JP2014229767A - Heterojunction field effect transistor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ヘテロ接合電界効果型トランジスタに関する。 The present invention relates to a heterojunction field effect transistor.
窒化物半導体は高い絶縁破壊電界強度を有する。よってトランジスタの高出力化の観点で、トランジスタの材料として窒化物半導体が期待されている。 Nitride semiconductors have a high breakdown field strength. Therefore, a nitride semiconductor is expected as a transistor material from the viewpoint of increasing the output of the transistor.
他方、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、デバイス領域内において一様に高い電子濃度を有する。この故に、ゲートリーク電流が大きく、従って高耐圧を得にくい。 On the other hand, the heterojunction field effect transistor has a uniformly high electron concentration in the device region. For this reason, the gate leakage current is large, so that it is difficult to obtain a high breakdown voltage.
特許文献1や特許文献2に示された技術は、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて耐圧改善を図るべく、ゲート電極下のバリア層(電子供給層として機能する)の一部をドライエッチングした構造を採用する。このような構造は電子濃度を低減し、かつ、電界強度を分散して高耐圧化する効果がある。
The techniques disclosed in
なお、後述する、イオン注入による素子分離領域の形成について、特許文献3に開示がある。
バリア層の一部をエッチングすることは、高度なエッチング制御技術を必要とする。かような必要性は、製品の安定的な製造の観点で望ましくない。 Etching a portion of the barrier layer requires advanced etching control techniques. Such a need is undesirable from the standpoint of stable production of the product.
バリア層のエッチングは、ゲート電極下の電子濃度を低下させるのみならず、半導体層(電子走行層たるチャネル層をも含む)にダメージをも与える。かかる現象はチャネル抵抗の増大を招来し、ヘテロ接合電界効果型トランジスタで大電流が得にくくなる。 Etching of the barrier layer not only lowers the electron concentration under the gate electrode but also damages the semiconductor layer (including the channel layer serving as the electron transit layer). Such a phenomenon leads to an increase in channel resistance, making it difficult to obtain a large current in the heterojunction field effect transistor.
従って高出力化の観点で、トランジスタの材料としてせっかく窒化物半導体を採用しても、上記構造を得るためにバリア層をエッチングすることで、高出力のヘテロ接合電界効果型トランジスタが得られず、かつ製品の安定な製造が容易ではない、という問題があった。 Therefore, from the viewpoint of higher output, even if a nitride semiconductor is employed as the material of the transistor, a high output heterojunction field effect transistor cannot be obtained by etching the barrier layer to obtain the above structure. In addition, there is a problem that stable production of products is not easy.
上記問題点に鑑みて、この発明は、ヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、電子供給層の実質的にキャリアが走行する領域へのエッチングによる特性劣化を回避する構造を提供し、以て当該トランジスタの耐圧を高め、高い電流を得る技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a structure in a heterojunction field-effect transistor that avoids characteristic deterioration due to etching of a region in which an electron supply layer substantially travels with carriers, and thus includes a transistor. An object of the present invention is to provide a technique for increasing the withstand voltage and obtaining a high current.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第1の態様は下記を備える。第1のバンドギャップを有する第1半導体層、ソース電極、ドレイン電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極とに挟まれるゲート電極とを有し、前記第1半導体層の第1主面側に配列して設けられる電極群、前記第1半導体層の前記第1主面と対向する第2主面に接して設けられ、前記第1のバンドギャップよりも狭い第2のバンドギャップを有する第2半導体層、及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間で前記ゲート電極とは隔離されて前記第1主面に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第1不純物供給層。 A first aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention includes the following. A first semiconductor layer having a first band gap, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode sandwiched between the source electrode and the drain electrode, and arranged on the first main surface side of the first semiconductor layer An electrode group provided in contact with the second main surface opposite to the first main surface of the first semiconductor layer and having a second band gap narrower than the first band gap And a first impurity supply layer that is provided between the drain electrode and the gate electrode so as to be isolated from the gate electrode and in contact with the first main surface, and includes an impurity of the first semiconductor layer.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第2の態様は、その第1の態様であって、前記ソース電極と前記ゲート電極との間で前記第1主面に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第2不純物供給層を更に備える。 A second aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention is the first aspect, and is provided in contact with the first main surface between the source electrode and the gate electrode, The semiconductor device further includes a second impurity supply layer containing impurities for one semiconductor layer.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第3の態様は、その第1の態様又は第2の態様であって、前記第1半導体層はIII−V族化合物半導体で構成され、前記第1半導体層についての前記不純物は、IV族元素である。 A third aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention is the first aspect or the second aspect thereof, wherein the first semiconductor layer is composed of a III-V group compound semiconductor, The impurity for the semiconductor layer is a group IV element.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの第4の態様は、その第1の態様〜第3の態様のいずれかであって、前記ゲート電極は、その前記第1半導体層から遠い側で少なくとも前記ドレイン電極に向かって延びる庇を有する。 A fourth aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention is any one of the first to third aspects, wherein the gate electrode is at least on the side far from the first semiconductor layer. A ridge extending toward the drain electrode is provided.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの第5の態様は、その第1の態様〜第4の態様のいずれかであって、前記ゲート電極と前記第1主面とは絶縁される。 A fifth aspect of the heterojunction field effect transistor according to this invention is any one of the first to fourth aspects, wherein the gate electrode and the first main surface are insulated.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第1の態様は、下記工程を備える:(a)第1のバンドギャップを有する第1半導体層及び前記第1のバンドギャップよりも狭い第2のバンドギャップを有する第2半導体層を形成する工程と、(b)前記第1半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記第1半導体層上に前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれたゲート電極を形成する工程と、(c)前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間で前記ゲート電極とは隔離されて前記第1半導体層に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第1不純物供給層を形成する工程。 A first aspect of a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention includes the following steps: (a) a first semiconductor layer having a first band gap and a first semiconductor layer having a narrower width than the first band gap. Forming a second semiconductor layer having a band gap of 2; (b) forming a source electrode and a drain electrode on the first semiconductor layer; and the source electrode and the drain on the first semiconductor layer. Forming a gate electrode sandwiched between electrodes; and (c) being provided in contact with the first semiconductor layer so as to be isolated from the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode, Forming a first impurity supply layer containing impurities for the layer;
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第2の態様は、その第1の態様であって、(d)前記ソース電極と前記ゲート電極との間で前記第1半導体層に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第2不純物供給層を更に備える。 A second aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the first aspect thereof, and (d) is in contact with the first semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode. And a second impurity supply layer including an impurity for the first semiconductor layer.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第3の態様は、その第2の態様であって、前記工程(c),(d)は並行して行われる。そして(e)前記工程(c),(d)に先だって実行され、前記ドレイン電極(6)と前記ゲート電極(7)との間であって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極が並ぶ方向において前記ゲート電極7に接して前記ドレイン電極から隔離された領域(S1)に設けられる絶縁層(8)を形成する工程を更に備える。前記絶縁層はAlの酸化物、窒化物、もしくは酸窒化物である。
A third aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the second aspect, and the steps (c) and (d) are performed in parallel. And (e) executed before the steps (c) and (d), between the drain electrode (6) and the gate electrode (7), wherein the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are The method further includes the step of forming an insulating layer (8) provided in a region (S1) in contact with the
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第4の態様は、その第3の態様であって、前記工程(e)において、(e1)前記工程(b)の後で前記第1半導体層上に絶縁層を形成し、(e2)前記領域と、前記領域に隣接する前記ゲート電極の端部とを覆い、前記ゲート電極の前記ソース電極側の端部を覆わない位置に、レジスト層をパターニングして設け、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極、前記レジスト層をマスクとしたエッチングを採用して前記絶縁層をパターニングする。 A fourth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the third aspect thereof, wherein in the step (e), the first step is performed after the step (e1) and the step (b). Forming an insulating layer on the semiconductor layer; (e2) covering the region and the end of the gate electrode adjacent to the region, and not covering the end of the gate electrode on the source electrode side A layer is provided by patterning, and the insulating layer is patterned by employing etching using the source electrode, the drain electrode, the gate electrode, and the resist layer as a mask.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第5の態様は、その第2の態様であって、前記工程(c),(d)は並行して行われる。そして(e)前記工程(c),(d)の後に実行され、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間であって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極が並ぶ方向において前記ゲート電極7に接して前記ドレイン電極から隔離された領域に絶縁層を形成する工程を更に備える。前記第1不純物供給層及び前記第2不純物供給層は、いずれもSiNを材料とし、前記工程(c)(d)においてエッチングが採用される。 A fifth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the second aspect, and the steps (c) and (d) are performed in parallel. And (e) executed after the steps (c) and (d), between the drain electrode and the gate electrode, in the direction in which the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are arranged. A step of forming an insulating layer in a region in contact with the drain electrode and isolated from the drain electrode. Both the first impurity supply layer and the second impurity supply layer are made of SiN, and etching is employed in the steps (c) and (d).
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第6の態様は、その第4の態様であって、前記絶縁層のエッチングにはウェットエッチングが採用される。 A sixth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the fourth aspect, and wet etching is employed for etching the insulating layer.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第7の態様は、その第5の態様であって、前記第1不純物供給層及び前記第2不純物供給層のエッチングにはウェットエッチングが採用される。 A seventh aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is the fifth aspect, and wet etching is employed for etching the first impurity supply layer and the second impurity supply layer. Is done.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第1の態様及びこの発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第1の態様では、第1半導体層、第2半導体層がそれぞれ電子供給層、電子走行層として機能する。第1不純物供給層は、その直近の第1半導体層に対して不純物を供給し、ゲート電極近傍へ不純物を供給する効果は小さい。従って、第1半導体層のキャリア濃度は、ゲート電極近傍で低く、ドレイン電極近傍で高い。よってドレイン電極近傍のキャリア濃度を高めてアクセス抵抗を低下させつつも、電界が集中するドレイン電極側のゲート電極端においてキャリア濃度を抑制して高耐圧化される。 In the first aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention and the first aspect of the method for manufacturing the heterojunction field effect transistor according to the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are each an electron supply layer. , Function as an electronic travel layer. The first impurity supply layer supplies impurities to the first semiconductor layer immediately adjacent to the first impurity supply layer and has a small effect of supplying impurities to the vicinity of the gate electrode. Therefore, the carrier concentration of the first semiconductor layer is low near the gate electrode and high near the drain electrode. Therefore, while increasing the carrier concentration in the vicinity of the drain electrode to reduce the access resistance, the breakdown voltage is increased by suppressing the carrier concentration at the gate electrode end on the drain electrode side where the electric field is concentrated.
しかも実質的にキャリアが走行する領域へのエッチングによるダメージを回避することができる。 Moreover, it is possible to avoid damage caused by etching on the region where the carrier travels substantially.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第2の態様及びこの発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第2の態様によれば、ドレイン電極近傍のアクセス抵抗のみならず、ソース電極近傍のアクセス抵抗も低減し、大電流化に資する。 According to the second aspect of the heterojunction field effect transistor according to the present invention and the second aspect of the method for manufacturing the heterojunction field effect transistor according to the present invention, not only the access resistance in the vicinity of the drain electrode but also the source electrode The nearby access resistance is also reduced, which contributes to higher current.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第3の態様によれば、第1半導体層をn型の半導体にすることができる。これは、引いては第2半導体層において2次元電子ガスとなるキャリアたる電子を供給することに繋がる。 According to the third aspect of the heterojunction field effect transistor of the present invention, the first semiconductor layer can be an n-type semiconductor. This leads to supply of electrons as carriers that become a two-dimensional electron gas in the second semiconductor layer.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第4の態様によれば、耐圧を向上することができる。 According to the fourth aspect of the heterojunction field effect transistor of the present invention, the breakdown voltage can be improved.
この発明に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの第5の態様によれば、ゲートリーク電流を低減できる。 According to the fifth aspect of the heterojunction field effect transistor of the present invention, the gate leakage current can be reduced.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第3の態様によれば、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極を高抵抗化させないアルカリ性溶液を用いたエッチングで絶縁層を形成できる。 According to the third aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention, the insulating layer can be formed by etching using an alkaline solution that does not increase the resistance of the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第4の態様によれば、ゲート電極と絶縁層とが接触する位置に絶縁層のエッチング液が浸潤しない。これは第1不純物供給層がゲート電極と絶縁層との境界に嵌入することを防止する観点で望ましい。 According to the fourth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention, the etching solution for the insulating layer does not infiltrate at the position where the gate electrode and the insulating layer are in contact. This is desirable from the viewpoint of preventing the first impurity supply layer from being inserted into the boundary between the gate electrode and the insulating layer.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第5の態様によれば、第1不純物供給層及び第2不純物供給層のパターニング精度が高い。よって製造歩留まりが向上する。 According to the fifth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention, the patterning accuracy of the first impurity supply layer and the second impurity supply layer is high. Therefore, the manufacturing yield is improved.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第6の態様によれば、高周波特性に優れる大電流のトランジスタ特性を得ることができる。 According to the sixth aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention, it is possible to obtain a high-current transistor characteristic excellent in high-frequency characteristics.
この発明にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の第7の態様によれば、トランジスタが高耐圧となる。 According to the seventh aspect of the method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention, the transistor has a high breakdown voltage.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の一例を例示する断面図であり、図22はその上面図である。これらの図では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素のみ描画し、その他の要素を省略している。例えば上記の電極群を覆う層間絶縁膜、当該層間絶縁膜に設けられるバイアホール、当該バイアホールを介して上記の電極群と配線される配線層等が省略されている。
1 is a cross-sectional view illustrating an example of the structure of a heterojunction field effect transistor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a top view thereof. In these drawings, only the minimum necessary elements that operate as transistors are drawn, and other elements are omitted. For example, an interlayer insulating film covering the electrode group, a via hole provided in the interlayer insulating film, a wiring layer wired to the electrode group through the via hole, and the like are omitted.
基板1は例えば六方晶系の基板であって、その(0001)面上にバッファ層2が設けられる。基板1の材料として、例えばサファイアやSiCが挙げられる。
The
バッファ層2上には、いずれも半導体からなるチャネル層3とバリア層4が、この順に形成される。チャネル層3のバンドギャップはバリア層4のバンドギャップよりも小さい。
On the
よってチャネル層3とバリア層4とはいわゆるヘテロ接合を形成し、チャネル層3のヘテロ界面にはバリア層4から電子が供給される。当該電子により、2次元電子ガス(2-Dimensional Electron Gas)と呼ばれる高濃度のキャリアが発生し、外部から引加される電界に応じて移動する。
Therefore, the
従ってチャネル層3とバリア層4は、それぞれいわゆる電子走行層、電子供給層として把握される。特にチャネル層3においてアンドープの半導体を用いることにより、2次元電子ガスは高い移動度を有し、当該チャネル層3とバリア層4とを用いたトランジスタは、高周波化、大電流化を実現できる。例えばチャネル層3及びバリア層4には、III−V族化合物半導体が採用される。
Therefore, the
具体的には例えば、チャネル層3としては、例えばGaN、あるいはAlzGa1−zN(0<z<1)が採用され、バリア層4としてはInxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0<x+y≦1)が採用される。このような窒化物半導体は高い絶縁破壊電界強度を有することから、これを採用したトランジスタには高出力化が期待されることは上述の通りである。
Specifically, for example, the
チャネル層3、バリア層4にこの例の材料が採用される場合、バッファ層2の材料としては例えばAlNとAlGaNの積層構造が採用される。
When the material of this example is adopted for the
バリア層4の、基板1と反対側の主面(以下「第1主面」と称す)40側には次の電極が配列して設けられる:ソース電極5、ドレイン電極6、及びソース電極5とドレイン電極6とに挟まれるゲート電極7。
The following electrodes are arranged and provided on the main surface (hereinafter referred to as “first main surface”) 40 side of the
上記のように第1主面40を把握すると、チャネル層3は、バリア層4の第2主面41と接して設けられ、この第2主面41はバリア層4の第1主面40と対向する、と把握することができる。
When the first
第1主面40においてバリア層4に接して、不純物供給層9s,9dが設けられる。不純物供給層9s,9dは絶縁物であって、バリア層4についての不純物を含む。
例えば当該不純物には、チャネル層3及びバリア層4がIII−V族化合物半導体であれば、IV族元素が採用される。IV族元素はIII−V族化合物に対してn型の不純物として機能する。よって不純物供給層9s,9d及びバリア層4の材料として、このような元素を採用することにより、バリア層4をn型の半導体にすることができる。これは、引いてはチャネル層3において2次元電子ガスとなるキャリアたる電子を供給することに繋がる。
For example, when the
上述のようにバリア層4としてInxAlyGa1−x−yNが採用される場合、当該不純物にはSiやGeが採用される。不純物供給層9s,9dの材料としては、例えばSiNが挙げられる。
As described above, when In x Al y Ga 1-xy N is employed as the
不純物供給層9sはソース電極5とゲート電極7との間で、第1主面40においてバリア層4に接して設けられる。
The
不純物供給層9dはドレイン電極6とゲート電極7との間で、ゲート電極7とは隔離されて、第1主面40においてバリア層4に接して設けられる。
The
チャネル層3及びバリア層4は、ソース電極5についてゲート電極7と反対側の一部、及びドレイン電極6についてゲート電極7と反対側の一部が、いずれも素子分離領域10に置換される。具体的な置換方法は後述される。
In the
不純物供給層9s,9dは素子分離領域10上に設けられても良い。
The
不純物供給層9s,9dが有するSiおよびGeはGaNに対してn型ドーパントとして作用する。よって、不純物供給層9s,9dが設けられた領域において、バリア層4はn型半導体となる。これに伴って、不純物供給層9s,9dと対向する位置で、チャネル層3のキャリア濃度が増大する。
Si and Ge included in the impurity supply layers 9s and 9d act as n-type dopants for GaN. Therefore, the
このように構成された半導体装置では、不純物供給層9dは、その直近のバリア層4に対して不純物を供給し、ゲート電極7の近傍でバリア層に不純物を供給する効果は小さい。従って、バリア層4のキャリア濃度は、ドレイン電極6とゲート電極7との間では、ゲート電極7の近傍で低く、ドレイン電極6の近傍で高い。
In the semiconductor device configured as described above, the
ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7にそれぞれ適切な電圧を引加することにより、チャネル層3の2次元電子ガスの移動を制御することができる。これは上記構成を電界効果トランジスタとして使用することになる。
By applying appropriate voltages to the
当該トランジスタを動作させたとき、最も高い電界がかかる領域のキャリア濃度が下がるので、ゲートリーク電流を低減することができ、破壊耐電圧を向上できる。 When the transistor is operated, the carrier concentration in the region where the highest electric field is applied is lowered, so that the gate leakage current can be reduced and the breakdown voltage can be improved.
つまり、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、ドレイン電極近傍のキャリア濃度を高めてアクセス抵抗を低下させつつも、電界が集中するドレイン電極側のゲート電極端においてキャリア濃度を抑制して高耐圧化される。 That is, according to the semiconductor device of this embodiment, while increasing the carrier concentration in the vicinity of the drain electrode to reduce the access resistance, the carrier concentration is suppressed and increased at the gate electrode end on the drain electrode side where the electric field is concentrated. Withstand pressure.
また、不純物供給層9sと対向する位置で、チャネル層3のキャリア濃度が増大する。よって上記構造は、ドレイン電極近傍のアクセス抵抗のみならず、ソース電極近傍のアクセス抵抗も低減し、大電流化に資する。
Further, the carrier concentration of the
上述のように、不純物供給層9dはドレイン電極6とゲート電極7との間で、ゲート電極7とは隔離されて設けられている。ゲート電極7と不純物供給層9dの間において、第1主面40においてバリア層4に接して、絶縁層8が設けられる。
As described above, the
絶縁層8及び不純物供給層9s,9dはバリア層4を保護していると把握することもできる。
It can also be understood that the insulating
絶縁層8は不純物供給層9s,9dと比較して、バリア層4に対する不純物を供給しない。例えば絶縁層8はSiもGeも含まない。よって上記構造において、電界が集中するドレイン電極側のゲート電極端においてキャリア濃度を抑制する効果は、絶縁層8によって阻害されない。
The insulating
また、ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7のいずれも、バリア層4に対して不純物を供給するか否かは問題としない。ゲート電極7からバリア層4へ不純物が供給されたとしても、不純物供給層9s,9dに対向する位置のキャリア濃度が、ゲート電極7や絶縁層8に対向する位置のキャリア濃度よりも高ければよい。
Further, it does not matter whether the
図2〜図4はいずれも、チャネル層3のキャリア濃度Cの、横方向依存性を示すグラフである。ここで横方向とは、ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7が並ぶ方向である。これらの図において、領域Ss,S2s,Sg,S1,S2d,Sdは、横方向において第1主面40側で、それぞれソース電極5(ソース電極)、不純物供給層9s、ゲート電極7(ゲート電極)、絶縁層8、不純物供給層9d、ドレイン電極6(ドレイン電極)が設けられている領域を示す。
2 to 4 are graphs showing the lateral dependence of the carrier concentration C of the
図2は、領域S1におけるキャリア濃度Cが、領域Sgにおけるキャリア濃度Cと等しい場合である。このようなキャリア濃度Cの分布は、例えばゲート電極7も絶縁層8も、バリア層4に対して上述の不純物を供給しない場合に得られる。
FIG. 2 shows a case where the carrier concentration C in the region S1 is equal to the carrier concentration C in the region Sg. Such a distribution of the carrier concentration C is obtained, for example, when neither the
図3は、領域S1におけるキャリア濃度Cが、領域Sgにおけるキャリア濃度Cよりも大きい場合である。このようなキャリア濃度Cの分布は、アクセス抵抗を低減し、高電流化する観点で望ましい。 FIG. 3 shows a case where the carrier concentration C in the region S1 is larger than the carrier concentration C in the region Sg. Such distribution of carrier concentration C is desirable from the viewpoint of reducing access resistance and increasing current.
図4は、領域Sgにおけるキャリア濃度Cが、領域S1におけるキャリア濃度Cよりも大きい場合である。このようなキャリア濃度Cの分布は、耐圧を向上する観点で望ましい。 FIG. 4 shows a case where the carrier concentration C in the region Sg is larger than the carrier concentration C in the region S1. Such distribution of the carrier concentration C is desirable from the viewpoint of improving the breakdown voltage.
高電流化と高耐圧化はトレードオフの関係にあるため、所望のデバイス特性に合わせて領域S1におけるキャリア濃度Cと、領域Sgにおけるキャリア濃度Cとの大小関係が設定される。このような大小関係の設定は、バリア層4に対する不純物を、ゲート電極7や絶縁層8が有する量の制御によって実現できる。
Since the increase in current and the increase in breakdown voltage are in a trade-off relationship, the magnitude relationship between the carrier concentration C in the region S1 and the carrier concentration C in the region Sg is set in accordance with desired device characteristics. Such setting of the magnitude relationship can be realized by controlling the amount of impurities in the
実施の形態2.
本実施の形態では、実施の形態1で示された半導体装置を製造する方法を説明する。
In this embodiment mode, a method for manufacturing the semiconductor device shown in
図5は当該方法の第1の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。基板1上にMOCVD法、MBE法などのエピタキシャル成長法を適用することで、バッファ層2、チャネル層3、バリア層4をそれぞれ形成する。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration at the time when the first step of the method is completed. By applying an epitaxial growth method such as MOCVD method or MBE method on the
実施の形態1で説明されたように、基板1の材料として例えばSiCが採用され、バッファ層2の材料として例えばAlNとAlGaNの積層構造が採用され、チャネル層3の材料として例えばGaN、あるいはAlzGa1−zN(0<z<1)が採用され、バリア層4の材料として例えばInxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0<x+y≦1)が採用される。
As described in the first embodiment, for example, SiC is used as the material of the
図6は当該方法の第2の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。バリア層4上に金属、例えばTi/Alからなるソース電極5及びドレイン電極6金属膜を形成する。例えば、蒸着法やスパッタ法を用いてTi/Alからなる金属膜をバリア層4上に堆積する。そしてリフトオフ法などを適用することによって当該金属膜を選択的に除去する。除去されずに残った当該金属膜が、ソース電極5及びドレイン電極6として採用される。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration at the time when the second step of the method is completed. A metal film of a
図7は当該方法の第3の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。トランジスタを作製する領域外、即ち上述の「横方向」においてソース電極5とドレイン電極6とで挟まれた領域外で、チャネル層3、バリア層4に素子分離領域10を形成する。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the configuration when the third step of the method is completed. The
素子分離領域10は例えば特許文献3で示されたように例えば亜鉛イオンの注入によって形成される。かかる形成については特許文献3によって公知であるので、ここではその詳細を省略する。
For example, as shown in
あるいは素子分離領域10を形成すべき位置においてチャネル層3、バリア層4をエッチングして溝を形成し、当該溝に絶縁物を埋設してもよい。このようなチャネル層3、バリア層4のエッチングは容易ではない。しかしながら、ソース電極5とドレイン電極6とで挟まれた領域外で行われるので、ゲート電極下の電子濃度を低下させるという、上述の悪影響は考慮する必要はない。
Alternatively, the
もちろん、イオン注入によって素子分離領域10を形成することは、特許文献3に示されたような電気特性の向上の観点で望ましい。
Of course, the formation of the
図8は当該方法の第4の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。第3の工程が終了した後、金属、例えばNi/Auからなるゲート電極7を形成する。例えば、蒸着法やスパッタ法を用いてNi/Alからなる金属膜をバリア層4、ソース電極5、ドレイン電極6、素子分離領域10上に堆積する。そしてリフトオフ法などを適用することによって当該金属膜を選択的に除去する。除去されずに残った当該金属膜が、ゲート電極7として採用される。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the configuration at the time when the fourth step of the method is completed. After the third step is completed, a
図9は当該方法の第5の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。第5の工程では絶縁層8をバリア層4上に形成する。絶縁層8の厚さは例えば50nmである。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the configuration when the fifth step of the method is completed. In the fifth step, the insulating
当該形成には、例えばスパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、あるいはALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いる。この絶縁層8の形成時に、熱やプラズマによりバリア層4上にダメージを与えることは望ましくない。かかるダメージ、例えばバリア層4の構成元素である窒素原子が脱離すると、当該脱離によって空孔が発生し、当該空孔がn型ドーパントとして振舞うことが知られている。
For the formation, for example, a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, an ALD (Atomic Layer Deposition) method or the like is used. When the insulating
したがって、絶縁層8を形成する手法としては、低温(望ましくは400°C以下)で、プラズマダメージが小さい、ALD法を用いることが望ましい。
Therefore, as a method for forming the insulating
また実施の形態1で述べたように(図2〜図4参照)、チャネル層3のキャリア濃度は、領域S1に対向する部分が領域S2s,S2dに対応する部分よりも増大しないことが望ましい。よって絶縁層8はn型ドーパントとして働かない元素であるAl、Zr、Hf、Mgを含む材料で形成されることが望ましい。例えば当該材料としてAl2O3が挙げられる。
As described in the first embodiment (see FIGS. 2 to 4), it is desirable that the carrier concentration of the
図10は当該方法の第6の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。図9で得られた絶縁層8に対し、ドレイン電極6とゲート電極7との間であって上述の「横方向」においてゲート電極7に接してドレイン電極6とは隔離された領域(図2〜図4の領域S1に相当)のみを覆うレジスト層11を設ける。当該レジスト層11は、図9で得られた構造のバリア層4、ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7、絶縁層8上の全面に一旦設けられ、パターニングされて得られる。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration at the time when the sixth step of the method is completed. 9 with respect to the insulating
当該レジスト層11及びソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7をマスクとして絶縁層8をエッチングし、レジスト層11で覆われた絶縁層8のみを残置する。これにより、バリア層4はソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7、絶縁層8で覆われない位置で露出する。
The insulating
このような絶縁層8をエッチングする手法として、プラズマを用いたドライエッチングを用いることは望ましくない。かかる手法ではバリア層4にプラズマダメージによる結晶欠陥等が形成される。かかる結晶欠陥は、キャリア濃度を低下させたり、高周波駆動時に電流が減少する現象(電流コラプス)を招来してしまう。
As a technique for etching such an
一方、絶縁層8をエッチングする手法として薬液によるウェットエッチングを用いることは、特にバリア層4の材料に窒化物半導体を用いた場合に望ましい。当該材料は一般的に薬品に対する化学的安定性が非常に高いため、エッチングされたり結晶欠陥が生成されたりすることはほとんどないからである。
On the other hand, the use of wet etching with a chemical as a method for etching the insulating
したがって、絶縁層8をパターニングする際にウェットエッチングを適用することで、高周波特性に優れる大電流のトランジスタ特性を得ることができる。
Therefore, by applying wet etching when patterning the insulating
しかも、Alの酸化物、窒化物、あるいは酸窒化物は、酸のみならずアルカリ性溶液にもエッチングされる。他方、アルカリ溶液は金属を腐食させにくい。したがって絶縁層8としてAlを含む絶縁材料を用いた場合には、エッチング液としてアルカリ性溶液を用いることが望ましい。金属で構成されたソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7を高抵抗化することなく、選択的に絶縁層8をエッチングできるからである。
Moreover, Al oxides, nitrides, or oxynitrides are etched not only into acids but also into alkaline solutions. On the other hand, alkaline solutions are less likely to corrode metals. Therefore, when an insulating material containing Al is used as the insulating
図11は当該方法の第6の工程が終了した時点の望ましい構成を例示する断面図である。図10に示されたレジスト層11は、残置したい絶縁層8のみを覆っていた。一方、ゲート電極7の、ドレイン電極6側の端部には、絶縁層8が接していることが望ましい。後に形成される不純物供給層9dがゲート電極7と絶縁層8との境界に嵌入することを防止するためである。
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a desirable configuration when the sixth step of the method is completed. The resist
よって、レジスト層11のパターニングのずれを考慮すると、ゲート電極7と絶縁層8とが接触する位置に絶縁層8のエッチング液が浸潤しないように、レジスト層11をパターニングすることが望ましい。具体的には、図11で示されるように、残置したい絶縁層8のみならず、これに隣接するゲート電極7の端部をも覆う位置で、レジスト層11を残置する。
Therefore, in consideration of the patterning deviation of the resist
但し、ゲート電極7の、ソース電極5側の端部での絶縁層8を除去すべく、当該レジスト層11は当該端部を覆わないことが望ましい。
However, in order to remove the insulating
図12は当該方法の第7の工程が終了した時点の構成を例示する断面図である。図11で示された構成からレジスト層11を除去した後、ソース電極5とドレイン電極6との間で、ゲート電極7を除く領域に不純物供給層9s,9dを形成する。不純物供給層9s,9dはいずれも例えばSiあるいはGeの酸化物、酸窒化物、窒化物を材料とする。不純物供給層9s,9dはCVD法、スパッタ法、ALD法などを用いて、例えば並行して、形成される。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the configuration when the seventh step of the method is completed. After removing the resist
不純物供給層9s,9dの厚さは例えばいずれも50nmである。但し、絶縁層8の厚さと等しくする必要はない。
The thicknesses of the impurity supply layers 9s and 9d are both 50 nm, for example. However, it is not necessary to make it equal to the thickness of the insulating
図12に示されるように、不純物供給層9s,9dは素子分離領域10上に形成されてもよい。不純物供給層9s,9dから素子分離領域10へと(バリア層4にとっての)不純物が供給されたとしても、それは後に完成するヘテロ接合電界効果型トランジスタの動作に影響しないからである。
As shown in FIG. 12, the
図12に示されるように、不純物供給層9dは絶縁層8上に形成されてもよい。チャネル層3のキャリア濃度の多寡は、バリア層4と絶縁層8や不純物供給層9s,9dとの界面の状態によって決定される。よってバリア層4に対して絶縁層8を介して不純物供給層9dが設けられても、絶縁層8が不純物に対してバリア層4にとってのマスクとなって、不純物供給層9dはチャネル層3のキャリア濃度に影響を与えない。
As shown in FIG. 12, the
この形状を用いることで、不純物供給層9s,9dについてはパターニングやエッチング等のプロセスを行う必要がなく、製造工程を簡便化することができる。 By using this shape, it is not necessary to perform processes such as patterning and etching on the impurity supply layers 9s and 9d, and the manufacturing process can be simplified.
図12に示された構成では、不純物供給層9dは絶縁層8上にも形成されているが、絶縁層8上の不純物供給層9dを除去してもよい。図1に示されたヘテロ接合電界効果型トランジスタは、絶縁層8上の不純物供給層9dを除去した態様を有する。
In the configuration shown in FIG. 12, the
製造された当該トランジスタは、不純物供給層9dを形成した領域S2d(図2〜図4参照)に対向する位置で、チャネル層3のキャリア濃度が増大する。よってドレイン電極近傍のキャリア濃度を高めてアクセス抵抗を低下させつつも、電界が集中するドレイン電極側のゲート電極端においてキャリア濃度を抑制して高耐圧化される。
In the manufactured transistor, the carrier concentration of the
また、不純物供給層9sを形成した領域S2s(図2〜図4参照)に対向する位置で、チャネル層3のキャリア濃度が増大する。よってドレイン電極近傍のアクセス抵抗のみならず、ソース電極近傍のアクセス抵抗も低減し、トランジスタの大電流化に資する。
Further, the carrier concentration of the
この後、電極群を覆う層間絶縁膜、当該層間絶縁膜に設けられるバイアホール、当該バイアホールを介して上記の電極群と配線される配線層等が形成される。これらの形成については本実施の形態とは直接の関係が無く、また周知技術である。よってここで当該形成についての記載を省略する。 Thereafter, an interlayer insulating film covering the electrode group, a via hole provided in the interlayer insulating film, a wiring layer to be wired to the electrode group through the via hole, and the like are formed. These formations are not directly related to the present embodiment, and are well-known techniques. Therefore, description of the formation is omitted here.
上述の製造方法において、ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7、素子分離領域10を形成する工程の順序を入れ替えても構わない。例えば、ソース電極5及びドレイン電極6を形成する前に、素子分離領域10を形成してもよい。
In the above manufacturing method, the order of the steps of forming the
実施の形態3.
図13は実施の形態3に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造を例示する断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the structure of the heterojunction field effect transistor according to the third embodiment.
実施の形態3にかかるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造は、実施の形態1のそれと比較して、不純物供給層9s,9dの上にも絶縁層8が形成されている点で異なっている。このような構成は、実施の形態2で示された製造方法の、第5の工程〜第7の工程を下記の工程で代替して得られる。
The structure of the heterojunction field effect transistor according to the third embodiment is different from that of the first embodiment in that an insulating
まず、実施の形態2において第4の工程が終了した構造(図8参照)に対し、バリア層4上に不純物供給層9s,9dの材料となる絶縁層、例えばSiNを形成する。当該絶縁層はCVD法、スパッタ法、ALD法などを用いて形成される。
First, with respect to the structure in which the fourth step is completed in the second embodiment (see FIG. 8), an insulating layer, for example, SiN, which is a material of the impurity supply layers 9s and 9d, is formed on the
次に、当該絶縁層をエッチングすることによりパターニングし、絶縁層8を形成する領域S1(図2〜図4)においてバリア層4を露出させる。残置した当該絶縁層は不純物供給層9s,9dとして機能する。つまり本実施の形態において、不純物供給層9s,9dは並行して設けられると把握できる。
Next, the insulating layer is patterned by etching to expose the
不純物供給層9s,9dの材料となる絶縁層をエッチングする手法としては、プラズマを用いたドライエッチングよりも、フッ酸などを用いたウェットエッチングが望ましい。当該エッチングにおいてバリア層4の表面の結晶欠陥等のダメージを形成させないためである。これはトランジスタの高耐圧化に寄与する。
As a method for etching the insulating layer which is a material of the impurity supply layers 9s and 9d, wet etching using hydrofluoric acid or the like is preferable to dry etching using plasma. This is because damage such as crystal defects on the surface of the
続いて、当該エッチングで露出したバリア層4上、及び不純物供給層9s,9d上に、絶縁層8を形成する。絶縁層8の材料は例えばAl2O3であり、その形成にはスパッタ法、CVD法、ALD法などが採用される。
Subsequently, the insulating
絶縁層8は、ドレイン電極6とゲート電極7との間で露出したバリア層4上に形成される。不純物供給層9s,9d上にも絶縁層8が形成されるが、この位置では絶縁層8は不純物供給層9s,9dによるバリア層4上への不純物供給を阻害しない。
The insulating
このようにして得られるヘテロ接合電界効果型トランジスタ(図13)は、絶縁層8が形成された領域S1(図2〜図4参照)に対向するチャネル層3のキャリア濃度が、不純物供給層9s,9dが形成された領域S2s,S2d(図2〜図4参照)に対向するチャネル層3のキャリア濃度より低くなる。よって当該ヘテロ接合電界効果型トランジスタからは高い出力を得ることができる。
In the heterojunction field effect transistor (FIG. 13) thus obtained, the carrier concentration of the
一般的に、Alを含む絶縁材料に比べて、SiNの加工技術は高度に確立されており、制御性良くパターニングすることが容易である。したがって、不純物供給層9s,9dを絶縁層8より前に形成することで、製造歩留まりを向上することができる。
In general, SiN processing technology is highly established as compared with an insulating material containing Al, and it is easy to pattern with good controllability. Therefore, the manufacturing yield can be improved by forming the
実施の形態4.
図14〜図17は、いずれも実施の形態4に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造を例示する断面図である。これらの構造はいずれも、実施の形態1で示されたヘテロ接合電界効果型トランジスタに追加された共通の特徴を有している。当該特徴とは、ゲート電極7が、そのバリア層4から遠い側で少なくともドレイン電極6に向かって延びる庇7aを、ゲート電極7が有するという点である。
14 to 17 are cross-sectional views illustrating the structure of the heterojunction field effect transistor according to the fourth embodiment. These structures all have a common feature added to the heterojunction field effect transistor shown in the first embodiment. The feature is that the
図14及び図16に示された構成では、いずれも庇7aのドレイン電極6側の端部が絶縁層8上に位置する。図15及び図17に示された構成では、いずれも庇7aのドレイン電極6側の端部が不純物供給層9d上に位置する。
In both the configurations shown in FIGS. 14 and 16, the end of the
図14及び図15に示された構成では、いずれも庇7aはソース電極5側には設けられない。図16及び図17に示された構成では、いずれも庇7aはソース電極5側にも設けられる。
In the configurations shown in FIGS. 14 and 15, the
もちろん、ソース電極5、ドレイン電極6、ゲート電極7はその構造自体で相互に導通することはないので、庇7aはソース電極5、ドレイン電極6に到達することはない。
Of course, since the
当該庇7aは、ゲート電界の強度を分担し、最大電界強度を低減することに資する。
The
図23はゲート電界の強度Eの横方向依存性を示すグラフである。当該グラフには、理解を容易にするため、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造の主要部を、横方向においてグラフと対応させて示した。 FIG. 23 is a graph showing the lateral dependency of the intensity E of the gate electric field. In the graph, for easy understanding, the main part of the structure of the heterojunction field effect transistor is shown in correspondence with the graph in the horizontal direction.
庇7aがある場合の強度Eは曲線E2で示される。比較するため、庇7aが設けられない場合の強度Eが曲線E1として示された。
The intensity E when there is a
曲線E1から、庇7aが設けられない場合には、ゲート電極7のドレイン電極6側の端にゲート電界の強度が集中することがわかる。これに対し、曲線E2から、庇7aが設けられた場合には、ゲート電界の強度Eの最大強度が低減される。
From the curve E1, it can be seen that when the
庇7aのこのような作用により、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの耐圧を向上することができる。
By such an action of the
ゲート電界の強度Eが大きくなると、バリア層4の表面近傍に存在するトラップ準位に電子が捕縛される。これは電流を狭窄して電流コラプスと呼ばれる電流低下現象の原因となる。よってゲート電界の強度Eの最大強度が低減されることは、電流コラプスを抑制する効果も招来する。
When the strength E of the gate electric field increases, electrons are trapped by trap levels existing near the surface of the
庇7aの横方向の長さは長いほど、またバリア層4に近いほど、ゲート電界を分散でき、その最大電界強度を低減できる。庇7aをバリア層4に近く配置するには、絶縁層8、不純物供給層9s,9dを薄くする。
As the lateral length of the
但し、庇7aの横方向の長さは長いほど、またバリア層4に近いほど、ゲート電極7に寄生する静電容量が増大する。これはヘテロ接合電界効果型トランジスタの高周波応答を劣化させてしまって望ましくない。
However, as the lateral length of the
このように、庇7aのサイズに関し、耐圧化と高周波応答とはトレードオフの関係にある。したがって、所望のデバイス特性に合わせて庇7aの横方向の長さと、絶縁層8、不純物供給層9s,9dの厚さを設定することが望ましい。
Thus, with respect to the size of the
さて、ゲート電極7が庇7aを有する場合のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、次の如く例示できる。
Now, a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor in the case where the
まず、実施の形態2で述べた第1〜第3の工程を採用し、バリア層4上にソース電極5、ドレイン電極6を形成する(図7参照)。その後、絶縁層8をバリア層4上に形成する。
First, the first to third steps described in the second embodiment are adopted, and the
次に、不純物供給層9s,9dを形成する領域S2s,S2d及びゲート電極7を形成する領域Sg(図2〜図4参照)における絶縁層8を、エッチングにより除去する。これにより、領域S2s,S2d,Sgにおいてバリア層4が露出する。このようにして得られた構造に不純物供給層9s,9dの材料を一旦形成し、これをエッチングにて選択的に除去することにより、領域Sgにおいてバリア層4を露出させる。ここまでの工程により、図14〜図17からゲート電極7を省略した構成を得ることができる。
Next, the insulating
その後、ゲート電極7の材料を一旦形成し、これをエッチングにて選択的に除去することにより図14〜図17に示された構成を得ることができる。
Thereafter, the material shown in FIGS. 14 to 17 can be obtained by once forming the material of the
なお、図14に示された構成は、ゲート電極7が不純物供給層9s,9d上には設けられないので、不純物供給層9s,9dの形成を、ゲート電極7の形成に先立って行ってもよい。
In the configuration shown in FIG. 14, since the
実施の形態5.
図18〜図21は、いずれも実施の形態5に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの構造を例示する断面図である。これらの構造はいずれも、実施の形態1で示されたヘテロ接合電界効果型トランジスタに追加された共通の特徴を有している。
18 to 21 are cross-sectional views illustrating the structure of the heterojunction field effect transistor according to the fifth embodiment. These structures all have a common feature added to the heterojunction field effect transistor shown in the first embodiment.
当該特徴とは、ゲート電極7とバリア層4の第1主面40とが絶縁される、という点である。かかる特徴は、ゲートリーク電流を低減できる利点を招来する。
The feature is that the
以下では、かかる特徴を実現する一つの例示として、バリア層4とゲート電極7との間に絶縁膜が介在するMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を挙げる。
Hereinafter, as an example for realizing such a feature, an MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film is interposed between the
バリア層4とゲート電極7との間に介在する絶縁膜は、絶縁層8の一部と兼用しても(図18参照)、不純物供給層9sの一部を兼用しても(図19参照)、絶縁層8と不純物供給層9sの両者と兼用しても(図20)よい。
The insulating film interposed between the
あるいは、ゲート電極7の直下の不純物供給層9sを絶縁層12と置換してもよい(図21)。絶縁層12の材料としては、SiやAl、Zr、Hf、Mgの酸化物や窒化物、酸窒化物を挙げることができる。
Alternatively, the
これらの構成を得る製造方法を以下に例示する。まず、実施の形態2で述べた第1〜第3の工程を採用し、バリア層4上にソース電極5、ドレイン電極6を形成する(図7参照)。その後、パターニングを伴って絶縁層8、不純物供給層9s,9d(図21の構成についてはさらに絶縁層12)をバリア層4上に形成する。続いて、ゲート電極7を形成する。
The production method for obtaining these configurations is exemplified below. First, the first to third steps described in the second embodiment are adopted, and the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 基板、2 バッファ層、3 チャネル層、4 バリア層、5 ソース電極、6 ドレイン電極、7 ゲート電極、8 絶縁層、9s,9d 不純物供給層、11 レジスト層、40 第1主面、41 第2主面。
1 substrate, 2 buffer layer, 3 channel layer, 4 barrier layer, 5 source electrode, 6 drain electrode, 7 gate electrode, 8 insulating layer, 9s, 9d impurity supply layer, 11 resist layer, 40 1st main surface, 41
Claims (12)
ソース電極、ドレイン電極、及び前記ソース電極と前記ドレイン電極とに挟まれるゲート電極とを有し、前記第1半導体層の第1主面側に配列して設けられる電極群、
前記第1半導体層の前記第1主面と対向する第2主面に接して設けられ、前記第1のバンドギャップよりも狭い第2のバンドギャップを有する第2半導体層、及び
前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間で前記ゲート電極とは隔離されて前記第1主面に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第1不純物供給層
を備える、ヘテロ接合電界効果型トランジスタ。 A first semiconductor layer having a first band gap;
An electrode group having a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode sandwiched between the source electrode and the drain electrode, and arranged on the first main surface side of the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer provided in contact with a second main surface opposite to the first main surface of the first semiconductor layer and having a second band gap narrower than the first band gap; and the drain electrode; A heterojunction field-effect transistor comprising a first impurity supply layer that is provided in contact with the first main surface, is isolated from the gate electrode, and includes an impurity for the first semiconductor layer .
を更に備える、請求項1記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。 2. The heterojunction field effect according to claim 1, further comprising a second impurity supply layer provided in contact with the first main surface between the source electrode and the gate electrode and including an impurity for the first semiconductor layer. Type transistor.
前記第1半導体層についての前記不純物は、IV族元素である、請求項1又は請求項2記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。 The first semiconductor layer is composed of a III-V compound semiconductor,
The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the impurity of the first semiconductor layer is a group IV element.
(b)前記第1半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記第1半導体層上に前記ソース電極と前記ドレイン電極に挟まれたゲート電極を形成する工程と、
(c)前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間で前記ゲート電極とは隔離されて前記第1半導体層に接して設けられ、前記第1半導体層についての不純物を含む第1不純物供給層を形成する工程と、
を備える、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。 (A) forming a first semiconductor layer having a first band gap and a second semiconductor layer having a second band gap narrower than the first band gap;
(B) forming a source electrode and a drain electrode on the first semiconductor layer;
Forming a gate electrode sandwiched between the source electrode and the drain electrode on the first semiconductor layer;
(C) forming a first impurity supply layer that is provided between and in contact with the first semiconductor layer between the drain electrode and the gate electrode, and is in contact with the first semiconductor layer; And a process of
A method for manufacturing a heterojunction field effect transistor.
を更に備える、請求項6記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。 The hetero of claim 6, further comprising a second impurity supply layer provided in contact with the first semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and including an impurity for the first semiconductor layer. A method of manufacturing a junction field effect transistor.
(e)前記工程(c),(d)に先だって実行され、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間であって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極が並ぶ方向において前記ゲート電極に接して前記ドレイン電極から隔離された領域に設けられる絶縁層を形成する工程
を更に備え、
前記絶縁層はAlの酸化物、窒化物、もしくは酸窒化物である、請求項7記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。 The steps (c) and (d) are performed in parallel,
(E) Performed prior to the steps (c) and (d), between the drain electrode and the gate electrode, in the direction in which the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are aligned, Further comprising a step of forming an insulating layer in contact with and isolated from the drain electrode;
8. The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 7, wherein the insulating layer is an oxide, nitride, or oxynitride of Al.
(e1)前記工程(b)の後で前記第1半導体層上に絶縁層を形成し、
(e2)前記領域と、前記領域に隣接する前記ゲート電極の端部とを覆い、前記ゲート電極の前記ソース電極側の端部を覆わない位置に、レジスト層をパターニングして設け、
(e3)前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極、前記レジスト層をマスクとしたエッチングを採用して前記絶縁層をパターニングする、
請求項8記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。 In the step (e),
(E1) forming an insulating layer on the first semiconductor layer after the step (b);
(E2) A resist layer is provided by patterning at a position that covers the region and the end of the gate electrode adjacent to the region and does not cover the end of the gate electrode on the source electrode side,
(E3) patterning the insulating layer by employing etching using the source electrode, the drain electrode, the gate electrode, and the resist layer as a mask;
A method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 8.
(e)前記工程(c),(d)の後に実行され、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間であって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、前記ゲート電極が並ぶ方向において前記ゲート電極に接して前記ドレイン電極から隔離された領域に絶縁層を形成する工程
を更に備え、
前記第1不純物供給層及び前記第2不純物供給層は、いずれもSiNを材料とし、前記工程(c)(d)においてエッチングが採用される、請求項7記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。 The steps (c) and (d) are performed in parallel,
(E) Performed after the steps (c) and (d), between the drain electrode and the gate electrode, in the direction in which the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode are aligned, Further comprising the step of forming an insulating layer in contact with and isolated from the drain electrode;
8. The manufacture of a heterojunction field effect transistor according to claim 7, wherein the first impurity supply layer and the second impurity supply layer are both made of SiN and etching is employed in the steps (c) and (d). Method.
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