JP2013157396A - Compound semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、窒化物系化合物半導体の高い飽和電子速度及び広いバンドギャップ等の特徴を利用した、高耐圧・高出力の化合物半導体装置の開発が活発に行われている。例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)等の電界効果トランジスタの開発が行われている。その中でも、特にGaN層を電子走行層(チャネル層)、AlGaN層を電子供給層として含むGaN系HEMTが注目されている。このようなGaN系HEMTでは、AlGaNとGaNとの格子定数の差に起因する歪みがAlGaN層に生じ、この歪みに伴ってピエゾ分極が生じ、高濃度の二次元電子ガスがAlGaN層下のGaN層の上面近傍に発生する。このため、高い出力が得られるのである。 In recent years, a compound semiconductor device having a high withstand voltage and a high output has been actively developed using characteristics of a nitride compound semiconductor such as a high saturation electron velocity and a wide band gap. For example, field effect transistors such as a high electron mobility transistor (HEMT) have been developed. Among them, GaN-based HEMTs that include a GaN layer as an electron transit layer (channel layer) and an AlGaN layer as an electron supply layer have attracted attention. In such a GaN-based HEMT, a strain caused by the difference in lattice constant between AlGaN and GaN is generated in the AlGaN layer, piezo-polarization occurs along with this strain, and a high-concentration two-dimensional electron gas is formed in the GaN under the AlGaN layer. Occurs near the top surface of the layer. For this reason, a high output can be obtained.
但し、二次元電子ガスが高濃度で存在するために、ノーマリオフ型のトランジスタの実現が困難である。この課題を解決するために種々の技術について検討が行われている。例えば、ゲート電極と電子供給層との間にp型GaN層を形成して二次元電子ガスを打ち消す技術等が提案されている。 However, since a two-dimensional electron gas is present at a high concentration, it is difficult to realize a normally-off transistor. In order to solve this problem, various techniques have been studied. For example, a technique has been proposed in which a p-type GaN layer is formed between a gate electrode and an electron supply layer to cancel two-dimensional electron gas.
また、ゲートリーク電流の抑制のためには、ゲート絶縁膜を用いたMIS(metal insulator semiconductor)構造を採用することが好ましい。 In order to suppress the gate leakage current, it is preferable to adopt a MIS (metal insulator semiconductor) structure using a gate insulating film.
しかしながら、従来のp型GaN層を備えたMIS構造のGaN系HEMTでは、ソース−ドレイン間のリーク電流の低減が困難となっている。 However, in a conventional MIS HEMT having a p-type GaN layer and having a MIS structure, it is difficult to reduce the source-drain leakage current.
本発明の目的は、ソース−ドレイン間のリーク電流を効果的に低減することができる化合物半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of effectively reducing a leakage current between a source and a drain and a method for manufacturing the same.
化合物半導体装置の一態様には、電子走行層と、前記電子走行層の上方に形成された電子供給層と、前記電子供給層の上方に形成された2次元電子ガス抑制層と、が設けられている。前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記2次元電子ガス抑制層の上方に形成されたゲート電極と、が設けられている。更に、少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層が設けられている。前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面が形成されており、前記ゲート電極は前記傾斜面に倣うようにして形成されている。 An aspect of the compound semiconductor device includes an electron transit layer, an electron supply layer formed above the electron transit layer, and a two-dimensional electron gas suppression layer formed above the electron supply layer. ing. Provided are a source electrode and a drain electrode formed at a position sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer between the electron supply layer and a gate electrode formed above the two-dimensional electron gas suppression layer. It has been. Furthermore, at least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain above the electron supply layer An insulating layer having a second portion located between the electrodes is provided. A tapered inclined surface is formed at an end portion of the second portion located on the first portion side, and the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface.
化合物半導体装置の製造方法の一態様では、前記電子走行層の上方に電子供給層を形成し、前記電子供給層の上方に2次元電子ガス抑制層を形成する。前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置にソース電極及びドレイン電極を形成し、前記2次元電子ガス抑制層の上方にゲート電極を形成する。少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層を形成する。前記絶縁層を形成する際に、前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面を形成し、前記ゲート電極を前記傾斜面に倣うようにして形成する。 In one aspect of the method for manufacturing a compound semiconductor device, an electron supply layer is formed above the electron transit layer, and a two-dimensional electron gas suppression layer is formed above the electron supply layer. A source electrode and a drain electrode are formed above the electron supply layer at a position sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer, and a gate electrode is formed above the two-dimensional electron gas suppression layer. At least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain electrode above the electron supply layer An insulating layer having a second portion located between the two is formed. When forming the insulating layer, a tapered inclined surface is formed at an end portion of the second portion located on the first portion side, and the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface. .
上記の化合物半導体装置等によれば、絶縁層に適切な第2の部位が形成され、この第2の部位の傾斜面に倣うようにしてゲート電極が形成されているため、電界集中を緩和してソース−ドレイン間のリーク電流を効果的に低減することができる。 According to the above compound semiconductor device or the like, the second portion appropriate for the insulating layer is formed, and the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface of the second portion. Thus, the leakage current between the source and the drain can be effectively reduced.
以下、添付の図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the first embodiment.
第1の実施形態に係る化合物半導体装置(GaN系HEMT)では、図1に示すように、電子走行層(チャネル層)3の上方に電子供給層4が形成され、電子供給層4の上方にp型GaN層等の2次元電子ガス(2DEG)抑制層5が形成されている。電子供給層4の材料のバンドギャップは、電子走行層3の材料のそれよりも大きい。電子供給層4の上方で、平面視で2DEG抑制層5を間に挟む位置にソース電極12s及びドレイン電極12dが形成されている。2DEG抑制層5の上方にゲート電極21が形成されている。また、電子供給層4の上方に、絶縁層22が形成されている。絶縁層22には、少なくとも、2DEG抑制層5とゲート電極21との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位22a、及び電子供給層4の上方で、平面視で第1の部位22aとドレイン電極12dとの間に位置する第2の部位22bが含まれている。そして、第2の部位22bの、平面視で第1の部位22a側に位置する端部にテーパ状の傾斜面22cが形成されており、ゲート電極21は傾斜面22cに倣うようにして形成されている。
In the compound semiconductor device (GaN-based HEMT) according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, an electron supply layer 4 is formed above the electron transit layer (channel layer) 3, and above the electron supply layer 4. A two-dimensional electron gas (2DEG) suppression layer 5 such as a p-type GaN layer is formed. The band gap of the material of the electron supply layer 4 is larger than that of the material of the
このように構成された第1の実施形態に係る化合物半導体装置では、電子供給層4のバンドギャップが電子走行層3のバンドギャップよりも大きいため、量子井戸が生じ、その量子井戸に電子が蓄積される。この結果、電子走行層3の電子供給層4との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG13)が発生する。但し、2DEG抑制層5及び第1の部位22aが設けられているため、2DEG抑制層5の下方では、2DEG13が打ち消されている。このため、適切なノーマリオフ動作が実現可能である。また、ゲート電極21は、第2の部位22bの端部に形成された傾斜面22cに倣うようにして形成されているため、その下方における電界集中が2DEG抑制層5の直下からドレイン電極12dに向かうに連れて徐々に緩和される。このため、従来のGaN系HEMTで生じているような電界集中に伴うソース−ドレイン間のリーク電流を効果的に抑制することができる。
In the compound semiconductor device according to the first embodiment configured as described above, since the band gap of the electron supply layer 4 is larger than the band gap of the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図2は、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the second embodiment.
第2の実施形態に係る化合物半導体装置(GaN系HEMT)では、図2に示すように、基板101上にバッファ層102、電子走行層(チャネル層)103及び電子供給層104が形成されている。電子供給層104の材料のバンドギャップは、電子走行層103の材料のそれよりも大きい。バッファ層102、電子走行層103及び電子供給層104に、素子領域を区画する素子分離領域106が形成されている。電子供給層104及び素子分離領域106上に保護膜107が形成されている。保護膜107には、素子領域内に位置する開口部107aが形成されており、この開口部107a内において電子供給層104上に2DEG抑制層105が形成されている。開口部107aはテーパ状に形成されており、その内側面は、例えば平坦な傾斜面107bとなっている。また、2DEG抑制層105を覆う絶縁膜108が、2DEG抑制層105を基準として傾斜面107bの外側まで延出して保護膜107上に形成されている。この絶縁膜108上にゲート電極121が形成されている。更に、ゲート電極121を覆う絶縁膜110が保護膜107上に形成されている。絶縁膜110及び保護膜107の平面視で2DEG抑制層105を間に挟む位置に開口部111s及び開口部111dが形成されており、開口部111s及び開口部111d内に、それぞれソース電極112s及びドレイン電極112dが形成されている。
In the compound semiconductor device (GaN-based HEMT) according to the second embodiment, as shown in FIG. 2, a
また、本実施形態では、保護膜107及び絶縁膜108の積層体を含む絶縁層122が、ゲート絶縁膜として機能する第1の部位122a、及び平面視で第1の部位122aとドレイン電極112dとの間に位置する第2の部位122bを備えている。そして、第2の部位122bの、平面視で第1の部位122a側に位置する端部にテーパ状の傾斜面122cが存在し、ゲート電極121がこの傾斜面122cに倣うようにして形成されている。
In this embodiment, the insulating layer 122 including the stacked body of the
第2の実施形態では、電子供給層104のバンドギャップが電子走行層103のバンドギャップよりも大きいため、量子井戸が生じ、その量子井戸に電子が蓄積される。この結果、電子走行層103の電子供給層104との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG113)が発生する。但し、2DEG抑制層105の下方では、2DEG抑制層105の作用により2DEG113が打ち消されている。このため、ノーマリオフ動作が可能である。
In the second embodiment, since the band gap of the
更に、本実施形態では、ゲート電極121が第2の部位122bの端部に形成された傾斜面122cに倣うようにして形成されているため、その下方における電界集中が2DEG抑制層105の直下からドレイン電極112dに向かうに連れて徐々に緩和される。このため、従来のGaN系HEMTで生じているような電界集中に伴うソース−ドレイン間のリーク電流を効果的に抑制することができる。特に、平面視で2DEG抑制層105とドレイン電極112dとの間の領域では、ゲート電極121の下端と電子供給層104との間には薄い絶縁膜108が存在するだけである。このため、この領域における電界集中をより効果的に緩和することができる。そして、ソース−ドレイン間のリーク電流をより効果的に低減することができる。
Furthermore, in this embodiment, since the
次に、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。図3A〜図3Eは、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment will be described. 3A to 3E are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps.
先ず、図3A(a)に示すように、Si基板又はSiC基板等の基板101上にバッファ層102を形成する。バッファ層102としては、例えば厚さが0.5μm〜5.0μm程度のAlN層を形成する。バッファ層102として、AlN層及びGaN層を交互に複数積層した積層体を形成してもよく、基板101との界面から離間するほどAl組成が減少するAlxGa(1-x)N(0<x≦1)層(基板101との界面ではAlN)を形成してもよい。その後、バッファ層102上に電子走行層(チャネル層)103を形成する。電子走行層103としては、例えば厚さが1μm〜3μm程度のGaN層を形成する。続いて、電子走行層103上に電子供給層104を形成する。電子供給層104としては、例えば厚さが5nm〜40nm程度でAl組成が10%以上30%以下のAlGaN層を形成する。電子走行層103のGaNのバンドギャップよりも電子供給層104のAlGaNのバンドギャップが大きいので、量子井戸が生じ、その量子井戸に電子が蓄積される。この結果、キャリアである2次元電子ガス(2DEG)が電子走行層103の電子供給層104との界面近傍に発生する。次いで、電子供給層104上に、2DEGを減少させる2DEG抑制層105を形成する。この結果、電子走行層103の電子供給層104との界面近傍に発生していた2DEGが消失する。2DEG抑制層105としては、例えば厚さが10nm〜150nm程度で、p型不純物としてMgを4×1019cm-3程度の濃度で含有するp型GaN層を形成する。
First, as shown in FIG. 3A (a), a
次いで、図3A(b)に示すように、2DEG抑制層105のGaN系HEMTのゲートを形成する予定の部分を覆うエッチングマスク等を用いて、ドライエッチングにより2DEG抑制層105の他の部分を除去する。この結果、2DEG抑制層105が除去された領域において、2DEGが電子走行層103の電子供給層104との界面近傍に再度発生する。このドライエッチングでは、例えば塩素系ガス又はSFx系ガスをエッチングガスとして用いる。その後、イオン注入により少なくとも電子供給層104及び電子走行層103の結晶にダメージを与えて、素子領域を区画する素子分離領域106を形成する。このイオン注入では、例えばArイオン又はB系のイオンの注入を行う。
Next, as shown in FIG. 3A (b), the other part of the
続いて、図3B(c)に示すように、全面に保護膜107を形成する。保護膜107としては、例えば厚さが100nm〜500nm程度のシリコン窒化膜をプラズマ化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法、熱CVD法又は原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)法により形成する。プラズマCVD法により形成する場合、例えば成膜温度は400℃程度とする。次いで、保護膜107上に、開口部を形成する予定の領域を露出し、他の部分を覆うレジストパターン131を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B (c), a
その後、図3B(d)に示すように、レジストパターン131をエッチングマスクとして用いて保護膜107のウェットエッチングを行う。このウェットエッチングでは、例えばフッ酸を含む薬液をエッチング液として用いる。このウェットエッチングの結果、内側面が傾斜した開口部107aが形成される。つまり、保護膜107に傾斜面107bが形成される。この傾斜面107bは平面であり、電子供給層104の表面に対して45°程度傾斜する。
Thereafter, as shown in FIG. 3B (d), the
続いて、図3C(e)に示すように、レジストパターン131を除去する。そして、全面にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108を形成する。絶縁膜108としては、例えば厚さが5nm〜100nm程度のアルミニウム窒化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸窒化膜、ハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜等をALD法等により形成する。また、これらの積層体を形成してもよい。すなわち、例えばアルミニウム窒化膜及びその上のシリコン窒化膜の積層体を形成してもよい。絶縁膜108の形成後に400℃〜1000℃程度のアニールを行ってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3C (e), the resist
次いで、図3C(f)に示すように、絶縁膜108上に導電膜109を形成する。導電膜109としては、例えば厚さが10nm〜500nm程度のチタン膜、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、アルミニウム膜等を物理気相成長(PVD:physical vapor deposition)法にて形成する。その後、導電膜109上に、ゲート電極121を形成する予定の領域を覆い、他の部分を露出するレジストパターン132を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 3C (f), a
続いて、図3D(g)に示すように、レジストパターン132をエッチングマスクとして用いて導電膜109及び絶縁膜108のドライエッチングを行う。そして、レジストパターン132を除去する。ドライエッチング後の導電膜109がゲート電極121となる。
Subsequently, as shown in FIG. 3D (g), the
次いで、図3D(h)に示すように、全面に絶縁膜110を形成する。絶縁膜110としては、例えばシリコン酸化膜を形成する。絶縁膜110の表面は平坦にすることが好ましく、そのために絶縁膜110としてスピンオングラス(SOG:spin on glass)を用いたシリコン酸化膜を形成してもよい。また、堆積法等によりシリコン酸化膜等を形成した後に、その表面を化学機械的研磨(CMP:chemical mechanical polishing)法等により平坦化してもよい。その後、絶縁膜110上に、ソース電極を形成する予定の領域及びドレイン電極を形成する予定の領域を露出し、他の部分を覆うレジストパターン133を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D (h), an insulating
続いて、図3E(i)に示すように、レジストパターン133をエッチングマスクとして用いて絶縁膜110及び保護膜107のドライエッチングを行う。この結果、ソース電極用の開口部111s及びドレイン電極用の開口部111dが絶縁膜110及び保護膜107に形成される。このドライエッチングでは、例えば、並行平板型エッチング装置を用いて、CF4、SF6、CHF3又はフッ素を含むガス雰囲気にて、基板温度を25℃〜200℃とし、圧力を10mT〜2Torrとし、RFパワーを10W〜400Wとする。
Subsequently, as shown in FIG. 3E (i), the insulating
次いで、図3E(j)に示すように、開口部111s内にソース電極112sを形成し、開口部111d内にドレイン電極112dを形成する。ソース電極112s及びドレイン電極112dとしては、例えば厚さが10nmのタンタル膜及びその上の厚さが300nmのアルミニウム膜の積層体をPVD法にて形成する。その後、アニール処理を行ってソース電極112s及びドレイン電極112dに含まれるタンタル膜を、よりコンタクト抵抗が低い膜に変化させる。例えば、このアニール処理の雰囲気は、希ガス、窒素、酸素、アンモニア及び水素の1種又は2種以上の雰囲気とし、時間は180秒間以下とし、温度は550℃〜650℃とする。このアニール処理によって、タンタル膜とアルミニウム膜とが反応し、半導体部分(電子供給層104)に対して微少なAlスパイクが生じる。この結果、コンタクト抵抗が低下する。このとき、Alの低い仕事関数も低抵抗化に寄与する。
Next, as illustrated in FIG. 3E (j), the
その後、配線及びパッシベーション膜等を形成して化合物半導体装置を完成させる。 Thereafter, a wiring, a passivation film, and the like are formed to complete the compound semiconductor device.
なお、2DEGを再度発生させる際に、平面視でゲートを形成する予定の領域以外の領域において、2DEG抑制層105の全体を除去するのではなく、2DEG抑制層105を薄くするだけでもよい。この場合、薄膜化後の厚さは10nm以下とすることが好ましい。十分な量の2DEGを発生させるためである。
Note that when 2DEG is generated again, the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。図4は、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the third embodiment.
第3の実施形態に係る化合物半導体装置(GaN系HEMT)では、図4に示すように、第2の実施形態における絶縁膜108に代えて、絶縁膜108a及び絶縁膜108bの積層体が設けられている。少なくとも絶縁膜108bは絶縁膜108よりも薄い。絶縁膜108bはゲート電極121の下方全体に形成されているのに対し、絶縁膜108aはゲート電極121の下方の一部のみに形成されている。すなわち、平面視で2DEG抑制層105とドレイン電極112dとの間の領域では、絶縁膜108aは、保護膜107との間に隙間115が存在するように形成されている。そして、この隙間115に絶縁膜108bが入り込んでいる。他の構成は第2の実施形態と同様である。
In the compound semiconductor device (GaN-based HEMT) according to the third embodiment, as shown in FIG. 4, a stacked body of an insulating
第3の実施形態でも、第2の実施形態と同様に、ノーマリオフ動作が可能である。また、保護膜107、絶縁膜108a及び絶縁膜108bの積層体が、第1の部位122a及び第2の部位122bを備えた絶縁層122として機能する。そして、ゲート電極121の下端と電子供給層104との間に絶縁膜108よりも薄い絶縁膜108bのみが介在する領域が、平面視で2DEG抑制層105とドレイン電極112dとの間に存在する。つまり、第1の部位122aよりも薄い絶縁膜108bのみが介在する領域が、平面視で2DEG抑制層105とドレイン電極112dとの間に存在する。このため、第2の実施形態よりも一層、電界集中を緩和することができ、ソース−ドレイン間のリーク電流を抑制することができる。
Also in the third embodiment, a normally-off operation is possible as in the second embodiment. In addition, the stacked body of the
次に、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。図5A〜図5Cは、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device according to the third embodiment will be described. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in the order of steps.
先ず、図5A(a)に示すように、第2の実施形態と同様にして保護膜107への開口部107aの形成及びレジストパターン131の除去までの処理を行う。そして、全面にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108aを形成する。絶縁膜108aとしては、例えばアルミニウム窒化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸窒化膜、ハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜等をALD法等により形成する。また、これらの積層体を形成してもよい。すなわち、例えばアルミニウム窒化膜及びその上のシリコン窒化膜の積層体を形成してもよい。なお、絶縁膜108aは、第2の実施形態における絶縁膜108よりも薄く、例えば半分程度の厚さに形成する。
First, as shown in FIG. 5A (a), the processes from the formation of the
次いで、図5A(b)に示すように、上述の隙間115が存在するように絶縁膜108aを加工するために、絶縁膜108aを残存させる領域を覆い、他の部分を露出するレジストパターン134を絶縁膜108a上に形成する。
Next, as shown in FIG. 5A (b), in order to process the insulating
その後、図5B(c)に示すように、レジストパターン134をエッチングマスクとして用いて絶縁膜108aのエッチングを行う。この結果、絶縁膜108aと保護膜107との間に隙間115が形成される。このエッチングとしては、例えばフッ酸を含む薬液を用いたウェットエッチングを行う。
Thereafter, as shown in FIG. 5B (c), the insulating
続いて、図5B(d)に示すように、レジストパターン134を除去する。そして、全面にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜108bを形成する。絶縁膜108bとしては、例えば厚さが5nm〜100nm程度のアルミニウム窒化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸窒化膜、ハフニウム酸化膜又はアルミニウム酸化膜等をALD法等により形成する。また、これらの積層体を形成してもよい。すなわち、例えばアルミニウム窒化膜及びその上のシリコン窒化膜の積層体を形成してもよい。絶縁膜108bの形成後に400℃〜1000℃程度で60秒間程度のアニールを行ってもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 5B (d), the resist
次いで、図5C(e)に示すように、第2の実施形態と同様にして、絶縁膜108b上に導電膜109を形成し、導電膜109上にレジストパターン132を形成する。その後、レジストパターン132をエッチングマスクとして用いて導電膜109、絶縁膜108b及び絶縁膜108aのドライエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 5C (e), a
続いて、図5D(g)に示すように、レジストパターン132を除去する。そして、第2の実施形態と同様にして、絶縁膜110の形成以降の処理を行う。
Subsequently, as shown in FIG. 5D (g), the resist
このようにして、化合物半導体装置を完成させる。 In this way, the compound semiconductor device is completed.
なお、第2の実施形態、第3の実施形態では、平面視で2DEG抑制層105とドレイン電極112dとの間において、絶縁層122の上面の一部が2DEG抑制層105の上面よりも電子供給層104側に位置している。つまりゲート電極121の下端の一部が2DEG抑制層105の上面よりも電子供給層104側に位置している。ゲート電極121の下端の全体が2DEG抑制層105の上面と同一の面内又は電子供給層104から離間した側に位置していてもよい。
In the second and third embodiments, a part of the upper surface of the insulating layer 122 supplies electrons more than the upper surface of the
また、第2の実施形態、第3の実施形態では、電子走行層103にGaNが用いられ、電子供給層104にAlGaNが用いられ、GaN及びAlGaNの量子井戸構造が採用されているが、2DEGを発生させることが可能であれば、電子走行層103及び電子供給層104の材料は特に限定されない。
In the second embodiment and the third embodiment, GaN is used for the
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、GaN系HEMTを含む化合物半導体装置のディスクリートパッケージに関する。図6は、第4の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment relates to a discrete package of a compound semiconductor device including a GaN-based HEMT. FIG. 6 is a diagram illustrating a discrete package according to the fourth embodiment.
第4の実施形態では、図6に示すように、第1〜第3の実施形態のいずれかの化合物半導体装置のHEMTチップ210の裏面がはんだ等のダイアタッチ剤234を用いてランド(ダイパッド)233に固定されている。また、ドレイン電極12d又は112dが接続されたドレインパッド226dに、Alワイヤ等のワイヤ235dが接続され、ワイヤ235dの他端が、ランド233と一体化しているドレインリード232dに接続されている。ソース電極12s又は112sに接続されたソースパッド226sにAlワイヤ等のワイヤ235sが接続され、ワイヤ235sの他端がランド233から独立したソースリード232sに接続されている。ゲート電極21又は121に接続されたゲートパッド226gにAlワイヤ等のワイヤ235gが接続され、ワイヤ235gの他端がランド233から独立したゲートリード232gに接続されている。そして、ゲートリード232gの一部、ドレインリード232dの一部及びソースリード232sの一部が突出するようにして、ランド233及びHEMTチップ210等がモールド樹脂231によりパッケージングされている。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the back surface of the HEMT chip 210 of the compound semiconductor device according to any one of the first to third embodiments is land (die pad) using a die attach agent 234 such as solder. 233 is fixed. Further, a
このようなディスクリートパッケージは、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、HEMTチップ210をはんだ等のダイアタッチ剤234を用いてリードフレームのランド233に固定する。次いで、ワイヤ235g、235d及び235sを用いたボンディングにより、ゲートパッド226gをリードフレームのゲートリード232gに接続し、ドレインパッド226dをリードフレームのドレインリード232dに接続し、ソースパッド226sをリードフレームのソースリード232sに接続する。その後、トランスファーモールド法にてモールド樹脂231を用いた封止を行う。続いて、リードフレームを切り離す。
Such a discrete package can be manufactured as follows, for example. First, the HEMT chip 210 is fixed to the land 233 of the lead frame using a die attach agent 234 such as solder. Next, by bonding using
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、GaN系HEMTを含む化合物半導体装置を備えたPFC(Power Factor Correction)回路に関する。図7は、第5の実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a PFC (Power Factor Correction) circuit including a compound semiconductor device including a GaN-based HEMT. FIG. 7 is a connection diagram showing a PFC circuit according to the fifth embodiment.
PFC回路250には、スイッチ素子(トランジスタ)251、ダイオード252、チョークコイル253、コンデンサ254及び255、ダイオードブリッジ256、並びに交流電源(AC)257が設けられている。そして、スイッチ素子251のドレイン電極と、ダイオード252のアノード端子及びチョークコイル253の一端子とが接続されている。スイッチ素子251のソース電極と、コンデンサ254の一端子及びコンデンサ255の一端子とが接続されている。コンデンサ254の他端子とチョークコイル253の他端子とが接続されている。コンデンサ255の他端子とダイオード252のカソード端子とが接続されている。また、スイッチ素子251のゲート電極にはゲートドライバが接続されている。コンデンサ254の両端子間には、ダイオードブリッジ256を介してAC257が接続される。コンデンサ255の両端子間には、直流電源(DC)が接続される。そして、本実施形態では、スイッチ素子251に、第1〜第3の実施形態のいずれかの化合物半導体装置が用いられている。
The PFC circuit 250 is provided with a switch element (transistor) 251, a diode 252, a choke coil 253,
PFC回路250の製造に際しては、例えば、はんだ等を用いて、スイッチ素子251をダイオード252及びチョークコイル253等に接続する。
When manufacturing the PFC circuit 250, the
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、GaN系HEMTを含む化合物半導体装置を備えた電源装置に関する。図8は、第6の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment relates to a power supply device including a compound semiconductor device including a GaN-based HEMT. FIG. 8 is a connection diagram illustrating the power supply device according to the sixth embodiment.
電源装置には、高圧の一次側回路261及び低圧の二次側回路262、並びに一次側回路261と二次側回路262との間に配設されるトランス263が設けられている。
The power supply device includes a high-voltage primary circuit 261 and a low-voltage secondary circuit 262, and a
一次側回路261には、第6の実施形態に係るPFC回路250、及びPFC回路250のコンデンサ255の両端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路260が設けられている。フルブリッジインバータ回路260には、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子264a、264b、264c及び264dが設けられている。
The primary circuit 261 is provided with an inverter circuit connected between both terminals of the PFC circuit 250 according to the sixth embodiment and the
二次側回路262には、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子265a、265b及び265cが設けられている。 The secondary side circuit 262 is provided with a plurality (three in this case) of switch elements 265a, 265b, and 265c.
本実施形態では、一次側回路261を構成するPFC回路250のスイッチ素子251、並びにフルブリッジインバータ回路260のスイッチ素子264a、264b、264c及び264dに、第1〜第3の実施形態のいずれかの化合物半導体装置が用いられている。一方、二次側回路262のスイッチ素子265a、265b及び265cには、シリコンを用いた通常のMIS型FET(電界効果トランジスタ)が用いられている。
In the present embodiment, the
(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態について説明する。第7の実施形態は、GaN系HEMTを含む化合物半導体装置を備えた高周波増幅器に関する。図9は、第7の実施形態に係る高周波増幅器を示す結線図である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. The seventh embodiment relates to a high-frequency amplifier including a compound semiconductor device including a GaN-based HEMT. FIG. 9 is a connection diagram illustrating the high-frequency amplifier according to the seventh embodiment.
高周波増幅器には、ディジタル・プレディストーション回路271、ミキサー272a及び272b、並びにパワーアンプ273が設けられている。
The high frequency amplifier is provided with a
ディジタル・プレディストーション回路271は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー272aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ273は、第1〜第3の実施形態のいずれかの化合物半導体装置を備えており、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。なお、本実施形態では、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272b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271に送出できる。
The
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
電子走行層と、
前記電子走行層の上方に形成された電子供給層と、
前記電子供給層の上方に形成された2次元電子ガス抑制層と、
前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記2次元電子ガス抑制層の上方に形成されたゲート電極と、
少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層と、
を有し、
前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面が形成されており、
前記ゲート電極は前記傾斜面に倣うようにして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)
An electronic travel layer,
An electron supply layer formed above the electron transit layer;
A two-dimensional electron gas suppression layer formed above the electron supply layer;
A source electrode and a drain electrode formed at positions above the electron supply layer and sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer;
A gate electrode formed above the two-dimensional electron gas suppression layer;
At least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain electrode above the electron supply layer An insulating layer having a second portion located between
Have
A tapered inclined surface is formed at an end portion of the second part located on the first part side,
The compound semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface.
(付記2)
前記電子走行層はGaN層であり、
前記電子供給層はAlGaN層であり、
前記2次元電子ガス抑制層はp型GaN層であ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)
The electron transit layer is a GaN layer;
The electron supply layer is an AlGaN layer;
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the two-dimensional electron gas suppression layer is a p-type GaN layer.
(付記3)
前記ゲート電極の下端の一部は、前記2次元電子ガス抑制層と前記ドレイン電極との間において、前記2次元電子ガス抑制層の上面よりも前記電子供給層側に位置している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。
(Appendix 3)
A part of the lower end of the gate electrode is located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the drain electrode on the electron supply layer side from the upper surface of the two-dimensional electron gas suppression layer. The compound semiconductor device according to Supplementary Note 1 or 2,
(付記4)
前記第2の部位に前記第1の部位よりも薄い箇所が存在することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 4)
4. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein a portion thinner than the first portion exists in the second portion.
(付記5)
前記傾斜面は、前記電子供給層の上面に対して45°傾斜していることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 5)
5. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the inclined surface is inclined by 45 ° with respect to the upper surface of the electron supply layer.
(付記6)
電子走行層の上方に電子供給層を形成する工程と、
前記電子供給層の上方に2次元電子ガス抑制層を形成する工程と、
前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記2次元電子ガス抑制層の上方にゲート電極を形成する工程と、
少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁層を形成する工程は、前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面を形成する工程を有し、
前記ゲート電極を前記傾斜面に倣うようにして形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
Forming an electron supply layer above the electron transit layer;
Forming a two-dimensional electron gas suppression layer above the electron supply layer;
Forming a source electrode and a drain electrode at a position sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer above the electron supply layer;
Forming a gate electrode above the two-dimensional electron gas suppression layer;
At least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain electrode above the electron supply layer Forming an insulating layer having a second portion located between the two,
Have
The step of forming the insulating layer includes a step of forming a tapered inclined surface at an end portion of the second portion located on the first portion side,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface.
(付記7)
前記電子走行層はGaN層であり、
前記電子供給層はAlGaN層であり、
前記2次元電子ガス抑制層はp型GaN層であることを特徴とする付記6に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
The electron transit layer is a GaN layer;
The electron supply layer is an AlGaN layer;
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 6, wherein the two-dimensional electron gas suppression layer is a p-type GaN layer.
(付記8)
前記絶縁層の上面の一部を、前記2次元電子ガス抑制層と前記ドレイン電極との間において、前記2次元電子ガス抑制層の上面よりも前記電子供給層側に位置させることを特徴とする付記6又は7に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
A part of the upper surface of the insulating layer is positioned closer to the electron supply layer than the upper surface of the two-dimensional electron gas suppression layer between the two-dimensional electron gas suppression layer and the drain electrode. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 6 or 7.
(付記9)
前記絶縁層を形成する工程は、前記第2の部位に前記第1の部位よりも薄い箇所を形成する工程を有することを特徴とする付記6乃至8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 9)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 6 to 8, wherein the step of forming the insulating layer includes a step of forming a portion thinner than the first portion in the second portion. Manufacturing method.
(付記10)
前記傾斜面は、前記電子供給層の上面に対して45°傾斜していることを特徴とする付記6乃至9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 10)
10. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 6 to 9, wherein the inclined surface is inclined by 45 ° with respect to the upper surface of the electron supply layer.
3:電子走行層
4:電子供給層
5:2次元電子ガス(2DEG)抑制層
12g:ゲート電極
12s:ソース電極
12d:ドレイン電極
22:絶縁層
22a:第1の部位
22b:第2の部位
22c:傾斜面
3: Electron transit layer 4: Electron supply layer 5: Two-dimensional electron gas (2DEG) suppression layer 12g: Gate electrode 12s: Source electrode 12d: Drain electrode 22: Insulating layer 22a: First part 22b: Second part 22c : Inclined surface
Claims (6)
前記電子走行層の上方に形成された電子供給層と、
前記電子供給層の上方に形成された2次元電子ガス抑制層と、
前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記2次元電子ガス抑制層の上方に形成されたゲート電極と、
少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層と、
を有し、
前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面が形成されており、
前記ゲート電極は前記傾斜面に倣うようにして形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。 An electronic travel layer,
An electron supply layer formed above the electron transit layer;
A two-dimensional electron gas suppression layer formed above the electron supply layer;
A source electrode and a drain electrode formed at positions above the electron supply layer and sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer;
A gate electrode formed above the two-dimensional electron gas suppression layer;
At least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain electrode above the electron supply layer An insulating layer having a second portion located between
Have
A tapered inclined surface is formed at an end portion of the second part located on the first part side,
The compound semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface.
前記電子供給層はAlGaN層であり、
前記2次元電子ガス抑制層はp型GaN層であ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。 The electron transit layer is a GaN layer;
The electron supply layer is an AlGaN layer;
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the two-dimensional electron gas suppression layer is a p-type GaN layer.
前記電子供給層の上方に2次元電子ガス抑制層を形成する工程と、
前記電子供給層の上方で、前記2次元電子ガス抑制層を間に挟む位置にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記2次元電子ガス抑制層の上方にゲート電極を形成する工程と、
少なくとも、前記2次元電子ガス抑制層と前記ゲート電極との間に位置してゲート絶縁膜として機能する第1の部位、及び前記電子供給層の上方で、前記第1の部位と前記ドレイン電極との間に位置する第2の部位を備えた絶縁層を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁層を形成する工程は、前記第2の部位の前記第1の部位側に位置する端部にテーパ状の傾斜面を形成する工程を有し、
前記ゲート電極を前記傾斜面に倣うようにして形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 Forming an electron supply layer above the electron transit layer;
Forming a two-dimensional electron gas suppression layer above the electron supply layer;
Forming a source electrode and a drain electrode at a position sandwiching the two-dimensional electron gas suppression layer above the electron supply layer;
Forming a gate electrode above the two-dimensional electron gas suppression layer;
At least a first part that functions as a gate insulating film located between the two-dimensional electron gas suppression layer and the gate electrode, and the first part and the drain electrode above the electron supply layer Forming an insulating layer having a second portion located between the two,
Have
The step of forming the insulating layer includes a step of forming a tapered inclined surface at an end portion of the second portion located on the first portion side,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the gate electrode is formed so as to follow the inclined surface.
前記電子供給層はAlGaN層であり、
前記2次元電子ガス抑制層はp型GaN層であ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。 The electron transit layer is a GaN layer;
The electron supply layer is an AlGaN layer;
6. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 5, wherein the two-dimensional electron gas suppression layer is a p-type GaN layer.
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