JP2013131651A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
窒化物半導体であるGaN、AlN、InN等または、これらの混晶である材料は、広いバンドギャップを有しており、高出力電子デバイスまたは短波長発光デバイス等として用いられている。このうち、高出力デバイスとしては、電界効果型トランジスタ(FET:Field-Effect Transistor)、特に、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)に関する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。このような窒化物半導体を用いたHEMTは、高出力・高効率増幅器、大電力スイッチングデバイス等に用いられる。 A nitride semiconductor such as GaN, AlN, InN, or a mixed crystal material thereof has a wide band gap, and is used as a high-power electronic device, a short wavelength light-emitting device, or the like. Among these, as a high-power device, a technique related to a field-effect transistor (FET), in particular, a high electron mobility transistor (HEMT) has been developed (for example, Patent Document 1). ). HEMTs using such nitride semiconductors are used in high power / high efficiency amplifiers, high power switching devices, and the like.
窒化物半導体を用いたHEMTは、例えば、基板上に、窒化アルミニウムガリウム/窒化ガリウム(AlGaN/GaN)ヘテロ構造が形成されており、GaN層を電子走行層とするものである。尚、基板としては、サファイア、シリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、シリコン(Si)等により形成された基板が用いられる。 In the HEMT using a nitride semiconductor, for example, an aluminum gallium nitride / gallium nitride (AlGaN / GaN) heterostructure is formed on a substrate, and the GaN layer is an electron transit layer. As the substrate, a substrate formed of sapphire, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), silicon (Si), or the like is used.
GaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)や、GaAs(1.4eV)よりも大きく、高い破壊電圧強度を有している。また、飽和電子速度が大きく、高電圧動作、かつ、高出力を得ることができるため、高効率スイッチング素子、電気自動車用等における高耐圧電力デバイス等に用いることができる。更に、トランジスタにおけるリーク電流を抑制するため、ゲート電極の下に絶縁膜を形成した絶縁ゲート構造のデバイスも開示されている(例えば、特許文献2)。 The band gap of GaN is 3.4 eV, which is larger than that of Si (1.1 eV) and GaAs (1.4 eV), and has a high breakdown voltage strength. Further, since the saturation electron velocity is high, high voltage operation and high output can be obtained, it can be used for a high-efficiency switching element, a high breakdown voltage power device for electric vehicles, and the like. Further, a device having an insulated gate structure in which an insulating film is formed under the gate electrode in order to suppress a leakage current in the transistor is disclosed (for example, Patent Document 2).
このように、窒化物半導体を用いたHEMTにおいて、窒化物半導体またはゲート絶縁膜となる絶縁膜を介し、導電性を有する金属窒化物膜と金属膜とを積層した構造のゲート電極が形成されている構造のものが開示されている(例えば、特許文献3)。 As described above, in a HEMT using a nitride semiconductor, a gate electrode having a structure in which a metal nitride film having conductivity and a metal film are stacked is formed via an insulating film which is a nitride semiconductor or a gate insulating film. The thing of the structure which has been disclosed is disclosed (for example, patent document 3).
ここで、図1及び図2に基づき窒化物半導体の上に、ゲート電極を形成するための金属窒化物膜を形成する場合について説明する。最初に、図1に示されるように、Siウェハ等の基板910の上に不図示のバッファ層を形成し、更に、エピタキシャル成長によりGaN及びAlGaN等の窒化物半導体層920を形成する。この後、この窒化物半導体層920の上に、スパッタリング等によりTiN等の導電膜930を形成し、導電膜930の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像により、ゲート電極が形成される領域にレジストパターン940を形成する。尚、HEMT等の場合には、窒化物半導体層920は、GaNとAlGaN等との積層膜により形成されている。
Here, a case where a metal nitride film for forming a gate electrode is formed on a nitride semiconductor will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 1, a buffer layer (not shown) is formed on a
次に、図2に示されるように、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターン940の形成されていない領域の導電膜930を除去する。この際、レジストパターン940が形成されていない領域の導電膜930は完全に除去され、レジストパターン940が形成されている領域における窒化物半導体層920の上には、導電膜930が形成される。
Next, as shown in FIG. 2, the
ところで、Siウェハ等の基板910において、TiN膜等の導電膜930をスパッタリングにより成膜した場合、成膜された導電膜930は、基板910の中心部分と周辺部分とでは膜厚が異なっている。即ち、図1(a)に示すように基板910の中央部分では厚く成膜され、図1(b)に示すように周辺部分では薄く形成される。具体的には、スパッタリングにより、基板910の中央部分において、導電膜930であるTiN膜が約200nmとなるように成膜した場合には、半導体基板920の周辺部分において、成膜される導電膜930であるTiN膜の膜厚は約175nmとなる。このように、スパッタリングにより導電膜930であるTiN膜を成膜した場合、TiN膜における膜厚の面内分布が生じるため、成膜されるTiN膜においては、基板910の中央部分と周辺部分とで、約25nmの膜厚差が生じる。
By the way, when a
従って、図2に示すように、塩素ガス等を用いてRIE等のドライエッチングを行なった場合、図2(a)に示す基板910の中心部分よりも、図2(b)に示す基板910の周辺部分の方が、窒化物半導体層920が多くエッチングにより除去されてしまう。このため、製造される半導体装置のばらつきが生じ、歩留り等が低下する可能性がある。また、窒化物半導体層920がオーバーエッチングされた構造の半導体装置を作製する場合においても、基板920の中央部分と周辺部分とにおける導電膜930であるTiN膜の膜厚差に応じて、窒化物半導体層920のエッチングされる量が異なる。従って、基板910の中央部分と周辺部分とにおいて、エッチングされた後の窒化物半導体層920の厚さにばらつきが生じてしまう。
Therefore, as shown in FIG. 2, when dry etching such as RIE is performed using chlorine gas or the like, the
ところで、導電膜930であるTiN膜をドライエッチングにより除去する場合には、一般的に、エッチングガスとして塩素ガス等が用いられる。この場合、導電膜930と窒化物半導体層920とのエッチングレートの比は約1である。具体的なエッチング条件は、例えば、ECRエッチング装置のチャンバー内に、Cl2を10〜150sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーを600〜1200W、バイアス(ボトム)パワーを30〜80Wとする。尚、本実施の形態では、このような窒化物半導体層920に対する導電膜930のエッチングレートの比について、窒化物半導体層920に対する導電膜930の選択比と記載する場合がある。
Incidentally, when the TiN film as the
一方、特許文献3に記載されているように、窒化物半導体の上に形成された金属酸化膜を窒化することにより導電膜を形成する方法もある。しかしながら、この方法では、窒素ラジカル等を用いる方法であり、特殊な装置等を必要とするため、金属窒化物膜を容易に形成することは困難である。また、酸化物を窒化する際に、窒化物半導体にダメージを与える場合があり、製造される半導体装置における歩留り等が低下するため好ましくない。
On the other hand, as described in
よって、ゲート電極等を形成する際に、基板の中心部分と周辺部分において、窒化物半導体のエッチング量の差が少なくなるように形成することができ、均一性が高く、歩留りの高い半導体装置の製造方法が求められている。 Therefore, when forming the gate electrode or the like, the difference in the etching amount of the nitride semiconductor can be reduced between the central portion and the peripheral portion of the substrate, and the semiconductor device has high uniformity and high yield. There is a need for a manufacturing method.
本実施の形態の一観点によれば、基板の上に、窒化物半導体層を形成する工程と、前記窒化物半導体層の上に、導電膜を形成する工程と、前記導電膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンが形成されて領域の前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程と、を有し、前記ドライエッチングに用いられるエッチングガスは、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガスまたは酸素を加えたものであることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, a step of forming a nitride semiconductor layer over a substrate, a step of forming a conductive film over the nitride semiconductor layer, and over the conductive film, Forming a resist pattern; and removing the conductive film in the region where the resist pattern is formed by dry etching to form an electrode; and the etching gas used for the dry etching is a chlorine component A gas containing fluorine is added to a gas containing a fluorine component or oxygen.
開示の半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極等を形成する際に、基板の中心部分と周辺部分において、窒化物半導体のエッチング量の差が少なくなるように形成することができ、均一性が高く、歩留りの高い半導体装置を製造することができる。 According to the disclosed method for manufacturing a semiconductor device, when forming a gate electrode or the like, the difference in the etching amount of the nitride semiconductor can be reduced between the central portion and the peripheral portion of the substrate. And a high yield semiconductor device can be manufactured.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
最初に、窒化物半導体層と導電膜となる金属窒化物膜とのエッチングレートについて検討を行なった結果について説明する。前述したように、ドライエッチングを行なった場合、基板の中央部分と周辺部分とにおける窒化物半導体層のエッチング量のばらつきが生じる。このばらつきは、基板の中央部分と周辺部分とにおいて、成膜される金属窒化物膜の膜厚が異なることに起因して生じる。従って、金属窒化物膜の膜厚が均一になるように、スパッタリング等の成膜方法により成膜することができれば、基板の中央部分と周辺部分とにおいて、窒化物半導体層のエッチング量を略同じにすることができる。しかしながら、スパッタリング等の成膜方法では、TiN膜等の金属窒化物膜において、基板の全面にわたり膜厚が均一となるように成膜することは困難である。
[First Embodiment]
First, the results of studying the etching rate between the nitride semiconductor layer and the metal nitride film that becomes the conductive film will be described. As described above, when dry etching is performed, variation in the etching amount of the nitride semiconductor layer occurs in the central portion and the peripheral portion of the substrate. This variation is caused by the difference in film thickness of the metal nitride film formed between the central portion and the peripheral portion of the substrate. Accordingly, if the film can be formed by a film forming method such as sputtering so that the metal nitride film has a uniform thickness, the etching amount of the nitride semiconductor layer is substantially the same in the central portion and the peripheral portion of the substrate. Can be. However, it is difficult for a film forming method such as sputtering to form a metal nitride film such as a TiN film so that the film thickness is uniform over the entire surface of the substrate.
ところで、窒化物半導体層のエッチングレートに対し、金属窒化物膜のエッチングレートが速い場合、基板の中央部分と周辺部分とにおいて、TiN等の金属窒化物膜の膜厚が不均一であっても、窒化物半導体層のエッチング量の差を小さくすることができる。即ち、窒化物半導体層のエッチングレートに対する金属窒化物膜のエッチングレートの比(選択比)が約1である場合に対し、選択比が約10である場合には、周辺部分におけるオーバーエッチング量が約1/10となる。具体的には、選択比が約1である場合に、周辺部分におけるオーバーエッチング量が約25nmであったものが、選択比を約10とすることにより、周辺部分におけるオーバーエッチング量が約2.5nmとなる。このように選択比を高くすることにより、基板の中央部分と周辺部分とにおおける窒化物半導体層のエッチング量の差を少なくすることができ、窒化物半導体層のエッチング量のばらつきを少なくすることができる。これにより、製造される半導体装置の特性の均一性を向上させることができ、更には、歩留りを向上させることができる。 By the way, when the etching rate of the metal nitride film is faster than the etching rate of the nitride semiconductor layer, even if the film thickness of the metal nitride film such as TiN is not uniform in the central portion and the peripheral portion of the substrate. The difference in the etching amount of the nitride semiconductor layer can be reduced. That is, when the ratio of the etching rate of the metal nitride film to the etching rate of the nitride semiconductor layer (selection ratio) is about 1, when the selection ratio is about 10, the overetching amount in the peripheral portion is It becomes about 1/10. Specifically, when the selection ratio is about 1, the overetching amount in the peripheral portion is about 25 nm. By setting the selection ratio to about 10, the overetching amount in the peripheral portion is about 2. 5 nm. By increasing the selection ratio in this manner, the difference in the etching amount of the nitride semiconductor layer between the central portion and the peripheral portion of the substrate can be reduced, and the variation in the etching amount of the nitride semiconductor layer can be reduced. be able to. Thereby, the uniformity of the characteristic of the semiconductor device manufactured can be improved, and also the yield can be improved.
このような観点に基づき、発明者は、RIE等のドライエッチングに用いられるエッチングガスとエッチングレートの比、即ち、選択比との関係について検討を行なった。この検討を行なった結果を図3に示す。図3では、窒化物半導体としてGaNを用い、窒化物金属膜としてTiNを用いている。尚、本実施の形態では、RIEには、平行平板型のもの以外にも、ECR(Electron Cyclotron Resonance)エッチング、ICP(Inductively coupled plasma)エッチングも含まれるものとする。図3に示される結果は、ECRエッチングにより行なわれたものである。 Based on such a viewpoint, the inventor examined the relationship between the etching gas used in dry etching such as RIE and the ratio of the etching rate, that is, the selection ratio. The results of this study are shown in FIG. In FIG. 3, GaN is used as the nitride semiconductor, and TiN is used as the nitride metal film. In the present embodiment, RIE includes ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching and ICP (Inductively coupled plasma) etching in addition to the parallel plate type. The results shown in FIG. 3 were obtained by ECR etching.
条件1は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2(塩素)を用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比(エッチングレートの比)は、約1.3であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約1.4である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約60Wであり、比較的高いパワーである。 Condition 1 is a case where Cl 2 (chlorine) is used as an etching gas used for dry etching. In this case, the selectivity of TiN to GaN (ratio of etching rate) is about 1.3, and the selectivity of TiN to photoresist is about 1.4. The bias power in dry etching is about 60 W, which is a relatively high power.
条件2は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にSF6を3%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約5.4であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約1.1である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約60Wであり、比較的高いパワーである。
条件3は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にSF6を8%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約6.2であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約0.4である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約60Wであり、比較的高いパワーである。
条件4は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にSF6を3%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約9.4であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約0.8である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約30Wであり、比較的低いパワーである。
条件5は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にSF6を6%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約12であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約0.6である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約30Wであり、比較的低いパワーである。 Condition 5 is a case where 6% of SF 6 is mixed with Cl 2 as an etching gas used for dry etching. In this case, the selectivity of TiN to GaN is about 12, and the selectivity of TiN to photoresist is about 0.6. The bias power in dry etching is about 30 W, which is a relatively low power.
条件6は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にO2を10%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約6.3であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約0.7である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約60Wであり、比較的高いパワーである。
条件7は、ドライエッチングに用いられるエッチングガスとして、Cl2にO2を20%混入させたものを用いた場合である。この場合、GaNに対するTiNの選択比は、約6.7であり、フォトレジストに対するTiNの選択比は、約0.5である。尚、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、約60Wであり、比較的高いパワーである。 Condition 7 is a case where an etching gas used for dry etching is a mixture of Cl 2 mixed with 20% O 2 . In this case, the selectivity of TiN to GaN is about 6.7, and the selectivity of TiN to photoresist is about 0.5. The bias power in dry etching is about 60 W, which is a relatively high power.
以上のように、図3に示される結果に基づくならば、ドライエッチングにおいて、Cl2にSF6又はO2を混入したエッチングガスを用いることにより、GaNに対するTiNの選択比を高くすることができる。また、エッチングガスに混入されるSF6又はO2が多い方が、GaNに対するTiNの選択比を高くすることができる。しかしながら、エッチングガスに混入されるSF6又はO2が多いと、エッチングレートは低下してしまう。また、ドライエッチングにおけるバイアスパワーは、比較的高いパワーである約60Wの場合よりも、比較的低いパワーである約30Wの方が、GaNに対するTiNの選択比を高くすることができる。尚、選択比を6以上にするためには、Cl2にSF6を混入させる場合には、バイアスパワーが約60WではSF6を8%以上、バイアスパワーが約30WではSF6を3%以上混入させることが好ましい。また、Cl2にO2を混入させる場合には、O2を10%以上混入させることが好ましい。 As described above, based on the results shown in FIG. 3, in dry etching, the selectivity of TiN to GaN can be increased by using an etching gas in which SF 6 or O 2 is mixed into Cl 2. . Moreover, the more SF 6 or O 2 mixed in the etching gas, the higher the selectivity of TiN to GaN. However, if SF 6 or O 2 mixed in the etching gas is large, the etching rate is lowered. In addition, the bias power in dry etching can increase the TiN to GaN selection ratio at about 30 W, which is a relatively low power, compared to about 60 W, which is a relatively high power. In order to increase the selection ratio to 6 or more, when SF 6 is mixed into Cl 2 , SF 6 is 8% or more when the bias power is about 60 W, and SF 6 is 3% or more when the bias power is about 30 W. It is preferable to mix. Further, when O 2 is mixed into Cl 2 , it is preferable to mix O 2 by 10% or more.
本発明は、上述したように、発明者における検討の結果に基づきなされたものである。 As described above, the present invention has been made based on the results of studies by the inventors.
(半導体装置の製造方法)
次に、第1の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、窒化物半導体を用いたHEMTの製造方法であり、図4〜図6に基づき説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, the semiconductor device in the first embodiment will be described. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment is a method for manufacturing a HEMT using a nitride semiconductor, and will be described with reference to FIGS.
最初に、図4(a)に示すように、基板10上に窒化物半導体層を形成する。具体的には、Si等の基板の上に、窒化物半導体層となる不図示のバッファ層、電子走行層21、電子供給層22、キャップ層23を順次MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法によりエピタキシャル成長させることにより形成する。これにより、電子走行層21と電子供給層22との界面近傍の電子走行層21には2DEG(two dimensional electron gas)21aが形成される。
First, as shown in FIG. 4A, a nitride semiconductor layer is formed on the
基板10としては、Si、サファイア、SiC、GaN、AlN等の基板を用いることができる。
As the
電子走行層21は、第1の半導体層となる層であり、厚さが約3μmのインテンショナリーアンドープGaNにより形成されている。
The
電子供給層22は、第2の半導体層となる層であり、厚さが約20nmのインテンショナリーアンドープAl0.25Ga0.75Nにより形成されている。尚、電子供給層22は、Si等の不純物元素をドープして、n型としたものを用いてもよい。
The
キャップ層23は、第3の半導体層となる層であり、厚さが約5nmのGaNまたはAlGaN等により形成されている。本実施の形態では、キャップ層23は、Si等の不純物元素がドープされているn−GaNにより形成されている。
The
本実施の形態においては、MOVPEでは、Gaの原料ガスにはTMG(トリメチルガリウム)、Alの原料ガスにはTMA(トリメチルアルミニウム)、Nの原料ガスにはNH3(アンモニア)が用いられ、Siの原料ガスにはSiH4(モノシラン)等が用いられる。尚、これらの原料ガスは、水素(H2)をキャリアガスとしてMOVPE装置の反応炉に供給される。 In the present embodiment, in MOVPE, TMG (trimethylgallium) is used as the Ga source gas, TMA (trimethylaluminum) is used as the Al source gas, and NH 3 (ammonia) is used as the N source gas. For this source gas, SiH 4 (monosilane) or the like is used. These source gases are supplied to the reactor of the MOVPE apparatus using hydrogen (H 2 ) as a carrier gas.
次に、図4(b)に示すように、キャップ層23の上に、導電膜30aであるTiN膜をスパッタリングにより、約200nm成膜する。導電膜30aは、後述するゲート電極30を形成するためのものであり、金属窒化物膜を有する膜、即ち、金属窒化物膜または金属窒化物膜と金属膜との積層膜により形成されている。金属窒化物膜は、金属の窒化物であって導電性を有する材料であればよく、具体的には、TaN、TiN、ZrN、WN、VN、TiSiN、TaCN等が挙げられる。また、導電膜30aを金属窒化物膜と金属膜との積層膜により形成する場合には、Ti/TiN、Al/TaN等の積層膜が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 4B, a TiN film as the
次に、図4(c)に示すように、導電膜30aの上にレジストパターン40を形成する。レジストパターン40は、導電膜30aにおいてゲート電極30が形成される領域の上に形成される。具体的には、導電膜30aであるTiN膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、導電膜30aにおいてゲート電極30が形成される領域の上にレジストパターン40を形成する。この際形成されるレジストパターン40の膜厚は、約1.2μmである。
Next, as shown in FIG. 4C, a resist
次に、図5(a)に示すように、レジストパターン40が形成されていない領域における導電膜30aをRIE等のドライエッチングにより除去し、ゲート電極30を形成する。この条件は、エッチング装置のチャンバー内に、Cl2を10〜50sccm、N2を10〜100sccm、SF6を2〜10sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーを600〜1200W、バイアスパワーを3〜30Wとする。この条件におけるGaNに対するTiNの選択比は約10であるため、TiNの膜厚分布(膜厚差)が25nmであっても、GaNは最大で2.5nmエッチングにより除去されるだけである。このようにして、レジストパターン40が形成されていない領域における導電膜30aであるTiN膜を除去することにより、残存する金属窒化物膜によりゲート電極30を形成する。本実施の形態では、エッチングガスとして、Cl2にSF6を添加した場合について説明したが、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガスを添加したものであってもよい。塩素成分を含むガスとしては、Cl2の他、BCl3、CCl4等が挙げられる。また、フッ素成分を含むガスとしては、SF6の他、F2、CF4、NF3等が挙げられる。この工程におけるGaNに対するTiNの選択比は、2以上であれば膜厚差を約半分にすることができるため効果はあるが、更に、膜厚差を小さくするためには、5以上、更には、6以上であることが好ましい。尚、レジストパターン40は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(b)に示すように、第1の層間絶縁膜50を形成する。具体的には、CVDやスパッタリング等の成膜方法により、ゲート電極30が形成されている面に、SiO2膜を成膜することにより、第1の層間絶縁膜50を形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a first
次に、図5(c)に示すように、第1の層間絶縁膜50において、後述するソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域に開口部51及び52を形成する。具体的には、第1の層間絶縁膜50の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像をすることにより、第1の層間絶縁膜50において開口部51及び52が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングまたはウェットエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域における第1の層間絶縁膜50をキャップ層23等の窒化物半導体層の表面が露出するまで除去し、開口部51及び52を形成する。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 5C, in the first
次に、図6(a)に示すように、第1の層間絶縁膜50に形成された開口部51及び52に、Al等の金属材料によりソース電極61及びドレイン電極62を形成する。具体的には、開口部51及び52が形成されている第1の層間絶縁膜50の上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、ソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Al等の金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、第1の層間絶縁膜50における開口部51内にソース電極61を形成し、開口部52内にドレイン電極62を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, a
尚、ソース電極61及びドレイン電極62の形成方法は、上記以外の方法であってもよい。具体的には、開口部51及び52が形成されている第1の層間絶縁膜50の上にAl等の金属膜をスパッタリング等により成膜し、更に、この金属膜の上に、ソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域の上にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域の金属膜をRIE等により除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより、残存する金属膜によりソース電極61及びドレイン電極62を形成することができる。
Note that the
次に、図6(b)に示すように、第1の層間絶縁膜50、ソース電極61及びドレイン電極62の上に、第2の層間絶縁膜70を形成し、更に、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50に開口部71、72及び73を形成する。この開口部71、72及び73は、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30の表面が露出するまで、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50をエッチングにより除去することにより形成する。より詳細に説明すると、CVDやスパッタリング等の成膜方法により、SiO2膜を成膜することにより、第2の層間絶縁膜70を形成する。この後、第2の層間絶縁膜70の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部71、72及び73が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域における第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50を除去し、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30の表面を露出させる。これにより、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50に開口部71、72及び73を形成することができる。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, a second
次に、図6(c)に示すように、開口部71、72及び73において、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30と接続される配線層81、82及び83を形成する。具体的には、開口部71、72及び73が形成されている第2の層間絶縁膜70の上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、配線層81、82及び83が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Al等の金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、開口部71においてソース電極61と接続される配線層81、開口部72においてドレイン電極62と接続される配線層82、開口部73においてゲート電極30と接続される配線層83を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 6C, wiring layers 81, 82, and 83 connected to the
尚、配線層81、82及び83の形成方法は、上記以外の方法であってもよい。具体的には、開口部71、72及び73が形成されている第2の層間絶縁膜70の上にAl等の金属膜をスパッタリング等により成膜し、更に、この金属膜の上に、配線層81、82及び83が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域の金属膜をRIE等のドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより、残存する金属膜により配線層81、82及び83を形成することができる。
The method for forming the wiring layers 81, 82 and 83 may be other than the above. Specifically, a metal film such as Al is formed on the second
以上により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。本実施の形態における半導体装置は、ゲート電極30とキャップ層23との間にゲート絶縁膜となる絶縁膜を形成した構造のものであってもよい。この場合、キャップ層23を形成した後、ゲート絶縁膜となる絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に導電膜30aを形成する。
As described above, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured. The semiconductor device in the present embodiment may have a structure in which an insulating film serving as a gate insulating film is formed between the
また、ゲート電極31が形成される領域の窒化物半導体を一部除去することにより、リセスを形成した構造のものであってもよい。この場合、キャップ層23を形成した後、ゲート電極31が形成される領域の窒化物半導体を一部除去することにリセスを形成し、この後、この絶縁膜上に導電膜30aを形成する。更に、本実施の形態における半導体装置は、電子供給層22として、InGaNを用いたものであってもよい。
Further, a structure in which a recess is formed by removing a part of the nitride semiconductor in a region where the gate electrode 31 is formed may be used. In this case, after forming the
更に、図示はしないが、本実施の形態は、窒化物半導体を用いたHEMT以外にも、窒化物半導体を用いた半導体装置においても適用することができる。具体的には、AlGaN、GaN、InAlN等の表面に、ドライエッチングによりTiN等の金属窒化物の電極を形成する工程を有する半導体装置の製造方法においても適用することが可能である。 Further, although not shown, this embodiment can be applied to a semiconductor device using a nitride semiconductor in addition to a HEMT using a nitride semiconductor. Specifically, the present invention can also be applied to a method for manufacturing a semiconductor device having a step of forming a metal nitride electrode such as TiN on the surface of AlGaN, GaN, InAlN or the like by dry etching.
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態とは異なる構造の窒化物半導体を用いたHEMTの製造方法であり、図7〜図9に基づき説明する。
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor device according to the second embodiment will be described. The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is a HEMT manufacturing method using a nitride semiconductor having a structure different from that of the first embodiment, and will be described with reference to FIGS.
最初に、図7(a)に示すように、基板10上に窒化物半導体層を形成する。具体的には、Si等の基板の上に、窒化物半導体層となる不図示のバッファ層、電子走行層121、電子供給層122を順次MOVPE法によりエピタキシャル成長させることにより形成する。これにより、電子走行層121と電子供給層122との界面近傍の電子走行層121には2DEG121aが形成される。
First, as shown in FIG. 7A, a nitride semiconductor layer is formed on the
基板10としては、Si、サファイア、SiC、GaN、AlN等の基板を用いることができる。
As the
電子走行層121は、第1の半導体層となる層であり、厚さが約3μmのインテンショナリーアンドープGaNにより形成されている。
The
電子供給層122は、第2の半導体層となる層であり、厚さが約20nmのインテンショナリーアンドープAl0.25Ga0.75Nにより形成されている。尚、電子供給層122は、Si等の不純物元素をドープして、n型としたものを用いてもよい。
The
本実施の形態においては、MOVPEでは、Gaの原料ガスにはTMG(トリメチルガリウム)、Alの原料ガスにはTMA(トリメチルアルミニウム)、Nの原料ガスにはNH3(アンモニア)が用いられ、Siの原料ガスにはSiH4(モノシラン)等が用いられる。尚、これらの原料ガスは、水素(H2)をキャリアガスとしてMOVPE装置の反応炉に供給される。 In the present embodiment, in MOVPE, TMG (trimethylgallium) is used as the Ga source gas, TMA (trimethylaluminum) is used as the Al source gas, and NH 3 (ammonia) is used as the N source gas. For this source gas, SiH 4 (monosilane) or the like is used. These source gases are supplied to the reactor of the MOVPE apparatus using hydrogen (H 2 ) as a carrier gas.
次に、図7(b)に示すように、電子供給層122の上に、導電膜30aであるTiN膜をスパッタリングにより、約200nm成膜する。導電膜30aは、後述するゲート電極30を形成するためのものであり、金属窒化物膜を有する膜、即ち、金属窒化物膜または金属窒化物膜と金属膜との積層膜により形成されている。金属窒化物膜は、金属の窒化物であって導電性を有する材料であればよく、具体的には、TaN、TiN、ZrN、WN、VN、TiSiN、TaCN等が挙げられる。また、導電膜30aを金属窒化物膜と金属膜との積層膜により形成する場合には、Ti/TiN、Al/TaN等の積層膜が挙げられる。
Next, as shown in FIG. 7B, a TiN film as the
次に、図7(c)に示すように、導電膜30aの上にレジストパターン40を形成する。レジストパターン40は、導電膜30aにおいてゲート電極30が形成される領域の上に形成される。具体的には、導電膜30aであるTiN膜の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、導電膜30aにおいてゲート電極30が形成される領域の上にレジストパターン40を形成する。この際形成されるレジストパターン40の膜厚は、約1.2μmである。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist
次に、図8(a)に示すように、レジストパターン40が形成されていない領域における導電膜30aをRIE等のドライエッチングにより除去し、ゲート電極30を形成する。この条件は、エッチング装置のチャンバー内に、Cl2を10〜50sccm、N2を10〜100sccm、SF6を2〜10sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーを600〜1200W、バイアスパワーを3〜30Wとする。この条件におけるGaNに対するTiNの選択比は約10であるため、TiNの膜厚分布(膜厚差)が25nmであっても、GaNは最大で2.5nmエッチングにより除去されるだけである。このようにして、レジストパターン40が形成されていない領域における導電膜30aであるTiN膜を除去し、残存する金属窒化物膜によりゲート電極30を形成する。この際、レジストパターン40が形成されていない領域の電子供給層122を一部除去してもよい。本実施の形態では、エッチングガスとして、Cl2にSF6を添加した場合について説明したが、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガスを添加したものであってもよい。塩素成分を含むガスとしては、Cl2の他、BCl3、CCl4等が挙げられる。また、フッ素成分を含むガスとしては、SF6の他、F2、CF4、NF3等が挙げられる。尚、レジストパターン40は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示すように、第1の層間絶縁膜50を形成する。具体的には、CVDやスパッタリング等の成膜方法により、ゲート電極30が形成されている面に、SiO2膜を成膜することにより、第1の層間絶縁膜50を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a first
次に、図8(c)に示すように、第1の層間絶縁膜50において、後述するソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域に開口部51及び52を形成する。具体的には、第1の層間絶縁膜50の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置により露光、現像をすることにより、第1の層間絶縁膜50において開口部51及び52が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングまたはウェットエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域における第1の層間絶縁膜50を電子供給層122等の窒化物半導体層の表面が露出するまで除去し、開口部51及び52を形成する。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 8C, in the first
次に、図9(a)に示すように、第1の層間絶縁膜50に形成された開口部51及び52に、Al等の金属材料によりソース電極61及びドレイン電極62を形成する。具体的には、開口部51及び52が形成されている第1の層間絶縁膜50の上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、ソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Al等の金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、第1の層間絶縁膜50における開口部51内にソース電極61を形成し、開口部52内にドレイン電極62を形成する。
Next, as shown in FIG. 9A, a
尚、ソース電極61及びドレイン電極62の形成方法は、上記以外の方法であってもよい。具体的には、開口部51及び52が形成されている第1の層間絶縁膜50の上にAl等の金属膜をスパッタリング等により成膜し、更に、この金属膜の上に、ソース電極61及びドレイン電極62が形成される領域の上にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域の金属膜をRIE等により除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより、残存する金属膜によりソース電極61及びドレイン電極62を形成することができる。
Note that the
次に、図9(b)に示すように、第1の層間絶縁膜50、ソース電極61及びドレイン電極62の上に、第2の層間絶縁膜70を形成し、更に、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50に開口部71、72及び73を形成する。この開口部71、72及び73は、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30の表面が露出するまで、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50をエッチングにより除去することにより形成する。より詳細に説明すると、CVDやスパッタリング等の成膜方法により、SiO2膜を成膜することにより、第2の層間絶縁膜70を形成する。この後、第2の層間絶縁膜70の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部71、72及び73が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンの形成されていない領域における第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50を除去し、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30の表面を露出させる。これにより、第2の層間絶縁膜70及び第1の層間絶縁膜50に開口部71、72及び73を形成することができる。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 9B, a second
次に、図9(c)に示すように、開口部71、72及び73において、ソース電極61、ドレイン電極62及びゲート電極30と接続される配線層81、82及び83を形成する。具体的には、開口部71、72及び73が形成されている第2の層間絶縁膜70の上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行なうことにより、配線層81、82及び83が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Al等の金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、開口部71においてソース電極61と接続される配線層81、開口部72においてドレイン電極62と接続される配線層82、開口部73においてゲート電極30と接続される配線層83を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 9C, wiring layers 81, 82, and 83 connected to the
尚、配線層81、82及び83の形成方法は、上記以外の方法であってもよい。具体的には、開口部71、72及び73が形成されている第2の層間絶縁膜70の上にAl等の金属膜をスパッタリング等により成膜し、更に、この金属膜の上に、配線層81、82及び83が形成される領域にレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンが形成されていない領域の金属膜をRIE等のドライエッチングにより除去し、レジストパターンを有機溶剤等により除去することにより、残存する金属膜により配線層81、82及び83を形成することができる。
The method for forming the wiring layers 81, 82 and 83 may be other than the above. Specifically, a metal film such as Al is formed on the second
以上により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。本実施の形態では、AlGaNのエッチングレートは、GaNのエッチングレートと略同じであるため、第1の実施の形態と同様に、電子供給層122におけるエッチング量のばらつきを少なくすることができる。また、電子供給層122をInAlNにより形成した場合においても、InAlNとGaNとのエッチングレートは略等しいため、同様に電子供給層122におけるエッチング量のばらつきを少なくすることができる。
As described above, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured. In this embodiment, since the etching rate of AlGaN is substantially the same as the etching rate of GaN, variation in the etching amount in the
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ゲート電極を形成する際のRIE等のドライエッチングの条件が、第1の実施の形態及び第2の実施の形態とは異なるものである。具体的には、導電膜30aにおける所定の領域をドライエッチングにより除去することにより、ゲート電極30を形成しているが、この工程における条件が、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と異なるものである。本実施の形態における半導体装置の製造方法においては、第1の実施の形態における図4(c)、または、第2の実施の形態における図7(c)に示されるように、レジストパターン40を形成した後、本実施の形態におけるドライエッチングを行なう。本実施の形態におけるドライエッチングは、2つのエッチング工程、即ち、第1のエッチング工程と、第2のエッチング工程を行なうものである。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, dry etching conditions such as RIE when forming the gate electrode are different from those in the first embodiment and the second embodiment. Specifically, the
最初に、第1のエッチング工程を行なう。第1のエッチング工程の条件は、エッチング装置のチャンバー内に、Cl2を10〜150sccm、SF6を1〜15sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーを600〜1200W、バイアスパワーを30〜80Wとする。この条件におけるGaNに対するTiNの選択比は約6であるため、TiNの膜厚分布(膜厚差)が25nmであっても、GaNは最大で約4nmエッチングにより除去されるだけである。 First, a first etching process is performed. The conditions of the first etching process are as follows: Cl 2 is supplied at 10 to 150 sccm, SF 6 is supplied at 1 to 15 sccm, the pressure in the chamber is set at 2 to 10 mTorr, the top power is 600 to 1200 W, and the bias is set. The power is 30-80W. Since the selection ratio of TiN to GaN under this condition is about 6, even if the TiN film thickness distribution (film thickness difference) is 25 nm, GaN is only removed by etching at a maximum of about 4 nm.
次に、第2のエッチング工程を行なう。第2のエッチング工程の条件は、チャンバー内に、Cl2を10〜50sccm、N2を10〜100sccm、SF6を2〜10sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーを600〜1200W、バイアスパワーを3〜30Wとする。この条件におけるGaNに対するTiNの選択比は約10であるため、TiNの膜厚分布(膜厚差)が25nmであっても、GaNは最大で2.5nmエッチングにより除去されるだけである。 Next, a second etching process is performed. The conditions of the second etching process are as follows: Cl 2 is supplied at 10 to 50 sccm, N 2 is supplied at 10 to 100 sccm, SF 6 is supplied at 2 to 10 sccm, the pressure in the chamber is set at 2 to 10 mTorr, and the top power is 600. ˜1200 W, bias power is 3 to 30 W. Since the selection ratio of TiN to GaN under this condition is about 10, even if the TiN film thickness distribution (film thickness difference) is 25 nm, GaN is only removed by etching at a maximum of 2.5 nm.
第1のエッチング工程は、選択比は比較的低いものの、エッチングレートが高く、第2のエッチング工程は、選択比は比較的高いものの、エッチングレートが低い。よって、窒化物半導体層の表面が露出する直前まで、第1のエッチング工程を行ない、その後、第2のエッチング工程を行なうことにより、窒化物半導体層におけるエッチング量のばらつきの少ないエッチングを短時間で行なうことができる。これにより、半導体装置の製造時間を短縮することができ、半導体装置を低コストで製造することができる。 The first etching process has a relatively low selectivity but a high etching rate, and the second etching process has a relatively high selectivity but a low etching rate. Therefore, the first etching process is performed until just before the surface of the nitride semiconductor layer is exposed, and then the second etching process is performed, so that the etching with less variation in the etching amount in the nitride semiconductor layer can be performed in a short time. Can be done. Thereby, the manufacturing time of a semiconductor device can be shortened and a semiconductor device can be manufactured at low cost.
本実施の形態においては、第1のエッチング工程よりも第2のエッチング工程におけるドライエッチングのバイアスパワーを低くすることにより、第1のエッチング工程よりも第2のエッチング工程における選択比を高くすることができる。また、第1のエッチング工程よりも第2のエッチング工程におけるエッチングガスに添加されるSF6の濃度を高くすることにより、第1のエッチング工程よりも第2のエッチング工程における選択比を高くすることができる。また、双方の内容を組み合わせることにより、より一層選択比を高くすることができる。 In this embodiment, the selectivity in the second etching process is made higher than that in the first etching process by lowering the bias power of the dry etching in the second etching process than in the first etching process. Can do. Further, the selectivity in the second etching step is made higher than that in the first etching step by increasing the concentration of SF 6 added to the etching gas in the second etching step in comparison with the first etching step. Can do. Further, the selection ratio can be further increased by combining both contents.
本実施の形態では、エッチングガスとして、Cl2にSF6を添加した場合について説明したが、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガス又は酸素を添加したものであってもよい。塩素成分を含むガスとしては、Cl2の他、BCl3、CCl4等が挙げられる。また、フッ素成分を含むガスとしては、SF6の他、F2、CF4、NF3等が挙げられる。
In this embodiment, the case where SF 6 is added to Cl 2 as an etching gas has been described. However, a gas containing a fluorine component or oxygen may be added to a gas containing a chlorine component. As the gas containing chlorine components, other Cl 2, BCl 3, CCl 4, and the like. Further, as the gas containing a fluorine component, other SF 6, F 2, CF 4 ,
この後、第1の実施の形態における図5(b)又は、第2の実施の形態における図8(b)に示されるように、第1の層間絶縁膜50を形成する。この後の工程は、第1の実施の形態または第2の実施の形態と同様である。尚、上記以外の内容については、第1又は第2の実施の形態と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 5B in the first embodiment or FIG. 8B in the second embodiment, a first
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ゲート電極を形成する際のRIE等のドライエッチングの条件が、第1の実施の形態及び第2の実施の形態とは異なるものである。具体的には、導電膜30aにおける所定の領域をドライエッチングにより除去することにより、ゲート電極30を形成しているが、この工程における条件が、第1の実施の形態及び第2の実施の形態と異なるものである。本実施の形態における半導体装置の製造方法においては、第1の実施の形態における図4(c)、第2の実施の形態における図7(c)に示されるように、レジストパターン40を形成した後、本実施の形態におけるドライエッチングを行なう。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, dry etching conditions such as RIE when forming the gate electrode are different from those in the first embodiment and the second embodiment. Specifically, the
ドライエッチングの条件は、チャンバー内に、Cl2を10〜150sccm、N2を0〜100sccm、O2を5〜30sccm供給し、チャンバー内の圧力を2〜10mTorrとし、トップパワーが600〜1200W、バイアスパワーを30〜80Wとする。この条件におけるGaNに対するTiNの選択比は約6であるため、TiNの膜厚分布(膜厚差)が25nmであっても、GaNは最大で約4nmエッチングにより除去されるだけである。塩素成分を含むガスとしては、Cl2の他、BCl3、CCl4等が挙げられる。 The dry etching conditions are as follows: Cl 2 is supplied in a chamber at 10 to 150 sccm, N 2 is supplied at 0 to 100 sccm, O 2 is supplied at 5 to 30 sccm, the pressure in the chamber is set at 2 to 10 mTorr, and the top power is 600 to 1200 W. The bias power is 30-80 W. Since the selection ratio of TiN to GaN under this condition is about 6, even if the TiN film thickness distribution (film thickness difference) is 25 nm, GaN is only removed by etching at a maximum of about 4 nm. As the gas containing chlorine components, other Cl 2, BCl 3, CCl 4 and the like.
この後、第1の実施の形態における図5(b)又は、第2の実施の形態における図8(b)に示されるように、第1の層間絶縁膜50を形成する。この後の工程は、第1の実施の形態または第2の実施の形態と同様である。尚、上記以外の内容については、第1又は第2の実施の形態と同様である。
Thereafter, as shown in FIG. 5B in the first embodiment or FIG. 8B in the second embodiment, a first
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基板の上に、窒化物半導体層を形成する工程と、
前記窒化物半導体層の上に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成されて領域の前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程と、
を有し、
前記ドライエッチングに用いられるエッチングガスは、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガスまたは酸素を加えたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2)
前記導電膜は、導電性を有する金属窒化物膜を含むものであることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記3)
前記導電膜は、金属窒化物膜と金属膜との積層膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置の製造方法。
(付記4)
前記金属窒化物膜は、TaN、TiN、ZrN、WN、VN、TiSiN、TaCNのうちの1又は2以上を含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記2又は3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記5)
前記金属窒化物膜は、TiNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記2又は3に記載の半導体装置の製造方法。
(付記6)
前記導電膜は、スパッタリングにより成膜されたものであることを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記塩素成分を含むガスは、Cl2、BCl3、CCl4のうちの1又は2以上を含むガスであることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記フッ素成分を含むガスは、SF6、F2、CF4、NF3のうちの1又は2以上を含むガスであることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記ドライエッチングは、RIEであることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程は、第1のエッチング工程と、第2のエッチング工程とを有し、
前記第1のエッチング工程よりも前記第2のエッチング工程の方が、ドライエッチングにおけるバイアスパワーが低いことを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程は、第1のエッチング工程と、第2のエッチング工程とを有し、
前記第1のエッチング工程よりも前記第2のエッチング工程の方が、ドライエッチングにおけるエッチングガスに含まれるフッ素成分を含むガスまたは酸素の濃度が高いことを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程は、前記窒化物半導体層に対する前記導電膜の選択比が2以上であることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記電極と接する窒化物半導体層は、GaN、AlGaN、InAlNのいずれかであることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記窒化物半導体層は、基板の上に形成された第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層とを含むものであることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記窒化物半導体層は、前記第2の半導体層の上に、第3の半導体層が形成されているものであることを特徴とする付記14に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記15に記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2の半導体層は、AlGaNまたはInAlNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記14から16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記窒化物半導体層は、MOVPEにより形成されたものであることを特徴とする付記1から17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記19)
前記電極はゲート電極であって、
前記窒化物半導体層の上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程を有することを特徴とする付記1から18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記半導体装置は、HEMTであることを特徴とする付記1から19のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
Forming a nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a conductive film on the nitride semiconductor layer;
Forming a resist pattern on the conductive film;
Forming the electrode by removing the conductive film in the region where the resist pattern is formed by dry etching;
Have
An etching gas used for the dry etching is obtained by adding a gas containing a fluorine component or oxygen to a gas containing a chlorine component.
(Appendix 2)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the conductive film includes a conductive metal nitride film.
(Appendix 3)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 1, wherein the conductive film is a laminated film of a metal nitride film and a metal film.
(Appendix 4)
The metal nitride film is formed of a material containing one or more of TaN, TiN, ZrN, WN, VN, TiSiN, and TaCN. A method for manufacturing a semiconductor device.
(Appendix 5)
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 6)
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the conductive film is formed by sputtering.
(Appendix 7)
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the gas containing a chlorine component is a gas containing one or more of Cl 2 , BCl 3 , and CCl 4 .
(Appendix 8)
The manufacturing method of a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the gas containing the fluorine component is a gas containing one or more of SF 6 , F 2 , CF 4 , and NF 3. Method.
(Appendix 9)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8, wherein the dry etching is RIE.
(Appendix 10)
The step of removing the conductive film by dry etching and forming an electrode includes a first etching step and a second etching step,
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the bias power in the dry etching is lower in the second etching step than in the first etching step.
(Appendix 11)
The step of removing the conductive film by dry etching and forming an electrode includes a first etching step and a second etching step,
Any one of Supplementary notes 1 to 10, wherein the second etching step has a higher concentration of a gas or oxygen containing a fluorine component contained in an etching gas in dry etching than the first etching step. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
(Appendix 12)
12. The semiconductor according to any one of appendices 1 to 11, wherein the step of forming the electrode by removing the conductive film by dry etching has a selection ratio of the conductive film to the nitride semiconductor layer of 2 or more. Device manufacturing method.
(Appendix 13)
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12, wherein the nitride semiconductor layer in contact with the electrode is any one of GaN, AlGaN, and InAlN.
(Appendix 14)
From the supplementary note 1, the nitride semiconductor layer includes a first semiconductor layer formed on a substrate and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer. 14. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 13 above.
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(Appendix 16)
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 15, wherein the third semiconductor layer is made of a material containing GaN.
(Appendix 17)
The first semiconductor layer is made of a material containing GaN,
17. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(Appendix 18)
18. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 17, wherein the nitride semiconductor layer is formed by MOVPE.
(Appendix 19)
The electrode is a gate electrode;
19. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 18, further comprising forming a source electrode and a drain electrode on the nitride semiconductor layer.
(Appendix 20)
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 1 to 19, wherein the semiconductor device is a HEMT.
10 基板
21 電子走行層(第1の半導体層)
21a 2DEG
22 電子供給層(第2の半導体層)
23 キャップ層(第3の半導体層)
30 ゲート電極
30a 導電膜
40 レジストパターン
50 第1の層間絶縁膜
51 開口部
52 開口部
61 ソース電極
62 ドレイン電極
70 第1の層間絶縁膜
71 開口部
72 開口部
73 開口部
81 配線層(ソース)
82 配線層(ドレイン)
83 配線層(ゲート)
10
21a 2DEG
22 Electron supply layer (second semiconductor layer)
23 Cap layer (third semiconductor layer)
30
82 Wiring layer (drain)
83 Wiring layer (gate)
Claims (6)
前記窒化物半導体層の上に、導電膜を形成する工程と、
前記導電膜の上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンが形成されて領域の前記導電膜をドライエッチングにより除去し、電極を形成する工程と、
を有し、
前記ドライエッチングに用いられるエッチングガスは、塩素成分を含むガスにフッ素成分を含むガスまたは酸素を加えたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a conductive film on the nitride semiconductor layer;
Forming a resist pattern on the conductive film;
Forming the electrode by removing the conductive film in the region where the resist pattern is formed by dry etching;
Have
An etching gas used for the dry etching is obtained by adding a gas containing a fluorine component or oxygen to a gas containing a chlorine component.
前記第1のエッチング工程よりも前記第2のエッチング工程の方が、ドライエッチングにおけるバイアスパワーが低いことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step of removing the conductive film by dry etching and forming an electrode includes a first etching step and a second etching step,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the bias power in the dry etching is lower in the second etching step than in the first etching step. 5.
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