JP2022107114A - Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置に関する。 The present invention relates to semiconductor devices, methods for manufacturing semiconductor devices, and electronic devices.
GaN(窒化ガリウム)やAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)等の窒化物半導体を用いたGaN系ヘテロ構造電界効果トランジスタ(Heterostructure Field Effect Transistor;HFET)が知られている。GaN系HFETとして、SiO(酸化シリコン)やSiN(窒化シリコン)等の絶縁膜を用いた絶縁ゲートHFETのほか、SiNにAlO(酸化アルミニウム)を積層した2層絶縁膜を用いた絶縁ゲートHFETが知られている。 A GaN-based heterostructure field effect transistor (HFET) using a nitride semiconductor such as GaN (gallium nitride) or AlGaN (aluminum gallium nitride) is known. As GaN-based HFETs, in addition to an insulating gate HFET using an insulating film such as SiO (silicon oxide) or SiN (silicon nitride), an insulating gate HFET using a two-layer insulating film in which AlO (aluminum oxide) is laminated on SiN is available. Are known.
ところで、GaN等の窒化物半導体を電子走行層に用い、AlGaN等の窒化物半導体を電子供給層に用いた半導体装置、例えば、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor;HEMT)等の電界効果トランジスタに関し、その性能を表す指標の1つとして線形性がある。例えば、増幅に利用される半導体装置では、その線形性が高められることで、増幅後の信号の歪みが抑えられ、信号品質の低下が抑えられる。 By the way, a semiconductor device using a nitride semiconductor such as GaN for the electron traveling layer and a nitride semiconductor such as AlGaN for the electron supply layer, for example, an electric field effect of a high electron mobility transistor (HEMT) or the like. Regarding a transistor, linearity is one of the indexes showing its performance. For example, in a semiconductor device used for amplification, by enhancing its linearity, distortion of the signal after amplification can be suppressed, and deterioration of signal quality can be suppressed.
良好な線形性を得るための技術として、閾値や相互コンダクタンス等の特性が異なる複数のトランジスタ構造を組み合わせる技術が知られている。例えば、電子走行層に積層される電子供給層上にゲート電極が設けられる半導体装置において、ゲート電極下に電子供給層の厚さが異なる複数の領域を設ける技術や、ゲート電極下に電子走行層及び電子供給層の幅が異なる複数の領域を設ける技術が知られている。 As a technique for obtaining good linearity, a technique for combining a plurality of transistor structures having different characteristics such as threshold value and transconductance is known. For example, in a semiconductor device in which a gate electrode is provided on an electron supply layer laminated on an electron traveling layer, a technique of providing a plurality of regions having different thicknesses of the electron supply layer under the gate electrode, or an electron traveling layer under the gate electrode. And a technique for providing a plurality of regions having different widths of the electron supply layer is known.
しかし、これまでの技術では、それを採用することで出力が低下し得る等、十分な線形性と出力とを有する半導体装置を実現することが難しい場合があった。
1つの側面では、本発明は、線形性に優れた高出力の半導体装置を実現することを目的とする。
However, with the conventional techniques, it may be difficult to realize a semiconductor device having sufficient linearity and output, for example, the output may be reduced by adopting the technique.
In one aspect, the present invention aims to realize a high output semiconductor device having excellent linearity.
1つの態様では、電子走行層と、前記電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層と、前記電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に設けられたゲート電極と、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部と、前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部とを備える誘電体層とを含む半導体装置が提供される。 In one embodiment, the electron traveling layer, the electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer, and the electron supplying layer are provided on the second surface side of the electron traveling layer opposite to the electron traveling layer side. A first dielectric portion provided between the gate electrode and the second surface of the electron supply layer and the gate electrode, and having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode. A semiconductor device including a dielectric layer including a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the first direction is provided.
また、別の態様では、上記のような半導体装置の製造方法、上記のような半導体装置を備える電子装置が提供される。 In another aspect, a method for manufacturing a semiconductor device as described above and an electronic device including the semiconductor device as described above are provided.
1つの側面では、線形性に優れた高出力の半導体装置を実現することが可能になる。 On one side, it is possible to realize a high output semiconductor device having excellent linearity.
窒化物半導体を用いた半導体装置は、高い飽和電子速度やワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧、高出力デバイスとしての開発が行われている。窒化物半導体を用いた半導体装置としては、電界効果トランジスタ、例えば、HEMTについての報告が数多くなされている。 Semiconductor devices using nitride semiconductors have been developed as high withstand voltage and high output devices by utilizing features such as high saturated electron velocity and wide band gap. As a semiconductor device using a nitride semiconductor, many reports have been made on field effect transistors such as HEMTs.
HEMTの1つとして、AlGaN層を電子供給層(「バリア層」とも称される)、GaN層を電子走行層(「チャネル層」とも称される)として用いたHEMTが知られている。このようなHEMTでは、AlGaN層の自発分極、及びGaN層との格子定数差に起因した歪みによってAlGaN層に発生するピエゾ分極により、AlGaN層との接合界面近傍のGaN層に高濃度の二次元電子ガス(Two Dimensional Electron Gas;2DEG)が生成され、高出力デバイスが実現される。このため、GaN系窒化物半導体を用いたHEMTは、通信向け高出力増幅器等への応用が期待されている。 As one of the HEMTs, a HEMT using an AlGaN layer as an electron supply layer (also referred to as a "barrier layer") and a GaN layer as an electron traveling layer (also referred to as a "channel layer") is known. In such a HEMT, due to the spontaneous polarization of the AlGaN layer and the piezo polarization generated in the AlGaN layer due to the strain caused by the difference in lattice constant with the GaN layer, the GaN layer near the junction interface with the AlGaN layer has a high concentration of two dimensions. Two Dimensional Electron Gas (2DEG) is generated to realize a high power device. Therefore, HEMTs using GaN-based nitride semiconductors are expected to be applied to high-power amplifiers for communication and the like.
通信向け高出力増幅器に求められる性能の1つとして、線形性が挙げられる。線形性の悪い増幅器を使用すると、増幅後の信号に歪みが生じ、通信品質の低下を招く。増幅に利用されるHEMTでは、その線形性が向上されることで、増幅後の信号の歪みが抑えられ、通信品質の低下が抑えられるようになる。 Linearity is one of the performances required for high-power amplifiers for communication. If an amplifier with poor linearity is used, the amplified signal will be distorted, resulting in deterioration of communication quality. By improving the linearity of the HEMT used for amplification, distortion of the signal after amplification can be suppressed, and deterioration of communication quality can be suppressed.
良好な線形性を得るためには、相互コンダクタンスを平坦化することが有効である。相互コンダクタンスを平坦化して良好な線形性を得るための技術として、閾値や相互コンダクタンス等の特性が異なる複数のトランジスタ構造を組み合わせる技術(derivative superposition技術)が知られている。 Flattening the transconductance is effective in obtaining good linearity. As a technique for flattening transconductance and obtaining good linearity, a technique (derivative superposition technique) for combining a plurality of transistor structures having different characteristics such as threshold value and transconductance is known.
図1及び図2は半導体装置の線形性向上技術の例について説明する図である。図1にはゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例を模式的に示している。図2(A)には第1の線形性向上技術を採用した半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。図2(B)には第2の線形性向上技術を採用した半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。 1 and 2 are diagrams for explaining an example of a technique for improving the linearity of a semiconductor device. FIG. 1 schematically shows an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance. FIG. 2A schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of a semiconductor device adopting the first linearity improving technique. FIG. 2B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of a semiconductor device adopting the second linearity improving technique.
図1は、閾値及び相互コンダクタンスの異なる3種のトランジスタ構造P,Q,Rのゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例を模式的に示したものである。ここで、トランジスタ構造P(図1の点線P)は、閾値が比較的低く、相互コンダクタンスが比較的大きい。トランジスタ構造Q(図1の点線Q)は、トランジスタ構造Pよりも閾値が正方向に高く、トランジスタ構造Pよりも相互コンダクタンスが小さい。トランジスタ構造R(図1の点線R)は、トランジスタ構造Qよりも更に閾値が正方向に高く、トランジスタ構造Pよりも相互コンダクタンスが小さい。トランジスタ構造P,Q,Rを組み合わせると、その組み合わせ(図1の実線P+Q+R)は、各々のトランジスタ構造P,Q,Rを単独で採用する場合に比べて、相互コンダクタンスが平坦化されるようになる。即ち、トランジスタ構造P,Q,Rの組み合わせでは、ゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の半値幅が広がり、ゲート電圧に対して相互コンダクタンスが一定レベル以上に高くなる領域がより広範囲となる。 FIG. 1 schematically shows an example of the relationship between the gate voltage of three types of transistor structures P, Q, and R having different thresholds and transconductance and the transconductance. Here, the transistor structure P (dotted line P in FIG. 1) has a relatively low threshold value and a relatively large transconductance. The transistor structure Q (dotted line Q in FIG. 1) has a higher threshold value in the positive direction than the transistor structure P and a smaller transconductance than the transistor structure P. The transistor structure R (dotted line R in FIG. 1) has a higher threshold value in the positive direction than the transistor structure Q and a smaller transconductance than the transistor structure P. When the transistor structures P, Q, and R are combined, the combination (solid line P + Q + R in FIG. 1) is such that the transconductance is flattened as compared with the case where the respective transistor structures P, Q, and R are adopted alone. Become. That is, in the combination of the transistor structures P, Q, and R, the half width of the relationship between the gate voltage and the transconductance is widened, and the region where the transconductance becomes higher than a certain level with respect to the gate voltage becomes wider.
閾値及び相互コンダクタンスの異なる3種のトランジスタ構造P,Q,Rを組み合わせた半導体装置の構造として、例えば、図2(A)に示すようなものがある。
図2(A)に示す半導体装置100は、HEMTの一例である。半導体装置100は、電子走行層110と、その上に設けられた電子供給層120と、その上に設けられたゲート電極130とを含む。尚、ゲート電極130は、図示しないソース電極とドレイン電極との間に、それらから分離されて設けられる。図2(A)は、ゲート電極130が延びる方向(ソース電極とドレイン電極とが対向する方向であるゲート長方向と直交する方向(ゲート幅方向))に沿った断面を模式的に示したものである。
As a structure of a semiconductor device in which three types of transistor structures P, Q, and R having different threshold values and transconductances are combined, for example, there is one as shown in FIG. 2 (A).
The
半導体装置100において、電子走行層110には、GaN等の窒化物半導体が用いられ、電子供給層120には、電子走行層110に用いられる窒化物半導体よりもバンドギャップの大きいAlGaN等の窒化物半導体が用いられる。半導体装置100では、電子供給層120の自発分極、及び電子走行層110との格子定数差に起因した歪みによって電子供給層120に発生するピエゾ分極により、電子供給層120との接合界面近傍の電子走行層110に2DEG300が生成される。半導体装置100では、ゲート電極130に印加されるゲート電圧による電界効果により、ゲート電極130の下を通過する2DEG300の電荷量が制御され、出力のドレイン電流の大きさが制御される。
In the
半導体装置100は、ゲート電極130の下に、電子走行層110及び電子供給層120の積層方向における電子供給層120の厚さが異なる複数の段差状の領域が設けられた構造を有する。このような半導体装置100の構造は、「多段ゲートリセス型」とも称される。半導体装置100において、電子供給層120の厚さが最小の領域(図2(A)の領域P)が、上記トランジスタ構造Pの領域に相当する。電子供給層120の厚さが中間の領域(図2(A)の領域Q)が、上記トランジスタ構造Qの領域に相当する。電子供給層120の厚さが最大の領域(図2(A)の領域R)が、上記トランジスタ構造Rの領域に相当する。このように電子供給層120の厚さが異なる複数の段差状の領域が設けられることで、例えば、特性の異なる3種類のトランジスタ構造P,Q,Rを備え、平坦化された相互コンダクタンス(図1の実線P+Q+R)を有する半導体装置100が実現される。
The
また、閾値及び相互コンダクタンスの異なる3種のトランジスタ構造P,Q,Rを組み合わせた半導体装置の別の構造として、例えば、図2(B)に示すようなものがある。
図2(B)に示す半導体装置200は、HEMTの一例である。半導体装置200は、電子走行層210と、その上に設けられた電子供給層220と、その上に設けられたゲート電極230とを含む。尚、ゲート電極230は、図示しないソース電極とドレイン電極との間に、それらから分離されて設けられる。図2(B)は、ゲート電極230が延びる方向(ゲート長方向と直交するゲート幅方向)に沿った断面を模式的に示したものである。
Further, as another structure of the semiconductor device in which three types of transistor structures P, Q, and R having different threshold values and transconductances are combined, for example, there is one as shown in FIG. 2 (B).
The
半導体装置200において、電子走行層210には、GaN等の窒化物半導体が用いられ、電子供給層220には、AlGaN等の窒化物半導体が用いられる。半導体装置200では、電子供給層220の自発分極、及び電子走行層210との格子定数差に起因した歪みによって電子供給層220に発生するピエゾ分極により、電子供給層220との接合界面近傍の電子走行層210に2DEG300が生成される。半導体装置200では、ゲート電極230に印加されるゲート電圧による電界効果により、ゲート電極230の下を通過する2DEG300の電荷量が制御され、出力のドレイン電流の大きさが制御される。
In the
半導体装置200は、ゲート電極230の下に、電子走行層210の表層の一部及びそれに積層される電子供給層220の幅が異なる複数のフィン状の領域が設けられた構造を有する。このような半導体装置200の構造は、「フィン型」とも称される。半導体装置200において、電子走行層210の表層の一部及びそれに積層される電子供給層220の幅が最小の領域(図2(B)の領域P)が、上記トランジスタ構造Pの領域に相当する。電子走行層210の表層の一部及びそれに積層される電子供給層220の幅が中間の領域(図2(B)の領域Q)が、上記トランジスタ構造Qの領域に相当する。電子走行層210の表層の一部及びそれに積層される電子供給層220の幅が最大の領域(図2(B)の領域R)が、上記トランジスタ構造Rの領域に相当する。このように電子走行層210の表層の一部及びそれに積層される電子供給層220の幅が異なる複数のフィン状の領域が設けられることで、例えば、特性の異なる3種類のトランジスタ構造P,Q,Rを備え、平坦化された相互コンダクタンス(図1の実線P+Q+R)を有する半導体装置200が実現される。
The
尚、半導体装置の線形性に関しては、例えば、国際公開第2019/077784号パンフレット、国際公開第2019/077781号パンフレット等に記載されるような技術も知られている。 Regarding the linearity of semiconductor devices, for example, techniques described in International Publication No. 2019/077784 Pamphlet, International Publication No. 2019/077781 Pamphlet and the like are also known.
しかし、上記のような多段ゲートリセス型の構造を採用する半導体装置100、フィン型の構造を採用する半導体装置200では、それぞれ次のような問題点があった。
多段ゲートリセス型の構造を採用する半導体装置100(図2(A))では、電子供給層120に厚さが異なる複数の段差状の領域を設けるために、電子供給層120を、電子走行層110上へのエピタキシャル成長後に、加工することを要する。半導体装置100では、この加工時に電子供給層120に導入されるダメージにより、半導体装置100の出力の低下が生じる恐れがある。また、半導体装置100では、電子供給層120の数nmの加工深さのばらつきが半導体装置100の特性に影響を与えるため、十分な製造再現性が得られない恐れがある。
However, the
In the semiconductor device 100 (FIG. 2A) that employs a multi-stage gate recess type structure, the
また、フィン型の構造を採用する半導体装置200(図2(B))では、電子走行層210及び電子供給層220の幅が異なる複数のフィン状の領域を設けるために、エピタキシャル成長された電子走行層210及び電子供給層220を、加工することを要する。半導体装置200では、この加工時に電子走行層210及び電子供給層220に導入されるダメージにより、半導体装置200の出力の低下が生じる恐れがある。更に、半導体装置200では、電子走行層210及び電子供給層220を複数のフィン状の領域に分割することで、実効的なチャネル幅が減少するため、それによって半導体装置200の出力の低下が生じる恐れがある。
Further, in the semiconductor device 200 (FIG. 2B) adopting the fin-type structure, epitaxially grown electron traveling is provided in order to provide a plurality of fin-shaped regions having different widths of the
これまでの線形性向上技術では、十分な線形性と出力とを有する半導体装置を実現することが難しい場合があった。
以上のような点に鑑み、ここでは以下に実施の形態として示すような構成を採用し、線形性に優れた高出力の半導体装置を実現する。
With conventional linearity improvement techniques, it has sometimes been difficult to realize a semiconductor device having sufficient linearity and output.
In view of the above points, here, a configuration as shown in the following embodiments is adopted to realize a high-output semiconductor device having excellent linearity.
[第1の実施の形態]
図3は第1の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図3(A)には第1の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。図3(B)には第1の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。図3(B)は図3(A)のIII-III断面模式図である。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3A schematically shows a plan view of a main part of an example of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 3A.
図3(A)及び図3(B)に示す半導体装置1Aは、HEMTの一例である。半導体装置1Aは、電子走行層10、電子供給層20、誘電体層40A、ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60を含む。
The
電子走行層10には、窒化物半導体、例えば、GaNが用いられる。電子走行層10には、GaNのほか、AlGaN、InGaN(窒化インジウムガリウム)等の窒化物半導体が用いられてもよい。電子走行層10は、1種の窒化物半導体の単層構造であってもよいし、1種又は2種以上の窒化物半導体の積層構造であってもよい。電子走行層10は、例えば、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;MOCVD、若しくはMetal Organic Vapor Phase Epitaxy;MOVPE)法、又は分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy;MBE)法を用いて、所定の下地基板(図示せず)上に形成される。電子走行層10が形成される下地基板には、SiC(シリコンカーバイド)、Si(シリコン)、サファイア、GaN、AlN(窒化アルミニウム)、ダイヤモンド等の基板、又はその上にAlN、GaN、AlGaN等の単層構造又はそれらのうちの2種以上の積層構造を有する初期層が形成された基板を用いることができる。
A nitride semiconductor, for example, GaN is used for the
電子供給層20には、窒化物半導体、例えば、AlGaNが用いられる。電子供給層20には、AlGaNのほか、InAlN(窒化インジウムアルミニウム)、InAlGaN(窒化インジウムアルミニウムガリウム)、AlN、ScAlN(窒化スカンジウムアルミニウム)等の窒化物半導体が用いられてもよい。電子供給層20は、1種の窒化物半導体の単層構造であってもよいし、1種又は2種以上の窒化物半導体の積層構造であってもよい。電子供給層20は、MOVPE法等を用いて、電子走行層10の一方の面10a側に設けられる。
A nitride semiconductor, for example, AlGaN is used for the
ここで、電子走行層10及び電子供給層20には、バンドギャップの異なる窒化物半導体が用いられる。電子走行層10上にそれよりもバンドギャップの大きい窒化物半導体を用いた電子供給層20が設けられることで、バンド不連続を有するヘテロ接合構造が形成される。フェルミ準位が電子走行層10と電子供給層20との接合界面の伝導帯よりも上(高エネルギー側)となるようにすることで、接合界面近傍の電子走行層10に2DEG)70が生成される。電子供給層20に用いられる窒化物半導体の自発分極、及びその格子定数に起因して発生するピエゾ分極により、接合界面近傍の電子走行層10に2DEG70が生成される。電子走行層10及び電子供給層20には、電子走行層10の電子供給層20との接合界面近傍に、このような2DEG70が生成されるような組み合わせの窒化物半導体が用いられる。
Here, nitride semiconductors having different band gaps are used for the
尚、ここでは図示を省略するが、電子走行層10と電子供給層20との間には、AlGaN、InGaN、AlN等の窒化物半導体を用いたスペーサ層が介在されてもよい。また、電子供給層20上には、GaN等の窒化物半導体を用いたキャップ層が設けられてもよい。
Although not shown here, a spacer layer using a nitride semiconductor such as AlGaN, InGaN, or AlN may be interposed between the
誘電体層40Aは、電子供給層20の、電子走行層10側とは反対の面20a側に設けられる。誘電体層40Aは、複数層の絶縁膜、この例では、絶縁膜41及びその上に積層された絶縁膜42の、2層の絶縁膜を含む。絶縁膜41及び絶縁膜42には、例えば、互いに異種の絶縁材料が用いられる。
The
誘電体層40Aの絶縁膜41は、電子供給層20上における一部の領域に設けられる。例えば、絶縁膜41は、電子供給層20に通じる1つ又は2つ以上(ここでは一例として4つ)の開口部41aを有するように設けられる。絶縁膜41には、例えば、SiN、AlO、AlN、SiO、HfO(酸化ハフニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、LaO(酸化ランタン)、TaO(酸化タンタル)のうちの1種又は2種以上の混合物が用いられる。
The insulating
誘電体層40Aの絶縁膜42は、絶縁膜41上における一部の領域に設けられる。例えば、絶縁膜42は、絶縁膜41及び電子供給層20に通じる1つ又は2つ以上(ここでは一例として4つ)の開口部42aを有するように設けられる。絶縁膜42の開口部42aは、例えば、平面視で、絶縁膜41の開口部41aと、その開口部41aの外側の絶縁膜41の一部とを包含するように設けられる。絶縁膜42には、例えば、SiN、AlO、AlN、SiO、HfO、ZrO、LaO、TaOのうちの1種又は2種以上の混合物が用いられる。絶縁膜42には、例えば、絶縁膜41に用いられる絶縁材料とは異種の絶縁材料が用いられる。
The insulating
絶縁膜41及び絶縁膜42は、それらに用いられる絶縁材料の種類に応じて、プラズマ化学気相堆積(Chemical Vapor Deposition;CVD)法、原子層堆積(Atomic layer Deposition;ALD)法等を用いて形成される。絶縁膜41は、電子供給層20に対して、高いエッチング選択比が得られる選択エッチングにより形成され、電子供給層20上の一部の領域に設けられる。絶縁膜42は、電子供給層20及び絶縁膜41に対して、又はこれらのうちの絶縁膜41に対して、高いエッチング選択比が得られる選択エッチングにより形成され、絶縁膜41上の一部の領域に設けられる。絶縁膜41及び絶縁膜42の選択エッチングには、それらに用いられる絶縁材料の種類及び電子供給層20の窒化物半導体に応じて、ドライエッチング又はウェットエッチングを用いることができる。
The insulating
誘電体層40Aには、電子供給層20上の一部の領域に設けられる絶縁膜41、及びその絶縁膜41上の一部の領域に設けられる絶縁膜42により、電子走行層10及び電子供給層20の積層方向D1(電子供給層20の面20aからゲート電極30に向かう方向)における厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bが形成される。即ち、誘電体層40Aは、絶縁膜41の単層膜を有する誘電体部40a、及び絶縁膜41と絶縁膜42との積層膜を有する誘電体部40bを含む。誘電体部40aは、単層の絶縁膜41の厚さに相当する厚さを有し、誘電体部40bは、積層された絶縁膜41と絶縁膜42との合計厚さに相当する厚さを有する。この例では、誘電体部40bは、絶縁膜42の厚さ分、誘電体部40aよりも厚くなる。
The
ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60は、誘電体層40Aが設けられる電子供給層20の面20a側に設けられる。離間して対向するように設けられるソース電極50とドレイン電極60との間に、それらから分離されて、ゲート電極30が設けられる。ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60には、金属材料が用いられる。ゲート電極30には、例えば、Ni(ニッケル)とその上に設けられたAu(金)との積層体が用いられる。ソース電極50及びドレイン電極60には、例えば、Ti(チタン)とその上に設けられたAl(アルミニウム)との積層体が用いられる。ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60は、蒸着法等を用いて形成される。
The
半導体装置1Aでは、例えば、図3(A)に示すように、ゲート電極30とドレイン電極60との間隔を、ゲート電極30とソース電極50との間隔よりも広くした、いわゆる非対称構造が採用されてもよい。非対称構造が採用されることで、ゲート電極30とドレイン電極60との間の電界の緩和、耐圧の向上が図られる。
In the
半導体装置1Aにおいて、ソース電極50及びドレイン電極60は、オーミック電極として機能するように設けられる。ソース電極50及びドレイン電極60は、オーミック電極として機能すれば、電子供給層20と接続されてもよいし、電子供給層20を貫通して電子走行層10と接続されてもよい。ソース電極50及びドレイン電極60が接続される電子供給層20内又は電子走行層10内の部位には、n型GaNやn型AlGaN等の窒化物半導体を用いたコンタクト層(再成長層)が設けられてもよい。
In the
ゲート電極30は、誘電体層40Aの、厚さの異なる誘電体部40a(その絶縁膜41)上及び誘電体部40b(その絶縁膜42)上、並びに誘電体層40Aが設けられない電子供給層20(その面20a)上に、設けられる。誘電体層40Aは、ゲート電極30のゲート長方向D2(ソース電極50とドレイン電極60とが対向する方向)と直交するゲート幅方向D3の断面視で、ゲート電極30と電子供給層20との間に、厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bを備える。ゲート電極30は、例えば、図3(A)に示すように、ゲート長方向D2において、そのエッジが、誘電体層40Aの絶縁膜41の開口部41a及び絶縁膜42の開口部42aのエッジよりも内側になるようなサイズで設けられる。
The
尚、ゲート電極30と重複する領域の電子供給層20の面20aは、高い平坦性を有し、電子供給層20が積層される電子走行層10の面10aと平行であり、この電子供給層20の面20aには、段差や孔等の凹部は設けられない。
The
誘電体層40Aが設けられない電子供給層20上にゲート電極30が設けられる領域80は、電子供給層20とゲート電極30とが接し、ゲート電極30がショットキー接続される、ショットキーゲートの領域となる。尚、電子供給層20上にキャップ層等の別の窒化物半導体が設けられる場合には、当該窒化物半導体とゲート電極30とが接し、ゲート電極30がショットキー接続される。電子供給層20上に誘電体部40aを介してゲート電極30が設けられる領域81、及び電子供給層20上に誘電体部40bを介してゲート電極30が設けられる領域82は、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ゲートの領域となる。このように半導体装置1Aは、電子供給層20上にそれに接してゲート電極30が設けられるショットキーゲートの領域80と、電子供給層20上に厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bを介してゲート電極30が設けられるMISゲートの領域81及び領域82とを有する。即ち、半導体装置1Aには、互いに特性の異なる3種類のトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。
In the
半導体装置1Aでは、誘電体層40Aが設けられない領域80、並びに厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bが介在される領域81及び領域82により、互いに異なる電流電圧特性を示すトランジスタ構造が実現される。例えば、半導体装置1Aでは、領域80、領域81及び領域82により、互いに閾値及び相互コンダクタンスが異なるトランジスタ構造が実現される。半導体装置1Aでは、互いに特性の異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられることで、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。組み合わせの際には、ゲート電極30に対する、領域80(その電子供給層20)、領域81(その絶縁膜41)及び領域82(その絶縁膜41,42の積層膜)の各々が占める面積比率が調整される。これにより、相互コンダクタンスの平坦化の程度、線形性の向上の程度が調整される。
In the
ここで、トランジスタ構造の組み合わせについて説明する。
図4及び図5はトランジスタ構造の組み合わせの一例について説明する図である。図4(A)にはショットキーゲートを有するトランジスタ構造のゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例を模式的に示している。図4(B)にはMISゲートを有するトランジスタ構造のゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例を模式的に示している。図4(C)にはMISゲートを有するトランジスタ構造のゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の別例を模式的に示している。図5には特性の異なるトランジスタ構造の組み合わせを想定した場合のゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例を模式的に示している。
Here, the combination of transistor structures will be described.
4 and 5 are diagrams for explaining an example of a combination of transistor structures. FIG. 4A schematically shows an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of a transistor structure having a Schottky gate. FIG. 4B schematically shows an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of a transistor structure having a MIS gate. FIG. 4C schematically shows another example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of a transistor structure having a MIS gate. FIG. 5 schematically shows an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance when a combination of transistor structures having different characteristics is assumed.
図4(A)は、ゲート電極と電子供給層との間に誘電体層が介在されないショットキーゲートを有するトランジスタ構造の、ゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例である。図4(B)は、ゲート電極と電子供給層との間に、厚さ8nmのSiNの単層膜を介在させたMISゲートを有するトランジスタ構造の、ゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例である。図4(C)は、ゲート電極と電子供給層との間に、厚さ2nmのAlOとその上に積層された厚さ8nmのSiNとの積層膜(AlO/SiN)を介在させたMISゲートを有するトランジスタ構造の、ゲート電圧と相互コンダクタンスとの関係の一例である。 FIG. 4A is an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of a transistor structure having a Schottky gate in which a dielectric layer is not interposed between the gate electrode and the electron supply layer. FIG. 4B shows an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of a transistor structure having a MIS gate in which a single layer film of SiN having a thickness of 8 nm is interposed between the gate electrode and the electron supply layer. be. FIG. 4C shows a MIS gate in which a laminated film (AlO / SiN) of AlO having a thickness of 2 nm and SiN having a thickness of 8 nm laminated on the gate electrode is interposed between the gate electrode and the electron supply layer. This is an example of the relationship between the gate voltage and the transconductance of the transistor structure having the above.
図4(A)~図4(C)より、MISゲートを有するトランジスタ構造では、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造に比べて、閾値が負方向にシフトしていることがわかる。これは、MISゲートを有するトランジスタ構造では、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造に比べて、ゲート電極から、電子供給層との接合界面近傍の電子走行層に生成される2DEGまでの距離が長くなることに加え、2DEGのキャリア密度が増加することが影響している。また、図4(B)及び図4(C)より、MISゲートを有する2種類のトランジスタ構造の閾値を比較すると、SiNの単層膜(図4(B))に比べ、AlO/SiNの積層膜(図4(C))の方が、閾値が正方向にシフトしていることがわかる。これは、AlO内の酸素空孔に起因して正の固定電荷が生じる結果、閾値が正方向にシフトしているためと考えられる。 From FIGS. 4 (A) to 4 (C), it can be seen that the threshold value of the transistor structure having the MIS gate is shifted in the negative direction as compared with the transistor structure having the Schottky gate. This is because the distance from the gate electrode to the 2DEG generated in the electron traveling layer near the junction interface with the electron supply layer is longer in the transistor structure having the MIS gate than in the transistor structure having the Schottky gate. In addition, the increase in the carrier density of 2DEG has an effect. Further, when comparing the threshold values of the two types of transistor structures having the MIS gate from FIGS. 4 (B) and 4 (C), the AO / SiN stacking is compared with that of the SiN single layer film (FIG. 4 (B)). It can be seen that the threshold value of the membrane (FIG. 4 (C)) is shifted in the positive direction. It is considered that this is because the threshold value is shifted in the positive direction as a result of the generation of positive fixed charges due to the oxygen vacancies in AlO.
これら3種類のトランジスタ構造、即ち、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造及びMISゲートを有する2種類のトランジスタ構造を組み合わせた場合を想定し、3種類のトランジスタ構造の特性を足し合わせた結果の一例を図5に示す。組み合わせに際し、各トランジスタ構造の面積比率は、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造を20%、SiNの単層膜を用いたMISゲートを有するトランジスタ構造を30%、AlO/SiNの積層膜を用いたMISゲートを有するトランジスタ構造を50%としている。 Assuming a combination of these three types of transistor structures, that is, a transistor structure having a Schottky gate and two types of transistor structures having a MIS gate, an example of the result of adding the characteristics of the three types of transistor structures is shown in the figure. Shown in 5. In the combination, the area ratio of each transistor structure is 20% for the transistor structure having a shotkey gate, 30% for the transistor structure having a MIS gate using a single layer film of SiN, and MIS using a laminated film of AlO / SiN. The transistor structure having a gate is 50%.
図5より、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造及びMISゲートを有する2種類のトランジスタ構造を、所定の面積比率で組み合わせると、各トランジスタ構造単体の場合に比べて、相互コンダクタンスが比較的平坦化されることがわかる。線形性の指標である三次インターセプトポイントは、相互コンダクタンスの二次微分の値が小さいほど良好な値をとる。図5の特性から、3種類のトランジスタ構造を組み合わせた場合には、相互コンダクタンスの二次微分の値が100mS/V2・mmとなり、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造の600mS/V2・mm、及びMISゲートを有する2種類のトランジスタ構造の200mS/V2・mmと比べて低い値となる。従って、ショットキーゲートを有するトランジスタ構造及びMISゲートを有する2種類のトランジスタ構造の、所定の面積比率での組み合わせにより、線形性の向上が可能になると言うことができる。 From FIG. 5, when a transistor structure having a shotkey gate and two types of transistor structures having a MIS gate are combined in a predetermined area ratio, the transconductance is relatively flattened as compared with the case of each transistor structure alone. You can see that. The smaller the value of the second derivative of transconductance, the better the value of the third-order intercept point, which is an index of linearity. From the characteristics of FIG. 5, when three types of transistor structures are combined, the value of the quadratic differential of the transconductance is 100 mS / V 2. mm, and the transistor structure having a Schottky gate is 600 mS / V 2. mm. The value is lower than that of 200 mS / V 2. mm of two types of transistor structures having a MIS gate. Therefore, it can be said that the linearity can be improved by combining a transistor structure having a Schottky gate and two types of transistor structures having a MIS gate in a predetermined area ratio.
上記半導体装置1Aでは、電子供給層20とゲート電極30との間に誘電体層40Aが介在されない領域80に、ショットキーゲートが形成される。厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bがそれぞれ介在される領域81及び領域82に、MISゲートが形成される。これにより、半導体装置1Aには、互いに特性の異なる3種類のトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。このような半導体装置1Aでは、領域80(その電子供給層20)、領域81(その絶縁膜41)及び領域82(その絶縁膜41,42の積層膜)の面積比率が調整されることで、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。
In the
半導体装置1Aでは、MISゲートとされる領域81及び領域82にそれぞれ、厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bが設けられる。厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bはそれぞれ、それらに含まれる絶縁膜41及び絶縁膜42の堆積と選択エッチングにより形成することができる。絶縁膜41及び絶縁膜42の厚さは、堆積技術により、高精度に制御することが可能であり、従って、領域81の誘電体部40aの厚さ及び領域82の誘電体部40bの厚さを、高精度に制御することが可能である。更に、絶縁膜41及び絶縁膜42の選択エッチングにより、絶縁膜41及び絶縁膜42の面積、従って、領域81の誘電体部40aの面積及び領域82の誘電体部40bの面積を、高精度に制御することが可能である。これにより、領域80、領域81及び領域82の各構造を精密に作り分けることができ、それらの組み合わせによる相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上を、精度良く行うことができる。
In the
半導体装置1Aでは、絶縁膜41及び絶縁膜42の堆積と選択エッチングにより領域80、領域81及び領域82の各トランジスタ構造を作り分ける。電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bを備える誘電体層40Aを設けることにより、特性の異なるトランジスタ構造の組み合わせを実現する。そのため、特性の異なるトランジスタ構造の実現のために、電子供給層20或いは更に電子走行層10を加工すること、加工によりその電子供給層20等に段差や孔等の凹部を設けることを要しない。従って、電子供給層20等の加工によるダメージに起因した出力の低下、加工深さのばらつきに起因した製造再現性の低下、領域分割による実効チャネル幅の減少に起因した出力の低下等を、効果的に抑えることが可能になる。これにより、出力の低下を抑えて特性の異なるトランジスタ構造の組み合わせを実現し、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上を図ることができる。
In the
上記構成によれば、線形性に優れた高出力の半導体装置1Aを実現することが可能になる。
続いて、上記のような構成を有する半導体装置1Aの形成方法について説明する。
According to the above configuration, it is possible to realize a high-
Subsequently, a method for forming the
図6~図10は第1の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図である。以下、図6~図10を参照して形成方法の一例を順に説明する。
図6は窒化物半導体層形成工程の一例について説明する図である。図6(A)には窒化物半導体層形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図6(B)には窒化物半導体層形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図6(B)は図6(A)のVI-VI断面模式図である。
6 to 10 are views for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to the first embodiment. Hereinafter, an example of the forming method will be described in order with reference to FIGS. 6 to 10.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a nitride semiconductor layer forming step. FIG. 6A schematically shows a plan view of a main part of an example of the nitride semiconductor layer forming step. FIG. 6B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the nitride semiconductor layer forming step. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 6A.
例えば、図6(A)及び図6(B)に示すような、下地基板2上に初期層3が積層され、その初期層3上に電子走行層10、更に電子供給層20が積層された構造体が準備される。下地基板2には、SiC、Si、サファイア、GaN、AlN、ダイヤモンド等の基板が用いられる。下地基板2は、1種の基板の単層構造であってもよいし、1種又は2種以上の基板の積層構造であってもよい。下地基板2上に、例えば、MOVPE法を用いて、初期層3、電子走行層10及び電子供給層20がエピタキシャル成長される。初期層3として、AlN、GaN、AlGaN等の単層構造又はそれらのうちの2種以上の積層構造の窒化物半導体が成長される。初期層3上に、電子走行層10として、GaN、AlGaN等の窒化物半導体が成長される。電子走行層10(その面10a)上に、電子供給層20として、AlGaN、InAlN、InAlGaN、AlN、ScAlN等の単層構造又はそれらのうちの2種以上の積層構造の窒化物半導体が成長される。電子走行層10の、電子供給層20との接合界面近傍に、2DEG70が生成される。
For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
下地基板2上への初期層3、電子走行層10及び電子供給層20の形成後、素子分離領域(図示せず)が形成される。例えば、まず、フォトリソグラフィ技術により、素子分離領域を形成する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部の窒化物半導体に対してAr(アルゴン)イオンが注入され、素子分離領域が形成される。素子分離領域は、レジストパターンの開口部の窒化物半導体を、Cl(塩素)系ガスを用いた反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)等のドライエッチングによって除去することで形成されてもよい。素子分離領域の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After the
図7はソース電極及びドレイン電極形成工程の一例について説明する図である。図7(A)にはソース電極及びドレイン電極形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図7(B)にはソース電極及びドレイン電極形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図7(B)は図7(A)のVII-VII断面模式図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a process of forming a source electrode and a drain electrode. FIG. 7A schematically shows a plan view of a main part of an example of the source electrode and drain electrode forming steps. FIG. 7B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the process of forming the source electrode and the drain electrode. FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 7A.
下地基板2上への初期層3、電子走行層10及び電子供給層20の形成、並びに素子分離領域(図示せず)の形成後、図7(A)及び図7(B)に示すように、ソース電極50及びドレイン電極60が形成される。例えば、まず、フォトリソグラフィ技術により、ソース電極50及びドレイン電極60を形成する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。次いで、真空蒸着法により、レジストパターン上及びその開口部内に、金属材料が蒸着される。一例として、厚さ2nm~50nmのTiが蒸着され、その上に厚さ100nm~300nmのAlが蒸着される。金属材料の蒸着後、リフトオフ技術により、レジストパターンがその上に蒸着された金属材料と共に除去される。これにより、ソース電極50及びドレイン電極60が形成される。その後、窒素雰囲気中、500℃~900℃で熱処理(合金化処理)が行われることで、ソース電極50及びドレイン電極60におけるオーミック接続が確立される。
After the
図8は第1の絶縁膜形成工程の一例について説明する図である。図8(A)には第1の絶縁膜形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図8(B)には第1の絶縁膜形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図8(B)は図8(A)のVIII-VIII断面模式図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the first insulating film forming step. FIG. 8A schematically shows a plan view of a main part of an example of the first insulating film forming step. FIG. 8B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the first insulating film forming step. FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 8A.
ソース電極50及びドレイン電極60の形成後、図8(A)及び図8(B)に示すように、開口部41aを有する1層目の絶縁膜41が形成される。例えば、まず、電子供給層20(その面20a)上に、ALD法を用いて、厚さ2nm~10nmのAlOが形成される。次いで、フォトリソグラフィ技術により、AlOを除去する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。レジストパターンの開口部は、1層目の絶縁膜41から電子供給層20の一部を露出させる領域に設けられる。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部のAlOが、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(Tetra-Methyl-Ammonium Hydroxide;TMAH)を用いたウェットエッチングにより除去される。これにより、電子供給層20の一部に通じる開口部41aを有する、AlOを用いた1層目の絶縁膜41が形成される。1層目の絶縁膜41の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After the formation of the
TMAHは、1層目の絶縁膜41のAlOをエッチングすることができることに加えて、その下地の電子供給層20のAlGaN等がエッチングされることを抑え、電子供給層20へのダメージの導入を抑えることができる。そのため、TMAHは、1層目の絶縁膜41にAlOを用いる場合の、その選択エッチングのエッチャントとして好適である。但し、AlOを用いる1層目の絶縁膜41のエッチングには、TMAHに限らず、他のアルカリ性の薬液や、F(フッ素)系ガスを用いたRIE等のドライエッチングを利用することも可能である。
In addition to being able to etch the AlO of the first insulating
図9は第2の絶縁膜形成工程の一例について説明する図である。図9(A)には第2の絶縁膜形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図9(B)には第2の絶縁膜形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図9(B)は図9(A)のIX-IX断面模式図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the second insulating film forming step. FIG. 9A schematically shows a plan view of a main part of an example of the second insulating film forming step. FIG. 9B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the second insulating film forming step. 9 (B) is a schematic cross-sectional view of IX-IX of FIG. 9 (A).
1層目の絶縁膜41の形成後、図9(A)及び図9(B)に示すように、開口部42aを有する2層目の絶縁膜42が形成される。例えば、まず、1層目の絶縁膜41のAlO上及びその開口部41aから露出する電子供給層20上に、プラズマCVD法を用いて、厚さ2nm~20nmのSiNが形成される。ここで、1層目の絶縁膜41のAlOと、それに積層される2層目の絶縁膜42のSiNとの合計厚さは、高周波特性の観点から30nm以下とすることが望ましい。例えば、1層目の絶縁膜41のAlOを厚さ2nm~10nmとし、2層目の絶縁膜42のSiNを厚さ2nm~20nmとすることで、これらAlOとSiNの合計厚さは、4nm~30nmの範囲に設定される。2層目の絶縁膜42のSiNの形成に続いて、フォトリソグラフィ技術により、SiNを除去する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。レジストパターンの開口部は、1層目の絶縁膜41の、電子供給層20の一部が露出する開口部41aと、その開口部41aの外側の絶縁膜41の一部とを包含する領域に設けられる。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部のSiNが、F系ガスを用いたRIE等のドライエッチングにより除去される。これにより、1層目の絶縁膜41の一部及び電子供給層20の一部に通じる開口部42aを有する、SiNを用いた2層目の絶縁膜42が形成される。2層目の絶縁膜42の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After the formation of the first-
F系ガスを用いたドライエッチングは、2層目の絶縁膜42のSiNをエッチングすることができることに加えて、その下地の一部である電子供給層20のAlGaN等がエッチングされることを抑え、電子供給層20へのダメージの導入を抑えることができる。更に、F系ガスを用いたドライエッチングは、2層目の絶縁膜42の下地の一部である1層目の絶縁膜41のAlOに対するエッチングレートが、SiNに対するエッチングレートに比べて非常に遅い。そのため、F系ガスを用いたドライエッチングによれば、2層目の絶縁膜42のSiNを、高い選択比でエッチングすることができる。
Dry etching using F-based gas can etch SiN of the second insulating
このように、電子供給層20の一部が露出する開口部41aを有する1層目のAlOの絶縁膜41が形成され、その上に絶縁膜41の一部及び電子供給層20の一部に通じる開口部42aを有する2層目のSiNの絶縁膜42が形成されて、誘電体層40Aが形成される。
In this way, the first
図10はゲート電極形成工程の一例について説明する図である。図10(A)にはゲート電極形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図10(B)にはゲート電極形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図10(B)は図10(A)のX-X断面模式図である。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a gate electrode forming step. FIG. 10A schematically shows a plan view of a main part of an example of the gate electrode forming step. FIG. 10B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the gate electrode forming step. FIG. 10B is a schematic cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 10A.
2層目の絶縁膜42の形成後、図10(A)及び図10(B)に示すように、2層目の絶縁膜42上の一部、並びにその絶縁膜42の開口部42aから露出する1層目の絶縁膜41上の一部及び電子供給層20上の一部に、ゲート電極30が形成される。例えば、まず、フォトリソグラフィ技術により、ゲート電極30を形成する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。レジストパターンの開口部は、2層目の絶縁膜42の一部、並びにその絶縁膜42の開口部42aから露出する1層目の絶縁膜41の一部及び電子供給層20の一部に対応する領域に設けられる。次いで、真空蒸着法により、レジストパターン上及びその開口部内に、金属材料が蒸着される。一例として、厚さ5nm~30nmのNiが蒸着され、その上に厚さ100nm~300nmのAuが蒸着される。金属材料の蒸着後、リフトオフ技術により、レジストパターンがその上に蒸着された金属材料と共に除去される。これにより、ゲート電極30が形成される。尚、ゲート電極30の形成後には熱処理が行われてもよい。
After the formation of the second insulating
以上の工程により、図10(A)及び図10(B)に示すような構成を有する半導体装置1Aが形成される。
半導体装置1Aの電子供給層20とその上のゲート電極30との間には、絶縁膜41及び絶縁膜42のいずれも介在されない領域80と、絶縁膜41の単層膜が介在される領域81と、絶縁膜41及び絶縁膜42の積層膜が介在される領域82とが設けられる。絶縁膜41及び絶縁膜42のいずれも介在されない領域80、即ち、誘電体層40Aが介在されない領域80では、電子供給層20とゲート電極30とが接し、ゲート電極30がショットキー接続される。絶縁膜41の単層膜が介在される領域81では、その絶縁膜41が、誘電体層40Aにおける比較的厚さの薄い誘電体部40aとして機能する。絶縁膜41及び絶縁膜42の積層膜が介在される領域82では、それら絶縁膜41及び絶縁膜42が、誘電体層40Aにおける比較的厚さの厚い誘電体部40bとして機能する。これにより、半導体装置1Aには、領域80、領域81及び領域82にそれぞれ、互いに異なるトランジスタ構造が形成される。
Through the above steps, the
A
即ち、電子供給層20とゲート電極30との間に誘電体層40Aが介在されない領域80には、ショットキーゲートが形成される。電子供給層20とゲート電極30との間に誘電体層40Aの比較的薄い誘電体部40aが介在される領域81には、MISゲートが形成される。電子供給層20とゲート電極30との間に誘電体層40Aの比較的厚い誘電体部40bが介在される領域82には、領域81のMISゲートとは構成の異なるMISゲートが形成される。これにより、半導体装置1Aには、互いに特性の異なる3種類のトランジスタ構造が組み合わされて形成される。
That is, a shot key gate is formed in the
半導体装置1Aでは、ゲート電極30に対する領域80、領域81及び領域82での誘電体層40Aの各部の面積比率が調整されることで、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。半導体装置1Aの形成では、所望の相互コンダクタンス及び線形性が得られるように、1層目の絶縁膜41の開口部41aのサイズ(そこから露出する電子供給層20のサイズ)、2層目の絶縁膜42の開口部42aのサイズ(そこから露出する絶縁膜41及び電子供給層20のサイズ)が設定される。更に、所望の相互コンダクタンス及び線形性が得られるように、ゲート電極30のゲート長方向D2のサイズが設定される。例えば、このようにして、ゲート電極30と重複する電子供給層20の面積、ゲート電極30と重複する絶縁膜41(誘電体部40a)の面積、ゲート電極30と重複する絶縁膜41及び絶縁膜42(誘電体部40b)の面積が調整される。尚、所望の相互コンダクタンス及び線形性を得るためには、電子供給層20の窒化物半導体の種類や厚さ、電子供給層20及び電子走行層10の窒化物半導体の組み合わせ等も適宜設定される。
In the
半導体装置1Aでは、絶縁膜41及び絶縁膜42の堆積と選択エッチングにより領域80、領域81及び領域82の、特性の異なるトランジスタ構造を作り分ける。電子供給層20上の1層目の絶縁膜41の開口部41aの形成時には、電子供給層20に対する選択エッチングにより、電子供給層20へのダメージの導入が抑えられる。1層目の絶縁膜41上及び電子供給層20上の2層目の絶縁膜42の開口部42aの形成時には、電子供給層20(及び1層目の絶縁膜41)に対する選択エッチングにより、電子供給層20へのダメージの導入が抑えられる。半導体装置1Aの上記形成方法によれば、特性の異なるトランジスタ構造の実現のために、電子供給層20或いは更に電子走行層10を加工すること、加工によりその電子供給層20等に段差や孔等の凹部を設けることを要しない。従って、電子供給層20等の加工によるダメージに起因した出力の低下、加工深さのばらつきに起因した製造再現性の低下、領域分割による実効チャネル幅の減少に起因した出力の低下等が、効果的に抑えられる。
In the
半導体装置1Aの上記形成方法の説明では、1層目の絶縁膜41をAlO、2層目の絶縁膜42をSiNとする例を示したが、2層の絶縁膜41及び絶縁膜42の絶縁材料の組み合わせは、この例に限定されるものではない。1層目の絶縁膜41を形成してその開口部41aを選択エッチングにより形成(図8)し、その上に2層目の絶縁膜42を形成してその開口部42aを選択エッチングにより形成(図9)することができれば、様々な絶縁材料の組み合わせを採用することができる。
In the description of the above-mentioned forming method of the
図11は第1の実施の形態に係る半導体装置の別の構成例について説明する図である。図11(A)~図11(D)にはそれぞれ、第1の実施の形態に係る半導体装置の第1~第4の構成例の要部断面図を模式的に示している。 FIG. 11 is a diagram illustrating another configuration example of the semiconductor device according to the first embodiment. 11 (A) to 11 (D) schematically show cross-sectional views of main parts of the first to fourth configuration examples of the semiconductor device according to the first embodiment, respectively.
半導体装置1Aでは、所望の相互コンダクタンス及び線形性が得られるように、電子供給層20とゲート電極30との間に介在される誘電体層40Aの誘電体部40a及び誘電体部40bの面積比率が設定されてよい。例えば、半導体装置1Aでは、図11(A)に示すように、電子供給層20とゲート電極30との間に介在される誘電体層40Aの1層目の絶縁膜41の形成領域、及びその上に積層される2層目の絶縁膜42の形成領域が、それぞれ設定されてよい。絶縁膜41の単層膜の部位(誘電体部40a)の幅と、絶縁膜41及び絶縁膜42の積層膜の部位(誘電体部40b)の幅とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
In the
また、半導体装置1Aでは、所望の相互コンダクタンス及び線形性が得られるような誘電体部40a及び誘電体部40bの面積比率となれば、図11(B)及び図11(C)に示すような構成とされてもよい。即ち、図11(B)及び図11(C)に示すように、2層目の絶縁膜42の形成領域の一端を、1層目の絶縁膜41の形成領域の一端に揃えた構成とされてもよい。或いは、図11(C)に示すように、2層目の絶縁膜42の一対の形成領域間に、1層目の絶縁膜41の連続した形成領域を設けた構成とされてもよい。
Further, in the
また、半導体装置1Aでは、ショットキーゲート及び2種類のMISゲートの、3種類のトランジスタ構造の組み合わせには限定されない。例えば、図11(D)に示すように、電子供給層20とゲート電極30との間に誘電体層40Aが介在されないショットキーゲートの領域は設けずに、厚さの異なる誘電体部40a及び誘電体部40bが介在される2種類のMISゲートの領域のみを設けることもできる。尚、図11(D)のような構成とする場合、1層目の絶縁膜41をトンネル効果が発現するような極薄の厚さ、例えば、厚さ2nm未満とし、誘電体部40aの領域を実効的にショットキーゲートとして機能させることもできる。
Further, the
また、半導体装置1Aでは、ショットキーゲート及び2種類のMISゲートのそれぞれを、必ずしも複数箇所に設けることを要しない。所望の相互コンダクタンス及び線形性が得られるように、誘電体層40Aの誘電体部40a及び誘電体部40bの面積比率を設定することができ、その面積比率となるように、絶縁膜41及び絶縁膜42の形成領域をそれぞれ設定することができる。
Further, in the
[第2の実施の形態]
図12は第2の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図12(A)には第2の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。図12(B)には第2の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。図12(B)は図12(A)のXII-XII断面模式図である。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 12A schematically shows a plan view of a main part of an example of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 12B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the semiconductor device according to the second embodiment. 12 (B) is a schematic cross-sectional view of XII-XII of FIG. 12 (A).
図12(A)及び図12(B)に示す半導体装置1Bは、HEMTの一例である。半導体装置1Bは、電子走行層10、電子供給層20、誘電体層40B、ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60を含む。半導体装置1Bは、誘電体層40Bとして、1層目の絶縁膜41及び2層目の絶縁膜42に加えて、更に3層目の絶縁膜43が設けられた構成を有する。半導体装置1Bは、このような点で、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1Aと相違する。
The
誘電体層40Bは、電子供給層20の、電子走行層10側とは反対の面20a側に設けられる。誘電体層40Bは、絶縁膜41、その上に積層された絶縁膜42、及びその上に積層された絶縁膜43を含む。
The
1層目の絶縁膜41は、電子供給層20の一部に通じる開口部41aを有する。2層目の絶縁膜42は、絶縁膜41の開口部41a及びその外側の絶縁膜41の一部を包含し、絶縁膜41の一部及び電子供給層20の一部に通じる開口部42aを有する。3層目の絶縁膜43は、絶縁膜42の開口部42a及びその外側の絶縁膜42の一部と、絶縁膜41の開口部41a及びその外側の絶縁膜41の一部とを包含し、絶縁膜42の一部、絶縁膜41の一部及び電子供給層20の一部に通じる開口部43aを有する。
The first insulating
絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43には、例えば、SiN、AlO、AlN、SiO、HfO、ZrO、LaO、TaOのうちの1種又は2種以上の混合物が用いられる。例えば、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43には、互いに異種の絶縁材料が用いられる。或いは、1層目の絶縁膜41及び2層目の絶縁膜42には、互いに異種の絶縁材料が用いられ、2層目の絶縁膜42及び3層目の絶縁膜43には、互いに異種の絶縁材料が用いられ、1層目の絶縁膜41及び3層目の絶縁膜43には、互いに同種の絶縁材料が用いられてもよい。絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43は、それらに用いられる絶縁材料の種類に応じて、プラズマCVD法、ALD法等を用いて形成される。
For the insulating
誘電体層40Bには、電子供給層20上の一部の領域に設けられる絶縁膜41、その上の一部の領域に設けられる絶縁膜42、及びその上の一部の領域に設けられる絶縁膜43により、積層方向D1における厚さの異なる誘電体部40a、誘電体部40b及び誘電体部40cが形成される。即ち、誘電体層40Bは、絶縁膜41の単層膜を有する誘電体部40a、絶縁膜41と絶縁膜42との積層膜を有する誘電体部40b、及び絶縁膜41と絶縁膜42と絶縁膜43との積層膜を有する誘電体部40cを含む。誘電体部40aは、絶縁膜41の厚さに相当する厚さを有し、誘電体部40bは、絶縁膜41と絶縁膜42との合計厚さに相当する厚さを有し、誘電体部40cは、絶縁膜41と絶縁膜42と絶縁膜43との合計厚さに相当する厚さを有する。この例では、誘電体部40bは、絶縁膜42の厚さ分、誘電体部40aよりも厚くなり、誘電体部40cは、絶縁膜43の厚さ分、誘電体部40bよりも厚くなる。
The
ゲート電極30は、誘電体層40Bの厚さの異なる誘電体部40a(その絶縁膜41)上、誘電体部40b(その絶縁膜42)上及び誘電体部40c(その絶縁膜43)上、並びに誘電体層40Bが設けられない電子供給層20(その面20a)上に、設けられる。誘電体層40Bは、ゲート電極30のゲート長方向D2と直交するゲート幅方向D3の断面視で、ゲート電極30と電子供給層20との間に、厚さの異なる誘電体部40a、誘電体部40b及び誘電体部40cを備える。ゲート電極30は、例えば、図12(A)に示すように、ゲート長方向D2において、そのエッジが、誘電体層40Bの絶縁膜41の開口部41a、絶縁膜42の開口部42a及び絶縁膜43の開口部43aのエッジよりも内側になるようなサイズで設けられる。
The
尚、ゲート電極30と重複する領域の電子供給層20の面20aは、高い平坦性を有し、電子供給層20が積層される電子走行層10の面10aと平行であり、この電子供給層20の面20aには、段差や孔等の凹部は設けられない。
The
誘電体層40Bが設けられない電子供給層20上にゲート電極30が設けられる領域80は、ショットキーゲートの領域となる。電子供給層20上に誘電体部40aを介してゲート電極30が設けられる領域81、誘電体部40bを介してゲート電極30が設けられる領域82、及び誘電体部40cを介してゲート電極30が設けられる領域83は、MISゲートの領域となる。このように半導体装置1Bは、電子供給層20上にそれに接してゲート電極30が設けられ、ゲート電極30がショットキー接続される、ショットキーゲートの領域80を有する。尚、電子供給層20上にキャップ層等の別の窒化物半導体が設けられる場合には、当該窒化物半導体上にそれに接してゲート電極30が設けられ、ゲート電極30がショットキー接続される。半導体装置1Bは更に、電子供給層20上に厚さの異なる誘電体部40a、誘電体部40b及び誘電体部40cを介してゲート電極30が設けられるMISゲートの領域81、領域82及び領域83を有する。即ち、半導体装置1Bには、互いに特性の異なる4種類のトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。
The
半導体装置1Bでは、誘電体層40Bが設けられない領域80、並びに厚さの異なる誘電体部40a、誘電体部40b及び誘電体部40cが介在される領域81、領域82及び領域83により、互いに異なる電流電圧特性を示すトランジスタ構造が実現される。例えば、半導体装置1Bでは、領域80、領域81、領域82及び領域83により、互いに閾値及び相互コンダクタンスが異なるトランジスタ構造が実現される。半導体装置1Bでは、互いに特性の異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられることで、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。組み合わせの際には、ゲート電極30に対する、領域80(その電子供給層20)、領域81(その絶縁膜41)、領域82(その絶縁膜41,42の積層膜)及び領域83(その絶縁膜41,42,43の積層膜)の各々が占める面積比率が調整される。これにより、相互コンダクタンスの平坦化の程度、線形性の向上の程度が調整される。
In the
半導体装置1Bでは、誘電体層40Bとして3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43が用いられることで、誘電体層40Bを設けない領域を含め、4種類のトランジスタ構造の組み合わせが可能になる。そのため、半導体装置1Bの相互コンダクタンス及び線形性を、より高い精度で所望の相互コンダクタンス及び線形性に近付けることが可能になる。
In the
半導体装置1Bでは、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43の堆積と選択エッチングにより領域80、領域81、領域82及び領域83の各トランジスタ構造を作り分ける。電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さの異なる誘電体部40a、誘電体部40b及び誘電体部40cを備える誘電体層40Bを設けることにより、特性の異なるトランジスタ構造の組み合わせを実現する。そのため、特性の異なるトランジスタ構造の実現のために、電子供給層20或いは更に電子走行層10を加工すること、加工によりその電子供給層20等に段差や孔等の凹部を設けることを要しない。従って、電子供給層20等の加工によるダメージに起因した出力の低下、加工深さのばらつきに起因した製造再現性の低下、領域分割による実効チャネル幅の減少に起因した出力の低下等を、効果的に抑えることが可能になる。これにより、出力の低下を抑えて特性の異なるトランジスタ構造の組み合わせを実現し、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上を図ることができる。
In the
上記構成によれば、線形性に優れた高出力の半導体装置1Bを実現することが可能になる。
続いて、上記のような構成を有する半導体装置1Bの形成方法について説明する。
According to the above configuration, it is possible to realize a high-
Subsequently, a method for forming the
図13~図17は第2の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図である。第2の実施の形態に係る半導体装置の形成方法においては、上記第1の実施の形態で述べた図6の工程(窒化物半導体層形成工程)及び図7の工程(ソース電極及びドレイン電極形成工程)までは同じとすることができる。以下では、上記図6及び図7の工程以降の工程について、図13~図17を参照して順に説明する。 13 to 17 are views for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to the second embodiment. In the method for forming the semiconductor device according to the second embodiment, the steps of FIG. 6 (nitride semiconductor layer forming step) and the steps of FIG. 7 (source electrode and drain electrode forming) described in the first embodiment are described. The process) can be the same. In the following, the steps after the steps of FIGS. 6 and 7 will be described in order with reference to FIGS. 13 to 17.
図13は絶縁膜形成工程の一例について説明する図である。図13(A)には絶縁膜形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図13(B)には絶縁膜形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図13(B)は図13(A)のXIII-XIII断面模式図である。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an insulating film forming step. FIG. 13A schematically shows a plan view of a main part of an example of the insulating film forming step. FIG. 13B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the insulating film forming step. 13 (B) is a schematic cross-sectional view of XIII-XIII of FIG. 13 (A).
下地基板2上への初期層3、電子走行層10及び電子供給層20の形成等(図6)、並びにソース電極50及びドレイン電極60の形成(図7)の後、図13(A)及び図13(B)に示すように、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43が形成される。例えば、まず、電子供給層20上に、1層目の絶縁膜41として、プラズマCVD法を用いて、厚さ2nm~10nmのSiNが形成される。次いで、1層目の絶縁膜41のSiN上に、2層目の絶縁膜42として、ALD法を用いて、厚さ2nm~10nmのAlOが形成される。次いで、2層目の絶縁膜42のAlO上に、3層目の絶縁膜43として、プラズマCVD法を用いて、厚さ2nm~10nmのSiOが形成される。ここで、1層目の絶縁膜41のSiNと、それに積層される2層目の絶縁膜42のAlOと、それに積層される3層目の絶縁膜43のSiOとの合計厚さは、高周波特性の観点から30nm以下とすることが望ましい。例えば、1層目の絶縁膜41のSiN、2層目の絶縁膜42のAlO、3層目の絶縁膜43のSiOを、それぞれ厚さ2nm~10nmとすることで、これらSiNとAlOとSiNの合計厚さは、6nm~30nmの範囲に設定される。
After the formation of the
図14は第1のエッチング工程の一例について説明する図である。図14(A)には第1のエッチング工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図14(B)には第1のエッチング工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図14(B)は図14(A)のXIV-XIV断面模式図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the first etching step. FIG. 14A schematically shows a plan view of a main part of an example of the first etching step. FIG. 14B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the first etching step. 14 (B) is a schematic cross-sectional view of XIV-XIV of FIG. 14 (A).
絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43の形成後、図14(A)及び図14(B)に示すように、まず、3層目の絶縁膜43のSiOのエッチングが行われる。例えば、フォトリソグラフィ技術により、3層目の絶縁膜43のSiOを除去する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部のSiOが、F系ガスを用いたRIE等のドライエッチングにより除去される。これにより、2層目の絶縁膜42の一部に通じる開口部43aを有する、SiOを用いた3層目の絶縁膜43が形成される。3層目の絶縁膜43の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After the insulating
F系ガスを用いたドライエッチングは、3層目の絶縁膜43のSiOをエッチングすることができることに加えて、その下地の2層目の絶縁膜42のAlOに対するエッチングレートが、SiOに対するエッチングレートに比べて非常に遅い。そのため、F系ガスを用いたドライエッチングによれば、3層目の絶縁膜43のSiOを、2層目の絶縁膜42のAlOに対して、高い選択比でエッチングすることができる。
In dry etching using an F-based gas, in addition to being able to etch the SiO of the third
図15は第2のエッチング工程の一例について説明する図である。図15(A)には第2のエッチング工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図15(B)には第2のエッチング工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図15(B)は図15(A)のXV-XV断面模式図である。 FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the second etching step. FIG. 15A schematically shows a plan view of a main part of an example of the second etching step. FIG. 15B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the second etching step. 15 (B) is a schematic cross-sectional view of XV-XV of FIG. 15 (A).
3層目の絶縁膜43のSiOのエッチング後、図15(A)及び図15(B)に示すように、2層目の絶縁膜42のAlOのエッチングが行われる。例えば、フォトリソグラフィ技術により、3層目の絶縁膜43の開口部43a内に露出する2層目の絶縁膜42の一部を除去する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部の2層目の絶縁膜42のAlOが、TMAH等を用いたウェットエッチングにより除去される。これにより、1層目の絶縁膜41の一部に通じる開口部42aを有する、AlOを用いた2層目の絶縁膜42が形成される。2層目の絶縁膜42の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After etching the SiO of the third
TMAHは、2層目の絶縁膜42のAlOをエッチングすることができることに加えて、その下地の1層目の絶縁膜41のSiNがエッチングされることを抑えることができる。そのため、TMAHを用いたウェットエッチングによれば、2層目の絶縁膜42のAlOを、1層目の絶縁膜41のSiNに対して、高い選択比でエッチングすることができる。
In addition to being able to etch AlO of the second
図16は第3のエッチング工程の一例について説明する図である。図16(A)には第3のエッチング工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図16(B)には第3のエッチング工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図16(B)は図16(A)のXVI-XVI断面模式図である。 FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a third etching step. FIG. 16A schematically shows a plan view of a main part of an example of the third etching step. FIG. 16B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the third etching step. 16 (B) is a schematic cross-sectional view of XVI-XVI of FIG. 16 (A).
2層目の絶縁膜42のAlOのエッチング後、図16(A)及び図16(B)に示すように、1層目の絶縁膜41のSiNのエッチングが行われる。例えば、フォトリソグラフィ技術により、2層目の絶縁膜42の開口部42a内に露出する1層目の絶縁膜41の一部を除去する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。そして、形成されたレジストパターンをマスクとして、その開口部の1層目の絶縁膜41のSiNが、F系ガスを用いたRIE等のドライエッチングにより除去される。これにより、電子供給層20の一部に通じる開口部41aを有する、SiNを用いた1層目の絶縁膜41が形成される。1層目の絶縁膜41の形成後、マスクとして用いたレジストパターンは、有機溶剤等を用いて除去される。
After etching the AlO of the second
F系ガスを用いたドライエッチングは、1層目の絶縁膜41のSiNをエッチングすることができることに加えて、その下地の電子供給層20のAlGaN等がエッチングされることを抑え、電子供給層20へのダメージの導入を抑えることができる。F系ガスを用いたドライエッチングによれば、1層目の絶縁膜41のSiNを、電子供給層20のAlGaN等に対して、高い選択比でエッチングすることができる。
In dry etching using an F-based gas, in addition to being able to etch SiN of the first insulating
このように、1層目のSiNの絶縁膜41、2層目のAlOの絶縁膜42及び3層目のSiOの絶縁膜43が積層され、上層から順に選択エッチングにより開口部43a、開口部42a及び開口部41aが形成されて、誘電体層40Bが形成される。
In this way, the first-layer
図17はゲート電極形成工程の一例について説明する図である。図17(A)にはゲート電極形成工程の一例の要部平面図を模式的に示している。図17(B)にはゲート電極形成工程の一例の要部断面図を模式的に示している。図17(B)は図17(A)のXVII-XVII断面模式図である。 FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a gate electrode forming step. FIG. 17A schematically shows a plan view of a main part of an example of the gate electrode forming step. FIG. 17B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the gate electrode forming step. FIG. 17B is a schematic cross-sectional view of XVII-XVII of FIG. 17A.
絶縁膜43、絶縁膜42及び絶縁膜41のエッチング後、図17(A)及び図17(B)に示すように、ゲート電極30が形成される。即ち、3層目の絶縁膜43上の一部、その開口部43aから露出する2層目の絶縁膜42上の一部、並びにその開口部42aから露出する1層目の絶縁膜41上の一部及び電子供給層20上の一部に、ゲート電極30が形成される。例えば、まず、フォトリソグラフィ技術により、ゲート電極30を形成する領域に開口部を有するレジストパターンが形成される。次いで、真空蒸着法により、レジストパターン上及びその開口部内に、金属材料が蒸着される。一例として、厚さ5nm~30nmのNiが蒸着され、その上に厚さ100nm~300nmのAuが蒸着される。金属材料の蒸着後、リフトオフ技術により、レジストパターンがその上に蒸着された金属材料と共に除去される。これにより、ゲート電極30が形成される。尚、ゲート電極30の形成後には熱処理が行われてもよい。
After etching the insulating
以上の工程により、図17(A)及び図17(B)に示すような構成を有する半導体装置1Bが形成される。
半導体装置1Bの電子供給層20とゲート電極30との間には、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43のいずれも介在されない領域80が形成される。この領域80では、ゲート電極30がショットキー接続され、ショットキーゲートが形成される。半導体装置1Bの電子供給層20とゲート電極30との間には更に、絶縁膜41の単層膜が介在される領域81、絶縁膜41と絶縁膜42との積層膜が介在される領域82、及び絶縁膜41と絶縁膜42と絶縁膜43との積層膜が介在される領域83が形成される。領域81では、絶縁膜41が、誘電体層40Bにおける最も厚さの薄い誘電体部40aとして機能し、MISゲートが形成される。領域82では、絶縁膜41及び絶縁膜42が、誘電体層40Bにおける中間の厚さの誘電体部40bとして機能し、MISゲートが形成される。領域83では、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43が、誘電体層40Bにおける最も厚さの厚い誘電体部40cとして機能し、MISゲートが形成される。これにより、半導体装置1Bには、領域80、領域81、領域82及び領域83に、互いに特性の異なる4種類のトランジスタ構造が組み合わされて形成される。半導体装置1Bでは、ゲート電極30に対する領域80、領域81、領域82及び領域83での誘電体層40Bの各部の面積比率が調整されることで、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。
Through the above steps, the
A
半導体装置1Bでは、絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43の堆積と選択エッチングにより領域80、領域81及び領域82の、特性の異なるトランジスタ構造を作り分ける。電子供給層20上の1層目の絶縁膜41の開口部41aの形成時には、電子供給層20に対する選択エッチングにより、電子供給層20へのダメージの導入が抑えられる。半導体装置1Bの上記形成方法によれば、特性の異なるトランジスタ構造の実現のために、電子供給層20或いは更に電子走行層10を加工すること、加工によりその電子供給層20等に段差や孔等の凹部を設けることを要しない。従って、電子供給層20等の加工によるダメージに起因した出力の低下、加工深さのばらつきに起因した製造再現性の低下、領域分割による実効チャネル幅の減少に起因した出力の低下等が、効果的に抑えられる。
In the
半導体装置1Bの上記形成方法の説明では、1層目の絶縁膜41をSiN、2層目の絶縁膜42をAlO、3層目の絶縁膜43をSiOとする例を示したが、3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43の絶縁材料の組み合わせは、この例に限定されるものではない。3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43を積層(図13)した後、上層から順に選択エッチングにより開口部43a、開口部42a及び開口部41aを形成(図14~図16)することができれば、様々な絶縁材料の組み合わせを採用することができる。
In the description of the above-mentioned forming method of the
また、半導体装置1Bの上記形成方法の説明では、3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43を積層(図13)した後、上層から順に選択エッチングにより開口部43a、開口部42a及び開口部41aを形成(図14~図16)し、誘電体層40Bを形成する例を示した。このほか、上記第1の実施の形態で述べた形成方法の例に従い、3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43を含む誘電体層40Bを形成することもできる。即ち、1層目の絶縁膜41を形成してその開口部41aを形成し、その上に2層目の絶縁膜42を形成してその開口部42aを形成し、その上に3層目の絶縁膜43を形成してその開口部43aを形成するようにしてもよい。
Further, in the description of the above-mentioned forming method of the
尚、2層の絶縁膜41及び絶縁膜42を含む誘電体層40Aを形成する上記第1の実施の形態において、その誘電体層40Aの形成を、この第2の実施の形態で述べた形成方法の例に従って形成することもできる。即ち、1層目の絶縁膜41上に2層目の絶縁膜42を積層した後、上層から順に選択エッチングにより開口部42a及び開口部41aを形成し、誘電体層40Aを形成するようにしてもよい。
In the first embodiment for forming the
[第3の実施の形態]
図18は第3の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図18(A)には第3の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。図18(B)には第3の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部断面図を模式的に示している。図18(B)は図18(A)のXVIII-XVIII断面模式図である。
[Third Embodiment]
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 18A schematically shows a plan view of a main part of an example of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 18B schematically shows a cross-sectional view of a main part of an example of the semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 18B is a schematic cross-sectional view of XVIII-XVIII of FIG. 18A.
図18(A)及び図18(B)に示す半導体装置1Cは、HEMTの一例である。半導体装置1Cは、電子走行層10、電子供給層20、誘電体層40A、ゲート電極30、ソース電極50及びドレイン電極60を含む。半導体装置1Cは、ショットキーゲートの領域80において、ゲート電極30の、ソース電極50とドレイン電極60とが対向する方向であるゲート長方向D2の端部31が誘電体層40A上に位置するような構成を有する。半導体装置1Cは、このような構成を有する点で、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1Aと相違する。
The
一般に、電子走行層及び電子供給層にGaN系窒化物半導体が用いられるHEMTでは、高電圧を印加するとドレイン電流が減少する、電流コラプス現象が発生する場合がある。ゲート電極近傍における電界集中により高エネルギーとなった2DEGの電子が電子供給層の表面欠陥準位に捕獲され、その捕獲電子の電界により電子走行層が空乏化され、チャネル抵抗の増大、ドレイン電流の減少が引き起こされると考えられている。 Generally, in HEMT in which a GaN-based nitride semiconductor is used for an electron traveling layer and an electron supply layer, a current collapse phenomenon may occur in which a drain current decreases when a high voltage is applied. 2DEG electrons with high energy due to electric field concentration near the gate electrode are captured at the surface defect level of the electron supply layer, and the electron traveling layer is depleted by the electric field of the captured electrons, increasing the channel resistance and drain current. It is believed that a decrease will be caused.
半導体装置1Cでは、MISゲートの領域81及び領域82のほか、ショットキーゲートの領域80において、ゲート電極30のゲート長方向D2の端部31が誘電体層40A上に位置する構成が採用される。これにより、半導体装置1Cでは、ゲート電極30の端部31における電界集中が緩和され、高電圧印加時の電流コラプス現象の発生、それによるドレイン電流の減少が抑えられる。
In the
上記構成によれば、線形性に優れた高出力の半導体装置1Cを実現することが可能になる。
尚、ここでは、上記第1の実施の形態で述べたような2層の絶縁膜41及び絶縁膜42を含む誘電体層40Aを例にした。このほか、上記第2の実施の形態で述べたような3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43を含む誘電体層40Bが用いられる場合も同様に、ゲート電極30のゲート長方向D2の端部31が誘電体層40B上に位置する構成を採用することが可能である。
According to the above configuration, it is possible to realize a high-
Here, the
以上、第1~第3の実施の形態について説明した。
以上の説明では、電子供給層20とゲート電極30との間に設ける誘電体層として、2層の絶縁膜41及び絶縁膜42を含む誘電体層40A、並びに3層の絶縁膜41、絶縁膜42及び絶縁膜43を含む誘電体層40Bを例示した。電子供給層20とゲート電極30との間に設ける誘電体層に含まれる絶縁膜の層数は、上記の例に限定されるものではなく、4層以上の絶縁膜を含む誘電体層を用いることもできる。誘電体層に含まれる絶縁膜の層数を増やすほど、組み合わせるトランジスタ構造の種類を増やすことが可能になり、組み合わせにより得られる相互コンダクタンス及び線形性を、より高い精度で所望の相互コンダクタンス及び線形性に近付けることが可能になる。
The first to third embodiments have been described above.
In the above description, as the dielectric layer provided between the
また、第1~第3の実施の形態で述べたような構成を有する半導体装置1A,1B,1C等は、各種電子装置に適用することができる。一例として、上記のような構成を有する半導体装置を、半導体パッケージ、力率改善回路、電源装置及び増幅器に適用する場合について、以下に説明する。
Further, the
[第4の実施の形態]
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、半導体パッケージへの適用例を、第4の実施の形態として説明する。
[Fourth Embodiment]
Here, an example of application of a semiconductor device having the above configuration to a semiconductor package will be described as a fourth embodiment.
図19は第4の実施の形態に係る半導体パッケージの一例について説明する図である。図19には第4の実施の形態に係る半導体パッケージの一例の要部平面図を模式的に示している。 FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a semiconductor package according to the fourth embodiment. FIG. 19 schematically shows a plan view of a main part of an example of the semiconductor package according to the fourth embodiment.
図19に示す半導体パッケージ400は、ディスクリートパッケージの一例である。半導体パッケージ400は、例えば、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1A(図3等)、半導体装置1Aが搭載されたリードフレーム410、及びそれらを封止する樹脂420を含む。
The
半導体装置1Aは、リードフレーム410のダイパッド410a上にダイアタッチ材等(図示せず)を用いて搭載される。半導体装置1Aには、上記ゲート電極30と接続されるパッド30a、ソース電極50と接続されるパッド50a及びドレイン電極60と接続されるパッド60aが設けられる。パッド30a、パッド50a及びパッド60aはそれぞれ、Al等のワイヤ430を用いてリードフレーム410のゲートリード411、ソースリード412及びドレインリード413と接続される。ゲートリード411、ソースリード412及びドレインリード413の各一部が露出するように、リードフレーム410とそれに搭載された半導体装置1A及びそれらを接続するワイヤ430が、樹脂420で封止される。
The
例えば、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1Aが用いられ、このような構成を有する半導体パッケージ400が得られる。ここでは、半導体装置1Aを例にしたが、他の半導体装置1B,1C等を用いて、同様の半導体パッケージ400を得ることが可能である。
For example, the
上記のように半導体装置1A,1B,1C等では、電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さが異なる部位を有する誘電体層40A,40Bが設けられることで、閾値及び相互コンダクタンス等の特性が異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。これにより、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。更に、半導体装置1A,1B,1C等では、異なる特性のトランジスタ構造を組み合わせて設けるための電子供給層20等の加工及びそれによるダメージを抑えることができ、それらに起因した出力の低下や製造再現性の低下が抑えられる。従って、線形性に優れた高出力の半導体装置1A,1B,1C等が安定的に実現される。このような半導体装置1A,1B,1C等が用いられ、高性能の半導体パッケージ400が実現される。
As described above, in the
[第5の実施の形態]
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、力率改善回路への適用例を、第5の実施の形態として説明する。
[Fifth Embodiment]
Here, an example of application of the semiconductor device having the above configuration to the power factor improving circuit will be described as the fifth embodiment.
図20は第5の実施の形態に係る力率改善回路の一例について説明する図である。図20には第5の実施の形態に係る力率改善回路の一例の等価回路図を示している。
図20に示す力率改善(Power Factor Correction;PFC)回路500は、スイッチ素子510、ダイオード520、チョークコイル530、コンデンサ540、コンデンサ550、ダイオードブリッジ560及び交流電源570(AC)を含む。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a power factor improving circuit according to the fifth embodiment. FIG. 20 shows an equivalent circuit diagram of an example of the power factor improving circuit according to the fifth embodiment.
The Power Factor Correction (PFC)
PFC回路500において、スイッチ素子510のドレイン電極と、ダイオード520のアノード端子及びチョークコイル530の一端子とが接続される。スイッチ素子510のソース電極と、コンデンサ540の一端子及びコンデンサ550の一端子とが接続される。コンデンサ540の他端子とチョークコイル530の他端子とが接続される。コンデンサ550の他端子とダイオード520のカソード端子とが接続される。また、スイッチ素子510のゲート電極には、ゲートドライバが接続される。コンデンサ540の両端子間には、ダイオードブリッジ560を介して交流電源570が接続され、コンデンサ550の両端子間から直流電源(DC)が取り出される。
In the
例えば、このような構成を有するPFC回路500のスイッチ素子510に、上記半導体装置1A,1B,1C等が用いられる。
上記のように半導体装置1A,1B,1C等では、電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さが異なる部位を有する誘電体層40A,40Bが設けられることで、閾値及び相互コンダクタンス等の特性が異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。これにより、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。更に、半導体装置1A,1B,1C等では、異なる特性のトランジスタ構造を組み合わせて設けるための電子供給層20等の加工及びそれによるダメージを抑えることができ、それらに起因した出力の低下や製造再現性の低下が抑えられる。従って、線形性に優れた高出力の半導体装置1A,1B,1C等が安定的に実現される。このような半導体装置1A,1B,1C等が用いられ、高性能のPFC回路500が実現される。
For example, the
As described above, in the
[第6の実施の形態]
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、電源装置への適用例を、第6の実施の形態として説明する。
[Sixth Embodiment]
Here, an example of application of the semiconductor device having the above configuration to the power supply device will be described as the sixth embodiment.
図21は第6の実施の形態に係る電源装置の一例について説明する図である。図21には第6の実施の形態に係る電源装置の一例の等価回路図を示している。
図21に示す電源装置600は、一次側回路610及び二次側回路620、並びに一次側回路610と二次側回路620との間に設けられるトランス630を含む。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a power supply device according to a sixth embodiment. FIG. 21 shows an equivalent circuit diagram of an example of the power supply device according to the sixth embodiment.
The
一次側回路610には、上記第5の実施の形態で述べたようなPFC回路500、及びPFC回路500のコンデンサ550の両端子間に接続されたインバータ回路、例えば、フルブリッジインバータ回路640が含まれる。フルブリッジインバータ回路640には、複数(ここでは一例として4つ)のスイッチ素子641、スイッチ素子642、スイッチ素子643及びスイッチ素子644が含まれる。
The
二次側回路620には、複数(ここでは一例として3つ)のスイッチ素子621、スイッチ素子622及びスイッチ素子623が含まれる。
例えば、このような構成を有する電源装置600の、一次側回路610に含まれるPFC回路500のスイッチ素子510、及びフルブリッジインバータ回路640のスイッチ素子641~644に、上記半導体装置1A,1B,1C等が用いられる。例えば、電源装置600の、二次側回路620のスイッチ素子621~623には、Siを用いた通常のMISゲートのFETが用いられる。
The
For example, the
上記のように半導体装置1A,1B,1C等では、電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さが異なる部位を有する誘電体層40A,40Bが設けられることで、閾値及び相互コンダクタンス等の特性が異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。これにより、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。更に、半導体装置1A,1B,1C等では、異なる特性のトランジスタ構造を組み合わせて設けるための電子供給層20等の加工及びそれによるダメージを抑えることができ、それらに起因した出力の低下や製造再現性の低下が抑えられる。従って、線形性に優れた高出力の半導体装置1A,1B,1C等が安定的に実現される。このような半導体装置1A,1B,1C等が用いられ、高性能の電源装置600が実現される。
As described above, in the
[第7の実施の形態]
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、増幅器への適用例を、第7の実施の形態として説明する。
[7th Embodiment]
Here, an example of application of a semiconductor device having the above configuration to an amplifier will be described as a seventh embodiment.
図22は第7の実施の形態に係る増幅器の一例について説明する図である。図22には第7の実施の形態に係る増幅器の一例の等価回路図を示している。
図22に示す増幅器700は、デジタルプレディストーション回路710、ミキサー720、ミキサー730及びパワーアンプ740を含む。
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of an amplifier according to the seventh embodiment. FIG. 22 shows an equivalent circuit diagram of an example of the amplifier according to the seventh embodiment.
The
デジタルプレディストーション回路710は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー720は、非線形歪みが補償された入力信号SIと交流信号とをミキシングする。パワーアンプ740は、入力信号SIが交流信号とミキシングされた信号を増幅する。増幅器700では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力信号SOをミキサー730で交流信号とミキシングしてデジタルプレディストーション回路710に送出することができる。増幅器700は、高周波増幅器、高出力増幅器として使用することができる。
The
このような構成を有する増幅器700のパワーアンプ740に、上記半導体装置1A,1B,1C等が用いられる。
上記のように半導体装置1A,1B,1C等では、電子供給層20とゲート電極30との間に、厚さが異なる部位を有する誘電体層40A,40Bが設けられることで、閾値及び相互コンダクタンス等の特性が異なるトランジスタ構造が組み合わされて設けられる。これにより、相互コンダクタンスの平坦化、それによる線形性の向上が実現される。更に、半導体装置1A,1B,1C等では、異なる特性のトランジスタ構造を組み合わせて設けるための電子供給層20等の加工及びそれによるダメージを抑えることができ、それらに起因した出力の低下や製造再現性の低下が抑えられる。従って、線形性に優れた高出力の半導体装置1A,1B,1C等が安定的に実現される。このような半導体装置1A,1B,1C等が用いられ、高性能の増幅器700が実現される。
The
As described above, in the
上記半導体装置1A,1B,1C等を適用した各種電子装置(上記第4~第7の実施の形態で述べた半導体パッケージ400、PFC回路500、電源装置600及び増幅器700等)は、各種電子機器又は電子装置に搭載することができる。例えば、コンピュータ(パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等)、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器又は電子装置に搭載することが可能である。
Various electronic devices to which the
以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1) 電子走行層と、
前記電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層と、
前記電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に設けられたゲート電極と、
前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部と、前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部とを備える誘電体層と
を含むことを特徴とする半導体装置。
The following additional notes will be further disclosed with respect to the embodiments described above.
(Appendix 1) Electronic traveling layer and
An electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer and
A gate electrode provided on the second surface side of the electron supply layer opposite to the electron traveling layer side, and
A first dielectric portion provided between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode and having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and the first dielectric portion. A semiconductor device including a dielectric layer including a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the direction.
(付記2) 前記電子走行層の前記第2面側に、互いに分離されて対向して設けられたソース電極及びドレイン電極を含み、
前記ゲート電極は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から分離されて設けられ、
前記誘電体層は、前記ゲート電極の、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する第2方向と直交する第3方向に沿った断面視で、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に、前記第1誘電体部と前記第2誘電体部とを備えることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(Appendix 2) A source electrode and a drain electrode are provided on the second surface side of the electron traveling layer so as to be separated from each other and face each other.
The gate electrode is provided between the source electrode and the drain electrode separately from the source electrode and the drain electrode.
The dielectric layer is a cross-sectional view of the gate electrode along a third direction orthogonal to the second direction in which the source electrode and the drain electrode face each other, and the second surface of the electron supply layer and the gate. The semiconductor device according to
(付記3) 前記誘電体層は、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間の一部の第1領域に設けられ、
前記ゲート電極は、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間の、前記第1領域とは異なる第2領域において、ショットキー接続されることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(Appendix 3) The dielectric layer is provided in a part of the first region between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode.
Note 1 or 2, wherein the gate electrode is Schottky-connected in a second region different from the first region between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode. The semiconductor device described.
(付記4) 前記誘電体層は、
第1部位と、前記第1部位とは異なる第2部位とを含む第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の前記第2部位に積層された第2絶縁膜と
を含み、
前記誘電体層の前記第1誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第1部位を含み、
前記誘電体層の前記第2誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第2部位と、前記第2部位に積層された前記第2絶縁膜の少なくとも一部とを含むことを特徴とする付記1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
(Appendix 4) The dielectric layer is
A first insulating film containing a first portion and a second portion different from the first portion.
The first insulating film includes a second insulating film laminated on the second portion of the first insulating film.
The first dielectric portion of the dielectric layer includes the first portion of the first insulating film.
The second dielectric portion of the dielectric layer includes the second portion of the first insulating film and at least a part of the second insulating film laminated on the second portion. The semiconductor device according to any one of
(付記5) 前記誘電体層は、前記電子供給層の前記第2面から前記ゲート電極に向かう前記第1方向に前記第2誘電体部の前記第2厚さよりも厚い第3厚さを有する第3誘電体部を備えることを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。
(Appendix 5) The dielectric layer has a third thickness thicker than the second thickness of the second dielectric portion in the first direction from the second surface of the electron supply layer toward the gate electrode. The semiconductor device according to any one of
(付記6) 前記誘電体層は、
第3部位と、前記第3部位とは異なる第4部位とを含む前記第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の前記第4部位に積層された第3絶縁膜と
を含み、
前記誘電体層の前記第2誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第2部位と、前記第2部位に積層された前記第2絶縁膜の前記第3部位とを含み、
前記誘電体層の前記第3誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第2部位と、前記第2部位に積層された前記第2絶縁膜の前記第4部位と、前記第4部位に積層された前記第3絶縁膜の少なくとも一部とを含むことを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(Appendix 6) The dielectric layer is
The second insulating film including the third portion and the fourth portion different from the third portion.
Including a third insulating film laminated on the fourth portion of the second insulating film,
The second dielectric portion of the dielectric layer includes the second portion of the first insulating film and the third portion of the second insulating film laminated on the second portion.
The third dielectric portion of the dielectric layer is formed on the second portion of the first insulating film, the fourth portion of the second insulating film laminated on the second portion, and the fourth portion. The semiconductor device according to Appendix 5, wherein the semiconductor device includes at least a part of the laminated third insulating film.
(付記7) 電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に誘電体層を形成する工程と、
前記電子供給層の前記第2面側に、前記第2面との間に前記誘電体層が設けられるようにゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記誘電体層を形成する工程は、
前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部を形成する工程と、
前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 7) A step of forming a dielectric layer on the second surface side of the electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer, which is opposite to the electron traveling layer side.
A step of forming a gate electrode on the second surface side of the electron supply layer so that the dielectric layer is provided between the second surface and the second surface is included.
The step of forming the dielectric layer is
A step of forming a first dielectric portion having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the first direction.
(付記8) 前記電子走行層の前記第2面側に、互いに分離されて対向して設けられたソース電極及びドレイン電極を形成する工程を含み、
前記ゲート電極は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から分離されて形成され、
前記誘電体層は、前記ゲート電極の、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する第2方向と直交する第3方向に沿った断面視で、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に、前記第1誘電体部と前記第2誘電体部とを備えることを特徴とする付記7に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 8) A step of forming a source electrode and a drain electrode which are separated from each other and provided to face each other on the second surface side of the electron traveling layer is included.
The gate electrode is formed between the source electrode and the drain electrode separately from the source electrode and the drain electrode.
The dielectric layer is a cross-sectional view of the gate electrode along a third direction orthogonal to the second direction in which the source electrode and the drain electrode face each other, and the second surface of the electron supply layer and the gate. The method for manufacturing a semiconductor device according to Appendix 7, wherein the first dielectric portion and the second dielectric portion are provided between the electrodes.
(付記9) 前記誘電体層を形成する工程は、前記誘電体層を、前記電子供給層の前記第2面側における一部の第1領域に形成する工程を含み、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート電極を、前記電子供給層の前記第2面側における、前記誘電体層が形成された前記第1領域と、前記第1領域とは異なる第2領域とに形成する工程を含み、
前記ゲート電極は、前記第2領域において、ショットキー接続されることを特徴とする付記7又は8に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 9) The step of forming the dielectric layer includes a step of forming the dielectric layer in a part of the first region on the second surface side of the electron supply layer.
In the step of forming the gate electrode, the gate electrode is formed on the second surface side of the electron supply layer, the first region on which the dielectric layer is formed, and a second region different from the first region. Including the process of forming in
The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記10) 前記誘電体層を形成する工程は、
第1部位と、前記第1部位とは異なる第2部位とを含む第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜の前記第2部位に積層された第2絶縁膜を形成する工程と
を含み、
前記誘電体層の前記第1誘電体部を形成する工程では、前記第1絶縁膜の前記第1部位を含む前記第1誘電体部が形成され、
前記誘電体層の前記第2誘電体部を形成する工程では、前記第1絶縁膜の前記第2部位と、前記第2部位に積層された前記第2絶縁膜の少なくとも一部とを含む前記第2誘電体部が形成されることを特徴とする付記7乃至9のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10) The step of forming the dielectric layer is
A step of forming a first insulating film including a first portion and a second portion different from the first portion.
Including a step of forming a second insulating film laminated on the second portion of the first insulating film.
In the step of forming the first dielectric portion of the dielectric layer, the first dielectric portion including the first portion of the first insulating film is formed.
In the step of forming the second dielectric portion of the dielectric layer, the second portion of the first insulating film and at least a part of the second insulating film laminated on the second portion are included. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary note 7 to 9, wherein a second dielectric portion is formed.
(付記11) 電子走行層と、
前記電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層と、
前記電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に設けられたゲート電極と、
前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部と、前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部とを備える誘電体層と
を含む半導体装置を備えることを特徴とする電子装置。
(Appendix 11) Electronic traveling layer and
An electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer and
A gate electrode provided on the second surface side of the electron supply layer opposite to the electron traveling layer side, and
A first dielectric portion provided between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode and having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and the first dielectric portion. An electronic device comprising a dielectric layer including a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the direction.
1A,1B,1C,100,200 半導体装置
2 下地基板
3 初期層
10,110,210 電子走行層
10a,20a 面
20,120,220 電子供給層
30,130,230 ゲート電極
30a,50a,60a パッド
31 端部
40A,40B 誘電体層
40a,40b,40c 誘電体部
41,42,43 絶縁膜
41a,42a,43a 開口部
50 ソース電極
60 ドレイン電極
70,300 2DEG
80,81,82,83 領域
400 半導体パッケージ
410 リードフレーム
410a ダイパッド
411 ゲートリード
412 ソースリード
413 ドレインリード
420 樹脂
430 ワイヤ
500 PFC回路
510,621,622,623,641,642,643,644 スイッチ素子
520 ダイオード
530 チョークコイル
540,550 コンデンサ
560 ダイオードブリッジ
570 交流電源
600 電源装置
610 一次側回路
620 二次側回路
630 トランス
640 フルブリッジインバータ回路
700 増幅器
710 デジタルプレディストーション回路
720,730 ミキサー
740 パワーアンプ
D1 積層方向
D2 ゲート長方向
D3 ゲート幅方向
1A, 1B, 1C, 100,200
80, 81, 82, 83
Claims (7)
前記電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層と、
前記電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に設けられたゲート電極と、
前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部と、前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部とを備える誘電体層と
を含むことを特徴とする半導体装置。 Electronic traveling layer and
An electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer and
A gate electrode provided on the second surface side of the electron supply layer opposite to the electron traveling layer side, and
A first dielectric portion provided between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode and having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and the first dielectric portion. A semiconductor device including a dielectric layer including a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the direction.
前記ゲート電極は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から分離されて設けられ、
前記誘電体層は、前記ゲート電極の、前記ソース電極と前記ドレイン電極とが対向する第2方向と直交する第3方向に沿った断面視で、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に、前記第1誘電体部と前記第2誘電体部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A source electrode and a drain electrode provided on the second surface side of the electron traveling layer so as to be separated from each other and opposed to each other are included.
The gate electrode is provided between the source electrode and the drain electrode separately from the source electrode and the drain electrode.
The dielectric layer is a cross-sectional view of the gate electrode along a third direction orthogonal to the second direction in which the source electrode and the drain electrode face each other, and the second surface of the electron supply layer and the gate. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first dielectric portion and the second dielectric portion are provided between the electrodes.
前記ゲート電極は、前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間の、前記第1領域とは異なる第2領域において、ショットキー接続されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 The dielectric layer is provided in a part of the first region between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode.
Claim 1 or 2 characterized in that the gate electrode is Schottky-connected in a second region different from the first region between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode. The semiconductor device described in 1.
第1部位と、前記第1部位とは異なる第2部位とを含む第1絶縁膜と、
前記第1絶縁膜の前記第2部位に積層された第2絶縁膜と
を含み、
前記誘電体層の前記第1誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第1部位を含み、
前記誘電体層の前記第2誘電体部は、前記第1絶縁膜の前記第2部位と、前記第2部位に積層された前記第2絶縁膜の少なくとも一部とを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。 The dielectric layer is
A first insulating film containing a first portion and a second portion different from the first portion.
The first insulating film includes a second insulating film laminated on the second portion of the first insulating film.
The first dielectric portion of the dielectric layer includes the first portion of the first insulating film.
The second dielectric portion of the dielectric layer includes the second portion of the first insulating film and at least a part of the second insulating film laminated on the second portion. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
前記電子供給層の前記第2面側に、前記第2面との間に前記誘電体層が設けられるようにゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記誘電体層を形成する工程は、
前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部を形成する工程と、
前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A step of forming a dielectric layer on the second surface side of the electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer, which is opposite to the electron traveling layer side.
A step of forming a gate electrode on the second surface side of the electron supply layer so that the dielectric layer is provided between the second surface and the second surface is included.
The step of forming the dielectric layer is
A step of forming a first dielectric portion having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of forming a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the first direction.
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート電極を、前記電子供給層の前記第2面側における、前記誘電体層が形成された前記第1領域と、前記第1領域とは異なる第2領域とに形成する工程を含み、
前記ゲート電極は、前記第2領域において、ショットキー接続されることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the dielectric layer includes a step of forming the dielectric layer in a part of the first region on the second surface side of the electron supply layer.
In the step of forming the gate electrode, the gate electrode is formed on the second surface side of the electron supply layer, the first region on which the dielectric layer is formed, and a second region different from the first region. Including the process of forming in
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the gate electrode is Schottky-connected in the second region.
前記電子走行層の第1面側に設けられた電子供給層と、
前記電子供給層の、前記電子走行層側とは反対の第2面側に設けられたゲート電極と、
前記電子供給層の前記第2面と前記ゲート電極との間に設けられ、前記第2面から前記ゲート電極に向かう第1方向に第1厚さを有する第1誘電体部と、前記第1方向に前記第1厚さよりも厚い第2厚さを有する第2誘電体部とを備える誘電体層と
を含む半導体装置を備えることを特徴とする電子装置。 Electronic traveling layer and
An electron supply layer provided on the first surface side of the electron traveling layer and
A gate electrode provided on the second surface side of the electron supply layer opposite to the electron traveling layer side, and
A first dielectric portion provided between the second surface of the electron supply layer and the gate electrode and having a first thickness in the first direction from the second surface toward the gate electrode, and the first dielectric portion. An electronic device comprising a dielectric layer including a second dielectric portion having a second thickness thicker than the first thickness in the direction.
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