JP2017098307A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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昌宏 川上
Masahiro Kawakami
昌宏 川上
将一 兼近
Masakazu Kanechika
将一 兼近
上田 博之
Hiroyuki Ueda
博之 上田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an art to relax an electric field of a JFET gate structure on a drain side in a semiconductor device having the JFET gate structure.SOLUTION: A nitride semiconductor device 1 comprises a gate electrode 36 contacting a p type nitride semiconductor layer 18. The gate electrode 36 contacts part of a lateral face 18Sa of the p type nitride semiconductor layer 18 on a drain side at a part adjacent to the lateral face 18Sa of the p type nitride semiconductor layer 18 on the drain side and faces an electron supply layer 16c via a thin insulation film part 22a of the insulation film 22.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書で開示する技術は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

電子走行層と電子供給層が積層する半導体積層体を備える半導体装置が開発されている。半導体装置は、電子走行層と電子供給層のヘテロ接合面近傍に形成される2次元電子ガス層をチャネルとして利用する。半導体装置では、ドレイン電極とソース電極の間にゲート電極が設けられており、そのゲート電極の電位に応じてドレイン電極とソース電極の間を流れる電流量が制御される。   A semiconductor device including a semiconductor stacked body in which an electron transit layer and an electron supply layer are stacked has been developed. A semiconductor device uses a two-dimensional electron gas layer formed in the vicinity of a heterojunction surface between an electron transit layer and an electron supply layer as a channel. In a semiconductor device, a gate electrode is provided between a drain electrode and a source electrode, and the amount of current flowing between the drain electrode and the source electrode is controlled in accordance with the potential of the gate electrode.

この種の半導体装置では、ゲート電極と電子供給層の間にp型半導体層を介在させるJFET(Junction Field Effect)型ゲート構造の技術が開発されている。JFET型ゲート構造を有する半導体装置では、ゲート電極が接地されたときに、p型半導体層から伸びる空乏層が、p型半導体層の下方の2次元電子ガス層の電子を枯渇させる。一方、ゲート電極に正電位が印加されると、空乏層が縮小し、p型半導体層の下方に2次元電子ガス層が形成され、ドレイン電極とソース電極が2次元電子ガス層を介して導通する。このように、JFET型ゲート構造を有する半導体装置は、ノーマリオフで動作することができる。   In this type of semiconductor device, a JFET (Junction Field Effect) type gate structure technology has been developed in which a p-type semiconductor layer is interposed between a gate electrode and an electron supply layer. In a semiconductor device having a JFET type gate structure, when the gate electrode is grounded, a depletion layer extending from the p type semiconductor layer depletes electrons in the two-dimensional electron gas layer below the p type semiconductor layer. On the other hand, when a positive potential is applied to the gate electrode, the depletion layer shrinks, a two-dimensional electron gas layer is formed below the p-type semiconductor layer, and the drain electrode and the source electrode are conducted through the two-dimensional electron gas layer. To do. Thus, a semiconductor device having a JFET type gate structure can operate normally off.

このようなJFET型ゲート構造を有する半導体装置では、JFET型ゲート構造のドレイン側における電界集中が問題となっている。電界は、p型半導体層と電子供給層の接合面のうちのドレイン側の端部近傍で最大強度となる。特許文献1は、このような電界集中を緩和するために、フィールドプレートを設ける技術を開示する。フィールドプレートは、ゲート電極からドレイン電極側に向けて延びており、電子供給層上に被膜される絶縁膜を介して電子供給層に対向する。このようなフィールドプレートは、電界集中のピークを分散させ、電界の最大強度を低下させることができる。   In a semiconductor device having such a JFET type gate structure, electric field concentration on the drain side of the JFET type gate structure is a problem. The electric field has the maximum intensity in the vicinity of the drain-side end portion of the junction surface between the p-type semiconductor layer and the electron supply layer. Patent Document 1 discloses a technique of providing a field plate to alleviate such electric field concentration. The field plate extends from the gate electrode toward the drain electrode, and faces the electron supply layer through an insulating film coated on the electron supply layer. Such a field plate can disperse the peak of electric field concentration and reduce the maximum strength of the electric field.

特開2012−33679号公報(特に、図1)JP 2012-33679 A (in particular, FIG. 1)

特許文献1に開示される半導体装置では、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分において、絶縁膜の膜厚が厚く形成されている。これは、以下のような理由である。JFET型ゲート構造を有する半導体装置では、電子供給層上にp型半導体層をパターニングした後に、そのp型半導体層を覆うように絶縁膜が成膜され、p型半導体層を覆う絶縁膜の一部を除去してp型半導体層の上面の一部を露出させ、その露出部分にゲート電極が形成される。このため、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分では、p型半導体層の厚みに依存して絶縁膜の膜厚が厚く形成される。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the insulating film is formed thick in a portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer. This is for the following reason. In a semiconductor device having a JFET type gate structure, after patterning a p-type semiconductor layer on an electron supply layer, an insulating film is formed so as to cover the p-type semiconductor layer, and one of the insulating films covering the p-type semiconductor layer is formed. The portion is removed to expose a part of the upper surface of the p-type semiconductor layer, and a gate electrode is formed on the exposed portion. For this reason, in the part adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer, the thickness of the insulating film is increased depending on the thickness of the p-type semiconductor layer.

このため、特許文献1に開示される半導体装置では、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分において、フィールドプレートと電子供給層の間の距離が長い。この結果、特許文献1に開示される半導体装置では、フィールドプレート効果が十分に発揮されず、JFET型ゲート構造のドレイン側の電界が高いという問題がある。本明細書は、JFET型ゲート構造を有する半導体装置において、JFET型ゲート構造のドレイン側の電界を緩和する技術を提供する。   For this reason, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the distance between the field plate and the electron supply layer is long in the portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer. As a result, the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a problem that the field plate effect is not sufficiently exhibited, and the electric field on the drain side of the JFET type gate structure is high. The present specification provides a technique for relaxing an electric field on the drain side of a JFET type gate structure in a semiconductor device having a JFET type gate structure.

本明細書が開示する半導体装置は、電子走行層、電子走行層にヘテロ接合する電子供給層、電子供給層上にあるドレイン電極、ドレイン電極から離れた位置で電子供給層上にあるソース電極、ドレイン電極とソース電極の間の位置で電子供給層上にあるp型半導体層、p型半導体層とドレイン電極の間の位置で電子供給層上にある絶縁膜、及び、p型半導体層に接するゲート電極を備える。絶縁膜は、p型半導体層の膜厚よりも薄い薄肉絶縁膜部を有する。薄肉絶縁膜部は、p型半導体層のドレイン側の側面に接する。ゲート電極は、p型半導体層のドレイン側の側面に接するとともに薄肉絶縁膜部を介して電子供給層に対向する。   The semiconductor device disclosed in this specification includes an electron transit layer, an electron supply layer heterojunction with the electron transit layer, a drain electrode on the electron supply layer, a source electrode on the electron supply layer at a position away from the drain electrode, A p-type semiconductor layer on the electron supply layer at a position between the drain electrode and the source electrode, an insulating film on the electron supply layer at a position between the p-type semiconductor layer and the drain electrode, and a p-type semiconductor layer A gate electrode is provided. The insulating film has a thin insulating film portion thinner than the thickness of the p-type semiconductor layer. The thin insulating film portion is in contact with the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer. The gate electrode is in contact with the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and faces the electron supply layer through the thin insulating film portion.

上記実施形態の半導体装置では、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分において、ゲート電極が、p型半導体層の膜厚よりも薄い絶縁膜の薄肉絶縁膜部を介して電子供給層に対向する。このため、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分において、ゲート電極と電子供給層の間の距離が短く構成されており、JFET型ゲート構造のドレイン側の電界が緩和される。   In the semiconductor device of the above embodiment, in the portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer, the electron supply layer is interposed via the thin insulating film portion of the insulating film whose gate electrode is thinner than the thickness of the p-type semiconductor layer. Opposite to. For this reason, the distance between the gate electrode and the electron supply layer is short in the portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer, and the electric field on the drain side of the JFET type gate structure is relaxed.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、p型半導体層を形成する工程、絶縁膜を形成する工程、絶縁膜の一部を除去する工程及びゲート電極を形成する工程を備える。p型半導体層を形成する工程では、電子走行層とヘテロ接合する電子供給層上に、ドレイン電極の形成位置とソース電極の形成位置の間に位置するp型半導体層を形成する。絶縁膜を形成する工程では、p型半導体層を覆って電子供給層上に絶縁膜を形成する。絶縁膜の一部を除去する工程では、p型半導体層の少なくともドレイン側の側面の一部が露出するとともに電子供給層上に絶縁膜の一部が残存するように絶縁膜の一部を除去する。ゲート電極を形成する工程では、p型半導体層のドレイン側の側面の一部に接するとともに絶縁膜を介して電子供給層に対向するゲート電極を形成する。   A manufacturing method of a semiconductor device disclosed in this specification includes a step of forming a p-type semiconductor layer, a step of forming an insulating film, a step of removing a part of the insulating film, and a step of forming a gate electrode. In the step of forming the p-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer located between the formation position of the drain electrode and the formation position of the source electrode is formed on the electron supply layer that is heterojunction with the electron transit layer. In the step of forming the insulating film, the insulating film is formed on the electron supply layer so as to cover the p-type semiconductor layer. In the step of removing a part of the insulating film, a part of the insulating film is removed so that at least a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer is exposed and a part of the insulating film remains on the electron supply layer. To do. In the step of forming the gate electrode, a gate electrode that is in contact with a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and faces the electron supply layer through the insulating film is formed.

上記の製造方法によると、p型物半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分において、ゲート電極が、p型半導体層の膜厚よりも薄い絶縁膜を介して電子供給層に対向する半導体装置が製造される。   According to the above manufacturing method, the semiconductor device in which the gate electrode faces the electron supply layer through the insulating film thinner than the thickness of the p-type semiconductor layer in the portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer Is manufactured.

実施例の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示すとともに、窒化物半導体装置がオフのときのドレイン電極とソース電極の間の電界強度の分布を示す。The main part sectional drawing of the nitride semiconductor device of an Example is shown typically, and distribution of the electric field strength between the drain electrode and source electrode when a nitride semiconductor device is OFF is shown. 図1に示す窒化物半導体装置のJFET型ゲート構造の要部拡大断面図を模式的に示す。The principal part expanded sectional view of the JFET type gate structure of the nitride semiconductor device shown in FIG. 1 is shown typically. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1.

図1に示されるように、窒化物半導体装置1は、HFET(Heterostructure Field Effect Transistor)又はHEMT(High Electron Mobility Transistor)と称される種類であり、基板12、バッファ層14、窒化物半導体積層体16、p型窒化物半導体層18、絶縁膜22、ドレイン電極32、ソース電極34、ゲート電極36及びフィールドプレート38を備える。   As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device 1 is of a type called HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) or HEMT (High Electron Mobility Transistor), and includes a substrate 12, a buffer layer 14, and a nitride semiconductor multilayer body. 16, a p-type nitride semiconductor layer 18, an insulating film 22, a drain electrode 32, a source electrode 34, a gate electrode 36, and a field plate 38.

基板12の材料には、窒化物半導体系の半導体材料が結晶成長可能なものが用いられている。基板12の材料には、一例では窒化ガリウム、サファイア、炭化珪素、又はシリコンが用いられる。   As the material of the substrate 12, a material capable of crystal growth of a nitride semiconductor-based semiconductor material is used. For example, gallium nitride, sapphire, silicon carbide, or silicon is used as the material of the substrate 12.

バッファ層14は、基板12の上面に接して設けられている。バッファ層14の材料には、一例ではノンドープの窒化ガリウム(i-GaN)、ノンドープの窒化アルミニウム(i-AlN)、ノンドープの窒化アルミニウムガリウム(i-AlGaN)が用いられる。バッファ層14は、有機金属気相成長法(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を利用して、基板12上に積層されている。   The buffer layer 14 is provided in contact with the upper surface of the substrate 12. For example, non-doped gallium nitride (i-GaN), non-doped aluminum nitride (i-AlN), and non-doped aluminum gallium nitride (i-AlGaN) are used as the material of the buffer layer 14. The buffer layer 14 is laminated on the substrate 12 by using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

窒化物半導体積層体16は、GaN層16a、電子走行層16b及び電子供給層16cを有する。GaN層16aは、バッファ層14の上面に接して設けられている。GaN層16aの材料には、一例では炭素(C)ドープの窒化ガリウム(GaN)が用いられている。GaN層16aは、炭素がドープされることによって電気抵抗が高い層として構成されており、基板12へのリーク電流を抑える役割を担う。電子走行層16bは、GaN層16aの上面に接して設けられている。電子走行層16bの材料には、一例ではノンドープの窒化ガリウム(i-GaN)が用いられている。電子供給層16cは、電子走行層16bの上面に接して設けられている。電子供給層16cの材料には、一例ではノンドープの窒化アルミニウムガリウム(i-AlGaN)が用いられている。電子供給層16cのバンドギャップは、電子走行層16bのバンドギャップよりも大きい。このため、電子走行層16bと電子供給層16cがヘテロ接合を構成しており、そのヘテロ接合面のうちの電子走行層16b側に2次元電子ガス層が形成される。GaN層16a、電子走行層16b及び電子供給層16cは、有機金属気相成長法を利用して、バッファ層14上に順に積層されている。   The nitride semiconductor multilayer body 16 includes a GaN layer 16a, an electron transit layer 16b, and an electron supply layer 16c. The GaN layer 16 a is provided in contact with the upper surface of the buffer layer 14. As an example of the material for the GaN layer 16a, carbon (C) -doped gallium nitride (GaN) is used. The GaN layer 16a is configured as a layer having high electrical resistance by being doped with carbon, and plays a role of suppressing a leakage current to the substrate 12. The electron transit layer 16b is provided in contact with the upper surface of the GaN layer 16a. For example, non-doped gallium nitride (i-GaN) is used as the material of the electron transit layer 16b. The electron supply layer 16c is provided in contact with the upper surface of the electron transit layer 16b. As an example of the material for the electron supply layer 16c, non-doped aluminum gallium nitride (i-AlGaN) is used. The band gap of the electron supply layer 16c is larger than the band gap of the electron transit layer 16b. For this reason, the electron transit layer 16b and the electron supply layer 16c form a heterojunction, and a two-dimensional electron gas layer is formed on the electron transit layer 16b side of the heterojunction surface. The GaN layer 16a, the electron transit layer 16b, and the electron supply layer 16c are sequentially stacked on the buffer layer 14 using metal organic vapor phase epitaxy.

p型窒化物半導体層18は、電子供給層16cの上面に接して設けられており、ドレイン電極32とソース電極34の間であってドレイン電極32とソース電極34の双方から離れて配置されている。p型窒化物半導体層18の材料には、一例ではマグネシウムがドープされた窒化ガリウム(p-GaN)又は窒化アルミニウムガリウム(p-AlGaN)が用いられている。p型窒化物半導体層18は、有機金属気相成長法を利用して、窒化物半導体積層体16の上面に積層されている。   The p-type nitride semiconductor layer 18 is provided in contact with the upper surface of the electron supply layer 16 c and is disposed between the drain electrode 32 and the source electrode 34 and apart from both the drain electrode 32 and the source electrode 34. Yes. As a material of the p-type nitride semiconductor layer 18, for example, magnesium-doped gallium nitride (p-GaN) or aluminum gallium nitride (p-AlGaN) is used. The p-type nitride semiconductor layer 18 is laminated on the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 using metal organic vapor phase epitaxy.

絶縁膜22は、p型窒化物半導体層18とドレイン電極32の間の窒化物半導体積層体16の上面、及び、p型窒化物半導体層18とソース電極34の間の窒化物半導体積層体16の上面に接して設けられている。絶縁膜22の材料には、一例ではUSG(Undoped Silicate Glasses)膜が用いられている。絶縁膜22は、化学気相成長法を利用して、窒化物半導体積層体16の上面に成膜されている。図2に示されるように、絶縁膜22は、p型窒化物半導体層18とドレイン電極32の間において、薄肉絶縁膜部22a、厚肉絶縁膜部22b及び中肉絶縁膜部22cを有する。窒化物半導体積層体16の上面に対して直交する方向の膜厚については、薄肉絶縁膜部22a、中肉絶縁膜部22c及び厚肉絶縁膜部22bの順に厚くなる。薄肉絶縁膜部22aの膜厚は、p型窒化物半導体層18の膜厚よりも薄い。なお、絶縁膜22は、p型窒化物半導体層18とソース電極34の間においても、同様の構造を有する。   The insulating film 22 includes the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 between the p-type nitride semiconductor layer 18 and the drain electrode 32 and the nitride semiconductor multilayer body 16 between the p-type nitride semiconductor layer 18 and the source electrode 34. It is provided in contact with the upper surface. As an example of the material of the insulating film 22, a USG (Undoped Silicate Glasses) film is used. The insulating film 22 is formed on the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 by using chemical vapor deposition. As shown in FIG. 2, the insulating film 22 includes a thin insulating film portion 22 a, a thick insulating film portion 22 b, and a middle insulating film portion 22 c between the p-type nitride semiconductor layer 18 and the drain electrode 32. About the film thickness of the direction orthogonal to the upper surface of the nitride semiconductor laminated body 16, it becomes thick in order of the thin insulating film part 22a, the middle insulating film part 22c, and the thick insulating film part 22b. The thin insulating film portion 22 a is thinner than the p-type nitride semiconductor layer 18. The insulating film 22 has a similar structure between the p-type nitride semiconductor layer 18 and the source electrode 34.

薄肉絶縁膜部22aは、p型窒化物半導体層18のドレイン側に隣接する部分に配置されており、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saの下側部分(換言すると、電子供給層16c側部分)に接する。厚肉絶縁膜部22bは、薄肉絶縁膜部22aと中肉絶縁膜部22cの間に配置されている。中肉絶縁膜部22cは、厚肉絶縁膜部22bとドレイン電極32の間に配置されている。   The thin insulating film portion 22a is disposed in a portion adjacent to the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, and the lower portion of the side surface 18Sa on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18 (in other words, the electron supply) Layer 16c side portion). The thick insulating film portion 22b is disposed between the thin insulating film portion 22a and the middle insulating film portion 22c. The middle insulating film portion 22 c is disposed between the thick insulating film portion 22 b and the drain electrode 32.

図1に示されるように、ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、窒化物半導体積層体16の上面に接して設けられている。ドレイン電極32とソース電極34は、p型窒化物半導体層18を間に置いて対向する位置に配置されている。ドレイン電極32の材料には、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ドレイン電極32の材料には、一例ではチタンとアルミニウムの積層電極が用いられている。ソース電極34の材料にも、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ソース電極34の材料には、一例ではチタンとアルミニウムの積層電極が用いられている。これにより、ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、電子走行層16bと電子供給層16cのヘテロ接合面近傍に形成される2次元電子ガス層に対してオーミック接触可能に構成されている。ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、電子ビーム蒸着技術を利用して、窒化物半導体積層体16の上面に積層されている。   As shown in FIG. 1, each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is provided in contact with the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16. The drain electrode 32 and the source electrode 34 are arranged at positions facing each other with the p-type nitride semiconductor layer 18 interposed therebetween. The drain electrode 32 is preferably made of a material capable of making ohmic contact with a nitride semiconductor material. As an example of the material of the drain electrode 32, a laminated electrode of titanium and aluminum is used. It is desirable that the source electrode 34 be made of a material that can make ohmic contact with the nitride semiconductor material. As a material of the source electrode 34, for example, a laminated electrode of titanium and aluminum is used. Accordingly, each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is configured to be in ohmic contact with a two-dimensional electron gas layer formed in the vicinity of the heterojunction surface between the electron transit layer 16b and the electron supply layer 16c. Each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is laminated on the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 by using an electron beam evaporation technique.

ゲート電極36は、ドレイン電極32とソース電極34の間であってドレイン電極32とソース電極34の双方から離れて配置されており、p型窒化物半導体層18に接して設けられている。p型窒化物半導体層18とゲート電極36は、JFET型ゲート構造を構成する。図2に示されるように、ゲート電極36は、ドレイン側ゲート電極部36a、上側ゲート電極部36b及びソース側ゲート電極部36cを有する。   The gate electrode 36 is disposed between the drain electrode 32 and the source electrode 34 and away from both the drain electrode 32 and the source electrode 34, and is provided in contact with the p-type nitride semiconductor layer 18. The p-type nitride semiconductor layer 18 and the gate electrode 36 constitute a JFET type gate structure. As shown in FIG. 2, the gate electrode 36 has a drain side gate electrode part 36a, an upper gate electrode part 36b, and a source side gate electrode part 36c.

ドレイン側ゲート電極部36aは、p型窒化物半導体層18のドレイン側に隣接する部分に配置されており、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saの上側部分に接する。これにより、p型窒化物半導体層18のドレイン側に隣接する部分では、窒化物半導体積層体16と薄肉絶縁膜部22aとドレイン側ゲート電極部36aが積層する。上側ゲート電極部36bは、p型窒化物半導体層18の上面に隣接する部分に配置されており、p型窒化物半導体層18の上面18Sbの全面に接する。ソース側ゲート電極部36cは、p型窒化物半導体層18のソース側に隣接する部分に配置されており、p型窒化物半導体層18のソース側の側面18Scの上側部分に接する。このように、ゲート電極36は、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saと上面18Sbの間の角部及びソース側の側面18Scと上面18Sbの間の角部の双方を覆うように、p型窒化物半導体層18に接する。換言すると、p型窒化物半導体層18は、窒化物半導体積層体16の上面に対して直交する方向から観測したときに(以下、「平面視したときに」という)、ゲート電極36の範囲内に設けられている。なお、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saとは、ドレイン電極32に向かい合う面をいう。同様に、p型窒化物半導体層18のソース側の側面18Scとは、ソース電極34に向かい合う面をいう。   The drain-side gate electrode portion 36 a is disposed in a portion adjacent to the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18 and is in contact with the upper portion of the side surface 18Sa on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18. Thereby, in the portion adjacent to the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, the nitride semiconductor stacked body 16, the thin insulating film portion 22a, and the drain side gate electrode portion 36a are stacked. Upper gate electrode portion 36b is disposed in a portion adjacent to the upper surface of p-type nitride semiconductor layer 18 and is in contact with the entire upper surface 18Sb of p-type nitride semiconductor layer 18. The source-side gate electrode portion 36 c is disposed in a portion adjacent to the source side of the p-type nitride semiconductor layer 18 and is in contact with the upper portion of the side 18 Sc on the source side of the p-type nitride semiconductor layer 18. As described above, the gate electrode 36 covers both the corner portion between the drain-side side surface 18Sa and the upper surface 18Sb and the corner portion between the source-side side surface 18Sc and the upper surface 18Sb of the p-type nitride semiconductor layer 18. , In contact with the p-type nitride semiconductor layer 18. In other words, the p-type nitride semiconductor layer 18 is within the range of the gate electrode 36 when observed from a direction orthogonal to the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 (hereinafter referred to as “when viewed in plan”). Is provided. The drain side surface 18Sa of the p-type nitride semiconductor layer 18 refers to a surface facing the drain electrode 32. Similarly, the side surface 18Sc on the source side of the p-type nitride semiconductor layer 18 is a surface facing the source electrode 34.

ゲート電極36の材料には、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ゲート電極36の材料には、一例ではチタンとアルミニウムの積層電極が用いられている。これにより、ゲート電極36は、p型窒化物半導体層18に対してオーミック接触可能に構成されている。ゲート電極36は、電子ビーム蒸着技術を利用して、p型窒化物半導体層18の上面及び絶縁膜22の上面に成膜されている。なお、ゲート電極36の材料には、窒化物半導体系の材料に対してショットキー接触可能な材料が用いられてもよい。   The material of the gate electrode 36 is preferably a material that can make ohmic contact with a nitride semiconductor material. As an example of the material of the gate electrode 36, a laminated electrode of titanium and aluminum is used. Thereby, the gate electrode 36 is configured to be in ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer 18. The gate electrode 36 is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 18 and the upper surface of the insulating film 22 by using an electron beam evaporation technique. The material of the gate electrode 36 may be a material that can make a Schottky contact with a nitride semiconductor material.

図1に示されるように、フィールドプレート38は、ゲート電極36からドレイン電極32に向けて延びており、絶縁膜22を介して窒化物半導体積層体16に対向する。すなわち、窒化物半導体積層体16と絶縁膜22とフィールドプレート38が積層する。図2に示されるように、フィールドプレート38は、ゲート電極36のドレイン側ゲート電極部36a、上側ゲート電極部36b及びソース側ゲート電極部36cの上面の全面に接するとともに、絶縁膜22の厚肉絶縁膜部22bを超えて中肉絶縁膜部22cの上面の一部にまで延設されている。   As shown in FIG. 1, the field plate 38 extends from the gate electrode 36 toward the drain electrode 32 and faces the nitride semiconductor stacked body 16 with the insulating film 22 interposed therebetween. That is, the nitride semiconductor multilayer body 16, the insulating film 22, and the field plate 38 are laminated. As shown in FIG. 2, the field plate 38 is in contact with the entire upper surfaces of the drain-side gate electrode portion 36a, the upper-side gate electrode portion 36b, and the source-side gate electrode portion 36c of the gate electrode 36, and has a thick wall of the insulating film 22. The insulating film part 22b is extended to a part of the upper surface of the middle insulating film part 22c beyond the insulating film part 22b.

次に、窒化物半導体装置1の動作を説明する。窒化物半導体装置1は、ドレイン電極32に正電位が印加され、ソース電極34に接地電位が印加されて用いられる。ゲート電極36が接地されているとき、p型窒化物半導体層18から伸びる空乏層が、p型窒化物半導体層18の下方において、電子走行層16bと電子供給層16cのヘテロ接合面近傍の2次元電子ガス層の電子を枯渇させる。このため、ドレイン電極32とソース電極34の間の電流経路は、このp型窒化物半導体層18が対向するヘテロ接合面において遮断され、窒化物半導体装置1はオフになる。   Next, the operation of the nitride semiconductor device 1 will be described. The nitride semiconductor device 1 is used with a positive potential applied to the drain electrode 32 and a ground potential applied to the source electrode 34. When the gate electrode 36 is grounded, the depletion layer extending from the p-type nitride semiconductor layer 18 is 2 below the p-type nitride semiconductor layer 18 in the vicinity of the heterojunction surface of the electron transit layer 16b and the electron supply layer 16c. Deplete electrons in the dimensional electron gas layer. Therefore, the current path between the drain electrode 32 and the source electrode 34 is cut off at the heterojunction surface where the p-type nitride semiconductor layer 18 faces, and the nitride semiconductor device 1 is turned off.

ゲート電極36に正電位が印加されると、p型窒化物半導体層18から伸びていた空乏層が縮小し、p型窒化物半導体層18の下方においても、電子走行層16bと電子供給層16cのヘテロ接合面近傍に2次元電子ガス層が発生する。ソース電極34から注入された電子は、2次元電子ガス層を介してドレイン電極32に流れ、窒化物半導体装置1はオンになる。このように、窒化物半導体装置1は、ノーマリオフで動作する。   When a positive potential is applied to the gate electrode 36, the depletion layer extending from the p-type nitride semiconductor layer 18 is reduced, and the electron transit layer 16b and the electron supply layer 16c are also below the p-type nitride semiconductor layer 18. A two-dimensional electron gas layer is generated in the vicinity of the heterojunction surface. Electrons injected from the source electrode 34 flow to the drain electrode 32 through the two-dimensional electron gas layer, and the nitride semiconductor device 1 is turned on. Thus, nitride semiconductor device 1 operates normally off.

図1及び図2に示されるように、窒化物半導体装置1は、ゲート電極36がドレイン側ゲート電極部36aを有することを1つの特徴とする。ドレイン側ゲート電極部36aは、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saの上側部分に接するように構成されている。このため、ドレイン側ゲート電極部36aは、p型窒化物半導体層18よりも薄い薄肉絶縁膜部22aを介して窒化物半導体積層体16に対向する。このように、ドレイン側ゲート電極部36aと窒化物半導体積層体16の間の距離が短いことから、ドレイン側ゲート電極部36aは、フィールドプレート効果を発揮することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the nitride semiconductor device 1 is characterized in that the gate electrode 36 has a drain-side gate electrode portion 36a. The drain-side gate electrode portion 36a is configured to be in contact with the upper portion of the drain-side side surface 18Sa of the p-type nitride semiconductor layer 18. For this reason, the drain-side gate electrode portion 36 a faces the nitride semiconductor stacked body 16 through the thin insulating film portion 22 a thinner than the p-type nitride semiconductor layer 18. Thus, since the distance between the drain side gate electrode part 36a and the nitride semiconductor laminated body 16 is short, the drain side gate electrode part 36a can exhibit the field plate effect.

窒化物半導体装置1では、p型窒化物半導体層18と電子供給層16cの接合面のうちのドレイン側の端部近傍において、電界強度が最大となる。例えば、ゲート電極36がドレイン側ゲート電極部36aを有していない場合、p型窒化物半導体層18のドレイン側において、フィールドプレート効果が発揮されず、その部分の電界強度が高くなる(図1に破線で示す)。一方、窒化物半導体装置1では、ドレイン側ゲート電極部36aがフィールドプレート効果を発揮することができるので、電界集中のピークが分散し、電界の最大強度が低下する(図1に実線で示す)。さらに、窒化物半導体装置1では、フィールドプレート38が中肉絶縁膜部22cの一部にまで延設されているので、これによっても電界集中のピークが分散し、電界の最大強度が低下する(図1に実線で示す)。このように、窒化物半導体装置1では、p型窒化物半導体層18のドレイン側において、アバランシェ降伏の発生が抑えられ、耐圧が向上する。   In the nitride semiconductor device 1, the electric field strength is maximized in the vicinity of the drain-side end portion of the joint surface between the p-type nitride semiconductor layer 18 and the electron supply layer 16 c. For example, when the gate electrode 36 does not have the drain side gate electrode portion 36a, the field plate effect is not exhibited on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, and the electric field strength at that portion becomes high (FIG. 1). (Shown in broken lines). On the other hand, in the nitride semiconductor device 1, since the drain side gate electrode portion 36a can exhibit the field plate effect, the peak of the electric field concentration is dispersed and the maximum intensity of the electric field is reduced (shown by a solid line in FIG. 1). . Furthermore, in the nitride semiconductor device 1, since the field plate 38 extends to a part of the middle insulating film portion 22c, this also disperses the peak of the electric field concentration and decreases the maximum strength of the electric field ( (Indicated in FIG. 1 by a solid line). As described above, in the nitride semiconductor device 1, the occurrence of avalanche breakdown is suppressed on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, and the breakdown voltage is improved.

さらに、図1及び図2に示されるように、窒化物半導体装置1では、ドレイン側ゲート電極部36aがp型窒化物半導体層18のドレイン側の側面18Saの一部に接しており、上側ゲート電極部36bがp型窒化物半導体層18の上面18Sbの全面に接しており、ソース側ゲート電極部36cがp型窒化物半導体層18のソース側の側面18Scの一部に接しており、これにより、ゲート電極36とp型窒化物半導体層18の接触面積が大きく確保されている。このため、p型窒化物半導体層18のドレイン側でアバランシェ降伏が発生しても、p型窒化物半導体層18を介してゲート電極36に流れるホール電流の電流経路が大きく確保されており、p型窒化物半導体層18とゲート電極36の接触面における電流集中(ホール電流密度の増加)が抑えられる。この点においても、窒化物半導体装置1は、高耐圧な特性を有することができる。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in the nitride semiconductor device 1, the drain side gate electrode portion 36 a is in contact with a part of the side 18 Sa on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, and the upper gate The electrode portion 36b is in contact with the entire upper surface 18Sb of the p-type nitride semiconductor layer 18, and the source-side gate electrode portion 36c is in contact with a part of the source-side side surface 18Sc of the p-type nitride semiconductor layer 18. Thus, a large contact area between the gate electrode 36 and the p-type nitride semiconductor layer 18 is ensured. Therefore, even if an avalanche breakdown occurs on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, a large current path for the hole current flowing through the gate electrode 36 through the p-type nitride semiconductor layer 18 is secured. Current concentration (increase in hole current density) at the contact surface between the type nitride semiconductor layer 18 and the gate electrode 36 is suppressed. Also in this respect, the nitride semiconductor device 1 can have a high breakdown voltage characteristic.

さらに、図1及び図2に示されるように、窒化物半導体装置1では、フィールドプレート38が、ドレイン側ゲート電極部36a、上側ゲート電極部36b及びソース側ゲート電極部36cの上面の全面に接しており、これにより、フィールドプレート38とゲート電極36の接触面積が大きく確保されている。このため、p型窒化物半導体層18のドレイン側でアバランシェ降伏が発生しても、p型窒化物半導体層18及びゲート電極36を介してフィールドプレート38に流れるホール電流の電流経路が大きく確保されており、ゲート電極36とフィールドプレート38の接触面における電流集中(ホール電流密度の増加)が抑えられる。この点においても、窒化物半導体装置1は、高耐圧な特性を有することができる。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in the nitride semiconductor device 1, the field plate 38 is in contact with the entire upper surfaces of the drain side gate electrode portion 36a, the upper gate electrode portion 36b, and the source side gate electrode portion 36c. Thus, a large contact area between the field plate 38 and the gate electrode 36 is ensured. Therefore, even if an avalanche breakdown occurs on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18, a large current path for the hole current flowing through the field plate 38 via the p-type nitride semiconductor layer 18 and the gate electrode 36 is secured. Therefore, current concentration (increase in hole current density) at the contact surface between the gate electrode 36 and the field plate 38 is suppressed. Also in this respect, the nitride semiconductor device 1 can have a high breakdown voltage characteristic.

次に、窒化物半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図3Aに示されるように、基板12上にバッファ層14、窒化物半導体積層体16及びp型窒化物半導体層18を積層する。バッファ層14、窒化物半導体積層体16及びp型窒化物半導体層18は、有機金属気相成長法を利用して、基板12上に順に結晶成長される。   Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device 1 will be described. First, as shown in FIG. 3A, the buffer layer 14, the nitride semiconductor stacked body 16, and the p-type nitride semiconductor layer 18 are stacked on the substrate 12. The buffer layer 14, the nitride semiconductor stacked body 16, and the p-type nitride semiconductor layer 18 are sequentially grown on the substrate 12 by using metal organic vapor phase epitaxy.

次に、図3Bに示されるように、ドライエッチング技術を利用して、p型窒化物半導体層18をパターニングする。p型窒化物半導体層18は、ドレイン電極の形成位置とソース電極の形成位置の間であってドレイン電極の形成位置とソース電極の形成位置の双方から離れた位置にパターニングされる。p型窒化物半導体層18の一部が除去され、窒化物半導体積層体16の上面の一部が露出する。さらに、p型窒化物半導体層18をパターニングした後に、化学気相成長法を利用して、p型窒化物半導体層18を覆って窒化物半導体積層体16の上面に絶縁膜22を成膜する。これにより、絶縁膜22は、p型窒化物半導体層18の存在位置において、残部よりも突出する凸部24を有する。   Next, as shown in FIG. 3B, the p-type nitride semiconductor layer 18 is patterned using a dry etching technique. The p-type nitride semiconductor layer 18 is patterned at a position between the formation position of the drain electrode and the formation position of the source electrode and away from both the formation position of the drain electrode and the formation position of the source electrode. A part of the p-type nitride semiconductor layer 18 is removed, and a part of the upper surface of the nitride semiconductor stacked body 16 is exposed. Further, after patterning the p-type nitride semiconductor layer 18, an insulating film 22 is formed on the upper surface of the nitride semiconductor stacked body 16 so as to cover the p-type nitride semiconductor layer 18 by using chemical vapor deposition. . Thereby, the insulating film 22 has a protruding portion 24 that protrudes from the remaining portion at the position where the p-type nitride semiconductor layer 18 is present.

次に、図3Cに示されるように、絶縁膜22の上面にマスク42を成膜する。マスク42は、ドレイン電極の形成位置の対応する開口42a、ソース電極の形成位置に対応する開口42b及びゲート電極の形成位置に対応する開口42cが形成されている。ここで、ゲート電極の形成位置に対応するマスク42の開口42cは、絶縁膜22の凸部24の上面の範囲内に位置決めされる。より詳細には、マスク42の開口42cのドレイン側の側面は、平面視したときに、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面と絶縁膜22の凸部24のドレイン側の側面の間となるように位置決めされる。マスク42の開口42cのソース側の側面は、平面視したときに、p型窒化物半導体層18のソース側の側面と絶縁膜22の凸部24のソース側の側面の間となるように位置決めされる。   Next, as shown in FIG. 3C, a mask 42 is formed on the upper surface of the insulating film 22. In the mask 42, an opening 42a corresponding to the formation position of the drain electrode, an opening 42b corresponding to the formation position of the source electrode, and an opening 42c corresponding to the formation position of the gate electrode are formed. Here, the opening 42 c of the mask 42 corresponding to the formation position of the gate electrode is positioned within the range of the upper surface of the convex portion 24 of the insulating film 22. More specifically, the side surface on the drain side of the opening 42c of the mask 42 is between the side surface on the drain side of the p-type nitride semiconductor layer 18 and the side surface on the drain side of the protrusion 24 of the insulating film 22 when viewed in plan. Is positioned so that The side surface on the source side of the opening 42c of the mask 42 is positioned so as to be between the side surface on the source side of the p-type nitride semiconductor layer 18 and the side surface on the source side of the convex portion 24 of the insulating film 22 when viewed in plan. Is done.

次に、図3Dに示されるように、ドライエッチング技術を利用して、マスク42の開口42a,42b,42cにおいて露出する絶縁膜22の一部を除去する。これにより、窒化物半導体積層体16の上面のうちのドレイン電極の形成位置及びソース電極の形成位置に対応する部分が露出する。さらに、p型窒化物半導体層18のドレイン側の側面の一部、上面の全面及びソース側の側面の一部が露出する。   Next, as shown in FIG. 3D, a part of the insulating film 22 exposed in the openings 42a, 42b, and 42c of the mask 42 is removed using a dry etching technique. Thus, portions of the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body 16 corresponding to the drain electrode formation position and the source electrode formation position are exposed. Further, a part of the side surface on the drain side, the entire upper surface, and a part of the side surface on the source side of the p-type nitride semiconductor layer 18 are exposed.

次に、図3Eに示されるように、マスク42を除去した後に、電子ビーム蒸着技術を利用して、ドレイン電極32及びソース電極34を形成する。さらに、電子ビーム蒸着技術を利用して、ゲート電極36を形成する。最後に、フィールドプレート等を成膜すると、図1に示す窒化物半導体装置1が完成する。   Next, as shown in FIG. 3E, after the mask 42 is removed, the drain electrode 32 and the source electrode 34 are formed using an electron beam evaporation technique. Further, the gate electrode 36 is formed using an electron beam evaporation technique. Finally, when a field plate or the like is formed, the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is completed.

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有する。   The technical features disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.

本明細書が開示する半導体装置は、電子走行層、電子走行層にヘテロ接合する電子供給層、電子供給層上にあるドレイン電極、ドレイン電極から離れた位置で電子供給層上にあるソース電極、ドレイン電極とソース電極の間の位置で電子供給層上にあるp型半導体層、p型半導体層とドレイン電極の間の位置で電子供給層上にある絶縁膜、及び、p型半導体層に接するゲート電極を備えていてもよい。絶縁膜は、p型半導体層の膜厚よりも薄い薄肉絶縁膜部を有する。薄肉絶縁膜部は、p型半導体層のドレイン側の側面に接する。ゲート電極は、p型半導体層のドレイン側の側面に接するとともに薄肉絶縁膜部を介して電子供給層に対向する。   The semiconductor device disclosed in this specification includes an electron transit layer, an electron supply layer heterojunction with the electron transit layer, a drain electrode on the electron supply layer, a source electrode on the electron supply layer at a position away from the drain electrode, A p-type semiconductor layer on the electron supply layer at a position between the drain electrode and the source electrode, an insulating film on the electron supply layer at a position between the p-type semiconductor layer and the drain electrode, and a p-type semiconductor layer A gate electrode may be provided. The insulating film has a thin insulating film portion thinner than the thickness of the p-type semiconductor layer. The thin insulating film portion is in contact with the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer. The gate electrode is in contact with the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and faces the electron supply layer through the thin insulating film portion.

ゲート電極は、p型半導体層の上面にも接してもよい。より好ましくは、ゲート電極は、p型半導体層の上面の全面に接するのが望ましい。さらに好ましくは、ゲート電極は、p型半導体層のソース側の側面の一部にも接するのが望ましい。これらの態様によると、ゲート電極とp型窒化物半導体層の接触面積が大きく確保されるので、アバランシェ降伏したときのホール電流の電流経路が大きく確保され、p型窒化物半導体層とゲート電極の接触面における電流集中(ホール電流密度の増加)が抑えられる。   The gate electrode may be in contact with the upper surface of the p-type semiconductor layer. More preferably, the gate electrode is in contact with the entire upper surface of the p-type semiconductor layer. More preferably, the gate electrode is also in contact with a part of the side surface on the source side of the p-type semiconductor layer. According to these aspects, since a large contact area between the gate electrode and the p-type nitride semiconductor layer is ensured, a large current path for the hole current when the avalanche breakdown occurs is ensured, and the p-type nitride semiconductor layer and the gate electrode Current concentration at the contact surface (increase in hole current density) is suppressed.

半導体装置は、ゲート電極に接しており、ゲート電極からドレイン電極に向けて延びており、絶縁膜を介して電子供給層に対向するフィールドプレートをさらに備えていてもよい。この場合、フィールドプレートは、p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分にあるゲート電極のドレイン側ゲート電極部及びp型半導体層の上面に隣接する部分にあるゲート電極の上側ゲート電極部の双方に接していてもよい。より好ましくは、ゲート電極は、p型半導体層のソース側の側面に隣接する部分に設けられているゲート電極のソース側ゲート電極部にも接するのが望ましい。これらの態様によると、フィールドプレートとゲート電極の接触面積が大きく確保されるので、アバランシェ降伏したときのホール電流の電流経路が大きく確保され、ゲート電極とフィールドプレートの接触面における電流集中(ホール電流密度の増加)が抑えられる。   The semiconductor device may further include a field plate that is in contact with the gate electrode, extends from the gate electrode toward the drain electrode, and faces the electron supply layer through an insulating film. In this case, the field plate includes the drain-side gate electrode portion of the gate electrode in the portion adjacent to the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and the upper gate electrode portion of the gate electrode in the portion adjacent to the upper surface of the p-type semiconductor layer. May be in contact with both. More preferably, the gate electrode is also in contact with the source-side gate electrode portion of the gate electrode provided in a portion adjacent to the side surface on the source side of the p-type semiconductor layer. According to these embodiments, a large contact area between the field plate and the gate electrode is ensured, so that a large current path for the hole current when the avalanche breakdown occurs is secured, and current concentration at the contact surface between the gate electrode and the field plate (hole current) Density increase) is suppressed.

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、p型半導体層を形成する工程、絶縁膜を形成する工程、絶縁膜の一部を除去する工程及びゲート電極を形成する工程を備えていてもよい。p型半導体層を形成する工程では、電子走行層とヘテロ接合する電子供給層上に、ドレイン電極の形成位置とソース電極の形成位置の間に位置するp型半導体層を形成する。絶縁膜を形成する工程では、p型半導体層を覆って電子供給層上に絶縁膜を形成する。絶縁膜の一部を除去する工程では、p型半導体層の少なくともドレイン側の側面の一部が露出するとともに電子供給層上に絶縁膜の一部が残存するように絶縁膜の一部を除去する。ゲート電極を形成する工程では、p型半導体層のドレイン側の側面の一部に接するとともに絶縁膜を介して電子供給層に対向するゲート電極を形成する。   The method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification may include a step of forming a p-type semiconductor layer, a step of forming an insulating film, a step of removing part of the insulating film, and a step of forming a gate electrode. Good. In the step of forming the p-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer located between the formation position of the drain electrode and the formation position of the source electrode is formed on the electron supply layer that is heterojunction with the electron transit layer. In the step of forming the insulating film, the insulating film is formed on the electron supply layer so as to cover the p-type semiconductor layer. In the step of removing a part of the insulating film, a part of the insulating film is removed so that at least a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer is exposed and a part of the insulating film remains on the electron supply layer. To do. In the step of forming the gate electrode, a gate electrode that is in contact with a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and faces the electron supply layer through the insulating film is formed.

本明細書が開示する半導体装置及びその製造方法において、電子走行層、電子供給層及びp型半導体層の材料が、化合物半導体であってもよく、特に、窒化物半導体であってもよい。   In the semiconductor device and the manufacturing method thereof disclosed in this specification, the material of the electron transit layer, the electron supply layer, and the p-type semiconductor layer may be a compound semiconductor, and in particular, a nitride semiconductor.

本明細書が開示する半導体装置及びその製造方法において、電子走行層の半導体材料は、InXaAlYaGa1−Xa−YaN(0≦Xa≦1、0≦Ya≦1、0≦Xa+Ya≦1)であり、電子供給層の半導体材料は、InXbAlYbGa1−Xb−YbN(0≦Xb≦1、0≦Yb≦1、0≦Xb+Yb≦1)であり、InXbAlYbGa1−Xb−YbNのバンドギャップがInXaAlYaGa1−Xa−YaNのバンドギャップよりも大きいのが望ましい。p型半導体層の半導体材料は、InXcAlYcGa1−Xc−YcN(0≦Xc≦1、0≦Yc≦1、0≦Xc+Yc≦1)である。p型半導体層の組成は、電子供給層の組成と同一でもよい。 In the semiconductor device and the manufacturing method thereof disclosed in this specification, the semiconductor material of the electron transit layer is In Xa Al Ya Ga 1-Xa-YaN (0 ≦ Xa ≦ 1, 0 ≦ Ya ≦ 1, 0 ≦ Xa + Ya ≦ is 1), the semiconductor material of the electron supply layer is an in Xb Al Yb Ga 1-Xb -Yb N (0 ≦ Xb ≦ 1,0 ≦ Yb ≦ 1,0 ≦ Xb + Yb ≦ 1), in Xb Al Yb Ga 1-Xb-Yb bandgap of N is in Xa Al Ya Ga 1-Xa -Ya N greater than the band gap is desired. semiconductor material of the p-type semiconductor layer is an In Xc Al Yc Ga 1-Xc -Yc N (0 ≦ Xc ≦ 1,0 ≦ Yc ≦ 1,0 ≦ Xc + Yc ≦ 1). The composition of the p-type semiconductor layer may be the same as that of the electron supply layer.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

1:窒化物半導体装置
12:基板
14:バッファ層
16:窒化物半導体積層体
16a:GaN層
16b:電子走行層
16c:電子供給層
18:p型窒化物半導体層
22:絶縁膜
32:ドレイン電極
34:ソース電極
36:ゲート電極
36a:ドレイン側ゲート電極部
36b:上側ゲート電極部
36c:ソース側ゲート電極部
38:フィールドプレート
1: nitride semiconductor device 12: substrate 14: buffer layer 16: nitride semiconductor laminate 16a: GaN layer 16b: electron transit layer 16c: electron supply layer 18: p-type nitride semiconductor layer 22: insulating film 32: drain electrode 34: Source electrode 36: Gate electrode 36a: Drain side gate electrode part 36b: Upper gate electrode part 36c: Source side gate electrode part 38: Field plate

Claims (7)

電子走行層と、
前記電子走行層にヘテロ接合する電子供給層と、
前記電子供給層上にあるドレイン電極と、
前記ドレイン電極から離れた位置で前記電子供給層上にあるソース電極と、
前記ドレイン電極と前記ソース電極の間の位置で前記電子供給層上にあるp型半導体層と、
前記p型半導体層と前記ドレイン電極の間の位置で前記電子供給層上にある絶縁膜と、
前記p型半導体層に接するゲート電極と、を備え、
前記絶縁膜は、前記p型半導体層の膜厚よりも薄い薄肉絶縁膜部を有し、
前記薄肉絶縁膜部は、前記p型半導体層のドレイン側の側面に接し、
前記ゲート電極は、前記p型半導体層のドレイン側の側面に接するとともに前記薄肉絶縁膜部を介して前記電子供給層に対向する、半導体装置。
An electronic travel layer,
An electron supply layer heterojunction to the electron transit layer;
A drain electrode on the electron supply layer;
A source electrode on the electron supply layer at a position away from the drain electrode;
A p-type semiconductor layer on the electron supply layer at a position between the drain electrode and the source electrode;
An insulating film on the electron supply layer at a position between the p-type semiconductor layer and the drain electrode;
A gate electrode in contact with the p-type semiconductor layer,
The insulating film has a thin insulating film portion thinner than the thickness of the p-type semiconductor layer,
The thin insulating film portion is in contact with the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer,
The gate electrode is in contact with the drain-side side surface of the p-type semiconductor layer and faces the electron supply layer through the thin insulating film portion.
前記ゲート電極に接しており、前記ゲート電極から前記ドレイン電極に向けて延びており、前記絶縁膜を介して前記電子供給層に対向するフィールドプレートをさらに備える、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a field plate that is in contact with the gate electrode, extends from the gate electrode toward the drain electrode, and faces the electron supply layer with the insulating film interposed therebetween. 前記ゲート電極は、前記p型半導体層の上面にも接する、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is also in contact with an upper surface of the p-type semiconductor layer. 前記ゲート電極に接しており、前記ゲート電極から前記ドレイン電極に向けて延びており、前記絶縁膜を介して前記電子供給層に対向するフィールドプレートをさらに備え、
前記フィールドプレートは、前記p型半導体層のドレイン側の側面に隣接する部分にある前記ゲート電極のドレイン側ゲート電極部及び前記p型半導体層の上面に隣接する部分にある前記ゲート電極の上側ゲート電極部の双方に接する、請求項3に記載の半導体装置。
A field plate that is in contact with the gate electrode, extends from the gate electrode toward the drain electrode, and faces the electron supply layer via the insulating film;
The field plate includes a drain side gate electrode portion of the gate electrode in a portion adjacent to a side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and an upper gate of the gate electrode in a portion adjacent to the upper surface of the p-type semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor device is in contact with both electrode portions.
前記電子走行層、前記電子供給層及び前記p型半導体層の材料が、窒化物半導体である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein materials of the electron transit layer, the electron supply layer, and the p-type semiconductor layer are nitride semiconductors. 電子走行層とヘテロ接合する電子供給層上に、ドレイン電極の形成位置とソース電極の形成位置の間に位置するp型半導体層を形成する工程と、
前記p型半導体層を覆って前記電子供給層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記p型半導体層の少なくともドレイン側の側面の一部が露出するとともに前記電子供給層上に前記絶縁膜の一部が残存するように前記絶縁膜の一部を除去する工程と、
前記p型半導体層の前記ドレイン側の側面の一部に接するとともに前記絶縁膜を介して前記電子供給層に対向するゲート電極を形成する工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
Forming a p-type semiconductor layer positioned between the formation position of the drain electrode and the formation position of the source electrode on the electron supply layer heterojunction with the electron transit layer;
Forming an insulating film on the electron supply layer so as to cover the p-type semiconductor layer;
Removing a part of the insulating film such that at least a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer is exposed and a part of the insulating film remains on the electron supply layer;
Forming a gate electrode in contact with a part of the side surface on the drain side of the p-type semiconductor layer and facing the electron supply layer through the insulating film.
前記電子走行層、前記電子供給層及び前記p型半導体層の材料が、窒化物半導体である、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein materials of the electron transit layer, the electron supply layer, and the p-type semiconductor layer are nitride semiconductors.
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