実施の形態1に係るヘテロ接合FETは、半絶縁性SiC基板10と、SiC基板10上に形成されたバッファ層20と、バッファ層20上に形成されたGaNからなるチャネル層30と、チャネル層30上に形成されたAlGaNからなるバリア層40と、バリア層40上に形成されたNi/Auからなるゲート電極90及びGaNからなるキャップ層50と、キャップ層50上に形成されたTi/Alからなるソース電極70及びドレイン電極80と、素子分離領域60とを備えている。ゲート電極90は、キャップ層50を除去した領域に形成される。ゲート電極90の下面は、バリア層40の上面と接するように形成されている。
(Embodiment 1)
<Configuration>
FIG. 1 shows an example of the structure of a heterojunction FET made of a nitride semiconductor according to the first embodiment. The heterojunction FET according to the first embodiment includes a semi-insulating SiC substrate 10, a buffer layer 20 formed on the SiC substrate 10, a channel layer 30 made of GaN formed on the buffer layer 20, and a channel layer A barrier layer 40 made of AlGaN formed on the gate electrode 90, a gate electrode 90 made of Ni / Au formed on the barrier layer 40 and a cap layer 50 made of GaN, and Ti / Al formed on the cap layer 50 A source electrode 70 and a drain electrode 80, and an element isolation region 60. The gate electrode 90 is formed in a region where the cap layer 50 is removed. The lower surface of the gate electrode 90 is formed in contact with the upper surface of the barrier layer 40.

すなわち、本実施の形態のヘテロ接合FETにおいて、ゲート電極90の下面は、バリア層40の上面と接することを特徴とする。これにより、リセスゲート構造を実現し電流コラプスを抑制することが出来る。   That is, the heterojunction FET of the present embodiment is characterized in that the lower surface of the gate electrode 90 is in contact with the upper surface of the barrier layer 40. Thereby, a recess gate structure can be realized and current collapse can be suppressed.

上記の構造において、キャップ層50の厚さを28nm以下とすることにより、リセスゲート構造による電流コラプス抑制の効果を維持したまま、ゲートリーク電流を十分に低く保つことが出来る。以下に、キャップ層50の厚さを28nm以下とする理由を説明する。   In the above structure, by setting the thickness of the cap layer 50 to 28 nm or less, the gate leakage current can be kept sufficiently low while the effect of suppressing the current collapse by the recess gate structure is maintained. The reason why the thickness of the cap layer 50 is 28 nm or less will be described below.

<キャップ層の厚さ>
図2は、実際に作製したデバイスを用いて、ゲート電極に−10Vの電圧を印加した際にゲート電極90とドレイン電極80の間に流れた電流値(ゲート電流)を測定したグラフである。GaNキャップ層50の厚さは、0,20,50,100nmの異なる4種類にした。すると、図2に示すとおり、GaNキャップ層50が20nmより薄い場合には、ゲートリーク電流は2.0×10-6(A/mm)以下の十分に低い値であった。それに対して、GaNキャップ層50が50nmより厚い場合のゲートリーク電流は、20nm以下の場合よりも2桁程度大きい1.0×10-4(A/mm)程度もあり、耐圧や信頼性の劣化が懸念される。
<Cap layer thickness>
FIG. 2 is a graph obtained by measuring a current value (gate current) that flows between the gate electrode 90 and the drain electrode 80 when a voltage of −10 V is applied to the gate electrode, using an actually manufactured device. The GaN cap layer 50 has four different thicknesses of 0, 20, 50, and 100 nm. Then, as shown in FIG. 2, when the GaN cap layer 50 was thinner than 20 nm, the gate leakage current was a sufficiently low value of 2.0 × 10 −6 (A / mm) or less. On the other hand, when the GaN cap layer 50 is thicker than 50 nm, the gate leakage current is about 1.0 × 10 −4 (A / mm), which is about two orders of magnitude larger than the case of 20 nm or less. There is concern about deterioration.

このように大きなゲートリーク電流が発生する要因としては、エピタキシャル成長中やHEMT作製プロセス中にGaNキャップ50中の特に表面側に混入したn型不純物によるキャリアが挙げられる。GaNキャップ層50のAlGaNバリア層40側の領域は、AlGaNバリア層40による分極の効果を受けるため、n型不純物が混入しても空乏化される。従って、混入したn型不純物は活性化されず、キャリアとして振舞わないため、その領域はリークパスにならない。従って、GaNキャップ層50がAlGaNバリア層40の分極の効果が及ぶほど薄い場合には、GaNキャップ層50中にn型不純物が混入してもリーク電流は発生しないことになる。   As a factor that causes such a large gate leakage current, there is a carrier due to an n-type impurity mixed in the GaN cap 50 particularly on the surface side during the epitaxial growth or the HEMT manufacturing process. The region on the AlGaN barrier layer 40 side of the GaN cap layer 50 receives the effect of polarization by the AlGaN barrier layer 40 and is therefore depleted even if n-type impurities are mixed. Therefore, the mixed n-type impurity is not activated and does not behave as a carrier, so that the region does not become a leak path. Therefore, when the GaN cap layer 50 is thin enough to exert the polarization effect of the AlGaN barrier layer 40, no leak current is generated even if n-type impurities are mixed in the GaN cap layer 50.

それに対して、GaNキャップ層50におけるAlGaN層40による分極の効果が及ばないほど遠い領域にn型不純物が混入した場合には、その領域が空乏化されないため、n型不純物は活性化されキャリアとして振舞うことになる。従って、GaNキャップ層50がAlGaN層40の分極の効果が及ばないほど厚く、分極の効果が及ばない領域にn型不純物が混入した場合には、その領域がリークパスとなり大きなリーク電流が発生する。   On the other hand, when an n-type impurity is mixed in a region far from the effect of polarization by the AlGaN layer 40 in the GaN cap layer 50, the n-type impurity is activated and behaves as a carrier because the region is not depleted. It will be. Therefore, when the GaN cap layer 50 is so thick that the effect of polarization of the AlGaN layer 40 does not reach and n-type impurities are mixed in a region where the effect of polarization does not reach, the region becomes a leak path and a large leak current is generated.

図2には、この効果によるゲートリーク電流を計算した結果も示している。この計算では、まずGaNキャップ層50の表面側に発生するキャリア濃度を、GaNキャップ層50の厚さが異なる構造において、ポアソン方程式を用いて計算したバンド構造から導いた。続いて、それらを用いてゲート電極90からGaNキャップ層50中にショットキー障壁をトンネルして流れる電流を計算した。最後に、GaNキャップ層50を形成していない場合の実際のHEMTにおける電流値を、GaNキャップ層50以外を流れる電流値と仮定して計算したトンネル電流に足し合わせ、図2にプロットした。計算値は実測値とよく一致し、またこの計算結果により、GaNキャップ層50の厚さが28nmより厚い場合に大きなリーク電流が発生することが分かった。従って、ゲートリーク電流を十分に小さな値に抑えるためには、GaNキャップ層50の厚さを28nm以下とする必要がある。   FIG. 2 also shows the result of calculating the gate leakage current due to this effect. In this calculation, the carrier concentration generated on the surface side of the GaN cap layer 50 was first derived from the band structure calculated using the Poisson equation in the structure where the thickness of the GaN cap layer 50 is different. Subsequently, using them, the current flowing through the Schottky barrier from the gate electrode 90 into the GaN cap layer 50 was calculated. Finally, the current value in the actual HEMT when the GaN cap layer 50 is not formed is added to the tunnel current calculated assuming that the current value flows outside the GaN cap layer 50, and plotted in FIG. The calculated value is in good agreement with the actually measured value, and it has been found from this calculation result that a large leakage current occurs when the thickness of the GaN cap layer 50 is greater than 28 nm. Therefore, in order to suppress the gate leakage current to a sufficiently small value, the thickness of the GaN cap layer 50 needs to be 28 nm or less.

すなわち、本実施の形態の窒化物半導体からなるヘテロ接合FETは、半導体層と、半導体層に下部を埋没するようにして半導体層上に設けられたゲート電極90と、を備え、半導体層は、バリア層40と、バリア層40の上に形成された厚さ28nm以下のキャップ層50と、を備えることを特徴とする。これにより、リセスゲート構造によって電流コラプスを抑制しながら、ゲートリークを低減することが出来る。   That is, the heterojunction FET made of a nitride semiconductor of the present embodiment includes a semiconductor layer and a gate electrode 90 provided on the semiconductor layer so as to be buried in the lower portion of the semiconductor layer. A barrier layer 40 and a cap layer 50 having a thickness of 28 nm or less formed on the barrier layer 40 are provided. Thereby, gate leakage can be reduced while current collapse is suppressed by the recessed gate structure.

なお、図2には、GaNキャップ層50の厚さが異なる場合のドレイン電極80側のゲート電極端に生じる電界強度を、ポアソン方程式を解いて計算した結果も示している。電流コラプスは、ゲート電極端に生じる電界強度が強いほど大きくなるため、本計算結果よりGaNキャップ層50が厚いほど、電流コラプスを抑制する観点からは好ましい構造であることが分かる。つまり、電流コラプスの抑制とゲートリーク電流の抑制は、GaNキャップ層50の厚さに関してトレードオフの関係にあり、GaNキャップ層50の厚さは大きなリーク電流が発生しない28nm以下であれば、出来るだけ厚い方が好ましい。ただし、GaNキャップ層50の効果は2nm程度の厚さでも、GaNキャップ層50がない場合に比べて電界強度を30%程度小さくする効果があるため、十分に電流コラプスを抑制する効果があるといえる。従って、GaNキャップ層50の厚さは少なくとも2nm以上あればよい。   FIG. 2 also shows the result of calculating the electric field strength generated at the gate electrode end on the drain electrode 80 side when the thickness of the GaN cap layer 50 is different by solving the Poisson equation. Since current collapse increases as the electric field strength generated at the gate electrode end increases, it can be seen from this calculation result that the thicker the GaN cap layer 50 is, the more preferable the structure is from the viewpoint of suppressing current collapse. That is, the suppression of current collapse and the suppression of gate leakage current are in a trade-off relationship with respect to the thickness of the GaN cap layer 50, and the thickness of the GaN cap layer 50 can be as long as it is 28 nm or less at which no large leakage current occurs. The thicker is preferable. However, even if the thickness of the GaN cap layer 50 is about 2 nm, there is an effect of reducing the electric field strength by about 30% compared to the case where the GaN cap layer 50 is not provided. I can say that. Therefore, the thickness of the GaN cap layer 50 may be at least 2 nm.

また、GaNキャップ層50を形成する際の厚さのばらつきを考慮に入れ、ウェハ全面で2nm以下の領域が発生しないようにするためには、さらに厚くする必要があり、マージンを5nmとすると、GaNキャップ層50の厚さは7nm以上とすればよい。   Further, in consideration of the variation in thickness when forming the GaN cap layer 50, it is necessary to further increase the thickness in order to prevent a region of 2 nm or less from occurring on the entire wafer surface. The thickness of the GaN cap layer 50 may be 7 nm or more.

<変形例>
なお、図1には本実施の形態のヘテロ接合FETの代表的な例を示したが、以下に示すような変形例でも同様の効果を得ることが出来る。
<Modification>
FIG. 1 shows a typical example of the heterojunction FET according to the present embodiment, but the same effect can be obtained by the following modification.

例えば、チャネル層30、バリア層40の間にこれらの層を形成する材料よりバンドギャップが大きい材料(例えばAlN)からなるスペーサ層100が形成されていても良い(図3)。このような構造にすることによって、チャネル層30のバリア層40側に発生する2次元電子ガス(2DEG)の閉じ込め効果を大きくできるため、濃度が増大し、また合金散乱も減少するため移動度が向上し、トランジスタの大電流化さらには高出力化を図ることが出来る。   For example, a spacer layer 100 made of a material (for example, AlN) having a larger band gap than the material forming these layers may be formed between the channel layer 30 and the barrier layer 40 (FIG. 3). With such a structure, the confinement effect of the two-dimensional electron gas (2DEG) generated on the barrier layer 40 side of the channel layer 30 can be increased, so that the concentration is increased and the alloy scattering is also reduced, so that the mobility is increased. As a result, the transistor can be increased in current and output.

また、チャネル層30、スペーサ層100、バリア層40、キャップ層50のバンドギャップをそれぞれB30,B40,B50,B100としたとき、これらがB30<B40<B100、B50<B40という関係にあれば、ヘテロ接合FETを動作させ、且つスペーサ層100による2次元電子ガスの濃度及び移動度を向上させ、且つ選択的にゲート電極90の領域のキャップ層50のみを除去することが出来る。よって、必ずしも上記に示したようにキャップ層をGaN、バリア層をAlGaNとする必要はなく、構成する元素の組成が異なるAl,Ga,NのうちNを含む少なくとも2元素から成る化合物半導体で構成されていれば良い。 The channel layer 30, spacer layer 100, the barrier layer 40, the bandgap respective B 30 of the cap layer 50, B 40, B 50, when the B 100, they are B 30 <B 40 <B 100 , B 50 If the relationship <B 40 is satisfied, the heterojunction FET is operated, the concentration and mobility of the two-dimensional electron gas by the spacer layer 100 are improved, and only the cap layer 50 in the region of the gate electrode 90 is selectively removed. I can do it. Therefore, as described above, the cap layer is not necessarily made of GaN and the barrier layer is not made of AlGaN, and is composed of a compound semiconductor composed of at least two elements including N among Al, Ga, and N having different constituent compositions. It only has to be done.

例えば、チャネル層30、スペーサ層100、バリア層40、キャップ層50を構成する化合物半導体をそれぞれAlX30Ga1-X30N、AlX100Ga1-X100N、AlX40Ga1-X40N、AlX50Ga1-X50Nとすると、0≦X30<1、0≦X110<1、0≦X40<1、0≦X50<1、X30<X40<X100、50<X40という関係を満たす化合物半導体で構成されていれば良い。チャネル層30、スペーサ層100、バリア層40、キャップ層50は、AlとGaとNのうちNを含む少なくとも2元素から成る化合物で構成される場合、バリア層40に大きな分極効果が発生するためチャネル層30のバリア層40側に高濃度の2次元電子ガスを発生させることができ、トランジスタの大電流化や高出力化に有利である。 For example, the compound semiconductors constituting the channel layer 30, the spacer layer 100, the barrier layer 40, and the cap layer 50 are Al X30 Ga 1 -X30 N, Al X100 Ga 1 -X100 N, Al X40 Ga 1 -X40 N, and Al X50, respectively. Assuming Ga 1 -X50 N, 0 ≦ X 30 <1, 0 ≦ X 110 <1, 0 ≦ X 40 <1, 0 ≦ X 50 <1, X 30 <X 40 <X 100, X 50 <X 40 What is necessary is just to be comprised with the compound semiconductor which satisfy | fills the relationship. When the channel layer 30, the spacer layer 100, the barrier layer 40, and the cap layer 50 are composed of a compound composed of at least two elements including N among Al, Ga, and N, a large polarization effect is generated in the barrier layer 40. A high-concentration two-dimensional electron gas can be generated on the barrier layer 40 side of the channel layer 30, which is advantageous for increasing the current and output of the transistor.

さらに言えば、Al,Ga,NのうちNを含む少なくとも2元素から成る化合物で構成される必要もなく、例えばIn,Al,Ga,NのうちNを含む少なくとも2元素からなる化合物半導体で構成されていても良い。   Furthermore, it is not necessary to be composed of a compound composed of at least two elements including N out of Al, Ga, and N. For example, it is composed of a compound semiconductor composed of at least two elements including N among In, Al, Ga, and N. May be.

又、ヘテロ接合FETは、チャネル層30に用いる半導体材料の絶縁破壊電界が高いほど耐圧が高くなる。AlXGa1-XNはAl組成がより高いほどバンドギャップが大きく絶縁破壊電界が高いため、上述のようにチャネル層30をAlX30Ga1-X30Nで構成する場合、よりAl組成が高い(X30が1に近い)方が好ましい。又、バリア層40に用いる半導体材料のバンドギャップが大きいほど、バリア層40を介してゲート電極90からヘテロ界面へ流れるゲートリーク電流が抑制されるため、バリア層40として用いるAlX40Ga1-X40Nも同様に、よりAl組成が高いほうが好ましい。 The heterojunction FET has a higher breakdown voltage as the dielectric breakdown field of the semiconductor material used for the channel layer 30 is higher. Since Al X Ga 1 -X N has a higher band gap and a higher breakdown electric field as the Al composition is higher, the Al composition is higher when the channel layer 30 is composed of Al X30 Ga 1 -X30 N as described above. (X 30 is close to 1) is preferred. In addition, since the gate leakage current flowing from the gate electrode 90 to the hetero interface through the barrier layer 40 is suppressed as the band gap of the semiconductor material used for the barrier layer 40 is larger, Al X40 Ga 1 -X40 used as the barrier layer 40 Similarly, it is preferable that N has a higher Al composition.

又、チャネル層30、スペーサ層100、バリア層40、キャップ層50は、必ずしも同一組成の1層からなる構造である必要はなく、上述のバンドギャップについての条件を満たす限りにおいてIn組成、Al組成、Ga組成が空間的に変化していても良いし、これらが異なる数層からなる多層膜でも良い。また、これらの層にはn型、p型の不純物が含まれていても良い。   In addition, the channel layer 30, the spacer layer 100, the barrier layer 40, and the cap layer 50 do not necessarily have a single-layer structure with the same composition. As long as the above-described band gap condition is satisfied, the In composition and the Al composition The Ga composition may vary spatially, or a multilayer film composed of several different layers may be used. These layers may contain n-type and p-type impurities.

半絶縁性SiC基板10は、Si、サファイア、GaN、AlNなどでも良い。基板10にGaNを使用した場合には、バッファ層20を形成しなくても、その上のチャネル層30、スペーサ層100、バリア層40などを形成することが出来る。従って、基板10の上にバッファ層20を形成する必要はない。   The semi-insulating SiC substrate 10 may be Si, sapphire, GaN, AlN, or the like. When GaN is used for the substrate 10, the channel layer 30, the spacer layer 100, the barrier layer 40, etc. can be formed without forming the buffer layer 20. Therefore, it is not necessary to form the buffer layer 20 on the substrate 10.

又、図4に示すように、ソース電極70及びドレイン電極80の下側の少なくとも一部の半導体層内には、n型不純物が高濃度にドーピングされた高濃度ドーピング領域110が形成されていても良い。このような構造にすることによって、チャネル層30のバリア層40側に発生する2次元電子ガスとソース/ドレイン電極間の抵抗を低減することができ、トランジスタの大電流化さらには高出力化に有利であり、より好ましい構造といえる。なお、図中、高濃度ドーピング領域110は半導体表面からチャネル層30にいたる領域まで形成されているが、必ずしもこの領域に限る必要はなく、その領域が大きくても小さくても、ソース電極70及びドレイン電極80の下側の少なくとも一部の半導体層内に形成されていれば、上述の効果を奏する。   Further, as shown in FIG. 4, a high concentration doping region 110 in which an n-type impurity is doped at a high concentration is formed in at least a part of the semiconductor layer below the source electrode 70 and the drain electrode 80. Also good. With such a structure, the resistance between the two-dimensional electron gas generated on the barrier layer 40 side of the channel layer 30 and the source / drain electrodes can be reduced, so that the current of the transistor can be increased and the output can be increased. It is advantageous and can be said to be a more preferable structure. In the figure, the high-concentration doping region 110 is formed from the semiconductor surface to the channel layer 30; however, the region is not necessarily limited to this region. If it is formed in at least a part of the semiconductor layer below the drain electrode 80, the above-described effects can be obtained.

ソース電極70及びドレイン電極80の下側の少なくとも一部の半導体層は、図5に示すように除去されていても構わない。このような構造にすることによって、チャネル層30のバリア層40側に発生する2次元電子ガスとソース/ドレイン電極側の抵抗を低減することができ、トランジスタの大電流化さらには高出力化に有利であり、より好ましい構造といえる。なお、図5において、ソース/ドレイン電極の形成のために半導体表面からバリア層40に至る領域まで除去されているが、必ずしもこの領域に限る必要はなく、その領域が大きくても小さくても、ソース電極70及びドレイン電極80の下側の少なくとも一部の半導体層内が除去されていれば上述の効果が得られる。   At least a part of the semiconductor layer below the source electrode 70 and the drain electrode 80 may be removed as shown in FIG. By adopting such a structure, it is possible to reduce the two-dimensional electron gas generated on the barrier layer 40 side of the channel layer 30 and the resistance on the source / drain electrode side, thereby increasing the current of the transistor and increasing the output. It is advantageous and can be said to be a more preferable structure. In FIG. 5, the region from the semiconductor surface to the barrier layer 40 is removed for forming the source / drain electrodes. However, the region is not necessarily limited to this region. If the inside of at least a part of the semiconductor layer below the source electrode 70 and the drain electrode 80 is removed, the above-described effect can be obtained.

又、ソース電極70及びドレイン電極80は必ずしもTi/Alである必要はなく、オーミック特性が得られればTi,Al,Nb,Hf,Zr,Sr,Ni,Ta,Au,Mo,Wなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜で形成されていても構わない。   Further, the source electrode 70 and the drain electrode 80 are not necessarily made of Ti / Al, and metals such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Mo, and W can be obtained if ohmic characteristics are obtained. Alternatively, it may be formed of a multilayer film composed of these.

ゲート電極90は、ゲート電極90の底面がキャップ層50の表面と接していなければ、接している場合に比べて電流コラプスを抑制することが出来るため、必ずしもバリア層40と接している必要はなく、例えばキャップ層50の内部と接触した構造(図6)や、バリア層40の内部と接触した構造(図7)でも良い。ただし、ゲート電極90直下の半導体層のエッチング深さを制御性よくエッチングするためには、構造の異なる層をエッチングする際のレートの違いを用いて行う事が好ましく、その場合には、図1、図3〜5に示すように、ゲート電極90の底面がバリア層40とキャップ層50との界面近傍付近と接する構造がより好ましい。   If the bottom surface of the gate electrode 90 is not in contact with the surface of the cap layer 50, current collapse can be suppressed as compared with the case where the gate electrode 90 is in contact with the surface of the cap layer 50. For example, a structure in contact with the inside of the cap layer 50 (FIG. 6) or a structure in contact with the inside of the barrier layer 40 (FIG. 7) may be used. However, in order to etch the etching depth of the semiconductor layer immediately below the gate electrode 90 with good controllability, it is preferable to use a difference in rate when etching layers having different structures. In that case, FIG. 3 to 5, a structure in which the bottom surface of the gate electrode 90 is in contact with the vicinity of the vicinity of the interface between the barrier layer 40 and the cap layer 50 is more preferable.

又、ゲート電極90は必ずしも断面が四角形である必要はなく、バリア層40と接触する領域を小さくした、例えば図8に示すようなT型あるいはY型構造のゲート電極91でも良い。このような構造にすることにより、ゲート電極91が半導体と接触する面積を維持したまま、ゲート抵抗を低減することが出来る。また、図9に示すように、ゲート電極91をキャップ50の表面に接するように形成しても構わない。このような構造にすることによって、高電圧動作時においてゲート電極91のドレイン電極80側のエッジ部分に集中する電界を緩和することができ、電流コラプスを抑制すると同時に耐圧を高くすることが出来る。   The gate electrode 90 does not necessarily have a square cross section, and may be a gate electrode 91 having a T-type or Y-type structure as shown in FIG. With such a structure, the gate resistance can be reduced while maintaining the area where the gate electrode 91 is in contact with the semiconductor. Further, as shown in FIG. 9, the gate electrode 91 may be formed so as to be in contact with the surface of the cap 50. With such a structure, the electric field concentrated on the edge portion of the gate electrode 91 on the drain electrode 80 side during high voltage operation can be relaxed, and current collapse can be suppressed and the breakdown voltage can be increased.

又、図8に示したゲート電極91の構造において、ゲート電極91の庇部とキャップ層50の間の少なくとも一部に、Al,Ga,Si,Hf,Tiのうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物等からなる絶縁膜120を形成した図10に示すような構造にしても良い。このような構造にすることによって、高電圧動作時にゲート電極91のドレイン電極80側のエッジ部分に集中する電界を緩和することができ、電流コラプスを抑制すると同時に耐圧を高くすることが出来る。さらに、図11に示すように絶縁膜120をゲート電極91の下側のみに形成することによって、ソース電極70とゲート電極91の間や、ゲート電極91とドレイン電極80の間に発生する容量を低減することができ、高周波動作時の利得や効率を向上することが出来る。   Further, in the structure of the gate electrode 91 shown in FIG. 8, at least one part of at least one kind of atoms of Al, Ga, Si, Hf, and Ti is formed in at least a part between the collar portion of the gate electrode 91 and the cap layer 50. A structure as shown in FIG. 10 in which an insulating film 120 made of oxide, nitride, oxynitride, or the like is formed may be used. With such a structure, the electric field concentrated on the edge portion of the gate electrode 91 on the drain electrode 80 side during high voltage operation can be relaxed, and current collapse can be suppressed and the breakdown voltage can be increased. Further, by forming the insulating film 120 only below the gate electrode 91 as shown in FIG. 11, the capacitance generated between the source electrode 70 and the gate electrode 91 or between the gate electrode 91 and the drain electrode 80 is reduced. The gain and efficiency at the time of high frequency operation can be improved.

又、図1、図3〜7に示したゲート電極90や図8〜11に示したゲート電極91は、必ずしもNi/Alである必要はなく、Ti,Al,Pt,Au,Ni,Pd等の金属、IrSi,PtSi,NiSi2等のシリサイドやTiN,WN等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜などで形成されていても構わない。   Further, the gate electrode 90 shown in FIGS. 1 and 3 to 7 and the gate electrode 91 shown in FIGS. 8 to 11 are not necessarily Ni / Al, Ti, Al, Pt, Au, Ni, Pd, etc. It may be formed of a metal such as IrSi, PtSi, NiSi 2 or the like, a nitride metal such as TiN or WN, or a multilayer film composed of these.

以上、様々な変形例を述べたが、上述の構造は全て個々に採用する必要はなく、例えば図12に示すように、それぞれを組み合わせた構造としても良い。   Although various modifications have been described above, it is not necessary to employ all of the above-described structures individually. For example, as shown in FIG.

なお、上記にはトランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には保護膜、配線、バイアホール等が形成された構造においてデバイスとして用いられる。   Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, the element is finally used as a device in a structure in which a protective film, a wiring, a via hole, and the like are formed.

<製造工程>
図13〜図20は、実施の形態1に係るヘテロ接合FETの製造工程の一例を示した図である。これらの図において、図1の構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付している。以下、実施の形態1に係るヘテロ接合FETの製造工程を図13〜図20に沿って説明する。
<Manufacturing process>
13 to 20 are diagrams showing an example of a manufacturing process of the heterojunction FET according to the first embodiment. In these drawings, the same or corresponding components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, the manufacturing process of the heterojunction FET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、基板10上にMOCVD法、MBE法などのエピタキシャル成長法を適用して、バッファ層20、GaNから成るチャネル層30、AlGaNからなるバリア層40、n型不純物を含むGaNからなるキャップ層50をそれぞれ下から順にエピタキシャル成長させる(図13)。窒化物半導体の原料ガスとなるトリメチルアンモニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニア、あるいは不純物の原料ガスとなるシランや酸素などの流量や圧力、温度、時間を調整することによって、チャネル層30、バリア層40、キャップ層50を所望の組成、膜厚、ドーピング濃度に形成することができ、キャップ層50はその厚さが2〜28nm、あるいは7〜28nmになるようにする。   First, an epitaxial growth method such as MOCVD or MBE is applied to the substrate 10 to form a buffer layer 20, a channel layer 30 made of GaN, a barrier layer 40 made of AlGaN, and a cap layer 50 made of GaN containing n-type impurities. Epitaxial growth is performed sequentially from the bottom (FIG. 13). By adjusting the flow rate, pressure, temperature, and time of trimethylammonium, trimethylgallium, trimethylindium, ammonia, or silane or oxygen, which are source gases for nitride semiconductor, the channel layer 30 and the barrier layer 40. The cap layer 50 can be formed to have a desired composition, film thickness, and doping concentration. The cap layer 50 has a thickness of 2 to 28 nm, or 7 to 28 nm.

なお、図3のようにスペーサ層100を設ける場合には、バッファ20上にチャネル層30を成長させた後に、チャネル層30、バリア層40を形成する材料よりバンドギャップが大きい材料からなるスペーサ層100を形成し、その後スペーサ層100の上にバリア層40を形成すれば良い。   In the case where the spacer layer 100 is provided as shown in FIG. 3, after the channel layer 30 is grown on the buffer 20, the spacer layer made of a material having a larger band gap than the material forming the channel layer 30 and the barrier layer 40. 100 is formed, and then the barrier layer 40 is formed on the spacer layer 100.

次に、Ti,Al,Nb,Hf,Zr,Sr,Ni,Ta,Au,Mo,W,Pt等の金属や、若しくはこれらから構成される多層膜からなるソース電極70及びドレイン電極80を蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法などにより形成する(図14)。   Next, a source electrode 70 and a drain electrode 80 made of a metal such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Mo, W, Pt, or a multilayer film composed of these metals are deposited. It deposits using the method and a sputtering method, and forms by the lift-off method etc. (FIG. 14).

なお、図4のように高濃度ドーピング領域110を設ける場合は、ソース電極70及びドレイン電極80を形成する前に、図18のレジストパターン140をマスクとして、ソース電極80とドレイン電極90を形成する領域下の半導体層に対し、イオン注入法などにより、シリコン等の窒化物半導体に対してn型となるイオンを所望の領域に打ち込む。注入ドーズ量は1×1013〜1×1017cm-2、注入エネルギーは10〜1000keVとする。その後、熱処理を行って注入したイオンを活性化させることにより高濃度ドーピング領域110を形成する(図18)。 When providing the high concentration doping region 110 as shown in FIG. 4, before forming the source electrode 70 and the drain electrode 80, the source electrode 80 and the drain electrode 90 are formed using the resist pattern 140 of FIG. 18 as a mask. With respect to the semiconductor layer under the region, n-type ions are implanted into a desired region in a nitride semiconductor such as silicon by an ion implantation method or the like. The implantation dose is 1 × 10 13 to 1 × 10 17 cm −2 and the implantation energy is 10 to 1000 keV. Thereafter, a high concentration doping region 110 is formed by activating the implanted ions by performing a heat treatment (FIG. 18).

図14の工程の後、ソース電極70、ドレイン電極80を形成する前に、図19に示すようにレジストパターン150をマスクとして、Cl2等を用いたドライエッチング法などにて、ソース電極70とドレイン電極80を形成する領域の下側の少なくとも一部の半導体層内を除去することによって、図5に示すような構造のヘテロ接合FETを作製することが出来る。 After forming the source electrode 70 and the drain electrode 80 after the step of FIG. 14, the source electrode 70 and the drain electrode 80 are formed by a dry etching method using Cl 2 or the like using the resist pattern 150 as a mask as shown in FIG. By removing at least a part of the semiconductor layer below the region where the drain electrode 80 is to be formed, a heterojunction FET having a structure as shown in FIG. 5 can be manufactured.

その後、トランジスタを作成する領域外のチャネル層30、バリア層40、キャップ層50に、例えばイオン注入法やエッチングなどを用いて素子分離領域60を形成する(図15)。   Thereafter, an element isolation region 60 is formed in the channel layer 30, the barrier layer 40, and the cap layer 50 outside the region for forming the transistor by using, for example, ion implantation or etching (FIG. 15).

そして、レジストパターン130をマスクとして、Cl2等を用いたドライエッチング法等によりゲート電極90を形成する領域のキャップ層50を除去する(図16)。キャップ層50とバリア層40のAl組成比が異なる場合には、エッチングの際にCl2等の塩素系ガスに加え、例えば酸素やSF6等のフッソ系ガスを用いることによって、選択的にキャップ層50のみエッチングすることができ、エッチング深さの制御性がよくなる。なお、エッチング時間やガス流量を調整し所望のエッチング深さにすることによって、図6や図7に示した様々なゲート電極構造のヘテロ接合FETを形成することが出来る。 Then, using the resist pattern 130 as a mask, the cap layer 50 in the region where the gate electrode 90 is to be formed is removed by a dry etching method using Cl 2 or the like (FIG. 16). When the Al composition ratios of the cap layer 50 and the barrier layer 40 are different, the cap layer is selectively capped by using, for example, a fluorine-based gas such as oxygen or SF 6 in addition to a chlorine-based gas such as Cl 2 at the time of etching. Only the layer 50 can be etched, and the controllability of the etching depth is improved. Note that the heterojunction FETs having various gate electrode structures shown in FIGS. 6 and 7 can be formed by adjusting the etching time and the gas flow rate to have a desired etching depth.

レジストパターン130を除去した後、Ti,Al,Pt,Au,Ni,Pd等の金属、あるいはIrSi,PtSi,NiSi2等のシリサイドやTiN,WN等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜からなるゲート電極90を蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法などにより形成する(図17)。ここで、エッチング領域よりも広いレジストパターンを利用すれば、図9に示すようなT字状のゲート電極90が形成される。   After removing the resist pattern 130, a metal such as Ti, Al, Pt, Au, Ni and Pd, a silicide such as IrSi, PtSi and NiSi2, a nitride metal such as TiN and WN, or a multilayer film composed of these metals A gate electrode 90 is deposited by vapor deposition or sputtering, and formed by lift-off or the like (FIG. 17). Here, if a resist pattern wider than the etching region is used, a T-shaped gate electrode 90 as shown in FIG. 9 is formed.

すなわち、本実施の形態の窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの製造方法は、(a)バリア層40の上に厚さ28nm以下のキャップ層50を形成する工程と、(b)キャップ層50をエッチングして所定長のトレンチを形成する工程と、(c)トレンチにゲート電極90を形成する工程と、を備える。リセスゲート構造にすることによって電流コラプスを抑制し、且つキャップ層50の厚さを28nm以下にすることにより、ゲートリークを低減することができる。   That is, in the method for manufacturing a heterojunction FET made of a nitride semiconductor according to the present embodiment, (a) a step of forming a cap layer 50 having a thickness of 28 nm or less on the barrier layer 40; Etching to form a trench having a predetermined length, and (c) forming a gate electrode 90 in the trench. By making the recess gate structure, current collapse is suppressed, and by making the thickness of the cap layer 50 28 nm or less, gate leakage can be reduced.

図10に示すように絶縁膜13を形成する場合は、図16に示すゲート電極形成用のエッチングを行う前に、例えば蒸着法やプラズマCVD法などを用いて、Al,Ga,Si,Hf,Tiのうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物からなる絶縁膜120を堆積する(図20)。その後、ゲート電極91を形成することで、図10に示す構造のヘテロ接合FETを作製することが出来る。なお、最終的にデバイスとして使用するには絶縁膜120で覆われたソース電極70、ドレイン電極80の一部を例えばフッ酸等を用いてウェットエッチングして除去した後、配線を形成する必要がある。   When forming the insulating film 13 as shown in FIG. 10, before performing the etching for forming the gate electrode shown in FIG. 16, for example, using an evaporation method or a plasma CVD method, Al, Ga, Si, Hf, An insulating film 120 made of oxide, nitride, or oxynitride of at least one atom of Ti is deposited (FIG. 20). Thereafter, by forming the gate electrode 91, the heterojunction FET having the structure shown in FIG. 10 can be manufactured. In order to finally use as a device, it is necessary to form a wiring after part of the source electrode 70 and the drain electrode 80 covered with the insulating film 120 is removed by wet etching using, for example, hydrofluoric acid. is there.

また、上記のようにゲート電極91を形成した後に、フッ酸などを用いたウェットエッチングにて絶縁膜120を全て除去することにより、図8のような構造のヘテロ接合FETを作製することが出来る。また、フッ酸等を用いたウェットエッチングの処理条件(時間や濃度)を調整することによって、所望の領域の絶縁膜120を残した図11に示す構造のヘテロ接合FETを作製することが出来る。   Further, after the gate electrode 91 is formed as described above, the insulating film 120 is completely removed by wet etching using hydrofluoric acid or the like, whereby a heterojunction FET having a structure as shown in FIG. 8 can be manufactured. . Further, by adjusting the processing conditions (time and concentration) of wet etching using hydrofluoric acid or the like, a heterojunction FET having the structure shown in FIG. 11 in which the insulating film 120 in a desired region is left can be manufactured.

なお、図14に示すソース電極70及びドレイン電極80の形成、図15に示す素子分離領域60の形成、図16,17に示すゲート電極90(91)の形成の3工程は、必ずしもこの順に行う必要はなく、工程の順番を入れ替えても良い。例えば、ソース電極70,ドレイン電極80を形成する前に、素子分離領域60を形成しても構わない。   Note that the three steps of forming the source electrode 70 and the drain electrode 80 shown in FIG. 14, forming the element isolation region 60 shown in FIG. 15, and forming the gate electrode 90 (91) shown in FIGS. There is no need to change the order of the steps. For example, the element isolation region 60 may be formed before the source electrode 70 and the drain electrode 80 are formed.

また、上述したプロセスは全て個々に採用する必要はなく、それぞれを組み合わせたプロセスとしても良い。   Moreover, it is not necessary to employ all the processes described above, and a process combining them may be used.

以上の方法により、本実施の形態のヘテロ接合FETが作製できる。以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には保護膜、配線、バイアホール等の形成プロセスを経てデバイスとして用いられる。   With the above method, the heterojunction FET of this embodiment can be manufactured. Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, the element is finally used as a device through a formation process of a protective film, a wiring, a via hole, and the like.

<効果>
本実施の形態のヘテロ接合FETによれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体からなるヘテロ接合FETは、半導体層と、半導体層に下部を埋没するようにして半導体層上に設けられたゲート電極90と、を備え、半導体層は、バリア層40と、バリア層40の上に形成された厚さ28nm以下のキャップ層50と、を備えることを特徴とする。これにより、リセスゲート構造によって電流コラプスを抑制しながら、ゲートリークを低減することが出来る。
<Effect>
According to the heterojunction FET of the present embodiment, the following effects can be obtained as described above. That is, the heterojunction FET made of a nitride semiconductor of the present embodiment includes a semiconductor layer and a gate electrode 90 provided on the semiconductor layer so as to be buried in the lower portion of the semiconductor layer. A barrier layer 40 and a cap layer 50 having a thickness of 28 nm or less formed on the barrier layer 40 are provided. Thereby, gate leakage can be reduced while current collapse is suppressed by the recessed gate structure.

また、ゲート電極90の下面は、バリア層40内に位置することを特徴とする。これにより、リセスゲート構造を実現し電流コラプスを抑制することが出来る。   Further, the lower surface of the gate electrode 90 is located in the barrier layer 40. Thereby, a recess gate structure can be realized and current collapse can be suppressed.

あるいは、本実施の形態のヘテロ接合FETにおいて、ゲート電極90の下面はバリア層40内に位置することを特徴とする。このような構造においても、リセスゲート構造による電流コラプスの抑制効果がある。   Alternatively, the heterojunction FET of the present embodiment is characterized in that the lower surface of the gate electrode 90 is located in the barrier layer 40. Even in such a structure, there is an effect of suppressing current collapse by the recess gate structure.

また、本実施の形態のヘテロ接合FETの製造方法によれば、すでに述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの製造方法は、(a)バリア層40の上に厚さ28nm以下のキャップ層50を形成する工程と、(b)キャップ層50をエッチングして所定長のトレンチを形成する工程と、(c)トレンチにゲート電極90を形成する工程と、を備える。リセスゲート構造にすることによって電流コラプスを抑制し、且つキャップ層50の厚さを28nm以下にすることにより、ゲートリークを低減することができる。   In addition, according to the method of manufacturing the heterojunction FET of the present embodiment, the following effects can be obtained as already described. That is, in the method for manufacturing a heterojunction FET made of a nitride semiconductor according to the present embodiment, (a) a step of forming a cap layer 50 having a thickness of 28 nm or less on the barrier layer 40; Etching to form a trench having a predetermined length, and (c) forming a gate electrode 90 in the trench. By making the recess gate structure, current collapse is suppressed, and by making the thickness of the cap layer 50 28 nm or less, gate leakage can be reduced.

10 基板、20 バッファ層、30 チャネル層、40 バリア層、50 キャップ層、60 素子分離領域、70 ソース電極、80 ドレイン電極、90 ゲート電極、100 スペーサ層、110 高濃度ドーピング領域、120 絶縁膜、130,140,150 レジストパターン。   10 substrate, 20 buffer layer, 30 channel layer, 40 barrier layer, 50 cap layer, 60 element isolation region, 70 source electrode, 80 drain electrode, 90 gate electrode, 100 spacer layer, 110 highly doped region, 120 insulating film, 130, 140, 150 Resist pattern.

Claims (4)

窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
半導体層と、
前記半導体層に下部を埋没するようにして前記半導体層上に設けられたゲート電極と、を備え、
前記半導体層は、バリア層と、
前記バリア層の上に形成された厚さ28nm以下のキャップ層と、を備えることを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。
A heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
A semiconductor layer;
A gate electrode provided on the semiconductor layer so as to bury a lower part in the semiconductor layer,
The semiconductor layer includes a barrier layer,
A heterojunction field effect transistor comprising: a cap layer having a thickness of 28 nm or less formed on the barrier layer.
前記ゲート電極の下面は、前記バリア層の上面と接することを特徴とする、請求項1に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。   The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein a lower surface of the gate electrode is in contact with an upper surface of the barrier layer. 前記ゲート電極の下面は、前記バリア層内に位置することを特徴とする、請求項1に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。   The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein a lower surface of the gate electrode is located in the barrier layer. 窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、
(a)バリア層の上に厚さ28nm以下のキャップ層を形成する工程と、
(b)前記キャップ層をエッチングして所定長のトレンチを形成する工程と、
(c)前記トレンチにゲート電極を形成する工程と、
を備えたヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
(A) forming a cap layer having a thickness of 28 nm or less on the barrier layer;
(B) etching the cap layer to form a trench having a predetermined length;
(C) forming a gate electrode in the trench;
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor comprising:
JP2009241065A 2009-10-20 2009-10-20 Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same Pending JP2011091075A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009241065A JP2011091075A (en) 2009-10-20 2009-10-20 Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009241065A JP2011091075A (en) 2009-10-20 2009-10-20 Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011091075A true JP2011091075A (en) 2011-05-06

Family

ID=44109095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009241065A Pending JP2011091075A (en) 2009-10-20 2009-10-20 Hetero junction field-effect transistor and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011091075A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013008836A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp Nitride semiconductor device
JP2017011088A (en) * 2015-06-22 2017-01-12 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 Semiconductor device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006128586A (en) * 2004-09-29 2006-05-18 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device and its manufacturing method
JP2007227884A (en) * 2006-01-30 2007-09-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Field effect transistor
JP2008010526A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device, and its manufacturing method
JP2009032713A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology NITRIDE SEMICONDUCTOR TRANSISTOR IN WHICH GaN IS MADE AS CHANNEL LAYER, AND ITS MANUFACTURING METHOD
JPWO2007122790A1 (en) * 2006-03-28 2009-08-27 日本電気株式会社 Field effect transistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006128586A (en) * 2004-09-29 2006-05-18 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device and its manufacturing method
JP2007227884A (en) * 2006-01-30 2007-09-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Field effect transistor
JPWO2007122790A1 (en) * 2006-03-28 2009-08-27 日本電気株式会社 Field effect transistor
JP2008010526A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device, and its manufacturing method
JP2009032713A (en) * 2007-07-24 2009-02-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology NITRIDE SEMICONDUCTOR TRANSISTOR IN WHICH GaN IS MADE AS CHANNEL LAYER, AND ITS MANUFACTURING METHOD

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013008836A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp Nitride semiconductor device
JP2017011088A (en) * 2015-06-22 2017-01-12 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11699748B2 (en) Normally-off HEMT transistor with selective generation of 2DEG channel, and manufacturing method thereof
JP5641821B2 (en) Method for manufacturing heterojunction field effect transistor
TWI431770B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5495257B2 (en) Group III nitride field effect transistor and method of manufacturing the same
JP2011146613A (en) Heterojunction field effect transistor, and method of manufacturing the same
JPWO2017073047A1 (en) Semiconductor device
JP5300514B2 (en) Semiconductor device
JP2011233612A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011044647A (en) Group-iii nitride-based field-effect transistor and method of manufacturing the same
JP2008243881A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2009170546A (en) GaN-BASED FIELD-EFFECT TRANSISTOR
JP2013149732A (en) Hetero junction field effect transistor and manufacturing method of the same
JP2016100450A (en) Heterojunction field effect transistor and manufacturing method of the same
JP2010251391A (en) Semiconductor device
JP2013120871A (en) Heterojunction field effect transistor and manufacturing method therefor
JP2011124246A (en) Heterojunction field effect transistor and method of manufacturing the same
JP2009152353A (en) Hetero-junction field effect transistor and method of producing the same
JP2013055224A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2013175726A (en) ENHANCEMENT MODE GaN HEMT DEVICE WITH GATE SPACER AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME
JP2014099523A (en) Heterojunction field effect transistor and manufacturing thereof
JP5871785B2 (en) Heterojunction field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2014229767A (en) Heterojunction field effect transistor and method for manufacturing the same
JP2012043964A (en) Hetero junction field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2017143231A (en) Semiconductor device
KR101306591B1 (en) High electron mobility transistors device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111028

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131008

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140325

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140516

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140924