JP2013247196A - 窒化物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化物半導体装置は、窒化物半導体からなる電子走行層3と、電子走行層3に積層され、Alを含むとともに電子走行層3とはAl組成が異なる窒化物半導体からなる電子供給層4と、電子供給層4上に互いに間隔を開けて形成されたソース電極6およびドレイン電極7と、ソース電極6およびドレイン電極7の間の電子供給層4の表面を覆うゲート絶縁膜10と、ゲート絶縁膜10の表面を覆い、ソース電極6およびドレイン電極7の間に開口5aを有するパッシベーション膜5と、開口5a内においてゲート絶縁膜10を挟んで電子供給層4に対向するゲート本体部81を有するゲート電極8とを含む。
【選択図】図1
Description
このような窒化物半導体を用いたMISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor)が提案されている。このようなMISFETの一例は、特許文献1に示されている。特許文献1に記載されているMISFETは、GaN層とAlGaN層との積層構造を有し、AlGaN層上に層間絶縁層が形成されている。層間絶縁層には、AlGaN層の表面を露出させる開口部が形成されており、その開口部内にゲート絶縁層が埋め込まれている。このゲート絶縁層の上にゲート電極が形成されている。ゲート絶縁層は、Al2O3膜とSiO2膜との多層構造を有している。
そこで、この発明の目的は、窒化物半導体とゲート絶縁膜との間に優れた界面を有し、それによってデバイス特性が向上された窒化物半導体装置およびその製造方法を提供することである。
電子供給層上には、間隔を開けてソース電極およびドレイン電極が形成されており、それらの間の電子供給層の表面はゲート絶縁膜で覆われている。さらに、このゲート絶縁膜がパッシベーション膜で覆われている。パッシベーション膜には、ソース電極とドレイン電極との間の位置に開口が形成されており、この開口内に、ゲート電極のゲート本体部が配置されている。ゲート本体部は、ゲート絶縁膜を介して、電子供給層に対向している。
パッシベーション膜と電子供給層との間にゲート絶縁膜が介在しているので、パッシベーション膜をエッチングによって開口するときに、ゲート絶縁膜によってエッチングが停止する。したがって、電子供給層の表面にエッチングダメージが入らない上に、電子供給層の表面が大気にさらされない。したがって、ゲート絶縁膜と電子供給層との界面状態は良好であり、それによって、優れたデバイス特性を実現できる。
この構成によれば、電子供給層に接する第1絶縁層は、電子供給層を構成する窒化物半導体と同種のアニオンを用いた絶縁層、すなわち、Nを含む絶縁層からなる。これにより、電子供給層からの窒素抜けを抑制でき、界面準位を少なくすることができるので、電流コラプスを抑制できる。一方、窒化物は組成の安定性が悪く、単独では安定したゲート絶縁膜を形成し難い。そこで、Nを含む第1絶縁層に、Al、Y、Hf、Ta、Nbまたはランタノイドからなる3価の金属を含む酸化金属からなる第2絶縁層を積層して、多層ゲート絶縁膜が構成されている。これにより、安定したゲート絶縁膜を提供できる。Al、Y、Hf、Ta、Nbまたはランタノイドからなる3価の金属を含む酸化金属からなる絶縁層は、ALD(Atomic Layer Deposition)法のように膜厚の精密な制御が可能な成膜方法で成膜することができる。それによって、ゲート絶縁膜の膜厚を精密に制御できるので、安定したデバイス特性を実現できる。加えて、Al、Y、Hf、Ta、Nbまたはランタノイドからなる3価の金属は、酸素との親和性が高いので、第1絶縁層との界面に対する酸素の影響を小さくできる。
請求項4記載の発明は、前記第2絶縁層が、AlおよびOからなる絶縁体層である、請求項2または3に記載の窒化物半導体装置である。この構成によれば、第2絶縁層をALD法で精密な膜厚に作り込むことができる。また、パッシベーション膜が窒化物からなる場合であっても、そのパッシベーション膜に開口を形成するときに、パッシベーション膜のエッチングを第2絶縁層で確実に停止させることができる。すなわち、第2絶縁層をエッチングストップ層として利用できる。これにより、電子供給層の表面に対するエッチングダメージを確実に回避できる。AlおよびOからなる絶縁体層は、必ずしも全部がAl2O3である必要はなく、AlおよびOをその他の組成比で含む部分を有していてもよい。ALD法でアルミナ膜を成膜しようとするとき、一般に、AlとOとの組成比にはばらつきが生じる。AlおよびOからなる絶縁体は、その組成を厳密に制御しなくても、バンドギャップが大きく、耐圧が大きい絶縁体層を形成できる。
請求項15記載の発明は、前記第2絶縁層が、AlおよびOからなる絶縁体層である、請求項13または14に記載の窒化物半導体装置の製造方法である。この方法により、請求項4に記載した構成の窒化物半導体装置を製造できる。
図1は、この発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置の構成を説明するための断面図である。また、図2は、前記窒化物半導体装置の平面図である。図1には、図2のI−I線断面が示されている。この窒化物半導体装置は、基板1(たとえばシリコン基板)と、基板1の表面に形成されたバッファ層2と、バッファ層2上にエピタキシャル成長された電子走行層3と、電子走行層3上にエピタキシャル成長された電子供給層4とを含む。さらに、この窒化物半導体装置は、電子供給層4の表面を覆うゲート絶縁膜10(図2では図示省略)と、ゲート絶縁膜10を覆うパッシベーション膜5(図2では図示省略)と、ゲート絶縁膜10に形成されたコンタクト孔6a,7aを貫通して電子供給層4にオーミック接触しているオーミック電極としてのソース電極6およびドレイン電極7とを含む。ソース電極6およびドレイン電極7は、間隔を開けて配置されており、それらの間に、ゲート電極8が配置されている。ゲート電極8は、ゲート絶縁膜10を介して電子供給層4に対向している。
ゲート電極8は、ゲート絶縁膜10に接する下層と、この下層上に積層される上層とを有する積層電極膜からなっていてもよい。下層はNiまたはPtからなっていてもよく、上層はAuまたはAlからなっていてもよい。ゲート電極8は、ソース電極6寄りに偏って配置され、これにより、ゲート−ソース間距離よりもゲート−ドレイン間距離の方を長くした非対称構造となっている。この非対称構造は、ゲート−ドレイン間に生じる高電界を緩和して耐圧向上に寄与する。
バッファ層2は、たとえば、AlGaN層であってもよいし、AlN層およびGaN層を繰り返し積層した超格子構造を有する層であってもよい。
この窒化物半導体装置では、電子走行層3上にAl組成の異なる電子供給層4が形成されてヘテロ接合が形成されている。これにより、電子走行層3と電子供給層4との界面付近の電子走行層3内に二次元電子ガス20が形成され、この二次元電子ガス20をチャネルとして利用したHEMTが形成されている。ゲート電極8は、ゲート絶縁膜10を挟んで電子供給層4に対向している。ゲート電極8に適切な負値の電圧を印加すると、二次元電子ガス20で形成されたチャネルを遮断できる。したがって、ゲート電極8に制御電圧を印加することによって、ソース−ドレイン間をオン/オフできる。
図2に示されているように、平面視において、ソース電極6と電子供給層4との接合域(ソース接合域。コンタクト孔6a内の領域)Saと、ドレイン電極7と電子供給層4との接合域(ドレイン接合域。コンタクト孔7a内の領域)Daとを分離するように、ゲート電極8が引き回されている。すなわち、ゲート電極8のゲート本体部81とゲート絶縁膜10との接触域(有効ゲート域。開口5a内の領域)Gaが、ソース接合域Saとドレイン接合域Daとを分離する一定幅の帯状パターンに形成されている。より具体的には、ソース接合域Saおよびドレイン接合域Daは、長手方向が平行な矩形領域であり、その矩形領域の短手方向に沿って配列されている。有効ゲート域Gaは、ソース接合域Saおよびドレイン接合域Daの間を通るジグザグ形状に形成されている。有効ゲート域Gaは、ドレイン接合域Daよりもソース接合域Saに近い位置を通るように配置されている。有効ゲート域Gaとゲート電極8のドレイン接合域Da側のエッジとの間の距離がフィールドプレート長Lfpである。また、有効ゲート域Gaの幅は、ゲート長Lg(たとえば1μm程度)である。
まず、図3Aに示すように、基板1上に、バッファ層2および電子走行層3が順にエピタキシャル成長させられ、さらに電子走行層3上に電子供給層4がエピタキシャル成長させられる。そして、さらに、電子供給層4上の全面を被覆するように、ゲート絶縁膜10の第1絶縁層11が形成される。より具体的には、電子供給層4の表面を被覆するように、SiNからなる第1絶縁層11が形成される。これ以後は、電子供給層4の表面が大気に晒されることはない。第1絶縁層11の形成は、たとえば、プラズマCVD、熱CVDまたはスパッタ法によって行える。
次いで、図3Dに示すように、第2絶縁層12を被覆するように、全面に、SiNからなるパッシベーション膜5が形成される。パッシベーション膜5の形成は、たとえば、プラズマCVD法によって行える。
この実施形態では、電子供給層4は、AlGaNからなる第1層41上に形成されたキャップ層としての第2層42を含む。そして、第2層42に接するように、オーミック電極からなるソース電極6およびドレイン電極7、ならびにゲート絶縁膜10が形成されている。
キャップ層としての第2層42は、電子供給層4の表面モホロジーの改善に寄与する。すなわち、GaNからなる電子走行層3の表面に格子定数の異なるAlGaNからなる第1層41が形成されており、しかもAlGaNは3元系の結晶であるため結晶性が必ずしもよくない。そのため、第1層41を電子供給層4の最表面とすると、表面モホロジーが必ずしもよくなく、それに応じてデバイス特性が安定しない。そこで、電子走行層3と同一組成のキャップ層である第2層42を第1層41上に積層することで、電子供給層4の表面モホロジーを改善でき、それによって、デバイス特性を向上できる。ただし、第2層42を厚くし過ぎると、表面モホロジーを改善する効果が少なくなるうえに、ソース電極6およびドレイン電極7のオーミック接触に悪影響を与えるので、その厚さは16nm以下(より好ましくは8nm以下)とすることが好ましい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 バッファ層
3 電子走行層(GaN層)
4 電子供給層(AlGaN層)
41 第1層(AlGaN層)
42 第2層(GaN層)
5 パッシベーション膜
5a 開口
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 ゲート電極
81 ゲート本体部
82 フィールドプレート部
10 ゲート絶縁膜
11 第1絶縁層
12 第2絶縁層
15,16 レジスト膜
17 電極膜
20 二次元電子ガス
Lg ゲート長
Lfp フィールドプレート長
Lgd ゲート−ドレイン間距離
Sa ソース接合域
Da ドレイン接合域
Ga 有効ゲート域
Claims (17)
- 窒化物半導体からなる電子走行層と、
前記電子走行層に積層され、Alを含むとともに前記電子走行層とはAl組成が異なる窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に互いに間隔を開けて形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極およびドレイン電極の間の前記電子供給層の表面を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の表面を覆い、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間において前記ソース電極および前記ドレイン電極から間隔を開けた位置に開口を有するパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜に形成された前記開口内に配置されて前記ゲート絶縁膜に接し、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記電子供給層に対向するゲート本体部を有するゲート電極と
を含む、窒化物半導体装置。 - 前記ゲート絶縁膜が、前記電子供給層に接しNを含む第1絶縁層と、Al、Y、Hf、Ta、Nbまたはランタノイドからなる3価の金属を含む酸化金属からなり前記第1絶縁層に積層された第2絶縁層とを含む多層ゲート絶縁膜である、請求項1に記載の窒化物半導体装置。
- 前記第1絶縁層が、SiおよびNからなる絶縁体層である、請求項2に記載の窒化物半導体装置。
- 前記第2絶縁層が、AlおよびOからなる絶縁体層である、請求項2または3に記載の窒化物半導体装置。
- 前記ゲート絶縁膜の厚さが、1nm以上20nm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
- 前記電子供給層が、前記電子走行層と同じ組成の窒化物半導体からなるキャップ層を含み、前記キャップ層に接するように、前記ソース電極および前記ドレイン電極ならびに前記ゲート絶縁膜が形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
- 前記キャップ層の厚さが16nm以下である、請求項6に記載の窒化物半導体装置。
- 前記ゲート電極が、前記ゲート本体部に連続し前記開口外の前記パッシベーション膜の表面上において前記ドレイン電極に向かって所定のフィールドプレート長に渡って延びたフィールドプレート部をさらに有している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
- 前記フィールドプレート長が前記ゲート本体部と前記ドレイン電極との間の距離の1/6以上1/2以下である、請求項8に記載の窒化物半導体装置。
- 前記電子供給層が、13%以上30%以下のAl組成を有し、5nm以上30nm以下の厚さを有するAlGaN層を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
- 窒化物半導体からなる電子走行層を形成する工程と、
Alを含むとともに前記電子走行層とはAl組成が異なる窒化物半導体からなる電子供給層を前記電子走行層に積層して形成する工程と、
前記電子供給層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記電子供給層に接するソース電極およびドレイン電極を互いに間隔を開けて形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、パッシベーション膜を形成する工程と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の間において前記ソース電極および前記ドレイン電極から間隔を開けた位置で、前記パッシベーション膜に開口を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に形成された前記開口内に配置されて前記ゲート絶縁膜に接し、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記電子供給層に対向するゲート本体部を有するゲート電極を形成する工程と
を含む、窒化物半導体装置の製造方法。 - 前記パッシベーション膜に開口を形成する工程が、前記ゲート絶縁膜をエッチングストッパとして用いたエッチング工程を含む、請求項11に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜を形成する工程が、前記電子供給層に接しNを含む第1絶縁層を形成する工程と、Al、Y、Hf、Ta、Nbまたはランタノイドからなる3価の金属を含む酸化金属からなり前記第1絶縁層に積層された第2絶縁層を形成する工程とを含む、請求項11または12に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記第1絶縁層が、SiおよびNからなる絶縁体層である、請求項13に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記第2絶縁層が、AlおよびOからなる絶縁体層である、請求項13または14に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記電子供給層を形成する工程が、前記電子走行層と同じ組成の窒化物半導体からなるキャップ層を形成する工程を含み、前記キャップ層に接するように、前記ソース電極および前記ドレイン電極ならびに前記ゲート絶縁膜が形成される、請求項11〜15のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極が、前記ゲート本体部に連続し前記開口外の前記パッシベーション膜の表面上において前記ドレイン電極に向かって所定のフィールドプレート長に渡って延びたフィールドプレート部とを有するように形成される、請求項11〜16のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
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US9978844B2 (en) * | 2013-08-01 | 2018-05-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | HEMT-compatible lateral rectifier structure |
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US9871108B2 (en) * | 2015-04-23 | 2018-01-16 | Rohm Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
JP6660631B2 (ja) * | 2015-08-10 | 2020-03-11 | ローム株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
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CN112242441A (zh) * | 2019-07-16 | 2021-01-19 | 联华电子股份有限公司 | 高电子迁移率晶体管 |
US11195945B2 (en) | 2019-09-03 | 2021-12-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Cap structure coupled to source to reduce saturation current in HEMT device |
US11563101B2 (en) | 2020-07-07 | 2023-01-24 | Wolfspeed, Inc. | Power semiconductor devices having multilayer gate dielectric layers that include an etch stop/field control layer and methods of forming such devices |
CN115440808A (zh) * | 2021-06-04 | 2022-12-06 | 联华电子股份有限公司 | 氮化物半导体元件及其制造方法 |
WO2024065149A1 (en) * | 2022-09-27 | 2024-04-04 | Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing thereof |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002359256A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Fujitsu Ltd | 電界効果型化合物半導体装置 |
JP2007516615A (ja) * | 2003-12-17 | 2007-06-21 | ニトロネックス・コーポレーション | 電極規定層を包含する窒化ガリウム材料デバイスおよびその形成方法 |
WO2008096521A1 (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Nec Corporation | 半導体装置 |
WO2010070824A1 (ja) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | 株式会社アドバンテスト | 半導体装置、半導体装置の製造方法およびスイッチ回路 |
JP2011192719A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Panasonic Corp | 窒化物半導体装置 |
JP2011198837A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2011238805A (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-24 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ、電界効果トランジスタの製造方法および電子装置 |
JP2011249821A (ja) * | 2011-07-12 | 2011-12-08 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置 |
JP2013140956A (ja) * | 2011-12-12 | 2013-07-18 | Power Integrations Inc | In−Situ成長させたゲート誘電体およびフィールドプレート誘電体 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4179539B2 (ja) * | 2003-01-15 | 2008-11-12 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP2008103408A (ja) | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 窒化物化合物半導体トランジスタ及びその製造方法 |
WO2008086001A2 (en) * | 2007-01-10 | 2008-07-17 | International Rectifier Corporation | Active area shaping for iii-nitride device and process for its manufacture |
JP4794656B2 (ja) * | 2009-06-11 | 2011-10-19 | シャープ株式会社 | 半導体装置 |
JP5487749B2 (ja) * | 2009-06-17 | 2014-05-07 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2012054471A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及びその製造方法、電源装置 |
JP2012231003A (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-22 | Advanced Power Device Research Association | 半導体装置 |
US8633094B2 (en) * | 2011-12-01 | 2014-01-21 | Power Integrations, Inc. | GaN high voltage HFET with passivation plus gate dielectric multilayer structure |
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002359256A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Fujitsu Ltd | 電界効果型化合物半導体装置 |
JP2007516615A (ja) * | 2003-12-17 | 2007-06-21 | ニトロネックス・コーポレーション | 電極規定層を包含する窒化ガリウム材料デバイスおよびその形成方法 |
WO2008096521A1 (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Nec Corporation | 半導体装置 |
WO2010070824A1 (ja) * | 2008-12-19 | 2010-06-24 | 株式会社アドバンテスト | 半導体装置、半導体装置の製造方法およびスイッチ回路 |
JP2011192719A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Panasonic Corp | 窒化物半導体装置 |
JP2011198837A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2011238805A (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-24 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ、電界効果トランジスタの製造方法および電子装置 |
JP2011249821A (ja) * | 2011-07-12 | 2011-12-08 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置 |
JP2013140956A (ja) * | 2011-12-12 | 2013-07-18 | Power Integrations Inc | In−Situ成長させたゲート誘電体およびフィールドプレート誘電体 |
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