JP2018101755A - Heterojunction field effect transistor and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a heterojunction field effect transistor capable of preventing the degradation of high-frequency properties; and a manufacturing method of the heterojunction field effect transistor.SOLUTION: A heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor comprises: a channel layer 3; a barrier layer 4, formed on the channel layer 3, which makes a heterojunction with the channel layer 3, and contains at least indium; a gate electrode 5 formed in a predetermined region on the barrier layer 4; a source electrode 6 and a drain electrode 7 which are respectively formed on one side and the other side of the gate electrode 5 on the barrier layer 4; and a protection film 9, made of aluminum oxide, which is formed in an area other than regions, on the barrier layer 4, where the gate electrode 5, the source electrode 6, and the drain electrode 7 are formed. In the protection film 9, a ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide is 1.97 or greater.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、窒化物を含む半導体である窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, which is a semiconductor containing nitride, and a method for manufacturing the same.

窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)は、高破壊電界かつ高電子移動度という特長を有しており、高周波・高出力で動作するデバイスとして期待されている。   High electron mobility transistors (HEMTs) using nitride semiconductors have the characteristics of a high breakdown electric field and high electron mobility, and are expected as devices that operate at high frequencies and high outputs. .

従来、バリア層にAlGaNを用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、高耐圧化および電流コラプス等を改善するために、半導体表面の保護膜にSiNを用いた構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in a heterojunction field effect transistor using AlGaN as a barrier layer, a structure using SiN as a protective film on a semiconductor surface has been proposed in order to improve the breakdown voltage and improve current collapse (for example, patents). Reference 1).

また、バリア層にIn(インジウム)を含む窒化物半導体、例えばInAlNを用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタは、高いキャリア濃度を有するため、更なる高出力化が期待されている(例えば、非特許文献1,2参照)。InAlNは、大きな自発分極を有し、かつ不連続の大きな伝導帯エネルギーを生じるため、電子の閉じ込め効果に優れ、バリア層にAlGaNを用いる場合よりも高い2次元電子ガス(2-Dimentional Electron Gas:2DEG)濃度が得られる。   In addition, a heterojunction field-effect transistor using a nitride semiconductor containing In (indium) in the barrier layer, for example, InAlN, has a high carrier concentration, and therefore, higher output is expected (for example, non-patent) References 1 and 2). Since InAlN has a large spontaneous polarization and generates a large discontinuous conduction band energy, it has an excellent electron confinement effect and is higher than the case where AlGaN is used for the barrier layer (2-Dimensional Electron Gas: 2DEG) concentration is obtained.

特開2002−359256号公報JP 2002-359256 A

A.Matulionis他、”Window for better reliability of nitride heterostructure field effect transistors”、Microelectronics Reliability 52、2012、p.p.2149-2152A. Matulionis et al., “Window for better reliability of nitride heterostructure field effect transistors”, Microelectronics Reliability 52, 2012, p.p.2149-2152 J.Kuzmik他、”Power Electronics on InAlN/(In)GaN : Prospect for a Record Performance”、IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS、VOL.22、NO.11、2001、p.p.510-512J. Kuzmik et al., “Power Electronics on InAlN / (In) GaN: Prospect for a Record Performance”, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL.22, NO.11, 2001, p.p.510-512

バリア層にInを含む窒化物半導体を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、Siを含む保護膜を用いると、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの耐圧低下、および電流コラプスの発生による高周波特性の劣化が生じる。従って、バリア層にInを含む窒化物半導体を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタでは、Siを含む保護膜を用いることができないという問題がある。   In a heterojunction field effect transistor using a nitride semiconductor containing In as a barrier layer, if a protective film containing Si is used, the breakdown voltage of the heterojunction field effect transistor is reduced and the high frequency characteristics are degraded due to the occurrence of current collapse. Arise. Therefore, a heterojunction field effect transistor using a nitride semiconductor containing In as a barrier layer has a problem that a protective film containing Si cannot be used.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高周波特性の劣化を抑制することが可能なヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a heterojunction field effect transistor capable of suppressing deterioration of high-frequency characteristics and a method for manufacturing the same.

上記の課題を解決するために、本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、第1窒化物半導体層と、第1窒化物半導体層上に形成された、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層と、第2窒化物半導体層上の予め定められた領域に形成されたゲート電極と、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極の一方側と他方側とに各々形成されたソース電極およびドレイン電極と、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に形成された、酸化アルミニウムからなる保護膜とを備え、保護膜は、酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上である。   In order to solve the above problem, a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, and includes a first nitride semiconductor layer and a first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer containing at least In that forms a heterojunction with the first nitride semiconductor layer, and a gate electrode formed in a predetermined region on the second nitride semiconductor layer; A source electrode and a drain electrode respectively formed on one side and the other side of the gate electrode on the second nitride semiconductor layer; and on the second nitride semiconductor layer, the gate electrode, the source electrode, and And a protective film made of aluminum oxide formed in a region other than the region where the drain electrode is formed. The protective film has a ratio of oxygen to aluminum in aluminum oxide of 1 It is 97 or more.

また、本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、(b)工程(a)の後、第1窒化物半導体層上に、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、(d)工程(c)の後、第2窒化物半導体層上のゲート電極が形成されるべき領域にゲート電極を形成する工程と、(e)工程(d)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程とを備え、工程(e)において、保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾン量の割合は5.7%以上である。   In addition, a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, comprising: (a) forming a first nitride semiconductor layer; b) After step (a), forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer; and step (c). After (b), forming a source electrode and a drain electrode on the second nitride semiconductor layer on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed, and (d) step ( c) a step of forming a gate electrode in a region where the gate electrode is to be formed on the second nitride semiconductor layer; and (e) after the step (d), on the second nitride semiconductor layer. , Gate electrode, source electrode, and drain electrode And a step of forming a protective film made of aluminum oxide in a region other than the region where the protective layer is formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and is supplied at the time of supplying ozone when forming the protective film in step (e) The ratio of the ozone amount to the total gas amount is 5.7% or more.

また、本発明によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、(b)工程(a)の後、第1窒化物半導体層上に、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、(d)工程(c)の後、第2窒化物半導体層上であって、ソース電極およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程と、(e)工程(d)の後、保護膜のゲート電極が形成されるべき領域に対応する領域に開口部を形成し、開口部にゲート電極を形成する工程とを備え、工程(d)において、保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾン量の割合は5.7%以上である。   In addition, a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the present invention is a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, comprising: (a) forming a first nitride semiconductor layer; b) After step (a), forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer; and step (c). After (b), forming a source electrode and a drain electrode on the second nitride semiconductor layer on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed, and (d) step ( c) a step of forming a protective film made of aluminum oxide on the second nitride semiconductor layer in a region other than the region where the source electrode and the drain electrode are formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method; (E After the step (d), an opening is formed in a region corresponding to a region where the gate electrode of the protective film is to be formed, and a gate electrode is formed in the opening. In the step (d), the protective film The ratio of the amount of ozone in the total amount of gas supplied at the time of ozone supply when forming is 5.7% or more.

本発明によると、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、第1窒化物半導体層と、第1窒化物半導体層上に形成された、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層と、第2窒化物半導体層上の予め定められた領域に形成されたゲート電極と、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極の一方側と他方側とに各々形成されたソース電極およびドレイン電極と、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に形成された、酸化アルミニウムからなる保護膜とを備え、保護膜は、酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上であるため、高周波特性の劣化を抑制することが可能となる。   According to the present invention, the heterojunction field effect transistor is a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, the first nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer including at least In that forms a heterojunction with the nitride semiconductor layer; a gate electrode formed in a predetermined region on the second nitride semiconductor layer; and the second nitride semiconductor layer A source electrode and a drain electrode respectively formed on one side and the other side of the gate electrode, and a region on the second nitride semiconductor layer where the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed A protective film made of aluminum oxide formed in a region other than the above, and since the ratio of oxygen to aluminum in aluminum oxide is 1.97 or more, the protective film has a high It is possible to suppress the deterioration of the wave characteristics.

また、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、(b)工程(a)の後、第1窒化物半導体層上に、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、(d)工程(c)の後、第2窒化物半導体層上のゲート電極が形成されるべき領域にゲート電極を形成する工程と、(e)工程(d)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程とを備え、工程(e)において、保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾン量の割合は5.7%以上であるため、高周波特性の劣化を抑制することが可能となる。   In addition, the method of manufacturing a heterojunction field effect transistor is a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, wherein (a) a step of forming a first nitride semiconductor layer, and (b) step After (a), a step of forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer, and (c) step (b) A step of forming a source electrode and a drain electrode on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed on the second nitride semiconductor layer, and (d) step (c) A step of forming a gate electrode in a region where the gate electrode is to be formed on the second nitride semiconductor layer; and (e) after the step (d), on the second nitride semiconductor layer, Source electrode and drain electrode are formed Forming a protective film made of aluminum oxide in a region other than the region by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and in step (e), the total amount of gas supplied during ozone supply when forming the protective film Since the ratio of the amount of ozone occupied is 5.7% or more, it is possible to suppress the deterioration of the high frequency characteristics.

また、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法は、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、(b)工程(a)の後、第1窒化物半導体層上に、第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、(c)工程(b)の後、第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、(d)工程(c)の後、第2窒化物半導体層上であって、ソース電極およびドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程と、(e)工程(d)の後、保護膜のゲート電極が形成されるべき領域に対応する領域に開口部を形成し、開口部にゲート電極を形成する工程とを備え、工程(d)において、保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾン量の割合は5.7%以上であるため、高周波特性の劣化を抑制することが可能となる。   In addition, the method of manufacturing a heterojunction field effect transistor is a method of manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, wherein (a) a step of forming a first nitride semiconductor layer, and (b) step After (a), a step of forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer, and (c) step (b) A step of forming a source electrode and a drain electrode on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed on the second nitride semiconductor layer, and (d) step (c) And (e) forming a protective film made of aluminum oxide on the second nitride semiconductor layer in a region other than the region where the source electrode and the drain electrode are formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method; Step (d) A step of forming an opening in a region corresponding to a region where the gate electrode of the protective film is to be formed, and forming a gate electrode in the opening; and in forming the protective film in the step (d) Since the ratio of the ozone amount to the total gas amount supplied at the time of ozone supply is 5.7% or more, it is possible to suppress the deterioration of the high frequency characteristics.

本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの保護膜形成時におけるオゾン濃度に対する高周波特性を示す図である。It is a figure which shows the high frequency characteristic with respect to ozone concentration at the time of protective film formation of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による酸化アルミニウム膜におけるアルミニウムに対する酸素の比率とオゾン濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the oxygen with respect to the aluminum in the aluminum oxide film by Embodiment 1 of this invention, and ozone concentration. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a structure of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor by Embodiment 2 of this invention.

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<実施の形態1>
<構成>
まず、本発明の実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成について説明する。
<Embodiment 1>
<Configuration>
First, the configuration of the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成の一例を示す断面図である。なお、図1に示すヘテロ接合電界効果型トランジスタは、III族窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタであるものとする。III族窒化物半導体とは、III族元素を含む窒化物半導体のことをいう。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment. Note that the heterojunction field-effect transistor shown in FIG. 1 is a high electron mobility transistor using a group III nitride semiconductor. The group III nitride semiconductor refers to a nitride semiconductor containing a group III element.

図1に示すように、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、基板1と、基板1上に形成されたバッファ層2と、バッファ層2上に形成された第1窒化物半導体層であるチャネル層3と、チャネル層3上に形成された第2窒化物半導体層であるバリア層4とを備えている。   As shown in FIG. 1, the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment includes a substrate 1, a buffer layer 2 formed on the substrate 1, and a first nitride semiconductor formed on the buffer layer 2. A channel layer 3 that is a layer and a barrier layer 4 that is a second nitride semiconductor layer formed on the channel layer 3 are provided.

チャネル層3は、III族窒化物半導体であるAlGa1−xN(0≦x≦1)で構成されている。バリア層4は、チャネル層3よりもバンドギャップが大きく、少なくともInを含むIII族窒化物半導体であるInAlGa1−y−zN(0<y≦1,0<z≦1,0<y+z≦1)で構成されている。チャネル層3とバリア層4とはヘテロ接合を成しており、チャネル層3とバリア層4とのヘテロ界面には2次元電子ガスと呼ばれる高濃度のキャリアが発生している。チャネル層3は、不純物がドーピングされていないアンドープ層であるため、2次元電子ガスは高い移動度を有する。これにより、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、高周波化および大電流化が可能となる。 The channel layer 3 is made of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), which is a group III nitride semiconductor. The barrier layer 4 has a band gap larger than that of the channel layer 3 and is a group III nitride semiconductor containing at least In. In y Al z Ga 1-yz N (0 <y ≦ 1, 0 <z ≦ 1, 0 <y + z ≦ 1). The channel layer 3 and the barrier layer 4 form a heterojunction, and high-concentration carriers called two-dimensional electron gas are generated at the heterointerface between the channel layer 3 and the barrier layer 4. Since the channel layer 3 is an undoped layer that is not doped with impurities, the two-dimensional electron gas has high mobility. As a result, the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment can be increased in frequency and current.

バリア層4の表面上には、ショットキー電極として選択的に形成されたゲート電極5と、ゲート電極5を挟んで対向するようにオーミック電極として形成されたソース電極6およびドレイン電極7とを備えている。すなわち、ゲート電極5は、バリア層4上の予め定められた領域に形成される。また、ソース電極6およびドレイン電極7は、バリア層4上であって、ゲート電極5の一方側と他方側とに各々形成される。ゲート電極5はバリア層4に対してショットキー接触し、ソース電極6およびドレイン電極7はバリア層4に対してオーミック接触する。   On the surface of the barrier layer 4, a gate electrode 5 selectively formed as a Schottky electrode, and a source electrode 6 and a drain electrode 7 formed as ohmic electrodes so as to face each other with the gate electrode 5 interposed therebetween are provided. ing. That is, the gate electrode 5 is formed in a predetermined region on the barrier layer 4. The source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the barrier layer 4 and on one side and the other side of the gate electrode 5, respectively. The gate electrode 5 is in Schottky contact with the barrier layer 4, and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are in ohmic contact with the barrier layer 4.

ヘテロ接合電界効果型トランジスタを形成する領域以外の領域におけるチャネル層3およびバリア層4には、素子分離領域8が形成されている。素子分離領域8は、隣接するヘテロ接合電界効果型トランジスタを分離するために設けられた領域である。   An isolation region 8 is formed in the channel layer 3 and the barrier layer 4 in a region other than the region where the heterojunction field effect transistor is formed. The element isolation region 8 is a region provided for isolating adjacent heterojunction field effect transistors.

バリア層4の表面上であって、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7が形成された領域以外の領域には、酸化アルミニウムからなる保護膜9が形成されている。保護膜9は、ALD(Atomic Layer Deposition)法によって酸化アルミニウムを堆積することにより形成される。具体的には、反応炉内にアルミニウムの原料となるトリメチルアルミニウム(TMA:Al(CH)を供給してバリア層4上に吸着させた後、TMAを排気する。すなわち、TMAは、減圧下における酸素によってパージされる。次いで、反応炉内に酸素の原料となるオゾンをオゾン発生器から供給してバリア層4上に吸着したTMAと反応させた後、オゾンを排気する。すなわち、オゾンは、減圧下における酸素によってパージされる。なお、TMAおよびオゾンの供給には、酸素が用いられる。このように、TMAの供給からオゾンの排気までの4ステップを1サイクルすると、バリア層4上に1原子層分の酸化アルミニウムが形成される。そして、当該1サイクルを複数回繰り返すことによって、高品質かつ膜厚の制御性が良好な酸化アルミニウムからなる保護膜9を形成することができる。 A protective film 9 made of aluminum oxide is formed on the surface of the barrier layer 4 in a region other than the region where the gate electrode 5, the source electrode 6, and the drain electrode 7 are formed. The protective film 9 is formed by depositing aluminum oxide by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. Specifically, trimethylaluminum (TMA: Al (CH 3 ) 3 ) serving as an aluminum raw material is supplied into the reaction furnace and adsorbed onto the barrier layer 4, and then TMA is exhausted. That is, TMA is purged with oxygen under reduced pressure. Next, ozone as a raw material of oxygen is supplied from the ozone generator into the reaction furnace to react with TMA adsorbed on the barrier layer 4, and then the ozone is exhausted. That is, ozone is purged with oxygen under reduced pressure. Note that oxygen is used to supply TMA and ozone. As described above, when one cycle of the four steps from the supply of TMA to the exhaust of ozone is performed in one cycle, aluminum oxide for one atomic layer is formed on the barrier layer 4. Then, by repeating the cycle one or more times, the protective film 9 made of aluminum oxide having high quality and good film thickness controllability can be formed.

図2は、保護膜9の形成時におけるオゾン濃度に対する高周波特性を示す図である。オゾン濃度とは、保護膜9をALD法によって形成する際のオゾン供給時に反応炉内に供給される全ガス量に占めるオゾンの供給量の割合のことをいう。全ガス量は、反応炉内に供給される酸素の供給量とオゾンの供給量との合計である。   FIG. 2 is a diagram showing high-frequency characteristics with respect to ozone concentration when the protective film 9 is formed. The ozone concentration refers to the ratio of the amount of ozone supplied to the total amount of gas supplied into the reactor when supplying ozone when the protective film 9 is formed by the ALD method. The total gas amount is the sum of the oxygen supply amount and the ozone supply amount supplied into the reactor.

なお、酸素の供給量は一定とし、オゾンの供給量のみを変えてオゾン濃度を変化させている。また、DC(Direct Current)測定によるドレイン電流の測定、および高周波(Radio Frequency:RF)測定によるドレイン電流の測定において、ゲート電圧を一定としかつ同じドレイン電圧としたときの、DC測定で測定したドレイン電流値に対する高周波測定で測定したドレイン電流値の比を、トランジスタの高周波特性の指標とする。   The supply amount of oxygen is constant, and the ozone concentration is changed by changing only the supply amount of ozone. In addition, in the measurement of the drain current by DC (Direct Current) measurement and the measurement of the drain current by radio frequency (RF) measurement, the drain measured by DC measurement when the gate voltage is constant and the same drain voltage. The ratio of the drain current value measured by the high frequency measurement to the current value is used as an index of the high frequency characteristics of the transistor.

図2に示すように、オゾン濃度が増加すると、トランジスタの高周波特性は向上し、オゾン濃度が5.7%以上でDC特性の電流値と同じ、すなわちDC測定で測定したドレイン電流値に対する高周波測定で測定したドレイン電流値の比が100%となる。オゾン濃度が増加する、すなわち活性化酸素の供給量が多くなることによって、酸化アルミニウムの酸素含有率が増加して酸素リッチとなる。ALD法によって酸化アルミニウムを形成すると、半導体表面に存在するインジウムまたはアルミニウムの酸化物からなる自然酸化層の酸化インジウムが酸化アルミニウムになりやすい。これは、標準生成ギプスエネルギーが酸化インジウムで約−830kJ/mol、酸化アルミニウムで約−1560kJ/molであり、酸化インジウムよりも酸化アルミニウムの方が安定であるため、酸化インジウムの酸素が外れて酸化アルミニウムとなる。これにより、半導体表面に存在する酸化インジウムからなる変質層が除去され、高周波特性が向上する。   As shown in FIG. 2, when the ozone concentration is increased, the high-frequency characteristics of the transistor are improved, and the ozone concentration is 5.7% or more, which is the same as the current value of the DC characteristics, that is, the high-frequency measurement with respect to the drain current value measured by DC measurement. The ratio of the drain current value measured in step 100 is 100%. As the ozone concentration increases, that is, the supply amount of activated oxygen increases, the oxygen content of aluminum oxide increases and becomes oxygen rich. When aluminum oxide is formed by the ALD method, indium oxide in a natural oxide layer made of indium or aluminum oxide existing on the semiconductor surface is likely to be aluminum oxide. This is because the standard generated cast energy is about -830 kJ / mol for indium oxide and about -1560 kJ / mol for aluminum oxide. Since aluminum oxide is more stable than indium oxide, the oxygen of indium oxide is removed and oxidized. It becomes aluminum. Thereby, the altered layer made of indium oxide existing on the semiconductor surface is removed, and the high frequency characteristics are improved.

ALD法によって酸化アルミニウムの堆積を開始すると、まずアルミニウムの原料となるトリメチルアルミニウムが吸着し、表面がアルミニウムで覆われ下地の酸素と結合して第1層目のアルミニウム層が形成される。次に供給された活性酸素であるオゾンがアルミニウム層上に吸着および結合して酸化アルミニウムを形成していくが、このとき表面に形成された酸化インジウムの酸素は、アルミニウムとの結合を強めるためインジウムとの結合が弱くなって抜けると考えらえる。オゾン濃度を増加させると高周波特性が向上していることから分かるように、オゾン濃度が高いほど半導体表面に存在する酸化インジウムからなる変質層がなくなりやすい。   When deposition of aluminum oxide is started by the ALD method, trimethylaluminum, which is a raw material for aluminum, is first adsorbed, and the surface is covered with aluminum and combined with underlying oxygen to form a first aluminum layer. Next, the supplied active oxygen, ozone, is adsorbed and bonded onto the aluminum layer to form aluminum oxide. At this time, the oxygen of indium oxide formed on the surface of the indium oxide strengthens the bond with aluminum. It seems that the bond with and weakens. As the ozone concentration is increased, the high-frequency characteristics are improved. As the ozone concentration is higher, the altered layer made of indium oxide existing on the semiconductor surface is more likely to disappear.

図3は、XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析によって得られた酸化アルミニウム膜におけるアルミニウムに対する酸素の比率とオゾン濃度との関係を示す図である。XPS分析の対象となる酸化アルミニウム膜は、図1に示すヘテロ接合電界効果トランジスタの保護膜9を形成する際に、一緒に反応炉内に入れたSi基板上に堆積して形成したものである。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the ratio of oxygen to aluminum and the ozone concentration in an aluminum oxide film obtained by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis. The aluminum oxide film to be subjected to XPS analysis is formed by depositing on the Si substrate put together in the reaction furnace when forming the protective film 9 of the heterojunction field effect transistor shown in FIG. .

図3に示すように、上記の図2に示す高周波特性と同様、オゾン濃度が増加すると、アルミニウムに対する酸素の比は増加する。また、図2に示す高周波特性において、DC測定で測定したドレイン電流値に対する高周波測定で測定したドレイン電流値の比が100%となる酸化アルミニウム膜におけるアルミニウムに対する酸素の比は1.97となった。しかし、半導体表面に存在する変質層はせいぜい数nmであるため、この後にオゾン濃度が5.7%以上に増加すると半導体表面に存在する酸化インジウムが完全に酸化アルミニウムになるため、高周波特性は飽和する。また、酸化アルミニウム膜におけるアルミニウムに対する酸素の比も増加するが、高周波特性と同様に飽和する。   As shown in FIG. 3, the ratio of oxygen to aluminum increases as the ozone concentration increases, similar to the high frequency characteristics shown in FIG. Further, in the high frequency characteristics shown in FIG. 2, the ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide film in which the ratio of the drain current value measured by high frequency measurement to the drain current value measured by DC measurement is 100% is 1.97. . However, since the altered layer present on the semiconductor surface is at most several nm, if the ozone concentration is increased to 5.7% or more after that, the indium oxide present on the semiconductor surface is completely converted to aluminum oxide, so that the high frequency characteristics are saturated. To do. In addition, the ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide film increases, but saturates similarly to the high frequency characteristics.

<製造方法>
次に、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the first embodiment will be described.

図4は、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。図4に示すように、本実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、エピ作製工程、ソース・ドレイン電極形成工程、素子分離形成工程、ゲート電極形成工程、および保護膜形成工程を備えている。以下では、各工程について図5〜13を用いて順に説明する。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment includes an epi fabrication process, a source / drain electrode formation process, an element isolation formation process, a gate electrode formation process, and a protective film formation process. Yes. Below, each process is demonstrated in order using FIGS.

<エピ作製工程>
まず、図5に示すように、例えば、サファイア、SiC(炭化シリコン)、GaN(窒化ガリウム)、またはSi(シリコン)等よりなる基板1を準備する。
<Epi fabrication process>
First, as shown in FIG. 5, for example, a substrate 1 made of sapphire, SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Si (silicon), or the like is prepared.

次に、図6に示すように、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:気相成長)法またはMBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長)法などのエピタキシャル成長法によって、基板1の主表面上に、バッファ層2、チャネル層3、およびバリア層4を順次に積層する。   Next, as shown in FIG. 6, on the main surface of the substrate 1 by an epitaxial growth method such as MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, for example. The buffer layer 2, the channel layer 3, and the barrier layer 4 are sequentially stacked.

チャネル層3は、III族窒化物半導体であるAlGa1−xN(0≦x≦1)で構成される。チャネル層3の膜厚は、少なくとも電子が流れ得る厚さであればよく、例えば500nm〜3000nmであればよい。なお、チャネル層3の不純物濃度は問わない。 The channel layer 3 is composed of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) which is a group III nitride semiconductor. The film thickness of the channel layer 3 should just be the thickness which can flow an electron at least, for example, should just be 500 nm-3000 nm. The impurity concentration of the channel layer 3 does not matter.

バリア層4は、チャネル層3よりもバンドギャップが大きく、少なくともInを含むIII族窒化物半導体であるInAlGa1−y−zN(0<y≦1,0<z≦1,0<y+z≦1)で構成される。例えば、x=0でチャネル層3を形成し、y=0.18、z=0.82でバリア層4を形成する場合において、バリア層4の格子定数がチャネル層3であるGaNの格子定数と等しくなるため、ミスフィット転位等の欠陥が少ない無歪みのバリア層4を形成することができる。バリア層4の不純物濃度は、バリア層4を高耐圧層とするために1×1018cm−3以下に設定される。なお、バリア層4の不純物は常にn型である。窒化物半導体では、意図的に不純物をドーピングしないノンドープの場合であっても、成長炉または雰囲気ガス中から不純物が窒化物半導体中に入るため、このような窒化物半導体はn型の不純物を含むことになる。従って、バリア層4は、結晶成長時においてノンドープであっても、実際の不純物濃度が1×1018cm−3以下であればよい。 The barrier layer 4 has a band gap larger than that of the channel layer 3 and is a group III nitride semiconductor containing at least In. In y Al z Ga 1-yz N (0 <y ≦ 1, 0 <z ≦ 1, 0 <y + z ≦ 1). For example, when the channel layer 3 is formed with x = 0 and the barrier layer 4 is formed with y = 0.18 and z = 0.82, the lattice constant of GaN whose barrier layer 4 is the channel layer 3 is used. Therefore, an unstrained barrier layer 4 with few defects such as misfit dislocations can be formed. The impurity concentration of the barrier layer 4 is set to 1 × 10 18 cm −3 or less in order to make the barrier layer 4 a high breakdown voltage layer. The impurity of the barrier layer 4 is always n-type. Nitride semiconductors contain n-type impurities because impurities enter the nitride semiconductor from the growth furnace or atmospheric gas even in the case of non-doping in which impurities are not intentionally doped. It will be. Therefore, even if the barrier layer 4 is non-doped during crystal growth, the actual impurity concentration may be 1 × 10 18 cm −3 or less.

<ソース・ドレイン電極形成工程>
次に、図7に示すように、写真製版によって、バリア層4上であってソース電極6およびドレイン電極7を形成する領域以外の領域にレジストパターン10を形成する。そして、レジストパターン10をマスクとして、オーミック電極となる金属、例えばTiおよびAlの積層膜を堆積する。積層膜としては、例えばTi、Al、Pt、Nb、Au、Hf、Zr、Sr、Ni、Ta、Mo、およびW等の金属から選択された金属を積層して構成され得るものが挙げられる。積層膜は、例えば電子線蒸着法またはスパッタ法を用いて堆積される。その後、レジストパターン10を除去すると、図8に示すようなソース電極6およびドレイン電極7がバリア層4上に形成される。このように、ソース電極6およびドレイン電極7は、リフトオフ法によってバリア層4上に形成される。すなわち、ソース電極6およびドレイン電極7は、バリア層4上であってゲート電極5が形成されるべき領域の一方側と他方側とに各々形成される。
<Source / drain electrode formation process>
Next, as shown in FIG. 7, a resist pattern 10 is formed on the barrier layer 4 in a region other than the region where the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed by photolithography. Then, using the resist pattern 10 as a mask, a laminated film of a metal that becomes an ohmic electrode, for example, Ti and Al is deposited. Examples of the laminated film include those that can be configured by laminating a metal selected from metals such as Ti, Al, Pt, Nb, Au, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Mo, and W. The laminated film is deposited using, for example, an electron beam evaporation method or a sputtering method. Thereafter, when the resist pattern 10 is removed, the source electrode 6 and the drain electrode 7 as shown in FIG. 8 are formed on the barrier layer 4. Thus, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the barrier layer 4 by the lift-off method. That is, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the barrier layer 4 on one side and the other side of the region where the gate electrode 5 is to be formed.

なお、積層膜を堆積した後、予め定められた温度でアニールすることによって、ソース電極6およびドレイン電極7を合金化してもよい。更なるコンタクト抵抗の低減を実現するために、図9に示すように、バリア層4におけるソース電極6およびドレイン電極7が形成される領域の一部またはチャネル層3との界面までを除去し、当該除去した部分にソース電極6およびドレイン電極7を形成することが望ましい。   In addition, after depositing the laminated film, the source electrode 6 and the drain electrode 7 may be alloyed by annealing at a predetermined temperature. In order to realize further reduction in contact resistance, as shown in FIG. 9, a part of a region where the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed in the barrier layer 4 or the interface with the channel layer 3 is removed, It is desirable to form the source electrode 6 and the drain electrode 7 in the removed part.

<素子分離形成工程>
次に、図10に示すように、レジストパターン11をマスクとして、ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作製する領域以外のバリア層4からチャネル層3に渡って素子分離領域8を形成する。具体的には、例えば図11に示すように、He,N,O,Mg,Ar,Ca,Fe,Zn,Sr,Ba等のイオン12を照射するイオン注入法を用いて素子分離領域8を形成する。あるいは、エッチング等を用いて素子分離領域8を形成する。
<Element isolation formation process>
Next, as shown in FIG. 10, with the resist pattern 11 as a mask, an element isolation region 8 is formed across the channel layer 3 from the barrier layer 4 other than the region for manufacturing the heterojunction field effect transistor. Specifically, for example, as shown in FIG. 11, the element isolation region 8 is formed by using an ion implantation method in which ions 12 such as He, N, O, Mg, Ar, Ca, Fe, Zn, Sr, and Ba are irradiated. Form. Alternatively, the element isolation region 8 is formed using etching or the like.

<ゲート電極形成工程>
次に、図12に示すように、写真製版によって、バリア層4上であってゲート電極5が形成されるべき領域であるゲート電極形成領域13以外の領域にレジストパターン14を形成する。そして、レジストパターン14をマスクとしてゲート電極形成領域13に、ショットキー電極となる金属を例えば電子線蒸着法またはスパッタ法を用いて堆積する。ショットキー電極となる金属は、バリア層4とショットキー接触を形成する金属であればよく、例えばPt,Ir,Pd,Ni,Au等の仕事関数が高い金属、またはシリサイド,WN,TaN等の窒化金属が、単層膜または積層膜で構成されており、例えばPt/Auの構造を有してもよい。その後、レジストパターン14を除去すると、図13に示すようなゲート電極5がバリア層4上に形成される。このように、ゲート電極5は、リフトオフ法によってバリア層4上に形成される。ゲート電極5の形成後、予め定められた温度でアニールしてもよい。
<Gate electrode formation process>
Next, as shown in FIG. 12, a resist pattern 14 is formed in a region other than the gate electrode formation region 13 on the barrier layer 4 where the gate electrode 5 is to be formed by photolithography. Then, a metal serving as a Schottky electrode is deposited on the gate electrode formation region 13 using the resist pattern 14 as a mask, for example, using an electron beam evaporation method or a sputtering method. The metal serving as the Schottky electrode may be any metal that forms a Schottky contact with the barrier layer 4. The metal nitride is composed of a single layer film or a laminated film, and may have a Pt / Au structure, for example. Thereafter, when the resist pattern 14 is removed, a gate electrode 5 as shown in FIG. 13 is formed on the barrier layer 4. Thus, the gate electrode 5 is formed on the barrier layer 4 by the lift-off method. After forming the gate electrode 5, annealing may be performed at a predetermined temperature.

<保護膜形成工程>
次に、バリア層4上であって、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜9をALD法によって形成する。保護膜9は、例えば1nm〜100nmの範囲内で形成することが望ましい。
<Protective film formation process>
Next, a protective film 9 made of aluminum oxide is formed on the barrier layer 4 in a region other than the region where the gate electrode 5, the source electrode 6, and the drain electrode 7 are formed by the ALD method. The protective film 9 is desirably formed within a range of 1 nm to 100 nm, for example.

具体的には、図13に示すような試料を反応炉内のステージに設置する。このとき、ステージの温度は、例えば200℃〜400℃の範囲内であることが望ましい。酸素ガスの供給は、予め定められた圧力、例えば50Pa〜100Paであることが望ましい。TMAの供給およびオゾンの供給における各々の供給時間は、例えば0.1秒〜5秒の範囲内であることが望ましい。TMAおよびオゾンの排気時間は、例えば1秒〜10秒の範囲内であることが望ましい。   Specifically, a sample as shown in FIG. 13 is placed on the stage in the reaction furnace. At this time, the temperature of the stage is preferably in the range of 200 ° C. to 400 ° C., for example. The supply of oxygen gas is desirably a predetermined pressure, for example, 50 Pa to 100 Pa. Each supply time in the supply of TMA and the supply of ozone is preferably in the range of 0.1 seconds to 5 seconds, for example. The exhaust time of TMA and ozone is preferably in the range of 1 second to 10 seconds, for example.

また、オゾンの供給時には、オゾン濃度が5.7%以上となるようにオゾンの供給量を設定する。例えば、オゾンの供給時に、キャリアガスとして反応炉内に供給する全酸素流量を1000sccmとした場合、オゾン濃度を5.7%以上とするためには反応炉内に供給するオゾンの供給量を59.3sccm以上とする必要がある。   Further, when supplying ozone, the amount of ozone supplied is set so that the ozone concentration becomes 5.7% or more. For example, when the total oxygen flow rate supplied to the reaction furnace as the carrier gas at the time of supplying ozone is 1000 sccm, the supply amount of ozone supplied to the reaction furnace is set to 59% in order to increase the ozone concentration to 5.7% or more. .3 sccm or more is necessary.

このように、TAMの供給、TMAの排気、オゾンの供給、およびオゾンの排気からなる1サイクルを複数回繰り返すことによって、図1に示すような、バリア層4上であって、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜9を形成することができる。   Thus, by repeating one cycle consisting of TAM supply, TMA exhaust, ozone supply, and ozone exhaust a plurality of times, the gate electrode 5 on the barrier layer 4 as shown in FIG. A protective film 9 made of aluminum oxide can be formed in a region other than the region where the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed.

上記では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、上記の後、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7の各々を覆っている保護膜9の一部をウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いて除去する。そして、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7の各々と接触するように配線電極を形成し、上述の電気特性を測定することができる。   In the above, only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described, but after the above, a part of the protective film 9 covering each of the gate electrode 5, the source electrode 6, and the drain electrode 7 is wet-etched. It removes using the method or dry etching method. Then, a wiring electrode can be formed so as to be in contact with each of the gate electrode 5, the source electrode 6, and the drain electrode 7, and the above-described electrical characteristics can be measured.

最終的には、バイアホール形成工程、電極保護膜形成工程等の工程を経てデバイスとして用いられる。従って、ゲート電極5、ソース電極6、およびドレイン電極7の各々および保護膜9は多層構造となってもよい。また、複数のヘテロ接合電界効果型トランジスタを電気的に並列接続したマルチフィンガー型構造としてもよい。   Finally, it is used as a device through processes such as a via hole forming process and an electrode protective film forming process. Therefore, each of the gate electrode 5, the source electrode 6, the drain electrode 7, and the protective film 9 may have a multilayer structure. Alternatively, a multi-finger structure in which a plurality of heterojunction field effect transistors are electrically connected in parallel may be employed.

以上のことから、本実施の形態1によれば、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、Inを含むバリア層4上に酸化アルミニウムからなる保護膜9を備えており、保護膜9は、酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上となっている。従って、DC測定で測定したドレイン電流値に対する高周波測定で測定したドレイン電流値の比を100%とすることが可能となり、電流コラプスの発生による高周波特性の劣化を抑制することが可能となる。   From the above, according to the first embodiment, the heterojunction field effect transistor includes the protective film 9 made of aluminum oxide on the barrier layer 4 containing In, and the protective film 9 is made of aluminum oxide. The ratio of oxygen to aluminum is 1.97 or more. Accordingly, the ratio of the drain current value measured by the high frequency measurement to the drain current value measured by the DC measurement can be set to 100%, and the deterioration of the high frequency characteristics due to the occurrence of current collapse can be suppressed.

<実施の形態2>
<構成>
まず、本発明の実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成について説明する。
<Embodiment 2>
<Configuration>
First, the configuration of the heterojunction field effect transistor according to the second embodiment of the present invention will be described.

図14は、本実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成の一例を示す断面図である。図14に示すように、本実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、ゲート電極5が、保護膜9におけるバリア層4とは反対側の面上の一部を覆う部分を有し、当該部分は少なくともドレイン電極7側に延伸して形成されることを特徴としている。その他の構成は、図1に示す実施の形態1によるヘテロ接合電界効果型トランジスタと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the heterojunction field effect transistor according to the second embodiment. As shown in FIG. 14, in the heterojunction field effect transistor according to the second embodiment, the gate electrode 5 has a portion covering a part on the surface of the protective film 9 opposite to the barrier layer 4, The portion is characterized by being formed to extend at least to the drain electrode 7 side. Since the other configuration is the same as that of the heterojunction field effect transistor according to the first embodiment shown in FIG. 1, detailed description thereof is omitted here.

<製造方法>
次に、本実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the second embodiment will be described.

図15は、本実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造工程の一例を示す図である。図15に示すように、本実施の形態2によるヘテロ接合電界効果型トランジスタは、保護膜形成工程後にゲート電極形成工程を行うことを特徴としている。図15に示すエピ作製工程、ソース・ドレイン電極形成工程、および素子分離形成工程は、実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。以下では、保護膜形成工程、保護膜加工工程、およびゲート電極形成工程について図16〜19を用いて順に説明する。   FIG. 15 is a diagram showing an example of the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor according to the second embodiment. As shown in FIG. 15, the heterojunction field effect transistor according to the second embodiment is characterized in that a gate electrode forming step is performed after a protective film forming step. The epi fabrication process, source / drain electrode formation process, and element isolation formation process shown in FIG. 15 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here. Below, a protective film formation process, a protective film processing process, and a gate electrode formation process are demonstrated in order using FIGS.

<保護膜形成工程>
素子分離形成工程の後、図16に示すように、バリア層4上であって、ソース電極6およびドレイン電極7が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜9を形成する。なお、保護膜9の形成方法は、実施の形態1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
<Protective film formation process>
After the element isolation formation step, as shown in FIG. 16, a protective film 9 made of aluminum oxide is formed on the barrier layer 4 in a region other than the region where the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed. In addition, since the formation method of the protective film 9 is the same as that of Embodiment 1, detailed description is abbreviate | omitted here.

<保護膜加工工程>
保護膜9の形成後、図17に示すように、写真製版によって、バリア層4、ソース電極6、およびドレイン電極7上であってゲート電極形成領域13以外の領域にレジストパターン15を形成する。これにより、レジストパターン15は、ゲート電極形成領域13に対応する開口部を有することになる。
<Protective film processing process>
After the formation of the protective film 9, as shown in FIG. 17, a resist pattern 15 is formed on the barrier layer 4, the source electrode 6, and the drain electrode 7 in a region other than the gate electrode formation region 13 by photolithography. As a result, the resist pattern 15 has an opening corresponding to the gate electrode formation region 13.

次に、図18に示すように、ウェットエッチング法またはドライエッチング法を用いて、レジストパターン15の開口部から露出している保護膜9を除去する。これにより、保護膜9は、ゲート電極形成領域13に対応する開口部を有することになる。このとき、ウェットエッチング法で用いる薬液および温度の条件、あるいはドライエッチング法で用いるガス種およびプラズマの条件としては、保護膜9はエッチングすることが可能であるがバリア層4はほとんどエッチングすることができない、すなわちバリア層4のエッチング速度が保護膜9のエッチング速度よりも2桁以上遅いことが望ましい。   Next, as shown in FIG. 18, the protective film 9 exposed from the opening of the resist pattern 15 is removed by using a wet etching method or a dry etching method. As a result, the protective film 9 has an opening corresponding to the gate electrode formation region 13. At this time, the chemical film and temperature conditions used in the wet etching method, or the gas species and plasma conditions used in the dry etching method, the protective film 9 can be etched, but the barrier layer 4 can be almost etched. In other words, it is desirable that the etching rate of the barrier layer 4 is two orders of magnitude slower than the etching rate of the protective film 9.

レジストパターン15の開口部から露出している保護膜9を除去した後、レジストパターン15を除去する。なお、ウェットエッチング法で使用した薬液成分のバリア層4の表面への吸着、またはドライエッチング法によって付与されたバリア層4の表面へのダメージを取り除くために、窒素雰囲気中で熱処理を行うことが望ましく、当該熱処理の温度は300℃〜500℃の範囲内であることが望ましい。   After removing the protective film 9 exposed from the opening of the resist pattern 15, the resist pattern 15 is removed. In order to remove the chemical component used in the wet etching method from the adsorption to the surface of the barrier layer 4 or the damage to the surface of the barrier layer 4 applied by the dry etching method, heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere. Desirably, the temperature of the heat treatment is desirably in the range of 300 ° C to 500 ° C.

<ゲート電極形成工程>
次に、図19に示すように、保護膜9のゲート長方向の開口幅、すなわち保護膜9に形成されたゲート電極形成領域13に対応する開口部の開口幅よりも長い開口幅の開口部を有するレジストパターン16を形成する。
<Gate electrode formation process>
Next, as shown in FIG. 19, the opening width in the gate length direction of the protective film 9, that is, the opening width that is longer than the opening width of the opening corresponding to the gate electrode formation region 13 formed in the protective film 9. A resist pattern 16 is formed.

次に、実施の形態1と同様の方法によって、レジストパターン16の開口部にショットキー電極となる金属を堆積する。その後、レジストパターン16を除去すると、図14に示すようなゲート電極5がバリア層4の開口部から保護膜9上の一部に渡って形成された、断面形状がT型のゲート電極5が形成される。このように、ゲート電極5は、リフトオフ法によってバリア層4の開口部から保護膜9上の一部に渡って形成される。ゲート電極5の形成後、予め定められた温度でアニールしてもよい。   Next, a metal serving as a Schottky electrode is deposited in the opening of the resist pattern 16 by the same method as in the first embodiment. Thereafter, when the resist pattern 16 is removed, the gate electrode 5 as shown in FIG. 14 is formed from the opening of the barrier layer 4 to a part on the protective film 9, and the gate electrode 5 having a T-shaped cross section is formed. It is formed. Thus, the gate electrode 5 is formed from the opening of the barrier layer 4 to a part on the protective film 9 by the lift-off method. After forming the gate electrode 5, annealing may be performed at a predetermined temperature.

ここで、ゲート電極5の他の形成方法について説明する。   Here, another method for forming the gate electrode 5 will be described.

図16に示すように保護膜9を形成した後、図20に示すように、バリア層4、ソース電極6、ドレイン電極7、および保護膜9上にショットキー電極となる金属17を形成する。次に、図21に示すように、T型のゲート電極5の保護膜9上を覆う部分の長さ分の幅を有するレジストパターン18を、金属17上であってT型のゲート電極5を形成する領域に形成する。そして、図22に示すように、金属17を溶解する薬液を用いたウェットエッチング法、またはイオンミリングといったドライエッチング法によって、レジストパターン18に覆われていない金属17を除去し、エッチングが保護膜9に到達したところで停止する。その後、レジストパターン18を除去すると、図14と同様のT型のゲート電極5が形成される。   After forming the protective film 9 as shown in FIG. 16, a metal 17 serving as a Schottky electrode is formed on the barrier layer 4, the source electrode 6, the drain electrode 7, and the protective film 9 as shown in FIG. 20. Next, as shown in FIG. 21, a resist pattern 18 having a width corresponding to the length of the portion of the T-type gate electrode 5 covering the protective film 9 is formed on the metal 17 and the T-type gate electrode 5. It forms in the area | region to form. Then, as shown in FIG. 22, the metal 17 not covered with the resist pattern 18 is removed by a wet etching method using a chemical solution that dissolves the metal 17 or a dry etching method such as ion milling. Stop when you reach. Thereafter, when the resist pattern 18 is removed, a T-type gate electrode 5 similar to that shown in FIG. 14 is formed.

なお、ゲート電極5の形状は、図23に示すような、保護膜9上のドレイン電極7側のみを覆ったΓ型形状であってもよい。ゲート電極5をΓ型形状とすることによって、ゲート電極5における保護膜9上のドレイン電極7側を覆った部分の端部近傍にも電界が集中するため、ゲート電極5の端部における電界強度が低減され、電流コラプスをさらに抑制することができる。   The shape of the gate electrode 5 may be a Γ shape that covers only the drain electrode 7 side on the protective film 9 as shown in FIG. Since the gate electrode 5 has a Γ shape, the electric field concentrates also in the vicinity of the end portion of the gate electrode 5 that covers the drain electrode 7 side on the protective film 9. Can be reduced, and current collapse can be further suppressed.

また、図24に示すように、ゲート電極5における保護膜9上を覆う部分の長さは、ソース電極6側とドレイン電極7側とで異なってもよい。ゲート電極5における保護膜9上を覆う部分の長さは、ゲート電極5の端部における電界強度の抑制量、ソース電極6とゲート電極5との間の容量Cgsの低減量、およびゲート電極5とドレイン電極との間の容量Cgdの低減量に応じて決定すれば良い。このような構成とすることによって、容量低減による高周波特性の利得を向上させることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 24, the length of the portion of the gate electrode 5 covering the protective film 9 may be different between the source electrode 6 side and the drain electrode 7 side. The length of the portion of the gate electrode 5 covering the protective film 9 is such that the electric field intensity is suppressed at the end of the gate electrode 5, the capacitance Cgs between the source electrode 6 and the gate electrode 5 is reduced, and the gate electrode 5. What is necessary is just to determine according to the reduction | decrease amount of the capacity | capacitance Cgd between 1 and a drain electrode. By adopting such a configuration, it is possible to improve the gain of the high frequency characteristics due to the capacity reduction.

以上のことから、本実施の形態2によれば、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、Inを含むバリア層4上に酸化アルミニウムからなる保護膜9を備えており、保護膜9は、酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上となっている。また、ゲート電極5は、保護膜9上の一部を覆う部分を有し、当該部分は少なくともドレイン電極7側に延伸して形成されている。従って、保護膜9上のドレイン電極7側を覆おうゲート電極5の端部における電界強度が低減されるため、実施の形態1よりもさらに電流コラプスの発生を抑制することができる。また、ゲート電極5における保護膜9上を覆う部分の長さを最適化することによって、容量低減による高周波特性の利得を向上させることが可能となる。   From the above, according to the second embodiment, the heterojunction field effect transistor includes the protective film 9 made of aluminum oxide on the barrier layer 4 containing In, and the protective film 9 is made of aluminum oxide. The ratio of oxygen to aluminum is 1.97 or more. Further, the gate electrode 5 has a part covering a part on the protective film 9, and the part is formed to extend at least to the drain electrode 7 side. Therefore, since the electric field strength at the end of the gate electrode 5 covering the drain electrode 7 side on the protective film 9 is reduced, the occurrence of current collapse can be further suppressed as compared with the first embodiment. In addition, by optimizing the length of the portion of the gate electrode 5 covering the protective film 9, it is possible to improve the gain of the high frequency characteristics due to the capacitance reduction.

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 ゲート電極、6 ソース電極、7 ドレイン電極、8 素子分離領域、9 保護膜、10,11 レジストパターン、12 イオン、13 ゲート電極形成領域、14,15,16 レジストパターン、17 金属、18 レジストパターン。   1 substrate, 2 buffer layer, 3 channel layer, 4 barrier layer, 5 gate electrode, 6 source electrode, 7 drain electrode, 8 element isolation region, 9 protective film, 10, 11 resist pattern, 12 ions, 13 gate electrode formation region 14, 15, 16 Resist pattern, 17 Metal, 18 Resist pattern.

Claims (7)

窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、
第1窒化物半導体層と、
前記第1窒化物半導体層上に形成された、前記第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層と、
前記第2窒化物半導体層上の予め定められた領域に形成されたゲート電極と、
前記第2窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極の一方側と他方側とに各々形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記第2窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極が形成された領域以外の領域に形成された、酸化アルミニウムからなる保護膜と、
を備え、
前記保護膜は、前記酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上であることを特徴とする、ヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
A heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
A first nitride semiconductor layer;
A second nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer and including at least In;
A gate electrode formed in a predetermined region on the second nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the second nitride semiconductor layer on one side and the other side of the gate electrode, respectively
A protective film made of aluminum oxide formed on a region of the second nitride semiconductor layer other than a region where the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed;
With
The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the protective film has a ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide of 1.97 or more.
前記ゲート電極は、前記保護膜における前記第2窒化物半導体層とは反対側の面上の一部を覆う部分を有し、当該部分は少なくとも前記ドレイン電極側に延伸して形成されることを特徴とする、請求項1に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。   The gate electrode has a portion that covers a part of the surface of the protective film opposite to the second nitride semiconductor layer, and the portion is formed to extend at least to the drain electrode side. The heterojunction field effect transistor according to claim 1, characterized in that it is characterized in that: 窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、
(b)前記工程(a)の後、前記第1窒化物半導体層上に、前記第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記第2窒化物半導体層上の前記ゲート電極が形成されるべき領域に前記ゲート電極を形成する工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記第2窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程と、
を備え、
前記工程(e)において、前記保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾンの供給量の割合は5.7%以上であることを特徴とする、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
(A) forming a first nitride semiconductor layer;
(B) After the step (a), forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer;
(C) after the step (b), forming a source electrode and a drain electrode on the second nitride semiconductor layer and on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed; ,
(D) after the step (c), forming the gate electrode in a region where the gate electrode is to be formed on the second nitride semiconductor layer;
(E) After the step (d), on the second nitride semiconductor layer, a protective film made of aluminum oxide in a region other than the region where the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed Forming an ALD (Atomic Layer Deposition) method,
With
The heterojunction field effect characterized in that, in the step (e), the ratio of the amount of ozone supplied to the total amount of gas supplied at the time of ozone supply when forming the protective film is 5.7% or more. Type transistor manufacturing method.
前記工程(e)において、前記保護膜は、前記酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上であることを特徴とする、請求項3に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。   4. The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 3, wherein, in the step (e), the protective film has a ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide of 1.97 or more. 窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(a)第1窒化物半導体層を形成する工程と、
(b)前記工程(a)の後、前記第1窒化物半導体層上に、前記第1窒化物半導体層とヘテロ接合を成す、少なくともInを含む第2窒化物半導体層を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記第2窒化物半導体層上であって、ゲート電極が形成されるべき領域の一方側と他方側とにソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、
(d)前記工程(c)の後、前記第2窒化物半導体層上であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極が形成された領域以外の領域に酸化アルミニウムからなる保護膜をALD(Atomic Layer Deposition)法によって形成する工程と、
(e)前記工程(d)の後、前記保護膜の前記ゲート電極が形成されるべき領域に対応する領域に開口部を形成し、前記開口部に前記ゲート電極を形成する工程と、
を備え、
前記工程(d)において、前記保護膜を形成する際のオゾン供給時に供給される全ガス量に占めるオゾンの供給量の割合は5.7%以上であることを特徴とする、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
(A) forming a first nitride semiconductor layer;
(B) After the step (a), forming a second nitride semiconductor layer containing at least In and forming a heterojunction with the first nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer;
(C) after the step (b), forming a source electrode and a drain electrode on the second nitride semiconductor layer and on one side and the other side of the region where the gate electrode is to be formed; ,
(D) After the step (c), a protective film made of aluminum oxide is formed on the second nitride semiconductor layer other than the region where the source electrode and the drain electrode are formed. Forming by the Deposition method,
(E) after the step (d), forming an opening in a region of the protective film corresponding to a region where the gate electrode is to be formed, and forming the gate electrode in the opening;
With
The heterojunction field effect characterized in that, in the step (d), the ratio of the amount of ozone supplied to the total amount of gas supplied at the time of ozone supply when forming the protective film is 5.7% or more. Type transistor manufacturing method.
前記工程(d)において、前記保護膜は、前記酸化アルミニウムにおけるアルミニウムに対する酸素の比率が1.97以上であることを特徴とする、請求項5に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。   6. The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 5, wherein, in the step (d), the protective film has a ratio of oxygen to aluminum in the aluminum oxide of 1.97 or more. 前記工程(e)において、前記ゲート電極は、前記保護膜における前記第2窒化物半導体層とは反対側の面上の一部を覆う部分を有し、当該部分は少なくとも前記ドレイン電極側に延伸して形成されることを特徴とする、請求項5または6に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), the gate electrode has a portion covering a part on the surface of the protective film opposite to the second nitride semiconductor layer, and the portion extends at least to the drain electrode side. The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 5, wherein the heterojunction field effect transistor is formed.
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