JP2011233612A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置及びその製造方法に関し、特に、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に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a structure of a heterojunction field effect transistor made of a semiconductor containing nitride.
従来の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において、高周波化に伴いゲート長の微細化が必要になると、ゲートによる二次元電子ガスの変調効果が低下する、いわゆる短チャンネル効果が発生する。 In a conventional heterojunction field-effect transistor made of a semiconductor containing nitride, when the gate length needs to be reduced as the frequency increases, a so-called short channel effect occurs in which the modulation effect of the two-dimensional electron gas by the gate decreases. To do.
これを抑制するためには、二次元電子ガスの閉じ込めを高めるエピ構造が効果的であり、チャネル層下層の半導体層のバンドギャップをチャネル層のそれよりも大きくすることで、二次元電子ガスの閉じ込めを向上させる、いわゆるダブルヘテロ構造(非特許文献1)や、チャネル層に、バンドギャップが小さく膜厚の薄い層(バックバリア層)を挿入し、このバックバリア層の上下層(2分したチャネル層)のバンドギャップが同じであってもバックバリア層の分極の効果により伝導帯にノッチを生じさせ、バックバリア下層の伝導帯が持ち上げられることで形成される障壁によって二次元電子ガスの閉じ込めが向上させる、いわゆるバックバリア構造(非特許文献2)が報告されている。 In order to suppress this, an epi structure that enhances the confinement of the two-dimensional electron gas is effective. By making the band gap of the semiconductor layer below the channel layer larger than that of the channel layer, A so-called double heterostructure (Non-patent Document 1) that improves confinement, and a thin layer (back barrier layer) with a small band gap and a channel layer are inserted into the channel layer, and the upper and lower layers of this back barrier layer (divided into two parts) Even if the band gap of the channel layer is the same, a notch is generated in the conduction band due to the polarization effect of the back barrier layer, and the two-dimensional electron gas is confined by the barrier formed by lifting the conduction band under the back barrier layer. So-called back barrier structure (Non-Patent Document 2) is reported.
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にダブルヘテロ構造を適用した場合、チャネル層よりもバンドギャップの大きい層をチャネル層下層に形成するため、チャネル層のコンダクションバンド(伝導帯)が持ち上がり、二次元電子ガス濃度が減少する。 When a double heterostructure is applied to a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, a channel band conduction band (conduction band) is raised because a layer having a larger band gap than the channel layer is formed below the channel layer. The two-dimensional electron gas concentration is reduced.
これを防ぐために、電子供給層の厚膜化や電子供給層の広バンドギャップ化が行われる。しかしこれによって、ソース・ドレイン電極との接触抵抗や電極下の寄生抵抗の増加が生じ、ドレイン電流の減少やオン抵抗の増加といった特性劣化がもたらされる。 In order to prevent this, the electron supply layer is made thicker or the electron supply layer is widened. However, this causes an increase in contact resistance with the source / drain electrode and parasitic resistance under the electrode, resulting in characteristic deterioration such as a decrease in drain current and an increase in on-resistance.
そこで、ソース・ドレイン電極形成領域下部に低抵抗領域を形成する。これによって、ソース・ドレイン電極との接触抵抗や電極下の寄生抵抗が低減でき、ドレイン電流の増加やオン抵抗の減少といった特性改善がもたらされる。 Therefore, a low resistance region is formed below the source / drain electrode formation region. As a result, the contact resistance with the source / drain electrode and the parasitic resistance under the electrode can be reduced, resulting in improved characteristics such as an increase in drain current and a decrease in on-resistance.
しかし、この低抵抗領域の形成により、オフ状態でのチャネル層とその下層との界面を流れるドレイン電流(ドレインリーク電流)が増加し、閾値より低いゲート電圧(オフ状態)でのドレイン電流特性(サブスレッシュホルド特性)の劣化が生じるという問題があった。 However, the formation of this low resistance region increases the drain current (drain leakage current) flowing through the interface between the channel layer and its lower layer in the off state, and the drain current characteristics at the gate voltage (off state) lower than the threshold ( There was a problem that deterioration of the sub-threshold characteristics) occurred.
一方、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にバックバリア構造を適用した場合、バックバリア下層のコンダクションバンド(伝導帯)が持ち上がり、二次元電子ガス濃度が減少する。 On the other hand, when a back barrier structure is applied to a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, a conduction band (conduction band) under the back barrier is raised, and the two-dimensional electron gas concentration decreases.
これを防ぐために、電子供給層の厚膜化や電子供給層の広バンドギャップ化が行われる。しかしこれによって、ソース・ドレイン電極との接触抵抗や電極下の寄生抵抗の増加が生じ、ドレイン電流の減少やオン抵抗の増加といった特性劣化がもたらされる。 In order to prevent this, the electron supply layer is made thicker or the electron supply layer is widened. However, this causes an increase in contact resistance with the source / drain electrode and parasitic resistance under the electrode, resulting in characteristic deterioration such as a decrease in drain current and an increase in on-resistance.
そこで、ソース・ドレイン電極形成領域下部に低抵抗領域を形成する。これによって、ソース・ドレイン電極との接触抵抗や電極下の寄生抵抗を低減でき、ドレイン電流の増加やオン抵抗の減少といった特性改善がもたらされる。 Therefore, a low resistance region is formed below the source / drain electrode formation region. As a result, the contact resistance with the source / drain electrode and the parasitic resistance under the electrode can be reduced, resulting in improved characteristics such as an increase in drain current and a decrease in on-resistance.
しかし、この低抵抗領域の形成によって、オフ状態でのバックバリア層を流れるドレインリーク電流が増加し、オフ状態でのサブスレッシュホルド特性の劣化が生じるという問題があった。さらに、チャネル層に挿入したバックバリア層のバンドギャップが小さいため、このバックバリア層とゲート電極間の耐圧が低下(ゲートリーク電流の増加)し、電気特性や信頼性の劣化が生じるという問題があった。 However, the formation of the low resistance region increases the drain leakage current flowing through the back barrier layer in the off state, resulting in deterioration of the subthreshold characteristics in the off state. Furthermore, since the band gap of the back barrier layer inserted into the channel layer is small, the withstand voltage between the back barrier layer and the gate electrode decreases (increases the gate leakage current), resulting in deterioration of electrical characteristics and reliability. there were.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、耐圧向上や短チャンネル効果の抑制を可能とする半導体装置およびその製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof that can improve the breakdown voltage and suppress the short channel effect.
本発明にかかる半導体装置は、半導体基板上に形成された、バッファ層と、前記バッファ層上に形成された、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層と、前記チャネル層上に形成された、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層と、前記バリア層上に互いに離間して形成された、ソース、ドレイン電極と、前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域とを備え、前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しない。 A semiconductor device according to the present invention is formed on a buffer layer formed on a semiconductor substrate, a channel layer formed on the buffer layer and having a smaller band gap than the buffer layer, and the channel layer. A barrier layer having a larger band gap than the channel layer; a source / drain electrode formed on the barrier layer and spaced apart from each other; and the channel layer from below the source / drain electrode through the barrier layer And an impurity region reaching the inside, and a lower end of the impurity region does not reach the buffer layer.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板上に、バッファ層を形成する工程と、(b)前記バッファ層上に、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層を形成する工程と、(c)前記チャネル層上に、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層を形成する工程と、(d)前記バリア層上に互いに離間して、ソース、ドレイン電極を形成する工程と、(e)前記工程(d)に先立って、前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域を形成する工程とを備え、前記工程(e)において、前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しないように形成される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device comprising: (a) a step of forming a buffer layer on a semiconductor substrate; and (b) a channel layer having a smaller band gap than the buffer layer on the buffer layer. And (c) forming a barrier layer having a larger band gap than the channel layer on the channel layer; and (d) forming source and drain electrodes spaced apart from each other on the barrier layer. And (e) prior to the step (d), forming an impurity region that reaches the channel layer through the barrier layer from below the source and drain electrodes, respectively. In (e), the lower end of the impurity region is formed so as not to reach the buffer layer.
本発明にかかる半導体装置によれば、半導体基板上に形成された、バッファ層と、前記バッファ層上に形成された、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層と、前記チャネル層上に形成された、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層と、前記バリア層上に互いに離間して形成された、ソース、ドレイン電極と、前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域とを備え、前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しないことにより、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。 According to the semiconductor device of the present invention, the buffer layer formed on the semiconductor substrate, the channel layer having a smaller band gap than the buffer layer, formed on the buffer layer, and formed on the channel layer The barrier layer having a larger band gap than the channel layer, the source and drain electrodes formed on the barrier layer so as to be separated from each other, and the source and drain electrodes from below and through the barrier layer An impurity region that reaches each of the channel layers, and the lower end of the impurity region does not reach the buffer layer, thereby making it possible to suppress the short channel effect and improve the withstand voltage by improving the sub-threshold characteristics. Improved characteristics and reliability.
また、本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、(a)半導体基板上に、バッファ層を形成する工程と、(b)前記バッファ層上に、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層を形成する工程と、(c)前記チャネル層上に、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層を形成する工程と、(d)前記バリア層上に互いに離間して、ソース、ドレイン電極を形成する工程と、(e)前記工程(d)に先立って、前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域を形成する工程とを備え、前記工程(e)において、前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しないように形成されることにより、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, (a) a step of forming a buffer layer on a semiconductor substrate; and (b) a channel having a band gap smaller than that of the buffer layer on the buffer layer. Forming a layer; (c) forming a barrier layer having a larger band gap than the channel layer on the channel layer; and (d) separating the source and drain electrodes from each other on the barrier layer. And (e) prior to the step (d), forming an impurity region reaching the channel layer through the barrier layer from below the source and drain electrodes, respectively. In the step (e), the lower end of the impurity region is formed so as not to reach the buffer layer, so that the short channel is improved by improving the subthreshold characteristic. Becomes possible to improve the suppression and pressure of the fruit, the transistor characteristics and reliability is improved.
<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、この発明において提供する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(FET:Field Effect Transistor)の構造の一例である。
<
<A-1. Configuration>
FIG. 1 is an example of the structure of a heterojunction field effect transistor (FET) made of a nitride semiconductor provided in the present invention.
図1において、最下層は半絶縁性のSiC基板1であり、その上に、AlGaNからなるバッファ層2を介して、GaNからなるチャネル層3が形成されている。さらにその上には、AlGaNからなるバリア層4が形成されている。この際、バッファ層2のバンドギャップは、チャネル層3のバンドギャップよりは大きく、バリア層4のバンドギャップはチャネル層3のバンドギャップより大きい。また、バリア層4のバンドギャップは、バッファ層2のバンドギャップよりも大きくして構成することができる。
In FIG. 1, the lowest layer is a
また、バッファ層2上に、選択的に複数の素子分離領域6が形成される。さらに、バリア層4からチャネル層3中にかけて、n型不純物であるSiが高濃度にドーピングされた複数の不純物領域5が形成される。不純物領域5上に、Ti/Alからなるソース電極7と、Ti/Alからなるドレイン電極8とが、互いに離間してそれぞれ形成される。また、バリア層4上のソース電極7、ドレイン電極8の間の領域に、Ni/Auからなるゲート電極9が形成される。バリア層4表面は、絶縁膜10により覆われている。
A plurality of
不純物領域5の不純物濃度は、結晶成長時に意図的にn型のGaNやAlGaNを形成するときに用いられる濃度と同等かそれ以上が望ましく、例えば1×1018cm-3以上、より好ましくは1×1019cm-3以上、またはより高い濃度である。
The impurity concentration of the
このような高い濃度の不純物が不純物領域5全域に分布している必要はなく、少なくともソース電極7及びドレイン電極8下の半導体表面から、電子が流れる領域であるバリア層4とチャネル層3との界面とそれよりチャネル層側に10nm程度までの領域で、1×1018cm-3以上程度の高い不純物濃度を有する構造であれば良い。
It is not necessary for such a high concentration of impurities to be distributed throughout the
さらに、この不純物領域5の縦方向の下限端は、バッファ層2とチャネル層3との界面より上方のチャネル層3内で、界面から10nm以上離れた位置に配置することで、バッファ層2とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流が低減できる構造となる。そのため、この高濃度n型の不純物領域5より下の(基板側の)チャネル層3やバッファ層2内でのn型不純物の濃度は、意図的にドーピングを行っていないGaNのバックグラウンド不純物濃度と同等か、それよりも少なくなっており、例えば、5×1017cm-3未満、より好ましくは1×1016cm-3未満、またはより低い濃度である。このGaNのバックグラウンド不純物としては、導電性を示す結晶欠陥や不純物が含まれる。
Further, the lower limit end in the vertical direction of the
二次元電子ガス11の閉じ込めを高める構造の一種であるダブルヘテロ構造において、ソース電極7及びドレイン電極8下に低抵抗なn型の不純物領域5をもつ構造にすることで、ソース・ドレイン電極7、8と不純物領域5との低い接触抵抗、および、ソース・ドレイン電極7、8と二次元電子ガス11との間の低いアクセス抵抗を有するだけでなく、オフ状態でバッファ層2とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減できることにより、良好なサブスレッシュホルド特性を有することができる。
In the double hetero structure which is a kind of structure for enhancing the confinement of the two-
なお、n型不純物としては必ずしもSiを注入する必要はなく、n型不純物が高濃度にドーピングされていることが条件であり、窒化物半導体中でn型の不純物準位を形成する材料(O、C、N空孔等)がドーピングあるいは形成されていればよい。 Note that it is not always necessary to implant Si as the n-type impurity, and it is a condition that the n-type impurity is doped at a high concentration, and a material that forms an n-type impurity level in the nitride semiconductor (O , C, N vacancies, etc.) may be doped or formed.
なお、図1では、代表的な条件について述べたが、下記に示すような条件でも同様の効果が得られる。 Although typical conditions are described in FIG. 1, similar effects can be obtained even under the following conditions.
<A−2.変形例>
<A−2−1.変形例1>
まず第1に、図1におけるバリア層4の上にバリア層4よりバンドギャップが小さい材料(例えばGaN)からなるキャップ層100が形成されていてもよい(図2)。このような構造にすることによって、バリア層4の荷電子帯が持ち上げられ、キャップ層100表面から二次元電子ガス11に至る間の障壁が高くなり、これによって表面にトラップされた電子による、空乏層の二次元電子ガス11への影響を低減することができ、電流コラプス抑制の効果が得られる。
<A-2. Modification>
<A-2-1.
First, a
なお、このキャップ層100は、アンドープのみならずn型の不純物がドーピングされていても良く、またキャップ層100全体へのドーピングだけでなく、バリア層4との近傍にあるキャップ層100の下層領域にのみn型不純物がドーピングされ、それより上層領域はアンドープである構造にしてもよい。
The
<A−2−2.変形例2>
第2に、図1、図2におけるチャネル層3、バリア層4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110が形成されていてもよい(図3)。このような構造にすることによって、チャネル層3のバリア層4側に発生する二次元電子ガス11の閉じ込め効果を大きくできるため、二次元電子ガス濃度が増大し、さらに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すなわち高出力化することができる。
<A-2-2.
Second, a
<A−2−3.変形例3>
第3に、図1〜図3におけるバッファ層2、チャネル層3、スペーサ層110、バリア層4、キャップ層100が、それぞれのバンドギャップの大きさをEg2、Eg3、Eg110、Eg4、Eg100とした場合に、
Eg3<Eg2<Eg4<Eg110、Eg100<Eg4
という関係にあれば、より効果的に、ヘテロ接合電界効果型トランジスタを動作させ、且つ二次元電子ガス11の閉じ込め向上により短チャンネル効果を抑制できる。さらに、キャップ層100により電流コラプスを低減し、スペーサ層110により二次元電子ガス11の濃度及び移動度を向上させることができる。
<A-2-3.
Third, the
Eg3 <Eg2 <Eg4 <Eg110, Eg100 <Eg4
If so, it is possible to more effectively operate the heterojunction field effect transistor and suppress the short channel effect by improving the confinement of the two-
よって必ずしも、図1〜図3に示すようなGaN、AlN、AlGaNである必要はなく、構成する元素の組成が異なるAlとGaとNのうち、Nを含む少なくとも2元素からなる窒化物半導体で構成されていればよく、例えば、バッファ層2、チャネル層3、スペーサ層110、バリア層4、キャップ層100を構成する窒化物半導体をそれぞれAlX2Ga1-X2N、AlX3Ga1-X3N、AlX110Ga1-X110N、AlX4Ga1-X4N、AlX100Ga1-X100Nとすると、
0≦X2<1、0≦X3<1、0<X110≦1、0<X4≦1、0≦X100<1、X3<X2<X4<X110、X100<X4
という関係、即ち前述した5層のバンドギャップが、
Eg3<Eg2<Eg4<Eg110、Eg100<Eg4
という関係を満たす窒化物半導体で構成されていればよい。またさらに、必ずしもAlとGaとNの3元素のうち、Nを含む少なくとも2元素からなる窒化物半導体で構成される必要もなく、5層のバンドギャップの関係を満たしていれば、例えばInを加えたAlとGaのうち、Nを含む少なくとも2種類からなる窒化物半導体で構成されていてもかまわない。
Therefore, it is not necessarily required to be GaN, AlN, or AlGaN as shown in FIGS. 1 to 3, and a nitride semiconductor composed of at least two elements including N among Al, Ga, and N having different composition of constituent elements. For example, the nitride semiconductors constituting the
0 ≦ X2 <1, 0 ≦ X3 <1, 0 <X110 ≦ 1, 0 <X4 ≦ 1, 0 ≦ X100 <1, X3 <X2 <X4 <X110, X100 <X4
That is, the aforementioned five-layer band gap is
Eg3 <Eg2 <Eg4 <Eg110, Eg100 <Eg4
It is only necessary that the nitride semiconductor be configured to satisfy the above relationship. Furthermore, it is not always necessary to use a nitride semiconductor composed of at least two elements including N among the three elements of Al, Ga, and N. Of the added Al and Ga, it may be composed of at least two types of nitride semiconductors containing N.
<A−2−4.変形例4>
第4に、上記変形例3の構造においてバッファ層2、チャネル層3、スペーサ層110、バリア層4、キャップ層100は、これらがAlとGaとNのうち、Nを含む少なくとも2元素からなる窒化物半導体で構成される場合(図1〜図3に示す構造はその一例)、バリア層4に大きな分極効果が発生するため、チャネル層3のバリア層4側に高濃度の二次元電子ガス11を発生させることができる。従って、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言える。
<A-2-4.
Fourth, in the structure of the third modification, the
<A−2−5.変形例5>
第5に、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、チャネル層3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、上記変形例4の構造において、チャネル層3に用いるAlx3Ga1-x3NはよりAl組成X3が高い(Xが1に近い)方が好ましい。また、バリア層4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4を介してゲート電極9からヘテロ界面へ流れるゲートリーク電流が流れにくくなるため、バリア層4として用いるAlX4Ga1-X4Nも同様によりAl組成X4がより高い方(X3<X4)が好ましい。
<A-2-5.
Fifth, the withstand voltage of the heterojunction field effect transistor increases as the breakdown electric field of the semiconductor material used for the
<A−2−6.変形例6>
第6に、図1〜図3に示すバッファ層2、チャネル層3、バリア層4、スペーサ層110、キャップ層100の各層の構成は、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、上記変形例3の構造と変形例5の構造とに示すバンドギャップの大きさの条件を満たせば、In組成、Al組成、Ga組成が空間的に変化していても、或いはこれら各層が異なる数層からなる多層膜でもかまわない。また、これらの層には、上記窒化物半導体においてn型、p型となる不純物が含まれていてもよい。
<A-2-6.
Sixth, the configuration of each of the
<A−2−7.変形例7>
第7に、図1〜図3における半絶縁性のSiC基板1は、Si、サファイア、GaN、AlN等でも良い。
<A-2-7.
Seventh, the
<A−2−8.変形例8>
第8に、図1〜図3におけるソース電極7及びドレイン電極8の下側の少なくとも一部の半導体層は、図4に示すように除去されていてもかまわない。このような構造にすることによって、チャネル層3のバリア層4側に発生する二次元電子ガス11とソース/ドレイン電極7、8との間の抵抗を低減することができ、トランジスタの高効率化や大電流化による高出力化に有利であり、より好ましい構造と言える。
<A-2-8.
Eighth, at least a part of the semiconductor layer below the
なお、図4においては、半導体表面からバリア層4下層近くに至る領域まで除去されているが、除去する深さ方向の限度は、チャネル層3とバリア層4との界面までとし、スペーサ層110を備えた構造の場合はスペーサ層110除去までを限度とすることで、ソース電極7及びドレイン電極8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。
In FIG. 4, the region extending from the semiconductor surface to the vicinity of the lower layer of the
<A−2−9.変形例9>
第9に、図1〜図4におけるソース/ドレイン電極7、8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、Pt、V、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かまわない。
<A-2-9.
Ninth, the source /
<A−2−10.変形例10>
第10に、図1〜図4におけるゲート電極9は、ゲート電極9の底面がバリア層4の表面と接していなければ、バリア層4の表面と接触している場合に比べて電流コラプスを抑制することができる。同様に、キャップ層100を設けた構造の場合、ゲート電極9の底面がキャップ層100の表面と接していなければ、キャップ層100の表面と接触している場合に比べて電流コラプスを抑制することができるために、必ずしもバリア層4と接していなくてもよく、例えば、バリア層4の内部と接触した構造(図5)や、キャップ層100を設けた構造でキャップ層100の内部と接触した構造(図6)や、キャップ層100を設けた構造でキャップ層100およびバリア層4の内部で接触した構造(図7)であってもよい。ただし、ゲート電極9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ことが好ましく、その場合には、図7に示すようなゲート電極9の底面がバリア層4とキャップ層100との界面付近と接する構造がより好ましい。
<A-2-10.
Tenth, the
<A−2−11.変形例11>
第11に、図1〜図7におけるゲート電極9は、必ずしもこれらの図に示すように断面が四角形である必要はなく、例えば図8に示すようなT型やY型構造のゲート電極91でもかまわない。このような構造にすることによって、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できる。
<A-2-11.
Eleventh, the
図8では、T型のゲート電極91の傘下が絶縁膜10と接していない構造を示したが、図9に示すように、T型のゲート電極91の傘下が絶縁膜10と接する構造にすることで、高電圧動作時においてゲート電極91のドレイン電極8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できる。さらに、図10に示すように、絶縁膜10をゲート電極91の傘下のみに形成することによって、ソース電極7とゲート電極91との間や、ゲート電極91とドレイン電極8との間に発生する容量を低減できることができ、高周波動作時の利得や効率を向上することができる可能となる。
Although FIG. 8 shows a structure in which the umbrella of the T-
<A−2−12.変形例12>
第12に、図1〜図10における絶縁膜10は、Al、Ga、Si、Hf、Ti、Zr、Ta、V等のうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物等、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かまわない。
<A-2-12. Modification 12>
Twelfth, the insulating
<A−2−13.変形例13>
第13に、図1〜図10におけるゲート電極9、91は、必ずしもNi/Au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、或いはTiN、WN、TaN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かまわない。
<A-2-13.
13thly, the
<A−2−14.変形例14>
第14に、上述した構造はすべて個々に採用する必要はなく、例えば、図11に示すような、それぞれを組み合わせた構造としてもよい。
<A-2-14. Modification 14>
14thly, it is not necessary to employ all the above-mentioned structures individually, and for example, a structure combining them as shown in FIG. 11 may be used.
<A−2−15.変形例15>
第15に、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における、二次元電子ガス11の閉じ込めを向上する構造としては、図1に示したものの他に図12に示すような、チャネル層3内にチャネル層3のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する窒化物半導体層(バックバリア層120)の薄層を挿入した構造がある。このような構造にすることで、このバックバリア層120の上下のチャネル層3のバンドギャップが同じであっても、バックバリア層120の分極の効果により伝導帯にノッチを生じさせ、バックバリア層120の下層の伝導帯が持ち上げられることで形成される障壁によって、二次元電子ガス11の閉じ込めを向上できる。
<A-2-15.
Fifteenth, the structure for improving the confinement of the two-
例えば、半絶縁性のSiC基板1上にGaNからなるバッファ層2、その上に、InGaNよりなるバックバリア層120を介して、GaNよりなるチャネル層3が形成され、さらにその上には、AlGaNからなるバリア層4が形成される。このエピ構造を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいても同様に、n型の不純物領域5は、ソース電極7及びドレイン電極8の下側の半導体層に、n型不純物であるSiが高濃度にドーピングされた領域であり、望ましい不純物濃度や分布については、図1で説明したダブルヘテロの場合と同じである。
For example, a
ただし、InGaNバックバリア構造に不純物領域5を形成した場合の不純物領域5の縦方向の下限端は、バッファ層2とバックバリア層120との界面より10nm以上離れた位置に配置することで、バッファ層2とバックバリア層120との界面を流れるドレインリーク電流が低減できる構造となる。
However, when the
このような構造にすることで、ソース・ドレイン電極7、8との低い接触抵抗および電極と二次元電子ガス11間の低いアクセス抵抗を有するだけでなく、オフ状態でバックバリア層120とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減できることにより良好なサブスレッシュホルド特性を有することができ、さらにはバンドギャップが小さいバックバリア層120とゲート電極9間の耐圧の向上が可能となる。
Such a structure not only has a low contact resistance with the source /
なお、上記図12では、代表的な条件について述べたが、上述の変形例1〜14の条件を適用しても同様の効果が得られる。 In addition, although the typical conditions were described in the said FIG. 12, even if the conditions of the above-mentioned modification 1-14 are applied, the same effect is acquired.
ただし、変形例3のバンドギャップに関しては、例えば、バッファ層2、チャネル層3、スペーサ層110、バリア層4、キャップ層100、バックバリア層120を構成する窒化物半導体をそれぞれAlX2Ga1-X2N、AlX3Ga1-X3N、AlX110Ga1-X110N、AlX4Ga1-X4N、AlX100Ga1-X100N、InY120Ga1-Y120Nとすると、
0≦X2<1、0≦X3<1、0<X110≦1、0<X4≦1、0≦X100<1、0<Y120≦1、X3≦X2<X4<X110、X100<X4
で、バンドギャップで表すと、
Eg120<Eg3≦Eg2<Eg4<Eg110、Eg100<Eg4
という関係を満たす窒化物半導体で構成されていればよく、Inを加えたAlとGaのうちNを含む少なくとも2種類からなる窒化物半導体で構成されていてもかまわない。
However, regarding the band gap of the third modification, for example, the nitride semiconductors constituting the
0 ≦ X2 <1, 0 ≦ X3 <1, 0 <X110 ≦ 1, 0 <X4 ≦ 1, 0 ≦ X100 <1, 0 <Y120 ≦ 1, X3 ≦ X2 <X4 <X110, X100 <X4
And in terms of band gap,
Eg120 <Eg3 ≦ Eg2 <Eg4 <Eg110, Eg100 <Eg4
As long as it is made of a nitride semiconductor satisfying the above relationship, it may be made of at least two types of nitride semiconductors including N in Al and Ga to which In is added.
なお、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.
<A−3.効果>
本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、半導体基板であるSiC基板1上に形成されたバッファ層2と、バッファ層2上に形成された、バッファ層2よりもバンドギャップが小さいチャネル層3と、チャネル層3上に形成された、チャネル層3よりもバンドギャップが大きいバリア層4と、バリア層4上に互いに離間して形成された、ソース、ドレイン電極7、8と、ソース、ドレイン電極7、8下から、バリア層4を通ってチャネル層3中にそれぞれ達する、不純物領域5とを備え、不純物領域5の下端は、バッファ層2に達しないことで、バッファ層2とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減し、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。
<A-3. Effect>
According to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the
また、本発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、チャネル層3中に配設された、チャネル層3よりバンドギャップが小さいバックバリア層120をさらに備え、不純物領域5の下端は、バックバリア層120に達しないことで、バックバリア層120とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減し、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。
In addition, according to the first embodiment of the present invention, the semiconductor device further includes the
<B.実施の形態2>
<B−1.製造方法>
図13〜図25に、図1に示す構造を持つ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の製造プロセスの一例を示す。これらの図において、図1〜図12と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Manufacturing method>
13 to 25 show an example of a manufacturing process of a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor having the structure shown in FIG. In these figures, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 12 denote the same or corresponding parts.
まず図13に示すように、SiC基板1上にMOCVD法、MBE法などのエピタキシャル成長法を適用することで、AlGaNからなるバッファ層2、GaNからなるチャネル層3、AlGaNからなるバリア層4をそれぞれ下から順にエピタキシャル成長させる。
First, as shown in FIG. 13, by applying an epitaxial growth method such as MOCVD method or MBE method on the
バッファ層2はSiC基板1上に形成され、バッファ層2上に形成されるチャネル層3は、バッファ層2よりもバンドギャップが小さい。さらにチャネル層3上に形成されるバリア層4は、チャネル層3よりもバンドギャップが大きい。
次に図14に示すように、レジストパターン等をマスク15として、ソース/ドレイン電極7、8を形成する領域の下側の少なくとも一部の半導体層内(バリア層4を介して、チャネル層3の一部まで)にイオン注入法などを用いて、注入ドーズ量1×1013〜1×1017(cm-2)、注入エネルギー10〜1000(keV)の条件で、窒化物半導体においてn型となるSi等のイオン16を所望の領域に打ち込み、その後の熱処理にて高濃度n型の不純物領域5を形成する。不純物領域5は、バリア層4を通ってチャネル層3のまでそれぞれ達する。
Next, as shown in FIG. 14, the resist pattern or the like is used as a
この不純物領域5の不純物濃度は、結晶成長時に意図的にn型のGaNやAlGaNを形成するときに用いられるのと同等かそれ以上が望ましく例えば1×1018cm-3以上、より好ましくは1×1019cm-3以上か、またはより高い濃度である。
The impurity concentration of the
n型の不純物領域5内の、不純物の望ましい分布の一つとして、ソース電極7及びドレイン電極8下の半導体表面から電子の流れるバリア層4とチャネル層3との界面とそれよりチャネル層3側に10nm程度までの領域で、1×1018cm-3以上といった、高い不純物濃度を有する構造が挙げられるが、このような不純物分布を形成する注入量と注入エネルギーの決め方としては、モンテカルロ計算によって注入エネルギーや照射対象物の構造をパラメータにしてイオンの飛程をシミュレートすることで、上記条件を満たす注入エネルギーや注入ドーズ量を決めることができる。
One desirable distribution of impurities in the n-
また、注入されたイオンによりバリア層4を構成する原子(Al、Ga、In、N等)が真空中に跳ね飛ばされるのを抑制するために、バリア層4上に10〜100nm程度の窒化膜(SiNx、AlN等)あるいは酸化膜等(SiO2、Al2O3等)を形成した後、注入マスクとしてのレジストパターンを形成しても良い。その後、熱処理を行い注入したイオンを活性化させることによって、ソース電極7及びドレイン電極8の下側の高濃度n型の不純物領域5を低抵抗化する。この熱処理の際に、半導体表面からの窒素原子が抜けるのを防止するためにバリア層4上に、10〜100nm程度の窒化膜(SiNx、AlN等)、酸化膜等(SiO2、Al2O3等)で窒化物半導体表面を被った後に熱処理を行っても良い。
Further, in order to prevent atoms (Al, Ga, In, N, etc.) constituting the
次に図15に示すように、例えばTi、Al、Nb、Hf、Zr、Sr、Ni、Ta、Au、Pt、V、Mo、Wなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜から成るソース電極7及びドレイン電極8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。ソース電極7及びドレイン電極8は、不純物領域5が形成されたバリア層4上に、それぞれ離間して形成される。電極形成後に熱処理を行い半導体層との反応層(合金層)の形成により、接触抵抗およびアクセス抵抗の更なる低減を行っても良い。
Next, as shown in FIG. 15, for example, a source made of a metal such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Pt, V, Mo, W, or a multilayer film composed of these metals. The
次に図16に示すように、トランジスタを作製する領域外のバッファ層2、チャネル層3、バリア層4に、例えばHe、N、O、Mg、Ar、Ca、Fe、Zn、Sr、Ba等のイオン17を照射するイオン注入法やエッチングなどを用いて素子分離領域6を形成する。図16にはイオン注入法による方法を示した。
Next, as shown in FIG. 16, for example, He, N, O, Mg, Ar, Ca, Fe, Zn, Sr, Ba, etc. The
次に図17に示すように、Ti、Al、Pt、Au、Ni、Pd等の金属、或いはIrSi、PtSi、NiSi2等のシリサイド、或いはTiN、WN、TaN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9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。
Next, as shown in FIG. 17, Ti, Al, Pt, Au, Ni, metals such as Pd, or IrSi, PtSi, silicide such as NiSi 2, or TiN, WN, metal nitride such as TaN or from these, A
次に図18に示すように、Al、Ga、Si、Hf、Ti、Zr、Ta、V等のうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物等、もしくはこれらから構成される多層膜からなる絶縁膜10を、プラズマCVD法、cat−CVD法やスパッタ法によって形成する。
Next, as shown in FIG. 18, at least one kind of oxide, nitride, oxynitride or the like of Al, Ga, Si, Hf, Ti, Zr, Ta, V, or the like is composed of these. An insulating
以上の方法により、図1に示す構造を持ったヘテロ接合電界効果型トランジスタが作製できる。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。また以上では、エピ結晶作製後の製造工程順の一例として、ソース/ドレイン電極下への低抵抗層の形成およびその上の電極形成、素子分離形成、ゲート電極形成、絶縁膜形成の順で記載したが、ゲート電極形成後に素子分離を行ってもよく、また絶縁膜形成を行い、ゲート形成領域の絶縁膜を除去した後に、ゲート電極を形成してもよく、絶縁膜形成後に素子分離を行い、ゲート形成領域の絶縁膜を除去した後に、ゲート電極を形成してもよい。 By the above method, a heterojunction field effect transistor having the structure shown in FIG. 1 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. In addition, as described above, as an example of the order of the manufacturing process after producing the epicrystal, the formation of the low resistance layer under the source / drain electrode and the electrode formation thereon, the element isolation formation, the gate electrode formation, and the insulating film formation are described in this order. However, element isolation may be performed after forming the gate electrode, or an insulating film may be formed and the gate electrode may be formed after removing the insulating film in the gate formation region, and element isolation is performed after the insulating film is formed. The gate electrode may be formed after removing the insulating film in the gate formation region.
なお、上記では、代表的な条件について述べたが、下記に示すような条件でも本発明の効果が得られる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を作製できる。 Although typical conditions have been described above, a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor that can achieve the effects of the present invention can be manufactured even under the following conditions.
<B−2.変形例>
<B−2−1.変形例1>
第1に、図13に示すバリア層4を成長した後に、バリア層4を形成する材料よりバンドギャップが小さい材料からなるキャップ層100を続けて形成すれば、実施の形態1における変形例1の、図2に示すような構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2. Modification>
<B-2-1.
First, if the
<B−2−2.変形例2>
第2に、図13に示すチャネル層3を成長した後に、バリア層4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110を形成し、その後バリア層4およびキャップ層100を続けて形成すれば、実施の形態1における変形例2の、図3に示すような構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-2.
Second, after the
<B−2−3.変形例3>
第3に、図13に示すバッファ層2、チャネル層3、バリア層4、キャップ層100、スペーサ層110の成長時に、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、或いは、n型ドーパントの原料ガスとなるシラン等の流量や圧力、温度、時間を調整し、バッファ層2、チャネル層3、バリア層4、キャップ層100、スペーサ層110を所望の組成、膜厚、ドーピング濃度とすることで、実施の形態1における変形例1〜6および15に示したさまざまな窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-3.
Third, when growing the
<B−2−4.変形例4>
第4に、図14に示すソース/ドレイン電極7、8形成領域へのn型不純物となるイオン注入前に、図19に示すように、レジストパターン等をマスク15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7とドレイン電極8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、実施の形態1における変形例8の、図4に示すような構造の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。なお、ソース・ドレイン電極7、8形成領域下側への低抵抗層形成工程は、このエッチング工程より先でも後からでもよい。低抵抗層上にリフトオフ法等によりソース・ドレイン電極7、8を形成し、図4に示すような構造の窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタが作製できる。
<B-2-4.
Fourth, before the ion implantation to be an n-type impurity into source /
<B−2−5.変形例5>
第5に、図17に示すゲート電極9を形成する前に、レジストパターン等をマスク15として、Cl2等を用いたドライエッチング法などにてゲート電極9を形成するゲート形成領域13のバリア層4を除去する(図20)。エッチングを行う際に、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が形成でき、その後図17で示した方法でゲート電極を形成することで、実施の形態1における変形例10の、図5に示した様なリセス深さをもつ構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。また、キャップ層100を設けた構造において図17に示すゲート電極9を形成する前に、上記製造方法と同様にレジストパターン等をマスク15として、Cl2等を用いたドライエッチング法などにてゲート電極9を形成するゲート形成領域13のキャップ層100を除去する(図21)。この際、キャップ層100とバリア層4のAl組成比が異なる場合には、エッチングの際にCl2等の塩素系のガスに加えて例えば酸素やSF6等のフッ素系のガスを用いることによって、選択的にキャップ層100だけエッチングすることが可能となり、エッチング深さの制御性がよくなる。さらに、キャップ層100だけでなくバリア層4の所望の深さまでエッチングを行っても良く(図22)、その後図17で示した方法でゲート電極を形成することで、実施の形態1における変形例10の、図6や図7に示した様々なリセス深さをもつ構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-5.
Fifth, before forming the
<B−2−6.変形例6>
第6に、図17のゲート電極形成前に半導体表面を、例えば蒸着法やプラズマCVD法、Cat−CVD法などを用いて、Al、Ga、Si、Hf、Ti、Zr、Ta、V等のうち少なくとも1種類以上の原子を含む酸化物、窒化物、酸窒化物等からなる絶縁膜10を堆積し、ゲート電極9を形成するゲート形成領域13に開口を持つレジストマスクや酸化膜マスク等を介してドライエッチングあるいはウェットエッチングにてゲート形成領域13の絶縁膜10を除去する(図23)。マスク除去後、エッチングにて開口した絶縁膜10の開口よりも広い開口を有するレジストパターンを利用して蒸着法によってゲートメタルとなる電極金属を堆積し、リフトオフ法等によってゲート電極91を形成することで、実施の形態1における変形例11の、図9に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-6.
Sixth, before forming the gate electrode in FIG. 17, the surface of the semiconductor is formed of Al, Ga, Si, Hf, Ti, Zr, Ta, V, etc. by using, for example, vapor deposition, plasma CVD, Cat-CVD, or the like. Among them, an insulating
なお、最終的にデバイスとして使用するにはソース/ドレイン電極7、8上を覆った絶縁膜10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。また、絶縁膜10を形成後にウェットエッチングで容易に除去できる絶縁膜、たとえばSiOのような絶縁膜210を形成する。ゲート電極9を形成するゲート形成領域13に開口を持つレジストマスクや酸化膜マスク等を介してドライエッチングやウェットエッチングにてゲート形成領域13の絶縁膜210および絶縁膜10を順次除去する(図24)。マスク除去後、エッチングにて開口した絶縁膜210および絶縁膜10の開口よりも広い開口を有するレジストパターンを利用して蒸着法によってゲートメタルとなる電極金属を堆積し、リフトオフ法等によってゲート電極91を形成する。ウェットエッチングされやすい絶縁膜210を例えばバッファードフッ酸によって除去することで、ゲート電極91の傘下の絶縁膜210がない構造である、実施の形態1における変形例11の、図8に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
For final use as a device, a part of the insulating
さらに、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210を残した実施の形態1における変形例11の、図10に示す構造の窒化物半導体電界効果型トランジスタを作製することができる。
Further, the nitride semiconductor field effect type having the structure shown in FIG. 10 of the
<B−2−7.変形例7>
第7に、本実施の形態2の変形例5に記したゲートリセス構造を形成した後に、本実施の形態2の変形例6に記したゲート形状を形成してもよい。
<B-2-7.
Seventh, after the gate recess structure described in
<B−2−8.変形例8>
第8に、図14、図15に示すソース・ドレイン電極形成領域下の低抵抗領域である不純物領域5の形成およびソース電極7及びドレイン電極8の形成、図16に示す素子分離領域6の形成、図17に示すゲート電極9の形成、図18に示す絶縁膜10の形成の各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/ドレイン電極7、8を形成する前に、素子分離領域6を形成してもかまわない。また、絶縁膜10を形成したあとにゲート電極9を形成してもよい。
<B-2-8.
Eighth, formation of the
<B−2−9.変形例9>
第9に、上述したプロセスはすべ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により図11に示すような構造が形成できる。
<B-2-9.
Ninth, it is not necessary to adopt all the processes described above, and a structure as shown in FIG. 11 can be formed by a process combining them.
<B−2−10.変形例10>
第10に、SiC基板1上にMOCVD法、MBE法などのエピタキシャル成長法を適用することで、GaNからなるバッファ層2、GaNからなるチャネル層3、InGaNからなるバックバリア層120、AlGaNからなるバリア層4をそれぞれ下から順にエピタキシャル成長させることで(図25)、実施の形態1における変形例15の、図12に示すような構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。バックバリア層120は、チャネル層3よりもバンドギャップが小さく、チャネル層3中に配設される。
<B-2-10.
Tenth, by applying an epitaxial growth method such as MOCVD or MBE on the
<B−2−11.変形例11>
第11に、窒化物半導体からなる、バッファ層2、バックバリア層120、チャネル層3、バリア層4が実施の形態1における変形例15に記載のバンドギャップの関係を満たす層構造を、本実施の形態2の変形例10に記載の方法でエピタキシャル成長させることで、実施の形態1における変形例15の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-11.
Eleventh, this embodiment has a layer structure in which the
<B−2−12.変形例12>
第12に、本実施の形態2の変形例10、11記載の層構造を有したエピタキシャル基板に、本実施の形態2の変形例1〜9までの方法を用いることで窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。
<B-2-12. Modification 12>
Twelfth, a nitride semiconductor heterojunction is formed on the epitaxial substrate having the layer structure described in
<B−3.効果>
本発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置の製造方法において、(a)半導体基板であるSiC基板1上に、バッファ層2を形成する工程と、(b)バッファ層2上に、バッファ層2よりもバンドギャップが小さいチャネル層3を形成する工程と、(c)チャネル層3上に、チャネル層3よりもバンドギャップが大きいバリア層4を形成する工程と、(d)バリア層4上に互いに離間して、ソース、ドレイン電極7、8を形成する工程と、(e)工程(d)に先立って、ソース、ドレイン電極7、8下から、バリア層4を通ってチャネル層3中にそれぞれ達する、不純物領域5を形成する工程とを備え、工程(e)において、不純物領域5の下端は、バッファ層2に達しないように形成されることで、バッファ層2とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減し、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。
<B-3. Effect>
According to the second embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, (a) a step of forming the
また、本発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置の製造方法において、(f)工程(c)に先立って、チャネル層3中に配設された、チャネル層3よりバンドギャップが小さいバックバリア層120を形成する工程をさらに備え、工程(e)において、不純物領域5の下端は、バックバリア層120に達しないように形成されることで、バックバリア層120とチャネル層3との界面を流れるドレインリーク電流を低減し、サブスレッシュホルド特性の改善による短チャンネル効果の抑制や耐圧の向上が可能となり、トランジスタ特性や信頼性が向上する。
Further, according to the second embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, (f) the band gap is smaller than the
1 SiC基板、2 バッファ層、3 チャネル層、4 バリア層、5 不純物領域、6 素子分離領域、7 ソース電極、8 ドレイン電極、9,91 ゲート電極、10,210 絶縁膜、11 二次元電子ガス、13 ゲート形成領域、15 マスク、16,17 イオン、100 キャップ層、110 スペーサ層、120 バックバリア層。 1 SiC substrate, 2 buffer layer, 3 channel layer, 4 barrier layer, 5 impurity region, 6 element isolation region, 7 source electrode, 8 drain electrode, 9,91 gate electrode, 10,210 insulating film, 11 two-dimensional electron gas , 13 Gate formation region, 15 mask, 16, 17 ions, 100 cap layer, 110 spacer layer, 120 back barrier layer.
Claims (4)
前記バッファ層上に形成された、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層と、
前記バリア層上に互いに離間して形成された、ソース、ドレイン電極と、
前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域とを備え、
前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しない、
半導体装置。 A buffer layer formed on a semiconductor substrate;
A channel layer formed on the buffer layer and having a smaller band gap than the buffer layer;
A barrier layer formed on the channel layer and having a larger band gap than the channel layer;
Source and drain electrodes formed on the barrier layer and spaced apart from each other;
Impurity regions that respectively reach the channel layer through the barrier layer from below the source and drain electrodes,
The lower end of the impurity region does not reach the buffer layer;
Semiconductor device.
前記不純物領域の下端は、前記バックバリア層に達しない、
請求項1に記載の半導体装置。 A back barrier layer disposed in the channel layer and having a smaller band gap than the channel layer;
The lower end of the impurity region does not reach the back barrier layer;
The semiconductor device according to claim 1.
(b)前記バッファ層上に、前記バッファ層よりもバンドギャップが小さいチャネル層を形成する工程と、
(c)前記チャネル層上に、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きいバリア層を形成する工程と、
(d)前記バリア層上に互いに離間して、ソース、ドレイン電極を形成する工程と、
(e)前記工程(d)に先立って、前記ソース、ドレイン電極下から、前記バリア層を通って前記チャネル層中にそれぞれ達する、不純物領域を形成する工程とを備え、
前記工程(e)において、前記不純物領域の下端は、前記バッファ層に達しないように形成される、
半導体装置の製造方法。 (A) forming a buffer layer on the semiconductor substrate;
(B) forming a channel layer having a smaller band gap than the buffer layer on the buffer layer;
(C) forming a barrier layer having a larger band gap than the channel layer on the channel layer;
(D) forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the barrier layer;
(E) prior to the step (d), forming an impurity region that reaches the channel layer through the barrier layer from below the source and drain electrodes, respectively.
In the step (e), the lower end of the impurity region is formed so as not to reach the buffer layer.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記工程(e)において、前記不純物領域の下端は、前記バックバリア層に達しないように形成される、
請求項3に記載の半導体装置の製造方法。 (F) Prior to the step (c), further comprising a step of forming a back barrier layer disposed in the channel layer and having a smaller band gap than the channel layer,
In the step (e), a lower end of the impurity region is formed so as not to reach the back barrier layer.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3.
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013201371A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Toshiba Corp | Nitride semiconductor device |
JP2013232557A (en) * | 2012-04-27 | 2013-11-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Silicon carbide semiconductor element manufacturing method |
JP2014003146A (en) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP2014029983A (en) * | 2012-07-05 | 2014-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2016051722A (en) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device manufacturing method |
JP2017085003A (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 富士通株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same, power supply device, and high frequency amplifier |
JP2018195665A (en) * | 2017-05-16 | 2018-12-06 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP2018201032A (en) * | 2014-09-01 | 2018-12-20 | 蘇州捷芯威半導体有限公司Gpower Semiconductor,Inc. | Oblique field plate power device and method for manufacturing oblique field plate power device |
CN109585326A (en) * | 2018-12-10 | 2019-04-05 | 大连芯冠科技有限公司 | The vertical leakage current of gallium nitride epitaxial slice and Hall effect composite test method |
JP6765589B1 (en) * | 2020-02-17 | 2020-10-07 | 三菱電機株式会社 | Epitaxial wafer, semiconductor device and method for manufacturing epitaxial wafer |
US20220190111A1 (en) * | 2019-12-27 | 2022-06-16 | Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
JP7231122B1 (en) * | 2022-01-24 | 2023-03-01 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006173517A (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Sony Corp | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
JP2006339561A (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor and its manufacturing method |
WO2008130776A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-30 | Raytheon Company | Semiconductor structure having plural back-barrier layers for improved carrier confinement |
WO2009001888A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Nec Corporation | Field-effect transistor and multilayer epitaxial film for use in fabrication of the filed-effect transistor |
JP2009507362A (en) * | 2005-07-20 | 2009-02-19 | クリー インコーポレイテッド | High electron mobility electronic device structures including native substrates and methods for manufacturing them |
-
2010
- 2010-04-26 JP JP2010100554A patent/JP2011233612A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006173517A (en) * | 2004-12-20 | 2006-06-29 | Sony Corp | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
JP2006339561A (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor and its manufacturing method |
JP2009507362A (en) * | 2005-07-20 | 2009-02-19 | クリー インコーポレイテッド | High electron mobility electronic device structures including native substrates and methods for manufacturing them |
WO2008130776A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-30 | Raytheon Company | Semiconductor structure having plural back-barrier layers for improved carrier confinement |
JP2010525572A (en) * | 2007-04-19 | 2010-07-22 | レイセオン カンパニー | Semiconductor structure with multiple back barrier layers to improve carrier confinement |
WO2009001888A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Nec Corporation | Field-effect transistor and multilayer epitaxial film for use in fabrication of the filed-effect transistor |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9105565B2 (en) | 2012-03-26 | 2015-08-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride semiconductor device |
JP2013201371A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Toshiba Corp | Nitride semiconductor device |
JP2013232557A (en) * | 2012-04-27 | 2013-11-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Silicon carbide semiconductor element manufacturing method |
JP2014003146A (en) * | 2012-06-18 | 2014-01-09 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
US9595594B2 (en) | 2012-06-18 | 2017-03-14 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP2014029983A (en) * | 2012-07-05 | 2014-02-13 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
JP2016051722A (en) * | 2014-08-28 | 2016-04-11 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device manufacturing method |
JP2018201032A (en) * | 2014-09-01 | 2018-12-20 | 蘇州捷芯威半導体有限公司Gpower Semiconductor,Inc. | Oblique field plate power device and method for manufacturing oblique field plate power device |
JP2017085003A (en) * | 2015-10-29 | 2017-05-18 | 富士通株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same, power supply device, and high frequency amplifier |
JP7007548B2 (en) | 2017-05-16 | 2022-01-24 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and its manufacturing method |
JP2018195665A (en) * | 2017-05-16 | 2018-12-06 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN109585326A (en) * | 2018-12-10 | 2019-04-05 | 大连芯冠科技有限公司 | The vertical leakage current of gallium nitride epitaxial slice and Hall effect composite test method |
CN109585326B (en) * | 2018-12-10 | 2022-11-22 | 大连芯冠科技有限公司 | Compound testing method for vertical leakage current and Hall effect of gallium nitride epitaxial wafer |
US20220190111A1 (en) * | 2019-12-27 | 2022-06-16 | Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
US11784221B2 (en) | 2019-12-27 | 2023-10-10 | Innoscienc (Zhuhai) Technology Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
US11837633B2 (en) * | 2019-12-27 | 2023-12-05 | Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method therefor |
WO2021166024A1 (en) * | 2020-02-17 | 2021-08-26 | 三菱電機株式会社 | Epitaxial wafer, semiconductor device, and method for manufacturing epitaxial wafer |
JP6765589B1 (en) * | 2020-02-17 | 2020-10-07 | 三菱電機株式会社 | Epitaxial wafer, semiconductor device and method for manufacturing epitaxial wafer |
JP7231122B1 (en) * | 2022-01-24 | 2023-03-01 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
WO2023139788A1 (en) * | 2022-01-24 | 2023-07-27 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device |
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