JP2013168433A - Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2013168433A
JP2013168433A JP2012029675A JP2012029675A JP2013168433A JP 2013168433 A JP2013168433 A JP 2013168433A JP 2012029675 A JP2012029675 A JP 2012029675A JP 2012029675 A JP2012029675 A JP 2012029675A JP 2013168433 A JP2013168433 A JP 2013168433A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
nitride semiconductor
semiconductor layer
layer
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012029675A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Shinrei
信貴 神例
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2012029675A priority Critical patent/JP2013168433A/en
Publication of JP2013168433A publication Critical patent/JP2013168433A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor device that allows maintaining a surface of a nitride semiconductor layer in an excellent condition, has a gate insulating film with excellent insulation properties, and has low on-resistance.SOLUTION: A nitride semiconductor device includes a substrate (10), a nitride semiconductor layer (11) provided on the substrate, a gate insulating film (15) provided on the nitride semiconductor layer, and a gate electrode (19) provided on the gate insulating film. The gate insulating film is in contact with the nitride semiconductor layer and has a first insulating film (16) composed of a silicon oxide film having a film thickness of 3 nm or more to 10 nm or less. On the first insulating film, a second insulating film (17) composed of a material having a high dielectric constant than the first insulating film is stacked.

Description

本発明の実施形態は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a nitride semiconductor device and a method for manufacturing a nitride semiconductor device.

化合物半導体を材料とする半導体装置は、Si(シリコン)を材料とする半導体には無い優れた特性を実現できるものとして期待されている。中でもGaN(窒化ガリウム)等の窒化物半導体は、広いバンドギャップを有し、高い絶縁破壊電界強度を実現できることから、高出力・高電圧動作が要求されるパワーデバイスの材料として有望視されている。   A semiconductor device using a compound semiconductor as a material is expected to realize an excellent characteristic not found in a semiconductor using Si (silicon) as a material. Among these, nitride semiconductors such as GaN (gallium nitride) are promising as materials for power devices that require high output and high voltage operation because they have a wide band gap and can achieve high breakdown field strength. .

例えば、GaN層の上にAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)層が積層されたヘテロ構造を用いたHFET(Heterostructure Field Effect Transistor)は、GaN層とAlGaN層との界面に高濃度の二次元電子ガスが生じるためオン抵抗が小さく、高出力特性を得ることができる。   For example, HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) using a heterostructure in which an AlGaN (aluminum gallium nitride) layer is stacked on a GaN layer generates a high-concentration two-dimensional electron gas at the interface between the GaN layer and the AlGaN layer. Therefore, the on-resistance is small and high output characteristics can be obtained.

一般にAlGaN/GaN−HFETはノーマリーオン動作となるが、例えば電源用途では安全面、消費電力の点でノーマリーオフ動作が望ましい。ゲート直下のAlGaN層を局所的に除去したゲートリセス構造を用いることによって、ノーマリーオフ動作とすることができる。   In general, AlGaN / GaN-HFETs are normally on, but for power applications, for example, normally off is desirable in terms of safety and power consumption. By using a gate recess structure in which the AlGaN layer directly under the gate is locally removed, a normally-off operation can be achieved.

GaN系パワーデバイスの優れた特性を引き出すためには、高電圧動作に有利な絶縁ゲート構造が望まれる。MIS(Metal Insulator Semiconductor)型HFETにおけるゲート絶縁膜としては、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜が用いられている。   In order to extract the excellent characteristics of the GaN-based power device, an insulated gate structure advantageous for high voltage operation is desired. As a gate insulating film in a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type HFET, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film is used.

しかしながら、これまでのゲート絶縁膜は何等かの問題を有していた。例えば、従来のゲート絶縁膜を窒化物半導体層の上に成膜する際には、この窒化物半導体層の表面組成が化学量論組成から大きくずれて表面状態が損なわれてしまう。あるいは従来のゲート絶縁膜は、窒化物半導体層とゲート電極との間に、十分な絶縁性を確保することが困難である。窒化物半導体層の表面を損なうことなく良好な状態に維持できるとともに、十分な絶縁性を備え、GaN系半導体を用いたパワーデバイスに好適なゲート絶縁膜は、未だ得られていないのが現状である。   However, the conventional gate insulating film has some problems. For example, when a conventional gate insulating film is formed on a nitride semiconductor layer, the surface composition of the nitride semiconductor layer is greatly deviated from the stoichiometric composition and the surface state is impaired. Alternatively, it is difficult for the conventional gate insulating film to ensure sufficient insulation between the nitride semiconductor layer and the gate electrode. A gate insulating film that can be maintained in a good state without damaging the surface of the nitride semiconductor layer, has sufficient insulation, and is suitable for a power device using a GaN-based semiconductor has not yet been obtained. is there.

特開2009−76673号公報JP 2009-76673 A 特開2009−10107号公報JP 2009-10107 A

電気情報通信学会技術報告,ED2005-129,pp.51(2005)IEICE Technical Report, ED2005-129, pp.51 (2005)

本発明が解決しようとする課題は、窒化物半導体層の表面を良好な状態に維持できるとともに、絶縁性に優れたゲート絶縁膜を備え、オン抵抗の低い窒化物半導体装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device that can maintain the surface of a nitride semiconductor layer in a good state and has a gate insulating film with excellent insulating properties and low on-resistance. .

実施形態によれば、窒化物半導体装置は、基板と、前記基板上に設けられた窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極とを具備する。前記ゲート絶縁膜は、前記窒化物半導体層に接し、膜厚3nm以上10nm以下の酸化シリコン膜からなる第1の絶縁膜を有し、前記第1の絶縁膜上には、前記第1の絶縁膜より高誘電率の材料からなる第2の絶縁膜が積層されることを特徴とする。   According to the embodiment, a nitride semiconductor device includes a substrate, a nitride semiconductor layer provided on the substrate, a gate insulating film provided on the nitride semiconductor layer, and the gate insulating film. And a gate electrode. The gate insulating film includes a first insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 3 nm to 10 nm in contact with the nitride semiconductor layer, and the first insulating film is formed on the first insulating film. A second insulating film made of a material having a dielectric constant higher than that of the film is stacked.

一実施形態に係る窒化物半導体装置の断面構造を示す模式図。The schematic diagram which shows the cross-section of the nitride semiconductor device which concerns on one Embodiment. GaN系半導体および各種絶縁膜の比誘電率とバンドギャップエネルギーを説明する図。The figure explaining the dielectric constant and band gap energy of a GaN-type semiconductor and various insulating films. 酸化シリコン膜が堆積されたGaN系半導体基板の表面におけるV/III族元素比の熱処理温度依存性を説明する図。The figure explaining the heat processing temperature dependence of the V / III group element ratio in the surface of the GaN-type semiconductor substrate in which the silicon oxide film was deposited. 酸化シリコン膜が堆積されたGaN系半導体基板の表面におけるV/III族元素比の酸化シリコン膜厚依存性を説明する図。The figure explaining the silicon oxide film thickness dependence of the V / III group element ratio in the surface of the GaN-type semiconductor substrate in which the silicon oxide film was deposited. 一実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を説明する模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a nitride semiconductor device according to one embodiment. 図5に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 5. 図6に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 6. 図7に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 7. 図8に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 8. 図9に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 9. 図10に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 10. 図11に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 11. 図12に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 12. 図13に続く製造工程を説明する模式断面図。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process following FIG. 13. 他の実施形態に係る窒化物半導体装置を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a nitride semiconductor device according to another embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted as appropriate, and different parts will be described as appropriate.

図1は、一実施形態に係る窒化物半導体装置の断面構造を表わす模式図である。図示する窒化物半導体装置は、ゲートリセス構造のMIS型AlGaN/GaN−HFET 100であり、基板10と、この上に設けられた窒化物半導体層11とを含む。窒化物半導体層11上の所定の領域には、ゲート絶縁膜15上にゲート電極19が設けられている。また、ゲート絶縁膜15を介して窒化物半導体層11の表面に接して、ソース電極18Sおよびドレイン電極18Dが設けられている。基板10としては、例えば、半絶縁性シリコンカーバイド(SiC)基板、サファイア基板、シリコン基板または窒化ガリウム基板を用いることができる。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a nitride semiconductor device according to an embodiment. The illustrated nitride semiconductor device is a MIS type AlGaN / GaN-HFET 100 having a gate recess structure, and includes a substrate 10 and a nitride semiconductor layer 11 provided thereon. A gate electrode 19 is provided on the gate insulating film 15 in a predetermined region on the nitride semiconductor layer 11. A source electrode 18S and a drain electrode 18D are provided in contact with the surface of the nitride semiconductor layer 11 with the gate insulating film 15 interposed therebetween. As the substrate 10, for example, a semi-insulating silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, or a gallium nitride substrate can be used.

より具体的には、窒化物半導体層11は、基板10上に順次エピタキシャル成長させたバッファ層12、電子走行層13、および電子供給層14を含む積層構造を有する。本明細書における窒化物半導体は、一般式InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,x+y≦1)で表わすことができる。窒化物半導体は、N(窒素)以外のV族元素をさらに含んでいてもよく、また導電型などを制御するために添加される各種のドーパントをさらに含んでいてもよい。 More specifically, the nitride semiconductor layer 11 has a laminated structure including a buffer layer 12, an electron transit layer 13, and an electron supply layer 14 that are sequentially epitaxially grown on the substrate 10. Nitride semiconductor herein may be represented by the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, x + y ≦ 1). The nitride semiconductor may further include a group V element other than N (nitrogen), and may further include various dopants added to control the conductivity type.

より具体的には、バッファ層12としては、例えば窒化アルミニウム(AlN)層を用いることができ、その厚さは通常、10〜100nm程度である。なお、電子走行層13を基板10上に直接エピタキシャル成長できる場合には、バッファ層12は必ずしも必要とされない。   More specifically, for example, an aluminum nitride (AlN) layer can be used as the buffer layer 12, and the thickness is usually about 10 to 100 nm. Note that the buffer layer 12 is not necessarily required when the electron transit layer 13 can be directly epitaxially grown on the substrate 10.

電子走行層13は、例えばi型GaNを用いて2〜3μm程度の厚さで形成することができる。また、電子供給層14は、例えばi型Al0.25Ga0.75Nを用いて20〜30nm程度の厚さで形成することができる。ここで、i型は、不純物を意図的にドープしていないことを意味する。電子走行層13に用いられるGaN、および電子供給層14に用いられるAlGaN等の窒化物半導体においては、V族の窒素(N)の空孔がドナーとして機能するため、n型不純物がドープされていなくても、窒化物半導体はn型の導電性を示す。 The electron transit layer 13 can be formed with a thickness of about 2 to 3 μm using, for example, i-type GaN. Moreover, the electron supply layer 14 can be formed with a thickness of about 20 to 30 nm using, for example, i-type Al 0.25 Ga 0.75 N. Here, i-type means that impurities are not intentionally doped. In nitride semiconductors such as GaN used for the electron transit layer 13 and AlGaN used for the electron supply layer 14, the V group nitrogen (N) vacancies function as donors, and therefore are doped with n-type impurities. Even if not, the nitride semiconductor exhibits n-type conductivity.

任意のバッファ層12、ならびに電子走行層13および電子供給層14によって窒化物半導体層11が構成される。電子供給層14の所定の領域(ゲート電極が形成される領域)には、電子走行層13の表面の一部を露出させるリセスRが設けられており、ゲート絶縁膜15は、このリセスR内の側面および底面を含み、電子供給層14の全表面上に形成される。したがって、ゲート絶縁膜15もリセスRに対応するリセスを有し、ゲート電極19は、このゲート絶縁膜15のリセス内に設けられている。ゲート絶縁膜15は、第1の絶縁膜16と第2の絶縁膜17との積層膜である。第1の絶縁膜は、厚さ3nm以上10nm以下の酸化シリコン膜から構成され、この酸化シリコン膜より誘電率が高い材料によって第2の絶縁膜17が構成される。   The nitride semiconductor layer 11 is configured by the arbitrary buffer layer 12, the electron transit layer 13, and the electron supply layer 14. A predetermined region of the electron supply layer 14 (region where the gate electrode is formed) is provided with a recess R that exposes a part of the surface of the electron transit layer 13, and the gate insulating film 15 is formed in the recess R. Are formed on the entire surface of the electron supply layer 14. Therefore, the gate insulating film 15 also has a recess corresponding to the recess R, and the gate electrode 19 is provided in the recess of the gate insulating film 15. The gate insulating film 15 is a stacked film of a first insulating film 16 and a second insulating film 17. The first insulating film is made of a silicon oxide film having a thickness of 3 nm to 10 nm, and the second insulating film 17 is made of a material having a dielectric constant higher than that of the silicon oxide film.

第2の絶縁膜17は、例えば酸化アルミ二ウム膜、酸化ハフ二ウム膜、酸化タンタル膜、酸化ジルコニウム膜、酸化チタン膜、酸化ハフニウムアルミニウム膜、酸化ハフニウムシリコン膜、酸窒化ハフニウム膜、および酸窒化シリコン膜からなる群から選択することができる。第2の絶縁膜17は、単層膜に限られるものではなく、これらの絶縁膜を複数積層させてもよい。   The second insulating film 17 includes, for example, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a tantalum oxide film, a zirconium oxide film, a titanium oxide film, a hafnium aluminum oxide film, a hafnium silicon oxide film, a hafnium oxynitride film, and an acid. It can be selected from the group consisting of silicon nitride films. The second insulating film 17 is not limited to a single layer film, and a plurality of these insulating films may be stacked.

ゲート絶縁膜15全体として、例えば、20nm程度の厚さを確保できれば、第2の絶縁膜17の厚さは、10〜17nm程度であることが好ましい。   If the thickness of the gate insulating film 15 as a whole can be ensured, for example, about 20 nm, the thickness of the second insulating film 17 is preferably about 10 to 17 nm.

ソース電極18Sおよびドレイン電極18Dは、電子供給層14に接して設けられたオーミック電極であり、例えばチタンおよびアルミニウムを順に積層させて形成することができる。ゲート絶縁膜15のリセスに形成されるゲート電極19は、例えばニッケルおよび金を順に積層させて形成することができる。図1に示すHFET 100は、ゲート電極19が設けられるリセスにおいて電子供給層14が全て除去されているので、しきい値ばらつきが小さく安定したノーマリオフ動作が可能である。   The source electrode 18S and the drain electrode 18D are ohmic electrodes provided in contact with the electron supply layer 14, and can be formed by, for example, sequentially laminating titanium and aluminum. The gate electrode 19 formed in the recess of the gate insulating film 15 can be formed by sequentially laminating nickel and gold, for example. In the HFET 100 shown in FIG. 1, since all of the electron supply layer 14 is removed in the recess in which the gate electrode 19 is provided, a stable normally-off operation is possible with small threshold variation.

窒化物半導体を構成するV族元素の窒素は,III族元素に比べて蒸気圧が高く脱離し易い性質がある。このため、一般的には、窒化物半導体層の上に絶縁膜を形成する際に化学量論的組成の表面状態を得ることが困難であるとされている。例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によって窒化物半導体層の上に酸化シリコン膜を堆積して、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を有するMIS型GaN系HFETを構成する場合には、酸化シリコン膜を堆積する際に窒化物半導体層が酸化されて窒素が脱離する。その結果、窒化物半導体層とゲート絶縁膜との界面に多数の界面準位が生じる。   Nitrogen, a group V element constituting a nitride semiconductor, has a higher vapor pressure than that of a group III element and is easily desorbed. For this reason, it is generally considered difficult to obtain a stoichiometric surface state when an insulating film is formed on a nitride semiconductor layer. For example, when a silicon oxide film is deposited on a nitride semiconductor layer by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like to form a MIS type GaN-based HFET having a gate insulating film made of a silicon oxide film, When the silicon film is deposited, the nitride semiconductor layer is oxidized and nitrogen is released. As a result, a large number of interface states are generated at the interface between the nitride semiconductor layer and the gate insulating film.

窒化物半導体層上に窒化シリコン膜を堆積して、窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜を有するMIS型GaN系HFETを構成する場合には、酸化シリコン膜を形成する場合に比べて窒化物半導体層の酸化は抑制される。しかしながら、一般的なプラズマCVD法やスパッタ法で化学量論的組成の窒化シリコン膜を得ることは難しく、組成制御が容易な酸化シリコン膜に比べて膜中の欠陥が多くなる。   In the case of forming a MIS type GaN-based HFET having a gate insulating film made of a silicon nitride film by depositing a silicon nitride film on the nitride semiconductor layer, the nitride semiconductor layer is compared with the case of forming a silicon oxide film. The oxidation of is suppressed. However, it is difficult to obtain a silicon nitride film having a stoichiometric composition by a general plasma CVD method or sputtering method, and there are more defects in the film than a silicon oxide film whose composition control is easy.

また、ゲートリセス構造のHFETを製造する際には、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチング法によって窒化物半導体層にリセスが形成される。ドライエッチングによって、主として窒素空孔に起因した欠陥が窒化物半導体層の表面に生じ、結果として界面準位密度が増加することがある。   Further, when manufacturing an HFET having a gate recess structure, a recess is formed in the nitride semiconductor layer by a dry etching method such as RIE (Reactive Ion Etching). The dry etching may cause defects mainly due to nitrogen vacancies on the surface of the nitride semiconductor layer, resulting in an increase in interface state density.

このような界面準位や膜中欠陥等は、しきい値電圧の変動、キャリア移動度の低下、ゲートリーク電流の増大などの要因となって、FETの電気的特性を大きく劣化させてしまう。MIS型窒化物半導体装置の優れた特性を引き出すためには、窒化物半導体層とゲート絶縁膜との間に良好な界面を形成することが要求され,しかも、ゲート絶縁膜には膜中欠陥が少ないことも求められる。   Such interface states, defects in the film, and the like cause factors such as fluctuations in threshold voltage, a decrease in carrier mobility, an increase in gate leakage current, and the like, which greatly deteriorates the electrical characteristics of the FET. In order to extract the excellent characteristics of the MIS type nitride semiconductor device, it is required to form a good interface between the nitride semiconductor layer and the gate insulating film, and the gate insulating film has defects in the film. Less is also required.

ここで、GaN系半導体および各種絶縁材料のバンドギャップエネルギーと比誘電率を図2に示す。酸化シリコンはバンドギャップエネルギーが9eV程度であり、図2に示された絶縁材料の中では最も大きい。例えば窒化シリコンでは5eV程度であり、酸化ハフニウムでは5.6eVにとどまっている。GaNのバンドギャップエネルギーは3.4eV程度であり、Al0.25Ga0.75Nのバンドギャップエネルギーは、4.1eV程度である。したがって、GaN系半導体層上に設けられた酸化シリコン膜は、GaN系半導体層との間に十分に高いエネルギー障壁を形成することができ、絶縁性を高める効果がある。 Here, FIG. 2 shows the band gap energy and relative dielectric constant of the GaN-based semiconductor and various insulating materials. Silicon oxide has a band gap energy of about 9 eV, which is the largest among the insulating materials shown in FIG. For example, it is about 5 eV for silicon nitride and only 5.6 eV for hafnium oxide. The band gap energy of GaN is about 3.4 eV, and the band gap energy of Al 0.25 Ga 0.75 N is about 4.1 eV. Therefore, the silicon oxide film provided on the GaN-based semiconductor layer can form a sufficiently high energy barrier with the GaN-based semiconductor layer, and has an effect of improving insulation.

オン抵抗の低いMIS型窒化物半導体装置を得るためには、バンドギャップエネルギーが大きいことに加えて、誘電率の高い材料をゲート絶縁膜として用いることが望まれる。これによって、窒化物半導体層とゲート電極との間の絶縁性を高めるとともに、相互コンダクタンスを増大させることができるからである。   In order to obtain an MIS type nitride semiconductor device having a low on-resistance, it is desirable to use a material having a high dielectric constant as a gate insulating film in addition to a large band gap energy. This is because the insulation between the nitride semiconductor layer and the gate electrode can be improved and the mutual conductance can be increased.

酸化シリコンは、バンドギャップエネルギーは大きいものの、比誘電率が3.9程度と低い。こうした酸化シリコンの膜をMIS型窒化物半導体装置のゲート絶縁膜として用いたところで、オン抵抗は十分に低減されない。本発明者は、酸化シリコン膜より高誘電率の膜を酸化シリコン膜の上に積層してゲート絶縁膜として用いることによって、ゲート絶縁膜全体としての誘電率を高めることを可能とした。例えば酸化アルミニウムは、比誘電率が10程度と酸化シリコンに比べて大きく、バンドギャップエネルギーも7.3eV程度と一般的な高誘電率材料の中では比較的大きな値を有している。   Although silicon oxide has a large band gap energy, its relative dielectric constant is as low as about 3.9. When such a silicon oxide film is used as the gate insulating film of the MIS type nitride semiconductor device, the on-resistance is not sufficiently reduced. The inventors have made it possible to increase the dielectric constant of the entire gate insulating film by stacking a film having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide film on the silicon oxide film and using it as the gate insulating film. For example, aluminum oxide has a relative dielectric constant of about 10 which is larger than that of silicon oxide and a band gap energy of about 7.3 eV, which is a relatively large value among general high dielectric constant materials.

このような高誘電率の膜が酸化シリコン膜の上に積層されてなるゲート絶縁膜では、酸化シリコン膜単層で構成する場合に比べて、ゲート絶縁膜の等価酸化膜厚を薄くすることができる。これにより、酸化シリコン膜単層でゲート絶縁膜を構成する場合と比較して、相互コンダクタンスを増大させることが可能になる。また、誘電率の高さに応じて絶縁膜の物理膜厚を厚くすることにより、ゲート絶縁膜の絶縁性を高めることもできる。酸化アルミニウムより誘電率の高い材料、例えば、酸化ハフニウム(比誘電率:20程度)を用いた場合には、第2の絶縁膜に起因する効果はより一層高められる。   In the gate insulating film in which such a high dielectric constant film is laminated on the silicon oxide film, the equivalent oxide film thickness of the gate insulating film can be reduced compared to the case where the silicon oxide film is formed as a single layer. it can. Thereby, it is possible to increase the mutual conductance as compared with the case where the gate insulating film is formed of a single silicon oxide film. Further, by increasing the physical film thickness of the insulating film in accordance with the dielectric constant, the insulating property of the gate insulating film can be improved. When a material having a dielectric constant higher than that of aluminum oxide, for example, hafnium oxide (relative dielectric constant: about 20) is used, the effect due to the second insulating film is further enhanced.

上述したようにオン抵抗の低いMIS型窒化物半導体装置を得るためには、ゲート絶縁膜は、バンドギャップエネルギーが大きく、しかも誘電率が高いことが要求される。窒化物半導体層の上に酸化シリコン膜からなる第1の絶縁膜を形成し、この第1の絶縁膜の上に酸化シリコン膜より高誘電率の第2の絶縁膜を形成して積層構造のゲート絶縁膜とすることによって、バンドギャップエネルギーおよび誘電率の条件は満たされる。   As described above, in order to obtain a MIS type nitride semiconductor device having a low on-resistance, the gate insulating film is required to have a large band gap energy and a high dielectric constant. A first insulating film made of a silicon oxide film is formed on the nitride semiconductor layer, and a second insulating film having a higher dielectric constant than that of the silicon oxide film is formed on the first insulating film to form a laminated structure. By using a gate insulating film, the conditions of band gap energy and dielectric constant are satisfied.

なお、高い誘電率を確保するために第2の絶縁膜が設けられるので、第1の絶縁膜の厚さは大き過ぎないことが望まれる。例えば、ゲート絶縁膜全体の厚さが20nm程度の場合には、第1の絶縁膜の厚さは10nm以下である。   Note that since the second insulating film is provided to ensure a high dielectric constant, it is desirable that the thickness of the first insulating film is not too large. For example, when the total thickness of the gate insulating film is about 20 nm, the thickness of the first insulating film is 10 nm or less.

すでに説明したように、酸化シリコン膜は成膜時の組成制御が容易で膜中欠陥を少なくできるが、窒化物半導体層の上に形成する際には、窒素の脱離に起因して窒化物半導体層と酸化シリコン膜との界面に多数の界面準位が生じる。こうした界面準位は、第2の絶縁膜を形成する前に、窒化物半導体層と第1の絶縁膜を窒素雰囲気中で熱処理することによって低減することができる。熱処理の効果を十分に得るためにも、第1の絶縁膜の厚さは小さいことが望まれる。   As described above, the silicon oxide film can be easily controlled in composition and can reduce defects in the film. However, when formed on the nitride semiconductor layer, the nitride is caused by nitrogen desorption. Many interface states are generated at the interface between the semiconductor layer and the silicon oxide film. Such an interface state can be reduced by heat-treating the nitride semiconductor layer and the first insulating film in a nitrogen atmosphere before forming the second insulating film. In order to obtain a sufficient heat treatment effect, it is desirable that the thickness of the first insulating film be small.

窒化物半導体層と第1の絶縁膜としての酸化シリコン膜との界面における化学組成について、本発明者はさらに鋭意検討した。   The present inventor has further intensively studied the chemical composition at the interface between the nitride semiconductor layer and the silicon oxide film as the first insulating film.

GaN系半導体基板上に酸化シリコン膜を堆積して熱処理し、熱処理後のGaN系半導体基板表面におけるV/III族元素比を調べた。具体的には、GaN系半導体基板としてGaN基板またはAlGaN基板を用意し、塩素系ガスを用いたドライエッチング処理を表面に施した後、所定の厚さの酸化シリコン膜をプラズマCVD法により堆積して試料を得た。試料を電気炉内に収容して窒素雰囲気中、所定温度および所定時間で熱処理し、GaN系半導体基板と酸化シリコン膜との界面における化学組成を、X線光電子分光法により調べた。   A silicon oxide film was deposited on the GaN-based semiconductor substrate and heat-treated, and the V / III group element ratio on the surface of the GaN-based semiconductor substrate after the heat treatment was examined. Specifically, a GaN substrate or an AlGaN substrate is prepared as a GaN-based semiconductor substrate, a dry etching process using a chlorine-based gas is performed on the surface, and then a silicon oxide film having a predetermined thickness is deposited by a plasma CVD method. A sample was obtained. The sample was placed in an electric furnace and heat-treated in a nitrogen atmosphere at a predetermined temperature and for a predetermined time, and the chemical composition at the interface between the GaN-based semiconductor substrate and the silicon oxide film was examined by X-ray photoelectron spectroscopy.

図3には、熱処理温度とGaN系半導体(GaN)基板表面におけるV/III族元素比との関係を示す。ここでは、GaN基板上に形成される酸化シリコン膜の厚さは5nmとし、熱処理の時間は10分とした。図3のグラフに示されるように、窒素雰囲気中での熱処理が380〜450℃の温度範囲で行なわれた場合には、0.84以上のV/III族元素比が得られている。熱処理が395〜415℃の温度範囲で行なわれた場合には、より高いV/III族元素比が得られ、その値は0.92以上となる。化学量論的組成におけるV/III族元素比は1であるが、0.84以上であれば許容範囲である。   FIG. 3 shows the relationship between the heat treatment temperature and the V / III group element ratio on the surface of the GaN-based semiconductor (GaN) substrate. Here, the thickness of the silicon oxide film formed on the GaN substrate was 5 nm, and the heat treatment time was 10 minutes. As shown in the graph of FIG. 3, when the heat treatment in a nitrogen atmosphere is performed in a temperature range of 380 to 450 ° C., a V / III element ratio of 0.84 or more is obtained. When the heat treatment is performed in a temperature range of 395 to 415 ° C., a higher V / III group element ratio is obtained, and the value is 0.92 or more. The V / III element ratio in the stoichiometric composition is 1, but it is acceptable if it is 0.84 or more.

図4には、酸化シリコン膜の厚さとGaN系半導体(GaN)基板表面におけるV/III族元素比との関係を示す。ここでは、窒素雰囲気中における熱処理温度は400℃とし、熱処理時間は10分とした。酸化シリコン膜の厚さがある値を超えると、V/III族元素比が急激に減少することが図4に示されている。酸化シリコン膜の厚さが10nm以下の場合にはV/III族元素比は0.88以上であるが、酸化シリコン膜の厚さが13nm程度になるとV/III族元素比は0.5程度に低下する。許容範囲のV/III族元素比が確実に得られる酸化シリコン膜の厚さは、10nm以下であることがわかる。   FIG. 4 shows the relationship between the thickness of the silicon oxide film and the V / III group element ratio on the surface of the GaN-based semiconductor (GaN) substrate. Here, the heat treatment temperature in a nitrogen atmosphere was 400 ° C., and the heat treatment time was 10 minutes. FIG. 4 shows that when the thickness of the silicon oxide film exceeds a certain value, the V / III element ratio rapidly decreases. When the thickness of the silicon oxide film is 10 nm or less, the V / III group element ratio is 0.88 or more. However, when the thickness of the silicon oxide film is about 13 nm, the V / III group element ratio is about 0.5. To drop. It can be seen that the thickness of the silicon oxide film with which the allowable V / III group element ratio can be reliably obtained is 10 nm or less.

なお、酸化シリコン膜の厚さが3nm未満の場合には、十分な絶縁性が得られない。こうした酸化シリコン膜の上に第2の絶縁膜が堆積された場合には、窒化物半導体層がダメージを受けることがある。これを考慮すると、酸化シリコン膜の厚さは3nm以上とすることが望まれる。   If the thickness of the silicon oxide film is less than 3 nm, sufficient insulation cannot be obtained. When the second insulating film is deposited on such a silicon oxide film, the nitride semiconductor layer may be damaged. Considering this, it is desirable that the thickness of the silicon oxide film be 3 nm or more.

以上の結果から、酸化シリコン膜の厚さを3nm以上10nm以下とし、窒素雰囲気中での熱処理温度を380℃以上450℃以下とした場合に、GaN基板表面のV/III族元素比の改善率が最も高く、化学量論的組成に近い良好な化学結合状態が得られることがわかる。例えば5nm前後の極めて薄い酸化シリコン膜でGaN系半導体層の表面を被覆し、窒素雰囲気中、400℃前後で熱処理することによって、電気特性劣化の要因となる窒素空孔欠陥に起因した界面準位は大幅に低減される。   From the above results, when the thickness of the silicon oxide film is 3 nm to 10 nm and the heat treatment temperature in the nitrogen atmosphere is 380 ° C. to 450 ° C., the improvement rate of the V / III group element ratio on the GaN substrate surface It can be seen that a good chemical bonding state close to the stoichiometric composition is obtained. For example, by covering the surface of a GaN-based semiconductor layer with a very thin silicon oxide film of about 5 nm and heat-treating at about 400 ° C. in a nitrogen atmosphere, the interface state caused by nitrogen vacancy defects that cause electrical property deterioration Is greatly reduced.

しかも、400℃前後という低温での熱処理は、第1の絶縁膜の形成と第2の絶縁膜の形成との間に行なうことができるため、積層構造のゲート絶縁膜を、外気暴露させることなく形成することが可能となる。これによって、高信頼のゲート絶縁膜を、低コストかつ簡便な方法で作製することができる。   In addition, since the heat treatment at a low temperature of about 400 ° C. can be performed between the formation of the first insulating film and the second insulating film, the stacked gate insulating film is not exposed to the outside air. It becomes possible to form. Accordingly, a highly reliable gate insulating film can be manufactured by a low cost and simple method.

本実施形態の窒化物半導体装置においては、窒化物半導体層とゲート絶縁膜との間に良好な界面が得られる。窒化物半導体層とゲート電極との間の絶縁性は高められ、相互コンダクタンスを増大させることもできる。その結果、窒化物半導体層の表面を良好な状態に維持できるとともに絶縁性に優れたゲート絶縁膜を備え、オン抵抗の低い窒化物半導体装置を実現することができる。   In the nitride semiconductor device of this embodiment, a good interface can be obtained between the nitride semiconductor layer and the gate insulating film. The insulation between the nitride semiconductor layer and the gate electrode is enhanced, and the mutual conductance can be increased. As a result, it is possible to realize a nitride semiconductor device having a low on-resistance, which can maintain the surface of the nitride semiconductor layer in a good state and has a gate insulating film excellent in insulation.

図5〜14を参照して、一実施形態に係る窒化物半導体装置の製造工程を説明する。   A manufacturing process of a nitride semiconductor device according to an embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図5に示すようにSiC製の基板10上に、バッファ層12としてのAlN層(厚さ10nm)、電子走行層13としてのi型GaN層(厚さ2μm)、および電子供給層14としてのi型Al0.25Ga0.75N層(厚さ25nm)を順次堆積して、窒化物半導体層11を得る。バッファ層12、電子走行層13、および電子供給層14は、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することができる。 First, as shown in FIG. 5, an AlN layer (thickness 10 nm) as a buffer layer 12, an i-type GaN layer (thickness 2 μm) as an electron transit layer 13, and an electron supply layer 14 on a SiC substrate 10. I-type Al 0.25 Ga 0.75 N layers (thickness 25 nm) are sequentially deposited to obtain the nitride semiconductor layer 11. The buffer layer 12, the electron transit layer 13, and the electron supply layer 14 can be formed using, for example, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

素子分離構造(図示せず)を窒化物半導体層11に形成した後、図6に示すように電子供給層14の所定の領域にリセスRを形成する。素子分離構造の形成にあたっては、例えば電子供給層14の表面にレジストマスクを形成し、塩素系ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチング法により所定の領域に素子分離溝を形成する。あるいは、イオン注入により絶縁性の素子分離領域を形成してもよい。   After an element isolation structure (not shown) is formed in the nitride semiconductor layer 11, a recess R is formed in a predetermined region of the electron supply layer 14 as shown in FIG. In forming the element isolation structure, for example, a resist mask is formed on the surface of the electron supply layer 14, and an element isolation groove is formed in a predetermined region by a dry etching method using a chlorine-based gas as an etching gas. Alternatively, an insulating element isolation region may be formed by ion implantation.

電子供給層14におけるリセスRは、所定の領域にレジストマスクを設け、塩素系ガスを用いたドライエッチング法で形成することができる。図6に示されるリセスRにおいては、電子供給層14が完全に除去されて、リセス底面に電子走行層13が露出している。   The recess R in the electron supply layer 14 can be formed by a dry etching method using a chlorine gas by providing a resist mask in a predetermined region. In the recess R shown in FIG. 6, the electron supply layer 14 is completely removed, and the electron transit layer 13 is exposed on the bottom surface of the recess.

次いで、図7に示すように第1の絶縁膜16として、酸化シリコン膜を表面全体に形成する。酸化シリコン膜は、3nm以上10nm以下の厚さとすることが好ましく、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて堆積することができる。ALD法を用いることによって、酸化シリコン膜の膜厚および膜質を高い精度で制御することができる。   Next, as shown in FIG. 7, a silicon oxide film is formed on the entire surface as the first insulating film 16. The silicon oxide film preferably has a thickness of 3 nm to 10 nm, and can be deposited by using, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) method. By using the ALD method, the film thickness and film quality of the silicon oxide film can be controlled with high accuracy.

窒化物半導体層11上に第1の絶縁膜16が形成された基板10は、窒素ガス雰囲気中、380℃以上450℃以下の温度範囲で熱処理を行なう。熱処理時間は、第1の絶縁膜16の厚さ等に応じて適宜選択することができ、例えば10〜15分程度とすることができる。   The substrate 10 on which the first insulating film 16 is formed on the nitride semiconductor layer 11 is subjected to heat treatment in a temperature range of 380 ° C. to 450 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. The heat treatment time can be appropriately selected according to the thickness of the first insulating film 16 and can be, for example, about 10 to 15 minutes.

熱処理後の第1の絶縁膜16の上には、図8に示すように第2の絶縁膜17を形成する。例えばALD法を用いて酸化アルミニウム膜を堆積することによって、10〜15nm程度の厚さの第2の絶縁膜17を得ることができる。上述したようにALD法は、得られる膜の膜厚および膜質を高い精度で制御できる点で有利である。第1の絶縁膜16上に第2の絶縁膜17が設けられた積層膜によって、ゲート絶縁膜15が構成される。   On the first insulating film 16 after the heat treatment, a second insulating film 17 is formed as shown in FIG. For example, the second insulating film 17 having a thickness of about 10 to 15 nm can be obtained by depositing an aluminum oxide film using the ALD method. As described above, the ALD method is advantageous in that the film thickness and film quality of the obtained film can be controlled with high accuracy. The gate insulating film 15 is configured by a laminated film in which the second insulating film 17 is provided on the first insulating film 16.

ゲート絶縁膜15上には、所定の位置に開口21を設けた下層レジストマスク20aおよび上層レジストマスク20bを図9に示すように順次形成する。図示するように、開口21においては、上層レジストマスク20bの端部は、下層レジストマスク20aの上方に張り出したオーバーハング形状とする。こうした下層レジストマスク20aと上層レジストマスク20bとからなる積層レジストマスク20をエッチングマスクとして、例えばドライエッチング法によりゲート絶縁膜15の所定の領域を除去する。ドライエッチング後には、図9に示すように、ソース電極18Sおよびドレイン電極18Dを形成する領域におけるゲート絶縁膜15が除去されて、電子走行層14が露出する。   On the gate insulating film 15, a lower resist mask 20a and an upper resist mask 20b having openings 21 at predetermined positions are sequentially formed as shown in FIG. As shown in the figure, in the opening 21, the end portion of the upper resist mask 20b has an overhang shape that protrudes above the lower resist mask 20a. A predetermined region of the gate insulating film 15 is removed by, for example, a dry etching method using the laminated resist mask 20 including the lower layer resist mask 20a and the upper layer resist mask 20b as an etching mask. After the dry etching, as shown in FIG. 9, the gate insulating film 15 in the region where the source electrode 18S and the drain electrode 18D are formed is removed, and the electron transit layer 14 is exposed.

ゲート絶縁膜15を除去することにより露出した電子走行層14の上には、例えば蒸着リフトオフ法により図10に示すように金属層23を形成する。金属層23は、例えばTi(チタン)膜およびAl(アルミ二ウム)膜を順次堆積することによって形成することができる。図示するように、オーバーハング形状に形成された積層レジストマスク20によって、金属層23は、開口21の底部に蒸着された部分と、上層レジストマスク20bの上に蒸着された部分とに分離されて形成される。   On the electron transit layer 14 exposed by removing the gate insulating film 15, a metal layer 23 is formed as shown in FIG. The metal layer 23 can be formed, for example, by sequentially depositing a Ti (titanium) film and an Al (aluminum) film. As illustrated, the metal layer 23 is separated into a portion deposited on the bottom of the opening 21 and a portion deposited on the upper resist mask 20b by the laminated resist mask 20 formed in an overhang shape. It is formed.

下層レジストマスク20aおよび上層レジストマスク20bを含む積層レジストマスク20をウェット処理して除去する。その結果、図11に示すように、金属層23のうち、開口21の底部に蒸着された部分のみが残置される。残置された金属層23によって、ソース電極18Sおよびドレイン電極18Dが構成される。   The laminated resist mask 20 including the lower resist mask 20a and the upper resist mask 20b is removed by wet treatment. As a result, as shown in FIG. 11, only the portion of the metal layer 23 deposited on the bottom of the opening 21 is left. The remaining metal layer 23 forms a source electrode 18S and a drain electrode 18D.

次に、オーミック特性が得られるように、例えば500℃〜600℃の温度範囲で、短時間の急速熱処理(Rapid Thermal Annealing:RTA)を行なって、電子供給層14と、ソース電極18Sおよびドレイン電極18Dとの間にオーミックコンタクトを形成する。   Next, in order to obtain ohmic characteristics, for example, rapid thermal annealing (RTA) is performed in a temperature range of 500 ° C. to 600 ° C., and the electron supply layer 14, the source electrode 18S, and the drain electrode An ohmic contact is formed with 18D.

その後、図12に示すように、ソース電極18Sとドレイン電極18Dとの間に開口22を有する下層レジストマスク20cおよび上層レジストマスク20dを形成する。開口22においては、上層レジストマスク20dの端部は、下層レジストマスク20cの上方に張り出したオーバーハング形状とする。こうした積層レジストマスク20を用いることによって、リフトオフ法によりゲート電極が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 12, a lower resist mask 20c and an upper resist mask 20d having an opening 22 between the source electrode 18S and the drain electrode 18D are formed. In the opening 22, the end portion of the upper resist mask 20d has an overhang shape protruding above the lower resist mask 20c. By using such a laminated resist mask 20, a gate electrode is formed by a lift-off method.

続いて、図13に示すように、例えば蒸着法を用いてNi(ニッケル)およびAu(金)を順に積層したゲート電極19となる金属層24を形成する。図面には示されていないが、金属層24はNi層とAu層とを含む積層構造である。ウェット剥離処理を施して、上層レジストマスク20d上に蒸着された金属層24を、下層レジストマスク20cおよび上層レジストマスク20dを含む積層レジストマスク20とともに除去する。図14に示すように、残置された金属層24によってゲート電極19が構成される。以上の工程によって、本実施形態に係るHFET 100が得られる。   Subsequently, as shown in FIG. 13, a metal layer 24 to be the gate electrode 19 in which Ni (nickel) and Au (gold) are sequentially laminated is formed by using, for example, a vapor deposition method. Although not shown in the drawing, the metal layer 24 has a laminated structure including a Ni layer and an Au layer. A wet peeling process is performed to remove the metal layer 24 deposited on the upper resist mask 20d together with the laminated resist mask 20 including the lower resist mask 20c and the upper resist mask 20d. As shown in FIG. 14, the remaining metal layer 24 constitutes the gate electrode 19. Through the above steps, the HFET 100 according to the present embodiment is obtained.

図14に示したHFET 100においては、第1の絶縁膜16は、リセスの底面で電子走行層13に接して設けられているが、これに限られるものではない。例えば図15に示すように、電子供給層14のみに接触するように第1の絶縁膜16を設けることもできる。こうした構造は、リセスの形成を制御することによって得られる。すなわち、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング法により所定の領域にリセスを形成する際に、所定の厚さ(例えば5nm)の電子供給層14が底部に残置されるように、エッチング量を制御する。リセスが形成された電子供給層14の上には、上述と同様の方法により第1の絶縁膜16を形成し、窒化物半導体層11および第1の絶縁膜16を所定の条件で熱処理した後、第2の絶縁膜17を形成してゲート絶縁膜15を得る。さらに、上述と同様の方法によりソース電極18S、ドレイン電極18D、およびゲート電極19を形成して、図示するHFET 110が得られる。   In the HFET 100 shown in FIG. 14, the first insulating film 16 is provided in contact with the electron transit layer 13 at the bottom surface of the recess, but is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 15, the first insulating film 16 can be provided so as to contact only the electron supply layer 14. Such a structure is obtained by controlling the formation of the recess. That is, for example, when a recess is formed in a predetermined region by a dry etching method using a chlorine-based gas, the etching amount is controlled so that the electron supply layer 14 having a predetermined thickness (for example, 5 nm) is left at the bottom. To do. A first insulating film 16 is formed on the recessed electron supply layer 14 by the same method as described above, and the nitride semiconductor layer 11 and the first insulating film 16 are heat-treated under predetermined conditions. Then, the second insulating film 17 is formed to obtain the gate insulating film 15. Further, the source electrode 18S, the drain electrode 18D, and the gate electrode 19 are formed by the same method as described above, and the HFET 110 illustrated is obtained.

なお、本実施形態の窒化物半導体装置は、HFETに限定されず、MISFET、MOSFET、半導体レーザ、その他の窒化物半導体の半導体層上にゲート絶縁膜が形成されるあらゆる窒化物半導体装置に広く適用することができる。   Note that the nitride semiconductor device of the present embodiment is not limited to the HFET, and is widely applied to any nitride semiconductor device in which a gate insulating film is formed on a semiconductor layer of a MISFET, MOSFET, semiconductor laser, or other nitride semiconductor. can do.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…基板; 11…窒化物半導体層; 12…バッファ層; 13…電子走行層
14…電子供給層; 15…ゲート絶縁膜; 16…第1の絶縁膜
17…第2の絶縁膜; 18S…ソース電極; 18D…ドレイン電極
19…ゲート電極; 20…積層レジストマスク; 20a…下層レジストマスク
20b…上層レジストマスク; 20c…下層レジストマスク
20d…上層レジストマスク; 21…開口; 22…開口; 23…金属層
24…金属層; 100…HFET; 110…HFET。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate; 11 ... Nitride semiconductor layer; 12 ... Buffer layer; 13 ... Electron transit layer 14 ... Electron supply layer; 15 ... Gate insulating film; 16 ... First insulating film 17 ... Second insulating film; 18D ... Drain electrode 19 ... Gate electrode; 20 ... Multilayer resist mask; 20a ... Lower resist mask 20b ... Upper resist mask; 20c ... Lower resist mask 20d ... Upper resist mask; 21 ... Opening; Metal layer 24 ... Metal layer; 100 ... HFET; 110 ... HFET.

Claims (4)

基板と、
前記基板上に設けられた窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極とを具備し、
前記ゲート絶縁膜は、前記窒化物半導体層に接し,膜厚3nm以上10nm以下の酸化シリコン膜からなる第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に積層され前記第1の絶縁膜より高誘電率の材料からなる第2の絶縁膜とを有することを特徴とする窒化物半導体装置。
A substrate,
A nitride semiconductor layer provided on the substrate;
A gate insulating film provided on the nitride semiconductor layer;
A gate electrode provided on the gate insulating film,
The gate insulating film is in contact with the nitride semiconductor layer and is stacked on the first insulating film and a first insulating film made of a silicon oxide film having a thickness of 3 nm to 10 nm. And a second insulating film made of a material having a high dielectric constant.
基板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上に接し、酸化シリコン膜からなる第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記窒化物半導体層および前記第1の絶縁膜を熱処理する工程と、
熱処理後の前記第1の絶縁膜の上に、前記第1の絶縁膜より高誘電率の材料からなる第2の絶縁膜を形成して、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との積層構造からなるゲート絶縁膜を得る工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と
を具備することを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。
Forming a nitride semiconductor layer on the substrate;
Forming a first insulating film made of a silicon oxide film in contact with the nitride semiconductor layer;
Heat treating the nitride semiconductor layer and the first insulating film;
A second insulating film made of a material having a higher dielectric constant than that of the first insulating film is formed on the first insulating film after the heat treatment, and the first insulating film and the second insulating film are formed. Obtaining a gate insulating film having a laminated structure with
And a step of forming a gate electrode on the gate insulating film.
前記第1の絶縁膜は、3nm以上10nm以下の厚さで形成されることを特徴とする請求項2に記載の窒化物半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 2, wherein the first insulating film is formed with a thickness of 3 nm to 10 nm. 前記窒化物半導体層および前記第1の絶縁膜の熱処理は、窒素ガス雰囲気中、380℃以上450℃以下の温度で行なわれることを特徴とする請求項2または3に記載の窒化物半導体装置の製造方法。   4. The nitride semiconductor device according to claim 2, wherein the heat treatment of the nitride semiconductor layer and the first insulating film is performed at a temperature of 380 ° C. to 450 ° C. in a nitrogen gas atmosphere. 5. Production method.
JP2012029675A 2012-02-14 2012-02-14 Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device Pending JP2013168433A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012029675A JP2013168433A (en) 2012-02-14 2012-02-14 Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012029675A JP2013168433A (en) 2012-02-14 2012-02-14 Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013168433A true JP2013168433A (en) 2013-08-29

Family

ID=49178647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012029675A Pending JP2013168433A (en) 2012-02-14 2012-02-14 Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013168433A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015156454A (en) * 2014-02-21 2015-08-27 パナソニック株式会社 field effect transistor
WO2015166572A1 (en) * 2014-05-01 2015-11-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP2016054250A (en) * 2014-09-04 2016-04-14 豊田合成株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2016134599A (en) * 2015-01-22 2016-07-25 ローム株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
WO2016157371A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2018026431A (en) * 2016-08-09 2018-02-15 株式会社東芝 Nitride semiconductor device
JP6305596B1 (en) * 2016-12-15 2018-04-04 國立交通大學 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US11670699B2 (en) 2016-12-15 2023-06-06 National Yang Ming Chiao Tung University Semiconductor device and method of manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005260172A (en) * 2004-03-15 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing methods of semiconductor device and semiconductor laser equipment
JP2006222414A (en) * 2005-01-14 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor apparatus
JP2011044647A (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Sharp Corp Group-iii nitride-based field-effect transistor and method of manufacturing the same
JP2011233695A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Sharp Corp NORMALLY-OFF TYPE GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2012004178A (en) * 2010-06-14 2012-01-05 Advanced Power Device Research Association Field effect transistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005260172A (en) * 2004-03-15 2005-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing methods of semiconductor device and semiconductor laser equipment
JP2006222414A (en) * 2005-01-14 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor apparatus
JP2011044647A (en) * 2009-08-24 2011-03-03 Sharp Corp Group-iii nitride-based field-effect transistor and method of manufacturing the same
JP2011233695A (en) * 2010-04-27 2011-11-17 Sharp Corp NORMALLY-OFF TYPE GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2012004178A (en) * 2010-06-14 2012-01-05 Advanced Power Device Research Association Field effect transistor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015156454A (en) * 2014-02-21 2015-08-27 パナソニック株式会社 field effect transistor
WO2015166572A1 (en) * 2014-05-01 2015-11-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
CN106233437A (en) * 2014-05-01 2016-12-14 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device and the manufacture method of semiconductor device
JPWO2015166572A1 (en) * 2014-05-01 2017-04-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US10658469B2 (en) 2014-05-01 2020-05-19 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device including a plurality of nitride semiconductor layers
JP2016054250A (en) * 2014-09-04 2016-04-14 豊田合成株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2016134599A (en) * 2015-01-22 2016-07-25 ローム株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US10374053B2 (en) 2015-03-30 2019-08-06 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2016157371A1 (en) * 2015-03-30 2016-10-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JPWO2016157371A1 (en) * 2015-03-30 2017-06-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2018026431A (en) * 2016-08-09 2018-02-15 株式会社東芝 Nitride semiconductor device
KR20180123953A (en) * 2016-12-15 2018-11-20 네이셔널 치아오 텅 유니버시티 Semiconductor device and method of manufacturing the same
KR101955195B1 (en) * 2016-12-15 2019-03-08 네이셔널 치아오 텅 유니버시티 Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2018098478A (en) * 2016-12-15 2018-06-21 國立交通大學 Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP6305596B1 (en) * 2016-12-15 2018-04-04 國立交通大學 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US11670699B2 (en) 2016-12-15 2023-06-06 National Yang Ming Chiao Tung University Semiconductor device and method of manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5487615B2 (en) Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5487550B2 (en) Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI431770B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5634681B2 (en) Semiconductor element
JP2013168433A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device
JP5597581B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6337726B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5654884B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor device
JP2008270521A (en) Field-effect transistor
JP4134575B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012044003A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP5166576B2 (en) GaN-based semiconductor device manufacturing method
JP6591169B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2011198837A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5306438B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2013247196A (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2019021753A (en) Gate switching element and manufacturing method thereof
JP2012114320A (en) Nitride semiconductor field effect transistor
JP5827529B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2014045174A (en) Nitride semiconductor device
WO2014003047A1 (en) Electrode structure for nitride semiconductor device, production method therefor, and nitride semiconductor field-effect transistor
JP2007311740A (en) Nitride semiconductor field-effect transistor
JP2019050232A (en) Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device
CN116387246A (en) p-GaN enhanced MIS-HEMT device and preparation method thereof
JP6594272B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131205

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131212

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131219

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20131226

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20140109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140320

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150602