JP5084262B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
III−V族窒化物半導体からなり、ゲート電極と半導体層の間に絶縁膜を具備する電界効果トランジスタにおいて、
該ゲート電極と半導体層の間に配された絶縁膜の厚さが二段階以上に変化することを特徴とする。
ゲート電極と半導体層の間に配された絶縁膜の厚さが連続的に変化することを特徴とする。
III−V族窒化物半導体からなり、ゲート電極と半導体層の間に絶縁膜を具備する電界効果トランジスタにおいて、
III−V族窒化物半導体層の一部、又は該絶縁膜の一部を除去したリセス構造を備え、
該リセス領域の一部もしくは全部に該ゲート電極および該絶縁膜が配置されていることを特徴とする。
該リセス領域の絶縁膜の膜厚は、リセス領域以外の絶縁膜の膜厚より薄いことを特徴とする。
該III−V族窒化物半導体層中に、III−V族窒化物半導体からなるキャリア走行層又はキャリア供給層を含み、
該リセス構造は、該III−V族窒化物半導体からなるキャリア走行層又はキャリア供給層の30%〜90%を除去することで形成されることを特徴とする。
該リセス構造は、該絶縁膜の30%〜90%を除去することで形成されることを特徴とする。
ゲート電極と半導体層との最近接部以外のゲート電極部が、ソース電極側よりもドレイン電極側に長くなっていることを特徴とする半導体装置である。
102、202、302、402、502 第一のGaN系半導体からなるバッファ層
103、203、303、403、503 第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層
104、304、404、504 第三のGaN系半導体からなるキャリア供給層
105、204、305、407、506 ソース電極
106、205、306、408、507 ドレイン電極
107、206、409、508 第一の絶縁膜
108、207、410 リセス領域
109、208、307、411、512 ゲート絶縁膜
110、209、309、412、513 ゲート電極
111、210、310、413、514 保護膜
211、414、515 核形成層
308 溝(絶縁膜リセス領域)
405 第四のGaN系半導体からなるエッチング・ストッパ層
406 第五のGaN系半導体からなるオーミック・コンタクト層
505 第四のGaN系半導体からなるオーミック・コンタクト層
509 第一のリセス領域
510 第二の絶縁膜
511 第二のリセス領域
1001 SiC基板
1002 AlNバッファ層
1003 GaN層
1004 AlGaN層層
1005 ソース電極
1006 ドレイン電極
1007 絶縁膜
1008 ゲート電極
1009 保護膜
本発明にかかる第1の実施の形態の一例を図1に示す。図1は、本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。本実施形態の電界効果トランジスタは、基板101上に、第一のGaN系半導体からなるバッファ層102、第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層103、第三のGaN系半導体からなるキャリア供給層104を形成する。その後、ソース電極105、ドレイン電極106を形成し、更に、第一の絶縁膜107を成膜する。
本発明の第1の実施形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板101としてc面((0001)面)炭化シリコン(SiC)基板、第一のGaN系半導体102としてAlN層(膜厚200nm)、第二のGaN系半導体103としてGaNキャリア走行層(膜厚500〜2000nm)、第三のGaN系半導体104としてAlGaNキャリア供給層(Al組成比0.3、膜厚35nm)、ソース電極、ドレイン電極としてTi/Al(Ti層の膜厚10nm、Al層の膜厚200nm)、第一の絶縁膜としてSiON膜(膜厚80nm)、リセスとして、第一の絶縁膜107と、第三のGaN系半導体104のうち25nmを除去、ゲート絶縁膜109としてSiON膜(膜厚10nm)、ゲート電極110としてNi/Au(Ni層の膜厚10nm、Au層の膜厚200nm)、保護膜111としてSiON膜(膜厚80nm)を用いることにより作製される。
本発明にかかる第2の実施の形態の一例を図2に示す。図2は、本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。本実施形態の電界効果トランジスタは、基板201上に、第一のGaN系半導体からなるバッファ層202、第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層203を形成する。その後、ソース電極204、ドレイン電極205を形成し、更に第一の絶縁膜206を成膜する。その後、ソース電極204、ドレイン電極205間の一部の絶縁膜206を等方エッチングなどによりテーパーがつく様に除去し、更に、キャリア走行層203の一部を除去し、リセス構造207を作製する。
本発明の第2の実施形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板201としてc面((0001)面)炭化シリコン(SiC)基板、核形成層211としてAlN層(膜厚100nm)、第一のGaN系半導体202としてGaN層(膜厚2000nm)、第二のGaN系半導体203としてSiを添加したGaNキャリア走行層(膜厚100nm、Si添加量1×1018cm−3)、ソース電極、ドレイン電極としてTi/Al(Ti層の膜厚10nm、Al層の膜厚200nm)、第一の絶縁膜206としてSiON膜(膜厚80nm)、リセスとして、等方エッチングとしてSF6ガスを用いたドライエッチングにより第一の絶縁膜を除去し、BCl3ガスを用いたドライエッチングにより第二のGaN系半導体203のうち50nmを除去、ゲート絶縁膜208としてSiON膜(膜厚20nm)、ゲート電極209としてNi/Au(Ni層の膜厚10nm、Au層の膜厚200nm)、保護膜210としてSiON膜(膜厚80nm)を用いることにより作製される。
本発明にかかる第3の実施の形態の一例を図3に示す。図3は、本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。本実施形態の電界効果トランジスタは、基板301上に、第一のGaN系半導体からなるバッファ層302、第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層303、第三のGaN系半導体からなるキャリア供給層304を形成する。
本発明の第3の実施形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板301としてc面((0001)面)炭化シリコン(SiC)基板、第一のGaN系半導体302としてAlN層(膜厚200nm)、第二のGaN系半導体303としてGaNキャリア走行層(膜厚500〜2000nm)、第三のGaN系半導体304としてAlGaNキャリア供給層(Al組成比0.3、膜厚35nm)、ソース電極305、ドレイン電極306としてTi/Al(Ti層の膜厚10nm、Al層の膜厚200nm)、ゲート絶縁膜307としてSiON膜(膜厚80nm)、ゲート電極が配される溝として、ゲート絶縁膜307の内70nmを除去、ゲート電極309としてNi/Au(Ni層の膜厚10nm、Au層の膜厚200nm)、保護膜310としてSiON膜(膜厚80nm)を用いることにより作製される。
本発明にかかる第4の実施の形態の一例を図4に示す。図4は、本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。本実施形態の電界効果トランジスタは、基板401上に、第一のGaN系半導体からなるバッファ層402、第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層403、第三のGaN系半導体からなるキャリア供給層404、第四のGaN系半導体からなるエッチング・ストッパ層405、第五のGaN系半導体からなるオーミック・コンタクト層406を形成する。
本発明の第4の実施形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板401としてc面((0001)面)炭化シリコン(SiC)基板、核形成層414としてAlN層(膜厚200nm)、第一のGaN系半導体402としてGaN層(膜厚2000nm)、第二のGaN系半導体403としてInGaNキャリア走行層(In組成比0.15、膜厚15nm)、第三のGaN系半導体404としてAlGaNキャリア供給層(Al組成比0.2、膜厚15nm)、第四のGaN系半導体405としてAlGaNエッチング・ストッパ層(Al組成比0.6、膜厚5nm)、第五のGaN系半導体406としてSiを添加したAlGaNオーミック・コンタクト層(Al組成比0.3、膜厚10nm、Si添加量1×1019cm−3)、ソース電極407、ドレイン電極408としてTi/Al(Ti層の膜厚10nm、Al層の膜厚200nm)、第一の絶縁膜409としてSiON膜(膜厚80nm)、リセスとして、等方エッチングとしてSF6ガスを用いたドライエッチングにより第一の絶縁膜を除去し、BCl3とSF6の混合ガスを用いたドライエッチングにより第五のGaN系半導体406を除去、ゲート絶縁膜411としてSiON膜(膜厚10nm)、ゲート電極412としてNi/Au(Ni層の膜厚10nm、Au層の膜厚200nm)、保護膜413としてSiON膜(膜厚60nm)を用いることにより作製される。
本発明にかかる第5の実施の形態の一例を図5に示す。図5は、本発明の実施の一形態を示す断面構造図である。本実施形態の電界効果トランジスタは、基板501上に、第一のGaN系半導体からなるバッファ層502、第二のGaN系半導体からなるキャリア走行層503、第三のGaN系半導体からなるキャリア供給層504、第四のGaN系半導体からなるオーミック・コンタクト層505を形成する。
本発明の第5の実施形態の一実施例を示す。本実施例の電界効果トランジスタは、基板501としてc面((0001)面)炭化シリコン(SiC)基板、核形成層515としてAlN層(膜厚200nm)、第一のGaN系半導体502としてGaN層(膜厚2000nm)、第二のGaN系半導体503としてInGaNキャリア走行層(In組成比0.15、膜厚15nm)、第三のGaN系半導体504としてAlGaNキャリア供給層(Al組成比0.25、膜厚40nm)、第四のGaN系半導体505としてSiを添加したGaNオーミック・コンタクト層(膜厚50nm、Si添加量1×1019cm−3)、ソース電極506、ドレイン電極507としてTi/Al(Ti層の膜厚10nm、Al層の膜厚200nm)、第一の絶縁膜508としてSiON膜(膜厚80nm)、第一のリセス509として、SF6ガスを用いたドライエッチングにより第一の絶縁膜を除去し、BCl3とSF6の混合ガスを用いたドライエッチングにより第四のGaN系半導体505を除去、第二の絶縁膜510としてSiON膜(膜厚80nm)、第二のリセス511として、等方エッチングとしてSF6ガスを用いたドライエッチングにより第一の絶縁膜を除去し、BCl3を用いたドライエッチングにより第三のGaN系半導体504のうち20nmを除去、ゲート絶縁膜512としてSiON膜(膜厚10nm)、ゲート電極513としてNi/Au(Ni層の膜厚10nm、Au層の膜厚200nm)、保護膜514としてSiON膜(膜厚50nm)を用いることにより作製される。
Claims (6)
- ゲート電極とIII−V族窒化物半導体層の間に絶縁膜を具備する電界効果トランジスタにおいて、
該III−V族窒化物半導体層の一部、又は該絶縁膜の一部を除去したリセス構造を備え、
該リセス構造に、該ゲート電極が配置されており、
該リセス構造における該ゲート電極と該III−V族窒化物半導体層の間に配された該絶縁膜の膜厚は、前記リセス構造以外の該ゲート電極と該III−V族窒化物半導体層の間に配された該絶縁膜の膜厚より薄く形成されており、
前記ゲート電極と前記III−V族窒化物半導体層の間に配された絶縁膜は、少なくともゲート絶縁膜を含み、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上のみに形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極と前記III−V族窒化物半導体層の間に配された前記絶縁膜は、テーパーにより厚さが連続的に変化する領域を含む
ことを特徴とする半導体装置。 - ゲート電極とIII−V族窒化物半導体層の間に絶縁膜を具備する電界効果トランジスタにおいて、
該III−V族窒化物半導体層の一部、又は該絶縁膜の一部を除去したリセス構造を備え、
該リセス構造に、該ゲート電極が配置されており、
該リセス構造における該ゲート電極と該III−V族窒化物半導体層の間に配された該絶縁膜の膜厚は、前記リセス構造以外の該ゲート電極と該III−V族窒化物半導体層の間に配された該絶縁膜の膜厚より薄く形成されており、
かつ、前記リセス構造から離れるに連れて、前記ゲート電極と前記III−V族窒化物半導体層の間に配された前記絶縁膜の膜厚が厚くなっており、
前記ゲート電極と前記III−V族窒化物半導体層の間に配された絶縁膜は、少なくともゲート絶縁膜を含み、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上のみに形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記III−V族窒化物半導体層中に、III−V族窒化物半導体からなるキャリア走行層又はキャリア供給層を含み、
前記リセス構造は、前記III−V族窒化物半導体からなるキャリア走行層又はキャリア供給層の30%〜90%を除去することで形成される
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項3記載の半導体装置において、
前記リセス構造は、前記絶縁膜の30%〜90%を除去することで形成される
ことを特徴とする半導体装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極と前記III−V族窒化物半導体層との最近接部以外のゲート電極部が、ソース電極側よりもドレイン電極側に長くなっている
ことを特徴とする半導体装置。
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