JP2013004770A - Method for etching nitride semiconductor layer and method for manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents

Method for etching nitride semiconductor layer and method for manufacturing nitride semiconductor device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for etching a nitride semiconductor layer in which no high-resistance damage layer is formed, and to provide a method for manufacturing a nitride semiconductor device having a low-resistance ohmic electrode using the same.SOLUTION: There is provided a method for etching a nitride semiconductor layer comprising the steps of: (a) injecting an impurity ion into a nitride semiconductor layer and forming an impurity region to a prescribed depth from the surface; heat-treating the impurity region; and (c) removing a prescribed region on a surface side of the impurity region by wet etching.

Description

本発明は、窒化物半導体層のエッチング方法と、これを用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタ(以下、ヘテロ接合FET)の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for etching a nitride semiconductor layer and a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as a heterojunction FET) using the same.

窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合FETでは、ソース/ドレイン電極のコンタクト抵抗が大きいという課題がある。   A heterojunction FET made of a semiconductor containing nitride has a problem that the contact resistance of the source / drain electrodes is large.

コンタクト抵抗を低減する方法として、例えば特許文献1では、ソース/ドレイン電極下の半導体層にn型不純物をイオン注入して活性化熱処理を行う方法が示されている。   As a method for reducing the contact resistance, for example, Patent Document 1 discloses a method of performing an activation heat treatment by ion-implanting an n-type impurity into a semiconductor layer under the source / drain electrodes.

また、非特許文献1では、ソース/ドレイン電極を形成する領域をリセスエッチングすることにより、コンタクト抵抗が低減されることを示しており、特許文献2では、ソース/ドレイン電極をリセス構造とした上で、ソース/ドレイン電極下にn型ドーパントを注入した構造を示している。   Non-Patent Document 1 shows that the contact resistance is reduced by recess etching the region where the source / drain electrode is formed. In Patent Document 2, the source / drain electrode has a recess structure. The structure in which an n-type dopant is implanted under the source / drain electrodes is shown.

特開2006−134935号公報JP 2006-134935 A 特許第4120899号公報Japanese Patent No. 4120899

D.Buttari他, Systematic Characterization of Cl2 Reactive Ion Etching for Improved Ohmics in AlGaN/GaN HEMTs,IEEE Electron Device Letters, vol.23, No.2, Februray 2002.D. Buttari et al., Systematic Characterization of Cl2 Reactive Ion Etching for Improved Ohmics in AlGaN / GaN HEMTs, IEEE Electron Device Letters, vol.23, No.2, Februray 2002.

しかし、イオン注入法によれば高エネルギーのイオン注入工程で半導体層に高抵抗なダメージ層が形成されてしまい、コンタクト抵抗を低減することが出来ない。   However, according to the ion implantation method, a high resistance damage layer is formed in the semiconductor layer in the high energy ion implantation step, and the contact resistance cannot be reduced.

又、ソース/ドレイン電極をリセス構造にする場合は、GaNなどの窒化物半導体材料は化学安定性が高くウェットエッチングが困難であるため、一般にプラズマを用いたドライエッチングでソース/ドレイン電極下のリセスエッチングを行う。しかし、ドライエッチング法では半導体層に高抵抗なダメージ層が形成されてしまい、コンタクト抵抗を低減することが出来ない。   In addition, when the source / drain electrode has a recess structure, nitride semiconductor materials such as GaN have high chemical stability and are difficult to wet-etch. Therefore, in general, dry etching using plasma is used to form a recess under the source / drain electrode. Etching is performed. However, in the dry etching method, a highly resistant damage layer is formed in the semiconductor layer, and the contact resistance cannot be reduced.

このように、いずれの方法によっても、十分に低いコンタクト抵抗を得ることは困難であった。   Thus, it has been difficult to obtain a sufficiently low contact resistance by either method.

本発明は上述の問題点に鑑み、高抵抗なダメージ層を形成しない窒化物半導体層のエッチング方法と、これを用いた低抵抗なオーミック電極を備える窒化物半導体装置の製造方法の提供を目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems, the present invention aims to provide a method for etching a nitride semiconductor layer that does not form a high-resistance damage layer, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device that includes a low-resistance ohmic electrode using the same. To do.

本発明の窒化物半導体層のエッチング方法は、(a)窒化物半導体層に不純物イオンを注入し、その表面から所定深さまで不純物領域を形成する工程と、(b)前記不純物領域を熱処理する工程と、(c)前記不純物領域の前記表面側の所定領域をウェットエッチングで除去する工程とを備える。   The method for etching a nitride semiconductor layer according to the present invention includes: (a) implanting impurity ions into the nitride semiconductor layer to form an impurity region from the surface to a predetermined depth; and (b) heat treating the impurity region. And (c) a step of removing a predetermined region on the surface side of the impurity region by wet etching.

また、本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、本発明の窒化物半導体層のエッチング方法を利用した窒化物半導体装置の製造方法であって、(a)本発明の窒化物半導体層のエッチング方法を用いて、表面側の所定領域が除去された前記不純物領域を有する窒化物半導体層を形成する工程と、(b)前記所定領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備える。   The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor device using the method for etching a nitride semiconductor layer according to the present invention, and (a) etching the nitride semiconductor layer according to the present invention. Forming a nitride semiconductor layer having the impurity region from which a predetermined region on the surface side has been removed using a method; and (b) forming a source electrode and a drain electrode in the predetermined region.

本発明の窒化物半導体層のエッチング方法は、(a)窒化物半導体層に不純物イオンを注入し、その表面から所定深さまで不純物領域を形成する工程と、(b)前記不純物領域を熱処理する工程と、(c)前記不純物領域の前記表面側の所定領域をウェットエッチングで除去する工程とを備えるので、低抵抗な不純物領域として形成することが可能である。   The method for etching a nitride semiconductor layer according to the present invention includes: (a) implanting impurity ions into the nitride semiconductor layer to form an impurity region from the surface to a predetermined depth; and (b) heat treating the impurity region. And (c) a step of removing a predetermined region on the surface side of the impurity region by wet etching, so that it can be formed as a low-resistance impurity region.

また、本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、(a)本発明の窒化物半導体層のエッチング方法を用いて、表面側の所定領域が除去された前記不純物領域を有する窒化物半導体層を形成する工程と、(b)前記所定領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備える。ソース電極及びドレイン電極は低抵抗な不純物領域上に形成されるので、これらのコンタクト抵抗が低減する。また、ソース電極及びドレイン電極はリセス電極として形成されるので、これらのコンタクト抵抗が低減する。   Further, the method for manufacturing a nitride semiconductor device of the present invention includes: (a) using the nitride semiconductor layer etching method of the present invention, the nitride semiconductor layer having the impurity region from which the predetermined region on the surface side has been removed; And (b) forming a source electrode and a drain electrode in the predetermined region. Since the source electrode and the drain electrode are formed on the low-resistance impurity region, their contact resistance is reduced. Moreover, since the source electrode and the drain electrode are formed as recess electrodes, their contact resistance is reduced.

本発明に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る窒化物半導体装置の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on this invention. 本発明の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on the modification of this invention. 本発明の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor device which concerns on the modification of this invention.

(実施の形態1)
<構成>
図1は、本発明の窒化物半導体装置の一例であるヘテロ接合電界効果型トランジスタ(以下、ヘテロ接合FET)の構造を示す断面図である。
(Embodiment 1)
<Configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as a heterojunction FET) which is an example of the nitride semiconductor device of the present invention.

このヘテロ接合FETでは、半絶縁性基板10上にバッファ層20、電子走行層であるチャネル層30、電子供給層であるバリア層40が順に窒化物半導体層として形成されている。バリア層40からチャネル層30にかけて連続的に形成されたリセス構造内には、ソース電極70とドレイン電極80がそれぞれ形成されている。また、ソース電極70とドレイン電極80の下にはそれぞれn型不純物領域60が形成されている。   In this heterojunction FET, a buffer layer 20, a channel layer 30 that is an electron transit layer, and a barrier layer 40 that is an electron supply layer are sequentially formed as a nitride semiconductor layer on a semi-insulating substrate 10. In the recess structure continuously formed from the barrier layer 40 to the channel layer 30, a source electrode 70 and a drain electrode 80 are formed. Further, n-type impurity regions 60 are formed under the source electrode 70 and the drain electrode 80, respectively.

ソース電極70とドレイン電極80の間のバリア層40上にはゲート電極90が形成されている。また、トランジスタ形成領域外のバリア層40からチャネル層30にかけては、素子分離領域50が形成されている。   A gate electrode 90 is formed on the barrier layer 40 between the source electrode 70 and the drain electrode 80. An element isolation region 50 is formed from the barrier layer 40 outside the transistor formation region to the channel layer 30.

このヘテロ接合FETではn型不純物領域60が低抵抗領域として形成され、さらにソース/ドレイン電極70,80がリセス電極として形成されているので、ソース/ドレイン電極70,80のコンタクト抵抗が低減される。   In this heterojunction FET, the n-type impurity region 60 is formed as a low resistance region, and the source / drain electrodes 70 and 80 are formed as recess electrodes, so that the contact resistance of the source / drain electrodes 70 and 80 is reduced. .

<動作>
図2〜図6を用いて、図1に示したヘテロ接合FETの製造工程を説明する。
<Operation>
A manufacturing process of the heterojunction FET shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

まず、SiCの半絶縁性基板10上にMOCVD法やMBE法などのエピタキシャル成長法を適用して、バッファ層20、GaNからなるチャネル層30、AlGaNからなるバリア層40をそれぞれ下から順にエピタキシャル成長させる。   First, an epitaxial growth method such as MOCVD or MBE is applied on the SiC semi-insulating substrate 10 to epitaxially grow the buffer layer 20, the channel layer 30 made of GaN, and the barrier layer 40 made of AlGaN in order from the bottom.

MOCVD法でGaN層(チャネル層30)を作製する場合は、1000℃以上に昇温した環境の下、キャリアガスの水素または窒素に加え、ガリウムの原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)、窒素の原料ガスとしてアンモニアを用いて結晶成長を行う。MOCVD法でAlGaN層(バリア層40)を作製する場合は、TMGやアンモニアの他に、アルミニウムの原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)を加える。   In the case of producing a GaN layer (channel layer 30) by MOCVD, trimethylgallium (TMG) as a gallium source gas and nitrogen source in addition to carrier gas hydrogen or nitrogen in an environment heated to 1000 ° C. or higher. Crystal growth is performed using ammonia as a gas. When an AlGaN layer (barrier layer 40) is formed by MOCVD, trimethylaluminum (TMA) is added as an aluminum source gas in addition to TMG and ammonia.

続いて、バリア層40上に酸化膜あるいは窒化膜からなる表面保護層200を形成する。そして、表面保護層200上にレジストマスク210を選択的に形成し、レジストマスク210の開口からn型不純物として例えばSiイオンを注入する。注入ドーズ量は1×1013〜1×1017cm-2、注入エネルギーは10〜1000keVとする。これにより、表面保護層200からバリア層40、さらにはチャネル層30の一部にかけて、選択的にn型不純物領域220が形成される(図2)。 Subsequently, a surface protective layer 200 made of an oxide film or a nitride film is formed on the barrier layer 40. Then, a resist mask 210 is selectively formed on the surface protective layer 200, and, for example, Si ions are implanted as an n-type impurity from the opening of the resist mask 210. The implantation dose is 1 × 10 13 to 1 × 10 17 cm −2 and the implantation energy is 10 to 1000 keV. Thereby, an n-type impurity region 220 is selectively formed from the surface protective layer 200 to the barrier layer 40 and further to a part of the channel layer 30 (FIG. 2).

レジストマスク210を除去した後、熱処理を行うことにより、n型不純物領域220の注入イオンを活性化し、さらにその表面側以外の領域をイオン注入のダメージから回復する。こうしてn型不純物領域220は、ダメージ領域230とイオン注入のダメージから回復したn型不純物領域60とに区別される。その後、表面保護層200を除去する(図3)。   After removing the resist mask 210, a heat treatment is performed to activate the implanted ions in the n-type impurity region 220, and the regions other than the surface side are recovered from the damage due to the ion implantation. Thus, the n-type impurity region 220 is divided into a damaged region 230 and an n-type impurity region 60 recovered from damage caused by ion implantation. Thereafter, the surface protective layer 200 is removed (FIG. 3).

続いて、ダメージ領域230をウェットエッチングにより除去する(図4)。一般的に、GaNやAlGaNなどの窒化物半導体は化学的安定性が高いためにウェットエッチングが困難である。しかしダメージ領域230については、不純物の注入量、注入深さ、及び熱処理条件を調整することで選択的なウェットエッチングが可能となることを出願人は見出した。   Subsequently, the damaged region 230 is removed by wet etching (FIG. 4). In general, nitride semiconductors such as GaN and AlGaN are difficult to wet etch because of their high chemical stability. However, the applicant has found that the damaged region 230 can be selectively wet-etched by adjusting the impurity implantation amount, implantation depth, and heat treatment conditions.

ダメージ領域230のウェットエッチングには、硫酸、硝酸、塩酸等の酸性溶液、あるいはこれらの混合溶液、あるいはこれらと過酸化水素水の混合溶液、あるいはNa4OH、KOHなどのアルカリ性溶液を用いることができる。例えば、注入ドーズ量1×1015cm-2、注入エネルギー300keVでSiを注入して熱処理を行った後、ダメージが残存した状態で硫酸と過酸化水素水の混合溶液を用いることで、半導体結晶中に概ね1×1017cm-3以上の濃度でSiが導入された注入深さ400nm程度の領域をウェットエッチングできる。ここでエッチングする深さは、イオン注入後の熱処理条件によって調整することが出来る。 For wet etching of the damaged region 230, an acidic solution such as sulfuric acid, nitric acid or hydrochloric acid, a mixed solution thereof, a mixed solution of these and hydrogen peroxide solution, or an alkaline solution such as Na 4 OH or KOH is used. it can. For example, a semiconductor crystal can be obtained by using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution in a state where damage is left after Si is implanted at an implantation dose amount of 1 × 10 15 cm −2 and an implantation energy of 300 keV and heat treatment is performed. A region having an implantation depth of about 400 nm into which Si is introduced at a concentration of approximately 1 × 10 17 cm −3 or more can be wet etched. Here, the etching depth can be adjusted by the heat treatment conditions after ion implantation.

上述したn型不純物のイオン注入工程では、注入エネルギーを適宜変えながらイオン注入を行うことにより、深さ方向において段階的又は連続的に変化するドーピング濃度分布を有するn型不純物領域220が形成される。ウェットエッチング工程では、このドーピング濃度の差を用いて所望の深さのエッチングを行う事も可能である。   In the n-type impurity ion implantation process described above, by performing ion implantation while appropriately changing the implantation energy, the n-type impurity region 220 having a doping concentration distribution that changes stepwise or continuously in the depth direction is formed. . In the wet etching process, it is possible to perform etching at a desired depth by using the difference in doping concentration.

上記の説明では、イオン注入後、ウェットエッチング前に熱処理を行うことによりSiイオンの活性化とダメージの回復を行うものとしたが、この熱処理工程はウェットエッチングの後に行っても良い。あるいは、ウェットエッチングの前に加えて後にも高温の熱処理を行い、注入したSiイオンを活性化させても良い。   In the above description, heat treatment is performed after ion implantation and before wet etching to activate Si ions and recover damage. However, this heat treatment step may be performed after wet etching. Alternatively, high-temperature heat treatment may be performed before and after wet etching to activate the implanted Si ions.

ウェットエッチング工程では、イオン注入時に生じた半導体結晶のダメージ領域(ダメージ領域230)や、導入した不純物がイオン化せずに高抵抗となっている不純物注入領域(ダメージ領域230)を除去するので、低抵抗なn型不純物領域60のみが残される。   In the wet etching process, the damage region (damage region 230) of the semiconductor crystal generated during ion implantation and the impurity implantation region (damage region 230) in which the introduced impurity is not ionized and has a high resistance are removed. Only the resistive n-type impurity region 60 is left.

なお、この工程には位置合わせのためのリソグラフィプロセスによるパターニングが不要であるので、製造工程が簡素化される。   In addition, since this process does not require patterning by a lithography process for alignment, the manufacturing process is simplified.

続いて、例えばTi/Alから成るソース電極70及びドレイン電極80を蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法などにより形成する(図5)。その後、ソース電極70とドレイン電極80のコンタクト抵抗を低減するために、例えば窒素雰囲気において約600℃の温度でアニール処理を行ってもよい。   Subsequently, a source electrode 70 and a drain electrode 80 made of, for example, Ti / Al are deposited using a vapor deposition method or a sputtering method, and formed by a lift-off method or the like (FIG. 5). Thereafter, in order to reduce the contact resistance between the source electrode 70 and the drain electrode 80, for example, an annealing process may be performed at a temperature of about 600 ° C. in a nitrogen atmosphere.

こうしてソース電極70及びドレイン電極80は低抵抗なn型不純物領域60上に形成されるので、コンタクト抵抗が低減される。また、ソース電極70及びドレイン電極80は清浄な半導体表面と接触することから、コンタクト抵抗が低減される。また、ソース電極70及びドレイン電極80下のバリア層40の膜厚が小さくなることによりトンネル電流が増加することからも、コンタクト抵抗が低減される。   Since the source electrode 70 and the drain electrode 80 are thus formed on the low resistance n-type impurity region 60, the contact resistance is reduced. Further, since the source electrode 70 and the drain electrode 80 are in contact with a clean semiconductor surface, the contact resistance is reduced. In addition, the contact resistance is reduced because the tunnel current increases due to a decrease in the thickness of the barrier layer 40 under the source electrode 70 and the drain electrode 80.

図5にはソース電極70とドレイン電極80が窒化物半導体層(チャネル層30、バリア層40)のリセス構造の内壁に略接触した状態を示している。しかしソース電極70とドレイン電極80は、図7に示すようにリセス構造から露出した部分がリセス幅より大きく形成されていても良いし、図8に示すように全体がリセス幅より小さく形成されていても良い。   FIG. 5 shows a state in which the source electrode 70 and the drain electrode 80 are substantially in contact with the inner wall of the recess structure of the nitride semiconductor layer (the channel layer 30 and the barrier layer 40). However, the source electrode 70 and the drain electrode 80 may be formed so that the portion exposed from the recess structure is larger than the recess width as shown in FIG. 7, or the whole is formed smaller than the recess width as shown in FIG. May be.

次に、トランジスタを作製する領域外のチャネル層30からバリア層40にかけて、例えばレジストパターン240をマスクとし、Zn、Ar、Feなどをイオン注入して高抵抗な素子分離領域50を形成する(図6)。なお、図6にはイオン注入により形成した素子分離領域50を示しているが、エッチングにより素子分離を行っても良い。   Next, from the channel layer 30 outside the region for manufacturing the transistor to the barrier layer 40, for example, using the resist pattern 240 as a mask, ions of Zn, Ar, Fe, etc. are ion-implanted to form a high-resistance element isolation region 50 (FIG. 6). Although FIG. 6 shows the element isolation region 50 formed by ion implantation, element isolation may be performed by etching.

次に、例えばNi/Auを蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法などによりソース電極70とドレイン電極80の間にゲート電極90を形成する。   Next, for example, Ni / Au is deposited using an evaporation method or a sputtering method, and a gate electrode 90 is formed between the source electrode 70 and the drain electrode 80 by a lift-off method or the like.

以上の方法により、図1に示す構造のヘテロ接合FETが作製できる。以上の説明では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素にしか触れていないが、最終的には配線、バイアホール、表面保護膜等の形成プロセスを経てデバイスとして用いられる。   By the above method, the heterojunction FET having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured. In the above description, only the minimum necessary elements that operate as a transistor are mentioned, but finally, they are used as a device through a process of forming wirings, via holes, surface protective films, and the like.

<変形例>
なお、上記では代表的な条件について述べたが、ソース電極70、ドレイン電極80、ゲート電極90、及び素子分離領域50の形成プロセスの順序を入れ替えても良い。例えば、ソース電極70やドレイン電極80を形成する前に、素子分離領域50を形成しても構わない。
<Modification>
Although typical conditions have been described above, the order of forming the source electrode 70, the drain electrode 80, the gate electrode 90, and the element isolation region 50 may be changed. For example, the element isolation region 50 may be formed before the source electrode 70 and the drain electrode 80 are formed.

また、半絶縁性基板10としてSiCの代わりにSi、サファイア、GaNなどを用いてもよい。   Further, as the semi-insulating substrate 10, Si, sapphire, GaN or the like may be used instead of SiC.

また、チャネル層30としてGaNを用いる代わりに、Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、0≦x1+y1≦1)で表される窒化物半導体、バリア層40としてInx2Aly2Ga1-x2-y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦x2+y2≦1)で表される窒化物半導体を用いてもよい。 A nitride semiconductor represented by In x1 Al y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, 0 ≦ x1 + y1 ≦ 1) instead of using GaN as the channel layer 30; A nitride semiconductor represented by In x2 Al y2 Ga 1 -x2-y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, 0 ≦ x2 + y2 ≦ 1) may be used as the barrier layer 40.

また、図9に示すように、バリア層40の上にエピタキシャル成長により形成されたInx3Aly3Ga1-x3-y3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1、0≦x3+y3≦1)で表される窒化物半導体からなるキャップ層100を形成しても良い。また、キャップ層100は異なる組成で表される多層構造であっても良い。 Further, as shown in FIG. 9, In x3 Al y3 Ga 1-x3-y3 N (0 ≦ x3 ≦ 1, 0 ≦ y3 ≦ 1, 0 ≦ x3 + y3 ≦ 1) formed by epitaxial growth on the barrier layer 40. A cap layer 100 made of a nitride semiconductor represented by The cap layer 100 may have a multilayer structure represented by different compositions.

またチャネル層30、バリア層40、キャップ層100の少なくとも一部には、n型あるいはp型の不純物が導入されていても良く、この導入方法はイオン注入法でも、MOCVDによるエピタキシャル成長時の原料ガスにn型ドーパントとしてシラン(SiH4)、p型ドーパントとしてCp2Mg(シクロペンタジエチルマグネシウム)などを用いる方法でもよい。 Further, n-type or p-type impurities may be introduced into at least a part of the channel layer 30, the barrier layer 40, and the cap layer 100. This introduction method may be an ion implantation method or a source gas during epitaxial growth by MOCVD. Alternatively, silane (SiH 4 ) may be used as the n-type dopant, and Cp 2 Mg (cyclopentadiethyl magnesium) may be used as the p-type dopant.

また、ソース電極/ドレイン電極70,80は、Ti/Alに代えて、例えばSi、Ge、Ti、Al、Nb、Hf、Zr、Sr、Ni、Ta、Au、Mo、W、もしくはこれらから構成される多層膜、もしくはこれらを含む合金を蒸着法やスパッタ法を用いて形成してもよい。   The source / drain electrodes 70 and 80 are composed of, for example, Si, Ge, Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Mo, W, or these instead of Ti / Al. A multilayer film or an alloy containing these may be formed by vapor deposition or sputtering.

またゲート電極90は、Ni/Auに代えて、例えばTi、Al、Pt、Au、Ni、Pd等の金属、或いはIrSi、PtSi、NiSi2等のシリサイド、或いはTiN、WN等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜、もしくはこれらを含む合金を蒸着法やスパッタ法を用いて形成してもよい。 Further, the gate electrode 90 is replaced with Ni / Au, for example, a metal such as Ti, Al, Pt, Au, Ni, Pd, or a silicide such as IrSi, PtSi, or NiSi 2 , or a nitride metal such as TiN or WN, Or you may form the multilayer film comprised from these, or the alloy containing these using a vapor deposition method or a sputtering method.

さらにその形状は、図1に示すように断面が四角形である必要はない。例えば図10に示すような、バリア層40と接触する領域を小さくしたT型構造のゲート電極91でも良いし、Y型構造のゲート電極でも良い。このような構造のゲート電極91は、通常形状のゲート電極90(図1参照)と比べてバリア層40と接触する面積を維持したまま、ゲート抵抗を低減することができる。   Further, the shape does not have to be a square cross section as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 10, a gate electrode 91 having a T-type structure in which a region in contact with the barrier layer 40 is reduced may be used, or a gate electrode having a Y-type structure may be used. The gate electrode 91 having such a structure can reduce the gate resistance while maintaining an area in contact with the barrier layer 40 as compared with the gate electrode 90 having a normal shape (see FIG. 1).

図1においてn型不純物領域60はバリア層40からチャネル層30にかけて形成されているが、n型不純物領域60の形成領域は必ずしもこの領域に限らない。例えば図11に示すようにn型不純物領域60はバリア層40にのみ形成されていても良いし、あるいは図1に示すよりも深くバリア層40からチャネル層30にまで形成されていても良い。いずれにせよ、ソース電極70及びドレイン電極80の下側の少なくとも一部の半導体層内にn型不純物領域60が形成されていれば、コンタクト抵抗を低減することが可能である。   In FIG. 1, the n-type impurity region 60 is formed from the barrier layer 40 to the channel layer 30, but the formation region of the n-type impurity region 60 is not necessarily limited to this region. For example, as shown in FIG. 11, the n-type impurity region 60 may be formed only in the barrier layer 40, or may be formed deeper from the barrier layer 40 to the channel layer 30 than shown in FIG. In any case, if the n-type impurity region 60 is formed in at least a part of the semiconductor layer below the source electrode 70 and the drain electrode 80, the contact resistance can be reduced.

<効果>
本実施の形態の窒化物半導体層のエッチング方法は、(a)窒化物半導体層に不純物イオンを注入し、その表面から所定深さまで不純物領域(n型不純物領域220)を形成する工程と、(b)n型不純物領域220を熱処理する工程と、(c)、n型不純物領域220の表面側の所定領域(ダメージ領域230)をウェットエッチングで除去する工程とを備えるので、ドライエッチングのようにn型不純物領域220にダメージを与えることなく、かつダメージ領域230のみを除去して低抵抗なn型不純物領域60を残すことが可能である。
<Effect>
The nitride semiconductor layer etching method of this embodiment includes (a) a step of implanting impurity ions into a nitride semiconductor layer to form an impurity region (n-type impurity region 220) from the surface to a predetermined depth; b) a step of heat-treating the n-type impurity region 220; and (c) a step of removing a predetermined region (damage region 230) on the surface side of the n-type impurity region 220 by wet etching. It is possible to leave the low-resistance n-type impurity region 60 by removing only the damaged region 230 without damaging the n-type impurity region 220.

また、前記工程(a)では、深さ方向に不純物濃度を段階的、または連続的に減少させてn型不純物領域220を形成することにより、後のウェットエッチング工程では不純物濃度の違いに基づき、選択的にダメージ領域230のみを除去することができる。   In the step (a), the n-type impurity region 220 is formed by decreasing the impurity concentration stepwise or continuously in the depth direction, so that the subsequent wet etching step is based on the difference in impurity concentration. Only the damaged region 230 can be selectively removed.

本実施の形態の窒化物半導体装置の製造方法は、(a)本実施の形態の窒化物半導体層のエッチング方法を用いて、表面側の所定領域(ダメージ領域230)が除去された不純物領域(n型不純物領域60)を有する窒化物半導体層を形成する工程と、(b)ダメージ領域230を除去した領域にソース電極70及びドレイン電極80を形成する工程とを備える。低抵抗なn型不純物領域60上にソース電極70及びドレイン電極80を形成するため、これらのコンタクト抵抗を低減することが出来る。また、ソース電極70及びドレイン電極80は、ダメージ領域230を除去した領域にリセス電極として形成されることからも、コンタクト抵抗が低減する。   The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present embodiment includes (a) an impurity region (a damaged region 230) from which a predetermined region on the surface side (damage region 230) has been removed by using the nitride semiconductor layer etching method according to the present embodiment. forming a nitride semiconductor layer having an n-type impurity region 60), and (b) forming a source electrode 70 and a drain electrode 80 in a region from which the damaged region 230 has been removed. Since the source electrode 70 and the drain electrode 80 are formed on the low-resistance n-type impurity region 60, these contact resistances can be reduced. Further, since the source electrode 70 and the drain electrode 80 are formed as recess electrodes in the region from which the damaged region 230 is removed, the contact resistance is reduced.

10 半絶縁性基板、20 バッファ層、30 チャネル層、40 バリア層、50 素子分離領域、60,220 n型不純物領域、70 ソース電極、80 ドレイン電極、90,91 ゲート電極、100 キャップ層、200 表面保護層、210 レジストパターン、230 ダメージ領域。   10 semi-insulating substrate, 20 buffer layer, 30 channel layer, 40 barrier layer, 50 element isolation region, 60, 220 n-type impurity region, 70 source electrode, 80 drain electrode, 90, 91 gate electrode, 100 cap layer, 200 Surface protective layer, 210 resist pattern, 230 damage area.

Claims (3)

(a)窒化物半導体層に不純物イオンを注入し、その表面から所定深さまで不純物領域を形成する工程と、
(b)前記不純物領域を熱処理する工程と、
(c)前記不純物領域の表面側の所定領域をウェットエッチングで除去する工程とを備える、
窒化物半導体層のエッチング方法。
(A) implanting impurity ions into the nitride semiconductor layer and forming an impurity region from the surface to a predetermined depth;
(B) heat-treating the impurity region;
(C) a step of removing a predetermined region on the surface side of the impurity region by wet etching,
A method for etching a nitride semiconductor layer.
前記工程(a)は、深さ方向に不純物濃度を段階的又は連続的に減少させて前記不純物領域を形成する工程である、
請求項1に記載の窒化物半導体層のエッチング方法。
The step (a) is a step of forming the impurity region by decreasing the impurity concentration stepwise or continuously in the depth direction.
The method for etching a nitride semiconductor layer according to claim 1.
請求項1又は2に記載の窒化物半導体層のエッチング方法を利用した窒化物半導体装置の製造方法であって、
(a)請求項1又は2に記載の窒化物半導体層のエッチング方法を用いて、表面側の所定領域が除去された前記不純物領域を有する窒化物半導体層を形成する工程と、
(b)前記所定領域にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを備える、
窒化物半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor device using the method for etching a nitride semiconductor layer according to claim 1 or 2,
(A) using the method for etching a nitride semiconductor layer according to claim 1 or 2, forming a nitride semiconductor layer having the impurity region from which a predetermined region on the surface side has been removed;
(B) forming a source electrode and a drain electrode in the predetermined region,
A method for manufacturing a nitride semiconductor device.
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