JP2022107114A - Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

To achieve a high-power semiconductor device with excellent linearity.SOLUTION: A semiconductor device 1A includes: an electron transit layer 10; and an electron supply layer 20 provided on one surface 10a of the electron transit layer 10. A gate electrode 30 is provided on an opposite surface 20a side to the electron transit layer 10 side, of the electron supply layer 20. A dielectric layer 40A comprising a dielectric section 40a and a dielectric section 40b with different thicknesses is provided between the surface 20a of the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. Thereby, there can be obtained the semiconductor device 1A in which a plurality of types of transistor structures having different characteristics such as thresholds and mutual conductance are combined. This enables processing of the electron supply layer 20 and the like, and suppresses reduction in output caused by the processing, and thus, achieves combination of transistor structures with different characteristics by the dielectric layer 40A having portions with different thicknesses. Therefore, the mutual conductance of the semiconductor device 1A is flattened to improve the linearity.SELECTED DRAWING: Figure 3

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.

特開2004-311961号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-311961

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.

半導体装置の線形性向上技術の例について説明する図(その1)である。It is a figure (the 1) explaining the example of the linearity improvement technique of a semiconductor device. 半導体装置の線形性向上技術の例について説明する図(その2)である。It is a figure (the 2) explaining the example of the linearity improvement technique of a semiconductor device. 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。It is a figure explaining an example of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 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(その1)である。It is a figure (the 1) explaining an example of the combination of a transistor structure. 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(その2)である。It is a figure (the 2) explaining an example of the combination of a transistor structure. 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(その1)である。It is a figure (the 1) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 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(その2)である。It is a figure (the 2) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 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(その3)である。FIG. 3 is a diagram (No. 3) for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to the first embodiment. 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(その4)である。It is a figure (the 4) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 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(その5)である。FIG. 5 is a diagram (No. 5) for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to the first embodiment. 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。It is a figure explaining another configuration example of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 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(その1)である。It is a figure (the 1) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 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(その2)である。It is a figure (the 2) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 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(その3)である。FIG. 3 is a diagram (No. 3) for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to a second embodiment. 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(その4)である。It is a figure (the 4) explaining an example of the forming method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 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(その5)である。FIG. 5 is a diagram (No. 5) for explaining an example of a method for forming a semiconductor device according to a second embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the semiconductor package which concerns on 4th Embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the power factor improvement circuit which concerns on 5th Embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the power supply device which concerns on 6th Embodiment. 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。It is a figure explaining an example of the amplifier which concerns on 7th Embodiment.

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 semiconductor device 100 shown in FIG. 2 (A) is an example of HEMT. The semiconductor device 100 includes an electron traveling layer 110, an electron supply layer 120 provided on the electron traveling layer 110, and a gate electrode 130 provided on the electron supply layer 120. The gate electrode 130 is provided between the source electrode and the drain electrode (not shown) separately from them. FIG. 2A schematically shows a cross section along a direction in which the gate electrode 130 extends (a direction orthogonal to the gate length direction (gate width direction), which is a direction in which the source electrode and the drain electrode face each other). Is.

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 semiconductor device 100, a nitride semiconductor such as GaN is used for the electron traveling layer 110, and a nitride such as AlGaN having a larger bandgap than the nitride semiconductor used for the electron traveling layer 110 is used for the electron supply layer 120. Semiconductors are used. In the semiconductor device 100, the electrons in the vicinity of the junction interface with the electron supply layer 120 due to the spontaneous polarization of the electron supply layer 120 and the piezo polarization generated in the electron supply layer 120 due to the strain caused by the difference in lattice constant from the electron traveling layer 110. 2DEG300 is generated in the traveling layer 110. In the semiconductor device 100, the amount of electric charge of the 2DEG 300 passing under the gate electrode 130 is controlled by the electric field effect due to the gate voltage applied to the gate electrode 130, and the magnitude of the output drain current is controlled.

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 semiconductor device 100 has a structure in which a plurality of stepped regions having different thicknesses of the electron supply layer 120 in the stacking direction of the electron traveling layer 110 and the electron supply layer 120 are provided under the gate electrode 130. The structure of such a semiconductor device 100 is also referred to as a "multi-stage gate recess type". In the semiconductor device 100, the region where the thickness of the electron supply layer 120 is the minimum (region P in FIG. 2A) corresponds to the region of the transistor structure P. The region where the thickness of the electron supply layer 120 is intermediate (region Q in FIG. 2A) corresponds to the region of the transistor structure Q. The region where the thickness of the electron supply layer 120 is maximum (region R in FIG. 2A) corresponds to the region of the transistor structure R. By providing a plurality of stepped regions having different thicknesses of the electron supply layer 120 in this way, for example, three types of transistor structures P, Q, and R having different characteristics are provided, and flattened transconductance (FIG. A semiconductor device 100 having a solid line P + Q + R) of 1 is realized.

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 semiconductor device 200 shown in FIG. 2B is an example of a HEMT. The semiconductor device 200 includes an electron traveling layer 210, an electron supply layer 220 provided on the electron traveling layer 210, and a gate electrode 230 provided on the electron supply layer 220. The gate electrode 230 is provided between the source electrode and the drain electrode (not shown) separately from the source electrode and the drain electrode (not shown). FIG. 2B schematically shows a cross section along the direction in which the gate electrode 230 extends (the gate width direction orthogonal to the gate length direction).

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 semiconductor device 200, a nitride semiconductor such as GaN is used for the electron traveling layer 210, and a nitride semiconductor such as AlGaN is used for the electron supply layer 220. In the semiconductor device 200, the electrons in the vicinity of the junction interface with the electron supply layer 220 due to the spontaneous polarization of the electron supply layer 220 and the piezo polarization generated in the electron supply layer 220 due to the strain caused by the difference in lattice constant with the electron traveling layer 210. 2DEG300 is generated in the traveling layer 210. In the semiconductor device 200, the amount of electric charge of the 2DEG 300 passing under the gate electrode 230 is controlled by the electric field effect due to the gate voltage applied to the gate electrode 230, and the magnitude of the output drain current is controlled.

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 semiconductor device 200 has a structure in which a part of the surface layer of the electron traveling layer 210 and a plurality of fin-shaped regions having different widths of the electron supply layer 220 laminated on the surface layer are provided under the gate electrode 230. The structure of such a semiconductor device 200 is also referred to as a "fin type". In the semiconductor device 200, a part of the surface layer of the electron traveling layer 210 and the region where the width of the electron supply layer 220 laminated on the surface layer is the smallest (region P in FIG. 2B) corresponds to the region of the transistor structure P. .. A part of the surface layer of the electron traveling layer 210 and a region (region Q of FIG. 2B) in which the width of the electron supply layer 220 laminated on the surface layer is intermediate corresponds to the region of the transistor structure Q. A part of the surface layer of the electron traveling layer 210 and the region where the width of the electron supply layer 220 laminated therewith is maximum (region R in FIG. 2B) corresponds to the region of the transistor structure R. By providing a part of the surface layer of the electron traveling layer 210 and a plurality of fin-shaped regions having different widths of the electron supply layer 220 laminated thereto, for example, three types of transistor structures P and Q having different characteristics are provided. , R, and a semiconductor device 200 having flattened transconductance (solid line P + Q + R in FIG. 1) is realized.

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 semiconductor device 100 adopting the multi-stage gate recess type structure and the semiconductor device 200 adopting the fin type structure as described above have the following problems, respectively.
In the semiconductor device 100 (FIG. 2A) that employs a multi-stage gate recess type structure, the electron supply layer 120 is provided with a plurality of stepped regions having different thicknesses, and the electron supply layer 120 is provided with the electron traveling layer 110. It needs to be processed after epitaxial growth to the top. In the semiconductor device 100, the output of the semiconductor device 100 may decrease due to the damage introduced into the electron supply layer 120 during this processing. Further, in the semiconductor device 100, variations in the processing depth of the electron supply layer 120 of several nm affect the characteristics of the semiconductor device 100, so that sufficient manufacturing reproducibility may not be obtained.

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 electron traveling layer 210 and the electron supply layer 220. It is necessary to process the layer 210 and the electron supply layer 220. In the semiconductor device 200, the output of the semiconductor device 200 may decrease due to the damage introduced into the electron traveling layer 210 and the electron supply layer 220 during this processing. Further, in the semiconductor device 200, by dividing the electron traveling layer 210 and the electron supply layer 220 into a plurality of fin-shaped regions, the effective channel width is reduced, which causes a decrease in the output of the semiconductor device 200. There is a fear.

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 semiconductor device 1A shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B) is an example of HEMT. The semiconductor device 1A includes an electron traveling layer 10, an electron supply layer 20, a dielectric layer 40A, a gate electrode 30, a source electrode 50, and a drain electrode 60.

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 electron traveling layer 10. In addition to GaN, a nitride semiconductor such as AlGaN or InGaN (indium gallium nitride) may be used for the electron traveling layer 10. The electron traveling layer 10 may have a single-layer structure of one kind of nitride semiconductor, or may have a laminated structure of one kind or two or more kinds of nitride semiconductors. The electron traveling layer 10 is predetermined by using, for example, the Metal Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD or Metal Organic Vapor Phase Epitaxy; MOVPE) method or the Molecular Beam Epitaxy (MBE) method. It is formed on the base substrate (not shown) of. The base substrate on which the electronic traveling layer 10 is formed includes a substrate such as SiC (silicon carbide), Si (silicon), sapphire, GaN, AlN (aluminum nitride), diamond, or AlN, GaN, AlGaN, etc. on the substrate. A substrate on which an initial layer having a single-layer structure or a laminated structure of two or more of them is formed can be used.

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 electron supply layer 20. In addition to AlGaN, nitride semiconductors such as InAlN (indium aluminum nitride), InAlGaN (indium aluminum gallium nitride), AlN, and ScAlN (scandium aluminum nitride) may be used for the electron supply layer 20. The electron supply layer 20 may have a single-layer structure of one type of nitride semiconductor, or may have a laminated structure of one type or two or more types of nitride semiconductors. The electron supply layer 20 is provided on one surface 10a side of the electron traveling layer 10 by using the MOVPE method or the like.

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 electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20. By providing the electron supply layer 20 using a nitride semiconductor having a band gap larger than that on the electron traveling layer 10, a heterojunction structure having a band discontinuity is formed. By setting the Fermi level above the conduction band (high energy side) of the junction interface between the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20, 2DEG) 70 is generated in the electron traveling layer 10 near the junction interface. Will be done. 2DEG70 is generated in the electron traveling layer 10 near the bonding interface by the spontaneous polarization of the nitride semiconductor used in the electron supply layer 20 and the piezoelectric polarization generated due to its lattice constant. For the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20, a nitride semiconductor having a combination such that such 2DEG70 is generated is used in the vicinity of the junction interface of the electron traveling layer 10 with the electron supply layer 20.

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 electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20. Further, a cap layer using a nitride semiconductor such as GaN may be provided on the electron supply layer 20.

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 dielectric layer 40A is provided on the surface 20a side of the electron supply layer 20 opposite to the electron traveling layer 10 side. The dielectric layer 40A includes a plurality of insulating films, in this example, a two-layer insulating film of the insulating film 41 and the insulating film 42 laminated on the insulating film 41. For the insulating film 41 and the insulating film 42, for example, insulating materials different from each other are used.

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 film 41 of the dielectric layer 40A is provided in a part of the region on the electron supply layer 20. For example, the insulating film 41 is provided so as to have one or two or more (here, four as an example) openings 41a leading to the electron supply layer 20. The insulating film 41 includes, for example, one or a mixture of two or more of SiN, AlO, AlN, SiO, HfO (hafnium oxide), ZrO (zirconium oxide), LaO (lanthanum oxide), and TaO (tantalum oxide). Is used.

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 film 42 of the dielectric layer 40A is provided in a part of the region on the insulating film 41. For example, the insulating film 42 is provided so as to have one or two or more (here, four as an example) openings 42a leading to the insulating film 41 and the electron supply layer 20. The opening 42a of the insulating film 42 is provided so as to include, for example, the opening 41a of the insulating film 41 and a part of the insulating film 41 outside the opening 41a in a plan view. For the insulating film 42, for example, one or a mixture of two or more of SiN, AlO, AlN, SiO, HfO, ZrO, LaO, and TaO is used. For the insulating film 42, for example, an insulating material different from the insulating material used for the insulating film 41 is used.

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 film 41 and the insulating film 42 are formed by using a plasma chemical vapor deposition (CVD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, or the like, depending on the type of insulating material used therein. It is formed. The insulating film 41 is formed by selective etching to obtain a high etching selectivity with respect to the electron supply layer 20, and is provided in a part of the region on the electron supply layer 20. The insulating film 42 is formed by selective etching with which a high etching selectivity can be obtained with respect to the electron supply layer 20 and the insulating film 41, or with respect to the insulating film 41 among them, and a part of the insulating film 41 is formed on the insulating film 41. Provided in the area. For the selective etching of the insulating film 41 and the insulating film 42, dry etching or wet etching can be used depending on the type of insulating material used therein and the nitride semiconductor of the electron supply layer 20.

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 dielectric layer 40A is provided with the electron traveling layer 10 and electrons by means of an insulating film 41 provided in a part of the electron supply layer 20 and an insulating film 42 provided in a part of the insulating film 41. The dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses in the stacking direction D1 of the layer 20 (the direction from the surface 20a of the electron supply layer 20 toward the gate electrode 30) are formed. That is, the dielectric layer 40A includes a dielectric portion 40a having a single-layer film of the insulating film 41 and a dielectric portion 40b having a laminated film of the insulating film 41 and the insulating film 42. The dielectric portion 40a has a thickness corresponding to the thickness of the single-layer insulating film 41, and the dielectric portion 40b has a thickness corresponding to the total thickness of the laminated insulating film 41 and the insulating film 42. Has. In this example, the dielectric portion 40b is thicker than the dielectric portion 40a by the thickness of the insulating film 42.

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 gate electrode 30, the source electrode 50, and the drain electrode 60 are provided on the surface 20a side of the electron supply layer 20 in which the dielectric layer 40A is provided. A gate electrode 30 is provided between the source electrode 50 and the drain electrode 60, which are provided so as to be separated from each other and face each other, separated from the source electrode 50 and the drain electrode 60. A metal material is used for the gate electrode 30, the source electrode 50, and the drain electrode 60. For the gate electrode 30, for example, a laminate of Ni (nickel) and Au (gold) provided on the Ni (nickel) is used. For the source electrode 50 and the drain electrode 60, for example, a laminate of Ti (titanium) and Al (aluminum) provided on the Ti (titanium) is used. The gate electrode 30, the source electrode 50, and the drain electrode 60 are formed by using a vapor deposition method or the like.

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 semiconductor device 1A, for example, as shown in FIG. 3A, a so-called asymmetric structure is adopted in which the distance between the gate electrode 30 and the drain electrode 60 is wider than the distance between the gate electrode 30 and the source electrode 50. You may. By adopting the asymmetric structure, the electric field between the gate electrode 30 and the drain electrode 60 can be relaxed and the withstand voltage can be improved.

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 semiconductor device 1A, the source electrode 50 and the drain electrode 60 are provided so as to function as ohmic electrodes. The source electrode 50 and the drain electrode 60 may be connected to the electron supply layer 20 or may be connected to the electron traveling layer 10 through the electron supply layer 20 as long as they function as ohmic electrodes. A contact layer (re-growth layer) using a nitride semiconductor such as n-type GaN or n-type AlGaN is provided in the electron supply layer 20 or the electron traveling layer 10 to which the source electrode 50 and the drain electrode 60 are connected. It may be provided.

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 gate electrode 30 is an electron supply of the dielectric layer 40A on the dielectric portions 40a (the insulating film 41) and the dielectric portions 40b (the insulating film 42) having different thicknesses, and on which the dielectric layer 40A is not provided. It is provided on the layer 20 (its surface 20a). The dielectric layer 40A is a cross-sectional view of the gate electrode 30 and the electron supply layer 20 in the gate width direction D3 orthogonal to the gate length direction D2 (the direction in which the source electrode 50 and the drain electrode 60 face each other). A dielectric portion 40a and a dielectric portion 40b having different thicknesses are provided between them. As shown in FIG. 3A, for example, the edge of the gate electrode 30 is from the edge of the opening 41a of the insulating film 41 of the dielectric layer 40A and the edge of the opening 42a of the insulating film 42 in the gate length direction D2. Is provided in a size that is inside.

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 surface 20a of the electron supply layer 20 in the region overlapping the gate electrode 30 has high flatness and is parallel to the surface 10a of the electron traveling layer 10 on which the electron supply layer 20 is laminated. The surface 20a of 20 is not provided with recesses such as steps and holes.

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 region 80 where the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 in which the dielectric layer 40A is not provided, the electron supply layer 20 and the gate electrode 30 are in contact with each other, and the gate electrode 30 is shotkey connected. It becomes an area. When another nitride semiconductor such as a cap layer is provided on the electron supply layer 20, the nitride semiconductor and the gate electrode 30 are in contact with each other, and the gate electrode 30 is Schottky connected. The region 81 in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 via the dielectric portion 40a and the region 82 in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 via the dielectric portion 40b are MIS (Metal Insulator). Semiconductor) It becomes the area of the gate. As described above, in the semiconductor device 1A, the region 80 of the Schottky gate in which the gate electrode 30 is provided in contact with the electron supply layer 20 and the dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses are provided on the electron supply layer 20. It has a region 81 and a region 82 of the MIS gate on which the gate electrode 30 is provided. That is, the semiconductor device 1A is provided with a combination of three types of transistor structures having different characteristics from each other.

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 semiconductor device 1A, a transistor structure exhibiting different current-voltage characteristics from each other in a region 80 in which the dielectric layer 40A is not provided, and a region 81 and a region 82 in which the dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses are interposed. Is realized. For example, in the semiconductor device 1A, a transistor structure in which the threshold value and the transconductance are different from each other is realized by the region 80, the region 81, and the region 82. In the semiconductor device 1A, by providing a combination of transistor structures having different characteristics from each other, it is possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. In the case of combination, the area ratio occupied by each of the region 80 (the electron supply layer 20), the region 81 (the insulating film 41) and the region 82 (the laminated film of the insulating films 41 and 42) with respect to the gate electrode 30 is It will be adjusted. This adjusts the degree of flattening of the transconductance and the degree of improvement in linearity.

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/V・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/V・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/V・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 semiconductor device 1A, a shotkey gate is formed in a region 80 in which the dielectric layer 40A is not interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. MIS gates are formed in the regions 81 and 82 in which the dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses are interposed, respectively. As a result, the semiconductor device 1A is provided with a combination of three types of transistor structures having different characteristics from each other. In such a semiconductor device 1A, the area ratio of the region 80 (the electron supply layer 20), the region 81 (the insulating film 41) and the region 82 (the laminated film of the insulating films 41 and 42) is adjusted by adjusting the area ratio. Flattening of transconductance and thereby improved linearity is achieved.

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 semiconductor device 1A, a dielectric portion 40a and a dielectric portion 40b having different thicknesses are provided in the region 81 and the region 82, which are the MIS gates, respectively. The dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses can be formed by depositing and selective etching the insulating film 41 and the insulating film 42 contained therein, respectively. The thickness of the insulating film 41 and the insulating film 42 can be controlled with high accuracy by the deposition technique, and therefore, the thickness of the dielectric portion 40a of the region 81 and the thickness of the dielectric portion 40b of the region 82 Can be controlled with high accuracy. Further, by selective etching of the insulating film 41 and the insulating film 42, the area of the insulating film 41 and the insulating film 42, and therefore the area of the dielectric portion 40a of the region 81 and the area of the dielectric portion 40b of the region 82 can be made highly accurate. It is possible to control. As a result, each structure of the region 80, the region 81, and the region 82 can be precisely created, and the flattening of the transconductance by the combination thereof and the improvement of the linearity by the combination can be performed with high accuracy.

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 semiconductor device 1A, the transistor structures of the region 80, the region 81, and the region 82 are separately formed by depositing and selective etching the insulating film 41 and the insulating film 42. By providing the dielectric layer 40A having the dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b having different thicknesses between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, a combination of transistor structures having different characteristics is realized. Therefore, in order to realize a transistor structure having different characteristics, it is not necessary to process the electron supply layer 20 or the electron traveling layer 10 and to provide recesses such as steps and holes in the electron supply layer 20 and the like by processing. Therefore, the effects such as a decrease in output due to damage caused by processing of the electron supply layer 20 and the like, a decrease in manufacturing reproducibility due to variation in processing depth, and a decrease in output due to a decrease in effective channel width due to region division are effective. It becomes possible to suppress the target. As a result, it is possible to suppress a decrease in output, realize a combination of transistor structures having different characteristics, flatten the transconductance, and improve the linearity.

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-output semiconductor device 1A having excellent linearity.
Subsequently, a method for forming the semiconductor device 1A having the above configuration will be described.

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 initial layer 3 is laminated on the base substrate 2, the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20 are laminated on the initial layer 3. The structure is prepared. As the base substrate 2, a substrate such as SiC, Si, sapphire, GaN, AlN, or diamond is used. The base substrate 2 may have a single-layer structure of one type of substrate, or may have a laminated structure of one type or two or more types of substrates. The initial layer 3, the electron traveling layer 10, and the electron supply layer 20 are epitaxially grown on the base substrate 2 by using, for example, the MOVPE method. As the initial layer 3, a nitride semiconductor having a single layer structure such as AlN, GaN, AlGaN, or a laminated structure of two or more of them is grown. Nitride semiconductors such as GaN and AlGaN are grown on the initial layer 3 as the electron traveling layer 10. On the electron traveling layer 10 (the surface 10a thereof), a nitride semiconductor having a single layer structure such as AlGaN, InAlN, InAlGaN, AlN, ScAlN or a laminated structure of two or more of them is grown as the electron supply layer 20. To. 2DEG70 is generated in the vicinity of the junction interface between the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20.

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 initial layer 3, the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20 are formed on the base substrate 2, an element separation region (not shown) is formed. For example, first, a resist pattern having an opening is formed in a region forming an element separation region by a photolithography technique. Then, using the formed resist pattern as a mask, Ar (argon) ions are injected into the nitride semiconductor at the opening to form an element separation region. The device separation region may be formed by removing the nitride semiconductor at the opening of the resist pattern by dry etching such as reactive ion etching (RIE) using Cl (chlorine) gas. .. After forming the element separation region, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 initial layer 3, the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20 are formed on the base substrate 2, and the element separation region (not shown) is formed, as shown in FIGS. 7 (A) and 7 (B). , The source electrode 50 and the drain electrode 60 are formed. For example, first, a resist pattern having an opening is formed in a region forming the source electrode 50 and the drain electrode 60 by a photolithography technique. Then, the metal material is vapor-deposited on the resist pattern and in the opening thereof by the vacuum vapor deposition method. As an example, Ti having a thickness of 2 nm to 50 nm is vapor-deposited, and Al having a thickness of 100 nm to 300 nm is vapor-deposited on the Ti. After the metal material is deposited, the lift-off technique removes the resist pattern along with the metal material deposited on it. As a result, the source electrode 50 and the drain electrode 60 are formed. After that, heat treatment (alloying treatment) is performed at 500 ° C. to 900 ° C. in a nitrogen atmosphere to establish ohmic connection between the source electrode 50 and the drain electrode 60.

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 source electrode 50 and the drain electrode 60, as shown in FIGS. 8A and 8B, the first insulating film 41 having the opening 41a is formed. For example, first, AlO having a thickness of 2 nm to 10 nm is formed on the electron supply layer 20 (the surface 20a thereof) by using the ALD method. Next, a resist pattern having an opening is formed in the region where AlO is removed by the photolithography technique. The opening of the resist pattern is provided in a region where a part of the electron supply layer 20 is exposed from the first insulating film 41. Then, using the formed resist pattern as a mask, AlO at the opening is removed by wet etching using, for example, tetra-Methyl-Ammonium Hydroxide (TMAH). As a result, the first insulating film 41 using AlO having an opening 41a leading to a part of the electron supply layer 20 is formed. After the first layer of the insulating film 41 is formed, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 film 41, TMAH suppresses the etching of AlGaN and the like of the underlying electron supply layer 20 and introduces damage to the electron supply layer 20. It can be suppressed. Therefore, TMAH is suitable as an etchant for selective etching when AlO is used for the first layer insulating film 41. However, for etching the first layer insulating film 41 using AlO, not only TMAH but also other alkaline chemicals and dry etching such as RIE using F (fluorine) gas can be used. be.

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-layer insulating film 41, the second-layer insulating film 42 having the opening 42a is formed as shown in FIGS. 9A and 9B. For example, first, SiN having a thickness of 2 nm to 20 nm is formed on the AlO of the first insulating film 41 and on the electron supply layer 20 exposed from the opening 41a by using the plasma CVD method. Here, it is desirable that the total thickness of the AlO of the first-layer insulating film 41 and the SiN of the second-layer insulating film 42 laminated thereto is 30 nm or less from the viewpoint of high-frequency characteristics. For example, by setting the AlO of the first layer insulating film 41 to a thickness of 2 nm to 10 nm and the SiN of the second layer insulating film 42 to a thickness of 2 nm to 20 nm, the total thickness of these AlO and SiN is 4 nm. It is set in the range of ~ 30 nm. Following the formation of SiN in the second layer insulating film 42, a resist pattern having an opening in the region where SiN is removed is formed by a photolithography technique. The opening of the resist pattern is formed in a region of the first insulating film 41 that includes an opening 41a in which a part of the electron supply layer 20 is exposed and a part of the insulating film 41 outside the opening 41a. It is provided. Then, using the formed resist pattern as a mask, SiN at the opening is removed by dry etching such as RIE using an F-based gas. As a result, a second insulating film 42 using SiN having an opening 42a leading to a part of the first insulating film 41 and a part of the electron supply layer 20 is formed. After forming the second insulating film 42, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 film 42, and also suppresses etching of AlGaN or the like of the electron supply layer 20 which is a part of the base. , The introduction of damage to the electron supply layer 20 can be suppressed. Further, in the dry etching using the F-based gas, the etching rate of the first layer insulating film 41, which is a part of the base of the second layer insulating film 42, with respect to AlO is much slower than the etching rate with respect to SiN. .. Therefore, according to dry etching using an F-based gas, the SiN of the second layer insulating film 42 can be etched with a high selectivity.

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 AlO insulating film 41 having the opening 41a in which a part of the electron supply layer 20 is exposed is formed, and a part of the insulating film 41 and a part of the electron supply layer 20 are formed on the insulating film 41 of the first layer. A second-layer SiN insulating film 42 having a communicating opening 42a is formed, and a dielectric layer 40A is formed.

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 film 42, as shown in FIGS. 10A and 10B, it is exposed from a part of the second insulating film 42 and the opening 42a of the insulating film 42. The gate electrode 30 is formed on a part of the first insulating film 41 and a part of the electron supply layer 20. For example, first, a resist pattern having an opening is formed in a region forming the gate electrode 30 by a photolithography technique. The opening of the resist pattern corresponds to a part of the second insulating film 42, a part of the first insulating film 41 exposed from the opening 42a of the insulating film 42, and a part of the electron supply layer 20. It is provided in the area to be used. Then, the metal material is vapor-deposited on the resist pattern and in the opening thereof by the vacuum vapor deposition method. As an example, Ni having a thickness of 5 nm to 30 nm is vapor-deposited, and Au having a thickness of 100 nm to 300 nm is vapor-deposited on the Ni. After the metal material is deposited, the lift-off technique removes the resist pattern along with the metal material deposited on it. As a result, the gate electrode 30 is formed. A heat treatment may be performed after the formation of the gate electrode 30.

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 semiconductor device 1A having the configurations shown in FIGS. 10 (A) and 10 (B) is formed.
A region 80 in which neither the insulating film 41 nor the insulating film 42 is interposed and a region 81 in which the single-layer film of the insulating film 41 is interposed between the electron supply layer 20 of the semiconductor device 1A and the gate electrode 30 above the electron supply layer 20. And a region 82 in which the insulating film 41 and the laminated film of the insulating film 42 are interposed are provided. In the region 80 in which neither the insulating film 41 nor the insulating film 42 is interposed, that is, in the region 80 in which the dielectric layer 40A is not interposed, the electron supply layer 20 and the gate electrode 30 are in contact with each other, and the gate electrode 30 is Schottky connected. In the region 81 in which the single-layer film of the insulating film 41 is interposed, the insulating film 41 functions as a relatively thin dielectric portion 40a in the dielectric layer 40A. In the region 82 in which the insulating film 41 and the laminated film of the insulating film 42 are interposed, the insulating film 41 and the insulating film 42 function as a relatively thick dielectric portion 40b in the dielectric layer 40A. As a result, in the semiconductor device 1A, different transistor structures are formed in the region 80, the region 81, and the region 82, respectively.

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 region 80 in which the dielectric layer 40A is not interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. A MIS gate is formed in a region 81 in which a relatively thin dielectric portion 40a of the dielectric layer 40A is interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. A MIS gate having a configuration different from that of the MIS gate in the region 81 is formed in the region 82 in which the relatively thick dielectric portion 40b of the dielectric layer 40A is interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. As a result, the semiconductor device 1A is formed by combining three types of transistor structures having different characteristics from each other.

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 semiconductor device 1A, the area ratio of each part of the dielectric layer 40A in the region 80, the region 81, and the region 82 with respect to the gate electrode 30 is adjusted to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. To. In the formation of the semiconductor device 1A, the size of the opening 41a of the first insulating film 41 (the size of the electron supply layer 20 exposed from the opening 41a) of the first layer 41 and the size of the second layer so as to obtain desired transconductance and linearity. The size of the opening 42a of the insulating film 42 (the size of the insulating film 41 and the electron supply layer 20 exposed from the opening 42a) is set. Further, the size of the gate electrode 30 in the gate length direction D2 is set so as to obtain the desired transconductance and linearity. For example, in this way, the area of the electron supply layer 20 overlapping the gate electrode 30, the area of the insulating film 41 (dielectric portion 40a) overlapping the gate electrode 30, and the insulating film 41 and the insulating film overlapping the gate electrode 30. The area of 42 (dielectric portion 40b) is adjusted. In order to obtain desired mutual conductance and linearity, the type and thickness of the nitride semiconductor of the electron supply layer 20, the combination of the nitride semiconductors of the electron supply layer 20 and the electron traveling layer 10 and the like are appropriately set. ..

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 semiconductor device 1A, the transistor structures having different characteristics of the region 80, the region 81, and the region 82 are created separately by the deposition and selective etching of the insulating film 41 and the insulating film 42. When the opening 41a of the first insulating film 41 on the electron supply layer 20 is formed, the introduction of damage to the electron supply layer 20 is suppressed by selective etching on the electron supply layer 20. At the time of forming the opening 42a of the second insulating film 42 on the first insulating film 41 and the electron supply layer 20, electrons are selectively etched on the electron supply layer 20 (and the first insulating film 41). The introduction of damage to the supply layer 20 is suppressed. According to the above-mentioned forming method of the semiconductor device 1A, in order to realize a transistor structure having different characteristics, the electron supply layer 20 or the electron traveling layer 10 is further processed, and the electron supply layer 20 or the like is processed to have steps, holes, or the like. It is not necessary to provide a recess. Therefore, the effects such as a decrease in output due to damage caused by processing of the electron supply layer 20 and the like, a decrease in manufacturing reproducibility due to variation in processing depth, and a decrease in output due to a decrease in effective channel width due to region division are effective. Can be suppressed.

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 semiconductor device 1A, an example in which the first-layer insulating film 41 is AlO and the second-layer insulating film 42 is SiN is shown, but the insulation of the two-layer insulating film 41 and the insulating film 42 is shown. The combination of materials is not limited to this example. The first layer insulating film 41 is formed and the opening 41a is formed by selective etching (FIG. 8), the second layer insulating film 42 is formed therein, and the opening 42a is formed by selective etching (FIG. 8). If it can be done in FIG. 9), various combinations of insulating materials can be adopted.

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 semiconductor device 1A, the area ratio of the dielectric portion 40a and the dielectric portion 40b of the dielectric layer 40A interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30 so as to obtain desired transconductance and linearity. May be set. For example, in the semiconductor device 1A, as shown in FIG. 11A, the forming region of the first insulating film 41 of the dielectric layer 40A interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, and the region thereof. The forming region of the second layer insulating film 42 laminated on the upper layer may be set respectively. The width of the single-layer film portion (dielectric portion 40a) of the insulating film 41 and the width of the laminated film portion (dielectric portion 40b) of the insulating film 41 and the insulating film 42 may be the same. It may be different.

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 semiconductor device 1A, the area ratios of the dielectric portions 40a and the dielectric portions 40b so as to obtain desired mutual conductance and linearity are as shown in FIGS. 11B and 11C. It may be configured. That is, as shown in FIGS. 11B and 11C, one end of the forming region of the second layer insulating film 42 is aligned with one end of the forming region of the first insulating film 41. You may. Alternatively, as shown in FIG. 11C, a continuous forming region of the first layer insulating film 41 may be provided between the pair of forming regions of the second layer insulating film 42.

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 semiconductor device 1A is not limited to a combination of three types of transistor structures of a Schottky gate and two types of MIS gates. For example, as shown in FIG. 11 (D), the dielectric portions 40a having different thicknesses and the dielectric portions 40a having different thicknesses are provided without providing a shotky gate region in which the dielectric layer 40A is not interposed between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30. It is also possible to provide only two types of MIS gate regions in which the dielectric portion 40b is interposed. In the case of the configuration as shown in FIG. 11D, the insulating film 41 of the first layer has an ultra-thin thickness such that the tunnel effect is exhibited, for example, a thickness of less than 2 nm, and the region of the dielectric portion 40a. Can also effectively function as a shot key gate.

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 semiconductor device 1A, it is not always necessary to provide the Schottky gate and each of the two types of MIS gates at a plurality of locations. The area ratio of the dielectric portion 40a and the dielectric portion 40b of the dielectric layer 40A can be set so as to obtain the desired mutual conductance and linearity, and the insulating film 41 and the insulating film 41 and the insulation can be set so as to have the area ratio. The formation region of the film 42 can be set respectively.

[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 semiconductor device 1B shown in FIGS. 12A and 12B is an example of HEMT. The semiconductor device 1B includes an electron traveling layer 10, an electron supply layer 20, a dielectric layer 40B, a gate electrode 30, a source electrode 50, and a drain electrode 60. The semiconductor device 1B has a configuration in which a third insulating film 43 is further provided as the dielectric layer 40B in addition to the first insulating film 41 and the second insulating film 42. The semiconductor device 1B is different from the semiconductor device 1A described in the first embodiment in this respect.

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 dielectric layer 40B is provided on the surface 20a side of the electron supply layer 20 opposite to the electron traveling layer 10 side. The dielectric layer 40B includes an insulating film 41, an insulating film 42 laminated on the insulating film 41, and an insulating film 43 laminated on the insulating film 42.

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 film 41 has an opening 41a leading to a part of the electron supply layer 20. The second-layer insulating film 42 includes an opening 41a of the insulating film 41 and a part of the insulating film 41 outside the insulating film 41, and includes an opening 42a leading to a part of the insulating film 41 and a part of the electron supply layer 20. Have. The third-layer insulating film 43 includes the opening 42a of the insulating film 42 and a part of the insulating film 42 outside the insulating film 42, and the opening 41a of the insulating film 41 and a part of the insulating film 41 outside the opening 41a. It has an opening 43a leading to a part of the insulating film 42, a part of the insulating film 41, and a part of the electron supply layer 20.

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 film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43, for example, one or a mixture of two or more of SiN, AlO, AlN, SiO, HfO, ZrO, LaO, and TaO is used. For example, different types of insulating materials are used for the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43. Alternatively, different types of insulating materials are used for the first-layer insulating film 41 and the second-layer insulating film 42, and different types of insulating materials are used for the second-layer insulating film 42 and the third-layer insulating film 43. An insulating material is used, and the same type of insulating material may be used for the first-layer insulating film 41 and the third-layer insulating film 43. The insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 are formed by using a plasma CVD method, an ALD method, or the like, depending on the type of insulating material used therein.

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 dielectric layer 40B includes an insulating film 41 provided in a part of the electron supply layer 20, an insulating film 42 provided in a part of the area above the insulating film 41, and an insulating film 42 provided in a part of the area above the insulating film 41. The film 43 forms a dielectric portion 40a, a dielectric portion 40b, and a dielectric portion 40c having different thicknesses in the stacking direction D1. That is, the dielectric layer 40B is insulated from the dielectric portion 40a having a single-layer film of the insulating film 41, the dielectric portion 40b having a laminated film of the insulating film 41 and the insulating film 42, and the insulating film 41 and the insulating film 42. The dielectric portion 40c having a laminated film with the film 43 is included. The dielectric portion 40a has a thickness corresponding to the thickness of the insulating film 41, and the dielectric portion 40b has a thickness corresponding to the total thickness of the insulating film 41 and the insulating film 42, and is a dielectric. The portion 40c has a thickness corresponding to the total thickness of the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43. In this example, the dielectric portion 40b is thicker than the dielectric portion 40a by the thickness of the insulating film 42, and the dielectric portion 40c is thicker than the dielectric portion 40b by the thickness of the insulating film 43.

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 gate electrode 30 is formed on a dielectric portion 40a (the insulating film 41 thereof) having a different thickness of the dielectric layer 40B, on the dielectric portion 40b (the insulating film 42), and on the dielectric portion 40c (the insulating film 43). Further, it is provided on the electron supply layer 20 (the surface 20a thereof) on which the dielectric layer 40B is not provided. The dielectric layer 40B is a dielectric portion 40a and a dielectric having different thicknesses between the gate electrode 30 and the electron supply layer 20 in a cross-sectional view in the gate width direction D3 orthogonal to the gate length direction D2 of the gate electrode 30. A portion 40b and a dielectric portion 40c are provided. As shown in FIG. 12A, for example, the gate electrode 30 has an edge 41a of the insulating film 41 of the dielectric layer 40B, an opening 42a of the insulating film 42, and an insulating film in the gate length direction D2. The size is provided so as to be inside the edge of the opening 43a of 43.

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 surface 20a of the electron supply layer 20 in the region overlapping the gate electrode 30 has high flatness and is parallel to the surface 10a of the electron traveling layer 10 on which the electron supply layer 20 is laminated. The surface 20a of 20 is not provided with recesses such as steps and holes.

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 region 80 in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 in which the dielectric layer 40B is not provided is a region of the shot key gate. A region 81 in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 via the dielectric portion 40a, a region 82 in which the gate electrode 30 is provided via the dielectric portion 40b, and a gate electrode 30 via the dielectric portion 40c. The provided region 83 is a region of the MIS gate. As described above, the semiconductor device 1B has a Schottky gate region 80 in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 in contact with the gate electrode 30 and the gate electrode 30 is Schottky connected. When another nitride semiconductor such as a cap layer is provided on the electron supply layer 20, a gate electrode 30 is provided in contact with the nitride semiconductor, and the gate electrode 30 is Schottky connected. Further, the semiconductor device 1B further includes a region 81, a region 82, and a region 83 of the MIS gate in which the gate electrode 30 is provided on the electron supply layer 20 via the dielectric portions 40a, the dielectric portions 40b, and the dielectric portions 40c having different thicknesses. Has. That is, the semiconductor device 1B is provided with a combination of four types of transistor structures having different characteristics.

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 semiconductor device 1B, the region 80 in which the dielectric layer 40B is not provided, and the region 81, the region 82, and the region 83 in which the dielectric portions 40a, the dielectric portions 40b, and the dielectric portions 40c having different thicknesses are interposed form each other. Transistor structures with different current-voltage characteristics are realized. For example, in the semiconductor device 1B, a transistor structure in which the threshold value and the transconductance are different from each other is realized by the region 80, the region 81, the region 82, and the region 83. In the semiconductor device 1B, by providing a combination of transistor structures having different characteristics from each other, it is possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. At the time of combination, the area 80 (the electron supply layer 20), the area 81 (the insulating film 41), the area 82 (the laminated film of the insulating films 41 and 42) and the area 83 (the insulating film) with respect to the gate electrode 30. The area ratio occupied by each of the 41, 42, and 43 laminated films) is adjusted. This adjusts the degree of flattening of the transconductance and the degree of improvement in linearity.

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 semiconductor device 1B, by using the three-layer insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 as the dielectric layer 40B, it is possible to combine four types of transistor structures including a region in which the dielectric layer 40B is not provided. become. Therefore, the transconductance and linearity of the semiconductor device 1B can be brought closer to the desired transconductance and linearity with higher accuracy.

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 semiconductor device 1B, the transistor structures of the region 80, the region 81, the region 82, and the region 83 are separately formed by depositing and selective etching the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43. By providing a dielectric layer 40B having a dielectric portion 40a, a dielectric portion 40b, and a dielectric portion 40c having different thicknesses between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, a combination of transistor structures having different characteristics can be obtained. Realize. Therefore, in order to realize a transistor structure having different characteristics, it is not necessary to process the electron supply layer 20 or the electron traveling layer 10 and to provide recesses such as steps and holes in the electron supply layer 20 and the like by processing. Therefore, the effects such as a decrease in output due to damage caused by processing of the electron supply layer 20 and the like, a decrease in manufacturing reproducibility due to variation in processing depth, and a decrease in output due to a decrease in effective channel width due to region division are effective. It becomes possible to suppress the target. As a result, it is possible to suppress a decrease in output, realize a combination of transistor structures having different characteristics, flatten the transconductance, and improve the linearity.

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-output semiconductor device 1B having excellent linearity.
Subsequently, a method for forming the semiconductor device 1B having the above configuration will be described.

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 initial layer 3, the electron traveling layer 10 and the electron supply layer 20 on the base substrate 2 (FIG. 6), and the formation of the source electrode 50 and the drain electrode 60 (FIG. 7), FIG. 13 (A) and As shown in FIG. 13B, the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 are formed. For example, first, SiN having a thickness of 2 nm to 10 nm is formed on the electron supply layer 20 as the first insulating film 41 by using a plasma CVD method. Next, AlO having a thickness of 2 nm to 10 nm is formed as the second insulating film 42 on the SiN of the first insulating film 41 by using the ALD method. Next, SiO having a thickness of 2 nm to 10 nm is formed on the AlO of the second-layer insulating film 42 as the third-layer insulating film 43 by using the plasma CVD method. Here, the total thickness of the SiN of the first-layer insulating film 41, the AlO of the second-layer insulating film 42 laminated on the SiN, and the SiO of the third-layer insulating film 43 laminated on the SiN is a high frequency. From the viewpoint of characteristics, it is desirable that the thickness is 30 nm or less. For example, by setting the SiN of the first-layer insulating film 41, the AlO of the second-layer insulating film 42, and the SiO of the third-layer insulating film 43 to a thickness of 2 nm to 10 nm, these SiN, AlO, and SiN, respectively. The total thickness of is set in the range of 6 nm to 30 nm.

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 film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 are formed, the SiO of the third layer insulating film 43 is first etched as shown in FIGS. 14 (A) and 14 (B). For example, a resist pattern having an opening is formed in a region of the third layer insulating film 43 from which SiO is removed by a photolithography technique. Then, using the formed resist pattern as a mask, the SiO in the opening is removed by dry etching such as RIE using an F-based gas. As a result, the third-layer insulating film 43 using SiO is formed, which has an opening 43a leading to a part of the second-layer insulating film 42. After forming the third layer insulating film 43, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 layer insulating film 43, the etching rate of the underlying second layer insulating film 42 with respect to AlO is the etching rate with respect to SiO. Very slow compared to. Therefore, according to dry etching using an F-based gas, the SiO of the third-layer insulating film 43 can be etched with respect to the AlO of the second-layer insulating film 42 at a high selectivity.

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 layer insulating film 43, the AlO of the second layer insulating film 42 is etched as shown in FIGS. 15A and 15B. For example, a resist pattern having an opening is formed in a region for removing a part of the second-layer insulating film 42 exposed in the opening 43a of the third-layer insulating film 43 by a photolithography technique. Then, using the formed resist pattern as a mask, AlO of the second layer insulating film 42 of the opening is removed by wet etching using TMAH or the like. As a result, the second-layer insulating film 42 using AlO having an opening 42a leading to a part of the first-layer insulating film 41 is formed. After forming the second insulating film 42, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 layer insulating film 42, TMAH can suppress etching of SiN of the first layer insulating film 41 under the TMAH. Therefore, according to wet etching using TMAH, the AlO of the second-layer insulating film 42 can be etched with a high selectivity with respect to the SiN of the first-layer insulating film 41.

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 layer insulating film 42, the SiN of the first layer insulating film 41 is etched as shown in FIGS. 16A and 16B. For example, a resist pattern having an opening is formed in a region for removing a part of the first-layer insulating film 41 exposed in the opening 42a of the second-layer insulating film 42 by a photolithography technique. Then, using the formed resist pattern as a mask, the SiN of the first layer insulating film 41 of the opening is removed by dry etching such as RIE using an F-based gas. As a result, the first insulating film 41 using SiN having an opening 41a leading to a part of the electron supply layer 20 is formed. After the first layer of the insulating film 41 is formed, the resist pattern used as a mask is removed by using an organic solvent or the like.

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 film 41, it is possible to suppress etching of AlGaN or the like of the underlying electron supply layer 20 and to suppress the etching of the electron supply layer. The introduction of damage to 20 can be suppressed. According to dry etching using an F-based gas, the SiN of the first insulating film 41 can be etched with a high selectivity with respect to AlGaN or the like of the electron supply layer 20.

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 SiN insulating film 41, the second-layer AlO insulating film 42, and the third-layer SiO insulating film 43 are laminated, and the opening 43a and the opening 42a are sequentially selected and etched from the upper layer. And the opening 41a is formed, and the dielectric layer 40B is formed.

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 film 43, the insulating film 42, and the insulating film 41, the gate electrode 30 is formed as shown in FIGS. 17 (A) and 17 (B). That is, a part on the third-layer insulating film 43, a part on the second-layer insulating film 42 exposed from the opening 43a, and a part on the first-layer insulating film 41 exposed from the opening 42a. The gate electrode 30 is formed in a part and a part on the electron supply layer 20. For example, first, a resist pattern having an opening is formed in a region forming the gate electrode 30 by a photolithography technique. Then, the metal material is vapor-deposited on the resist pattern and in the opening thereof by the vacuum vapor deposition method. As an example, Ni having a thickness of 5 nm to 30 nm is vapor-deposited, and Au having a thickness of 100 nm to 300 nm is vapor-deposited on the Ni. After the metal material is deposited, the lift-off technique removes the resist pattern along with the metal material deposited on it. As a result, the gate electrode 30 is formed. A heat treatment may be performed after the formation of the gate electrode 30.

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 semiconductor device 1B having the configurations shown in FIGS. 17 (A) and 17 (B) is formed.
A region 80 in which none of the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 is interposed is formed between the electron supply layer 20 of the semiconductor device 1B and the gate electrode 30. In this region 80, the gate electrodes 30 are Schottky connected to form a Schottky gate. Between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30 of the semiconductor device 1B, a region 81 in which a single-layer film of the insulating film 41 is interposed and a region 82 in which a laminated film of the insulating film 41 and the insulating film 42 is interposed are further interposed. , And a region 83 in which a laminated film of the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 is interposed is formed. In the region 81, the insulating film 41 functions as the thinnest dielectric portion 40a in the dielectric layer 40B, and a MIS gate is formed. In the region 82, the insulating film 41 and the insulating film 42 function as a dielectric portion 40b having an intermediate thickness in the dielectric layer 40B, and a MIS gate is formed. In the region 83, the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 function as the thickest dielectric portion 40c in the dielectric layer 40B, and a MIS gate is formed. As a result, the semiconductor device 1B is formed by combining four types of transistor structures having different characteristics in the region 80, the region 81, the region 82, and the region 83. In the semiconductor device 1B, the area ratio of each part of the dielectric layer 40B in the region 80, the region 81, the region 82, and the region 83 with respect to the gate electrode 30 is adjusted to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. Is realized.

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 semiconductor device 1B, the transistor structures having different characteristics of the region 80, the region 81, and the region 82 are created separately by the deposition and selective etching of the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43. When the opening 41a of the first insulating film 41 on the electron supply layer 20 is formed, the introduction of damage to the electron supply layer 20 is suppressed by selective etching on the electron supply layer 20. According to the above-mentioned forming method of the semiconductor device 1B, in order to realize a transistor structure having different characteristics, the electron supply layer 20 or the electron traveling layer 10 is further processed, and the electron supply layer 20 or the like is processed to have steps, holes, or the like. It is not necessary to provide a recess. Therefore, the effects such as a decrease in output due to damage caused by processing of the electron supply layer 20 and the like, a decrease in manufacturing reproducibility due to variation in processing depth, and a decrease in output due to a decrease in effective channel width due to region division are effective. Can be suppressed.

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 semiconductor device 1B, an example is shown in which the first-layer insulating film 41 is SiN, the second-layer insulating film 42 is AlO, and the third-layer insulating film 43 is SiO. The combination of the insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating material of the insulating film 43 is not limited to this example. After laminating the three layers of the insulating film 41, the insulating film 42 and the insulating film 43 (FIG. 13), the opening 43a, the opening 42a and the opening 41a are formed by selective etching in order from the upper layer (FIGS. 14 to 16). If possible, various combinations of insulating materials can be adopted.

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 semiconductor device 1B, after laminating the three layers of the insulating film 41, the insulating film 42 and the insulating film 43 (FIG. 13), the opening 43a, the opening 42a and the opening 42a are sequentially etched from the upper layer. An example in which the opening 41a is formed (FIGS. 14 to 16) and the dielectric layer 40B is formed is shown. In addition, the dielectric layer 40B including the three-layer insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 can also be formed according to the example of the forming method described in the first embodiment. That is, the first-layer insulating film 41 is formed to form the opening 41a, the second-layer insulating film 42 is formed on the first-layer insulating film 41 to form the opening 42a, and the third layer is formed on the second-layer insulating film 42. The insulating film 43 may be formed to form the opening 43a.

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 dielectric layer 40A including the two-layer insulating film 41 and the insulating film 42, the formation of the dielectric layer 40A is described in the second embodiment. It can also be formed according to an example of the method. That is, after the second insulating film 42 is laminated on the first insulating film 41, the opening 42a and the opening 41a are formed in order from the upper layer by selective etching to form the dielectric layer 40A. May be good.

[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 semiconductor device 1C shown in FIGS. 18 (A) and 18 (B) is an example of HEMT. The semiconductor device 1C includes an electron traveling layer 10, an electron supply layer 20, a dielectric layer 40A, a gate electrode 30, a source electrode 50, and a drain electrode 60. In the semiconductor device 1C, in the Schottky gate region 80, the end 31 of the gate electrode 30 in the gate length direction D2, which is the direction in which the source electrode 50 and the drain electrode 60 face each other, is located on the dielectric layer 40A. It has a structure. The semiconductor device 1C is different from the semiconductor device 1A described in the first embodiment in that it has such a configuration.

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 semiconductor device 1C, in addition to the MIS gate region 81 and the region 82, a configuration is adopted in which the end 31 of the gate electrode 30 in the gate length direction D2 is located on the dielectric layer 40A in the Schottky gate region 80. .. As a result, in the semiconductor device 1C, the electric field concentration at the end 31 of the gate electrode 30 is relaxed, the occurrence of the current collapse phenomenon when a high voltage is applied, and the decrease in the drain current due to the phenomenon are suppressed.

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-output semiconductor device 1C having excellent linearity.
Here, the dielectric layer 40A including the two-layer insulating film 41 and the insulating film 42 as described in the first embodiment is taken as an example. In addition, when the dielectric layer 40B including the three-layer insulating film 41, the insulating film 42, and the insulating film 43 as described in the second embodiment is used, the gate electrode 30 is similarly in the gate length direction. It is possible to adopt a configuration in which the end portion 31 of D2 is located on the dielectric layer 40B.

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 electron supply layer 20 and the gate electrode 30, the dielectric layer 40A including the two-layer insulating film 41 and the insulating film 42, and the three-layer insulating film 41 and the insulating film The dielectric layer 40B including the 42 and the insulating film 43 has been exemplified. The number of layers of the insulating film contained in the dielectric layer provided between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30 is not limited to the above example, and a dielectric layer containing four or more insulating films is used. You can also do it. As the number of insulating film layers contained in the dielectric layer is increased, the types of transistor structures to be combined can be increased, and the transconductance and linearity obtained by the combination can be obtained with higher accuracy and desired transconductance and linearity. It becomes possible to approach.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like having the configurations as described in the first to third embodiments can be applied to various electronic devices. As an example, a case where a semiconductor device having the above configuration is applied to a semiconductor package, a power factor improving circuit, a power supply device, and an amplifier will be described below.

[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 semiconductor package 400 shown in FIG. 19 is an example of a discrete package. The semiconductor package 400 includes, for example, the semiconductor device 1A (FIG. 3 and the like) described in the first embodiment, the lead frame 410 on which the semiconductor device 1A is mounted, and the resin 420 that seals them.

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 semiconductor device 1A is mounted on the die pad 410a of the lead frame 410 using a die attach material or the like (not shown). The semiconductor device 1A is provided with a pad 30a connected to the gate electrode 30, a pad 50a connected to the source electrode 50, and a pad 60a connected to the drain electrode 60. The pad 30a, the pad 50a, and the pad 60a are each connected to the gate lead 411, the source lead 412, and the drain lead 413 of the lead frame 410 by using a wire 430 such as Al. The lead frame 410, the semiconductor device 1A mounted on the lead frame 410, and the wire 430 connecting them are sealed with the resin 420 so that each part of the gate lead 411, the source lead 412, and the drain lead 413 is exposed.

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 semiconductor device 1A described in the first embodiment is used, and a semiconductor package 400 having such a configuration can be obtained. Here, the semiconductor device 1A is taken as an example, but a similar semiconductor package 400 can be obtained by using other semiconductor devices 1B, 1C, and the like.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like, the dielectric layers 40A and 40B having different thickness portions are provided between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, so that the threshold value and the transconductance Transistor structures having different characteristics such as the above are combined and provided. This makes it possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. Further, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C, etc., it is possible to suppress the processing of the electron supply layer 20 and the like for providing the transistor structures having different characteristics in combination and the damage caused by the processing, resulting in a decrease in output and manufacturing reproduction. Deterioration of sex is suppressed. Therefore, high-output semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like having excellent linearity are stably realized. Such semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used to realize a high-performance semiconductor package 400.

[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) circuit 500 shown in FIG. 20 includes a switch element 510, a diode 520, a choke coil 530, a capacitor 540, a capacitor 550, a diode bridge 560 and an alternating current power supply 570 (AC).

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 PFC circuit 500, the drain electrode of the switch element 510, the anode terminal of the diode 520, and one terminal of the choke coil 530 are connected. The source electrode of the switch element 510 is connected to one terminal of the capacitor 540 and one terminal of the capacitor 550. The other terminal of the capacitor 540 and the other terminal of the choke coil 530 are connected. The other terminal of the capacitor 550 and the cathode terminal of the diode 520 are connected. A gate driver is connected to the gate electrode of the switch element 510. An AC power supply 570 is connected between both terminals of the capacitor 540 via a diode bridge 560, and a direct current power supply (DC) is taken out from both terminals of the capacitor 550.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used for the switch element 510 of the PFC circuit 500 having such a configuration.
As described above, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like, the dielectric layers 40A and 40B having different thickness portions are provided between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, so that the threshold value and the transconductance Transistor structures having different characteristics such as the above are combined and provided. This makes it possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. Further, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C, etc., it is possible to suppress the processing of the electron supply layer 20 and the like for providing the transistor structures having different characteristics in combination and the damage caused by them, resulting in a decrease in output and manufacturing reproduction. Deterioration of sex is suppressed. Therefore, high-output semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like having excellent linearity are stably realized. Such semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used to realize a high-performance PFC circuit 500.

[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 power supply device 600 shown in FIG. 21 includes a primary side circuit 610 and a secondary side circuit 620, and a transformer 630 provided between the primary side circuit 610 and the secondary side circuit 620.

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 primary side circuit 610 includes an inverter circuit connected between both terminals of the PFC circuit 500 as described in the fifth embodiment and the capacitor 550 of the PFC circuit 500, for example, a full bridge inverter circuit 640. Is done. The full-bridge inverter circuit 640 includes a plurality of (four as an example here) switch element 641, a switch element 642, a switch element 643, and a switch element 644.

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 secondary circuit 620 includes a plurality of (three as an example here) switch elements 621, switch elements 622, and switch elements 623.
For example, the semiconductor devices 1A, 1B, 1C are attached to the switch elements 510 of the PFC circuit 500 included in the primary side circuit 610 and the switch elements 641 to 644 of the full bridge inverter circuit 640 of the power supply device 600 having such a configuration. Etc. are used. For example, a normal MIS gate FET using Si is used for the switch elements 621 to 623 of the secondary circuit 620 of the power supply device 600.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like, the dielectric layers 40A and 40B having different thickness portions are provided between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, so that the threshold value and the transconductance Transistor structures having different characteristics such as the above are combined and provided. This makes it possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. Further, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C, etc., it is possible to suppress the processing of the electron supply layer 20 and the like for providing the transistor structures having different characteristics in combination and the damage caused by the processing, resulting in a decrease in output and manufacturing reproduction. Deterioration of sex is suppressed. Therefore, high-output semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like having excellent linearity are stably realized. Such semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used to realize a high-performance power supply device 600.

[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 amplifier 700 shown in FIG. 22 includes a digital predistortion circuit 710, a mixer 720, a mixer 730, and a power amplifier 740.

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 digital pre-distortion circuit 710 compensates for the non-linear distortion of the input signal. The mixer 720 mixes the input signal SI and the AC signal in which the non-linear distortion is compensated. The power amplifier 740 amplifies the signal in which the input signal SI is mixed with the AC signal. In the amplifier 700, for example, the output signal SO can be mixed with the AC signal by the mixer 730 and sent to the digital predistortion circuit 710 by switching the switch. The amplifier 700 can be used as a high frequency amplifier or a high output amplifier.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used for the power amplifier 740 of the amplifier 700 having such a configuration.
As described above, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like, the dielectric layers 40A and 40B having different thickness portions are provided between the electron supply layer 20 and the gate electrode 30, so that the threshold value and the transconductance Transistor structures having different characteristics such as the above are combined and provided. This makes it possible to flatten the transconductance and thereby improve the linearity. Further, in the semiconductor devices 1A, 1B, 1C, etc., it is possible to suppress the processing of the electron supply layer 20 and the like for providing the transistor structures having different characteristics in combination and the damage caused by them, resulting in a decrease in output and manufacturing reproduction. Deterioration of sex is suppressed. Therefore, high-output semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like having excellent linearity are stably realized. Such semiconductor devices 1A, 1B, 1C and the like are used to realize a high-performance amplifier 700.

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 semiconductor devices 1A, 1B, 1C, etc. are applied (semiconductor package 400, PFC circuit 500, power supply device 600, amplifier 700, etc. described in the fourth to seventh embodiments) are various electronic devices. Alternatively, it can be mounted on an electronic device. For example, it can be mounted on various electronic devices or electronic devices such as computers (personal computers, supercomputers, servers, etc.), smartphones, mobile phones, tablet terminals, sensors, cameras, audio devices, measuring devices, inspection devices, manufacturing devices, etc. It is possible.

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 Appendix 1, wherein the first dielectric portion and the second dielectric portion are provided between the electrodes.

(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 Supplementary note 1 to 3.

(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 Supplementary note 1 to 4, wherein the semiconductor device includes a third dielectric portion.

(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 Appendix 7 or 8, wherein the gate electrode is Schottky-connected in the second region.

(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 Semiconductor device 2 Base substrate 3 Initial layer 10,110,210 Electron traveling layer 10a, 20a Surface 20,120,220 Electron supply layer 30,130,230 Gate electrode 30a, 50a, 60a Pad 31 End 40A, 40B Dielectric layer 40a, 40b, 40c Dielectric part 41, 42, 43 Insulating film 41a, 42a, 43a Opening 50 Source electrode 60 Drain electrode 70, 300 2DEG
80, 81, 82, 83 Region 400 Semiconductor Package 410 Lead Frame 410a Die Pad 411 Gate Lead 412 Source Lead 413 Drain Lead 420 Resin 430 Wire 500 PFC Circuit 510, 621, 622, 623, 641, 642, 643, 644 Switch Element 520 Diode 530 Choke coil 540,550 Capacitor 560 Diode bridge 570 AC power supply 600 Power supply 610 Primary side circuit 620 Secondary side circuit 630 Transformer 640 Full bridge Inverter circuit 700 Amplifier 710 Digital predistortion circuit 720, 730 Mixer 740 Power amplifier D1 Stacking direction D2 Gate length direction D3 Gate width direction

Claims (7)

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。
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.
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.
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。
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.
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。
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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