JP2022024947A - Nitride-based high-electron mobility transistor, and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法および窒化物系高電子移動度トランジスタに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor and a nitride-based high electron mobility transistor.
窒化ガリウム(GaN)等のIII族窒化物は、発光素子、トランジスタ等の半導体装置を製造するための材料として用いられている。 Group III nitrides such as gallium nitride (GaN) are used as materials for manufacturing semiconductor devices such as light emitting devices and transistors.
GaN等のIII族窒化物に各種構造を形成するためのエッチング技術として、光電気化学(PEC)エッチングが提案されている(例えば非特許文献1参照)。PECエッチングは、一般的なドライエッチングと比べてダメージが少ないウェットエッチングであり、また、中性粒子ビームエッチング(例えば非特許文献2参照)、アトミックレイヤーエッチング(例えば非特許文献3参照)等のダメージの少ない特殊なドライエッチングと比べて装置が簡便である点で好ましい。 Photoelectrochemical (PEC) etching has been proposed as an etching technique for forming various structures on Group III nitrides such as GaN (see, for example, Non-Patent Document 1). PEC etching is wet etching with less damage than general dry etching, and damage such as neutral particle beam etching (see, for example, Non-Patent Document 2) and atomic layer etching (see, for example, Non-Patent Document 3). It is preferable in that the apparatus is simpler than the special dry etching with less.
本発明の一目的は、窒化物系高電子移動度トランジスタの製造に用いられるPECエッチング技術を提供することである。 One object of the present invention is to provide a PEC etching technique used for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
本発明の一態様によれば、
窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
窒化物半導体結晶基板上の、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、導電性部材を設ける工程と、
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのソース電極が配置されるリセスであるソースリセスが形成されるソースリセス被エッチング領域、および、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極が配置されるリセスであるドレインリセスが形成されるドレインリセス被エッチング領域、の少なくとも一方に開口を有するマスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記マスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、光電気化学エッチングを行い、前記ソースリセスおよび前記ドレインリセスの少なくとも一方を形成する工程と、
前記高電子移動度トランジスタの素子分離構造を形成する工程と、
を有する窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法
が提供される。
According to one aspect of the invention
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
A step of providing a conductive member on a nitride semiconductor crystal substrate outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
On the nitride semiconductor crystal substrate, a source recess etched region in which a source recess, which is a recess in which the source electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed, and a drain electrode of the high electron mobility transistor are arranged. A step of forming a mask having an opening in at least one of the drain recess etched regions in which the drain recess, which is the recess, is formed, and
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. In the step of performing photoelectrochemical etching to form at least one of the source recess and the drain recess.
The step of forming the element separation structure of the high electron mobility transistor and
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor having the above is provided.
本発明の他の態様によれば、
窒化物系高電子移動度トランジスタであって、
少なくとも、チャネル層、前記チャネル層上に配置された障壁層、および、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有するIII族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
を備え、
少なくとも、前記ソース電極およびドレイン電極の直下に位置するIII族窒化物層には、プラズマダメージが導入されていない、
窒化物系高電子移動度トランジスタ
が提供される。
According to another aspect of the invention.
Nitride-based high electron mobility transistor
A Group III nitride layer having at least a channel layer, a barrier layer arranged on the channel layer, and a cap layer arranged on the barrier layer.
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
Equipped with
At least, plasma damage is not introduced into the Group III nitride layer located directly below the source electrode and the drain electrode.
Nitride-based high electron mobility transistors are provided.
窒化物系高電子移動度トランジスタの製造に用いられるPECエッチング技術が提供される。 PEC etching techniques used in the manufacture of nitride-based high electron mobility transistors are provided.
III族窒化物を用いた高電子移動度トランジスタ(窒化物系高電子移動度トランジスタ)において、障壁層上にキャップ層を形成する技術が用いられている。障壁層は例えば窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)で構成され、キャップ層は例えばGaNで構成される。以下、窒化物系高電子移動度トランジスタを、単に、HEMTともいう。 In a high electron mobility transistor (nitride-based high electron mobility transistor) using a group III nitride, a technique of forming a cap layer on a barrier layer is used. The barrier layer is made of, for example, aluminum gallium nitride (AlGaN), and the cap layer is made of, for example, GaN. Hereinafter, the nitride-based high electron mobility transistor is also simply referred to as HEMT.
従来の技術において、HEMTのソース電極およびドレイン電極は、キャップ層上に形成されており、これに起因して、ソース電極およびドレイン電極のコンタクト抵抗を低下させることができない。 In the prior art, the HEMT source and drain electrodes are formed on the cap layer, which makes it impossible to reduce the contact resistance of the source and drain electrodes.
キャップ層を除去することでソース電極およびドレイン電極のコンタクト抵抗を低減させることが考えられる。しかし、キャップ層をエッチングするための従来の技術はドライエッチングであり、ドライエッチングに起因するエッチングダメージにより、キャップ層を除去してもコンタクト抵抗を低減させることができない。 It is conceivable to reduce the contact resistance of the source electrode and the drain electrode by removing the cap layer. However, the conventional technique for etching the cap layer is dry etching, and the contact resistance cannot be reduced even if the cap layer is removed due to the etching damage caused by the dry etching.
GaN等のIII族窒化物を、エッチングダメージを抑制してエッチングする新たな技術として、光電気化学(PEC)エッチングが提案されている。HEMTに係るPECエッチングの技術として、本願発明者は、これまでに、ソース電極またはドレイン電極をカソードパッドとして利用することで、ゲートリセスをPECエッチングにより形成する技術を提案している(特願2019-140027)。カソードパッドとは、詳細は後述するように、無電極PECエッチングを進行させるために用いられる導電性部材である。 Photoelectrochemical (PEC) etching has been proposed as a new technique for etching Group III nitrides such as GaN while suppressing etching damage. As a technique for PEC etching according to HEMT, the inventor of the present application has previously proposed a technique for forming a gate recess by PEC etching by using a source electrode or a drain electrode as a cathode pad (Japanese Patent Application No. 2019-). 140027). The cathode pad is a conductive member used for advancing electrodeless PEC etching, as will be described in detail later.
当該ゲートリセス形成技術では、ソース電極の下またはドレイン電極の下に介在するキャップ層をPECエッチングにより除去することはできていなかった。ソース電極およびドレイン電極は、キャップ層上に形成されており、ソース電極およびドレイン電極のキャップ層に起因するコンタクト抵抗を低下させることはできていなかった。 In the gate recess forming technique, the cap layer interposed under the source electrode or the drain electrode could not be removed by PEC etching. The source electrode and the drain electrode were formed on the cap layer, and the contact resistance caused by the cap layer of the source electrode and the drain electrode could not be reduced.
PECエッチングを用いることで、エッチングダメージを抑制してキャップ層を除去することができる。しかし、ソース電極の下またはドレイン電極の下に介在するキャップ層を除去するPECエッチングを、どのように行えばよいかは知られていない。本願発明者は、以下の実施形態において、このような技術について提案する。 By using PEC etching, etching damage can be suppressed and the cap layer can be removed. However, it is not known how to perform PEC etching to remove the cap layer interposed under the source electrode or the drain electrode. The inventor of the present application proposes such a technique in the following embodiments.
<実施形態>
本発明の一実施形態による窒化物系高電子移動度トランジスタ(HEMT)150について説明する。図1(a)は、HEMT150を例示する概略断面図であり、HEMT素子の1つ分を示す。HEMT150は、積層体10と、ソース電極151、ゲート電極152、および、ドレイン電極153と、素子分離構造160と、絶縁膜170と、を備える。
<Embodiment>
A nitride-based high electron mobility transistor (HEMT) 150 according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating HEMT150, and shows one HEMT element. The
積層体(窒化物半導体結晶基板)10は、基板(下地基板)11と、基板11上に形成されたIII族窒化物層12(以下、エピ層12ともいう)と、を有する。基板11は、エピ層12をエピタキシャル成長させる下地となる結晶基板であり、基板11としては、例えば、半絶縁性基板が用いられる。ここで、「半絶縁性」とは、例えば、比抵抗が105Ωcm以上である状態をいう。半絶縁性基板としては、例えば、半絶縁性の炭化シリコン(SiC)基板が用いられ、また例えば、半絶縁性の窒化ガリウム(GaN)基板が用いられる。半絶縁性のGaN基板は、例えば、(Fe)ドープやマンガン(Mn)ドープのGaN基板である。
The laminate (nitride semiconductor crystal substrate) 10 has a substrate (base substrate) 11 and a group III nitride layer 12 (hereinafter, also referred to as epi layer 12) formed on the
基板11にSiC基板を用いる際の、エピ層12としては、例えば、窒化アルミニウム(AlN)で構成された核生成層12a、GaNで構成されたチャネル層12b、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)で構成された障壁層12c、および、GaNで構成されたキャップ層12dの積層構造が用いられる。
When a SiC substrate is used for the
チャネル層12bと障壁層12cとの積層構造において、チャネル層12bの上面近傍に、HEMT150のチャネルとなる2次元電子ガス(2DEG)が形成される。なお、チャネル層12bの材料として、GaN以外に、AlGaNが用いられてもよい。チャネル層12bに用いられるAlGaNとしては、障壁層12cに用いられるAlGaNよりも、Al組成が低い(バンドギャップが小さい)ものが用いられる。
In the laminated structure of the
基板11としては、SiC基板に限らず、他の基板(サファイア基板、シリコン(Si)基板、(半絶縁性の)GaN基板等)が用いられてもよい。エピ層12の積層構造は、基板11の種類、得たいHEMT150の特性等に応じ、適宜選択されてよい。例えば、基板11にGaN基板を用いる場合のエピ層12において、核生成層12aが省略されてよい。
The
エピ層12の上面は、エピ層12を構成するIII族窒化物のc面で構成されている。ここで「c面で構成されている」とは、当該上面に対して最も近い低指数の結晶面が、エピ層12を構成するIII族窒化物結晶のc面であることを意味する。エピ層12を構成するIII族窒化物は転位(貫通転位)を有し、当該上面に、転位が所定の密度で分布している。
The upper surface of the
積層体10は、エピ層12上に配置されたパッシベーション絶縁膜13(以下、絶縁膜13ともいう)を有してもよい。絶縁膜13は、例えば窒化シリコンで構成される。
The laminate 10 may have a passivation insulating film 13 (hereinafter, also referred to as an insulating film 13) arranged on the
エピ層12のうち、チャネル層12b以下の部分をエピ下層12Lと称し、チャネル層12bよりも上側の部分をエピ上層12Uと称する。エピ下層12Lは、2DEGが形成されるチャネル層12bを含む。エピ上層12Uは、チャネル層12b上に形成された障壁層12cと、障壁層12c上に形成されたキャップ層12dと、を含む。障壁層12cは、チャネル層12bを構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが大きいIII族窒化物で構成され、チャネル層12bに2DEGを発生させる。キャップ層12dは、障壁層12cを構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物で構成される。
Of the
本実施形態のHEMT150において、ゲート電極152は、ゲートリセス110Gに配置され、ソース電極151は、ソースリセス110Sに配置され、ドレイン電極153は、ドレインリセス110Dに配置されている。ゲートリセス110G、ソースリセス110S、および、ドレインリセス110Dは、それぞれ、エピ上層12Uに形成された凹部(エピ上層12Uがエッチングされることで形成された構造)である。以下、ソースリセス110Sとドレインリセス110Dとをまとめて(ソースリセス110Sとドレインリセス110Dとを特には区別せずに、これらの少なくとも一方を表すために)、オーミックリセス110SDと称することもある。
In the
ゲートリセス110Gは、キャップ層12d、および、障壁層12cの一部、がエッチングされることでエピ上層12Uに形成された凹部であり、ゲートリセス110Gの底に障壁層12cが露出する。ゲートリセス110Gの下方の障壁層12cの厚さ(チャネル層12bの上面からゲートリセス110Gの底までの厚さ)は、HEMT150の閾値ゲート電圧が所定値となるように、所定の厚さに設定されてよい。
The
オーミックリセス110SDは、キャップ層12d(のみ)がエッチングされることでエピ上層12Uに形成された凹部であり、オーミックリセス110SDの底に障壁層12cが露出する。オーミックリセス110SDは、ゲートリセス110Gよりも浅い。ソース電極151およびドレイン電極153がそれぞれオーミックリセス110SDに配置されることで、ソース電極151およびドレイン電極153のコンタクト抵抗を低減できる。これは、ソース電極151およびドレイン電極153が障壁層12cに直接接触し、キャップ層12dに起因するバンドの持ち上がりが抑制されるからと考えられる。
The ohmic recess 110SD is a recess formed in the epi
ゲート電極152は、例えば、ニッケル(Ni)層上に金(Au)層が積層されたNi/Au層により形成される。ソース電極151およびドレイン電極153のそれぞれは、例えば、チタン(Ti)層上にアルミニウム(Al)層が積層され、Al層上にTi層が積層され、さらにTi層上にAu層が積層されたTi/Al/Ti/Au層により形成される。
The
素子分離構造160は、隣接するHEMT素子間でキャップ層12dおよび2DEGを分断する構造であり、素子分離構造160を挟んで隣接するHEMT素子同士を電気的に分離する。素子分離構造160として、本実施形態では素子分離溝を例示するが、素子分離構造160は、溝の形成ではなく、イオン注入で形成されてもよい。素子分離溝である素子分離構造160は、その底がチャネル層12bの途中の深さに到達するように形成されている。
The
素子分離構造160は、HEMT素子として機能する素子領域180を画定する。平面視において、素子分離構造160のHEMT素子を囲む閉じた形状の縁(HEMT素子側、つまり内側の縁)の内部領域が、素子領域180となる(図7(a)参照)。
The
絶縁膜170は、ソース電極151およびドレイン電極153の上面上に開口を有し、素子分離構造160を覆い、素子分離構造160の外側まで延在する。本実施形態の絶縁膜170は、ゲート絶縁膜として設けられており、ゲートリセス110Gとゲート電極152との間に介在する。絶縁膜170は、例えば酸化アルミニウムで構成される。
The insulating
本実施形態において、オーミックリセス110SDは、光電気化学(PEC)エッチングによりエピ上層12Uをエッチングすることで形成される。なお、本実施形態では、ゲートリセス110Gも、PECエッチングによりエピ上層12Uをエッチングすることで形成される。HEMT150の製造工程において、HEMT150が完成するまでに各種処理が施される中間的な構造体を、処理対象物100と称する。
In this embodiment, the ohmic recess 110SD is formed by etching the epi
図1(b)は、PECエッチング装置200を例示する概略断面図である。PECエッチング装置200は、処理対象物100およびエッチング液201を収容する容器210と、光221を出射する光源220と、を有する。
FIG. 1B is a schematic cross-sectional view illustrating the
PECエッチングにおける処理対象物100は、積層体10(少なくともエピ下層12Lおよびエピ上層12U)と、カソードパッド30と、マスク50と、を備える。積層体10は(より具体的にはエピ上層12Uは)、PECエッチングによりエッチングされる被エッチング領域21を有する。当該被エッチング領域21は、マスク50により画定されている。PECエッチングにおける処理対象物100は、より具体的には図2(c)および図3(b)に例示される。
The
PECエッチングは、処理対象物100をエッチング液201に浸漬させ、被エッチング領域21およびカソードパッド30をエッチング液201に接触させた状態で、エッチング液201を介して被エッチング領域21に光221を照射することにより、行われる(PECエッチングは、カソードパッド30が設けられるとともにマスク50が形成された積層体10をエッチング液201に接触させた状態で、積層体10に光221を照射することで行われる)。
In PEC etching, the object to be processed 100 is immersed in the
PECエッチングの機構について説明するとともに、エッチング液201、カソードパッド30等について、より詳しく説明する。PECエッチングされるIII族窒化物の例として窒化ガリウム(GaN)を挙げて説明する。
The mechanism of PEC etching will be described, and the
PECエッチングは、ウェットエッチングであり、処理対象物100がエッチング液201に浸漬された状態で行われる。エッチング液201としては、被エッチング領域21を構成するIII族窒化物が含有するIII族元素の酸化物を生成するために用いられる酸素を含み、さらに、電子を受け取る酸化剤を含む、アルカリ性または酸性のエッチング液201が用いられる。
The PEC etching is wet etching, and is performed in a state where the
当該酸化剤として、ペルオキソ二硫酸イオン(S2O8
2-)が好ましく用いられ、エッチング液201としては、(少なくとも)ペルオキソ二硫酸イオン(S2O8
2-)の塩を所定濃度で水に溶解させた水溶液が用いられる。当該酸化剤は、より具体的には、S2O8
2-から生成された硫酸イオンラジカル(SO4
-*)が、電子を受け取って硫酸イオン(SO4
2-)に変化する態様で、機能する。
Peroxodisulfate ion ( S2O 8-2- ) is preferably used as the oxidizing agent, and as the
エッチング液201に用いるS2O8
2-の塩としては、例えば、ペルオキソ二硫酸アンモニウム(NH4)2S2O8、ペルオキソ二硫酸カリウム(K2S2O8)、ペルオキソ二硫酸ナトリウム(Na2S2O8)等が挙げられる。エッチング液201に起因するアルカリ金属元素の残留を抑制する観点からは、アルカリ金属を含まない(NH4)2S2O8を用いることが好ましい。
Examples of the salt of S 2 O 8 2- used in the
なお、これらのS2O8
2-の塩の水溶液は、どれも酸性である。例えば、これらのS2O8
2-の塩の水溶液に、KOH水溶液等のアルカリ性の水溶液を適当な濃度で混合することにより、アルカリ性のエッチング液201を得ることができる。
In addition, all of these aqueous solutions of S 2 O 82 - salt are acidic. For example, an
本実施形態のPECエッチングにおける反応は、(化1)のようにまとめることができる。
エッチング液に含まれるS2O8
2-からSO4
-*を生成させる反応は、(化2)で示される。つまり、S2O8
2-を加熱すること、および、S2O8
2-に光を照射すること、の少なくとも一方により、SO4
-*を生成させることができる。
(化1)に示されるように、III族窒化物に、当該III族窒化物のバンドギャップに対応する波長以下の光221(本例ではGaNのバンドギャップに対応する365nm以下の紫外光221)が照射されることで、III族窒化物中にホール(h+)と電子(e-)とが生成される。ホールの生成によりIII族窒化物(本例ではGaN)がIII族元素の陽イオン(本例ではGa3+)と窒素ガス(N2ガス)とに分解され、III族元素の陽イオンが水(H2O)に含まれる酸素と結合することでIII族元素の酸化物(本例ではGa2O3)が生成される。III族元素の酸化物が、アルカリ性または酸性のエッチング液201に溶解されることで、III族窒化物がエッチングされる。III族窒化物中に生成された電子は、SO4
-*と結合してSO4
2-を生成することで、消費される。PECエッチングの進行に伴い、水素イオン(H+)濃度が増加し、これにより、エッチング液201のpHは減少する。
As shown in (Chemical Formula 1), the group III nitride has
PECエッチングは、エッチング液201がアルカリ性でも酸性でも行うことができるが、レジストマスクはアルカリに対する耐性が低いため、レジストマスクを用いる場合は、(PECエッチングの開始時から)酸性であるエッチング液201を用いることが好ましい。
PEC etching can be performed regardless of whether the
また、後述の他の実施形態で説明するように、2DEGの減少によりPECエッチングを自己停止させる(過剰に深いPECエッチングが生じることを抑制する)観点からも、(PECエッチングの開始時から)酸性であるエッチング液201を用いることは好ましい。
Further, as described in another embodiment described later, it is acidic (from the start of PEC etching) from the viewpoint of self-stopping PEC etching by reducing 2DEG (suppressing the occurrence of excessively deep PEC etching). It is preferable to use the
カソードパッド30は、金属等の導電性材料で形成された導電性部材であって、被エッチング領域21とキャップ層12dおよび2DEGの少なくとも一方を介して電気的に接続された処理対象物100の導電性領域の表面の少なくとも一部と、接触するように設けられる(図8(a)参照)。また、カソードパッド30は、PECエッチング時に、カソードパッド30の少なくとも一部、例えば上面が、エッチング液201と接触するように、設けられる。カソードパッド30は、例えばチタン(Ti)で構成される。
The
PECエッチングの被エッチング領域21では、光照射でホールが生成されることにより、III族元素の酸化物が生成される。つまり、当該被エッチング領域21は、ホールが消費されるアノードとして機能する。被エッチング領域21への光照射により、ホールと対で生成された電子は、キャップ層12dおよび2DEGの少なくとも一方を介してカソードパッド30まで流れることができる。カソードパッド30のエッチング液201と接触する表面は、当該電子がエッチング液201に放出されることで消費されるカソードとして機能する。このように、カソードパッド30をカソードとして機能させることで、PECエッチングを進行させることができる。
In the
本実施形態によるPECエッチングでは、エッチング液201が酸化剤として含むS2O8
2-により(より具体的にはS2O8
2-から生成されたSO4
-*により)、III族窒化物に対する光照射でホールとともに生成された電子を、消費させることで、PECエッチングを進行させることができる。つまり、処理対象物100からエッチング液201中に直接的に(外部の配線を介さずに)電子を放出する態様で、PECエッチングを行うことができる。
In the PEC etching according to the present embodiment, the group III nitride is produced by
これに対し、このような酸化剤を用いないPECエッチングの技術として、III族窒化物中に生成された電子を、エッチング液の外部に延在する配線を介して、エッチング液に浸漬されたカソード電極からエッチング液中に放出する態様のPECエッチングがある。このようなカソード電極を用いる有電極PECエッチングに対し、本実施形態によるPECエッチングは、このようなカソード電極を設ける必要のない、無電極(コンタクトレス)PECエッチングである。 On the other hand, as a PEC etching technique that does not use such an oxidizing agent, a cathode in which electrons generated in a group III nitride are immersed in the etching solution via a wiring extending outside the etching solution. There is a form of PEC etching in which the electrode is discharged into the etching solution. In contrast to the electrodeed PEC etching using such a cathode electrode, the PEC etching according to the present embodiment is a non-electrode (contactless) PEC etching that does not require such a cathode electrode.
PECエッチングは、例示したGaN以外のIII族窒化物に対しても行うことができる。III族窒化物が含有するIII族元素は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)およびインジウム(In)のうちの少なくとも1つであってよい。III族窒化物におけるAl成分またはIn成分に対するPECエッチングの考え方は、Ga成分について(化1)を参照して説明した考え方と同様である。つまり、III族窒化物への光照射によりホールを生成させることで、Alの酸化物またはInの酸化物を生成させ、これらの酸化物をアルカリ性または酸性のエッチング液に溶解させることで、PECエッチングを行うことができる。照射する光221の波長は、エッチングの対象とするIII族窒化物の組成に応じて、適宜変更されてよい。GaNのPECエッチングを基準として、Alを含有する場合は、より短波長の光221を用いればよく、Inを含有する場合は、より長波長の光221も利用可能となる。つまり、エッチングしたいIII族窒化物の組成に応じて、当該III族窒化物がPECエッチングされるような波長の光221を、適宜選択して用いることができる。 PEC etching can also be performed on group III nitrides other than the exemplified GaN. The group III element contained in the group III nitride may be at least one of aluminum (Al), gallium (Ga) and indium (In). The concept of PEC etching for the Al component or In component in the Group III nitride is the same as the concept described with reference to (Chemical formula 1) for the Ga component. That is, PEC etching is performed by forming holes by irradiating the Group III nitride with light to generate an oxide of Al or an oxide of In, and dissolving these oxides in an alkaline or acidic etching solution. It can be performed. The wavelength of the light 221 to be irradiated may be appropriately changed depending on the composition of the group III nitride to be etched. Based on the PEC etching of GaN, when Al is contained, light 221 having a shorter wavelength may be used, and when In is contained, light 221 having a longer wavelength can also be used. That is, depending on the composition of the group III nitride to be etched, light 221 having a wavelength such that the group III nitride is PEC-etched can be appropriately selected and used.
次に、本実施形態によるHEMT150の製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、積層体10上の、平面視においてHEMT150の素子領域180の外に、カソードパッド30を設ける工程(図2(b)および図6(a)参照)と、積層体10上に、オーミックリセス110SDが形成される被エッチング領域21SDに開口を有するマスク50を形成する工程(図3(b)参照)と、PECエッチングによりオーミックリセス110SDを形成する工程(図3(c)参照)と、素子分離構造160を形成する工程(図4(b)参照)と、を有する。
Next, a method for manufacturing HEMT150 according to the present embodiment will be described. The manufacturing method of the present embodiment includes a step of providing a
HEMT150が形成される積層体10のウエハ上に、HEMT素子が、ゲート長方向およびゲート幅方向の少なくとも一方向に、周期的に複数並んで配置される。これに対応して、カソードパッド30は、ゲート長方向およびゲート幅方向の少なくとも一方向に、周期的に複数並んで配置されてよい。
A plurality of HEMT elements are periodically arranged side by side in at least one direction in the gate length direction and the gate width direction on the wafer of the laminate 10 on which the
図2(a)~図5(c)は、本実施形態によるHEMT150の製造工程を例示する概略断面図である。図示の煩雑さを避けるため、図2(a)~図5(c)において、積層体10のチャネル層12b以上の部分を示す。図2(a)~図5(c)の断面図において、HEMT素子の1つ分を示す。
2 (a) to 5 (c) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of HEMT150 according to the present embodiment. In order to avoid the complexity of the figure, in FIGS. 2 (a) to 5 (c), the portion of the
図6(a)~図7(b)は、本実施形態によるHEMT150の製造工程を例示する概略平面図である。図6(a)~図7(b)の平面図において、ゲート長方向に並んだHEMT素子の2つ分を示す。 6 (a) to 7 (b) are schematic plan views illustrating the manufacturing process of HEMT150 according to the present embodiment. In the plan view of FIGS. 6A to 7B, two HEMT elements arranged in the gate length direction are shown.
図2(a)を参照する。積層体10のウエハを準備する。積層体10は、被エッチング領域21G、21SD、21ISおよび21CPを有する。被エッチング領域21Gは、ゲート電極152が配置されるリセスであるゲートリセス110Gを形成するためにエッチングされる領域である。被エッチング領域21SDは、ソース電極151またはドレイン電極153が配置されるリセスであるオーミックリセス110SDを形成するためにエッチングされる領域である。被エッチング領域21ISは、素子分離溝である素子分離構造160を形成するためにエッチングされる領域である。被エッチング領域21CPは、カソードパッド30が配置される凹部110CPを形成するためにエッチングされる領域である。以下、被エッチング領域21G~21CPのそれぞれを、単に、領域21G~21CPともいう。
See FIG. 2 (a). A wafer of the
図2(b)を参照する。フォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁膜13の領域21G、21SD、21IS、および、21CPに、底にキャップ層12dが露出する凹部を形成する。絶縁膜13のエッチングには、例えば、バッファードフッ酸水溶液、フッ酸水溶液等によるウェットエッチングが用いられ、また例えば、アトミックレイヤーエッチング、中性粒子ビームエッチング等による低ダメージのドライエッチングが用いられる。
See FIG. 2 (b). Photolithography and etching form recesses in the
さらに、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、キャップ層12dの領域21CPに、底に障壁層12cが露出する凹部110CPを形成する。凹部110CPを形成するキャップ層12dのエッチングには、例えば、アトミックレイヤーエッチング、中性粒子ビームエッチング等による低ダメージのドライエッチングが用いられる。
Further, by photolithography and etching, a recess 110CP in which the
凹部110CPの形成の後、処理対象物100の上面の全面上に、例えばTi膜を堆積し、凹部110CPの外側の不要部のTi膜をリフトオフにより除去することで、カソードパッド30を形成する。
After forming the recess 110CP, for example, a Ti film is deposited on the entire upper surface of the object to be treated 100, and the unnecessary Ti film on the outside of the recess 110CP is removed by lift-off to form the
なお、キャップ層12dは通常n型にドーピングされる(n型の導電性を有する)ので、カソードパッド30は、キャップ層12d上に形成してもよい。キャップ層12dが除去された凹部110CPに、つまり障壁層12cの直上に形成することで、カソードパッド30のコンタクト抵抗を低減することができる。一方、カソードパッド30をキャップ層12d上に形成することで、凹部110CPのキャップ層12dを除去するためのフォトリソグラフィおよびエッチングの工程を省くことができる。
Since the
キャップ層12d上または障壁層12c上に形成されたカソードパッド30と、カソードパッド30を用いてPECエッチングされる被エッチング領域21とは、キャップ層12dおよび2DEGの少なくとも一方を介して、電気的に接続される。なお、導電率は、2DEGの方がキャップ層12dよりも大きい。
The
図2(c)を参照する。処理対象物100の上面の全面上に、例えば酸化シリコン膜を堆積する。フォトリソグラフィおよびエッチングにより、酸化シリコン膜の、領域21G、および、カソードパッド30の上面、の上に配置された部分を除去することで、キャップ層12dの上方に配置されたハードマスク51を形成する。酸化シリコン膜のエッチングには、例えば、バッファードフッ酸水溶液が用いられる。なお、本明細書においてハードマスクとは、(有機材料で構成されたレジストマスクに対し、)無機材料または金属材料で構成されたマスクを意味する。
See FIG. 2 (c). For example, a silicon oxide film is deposited on the entire upper surface of the object to be treated 100. By photolithography and etching, the portion of the silicon oxide film placed on the
図3(a)を参照する。ハードマスク51(および、ハードマスク51の下方に介在する絶縁膜13等)をマスク50として、領域21Gのキャップ層12dおよび障壁層12cを、PECエッチングによりエッチングすることで、ゲートリセス110Gを形成する。
See FIG. 3 (a). The
図8(a)および図8(b)は、ゲートリセス110Gを形成するPECエッチングの機構を模式的に示す概略断面図である。図8(a)は、PECエッチングが進行している状況を示し、図8(b)は、PECエッチングが停止している状況を示す。
8 (a) and 8 (b) are schematic cross-sectional views schematically showing the mechanism of PEC etching forming the
上述のように、被エッチング領域21Gへの光照射により生成された電子が、キャップ層12dおよび2DEGの少なくとも一方を介してカソードパッド30まで流れ、カソードパッド30の表面からエッチング液201に放出されることで、PECエッチングが進行する。図8(a)に、電子の模式的な流れを矢印35で示す。
As described above, the electrons generated by irradiating the
PECエッチングの進行に伴い障壁層12cが薄くなって、ゲートリセス110Gの下方における2DEGが減少すると、PECエッチングが進行しにくくなり、やがて、図8(b)に示すように、ゲートリセス110Gの下方に所定厚さの障壁層12cが残った状態で、PECエッチングが自動的に停止する(自己停止)。当該所定厚さは、例えば光221の強度により調整することができ、HEMT150の閾値ゲート電圧が所定値となるように設定することができる。
When the
図3(b)を参照する。領域21SD、および、カソードパッド30の上面、の上に開口を有するレジストマスク52を(マスク50を)形成する。レジストマスク52をマスクとして、領域21SD上のハードマスク51をエッチングすることで、領域21SDのキャップ層12dを露出させる。
See FIG. 3 (b). A resist mask 52 (mask 50) having an opening is formed on the region 21SD and the upper surface of the
図3(c)を参照する。レジストマスク52(および、レジストマスク52の下方に介在するハードマスク51および絶縁膜13等)をマスク50として、領域21SDのキャップ層12dを、PECエッチングによりエッチングすることで、オーミックリセス110SDを形成する。その後、レジストマスク52を除去する。
See FIG. 3 (c). The ohmic recess 110SD is formed by etching the
図4(a)を参照する。領域21ISの上に開口を有するレジストマスク53を形成する。レジストマスク53は、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDに充填され、カソードパッド30の上面の全面を覆う。
See FIG. 4 (a). A resist
図4(b)を参照する。レジストマスク53(および、レジストマスク53の下方に介在するハードマスク51および絶縁膜13等)をマスク50として、領域21ISのキャップ層12d、障壁層12cおよびチャネル層12bを、エッチングすることで、素子分離溝である素子分離構造160を形成する。素子分離構造160を形成するエッチングには、例えば、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング等のドライエッチングが用いられる。素子分離構造160は、エピ層12のエッチングではなく、エピ層12のへのイオン注入により形成されてもよい。
See FIG. 4 (b). The element is formed by etching the
図4(c)を参照する。レジストマスク53およびハードマスク51を除去する。さらに、例えば、塩酸(HCl)と過酸化水素(H2O2)との混合水溶液(塩酸過水)により、処理対象物100を洗浄する。例えば塩酸過水での洗浄により、カソードパッド30の除去も行うことができる。
See FIG. 4 (c). The resist
上述のように、エピ層12の上面に、転位が所定の密度で分布している。転位ではホールのライフタイムが短いため、PECエッチングが生じにくい。このため、PECエッチングで形成されたゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDの底において、転位に対応する位置には、PECエッチングの溶け残り部分として、凸部が形成されやすい。
As described above, dislocations are distributed at a predetermined density on the upper surface of the
本願発明者が得た知見によれば、例えば塩酸過水での洗浄により、当該凸部をエッチングすること、つまり、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDの底の平坦性を高めることもできる。このように、本実施形態において、素子分離構造160の形成後に行う洗浄処理は、カソードパッド30の除去処理、および、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDの底の平坦化処理も兼ねる。
According to the findings obtained by the inventor of the present application, it is also possible to etch the convex portion, that is, to improve the flatness of the bottoms of the
このような洗浄処理は、塩酸過水の他、塩酸(HCl)水溶液、硫酸(H2SO4)と過酸化水素(H2O2)との混合水溶液(ピラニア溶液)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、フッ化水素水溶液(フッ酸)、水酸化カリウム(KOH)水溶液等を用いて行われてもよい。 Such cleaning treatment includes hydrochloric acid (HCl) aqueous solution, mixed aqueous solution (Piranha solution) of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and tetramethylammonium hydroxide. (TMAH) aqueous solution, hydrogen fluoride aqueous solution (fluoric acid), potassium hydroxide (KOH) aqueous solution and the like may be used.
図5(a)を参照する。オーミックリセス110SDの上に開口を有するレジストマスクを用いたリフトオフにより、ソース電極151およびドレイン電極153を形成する。ソース電極151およびドレイン電極153は、例えばTi/Al/Ti/Au層により形成される。
See FIG. 5 (a). The
図5(b)を参照する。処理対象物100の上面の全面上に、例えば酸化アルミニウム膜を堆積する。フォトリソグラフィおよびエッチングにより、酸化アルミニウム膜の、ソース電極151およびドレイン電極153の上面上に配置された部分を除去することで、絶縁膜170を形成する。酸化シリコン膜のエッチングには、例えば、バッファードフッ酸水溶液が用いられる。
See FIG. 5 (b). For example, an aluminum oxide film is deposited on the entire upper surface of the object to be treated 100. The insulating
図5(c)を参照する。ゲートリセス110Gの上に開口を有するレジストマスクを用いたリフトオフにより、ゲート電極152を形成する。ゲート電極152は、例えばNi/Au層により形成される。ゲート電極152は、ゲートリセス110Gに、ゲート絶縁膜である絶縁膜170を介して形成される。以上のようにして、HEMT150が製造される。
See FIG. 5 (c). The
図6(a)は、図2(b)に対応する概略平面図であり、カソードパッド30の平面的な配置例を示す。図2(b)および図6(a)に示されるように、カソードパッド30は、積層体10上の、(平面視において)HEMT150の素子領域180の外に設けられる。
FIG. 6A is a schematic plan view corresponding to FIG. 2B, and shows an example of a planar arrangement of the
図6(b)は、図3(c)に対応する概略平面図であり、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDの平面的な配置例を示す。
FIG. 6B is a schematic plan view corresponding to FIG. 3C, and shows a planar arrangement example of the
本実施形態では、カソードパッド30を素子領域180の外に設ける。このように設けられたカソードパッド30を用いることで、オーミックリセス110SDをPECエッチングにより形成することを可能としている。また、カソードパッド30を素子領域180の外に設けることで、カソードパッド30の形状、配置等の自由度を高めている。なお、このようなカソードパッド30を、ゲートリセス110GのPECエッチングによる形成に用いることもできる。
In this embodiment, the
本例において、より具体的には、カソードパッド30が、ゲート長方向(紙面左右方向)に隣接するHEMT素子同士の間に配置されている。例えば、図6(b)に示されるように、あるカソードパッド32が、紙面左方の第1のHEMT素子のドレインリセス111Dと、第1のHEMT素子に隣接する第2のHEMT素子(紙面右方のHEMT素子)のソースリセス112Sと、の間に配置されている。
In this example, more specifically, the
これにより、例えば、第1のHEMT素子のドレインリセス111Dと、第2のHEMT素子のソースリセス112Sと、から均等な位置にカソードパッド30を設けることができるため、両リセスを形成するPECエッチング条件の均一性を高めることが容易になる。
As a result, for example, the
また本例において、カソードパッド30は、ゲート幅方向(紙面上下方向)に延在する形状、つまり、オーミックリセス110SDの長さ方向と平行な方向に延在する形状を有する。
Further, in this example, the
これにより、例えば、オーミックリセス110SDの長さ方向について、PECエッチング条件の均一性を高めることが容易になる。 This facilitates, for example, increasing the uniformity of PEC etching conditions in the length direction of the ohmic recess 110SD.
本実施形態では、ゲートリセス110Gを形成した後に、オーミックリセス110SDを形成する態様を例示している。ゲートリセス110Gを形成することで、ゲートリセス110Gの部分のキャップ層12dが除去されるとともに、ゲートリセス110Gの下方の2DEGが減少する。
In this embodiment, an embodiment in which an ohmic recess 110SD is formed after forming a
これに起因して、同一のHEMT素子が有するソースリセス110Sとドレインリセス110Dとが、同一のカソードパッド30と導通しにくくなる。例えば、図6(b)に示されるように、第1のHEMT素子のソースリセス111S側に配置されたカソードパッド31と、ゲートリセス111Gに対しカソードパッド31と反対側に配置されたドレインリセス111Dとは、導通しにくくなる。
Due to this, it becomes difficult for the
しかし、第1のHEMT素子のドレインリセス111Dは、ゲートリセス111Gに対しドレインリセス111Dと同じ側に配置されたカソードパッド32とは、導通することが容易である。また、同様にして、第2のHEMT素子のソースリセス112Sは、ゲートリセス112Gに対しソースリセス112Sと同じ側に配置されたカソードパッド32とは、導通することが容易である。
However, the
このように、本例では、ゲート長方向に隣接するHEMT素子間に配置されたカソードパッド30を、これらのHEMT素子のオーミックリセス110SDを形成するPECエッチングにおいて共用させることで、オーミックリセス110SDの形成を良好に行うことができる。これにより、例えば、ゲート長方向に隣接するHEMT素子におけるPECエッチング条件の均一性を高めたり、ゲートリセス110Gを形成した後にオーミックリセス110SDを形成することを容易にしたりできる。
As described above, in this example, the
図7(a)は、図4(b)に対応する概略平面図であり、素子分離構造160の平面的な配置例を示す。素子分離構造160は、HEMT素子として機能する素子領域180を画定する。平面視において、素子分離構造160のHEMT素子を囲む閉じた形状の縁(破線の太線で示す、HEMT素子側、つまり内側の縁)の内部領域が、素子領域180となる。
FIG. 7A is a schematic plan view corresponding to FIG. 4B, and shows an example of a planar arrangement of the
本実施形態では、カソードパッド30が設けられた状態で、素子分離構造160を形成する態様を例示している。カソードパッド30は、素子分離構造160を形成する際の(ドライエッチング、イオン注入等を行う際の)マスク50の少なくとも一部として機能する。このため、本例において、素子分離構造160は、カソードパッド30の配置領域と、(平面視において)重なりを有しないように形成される。
In this embodiment, an embodiment in which the
カソードパッド30が設けられた状態で素子分離構造160を形成する態様では、カソードパッド30を露出させないように覆うマスク(レジストマスク53)が形成された状態で、素子分離構造160を形成するドライエッチングを行うことが好ましい(図4(b)参照)。これにより、当該ドライエッチングでカソードパッド30がエッチングされることが抑制され、カソードパッド30を構成する材料(例えばTi等の金属)に起因する不要な汚染を抑制することができる。
In the embodiment in which the
素子分離構造160では、2DEGが分断され、またキャップ層12dによる導通も失われる。このため、素子分離構造160が形成された後は、ある素子領域180の外に設けられたカソードパッド30を用いて、当該素子領域180に配置されるオーミックリセス110SD(またはゲートリセス110G)を、PECエッチングにより形成することはできない。
In the
このため、本実施形態では、オーミックリセス110SD(およびゲートリセス110G)を、素子領域180の外に設けられたカソードパッド30を用いてPECエッチングで形成した後に、素子分離構造160を形成する。
Therefore, in the present embodiment, the ohmic recess 110SD (and the
図7(b)は、図5(c)に対応する概略平面図であり、ソース電極151、ゲート電極152およびドレイン電極153の平面的な配置例を示す。ゲート電極152の幅により、HEMT素子のゲート長Lgが画定される。ゲート長方向に、ソース電極151、ゲート電極152およびドレイン電極153が並んでいる。ゲート長方向と直交する方向が、ゲート幅方向であり、素子領域180のゲート幅方向の長さにより、ゲート幅Wgが画定される。隣接するHEMT素子間で、ソース電極151同士、ゲート電極152同士、および、ドレイン電極153同士は、それぞれ、必要に応じ電気的に接続されてよい。
FIG. 7B is a schematic plan view corresponding to FIG. 5C, and shows a planar arrangement example of the
本実施形態では、ゲートリセス110Gを形成するエッチングと、オーミックリセス110SDを形成するエッチングとを、ともにPECエッチングで行う。以下、ゲートリセス110Gを形成するPECエッチングを、ゲートリセス110GのPECエッチングともいい、オーミックリセス110SDを形成するPECエッチングを、オーミックリセス110SDのPECエッチングともいう。
In the present embodiment, the etching for forming the
ゲートリセス110GのPECエッチング、および、オーミックリセス110SDのPECエッチングのそれぞれで、光源220を切り替えても(光221の波長特性を替えても)よいが、PECエッチング装置200の構造を簡便にする観点からは、両者のPECエッチングに、同一の光源220(同一の波長特性を有する光221)を用いることが好ましい。
The
キャップ層12dがGaNで構成され、障壁層12cがAlGaNで構成された例では、障壁層12c(AlGaN)をPECエッチング可能な短波長の光221により、キャップ層12d(GaN)もPECエッチングすることができる。
In the example where the
ゲートリセス110GのPECエッチングは、上述のように、自己停止により停止させることができる。一方、このような短波長の光221を用いてオーミックリセス110SDのPECエッチングを行う場合、何ら時間制限を設けなければ、自己停止するまで深くエッチングが進行してしまう。このため、オーミックリセス110SDのPECエッチングは、時間管理により停止させる。これにより、両者のPECエッチングを、同一の光源220を用いて行うことができる。
The PEC etching of the
なお、オーミックリセス110SDのPECエッチングでは、キャップ層12dはPECエッチングできるが障壁層12cはPECエッチングできないような長波長の光221を用いることで、キャップ層12dの全厚さがエッチングされた時点でエッチングが停止するようにしてもよい。
In the PEC etching of the ohmic recess 110SD, the
ゲートリセス110GのPECエッチングに要する時間は、ゲートリセス110GのPECエッチングよりも浅いオーミックリセス110SDのPECエッチングに要する時間よりも長くなる。本実施形態では、時間が長いゲートリセス110GのPECエッチングを、ハードマスク51を用いて行っている。ゲートリセス110GのPECエッチングを、レジストマスク(のみ)を用いて行ってもよいが、マスクのエッチング液201に対する耐性をより向上させ、パターニング精度をより高めるために、ゲートリセス110GのPECエッチングには、ハードマスク51を用いることが好ましい。
The time required for PEC etching of the
本実施形態では、ゲートリセス110GのPECエッチングの後に、オーミックリセス110SDのPECエッチングを行う。ゲートリセス110GのPECエッチングの際、オーミックリセス110SDに対応する領域21SDのキャップ層12dは、ハードマスク51で保護された状態となる(図3(a)参照)。これにより、領域21SDのキャップ層12dにおける不要なエッチングを、キャップ層12dがレジストマスク(のみ)で保護された状態と比べて、より抑制することができる。
In this embodiment, the PEC etching of the
オーミックリセス110SDのPECエッチングは、領域21SDの上に開口が形成されたハードマスク51、および、レジストマスク52を用いて行われ、ゲートリセス110Gにレジストマスク52が充填された状態で、好ましくは少なくとも、レジストマスク52がゲートリセス110GのIII族窒化物で構成された側面を覆った状態で、行われる(図3(c)参照)。ゲートリセス110Gの当該側面が、レジストマスク52により保護されることで、オーミックリセス110SDのPECエッチングにおける、当該側面の不要なサイドエッチングを抑制することができる。本例では、オーミックリセス110SDのPECエッチングの際、ゲートリセス110Gがレジストマスクのみで保護されることとなるが、オーミックリセス110SDのPECエッチングは短時間であるため、問題は生じにくい。
The PEC etching of the ohmic recess 110SD is performed using the
なお、ゲートリセス110GのPECエッチングと、オーミックリセス110SDのPECエッチングとは、必要に応じ、どちらが先に行われてもよい。また、ゲートリセス110GのPECエッチングと、オーミックリセス110SDのPECエッチングとは、それぞれ、必要に応じ、レジストマスクを用いて行われてもよく、ハードマスクを用いて行われてもよい。
Either the PEC etching of the
本実施形態によるHEMT150は、上述のような製造方法を反映して、例えば以下のような特徴を有する。
The
本実施形態による製造方法では、ソースリセス110Sおよびドレインリセス110D(またさらにゲートリセス110G)を、PECエッチングにより形成することができる。このため、ソースリセスおよびドレインリセスを従来のドライエッチングで形成した際に導入されることとなるプラズマダメージが、本実施形態のHEMT150には導入されない。つまり、本実施形態のHEMT150では、少なくともソース電極およびドレイン電極の直下に位置するIII族窒化物層には(より好ましくはさらに、ゲート電極の直下に位置するIII族窒化物層にも)、プラズマダメージが導入されていない。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the
本実施形態による製造方法では、ソースリセス110Sおよびドレインリセス110D(またさらにゲートリセス110G)を、素子分離構造160の外に設けたカソードパッド30を用いたPECエッチングにより形成する。カソードパッド30の配置領域では、キャップ層12dを除去して、凹部110CPを形成している。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the
これを反映し、図5(c)に示すように、HEMT150が有する絶縁膜170は、ソース電極151、ゲート電極152、および、ドレイン電極153が配置された領域に対し、素子分離構造160の外側において、キャップ層12dを介して障壁層12c上に設けられた部分171と、障壁層12cの直上に設けられた部分172と、を有してよい。
Reflecting this, as shown in FIG. 5C, the insulating
<第1変形例>
第1変形例について説明する。図9(a)は、第1変形例による素子分離構造160の平面的な配置例を示す概略平面図である。図9(a)に示すように、オーミックリセス110SDが形成される被エッチング領域21SDの、ゲート幅方向およびゲート長方向の少なくとも一方の端部と、素子分離構造160とが、(平面視において)重なりを有するように、素子分離構造160を形成してもよい。つまり、素子分離構造160を、オーミックリセス110SDが形成される被エッチング領域21SDの一部と(平面視において)重なりを有するように、形成してもよい。
<First modification>
A first modification will be described. FIG. 9A is a schematic plan view showing a planar arrangement example of the
これにより、オーミックリセス110SDが、素子領域180のゲート幅方向またはゲート長方向の端まで隙間なく配置されることを、より確実にすることができる。つまり、素子領域180に配置され実際にオーミックリセス110SDとして機能する実効的なリセス部よりも少し広く、被エッチング領域21SDが画定されていてもよい。
This makes it possible to more ensure that the ohmic recess 110SD is arranged without a gap to the end of the
<第2変形例>
第2変形例について説明する。図9(b)は、第2変形例による素子分離構造160の平面的な配置例を示す概略平面図である。上述の実施形態では、素子分離構造160を、カソードパッド30の配置領域と、(平面視において)重なりを有しないように形成する態様について例示した。図9(b)に示すように、素子分離構造160は、カソードパッド30の配置領域と、(平面視において)重なりを有するように形成してもよい。
<Second modification>
A second modification will be described. FIG. 9B is a schematic plan view showing a planar arrangement example of the
図10(a)および図10(b)は、第2変形例によるHEMT150の製造工程を例示する概略断面図である。本変形例では、図10(a)に示すように、オーミックリセス110SD(およびゲートリセス110G)が形成された後、素子分離構造160が形成される前に、カソードパッド30を除去する。カソードパッド30は、例えば塩酸過水により除去される。
10 (a) and 10 (b) are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of HEMT150 according to the second modification. In this modification, as shown in FIG. 10A, the
カソードパッド30が除去された後、図10(b)に示すように、カソードパッド30の配置領域と重なる領域に、素子分離構造160を形成する。カソードパッド30が除去されていることで、カソードパッド30の配置領域にも、素子分離構造160を形成することが可能となる。
After the
上述の実施形態のように、カソードパッド30の配置領域と、素子分離構造160とが重なりを有しないように、つまり、カソードパッド30の配置領域を素子分離構造160の外側に設ける構造では、カソードパッド30の配置領域を、例えば素子分離構造160として有効に活用することができない。本変形例では、カソードパッド30の除去後に素子分離構造160を形成することにより、カソードパッド30の配置領域を有効に活用することができる。
In the structure in which the arrangement region of the
<第3変形例>
第3変形例について説明する。図11は、第3変形例によるカソードパッド30の平面的な配置例を示す概略平面図である。上述の実施形態では、カソードパッド30が、ゲート長方向に隣接するHEMT素子同士の間に配置されている態様を例示した。
<Third modification example>
A third modification will be described. FIG. 11 is a schematic plan view showing a planar arrangement example of the
図11に示すように、カソードパッド30は、ゲート幅方向に隣接するHEMT素子同士の間に配置されていてもよい。カソードパッド30は、例えば、ゲート長方向に延在する形状、つまり、オーミックリセス110SDの長さ方向と直交する方向に延在する形状を有する。本変形例のカソードパッド30により、例えば、ゲート幅方向に隣接するHEMT素子におけるPECエッチング条件の均一性を高めることができる。
As shown in FIG. 11, the
<第4変形例>
第4変形例について説明する。図12は、第4変形例によるHEMT150を例示する概略断面図である。上述の実施形態では(図1参照)、オーミックリセス110SDとともに、ゲートリセス110GもPECエッチングで形成する態様を例示した。第4変形例は、ゲートリセス110Gは形成されない態様を例示する。
<Fourth modification>
A fourth modification will be described. FIG. 12 is a schematic cross-sectional
図12に示すように、本変形例によるHEMT150は、オーミックリセス110SDは有するが、ゲートリセスは有しない。ゲート電極152は、例えば、キャップ層12d上に形成されている。また、本変形例では、ゲート電極152の下方にゲート絶縁膜が介在しない
As shown in FIG. 12, the
例えばこのような態様のHEMT150においても、上述の実施形態と同様にして、素子領域180の外に設けられたカソードパッド30を用いたPECエッチングにより、オーミックリセス110SDを形成することができる。
For example, even in the
<他の実施形態>
以上、本発明の実施形態および変形例を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態および変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。上述の実施形態および各種変形例、さらに、以下に説明する他の実施形態は、必要に応じ、適宜組み合わされて用いられてよい。
<Other embodiments>
The embodiments and modifications of the present invention have been specifically described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various changes, improvements, combinations, and the like can be made without departing from the gist thereof. The above-described embodiment and various modifications, as well as other embodiments described below, may be used in combination as appropriate.
上述の実施形態では、素子分離溝である素子分離構造160を形成するエッチングとして、ドライエッチングを例示したが、当該エッチングとして、ウェットエッチングであるPECエッチングを用いてもよい。
In the above-described embodiment, dry etching is exemplified as the etching for forming the
本願発明者は、2DEGの減少によりPECエッチングを自己停止させるには、つまり、障壁層12cの途中の深さでPECエッチングを停止させるには、エッチング液201を酸性とすることが好ましいという知見を得ている。換言すると、エッチング液201をアルカリ性とすることで、メカニズムは不明であるが、障壁層12cを貫通しチャネル層12bの途中の深さに到達する(高速な)PECエッチングが生じやすいという知見を得ている。
The inventor of the present application has found that it is preferable to make the
このような知見から、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDを形成するPECエッチングは、(PECエッチングの開始時から)酸性であるエッチング液201を用いることが好ましい。また、アルカリ性のエッチング液201を用いることで、素子分離溝である素子分離構造160を、PECエッチングにより形成することも可能となる。
Based on these findings, it is preferable to use an acidic etching solution 201 (from the start of PEC etching) for the PEC etching forming the
図13は、素子分離構造160をPECエッチングで形成する工程を例示する概略断面図である(上述の図4(b)に対応)。図13に示す例では、PECエッチングを行うため、カソードパッド30の少なくとも一部を露出させるマスク53aが形成されている。当該工程では、アルカリ性のエッチング液201を用いて、底にチャネル層12bが露出する深さのPECエッチングを行うことで、素子分離構造160を形成する。これに対し、図3(a)および図3(c)に示した工程では、それぞれ、好ましくは酸性のエッチング液201を用いて、底に障壁層12cが露出する深さのPECエッチングを行うことで、ゲートリセス110Gおよびオーミックリセス110SDを形成する。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating a step of forming the
上述の実施形態では、素子領域180の外に設けられるカソードパッド30について説明したが、カソードパッド30の一部が、素子領域180と(平面視において)重なりを有することがあってもよい。
In the above-described embodiment, the
図14は、カソードパッド30の一部が素子領域180と重なりを有する態様を例示する概略平面図である。図14に示す例では、ゲート長方向に2つのHEMT素子が並んで配置されており、これら2つのHEMT素子が、共通の素子領域180に形成されている。つまり、これら2つのHEMT素子は、共通の素子分離構造160に囲まれている。
FIG. 14 is a schematic plan view illustrating an embodiment in which a part of the
本例では、紙面左方のHEMT素子の左方に配置されたカソードパッド33は、素子領域180の外に設けられ、2つのHEMT素子の間に配置されたカソードパッド34は、素子領域180と重なりを有している。
In this example, the
上述の実施形態では、カソードパッド(無電極PECエッチングのカソードとして機能する導電性部材)30として、積層体(窒化物半導体結晶基板)10とは別体の導電性部材を用いる態様を例示したが、以下に説明するように、積層体10の一部としてIII族窒化物で構成された導電性部材(導電性領域)を、カソードパッド30として用いてもよい。
In the above-described embodiment, an embodiment in which a conductive member different from the laminate (nitride semiconductor crystal substrate) 10 is used as the cathode pad (conductive member functioning as a cathode for electrodeless PEC etching) 30 has been exemplified. As described below, a conductive member (conductive region) made of Group III nitride as a part of the laminate 10 may be used as the
なお、カソードパッド30として、積層体10とは別体の導電性部材を用いる態様と、積層体10の一部としてIII族窒化物で構成された導電性部材を用いる態様と、を総合的に捉える場合、カソードパッド30という表現に替えて、カソード部30という表現を用いることがある。
It should be noted that the
図15(a)および図15(b)は、エピ層12にn型不純物をイオン注入することで、カソード部30を形成する態様を例示する概略断面図である。
15 (a) and 15 (b) are schematic cross-sectional views illustrating an embodiment in which the
図15(a)は、上述の実施形態の図2(b)に対応し、カソード部30を形成する工程を例示する。図15(a)において、カソード部30となる領域を太線で示す。なお、本例では、平面視においてカソード部30が配置される領域を、領域21CPと呼ぶ。
FIG. 15 (a) corresponds to FIG. 2 (b) of the above-described embodiment, and illustrates a step of forming the
領域21CPに開口を有するマスクが形成された状態で、エピ層12に、Si等のn型不純物をイオン注入することで、カソード部30を形成する。例えば、n型不純物濃度が1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下で、深さ(厚さ)が100nm以上200nm以下のカソード部30が形成されるように、イオン注入を行う。例えば、領域21CPにおいて、キャップ層12dの全厚さ、障壁層12cの全厚さ、および、チャネル層12bの上部に、n型不純物がイオン注入されることで、カソード部30が形成される。
The
カソード部30は、チャネル層12bの上部に達する深さに形成されていることで、2DEGに達しており、PECエッチングによりエッチングされる被エッチング領域21と、カソード部30とは、キャップ層12dおよび2DEGの少なくとも一方を介して電気的に接続されている。本例では、カソード部30が2DEGと直接的に接続されていることで、カソード部30からの電子の放出を、より効果的に行うことができる。
The
本例では、被エッチング領域21、および、カソード部30が、ともに、III族窒化物で構成される。また、被エッチング領域21に光221を照射する際、カソード部30にも、光221が照射される。ただし、カソード部30を構成するIII族窒化物は、当該被エッチング領域21よりも高い(好ましくは例えば10倍以上高い)n型不純物濃度を有する。これにより、当該被エッチング領域21と比べて電子濃度が高いカソード部30では、光励起したホールを短時間で消費させることで陽極酸化反応を抑制できるため、カソード部30は、PECエッチングされることが抑制されて、PECエッチングのカソードとして機能させることができる。これは、後述の再成長によりカソード部30を形成する態様でも同様である。
In this example, the etched
PECエッチングによりエッチングされる被エッチング領域21は、キャップ層12dまたは障壁層12cであり、エピ層12のうち障壁層12cの下面よりも上方の部分ということができる。典型的には、障壁層12cにはn型不純物が添加されず、キャップ層12dにはn型不純物が添加される。カソード部30は、キャップ層12dよりも高いn型不純物濃度となるように、つまり、当該被エッチング領域21の最も高いn型不純物濃度よりも高い(好ましくは例えば10倍以上高い)n型不純物濃度となるように、n型不純物が添加される。
The
カソード部30を形成した後の工程は、上述の実施形態と同様である。被エッチング領域21のPECエッチングに際し、カソード部30をエッチング液201に接触させることで、カソード部30をPECエッチングのカソードとして機能させる。なお、カソード部30は(カソード部30を構成するIII族窒化物層は)除去されずに、素子分離領域160の形成後に残っていてもよい。カソード部30は、素子分離溝である素子分離領域160の形成時のエッチングで除去されてもよい。カソード部30は、イオン注入による素子分離領域160の形成時に素子分離用のイオン注入がされてもよい。
The step after forming the
図15(b)は、上述の実施形態の図1(a)に対応し、本例のHEMT150を概略的に示す。本例のHEMT150のエピ層12は、上述の製造方法を反映して、平面視において素子領域180の外に、チャネル層12bの上部に達する深さのカソード部30を有してよい。カソード部30は、平面視において素子領域180内のエピ層12における、障壁層12cの下面よりも上方の部分における(最も高い)n型不純物濃度よりも、高いn型不純物濃度を有する。
FIG. 15B corresponds to FIG. 1A of the above-described embodiment and schematically shows HEMT150 of this example. The
図16は、n型不純物が添加されたIII族窒化物層を再成長させることで、カソード部30を形成する態様を例示する概略断面図である。本例は、上述の実施形態において例えばTiにより構成されたカソード部30を、Tiに替えて、高いn型不純物濃度を有するIII族窒化物で構成するようにした態様と捉えてもよい。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment in which a
図2(b)を参照して、本例のカソード部30の形成方法について説明する。領域21CPに開口を有するマスクが形成された状態で、障壁層12cの上方に、例えば、Si等のn型不純物が添加されたGaNを再成長させることで、カソード部30を形成する。再成長の方法としては、スパッタリング、パルスレーザ堆積(PLD)、有機金属化学気相堆積(MOCVD)、分子線エピタキシ(MBE)、等が適宜用いられてよい。例えば、n型不純物濃度が1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下で、厚さが50nm程度のカソード部30を成長させる。なお、カソード部30をTiで構成する態様で説明したのと同様に、カソード部30は、キャップ層12d上に設けられてもよい。
A method of forming the
カソードパッド30を形成した後の工程は、上述の実施形態と同様である。本例においても、カソード部30が除去されずに、素子分離領域160の形成後に残っていてもよい。
The process after forming the
図16は、上述の実施形態の図1(a)に対応し、本例のHEMT150を概略的に示す。本例のHEMT150のエピ層12は、上述の製造方法を反映して、平面視において素子領域180の外に、障壁層12cの上方に(あるいはキャップ層12dの上方に)成長されたカソード部30を有してよい。カソード部30は、平面視において素子領域180内のエピ層12における、障壁層12cの下面よりも上方の部分におけるn型不純物濃度よりも、高いn型不純物濃度を有する。
FIG. 16 corresponds to FIG. 1 (a) of the above-described embodiment and schematically shows
<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferable Aspect of the Present Invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(付記1)
窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
窒化物半導体結晶基板上の、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、導電性部材を設ける工程と、
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのソース電極が配置されるリセスであるソースリセスが形成されるソースリセス被エッチング領域、および、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極が配置されるリセスであるドレインリセスが形成されるドレインリセス被エッチング領域、の少なくとも一方に開口を有する(とともに前記導電性部材を露出する開口を有する)マスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記マスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、光電気化学エッチングを行い、前記ソースリセスおよび前記ドレインリセスの少なくとも一方を形成する工程と、
(前記光電気化学エッチングの後、)前記高電子移動度トランジスタの(前記素子領域を画定する)素子分離構造を形成する工程と、
を有する窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 1)
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
A step of providing a conductive member on a nitride semiconductor crystal substrate outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
On the nitride semiconductor crystal substrate, a source recess etched region in which a source recess, which is a recess in which the source electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed, and a drain electrode of the high electron mobility transistor are arranged. A step of forming a mask having an opening (and an opening that exposes the conductive member) in at least one of the drain recess etched regions in which the drain recess, which is a recess, is formed.
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. In the step of performing photoelectrochemical etching to form at least one of the source recess and the drain recess.
The step of forming the element separation structure (defining the element region) of the high electron mobility transistor (after the photoelectrochemical etching) and
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor having the above.
(付記2)
前記各工程を、付記1に記載の順番で行う、付記1に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 2)
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to Appendix 1, wherein each step is performed in the order described in Appendix 1.
(付記3)
前記窒化物半導体結晶基板は、下地基板上に、少なくとも、2次元電子ガスが形成されるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された障壁層と、前記障壁層を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物で構成され、前記障壁層上に形成されたキャップ層と、を含み、
前記光電気化学エッチングでは、前記キャップ層(のみ)を除去する、付記1または2に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 3)
The nitride semiconductor crystal substrate is composed of a channel layer on which at least two-dimensional electron gas is formed, a barrier layer formed on the channel layer, and a group III nitride constituting the barrier layer. Also includes a cap layer, which is composed of a group III nitride having a small bandgap and is formed on the barrier layer.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to
(付記4)
前記導電性部材は、前記キャップ層および前記2次元電子ガスの少なくとも一方を介して、前記ソースリセス被エッチング領域または前記ドレインリセス被エッチング領域と電気的に接続されている、付記3に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 4)
The nitride according to Appendix 3, wherein the conductive member is electrically connected to the source recess etched region or the drain recess etched region via at least one of the cap layer and the two-dimensional electron gas. A method for manufacturing a system high electron mobility transistor.
(付記5)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、前記ソースリセス被エッチング領域および前記ドレインリセス被エッチング領域の少なくとも一方の一部と平面視において重なりを有するように形成する、付記1~4のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 5)
In the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed so as to have an overlap in a plan view with at least one part of the source recess etched region and the drain recess etched region. The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of the above.
(付記6)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、イオン注入、ドライエッチング、および、光電気化学エッチングのうちのいずれかの手法で形成する、付記1~5のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 6)
In the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed by any one of ion injection, dry etching, and photoelectrochemical etching, according to any one of Supplementary note 1 to 5. A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
(付記7)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、前記導電性部材の配置領域と平面視において重なりを有しないように形成する、付記1~6のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 7)
The nitride according to any one of Supplementary note 1 to 6, wherein in the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed so as not to overlap with the arrangement region of the conductive member in a plan view. A method for manufacturing a system high electron mobility transistor.
(付記8)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、前記導電性部材をマスクの少なくとも一部として用いて、イオン注入により形成する、付記7に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 8)
In the step of forming the device separation structure, the nitride-based high electron mobility transistor according to Appendix 7, wherein the device separation structure is formed by ion implantation using the conductive member as at least a part of a mask. Production method.
(付記9)
前記素子分離構造を形成する工程では、少なくとも、前記ソースリセスまたは前記ドレインリセス、および、前記導電性部材を、露出させないように覆うマスクが形成された状態で、前記素子分離構造を、ドライエッチングにより形成する、付記7に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 9)
In the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed by dry etching at least in a state where a mask covering the source recess or the drain recess and the conductive member so as not to be exposed is formed. The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to Appendix 7.
(付記10)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、前記導電性部材の少なくとも一部を露出させるマスクを形成した状態で、光電気化学エッチングにより形成する、付記7に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 10)
The nitride system according to Appendix 7, wherein in the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed by photoelectrochemical etching in a state where a mask that exposes at least a part of the conductive member is formed. A method for manufacturing a high electron mobility transistor.
(付記11)
前記ソースリセスおよび前記ドレインリセスの少なくとも一方を形成する工程における光電気化学エッチングは、酸性のエッチング液を用いて行い、
前記素子分離構造を形成する工程における光電気化学エッチングは、アルカリ性のエッチング液を用いて行う、付記10に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
好ましくは、付記17の前記ゲートリセスを形成する工程における光電気化学エッチングは、酸性のエッチング液を用いて行う。
(Appendix 11)
Photoelectrochemical etching in the step of forming at least one of the source recess and the drain recess is performed using an acidic etching solution.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to
Preferably, the photoelectrochemical etching in the step of forming the gate recess in Appendix 17 is performed using an acidic etching solution.
(付記12)
前記素子分離構造を形成する工程では、前記素子分離構造を、前記導電性部材の配置領域と平面視において重なりを有するように形成する、付記1~6のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 12)
The nitride system according to any one of Supplementary note 1 to 6, wherein in the step of forming the element separation structure, the element separation structure is formed so as to have an overlap with the arrangement region of the conductive member in a plan view. A method for manufacturing a high electron mobility transistor.
(付記13)
前記素子分離構造を形成する工程は、前記導電性部材を除去した後に行われる、付記12に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 13)
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to
(付記14)
前記窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法では、前記窒化物半導体結晶基板上でゲート長方向およびゲート幅方向の少なくとも一方向に並んだ複数の高電子移動度トランジスタを製造し、
前記導電性部材は、前記ゲート長方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間、および、前記ゲート幅方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間、の少なくとも一方に配置される、付記1~13のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
複数の導電性部材が、ゲート長方向およびゲート幅方向の少なくとも一方向に、並んで配置されていてもよい。
(Appendix 14)
In the method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor, a plurality of high electron mobility transistors arranged in at least one direction in the gate length direction and the gate width direction are manufactured on the nitride semiconductor crystal substrate.
The conductive member is arranged at least one of the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate length direction and the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate width direction. The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of Supplementary note 1 to 13.
A plurality of conductive members may be arranged side by side in at least one direction in the gate length direction and the gate width direction.
(付記15)
前記ゲート長方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間に配置される前記導電性部材は、前記ゲート幅方向に延在する形状を有する、付記14に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 15)
The nitride-based high electron mobility according to Appendix 14, wherein the conductive member arranged between the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate length direction has a shape extending in the gate width direction. Transistor manufacturing method.
(付記16)
前記ゲート幅方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間に配置される前記導電性部材は、前記ゲート長方向に延在する形状を有する、付記14または15に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 16)
The nitride-based high electron according to Appendix 14 or 15, wherein the conductive member arranged between the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate width direction has a shape extending in the gate length direction. Manufacturing method of mobility transistor.
(付記17)
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極が配置されるリセスであるゲートリセスが形成されるゲートリセス被エッチング領域に開口を有する(とともに前記導電性部材を露出する開口を有する)他のマスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記他のマスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、他の光電気化学エッチングを行い、前記ゲートリセスを形成する工程と、
(前記光電気化学エッチングおよび前記他の光電気化学エッチングの後、)前記素子分離構造を形成する工程と、
をさらに有する、付記1~16のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 17)
On the nitride semiconductor crystal substrate, there is an opening in the gate recess etched region where a gate recess, which is a recess in which the gate electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed (and an opening for exposing the conductive member). ) The process of forming other masks and
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the other mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. By doing so, another photoelectrochemical etching is performed to form the gate recess.
The step of forming the element separation structure (after the photoelectrochemical etching and the other photoelectrochemical etching) and
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of Supplementary note 1 to 16, further comprising.
(付記18)
前記窒化物半導体結晶基板は、下地基板上に、少なくとも、2次元電子ガスが形成されるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された障壁層と、前記障壁層を構成するIII族窒化物よりもバンドギャップが小さいIII族窒化物で構成され、前記障壁層上に形成されたキャップ層と、を含み、
前記光電気化学エッチングでは、前記キャップ層(のみ)を除去し、
前記他の光電気化学エッチングでは、前記キャップ層、および、前記障壁層の一部、を除去する、付記17に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 18)
The nitride semiconductor crystal substrate is composed of a channel layer on which at least two-dimensional electron gas is formed, a barrier layer formed on the channel layer, and a group III nitride constituting the barrier layer. Also includes a cap layer, which is composed of a group III nitride having a small bandgap and is formed on the barrier layer.
In the photoelectrochemical etching, the cap layer (only) is removed.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to Appendix 17, wherein the cap layer and a part of the barrier layer are removed in the other photoelectrochemical etching.
(付記19)
前記光電気化学エッチングおよび前記他の光電気化学エッチングでは、同一の光源(同一の波長特性を有する光)を用いて光照射を行い、
前記光電気化学エッチングは、時間管理により停止させ、前記他の光電気化学エッチングは、自己停止により停止させる、付記17または18に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 19)
In the photoelectrochemical etching and the other photoelectrochemical etching, light irradiation is performed using the same light source (light having the same wavelength characteristics).
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to Supplementary note 17 or 18, wherein the photoelectrochemical etching is stopped by time control, and the other photoelectrochemical etching is stopped by self-stop.
(付記20)
前記他の光電気化学エッチングは、前記光電気化学エッチングよりも先に行われ、
前記他の光電気化学エッチングでは、前記他のマスクを、無機材料または金属材料で構成されたハードマスクを用いて形成する、付記17~19のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 20)
The other photoelectrochemical etching is performed before the photoelectrochemical etching.
The nitride-based high electron mobility according to any one of Supplementary note 17 to 19, wherein in the other photoelectrochemical etching, the other mask is formed by using a hard mask made of an inorganic material or a metallic material. Manufacturing method of degree transistor.
(付記21)
前記光電気化学エッチングでは、前記マスクを、レジストマスクを用いて形成する、付記17~20のいずれか1つに記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 21)
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of Supplementary note 17 to 20, wherein the mask is formed by using a resist mask in the photoelectrochemical etching.
(付記22)
窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
窒化物半導体結晶基板上の、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、導電性部材を設ける工程と、
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極が配置されるリセスであるゲートリセスが形成されるゲートリセス被エッチング領域に開口を有する(とともに前記導電性部材を露出する開口を有する)マスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記マスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、光電気化学エッチングを行い、前記ゲートリセスを形成する工程と、
(前記光電気化学エッチングの後、)前記高電子移動度トランジスタの(前記素子領域を画定する)素子分離構造を形成する工程と、
を有する窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。
(Appendix 22)
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
A step of providing a conductive member on a nitride semiconductor crystal substrate outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
On the nitride semiconductor crystal substrate, there is an opening in the gate recess etched region where a gate recess, which is a recess in which the gate electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed (and an opening for exposing the conductive member). ) The process of forming the mask and
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. In the process of forming the gate recess by performing photoelectrochemical etching,
The step of forming the element separation structure (defining the element region) of the high electron mobility transistor (after the photoelectrochemical etching) and
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor having the above.
(付記23)
窒化物系高電子移動度トランジスタであって、
少なくとも、チャネル層、前記チャネル層上に配置された障壁層、および、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有するIII族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
を備え、
少なくとも、前記ソース電極およびドレイン電極の直下(、好ましくはさらにゲート電極の直下)に位置するIII族窒化物層には、プラズマダメージが導入されていない、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。
(Appendix 23)
Nitride-based high electron mobility transistor
A Group III nitride layer having at least a channel layer, a barrier layer arranged on the channel layer, and a cap layer arranged on the barrier layer.
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
Equipped with
At least, plasma damage is not introduced into the Group III nitride layer located directly below the source electrode and the drain electrode (preferably further directly below the gate electrode).
Nitride-based high electron mobility transistor.
(付記24)
窒化物系高電子移動度トランジスタであって、
チャネル層、前記チャネル層上に配置された障壁層、および、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有するIII族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
絶縁膜と、
を備え、
前記絶縁膜は、
前記素子分離構造を覆い、前記ソース電極、前記ゲート電極、および、前記ドレイン電極が配置された領域に対し、前記素子分離構造の外側まで延在して設けられ、前記素子分離構造の外側において、前記キャップ層を介して前記障壁層上に設けられた部分と、前記障壁層の直上に設けられた部分と、を有する、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。
(Appendix 24)
Nitride-based high electron mobility transistor
A group III nitride layer having a channel layer, a barrier layer arranged on the channel layer, and a cap layer arranged on the barrier layer.
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
With an insulating film
Equipped with
The insulating film is
It covers the element separation structure and is provided extending to the outside of the element separation structure with respect to the region where the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode are arranged, and outside the element separation structure. It has a portion provided on the barrier layer via the cap layer and a portion provided directly above the barrier layer.
Nitride-based high electron mobility transistor.
(付記25)
III族窒化物で構成された被エッチング領域、および、前記被エッチング領域よりも高いn型不純物濃度を有するIII族窒化物で構成され前記被エッチング領域と電気的に接続されているカソード部、を備える処理対象物を準備する工程と、
前記被エッチング領域および前記カソード部が、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触した状態で、前記被エッチング領域(および前記カソード部)に光を照射することにより、前記被エッチング領域をエッチングする工程と、
を有する構造体の製造方法。
(Appendix 25)
A region to be etched made of a group III nitride and a cathode portion made of a group III nitride having a higher n-type impurity concentration than the region to be etched and electrically connected to the region to be etched. The process of preparing the object to be prepared and
The region to be etched (and the cathode portion) is etched by irradiating the region to be etched (and the cathode portion) with light in a state where the region to be etched and the cathode portion are in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. Process and
A method for manufacturing a structure having a structure.
(付記26)
窒化物系高電子移動度トランジスタであって、
少なくとも、チャネル層、および、前記チャネル層上に配置された障壁層、を有する、(好ましくはさらに、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有する)III族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
を備え、
前記III族窒化物層は、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、前記チャネル層の上部に達する深さのカソード部を有し、
前記カソード部は、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域内の前記III族窒化物層における、前記障壁層の下面よりも上方の部分におけるn型不純物濃度よりも、高いn型不純物濃度を有する、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。
(Appendix 26)
Nitride-based high electron mobility transistor
A Group III nitride layer having at least a channel layer and a barrier layer disposed on the channel layer (preferably further having a cap layer disposed on the barrier layer).
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
Equipped with
The group III nitride layer has a cathode portion having a depth reaching the upper part of the channel layer outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
The cathode portion has an n-type impurity concentration higher than the n-type impurity concentration in the portion above the lower surface of the barrier layer in the group III nitride layer in the element region of the high electron mobility transistor in a plan view. Have,
Nitride-based high electron mobility transistor.
(付記27)
窒化物系高電子移動度トランジスタであって、
少なくとも、チャネル層、および、前記チャネル層上に配置された障壁層、を有する、(好ましくはさらに、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有する)III族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
を備え、
前記III族窒化物層は、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、前記障壁層の上方に成長されたカソード部を有し、
前記カソード部は、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域内の前記III族窒化物層における、前記障壁層の下面よりも上方の部分におけるn型不純物濃度よりも、高いn型不純物濃度を有する、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。
(Appendix 27)
Nitride-based high electron mobility transistor
A Group III nitride layer having at least a channel layer and a barrier layer disposed on the channel layer (preferably further having a cap layer disposed on the barrier layer).
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
Equipped with
The group III nitride layer has a cathode portion grown above the barrier layer outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
The cathode portion has an n-type impurity concentration higher than the n-type impurity concentration in the portion above the lower surface of the barrier layer in the group III nitride layer in the element region of the high electron mobility transistor in a plan view. Have,
Nitride-based high electron mobility transistor.
10…積層体、11…基板、12…III族窒化物層(エピ層)、12a…核生成層、12b…チャネル層、12c…障壁層、12d…キャップ層、13…絶縁膜、21…被エッチング領域、30…カソードパッド、50…マスク、51…ハードマスク、52…レジストマスク、53…レジストマスク、100…処理対象物、110S…ソースリセス、110D…ドレインリセス、110SD…オーミックリセス、110G…ゲートリセス、150…窒化物系高電子移動度トランジスタ、151…ソース電極、152…ゲート電極、153…ドレイン電極、160…素子分離構造、170…絶縁膜、171…(絶縁膜170の)部分、172…(絶縁膜170の)部分、180…素子領域、200…PECエッチング装置、201…エッチング液、210…容器、220…光源、221…光 10 ... Laminate, 11 ... Substrate, 12 ... Group III nitride layer (epi layer), 12a ... Nucleation layer, 12b ... Channel layer, 12c ... Barrier layer, 12d ... Cap layer, 13 ... Insulating film, 21 ... Covered Etching region, 30 ... cathode pad, 50 ... mask, 51 ... hard mask, 52 ... resist mask, 53 ... resist mask, 100 ... object to be processed, 110S ... source recess, 110D ... drain recess, 110SD ... ohmic recess, 110G ... gate recess , 150 ... Nitride-based high electron mobility transistor, 151 ... Source electrode, 152 ... Gate electrode, 153 ... Drain electrode, 160 ... Element separation structure, 170 ... Insulating film, 171 ... (Insulating film 170) portion, 172 ... Part (of insulating film 170), 180 ... element region, 200 ... PEC etching device, 201 ... etching solution, 210 ... container, 220 ... light source, 221 ... light
Claims (24)
窒化物半導体結晶基板上の、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、導電性部材を設ける工程と、
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのソース電極が配置されるリセスであるソースリセスが形成されるソースリセス被エッチング領域、および、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極が配置されるリセスであるドレインリセスが形成されるドレインリセス被エッチング領域、の少なくとも一方に開口を有するマスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記マスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、光電気化学エッチングを行い、前記ソースリセスおよび前記ドレインリセスの少なくとも一方を形成する工程と、
前記高電子移動度トランジスタの素子分離構造を形成する工程と、
を有する窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
A step of providing a conductive member on a nitride semiconductor crystal substrate outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
On the nitride semiconductor crystal substrate, a source recess etched region in which a source recess, which is a recess in which the source electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed, and a drain electrode of the high electron mobility transistor are arranged. A step of forming a mask having an opening in at least one of the drain recess etched regions in which the drain recess, which is the recess, is formed, and
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. In the step of performing photoelectrochemical etching to form at least one of the source recess and the drain recess.
The step of forming the element separation structure of the high electron mobility transistor and
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor having the above.
前記光電気化学エッチングでは、前記キャップ層を除去する、請求項1または2に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 The nitride semiconductor crystal substrate is composed of a channel layer on which at least two-dimensional electron gas is formed, a barrier layer formed on the channel layer, and a group III nitride constituting the barrier layer. Also includes a cap layer, which is composed of a group III nitride having a small bandgap and is formed on the barrier layer.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to claim 1 or 2, wherein the cap layer is removed in the photoelectrochemical etching.
前記素子分離構造を形成する工程における光電気化学エッチングは、アルカリ性のエッチング液を用いて行う、請求項10に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 Photoelectrochemical etching in the step of forming at least one of the source recess and the drain recess is performed using an acidic etching solution.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to claim 10, wherein the photoelectrochemical etching in the step of forming the device separation structure is performed using an alkaline etching solution.
前記導電性部材は、前記ゲート長方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間、および、前記ゲート幅方向に隣接する高電子移動度トランジスタ素子同士の間、の少なくとも一方に配置される、請求項1~13のいずれか1項に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 In the method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor, a plurality of high electron mobility transistors arranged in at least one direction in the gate length direction and the gate width direction are manufactured on the nitride semiconductor crystal substrate.
The conductive member is arranged at least one of the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate length direction and the high electron mobility transistor elements adjacent to each other in the gate width direction. The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of claims 1 to 13.
前記導電性部材が設けられるとともに前記他のマスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、他の光電気化学エッチングを行い、前記ゲートリセスを形成する工程と、
前記素子分離構造を形成する工程と、
をさらに有する、請求項1~16のいずれか1項に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 A step of forming another mask having an opening in the gate recess etched region where a gate recess, which is a recess in which the gate electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed on the nitride semiconductor crystal substrate.
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the other mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. By doing so, another photoelectrochemical etching is performed to form the gate recess.
The process of forming the element separation structure and
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to any one of claims 1 to 16, further comprising.
前記光電気化学エッチングでは、前記キャップ層を除去し、
前記他の光電気化学エッチングでは、前記キャップ層、および、前記障壁層の一部、を除去する、請求項17に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 The nitride semiconductor crystal substrate is composed of a channel layer on which at least two-dimensional electron gas is formed, a barrier layer formed on the channel layer, and a group III nitride constituting the barrier layer. Also includes a cap layer, which is composed of a group III nitride having a small bandgap and is formed on the barrier layer.
In the photoelectrochemical etching, the cap layer is removed.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to claim 17, wherein in the other photoelectrochemical etching, the cap layer and a part of the barrier layer are removed.
前記光電気化学エッチングは、時間管理により停止させ、前記他の光電気化学エッチングは、自己停止により停止させる、請求項17または18に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 In the photoelectrochemical etching and the other photoelectrochemical etching, light irradiation is performed using the same light source.
The method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor according to claim 17 or 18, wherein the photoelectrochemical etching is stopped by time control, and the other photoelectrochemical etching is stopped by self-stop.
前記他の光電気化学エッチングでは、前記他のマスクを、無機材料または金属材料で構成されたハードマスクを用いて形成する、請求項17~19のいずれか1項に記載の窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 The other photoelectrochemical etchings are performed prior to the photoelectrochemical etchings.
The nitride-based high electron according to any one of claims 17 to 19, wherein in the other photoelectrochemical etching, the other mask is formed by using a hard mask made of an inorganic material or a metallic material. Manufacturing method of mobility transistor.
窒化物半導体結晶基板上の、平面視において前記高電子移動度トランジスタの素子領域外に、導電性部材を設ける工程と、
前記窒化物半導体結晶基板上に、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極が配置されるリセスであるゲートリセスが形成されるゲートリセス被エッチング領域に開口を有するマスクを形成する工程と、
前記導電性部材が設けられるとともに前記マスクが形成された前記窒化物半導体結晶基板を、電子を受け取る酸化剤を含むエッチング液に接触させた状態で、前記窒化物半導体結晶基板に光を照射することで、光電気化学エッチングを行い、前記ゲートリセスを形成する工程と、
前記高電子移動度トランジスタの素子分離構造を形成する工程と、
を有する窒化物系高電子移動度トランジスタの製造方法。 A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor.
A step of providing a conductive member on a nitride semiconductor crystal substrate outside the element region of the high electron mobility transistor in a plan view.
A step of forming a mask having an opening in the gate recess etched region where a gate recess, which is a recess in which the gate electrode of the high electron mobility transistor is arranged, is formed on the nitride semiconductor crystal substrate.
The nitride semiconductor crystal substrate is irradiated with light in a state where the nitride semiconductor crystal substrate on which the conductive member is provided and the mask is formed is in contact with an etching solution containing an oxidizing agent that receives electrons. In the process of forming the gate recess by performing photoelectrochemical etching,
The step of forming the element separation structure of the high electron mobility transistor and
A method for manufacturing a nitride-based high electron mobility transistor having the above.
少なくとも、チャネル層、前記チャネル層上に配置された障壁層、および、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有するIII族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
を備え、
少なくとも、前記ソース電極およびドレイン電極の直下に位置するIII族窒化物層には、プラズマダメージが導入されていない、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。 Nitride-based high electron mobility transistor
A Group III nitride layer having at least a channel layer, a barrier layer arranged on the channel layer, and a cap layer arranged on the barrier layer.
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
Equipped with
At least, plasma damage is not introduced into the Group III nitride layer located directly below the source electrode and the drain electrode.
Nitride-based high electron mobility transistor.
チャネル層、前記チャネル層上に配置された障壁層、および、前記障壁層上に配置されたキャップ層、を有するIII族窒化物層と、
ソース電極、ゲート電極、および、ドレイン電極と、
素子分離構造と、
絶縁膜と、
を備え、
前記絶縁膜は、
前記素子分離構造を覆い、前記ソース電極、前記ゲート電極、および、前記ドレイン電極が配置された領域に対し、前記素子分離構造の外側まで延在して設けられ、前記素子分離構造の外側において、前記キャップ層を介して前記障壁層上に設けられた部分と、前記障壁層の直上に設けられた部分と、を有する、
窒化物系高電子移動度トランジスタ。 Nitride-based high electron mobility transistor
A group III nitride layer having a channel layer, a barrier layer arranged on the channel layer, and a cap layer arranged on the barrier layer.
Source electrode, gate electrode, and drain electrode,
Element separation structure and
With an insulating film
Equipped with
The insulating film is
It covers the element separation structure and is provided extending to the outside of the element separation structure with respect to the region where the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode are arranged, and outside the element separation structure. It has a portion provided on the barrier layer via the cap layer and a portion provided directly above the barrier layer.
Nitride-based high electron mobility transistor.
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