JP4843651B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、窒化ガリウム(GaN)などで構成され、信頼性の高い大電力用の半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device , and more particularly to a highly reliable high power semiconductor device made of gallium nitride (GaN) or the like.

窒化ガリウム(GaN)系半導体を利用した電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)は、電流コラプスやリーク電流が大きいことが知られている。その原因としてエピタキシャル結晶中にある転位や結晶欠陥が挙げられる。   It is known that a field effect transistor (FET) using a gallium nitride (GaN) -based semiconductor has a large current collapse and leakage current. The cause is dislocations and crystal defects in the epitaxial crystal.

結晶欠陥はリーク電流の増大や電流コラプス現象の発生などといった基本的な性能を低下させてしまうため、結晶欠陥の少ないエピタキシャル層を得ることは非常に重要である。   Since crystal defects deteriorate basic performance such as increase of leakage current and occurrence of current collapse phenomenon, it is very important to obtain an epitaxial layer with few crystal defects.

この結晶の転位や欠陥を少なくするために、GaN層中にアルミニウム窒化ガリウム(AlGaN)層や窒化アルミニウム(AlN)層を挿入することが知られている。   In order to reduce the dislocations and defects of this crystal, it is known to insert an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer or an aluminum nitride (AlN) layer in the GaN layer.

また、GaNとAlGaNまたはAlNは格子定数差が大きく、GaN層とAlGaN層間にピエゾ分極による電荷が発生してしまい、このGaN層中に発生した電荷は、半導体装置の高周波特性を極端に落としてしまうという問題がある。   In addition, GaN and AlGaN or AlN have a large lattice constant difference, and electric charges are generated by piezo polarization between the GaN layer and the AlGaN layer. The electric charge generated in the GaN layer drastically reduces the high frequency characteristics of the semiconductor device. There is a problem of end.

例えば、GaN層とAlGaN層は格子定数差が大きく、GaN層とAlGaN層間にピエゾ分極による電荷が発生してしまい、GaN層中に発生した電荷は、半導体装置の高周波特性を極端に落としてしまうという問題がある。   For example, there is a large difference in lattice constant between the GaN layer and the AlGaN layer, and charges due to piezoelectric polarization are generated between the GaN layer and the AlGaN layer, and the charges generated in the GaN layer drastically degrade the high-frequency characteristics of the semiconductor device. There is a problem.

このようなピエゾ分極による電荷は、GaN層の導電性を増大させ、ゲート電極とソース電極間或いはゲート電極とドレイン電極間のリーク電流を増大させ、半導体装置の電力増幅利得を低下させる原因となる。   Such charges due to piezo polarization increase the conductivity of the GaN layer, increase the leakage current between the gate electrode and the source electrode or between the gate electrode and the drain electrode, and reduce the power amplification gain of the semiconductor device. .

ゲート寸法を0.1μm級に形成することができ、かつゲート電極およびソース電極或いはドレイン電極間にリーク電流を生じさせないGaN系半導体を用いた電界効果トランジスタおよびその製造方法については、既に開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1においては、断面形状がT字型であるゲート電極を有する電界効果トランジスタを用いて、ゲートリーク電流を低減している。   A field effect transistor using a GaN-based semiconductor that can be formed to a gate size of 0.1 μm and does not generate a leakage current between the gate electrode and the source or drain electrode and a method for manufacturing the same have already been disclosed. (For example, refer to Patent Document 1). In Patent Document 1, a gate leakage current is reduced by using a field effect transistor having a gate electrode having a T-shaped cross section.

また、抵抗値の高いIII族窒化物半導体結晶、III族窒化物半導体基板、半導体装置およびIII族窒化物半導体結晶の製造方法については、既に開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2においては、例えば遷移金属としてFeが添加されたIII族窒化物半導体結晶であって、Ga原子空孔密度が1×1016cm-3以下であるFeドープGaN層が開示されている。FeドープGaN層のFe原子密度は、5×1017cm-3〜1020cm-3である。また、上記FeドープGaN層からなるIII族窒化物半導体基板上に形成された半導体層を有する半導体装置についても開示されている。 In addition, a group III nitride semiconductor crystal, a group III nitride semiconductor substrate, a semiconductor device, and a method for manufacturing a group III nitride semiconductor crystal having a high resistance value have already been disclosed (for example, see Patent Document 2). In Patent Document 2, for example, a group III nitride semiconductor crystal to which Fe is added as a transition metal, and a Ga-doped GaN layer having a Ga atom vacancy density of 1 × 10 16 cm −3 or less is disclosed. . The Fe atom density of the Fe-doped GaN layer is 5 × 10 17 cm −3 to 10 20 cm −3 . A semiconductor device having a semiconductor layer formed on a group III nitride semiconductor substrate made of the Fe-doped GaN layer is also disclosed.

また、所定値以上の格子定数の差を有する複数の窒化物系化合物半導体層を結晶性の良い状態で多層形成することができ、エピタキシャル成長方向への貫通転位の伝播を抑制できる半導体素子についても、既に開示されている(例えば、特許文献3参照。)。   In addition, a semiconductor element that can form a plurality of nitride compound semiconductor layers having a lattice constant difference of a predetermined value or more in a multi-layered state with good crystallinity and can suppress propagation of threading dislocations in the epitaxial growth direction. It has already been disclosed (for example, see Patent Document 3).

窒化ガリウム層とアルミニウム窒化ガリウム(AlGaN)層などで構成された従来の大電力用半導体装置の基本ユニットの構成は、図11に示すように、例えばSiCからなる基板10上に配置されたGaN層と、GaN層上に配置されたAlGaN層14と、AlGaN層14上に配置されたゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22とを備える。   As shown in FIG. 11, the basic unit of a conventional high power semiconductor device composed of a gallium nitride layer and an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer has a GaN layer disposed on a substrate 10 made of, for example, SiC. And an AlGaN layer 14 disposed on the GaN layer, and a gate electrode 24, a source electrode 20 and a drain electrode 22 disposed on the AlGaN layer 14.

さらに、従来の半導体装置は、図11に示すように、AlGaN層14からなる活性領域AAの周辺部に、メサエッチング技術、イオン注入技術などによって、非活性領域NAとなる素子分離領域が形成されている。   Furthermore, as shown in FIG. 11, in the conventional semiconductor device, an element isolation region that becomes the inactive region NA is formed in the periphery of the active region AA formed of the AlGaN layer 14 by mesa etching technology, ion implantation technology, or the like. ing.

図11に示すように、ゲート電極24,ソース電極20およびドレイン電極22は、それぞれ、非活性領域NAとなる素子分離領域上に配置されたゲート端子電極240,ソース端子電極200およびドレイン端子電極220に接続されている。   As shown in FIG. 11, the gate electrode 24, the source electrode 20, and the drain electrode 22 are respectively a gate terminal electrode 240, a source terminal electrode 200, and a drain terminal electrode 220 disposed on the element isolation region that becomes the inactive region NA. It is connected to the.

従来の半導体装置においては、図11に示すように、活性領域AA以外のゲート・ドレイン間は、非活性領域NAとなる素子分離領域によって、電気的に絶縁されている。このため、本来、活性領域AA以外の素子分離領域上では、ゲート・ドレイン間には表面リーク電流は流れない。   In the conventional semiconductor device, as shown in FIG. 11, the gate and drain other than the active region AA are electrically insulated by an element isolation region that becomes the inactive region NA. Therefore, the surface leakage current does not flow between the gate and the drain on the element isolation region other than the active region AA.

しかしながら、ゲート・ドレイン間に大きな電圧が印加された場合、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間のゲート電極先端部GPに電界が集中する。このため、ゲート電極24とドレイン端子電極220間に表面リーク電流が流れて半導体装置の特性劣化を招く。場合によっては、半導体装置の破壊に至るという問題点がある。
特開2002−141499号公報(第3−4頁、第1図) 特開2007−184379号公報(第6−7頁、第4図および第5図) 特開2007−221001号公報(第1図、第7図および第10図)
However, when a large voltage is applied between the gate and the drain, the electric field concentrates on the gate electrode front end GP between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220. For this reason, a surface leakage current flows between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220, leading to deterioration of the characteristics of the semiconductor device. In some cases, there is a problem that the semiconductor device is destroyed.
JP 2002-141499 A (page 3-4, FIG. 1) JP 2007-184379 (page 6-7, FIGS. 4 and 5) JP 2007-22001 A (FIGS. 1, 7, and 10)

本発明の目的は、信頼性が高く、かつ高性能化可能な大電力用の半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device for high power that has high reliability and can be improved in performance.

上記目的を達成するための一態様によれば、基板と、前記基板上に配置された窒化物系化合物半導体層と、前記窒化物系化合物半導体層上に配置され、アルミニウム窒化ガリウム層(AlXGa1-XN)(0.1≦x≦1)からなる活性領域と、イオン注入により形成され、前記活性領域を互いに素子分離する素子分離領域と、前記素子分離領域によって囲まれた前記活性領域上に配置されたゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、前記素子分離領域上に配置され、それぞれ前記ゲート電極,前記ソース電極および前記ドレイン電極に接続されたゲート端子電極,ソース端子電極およびドレイン端子電極とを備え、前記ゲート電極の先端部と前記ドレイン端子電極とは、溝部を挟んで対向した半導体装置が提供される。 According to an aspect for achieving the above object, a substrate, a nitride compound semiconductor layer disposed on the substrate, an aluminum gallium nitride layer (Al X) disposed on the nitride compound semiconductor layer, and An active region composed of Ga 1-X N) (0.1 ≦ x ≦ 1), an element isolation region formed by ion implantation and isolating the active region from each other, and the active surrounded by the element isolation region A gate electrode, a source electrode, and a drain electrode disposed on the region; and a gate terminal electrode, a source terminal electrode, and a drain that are disposed on the element isolation region and connected to the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, respectively. There is provided a semiconductor device including a terminal electrode, wherein a tip end portion of the gate electrode and the drain terminal electrode are opposed to each other with a groove portion interposed therebetween .

本発明によれば、ゲート電極とドレイン端子電極間の一部をエッチングして溝部を形成することにより、ゲート・ドレイン間リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の大電力用の半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, by forming a groove by etching a part between the gate electrode and the drain terminal electrode, the leakage current between the gate and the drain can be reduced, and the reliability is high and the performance is large. A power semiconductor device can be provided.

本発明によれば、ゲート電極とドレイン端子電極間の一部をエッチングして溝部を形成することにより、実効的にゲート電極とドレイン端子電極間の距離を長くすることでゲート・ドレイン間の表面リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の大電力用の半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, a part between the gate electrode and the drain terminal electrode is etched to form a groove, thereby effectively increasing the distance between the gate electrode and the drain terminal electrode, thereby increasing the surface between the gate and the drain. A leakage current can be reduced, and a highly reliable and high performance semiconductor device for high power can be provided.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下において、同じブロックまたは要素には同じ符号を付して説明の重複を避け、説明を簡略にする。図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the same reference numerals are assigned to the same blocks or elements to avoid duplication of explanation and simplify the explanation. It should be noted that the drawings are schematic and different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   The following embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. In the embodiments of the present invention, the arrangement of each component is as follows. Not specific. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(素子構造)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図1に示すように表される。また、図1のII−II線に沿う模式的断面構造は、図2若しくは図3に示すように表される。図2の例は、非活性領域NAとなる素子分離領域34をイオン注入技術を用いて形成した断面構造であり、図3の例は、非活性領域NAとなる素子分離領域25をメサエッチング技術を用いて形成した断面構造である。
[First embodiment]
(Element structure)
A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is expressed as shown in FIG. Moreover, the schematic cross-sectional structure along the II-II line of FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2 or FIG. The example of FIG. 2 has a cross-sectional structure in which an element isolation region 34 to be an inactive region NA is formed using an ion implantation technique, and the example of FIG. It is the cross-sectional structure formed using.

第1の実施の形態に係る半導体装置は、図1〜図3に示すように、基板10と、基板10上に配置された窒化物系化合物半導体層12と、窒化物系化合物半導体層12上に配置され、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14からなる活性領域AAと、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域(34,25)と、素子分離領域(34,25)によって囲まれた活性領域AA上に配置されたゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22と、素子分離領域(34,25)上に配置され、それぞれゲート電極24,ソース電極20およびドレイン電極22に接続されたゲート端子電極240,ソース端子電極200およびドレイン端子電極220と、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間に形成した溝部28とを備える。 As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device according to the first embodiment includes a substrate 10, a nitride-based compound semiconductor layer 12 disposed on the substrate 10, and a nitride-based compound semiconductor layer 12. Active region AA made of aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and element isolation region (34, 25) for isolating active region AA from each other And the gate electrode 24, the source electrode 20 and the drain electrode 22 disposed on the active region AA surrounded by the element isolation regions (34, 25) and the element isolation regions (34, 25). The gate terminal electrode 240 connected to the electrode 24, the source electrode 20 and the drain electrode 22, the source terminal electrode 200 and the drain terminal electrode 220, and the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220. And a the groove 28 formed between.

素子分離領域(34,25)は、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14および窒化物系化合物半導体層12の深さ方向の一部まで形成されている。 The element isolation regions (34, 25) are formed up to a part of the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and the nitride-based compound semiconductor layer 12 in the depth direction. Has been.

素子分離領域34は、イオン注入により形成される。イオン種としては、例えば、窒素(N)、アルゴン(Ar)などを適用することができる。また、イオン注入に伴うドーズ量は、例えば、約1×1014 (ions/cm2)程度であり、加速エネルギーは、例えば、約100keV〜200keV程度である。 The element isolation region 34 is formed by ion implantation. As the ion species, for example, nitrogen (N), argon (Ar), or the like can be applied. Further, the dose accompanying ion implantation is, for example, about 1 × 10 14 (ions / cm 2 ), and the acceleration energy is, for example, about 100 keV to 200 keV.

素子分離領域34上およびデバイス表面上には、パッシベーション用の絶縁層30が形成されている。この絶縁層30としては、例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法によって堆積された窒化膜、アルミナ(Al23)膜、酸化膜(SiO2)、酸窒化膜(SiON)などで形成することができる。 A passivation insulating layer 30 is formed on the element isolation region 34 and the device surface. The insulating layer 30 is formed of, for example, a nitride film deposited by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), an alumina (Al 2 O 3 ) film, an oxide film (SiO 2 ), an oxynitride film (SiON), or the like. can do.

溝部28内にも、パッシベーション用の絶縁層30が配置されていてもよい。   A passivation insulating layer 30 may also be disposed in the groove 28.

ソース電極20とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14との界面には、ソースコンタクト20aが形成され、ドレイン電極22とアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14との界面には、ドレインコンタクト22aが形成されている。ソース電極20およびドレイン電極22は、例えば、アルミニウム(Al)、Ti/Auなどで形成される。 A source contact 20a is formed at the interface between the source electrode 20 and the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14, and the drain electrode 22 and the aluminum gallium nitride layer (Al A drain contact 22 a is formed at the interface with x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14. The source electrode 20 and the drain electrode 22 are made of, for example, aluminum (Al), Ti / Au, or the like.

ゲート電極24は、例えばNi/Auなどで形成することができる。   The gate electrode 24 can be formed of, for example, Ni / Au.

ソースコンタクト20aおよびドレインコンタクト22aは、例えば、Al/Ti,若しくはNi/Al/Tiなどからなる積層構造によって形成することができる。   The source contact 20a and the drain contact 22a can be formed by a laminated structure made of, for example, Al / Ti or Ni / Al / Ti.

窒化物系化合物半導体層12と、窒化物系化合物半導体層12上に配置されたアルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14との界面には、2次元電子ガス層が形成される。 At the interface between the nitride-based compound semiconductor layer 12 and the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 disposed on the nitride-based compound semiconductor layer 12, A two-dimensional electron gas layer is formed.

また、基板10は、SiC基板、GaAs基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、Si基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/GaAlNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板若しくはダイヤモンド基板のいずれかを備えていてもよい。   The substrate 10 includes a SiC substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on the SiC substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on the Si substrate, and a heterojunction made of GaN / GaAlN on the SiC substrate. Any of a substrate on which an epitaxial layer is formed, a substrate on which a GaN epitaxial layer is formed on a sapphire substrate, a sapphire substrate, or a diamond substrate may be provided.

窒化物系化合物半導体層12は、例えばGaN層で形成される。   The nitride compound semiconductor layer 12 is formed of, for example, a GaN layer.

(溝部の構造例)
―構造例1―
溝部28は、例えば、図4に示すように、ゲート電極24の先端部において、活性領域AAの一部を含んで形成されている。また、溝部28は、図4に示すように、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間の素子分離領域34の一部を含んで形成されている。また、図4に示すように、溝部28内には、ゲート電極24の先端部が延伸して配置されている。
(Structural example of groove)
―Structure Example 1―
For example, as shown in FIG. 4, the groove 28 is formed including a part of the active region AA at the tip of the gate electrode 24. Further, as shown in FIG. 4, the trench 28 is formed so as to include a part of the element isolation region 34 between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220. Further, as shown in FIG. 4, the end portion of the gate electrode 24 is extended and disposed in the groove portion 28.

―構造例2―
溝部28の側壁は、例えば、図5に示すように、素子分離領域34の側壁部において、段差構造を備えている。段差数は、2段に限らず、2段以上形成されていてもよい。また、半導体側の側壁部において、段差構造を備えていてもよい。
-Structural example 2-
For example, as shown in FIG. 5, the side wall of the groove portion 28 has a step structure in the side wall portion of the element isolation region 34. The number of steps is not limited to two but may be two or more. Further, a step structure may be provided in the side wall portion on the semiconductor side.

―構造例3―
また、溝部は、例えば、図6に示すように、複数個形成されていてもよい。図6の例では、3個の溝部28a,28b,および28cが形成されている。溝部28a,28b,および28cは、図6に示すように、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間の素子分離領域34の一部を含んで形成されている。溝部28aと28b内には、絶縁層30が充填されている。一方、溝部28cには、ゲート電極24の先端部において、活性領域AAの一部を含んで形成されている。また、溝部28cには、ゲート電極24の先端部が延伸して配置されている。
―Structure Example 3―
Moreover, the groove part may be formed in multiple numbers, for example, as shown in FIG. In the example of FIG. 6, three groove portions 28a, 28b, and 28c are formed. The groove portions 28a, 28b, and 28c are formed so as to include a part of the element isolation region 34 between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220, as shown in FIG. The insulating layers 30 are filled in the grooves 28a and 28b. On the other hand, the groove 28c is formed so as to include a part of the active region AA at the tip of the gate electrode 24. In addition, the end portion of the gate electrode 24 is extended and disposed in the groove portion 28c.

―構造例4―
また、図7に示すように、溝部28によって、ゲート電極24の先端部とドレイン端子電極220は離隔された構造を備えていてもよい。溝部28内には、絶縁層30が形成されている。
-Structural example 4-
In addition, as shown in FIG. 7, the groove 28 may have a structure in which the tip of the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220 are separated from each other. An insulating layer 30 is formed in the groove 28.

また、図1に示す2つの溝部28を互いに結合して、ソース電極20、ゲート電極24およびドレイン電極22の配列方向にストライプ構造を備えていてもよい。   Further, the two groove portions 28 shown in FIG. 1 may be coupled to each other to have a stripe structure in the arrangement direction of the source electrode 20, the gate electrode 24, and the drain electrode 22.

さらに、溝部28と構造が実質的に等しい別の溝部を、ゲート電極24とゲート端子電極240との間に形成してもよい。ゲート電極24のストライプの先端部分と同様に、末端部分においても電界が集中し易いが、別の溝部を形成することによって、ゲート・ドレイン間のリーク電流の発生を抑制することができるからである。   Further, another groove portion having a structure substantially the same as that of the groove portion 28 may be formed between the gate electrode 24 and the gate terminal electrode 240. This is because the electric field is likely to be concentrated at the end portion as well as the leading end portion of the stripe of the gate electrode 24, but by forming another groove portion, it is possible to suppress the occurrence of leakage current between the gate and the drain. .

(製造方法)
第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、基板10上に窒化物系化合物半導体層12を形成する工程と、窒化物系化合物半導体層12上に、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14からなる活性領域AAを形成する工程と、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域(34,25)を形成する工程と、素子分離領域(34,25)によって囲まれた活性領域AA上にゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22を形成する工程と、それぞれゲート電極24,ソース電極20およびドレイン電極22に接続されるゲート端子電極240,ソース端子電極200およびドレイン端子電極220を素子分離領域(34,25)上に形成する工程と、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間に溝部28を形成する工程とを有する。
(Production method)
The method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes a step of forming a nitride compound semiconductor layer 12 on a substrate 10 and an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga) on the nitride compound semiconductor layer 12. 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 forming an active region AA, forming a device isolation region (34, 25) for isolating the active region AA from each other, device isolation Forming the gate electrode 24, the source electrode 20 and the drain electrode 22 on the active region AA surrounded by the regions (34, 25), and gate terminals connected to the gate electrode 24, the source electrode 20 and the drain electrode 22, respectively; Forming the electrode 240, the source terminal electrode 200, and the drain terminal electrode 220 on the element isolation region (34, 25), the gate electrode 24, and the drain terminal electrode; And a step of forming a groove 28 between the 20.

溝部28を形成する工程は、素子分離領域(34,25)を形成する工程後の実施することが望ましい。   The step of forming the groove portion 28 is preferably performed after the step of forming the element isolation regions (34, 25).

また、素子分離領域34を形成する工程は、イオン注入技術を用いることができる。   Further, an ion implantation technique can be used for the step of forming the element isolation region 34.

また、素子分離領域25を形成する工程は、メサエッチングを用いることができる。   Further, mesa etching can be used for the step of forming the element isolation region 25.

素子分離領域34を形成する工程において、素子分離領域34は、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14および窒化物系化合物半導体層12の深さ方向の一部まで形成する。 In the step of forming the element isolation region 34, the element isolation region 34 has a depth of the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and the nitride-based compound semiconductor layer 12. Form up to part of the direction.

以下に、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を詳細に説明する。   The semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described in detail below.

(a)SiCからなる基板10上にTMG(トリメチルガリウム)とアンモニアガスを流し、エピタキシャル成長によりGaN層12を、例えば約1μm〜2μm程度の厚さに形成する。 (A) TMG (trimethylgallium) and ammonia gas are flowed on the substrate 10 made of SiC, and the GaN layer 12 is formed to a thickness of, for example, about 1 μm to 2 μm by epitaxial growth.

(b)次に、TMAl(トリメチルアルミニウム)とアンモニアガスを流し、エピタキシャル成長によりAl組成比率約30%程度のアルミニウム窒化ガリウム層(Al0.3Ga1-0.3N)(0.1≦x≦1)14を、例えば約20nm〜100nm程度の厚さに形成する。 (B) Next, an aluminum gallium nitride layer (Al 0.3 Ga 1-0.3 N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 having an Al composition ratio of about 30% is formed by flowing TMAl (trimethylaluminum) and ammonia gas and epitaxially growing. Is formed to a thickness of about 20 nm to 100 nm, for example.

(c)次に、イオン注入技術によって、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域34を形成する。イオン種としては、例えば、窒素(N)、アルゴン(Ar)などを適用することができる。また、イオン注入に伴うドーズ量は、例えば、約1×1011 (ions/cm2)程度であり、加速エネルギーは、例えば、約100keV〜200keV程度である。なお、メサエッチング技術によって、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域25を形成してもよい。以下の説明では、イオン注入技術によって形成された素子分離領域34の例を用いて説明する。 (C) Next, an element isolation region 34 for isolating the active areas AA from each other is formed by an ion implantation technique. As the ion species, for example, nitrogen (N), argon (Ar), or the like can be applied. Further, the dose accompanying ion implantation is, for example, about 1 × 10 11 (ions / cm 2 ), and the acceleration energy is, for example, about 100 keV to 200 keV. The element isolation region 25 that isolates the active areas AA from each other may be formed by mesa etching technology. In the following description, an example of the element isolation region 34 formed by the ion implantation technique will be described.

(d)次に、ドライエッチング技術によって、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間に溝部28を形成する。ドライエッチング技術としては、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)技術などを適用することができる。反応ガスとしては、例えば、BCl3などの塩素系のエッチングガスを使用することができる。ここで、溝部28の深さは、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14の厚さよりも深く、例えば、約100nm〜200nm程度である。したがって、溝部28の底面は、窒化物系化合物半導体層(GaN層)12である。なお、溝部28の構造は、例えば、図4〜図7に示した構造を適用することができる。 (D) Next, the trench 28 is formed between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220 by a dry etching technique. As the dry etching technique, a reactive ion etching (RIE) technique or the like can be applied. As the reaction gas, for example, a chlorine-based etching gas such as BCl 3 can be used. Here, the depth of the groove 28 is deeper than the thickness of the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and is, for example, about 100 nm to 200 nm. Therefore, the bottom surface of the groove 28 is the nitride-based compound semiconductor layer (GaN layer) 12. In addition, the structure shown in FIGS. 4-7 is applicable to the structure of the groove part 28, for example.

(e)次に、素子分離領域34によって囲まれた活性領域AA上にソースコンタクト20a、ドレインコンタクト22aを形成する。コンタクト形成技術としては、真空蒸着技術、スパッタリング技術などを適用することができる。ソースコンタクト20aおよびドレインコンタクト22aは、例えば、Al/Ti,若しくはNi/Al/Tiなどからなる積層構造によってオーミック電極として形成する。 (E) Next, the source contact 20 a and the drain contact 22 a are formed on the active region AA surrounded by the element isolation region 34. As the contact formation technique, a vacuum deposition technique, a sputtering technique, or the like can be applied. The source contact 20a and the drain contact 22a are formed as ohmic electrodes by a laminated structure made of Al / Ti or Ni / Al / Ti, for example.

(f)次に、ゲート電極24を形成する。電極形成技術としては、真空蒸着技術、スパッタリング技術などを適用することができる。ゲート電極24は、例えば、Ni/Auなどによって形成することができる。ゲート電極24は、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14との間で、ショットキーコンタクトを形成する。ゲート電極24の幅は、例えば、約0.1μm〜1μm程度である。なお、ゲート電極24の先端部は、図4〜図6に示すように、溝部28内に延伸して形成されていてもよい。或いは、図7に示すように、溝部28の外側に離隔して、形成されていてもよい。 (F) Next, the gate electrode 24 is formed. As an electrode forming technique, a vacuum deposition technique, a sputtering technique, or the like can be applied. The gate electrode 24 can be formed of, for example, Ni / Au. The gate electrode 24 forms a Schottky contact with the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14. The width of the gate electrode 24 is, for example, about 0.1 μm to 1 μm. In addition, the front-end | tip part of the gate electrode 24 may be extended | stretched and formed in the groove part 28, as shown in FIGS. Alternatively, as shown in FIG. 7, the groove portions 28 may be formed apart from each other.

(g)次に、それぞれゲート電極24,ソースコンタクト20aおよびドレインコンタクト22aに接続されたゲート端子電極240,ソース端子電極200およびドレイン端子電極220を素子分離領域34上に形成する。 (G) Next, the gate terminal electrode 240, the source terminal electrode 200, and the drain terminal electrode 220 connected to the gate electrode 24, the source contact 20a, and the drain contact 22a, respectively, are formed on the element isolation region 34.

(h)次に、デバイス表面全体に、パッシベーション用の絶縁層30を形成する。この絶縁層30は、例えば、PECVD法によって堆積された窒化膜、Al23膜、SiO2膜、SiON膜などで形成することができる。 (H) Next, a passivation insulating layer 30 is formed on the entire device surface. This insulating layer 30 can be formed of, for example, a nitride film, an Al 2 O 3 film, a SiO 2 film, a SiON film, or the like deposited by PECVD.

(i)次に、ソース電極20、ドレイン電極22を形成する。電極形成技術としては、真空蒸着技術、スパッタリング技術などを適用することができる。ソース電極20およびドレイン電極22は、例えば、アルミニウム(Al)、Ti/Auなどで形成される。 (I) Next, the source electrode 20 and the drain electrode 22 are formed. As an electrode forming technique, a vacuum deposition technique, a sputtering technique, or the like can be applied. The source electrode 20 and the drain electrode 22 are made of, for example, aluminum (Al), Ti / Au, or the like.

以上の(a)〜(i)の工程により、第1の実施の形態に係る半導体装置を完成する。   The semiconductor device according to the first embodiment is completed through the steps (a) to (i).

第1の実施の形態によれば、ゲート電極24とドレイン端子電極220の間の一部をエッチングして溝部28を形成することにより、ゲート・ドレイン間リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the first embodiment, the trench 28 is formed by etching a part between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220, whereby the gate-drain leakage current can be reduced, and the reliability is improved. And a high-performance semiconductor device and a method for manufacturing the same can be provided.

第1の実施の形態によれば、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間の一部をエッチングして溝部28を形成することにより、実効的にゲート電極24とドレイン端子電極220との間の距離を長くすることでゲート・ドレイン間の表面リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the first embodiment, a portion between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220 is etched to form the groove 28, so that the effective gap between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220 can be obtained. By increasing the distance, the surface leakage current between the gate and the drain can be reduced, and a highly reliable and high performance semiconductor device and a manufacturing method thereof can be provided.

[第2の実施の形態]
(全体素子構造)
第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図8に示すように表される。また、図8のA部分の拡大図は、図9に示すように表される。
[Second Embodiment]
(Overall element structure)
A schematic planar pattern configuration of the semiconductor device according to the second embodiment is expressed as shown in FIG. An enlarged view of portion A in FIG. 8 is represented as shown in FIG.

図8〜図9に示す第2の実施の形態に係る半導体装置においては、大電力化のための電極パターン配置と、ゲート電極24とドレイン端子電極220間に形成される溝部28を備えた点に特徴を有する。   The semiconductor device according to the second embodiment shown in FIGS. 8 to 9 includes an electrode pattern arrangement for increasing power and a groove 28 formed between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220. It has the characteristics.

第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図8〜図9に示すように、基板10と、基板10上に配置された窒化物系化合物半導体層12と、窒化物系化合物半導体層12上に配置され、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14からなる活性領域AAと、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域34と、素子分離領域34によって囲まれた活性領域AA上に配置され、それぞれ複数のフィンガーを有するゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22と、ゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成したゲート端子電極240、ソース端子電極200およびドレイン端子電極220と、ゲート電極24とドレイン端子電極220との間に形成した溝部28とを備える。 As shown in FIGS. 8 to 9, the schematic planar pattern configuration of the semiconductor device according to the second embodiment includes a substrate 10, a nitride-based compound semiconductor layer 12 disposed on the substrate 10, and a nitride. An element isolation that is disposed on the system compound semiconductor layer 12 and includes the active region AA composed of an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1 -xN) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and the active region AA. The gate electrode 24, the source electrode 20, and the drain electrode 22 that are disposed on the active region AA surrounded by the region 34 and the element isolation region 34 and have a plurality of fingers, respectively, and the gate electrode 24, the source electrode 20, and the drain electrode 22. A gate terminal electrode 240, a source terminal electrode 200, a drain terminal electrode 220 formed by bundling a plurality of fingers for each, a gate electrode 24, And a groove portion 28 formed between the drain terminal electrode 220.

素子分離領域34は、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14および窒化物系化合物半導体層12の深さ方向の一部まで形成されている。 The element isolation region 34 is formed up to a part in the depth direction of the aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 and the nitride-based compound semiconductor layer 12.

素子分離領域34は、例えば、イオン注入技術により形成されている。   The element isolation region 34 is formed by, for example, an ion implantation technique.

溝部28は、複数のフィンガーを有するゲート電極24の先端部において、活性領域AAの一部を含んで形成されていてもよい。   The groove 28 may be formed so as to include a part of the active region AA at the tip of the gate electrode 24 having a plurality of fingers.

溝部28は、複数のフィンガーを有するゲート電極24とドレイン端子電極220との間の素子分離領域34の一部を含んで形成されていてもよい。   The groove 28 may be formed so as to include a part of the element isolation region 34 between the gate electrode 24 having a plurality of fingers and the drain terminal electrode 220.

溝部28内には、図4〜図6に示した構造と同様に、複数のフィンガーを有するゲート電極24の先端部が延伸して配置されていてもよい。   Similar to the structure shown in FIGS. 4 to 6, the tip of the gate electrode 24 having a plurality of fingers may be extended in the groove 28.

溝部28の側壁は、図5に示した構造と同様に、段差構造を備えていてもよい。   Similar to the structure shown in FIG. 5, the side wall of the groove 28 may have a step structure.

溝部28は、図6に示した構造と同様に、複数形成されていてもよい。   A plurality of groove portions 28 may be formed in the same manner as the structure shown in FIG.

溝部28によって、図7に示すように、複数のフィンガーを有するゲート電極24の先端部とドレイン端子電極220は離隔され、溝部28内には、パッシベーション用の絶縁層30が形成されていてもよい。   As shown in FIG. 7, the end portion of the gate electrode 24 having a plurality of fingers and the drain terminal electrode 220 are separated by the groove portion 28, and the passivation insulating layer 30 may be formed in the groove portion 28. .

さらに、溝部28と構造が実質的に等しい別の溝部を、複数のフィンガーを有するゲート電極24とゲート端子電極240との間に形成してもよい。ゲート電極24のストライプの先端部分と同様に、末端部分においても電界が集中し易いが、別の溝部を形成することによって、ゲート・ドレイン間のリーク電流の発生を抑制することができるからである。   Furthermore, another groove portion having substantially the same structure as the groove portion 28 may be formed between the gate electrode 24 having a plurality of fingers and the gate terminal electrode 240. This is because the electric field is likely to be concentrated at the end portion as well as the leading end portion of the stripe of the gate electrode 24, but by forming another groove portion, it is possible to suppress the occurrence of leakage current between the gate and the drain. .

また、基板10は、SiC基板、GaAs基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、Si基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/GaAlNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板若しくはダイヤモンド基板のいずれかを備えていてもよい。   The substrate 10 includes a SiC substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on the SiC substrate, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on the Si substrate, and a heterojunction made of GaN / GaAlN on the SiC substrate. Any of a substrate on which an epitaxial layer is formed, a substrate on which a GaN epitaxial layer is formed on a sapphire substrate, a sapphire substrate, or a diamond substrate may be provided.

図8の構成例において、各部の寸法は、例えば、セル幅W1は約120μm、W2は約80μm、セル長W3は約100μm、W4は約120μmであり、ゲート幅WGは全体として100μm×6本×4セル=2.4mm程度である。   In the configuration example of FIG. 8, the dimensions of each part are, for example, a cell width W1 of about 120 μm, W2 of about 80 μm, a cell length W3 of about 100 μm, W4 of about 120 μm, and a gate width WG of 100 μm × 6 as a whole. × 4 cells = about 2.4 mm.

図8の例では、ソース端子電極200において、基板10の裏面からVIAホール260が形成されて、基板10の裏面には接地導体が形成されている。そして、回路素子を接地する場合、基板10を貫通するVIAホール260を介して、基板10上に設けた回路素子と基板10の裏面に形成した接地導体とが電気的に接続される。   In the example of FIG. 8, in the source terminal electrode 200, a VIA hole 260 is formed from the back surface of the substrate 10, and a ground conductor is formed on the back surface of the substrate 10. When the circuit element is grounded, the circuit element provided on the substrate 10 and the ground conductor formed on the back surface of the substrate 10 are electrically connected via the VIA hole 260 penetrating the substrate 10.

尚、ゲート端子電極240は、ボンディングワイヤなどで周辺の半導体チップに接続され、また、ドレイン端子電極220も、ボンディングワイヤなどで周辺の半導体チップに接続される。   The gate terminal electrode 240 is connected to the peripheral semiconductor chip with a bonding wire or the like, and the drain terminal electrode 220 is also connected to the peripheral semiconductor chip with a bonding wire or the like.

(製造方法)
第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、基板10上に窒化物系化合物半導体層12を形成する工程と、窒化物系化合物半導体層12上に、アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)14からなる活性領域AAを形成する工程と、活性領域AAを互いに素子分離する素子分離領域(34,25)を形成する工程と、素子分離領域(34,25)によって囲まれた活性領域AAの第1表面上に、それぞれ複数のフィンガーを有するゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22を形成する工程と、ゲート電極24、ソース電極20およびドレイン電極22ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成したゲート端子電極240、ソース端子電極200およびドレイン端子電極220を素子分離領域(34,25)上に形成する工程と、複数のフィンガーを有するゲート電極24とドレイン端子電極220との間に溝部28を形成する工程とを有する。
(Production method)
The method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment includes a step of forming a nitride compound semiconductor layer 12 on a substrate 10 and an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga) on the nitride compound semiconductor layer 12. 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1) 14 forming an active region AA, forming a device isolation region (34, 25) for isolating the active region AA from each other, device isolation Forming a gate electrode 24, a source electrode 20 and a drain electrode 22 each having a plurality of fingers on the first surface of the active region AA surrounded by the regions (34, 25); In addition, the gate terminal electrode 240, the source terminal electrode 200, and the drain terminal electrode 220 formed by bundling a plurality of fingers for each of the drain electrode 22 and the drain terminal electrode 22 are separated. And a step of forming on the band (34,25), and forming a groove 28 between the gate electrode 24 and the drain terminal electrode 220 having a plurality of fingers.

溝部28を形成する工程は、素子分離領域(34,25)を形成する工程後の実施することが望ましい。   The step of forming the groove portion 28 is preferably performed after the step of forming the element isolation regions (34, 25).

また、素子分離領域34を形成する工程は、イオン注入技術を用いることができる。   Further, an ion implantation technique can be used for the step of forming the element isolation region 34.

また、素子分離領域25を形成する工程は、メサエッチング技術を用いることができる。   The step of forming the element isolation region 25 can use a mesa etching technique.

第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の詳細については、第1の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。   The details of the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

第2の実施の形態に係る半導体装置においても溝部28の詳細な構造は、第1の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。   Also in the semiconductor device according to the second embodiment, the detailed structure of the groove portion 28 is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

(変形例)
第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的平面パターン構成は、図10に示すように表される。
(Modification)
A schematic planar pattern configuration of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment is expressed as shown in FIG.

第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、図10に示すように、溝部28は、複数のフィンガーを有するゲート電極24とドレイン端子電極220との間において、複数のフィンガー電極の配列方向に平行なストライプ構造を備える点に特徴を有する。   In the semiconductor device according to the modification of the second embodiment, as shown in FIG. 10, the groove 28 is formed between the gate electrode 24 having a plurality of fingers and the drain terminal electrode 220 with a plurality of finger electrodes. It is characterized in that it has a stripe structure parallel to the arrangement direction.

第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においても溝部28の詳細な構造は、第1の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。   Also in the semiconductor device according to the modified example of the second embodiment, the detailed structure of the groove 28 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

また、第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法も、第2の実施の形態と同様であるため、説明は省略する。   A method for manufacturing a semiconductor device according to a modification of the second embodiment is also the same as that of the second embodiment, and a description thereof will be omitted.

さらに、溝部28と構造が実質的に等しい別の溝部を、複数のフィンガーを有するゲート電極24とゲート端子電極240との間に形成してもよい。ゲート電極24のストライプの先端部分と同様に、末端部分においても電界が集中し易いが、別の溝部を形成することによって、ゲート・ドレイン間のリーク電流の発生を抑制することができるからである。   Furthermore, another groove portion having substantially the same structure as the groove portion 28 may be formed between the gate electrode 24 having a plurality of fingers and the gate terminal electrode 240. This is because the electric field is likely to be concentrated at the end portion as well as the leading end portion of the stripe of the gate electrode 24, but by forming another groove portion, it is possible to suppress the occurrence of leakage current between the gate and the drain. .

第2の実施の形態およびその変形例によれば、ゲート電極とドレイン端子電極間の一部をエッチングして溝部を形成することにより、ゲート・ドレイン間リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の大電力用の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the second embodiment and the modification thereof, the gate-drain leakage current can be reduced by forming a groove by etching a part between the gate electrode and the drain terminal electrode, and the reliability. It is possible to provide a high-power, high-power, high-power semiconductor device and a method for manufacturing the same.

第2の実施の形態およびその変形例によれば、ゲート電極とドレイン端子電極間の一部をエッチングして溝部を形成することにより、実効的にゲート電極とドレイン端子電極間の距離を長くすることでゲート・ドレイン間の表面リーク電流を減少させることができ、信頼性が高く、かつ高性能の大電力用の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   According to the second embodiment and its modification, the distance between the gate electrode and the drain terminal electrode is effectively increased by etching the part between the gate electrode and the drain terminal electrode to form the groove. Thus, the surface leakage current between the gate and the drain can be reduced, and a highly reliable and high performance semiconductor device for high power and a manufacturing method thereof can be provided.

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1〜第2の実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments and the modifications thereof. However, the description and the drawings that constitute a part of this disclosure are exemplary and limit the present invention. Should not be understood. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

なお、本発明の半導体装置としては、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)に限らず、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)、LDMOS(Lateral Doped Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)やヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Hetero-junction Bipolar Transistor)などの増幅素子、メムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)素子などにも適用できることは言うまでもない。   The semiconductor device of the present invention is not limited to a field effect transistor (FET), but a high electron mobility transistor (HEMT), a lateral doped metal-oxide-semiconductor field effect transistor (LDMOS). Needless to say, the present invention can also be applied to an amplifying element such as a heterojunction bipolar transistor (HBT) or a micro electro mechanical systems (MEMS) element.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。   As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.

本発明の半導体装置は、内部整合型電力増幅素子、電力MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)、マイクロ波電力増幅器、ミリ波電力増幅器、高周波MEMS素子などの幅広い分野に適用可能である。   The semiconductor device of the present invention can be applied to a wide range of fields such as an internal matching power amplification element, a power MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit), a microwave power amplifier, a millimeter wave power amplifier, and a high-frequency MEMS element.

本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。1 is a schematic plan pattern configuration diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. イオン注入によって素子分離領域を形成した図1のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line II-II in FIG. メサエッチングによって素子分離領域を形成した図1のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 2 is a schematic sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 in which an element isolation region is formed by mesa etching. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造例1。1 is a schematic cross-sectional structure example 1 taken along the line II of FIG. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造例2。2 is a schematic cross-sectional structure example 2 taken along line II of FIG. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造例3。3 is a schematic cross-sectional structure example 3 taken along the line II of FIG. 図1のI−I線に沿う模式的断面構造例4。4 is a schematic cross-sectional structure example 4 taken along the line II of FIG. 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図2のA部分の拡大図。The enlarged view of A part of FIG. 本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the semiconductor device which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 従来例に係る半導体装置の模式的平面パターン構成図。The typical plane pattern block diagram of the semiconductor device which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

10…基板
12…窒化物系化合物半導体層(GaN層)
14…アルミニウム窒化ガリウム層(AlxGa1-xN)(0.1≦x≦1)
20…ソース電極
22a…ソースコンタクト
24…ゲート電極
25,34…素子分離領域
22…ドレイン電極
22a…ドレインコンタクト
28,28a,28b,28c…溝部
30…絶縁層
200…ソース端子電極
220…ドレイン端子電極
240…ゲート端子電極
260…VIAホール
AA…活性領域
NA…非活性領域
10 ... Substrate 12 ... Nitride compound semiconductor layer (GaN layer)
14: Aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1)
20 ... Source electrode 22a ... Source contact 24 ... Gate electrodes 25, 34 ... Element isolation region 22 ... Drain electrode 22a ... Drain contacts 28, 28a, 28b, 28c ... Groove 30 ... Insulating layer 200 ... Source terminal electrode 220 ... Drain terminal electrode 240 ... Gate terminal electrode 260 ... VIA hole AA ... Active region NA ... Inactive region

Claims (16)

基板と、
前記基板上に配置された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に配置され、アルミニウム窒化ガリウム層(AlXGa1-XN)(0.1≦x≦1)からなる活性領域と、
イオン注入により形成され、前記活性領域を互いに素子分離する素子分離領域と、
前記素子分離領域によって囲まれた前記活性領域上に配置されたゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記素子分離領域上に配置され、それぞれ前記ゲート電極,前記ソース電極および前記ドレイン電極に接続されたゲート端子電極,ソース端子電極およびドレイン端子電極と
を備え、前記ゲート電極の先端部と前記ドレイン端子電極とは、溝部を挟んで対向したことを特徴とする半導体装置。
A substrate,
A nitride compound semiconductor layer disposed on the substrate;
An active region disposed on the nitride-based compound semiconductor layer and made of an aluminum gallium nitride layer (Al x Ga 1-x N) (0.1 ≦ x ≦ 1);
An element isolation region formed by ion implantation and isolating the active regions from each other;
A gate electrode, a source electrode, and a drain electrode disposed on the active region surrounded by the element isolation region;
Wherein arranged on the isolation region, each of said gate electrode, said source electrode and a gate connected to terminal electrodes to said drain electrode, and a source terminal and drain terminal electrodes, the drain terminal and the leading end portion of the gate electrode A semiconductor device characterized by facing an electrode across a groove .
前記溝部は、前記ゲート電極と前記ドレイン端子電極との間の前記素子分離領域の一部を含んで形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove portion is formed to include a part of the element isolation region between the gate electrode and the drain terminal electrode. 前記溝部内には、前記ゲート電極の先端部が延伸して配置され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 a tip end portion of the gate electrode extends in the groove portion. 前記溝部の側壁は、段差構造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。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the side wall of the groove has a step structure. 前記溝部は、複数であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is plural. 前記溝部は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の配列方向にストライプ構造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。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the trench has a stripe structure in an arrangement direction of the source electrode and the drain electrode. 前記溝部によって、前記ゲート電極の先端部と前記ドレイン端子電極は離隔された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 a tip end portion of the gate electrode and the drain terminal electrode are separated by the groove portion. 前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、それぞれ複数のフィンガーを備え、
前記素子分離領域上に配置され、前記ゲート電極、前記ソース電極および前記ドレイン電極ごとに複数のフィンガーをそれぞれ束ねて形成したゲート端子電極、ソース端子電極およびドレイン端子電極を備え、
前記溝部は、前記ゲート電極と前記ドレイン端子電極との間に形成したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Each of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode includes a plurality of fingers,
A gate terminal electrode, a source terminal electrode and a drain terminal electrode, which are arranged on the element isolation region and formed by bundling a plurality of fingers for each of the gate electrode, the source electrode and the drain electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is formed between the gate electrode and the drain terminal electrode.
前記ゲート電極の先端部と前記ドレイン端子電極とは、前記溝部を挟んで対向したことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8 , wherein a front end portion of the gate electrode and the drain terminal electrode face each other with the groove portion interposed therebetween . 前記溝部は、前記複数のフィンガーを有する前記ゲート電極と前記ドレイン端子電極との間の前記素子分離領域の一部を含んで形成されたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the groove portion is formed to include a part of the element isolation region between the gate electrode having the plurality of fingers and the drain terminal electrode. 前記溝部内には、前記複数のフィンガーを有する前記ゲート電極の先端部が延伸して配置されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 8, wherein a tip end portion of the gate electrode having the plurality of fingers is extended and disposed in the groove portion. 前記溝部の側壁は、段差構造を備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein a side wall of the groove has a step structure. 前記溝部は、複数であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the groove is plural. 前記溝部は、前記複数のフィンガー電極の配列方向に平行なストライプ構造を備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the groove has a stripe structure parallel to an arrangement direction of the plurality of finger electrodes. 前記溝部によって、前記ゲート電極の先端部と前記ドレイン端子電極は離隔されたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein a tip end portion of the gate electrode and the drain terminal electrode are separated by the groove portion. 前記基板は、SiC基板、GaAs基板、GaN基板、SiC基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、Si基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、SiC基板上にGaN/GaAlNからなるヘテロ接合エピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板上にGaNエピタキシャル層を形成した基板、サファイア基板若しくはダイヤモンド基板のいずれかを備えることを特徴とする請求項1または8に記載の半導体装置。   The substrate includes a SiC substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, a substrate having a GaN epitaxial layer formed on the SiC substrate, a substrate having a GaN epitaxial layer formed on the Si substrate, and a heterojunction epitaxial layer made of GaN / GaAlN on the SiC substrate. 9. The semiconductor device according to claim 1, comprising: a substrate on which GaN is formed, a substrate in which a GaN epitaxial layer is formed on a sapphire substrate, a sapphire substrate, or a diamond substrate.
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