JP2012104760A - Compound semiconductor device, and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor device with high reliability, which prevents the fluctuation and degradation of device characteristics due to electric field concentration around a gate electrode, even if adopting a fine gate structure for miniaturizing the gate electrode.SOLUTION: In a gate electrode 8, a trunk-shaped lower part 8a of a fine gate structure, and an upper part 8b expanding in an umbrella-shape (an overhang shape) from an upper end of the lower part 8a so as to be wider than an upper end are integrally formed. The lower part 8a has a first part 8aa including a lower end, and a second part 8ab on the first part 8aa. A protection wall 7 is formed so as to cover only both side surfaces of the first part 8aa.

Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関し、特に高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)等を対象とする。   The present invention relates to a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same, and particularly to a high electron mobility transistor (HEMT).

HEMTのうち、特に高出力で高周波用途のものは、高周波特性を向上させるべく、ゲート電極の微細化が要求される。そのため、いわゆるオーバーハング形状の断面T字型のゲート電極を有するHEMTが案出されている。このHEMTでは、ゲート電極の下部位が幅狭のいわゆるファインゲート構造とされており、ゲート電極の微細化に寄与する。   Among HEMTs, particularly those with high output and high frequency use, it is required to make the gate electrode finer in order to improve high frequency characteristics. Therefore, a HEMT having a so-called overhang-shaped cross-sectional T-shaped gate electrode has been devised. This HEMT has a so-called fine gate structure in which the lower part of the gate electrode has a narrow width, which contributes to the miniaturization of the gate electrode.

特開2000−124228号公報JP 2000-124228 A 特開平6−168962号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-168962 特開平11−233527号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-233527 特開2001−85448号公報JP 2001-85448 A

しかしながら、ゲート電極の微細化は、ゲート電極の周辺における電界強度を増大させ、デバイス特性の劣化を惹起するという問題がある。ゲート電極の周辺で電界集中が発生すると、ゲート電極及び化合物半導体層の化学的・物理的変化が助長され、デバイス特性が変動・劣化する。従って、ファインゲート構造を用いたHEMTの高速動作化には、デバイス特性の劣化を防止する技術を確立することが必須である。   However, the miniaturization of the gate electrode increases the electric field strength around the gate electrode and causes a problem of deteriorating device characteristics. When electric field concentration occurs around the gate electrode, chemical and physical changes in the gate electrode and the compound semiconductor layer are promoted, and device characteristics fluctuate and deteriorate. Therefore, it is essential to establish a technique for preventing deterioration of device characteristics in order to increase the speed of HEMT operation using a fine gate structure.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ファインゲート構造を採用してゲート電極の微細化を図るも、ゲート電極の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止する、信頼性の高い化合物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and adopts a fine gate structure to reduce the size of the gate electrode, but prevents fluctuation and deterioration of device characteristics due to electric field concentration around the gate electrode. An object of the present invention is to provide a highly reliable compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.

化合物半導体装置の一態様は、化合物半導体層と、前記化合物半導体層の上方に形成されたゲート電極とを含み、前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、前記第1の部分の側面のみを覆う保護壁が形成されている。   One aspect of the compound semiconductor device includes a compound semiconductor layer and a gate electrode formed above the compound semiconductor layer. The gate electrode is formed from a trunk-like lower portion and an upper end of the lower portion from the upper end. And an upper portion that widens in an umbrella shape, and the lower portion includes a first portion including a lower end and a second portion on the first portion, and the first portion The protective wall which covers only the side surface of this part is formed.

化合物半導体装置の製造方法の一態様は、化合物半導体層の上方に保護壁を形成する工程と、前記保護壁間の空隙を埋め込むようにゲート電極を形成する工程とを含み、前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、前記保護壁が前記第1の部分の側面のみを覆う。   One aspect of a method for manufacturing a compound semiconductor device includes a step of forming a protective wall above the compound semiconductor layer, and a step of forming a gate electrode so as to fill a gap between the protective walls, A trunk-like lower part and an upper part that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower part are integrally formed, and the lower part includes a first part including a lower end, and the first part A second portion on the first portion, and the protective wall covers only the side surface of the first portion.

上記の各態様によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極の微細化を図るも、ゲート電極の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   According to each of the above embodiments, the fine gate structure is adopted to miniaturize the gate electrode, but the device characteristics change and deterioration due to electric field concentration around the gate electrode are prevented, and the compound semiconductor device has high reliability. Is realized.

第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the Schottky type AlGaN / GaN * HEMT by 1st Embodiment to process order. 図1に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view subsequent to FIG. 1 illustrating a Schottky-type AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. 図2に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the Schottky type AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps, following FIG. 2. 比較例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the Schottky type AlGaN / GaN * HEMT by a comparative example. 第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky type AlGaN / GaN HEMT according to a first embodiment. 比較例及び第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTについて、高温通電実験を行った結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having performed the high temperature electricity supply experiment about AlGaN / GaN * HEMT by a comparative example and 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例1によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 1 of the first embodiment. FIG. 第1の実施形態の変形例1によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 1 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例2によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to Modification 2 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例2によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to a second modification of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例3によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to Modification 3 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例3によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 3 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例4によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 4 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例4によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 4 of the first embodiment. 第1の実施形態の変形例3を変形例1と組み合わせたショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a Schottky AlGaN / GaN HEMT in which the third modification of the first embodiment is combined with the first modification. 第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of the MIS type AlGaN / GaN * HEMT by 2nd Embodiment. 第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a MIS type AlGaN / GaN HEMT according to a second embodiment. 第2の実施形態の諸変形例によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an MIS type AlGaN / GaN HEMT according to various modifications of the second embodiment. 第3の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the high frequency amplifier by 3rd Embodiment.

以下、諸実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の諸実施形態では、化合物半導体装置として、GaNを電子走行層とし、AlGaNを電子供給層として用いたいわゆるAlGaN/GaN・HEMTを開示し、その構成について製造方法と共に説明する。なお、以下の図面において、図示の便宜上、相対的に正確な大きさ及び厚みに示していない構成部材がある。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, a so-called AlGaN / GaN HEMT using GaN as an electron transit layer and AlGaN as an electron supply layer is disclosed as a compound semiconductor device, and the configuration thereof will be described together with a manufacturing method. In the following drawings, there are constituent members that are not shown in a relatively accurate size and thickness for convenience of illustration.

(第1の実施形態)
本実施形態では、ショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図1〜図3は、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
(First embodiment)
In the present embodiment, a Schottky type AlGaN / GaN HEMT is disclosed.
1 to 3 are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to the first embodiment in the order of steps.

先ず、図1(a)に示すように、成長用基板として例えば半絶縁性のSiC基板1上に、化合物半導体層2を形成する。化合物半導体層2は、バッファ層2a、電子走行層2b、電子供給層2c、及び表面層2dを有して構成される。AlGaN/GaN・HEMTでは、電子走行層2bの電子供給層2cとの界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が生成される。   First, as shown in FIG. 1A, a compound semiconductor layer 2 is formed on, for example, a semi-insulating SiC substrate 1 as a growth substrate. The compound semiconductor layer 2 includes a buffer layer 2a, an electron transit layer 2b, an electron supply layer 2c, and a surface layer 2d. In the AlGaN / GaN.HEMT, a two-dimensional electron gas (2DEG) is generated near the interface between the electron transit layer 2b and the electron supply layer 2c.

詳細には、SiC基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法の代わりに、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等を用いても良い。   More specifically, the following compound semiconductors are grown on the SiC substrate 1 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Instead of the MOVPE method, a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like may be used.

SiC基板1上に、AlN、GaN、AlGaN、及びGaNを順次堆積し、バッファ層2a、電子走行層2b、電子供給層2c、及び表面層2dを積層形成する。AlN、GaN、AlGaN、及びGaNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、トリメチルガリウムガス、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるトリメチルアルミニウムガス、Ga源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。   On the SiC substrate 1, AlN, GaN, AlGaN, and GaN are sequentially deposited to form a buffer layer 2a, an electron transit layer 2b, an electron supply layer 2c, and a surface layer 2d. As growth conditions for AlN, GaN, AlGaN, and GaN, a mixed gas of trimethylaluminum gas, trimethylgallium gas, and ammonia gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of trimethylaluminum gas as an Al source and trimethylgallium gas as a Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of ammonia gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C.

GaN、AlGaNをn型として成長する際には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaN及びAlGaNにSiをドーピングする。Siのドーピング濃度は、1×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とする。
ここで、バッファ層2aは膜厚0.1μm程度、電子走行層2bは膜厚2μm程度、電子供給層2bは膜厚30nm程度で例えばAl比率0.2〜0.3程度、表面層5は膜厚10nm程度に形成する。
When growing GaN and AlGaN as n-type, for example, SiH 4 gas containing Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and Si is doped into GaN and AlGaN. The doping concentration of Si is about 1 × 10 18 / cm 3 to about 1 × 10 20 / cm 3 , for example, about 5 × 10 18 / cm 3 .
Here, the buffer layer 2a has a film thickness of about 0.1 μm, the electron transit layer 2b has a film thickness of about 2 μm, the electron supply layer 2b has a film thickness of about 30 nm, for example, an Al ratio of about 0.2 to 0.3, and the surface layer 5 has The film is formed to a thickness of about 10 nm.

続いて、図1(b)に示すように、素子分離構造3を形成する。
詳細には、化合物半導体層2の素子分離領域に例えばアルゴン(Ar)を注入する。これにより、化合物半導体層2及びSiC基板1の表層部分に素子分離構造3が形成される。素子分離構造3により、化合物半導体層2上で活性領域が画定される。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, an element isolation structure 3 is formed.
Specifically, for example, argon (Ar) is implanted into the element isolation region of the compound semiconductor layer 2. Thereby, the element isolation structure 3 is formed in the surface layers of the compound semiconductor layer 2 and the SiC substrate 1. An active region is defined on the compound semiconductor layer 2 by the element isolation structure 3.

続いて、レジストマスクを形成し、表面層2dの表面におけるソース電極およびドレイン電極形成予定位置の表面層2dを除去する。
レジストマスクを用いて表面層2dをドライエッチングし、表面層2dを除去する。除去の量は、表面層2dを完全に除去してもよいし、電子供給層2cの一部までも除去しても良い。ドライエッチングには、Ar等の不活性ガス及びCl2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用いる。表面層2dのエッチングの深さは表面層2dの膜厚と必ずしも一致する必要はない。
Subsequently, a resist mask is formed, and the surface layer 2d at the position where the source and drain electrodes are to be formed on the surface of the surface layer 2d is removed.
The surface layer 2d is dry-etched using a resist mask to remove the surface layer 2d. Regarding the amount of removal, the surface layer 2d may be completely removed or even a part of the electron supply layer 2c may be removed. For dry etching, an inert gas such as Ar and a chlorine-based gas such as Cl 2 are used as an etching gas. The etching depth of the surface layer 2d does not necessarily match the film thickness of the surface layer 2d.

続いて、図1(c)に示すように、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。
詳細には、電極材料として例えばTi/Alを用いる。電極形成には、蒸着・リフトオフ法に適した庇構造2層レジスト開口を用いる。このレジスト開口をマスクとして、Ti/Alを堆積する。Tiの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、庇構造のレジストマスク及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、SiC基板1を、例えば窒素雰囲気中において550℃程度で熱処理し、残存したTi/Alを電子供給層2c(又は表面層2d上)とオーミックコンタクトさせる。以上により、電子供給層2c上(又は表面層2d上)に、ソース電極4及びドレイン電極5が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1C, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed.
Specifically, for example, Ti / Al is used as the electrode material. For electrode formation, a two-layer resist opening having a saddle structure suitable for vapor deposition / lift-off method is used. Ti / Al is deposited using this resist opening as a mask. The thickness of Ti is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. By the lift-off method, the resist mask having a ridge structure and Ti / Al deposited thereon are removed. Thereafter, the SiC substrate 1 is heat-treated at, for example, about 550 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the remaining Ti / Al is brought into ohmic contact with the electron supply layer 2c (or on the surface layer 2d). Thus, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed on the electron supply layer 2c (or on the surface layer 2d).

続いて、図2(a)に示すように、絶縁膜6を形成する。
詳細には、例えばPECVD法により、ソース電極4上及びドレイン電極5上を含むSiC基板1上の全面を覆うように、例えばSiN膜を膜厚50nm程度に堆積する。これにより、絶縁膜6が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, an insulating film 6 is formed.
Specifically, for example, a SiN film is deposited to a thickness of about 50 nm so as to cover the entire surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 4 and the drain electrode 5 by PECVD, for example. Thereby, the insulating film 6 is formed.

続いて、図2(b)に示すように、絶縁膜6に開口6aを形成する。
詳細には、絶縁膜6上にレジストを塗付する。レジストとしては、電子線レジストである例えば米国マイクロケム社製のポリメチルメタクリレート(PMMA)レジスト等を用いる。電子線描画法により、レジストに例えば80nm長の開口用描画を行い、例えばMIBK/IPA混合液を用いて現像する。これにより、レジストに開口が形成される。このレジストをマスクとして、絶縁膜6をドライエッチングする。このドライエッチングには、SF6をエッチングガスとして用いる。これにより、絶縁膜6に、表面層2dの表面の一部を露出させる例えば100nm幅の開口6aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, an opening 6 a is formed in the insulating film 6.
Specifically, a resist is applied on the insulating film 6. As the resist, an electron beam resist such as a polymethyl methacrylate (PMMA) resist manufactured by Microchem Corporation of the United States is used. For example, 80 nm-long opening drawing is performed on the resist by the electron beam drawing method, and development is performed using, for example, a MIBK / IPA mixed solution. Thereby, an opening is formed in the resist. Using this resist as a mask, the insulating film 6 is dry etched. For this dry etching, SF 6 is used as an etching gas. Thereby, an opening 6a having a width of, for example, 100 nm is formed in the insulating film 6 to expose a part of the surface of the surface layer 2d.

続いて、図2(c)に示すように、保護壁7を形成する。
詳細には、絶縁膜6上に、絶縁膜として、例えばHSQ(Hydrogen silsequioxane)化合物である電子線感光型のSOD(Spin On Dielectric)膜をスピンコーティング法により、例えば100nmの厚みに成膜する。SOD膜に対して、開口6aの開口端からソース電極4側及びドレイン電極5側にそれぞれ例えば10nm程度後退した位置をそれぞれ一端として、例えば100nm幅の各矩形状領域に電子線をドーズする。SOD膜を現像及びキュアする。以上により、SOD膜からなる保護壁7が形成される。保護壁7は、開口6aの開口端からソース電極4側及びドレイン電極5側にそれぞれ例えば10nm程度後退した位置を一端とする、100nm幅の絶縁構造体である。保護壁7間には、絶縁膜6の開口6aと連通する120nm幅の空隙7aが形成される。
Subsequently, a protective wall 7 is formed as shown in FIG.
More specifically, an electron beam photosensitive SOD (Spin On Dielectric) film, which is an HSQ (Hydrogen Silsequioxane) compound, for example, is formed on the insulating film 6 to a thickness of, for example, 100 nm by a spin coating method. With respect to the SOD film, an electron beam is dosed to each rectangular region having a width of 100 nm, for example, with each of the positions retracted about 10 nm from the opening end of the opening 6a toward the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side, respectively. Develop and cure the SOD film. Thus, the protective wall 7 made of the SOD film is formed. The protective wall 7 is an insulating structure having a width of 100 nm, with one end at a position recessed, for example, by about 10 nm from the opening end of the opening 6a toward the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side. Between the protective walls 7, a gap 7 a having a width of 120 nm communicating with the opening 6 a of the insulating film 6 is formed.

なお、保護壁7を100nm幅に形成する場合を例示したが、保護壁7の幅は後述するゲート電極の傘状の上方部分の幅以下とすることが望ましい。保護壁7の幅がゲート電極の傘状の上方部分の幅よりも大きいと、寄生容量が大きくなるという問題がある。従って、保護壁7の幅をゲート電極の傘状の上方部分の幅以下とすることで、寄生容量を増大させることなくデバイス特性の劣化を十分に抑止することができる。   Although the case where the protective wall 7 is formed with a width of 100 nm has been illustrated, the width of the protective wall 7 is preferably equal to or smaller than the width of the umbrella-shaped upper portion of the gate electrode described later. If the width of the protective wall 7 is larger than the width of the umbrella-shaped upper portion of the gate electrode, there is a problem that parasitic capacitance increases. Therefore, by making the width of the protective wall 7 equal to or less than the width of the umbrella-shaped upper portion of the gate electrode, it is possible to sufficiently suppress the deterioration of the device characteristics without increasing the parasitic capacitance.

続いて、図3(a)に示すように、ゲート電極を形成するための3層レジストマスク12を形成する。
SiC基板1上の全面に、下層レジスト21、中間レジスト22、及び上層レジスト23を順次塗布する。下層レジスト21としては、例えばPMMAレジスト(米国マイクロケム社製)を用いる。中間レジスト22としては、例えばポリメチルグルタルイミド(PMGI)レジスト(米国マイクロケム社製)を用いる。上層レジスト23としては、例えば商品名ZEP520−A(日本ゼオン社製)を用いる。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, a three-layer resist mask 12 for forming a gate electrode is formed.
A lower layer resist 21, an intermediate resist 22, and an upper layer resist 23 are sequentially applied on the entire surface of the SiC substrate 1. As the lower layer resist 21, for example, a PMMA resist (manufactured by Microchem Inc., USA) is used. As the intermediate resist 22, for example, a polymethylglutarimide (PMGI) resist (manufactured by Microchem Inc., USA) is used. As the upper resist 23, for example, trade name ZEP520-A (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is used.

上層レジスト23に開口23aを形成する。具体的には、電子線描画法により上層レジスト23に例えば0.8μm長の描画を行い、MEK/MIBK混合液により上層レジスト23を現像する。これにより、上層レジスト23に開口23aが形成される。   Openings 23 a are formed in the upper layer resist 23. Specifically, for example, 0.8 μm length is drawn on the upper resist 23 by the electron beam drawing method, and the upper resist 23 is developed with the MEK / MIBK mixed solution. As a result, an opening 23 a is formed in the upper layer resist 23.

次に、中間レジスト22に開口22aを形成する。具体的には、開口23aの形成された上層レジスト23をマスクとして、TMAHを用いて中間レジスト22を開口23aの開口端から片側0.2μm程度後退した位置までウェットエッチングする。これにより、中間レジスト22に開口23aよりも幅広の開口22aが形成される。上層レジスト23の開口23aは、中間レジスト22の開口22aの存在によって、その開口端が開口22aの開口端よりも内側に突出した庇形状となる。   Next, an opening 22 a is formed in the intermediate resist 22. Specifically, using the upper layer resist 23 in which the opening 23a is formed as a mask, the intermediate resist 22 is wet-etched using TMAH to a position retracted about 0.2 μm on one side from the opening end of the opening 23a. As a result, an opening 22 a wider than the opening 23 a is formed in the intermediate resist 22. Due to the presence of the opening 22a of the intermediate resist 22, the opening 23a of the upper resist 23 has a bowl shape in which the opening end protrudes inward from the opening end of the opening 22a.

次に、下層レジスト21に開口21aを形成する。具体的には、電子線描画法により下層レジスト21を描画する。この描画は、保護壁7間に形成された空隙7aと略同一の幅、ここでは120nm長となるように行う。MEK/MIBK混合液により下層レジスト21を現像する。これにより、下層レジスト21に空隙7aと略同一の幅の開口21aが形成される。開口21aの内壁面には、保護壁7の側面が露出している。
以上により、下層レジスト21、中間レジスト22、及び上層レジスト23が積層されてなり、連通する開口21a,22a,23aを有する3層レジストマスク12が形成される。
Next, an opening 21 a is formed in the lower resist 21. Specifically, the lower layer resist 21 is drawn by an electron beam drawing method. This drawing is performed so as to have substantially the same width as the gap 7 a formed between the protective walls 7, here, 120 nm long. The lower resist 21 is developed with the MEK / MIBK mixed solution. As a result, an opening 21 a having substantially the same width as the gap 7 a is formed in the lower resist 21. The side surface of the protective wall 7 is exposed on the inner wall surface of the opening 21a.
As described above, the lower layer resist 21, the intermediate resist 22, and the upper layer resist 23 are laminated, and the three-layer resist mask 12 having the openings 21a, 22a, and 23a communicating with each other is formed.

続いて、図3(b)に示すように、ゲート電極8を形成する。
詳細には、電極材料として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、絶縁膜6の開口6a内及び開口21a内を電極材料で埋め込み、開口22a内に電極材料が存するように、電極材料を堆積する。電極材料は、上層レジスト23上にも堆積する。電極材料として、Ni/Auの代わりにPt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a gate electrode 8 is formed.
Specifically, for example, Ni / Au is used as the electrode material, and the electrode material is embedded so that the opening 6a and the opening 21a of the insulating film 6 are filled with the electrode material by vapor deposition or the like, and the electrode material exists in the opening 22a. accumulate. The electrode material is also deposited on the upper resist 23. As the electrode material, Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

加温した有機溶剤を用いたリフトオフ法により、3層レジストマスク12及び不要な電極材料、ここでは上層レジスト23上に堆積する電極材料を除去する。以上により、開口6a内と共に空隙7a内を電極材料で埋め込み、保護壁7の上方に突出するように、表面層2d上にオーバーハング形状のゲート電極8が形成される。   The lift-off method using a heated organic solvent removes the three-layer resist mask 12 and unnecessary electrode material, here the electrode material deposited on the upper-layer resist 23. As described above, the overhanging gate electrode 8 is formed on the surface layer 2d so as to fill the gap 7a as well as the opening 6a with the electrode material and protrude above the protective wall 7.

しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極8と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極8を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, various processes such as formation of wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 8 are performed. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film covering the gate electrode 8 is not formed. As described above, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment is formed.

以下、比較例との比較に基づいて、本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの優位性について説明する。
図4は、比較例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。図5は、本実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す概略断面図である。図4では、本実施形態に対応する構成部材について同一の符号を付す。図4及び図5では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。
The superiority of the AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment will be described below based on a comparison with a comparative example.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a Schottky type AlGaN / GaN.HEMT according to a comparative example. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the Schottky type AlGaN / GaN.HEMT according to the present embodiment. In FIG. 4, the same code | symbol is attached | subjected about the structural member corresponding to this embodiment. 4 and 5, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

比較例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTは、図4に示すように、従来のファインゲート構造のゲート電極101を有しており、保護壁7は設けられていない。この場合、ゲート電極101の下端であるゲート電極101と絶縁膜6との接合部位は大気と接触しており、当該接合部位で電界集中が発生した際に、大気構成元素及び水分と反応し易く、デバイス特性が劣化するという問題がある。   As shown in FIG. 4, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to the comparative example has a gate electrode 101 having a conventional fine gate structure, and no protective wall 7 is provided. In this case, the junction part of the gate electrode 101 which is the lower end of the gate electrode 101 and the insulating film 6 is in contact with the atmosphere, and when electric field concentration occurs at the junction part, it easily reacts with atmospheric constituent elements and moisture. There is a problem that device characteristics deteriorate.

これに対して、本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTでは、図5に示すように、ゲート電極8の側面に保護壁7が配置されている。ゲート電極8は、ファインゲート構造の幹状の下方部分8aと、下方部分8aの上端から当該上端よりも幅広に傘状(オーバーハング形状)に拡がる上方部分8bとが一体形成されている。下方部分8aは、下端を含む第1の部分8aaと、第1の部分8aa上の第2の部分8abとを有している。保護壁7は、第1の部分8aaの両側面のみを覆うように形成されている。   On the other hand, in the AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment, the protective wall 7 is disposed on the side surface of the gate electrode 8 as shown in FIG. The gate electrode 8 is integrally formed with a trunk-like lower portion 8a having a fine gate structure and an upper portion 8b extending in an umbrella shape (overhang shape) wider than the upper end of the lower portion 8a. The lower portion 8a has a first portion 8aa including a lower end and a second portion 8ab on the first portion 8aa. The protective wall 7 is formed so as to cover only both side surfaces of the first portion 8aa.

保護壁7は、ゲート電極8の下端であるゲート電極8と絶縁膜6との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。これにより、当該接合部位は大気構成元素及び水分と接触することなく、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   The protective wall 7 covers a joint portion between the gate electrode 8 which is the lower end of the gate electrode 8 and the insulating film 6, and the joint portion is not exposed to the outside. As a result, the junction portion does not come into contact with atmospheric constituent elements and moisture, and deterioration of device characteristics due to electric field concentration is prevented as much as possible.

保護壁7は、下方部分8aの第1の部分8aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極8の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本実施形態では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分8aaの側面のみに保護壁7が配置される。保護壁7は、第2の部分8ab及び上方部分8bには配置されず、第2の部分8abの存する部位である保護壁7と上方部分8bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 7 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 8aa of the lower portion 8a. From the viewpoint of maintaining good high-frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of the dielectric material existing around the gate electrode 8. In the present embodiment, the protective wall 7 is disposed only on the key portion, that is, the side surface of the first portion 8aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 7 is not disposed in the second portion 8ab and the upper portion 8b, and a gap (an interlayer insulating film is formed between the protective wall 7 where the second portion 8ab exists and the upper portion 8b. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

上記の比較例及び本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTについて、高温通電実験を行った。この実験では、160℃でAlGaN/GaN・HEMTにピンチオフ通電し、ゲートリーク電流(Ig)及びピンチオフ電流(Id)の割合(%)の通電時間(分)との関係について調べた。実験結果を図6に示す。   A high-temperature energization experiment was performed on the above-described comparative example and the AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment. In this experiment, AlGaN / GaN HEMT was pinch-off energized at 160 ° C., and the relationship between the gate leak current (Ig) and the ratio (%) of the pinch-off current (Id) to the energization time (min) was examined. The experimental results are shown in FIG.

比較例によるAlGaN/GaN・HEMTでは、図6(b)に示すように、通電開始後の40分間程度で、ゲートリーク電流が増加に転じ、その後は増減を繰り返しながら全体として高いゲートリーク電流が維持された。この結果から、比較例では変動しながらもゲートリーク電流が高いことを明示しており、デバイス特性に劣化が生じることが判る。   In the AlGaN / GaN HEMT according to the comparative example, as shown in FIG. 6B, the gate leakage current started to increase in about 40 minutes after the start of energization, and thereafter the gate leakage current as a whole increased and decreased repeatedly. Maintained. From this result, it is clearly shown that the gate leakage current is high in the comparative example, but the device characteristics are deteriorated.

これに対して本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTでは、図6(a)に示すように、ゲートリーク電流は通電時間に対して略単調に減少しており、ゲートリーク電流の増加傾向は見られなかった。この結果から、本実施形態ではゲートリーク電流が低いことを明示しており、デバイス特性の劣化がなく高い信頼性が得られることが判る。   On the other hand, in the AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment, as shown in FIG. 6A, the gate leakage current decreases substantially monotonously with the energization time, and the increase tendency of the gate leakage current is not observed. I couldn't. From this result, it is clearly shown that the gate leakage current is low in this embodiment, and it can be seen that high reliability can be obtained without deterioration of device characteristics.

以上説明したように、本実施形態によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極8の微細化を図るも、ゲート電極8の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present embodiment, the fine gate structure is adopted to reduce the size of the gate electrode 8, but the fluctuation and deterioration of device characteristics due to electric field concentration around the gate electrode 8 can be prevented, A highly reliable Schottky type AlGaN / GaN HEMT is realized.

[変形例]
以下、本実施形態の諸変形例について説明する。これらの変形例では、第1の実施形態と同様にショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。各変形例において、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの構成部材等と同一のものについては同符号を付す。
[Modification]
Hereinafter, various modifications of the present embodiment will be described. In these modified examples, a Schottky type AlGaN / GaN HEMT is disclosed as in the first embodiment. In each modified example, the same components as those of the AlGaN / GaN HEMT according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

(変形例1)
本例では、ゲート電極の形状が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図7は、第1の実施形態の変形例1によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 1)
This example is different from the first embodiment in that the shape of the gate electrode is different.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 1 of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図2(b)の各工程を実行する。   First, similarly to the first embodiment, each step of FIG. 1A to FIG. 2B is executed.

続いて、図7(a)に示すように、保護壁31を形成する。本例では、絶縁膜6の開口6aの開口端からの距離が、ソース電極4側よりもドレイン電極5側の方が大きくなるように保護壁31が形成される。
詳細には、絶縁膜6上に、絶縁膜として、例えばHSQ化合物である電子線感光型のSOD膜をスピンコーティング法により、例えば100nmの厚みに成膜する。SOD膜に対して電子線をドーズする。このドーズは、ソース電極4側では開口6aの一方の開口端から例えば10nm程度後退した位置を一端とし、ドレイン電極5側では開口6aの他方の開口端から例えば100nm程度後退した位置を一端として、例えば100nm幅の各矩形状領域に行われる。その後、SOD膜を現像及びキュアする。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a protective wall 31 is formed. In this example, the protective wall 31 is formed so that the distance from the opening end of the opening 6a of the insulating film 6 is larger on the drain electrode 5 side than on the source electrode 4 side.
Specifically, an electron beam photosensitive SOD film, which is an HSQ compound, for example, is formed as an insulating film on the insulating film 6 by a spin coating method to a thickness of, for example, 100 nm. An electron beam is dosed to the SOD film. This dose is one end at a position retracted by about 10 nm from one opening end of the opening 6a on the source electrode 4 side, and one end by a position retracted by about 100 nm from the other opening end of the opening 6a on the drain electrode 5 side. For example, it is performed on each rectangular region having a width of 100 nm. Thereafter, the SOD film is developed and cured.

以上により、SOD膜からなる絶縁構造体である保護壁31が形成される。保護壁31は、ソース電極4側では、開口6aの開口端から10nm程度後退した位置を一端として100nm幅に形成される。ドレイン電極5側では、開口6aの開口端から100nm程度後退した位置を一端として100nm幅に形成される。保護壁31間には、絶縁膜6の開口6aを包含する210nm幅の空隙31aが形成される。   Thus, the protective wall 31 that is an insulating structure made of the SOD film is formed. On the source electrode 4 side, the protective wall 31 is formed to have a width of 100 nm with a position retreated about 10 nm from the opening end of the opening 6a as one end. On the drain electrode 5 side, the opening 6a is formed to have a width of 100 nm with a position retreated about 100 nm from the opening end as one end. A gap 31a having a width of 210 nm including the opening 6a of the insulating film 6 is formed between the protective walls 31.

続いて、第1の実施形態の図3(a)と同様に、ゲート電極を形成するための3層レジストマスク12を形成する。   Subsequently, similarly to FIG. 3A of the first embodiment, a three-layer resist mask 12 for forming a gate electrode is formed.

続いて、図7(b)に示すように、ゲート電極32を形成する。
詳細には、電極材料として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、絶縁膜の開口6a内及び開口21a内を電極材料で埋め込み、開口22a内に電極材料が存するように、電極材料を堆積する。電極材料は、上層レジスト23上にも堆積する。電極材料として、Ni/Auの代わりにPt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a gate electrode 32 is formed.
Specifically, Ni / Au, for example, is used as the electrode material, and the electrode material is deposited so that the opening 6a and the opening 21a of the insulating film are filled with the electrode material by vapor deposition or the like, and the electrode material exists in the opening 22a. To do. The electrode material is also deposited on the upper resist 23. As the electrode material, Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

加温した有機溶剤を用いたリフトオフ法により、3層レジストマスク12及び不要な電極材料、ここでは上層レジスト23上に堆積する電極材料を除去する。以上により、開口6a内と共に空隙31a内を電極材料で埋め込み、保護壁31の上方に突出するように、表面層2d上にオーバーハング形状のゲート電極32が形成される。   The lift-off method using a heated organic solvent removes the three-layer resist mask 12 and unnecessary electrode material, here the electrode material deposited on the upper-layer resist 23. As described above, the overhanging gate electrode 32 is formed on the surface layer 2d so as to fill the gap 31a as well as the opening 6a with the electrode material and protrude above the protective wall 31.

しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極32と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極32を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, various processes such as formation of wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 32 are performed. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film covering the gate electrode 32 is not formed. As described above, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example is formed.

図8に、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。図8では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。   FIG. 8 shows a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example. In FIG. 8, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

このAlGaN/GaN・HEMTでは、ゲート電極32の側面に保護壁31が配置されている。ゲート電極32は、ファインゲート構造の幹状の下方部分32aと、下方部分32aの上端から当該上端よりも幅広に傘状(オーバーハング形状)に拡がる上方部分32bとが一体形成されている。下方部分32aは、下端を含む第1の部分32aaと、第1の部分32aa上の第2の部分32abとを有している。第1の部分32aaは、開口6aを埋め込み絶縁膜6上に乗り上げるように形成されており、ドレイン電極5側の乗り上げ幅W1の方がソース電極4側の乗り上げ幅W2よりも大きい。本例では、乗り上げ幅W1が100nm程度、乗り上げ幅W2が10nm程度とされる。保護壁31は、第1の部分32aaの両側面のみを覆うように形成されている。   In this AlGaN / GaN HEMT, a protective wall 31 is disposed on the side surface of the gate electrode 32. The gate electrode 32 is integrally formed with a trunk-like lower portion 32a having a fine gate structure and an upper portion 32b extending from the upper end of the lower portion 32a to an umbrella shape (overhang shape) wider than the upper end. The lower portion 32a has a first portion 32aa including a lower end, and a second portion 32ab on the first portion 32aa. The first portion 32aa is formed so as to run over the opening 6a on the buried insulating film 6, and the running width W1 on the drain electrode 5 side is larger than the running width W2 on the source electrode 4 side. In this example, the riding width W1 is about 100 nm and the riding width W2 is about 10 nm. The protective wall 31 is formed so as to cover only both side surfaces of the first portion 32aa.

本例の保護壁31は、ゲート電極32の下端であるゲート電極32と絶縁膜6との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。保護壁31は、ドレイン電極5側の乗り上げ幅W1の方がソース電極4側の乗り上げ幅W2よりも大きく形成されている。HEMTのゲート電極の近傍における電界集中は、特にドレイン電極で発生する。本例では、ゲート電極32のドレイン電極5側の乗り上げ幅W1が大きく、従ってゲート電極32と絶縁膜6との接合部位から保護壁31の露出面までの距離も大きくなる。これにより、当該接合部位の大気構成元素及び水分との接触がより確実に抑止され、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   The protective wall 31 in this example covers a joint portion between the gate electrode 32 which is the lower end of the gate electrode 32 and the insulating film 6, and the joint portion is not exposed to the outside. The protection wall 31 is formed such that the run width W1 on the drain electrode 5 side is larger than the run width W2 on the source electrode 4 side. Electric field concentration in the vicinity of the HEMT gate electrode occurs particularly at the drain electrode. In this example, the running width W1 of the gate electrode 32 on the drain electrode 5 side is large, and therefore the distance from the junction between the gate electrode 32 and the insulating film 6 to the exposed surface of the protective wall 31 is also large. Thereby, the contact with the atmospheric constituent elements and moisture at the bonding portion is more reliably suppressed, and deterioration of device characteristics due to electric field concentration is prevented as much as possible.

保護壁31は、下方部分32aの第1の部分32aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極32の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本実施形態では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分32aaの側面のみに保護壁31が配置される。保護壁31は、第2の部分32ab及び上方部分32bには配置されず、第2の部分32abの存する部位である保護壁31と上方部分32bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 31 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 32aa of the lower portion 32a. From the viewpoint of maintaining good high frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of the dielectric material existing around the gate electrode 32. In the present embodiment, the protective wall 31 is disposed only on the key portion, that is, the side surface of the first portion 32aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 31 is not disposed in the second portion 32ab and the upper portion 32b, and a gap (interlayer insulating film is formed between the protective wall 31 and the upper portion 32b, which are portions where the second portion 32ab exists. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

以上説明したように、本例によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極32の微細化を図るも、ゲート電極32の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present example, the fine gate structure is employed to reduce the size of the gate electrode 32, but the device characteristics are prevented from changing and deteriorating due to the electric field concentration around the gate electrode 32, and thus reliable. A highly Schottky AlGaN / GaN HEMT is realized.

(変形例2)
本例では、保護壁の形状が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図9は、第1の実施形態の変形例2によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 2)
This example is different from the first embodiment in that the shape of the protective wall is different.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to the second modification of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図2(b)の各工程を実行する。   First, similarly to the first embodiment, each step of FIG. 1A to FIG. 2B is executed.

続いて、図9(a)に示すように、保護壁33を形成する。本例では、ソース電極4側よりもドレイン電極5側の方が幅広となるように保護壁33が形成される。
詳細には、絶縁膜6上に、絶縁膜として、例えばHSQ化合物である電子線感光型のSOD膜をスピンコーティング法により、例えば100nmの厚みに成膜する。SOD膜に対して、開口6aの開口端からソース電極4側及びドレイン電極5側にそれぞれ例えば10nm程度後退した位置をそれぞれ一端として、各矩形状領域に電子線をドーズする。ソース電極4側の矩形状領域は例えば100nm幅、ドレイン電極5側の矩形状領域はソース電極4側よりも幅広に例えば200nm幅とされる。SOD膜を現像及びキュアする。以上により、SOD膜からなる絶縁構造体である保護壁33が形成される。保護壁33は、開口6aの開口端からソース電極4側及びドレイン電極5側にそれぞれ例えば10nm程度後退した位置を一端し、ソース電極4側では100nm幅、ドレイン電極5側では200nm幅に形成される。保護壁33間には、絶縁膜6の開口6aを包含する120nm幅の空隙33aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, a protective wall 33 is formed. In this example, the protective wall 33 is formed so that the drain electrode 5 side is wider than the source electrode 4 side.
Specifically, an electron beam photosensitive SOD film, which is an HSQ compound, for example, is formed as an insulating film on the insulating film 6 by a spin coating method to a thickness of, for example, 100 nm. With respect to the SOD film, an electron beam is dosed to each rectangular region, with each of the positions retracted, for example, by about 10 nm from the opening end of the opening 6a toward the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side. The rectangular region on the source electrode 4 side is, for example, 100 nm wide, and the rectangular region on the drain electrode 5 side is, for example, 200 nm wider than the source electrode 4 side. Develop and cure the SOD film. Thus, the protective wall 33 that is an insulating structure made of the SOD film is formed. The protective wall 33 has one end at a position retreated, for example, by about 10 nm from the opening end of the opening 6a to the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side, and is formed to have a width of 100 nm on the source electrode 4 side and a width of 200 nm on the drain electrode 5 side. The Between the protective walls 33, a gap 33a having a width of 120 nm including the opening 6a of the insulating film 6 is formed.

続いて、第1の実施形態の図3(a)と同様に、ゲート電極を形成するための3層レジストマスク12を形成する。   Subsequently, similarly to FIG. 3A of the first embodiment, a three-layer resist mask 12 for forming a gate electrode is formed.

続いて、図9(b)に示すように、ゲート電極34を形成する。
詳細には、電極材料として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、絶縁膜の開口6a内及び開口21a内を電極材料で埋め込み、開口22a内に電極材料が存するように、電極材料を堆積する。電極材料は、上層レジスト23上にも堆積する。電極材料として、Ni/Auの代わりにPt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, a gate electrode 34 is formed.
Specifically, Ni / Au, for example, is used as the electrode material, and the electrode material is deposited so that the opening 6a and the opening 21a of the insulating film are filled with the electrode material by vapor deposition or the like, and the electrode material exists in the opening 22a. To do. The electrode material is also deposited on the upper resist 23. As the electrode material, Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

加温した有機溶剤を用いたリフトオフ法により、3層レジストマスク12及び不要な電極材料、ここでは上層レジスト23上に堆積する電極材料を除去する。以上により、開口6a内と共に空隙33a内を電極材料で埋め込み、保護壁33の上方に突出するように、表面層2d上にオーバーハング形状のゲート電極34が形成される。   The lift-off method using a heated organic solvent removes the three-layer resist mask 12 and unnecessary electrode material, here the electrode material deposited on the upper-layer resist 23. As described above, the overhanging gate electrode 34 is formed on the surface layer 2d so that the gap 33a as well as the opening 6a is filled with the electrode material and protrudes above the protective wall 33.

しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極34と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極34を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, various processes such as formation of wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 34 are performed. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film covering the gate electrode 34 is not formed. As described above, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example is formed.

図10に、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。図10では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。   FIG. 10 shows a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example. In FIG. 10, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

このAlGaN/GaN・HEMTでは、ゲート電極34の側面に保護壁31が配置されている。ゲート電極34は、ファインゲート構造の幹状の下方部分34aと、下方部分34aの上端から当該上端よりも幅広に傘状(オーバーハング形状)に拡がる上方部分34bとが一体形成されている。下方部分34aは、下端を含む第1の部分34aaと、第1の部分34aa上の第2の部分34abとを有している。第1の部分34aaは、開口6aを埋め込み絶縁膜6上に乗り上げるように形成されている。保護壁33は、第1の部分34aaの両側面のみを覆うように形成されている。   In this AlGaN / GaN HEMT, a protective wall 31 is disposed on the side surface of the gate electrode 34. The gate electrode 34 is integrally formed with a trunk-like lower part 34a having a fine gate structure and an upper part 34b extending from the upper end of the lower part 34a to an umbrella shape (overhang shape) wider than the upper end. The lower portion 34a has a first portion 34aa including a lower end, and a second portion 34ab on the first portion 34aa. The first portion 34aa is formed so as to run over the opening 6a on the insulating film 6. The protective wall 33 is formed so as to cover only both side surfaces of the first portion 34aa.

保護壁33は、ゲート電極34の下端であるゲート電極34と絶縁膜6との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。本例の保護壁33は、ドレイン電極5側の方がソース電極4側よりも幅広に形成されている。ここでは、前者が200nm程度の幅、後者が100nm程度の幅とされている。HEMTのゲート電極の近傍における電界集中は、特にドレイン電極で発生する。本例では、保護壁33のドレイン電極5側の幅が大きく、従ってゲート電極34と絶縁膜6との接合部位から保護壁33の露出面までの距離も大きくなる。これにより、当該接合部位の大気構成元素及び水分との接触がより確実に抑止され、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   The protective wall 33 covers a joint portion between the gate electrode 34, which is the lower end of the gate electrode 34, and the insulating film 6, and the joint portion is not exposed to the outside. The protective wall 33 in this example is formed wider on the drain electrode 5 side than on the source electrode 4 side. Here, the former has a width of about 200 nm, and the latter has a width of about 100 nm. Electric field concentration in the vicinity of the HEMT gate electrode occurs particularly at the drain electrode. In this example, the width of the protective wall 33 on the drain electrode 5 side is large, and thus the distance from the junction between the gate electrode 34 and the insulating film 6 to the exposed surface of the protective wall 33 is also large. Thereby, the contact with the atmospheric constituent elements and moisture at the bonding portion is more reliably suppressed, and deterioration of device characteristics due to electric field concentration is prevented as much as possible.

保護壁33は、下方部分34aの第1の部分34aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極34の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本実施形態では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分34aaの側面のみに保護壁33が配置される。保護壁33は、第2の部分34ab及び上方部分34bには配置されず、第2の部分34abの存する部位である保護壁33と上方部分34bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 33 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 34aa of the lower portion 34a. From the viewpoint of maintaining good high-frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of dielectric material existing around the gate electrode 34. In the present embodiment, the protective wall 33 is disposed only on the key portion, that is, the side surface of the first portion 34aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 33 is not disposed in the second portion 34ab and the upper portion 34b, and a gap (an interlayer insulating film is formed between the protective wall 33 and the upper portion 34b where the second portion 34ab exists. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

以上説明したように、本例によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極34の微細化を図るも、ゲート電極34の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to this example, the fine gate structure is employed to reduce the size of the gate electrode 34, but the device characteristics can be prevented from changing and deteriorating due to electric field concentration around the gate electrode 34, and thus reliable. A highly Schottky AlGaN / GaN HEMT is realized.

(変形例3)
本例では、ゲート電極の形状が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図11は、第1の実施形態の変形例3によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 3)
This example is different from the first embodiment in that the shape of the gate electrode is different.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a Schottky AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to Modification 3 of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図2(c)の各工程を実行する。絶縁膜6上に保護壁7が形成される。   First, similarly to the first embodiment, each step of FIGS. 1A to 2C is executed. A protective wall 7 is formed on the insulating film 6.

続いて、図11(a)に示すように、ゲート電極を形成するための3層レジストマスク35を形成する。
第1の実施形態と同様に、化合物半導体基板2上の全面に、下層レジスト21、中間レジスト22、及び上層レジスト23を順次塗布する。上層レジスト23には開口23aを、中間レジスト22には開口22aを、順次形成する。上層レジスト23の開口23aは、中間レジスト22の開口22aの存在によって、その開口端が開口22aの開口端よりも内側に突出した庇形状となる。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, a three-layer resist mask 35 for forming a gate electrode is formed.
Similar to the first embodiment, a lower layer resist 21, an intermediate resist 22, and an upper layer resist 23 are sequentially applied to the entire surface of the compound semiconductor substrate 2. An opening 23 a is formed in the upper resist 23 and an opening 22 a is formed in the intermediate resist 22 sequentially. Due to the presence of the opening 22a of the intermediate resist 22, the opening 23a of the upper resist 23 has a bowl shape in which the opening end protrudes inward from the opening end of the opening 22a.

次に、下層レジスト21に開口21bを形成する。具体的には、電子線描画法により下層レジスト21を描画する。この描画は、保護壁7間に形成された空隙7a(120nm幅)よりも幅広に、ここでは220nm長となるように行う。MEK/MIBK混合液により下層レジスト21を現像する。これにより、下層レジスト21に空隙7aよりも幅広の開口21bが形成される。開口21bの内壁面は、保護壁7のソース電極4側及びドレイン電極5側の対向する側面から50nm程度ずつ後退した箇所に位置する。従って、開口21aの内壁面では、保護壁7の側面が50nm程度ずつ内方へ突出して露出する。
以上により、下層レジスト21、中間レジスト22、及び上層レジスト23が積層されてなり、連通する開口21b,22a,23aを有する3層レジストマスク35が形成される。
Next, an opening 21 b is formed in the lower layer resist 21. Specifically, the lower layer resist 21 is drawn by an electron beam drawing method. This drawing is performed so as to be wider than the gap 7a (120 nm width) formed between the protective walls 7 and 220 nm in this case. The lower resist 21 is developed with the MEK / MIBK mixed solution. As a result, an opening 21b wider than the gap 7a is formed in the lower resist 21. The inner wall surface of the opening 21b is located at a location retreated by about 50 nm from the opposing side surfaces of the protective wall 7 on the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side. Therefore, on the inner wall surface of the opening 21a, the side surface of the protective wall 7 protrudes inward by about 50 nm and is exposed.
As described above, the lower layer resist 21, the intermediate resist 22, and the upper layer resist 23 are laminated to form a three-layer resist mask 35 having openings 21b, 22a, and 23a that communicate with each other.

続いて、図11(b)に示すように、ゲート電極36を形成する。
詳細には、電極材料として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、絶縁膜の開口6a内及び開口21b内を電極材料で埋め込み、開口22b内に電極材料が存するように、電極材料を堆積する。電極材料は、上層レジスト23上にも堆積する。電極材料として、Ni/Auの代わりにPt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, a gate electrode 36 is formed.
Specifically, for example, Ni / Au is used as the electrode material, and the electrode material is deposited so that the electrode material is embedded in the opening 22b by filling the opening 6a and the opening 21b of the insulating film by an evaporation method or the like. To do. The electrode material is also deposited on the upper resist 23. As the electrode material, Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

加温した有機溶剤を用いたリフトオフ法により、3層レジストマスク35及び不要な電極材料、ここでは上層レジスト23上に堆積する電極材料を除去する。以上により、開口6a内と共に空隙7a内を電極材料で埋め込み、保護壁7の上方に突出するように、表面層2d上にオーバーハング形状のゲート電極36が形成される。   By the lift-off method using a heated organic solvent, the three-layer resist mask 35 and unnecessary electrode material, here, the electrode material deposited on the upper-layer resist 23 are removed. As described above, the overhanging gate electrode 36 is formed on the surface layer 2d so that the gap 7a as well as the opening 6a is filled with the electrode material and protrudes above the protective wall 7.

しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極36と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極36を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, various processes such as formation of wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 36 are performed. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film covering the gate electrode 36 is not formed. As described above, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example is formed.

図12に、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。図12では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。   FIG. 12 shows a Schottky type AlGaN / GaN.HEMT according to this example. In FIG. 12, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

このAlGaN/GaN・HEMTでは、ゲート電極36の側面に保護壁7が配置されている。ゲート電極36は、ファインゲート構造の幹状の下方部分36aと、下方部分36aの上端から当該上端よりも幅広に傘状(オーバーハング形状)に拡がる上方部分36bとが一体形成されている。下方部分36aは、下端を含む第1の部分36aaと、第1の部分36aa上の第2の部分36abとを有している。第1の部分36aaと第2の部分36abとの境界には、第2の部分36abが第1の部分36aaよりも幅広、ここでは左右それぞれに50nm程度幅広の段差が形成されている。即ち、第2の部分36abは、保護壁7上に乗り上げ幅が50nm程度で乗り上げるように形成されている。保護壁7は、第1の部分36aaの両側面のみを覆うように形成されている。   In this AlGaN / GaN HEMT, the protective wall 7 is disposed on the side surface of the gate electrode 36. The gate electrode 36 is integrally formed with a trunk-like lower part 36a having a fine gate structure and an upper part 36b extending from the upper end of the lower part 36a to an umbrella shape (overhang shape) wider than the upper end. The lower portion 36a has a first portion 36aa including a lower end, and a second portion 36ab on the first portion 36aa. At the boundary between the first portion 36aa and the second portion 36ab, the second portion 36ab is wider than the first portion 36aa, and here, a step having a width of about 50 nm is formed on each of the left and right sides. That is, the second portion 36ab is formed on the protective wall 7 so as to run on the riding width of about 50 nm. The protective wall 7 is formed so as to cover only both side surfaces of the first portion 36aa.

保護壁31は、ゲート電極36の下端であるゲート電極36と絶縁膜6との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。本例では、第1の部分36aaと第2の部分36abとの境界に段差が形成されており、言わば形状的変曲点が増加している。これにより、大気構成元素及び水分の当該接合部位への浸入による、ゲート電極36の多層金属構造及び半導体結晶の化学的・物理的変化がより確実に抑止され、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   The protective wall 31 covers a joint portion between the gate electrode 36, which is the lower end of the gate electrode 36, and the insulating film 6, and the joint portion is not exposed to the outside. In this example, a step is formed at the boundary between the first portion 36aa and the second portion 36ab, so to speak, the shape inflection point is increased. As a result, chemical and physical changes in the multilayer metal structure of the gate electrode 36 and the semiconductor crystal due to the penetration of atmospheric constituent elements and moisture into the junction are more reliably suppressed, and device characteristics are deteriorated due to electric field concentration. Is prevented as much as possible.

保護壁7は、下方部分36aの第1の部分36aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極36の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本実施形態では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分36aaの側面のみに保護壁7が配置される。保護壁7は、第2の部分36ab及び上方部分36bには配置されず、第2の部分36abの存する部位である保護壁7と上方部分36bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 7 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 36aa of the lower portion 36a. From the viewpoint of maintaining good high-frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of dielectric material existing around the gate electrode 36. In the present embodiment, the protective wall 7 is disposed only on the key portion, that is, the side surface of the first portion 36aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 7 is not disposed in the second portion 36ab and the upper portion 36b, and a gap (an interlayer insulating film is formed between the protective wall 7 where the second portion 36ab exists and the upper portion 36b. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

以上説明したように、本例によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極36の微細化を図るも、ゲート電極36の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present example, the fine gate structure is adopted to reduce the size of the gate electrode 36, but the device characteristics are prevented from changing and deteriorating due to the electric field concentration around the gate electrode 36, and thus reliable. A highly Schottky AlGaN / GaN HEMT is realized.

(変形例4)
本例では、化合物半導体層の表面を覆う絶縁膜の形状が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図13は、第1の実施形態の変形例4によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 4)
This example is different from the first embodiment in that the shape of the insulating film covering the surface of the compound semiconductor layer is different.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Schottky AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 4 of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図1(c)の各工程を実行する。   First, similarly to the first embodiment, each step of FIG. 1A to FIG. 1C is executed.

続いて、図13(a)に示すように、絶縁膜37を形成する。
詳細には、例えばPECVD法により、ソース電極4上及びドレイン電極5上を含むSiC基板1上の全面を覆うように、例えばSiN膜を膜厚50nm程度に堆積する。これにより、絶縁膜37が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, an insulating film 37 is formed.
Specifically, for example, a SiN film is deposited to a thickness of about 50 nm so as to cover the entire surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 4 and the drain electrode 5 by PECVD, for example. Thereby, the insulating film 37 is formed.

続いて、図13(b)に示すように、絶縁膜37をパターニングする。
詳細には、絶縁膜37上にレジストを塗付する。リソグラフィーによりレジストを加工し、絶縁膜37の表面を、ソース電極4上及びドレイン電極5上を露出し、ゲート電極の形成予定部位を含む1μm程度の幅で覆うレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、絶縁膜37をドライエッチングする。これにより、化合物半導体層2の表面層2dの表面でゲート電極の形成予定部位を含む1μm程度の幅に絶縁膜37を残存させる。
Subsequently, as shown in FIG. 13B, the insulating film 37 is patterned.
Specifically, a resist is applied on the insulating film 37. A resist is processed by lithography to form a resist mask that exposes the surface of the insulating film 37 on the source electrode 4 and the drain electrode 5 and covers the surface of the insulating film 37 with a width of about 1 μm including a portion where the gate electrode is to be formed. Using this resist mask, the insulating film 37 is dry etched. As a result, the insulating film 37 is left in a width of about 1 μm including the portion where the gate electrode is to be formed on the surface of the surface layer 2 d of the compound semiconductor layer 2.

続いて、図13(c)に示すように、絶縁膜37に開口37aを形成する。
詳細には、絶縁膜37上にレジストを塗付する。レジストとしては、電子線レジストである例えば米国マイクロケム社製のポリメチルメタクリレート(PMMA)レジスト等を用いる。電子線描画法により、レジストに例えば80nm長の開口用描画を行い、例えばMIBK/IPA混合液を用いて現像する。これにより、レジストに開口が形成される。このレジストをマスクとして、絶縁膜37をドライエッチングする。このドライエッチングには、SF6をエッチングガスとして用いる。これにより、絶縁膜37に、表面層2dの表面の一部を露出させる例えば100nm幅の開口37aが形成される。
Subsequently, as illustrated in FIG. 13C, an opening 37 a is formed in the insulating film 37.
Specifically, a resist is applied on the insulating film 37. As the resist, an electron beam resist such as a polymethyl methacrylate (PMMA) resist manufactured by Microchem Corporation of the United States is used. For example, 80 nm-long opening drawing is performed on the resist by the electron beam drawing method, and development is performed using, for example, a MIBK / IPA mixed solution. Thereby, an opening is formed in the resist. Using this resist as a mask, the insulating film 37 is dry etched. For this dry etching, SF 6 is used as an etching gas. Thereby, an opening 37a having a width of, for example, 100 nm is formed in the insulating film 37 to expose a part of the surface of the surface layer 2d.

しかる後、第1の実施形態と同様に、図2(d)〜図3(b)の各工程を実行し、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極8と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極8を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, as in the first embodiment, each step of FIG. 2D to FIG. 3B is executed to form wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 8. Perform various steps. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film covering the gate electrode 8 is not formed. As described above, the Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example is formed.

図14に、本例によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。図14では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。   FIG. 14 shows a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to this example. In FIG. 14, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

このAlGaN/GaN・HEMTでは、保護壁7は、ゲート電極8の下端であるゲート電極8と絶縁膜37との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。これにより、当該接合部位は大気構成元素及び水分と接触することなく、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   In this AlGaN / GaN.HEMT, the protective wall 7 covers the junction between the gate electrode 8 which is the lower end of the gate electrode 8 and the insulating film 37, and the junction is not exposed to the outside. As a result, the junction portion does not come into contact with atmospheric constituent elements and moisture, and deterioration of device characteristics due to electric field concentration is prevented as much as possible.

保護壁7は、下方部分8aの第1の部分8aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極8の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本例では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分8aaの側面のみに保護壁7が配置される。保護壁7は、第2の部分8ab及び上方部分8bには配置されず、第2の部分8abの存する部位である保護壁7と上方部分8bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 7 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 8aa of the lower portion 8a. From the viewpoint of maintaining good high-frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of the dielectric material existing around the gate electrode 8. In this example, the protective wall 7 is disposed only at a key portion, that is, the side surface of the first portion 8aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 7 is not disposed in the second portion 8ab and the upper portion 8b, and a gap (an interlayer insulating film is formed between the protective wall 7 where the second portion 8ab exists and the upper portion 8b. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

更に、本例によるAlGaN/GaN・HEMTでは、絶縁膜37は、ソース電極4及びドレイン電極5を露出し、化合物半導体層2上でゲート電極8の下端及び保護壁7の下面を覆い、上方部分8bの下方に包含される領域内のみに存する。HEMTにおいては、高周波特性を向上させる観点から、化合物半導体層上の誘電体量を最小限にする必要がある。また、絶縁膜の形成方法によっては、ゲート電極の直近以外に存する絶縁膜の部分がシート抵抗(ソース抵抗)を増大させる原因になる場合もある。本例では、ゲート長を規定する絶縁膜37をゲート電極8の直近にのみ配置する。これにより、AlGaN/GaN・HEMTの高周波特性及び出力特性の大幅な改善が可能となる。   Further, in the AlGaN / GaN HEMT according to this example, the insulating film 37 exposes the source electrode 4 and the drain electrode 5, covers the lower end of the gate electrode 8 and the lower surface of the protective wall 7 on the compound semiconductor layer 2, and It exists only in the region included below 8b. In the HEMT, it is necessary to minimize the amount of dielectric on the compound semiconductor layer from the viewpoint of improving high-frequency characteristics. In addition, depending on the method of forming the insulating film, the portion of the insulating film other than the immediate vicinity of the gate electrode may cause the sheet resistance (source resistance) to increase. In this example, the insulating film 37 that defines the gate length is disposed only in the immediate vicinity of the gate electrode 8. Thereby, the high frequency characteristic and output characteristic of AlGaN / GaN.HEMT can be greatly improved.

以上説明したように、本例によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極8の微細化を図るも、ゲート電極8の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to this example, the fine gate structure is adopted to reduce the size of the gate electrode 8, but the device characteristics are prevented from changing and deteriorating due to the electric field concentration around the gate electrode 8, thereby being reliable. A highly Schottky AlGaN / GaN HEMT is realized.

なお、上記した変形例1〜4において、そのうちの任意の2例、任意の3例、又は4例全てを組み合わせ、組み合わされた各変形例の特徴を備えたAlGaN/GaN・HEMTを実現するようにしても良い。   In addition, in the above-described modified examples 1 to 4, any two, any three, or all four examples are combined, and an AlGaN / GaN HEMT having the characteristics of the combined modified examples is realized. Anyway.

一例として、変形例3を変形例1と組み合わせた場合について説明する。
図15に示すように、ゲート電極36では、下方部分36aの第1の部分36aaと第2の部分36abとの境界には、第2の部分36abが第1の部分36aaよりも幅広の段差が形成されている。即ち、第2の部分36abは、保護壁31上に乗り上げ幅が例えば50nm程度で乗り上げるように形成されている。更に、ゲート電極36では、下方部分36aの第1の部分36aaのドレイン電極5側の乗り上げ幅W1がソース電極4側の乗り上げ幅W2よりも大きい。この構成により、電界集中に起因するデバイス特性の劣化がより確実に防止される。
As an example, the case where the modification 3 is combined with the modification 1 will be described.
As shown in FIG. 15, in the gate electrode 36, the second portion 36 ab is wider than the first portion 36 aa at the boundary between the first portion 36 aa and the second portion 36 ab of the lower portion 36 a. Is formed. That is, the second portion 36ab is formed on the protective wall 31 so as to run on the protection wall 31 with a width of about 50 nm, for example. Further, in the gate electrode 36, the rising width W1 on the drain electrode 5 side of the first portion 36aa of the lower part 36a is larger than the rising width W2 on the source electrode 4 side. With this configuration, deterioration of device characteristics due to electric field concentration is more reliably prevented.

(第2の実施形態)
本実施形態では、MIS型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図16は、第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an MIS type AlGaN / GaN HEMT is disclosed.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing an MIS type AlGaN / GaN HEMT according to the second embodiment.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図1(c)の各工程を実行する。   First, similarly to the first embodiment, each step of FIG. 1A to FIG. 1C is executed.

続いて、図16(a)に示すように、絶縁膜6を形成する。
詳細には、例えばスパッタ法により、ソース電極4上及びドレイン電極5上を含むSiC基板1上の全面を覆うように、例えばAl23膜を堆積する。これにより、絶縁膜41が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 16A, an insulating film 6 is formed.
Specifically, for example, an Al 2 O 3 film is deposited by sputtering, for example, so as to cover the entire surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 4 and the drain electrode 5. Thereby, the insulating film 41 is formed.

続いて、図16(b)に示すように、保護壁7を形成する。
詳細には、絶縁膜41上に、絶縁膜として、例えばHSQ化合物である電子線感光型のSOD膜をスピンコーティング法により、例えば100nmの厚みに成膜する。SOD膜に対して、対向辺間の距離が例えば100nm程度となるように、ソース電極4側及びドレイン電極5側にそれぞれ例えば100nm幅の各矩形状領域に電子線をドーズする。SOD膜を現像及びキュアする。以上により、SOD膜からなる保護壁7が形成される。保護壁7は、ソース電極4側の部分とドレイン電極5側の部分とが100nm程度離間する、100nm幅の絶縁構造体である。保護壁7間には、絶縁膜41上で100nm幅の空隙7bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 16B, a protective wall 7 is formed.
Specifically, an electron beam sensitive SOD film, which is an HSQ compound, for example, is formed as an insulating film on the insulating film 41 to a thickness of, for example, 100 nm by a spin coating method. With respect to the SOD film, an electron beam is dosed to each rectangular region having a width of, for example, 100 nm on the source electrode 4 side and the drain electrode 5 side so that the distance between the opposing sides is, for example, about 100 nm. Develop and cure the SOD film. Thus, the protective wall 7 made of the SOD film is formed. The protective wall 7 is an insulating structure having a width of 100 nm in which a portion on the source electrode 4 side and a portion on the drain electrode 5 side are separated by about 100 nm. Between the protective walls 7, a gap 7 b having a width of 100 nm is formed on the insulating film 41.

続いて、第1の実施形態の図3(a)と同様に、ゲート電極を形成するための3層レジストマスク12を形成する。   Subsequently, similarly to FIG. 3A of the first embodiment, a three-layer resist mask 12 for forming a gate electrode is formed.

続いて、図16(c)に示すように、ゲート電極42を形成する。
詳細には、電極材料として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、開口21a内を電極材料で埋め込み、開口22a内に電極材料が存するように、電極材料を堆積する。電極材料は、上層レジスト23上にも堆積する。電極材料として、Ni/Auの代わりにPt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 16C, a gate electrode 42 is formed.
Specifically, for example, Ni / Au is used as the electrode material, and the inside of the opening 21a is filled with the electrode material by vapor deposition or the like, and the electrode material is deposited so that the electrode material exists in the opening 22a. The electrode material is also deposited on the upper resist 23. As the electrode material, Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

加温した有機溶剤を用いたリフトオフ法により、3層レジストマスク12及び不要な電極材料、ここでは上層レジスト23上に堆積する電極材料を除去する。以上により、空隙7b内を電極材料で埋め込み、保護壁7の上方に突出するように、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜41上にオーバーハング形状のゲート電極42が形成される。   The lift-off method using a heated organic solvent removes the three-layer resist mask 12 and unnecessary electrode material, here the electrode material deposited on the upper-layer resist 23. As described above, the overhanging gate electrode 42 is formed on the insulating film 41 functioning as the gate insulating film so as to fill the gap 7b with the electrode material and protrude above the protective wall 7.

しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、及びゲート電極42と導通する配線の形成等の諸工程を行う。高周波デバイスに用いる場合では、ゲート電極42を覆う層間絶縁膜は形成されない。以上により、本実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, various processes such as formation of wirings that are electrically connected to the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 42 are performed. When used in a high frequency device, an interlayer insulating film that covers the gate electrode 42 is not formed. Thus, the MIS type AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment is formed.

図17に、本実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。図17では、図示の便宜上、化合物半導体層2上の部位のみを示し、SiC基板及び素子分離構造3の図示を省略する。   FIG. 17 shows a MIS type AlGaN / GaN.HEMT according to the present embodiment. In FIG. 17, for convenience of illustration, only the portion on the compound semiconductor layer 2 is shown, and the illustration of the SiC substrate and the element isolation structure 3 is omitted.

このAlGaN/GaN・HEMTでは、ゲート電極42の側面に保護壁7が配置されている。ゲート電極42は、ファインゲート構造の幹状の下方部分42aと、下方部分42aの上端から当該上端よりも幅広に傘状(オーバーハング形状)に拡がる上方部分42bとが一体形成されている。下方部分42aは、下端を含む第1の部分42aaと、第1の部分42aa上の第2の部分42abとを有している。保護壁7は、第1の部分42aaの両側面のみを覆うように形成されている。   In this AlGaN / GaN HEMT, the protective wall 7 is disposed on the side surface of the gate electrode 42. The gate electrode 42 is integrally formed with a trunk-like lower portion 42a having a fine gate structure and an upper portion 42b that extends from the upper end of the lower portion 42a to an umbrella shape (overhang shape) wider than the upper end. The lower portion 42a has a first portion 42aa including a lower end, and a second portion 42ab on the first portion 42aa. The protective wall 7 is formed so as to cover only both side surfaces of the first portion 42aa.

保護壁7は、ゲート電極42の下端であるゲート電極42と絶縁膜41との接合部位を覆い、当該接合部位は外部に対して非露出状態とされる。絶縁膜41は薄く、保護壁7が存しない場合に当該接合部位で電界集中が生じたとき、電界集中に対する耐性は十分であるとは言えない。本実施形態では、上記のように保護壁7を配置することにより、当該接合部位は大気構成元素及び水分と接触することなく、電界集中に起因するデバイス特性の劣化が可及的に防止される。   The protective wall 7 covers the junction between the gate electrode 42, which is the lower end of the gate electrode 42, and the insulating film 41, and the junction is not exposed to the outside. When the insulating film 41 is thin and electric field concentration occurs at the junction site when the protective wall 7 is not present, it cannot be said that the resistance against the electric field concentration is sufficient. In the present embodiment, by disposing the protective wall 7 as described above, deterioration of device characteristics due to electric field concentration is prevented as much as possible without the junction portion contacting with atmospheric constituent elements and moisture. .

保護壁7は、下方部分42aの第1の部分42aaの側面のみを覆うように設けられる。高周波特性を良好に保つ観点からは、ゲート電極42の周辺に存する誘電体物質の量を最低限に留めて寄生容量を抑える必要がある。本実施形態では、デバイス特性の劣化を防止して信頼性を維持するためにキーとなる部位、即ち第1の部分42aaの側面のみに保護壁7が配置される。保護壁7は、第2の部分42ab及び上方部分42bには配置されず、第2の部分42abの存する部位である保護壁7と上方部分42bとの間には空隙(層間絶縁膜を形成する場合には、その絶縁物)が形成されることになる。空隙の大気又は層間絶縁膜の絶縁物は、通常の誘電体物質に比して誘電率が低い。従って、寄生容量が最小限に抑制されて良好な高周波特性を得ることができる。   The protective wall 7 is provided so as to cover only the side surface of the first portion 42aa of the lower portion 42a. From the viewpoint of maintaining good high frequency characteristics, it is necessary to suppress the parasitic capacitance by minimizing the amount of the dielectric material existing around the gate electrode 42. In the present embodiment, the protective wall 7 is disposed only on the key portion, that is, the side surface of the first portion 42aa, in order to prevent deterioration of device characteristics and maintain reliability. The protective wall 7 is not disposed in the second portion 42ab and the upper portion 42b, and a gap (an interlayer insulating film is formed between the protective wall 7 where the second portion 42ab exists and the upper portion 42b. In that case, the insulator) is formed. The air in the air gap or the insulator of the interlayer insulating film has a dielectric constant lower than that of a normal dielectric material. Therefore, the parasitic capacitance is minimized and good high frequency characteristics can be obtained.

以上説明したように、本実施形態によれば、ファインゲート構造を採用してゲート電極42の微細化を図るも、ゲート電極42の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いMIS型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present embodiment, the fine gate structure is adopted and the gate electrode 42 is miniaturized, but the device characteristics are prevented from being changed / deteriorated due to electric field concentration around the gate electrode 42, A highly reliable MIS AlGaN / GaN HEMT is realized.

なお、図18に例示するように、本実施形態でも、第1の実施形態の諸変形例を適用しても良い。また、以下の3例のうちの任意の2例、又は3例全てを組み合わせ、組み合わされた各例の特徴を備えたAlGaN/GaN・HEMTを実現することもできる。   As illustrated in FIG. 18, various modifications of the first embodiment may be applied to this embodiment. Further, any two of the following three examples, or all three examples can be combined, and an AlGaN / GaN HEMT having the characteristics of the combined examples can be realized.

図18(a)に、第1の実施形態の変形例2を適用した、保護壁33及びゲート電極34を有するMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。
図18(b)に、第1の実施形態の変形例3を適用した、保護壁7及びゲート電極36を有するMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。
図18(c)に、第1の実施形態の変形例4を適用したMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを示す。このAlGaN/GaN・HEMTでは、絶縁膜41が、ゲート電極42の下面及び保護壁7の下面を覆い、上方部分8bの下方に包含される領域内のみに存する。
FIG. 18A shows an MIS type AlGaN / GaN HEMT having a protective wall 33 and a gate electrode 34 to which the second modification of the first embodiment is applied.
FIG. 18B shows an MIS type AlGaN / GaN HEMT having the protective wall 7 and the gate electrode 36 to which the third modification of the first embodiment is applied.
FIG. 18C shows a MIS-type AlGaN / GaN HEMT to which the fourth modification of the first embodiment is applied. In this AlGaN / GaN.HEMT, the insulating film 41 covers the lower surface of the gate electrode 42 and the lower surface of the protective wall 7 and exists only in the region included below the upper portion 8b.

(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態及びその諸変形例、並びに第2の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを備えた高周波増幅器を開示する。
図19は、第3の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a high-frequency amplifier including one type of AlGaN / GaN HEMT selected from the first embodiment and its modifications, and the second embodiment and its modifications is disclosed.
FIG. 19 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the high-frequency amplifier according to the third embodiment.

この高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路51と、ミキサー52a,52bと、パワーアンプ53とを備えて構成される。
ディジタル・プレディストーション回路51は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー52aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ53は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1の実施形態及びその諸変形例、並びに第2の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを有している。なお図19では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー52bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路51に送出できる構成とされている。
The high-frequency amplifier includes a digital predistortion circuit 51, mixers 52a and 52b, and a power amplifier 53.
The digital predistortion circuit 51 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 52a mixes an input signal with compensated nonlinear distortion and an AC signal. The power amplifier 53 amplifies the input signal mixed with the AC signal, and is one type of AlGaN selected from the first embodiment and its modifications, and the second embodiment and its modifications. /GaN.HEMT. In FIG. 19, for example, by switching the switch, the output side signal can be mixed with the AC signal by the mixer 52b and sent to the digital predistortion circuit 51.

本実施形態では、ファインゲート構造を採用してゲート電極の微細化を図るも、ゲート電極の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止する、信頼性の高いショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。   In this embodiment, the gate electrode is miniaturized by adopting a fine gate structure, but a highly reliable Schottky-type AlGaN / GaN that prevents fluctuation and deterioration of device characteristics due to electric field concentration around the gate electrode. -Apply HEMT to high frequency amplifiers. As a result, a high-reliability, high-voltage high-frequency amplifier is realized.

[他の実施形態]
第1の実施形態及びその諸変形例、第2の実施形態及びその諸変形例、並びに第3の実施形態では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMTを例示した。化合物半導体装置としては、AlGaN/GaN・HEMT以外にも、例えば以下のようなHEMTにも適用できる。
[Other Embodiments]
In the first embodiment and its modifications, the second embodiment and its modifications, and the third embodiment, an AlGaN / GaN HEMT is exemplified as the compound semiconductor device. As the compound semiconductor device, besides the AlGaN / GaN.HEMT, for example, the following HEMT can be applied.

(その他のHEMT例1)
本例では、化合物半導体装置として、InAlN/GaN・HEMTを開示する。
InAlNとGaNは、組成によって格子定数が近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、上記の諸実施形態及び諸変形例では、電子走行層がGaN、電子供給層がInAlN、表面層がGaNで形成される。また、この場合のピエゾ分極がほとんど発生しないため、2次元電子ガスは主にInAlNの自発分極により発生する。
(Other HEMT example 1)
In this example, InAlN / GaN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
InAlN and GaN are compound semiconductors whose lattice constants can be close by composition. In this case, in the above embodiments and modifications, the electron transit layer is formed of GaN, the electron supply layer is formed of InAlN, and the surface layer is formed of GaN. In this case, since the piezoelectric polarization hardly occurs, the two-dimensional electron gas is mainly generated by the spontaneous polarization of InAlN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMTと同様に、ファインゲート構造を採用してゲート電極の微細化を図るも、ゲート電極の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いInAlN/GaNが実現する。   According to this example, as in the AlGaN / GaN HEMT described above, the fine gate structure is adopted to make the gate electrode finer, but the device characteristics are prevented from fluctuating / deteriorating due to electric field concentration around the gate electrode. Thus, highly reliable InAlN / GaN is realized.

(その他のHEMT例2)
本例では、化合物半導体装置として、InAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
GaNとInAlGaNは、後者の方が前者よりも格子定数が小さい化合物半導体である。この場合、上記の諸実施形態及び諸変形例では、電子走行層がGaN、電子供給層がInAlGaN、表面層がGaNで形成される。
(Other HEMT example 2)
In this example, InAlGaN / GaN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
GaN and InAlGaN are compound semiconductors in which the latter has a smaller lattice constant than the former. In this case, in the above embodiments and modifications, the electron transit layer is formed of GaN, the electron supply layer is formed of InAlGaN, and the surface layer is formed of GaN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMTと同様に、ファインゲート構造を採用してゲート電極の微細化を図るも、ゲート電極の周辺における電界集中によるデバイス特性の変動・劣化を防止して、信頼性の高いInAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   According to this example, as in the AlGaN / GaN HEMT described above, the fine gate structure is adopted to make the gate electrode finer, but the device characteristics are prevented from fluctuating / deteriorating due to electric field concentration around the gate electrode. Thus, a highly reliable InAlGaN / GaN.HEMT is realized.

以下、化合物半導体装置の製造方法及び化合物半導体装置等の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the method of manufacturing a compound semiconductor device, the compound semiconductor device, and the like will be collectively described as appendices.

(付記1)化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に形成されたゲート電極と
を含み、
前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、
前記第1の部分の側面のみを覆う保護壁が形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1) a compound semiconductor layer;
A gate electrode formed above the compound semiconductor layer,
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower portion and an upper portion that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower portion,
The lower portion has a first portion including a lower end and a second portion on the first portion;
A compound semiconductor device, wherein a protective wall that covers only a side surface of the first portion is formed.

(付記2)前記下方部分には、前記第1の部分と前記第2の部分との境界に前記第2の部分が前記第1の部分よりも幅広の段差が形成されており、
前記第2の部分は、前記保護壁上に乗り上げるように形成されていることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 2) In the lower part, a step is formed in which the second part is wider than the first part at the boundary between the first part and the second part,
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the second portion is formed so as to run on the protective wall.

(付記3)前記化合物半導体層上の前記ゲート電極の側部に形成されたソース電極及びドレイン電極を更に含み、
前記保護壁は、前記ソース電極側の部分よりも前記ドレイン電極側の部分の方が厚いことを特徴とする付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
(Additional remark 3) It further contains the source electrode and drain electrode which were formed in the side part of the said gate electrode on the said compound semiconductor layer,
The compound semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the protective wall is thicker in a portion on the drain electrode side than on a portion on the source electrode side.

(付記4)前記化合物半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜に形成された開口を通じて前記ゲート電極が前記化合物半導体層と直接接続されることを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 4) An insulating film is formed between the compound semiconductor layer and the gate electrode,
4. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the gate electrode is directly connected to the compound semiconductor layer through an opening formed in the insulating film.

(付記5)前記下方部分の前記第1の部分は、前記開口を埋め込み前記絶縁膜上に乗り上げるように形成されており、乗り上げ幅が前記ソース電極側よりも前記ドレイン電極側の方が大きいことを特徴とする付記4に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary Note 5) The first portion of the lower portion is formed so as to fill the opening and ride on the insulating film, and the run width is larger on the drain electrode side than on the source electrode side. Item 5. The compound semiconductor device according to appendix 4.

(付記6)前記化合物半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜が形成されており、
前記化合物半導体層の上方に前記絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されていることを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 6) An insulating film is formed between the compound semiconductor layer and the gate electrode,
4. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the gate electrode is formed above the compound semiconductor layer via the insulating film.

(付記7)前記絶縁膜は、前記保護壁の下面を覆い前記上方部分の下方に包含される領域内のみに形成されていることを特徴とする付記4〜6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   (Additional remark 7) The said insulating film covers the lower surface of the said protective wall, and is formed only in the area | region included under the said upper part, The additional description 4-6 characterized by the above-mentioned Compound semiconductor device.

(付記8)化合物半導体層の上方に保護壁を形成する工程と、
前記保護壁間の空隙を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、
前記保護壁が前記第1の部分の側面のみを覆うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 8) A step of forming a protective wall above the compound semiconductor layer;
Forming a gate electrode so as to embed a gap between the protective walls,
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower portion and an upper portion that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower portion,
The lower portion has a first portion including a lower end and a second portion on the first portion;
The method for manufacturing a compound semiconductor device, wherein the protective wall covers only a side surface of the first portion.

(付記9)前記下方部分には、前記第1の部分と前記第2の部分との境界に前記第2の部分が前記第1の部分よりも幅広の段差が形成され、
前記第2の部分は、前記保護壁上に乗り上げるように形成されることを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 9) In the lower portion, a step is formed in which the second portion is wider than the first portion at the boundary between the first portion and the second portion,
9. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 8, wherein the second portion is formed so as to run on the protective wall.

(付記10)前記保護壁を形成する工程の前に、前記化合物半導体層上の前記ゲート電極の側部にソース電極及びドレイン電極を形成する工程を更に含み、
前記保護壁は、前記ソース電極側の部分よりも前記ドレイン電極側の部分の方が厚いことを特徴とする付記8又は9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Additional remark 10) Before the process of forming the said protective wall, it further includes the process of forming a source electrode and a drain electrode in the side part of the said gate electrode on the said compound semiconductor layer,
10. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 8 or 9, wherein the protective wall is thicker on a portion on the drain electrode side than on a portion on the source electrode side.

(付記11)前記保護壁を形成する工程の前に、前記化合物半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記保護壁を形成する工程の後に、前記絶縁膜の保護壁間の部位に前記化合物半導体層の表面の一部を露出する開口を形成する工程と
を更に含み、
前記絶縁膜に形成された開口を通じて前記ゲート電極が前記化合物半導体層と直接接続されることを特徴とする付記8〜10のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 11) Before the step of forming the protective wall, a step of forming an insulating film on the compound semiconductor layer;
After the step of forming the protective wall, further comprising forming an opening exposing a part of the surface of the compound semiconductor layer in a portion between the protective walls of the insulating film,
11. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 8 to 10, wherein the gate electrode is directly connected to the compound semiconductor layer through an opening formed in the insulating film.

(付記12)前記下方部分の前記第1の部分は、前記開口を埋め込み前記絶縁膜上に乗り上げるように形成されており、乗り上げ幅が前記ソース電極側よりも前記ドレイン電極側の方が大きいことを特徴とする付記11に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 12) The first portion of the lower portion is formed so as to fill the opening and run over the insulating film, and the running width is larger on the drain electrode side than on the source electrode side. Item 14. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 11, wherein:

(付記13)前記保護壁を形成する工程の前に、前記化合物半導体層上に絶縁膜を形成する工程を更に含み、
前記化合物半導体層の上方に前記絶縁膜を介して前記ゲート電極が形成されることを特徴とする付記8〜10のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Additional remark 13) Before the process of forming the said protective wall, the process of forming an insulating film on the said compound semiconductor layer is further included,
11. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 8 to 10, wherein the gate electrode is formed above the compound semiconductor layer via the insulating film.

(付記14)前記絶縁膜は、前記保護壁の底面を覆い前記上方部分の下方に包含される領域内のみに形成されていることを特徴とする付記8〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Additional remark 14) The said insulating film covers the bottom face of the said protective wall, and is formed only in the area | region included under the said upper part, The additional description 8-13 characterized by the above-mentioned A method for manufacturing a compound semiconductor device.

(付記15)入力した高周波電圧を増幅して出力する高周波増幅器であって、
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に形成されたゲート電極と
を含み、
前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、
前記第1の部分の側面のみを覆う保護壁が形成されていることを特徴とする高周波増幅器。
(Supplementary Note 15) A high frequency amplifier that amplifies and outputs an input high frequency voltage,
Has a transistor,
The transistor is
A compound semiconductor layer;
A gate electrode formed above the compound semiconductor layer,
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower portion and an upper portion that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower portion,
The lower portion has a first portion including a lower end and a second portion on the first portion;
A high-frequency amplifier, wherein a protective wall that covers only a side surface of the first portion is formed.

1 SiC基板
2 化合物半導体層
2a バッファ層
2b 電子走行層
2c 電子供給層
2d 表面層
3 素子分離構造
4 ソース電極
5 ドレイン電極
6,37,41 絶縁膜
6a,11a,11b,21a,21b,22a,23a,37a 開口
7,31,33 保護壁
7a,31a,33a 空隙
8,32,34,36,42,101 ゲート電極
8a,32a,34a,36a,42a 下方部分
8b,32b,34b,36b,42b 上方部分
8aa,32aa,34aa,36aa,42aa 第1の部分
8ab,32ab,34ab,36ab,42ab 第2の部分
11 レジストマスク
12,35 3層レジストマスク
21 下層レジスト
22 中間レジスト
23 上層レジスト
51 ディジタル・プレディストーション回路
52a,52b ミキサー
53 パワーアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC substrate 2 Compound semiconductor layer 2a Buffer layer 2b Electron travel layer 2c Electron supply layer 2d Surface layer 3 Element isolation structure 4 Source electrode 5 Drain electrodes 6, 37, 41 Insulating films 6a, 11a, 11b, 21a, 21b, 22a, 23a, 37a Opening 7, 31, 33 Protective walls 7a, 31a, 33a Air gaps 8, 32, 34, 36, 42, 101 Gate electrodes 8a, 32a, 34a, 36a, 42a Lower portions 8b, 32b, 34b, 36b, 42b Upper portion 8aa, 32aa, 34aa, 36aa, 42aa First portion 8ab, 32ab, 34ab, 36ab, 42ab Second portion 11 Resist mask 12, 35 Three layer resist mask 21 Lower layer resist 22 Middle resist 23 Upper layer resist 51 Digital Predistortion circuit 52a, 52b Mixer 5 3 Power amplifier

Claims (6)

化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に形成されたゲート電極と
を含み、
前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、
前記第1の部分の側面のみを覆う保護壁が形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。
A compound semiconductor layer;
A gate electrode formed above the compound semiconductor layer,
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower portion and an upper portion that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower portion,
The lower portion has a first portion including a lower end and a second portion on the first portion;
A compound semiconductor device, wherein a protective wall that covers only a side surface of the first portion is formed.
前記下方部分には、前記第1の部分と前記第2の部分との境界に前記第2の部分が前記第1の部分よりも幅広の段差が形成されており、
前記第2の部分は、前記保護壁上に乗り上げるように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
In the lower portion, a step is formed at the boundary between the first portion and the second portion, the second portion being wider than the first portion,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the second portion is formed so as to run on the protective wall.
前記化合物半導体層上の前記ゲート電極の側部に形成されたソース電極及びドレイン電極を更に含み、
前記保護壁は、前記ソース電極側の部分よりも前記ドレイン電極側の部分の方が厚いことを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。
A source electrode and a drain electrode formed on a side of the gate electrode on the compound semiconductor layer;
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the protective wall is thicker in a portion on the drain electrode side than on a portion on the source electrode side.
前記化合物半導体層と前記ゲート電極との間に絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜に形成された開口を通じて前記ゲート電極が前記化合物半導体層と直接接続されており、
前記下方部分の前記第1の部分は、前記開口を埋め込み前記絶縁膜上に乗り上げるように形成されており、乗り上げ幅が前記ソース電極側よりも前記ドレイン電極側の方が大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
An insulating film is formed between the compound semiconductor layer and the gate electrode,
The gate electrode is directly connected to the compound semiconductor layer through an opening formed in the insulating film;
The first portion of the lower portion is formed so as to fill the opening and run over the insulating film, and the running width is larger on the drain electrode side than on the source electrode side. The compound semiconductor device according to claim 1.
化合物半導体層の上方に保護壁を形成する工程と、
前記保護壁間の空隙を埋め込むようにゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記ゲート電極は、幹状の下方部分と、前記下方部分の上端から当該上端よりも幅広に傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、下端を含む第1の部分と、前記第1の部分上の第2の部分とを有し、
前記保護壁が前記第1の部分の側面のみを覆うことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
Forming a protective wall above the compound semiconductor layer;
Forming a gate electrode so as to embed a gap between the protective walls,
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower portion and an upper portion that spreads in an umbrella shape wider than the upper end from the upper end of the lower portion,
The lower portion has a first portion including a lower end and a second portion on the first portion;
The method for manufacturing a compound semiconductor device, wherein the protective wall covers only a side surface of the first portion.
前記下方部分には、前記第1の部分と前記第2の部分との境界に前記第2の部分が前記第1の部分よりも幅広の段差が形成され、
前記第2の部分は、前記保護壁上に乗り上げるように形成されることを特徴とする請求項5に記載の化合物半導体装置の製造方法。
In the lower portion, a step is formed in which the second portion is wider than the first portion at the boundary between the first portion and the second portion,
6. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 5, wherein the second portion is formed so as to run on the protective wall.
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