JP2022110730A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor device and a manufacturing method of the semiconductor device, which can achieve both high current and high withstand voltage with easy processing.SOLUTION: A semiconductor device includes a substrate, a semiconductor laminated structure including a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer provided above the substrate, and a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode above the barrier layer, and the barrier layer has an amorphous region spaced apart from the surface of the barrier layer on the substrate side in a first portion that overlaps the end of the gate electrode on the drain electrode side in plan view.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本開示は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device.

窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を有している。このため、これらの特性を利用して窒化物半導体を高耐圧及び高出力の半導体デバイスに適用することについて種々の検討が行われている。例えば、窒化物半導体の一種であるGaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)及びGaAsのバンドギャップ(1.4eV)よりも大きい。このため、GaNは、高い破壊電界強度を有しており、高電圧動作及び高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。 Nitride semiconductors have characteristics such as a high saturated electron velocity and a wide bandgap. For this reason, various studies have been made on the application of nitride semiconductors to high withstand voltage and high output semiconductor devices by utilizing these characteristics. For example, the bandgap of GaN, which is a type of nitride semiconductor, is 3.4 eV, which is larger than the bandgap of Si (1.1 eV) and the bandgap of GaAs (1.4 eV). For this reason, GaN has a high breakdown electric field strength, and is extremely promising as a material for semiconductor devices for power supplies that can operate at high voltages and obtain high output.

窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(high electron mobility transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。例えば、GaN系HEMTでは、GaNをチャネル層、AlGaNをバリア層として用いたAlGaN/GaN-HEMTが注目されている。 As semiconductor devices using nitride semiconductors, many reports have been made on field effect transistors, particularly high electron mobility transistors (HEMTs). For example, among GaN-based HEMTs, AlGaN/GaN-HEMTs using GaN as a channel layer and AlGaN as a barrier layer have attracted attention.

GaN系HEMTにおいて、高電流及び高耐圧を両立するために、二次元電子ガス(two-dimensional gas:2DEG)の濃度を変調させる技術が提案されている。 A technique for modulating the concentration of a two-dimensional gas (2DEG) has been proposed in order to achieve both a high current and a high breakdown voltage in a GaN-based HEMT.

特開2009-10216号公報JP 2009-10216 A 特開2008-235347号公報JP 2008-235347 A

Influence of surface states on the two-dimensional electron gas in AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors, J. Appl. Phys., 93 No.12, 15 (2003)Influence of surface states on the two-dimensional electron gas in AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors, J. Appl. Phys., 93 No.12, 15 (2003)

しかしながら、従来の技術では、2DEGの濃度の変調のための処理が煩雑であり、簡便な処理で高電流化及び高耐圧化を両立することが困難である。 However, in the conventional technique, the process for modulating the density of the 2DEG is complicated, and it is difficult to achieve both a high current and a high withstand voltage with a simple process.

本開示の目的は、容易な処理で高電流化及び高耐圧化を両立することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device that can achieve both high current and high withstand voltage with easy processing.

本開示の一形態によれば、基板と、前記基板の上方に設けられた窒化物半導体のチャネル層及びバリア層を含む半導体積層構造体と、前記バリア層の上方のゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記バリア層は、平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の端部と重なる第1部分に、当該バリア層の前記基板側の面から離間したアモルファス領域を有する半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a semiconductor laminated structure including a substrate, a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer provided above the substrate, and a gate electrode, a source electrode, and a drain above the barrier layer and an electrode, wherein the barrier layer has an amorphous region spaced from a surface of the barrier layer on the substrate side in a first portion overlapping an end portion of the gate electrode on the drain electrode side in plan view. An apparatus is provided.

本開示によれば、容易な処理で高電流化及び高耐圧化を両立することができる。 According to the present disclosure, it is possible to achieve both high current and high withstand voltage with easy processing.

第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その1)である。FIG. 3 is a cross-sectional view (part 1) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その2)である。2 is a cross-sectional view (part 2) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その3)である。3 is a cross-sectional view (part 3) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その4)である。4 is a cross-sectional view (part 4) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図(その5)である。FIG. 10 is a cross-sectional view (No. 5) showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。It is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment. 第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。4A to 4C are cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment; 第1参考例に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first reference example; FIG. 第2参考例に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second reference example; 電界強度の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of electric field strength. ゲート電圧と電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a gate voltage and an electric current. 第3実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。It is a figure which shows the discrete package which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。FIG. 11 is a wiring diagram showing a PFC circuit according to a fourth embodiment; 第5実施形態に係る電源装置を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the power supply device which concerns on 5th Embodiment. 第6実施形態に係る増幅器を示す結線図である。FIG. 11 is a connection diagram showing an amplifier according to a sixth embodiment;

以下、本開示の実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。 Embodiments of the present disclosure will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration may be denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。第1実施形態は高電子移動度トランジスタ(HEMT)を含む半導体装置に関する。図1は、第1実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. The first embodiment relates to a semiconductor device including a high electron mobility transistor (HEMT). FIG. 1 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the first embodiment.

第1実施形態に係る半導体装置100は、図1に示すように、基板110と、基板110の上に形成された窒化物半導体積層構造体120とを有する。窒化物半導体積層構造体120は、核形成層121と、バッファ層122と、チャネル層123と、スペーサ層124と、バリア層125と、キャップ層126とを含む。核形成層121は基板110の上に形成されている。バッファ層122は核形成層121の上に形成されている。チャネル層123はバッファ層122の上に形成されている。スペーサ層124はチャネル層123の上に形成されている。バリア層125はスペーサ層124の上に形成されている。キャップ層126はバリア層125層の上に形成されている。窒化物半導体積層構造体120は半導体積層構造体の一例である。 A semiconductor device 100 according to the first embodiment has a substrate 110 and a nitride semiconductor multilayer structure 120 formed on the substrate 110, as shown in FIG. The nitride semiconductor layered structure 120 includes a nucleation layer 121 , a buffer layer 122 , a channel layer 123 , a spacer layer 124 , a barrier layer 125 and a cap layer 126 . A nucleation layer 121 is formed over the substrate 110 . A buffer layer 122 is formed over the nucleation layer 121 . A channel layer 123 is formed on the buffer layer 122 . A spacer layer 124 is formed over the channel layer 123 . A barrier layer 125 is formed over the spacer layer 124 . A cap layer 126 is formed over the barrier layer 125 layer. The nitride semiconductor laminated structure 120 is an example of a semiconductor laminated structure.

基板110は、例えばSi基板である。核形成層121は、例えば厚さが150nm~170nmのAlN層である。バッファ層122は、例えばAl組成xが相違する複数のAlGa1-xN層(0.20<x<0.80)を含む。Al組成xは核形成層121側で最も高く、チャネル層123側で最も低くてもよい。バッファ層122の厚さは、例えば400nm~600nmである。チャネル層123は、例えば厚さが800nm~1200nmで不純物の意図的なドーピングが行われていないGaN層(i-GaN層)である。スペーサ層124は、例えば厚さが4nm~6nmで不純物の意図的なドーピングが行われていないAl0.2Ga0.8N層(i-Al0.2Ga0.8N層)である。バリア層125は、例えば厚さが10nm~40nmのn型のAl0.2Ga0.8N層である。バリア層125の材料にInAlGaNが用いられてもよい。キャップ層126は、例えば2nm~15nmのInAlGa1-y-zN層(0.0<y≦1.0、0.0≦z<1.0)である。 The substrate 110 is, for example, a Si substrate. The nucleation layer 121 is, for example, an AlN layer with a thickness of 150 nm to 170 nm. The buffer layer 122 includes, for example, a plurality of Al x Ga 1-x N layers (0.20<x<0.80) with different Al compositions x. The Al composition x may be highest on the nucleation layer 121 side and lowest on the channel layer 123 side. The thickness of the buffer layer 122 is, for example, 400 nm to 600 nm. The channel layer 123 is, for example, a GaN layer (i-GaN layer) with a thickness of 800 nm to 1200 nm and not intentionally doped with impurities. The spacer layer 124 is, for example, an Al 0.2 Ga 0.8 N layer (i-Al 0.2 Ga 0.8 N layer) with a thickness of 4 nm to 6 nm and not intentionally doped with impurities. . The barrier layer 125 is, for example, an n-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer with a thickness of 10 nm to 40 nm. InAlGaN may be used as the material of the barrier layer 125 . The cap layer 126 is, for example, a 2 nm to 15 nm In y Al z Ga 1-yz N layer (0.0<y≦1.0, 0.0≦z<1.0).

窒化物半導体積層構造体120に、素子領域を画定する素子分離領域が形成されており、素子領域内において、スペーサ層124、バリア層125及びキャップ層126にソース用の開口部132及びドレイン用の開口部133が形成されている。開口部132及び開口部133は、チャネル層123の表層部に入り込むように形成されていてもよい。開口部132内にソース電極102が形成され、開口部133内にドレイン電極103が形成されている。ソース電極102及びドレイン電極103は、例えば厚さが10nm~50nmのTa膜及びその上の厚さが100nm~500nmのAl膜を含む。ソース電極102及びドレイン電極103は窒化物半導体積層構造体120にオーミック接触している。 An element isolation region that defines an element region is formed in the nitride semiconductor multilayer structure 120. Within the element region, an opening 132 for a source and an opening 132 for a drain are formed in the spacer layer 124, the barrier layer 125 and the cap layer 126. An opening 133 is formed. The openings 132 and 133 may be formed to enter the surface layer of the channel layer 123 . A source electrode 102 is formed in the opening 132 and a drain electrode 103 is formed in the opening 133 . The source electrode 102 and drain electrode 103 include, for example, a Ta film with a thickness of 10 nm to 50 nm and an Al film thereon with a thickness of 100 nm to 500 nm. The source electrode 102 and the drain electrode 103 are in ohmic contact with the nitride semiconductor multilayer structure 120 .

窒化物半導体積層構造体120の上に、ソース電極102及びドレイン電極103を覆う絶縁膜141が形成されている。絶縁膜141は、例えばSi窒化膜である。絶縁膜141には、平面視でソース電極102及びドレイン電極103の間に位置するゲート用の開口部131が形成されており、開口部131を通じて窒化物半導体積層構造体120に接するゲート電極101が絶縁膜141の上に形成されている。ゲート電極101は、例えば厚さが10nm~50nmのNi膜及びその上の厚さが300nm~500nmのAu膜を含み、窒化物半導体積層構造体120にショットキー接触している。ゲート電極101がNi、Pt、Au、Mo、W、Al、Pd若しくはTi又はこれらの2種以上を含有していてもよい。 An insulating film 141 is formed on the nitride semiconductor multilayer structure 120 to cover the source electrode 102 and the drain electrode 103 . The insulating film 141 is, for example, a Si nitride film. The insulating film 141 has a gate opening 131 positioned between the source electrode 102 and the drain electrode 103 in plan view. It is formed on the insulating film 141 . The gate electrode 101 includes, for example, a Ni film with a thickness of 10 nm to 50 nm and an Au film thereon with a thickness of 300 nm to 500 nm, and is in Schottky contact with the nitride semiconductor multilayer structure 120 . The gate electrode 101 may contain Ni, Pt, Au, Mo, W, Al, Pd, Ti, or two or more of these.

ゲート電極101は、平面視で、開口部131と重なる部分と、開口部131よりもドレイン電極103側の部分と、ソース電極102側の部分とを有する。平面視で、開口部131よりもドレイン電極103側の部分と、ソース電極102側の部分とは絶縁膜141の上にある。 The gate electrode 101 has a portion overlapping with the opening 131 , a portion closer to the drain electrode 103 than the opening 131 , and a portion closer to the source electrode 102 in plan view. In plan view, the portion closer to the drain electrode 103 than the opening 131 and the portion closer to the source electrode 102 are above the insulating film 141 .

バリア層125は、平面視でゲート電極101のドレイン電極103側の端部と重なる第1部分に、バリア層125の下面(基板110側の面)から離間したアモルファス領域129を有する。アモルファス領域129はキャップ層126内にも形成されてよい。 The barrier layer 125 has an amorphous region 129 spaced from the bottom surface of the barrier layer 125 (substrate 110 side surface) in a first portion that overlaps the drain electrode 103 side end of the gate electrode 101 in plan view. Amorphous region 129 may also be formed in cap layer 126 .

半導体装置100では、チャネル層123の上面近傍に二次元電子ガス(2DEG)105が存在する。2DEG105の濃度は、例えばバリア層125内の分極電荷の量に依存し、分極電荷が多い部分の下方ほど高くなる。バリア層125は、アモルファス領域129を除き、結晶化しており、アモルファス領域129には分極電荷が形成されず、分極電荷はバリア層125の結晶化している領域に形成される。また、本実施形態では、バリア層125の厚さが略均一である。従って、アモルファス領域129の直下において、2DEG105の濃度が低くなる。このため、ゲート電極101のドレイン電極103側の端部の近傍における電界集中が抑制され、耐圧が向上する。 In the semiconductor device 100 , a two-dimensional electron gas (2DEG) 105 exists near the upper surface of the channel layer 123 . The concentration of the 2DEG 105 depends on, for example, the amount of polarization charges in the barrier layer 125, and becomes higher below the portion where there are more polarization charges. Barrier layer 125 is crystallized except for amorphous region 129 , in which no polarization charges are formed, and polarization charges are formed in crystallized regions of barrier layer 125 . Moreover, in this embodiment, the thickness of the barrier layer 125 is substantially uniform. Accordingly, the concentration of the 2DEG 105 is low immediately below the amorphous region 129 . Therefore, electric field concentration in the vicinity of the end of the gate electrode 101 on the drain electrode 103 side is suppressed, and the withstand voltage is improved.

また、ゲート電極101よりもソース電極102側では、バリア層125が結晶化しているため、シート抵抗を低く抑えることができる。更に、ゲート電極101よりもドレイン電極103側でも、アモルファス領域129を除き、結晶化しているため、ドレイン電極103側においてもシート抵抗を低く抑えることができる。従って、十分なオン電流を得ることができる。 Further, since the barrier layer 125 is crystallized on the source electrode 102 side of the gate electrode 101, the sheet resistance can be kept low. Furthermore, since the drain electrode 103 side of the gate electrode 101 is also crystallized except for the amorphous region 129, the sheet resistance can be kept low on the drain electrode 103 side as well. Therefore, sufficient ON current can be obtained.

このように、本実施形態によれば、高電流化及び高耐圧化を両立することができる。更に、詳細は後述するが、アモルファス領域129は容易な処理によって形成することができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to achieve both high current and high withstand voltage. Furthermore, the amorphous region 129 can be formed by a simple process, which will be described later in detail.

なお、スペーサ層124若しくはキャップ層126又はこれらの両方が設けられていなくてもよい。 Note that the spacer layer 124, the cap layer 126, or both may not be provided.

次に、第1実施形態に係る半導体装置100の製造方法について説明する。図2~図6は、第1実施形態に係る半導体装置100の製造方法を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment will be described. 2 to 6 are cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment.

まず、図2に示すように、基板110の上に窒化物半導体積層構造体120を形成する。窒化物半導体積層構造体120の形成では、核形成層121と、バッファ層122と、チャネル層123と、バリア層125と、キャップ層126とを、例えば有機金属化学気相堆積(metal organic chemical vapor deposition:MOCVD)法又は分子線エピタキシー(molecular beam epitaxy:MBE)法等の結晶成長法により形成することができる。ここでは、MOCVD法により窒化物半導体積層構造体120を形成することとする。MOCVD法により窒化物半導体積層構造体120を形成する場合、原料ガスとして、例えば、Al源であるトリメチルアルミニウム(TMAl)ガスと、Ga源であるトリメチルガリウム(TMGa)ガスと、In源であるトリメチルインジウム(TMIn)ガスと、N源であるアンモニア(NH)ガスとの混合ガスを用いる。キャリアガスとして水素(H)ガス又は窒素(N)ガスを用いる。成長させる窒化物半導体層の組成に応じて、TMAlガス、TMGaガス及びTMInガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。NHガスの流量は、例えば100ccm~10Lm程度とする。 First, as shown in FIG. 2, the nitride semiconductor multilayer structure 120 is formed on the substrate 110 . In forming the nitride semiconductor layer stack 120, the nucleation layer 121, the buffer layer 122, the channel layer 123, the barrier layer 125, and the cap layer 126 are deposited, for example, by metal organic chemical vapor deposition. deposition (MOCVD) method or molecular beam epitaxy (MBE) method. Here, it is assumed that the nitride semiconductor multilayer structure 120 is formed by the MOCVD method. When the nitride semiconductor multilayer structure 120 is formed by the MOCVD method, source gases include, for example, trimethyl aluminum (TMAl) gas as an Al source, trimethyl gallium (TMGa) gas as a Ga source, and trimethyl gallium (TMGa) gas as an In source. A mixed gas of indium (TMIn) gas and ammonia (NH 3 ) gas as an N source is used. Hydrogen (H 2 ) gas or nitrogen (N 2 ) gas is used as a carrier gas. Whether or not to supply TMAl gas, TMGa gas, and TMIn gas and their flow rates are appropriately set according to the composition of the nitride semiconductor layer to be grown. The flow rate of NH 3 gas is, for example, about 100 ccm to 10 Lm.

例えば、窒化物半導体積層構造体120を形成する際に、成長圧力は1kPa~100kPa程度、好ましくは約7kPa(50Torr)~約40kPa(300Torr)、成長温度は1000℃~2000℃程度とする。バリア層125の形成により、チャネル層123の上面近傍に2DEG105が発生する。この時点では、2DEG105の濃度は、面内で略均一である。 For example, when forming the nitride semiconductor multilayer structure 120, the growth pressure is about 1 kPa to 100 kPa, preferably about 7 kPa (50 Torr) to about 40 kPa (300 Torr), and the growth temperature is about 1000.degree. The formation of the barrier layer 125 causes the 2DEG 105 near the upper surface of the channel layer 123 . At this point, the concentration of the 2DEG 105 is substantially uniform within the plane.

窒化物半導体積層構造体120の形成後、窒化物半導体積層構造体120に、素子領域を画定する素子分離領域を形成する。素子分離領域の形成では、例えば、素子分離領域を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを窒化物半導体積層構造体120上に形成し、このパターンをマスクとしてAr等のイオン注入を行う。このパターンをエッチングマスクとして塩素系ガスを用いたドライエッチングを行ってもよい。 After forming the nitride semiconductor multilayer structure 120 , an element isolation region that defines an element region is formed in the nitride semiconductor multilayer structure 120 . In the formation of the element isolation region, for example, a photoresist pattern that exposes the region where the element isolation region is to be formed is formed on the nitride semiconductor multilayer structure 120, and ion implantation of Ar or the like is performed using this pattern as a mask. . Dry etching using a chlorine-based gas may be performed using this pattern as an etching mask.

次いで、図3に示すように、イオン注入によりキャップ層126及びバリア層125にアモルファス領域129を形成する。イオン注入は、例えば集束イオンビーム(focused ion beam:FIB)装置を用いて行うことができる。注入するイオンは、例えばArイオンである。例えば、加速電圧は10keV~100keV程度とする。加速電圧を10keVとしてArイオンを注入した場合、Arイオンは表面から7μm程度の深さまで侵入し、深さが7μm程度のアモルファス領域129が形成される。イオン注入にSiイオン、Geイオン、Nイオン又はNeイオン等を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 3, an amorphous region 129 is formed in the cap layer 126 and the barrier layer 125 by ion implantation. Ion implantation can be performed using, for example, a focused ion beam (FIB) device. The implanted ions are, for example, Ar ions. For example, the acceleration voltage is about 10 keV to 100 keV. When Ar ions are implanted at an acceleration voltage of 10 keV, the Ar ions penetrate to a depth of about 7 μm from the surface, forming an amorphous region 129 with a depth of about 7 μm. Si ions, Ge ions, N ions, Ne ions, or the like may be used for ion implantation.

その後、図4に示すように、スペーサ層124、バリア層125及びキャップ層126にソース用の開口部132及びドレイン用の開口部133を形成する。開口部132及び開口部133を、チャネル層123の表層部に入り込むように形成してもよい。開口部132及び開口部133の形成では、例えば、フォトリソグラフィにより開口部132及び開口部133を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを窒化物半導体積層構造体120上に形成し、このパターンをエッチングマスクとして塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。 Thereafter, as shown in FIG. 4, a source opening 132 and a drain opening 133 are formed in the spacer layer 124, the barrier layer 125 and the cap layer 126. Then, as shown in FIG. The openings 132 and 133 may be formed to enter the surface layer of the channel layer 123 . In forming the openings 132 and 133, for example, a pattern of photoresist that exposes the regions where the openings 132 and 133 are to be formed is formed on the nitride semiconductor multilayer structure 120 by photolithography. Dry etching is performed using a chlorine-based gas using the pattern as an etching mask.

続いて、開口部132内にソース電極102を形成し、開口部133内にドレイン電極103を形成する。ソース電極102及びドレイン電極103は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ソース電極102及びドレイン電極103を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、Ta膜を形成し、その上にAl膜を形成する。次いで、例えば、窒素雰囲気中にて400℃~1000℃(例えば550℃)で熱処理を行い、オーミック特性を確立する。 Subsequently, the source electrode 102 is formed inside the opening 132 and the drain electrode 103 is formed inside the opening 133 . The source electrode 102 and drain electrode 103 can be formed by, for example, a lift-off method. That is, a pattern of photoresist is formed to expose the regions where the source electrode 102 and the drain electrode 103 are to be formed, a metal film is formed by vapor deposition using this pattern as a growth mask, and this pattern is deposited together with the metal film thereon. Remove. In forming the metal film, for example, a Ta film is formed and an Al film is formed thereon. Then, for example, heat treatment is performed at 400° C. to 1000° C. (eg, 550° C.) in a nitrogen atmosphere to establish ohmic characteristics.

次いで、図5に示すように、窒化物半導体積層構造体120の上に、ソース電極102及びドレイン電極103を覆う絶縁膜141を形成する。絶縁膜141は、例えばプラズマCVD法により形成することができる。絶縁膜141は、原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)法又はスパッタ法により形成してもよい。 Next, as shown in FIG. 5 , an insulating film 141 is formed on the nitride semiconductor multilayer structure 120 to cover the source electrode 102 and the drain electrode 103 . The insulating film 141 can be formed by plasma CVD, for example. The insulating film 141 may be formed by an atomic layer deposition (ALD) method or a sputtering method.

その後、絶縁膜141にゲート用の開口部131を形成する。開口部131の形成では、例えば、フォトリソグラフィにより開口部131を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを絶縁膜141の上に形成し、このパターンをエッチングマスクとして弗素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。ドライエッチングに代えて、弗酸又はバッファード弗酸等を用いたウェットエッチングを行ってもよい。 After that, an opening 131 for a gate is formed in the insulating film 141 . In forming the opening 131, for example, a photoresist pattern exposing a region where the opening 131 is to be formed is formed on the insulating film 141 by photolithography, and a fluorine-based gas or a chlorine-based gas is applied using this pattern as an etching mask. Dry etching is performed using gas. Wet etching using hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid, or the like may be performed instead of dry etching.

続いて、図6に示すように、開口部131を通じて窒化物半導体積層構造体120に接するゲート電極101を絶縁膜141の上に形成する。ゲート電極101は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ゲート電極101を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、Ni膜を形成し、その上にAu膜を形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 6 , the gate electrode 101 is formed on the insulating film 141 so as to contact the nitride semiconductor multilayer structure 120 through the opening 131 . The gate electrode 101 can be formed by, for example, a lift-off method. That is, a photoresist pattern is formed to expose a region where the gate electrode 101 is to be formed, a metal film is formed by vapor deposition using this pattern as a growth mask, and this pattern is removed together with the metal film thereon. In forming the metal film, for example, a Ni film is formed and an Au film is formed thereon.

このようにして、第1実施形態に係る半導体装置100を製造することができる。 Thus, the semiconductor device 100 according to the first embodiment can be manufactured.

本実施形態では、イオン注入によりアモルファス領域129を形成する。従って、容易に所望の位置にアモルファス領域129を形成することができる。また、FIB装置を用いてイオン注入を行う場合には、マスクを形成及び除去等の処理が不要となる。 In this embodiment, the amorphous region 129 is formed by ion implantation. Therefore, the amorphous regions 129 can be easily formed at desired positions. Further, when ion implantation is performed using an FIB device, processes such as mask formation and removal are not required.

なお、ソース電極102及びドレイン電極103を形成した後にアモルファス領域129を形成してもよい。 Note that the amorphous region 129 may be formed after the source electrode 102 and the drain electrode 103 are formed.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態は、主としてアモルファス領域の構成の点で第1実施形態と相違する。図7は、第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment mainly in the configuration of the amorphous region. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the second embodiment.

第2実施形態に係る半導体装置200では、図7に示すように、バリア層125がアモルファス領域129に代えてアモルファス領域229を有する。アモルファス領域229は、バリア層125の、平面視で開口部131のドレイン電極103側の壁面と重なる位置からドレイン電極103側の領域の全体にわたって形成されている。アモルファス領域229は、アモルファス領域129と同様に、バリア層125の下面から離間している。アモルファス領域229の深さは一定ではなく、アモルファス領域229は、ドレイン電極103側からゲート電極101側にかけて深くなっている。例えば、アモルファス領域229の深さは連続的に変化している。アモルファス領域229の深さが段階的に変化していてもよい。アモルファス領域229はキャップ層126内にも形成されてよい。 In the semiconductor device 200 according to the second embodiment, the barrier layer 125 has an amorphous region 229 instead of the amorphous region 129, as shown in FIG. The amorphous region 229 is formed over the entire region of the barrier layer 125 on the side of the drain electrode 103 from the position overlapping the wall surface of the opening 131 on the side of the drain electrode 103 in plan view. Amorphous region 229 , like amorphous region 129 , is spaced from the lower surface of barrier layer 125 . The depth of the amorphous region 229 is not constant, and the amorphous region 229 becomes deeper from the drain electrode 103 side to the gate electrode 101 side. For example, the depth of amorphous region 229 varies continuously. The depth of the amorphous region 229 may change stepwise. Amorphous region 229 may also be formed in cap layer 126 .

他の構成は第1実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.

第2実施形態によっても、第1実施形態と同様に、高電流化及び高耐圧化を両立することができる。また、ゲート電極101のドレイン電極103側において、2DEG105の濃度を連続的に変化させることができる。更に、後述のように、アモルファス領域229は容易な処理によって形成することができる。 According to the second embodiment, as in the first embodiment, both high current and high withstand voltage can be achieved. Further, the concentration of the 2DEG 105 can be continuously changed on the drain electrode 103 side of the gate electrode 101 . Furthermore, as will be described later, amorphous region 229 can be formed by easy processing.

次に、第2実施形態に係る半導体装置200の製造方法について説明する。図8は、第2実施形態に係る半導体装置200の製造方法を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a semiconductor device 200 according to the second embodiment.

まず、第1実施形態と同様にして、窒化物半導体積層構造体120及び素子分離領域の形成までの処理を行う(図2参照)。次いで、図8に示すように、イオン注入によりキャップ層126及びバリア層125にアモルファス領域229を形成する。イオン注入は、例えばFIB装置を用いて行うことができる。注入するイオンは、例えばArイオンである。例えば、加速電圧は10keV~100keV程度とする。第2実施形態では、例えば、ドレイン電極103を形成する予定の領域側からゲート電極101を形成する予定の領域側にかけて集束イオンビームを照射する位置を移動させながら、イオン注入を行う。また、照射位置の移動にあわせて、加速電圧を連続的に上昇させる。この結果、図8に示すように、ドレイン電極103を形成する予定の領域側からゲート電極101を形成する予定の領域側にかけて深くなるアモルファス領域229が形成される。イオン注入にSiイオン、Geイオン、Nイオン又はNeイオン等を用いてもよい。 First, in the same manner as in the first embodiment, the processes up to the formation of the nitride semiconductor multilayer structure 120 and the element isolation regions are performed (see FIG. 2). Next, as shown in FIG. 8, an amorphous region 229 is formed in the cap layer 126 and the barrier layer 125 by ion implantation. Ion implantation can be performed using, for example, an FIB device. The implanted ions are, for example, Ar ions. For example, the acceleration voltage is about 10 keV to 100 keV. In the second embodiment, for example, ion implantation is performed while moving the focused ion beam irradiation position from the region where the drain electrode 103 is to be formed to the region where the gate electrode 101 is to be formed. In addition, the accelerating voltage is continuously increased in accordance with the movement of the irradiation position. As a result, as shown in FIG. 8, an amorphous region 229 is formed which is deep from the region where the drain electrode 103 is to be formed to the region where the gate electrode 101 is to be formed. Si ions, Ge ions, N ions, Ne ions, or the like may be used for ion implantation.

その後、第1実施形態と同様にして、開口部132及び開口部133の形成以降の処理を行う。 After that, the processes after forming the openings 132 and 133 are performed in the same manner as in the first embodiment.

このようにして、第2実施形態に係る半導体装置200を製造することができる。 Thus, the semiconductor device 200 according to the second embodiment can be manufactured.

本実施形態では、イオン注入によりアモルファス領域229を形成する。従って、容易に所望の位置にアモルファス領域229を形成することができる。また、FIB装置を用いてイオン注入を行うことで、2DEG105の濃度を連続的に変化させることができる。 In this embodiment, the amorphous region 229 is formed by ion implantation. Therefore, the amorphous regions 229 can be easily formed at desired positions. Further, by performing ion implantation using an FIB device, the concentration of the 2DEG 105 can be changed continuously.

ここで、第2実施形態の特性のシミュレーションの結果について、2つの参考例(第1参考例、第2参考例)と比較しながら説明する。図9は、第1参考例に係る半導体装置を示す断面図であり、図10は、第2参考例に係る半導体装置を示す断面図である。 Here, the results of the simulation of the characteristics of the second embodiment will be described in comparison with two reference examples (first reference example and second reference example). FIG. 9 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first reference example, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second reference example.

第1参考例に係る半導体装置800では、図9に示すように、キャップ層126及びバリア層125にアモルファス領域229が形成されておらず、2DEG105の濃度がソース電極102近傍からドレイン電極103近傍にかけて略均一である。他の構成は第2実施形態と同様である。 In the semiconductor device 800 according to the first reference example, as shown in FIG. 9, the amorphous region 229 is not formed in the cap layer 126 and the barrier layer 125, and the concentration of the 2DEG 105 is from the vicinity of the source electrode 102 to the vicinity of the drain electrode 103. Almost uniform. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

第2参考例に係る半導体装置900では、図10に示すように、絶縁膜141がゲート電極101よりもソース電極102側のみに設けられ、ゲート電極101よりもドレイン電極103側では、絶縁膜141に代えて絶縁膜941が設けられている。絶縁膜941はバリア層125の歪を緩和させる作用を有しており、ゲート電極101よりもドレイン電極103側では、ソース電極102側よりも2DEG105の濃度が低くなっている。他の構成は第2実施形態と同様である。 In the semiconductor device 900 according to the second reference example, as shown in FIG. 10, the insulating film 141 is provided only on the source electrode 102 side of the gate electrode 101, and the insulating film 141 is provided on the drain electrode 103 side of the gate electrode 101. An insulating film 941 is provided instead. The insulating film 941 has the effect of relaxing the strain of the barrier layer 125, and the concentration of the 2DEG 105 is lower on the drain electrode 103 side than on the source electrode 102 side than on the gate electrode 101 side. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

シミュレーションでは、ゲート電極101のドレイン電極103側の端部の下方における電界強度を計算した。また、ゲート電圧と、ソース電極102とドレイン電極103との間を流れる電流との関係も計算した。これらの結果を図11及び図12に示す。図11は、電界強度の分布を示す図である。図12は、ゲート電圧と電流との関係を示す図である。 In the simulation, the electric field intensity below the end of the gate electrode 101 on the drain electrode 103 side was calculated. Also, the relationship between the gate voltage and the current flowing between the source electrode 102 and the drain electrode 103 was calculated. These results are shown in FIGS. 11 and 12. FIG. FIG. 11 is a diagram showing distribution of electric field intensity. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between gate voltage and current.

図11に示すように、第2実施形態及び第2参考例によれば、第1参考例よりも電界強度を緩和できる。従って、高耐圧化が可能である。なお、図11中の横軸の0は、ドレイン電極103側の端部におけるゲート電極101と絶縁膜141との間の界面に相当する。また、図12に示すように、第2実施形態によれば、ゲート電圧が0V超の範囲で第2参考例よりも高い電流が得られる。従って、高電流化が可能である。 As shown in FIG. 11, according to the second embodiment and the second reference example, the electric field intensity can be relaxed more than the first reference example. Therefore, high breakdown voltage is possible. 11 corresponds to the interface between the gate electrode 101 and the insulating film 141 at the end on the drain electrode 103 side. Further, as shown in FIG. 12, according to the second embodiment, a higher current than that of the second reference example can be obtained in the range where the gate voltage exceeds 0V. Therefore, it is possible to increase the current.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態は、HEMTのディスクリートパッケージに関する。図13は、第3実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment relates to a HEMT discrete package. FIG. 13 is a diagram showing a discrete package according to the third embodiment.

第3実施形態では、図13に示すように、第1~第2実施形態のいずれかと同様の構造を備えた半導体装置1210の裏面がはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてランド(ダイパッド)1233に固定されている。また、ドレイン電極103が接続されたドレインパッド1226dに、Alワイヤ等のワイヤ1235dが接続され、ワイヤ1235dの他端が、ランド1233と一体化しているドレインリード1232dに接続されている。ソース電極102に接続されたソースパッド1226sにAlワイヤ等のワイヤ1235sが接続され、ワイヤ1235sの他端がランド1233から独立したソースリード1232sに接続されている。ゲート電極101に接続されたゲートパッド1226gにAlワイヤ等のワイヤ1235gが接続され、ワイヤ1235gの他端がランド1233から独立したゲートリード1232gに接続されている。そして、ゲートリード1232gの一部、ドレインリード1232dの一部及びソースリード1232sの一部が突出するようにして、ランド1233及び半導体装置1210等がモールド樹脂1231によりパッケージングされている。 In the third embodiment, as shown in FIG. 13, a land (die pad) 1233 is formed on the back surface of a semiconductor device 1210 having a structure similar to that of any one of the first and second embodiments using a die attach agent 1234 such as solder. is fixed to A wire 1235 d such as an Al wire is connected to the drain pad 1226 d to which the drain electrode 103 is connected, and the other end of the wire 1235 d is connected to a drain lead 1232 d integrated with the land 1233 . A wire 1235 s such as an Al wire is connected to a source pad 1226 s connected to the source electrode 102 , and the other end of the wire 1235 s is connected to a source lead 1232 s independent of the land 1233 . A wire 1235g such as an Al wire is connected to a gate pad 1226g connected to the gate electrode 101, and the other end of the wire 1235g is connected to a gate lead 1232g independent of the land 1233. FIG. A land 1233, a semiconductor device 1210, and the like are packaged with a mold resin 1231 so that a portion of the gate lead 1232g, a portion of the drain lead 1232d, and a portion of the source lead 1232s protrude.

このようなディスクリートパッケージは、例えば、次のようにして製造することができる。まず、半導体装置1210をはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてリードフレームのランド1233に固定する。次いで、ワイヤ1235g、1235d及び1235sを用いたボンディングにより、ゲートパッド1226gをリードフレームのゲートリード1232gに接続し、ドレインパッド1226dをリードフレームのドレインリード1232dに接続し、ソースパッド1226sをリードフレームのソースリード1232sに接続する。その後、トランスファーモールド法にてモールド樹脂1231を用いた封止を行う。続いて、リードフレームを切り離す。 Such a discrete package can be manufactured, for example, as follows. First, a semiconductor device 1210 is fixed to a land 1233 of a lead frame using a die attach agent 1234 such as solder. Gate pad 1226g is then connected to leadframe gate lead 1232g, drain pad 1226d to leadframe drain lead 1232d, and source pad 1226s to the leadframe source by bonding using wires 1235g, 1235d and 1235s. Connect to lead 1232s. After that, sealing using a mold resin 1231 is performed by a transfer molding method. Then, the lead frame is separated.

(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。第4実施形態は、HEMTを備えたPFC(Power Factor Correction)回路に関する。図14は、第4実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment relates to a PFC (Power Factor Correction) circuit with HEMT. FIG. 14 is a wiring diagram showing a PFC circuit according to the fourth embodiment.

PFC回路1250には、スイッチ素子(トランジスタ)1251、ダイオード1252、チョークコイル1253、コンデンサ1254及び1255、ダイオードブリッジ1256、並びに交流電源(AC)1257が設けられている。そして、スイッチ素子1251のドレイン電極と、ダイオード1252のアノード端子及びチョークコイル1253の一端子とが接続されている。スイッチ素子1251のソース電極と、コンデンサ1254の一端子及びコンデンサ1255の一端子とが接続されている。コンデンサ1254の他端子とチョークコイル1253の他端子とが接続されている。コンデンサ1255の他端子とダイオード1252のカソード端子とが接続されている。また、スイッチ素子1251のゲート電極にはゲートドライバが接続されている。コンデンサ1254の両端子間には、ダイオードブリッジ1256を介してAC1257が接続される。コンデンサ1255の両端子間には、直流電源(DC)が接続される。そして、本実施形態では、スイッチ素子1251に、第1~第2実施形態のいずれかと同様の構造を備えた半導体装置が用いられている。 The PFC circuit 1250 includes a switch element (transistor) 1251 , a diode 1252 , a choke coil 1253 , capacitors 1254 and 1255 , a diode bridge 1256 and an alternating current power supply (AC) 1257 . A drain electrode of the switch element 1251, an anode terminal of the diode 1252, and one terminal of the choke coil 1253 are connected. A source electrode of the switch element 1251 is connected to one terminal of the capacitor 1254 and one terminal of the capacitor 1255 . The other terminal of capacitor 1254 and the other terminal of choke coil 1253 are connected. The other terminal of capacitor 1255 and the cathode terminal of diode 1252 are connected. A gate driver is connected to the gate electrode of the switch element 1251 . AC 1257 is connected across capacitor 1254 via diode bridge 1256 . A direct current power supply (DC) is connected between both terminals of the capacitor 1255 . In this embodiment, a semiconductor device having a structure similar to that of any one of the first and second embodiments is used for the switch element 1251 .

PFC回路1250の製造に際しては、例えば、はんだ等を用いて、スイッチ素子1251をダイオード1252及びチョークコイル1253等に接続する。 When manufacturing the PFC circuit 1250, the switch element 1251 is connected to the diode 1252, the choke coil 1253, and the like using, for example, solder.

(第5実施形態)
次に、第5実施形態について説明する。第5実施形態は、サーバ電源に好適な、HEMTを備えた電源装置に関する。図15は、第5実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a power supply device having a HEMT suitable for server power supply. FIG. 15 is a wiring diagram showing a power supply device according to the fifth embodiment.

電源装置には、高圧の一次側回路1261及び低圧の二次側回路1262、並びに一次側回路1261と二次側回路1262との間に配設されるトランス1263が設けられている。 The power supply device includes a high-voltage primary circuit 1261 , a low-voltage secondary circuit 1262 , and a transformer 1263 arranged between the primary circuit 1261 and the secondary circuit 1262 .

一次側回路1261には、第4実施形態に係るPFC回路1250、及びPFC回路1250のコンデンサ1255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1260が設けられている。フルブリッジインバータ回路1260には、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dが設けられている。 The primary side circuit 1261 is provided with the PFC circuit 1250 according to the fourth embodiment and an inverter circuit, for example, a full bridge inverter circuit 1260 connected between both terminals of the capacitor 1255 of the PFC circuit 1250 . The full bridge inverter circuit 1260 is provided with a plurality (here, four) of switch elements 1264a, 1264b, 1264c and 1264d.

二次側回路1262には、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cが設けられている。 The secondary circuit 1262 is provided with a plurality of (here, three) switch elements 1265a, 1265b, and 1265c.

本実施形態では、一次側回路1261を構成するPFC回路1250のスイッチ素子1251、並びにフルブリッジインバータ回路1260のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dに、第1~第2実施形態のいずれかと同様の構造を備えた半導体装置が用いられている。一方、二次側回路1262のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cには、シリコンを用いた通常のMIS型FET(電界効果トランジスタ)が用いられている。 In this embodiment, the switch element 1251 of the PFC circuit 1250 that constitutes the primary side circuit 1261 and the switch elements 1264a, 1264b, 1264c and 1264d of the full bridge inverter circuit 1260 are the same as those in any of the first and second embodiments. A semiconductor device having a structure is used. On the other hand, the switching elements 1265a, 1265b, and 1265c of the secondary circuit 1262 are ordinary MIS type FETs (field effect transistors) using silicon.

(第6実施形態)
次に、第6実施形態について説明する。第6実施形態は、HEMTを備えた増幅器に関する。図16は、第6実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment relates to an amplifier with HEMT. FIG. 16 is a connection diagram showing an amplifier according to the sixth embodiment.

増幅器には、ディジタル・プレディストーション回路1271、ミキサー1272a及び1272b、並びにパワーアンプ1273が設けられている。 The amplifier includes a digital predistortion circuit 1271, mixers 1272a and 1272b, and a power amplifier 1273. FIG.

ディジタル・プレディストーション回路1271は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー1272aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ1273は、第1~第2実施形態のいずれかと同様の構造を備えた半導体装置を備えており、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。なお、本実施形態では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー1272bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路1271に送出できる。この増幅器は、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。高周波増幅器は、例えば、携帯電話基地局用送受信装置、レーダー装置及びマイクロ波発生装置に用いることができる。 Digital predistortion circuit 1271 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 1272a mixes the nonlinear distortion-compensated input signal and the AC signal. The power amplifier 1273 includes a semiconductor device having a structure similar to that of any one of the first and second embodiments, and amplifies an input signal mixed with an AC signal. In this embodiment, for example, by switching a switch, the signal on the output side can be mixed with the AC signal by the mixer 1272b and sent to the digital predistortion circuit 1271. FIG. This amplifier can be used as a high frequency amplifier and a high power amplifier. High-frequency amplifiers can be used, for example, in mobile phone base station transceivers, radar devices, and microwave generators.

本開示において、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の構造は上述の実施形態のものに限定されない。例えば、これらが単層から構成されていてもよい。また、これらの形成方法はリフトオフ法に限定されない。更に、オーミック特性が得られるのであれば、ソース電極及びドレイン電極の形成後の熱処理を省略してもよい。ゲート電極の形成後に熱処理を行ってもよい。 In the present disclosure, the structures of the gate electrode, source electrode and drain electrode are not limited to those of the above embodiments. For example, they may consist of a single layer. Also, the formation method for these is not limited to the lift-off method. Furthermore, if ohmic characteristics can be obtained, the heat treatment after forming the source and drain electrodes may be omitted. Heat treatment may be performed after the formation of the gate electrode.

基板として、炭化シリコン(SiC)基板、サファイヤ基板、シリコン基板、AlN基板、GaN基板又はダイヤモンド基板を用いてもよい。基板が、導電性、半絶縁性又は絶縁性のいずれであってもよい。 A silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, an AlN substrate, a GaN substrate, or a diamond substrate may be used as the substrate. The substrate may be conductive, semi-insulating or insulating.

ゲート電極の構造として、上記の実施形態ではショットキー型ゲート構造が用いられているが、MIS(metal-insulator-semiconductor)型ゲート構造が用いられてもよい。 As the structure of the gate electrode, a Schottky type gate structure is used in the above embodiments, but a MIS (metal-insulator-semiconductor) type gate structure may be used.

半導体積層構造体に含まれる窒化物半導体の層の組成は、上記の実施形態に記載されたものに限定されない。例えば、InAlN、InGaAlN等の窒化物半導体が用いられてもよい。 The composition of the nitride semiconductor layer included in the semiconductor laminated structure is not limited to that described in the above embodiments. For example, nitride semiconductors such as InAlN and InGaAlN may be used.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications can be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be made.

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present disclosure will be collectively described as appendices.

(付記1)
基板と、
前記基板の上方に設けられた窒化物半導体のチャネル層及びバリア層を含む半導体積層構造体と、
前記バリア層の上方のゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記バリア層は、平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の端部と重なる第1部分に、当該バリア層の前記基板側の面から離間したアモルファス領域を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記アモルファス領域は、前記バリア層の前記第1部分よりも前記ドレイン電極側にも設けられていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記アモルファス領域は、前記ドレイン電極側から前記ゲート電極側にかけて深くなっていることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記アモルファス領域の深さは連続的に変化していることを特徴とする付記3に記載の半導体装置。
(付記5)
前記バリア層は、前記アモルファス領域を除き、結晶化していることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記6)
基板の上方に窒化物半導体のチャネル層及びバリア層を含む半導体積層構造体を形成する工程と、
前記バリア層の上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記半導体積層構造体を形成する工程は、前記バリア層にイオン注入を行うことにより、平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の端部と重なる第1部分に、当該バリア層の前記基板側の面から離間したアモルファス領域を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記7)
前記アモルファス領域を、前記バリア層の前記第1部分よりも前記ドレイン電極側にも形成することを特徴とする付記6に記載の半導体装置の製造方法。
(付記8)
前記アモルファス領域を、前記ドレイン電極側から前記ゲート電極側にかけて深く形成することを特徴とする付記6又は7に記載の半導体装置の製造方法。
(付記9)
前記イオン注入を、集束イオンビーム装置を用いて行うことを特徴とする付記6乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記イオン注入を行う工程において、Arイオン、Siイオン、Geイオン、Nイオン又はNeイオンのイオン注入を行うことを特徴とする付記6乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
付記1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(付記12)
付記1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(Appendix 1)
a substrate;
a semiconductor laminated structure including a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer provided above the substrate;
a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the barrier layer;
has
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier layer has an amorphous region spaced from a surface of the barrier layer on the substrate side in a first portion overlapping an end portion of the gate electrode on the drain electrode side in plan view.
(Appendix 2)
The semiconductor device according to Supplementary Note 1, wherein the amorphous region is provided on the drain electrode side of the barrier layer with respect to the first portion.
(Appendix 3)
3. The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the amorphous region is deep from the drain electrode side to the gate electrode side.
(Appendix 4)
3. The semiconductor device according to claim 3, wherein the depth of the amorphous region is continuously changed.
(Appendix 5)
5. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4, wherein the barrier layer is crystallized except for the amorphous region.
(Appendix 6)
forming a semiconductor laminated structure including a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer over a substrate;
forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode over the barrier layer;
has
In the step of forming the semiconductor laminated structure, ions are implanted into the barrier layer so that a first portion overlapping an end portion of the gate electrode on the drain electrode side in a plan view is formed with the substrate side of the barrier layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming an amorphous region spaced apart from the surface of the semiconductor device.
(Appendix 7)
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the amorphous region is also formed closer to the drain electrode than the first portion of the barrier layer.
(Appendix 8)
8. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 6 or 7, wherein the amorphous region is formed deeply from the drain electrode side to the gate electrode side.
(Appendix 9)
9. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Appendices 6 to 8, wherein the ion implantation is performed using a focused ion beam device.
(Appendix 10)
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Appendices 6 to 9, wherein in the step of implanting ions, Ar ions, Si ions, Ge ions, N ions, or Ne ions are implanted.
(Appendix 11)
An amplifier comprising the semiconductor device according to any one of Appendices 1 to 5.
(Appendix 12)
A power supply device comprising the semiconductor device according to any one of Appendices 1 to 5.

100、200:半導体装置
101:ゲート電極
102:ソース電極
103:ドレイン電極
110:基板
120:窒化物半導体積層構造体
123:チャネル層
125:バリア層
129、229:アモルファス領域
100, 200: semiconductor device 101: gate electrode 102: source electrode 103: drain electrode 110: substrate 120: nitride semiconductor multilayer structure 123: channel layer 125: barrier layer 129, 229: amorphous region

Claims (7)

基板と、
前記基板の上方に設けられた窒化物半導体のチャネル層及びバリア層を含む半導体積層構造体と、
前記バリア層の上方のゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記バリア層は、平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の端部と重なる第1部分に、当該バリア層の前記基板側の面から離間したアモルファス領域を有することを特徴とする半導体装置。
a substrate;
a semiconductor laminated structure including a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer provided above the substrate;
a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the barrier layer;
has
The semiconductor device according to claim 1, wherein the barrier layer has an amorphous region spaced from a surface of the barrier layer on the substrate side in a first portion overlapping an end portion of the gate electrode on the drain electrode side in plan view.
前記アモルファス領域は、前記バリア層の前記第1部分よりも前記ドレイン電極側にも設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amorphous region is also provided closer to the drain electrode than the first portion of the barrier layer. 前記アモルファス領域は、前記ドレイン電極側から前記ゲート電極側にかけて深くなってい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。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said amorphous region is deep from said drain electrode side to said gate electrode side. 基板の上方に窒化物半導体のチャネル層及びバリア層を含む半導体積層構造体を形成する工程と、
前記バリア層の上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記半導体積層構造体を形成する工程は、前記バリア層にイオン注入を行うことにより、平面視で前記ゲート電極の前記ドレイン電極側の端部と重なる第1部分に、当該バリア層の前記基板側の面から離間したアモルファス領域を形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
forming a semiconductor laminated structure including a nitride semiconductor channel layer and a barrier layer over a substrate;
forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode over the barrier layer;
has
In the step of forming the semiconductor laminated structure, ions are implanted into the barrier layer so that a first portion overlapping an end portion of the gate electrode on the drain electrode side in a plan view is formed with the substrate side of the barrier layer. 1. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming an amorphous region spaced apart from the surface of the semiconductor device.
前記アモルファス領域を、前記バリア層の前記第1部分よりも前記ドレイン電極側にも形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the amorphous region is also formed closer to the drain electrode than the first portion of the barrier layer. 前記アモルファス領域を、前記ドレイン電極側から前記ゲート電極側にかけて深く形成することを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the amorphous region is formed deeply from the drain electrode side to the gate electrode side. 前記イオン注入を、集束イオンビーム装置を用いて行うことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the ion implantation is performed using a focused ion beam device.
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