JP2018101755A - Heterojunction field effect transistor and manufacturing method of the same - Google Patents
Heterojunction field effect transistor and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018101755A JP2018101755A JP2016248576A JP2016248576A JP2018101755A JP 2018101755 A JP2018101755 A JP 2018101755A JP 2016248576 A JP2016248576 A JP 2016248576A JP 2016248576 A JP2016248576 A JP 2016248576A JP 2018101755 A JP2018101755 A JP 2018101755A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- semiconductor layer
- field effect
- gate electrode
- effect transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000002353 field-effect transistor method Methods 0.000 title 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 96
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 92
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 79
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 63
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 57
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 127
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 12
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 5
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 4
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
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)
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。
<
<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
チャネル層3は、III族窒化物半導体であるAlxGa1−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InyAlzGa1−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
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
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
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(CH3)3)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
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
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
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
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
チャネル層3は、III族窒化物半導体であるAlxGa1−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
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InyAlzGa1−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
<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
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
<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
<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
<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
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
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
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
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
<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。
<
<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
<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
<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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (7)
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.
(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.
(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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016248576A JP6650867B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method for manufacturing heterojunction field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016248576A JP6650867B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method for manufacturing heterojunction field effect transistor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018101755A true JP2018101755A (en) | 2018-06-28 |
JP6650867B2 JP6650867B2 (en) | 2020-02-19 |
Family
ID=62714519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016248576A Expired - Fee Related JP6650867B2 (en) | 2016-12-22 | 2016-12-22 | Method for manufacturing heterojunction field effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6650867B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021027105A (en) * | 2019-08-01 | 2021-02-22 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
CN117747691A (en) * | 2023-11-22 | 2024-03-22 | 广州市南沙区北科光子感知技术研究院 | Bicolor barrier type GaSb-based InAs/InAsSb heterojunction photoelectric transistor and preparation method thereof |
CN117769762A (en) * | 2021-07-27 | 2024-03-26 | 新唐科技日本株式会社 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009200306A (en) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Eudyna Devices Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2009537983A (en) * | 2006-05-16 | 2009-10-29 | クリー インコーポレイテッド | Semiconductor device provided with self-aligned heat-resistant contact and method for manufacturing the same |
JP2015115572A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | 三菱電機株式会社 | Heterojunction field effect transistor and manufacturing method therefor |
JP2015126034A (en) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | サンケン電気株式会社 | Field effect semiconductor element |
WO2015166572A1 (en) * | 2014-05-01 | 2015-11-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
JP2017092282A (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-25 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device |
-
2016
- 2016-12-22 JP JP2016248576A patent/JP6650867B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009537983A (en) * | 2006-05-16 | 2009-10-29 | クリー インコーポレイテッド | Semiconductor device provided with self-aligned heat-resistant contact and method for manufacturing the same |
JP2009200306A (en) * | 2008-02-22 | 2009-09-03 | Eudyna Devices Inc | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2015115572A (en) * | 2013-12-16 | 2015-06-22 | 三菱電機株式会社 | Heterojunction field effect transistor and manufacturing method therefor |
JP2015126034A (en) * | 2013-12-25 | 2015-07-06 | サンケン電気株式会社 | Field effect semiconductor element |
WO2015166572A1 (en) * | 2014-05-01 | 2015-11-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method |
JP2017092282A (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-25 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor device |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021027105A (en) * | 2019-08-01 | 2021-02-22 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and method for manufacturing the same |
JP7371384B2 (en) | 2019-08-01 | 2023-10-31 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and its manufacturing method |
CN117769762A (en) * | 2021-07-27 | 2024-03-26 | 新唐科技日本株式会社 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
CN117747691A (en) * | 2023-11-22 | 2024-03-22 | 广州市南沙区北科光子感知技术研究院 | Bicolor barrier type GaSb-based InAs/InAsSb heterojunction photoelectric transistor and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6650867B2 (en) | 2020-02-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI431770B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5953706B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TWI487036B (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP5634681B2 (en) | Semiconductor element | |
JP3733420B2 (en) | Heterojunction field effect transistor using nitride semiconductor material | |
JP5810293B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP5495257B2 (en) | Group III nitride field effect transistor and method of manufacturing the same | |
US7985984B2 (en) | III-nitride semiconductor field effect transistor | |
KR101365302B1 (en) | Compound semiconductor device and method for fabricating the same | |
JP7175727B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
WO2009081584A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2015115582A (en) | Semiconductor device | |
JP2009010107A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP2013077621A (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same | |
JP4908856B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2011171440A (en) | Group iii nitride-based hetero field-effect transistor | |
JP6650867B2 (en) | Method for manufacturing heterojunction field effect transistor | |
JP6687831B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2013055224A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP2013149732A (en) | Hetero junction field effect transistor and manufacturing method of the same | |
JP5871785B2 (en) | Heterojunction field effect transistor and manufacturing method thereof | |
US8283700B2 (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
JP2019050232A (en) | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device | |
JP2016100450A (en) | Heterojunction field effect transistor and manufacturing method of the same | |
JP5509544B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181024 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190809 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190820 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190910 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191224 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200121 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6650867 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |