JP2014168048A - Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor - Google Patents

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interlayer insulating
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drain electrode
electrode
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Tetsuzo Nagahisa
哲三 永久
Yoshihiro Uetani
佳宏 上溪
Hiroyoshi Ina
弘善 伊奈
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor that can relax concentration of an electric field on a source field plate, and also has a high breakdown voltage and high reliability.SOLUTION: A source field plate 17 electrically connected to a source electrode 11 extends over an inter-layer insulation film 23 toward a drain electrode 12 so as to cover a gate electrode 13. The source field plate 17 has an end marginal part on the side of the drain electrode 12 located more on the side of the drain electrode 12 than an end marginal part of the gate electrode 13 on the side of the drain electrode 12, and a boundary face between the inter-layer insulation film 23 and source field plate 17 is a flat plane.

Description

この発明は、電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法に関し、詳しくは、窒化物半導体層上にソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が形成された電界効果トランジスタおよびその電界効果トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed on a nitride semiconductor layer, and a method for manufacturing the field effect transistor.

従来、電界効果トランジスタとしては、特許文献1(特開2008−244001号公報)および特許文献2(特開2011−249439号公報)に記載されたものがある。この特許文献1,2に記載された電界効果トランジスタは、ソース電極に電気的に接続されたソースフィールドプレートを、ゲート電極を覆うように絶縁膜上に形成している。   Conventional field effect transistors include those described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-244001) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-249439). In the field effect transistors described in Patent Documents 1 and 2, a source field plate electrically connected to a source electrode is formed on an insulating film so as to cover a gate electrode.

これにより、上記特許文献1の電界効果トランジスタは、ゲート電極とドレイン電極との耐圧を向上でき、電流コラプス現象に起因するオン抵抗の増大を抑制すると共にリーク電流を低減している。   As a result, the field effect transistor disclosed in Patent Document 1 can improve the breakdown voltage between the gate electrode and the drain electrode, suppress an increase in on-resistance due to a current collapse phenomenon, and reduce a leakage current.

また、上記特許文献2の電界効果トランジスタは、ソースフィールドプレートをドレイン電極側に伸ばした上で絶縁膜の一部を開口して、その開口部にソースフィールドプレートを埋めることで、寄生容量を減らしている。   In the field effect transistor of Patent Document 2, the source field plate is extended to the drain electrode side, a part of the insulating film is opened, and the source field plate is buried in the opening to reduce the parasitic capacitance. ing.

しかしながら、上記特許文献1,2の電界効果トランジスタでは、ソースフィールドプレートをドレイン電極に近づけていることから、ソースフィールドプレートへの電界集中によりドレイン電極との耐圧が劣化するという問題がある。また、このような電界効果トランジスタでは、ドレイン電圧が低電圧(特許文献1では300V、特許文献2では60V)の領域を扱っており、ドレイン電圧が高電圧(例えば600V)の領域では、耐圧や信頼性(寿命)が著しく低下するという問題がある。   However, the field effect transistors of Patent Documents 1 and 2 have a problem in that the breakdown voltage with respect to the drain electrode deteriorates due to electric field concentration on the source field plate because the source field plate is close to the drain electrode. Further, in such a field effect transistor, a region where the drain voltage is low (300 V in Patent Document 1 and 60 V in Patent Document 2) is handled, and in a region where the drain voltage is high (for example, 600 V), withstand voltage and There is a problem that the reliability (lifetime) is significantly reduced.

特開2008−244001号公報JP 2008-244001A 特開2011−249439号公報JP 2011-249439 A

そこで、この発明の課題は、ソースフィールドプレートへの電界集中を緩和でき、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a field effect transistor that can alleviate electric field concentration on a source field plate and has high breakdown voltage and high reliability.

上記課題を解決するため、この発明の電界効果トランジスタは、
窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the field effect transistor of the present invention is
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
An interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
The interface between the interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、その第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜とを有し、
上記第1の層間絶縁膜と上記第2の層間絶縁膜との間かつ上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜を備えた。
In the field effect transistor of one embodiment,
The interlayer insulating film includes at least a first interlayer insulating film formed on the insulating film and the gate electrode, and a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film. ,
There is provided a planarizing film having an insulating property between the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and filling a concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記平坦化膜が上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜で上記第2の層間絶縁膜と接する平坦面を形成している。
In the field effect transistor of one embodiment,
The planarization film fills the recesses on the concavo-convex surface of the first interlayer insulation film, whereby the projections of the first interlayer insulation film and the planarization film filling the recesses provide the second interlayer insulation film. The flat surface which touches is formed.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成されたコンタクトホールを備え、
上記平坦化膜は、上記コンタクトホールに対して間隔をあけて設けられている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A contact hole formed on the interlayer insulating film and on the source electrode and the drain electrode;
The planarizing film is provided with a space from the contact hole.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソース電極上の上記コンタクトホールは、上記第2の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記コンタクトホールの内側方向に向かって傾斜するテーパ面を有すると共に、上記第1の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記窒化物半導体層の平面に対して略垂直な面を有し、
上記ドレイン電極上の上記コンタクトホールは、上記第2の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記コンタクトホールの内側方向に向かって傾斜するテーパ面を有すると共に、上記第1の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記窒化物半導体層の平面に対して略垂直な面を有する。
In the field effect transistor of one embodiment,
The contact hole on the source electrode has a tapered surface inclined in the inner direction of the contact hole in a region adjacent to the second interlayer insulating film and is adjacent to the first interlayer insulating film. A region having a plane substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer;
The contact hole on the drain electrode has a tapered surface inclined in the inner direction of the contact hole in a region adjacent to the second interlayer insulating film and is adjacent to the first interlayer insulating film. The region has a plane substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート上に形成された第3の層間絶縁膜と、
上記ソース電極上かつ上記コンタクトホール内に形成されたソース配線層と、
上記ドレイン電極上かつ上記コンタクトホール内に形成されたドレイン配線層と、
上記ソース配線層を介して上記ソース電極に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレートの少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜上に延在するソース給電メタルと、
上記ドレイン配線層を介して上記ドレイン電極に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレートの少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜上に延在するドレイン給電メタルと
を備え、
上記第3の層間絶縁膜と上記ソース給電メタルとの界面および上記第3の層間絶縁膜と上記ドレイン給電メタルとの界面が平坦面である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A third interlayer insulating film formed on the source field plate;
A source wiring layer formed on the source electrode and in the contact hole;
A drain wiring layer formed on the drain electrode and in the contact hole;
A source feeding metal electrically connected to the source electrode through the source wiring layer and extending on the third interlayer insulating film so as to cover at least a part of the source field plate;
A drain feeding metal that is electrically connected to the drain electrode through the drain wiring layer and extends on the third interlayer insulating film so as to cover at least a part of the source field plate;
The interface between the third interlayer insulating film and the source power supply metal and the interface between the third interlayer insulating film and the drain power supply metal are flat surfaces.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレートと上記ドレイン配線層との間は、上記第3の層間絶縁膜で全て埋められている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A space between the source field plate and the drain wiring layer is entirely filled with the third interlayer insulating film.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ゲート電極の上部から上記ドレイン電極側に向かって上記絶縁膜上に延在するゲートフィールドプレートを備え、
上記ゲートフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部から、上記ドレイン電極または上記ドレイン電極に電気的に接続された導電部までの上記窒化物半導体層の平面に沿った方向の距離をL1とし、上記ゲートフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部から上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部までの上記窒化物半導体層の平面に沿った方向の距離をL2とするとき、
L2/L1 ≧ 0.3以上
である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A gate field plate extending on the insulating film from the top of the gate electrode toward the drain electrode;
The distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer from the edge portion on the drain electrode side of the gate field plate to the drain electrode or the conductive portion electrically connected to the drain electrode is L1, When the distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer from the edge on the drain electrode side of the gate field plate to the edge on the drain electrode side of the source field plate is L2,
L2 / L1 ≧ 0.3 or more.

また、この発明の電界効果トランジスタの製造方法では、
窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記第2の層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記第2の層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に上記第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面上に平坦化膜を形成する工程と、
上記平坦化膜の上側および上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜上および上記平坦化膜上に上記第2の層間絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする。
In the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention,
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
A first interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the second interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein an interface between the second interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface,
Forming the first interlayer insulating film on at least the insulating film and the gate electrode;
Forming a planarizing film on the uneven surface of the first interlayer insulating film;
Removing and flattening the upper side of the planarizing film and the upper side of the convex part of the irregular surface of the first interlayer insulating film;
Forming the second interlayer insulating film on the planarized first interlayer insulating film and on the planarized film.

また、一実施形態の電界効果トランジスタの製造方法では、
上記第2の層間絶縁膜をエッチングマスクを用いてウェットエッチングすることにより、上記ソース電極上および上記ドレイン電極上にコンタクトホールの上側部分となる第1ホール部を夫々形成する工程と、
上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成された上記第1ホール部のさらに下側を上記エッチングマスクを用いてドライエッチングすることにより、上記ソース電極の一部および上記ドレイン電極の一部を露出させて、上記コンタクトホールの下側部分となる第2ホール部を夫々形成する工程と
を有する。
Further, in the method of manufacturing a field effect transistor of one embodiment,
Forming a first hole portion as an upper portion of a contact hole on the source electrode and the drain electrode by performing wet etching on the second interlayer insulating film using an etching mask;
The lower part of the first hole portion formed on the source electrode and the drain electrode is dry-etched using the etching mask to expose a part of the source electrode and a part of the drain electrode. And a step of forming second hole portions which are the lower portions of the contact holes, respectively.

以上より明らかなように、この発明によれば、ソースフィールドプレートのドレイン電極側の端縁部がゲート電極のドレイン電極側の端縁部よりもドレイン電極側にし、かつ、絶縁膜上およびゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、ゲート電極を覆うようにドレイン電極側に向かって層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートとの界面を平坦化することによって、ゲート電極への電界集中およびソースフィールドプレートへの電界集中が緩和されると共に、層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面に段差がなくなるので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現することができる。   As is clear from the above, according to the present invention, the edge of the source field plate on the drain electrode side is located closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side, and the insulating film and the gate electrode By flattening the interface between the interlayer insulating film formed thereon and the source field plate extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode, electric field concentration on the gate electrode and Concentration of the electric field on the source field plate is alleviated and a step is eliminated at the interface between the interlayer insulating film and the source field plate, so that problems such as disconnection due to the step are eliminated. Thereby, a field effect transistor having a high breakdown voltage and high reliability can be realized.

図1はこの発明の第1実施形態の電界効果トランジスタの一例としてのGaN系HFETの平面模式図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a GaN-based HFET as an example of a field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. 図2は図1のII−II線から見たGaN系HFETの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the GaN HFET as seen from the line II-II in FIG. 図3は図2に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the dimensions of each part of the cross section of the GaN-based HFET shown in FIG. 図4は図1のIV−IV線から見たGaN系HFETの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the GaN-based HFET as viewed from the line IV-IV in FIG. 図5は図4に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the dimensions of each part of the cross section of the GaN-based HFET shown in FIG. 図6は上記GaN系HFETのゲートフィールドプレート端からソースフィールドプレート端までの距離を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the distance from the gate field plate end to the source field plate end of the GaN-based HFET. 図7は上記GaN系HFETの加速試験の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of an acceleration test of the GaN HFET. 図8は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面が平坦面であるときの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view when the interface between the second interlayer insulating film of the GaN-based HFET and the source field plate is a flat surface. 図9はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面に深さ240nmの凹みがあるときの第1比較例の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the first comparative example when there is a recess having a depth of 240 nm at the interface between the second interlayer insulating film of the GaN-based HFET and the source field plate. 図10はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面に深さ770nmの凹みがあるときの第2比較例の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the second comparative example when there is a 770 nm deep recess at the interface between the second interlayer insulating film of the GaN-based HFET and the source field plate. 図11は第2の層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面の凹みの深さに対するソースフィールドプレート端の電界強度を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the electric field strength at the end of the source field plate with respect to the depth of the recess at the interface between the second interlayer insulating film and the source field plate. 図12は第2の層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面の凹みの深さに対するゲート電極直下の電界強度を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the electric field intensity directly below the gate electrode with respect to the depth of the recess at the interface between the second interlayer insulating film and the source field plate. 図13はこの発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例としてGaN系HFETの製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a GaN-based HFET as an example of a method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention. 図14は図13に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the manufacturing process subsequent to FIG. 図15は図14に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing the manufacturing process continued from FIG. 図16は図15に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing the manufacturing process continued from FIG. 図17は図16に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing the manufacturing process continued from FIG.

以下、この発明の電界効果トランジスタを図示の実施の形態により詳細に説明する。   The field effect transistor of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.

〔第1実施形態〕
図1はこの発明の第1実施形態の電界効果トランジスタの一例としてのノーマリーオンタイプのGaN系HFET(ヘテロ接合電界効果トランジスタ)の平面模式図である。なお、図1では、理解し易くするためにソースフィールドプレートとソース配線層およびドレイン配線層を省略している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic plan view of a normally-on type GaN HFET (heterojunction field effect transistor) as an example of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the source field plate, the source wiring layer, and the drain wiring layer are omitted for easy understanding.

この第1実施形態のGaN系HFETは、図1に示すように、Si基板(図示せず)上に形成された窒化物半導体層10と、窒化物半導体層10上に形成され、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、ソース電極11とドレイン電極12との間かつ窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13とを備えている。また、図1において、31はソース電極11にコンタクト部31aを介して電気的に接続されたソース給電メタル、32はドレイン電極12にコンタクト部32aを介して電気的に接続されたドレイン給電メタルである。   As shown in FIG. 1, the GaN-based HFET of the first embodiment is formed on a nitride semiconductor layer 10 formed on an Si substrate (not shown) and on the nitride semiconductor layer 10 and is spaced from each other. A source electrode 11 and a drain electrode 12 which are arranged to be open, and a gate electrode 13 formed between the source electrode 11 and the drain electrode 12 and on the nitride semiconductor layer 10 are provided. In FIG. 1, 31 is a source power supply metal electrically connected to the source electrode 11 via a contact portion 31a, and 32 is a drain power supply metal electrically connected to the drain electrode 12 via a contact portion 32a. is there.

また、図2は図1のII−II線から見たGaN系HFETの断面図を示しており、図4は図1のIV−IV線から見たGaN系HFETの断面図を示している。なお、図2,図4では、GaN系HFETの断面の各部の実際の寸法と図面上の寸法とは一致していない。   2 shows a cross-sectional view of the GaN-based HFET as viewed from the line II-II in FIG. 1, and FIG. 4 shows a cross-sectional view of the GaN-based HFET as viewed from the line IV-IV in FIG. In FIGS. 2 and 4, the actual dimensions of each part of the cross section of the GaN-based HFET do not match the dimensions on the drawings.

図2,図4に示すように、窒化物半導体層10上に、Ti/Alからなるソース電極11とドレイン電極12を互いに間隔をあけて形成している。上記窒化物半導体層10上のソース電極11とドレイン電極12との間かつソース電極11側にTiNからなるゲート電極13を形成している。   As shown in FIGS. 2 and 4, a source electrode 11 and a drain electrode 12 made of Ti / Al are formed on the nitride semiconductor layer 10 at a distance from each other. A gate electrode 13 made of TiN is formed between the source electrode 11 and the drain electrode 12 on the nitride semiconductor layer 10 and on the source electrode 11 side.

上記窒化物半導体層10は、Si基板(図示せず)上に順に形成されたアンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102で構成されている。このアンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102との界面に2DEG(2次元電子ガス)が発生する。   The nitride semiconductor layer 10 includes an undoped GaN layer 101 and an undoped AlGaN layer 102 that are sequentially formed on a Si substrate (not shown). 2DEG (two-dimensional electron gas) is generated at the interface between the undoped GaN layer 101 and the undoped AlGaN layer 102.

なお、上記基板は、Si基板に限らず、サファイヤ基板やSiC基板を用いてもよく、サファイヤ基板やSiC基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、GaN基板にAlGaN層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。また、適宜、バッファ層を基板と各層間に形成してもよい。また、上記アンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102との間に層厚1nm程度のAlN層をヘテロ改善層として形成してもよい。また、上記AlGaN層102上にGaNキャップ層を形成してもよい。   The substrate is not limited to the Si substrate, and a sapphire substrate or SiC substrate may be used. A nitride semiconductor layer may be grown on the sapphire substrate or SiC substrate, or an AlGaN layer is grown on the GaN substrate. As described above, a nitride semiconductor layer may be grown on a substrate made of a nitride semiconductor. Further, a buffer layer may be appropriately formed between the substrate and each layer. Further, an AlN layer having a thickness of about 1 nm may be formed as a hetero improvement layer between the undoped GaN layer 101 and the undoped AlGaN layer 102. Further, a GaN cap layer may be formed on the AlGaN layer 102.

ここでは、上記窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102の厚さを例えば10nmとしてソース電極11とドレイン電極12をアニールすることでオーミックコンタクト可能にしている。なお、上記アンドープAlGaN層の厚さを例えば30nmとしてアンドープAlGaN層のオーミックコンタクト部分に予めSiドープをしてn型化させることで電極のオーミックコンタクトを可能としてもよい。また、アンドープAlGaN層のうちのソース電極が形成される領域およびドレイン電極が形成される領域に予め、リセスを形成し、このリセスにソース電極およびドレイン電極を蒸着,アニールすることでオーミックコンタクトを可能としてもよい。   Here, the thickness of the undoped AlGaN layer 102 of the nitride semiconductor layer 10 is set to 10 nm, for example, and the source electrode 11 and the drain electrode 12 are annealed to enable ohmic contact. The thickness of the undoped AlGaN layer may be set to 30 nm, for example, and the ohmic contact portion of the undoped AlGaN layer may be preliminarily Si-doped so as to be n-type to enable ohmic contact of the electrode. Also, an ohmic contact is possible by forming a recess in the region of the undoped AlGaN layer where the source electrode is to be formed and the region where the drain electrode is to be formed, and depositing and annealing the source electrode and the drain electrode in this recess. It is good.

また、上記ゲート電極13は、窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102にショットキー接合している。   The gate electrode 13 is in Schottky junction with the undoped AlGaN layer 102 of the nitride semiconductor layer 10.

また、電流コラプスを抑制するためのコラプス抑制膜14が、ソース電極11とゲート電極13との間およびドレイン電極12とゲート電極13との間で窒化物半導体層10上に形成されている。   Further, a collapse suppression film 14 for suppressing current collapse is formed on the nitride semiconductor layer 10 between the source electrode 11 and the gate electrode 13 and between the drain electrode 12 and the gate electrode 13.

上記コラプス抑制膜14は、一例としてAlNを用いることが可能である。ただし、単結晶AlN膜は、2次元電子ガスに影響を与えることから多結晶もしくはアモルファスであることが望ましい。   For example, AlN can be used for the collapse suppression film 14. However, the single crystal AlN film is desirably polycrystalline or amorphous because it affects the two-dimensional electron gas.

あるいは、SiOやSiOC、SiONなどのSiO或いはSiOをベースとする化合物をコラプス抑制膜14に用いることができる。 Alternatively, a compound based on SiO 2 or SiO such as SiO 2 , SiOC, or SiON can be used for the collapse suppression film 14.

あるいはまた、コラプス抑制膜14は、Siリッチなシリコン窒化膜で作製することも可能である。このSiリッチなシリコン窒化膜とは、Si:N=0.75:1のストイキオメトリなシリコン窒化膜よりもシリコンSiの比率の大きいSiN膜であり、例えば、SiとNとの組成比Si:N=1.1〜1.9:1であり、さらに好ましくは、SiとNとの組成比Si:N=1.3〜1.5:1である。   Alternatively, the collapse suppression film 14 can be made of a Si-rich silicon nitride film. This Si-rich silicon nitride film is an SiN film having a Si Si ratio larger than that of a stoichiometric silicon nitride film of Si: N = 0.75: 1. For example, the composition ratio Si between Si and N : N = 1.1 to 1.9: 1, more preferably Si: N composition ratio Si: N = 1.3 to 1.5: 1.

また、ストイキオメトリなSiN膜で作製された絶縁膜15をコラプス抑制膜14上に形成している。なお、この第1実施形態では、一例として、絶縁膜15をストイキオメトリなSiN膜で作製したが、例えば、SiON膜、SiO膜、Al膜、AlN膜等の他の酸化膜で作製してもよい。 In addition, an insulating film 15 made of stoichiometric SiN film is formed on the collapse suppression film 14. In the first embodiment, as an example, the insulating film 15 is made of a stoichiometric SiN film. However, for example, other oxide films such as a SiON film, a SiO 2 film, an Al 2 O 3 film, and an AlN film are used. You may produce by.

上記ゲート電極13は、窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102にショットキー接合する基部13aとその基部13aからドレイン電極12側に向かって絶縁膜15上に延在するゲートフィールドプレート13bとを有する。   The gate electrode 13 includes a base portion 13a that is in Schottky junction with the undoped AlGaN layer 102 of the nitride semiconductor layer 10 and a gate field plate 13b that extends on the insulating film 15 from the base portion 13a toward the drain electrode 12 side. .

また、このGaN系HFETは、絶縁膜15上およびゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、その第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23と、第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間かつ第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜22を備えている。   The GaN-based HFET includes a first interlayer insulating film 21 formed on the insulating film 15 and the gate electrode 13, and a second interlayer insulating film 23 formed on the first interlayer insulating film 21. And a planarizing film 22 having an insulating property between the first interlayer insulating film 21 and the second interlayer insulating film 23 and filling the concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film 21.

この平坦化膜22の要件としては、
(i) 絶縁体であること
(ii) 下面に凹凸形状があっても、上面を容易に平坦できること
(iii) 望ましくは、平坦化膜の下面(凹凸形状側)に面している物質との間で、誘電率が大きく変わらないような物質を選べること(凹凸形状のところで、不要な電界集中を起こさないため)
がある。
As a requirement of the planarizing film 22,
(i) Insulator
(ii) Even if the bottom surface is uneven, the top surface can be easily flattened.
(iii) Desirably, a material whose dielectric constant does not change greatly with respect to the material facing the lower surface (uneven shape side) of the planarizing film (unnecessary electric field concentration at the uneven shape). (Because it does not happen)
There is.

この第1実施形態では、上記(i)〜(iii)を満たすSOG(Spin On Glass;スピン・オン・グラス)を用いたが、CMP(Chemical Mechanical Polish; 化学的機械研磨)の手法を用いてもよい。また、平坦化膜の材料としては、周囲の物質によるが、例えばポリイミドやBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass;ホウ素・リン・シリケート・ガラス)等でもよい。   In the first embodiment, SOG (Spin On Glass) satisfying the above (i) to (iii) is used, but a CMP (Chemical Mechanical Polish) method is used. Also good. Further, the material of the planarizing film depends on surrounding substances, but may be polyimide, BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or the like.

また、上記GaN系HFETは、ソース電極11に電気的に接続されたソース配線層16と、そのソース配線層16からゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって延び、第2の層間絶縁膜23上に延在するソースフィールドプレート17とを備えている。このソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部は、ゲート電極13のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にある。また、上記第2の層間絶縁膜23とソースフィールドプレート17との界面は平坦面である。   The GaN-based HFET has a source wiring layer 16 electrically connected to the source electrode 11, and extends from the source wiring layer 16 toward the drain electrode 12 so as to cover the gate electrode 13, and the second interlayer And a source field plate 17 extending on the insulating film 23. The edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side is closer to the drain electrode 12 than the edge of the gate electrode 13 on the drain electrode 12 side. The interface between the second interlayer insulating film 23 and the source field plate 17 is a flat surface.

また、上記GaN系HFETは、ドレイン電極12に電気的に接続されたドレイン配線層18と、そのドレイン配線層18からソース電極11側に向かって延び、第2の層間絶縁膜23上に僅かに延在するドレインフィールドプレート19とを備えている。なお、このドレインフィールドプレート19はなくてもよい。   The GaN HFET has a drain wiring layer 18 electrically connected to the drain electrode 12, and extends from the drain wiring layer 18 toward the source electrode 11, and slightly over the second interlayer insulating film 23. And an extended drain field plate 19. The drain field plate 19 may be omitted.

上記ソースフィールドプレート17上およびドレインフィールドプレート19上、かつ、ソースフィールドプレート17とドレインフィールドプレート19の間を埋めるように第3の層間絶縁膜24を形成している。また、第3の層間絶縁膜24内に平坦化膜25を形成している。   A third interlayer insulating film 24 is formed on the source field plate 17 and the drain field plate 19 so as to fill between the source field plate 17 and the drain field plate 19. In addition, a planarizing film 25 is formed in the third interlayer insulating film 24.

上記ソース配線層16を介してソース電極11に電気的に接続されたソース給電メタル31(図4に示す)が、ソースフィールドプレート17の一部を覆うように、第3の層間絶縁膜24上に延在する。また、上記ドレイン配線層18を介してドレイン電極12に電気的に接続されたドレイン給電メタル32(図2に示す)が、ソースフィールドプレート17の一部を覆うように、第3の層間絶縁膜24上に延在する。   A source power supply metal 31 (shown in FIG. 4) electrically connected to the source electrode 11 through the source wiring layer 16 covers the third interlayer insulating film 24 so as to cover a part of the source field plate 17. Extend to. A third interlayer insulating film is formed so that a drain feeding metal 32 (shown in FIG. 2) electrically connected to the drain electrode 12 through the drain wiring layer 18 covers a part of the source field plate 17. 24 extends over.

上記第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面および第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面は平坦面である。上記ソースフィールドプレート17とドレインフィールドプレート19との間を第3の層間絶縁膜24で全て埋めている。なお、ドレインフィールドプレート19がない場合は、ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間を第3の層間絶縁膜24で全て埋める。   The interface between the third interlayer insulating film 24 and the source power supply metal 31 and the interface between the third interlayer insulating film 24 and the drain power supply metal 32 are flat surfaces. A space between the source field plate 17 and the drain field plate 19 is filled with a third interlayer insulating film 24. If there is no drain field plate 19, the third interlayer insulating film 24 is completely filled between the source field plate 17 and the drain wiring layer 18.

図3は図2に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示し、図5は図4に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示している。図3,図5に示すように、下側の平坦化膜22の膜厚は、ゲート電極13のゲートフィールドプレート13bの厚さ(この第1実施形態では20nm)にほぼ依存し、上側の平坦化膜25の膜厚は、ソースフィールドプレート17の厚さ(この第1実施形態では1.7μm)にほぼ依存する。   3 shows the dimensions of each part of the cross section of the GaN HFET shown in FIG. 2, and FIG. 5 shows the dimensions of each part of the cross section of the GaN HFET shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 5, the thickness of the lower planarizing film 22 is substantially dependent on the thickness of the gate field plate 13b of the gate electrode 13 (20 nm in this first embodiment), and the upper planarizing film 22 is flat. The film thickness of the chemical film 25 substantially depends on the thickness of the source field plate 17 (1.7 μm in the first embodiment).

図6は上記GaN系HFETのゲートフィールドプレート13b端からソースフィールドプレート17端までの距離L2を示している。図6において、L1はゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレインフィールドプレート19までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離であり、L2はゲートフィールドプレート13b端(ドレイン電極12側の端縁部)からソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離である。   FIG. 6 shows a distance L2 from the end of the gate field plate 13b to the end of the source field plate 17 of the GaN HFET. In FIG. 6, L1 is the distance along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge of the gate field plate 13b on the drain electrode 12 side to the drain field plate 19, and L2 is the end of the gate field plate 13b ( The distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the end of the drain electrode 12 to the end of the source field plate 17 (the end of the drain electrode 12).

なお、この第1実施形態では、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレインフィールドプレート19までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL1としたが、ドレインフィールドプレート19がない場合は、ソースフィールドプレート17端に最も近くかつドレイン電極12に接続されたドレイン配線層18等とソースフィールドプレート17端との距離になる。この発明では、ドレインフィールドプレートやドレイン配線層などは、ドレイン電極に電気的に接続された導電部である。   In the first embodiment, the distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge of the gate field plate 13b on the drain electrode 12 side to the drain field plate 19 is L1, but the drain field In the absence of the plate 19, the distance between the end of the source field plate 17 and the drain wiring layer 18 that is closest to the end of the source field plate 17 and connected to the drain electrode 12. In the present invention, the drain field plate, the drain wiring layer, and the like are conductive portions that are electrically connected to the drain electrode.

ここで、距離L2を2μmおよび3μmとして行ったGaN系HFETの加速試験の結果を図7は示している。図7において、横軸は寿命[時間]を表し、縦軸は故障数/全数×100[%]を表している。   Here, FIG. 7 shows the result of the acceleration test of the GaN-based HFET performed at the distance L2 of 2 μm and 3 μm. In FIG. 7, the horizontal axis represents the life [time], and the vertical axis represents the number of failures / total number × 100 [%].

この加速試験は、図1〜図5に示す構成のGaN系HFETにおいて、周囲温度を200℃とし、ソース電圧を0V、ゲート電圧を−10V、ドレイン電圧を600Vとして行った。   This acceleration test was performed in a GaN-based HFET configured as shown in FIGS. 1 to 5 with an ambient temperature of 200 ° C., a source voltage of 0 V, a gate voltage of −10 V, and a drain voltage of 600 V.

図7に示すように、距離L2を2μmのときの故障数が全体の50%となったときの寿命は75時間であり、距離L2を3μmのときの故障数が全体の50%となったときの寿命は550時間であった。すなわち、距離L2が2μmのGaN系HFETに比べて距離L2が3μmのGaN系HFETの寿命が7.3倍(≒550/75)延びた。   As shown in FIG. 7, the life when the number of failures when the distance L2 is 2 μm is 50% is 75 hours, and the number of failures when the distance L2 is 3 μm is 50%. The lifetime was 550 hours. That is, the lifetime of the GaN HFET having the distance L2 of 3 μm is increased by 7.3 times (≈550 / 75) as compared with the GaN HFET having the distance L2 of 2 μm.

次に、図8は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23とソースフィールドプレート17との界面が平坦面であるときの断面図を示している。図8において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。また、A1はソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の電界強度測定領域、B1はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。   Next, FIG. 8 shows a cross-sectional view when the interface between the second interlayer insulating film 23 of the GaN-based HFET and the source field plate 17 is a flat surface. In FIG. 8, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. A1 is an electric field strength measurement region at the end of the source field plate 17 (an edge portion on the drain electrode 12 side), and B1 is an electric field strength measurement region immediately below the gate electrode 13.

また、図9はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面に深さ240nmの凹みがあるときの第1比較例の断面図を示している。図9では、第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面の凹みを埋めるように、ソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の下方に埋め込み部17aが形成されている。図9において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。また、A2はソースフィールドプレート17端の電界強度測定領域、B2はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the first comparative example when there is a recess having a depth of 240 nm at the interface between the second interlayer insulating film 123 of the GaN-based HFET and the source field plate 17. In FIG. 9, a buried portion 17 a is formed below the end of the source field plate 17 (the edge on the drain electrode 12 side) so as to fill the recess at the interface between the second interlayer insulating film 123 and the source field plate 17. ing. 9, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. A2 is an electric field strength measurement region at the end of the source field plate 17, and B2 is an electric field strength measurement region directly under the gate electrode 13.

また、図10はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面に深さ770nmの凹みがあるときの第2比較例の断面図を示している。図10では、第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面の凹みを埋めるように、ソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の下方に埋め込み部17bが形成されている。図10において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。A3はソースフィールドプレート17端の電界強度測定領域、B3はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。   FIG. 10 shows a cross-sectional view of the second comparative example when the interface between the second interlayer insulating film 123 of the GaN-based HFET and the source field plate 17 has a recess having a depth of 770 nm. In FIG. 10, a buried portion 17 b is formed below the end of the source field plate 17 (the edge on the drain electrode 12 side) so as to fill the recess at the interface between the second interlayer insulating film 123 and the source field plate 17. ing. 10, the same components as those shown in FIG. 2 are given the same reference numerals. A3 is an electric field strength measurement region at the end of the source field plate 17, and B3 is an electric field strength measurement region directly under the gate electrode 13.

なお、図9,図10に示す第1,第2比較例のGaN系HFETは、この発明と比較するためのものであって、この発明の電界効果トランジスタではない。   The GaN HFETs of the first and second comparative examples shown in FIGS. 9 and 10 are for comparison with the present invention and are not field effect transistors of the present invention.

図11は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の凹みの深さに対するソースフィールドプレート17端および埋め込み部17a,17b端の電界強度を示している(◆印)。ここで、GaN系HFETのコラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜を用いている。   FIG. 11 shows the electric field strength at the end of the source field plate 17 and the embedded portions 17a and 17b with respect to the depth of the recess at the interface between the second interlayer insulating films 23 and 123 of the GaN-based HFET and the source field plate 17. (Marked with ◆). Here, a silicon nitride film is used as the collapse suppression film 14 and the insulating film 15 of the GaN-based HFET.

図11に示すように、第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面が平坦化されるほど、ソースフィールドプレート17端の電界強度が緩和されて、耐圧と信頼性が向上する。   As shown in FIG. 11, as the interface between the second interlayer insulating films 23 and 123 and the source field plate 17 is flattened, the electric field strength at the end of the source field plate 17 is relaxed, and the breakdown voltage and reliability are improved. To do.

また、図12は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の凹みの深さに対するゲート電極13直下の電界強度を示している(■印)。ここで、GaN系HFETのコラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜を用いている。   FIG. 12 shows the electric field intensity directly below the gate electrode 13 with respect to the depth of the recess at the interface between the second interlayer insulating films 23 and 123 of the GaN-based HFET and the source field plate 17 (■ mark). Here, a silicon nitride film is used as the collapse suppression film 14 and the insulating film 15 of the GaN-based HFET.

図12に示すように、第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の平坦化の有無に関わらず、ゲート電極13直下の電界強度はほとんど変化せず、リーク電流特性に変化は生じない。   As shown in FIG. 12, the electric field intensity directly below the gate electrode 13 hardly changes regardless of whether the interface between the second interlayer insulating films 23 and 123 and the source field plate 17 is flattened or not. No change occurs.

次に、この発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例としてGaN系HFETの製造工程を図13〜図17に従って説明する。なお、図13〜図17において、図1〜図5に示すGaN系HFETと同一の構成部には、同一参照番号を付している。   Next, a manufacturing process of a GaN-based HFET will be described with reference to FIGS. 13 to 17, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the GaN HFET shown in FIGS. 1 to 5.

この製造方法では、第1の層間絶縁膜21上に形成された平坦化膜を全体にエッチングして、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する。   In this manufacturing method, the flattening film formed on the first interlayer insulating film 21 is entirely etched, and the upper side of the convex portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film 21 is removed and planarized. To do.

まず、図示しないSi基板上に、MOCVD(有機金属気相成長)法を用いて、アンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102を順に形成する。   First, an undoped GaN layer 101 and an undoped AlGaN layer 102 are formed in this order on a Si substrate (not shown) using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

次に、上記アンドープAlGaN層102上に、プラズマCVD法を用いて、コラプス抑制膜14となるシリコン窒化膜を形成する。   Next, a silicon nitride film to be the collapse suppression film 14 is formed on the undoped AlGaN layer 102 by plasma CVD.

この電流コラプスとは、特に、GaN系半導体素子において顕著に表れるもので、低電圧動作でのトランジスタのオン抵抗と比べて、高電圧動作でのトランジスタのオン抵抗が著しく高くなってしまう現象である。   This current collapse is particularly prominent in a GaN-based semiconductor element, and is a phenomenon in which the on-resistance of a transistor in a high voltage operation is significantly higher than the on-resistance of the transistor in a low voltage operation. .

その後、上記コラプス抑制膜14上に、プラズマCVD(化学的気相成長)法により、絶縁膜15となるSiN膜を形成する。   Thereafter, an SiN film to be the insulating film 15 is formed on the collapse suppression film 14 by plasma CVD (chemical vapor deposition).

次に、フォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、コラプス抑制膜14となるシリコン窒化膜および絶縁膜15となるSiN膜のうち、ソース電極11,ドレイン電極12を形成すべき領域、および、ゲート電極13の基部13aを形成すべき領域を除去して、この領域にアンドープAlGaN層102を露出させる。   Next, by performing dry etching using a photoresist as a mask, a region in which the source electrode 11 and the drain electrode 12 are to be formed in the silicon nitride film to be the collapse suppression film 14 and the SiN film to be the insulating film 15, and The region where the base portion 13a of the gate electrode 13 is to be formed is removed, and the undoped AlGaN layer 102 is exposed in this region.

次に、上記フォトレジストを除去し、コラプス抑制膜14を熱処理する(例えば500℃で30分間)。   Next, the photoresist is removed, and the collapse suppression film 14 is heat-treated (for example, at 500 ° C. for 30 minutes).

その後、TiNを全面スパッタし、フォトリソグラフィでゲート電極13を形成すべきゲート電極形成領域にエッチングマスク(図示せず)を形成し、このエッチングマスクを用いてドライエッチングまたはウェットエッチングを行なって、ゲート電極形成領域以外のTiN膜を除去して、TiNからなるゲート電極13を形成する。このゲート電極13の基部13aは、AlGaN層102にショットキー接合している。   Thereafter, TiN is sputtered over the entire surface, an etching mask (not shown) is formed in the gate electrode formation region where the gate electrode 13 is to be formed by photolithography, and dry etching or wet etching is performed using this etching mask to form the gate. The TiN film other than the electrode formation region is removed to form the gate electrode 13 made of TiN. The base portion 13 a of the gate electrode 13 is Schottky joined to the AlGaN layer 102.

次に、フォトリソグラフィにより、ソース電極11,ドレイン電極12を形成すべき領域にレジストパターン(図示せず)を形成して、このレジストパターン上にTi,Alを順に蒸着し、リフトオフによりTi/Alからなるソース電極11,ドレイン電極12を形成する。   Next, a resist pattern (not shown) is formed in regions where the source electrode 11 and the drain electrode 12 are to be formed by photolithography, Ti and Al are sequentially deposited on the resist pattern, and Ti / Al is formed by lift-off. A source electrode 11 and a drain electrode 12 are formed.

次に、上記ソース電極11,ドレイン電極12を、熱処理(オーミックアニール)してオーミック電極にする(例えば500℃で30分)。   Next, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are heat-treated (ohmic annealing) to form ohmic electrodes (for example, at 500 ° C. for 30 minutes).

次に、図13に示すように、絶縁膜15上およびソース電極11,ドレイン電極12,ゲート電極13上に、SiOからなる第1の層間絶縁膜21を形成し、その第1の層間絶縁膜21上に平坦化膜22となるSOG膜122を形成する。そして、SOG膜122の全体をエッチングする。 Next, as shown in FIG. 13, a first interlayer insulating film 21 made of SiO 2 is formed on the insulating film 15 and on the source electrode 11, the drain electrode 12, and the gate electrode 13, and the first interlayer insulating film is formed. An SOG film 122 to be the planarizing film 22 is formed on the film 21. Then, the entire SOG film 122 is etched.

次に、図14に示すように、図13に示すSOG膜122のエッチングにより、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める平坦化膜22を形成する。   Next, as shown in FIG. 14, the planarization film 22 that fills the recesses on the uneven surface of the first interlayer insulating film 21 is formed by etching the SOG film 122 shown in FIG. 13.

次に、図15に示すように、第1の層間絶縁膜21上にSiO膜123を形成する。これにより、第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間には、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める平坦化膜22が形成される。そして、エッチングマスク110を用いてSiO膜123をウェットエッチングする。 Next, as shown in FIG. 15, a SiO 2 film 123 is formed on the first interlayer insulating film 21. As a result, a planarizing film 22 is formed between the first interlayer insulating film 21 and the second interlayer insulating film 23 so as to fill the recesses on the uneven surface of the first interlayer insulating film 21. Then, the SiO 2 film 123 is wet etched using the etching mask 110.

次に、図16に示すように、図15に示すエッチングマスク110を用いたSiO膜123のウェットエッチングにより、ソース電極11上およびドレイン電極12上のSiO膜123に、コンタクトホール200(図17に示す)の上側部分となる第1ホール部201を夫々形成する。そして、ソース電極11上およびドレイン電極12上に形成された第1ホール部201のさらに下側をエッチングマスク110を用いてドライエッチングする。 Next, as shown in FIG. 16, by wet etching of the SiO 2 film 123 using an etching mask 110 shown in FIG. 15, the SiO 2 film 123 on the upper source electrode 11 and drain electrode 12, the contact hole 200 (FIG. The first hole portions 201 which are upper portions of (shown in FIG. 17) are respectively formed. Then, dry etching is performed on the lower side of the first hole portion 201 formed on the source electrode 11 and the drain electrode 12 using the etching mask 110.

そして、図17に示すように、図16に示すエッチングマスク110を用いたSiO膜123のドライエッチングにより、ソース電極11の一部およびドレイン電極12の一部を露出させて、コンタクトホール200の下側部分となる第2ホール部202を夫々形成する。これにより、ソース電極11上およびドレイン電極12上にコンタクトホール200が夫々形成される。 Then, as shown in FIG. 17, a part of the source electrode 11 and a part of the drain electrode 12 are exposed by dry etching of the SiO 2 film 123 using the etching mask 110 shown in FIG. Second hole portions 202 to be lower portions are formed respectively. Thereby, contact holes 200 are formed on the source electrode 11 and the drain electrode 12, respectively.

上記コンタクトホール200の第1ホール部201において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けている。また、コンタクトホール200の第2ホール部202において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けている。   In the first hole portion 201 of the contact hole 200, a tapered surface 201 a that is inclined toward the inner side of the contact hole 200 is provided in a region adjacent to the second interlayer insulating film 23. In the second hole portion 202 of the contact hole 200, a surface 202 a that is substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer 10 is provided in a region adjacent to the first interlayer insulating film 21.

上記構成のGaN系HFETによれば、ソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部がゲート電極のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にし、かつ、絶縁膜(14,15)上およびゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、ゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17との界面を平坦化することによって、ゲート電極13への電界集中およびソースフィールドプレート17への電界集中が緩和される。さらに、層間絶縁膜(21,23)とソースフィールドプレート17との界面に段差がないので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高いGaN系HFETを実現できる。   According to the GaN-based HFET having the above configuration, the edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side is closer to the drain electrode 12 side than the edge of the gate electrode on the drain electrode 12 side, and the insulating film (14, 15) An interlayer insulating film (21, 23) formed on the gate electrode 13 and a source extending on the interlayer insulating film (21, 23) toward the drain electrode 12 so as to cover the gate electrode 13 By flattening the interface with the field plate 17, the electric field concentration on the gate electrode 13 and the electric field concentration on the source field plate 17 are alleviated. Furthermore, since there is no step at the interface between the interlayer insulating films (21, 23) and the source field plate 17, problems such as disconnection due to the step are solved. As a result, a GaN-based HFET having a high breakdown voltage and high reliability can be realized.

また、上記層間絶縁膜の第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間に、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めるように、絶縁性を有する平坦化膜22を形成することによって、SOG等などが用いられる平坦化膜22によるオーバーエッチングを防止できると共に、平坦化膜22上に第2の層間絶縁膜23を敷くことで、ソースフィールドプレート17との密着性を向上できる。   Further, the planarization having an insulating property so as to fill the concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film 21 between the first interlayer insulating film 21 and the second interlayer insulating film 23 of the interlayer insulating film. By forming the film 22, overetching by the planarizing film 22 using SOG or the like can be prevented, and the second interlayer insulating film 23 is laid on the planarizing film 22, thereby Adhesion can be improved.

また、上記平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上できる。   Further, by bringing the first interlayer insulating film 21 under the planarizing film 22 into contact with the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22, the first and second interlayer insulating films 21, The adhesion between the 23 can be improved.

また、上記平坦化膜22がコンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられていることによって、コンタクトホール200をエッチングする際に、横方向へのエッチングを防止することができる。   In addition, since the planarizing film 22 is provided at a distance from the contact hole 200, the etching in the lateral direction can be prevented when the contact hole 200 is etched.

また、上記ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けることによって、段差による断線を防止する。さらに、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けることによって、コンタクトホール200をエッチングする際の、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との膜はがれや段差不良を防止できる。   Further, in the contact hole 200 on the source electrode 11 and the contact hole 200 on the drain electrode 12, a tapered surface 201 a that is inclined toward the inner side of the contact hole 200 is provided in a region adjacent to the second interlayer insulating film 23. Thus, disconnection due to a step is prevented. Further, in the contact hole 200 on the source electrode 11 and the contact hole 200 on the drain electrode 12, a surface 202 a substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer 10 is formed in a region adjacent to the first interlayer insulating film 21. By providing, when the contact hole 200 is etched, the film between the first interlayer insulating film 21 below the planarizing film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22 can be prevented from peeling off or a step difference. .

また、上記第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面を平坦化することによって、ソース給電メタル31への電界集中が緩和されると共に、第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面を平坦化することによって、ドレイン給電メタル32への電界集中が緩和され、耐圧と逆バイアス特性の信頼性(寿命)がさらに向上する。   Further, by flattening the interface between the third interlayer insulating film 24 and the source power supply metal 31, the electric field concentration on the source power supply metal 31 is alleviated, and the third interlayer insulating film 24 and the drain power supply metal are reduced. By flattening the interface with 32, the electric field concentration on the drain feeding metal 32 is relaxed, and the reliability (life) of the withstand voltage and the reverse bias characteristic is further improved.

また、上記ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間が第3の層間絶縁膜24で全て埋められていることによって、均一な電位分布が得られると共に、温度変化による膨張・収縮が生じにくく、製品の歩留まりが向上する。   In addition, since the space between the source field plate 17 and the drain wiring layer 18 is entirely filled with the third interlayer insulating film 24, a uniform potential distribution can be obtained and expansion / contraction due to temperature change is less likely to occur. , Improve product yield.

また、図6に示すゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレイン電極12までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L1に対して、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L2の比を0.3以上とすることによって、信頼性(寿命)がさらに向上する。   Further, the drain electrode of the gate field plate 13b with respect to the distance L1 in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge of the gate field plate 13b on the drain electrode 12 side to the drain electrode 12 shown in FIG. By setting the ratio of the distance L2 in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge on the 12 side to the edge on the drain electrode 12 side of the source field plate 17 to 0.3 or more, reliability is improved. (Life) is further improved.

また、上記構成のGaN系HFETの製造方法によれば、平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上でき、高耐圧でかつ信頼性の高いGaN系HFETを実現することができる。   Further, according to the method of manufacturing the GaN-based HFET having the above configuration, the first interlayer insulating film 21 under the planarizing film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22 are brought into contact with each other. The adhesion between the first and second interlayer insulating films 21 and 23 can be improved, and a GaN-based HFET having a high breakdown voltage and high reliability can be realized.

また、上記平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との界面をウェットエッチングに曝さないようにすることで、上記界面を伝っての平坦化膜22の横方向エッチングを防止することができる。   Further, by preventing the interface between the first interlayer insulating film 21 below the planarizing film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22 from being exposed to wet etching, the interface is transmitted through the interface. The lateral etching of the planarizing film 22 can be prevented.

〔第2実施形態〕
上記第1実施形態のGaN系HFETでは、コラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜(SiN)を用いたのに対して、この発明の第2実施形態の電界効果トランジスタの一例としてのノーマリーオンタイプのGaN系HFETは、多結晶AlNをコラプス抑制膜14として用い、SiOを絶縁膜15として用いた。この第2実施形態のGaN系HFETは、コラプス抑制膜14と絶縁膜15の組成を除いて第1実施形態のGaN系HFETと同一の構成をしている。
[Second Embodiment]
In the GaN-based HFET of the first embodiment, the silicon nitride film (SiN x ) is used as the collapse suppression film 14 and the insulating film 15, whereas as an example of the field effect transistor of the second embodiment of the present invention. In the normally-on type GaN HFET, polycrystalline AlN was used as the collapse suppression film 14 and SiO 2 was used as the insulating film 15. The GaN-based HFET of the second embodiment has the same configuration as the GaN-based HFET of the first embodiment except for the composition of the collapse suppression film 14 and the insulating film 15.

この第2実施形態の電界効果トランジスタの電界強度の結果を図11,図12において△印で示している。   The field strength results of the field effect transistor according to the second embodiment are indicated by Δ in FIGS.

この第2実施形態のGaN系HFETでは、図11,図12に示すように、上記第1実施形態のGaN系HFETと同様の結果が得られており、コラプス抑制膜14として用いた多結晶AlN、および、絶縁膜15として用いたSiOは、SiN膜と同様の機能を有していることが明らかとなった。 In the GaN-based HFET of the second embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the same result as that of the GaN-based HFET of the first embodiment is obtained, and the polycrystalline AlN used as the collapse suppression film 14 is obtained. It was also clarified that SiO 2 used as the insulating film 15 has the same function as the SiN x film.

なお、上記第1,第2実施形態では、窒化物半導体層をGaN層とAlGaN層で構成したが、AlxInyGa1-x-yN(x≧0、y≧0、0≦x+y<1)で表されるGaN系半導体層を含むものでもよい。すなわち、上記GaN系半導体層は、AlGaN、GaN、InGaN等を含むものとしてもよい。また、上記第1,第2実施形態では、ノーマリーオンタイプのHFETについて説明したがノーマリーオフタイプでも同様の効果が得られる。 In the first and second embodiments, the nitride semiconductor layer is composed of a GaN layer and an AlGaN layer, but Al x In y Ga 1-xy N (x ≧ 0, y ≧ 0, 0 ≦ x + y <1). It is also possible to include a GaN-based semiconductor layer represented by: That is, the GaN-based semiconductor layer may contain AlGaN, GaN, InGaN, or the like. In the first and second embodiments, the normally-on type HFET has been described. However, the normally-off type can achieve the same effect.

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第1,第2形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.

すなわち、この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。   That is, the present invention and the embodiment are summarized as follows.

この発明の電界効果トランジスタは、
窒化物半導体層10と、
上記窒化物半導体層10上にまたは上記窒化物半導体層10内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、
上記ソース電極11と上記ドレイン電極12との間かつ上記窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13と、
上記ソース電極11と上記ゲート電極13との間および上記ドレイン電極12と上記ゲート電極13との間で上記窒化物半導体層10上に形成された絶縁膜(14,15)と、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、
上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ゲート電極13を覆うように上記ドレイン電極12側に向かって上記層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17と
を備え、
上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部は、上記ゲート電極13の上記ドレイン電極12側の端縁部よりも上記ドレイン電極12側にあり、
上記層間絶縁膜(21,23)と上記ソースフィールドプレート17との界面が平坦面であることを特徴とする。
The field effect transistor of this invention is
A nitride semiconductor layer 10;
A source electrode 11 and a drain electrode 12 formed on or in the nitride semiconductor layer 10 at least partially and spaced apart from each other;
A gate electrode 13 formed between the source electrode 11 and the drain electrode 12 and on the nitride semiconductor layer 10;
Insulating films (14, 15) formed on the nitride semiconductor layer 10 between the source electrode 11 and the gate electrode 13 and between the drain electrode 12 and the gate electrode 13;
An interlayer insulating film (21, 23) formed on at least the insulating film (14, 15) and the gate electrode 13;
A source field plate 17 electrically connected to the source electrode 11 and extending on the interlayer insulating film (21, 23) toward the drain electrode 12 so as to cover the gate electrode 13,
The edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side is closer to the drain electrode 12 than the edge of the gate electrode 13 on the drain electrode 12 side,
The interface between the interlayer insulating films (21, 23) and the source field plate 17 is a flat surface.

上記構成によれば、ソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部がゲート電極13のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にあることによって、ゲート電極13への電界集中が緩和されると共に、絶縁膜(14,15)上およびゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、ゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17との界面を平坦化することによって、ソースフィールドプレート17への電界集中が緩和される。また、層間絶縁膜(21,23)とソースフィールドプレート17との界面に段差がないので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現できる。   According to the above configuration, since the edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side is closer to the drain electrode 12 than the edge of the gate electrode 13 on the drain electrode 12 side, electric field concentration on the gate electrode 13 is achieved. And the interlayer insulating film (21, 23) formed on the insulating films (14, 15) and the gate electrode 13 and the interlayer insulating film toward the drain electrode 12 so as to cover the gate electrode 13 By flattening the interface with the source field plate 17 extending on (21, 23), the electric field concentration on the source field plate 17 is alleviated. In addition, since there is no step at the interface between the interlayer insulating films (21, 23) and the source field plate 17, problems such as disconnection due to the step are solved. Thereby, a field effect transistor having a high breakdown voltage and high reliability can be realized.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、その第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23とを有し、
上記第1の層間絶縁膜21と上記第2の層間絶縁膜23との間かつ上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜22を備えた。
In the field effect transistor of one embodiment,
The interlayer insulating film includes at least a first interlayer insulating film 21 formed on the insulating films (14, 15) and the gate electrode 13, and a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film 21. Interlayer insulating film 23, and
A planarizing film 22 having an insulating property is provided between the first interlayer insulating film 21 and the second interlayer insulating film 23 and fills the concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film 21.

上記実施形態によれば、層間絶縁膜の第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間に、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めるように、絶縁性を有する平坦化膜22を形成することによって、SOG等などが用いられる平坦化膜22によるオーバーエッチングを防止できると共に、平坦化膜22上に第2の層間絶縁膜23を敷くことで、ソースフィールドプレート17との密着性を向上できる。   According to the embodiment, the insulating property is provided so that the concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film 21 is filled between the first interlayer insulating film 21 and the second interlayer insulating film 23 of the interlayer insulating film. By forming the flattening film 22 having, over-etching by the flattening film 22 using SOG or the like can be prevented, and the second interlayer insulating film 23 is laid on the flattening film 22, so that the source field Adhesion with the plate 17 can be improved.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記平坦化膜22が上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜21の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜22で上記第2の層間絶縁膜23と接する平坦面を形成している。
In the field effect transistor of one embodiment,
The flattening film 22 fills the concave portions of the concave and convex surfaces of the first interlayer insulating film 21, whereby the convex portions of the first interlayer insulating film 21 and the flattening film 22 filling the concave portions are used for the second. A flat surface in contact with the interlayer insulating film 23 is formed.

上記実施形態によれば、平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上できる。   According to the embodiment, the first interlayer insulating film 21 under the planarizing film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22 are brought into contact with each other, whereby the first and second interlayers are contacted. The adhesion between the insulating films 21 and 23 can be improved.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上に形成されたコンタクトホール200を備え、
上記平坦化膜22は、上記コンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A contact hole 200 formed on the interlayer insulating film and on the source electrode 11 and the drain electrode 12;
The planarizing film 22 is provided with a space from the contact hole 200.

上記実施形態によれば、平坦化膜22がコンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられていることによって、コンタクトホール200をエッチングする際に、横方向へのエッチングを防止することができる。   According to the embodiment described above, the planarization film 22 is provided at a distance from the contact hole 200, so that when the contact hole 200 is etched, lateral etching can be prevented.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソース電極11上の上記コンタクトホール200は、上記第2の層間絶縁膜23に隣接する領域に、上記コンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを有すると共に、上記第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、上記窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを有し、
上記ドレイン電極12上の上記コンタクトホール200は、上記第2の層間絶縁膜23に隣接する領域に、上記コンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを有すると共に、上記第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、上記窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを有する。
In the field effect transistor of one embodiment,
The contact hole 200 on the source electrode 11 has a tapered surface 201a inclined in the inner direction of the contact hole 200 in a region adjacent to the second interlayer insulating film 23, and the first interlayer A region adjacent to the insulating film 21 has a surface 202a substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer 10;
The contact hole 200 on the drain electrode 12 has a tapered surface 201a inclined in the inner direction of the contact hole 200 in a region adjacent to the second interlayer insulating film 23, and the first interlayer A region 202 a that is substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer 10 is provided in a region adjacent to the insulating film 21.

上記実施形態によれば、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けることによって、段差による断線を防止すると共に、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けることによって、コンタクトホール200をエッチングする際の、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との膜はがれや、段差不良を防止できる。   According to the above embodiment, in the contact hole 200 on the source electrode 11 and the contact hole 200 on the drain electrode 12, the taper that inclines toward the inner side of the contact hole 200 in the region adjacent to the second interlayer insulating film 23. By providing the surface 201a, disconnection due to a step is prevented, and a nitride semiconductor is formed in a region adjacent to the first interlayer insulating film 21 in the contact hole 200 on the source electrode 11 and the contact hole 200 on the drain electrode 12. By providing a surface 202 a substantially perpendicular to the plane of the layer 10, the first interlayer insulating film 21 below the planarizing film 22 and the second interlayer on the planarizing film 22 when the contact hole 200 is etched. Film peeling from the insulating film 23 and step defects can be prevented.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート17上に形成された第3の層間絶縁膜24と、
上記ソース電極11上かつ上記コンタクトホール200内に形成されたソース配線層16と、
上記ドレイン電極12上かつ上記コンタクトホール200内に形成されたドレイン配線層18と、
上記ソース配線層16を介して上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレート17の少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜24上に延在するソース給電メタル31と、
上記ドレイン配線層18を介して上記ドレイン電極12に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレート17の少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜24上に延在するドレイン給電メタル32と
を備え、
上記第3の層間絶縁膜24と上記ソース給電メタル31との界面および上記第3の層間絶縁膜24と上記ドレイン給電メタル32との界面が平坦面である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A third interlayer insulating film 24 formed on the source field plate 17,
A source wiring layer 16 formed on the source electrode 11 and in the contact hole 200;
A drain wiring layer 18 formed on the drain electrode 12 and in the contact hole 200;
A source feeding metal 31 that is electrically connected to the source electrode 11 through the source wiring layer 16 and extends on the third interlayer insulating film 24 so as to cover at least a part of the source field plate 17. When,
A drain feeding metal 32 that is electrically connected to the drain electrode 12 through the drain wiring layer 18 and extends on the third interlayer insulating film 24 so as to cover at least a part of the source field plate 17. And
The interface between the third interlayer insulating film 24 and the source power supply metal 31 and the interface between the third interlayer insulating film 24 and the drain power supply metal 32 are flat surfaces.

上記実施形態によれば、第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面を平坦化することによって、ソース給電メタル31への電界集中が緩和されると共に、第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面を平坦化することによって、ドレイン給電メタル32への電界集中が緩和され、耐圧と逆バイアス特性の信頼性(寿命)がさらに向上する。   According to the above embodiment, by flattening the interface between the third interlayer insulating film 24 and the source power supply metal 31, the electric field concentration on the source power supply metal 31 is alleviated, and the third interlayer insulating film 24. By flattening the interface between the drain feeding metal 32 and the drain feeding metal 32, the electric field concentration on the drain feeding metal 32 is alleviated, and the reliability (life) of the withstand voltage and the reverse bias characteristic is further improved.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート17と上記ドレイン配線層18との間は、上記第3の層間絶縁膜24で全て埋められている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A space between the source field plate 17 and the drain wiring layer 18 is completely filled with the third interlayer insulating film 24.

上記実施形態によれば、ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間が第3の層間絶縁膜24で全て埋められていることによって、均一な電位分布が得られると共に、温度変化による膨張・収縮が生じにくく、製品の歩留まりが向上する。   According to the above embodiment, since the space between the source field plate 17 and the drain wiring layer 18 is entirely filled with the third interlayer insulating film 24, a uniform potential distribution can be obtained, and expansion / expansion due to a temperature change can be obtained. Shrinkage is unlikely to occur, improving the product yield.

また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ゲート電極13の上部から上記ドレイン電極12側に向かって上記絶縁膜(14,15)上に延在するゲートフィールドプレート13bを備え、
上記ゲートフィールドプレート13bの上記ドレイン電極12側の端縁部から、上記ドレイン電極12または上記ドレイン電極12に電気的に接続された導電部までの上記窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL1とし、上記ゲートフィールドプレート13bの上記ドレイン電極12側の端縁部から上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部までの上記窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL2とするとき、
L2/L1 ≧ 0.3以上
である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A gate field plate 13b extending on the insulating film (14, 15) from the upper part of the gate electrode 13 toward the drain electrode 12 side;
In the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge of the gate field plate 13b on the drain electrode 12 side to the drain electrode 12 or a conductive portion electrically connected to the drain electrode 12 The distance is L1, and the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge of the gate field plate 13b on the drain electrode 12 side to the edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side When the distance is L2,
L2 / L1 ≧ 0.3 or more.

上記実施形態によれば、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレイン電極12までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L1に対して、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L2の比を0.3以上とすることによって、信頼性(寿命)がさらに向上する。   According to the above embodiment, the drain of the gate field plate 13b with respect to the distance L1 in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge on the drain electrode 12 side of the gate field plate 13b to the drain electrode 12 is described. By setting the ratio of the distance L2 in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer 10 from the edge on the electrode 12 side to the edge on the drain electrode 12 side of the source field plate 17 to be 0.3 or more, (Life) is further improved.

また、この発明の電界効果トランジスタの製造方法では、
窒化物半導体層10と、
上記窒化物半導体層10上にまたは上記窒化物半導体層10内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、
上記ソース電極11と上記ドレイン電極12との間かつ上記窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13と、
上記ソース電極11と上記ゲート電極13との間および上記ドレイン電極12と上記ゲート電極13との間で上記窒化物半導体層10上に形成された絶縁膜(14,15)と、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、
上記第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23と、
上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ゲート電極13を覆うように上記ドレイン電極12側に向かって上記第2の層間絶縁膜23上に延在するソースフィールドプレート17と
を備え、
上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部は、上記ゲート電極13の上記ドレイン電極12側の端縁部よりも上記ドレイン電極12側にあり、
上記第2の層間絶縁膜23と上記ソースフィールドプレート17との界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に上記第1の層間絶縁膜21を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面上に平坦化膜22を形成する工程と、
上記平坦化膜22の上側および上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜21上および上記平坦化膜22上に上記第2の層間絶縁膜23を形成する工程と
を有することを特徴とする。
In the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention,
A nitride semiconductor layer 10;
A source electrode 11 and a drain electrode 12 formed on or in the nitride semiconductor layer 10 at least partially and spaced apart from each other;
A gate electrode 13 formed between the source electrode 11 and the drain electrode 12 and on the nitride semiconductor layer 10;
Insulating films (14, 15) formed on the nitride semiconductor layer 10 between the source electrode 11 and the gate electrode 13 and between the drain electrode 12 and the gate electrode 13;
A first interlayer insulating film 21 formed on at least the insulating films (14, 15) and the gate electrode 13,
A second interlayer insulating film 23 formed on the first interlayer insulating film 21;
A source field plate 17 electrically connected to the source electrode 11 and extending on the second interlayer insulating film 23 toward the drain electrode 12 so as to cover the gate electrode 13;
The edge of the source field plate 17 on the drain electrode 12 side is closer to the drain electrode 12 than the edge of the gate electrode 13 on the drain electrode 12 side,
A method of manufacturing a field effect transistor in which an interface between the second interlayer insulating film 23 and the source field plate 17 is a flat surface,
Forming the first interlayer insulating film 21 on at least the insulating films (14, 15) and the gate electrode 13;
Forming a planarization film 22 on the uneven surface of the first interlayer insulating film 21;
Removing and flattening the upper side of the planarizing film 22 and the upper side of the convex part of the irregular surface of the first interlayer insulating film 21;
Forming the second interlayer insulating film 23 on the planarized first interlayer insulating film 21 and the planarized film 22.

上記構成によれば、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現できる。   According to the above configuration, a field effect transistor with high breakdown voltage and high reliability can be realized.

また、一実施形態の電界効果トランジスタの製造方法では、
上記第2の層間絶縁膜23をエッチングマスク110を用いてウェットエッチングすることにより、上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上にコンタクトホール200の上側部分となる第1ホール部201を夫々形成する工程と、
上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上に形成された上記第1ホール部201のさらに下側を上記エッチングマスク110を用いてドライエッチングすることにより、上記ソース電極11の一部および上記ドレイン電極12の一部を露出させて、上記コンタクトホール200の下側部分となる第2ホール部202を夫々形成する工程と
を有する。
Further, in the method of manufacturing a field effect transistor of one embodiment,
By wet-etching the second interlayer insulating film 23 using the etching mask 110, the first hole portion 201 that is the upper portion of the contact hole 200 is formed on the source electrode 11 and the drain electrode 12, respectively. Process,
The lower part of the first hole portion 201 formed on the source electrode 11 and the drain electrode 12 is dry-etched using the etching mask 110, so that a part of the source electrode 11 and the drain electrode are formed. 12 is exposed to form a second hole portion 202 that becomes the lower portion of the contact hole 200.

上記実施形態によれば、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との界面をウェットエッチングに曝さないようにすることで、上記界面を伝っての平坦化膜22の横方向エッチングを防止することができる。   According to the embodiment, the interface between the first interlayer insulating film 21 below the planarizing film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the planarizing film 22 is not exposed to wet etching, so that The lateral etching of the planarizing film 22 along the interface can be prevented.

10…窒化物半導体層
11…ソース電極
12…ドレイン電極
13…ゲート電極
13a…基部
13b…ゲートフィールドプレート
14…コラプス抑制膜
15…絶縁膜
16…ソース配線層
17…ソースフィールドプレート
17a,17b…埋め込み部
18…ドレイン配線層
19…ドレインフィールドプレート
21…第1の層間絶縁膜
22…平坦化膜
23,123…第2の層間絶縁膜
24…第3の層間絶縁膜
25…平坦化膜
31…ソース給電メタル
31a…コンタクト部
32…ドレイン給電メタル
32a…コンタクト部
101…アンドープGaN層
102…アンドープAlGaN層
110…エッチングマスク
200…コンタクトホール
201…第1ホール部
201a…テーパ面
202…第2ホール部
202a…略垂直な面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nitride semiconductor layer 11 ... Source electrode 12 ... Drain electrode 13 ... Gate electrode 13a ... Base part 13b ... Gate field plate 14 ... Collapse suppression film 15 ... Insulating film 16 ... Source wiring layer 17 ... Source field plate 17a, 17b ... Embedded Portion 18 ... Drain wiring layer 19 ... Drain field plate 21 ... First interlayer insulating film 22 ... Planarizing film 23, 123 ... Second interlayer insulating film 24 ... Third interlayer insulating film 25 ... Planarizing film 31 ... Source Feed metal 31a ... Contact portion 32 ... Drain feed metal 32a ... Contact portion 101 ... Undoped GaN layer 102 ... Undoped AlGaN layer 110 ... Etching mask 200 ... Contact hole 201 ... First hole portion 201a ... Tapered surface 202 ... Second hole portion 202a ... substantially vertical surface

Claims (5)

窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面であることを特徴とする電界効果トランジスタ。
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
An interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A field effect transistor, wherein an interface between the interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface.
請求項1に記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、その第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜とを有し、
上記第1の層間絶縁膜と上記第2の層間絶縁膜との間かつ上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 1.
The interlayer insulating film includes at least a first interlayer insulating film formed on the insulating film and the gate electrode, and a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film. ,
An electric field effect characterized by comprising a planarizing film having an insulating property between the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and filling a concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film Transistor.
請求項2に記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記平坦化膜が上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜で上記第2の層間絶縁膜と接する平坦面を形成していることを特徴とする電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 2.
The planarization film fills the recesses on the concavo-convex surface of the first interlayer insulation film, whereby the projections of the first interlayer insulation film and the planarization film filling the recesses provide the second interlayer insulation film. A field effect transistor, characterized in that a flat surface in contact with is formed.
請求項2または3に記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成されたコンタクトホールを備え、
上記平坦化膜は、上記コンタクトホールに対して間隔をあけて設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 2 or 3,
A contact hole formed on the interlayer insulating film and on the source electrode and the drain electrode;
The field effect transistor according to claim 1, wherein the planarizing film is provided at a distance from the contact hole.
窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記第2の層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記第2の層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に上記第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面上に平坦化膜を形成する工程と、
上記平坦化膜の上側および上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜上および上記平坦化膜上に上記第2の層間絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
A first interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the second interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein an interface between the second interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface,
Forming the first interlayer insulating film on at least the insulating film and the gate electrode;
Forming a planarizing film on the uneven surface of the first interlayer insulating film;
Removing and flattening the upper side of the planarizing film and the upper side of the convex part of the irregular surface of the first interlayer insulating film;
And a step of forming the second interlayer insulating film on the planarized first interlayer insulating film and the planarized film.
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