JP2021082773A - Semiconductor device, manufacturing method for semiconductor device, and field effect transistor - Google Patents

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Abstract

To provide a technique that can suppress buffer leakage.SOLUTION: A semiconductor device includes a nitride semiconductor epitaxial layer, and a semiconductor substrate bonded to the nitride semiconductor epitaxial layer and being different in material from the nitride semiconductor epitaxial layer. The nitride semiconductor epitaxial layer includes an impurity region that is an ion implantation region on the semiconductor substrate side. The impurity region has higher impurity concentration and higher electric resistance than a part of the nitride semiconductor epitaxial layer that is adjacent to the impurity region.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、電界効果型トランジスタに関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device, and a field effect transistor.

窒化物半導体からなるトランジスタでは、半導体基板上に窒化物半導体をエピタキシャル成長する方法が一般的に用いられる。エピタキシャル成長を行う際、空気中のシリコン原子が半導体基板に付着し、半導体基板とエピタキシャル成長層との界面にシリコン(Si)原子が多少混入する。窒化物半導体エピタキシャル層内にSi原子が多く混入すると、バルク結晶を介してドレインリーク電流(「バッファリーク電流」とも呼ばれる)が発生してしまうという問題がある。 In a transistor made of a nitride semiconductor, a method of epitaxially growing a nitride semiconductor on a semiconductor substrate is generally used. When epitaxial growth is performed, silicon atoms in the air adhere to the semiconductor substrate, and some silicon (Si) atoms are mixed at the interface between the semiconductor substrate and the epitaxial growth layer. When a large amount of Si atoms are mixed in the nitride semiconductor epitaxial layer, there is a problem that a drain leak current (also referred to as “buffer leak current”) is generated through the bulk crystal.

一方、トランジスタは動作中に温度が上昇することが故障の原因になるため、トランジスタから冷却を行うヒートシンクまでの熱抵抗を下げることが必要になる。そこで、特許文献1では、半導体基板から分離されたエピタキシャル成長層にダイヤモンドを被着することによって成長膜からヒートシンクまでの熱抵抗が低下されたトランジスタが提案されている。特許文献2では、半導体基板からエピタキシャル成長層の一部を膜厚方向に削ることによってシリコン原子が混入したエピタキシャル成長層の一部を除去する技術が提案されている。 On the other hand, since the temperature rise of the transistor during operation causes a failure, it is necessary to reduce the thermal resistance from the transistor to the heat sink for cooling. Therefore, Patent Document 1 proposes a transistor in which the thermal resistance from the growth film to the heat sink is reduced by adhering diamond to the epitaxial growth layer separated from the semiconductor substrate. Patent Document 2 proposes a technique for removing a part of the epitaxial growth layer mixed with silicon atoms by scraping a part of the epitaxial growth layer from the semiconductor substrate in the film thickness direction.

特開2000−58562号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-58562 特開2010−67662号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-676662

窒化物半導体エピタキシャル層内のSi原子の混入は、特許文献2の技術のように、エピタキシャル成長層の一部を膜厚方向に削れば低減することができる。しかしながら、エピタキシャル成長層にダイヤモンドを貼り合わせる際にもSiが混入する可能性があるため、混入したSiなどによるバッファリークが十分に抑制されていないという問題があった。 Mixing of Si atoms in the nitride semiconductor epitaxial layer can be reduced by scraping a part of the epitaxial growth layer in the film thickness direction as in the technique of Patent Document 2. However, since there is a possibility that Si may be mixed in when diamond is bonded to the epitaxial growth layer, there is a problem that buffer leakage due to the mixed Si or the like is not sufficiently suppressed.

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、バッファリークを抑制可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of suppressing a buffer leak.

本発明に係る半導体装置は、窒化物半導体エピタキシャル層と、前記窒化物半導体エピタキシャル層と接合され、前記窒化物半導体エピタキシャル層と材質が異なる半導体基板とを備え、前記窒化物半導体エピタキシャル層は、前記半導体基板側にイオン注入領域である不純物領域を有し、前記不純物領域は、前記窒化物半導体エピタキシャル層のうち前記不純物領域と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い。 The semiconductor device according to the present invention includes a nitride semiconductor epitaxial layer and a semiconductor substrate bonded to the nitride semiconductor epitaxial layer and having a material different from that of the nitride semiconductor epitaxial layer. The semiconductor substrate side has an impurity region which is an ion injection region, and the impurity region has a higher impurity concentration and electrical resistance than a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer adjacent to the impurity region.

本発明によれば、窒化物半導体エピタキシャル層は、半導体基板側にイオン注入領域である不純物領域を有し、不純物領域は、窒化物半導体エピタキシャル層のうち不純物領域と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い。このような構成によれば、バッファリークを抑制することができる。 According to the present invention, the nitride semiconductor epitaxial layer has an impurity region which is an ion implantation region on the semiconductor substrate side, and the impurity region has a higher impurity concentration and a higher impurity concentration than the portion of the nitride semiconductor epitaxial layer adjacent to the impurity region. High electrical resistance. According to such a configuration, the buffer leak can be suppressed.

実施の形態1に係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 the structure of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the heterojunction field effect transistor which concerns on Embodiment 1. FIG.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置であ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。このヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体エピタキシャル層であるエピタキシャル成長層17と接合される半導体基板16を備える。半導体基板16は、エピタキシャル成長層17と材質が異なればよいが、エピタキシャル成長層17よりも熱伝導率の高いことが望ましい。例えばエピタキシャル成長層17が、GaN(窒化ガリウム)などの窒化物半導体を含む場合、半導体基板16の材料には、窒化物半導体よりも熱伝導率の高いSiC(炭化珪素)やダイヤモンドが用いられる。なお、ここでいう「半導体基板」はダイヤモンドのような絶縁物であってもよいし、シリコンであってもよい。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heterojunction field effect transistor which is a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. This heterojunction field effect transistor includes a semiconductor substrate 16 bonded to an epitaxial growth layer 17 which is a nitride semiconductor epitaxial layer. The material of the semiconductor substrate 16 may be different from that of the epitaxial growth layer 17, but it is desirable that the semiconductor substrate 16 has a higher thermal conductivity than the epitaxial growth layer 17. For example, when the epitaxial growth layer 17 contains a nitride semiconductor such as GaN (gallium nitride), SiC (silicon carbide) or diamond having a higher thermal conductivity than the nitride semiconductor is used as the material of the semiconductor substrate 16. The "semiconductor substrate" referred to here may be an insulator such as diamond or silicon.

図1のエピタキシャル成長層17は、バッファ層2、チャネル層3及び電子供給層4を含む。すなわち、エピタキシャル成長層17は、最上層の電子供給層4と、電子供給層4の下のチャネル層3と、チャネル層3から半導体基板16までの間に順に配設されたバッファ層2及び高抵抗化不純物注入層15とを含む積層構造である。このような構成では、半導体基板16とエピタキシャル成長層17との界面及び接合は、半導体基板16とバッファ層2との界面及び接合と実質的に同じである。 The epitaxial growth layer 17 of FIG. 1 includes a buffer layer 2, a channel layer 3, and an electron supply layer 4. That is, the epitaxial growth layer 17 includes an electron supply layer 4 on the uppermost layer, a channel layer 3 under the electron supply layer 4, a buffer layer 2 arranged in this order between the channel layer 3 and the semiconductor substrate 16, and a high resistance. It is a laminated structure including a chemical impurity injection layer 15. In such a configuration, the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the epitaxial growth layer 17 are substantially the same as the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the buffer layer 2.

半導体基板16の上には、例えばGaNからなるバッファ層2が配設されている。エピタキシャル成長層17は、半導体基板16側にイオン注入領域である不純物領域として高抵抗化不純物注入層15を有する。高抵抗化不純物注入層15は、エピタキシャル成長層17のうち高抵抗化不純物注入層15と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い。本実施の形態1に係る高抵抗化不純物注入層15は、バッファ層2の半導体基板16側の少なくとも一部であり、バッファ層2のうち高抵抗化不純物注入層15と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い不純物領域である。なお、高抵抗化不純物注入層15は、エピタキシャル成長層17の一部であればよく、バッファ層2の一部でなくてもよい。 A buffer layer 2 made of, for example, GaN is arranged on the semiconductor substrate 16. The epitaxial growth layer 17 has a high resistance impurity implantation layer 15 as an impurity region which is an ion implantation region on the semiconductor substrate 16 side. The high resistance impurity injection layer 15 has a higher impurity concentration and electrical resistance than the portion of the epitaxial growth layer 17 adjacent to the high resistance impurity injection layer 15. The high resistance impurity injection layer 15 according to the first embodiment is at least a part of the semiconductor substrate 16 side of the buffer layer 2, and is more impurities than the portion of the buffer layer 2 adjacent to the high resistance impurity injection layer 15. It is an impurity region with high concentration and electrical resistance. The high resistance impurity injection layer 15 may be a part of the epitaxial growth layer 17 and may not be a part of the buffer layer 2.

高抵抗化不純物注入層15の高抵抗化はイオン注入法によって実現される。例えば、He,N,O,Mg,Ar,Ca,Fe,Zn,Sr,Ba等のイオンを、加速エネルギーを10〜1000keVとし、ドーズ量を1×1011〜1×1020cm−2として照射するイオン注入法を用いて高抵抗化を行う。本実施の形態1では、Arイオンを、加速エネルギーを100keVとし、ドーズ量を5×1014cm−2として注入する。 High resistance The high resistance of the impurity implantation layer 15 is realized by the ion implantation method. For example, for ions such as He, N, O, Mg, Ar, Ca, Fe, Zn, Sr, and Ba, the acceleration energy is 10 to 1000 keV and the dose amount is 1 × 10 11 to 1 × 10 20 cm- 2. High resistance is achieved by using the ion implantation method of irradiation. In the first embodiment, Ar ions are injected with an acceleration energy of 100 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm- 2.

バッファ層2の上に、例えばGaNからなり、バッファ層2と組成及び不純物濃度の少なくともいずれか1つが異なるチャネル層3が配設されている。チャネル層3の上には、例えばAl0.17Ga0.83Nからなる電子供給層4が、厚さ32nmで配設されている。電子供給層4とチャネル層3との界面近傍、具体的には、チャネル層3における電子供給層4との界面から一定深さの部分には、自発分極とピエゾ分極とによって発生する分極電荷からなる2次元電子ガス11が誘起される。 On the buffer layer 2, for example, a channel layer 3 made of GaN and having at least one of a composition and an impurity concentration different from that of the buffer layer 2 is arranged. On the channel layer 3, for example, an electron supply layer 4 made of Al 0.17 Ga 0.83 N is arranged with a thickness of 32 nm. Near the interface between the electron supply layer 4 and the channel layer 3, specifically, in the portion of the channel layer 3 at a certain depth from the interface with the electron supply layer 4, from the polarization charge generated by spontaneous polarization and piezo polarization. Two-dimensional electron gas 11 is induced.

ここでは電子供給層4におけるAlの混晶比は0.17であり、電子供給層4の厚さは32nmであるが、電子供給層4の組成及び厚さはこれに限定されず、最終的にトランジスタとして要求されるスペックに応じて調整されてもよい。例えば、上記の構成では電子供給層4とチャネル層3との界面近傍に6.2×1012cm−2程度の2次元電子ガス11が誘起されるので、そのシートキャリア濃度をより少なく調整するのであれば、電子供給層4のAl混晶比を下げること、及び、厚さを小さくすること、の少なくともいずれか1つを実施すればよい。逆に、2次元電子ガス11のシートキャリア濃度をより高く調整するのであれば、電子供給層4のAl混晶比を上げること、及び、厚さを大きくすること、の少なくともいずれか1つを実施すればよい。 Here, the mixed crystal ratio of Al in the electron supply layer 4 is 0.17, and the thickness of the electron supply layer 4 is 32 nm, but the composition and thickness of the electron supply layer 4 are not limited to this, and are final. It may be adjusted according to the specifications required for the transistor. For example, in the above configuration, a two-dimensional electron gas 11 of about 6.2 × 10 12 cm- 2 is induced near the interface between the electron supply layer 4 and the channel layer 3, so the sheet carrier concentration thereof is adjusted to be smaller. If this is the case, at least one of lowering the Al mixed crystal ratio of the electron supply layer 4 and reducing the thickness may be performed. On the contrary, if the sheet carrier concentration of the two-dimensional electron gas 11 is adjusted to be higher, at least one of increasing the Al mixed crystal ratio of the electron supply layer 4 and increasing the thickness is performed. It should be carried out.

なお以上の説明では、半導体基板16とエピタキシャル成長層17との界面及び接合は、半導体基板16とバッファ層2との界面及び接合と実質的に同じであり、高抵抗化不純物注入層15は、バッファ層2の半導体基板16側の少なくとも一部であった。しかしながら、後述するように、バッファ層2がエピタキシャル成長層17に含まれない構成もある。その構成の場合には、半導体基板16とエピタキシャル成長層17との界面及び接合は、半導体基板16とチャネル層3との界面及び接合と実質的に同じとなり、高抵抗化不純物注入層15は、チャネル層3の半導体基板16側の少なくとも一部となる。なお、エピタキシャル成長層17に内在する転位の密度は例えば1×1010cm−2以下であり、かつSi濃度は例えば1×1016cm−3以下である。 In the above description, the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the epitaxial growth layer 17 are substantially the same as the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the buffer layer 2, and the high resistance impurity injection layer 15 is a buffer. It was at least a part of the layer 2 on the semiconductor substrate 16 side. However, as will be described later, there is also a configuration in which the buffer layer 2 is not included in the epitaxial growth layer 17. In the case of this configuration, the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the epitaxial growth layer 17 are substantially the same as the interface and bonding between the semiconductor substrate 16 and the channel layer 3, and the high resistance impurity injection layer 15 is a channel. It is at least a part of the layer 3 on the semiconductor substrate 16 side. The density of dislocations inherent in the epitaxial growth layer 17 is, for example, 1 × 10 10 cm- 2 or less, and the Si concentration is, for example, 1 × 10 16 cm -3 or less.

エピタキシャル成長層17の半導体基板16側の少なくとも一部にイオン注入することにより、半導体基板16の界面からエピタキシャル成長層17側の300nm以内のイオン注入された領域に高抵抗化不純物注入層15が形成される。高抵抗化不純物注入層15の欠陥密度は、非イオン注入領域よりも10倍以上高く、高抵抗化不純物注入層15の抵抗は、エピタキシャル成長層17の反対側表面の一部領域よりも高い。この高抵抗化不純物注入層15によってドレインリーク電流(バッファリーク電流)を抑制する効果が生ずる。 By implanting ions into at least a part of the epitaxial growth layer 17 on the semiconductor substrate 16 side, the high resistance impurity implantation layer 15 is formed in the ion-implanted region within 300 nm on the epitaxial growth layer 17 side from the interface of the semiconductor substrate 16. .. The defect density of the high resistance impurity implantation layer 15 is 10 times or more higher than that of the non-ion implantation region, and the resistance of the high resistance impurity implantation layer 15 is higher than that of a part of the surface opposite to the epitaxial growth layer 17. The high resistance impurity injection layer 15 has the effect of suppressing the drain leak current (buffer leak current).

エピタキシャル成長層17の最上層である電子供給層4の上面には、TiとAlとの積層膜(以下「Ti/Al膜」と称す)からなるドレイン電極7及びソース電極8と、NiとAuとの積層膜(以下「Ni/Au膜」と称す)からなるゲート電極9とが配設されている。ドレイン電極7とソース電極8とは互いに離間して設けられており、その間の領域に、ゲート電極9がドレイン電極7及びソース電極8から離間して設けられている。 On the upper surface of the electron supply layer 4, which is the uppermost layer of the epitaxial growth layer 17, a drain electrode 7 and a source electrode 8 made of a laminated film of Ti and Al (hereinafter referred to as “Ti / Al film”), Ni and Au are provided. A gate electrode 9 made of a laminated film (hereinafter referred to as “Ni / Au film”) is provided. The drain electrode 7 and the source electrode 8 are provided apart from each other, and the gate electrode 9 is provided apart from the drain electrode 7 and the source electrode 8 in the region between them.

なお、ドレイン電極7及びソース電極8は、エピタキシャル成長層17とのオーミック接触が得られれば、その材料はTi/Al膜以外のものでもよく、例えば、Ti,Al,Nb,Hf,Zr,Sr,Ni,Ta,Au,Pt,Mo,W等の金属、またはそれらの2以上から構成される多層膜などでもよい。また、ゲート電極9の材料も、Ni/Au膜以外のものでもよく、例えば、Ti,Al,Cu,Cr,Mo,W,Pt,Au,Ni,Pd等の金属、IrSi,PtSi,NiSi等のシリサイド、もしくはTiN,WN等の窒化物金属、またはそれらを組み合わせた多層膜などでもよい。 The drain electrode 7 and the source electrode 8 may be made of a material other than the Ti / Al film as long as the ohmic contact with the epitaxial growth layer 17 is obtained. For example, Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, It may be a metal such as Ni, Ta, Au, Pt, Mo, W, or a multilayer film composed of two or more of them. Further, the material of the gate electrode 9 may be other than the Ni / Au film, for example, metals such as Ti, Al, Cu, Cr, Mo, W, Pt, Au, Ni, Pd, IrSi, PtSi, NiSi 2 Palladium such as, or nitride metal such as TiN and WN, or a multilayer film in which they are combined may be used.

ドレイン電極7及びソース電極8の下のエピタキシャル成長層17である電子供給層4の少なくとも一部には、n型不純物が添加されたn型不純物注入領域5,6がそれぞれ配設されている。n型不純物注入領域5,6は、上部が電子供給層4の上面に達しており、その深さは電子供給層4の厚さより大きく、底部がチャネル層3に達している。ここでは、n型不純物注入領域5,6に添加するn型不純物としてSiが用いられている。ただし、n型不純物注入領域5,6に添加するn型不純物は、Siに限られず、窒化物半導体中でn型の不純物準位を形成する他の材料(例えばO,Ge,N等)であってもよい。また、後述するようにn型不純物注入領域5,6は配設されなくてもよい。 At least a part of the electron supply layer 4, which is the epitaxial growth layer 17 under the drain electrode 7 and the source electrode 8, is provided with n-type impurity injection regions 5 and 6 to which n-type impurities are added, respectively. The upper part of the n-type impurity injection regions 5 and 6 reaches the upper surface of the electron supply layer 4, the depth thereof is larger than the thickness of the electron supply layer 4, and the bottom portion reaches the channel layer 3. Here, Si is used as the n-type impurity added to the n-type impurity injection regions 5 and 6. However, the n-type impurities added to the n-type impurity injection regions 5 and 6 are not limited to Si, and other materials (for example, O, Ge, N, etc.) that form n-type impurity levels in the nitride semiconductor are used. There may be. Further, as will be described later, the n-type impurity injection regions 5 and 6 may not be arranged.

電子供給層4の上面は、ドレイン電極7、ソース電極8及びゲート電極9が配設された部分を除いて、表面保護膜10で覆われている。ここでは、表面保護膜10は、ECR(Electron Cyclotron Resonance)−SiNからなり、その厚さは例えば80nmである。 The upper surface of the electron supply layer 4 is covered with the surface protective film 10 except for the portion where the drain electrode 7, the source electrode 8 and the gate electrode 9 are arranged. Here, the surface protective film 10 is made of ECR (Electron Cyclotron Resonance) -SiN, and its thickness is, for example, 80 nm.

<製造方法>
図2〜図17は、図1に示したヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法の一例を説明するための図、またはその変形例を説明するための図である。これらの図において、図1に示したものと同一または対応する構成要素には、同一の符号を付している。
<Manufacturing method>
2 to 17 are diagrams for explaining an example of the method for manufacturing the heterojunction field effect transistor shown in FIG. 1, or a diagram for explaining a modified example thereof. In these figures, the same or corresponding components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

まず、図2の積層体を形成する。例えば、GaNからなる窒化物半導体を含む製造用半導体基板1を、エピタキシャル成長装置内に設置する。そして、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などのエピタキシャル成長法を用いて、製造用半導体基板1上にGaNからなるバッファ層2を形成する。 First, the laminate shown in FIG. 2 is formed. For example, a manufacturing semiconductor substrate 1 including a nitride semiconductor made of GaN is installed in an epitaxial growth apparatus. Then, for example, a buffer layer 2 made of GaN is formed on the semiconductor substrate 1 for manufacturing by using an epitaxial growth method such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method.

続いて、バッファ層2上に、GaNからなるチャネル層3をエピタキシャル成長法で形成する。さらに、チャネル層3の上に、Al0.17Ga0.83Nからなる電子供給層4をエピタキシャル成長法で形成する。その結果、図2のように、製造用半導体基板1上に、バッファ層2、チャネル層3及び電子供給層4を含む窒化物半導体エピタキシャル層であるエピタキシャル成長層17aが形成される。 Subsequently, a channel layer 3 made of GaN is formed on the buffer layer 2 by an epitaxial growth method. Further, an electron supply layer 4 made of Al 0.17 Ga 0.83 N is formed on the channel layer 3 by an epitaxial growth method. As a result, as shown in FIG. 2, an epitaxial growth layer 17a, which is a nitride semiconductor epitaxial layer including the buffer layer 2, the channel layer 3, and the electron supply layer 4, is formed on the manufacturing semiconductor substrate 1.

このエピタキシャル成長層17aは、以下で説明する工程を経た高抵抗化不純物注入層15の追加により、図1のエピタキシャル成長層17となる。なお図2に示すように、エピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1側の部分には、バッファリーク電流を生じさせる空気中のSi原子などの界面不純物12が混入される。 The epitaxial growth layer 17a becomes the epitaxial growth layer 17 of FIG. 1 by adding the high resistance impurity injection layer 15 through the steps described below. As shown in FIG. 2, interfacial impurities 12 such as Si atoms in the air that generate a buffer leak current are mixed in the portion of the epitaxial growth layer 17a on the manufacturing semiconductor substrate 1 side.

バッファ層2、チャネル層3及び電子供給層4が形成された製造用半導体基板1を、エピタキシャル成長装置から取り出す。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、電子供給層4上に、ドレイン電極7及びソース電極8の形成領域に開口を有するレジストマスク14を形成する。そして、注入ドーズ量を1×1013〜1×1017cm−2とし、注入エネルギーを10〜1000keVとする条件で、レジストマスク14をマスクとして、例えばSiなどのn型の不純物をエピタキシャル成長層17aに導入するイオン注入を行う。これにより、図3のようにn型不純物注入領域5,6が形成される。 The manufacturing semiconductor substrate 1 on which the buffer layer 2, the channel layer 3, and the electron supply layer 4 are formed is taken out from the epitaxial growth apparatus. Then, using the photolithography technique, a resist mask 14 having openings in the formation regions of the drain electrode 7 and the source electrode 8 is formed on the electron supply layer 4. Then, under the condition that the implantation dose amount is 1 × 10 13 to 1 × 10 17 cm- 2 and the implantation energy is 10 to 1000 keV, the resist mask 14 is used as a mask, and n-type impurities such as Si are removed into the epitaxial growth layer 17a. Ion implantation is performed. As a result, n-type impurity injection regions 5 and 6 are formed as shown in FIG.

図示しないが、レジストマスク14を除去した後、例えば蒸着法またはスパッタリング法などを用いて,Ti,Al,Nb,Hf,Zr,Sr,Ni,Ta,Au,Pt,Mo,W等の金属、またはそれらの2以上から構成される多層膜を電子供給層4上に堆積する。そして、リフトオフ法またはフォトリソグラフィ法などを用いて堆積膜をパターニングすることによって、図4のようにドレイン電極7及びソース電極8を形成する。 Although not shown, after removing the resist mask 14, metals such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Pt, Mo, and W are used, for example, by a vapor deposition method or a sputtering method. Alternatively, a multilayer film composed of two or more of them is deposited on the electron supply layer 4. Then, the drain electrode 7 and the source electrode 8 are formed as shown in FIG. 4 by patterning the deposited film using a lift-off method, a photolithography method, or the like.

次に図示しないが、例えば蒸着法またはスパッタリング法などを用いて、Ti,Al,Cu,Cr,Mo,W,Pt,Au,Ni,Pd等の金属、IrSi,PtSi,NiSi等のシリサイド、もしくはTiN,WN等の窒化物金属、またはそれらを組み合わせた多層膜を電子供給層4上に堆積する。そして、リフトオフ法またはフォトリソグラフィ法などを用いて堆積膜をパターニングすることによって、図5のようにゲート電極9を形成する。 Next, although not shown, metals such as Ti, Al, Cu, Cr, Mo, W, Pt, Au, Ni, and Pd, and silicides such as IrSi, PtSi, and NiSi 2 are used, for example, by a vapor deposition method or a sputtering method. Alternatively, a nitride metal such as TiN or WN, or a multilayer film combining them is deposited on the electron supply layer 4. Then, the gate electrode 9 is formed as shown in FIG. 5 by patterning the sedimentary film by using a lift-off method, a photolithography method, or the like.

その後、例えばALD(Atomic Layer Deposition)法やなど、被覆性が高い成膜手法を用いて、SiもしくはAlの酸化膜または窒化膜からなる表面保護膜10を電子供給層4の表面に形成する。そして、ドレイン電極7、ソース電極8及びゲート電極9が表面保護膜10から露出するように、ドライエッチング等で表面保護膜10をパターニングする。これにより、図6のように、電子供給層4の表面を覆う表面保護膜10が形成される。表面保護膜10の形成手法は、ALD法に限られず、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法やスパッタリング法など他の手法を用いてもよいし、それらの組み合わせてもよい。 After that, a surface protective film 10 made of an oxide film or a nitride film of Si or Al is formed on the surface of the electron supply layer 4 by using a film forming method having high coating properties such as an ALD (Atomic Layer Deposition) method. Then, the surface protective film 10 is patterned by dry etching or the like so that the drain electrode 7, the source electrode 8 and the gate electrode 9 are exposed from the surface protective film 10. As a result, as shown in FIG. 6, a surface protective film 10 that covers the surface of the electron supply layer 4 is formed. The method for forming the surface protective film 10 is not limited to the ALD method, and other methods such as the PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method and the sputtering method may be used, or a combination thereof may be used.

ここで、この時点での変形例について説明する。チャネル層3のバンドギャップの大きさをE3とし、電子供給層4のバンドギャップの大きさをE4とした場合に、E3<E4という関係を満たせば、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの動作を確保できる。このため、必ずしも製造用半導体基板1、バッファ層2及びチャネル層3をGaNから構成し、かつ、電子供給層4をAl0.17Ga0.83Nから構成しなくてもよい。例えば、チャネル層3及び電子供給層4を構成する元素の組成が互いに異なっており、かつ、それらの元素がAl及びGaの少なくともいずれか1つとNとを含んでいればよい。例えば、製造用半導体基板1、バッファ層2及びチャネル層3は、AlGa1−xN(0≦x≦1)を主成分とする材料で構成されてもよい。 Here, a modified example at this point will be described. When the band gap size of the channel layer 3 is E3 and the band gap size of the electron supply layer 4 is E4, the operation of the heterojunction field effect transistor can be ensured if the relationship E3 <E4 is satisfied. .. Therefore, the manufacturing semiconductor substrate 1, the buffer layer 2, and the channel layer 3 do not necessarily have to be composed of GaN, and the electron supply layer 4 does not necessarily have to be composed of Al 0.17 Ga 0.83 N. For example, the compositions of the elements constituting the channel layer 3 and the electron supply layer 4 may be different from each other, and these elements may contain at least one of Al and Ga and N. For example, the manufacturing semiconductor substrate 1, the buffer layer 2, and the channel layer 3 may be made of a material containing Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) as a main component.

その構成でE3<E4の関係を満たすためには、チャネル層3を構成する窒化物半導体をAlx1Ga1−x1Nとし、電子供給層4を構成する窒化物半導体をAlx2Ga1−x2Nとした場合に、0≦x1<1、0<x2<1、x1<x2という関係が満たされればよい。さらに、チャネル層3及び電子供給層4は、Al及びGaの少なくともいずれか1つ及びNに、Inを加えた窒化物半導体で構成されていてもよい。 In order to satisfy the relationship of E3 <E4 in that configuration, the nitride semiconductor constituting the channel layer 3 is Al x1 Ga 1-x1 N, and the nitride semiconductor constituting the electron supply layer 4 is Al x2 Ga 1-x2. When N is set, the relations of 0 ≦ x1 <1, 0 <x2 <1, and x1 <x2 may be satisfied. Further, the channel layer 3 and the electron supply layer 4 may be made of a nitride semiconductor in which In is added to at least one of Al and Ga and N.

上記のような各種の窒化物半導体からなるチャネル層3及び電子供給層4の成長工程では、窒化物半導体の原料ガスであるトリメチルアンモニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニア、または、n型ドーパントの原料ガスであるシラン等の圧力や流量、温度、導入時間が調整される。このような調整により、所望の組成、膜厚、ドーピング濃度を有するチャネル層3及び電子供給層4を形成することができる。 In the growth step of the channel layer 3 and the electron supply layer 4 made of various nitride semiconductors as described above, the raw materials of trimethylammonium, trimethylgallium, trimethylindium, ammonia, or n-type dopant which are the raw material gases of the nitride semiconductors. The pressure, flow rate, temperature, and introduction time of silane, which is a gas, are adjusted. By such adjustment, the channel layer 3 and the electron supply layer 4 having a desired composition, film thickness, and doping concentration can be formed.

チャネル層3及び電子供給層4が、Al及びGaの少なくともいずれか1つとNとを含む元素からなる化合物で構成される場合、電子供給層4に大きな分極効果が発生するため、高濃度の2次元電子ガス11を発生させることができる。2次元電子ガス11の濃度が高いと、トランジスタの大電流化、さらには高出力化に有利である。ただし、チャネル層3に限っては、AlNの2元結晶を採用することはできない。これは、窒化物半導体においてAlNを超えるバンドギャップを持つ材料が現時点で無いため、電子供給層4に使用できる材料が存在しなくなるからである。 When the channel layer 3 and the electron supply layer 4 are composed of a compound composed of an element containing at least one of Al and Ga and N, a large polarization effect is generated in the electron supply layer 4, so that the concentration of 2 is high. The dimensional electron gas 11 can be generated. When the concentration of the two-dimensional electron gas 11 is high, it is advantageous for increasing the current of the transistor and further increasing the output. However, the binary crystal of AlN cannot be adopted only for the channel layer 3. This is because there is no material having a band gap exceeding AlN in the nitride semiconductor at present, so that there is no material that can be used for the electron supply layer 4.

チャネル層3の絶縁破壊電界が高いほど、ヘテロ接合電界効果型トランジスタの耐圧は高くなる。AlGa1−xNは、Al組成が高いほど、バンドギャップが大きくなり、絶縁破壊電界が高くなるため、チャネル層3を構成するAlx1Ga1−x1Nは、Al組成がより高い(x1が1に近い)方が好ましい。また、電子供給層4のバンドギャップが大きいほど、電子供給層4を介してゲート電極9からヘテロ界面へ流れるゲートリーク電流を抑制できるため、電子供給層4を構成するAlx2Ga1−x2Nも、Al組成がより高い(x2が1に近い)方が好ましい。 The higher the dielectric breakdown electric field of the channel layer 3, the higher the withstand voltage of the heterojunction field effect transistor. Al x Ga 1-x N, the higher Al composition is higher, the greater the band gap, since the breakdown electric field increases, Al x1 Ga1 -x1 N constituting the channel layer 3 is Al composition higher (x1 Is close to 1) is preferable. Further, the larger the band gap of the electron supply layer 4, the more the gate leak current flowing from the gate electrode 9 to the hetero interface through the electron supply layer 4 can be suppressed. Therefore, Al x2 Ga 1-x2 N constituting the electron supply layer 4 can be suppressed. Also, it is preferable that the Al composition is higher (x2 is close to 1).

ゲート電極9の断面形状は、図1に示したような矩形である必要はなく、例えば、T字型、Y字型、あるいはΓ型であってもよい。また、図7のように、ゲート電極9と電気的に接続し、表面保護膜10上に延在するフィールドプレート電極13を設けてもよい。図7では、フィールドプレート電極13がゲート電極9からドレイン電極7側へと延設する構成を示しているが、フィールドプレート電極13は、ソース電極8側へ延設してもよいし、ドレイン電極7側及びソース電極8側の両方へ延設してもよい。 The cross-sectional shape of the gate electrode 9 does not have to be rectangular as shown in FIG. 1, and may be, for example, T-shaped, Y-shaped, or Γ-shaped. Further, as shown in FIG. 7, a field plate electrode 13 that is electrically connected to the gate electrode 9 and extends on the surface protective film 10 may be provided. FIG. 7 shows a configuration in which the field plate electrode 13 extends from the gate electrode 9 to the drain electrode 7 side, but the field plate electrode 13 may extend to the source electrode 8 side or the drain electrode. It may extend to both the 7 side and the 8 side of the source electrode.

フィールドプレート電極13が設けられることで、ゲート電極9の端部における電界集中を抑えることができるので、電流コラプスの低減に効果的である。フィールドプレート電極13の材料は、ゲート電極9と電気的に接続でき、エピタキシャル成長層17aと接触しないように形成できれば、どのような材料でもよい。なお、表面保護膜10を形成した後、その上に蒸着法等でフィールドプレート電極13の材料となる導電膜を形成し、リフトオフ法などを用いて当該導電膜を所望のパターンに加工することよってフィールドプレート電極13を形成することができる。 By providing the field plate electrode 13, the electric field concentration at the end of the gate electrode 9 can be suppressed, which is effective in reducing the current collapse. The material of the field plate electrode 13 may be any material as long as it can be electrically connected to the gate electrode 9 and can be formed so as not to come into contact with the epitaxial growth layer 17a. After forming the surface protective film 10, a conductive film to be used as a material for the field plate electrode 13 is formed on the surface protective film 10 by a vapor deposition method or the like, and the conductive film is processed into a desired pattern by a lift-off method or the like. The field plate electrode 13 can be formed.

製造用半導体基板1は、GaNに限ったものではなく、AlN、InNまたはこれらの混晶等から構成されていてもよいし、Siから構成されてもよい。ただし、製造用半導体基板1と格子定数の異なる結晶を、製造用半導体基板1から連続して品質よくエピタキシャル成長を行うことは難しい。このため、製造用半導体基板1の格子定数とバッファ層2及びチャネル層3の格子定数は、揃えておくことが好ましい。また、格子定数を揃えることが困難である場合には、エピタキシャル成長層17a内へ格子歪緩和層を挿入するなどして、バッファリーク電流に与える影響を考慮してもよい。また、格子歪緩和の観点からすれば、製造用半導体基板1上にバッファ層2を形成せずに、チャネル層3及び電子供給層4を形成してもよい。つまり、製造用半導体基板1の上に必ずしもバッファ層2を形成する必要はない。 The semiconductor substrate 1 for manufacturing is not limited to GaN, and may be composed of AlN, InN, a mixed crystal thereof, or the like, or may be composed of Si. However, it is difficult to continuously grow crystals having a lattice constant different from that of the semiconductor substrate 1 for manufacturing from the semiconductor substrate 1 for manufacturing with good quality. Therefore, it is preferable that the lattice constants of the semiconductor substrate 1 for manufacturing and the lattice constants of the buffer layer 2 and the channel layer 3 are the same. When it is difficult to make the lattice constants uniform, the influence on the buffer leak current may be considered by inserting a lattice strain relaxation layer into the epitaxial growth layer 17a. Further, from the viewpoint of lattice strain relaxation, the channel layer 3 and the electron supply layer 4 may be formed without forming the buffer layer 2 on the semiconductor substrate 1 for manufacturing. That is, it is not always necessary to form the buffer layer 2 on the semiconductor substrate 1 for manufacturing.

また、チャネル層3及び電子供給層4のそれぞれは、必ずしも単一組成の単層構造である必要はない。バンドギャップの大きさの条件(E3<E4)を満たせば、チャネル層3及び電子供給層4の全体は、In組成、Al組成、Ga組成が連続的に変化する一つの層であってもよいし、当該組成が段階的に変化するように当該組成が異なる複数の層を組み合わせた多層構造であってもよい。なお、図7及び後述する図8及び図9では、チャネル層3及び電子供給層4が上記のように組成が連続的に変化する一つの層などであり、バッファ層2を形成しないことを、便宜上、1つのチャネル層3によって図示している。チャネル層3及び電子供給層4には、窒化物半導体中でn型またはp型を示す不純物が含まれていてもよい。 Further, each of the channel layer 3 and the electron supply layer 4 does not necessarily have to have a single layer structure having a single composition. If the condition of the size of the band gap (E3 <E4) is satisfied, the entire channel layer 3 and the electron supply layer 4 may be one layer in which the In composition, the Al composition, and the Ga composition continuously change. However, it may have a multi-layer structure in which a plurality of layers having different compositions are combined so that the composition changes stepwise. In addition, in FIG. 7 and FIGS. 8 and 9 described later, the channel layer 3 and the electron supply layer 4 are one layer whose composition continuously changes as described above, and the buffer layer 2 is not formed. For convenience, it is illustrated by one channel layer 3. The channel layer 3 and the electron supply layer 4 may contain impurities exhibiting n-type or p-type in the nitride semiconductor.

ドレイン電極7及びソース電極8が、電子供給層4とチャネル層3との界面近傍に発生する2次元電子ガス11とオーミックコンタクトを形成するのであれば、図8のように、ドレイン電極7及びソース電極8の下にn型不純物注入領域5,6を設けなくてもよい。 If the drain electrode 7 and the source electrode 8 form an ohmic contact with the two-dimensional electron gas 11 generated near the interface between the electron supply layer 4 and the channel layer 3, the drain electrode 7 and the source are as shown in FIG. It is not necessary to provide the n-type impurity injection regions 5 and 6 under the electrode 8.

また、ドレイン電極7及びソース電極8は、図8のようにエピタキシャル成長層17aの上面と接触するように設けられてもよいし、図9のようにエピタキシャル成長層17aの上側のリセス部分と接触するように設けられてもよい。ただし、ドレイン電極7及びソース電極8の下にn型不純物注入領域5,6が配設される構成の方が、ドレイン電極7及びソース電極8と2次元電子ガス11との間の抵抗を低減することができるため、トランジスタの大電流化及び高出力化に有利である。 Further, the drain electrode 7 and the source electrode 8 may be provided so as to be in contact with the upper surface of the epitaxial growth layer 17a as shown in FIG. 8, or to be in contact with the recess portion on the upper side of the epitaxial growth layer 17a as shown in FIG. It may be provided in. However, the configuration in which the n-type impurity injection regions 5 and 6 are arranged under the drain electrode 7 and the source electrode 8 reduces the resistance between the drain electrode 7 and the source electrode 8 and the two-dimensional electron gas 11. Therefore, it is advantageous for increasing the current and output of the transistor.

なお、図8の構成は、図3に示したn型不純物のイオン注入を省略することなどによって形成できる。また、図9の構成は、図3に示した工程の代わりに、例えばCl系のエッチングガスを用いてエピタキシャル成長層17aの上部を選択的に除去する工程を行うことなどによって形成できる。なお、上述した各変形例は、互いに組み合わせて実施することもできる。 The configuration of FIG. 8 can be formed by omitting the ion implantation of the n-type impurity shown in FIG. Further, the configuration of FIG. 9 can be formed by, for example, performing a step of selectively removing the upper portion of the epitaxial growth layer 17a using a Cl 2-based etching gas instead of the step shown in FIG. In addition, each of the above-mentioned modified examples can be carried out in combination with each other.

さて、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、図6の工程の続きから説明する。図6の工程の後には、エピタキシャル成長層17aへのイオン注入による高抵抗化と放熱効率とを向上するために、製造用半導体基板1を薄肉化によって除去する。しかしながら、エピタキシャル成長層17aの厚さが10μm程度になると、その強度が低くなるため、エピタキシャル成長層17aが、分割、接合、剥離工程の間に破損などによって不良となってしまうことがある。特に製造用半導体基板1にSiを用い、エピタキシャル成長層17aにGaNを用いた場合は2つの材料の格子定数及び熱膨張係数の違いによりエピタキシャル成長層17aに応力が内在した状態になる。この状態下で、製造用半導体基板1を除去するとGaNに内在する応力により、エピタキシャル成長層17aが破損することがある。以下では製造用半導体基板1を薄膜化によって除去する例を示すが、エピタキシャル成長層17aの破損が抑制されるのであれば、薄膜化以外の方法を用いてもよい。 The method for manufacturing the heterojunction field effect transistor will be described from the continuation of the process of FIG. After the step of FIG. 6, the semiconductor substrate 1 for manufacturing is removed by thinning in order to improve the resistance and heat dissipation efficiency by ion implantation into the epitaxial growth layer 17a. However, when the thickness of the epitaxial growth layer 17a is about 10 μm, the strength thereof becomes low, so that the epitaxial growth layer 17a may become defective due to breakage during the dividing, joining, and peeling steps. In particular, when Si is used for the semiconductor substrate 1 for manufacturing and GaN is used for the epitaxial growth layer 17a, stress is inherent in the epitaxial growth layer 17a due to the difference in the lattice constant and the coefficient of thermal expansion of the two materials. If the semiconductor substrate 1 for manufacturing is removed under this state, the epitaxial growth layer 17a may be damaged due to the stress inherent in the GaN. In the following, an example of removing the semiconductor substrate 1 for manufacturing by thinning is shown, but a method other than thinning may be used as long as the damage of the epitaxial growth layer 17a is suppressed.

図10に示すように、製造用半導体基板1上に形成された半導体素子上に接着保護層18を塗布形成する。ここで、半導体素子は、上記のエピタキシャル成長層17a上に形成されたドレイン電極7、ソース電極8、ゲート電極9、表面保護膜10等を含む。接着保護層18は、後工程において薄肉化された膜の強度を補強する層である。半導体素子が、エアブリッジ構造のような中空構造の電極(図示せず)を含む高周波回路素子である場合、当該電極は後の剥離工程などで損傷しないように接着保護層18によって保護される。接着保護層18は、例えば、加熱硬化型樹脂または光硬化型樹脂と有機溶剤とからなる材料であって、化学処理で除去可能な材料からなる接着剤を含む。当該材料は、例えばアクリル樹脂、オレフィン樹脂、フェノール樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂等を含む。接着保護層18の塗布方法には、例えば、製造用半導体基板1の半導体素子が形成された主面上に、接着保護層18となる接着剤を乗せてから、製造用半導体基板1の面内の中心を基準にして高速回転させるスピンコート法が用いられる。接着保護層18の塗布厚は例えば5〜8μmである。接着保護層18の塗布方法は、印刷法、スプレー法などであってもよい。塗布された接着保護層18を、ホットプレート等で90〜120℃に加熱することによって、接着保護層18の溶剤成分を蒸発させ、接着保護層18を硬化させる。接着保護層18が光硬化性樹脂を含む場合には、乾燥させた接着保護層18を光照射して硬化させてもよい。 As shown in FIG. 10, the adhesive protective layer 18 is coated and formed on the semiconductor element formed on the semiconductor substrate 1 for manufacturing. Here, the semiconductor element includes a drain electrode 7, a source electrode 8, a gate electrode 9, a surface protective film 10, and the like formed on the epitaxial growth layer 17a. The adhesive protective layer 18 is a layer that reinforces the strength of the film thinned in the subsequent process. When the semiconductor element is a high-frequency circuit element including an electrode having a hollow structure (not shown) such as an air bridge structure, the electrode is protected by an adhesive protective layer 18 so as not to be damaged in a later peeling step or the like. The adhesive protective layer 18 contains, for example, an adhesive made of a heat-curable resin or a photocurable resin and an organic solvent, which can be removed by a chemical treatment. The material includes, for example, acrylic resin, olefin resin, phenol resin, polypropylene resin, polyethylene resin, polyethylene resin and the like. In the method of applying the adhesive protective layer 18, for example, after placing the adhesive to be the adhesive protective layer 18 on the main surface on which the semiconductor element of the semiconductor substrate 1 for manufacturing is formed, the in-plane of the semiconductor substrate 1 for manufacturing is applied. A spin coating method is used in which the device rotates at high speed with reference to the center of the device. The coating thickness of the adhesive protective layer 18 is, for example, 5 to 8 μm. The method of applying the adhesive protective layer 18 may be a printing method, a spray method, or the like. By heating the applied adhesive protective layer 18 to 90 to 120 ° C. on a hot plate or the like, the solvent component of the adhesive protective layer 18 is evaporated and the adhesive protective layer 18 is cured. When the adhesive protective layer 18 contains a photocurable resin, the dried adhesive protective layer 18 may be irradiated with light to be cured.

それから図11に示すように、これまで加工された半導体素子とは別に、支持基板21上に剥離層20を形成して第1構造体を形成する。剥離層20は、例えば、光照射されたときに吸収発熱し熱分解するようなカーボン材料からなる樹脂と有機溶剤とからなる接着剤を含む。剥離層20は、例えば、スピンコート法、印刷法、スプレー法などで塗布した後に加熱乾燥することによって形成される。支持基板21には、例えば無アルカリガラスやサファイヤガラスなどの、硬質かつ光透過性を持つウエハが用いられる。 Then, as shown in FIG. 11, a release layer 20 is formed on the support substrate 21 separately from the semiconductor elements processed so far to form the first structure. The release layer 20 contains, for example, an adhesive composed of a resin made of a carbon material and an organic solvent that absorbs heat and thermally decomposes when irradiated with light. The release layer 20 is formed by, for example, applying by a spin coating method, a printing method, a spray method, or the like, and then heating and drying. For the support substrate 21, a hard and light-transmitting wafer such as non-alkali glass or sapphire glass is used.

また図11に示すように、接着保護層18上に接着層19を形成して第2構造体を形成する。本実施の形態1では、接着層19は、ウレタンアクリレート、アクリル樹脂アクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化性樹脂と有機溶剤等とからなる接着剤を含む。接着層19は、例えば、スピンコート法、印刷法、スプレー法などで塗布した後に加熱乾燥することによって形成される。 Further, as shown in FIG. 11, the adhesive layer 19 is formed on the adhesive protective layer 18 to form the second structure. In the first embodiment, the adhesive layer 19 contains an adhesive composed of an ultraviolet curable resin such as urethane acrylate, acrylic resin acrylate, and epoxy acrylate and an organic solvent. The adhesive layer 19 is formed by, for example, applying by a spin coating method, a printing method, a spray method, or the like, and then heating and drying.

それから図12に示すように、第1構造体と第2構造体とを重ね合わせて、剥離層20と接着層19とを接触させる。その状態で、光透過性を持つ支持基板21側から紫外線照射して接着層19を樹脂硬化させることによって、第1構造体と第2構造体とを接着させて貼り合わせる。なお、接着層19は、紫外線硬化樹脂を含まなくてもよい。しかしながら本実施の形態1のように、接着層19が紫外線硬化樹脂を含む場合には、比較的短時間で接着層19の硬化が可能となるため、工程時間の短縮、及び、位置合わせのズレ抑制が期待できる。上記接着(貼り合わせ)の際、接着層19及び剥離層20に空気などが入ると、その部分が未接着部分となり接着強度を低下させる要因となる。このため、重ね合わせ後、接着前に、真空中で接着層19及び剥離層20を脱泡し、その後に接着を行うと、未接着部分を低減することができるので、接着強度の低下を抑制することができる。 Then, as shown in FIG. 12, the first structure and the second structure are overlapped with each other, and the release layer 20 and the adhesive layer 19 are brought into contact with each other. In this state, the first structure and the second structure are adhered and bonded by irradiating ultraviolet rays from the light-transmitting support substrate 21 side to cure the adhesive layer 19 with a resin. The adhesive layer 19 does not have to contain an ultraviolet curable resin. However, when the adhesive layer 19 contains an ultraviolet curable resin as in the first embodiment, the adhesive layer 19 can be cured in a relatively short time, so that the process time can be shortened and the alignment can be misaligned. Suppression can be expected. If air or the like enters the adhesive layer 19 and the release layer 20 during the above-mentioned adhesion (bonding), that portion becomes an unadhered portion, which causes a decrease in the adhesive strength. Therefore, if the adhesive layer 19 and the peeling layer 20 are defoamed in a vacuum after stacking and before bonding, and then bonding is performed, the unbonded portion can be reduced, so that a decrease in adhesive strength is suppressed. can do.

以上により、半導体素子上に、接着保護層18、接着層19、剥離層20、支持基板21がこの順に配設された積層体が形成される。なお、この積層体の形成の順序は、以上に限ったものではない。例えば、半導体素子上に、接着保護層18、接着層19、剥離層20、支持基板21をこの順に形成することによって積層体を形成してもよい。 As described above, a laminate in which the adhesive protective layer 18, the adhesive layer 19, the release layer 20, and the support substrate 21 are arranged in this order is formed on the semiconductor element. The order of forming the laminate is not limited to the above. For example, the laminate may be formed by forming the adhesive protective layer 18, the adhesive layer 19, the release layer 20, and the support substrate 21 on the semiconductor element in this order.

次に図13に示すように、製造用半導体基板1のエピタキシャル成長層17aと反対側(裏面)から研磨を含む薄肉化を行うことによって、製造用半導体基板1及びエピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1と隣接する部分を削る。これにより、製造用半導体基板1を除去するとともに、エピタキシャル成長層17aのうち界面不純物12が堆積している部分をある程度除去することができる。なお、製造用半導体基板1のみを除去してもよいが、バッファリーク電流を生じさせる界面不純物12もある程度除去しておくことが好ましい。 Next, as shown in FIG. 13, the manufacturing semiconductor substrate 1 and the manufacturing semiconductor substrate 1 of the epitaxial growth layer 17a are thinned by polishing from the opposite side (back surface) of the manufacturing semiconductor substrate 1 to the epitaxial growth layer 17a. And scrape the adjacent part. As a result, the semiconductor substrate 1 for manufacturing can be removed, and the portion of the epitaxial growth layer 17a on which the interfacial impurities 12 are deposited can be removed to some extent. Although only the semiconductor substrate 1 for manufacturing may be removed, it is preferable to remove some interfacial impurities 12 that cause a buffer leak current.

研磨前の製造用半導体基板1の厚さは例えば500μmであり、研磨後のエピタキシャル成長層17aの厚さは例えば数100nmである。製造用半導体基板1の研磨方法には、例えば、機械研磨、化学研磨、機械化学研磨等が用いられる。その後、例えば、RIE(リアクティブイオンエッチング)などのドライエッチングを用いてさらに薄肉化する。 The thickness of the manufacturing semiconductor substrate 1 before polishing is, for example, 500 μm, and the thickness of the epitaxial growth layer 17a after polishing is, for example, several hundred nm. As the polishing method of the semiconductor substrate 1 for manufacturing, for example, mechanical polishing, chemical polishing, mechanical chemical polishing and the like are used. Then, for example, dry etching such as RIE (reactive ion etching) is used to further reduce the wall thickness.

次に図14に示すように、エピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1が除去された側の少なくとも一部にイオン注入を行うことによって、高抵抗化不純物注入層15を形成する。これにより、エピタキシャル成長層17aは図1のエピタキシャル成長層17となる。なお、高抵抗化不純物注入層15を形成するための高抵抗化にはイオン注入法を用いる。例えば、He,N,O,Mg,Ar,Ca,Fe,Zn,Sr,Ba等のイオンを、加速エネルギーを10〜1000keVとし、ドーズ量を1×1011〜1×1020cm−2として照射するイオン注入法を用いて高抵抗化を行う。本実施の形態1では、Arイオンを、加速エネルギーを100keVとし、ドーズ量を5×1014cm−2として注入する。 Next, as shown in FIG. 14, the high resistance impurity implantation layer 15 is formed by implanting ions into at least a part of the epitaxial growth layer 17a on the side from which the manufacturing semiconductor substrate 1 has been removed. As a result, the epitaxial growth layer 17a becomes the epitaxial growth layer 17 of FIG. The ion implantation method is used to increase the resistance for forming the high resistance impurity implantation layer 15. For example, for ions such as He, N, O, Mg, Ar, Ca, Fe, Zn, Sr, and Ba, the acceleration energy is 10 to 1000 keV and the dose amount is 1 × 10 11 to 1 × 10 20 cm- 2. High resistance is achieved by using the ion implantation method of irradiation. In the first embodiment, Ar ions are injected with an acceleration energy of 100 keV and a dose amount of 5 × 10 14 cm- 2.

なお、図14においては、高抵抗化不純物注入層15は、エピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1が除去された下面にイオン注入を行うことによって形成されているが、これに限ったものではない。上述したように、製造用半導体基板1とバッファ層2とに格子定数の異なる材料を用いる場合には、エピタキシャル成長層17aに格子歪緩和層を挿入することがある。その場合、エピタキシャル成長中にプロセスの中断が入ることになり、条件によっては、その中断で生じる界面(成長中断界面)でも不純物の凝集が発生する可能性がある。このような場合には、図13の工程でバッファ層2もある程度除去して、バッファ層2及びチャネル層3の界面に高抵抗化不純物注入層15を形成してもよい。または、バッファ層2を除去して、チャネル層3のバッファ層2が除去された側(裏面)に高抵抗化不純物注入層15を形成してもよい。 In FIG. 14, the high resistance impurity implantation layer 15 is formed by implanting ions into the lower surface of the epitaxial growth layer 17a from which the manufacturing semiconductor substrate 1 has been removed, but the present invention is not limited to this. .. As described above, when materials having different lattice constants are used for the manufacturing semiconductor substrate 1 and the buffer layer 2, a lattice strain relaxation layer may be inserted into the epitaxial growth layer 17a. In that case, the process is interrupted during epitaxial growth, and depending on the conditions, agglutination of impurities may occur at the interface (growth interruption interface) caused by the interruption. In such a case, the buffer layer 2 may be removed to some extent in the step of FIG. 13 to form the high resistance impurity injection layer 15 at the interface between the buffer layer 2 and the channel layer 3. Alternatively, the buffer layer 2 may be removed to form the high resistance impurity injection layer 15 on the side (back surface) of the channel layer 3 from which the buffer layer 2 has been removed.

高抵抗化不純物注入層15は、X線回折分析において、欠陥生成に起因するエピタキシャル成長層17及び半導体基板16以外のピークが検出される状態となっている。または、高抵抗化不純物注入層15は、断面透過電子顕微鏡観察において、注入領域の表面から300nm以内の領域であり、当該領域は、非イオン注入領域に対して点欠陥や線欠陥、積層欠陥、体積欠陥の密度が10倍以上増加した状態となっている。そして、高抵抗化不純物注入層15の電気抵抗率は、非イオン注入領域の一部よりも高い状態となっている。なお、点欠陥の増加量は、ラザフォード後方散乱のチャネリング法によって評価されてもよい。 The high resistance impurity injection layer 15 is in a state where peaks other than the epitaxial growth layer 17 and the semiconductor substrate 16 due to defect generation are detected in the X-ray diffraction analysis. Alternatively, the high resistance impurity implantation layer 15 is a region within 300 nm from the surface of the implantation region in cross-section transmission electron microscope observation, and the region has point defects, line defects, stacking defects, etc. with respect to the non-ion implantation region. The density of volume defects has increased 10 times or more. The electrical resistivity of the high resistivity impurity implantation layer 15 is higher than that of a part of the non-ion implantation region. The amount of increase in point defects may be evaluated by the channeling method of Rutherford backscattering.

なお、本実施の形態1ではバッファ層2に直接イオン注入を行ったが、イオン注入されたイオン原子の濃度は、半導体層のイオン注入された面から一定深さの領域でピークを持つ。そこで、エピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1が除去された側の少なくとも一部に図示しない絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の成膜後に高抵抗化不純物注入層15を形成してもよい。このような構成によれば、バッファ層2の裏面近傍にArイオンなどのイオン濃度のピークを形成することができる。なお、絶縁膜は、例えば、PECVD等で成膜された数nm〜数十nmのSiN膜であってもよい。イオン濃度のピークはイオン注入の加速エネルギーによって制御することもできる。イオン注入の後はSiN膜をフッ酸処理等によって除去してもよい。また、絶縁膜の形成の有無に関わらず、イオン注入によってエピタキシャル成長層17の高抵抗化不純物注入層15が形成された側(裏面)から、高抵抗化不純物注入層15のうちイオン濃度(不純物濃度)が最も高い部分まで除去してもよい。このような構成によれば、エピタキシャル成長層17aの裏面側の比較的抵抗の低い領域や界面不純物12を除去することができる。このように比較的抵抗の低い領域が除去された構成は、除去されていない構成に比べてトランジスタの寄生容量を低減でき、特性を高めることができる。また、高抵抗化不純物注入層15形成後に、ダイシングにより複数の半導体素子を切り分けてもよい。 In the first embodiment, the ions were implanted directly into the buffer layer 2, but the concentration of the ion-implanted ion atoms has a peak in a region of a certain depth from the ion-implanted surface of the semiconductor layer. Therefore, an insulating film (not shown) may be formed on at least a part of the epitaxial growth layer 17a on the side from which the manufacturing semiconductor substrate 1 has been removed, and the high resistance impurity injection layer 15 may be formed after the insulating film is formed. .. According to such a configuration, an ion concentration peak such as Ar ion can be formed in the vicinity of the back surface of the buffer layer 2. The insulating film may be, for example, a SiN film having a thickness of several nm to several tens of nm formed by PECVD or the like. The peak ion concentration can also be controlled by the accelerated energy of ion implantation. After ion implantation, the SiN film may be removed by hydrofluoric acid treatment or the like. Further, regardless of whether or not an insulating film is formed, the ion concentration (impurity concentration) of the high resistance impurity implantation layer 15 from the side (back surface) where the high resistance impurity implantation layer 15 of the epitaxial growth layer 17 is formed by ion implantation. ) May be removed up to the highest part. According to such a configuration, a region having a relatively low resistance on the back surface side of the epitaxial growth layer 17a and the interfacial impurities 12 can be removed. In the configuration in which the region having a relatively low resistance is removed in this way, the parasitic capacitance of the transistor can be reduced and the characteristics can be improved as compared with the configuration in which the region is not removed. Further, after the high resistance impurity injection layer 15 is formed, a plurality of semiconductor elements may be separated by dicing.

次に図15に示すように、エピタキシャル成長層17の高抵抗化不純物注入層15が形成された側(裏面)に、エピタキシャル成長層17と材質が異なる半導体基板16を接合する。本実施の形態1では半導体基板16として、例えばシリコン基板上に厚さ100μmのダイヤモンド層を形成し、当該ダイヤモンド層の表面粗さ(例えば二乗平均平方根粗さRq)を精密研磨によって1nm以下にした基板が用いられる。なお、全ての製造用半導体基板1を除去し、エピタキシャル成長層17の裏面全面に熱伝導率が高い半導体基板16を接合した場合には、熱抵抗を下げることができ、冷却効果を高めることができる。 Next, as shown in FIG. 15, a semiconductor substrate 16 made of a different material from the epitaxial growth layer 17 is bonded to the side (back surface) of the epitaxial growth layer 17 on which the high resistance impurity injection layer 15 is formed. In the first embodiment, as the semiconductor substrate 16, for example, a diamond layer having a thickness of 100 μm is formed on a silicon substrate, and the surface roughness (for example, root mean square roughness Rq) of the diamond layer is reduced to 1 nm or less by precision polishing. A substrate is used. When all the semiconductor substrates 1 for manufacturing are removed and the semiconductor substrate 16 having high thermal conductivity is bonded to the entire back surface of the epitaxial growth layer 17, the thermal resistance can be lowered and the cooling effect can be enhanced. ..

エピタキシャル成長層17と半導体基板16との接合には、例えば常温接合が用いられる。具体的には、真空チャンバー内で、エピタキシャル成長層17の研磨面と半導体基板16側のダイヤ接合面とにアルゴンイオンビームを照射して、それら表面の酸化物除去(清浄化)を行う。その後、酸化物除去された表面同士の位置合わせを行い、当該表面同士を接触させた状態において真空中で加圧することによって常温接合が行われる。 For the bonding between the epitaxial growth layer 17 and the semiconductor substrate 16, for example, room temperature bonding is used. Specifically, in the vacuum chamber, the polished surface of the epitaxial growth layer 17 and the diamond bonding surface on the semiconductor substrate 16 side are irradiated with an argon ion beam to remove (clean) the oxides on the surfaces. After that, the surfaces from which the oxides have been removed are aligned with each other, and the surfaces are brought into contact with each other and pressed in a vacuum to perform room temperature bonding.

その後、以下に説明する工程によって、これまでの工程によって形成された構造体から支持基板21、剥離層20、接着層19、接着保護層18を剥離(除去)する。 After that, the support substrate 21, the peeling layer 20, the adhesive layer 19, and the adhesive protective layer 18 are peeled (removed) from the structure formed by the steps so far by the steps described below.

まず図16に示すように、剥離層20を光照射して加熱分解することによって、剥離層20及び支持基板21を剥離する。本実施の形態1では、これまでの工程によって形成された構造体に対し、支持基板21側からの光照射を行うことによって、剥離層20の樹脂を加熱分解して剥離層20とともに支持基板21を剥離する。光照射には、例えば剥離層20全面をスキャンするレーザーが用いられる。剥離層20にレーザーを照射することで、剥離層20のカーボンなどが光を吸収し加熱されて熱分解される。その結果、支持基板21と接着層19との間の密着力(密着度、接着力、接着度)が低下するため、剥離層20及び支持基板21を容易に剥離することができる。 First, as shown in FIG. 16, the release layer 20 and the support substrate 21 are separated by irradiating the release layer 20 with light and heat-decomposing the release layer 20. In the first embodiment, the resin of the release layer 20 is thermally decomposed by irradiating the structure formed by the previous steps with light from the support substrate 21 side, and the support substrate 21 together with the release layer 20 is decomposed. To peel off. For light irradiation, for example, a laser that scans the entire surface of the release layer 20 is used. By irradiating the release layer 20 with a laser, carbon or the like in the release layer 20 absorbs light, is heated, and is thermally decomposed. As a result, the adhesive force (adhesiveness, adhesive force, adhesiveness) between the support substrate 21 and the adhesive layer 19 is reduced, so that the release layer 20 and the support substrate 21 can be easily peeled off.

次に図17に示すように、接着層19を加熱処理によって剥離する。接着層19は接着保護層18と強固に接着されているため、粘着テープを用いて接着層19を剥離することはできない。そこで、接着層19と接着保護層18との密着力を低下させて剥離するために加熱処理を行う。この加熱処理により、接着層19及び接着保護層18から有機成分がガスとして放出し、接着層19と接着保護層18との密着力が低下するため、接着層19を剥離することができる。 Next, as shown in FIG. 17, the adhesive layer 19 is peeled off by heat treatment. Since the adhesive layer 19 is firmly adhered to the adhesive protective layer 18, the adhesive layer 19 cannot be peeled off using the adhesive tape. Therefore, a heat treatment is performed in order to reduce the adhesive force between the adhesive layer 19 and the adhesive protective layer 18 and peel them off. By this heat treatment, the organic component is released as a gas from the adhesive layer 19 and the adhesive protective layer 18, and the adhesive force between the adhesive layer 19 and the adhesive protective layer 18 is reduced, so that the adhesive layer 19 can be peeled off.

なお、加熱処理の温度は、接着保護層18を形成した硬化温度以上であってもよい。例えば、ホットプレートを用いて90℃での硬化された接着保護層18を、200℃に設定されたホットプレート上で10分間加熱すると、容易に接着層19を剥離することができる。ここで、接着層19を剥離するための加熱温度が150℃より低い場合には、ガスの放出が少ないため、上記密着力は大きくは低下せず、接着層19の剥離に大きな力が必要になる。逆に、接着層19を剥離するための加熱温度が220℃を大きく超えると、半導体素子の反りなどの変形が発生し、後の剥離工程での破損、クラックの原因となる。このため、接着層19を剥離するための加熱温度は例えば170〜220℃が好ましい。加熱処理後、接着層19に粘着テープを貼り付けてピールすることで、接着層19を簡単に、かつ残渣もなく剥離することができる。 The temperature of the heat treatment may be higher than the curing temperature at which the adhesive protective layer 18 is formed. For example, when the adhesive protective layer 18 cured at 90 ° C. using a hot plate is heated on the hot plate set at 200 ° C. for 10 minutes, the adhesive layer 19 can be easily peeled off. Here, when the heating temperature for peeling the adhesive layer 19 is lower than 150 ° C., the release of gas is small, so that the adhesive force does not decrease significantly, and a large force is required for peeling the adhesive layer 19. Become. On the contrary, if the heating temperature for peeling the adhesive layer 19 greatly exceeds 220 ° C., deformation such as warpage of the semiconductor element occurs, which causes breakage and cracks in the subsequent peeling step. Therefore, the heating temperature for peeling the adhesive layer 19 is preferably 170 to 220 ° C., for example. After the heat treatment, the adhesive layer 19 can be easily peeled off without residue by attaching an adhesive tape to the adhesive layer 19 and peeling it.

最後に接着保護層18を化学処理によって剥離する。剥離は、例えば、アルカリ性、酸性、有機溶剤等の剥離液に、接着保護層18を浸漬して分解することにより行われる。接着保護層18の除去後、半導体素子を洗浄及び乾燥することによって図1に示したヘテロ接合電界効果型トランジスタの構成が形成される。この後、配線やバイアホール等の形成工程を経て、半導体デバイスとしてのヘテロ接合電界効果型トランジスタが完成する。 Finally, the adhesive protective layer 18 is peeled off by a chemical treatment. The peeling is performed, for example, by immersing the adhesive protective layer 18 in a peeling liquid such as an alkaline, acidic, or organic solvent and decomposing it. After removing the adhesive protective layer 18, the semiconductor element is washed and dried to form the structure of the heterojunction field effect transistor shown in FIG. After that, a heterojunction field effect transistor as a semiconductor device is completed through a process of forming wiring, via holes, and the like.

<実施の形態1のまとめ>
図18は、本実施の形態1と関連するヘテロ接合電界効果型トランジスタ(以下「関連トランジスタ」)における不純物濃度の分布を、二次イオン質量分析法(Secondary Ion Mass Spectrometry:SIMS)により実測した結果を示す図である。なお、関連トランジスタは、製造用半導体基板1に対応する基板と、高抵抗化不純物注入層15がないエピタキシャル成長層17aに対応するエピタキシャル成長層とを備える。図18には、ドナー型不純物であるSiと、アクセプタ型不純物であるCの濃度分布とが示されている。横軸はエピタキシャル成長層の上面からの深さを表し、縦軸は濃度を表している。
<Summary of Embodiment 1>
FIG. 18 shows the results of actual measurement of the distribution of impurity concentrations in the heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as “related transistor”) related to the first embodiment by secondary ion mass spectrometry (SIMS). It is a figure which shows. The related transistor includes a substrate corresponding to the semiconductor substrate 1 for manufacturing and an epitaxial growth layer corresponding to the epitaxial growth layer 17a without the high resistance impurity injection layer 15. FIG. 18 shows the concentration distribution of Si, which is a donor-type impurity, and C, which is an acceptor-type impurity. The horizontal axis represents the depth from the upper surface of the epitaxial growth layer, and the vertical axis represents the concentration.

図18において、基板とエピタキシャル成長層との界面の位置(深さが約1.4μmの位置)で、Si及びCが偏析を起こして凝集していることが示されている。当該界面では、ドナー型不純物(Si)のピーク濃度が、アクセプタ型不純物(C)のピーク濃度よりも、2桁程度大きくなっている。 In FIG. 18, it is shown that Si and C are segregated and aggregated at the position of the interface between the substrate and the epitaxial growth layer (the position where the depth is about 1.4 μm). At the interface, the peak concentration of the donor-type impurity (Si) is about two orders of magnitude higher than the peak concentration of the acceptor-type impurity (C).

図19は、C及びSiのピーク濃度の差と、バッファリーク電流の大きさとの関係を示す図である。図19には、Siのピーク濃度がCのピーク濃度よりも大きくなると、バッファリーク電流が増大することが示されている。このため、上記のように、ドナー型不純物(Si)のピーク濃度が、アクセプタ型不純物(C)のピーク濃度よりも、2桁程度大きい場合には、界面でのバッファリーク電流が比較的大きくなる。なお、不純物の凝集は、基板をエピタキシャル成長炉に導入するまでの大気搬送に由来する不純物や、エピタキシャル成長層を成長させるときの雰囲気に由来する不純物が取り込まれた結果として生じると考えられる。 FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the difference in peak concentrations of C and Si and the magnitude of the buffer leak current. FIG. 19 shows that the buffer leak current increases when the peak concentration of Si becomes larger than the peak concentration of C. Therefore, as described above, when the peak concentration of the donor type impurity (Si) is about two orders of magnitude higher than the peak concentration of the acceptor type impurity (C), the buffer leak current at the interface becomes relatively large. .. It is considered that the agglutination of impurities occurs as a result of incorporating impurities derived from atmospheric transport until the substrate is introduced into the epitaxial growth furnace and impurities derived from the atmosphere when the epitaxial growth layer is grown.

以上のことに鑑みて、本実施の形態1では、エピタキシャル成長層17aの製造用半導体基板1が除去された側の少なくとも一部に、Arのようなアクセプタ型不純物のイオン注入を行う。このイオン注入によって形成される高抵抗化不純物注入層15は、ドナー型不純物のピーク濃度とアクセプタ型不純物のピーク濃度との差異を低減し、電気抵抗を高くする。このような構成によれば、バッファリークを抑制することができ、トランジスタ特性を向上することができる。 In view of the above, in the first embodiment, ion implantation of an acceptor-type impurity such as Ar is performed on at least a part of the epitaxial growth layer 17a on the side from which the manufacturing semiconductor substrate 1 is removed. The high resistance impurity implantation layer 15 formed by this ion implantation reduces the difference between the peak concentration of donor-type impurities and the peak concentration of acceptor-type impurities, and increases the electrical resistance. According to such a configuration, the buffer leak can be suppressed and the transistor characteristics can be improved.

なお、図1においては、高抵抗化不純物注入層15は、半導体基板16とバッファ層2との界面のみに配設されているがこれに限ったものではない。例えば、上述したように、格子歪緩和層を挿入した場合などには、高抵抗化不純物注入層15は、バッファ層2とチャネル層3との界面などに配設されてもよい。 In FIG. 1, the high resistance impurity injection layer 15 is arranged only at the interface between the semiconductor substrate 16 and the buffer layer 2, but is not limited to this. For example, as described above, when the lattice strain relaxation layer is inserted, the high resistance impurity injection layer 15 may be arranged at the interface between the buffer layer 2 and the channel layer 3.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

1 製造用半導体基板、15 高抵抗化不純物注入層、16 半導体基板、17,17a エピタキシャル成長層。 1 Semiconductor substrate for manufacturing, 15 High resistance impurity injection layer, 16 Semiconductor substrate, 17, 17a epitaxial growth layer.

Claims (6)

窒化物半導体エピタキシャル層と、
前記窒化物半導体エピタキシャル層と接合され、前記窒化物半導体エピタキシャル層と材質が異なる半導体基板と
を備え、
前記窒化物半導体エピタキシャル層は、前記半導体基板側にイオン注入領域である不純物領域を有し、
前記不純物領域は、前記窒化物半導体エピタキシャル層のうち前記不純物領域と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い、半導体装置。
Nitride semiconductor epitaxial layer and
A semiconductor substrate bonded to the nitride semiconductor epitaxial layer and having a material different from that of the nitride semiconductor epitaxial layer is provided.
The nitride semiconductor epitaxial layer has an impurity region which is an ion implantation region on the semiconductor substrate side.
The impurity region is a semiconductor device having a higher impurity concentration and electrical resistance than a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer adjacent to the impurity region.
製造用半導体基板上に窒化物半導体エピタキシャル層を形成し、
前記製造用半導体基板を除去、または、前記製造用半導体基板及び前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記製造用半導体基板と隣接する部分を除去し、
前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記製造用半導体基板が除去された側の少なくとも一部にイオン注入を行うことによって不純物領域を形成し、
前記不純物領域は、前記窒化物半導体エピタキシャル層のうち前記不純物領域と隣接する部分よりも不純物濃度及び電気抵抗が高い、半導体装置の製造方法。
A nitride semiconductor epitaxial layer is formed on a semiconductor substrate for manufacturing,
The manufacturing semiconductor substrate is removed, or the manufacturing semiconductor substrate and the portion of the nitride semiconductor epitaxial layer adjacent to the manufacturing semiconductor substrate are removed.
An impurity region is formed by implanting ions into at least a part of the nitride semiconductor epitaxial layer on the side from which the manufacturing semiconductor substrate has been removed.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity region has a higher impurity concentration and electrical resistance than a portion of the nitride semiconductor epitaxial layer adjacent to the impurity region.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記不純物領域が形成された側から、前記不純物領域のうち前記不純物濃度が最も高い部分まで除去する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
A method for manufacturing a semiconductor device, which removes from the side of the nitride semiconductor epitaxial layer on which the impurity region is formed to the portion of the impurity region having the highest impurity concentration.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記製造用半導体基板が除去された側の前記少なくとも一部に絶縁膜を成膜し、
前記絶縁膜の成膜後に前記不純物領域を形成する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
An insulating film is formed on at least a part of the nitride semiconductor epitaxial layer on the side from which the manufacturing semiconductor substrate has been removed.
A method for manufacturing a semiconductor device, which forms the impurity region after forming the insulating film.
請求項2に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記窒化物半導体エピタキシャル層の前記不純物領域が形成された側に、前記窒化物半導体エピタキシャル層と材質が異なる半導体基板を接合する、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
A method for manufacturing a semiconductor device, in which a semiconductor substrate made of a material different from that of the nitride semiconductor epitaxial layer is bonded to the side of the nitride semiconductor epitaxial layer on which the impurity region is formed.
請求項1に記載の半導体装置である電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor which is the semiconductor device according to claim 1.
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