JP5163095B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、例えば化合物半導体からなるHEMT(High Electron Mobility Transistor;高電子移動度トランジスタ)に用いて好適の半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device suitable for use in, for example, a HEMT (High Electron Mobility Transistor) made of a compound semiconductor and a method for manufacturing the same.

近年、HEMTは、優れた高速特性を有するため、光通信システムの信号処理回路、その他の高速デジタル回路などに応用されている。特に、優れた低雑音特性を有するため、マイクロ波やミリ波帯での増幅器への応用も期待されている。
一方、高速でデジタル回路を動作させるためには、素子の増幅率に関連する素子パラメータである相互コンダクタンスgmの値をより大きくすることが求められる。
In recent years, HEMTs have excellent high-speed characteristics, and thus have been applied to signal processing circuits of optical communication systems and other high-speed digital circuits. In particular, since it has excellent low noise characteristics, application to amplifiers in the microwave and millimeter wave bands is also expected.
On the other hand, in order to operate a digital circuit at high speed, it is required to increase the value of mutual conductance gm, which is an element parameter related to the amplification factor of the element.

HEMTの相互コンダクタンスgmを向上させる方法の一つに、ソース電極とゲート電極の間の抵抗(ソース抵抗)を下げる方法がある。
例えば、特許文献1(例えば図1参照)では、HEMTのソース抵抗を下げるために、InGaAsからなるオーミックコンタクト層上に金属膜(Al膜)を設け、この金属膜上にソース電極及びドレイン電極を設けることが提案されている。
One method for improving the mutual conductance gm of the HEMT is to reduce the resistance (source resistance) between the source electrode and the gate electrode.
For example, in Patent Document 1 (see, for example, FIG. 1), in order to reduce the source resistance of the HEMT, a metal film (Al film) is provided on an ohmic contact layer made of InGaAs, and a source electrode and a drain electrode are provided on the metal film. Proposed to provide.

また、例えば、特許文献2(例えば図1、図4参照)では、電界効果型トランジスタのソース抵抗を下げるために、半導体結晶の表面に金属膜(W膜)を形成し、この金属膜の一部をエッチングして、厚膜部と薄膜部とを有するソース電極及びドレイン電極を形成することが記載されている。
特開平9−64340号公報 特開2006−324514号公報
For example, in Patent Document 2 (see, for example, FIGS. 1 and 4), in order to reduce the source resistance of a field effect transistor, a metal film (W film) is formed on the surface of a semiconductor crystal. It describes that a source electrode and a drain electrode having a thick film part and a thin film part are formed by etching the part.
JP-A-9-64340 JP 2006-324514 A

ところで、上述の特許文献1(例えば図2参照)では、次のようなHEMTの製造方法が記載されている。
まず、複数の半導体層を積層させ、リセス部を形成し、T型断面形状のゲート電極を形成する。次に、Alを蒸着してInGaAsオーミックコンタクト層上に金属膜(Al膜)を形成する。その後、この金属膜上にソース電極及びドレイン電極を設ける。
By the way, in the above-mentioned patent document 1 (for example, refer FIG. 2), the following manufacturing methods of HEMT are described.
First, a plurality of semiconductor layers are stacked, a recess portion is formed, and a gate electrode having a T-shaped cross section is formed. Next, Al is vapor-deposited to form a metal film (Al film) on the InGaAs ohmic contact layer. Thereafter, a source electrode and a drain electrode are provided on the metal film.

しかしながら、このような製造方法では、金属膜は、T型断面形状のゲート電極の傘部の下側には形成されない。つまり、よりソース抵抗を下げて相互コンダクタンスgmを向上させるためには、金属膜の長さを長くする必要があるが、上述の特許文献1に記載されている製造方法では、T型断面形状のゲート電極の傘部の下側まで入り込むように金属膜を形成することができないため、金属膜の長さを十分に長くすることができない。   However, in such a manufacturing method, the metal film is not formed under the umbrella portion of the gate electrode having a T-shaped cross section. That is, in order to further reduce the source resistance and improve the mutual conductance gm, it is necessary to increase the length of the metal film. However, in the manufacturing method described in Patent Document 1 described above, the T-shaped cross-sectional shape is required. Since the metal film cannot be formed so as to enter under the umbrella portion of the gate electrode, the length of the metal film cannot be made sufficiently long.

一方、上述の特許文献2では、ソース電極及びドレイン電極を構成する金属膜(W膜)の薄膜部がゲート電極の傘部の下側まで入り込むように形成されるため、ソース抵抗やドレイン抵抗を低減することができる。
しかしながら、上述の特許文献2では、絶縁膜がゲート電極に当接しており、絶縁膜の下側のリセス領域に空隙が残されて、半導体層の表面が露出した状態になっている(例えば図1、図2参照)。つまり、特許文献2に記載されている製造方法では、ゲート電極を形成するために絶縁膜に開口部(ゲート開口)を形成し、この開口部を介してリセスエッチングを行ない、リセスの形成後、直ちにゲート電極が形成されて、ゲート開口が閉じられてしまう。このため、リセス領域で露出している半導体層の表面の全体に接するように絶縁膜(保護膜)を形成することができず、絶縁膜の下側のリセス領域に空隙が残ってしまい、耐圧や信頼性が低くなってしまう。
On the other hand, in Patent Document 2 described above, since the thin film portion of the metal film (W film) constituting the source electrode and the drain electrode is formed so as to enter below the umbrella portion of the gate electrode, the source resistance and the drain resistance are reduced. Can be reduced.
However, in Patent Document 2 described above, the insulating film is in contact with the gate electrode, leaving a gap in the recess region below the insulating film, and exposing the surface of the semiconductor layer (for example, FIG. 1, see FIG. That is, in the manufacturing method described in Patent Document 2, an opening (gate opening) is formed in the insulating film in order to form the gate electrode, and recess etching is performed through the opening. After the recess is formed, A gate electrode is immediately formed and the gate opening is closed. For this reason, the insulating film (protective film) cannot be formed so as to be in contact with the entire surface of the semiconductor layer exposed in the recess region, and voids remain in the recess region on the lower side of the insulating film. And reliability will be lowered.

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようにした、半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of such problems, and a semiconductor device in which an insulating film can be formed to improve breakdown voltage and reliability while lowering source resistance and improving mutual conductance. And it aims at providing the manufacturing method.

このため、本半導体装置は、複数の半導体層を積層してなり、リセスを有する半導体積層構造と、半導体積層構造上に形成され、リセスに対応する位置に開口部を有する金属層と、リセスに設けられ、傘部と、傘部を支える軸部とを有するゲート電極と、金属層上に形成され、ゲート電極を挟んで両側に設けられたドレイン電極及びソース電極と、金属層上に形成され、開口部を有する絶縁膜とを備え、金属層の開口部は、リセスの開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっており、絶縁膜の開口部は、金属層の開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっており、金属層は、ゲート電極の傘部の下側に入り込むように形成されており、絶縁膜は、ゲート電極の傘部に接していないことを要件とする。 For this reason, this semiconductor device is formed by laminating a plurality of semiconductor layers, a semiconductor multilayer structure having a recess, a metal layer formed on the semiconductor multilayer structure and having an opening at a position corresponding to the recess, and the recess. A gate electrode having an umbrella part and a shaft part that supports the umbrella part; and a drain electrode and a source electrode provided on both sides of the gate electrode, and formed on the metal layer. The opening of the metal layer is equal to or larger than the size of the opening of the recess, and the opening of the insulating film is the opening of the metal layer. The metal layer is formed so as to enter under the umbrella part of the gate electrode, and the insulating film is not in contact with the umbrella part of the gate electrode. Is a requirement.

本半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、複数の半導体層を積層してなる半導体積層構造を形成し、半導体積層構造上に金属層を形成し、金属層にリセス形成用開口部を形成し、リセス形成用開口部を介してリセスを形成し、リセス形成用開口部を広げ、傘部及び傘部を支える軸部を有するゲート電極をリセスに形成することを要件とする。   In this method of manufacturing a semiconductor device, a semiconductor stacked structure is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a semiconductor substrate, a metal layer is formed on the semiconductor stacked structure, and a recess forming opening is formed in the metal layer. In addition, it is necessary to form a recess through the recess formation opening, widen the recess formation opening, and form a gate electrode having an umbrella portion and a shaft portion supporting the umbrella portion in the recess.

したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようになるという利点がある。   Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof, there is an advantage that the breakdown voltage and the reliability can be improved by forming the insulating film while reducing the source resistance and improving the mutual conductance.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置及びその製造方法について説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図1〜図4を参照しながら説明する。
Hereinafter, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる半導体装置は、例えば集積回路(例えばMMIC)に備えられ、化合物半導体からなるHEMT[ここではInP基板上に形成されるHEMT(InP−HEMT)]に本発明を適用したものである。以下、InP−HEMTを例に具体的に説明する。
本InP−HEMTは、図1に示すように、複数の半導体層(化合物半導体層)を積層してなる半導体積層構造15と、半導体積層構造15上に形成された金属層9と、リセス7に設けられたゲート電極8と、金属層9上に形成され、ゲート電極8を挟んで両側に設けられたドレイン電極10及びソース電極11とを備える。
The semiconductor device according to the present embodiment is provided, for example, in an integrated circuit (for example, MMIC), and is an application of the present invention to a HEMT made of a compound semiconductor [here, HEMT (InP-HEMT) formed on an InP substrate]. is there. Hereinafter, InP-HEMT will be specifically described as an example.
As shown in FIG. 1, the present InP-HEMT includes a semiconductor multilayer structure 15 formed by laminating a plurality of semiconductor layers (compound semiconductor layers), a metal layer 9 formed on the semiconductor multilayer structure 15, and a recess 7. The gate electrode 8 is provided, and the drain electrode 10 and the source electrode 11 are formed on the metal layer 9 and provided on both sides of the gate electrode 8.

本実施形態では、半導体積層構造15は、例えば図1に示すように、半絶縁性のInP基板(半導体基板)1上に形成され、バッファ層2,チャネル層(電子走行層,キャリア走行層)3,電子供給層(キャリア供給層)4,ストッパ層(エッチング停止層)5,キャップ層(コンタクト層)6を順に積層させた構造になっている。
ここで、バッファ層2は、アンドーピングのInAlAs(i−InAlAs)により形成されている。その厚さは例えば300nmである。
In this embodiment, the semiconductor multilayer structure 15 is formed on a semi-insulating InP substrate (semiconductor substrate) 1 as shown in FIG. 1, for example, and includes a buffer layer 2 and a channel layer (electron traveling layer, carrier traveling layer). 3, an electron supply layer (carrier supply layer) 4, a stopper layer (etching stop layer) 5, and a cap layer (contact layer) 6 are sequentially laminated.
Here, the buffer layer 2 is formed of undoped InAlAs (i-InAlAs). The thickness is, for example, 300 nm.

チャネル層3は、アンドーピングのInGaAs(i−InGaAs)により形成されている。なお、チャネル層3は、例えばInAlGaAs(i−InAlGaAs),InAs(i−InAs),InP(i−InP)等により形成しても良いし、これらの材料による多層構造として形成しても良い。ここでは、チャネル層3の厚さは例えば15nmである。   The channel layer 3 is made of undoped InGaAs (i-InGaAs). The channel layer 3 may be formed of, for example, InAlGaAs (i-InAlGaAs), InAs (i-InAs), InP (i-InP), or a multilayer structure of these materials. Here, the thickness of the channel layer 3 is, for example, 15 nm.

電子供給層4は、Siをδドープしてn型導電性を付与したInAlAs(δドープInAlAs;n−InAlAs)により形成されている。なお、電子供給層4は、例えばInAlAsSb(δドープInAlAsSb)により形成しても良い。ここでは、電子供給層4の厚さは例えば5nm〜30nmである。
なお、この電子供給層4に代えて、下から順に、アンドーピングのInAlAs(i−InAlAs)により形成されるスペーサ層(例えば厚さ3nm)、Siをδドープしてn型導電性を付与したInAlAs(n−InAlAs)により形成されるδドープ層(プレーナドープ層,電子供給層;例えば不純物濃度5×1012cm-2)、アンドーピングのInAlAs(i−InAlAs)により形成される障壁層(バリヤ層;例えば厚さ6nm)を積層させたものとして構成しても良い。
The electron supply layer 4 is formed of InAlAs (δ-doped InAlAs; n-InAlAs) that is doped with Si and imparts n-type conductivity. The electron supply layer 4 may be formed of, for example, InAlAsSb (δ-doped InAlAsSb). Here, the thickness of the electron supply layer 4 is, for example, 5 nm to 30 nm.
Instead of the electron supply layer 4, a spacer layer (for example, 3 nm in thickness) formed of undoped InAlAs (i-InAlAs) in order from the bottom, Si is δ-doped to impart n-type conductivity. Δ-doped layer (planar doped layer, electron supply layer; for example, impurity concentration 5 × 10 12 cm −2 ) formed of InAlAs (n-InAlAs), barrier layer formed of undoped InAlAs (i-InAlAs) ( A barrier layer (for example, a thickness of 6 nm) may be laminated.

ストッパ層5は、アンドーピングのInP(i−InP)により形成されている。その厚さは例えば5nmである。なお、ストッパ層5は省略しても良い。また、異なる材料によって構成される2層構造のストッパ層を設けても良い。
キャップ層6は、Siをドープしてn型導電性を付与したInGaAs(n−InGaAs)により形成されている。その厚さは例えば50nmであり、キャリア濃度は例えば1×1019cm-3である。なお、n−InGaAs層の下に、Siをドープしてn型導電性を付与したInAlAs(n−InAlAs)を入れて、2層構造にしても良い。
The stopper layer 5 is made of undoped InP (i-InP). The thickness is, for example, 5 nm. The stopper layer 5 may be omitted. Further, a stopper layer having a two-layer structure made of different materials may be provided.
The cap layer 6 is made of InGaAs (n-InGaAs) doped with Si to give n-type conductivity. The thickness is, for example, 50 nm, and the carrier concentration is, for example, 1 × 10 19 cm −3 . Note that a two-layer structure may be formed by placing InAlAs (n-InAlAs) doped with Si to give n-type conductivity under the n-InGaAs layer.

また、本実施形態では、図1に示すように、半導体積層構造15の最も上側の半導体層であるキャップ層(半導体キャップ層)6上の全面又はほぼ全面に、金属層(ここではWSi)9が設けられている。この金属層9は、半導体積層構造15の最も上側の半導体層であるキャップ層6にオーミック接触している。なお、金属層9は、これが接触する下側の半導体層(ここではキャップ層6)との間でオーミック特性が得られやすい材料を選べば良い。また、本実施形態では、後述するように、リセス7を形成した後、金属層9のリセスの上方に突出している部分をドライエッチングによって除去するため、金属層9はドライエッチング可能な材料(ここではW系の材料)によって構成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a metal layer (here, WSi) 9 is formed on the entire or almost entire surface of the cap layer (semiconductor cap layer) 6 that is the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure 15. Is provided. The metal layer 9 is in ohmic contact with the cap layer 6 that is the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure 15. The metal layer 9 may be made of a material that can easily obtain ohmic characteristics with the lower semiconductor layer (here, the cap layer 6) with which the metal layer 9 is in contact. In the present embodiment, as will be described later, after the recess 7 is formed, the portion of the metal layer 9 protruding above the recess is removed by dry etching. In this case, it is made of a W-based material.

そして、本実施形態では、図1に示すように、キャップ層6をエッチングしてリセス7が形成されている。つまり、半導体積層構造15はリセス7を有する。
このリセス7の底面(表面,リセス面)には、ストッパ層5の表面が露出しており、ゲート電極8の端面がショットキー接触している。つまり、ゲート電極8は、リセス7に設けられ、リセス7の底面を構成するストッパ層5上に形成されている。
And in this embodiment, as shown in FIG. 1, the cap layer 6 is etched and the recess 7 is formed. That is, the semiconductor multilayer structure 15 has the recess 7.
The surface of the stopper layer 5 is exposed at the bottom surface (surface, recess surface) of the recess 7, and the end face of the gate electrode 8 is in Schottky contact. That is, the gate electrode 8 is provided on the recess 7 and is formed on the stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7.

ゲート電極8は、Ti(10nm)/Pt(30nm)/Au(500nm)を順に積層させて構成される。ここでは、ゲート電極8は、傘部8Aと、傘部8Aを支える軸部8Bとを有し、T型の断面形状を有するT型ゲート電極として構成されている。なお、ゲート電極8は、これに限られるものではなく、傘部と、傘部を支える軸部とを有するものであれば良く、その形状は、例えばY型の断面形状を有するY型ゲート電極として構成しても良い。   The gate electrode 8 is configured by sequentially stacking Ti (10 nm) / Pt (30 nm) / Au (500 nm). Here, the gate electrode 8 has an umbrella portion 8A and a shaft portion 8B that supports the umbrella portion 8A, and is configured as a T-type gate electrode having a T-shaped cross-sectional shape. The gate electrode 8 is not limited to this, and any gate electrode 8 may be used as long as it has an umbrella part and a shaft part that supports the umbrella part, and the shape thereof is, for example, a Y-type gate electrode having a Y-shaped cross-sectional shape. You may comprise as.

また、リセス7を挟んで両側に位置し、リセス7の側面を構成するキャップ層6の上にはそれぞれ金属層(メタル)9が形成されており、これらの金属層9上の一部に、それぞれドレイン電極10、ソース電極11が形成されている。つまり、金属層9上に、金属層9よりも面積が小さいドレイン電極10、ソース電極11が形成されている。これらの電極(オーミック電極)10,11は、Ti(10nm)/Pt(30nm)/Au(300nm)を順に積層させたものとして構成される。なお、本実施形態では、リセス7の側面を構成する層(ここではキャップ層6)よりも上側に形成された層又は膜は、金属層9のみである。   Further, metal layers (metals) 9 are formed on the cap layers 6 that are located on both sides of the recesses 7 and constitute the side surfaces of the recesses 7. A drain electrode 10 and a source electrode 11 are formed respectively. That is, the drain electrode 10 and the source electrode 11 having a smaller area than the metal layer 9 are formed on the metal layer 9. These electrodes (ohmic electrodes) 10 and 11 are configured by sequentially stacking Ti (10 nm) / Pt (30 nm) / Au (300 nm). In the present embodiment, the metal layer 9 is the only layer or film formed above the layer constituting the side surface of the recess 7 (here, the cap layer 6).

なお、金属層9は、キャップ層の一部と見ることもできるし、オーミック電極の一部と見ることもできる。例えば、金属層9をキャップ層の一部と見る場合には、キャップ層が半導体キャップ層と金属キャップ層との2層構造になっていることになる。一方、オーミック電極の一部と見る場合には、オーミック電極が異なる構成の2層構造になっており、厚い部分と薄い部分とを有することになる。   The metal layer 9 can be regarded as a part of the cap layer or a part of the ohmic electrode. For example, when the metal layer 9 is viewed as a part of the cap layer, the cap layer has a two-layer structure of a semiconductor cap layer and a metal cap layer. On the other hand, when viewed as a part of the ohmic electrode, the ohmic electrode has a two-layer structure with a different configuration, and has a thick part and a thin part.

ところで、HEMTでは、相互コンダクタンス(伝達コンダクタンス)gmの値をより大きくすることが求められている。
HEMTの相互コンダクタンスgmを向上させる方法の一つに、ソース電極とゲート電極の間の抵抗(ソース抵抗)を下げる方法がある。ソース抵抗を下げるためには、例えば、リセス長を短くしたり、キャップ層を低抵抗化したりする方法が考えられる。
By the way, in HEMT, it is required to increase the value of mutual conductance (transfer conductance) gm.
One method for improving the mutual conductance gm of the HEMT is to reduce the resistance (source resistance) between the source electrode and the gate electrode. In order to reduce the source resistance, for example, a method of shortening the recess length or reducing the resistance of the cap layer can be considered.

例えば、リセス長を短くする方法としては、例えば図2(A)に示すように、絶縁膜20にゲート電極を形成するための開口部(ゲート開口)を形成し、この開口部を介してウェットエッチングを行なって、アンダーカットでリセス長の短いリセスを形成する方法がある。
しかしながら、この方法では、リセス長を短くすることはできるが、リセスの形成後、直ちにゲート電極が形成されて、ゲート開口が閉じられてしまうため、リセスの表面に接するように絶縁膜(保護膜)を形成することができず、絶縁膜20の下側のリセス領域に空隙ができてしまう。このような方法で製造されたHEMTは耐圧や信頼性が低くなってしまう。
For example, as a method of shortening the recess length, as shown in FIG. 2A, for example, an opening (gate opening) for forming a gate electrode is formed in the insulating film 20, and the wet is formed through this opening. There is a method of forming a recess having a short recess length by undercut by etching.
However, in this method, although the recess length can be shortened, the gate electrode is formed immediately after the formation of the recess and the gate opening is closed, so that the insulating film (protective film) is in contact with the surface of the recess. ) Cannot be formed, and a void is formed in the recess region below the insulating film 20. The HEMT manufactured by such a method has low withstand voltage and reliability.

また、この方法では、リセス長はゲート電極のサイズ(ゲートの軸部のサイズ;ゲート長)によって決まってしまうため、リセス長を自由に設計することができない。
さらに、この方法では、リセスはゲート電極に対して対称的な構造になり、リセスの中央位置にゲート電極が形成されることになるため、ゲート電極を、リセス内の任意の位置に設けることができない。例えば、ゲート電極を、上部にソース電極が形成されているキャップ層の側面に近づけることができないため、ゲート電極をソース電極に近づけ、ドレイン電極から離して、ソース抵抗を低減し、ドレイン耐圧を向上するドレインオフセット構造を実現することができない。
In this method, the recess length is determined by the size of the gate electrode (the size of the gate shaft portion; the gate length), and thus the recess length cannot be designed freely.
Furthermore, in this method, since the recess has a symmetric structure with respect to the gate electrode, and the gate electrode is formed at the center of the recess, the gate electrode can be provided at any position in the recess. Can not. For example, since the gate electrode cannot be brought closer to the side surface of the cap layer on which the source electrode is formed, the gate electrode is brought closer to the source electrode and away from the drain electrode to reduce the source resistance and improve the drain withstand voltage. The drain offset structure cannot be realized.

このほか、例えば図2(B)に示すように、ゲート電極のサイズよりもサイズの大きい開口部を絶縁膜20に形成し、この開口部を介してウェットエッチングを行なってリセスを形成した後、レジスト膜によってゲート電極形成領域を規定してゲート電極を形成することが考えられる。
しかしながら、この方法では、リセスの表面に接する絶縁膜(保護膜)を形成できるが、リセスはアンダーカットで形成されるため、絶縁膜20に形成される開口部のサイズに応じてリセス長が長くなってしまう。このため、リセス長を短くするのには限界がある。
In addition, for example, as shown in FIG. 2B, an opening having a size larger than the size of the gate electrode is formed in the insulating film 20, and wet etching is performed through the opening to form a recess. It can be considered that a gate electrode is formed by defining a gate electrode formation region with a resist film.
However, in this method, an insulating film (protective film) in contact with the surface of the recess can be formed. However, since the recess is formed by an undercut, the recess length is increased according to the size of the opening formed in the insulating film 20. turn into. For this reason, there is a limit to shortening the recess length.

また、この方法では、リセスの上方に絶縁膜20が突出することになるため、リセス内でデート電極を配置できる領域が制限されてしまう。
一方、キャップ層を低抵抗化する方法としては、キャップ層のキャリア濃度を高濃度化したり、キャップ層のオーミック電極が形成されていない領域の長さ(即ち、オーミック電極とリセスとの間の距離)を短くしたりする方法が考えられる。
Further, in this method, since the insulating film 20 protrudes above the recess, a region where the date electrode can be disposed within the recess is limited.
On the other hand, as a method of reducing the resistance of the cap layer, the carrier concentration of the cap layer is increased or the length of the region where the ohmic electrode of the cap layer is not formed (that is, the distance between the ohmic electrode and the recess). ) Can be shortened.

しかしながら、キャップ層のキャリア濃度の高濃度化は限界に近い。また、例えばオーミック電極をリフトオフによって形成する場合、キャップ層のオーミック電極が形成されていない領域の長さを短くするのは難しく、また、この方法ではある程度までしか効果が期待できない。
そこで、本実施形態では、図1に示すように、キャップ層6上の全面又はほぼ全面に金属層9を設けて、キャップ層の抵抗(ソース抵抗及びドレイン抵抗)を大きく下げるようにしている。
However, increasing the carrier concentration of the cap layer is close to the limit. For example, when the ohmic electrode is formed by lift-off, it is difficult to shorten the length of the region of the cap layer where the ohmic electrode is not formed, and this method can be expected only to a certain extent.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the metal layer 9 is provided on the entire surface or almost the entire surface of the cap layer 6 to greatly reduce the resistance (source resistance and drain resistance) of the cap layer.

特に、本実施形態では、図1に示すように、ゲート電極8の傘部8Aの下側に入り込むように金属層9の長さを十分に長く形成している。
ここでは、金属層9を、ゲート電極8の傘部8Aの大きさよりも十分にサイズの小さいリセス7の近傍まで延びるように形成している。つまり、金属層9は、ゲート電極8の傘部8A(最も太い部分)の大きさよりも十分にサイズの小さい開口部9Aを有するものとして構成される。これにより、ソース抵抗を十分に低下させて、相互コンダクタンスgmの値をより大きくできるようにしている。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the metal layer 9 is formed to have a sufficiently long length so as to enter under the umbrella portion 8 </ b> A of the gate electrode 8.
Here, the metal layer 9 is formed so as to extend to the vicinity of the recess 7 whose size is sufficiently smaller than the size of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8. That is, the metal layer 9 is configured to have an opening 9A that is sufficiently smaller than the size of the umbrella 8A (thickest part) of the gate electrode 8. Thereby, the source resistance is sufficiently lowered so that the value of the mutual conductance gm can be increased.

ここで、以下の表1は、(A)InGaAsキャップ層のみを備える構造[図3(A)参照]、(B)InGaAsキャップ層及び金属層(メタル;ここではTiW層)を備え、金属層がゲート電極の傘部の下側に入り込んでいない構造[図3(B)参照]、(C)InGaAsキャップ層及び金属層(メタル;ここではTiW層)を備え、金属層がゲート電極の傘部の下側に入り込んでいる構造[図3(C)参照]のそれぞれの構造(キャップ層構造)について、シート抵抗、ソース抵抗及び相互コンダクタンスgmを計算した結果を示している。なお、ここでは金属層をTiW層としているが、本実施形態のように金属層をWSi層とした場合も同様の結果が得られる。   Here, Table 1 below shows (A) a structure having only an InGaAs cap layer [see FIG. 3A], (B) an InGaAs cap layer and a metal layer (metal; here, a TiW layer), and a metal layer Has a structure that does not penetrate below the umbrella portion of the gate electrode [see FIG. 3B], (C) an InGaAs cap layer and a metal layer (metal; here, TiW layer), and the metal layer is an umbrella of the gate electrode The results of calculating the sheet resistance, the source resistance, and the mutual conductance gm of each structure (cap layer structure) of the structure [see FIG. Although the metal layer is a TiW layer here, the same result can be obtained when the metal layer is a WSi layer as in this embodiment.

Figure 0005163095
Figure 0005163095

表1に示すように、InGaAsキャップ層のみを備える構造[表1中、(A)欄参照]では、シート抵抗は70Ω/□である。これに対し、InGaAsキャップ層上に金属層(ここではTiW層)を設けると[表1中、(B)欄参照]、金属層が設けられていないゲート電極の傘部の下側はシート抵抗が70Ω/□であるが、金属層が設けられているゲート電極の傘部の外側はシート抵抗が9Ω/□になる。さらに、金属層(ここではTiW層)がゲート電極の傘部の下側に入り込むように、InGaAsキャップ層上のほぼ全面に金属層(ここではTiW層)を設けると[表1中、(C)欄参照]、シート抵抗は大きく減少し、9Ω/□が得られる。   As shown in Table 1, in the structure including only the InGaAs cap layer [see column (A) in Table 1], the sheet resistance is 70Ω / □. On the other hand, when a metal layer (here, TiW layer) is provided on the InGaAs cap layer [see column (B) in Table 1], the lower side of the umbrella portion of the gate electrode where the metal layer is not provided is a sheet resistance. Is 70Ω / □, but the sheet resistance is 9Ω / □ outside the umbrella portion of the gate electrode provided with the metal layer. Furthermore, when a metal layer (here, TiW layer) is provided on almost the entire surface of the InGaAs cap layer so that the metal layer (here, TiW layer) enters under the umbrella portion of the gate electrode, [in Table 1, (C ) Column]], the sheet resistance is greatly reduced to 9Ω / □.

このように、キャップ層構造を図3(A)、図3(B)、図3(C)にするにしたがって、シート抵抗が低減されていくため、ソース抵抗が0.209Ωmm、0.178Ωmm、0.154Ωmmと低減されていき、これに伴って、相互コンダクタンスgmが1.60S/mm、1.68S/mm、1.75S/mmと増加していくことになる。つまり、シート抵抗の低減がそのままソース抵抗の低減につながり、相互コンダクタンスgmの向上として現れることになる。   Thus, since the sheet resistance is reduced according to the cap layer structure shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the source resistance is 0.209 Ωmm, 0.178 Ωmm, The mutual conductance gm increases to 1.60 S / mm, 1.68 S / mm, and 1.75 S / mm along with the reduction to 0.154 Ωmm. That is, the reduction of the sheet resistance directly leads to the reduction of the source resistance, and appears as an improvement of the mutual conductance gm.

また、本実施形態では、後述するように、所望の長さのリセスを形成しうる大きさのリセス形成用開口部9X[図4(D)参照]が形成された金属層9を介してウェットエッチングを行なってリセス7を形成するようにして、リセス7のサイズ(リセス長)を自由に設計できるようにしている。
特に、ゲート電極8のサイズに相当するサイズのリセス形成用開口部9X[図4(D)参照]が形成された金属層9を介してウェットエッチングを行ない、アンダーカットでリセス7を形成することで、十分に長さの短い所望の長さ(所望のリセス長)のリセス7を形成できることになる。これにより、ソース抵抗を低下させ、相互コンダクタンスgmの値をより大きくすることができる。また、微細化を図ることもできる。
In the present embodiment, as will be described later, the wet formation is performed via the metal layer 9 in which the recess forming opening 9X [see FIG. 4D] having a size capable of forming a recess having a desired length is formed. Etching is performed to form the recess 7 so that the size (recess length) of the recess 7 can be freely designed.
In particular, wet etching is performed through the metal layer 9 in which the recess forming opening 9X having a size corresponding to the size of the gate electrode 8 (see FIG. 4D) is formed, and the recess 7 is formed by undercut. Thus, the recess 7 having a sufficiently short desired length (desired recess length) can be formed. Thereby, source resistance can be reduced and the value of mutual conductance gm can be made larger. Further, miniaturization can be achieved.

さらに、本実施形態では、後述するように、所望のリセス長のリセス7を形成した後、金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)9Y[図4(F)参照]を除去することで(即ち、金属層9に形成されたリセス形成用開口部9Xを広げることで)、図1に示すように、金属層9に、キャップ層6の開口部6A(リセス;リセス開口)の大きさよりも大きい開口部9Aを形成している。ここでは、リセス7の側面を構成する層(ここではキャップ層6)よりも上側に形成された層又は膜は金属層9のみであるため、この金属層9の開口部9Aが、キャップ層6の開口部6A(リセス7の開口部)の大きさよりも大きくなっている。   Furthermore, in this embodiment, as will be described later, after forming a recess 7 having a desired recess length, a portion (eave structure) 9Y protruding above the recess 7 of the metal layer 9 [see FIG. 4F] 1 (that is, by opening the recess forming opening 9X formed in the metal layer 9), the opening 6A (recess; recess) of the cap layer 6 is formed in the metal layer 9 as shown in FIG. An opening 9A larger than the size of the (opening) is formed. Here, since the layer or film formed above the layer constituting the side surface of the recess 7 (here, the cap layer 6) is only the metal layer 9, the opening 9 </ b> A of the metal layer 9 serves as the cap layer 6. This is larger than the size of the opening 6A (opening of the recess 7).

このように、ゲート電極8から金属層9の端面までの距離が、ゲート電極8からキャップ層6の端面までの距離よりも大きく、リセス7の上方に金属層9のひさし構造が存在しないようになっている。このため、リセス7内でゲート電極8を配置できる領域が広がり、設計自由度が増すことになる。
また、後述するように、リセス7を形成する工程とゲート電極8を形成する工程とが分かれており、リセス形成用開口部9Xが、リセス7の形成後、直ちにゲート電極8によって閉じられてしまわないため、耐圧や信頼性を向上させるために、少なくとも半導体積層構造15の表面に露出している部分の全体[ここではリセス7の底面を構成するストッパ層5の表面(上面)、及び、リセス7の側面を構成するキャップ層6の表面(側面及び上面)]に接するように、絶縁膜(保護膜;例えばSiN膜)を形成できることになる。
As described above, the distance from the gate electrode 8 to the end face of the metal layer 9 is larger than the distance from the gate electrode 8 to the end face of the cap layer 6, so that the eaves structure of the metal layer 9 does not exist above the recess 7. It has become. For this reason, the area | region which can arrange | position the gate electrode 8 in the recess 7 spreads, and a design freedom increases.
As will be described later, the process of forming the recess 7 and the process of forming the gate electrode 8 are separated, and the recess forming opening 9X is immediately closed by the gate electrode 8 after the formation of the recess 7. Therefore, in order to improve breakdown voltage and reliability, at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15 [here, the surface (upper surface) of the stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7 and the recess) The insulating film (protective film; for example, SiN film) can be formed so as to be in contact with the surface (side surface and upper surface) of the cap layer 6 constituting the side surface 7.

例えば、半導体積層構造15の表面に露出している部分を含むメサ構造の表面全体に接するように絶縁膜を形成することができ、このような絶縁膜を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができることになる。なお、絶縁膜は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であっても良い。
なお、本実施形態では、金属層9の開口部9Aが、キャップ層6の開口部6A(リセス7の開口部)の大きさよりも大きくなるようにしているが、これに限られるものではなく、金属層9の開口部9Aが、キャップ層6の開口部6A(リセス7の開口部)の大きさと同じになるようにしても良い。例えば、金属層9の端面(金属端)とリセス7の側面を構成するキャップ層6の端面(リセス端)との間の距離Lが、0nm以上、200nm以下(好ましくは100nm以下)の範囲内になるように、キャップ層6上に金属層9を設ければ良い。
For example, an insulating film can be formed so as to be in contact with the entire surface of the mesa structure including a portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15. By forming such an insulating film, the withstand voltage and the reliability can be improved. It can be improved. The insulating film may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.
In the present embodiment, the opening 9A of the metal layer 9 is set to be larger than the size of the opening 6A of the cap layer 6 (opening of the recess 7), but is not limited thereto. The opening 9A of the metal layer 9 may have the same size as the opening 6A of the cap layer 6 (opening of the recess 7). For example, the distance L between the end surface (metal end) of the metal layer 9 and the end surface (recess end) of the cap layer 6 constituting the side surface of the recess 7 is in the range of 0 nm or more and 200 nm or less (preferably 100 nm or less). The metal layer 9 may be provided on the cap layer 6 so that

次に、本InP−HEMTの製造方法について、図4を参照しながら説明する。
まず、図4(A)に示すように、半絶縁性のInP基板(半導体基板)1上に、下から順に、i−InAlAsバッファ層(例えば厚さ300nm)2、i−InGaAsチャネル層(例えば厚さ15nm)3、プレーナドープしたn−InAlAs電子供給層4、i−InPストッパ層(例えば厚さ5nm)5、n−InGaAsキャップ層(例えば、不純物濃度1×1019cm-3,厚さ50nm)6を、例えばMOCVD法(有機金属化学気相成長法)によって積層させて半導体積層構造15を形成する。
Next, a method for manufacturing the present InP-HEMT will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4A, an i-InAlAs buffer layer (for example, a thickness of 300 nm) 2 and an i-InGaAs channel layer (for example, a thickness of 300 nm) are sequentially formed on a semi-insulating InP substrate (semiconductor substrate) 1 from the bottom. (Thickness 15 nm) 3, planar-doped n-InAlAs electron supply layer 4, i-InP stopper layer (for example, thickness 5 nm) 5, n-InGaAs cap layer (for example, impurity concentration 1 × 10 19 cm −3 , thickness 50 nm) 6 are stacked by, for example, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) to form a semiconductor stacked structure 15.

次に、図4(B)に示すように、半導体積層構造15を構成する最も上側の半導体層であるn−InGaAsキャップ層6上の全面に金属材料(ここではWSi)を例えばスパッタして金属層(ここではWSi層)9を形成する。なお、n−InGaAsキャップ層6上に形成されたWSi層9は、熱処理なしで(ノンアロイで)オーミックコンタクトを得ることができる。   Next, as shown in FIG. 4B, a metal material (here, WSi) is sputtered onto the entire surface of the n-InGaAs cap layer 6 which is the uppermost semiconductor layer constituting the semiconductor multilayer structure 15 to form a metal, for example. A layer (here, WSi layer) 9 is formed. The WSi layer 9 formed on the n-InGaAs cap layer 6 can obtain an ohmic contact without heat treatment (non-alloy).

次いで、例えばフォトリソグラフィ技術によって素子分離領域を規定する。
まず、図4(B)に示すように、レジスト膜12を設けた後、例えばCF4を用いたドライエッチングで金属層9の一部を除去する。次いで、例えばリン酸,過酸化水素水,水の混合液(リン酸系のエッチャント)を用いたウェットエッチングでn−InGaAsキャップ層6を除去する。このとき、エッチングはi−InPストッパ層5の上面(表面)で停止する。次いで、i−InPストッパ層5を例えば塩酸で選択的に除去する。次に、n−InAlAs電子供給層4からi−InAlAsバッファ層2までを、n−InGaAsキャップ層6と同様に、例えばリン酸系のエッチャントでエッチングした後、レジスト膜12を除去する。このようにして、メサエッチングにより素子間分離が行なわれる。これにより、素子動作領域のメサ構造が形成される。
Next, an element isolation region is defined by, for example, a photolithography technique.
First, as shown in FIG. 4B, after providing the resist film 12, a part of the metal layer 9 is removed by dry etching using, for example, CF4. Next, the n-InGaAs cap layer 6 is removed by wet etching using, for example, a mixed solution of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution, and water (phosphoric acid-based etchant). At this time, the etching stops at the upper surface (surface) of the i-InP stopper layer 5. Next, the i-InP stopper layer 5 is selectively removed with, for example, hydrochloric acid. Next, the n-InAlAs electron supply layer 4 to the i-InAlAs buffer layer 2 are etched with, for example, a phosphoric acid-based etchant in the same manner as the n-InGaAs cap layer 6, and then the resist film 12 is removed. In this way, element separation is performed by mesa etching. Thereby, a mesa structure of the element operation region is formed.

なお、ここでは、i−InAlAsバッファ層2までをメサエッチングしたが、i−InGaAsチャネル層3までをメサエッチングしておけば、i−InAlAsバッファ層2をエッチングしなくても素子間分離の効果はある。
次に、例えばフォトリソグラフィ技術によってソース電極領域及びドレイン電極領域(オーミック電極領域)を規定すべく、金属層9上に、ソース電極11及びドレイン電極10の大きさに対応する開口部を有する新たなレジスト膜(図示せず)を設ける。
Here, the mesa etching up to the i-InAlAs buffer layer 2 is effected. However, if the mesa etching up to the i-InGaAs channel layer 3 is effected, the element isolation effect can be obtained without etching the i-InAlAs buffer layer 2. There is.
Next, a new electrode having openings corresponding to the sizes of the source electrode 11 and the drain electrode 10 is formed on the metal layer 9 in order to define the source electrode region and the drain electrode region (ohmic electrode region) by, for example, photolithography. A resist film (not shown) is provided.

そして、全面に、Ti(厚さ10nm),Pt(厚さ30nm),Au(厚さ300nm)を順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜とともにレジスト膜上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、Ti/Pt/Auの3層構造のソース電極11及びドレイン電極10を形成する。これにより、図4(C)に示すように、金属層9上にソース電極11及びドレイン電極10が形成される。   Then, Ti (thickness 10 nm), Pt (thickness 30 nm), and Au (thickness 300 nm) are sequentially deposited on the entire surface (for example, after being deposited by vacuum evaporation), and then the resist film and the resist film are formed on the resist film. By removing the deposited Ti / Pt / Au (that is, by lift-off method), the source electrode 11 and the drain electrode 10 having a three-layer structure of Ti / Pt / Au are formed. Thereby, as shown in FIG. 4C, the source electrode 11 and the drain electrode 10 are formed on the metal layer 9.

次いで、例えばフォトリソグラフィ技術あるいはEBリソグラフィ(電子ビーム露光法)を用いてリセス領域を規定する。
まず、図4(D)に示すように、金属層9に形成されるリセス形成用開口部9Xに対応する開口部を有する新たなレジスト膜13を設けた後、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで金属層9を除去して、金属層9に、所望の長さのリセスを形成しうる大きさのリセス形成用開口部9Xを形成する。次いで、図4(E)に示すように、このリセス形成用開口部9Xを介して、例えばリン酸,過酸化水素水,水の混合液(エッチング液)を用いたウェットエッチングでn−InGaAsキャップ層6を除去し、所望のリセス長のリセス7を形成する。このとき、エッチング液はi−InPストッパ層5をほとんどエッチングしないため、i−InPストッパ層5の表面でエッチングが停止する。つまり、i−InPストッパ層5に対してn−InGaAsキャップ層6が選択エッチングされる。これにより、i−InPストッパ層5の表面が露出し、このi−InPストッパ層5の表面によってリセス7の底面(InPリセス面)が構成されることになる。
Next, the recess region is defined by using, for example, photolithography technology or EB lithography (electron beam exposure method).
First, as shown in FIG. 4D, after providing a new resist film 13 having an opening corresponding to the recess forming opening 9X formed in the metal layer 9, a dry film using, for example, SF6 or CF4 is used. The metal layer 9 is removed by etching, and a recess forming opening 9 </ b> X having a size capable of forming a recess having a desired length is formed in the metal layer 9. Next, as shown in FIG. 4E, the n-InGaAs cap is formed by wet etching using, for example, a mixed solution (etching solution) of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution, and water through the recess forming opening 9X. The layer 6 is removed, and a recess 7 having a desired recess length is formed. At this time, since the etching solution hardly etches the i-InP stopper layer 5, the etching stops on the surface of the i-InP stopper layer 5. That is, the n-InGaAs cap layer 6 is selectively etched with respect to the i-InP stopper layer 5. As a result, the surface of the i-InP stopper layer 5 is exposed, and the surface of the i-InP stopper layer 5 forms the bottom surface of the recess 7 (InP recess surface).

本実施形態では、金属層9に形成されるリセス形成用開口部9Xの大きさを任意に設定することで、リセス7のサイズ(リセス長)を自由に設計できることになる。
特に、本実施形態では、所望の長さのリセスを形成しうる大きさ(ここではゲート電極8のサイズに相当するサイズ)のリセス形成用開口部9Xが形成された金属層9をマスクとして用いてウェットエッチング(等方性エッチング)を行ない、アンダーカットでリセス7を形成することで、十分に長さの短い所望の長さ(所望のリセス長)のリセス7を形成するようにしている。これにより、ソース抵抗を低下させ、相互コンダクタンスgmの値をより大きくすることができる。また、微細化を図ることもできる。
In the present embodiment, the size (recess length) of the recess 7 can be freely designed by arbitrarily setting the size of the recess forming opening 9 </ b> X formed in the metal layer 9.
In particular, in the present embodiment, the metal layer 9 in which the recess forming opening 9X having a size capable of forming a recess having a desired length (here, a size corresponding to the size of the gate electrode 8) is formed is used as a mask. By performing wet etching (isotropic etching) and forming the recess 7 by undercut, the recess 7 having a sufficiently short desired length (desired recess length) is formed. Thereby, source resistance can be reduced and the value of mutual conductance gm can be made larger. Further, miniaturization can be achieved.

この場合、図4(E)に示すように、ウェットエッチングによるアンダーカットで金属層9の下側まで削られるため、金属層9がリセス7の上方に突出してひさし構造9Yができる。
次いで、レジスト膜13を除去した後、再度パターニングして、図4(F)に示すように、上述のようにして形成された所望のリセス長のリセス7(リセス開口)よりも大きい開口部を有する新たなレジスト膜14を設け、図4(G)に示すように、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで、金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)9Yを除去する。
In this case, as shown in FIG. 4E, the metal layer 9 protrudes above the recess 7 by the undercut by wet etching, so that the eaves structure 9Y is formed.
Next, after removing the resist film 13, patterning is performed again to form an opening larger than the recess 7 (recess opening) having a desired recess length formed as described above, as shown in FIG. A new resist film 14 is provided, and as shown in FIG. 4G, the portion (eave structure) 9Y protruding above the recess 7 of the metal layer 9 is removed by dry etching using, for example, SF6 or CF4. To do.

これにより、金属層9に、リセス7(リセス開口;キャップ層6の開口部6A)の大きさよりも大きい開口部9Aが形成される。つまり、金属層9は、リセス7の近傍まで延びるように形成される。
ここでは、リセス7のサイズ(リセス長)は、後述するようにして形成されるゲート電極8の傘部8Aの大きさよりも十分に小さいため、金属層9は、ゲート電極8の傘部8Aの下側に入り込むように十分な長さを有するものとなる。
Thereby, an opening 9A larger than the size of the recess 7 (recess opening; opening 6A of the cap layer 6) is formed in the metal layer 9. That is, the metal layer 9 is formed to extend to the vicinity of the recess 7.
Here, since the size (recess length) of the recess 7 is sufficiently smaller than the size of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8 formed as described later, the metal layer 9 is formed of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8. It has a length sufficient to enter the lower side.

このように、本実施形態では、所望のリセス長のリセス7を形成した後、図4(G)に示すように、金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)9Yを除去することで(即ち、金属層9に形成されたリセス形成用開口部9Xを広げることで)、金属層9にリセス7の大きさよりも大きい開口部9Aを形成して、後述のゲート電極8を形成する工程において、リセス7内に制限なくゲート電極8を配置できるようにしている。   Thus, in this embodiment, after forming the recess 7 having a desired recess length, as shown in FIG. 4G, a portion (eave structure) 9Y protruding above the recess 7 of the metal layer 9 is formed. By removing (that is, by opening the recess forming opening 9X formed in the metal layer 9), an opening 9A larger than the size of the recess 7 is formed in the metal layer 9, and a gate electrode 8 described later is formed. In the step of forming the gate electrode 8, the gate electrode 8 can be arranged in the recess 7 without limitation.

なお、新たなレジスト膜14に形成する開口部は、アンダーカットされた部分も含むリセス7のサイズ[図4(F)中、左右方向の長さ]よりも大きい(広い)ことが条件である。また、リセス7の表面もドライエッチングにさらされることになるが、リセス8の表面に変化が生じない程度の十分に弱いパワーでエッチングを行なうようにすれば良い。
次に、図4(H)に示すように、レジスト膜14を除去した後、例えば電子ビーム露光法を用いて(即ち、例えば電子線レジスト及び電子線を用いて)、T型の断面形状を有するT型ゲート電極領域を規定すべく、図4(I)に示すように、T型ゲート電極8の軸部8Bのサイズに対応する開口部(ゲート開口;例えば0.1μm程度)を有する新たなレジスト膜16を設ける。
The opening formed in the new resist film 14 is required to be larger (wider) than the size of the recess 7 including the undercut portion [length in the left-right direction in FIG. 4F]. . Although the surface of the recess 7 is also exposed to dry etching, the etching may be performed with a sufficiently weak power that does not cause a change in the surface of the recess 8.
Next, as shown in FIG. 4H, after the resist film 14 is removed, for example, using an electron beam exposure method (that is, using, for example, an electron beam resist and an electron beam), a T-shaped cross-sectional shape is formed. In order to define the T-type gate electrode region, a new opening having an opening (gate opening; for example, about 0.1 μm) corresponding to the size of the shaft portion 8B of the T-type gate electrode 8 as shown in FIG. A resist film 16 is provided.

なお、この際、図示しないが、ゲート開口を介して、例えばクエン酸、過酸化水素水、水の混合液を用いてi−InGaAsチャネル層3を選択エッチングしてエアギャップを形成する。
そして、図4(J)に示すように、全面に、Ti(厚さ10nm),Pt(厚さ30nm),Au(厚さ500nm)を順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜16とともにレジスト膜16上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、図4(K)に示すように、リセス7内に、Ti/Pt/Auの3層構造のゲート電極8を形成する。これにより、リセス7の底面を構成するi−InPストッパ層5上に、傘部8A及び傘部8Aを支える軸部8Bを有するT型断面形状のゲート電極8が形成される。ここでは、ゲート電極8の端面とi−InPストッパ層5とはショットキー接触するようになっている。
At this time, although not shown, the air gap is formed by selectively etching the i-InGaAs channel layer 3 using, for example, a mixed solution of citric acid, hydrogen peroxide solution, and water through the gate opening.
Then, as shown in FIG. 4 (J), Ti (thickness 10 nm), Pt (thickness 30 nm), and Au (thickness 500 nm) are sequentially deposited on the entire surface (for example, vapor deposition is performed by a vacuum evaporation method). After), by removing Ti / Pt / Au deposited on the resist film 16 together with the resist film 16 (that is, by the lift-off method), as shown in FIG. A gate electrode 8 having a three-layer structure of / Au is formed. Thereby, the gate electrode 8 having a T-shaped cross section having the umbrella portion 8A and the shaft portion 8B supporting the umbrella portion 8A is formed on the i-InP stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7. Here, the end face of the gate electrode 8 and the i-InP stopper layer 5 are in Schottky contact.

なお、上述のようにして製造されるInP−HEMTに、耐圧や信頼性を向上させるために、少なくとも半導体積層構造15の表面に露出している部分の全体[ここではリセス7の底面を構成するストッパ層5の表面(上面)、及び、リセス7の側面を構成するキャップ層6の表面(側面及び上面)]に接するように、絶縁膜(保護膜)を形成する場合、絶縁膜は、リセス7を形成した後であれば、ゲート電極を形成する前に形成しても良いし、ゲート電極を形成した後に形成しても良い。   In order to improve the breakdown voltage and the reliability of the InP-HEMT manufactured as described above, at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15 [here, the bottom surface of the recess 7 is formed. When the insulating film (protective film) is formed so as to contact the surface (upper surface) of the stopper layer 5 and the surface (side surface and upper surface) of the cap layer 6 constituting the side surface of the recess 7, 7 may be formed before the gate electrode is formed, or may be formed after the gate electrode is formed.

したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスgmを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようになるという利点がある。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図5,図6を参照しながら説明する。
Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, it is possible to improve the breakdown voltage and the reliability by forming the insulating film while reducing the source resistance and improving the mutual conductance gm. There are advantages.
[Second Embodiment]
Next, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法は、上述の第1実施形態のものに対し、図5に示すように、金属層9の表面上、及び、ソース電極11及びドレイン電極10の表面上に絶縁膜(保護膜)17が形成されている点が異なる。つまり、上述の第1実施形態では、リセス7の側面を構成する層(ここではキャップ層6)よりも上側に形成された層又は膜として、金属層9のみが形成されていたのに対し、本実施形態では、リセス7の側面を構成する層(ここではキャップ層6)よりも上側に形成された層又は膜として、金属層9、及び、絶縁膜17が形成されている点が異なる。なお、図5では、上述の第1実施形態(図1参照)と同一のものには同一の符号を付している。   The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment are different from those of the first embodiment described above on the surface of the metal layer 9 and on the surfaces of the source electrode 11 and the drain electrode 10 as shown in FIG. The difference is that an insulating film (protective film) 17 is formed. In other words, in the first embodiment described above, only the metal layer 9 is formed as a layer or film formed above the layer constituting the side surface of the recess 7 (here, the cap layer 6). The present embodiment is different in that a metal layer 9 and an insulating film 17 are formed as a layer or film formed above a layer (here, the cap layer 6) constituting the side surface of the recess 7. In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.

具体的には、本InP−HEMTは、金属層9上に形成され、開口部17Aを有する絶縁膜(ここではSiN膜)17をさらに備える。なお、絶縁膜17は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であっても良い。
ここで、上述の第1実施形態の場合と同様に、半導体積層構造15の最も上側の半導体層はキャップ層(半導体キャップ層)6である。また、リセス7の側面を構成する層はキャップ層6である。
Specifically, the InP-HEMT further includes an insulating film (here, SiN film) 17 formed on the metal layer 9 and having an opening 17A. The insulating film 17 may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.
Here, as in the case of the first embodiment described above, the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure 15 is the cap layer (semiconductor cap layer) 6. The layer constituting the side surface of the recess 7 is a cap layer 6.

このため、リセス7の側面を構成する層よりも上側に形成された層又は膜は、金属層9及び絶縁膜17である。
そして、金属層9及び絶縁膜17は、キャップ層6の開口部6A(リセス7の開口部;リセス開口)の大きさよりも大きい開口部9A,17Aを有する。つまり、金属層9及び絶縁膜17は、その端部がリセス7の上方に突出しないように、即ち、その端面がリセス7の側面よりも外側に位置するように形成されている。
Therefore, the layers or films formed above the layers constituting the side surface of the recess 7 are the metal layer 9 and the insulating film 17.
The metal layer 9 and the insulating film 17 have openings 9A and 17A larger than the size of the opening 6A of the cap layer 6 (opening of the recess 7; recess opening). That is, the metal layer 9 and the insulating film 17 are formed so that the end portions thereof do not protrude above the recess 7, that is, the end surfaces thereof are located outside the side surfaces of the recess 7.

なお、これに限られるものではなく、金属層9及び絶縁膜17の開口部9A,17Aが、キャップ層6の開口部6A(リセス7の開口部;リセス開口)の大きさと同じになっていても良い。
また、後述するように、リセス7を形成する工程とゲート電極8を形成する工程とが分かれており、リセス形成用開口部9X,17Xが、リセス7の形成後、直ちにゲート電極8によって閉じられてしまわないため、耐圧や信頼性を向上させるために、少なくとも半導体積層構造15の表面に露出している部分の全体[ここではリセス7の底面を構成するストッパ層5の表面(上面)、及び、リセス7の側面を構成するキャップ層6の表面(側面及び上面)]に接するように、他の絶縁膜(保護膜;例えばSiN膜)を形成できることになる。例えば、半導体積層構造15の表面に露出している部分を含むメサ構造の表面全体に接するように、他の絶縁膜を形成することができ、このような絶縁膜を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができることになる。なお、絶縁膜は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であれば良い。
However, the present invention is not limited to this, and the openings 9A and 17A of the metal layer 9 and the insulating film 17 have the same size as the opening 6A of the cap layer 6 (opening of the recess 7; recess opening). Also good.
As will be described later, the step of forming the recess 7 and the step of forming the gate electrode 8 are separated, and the recess forming openings 9X and 17X are immediately closed by the gate electrode 8 after the recess 7 is formed. Therefore, in order to improve the breakdown voltage and reliability, at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15 [here, the surface (upper surface) of the stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7, and Then, another insulating film (protective film; for example, SiN film) can be formed so as to be in contact with the surface (side surface and upper surface) of the cap layer 6 constituting the side surface of the recess 7. For example, another insulating film can be formed so as to be in contact with the entire surface of the mesa structure including a portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15. By forming such an insulating film, withstand voltage and Reliability can be improved. The insulating film may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.

また、絶縁膜17の開口部17Aは、金属層9の開口部9Aの大きさと同じになっている。なお、これに限られるものではなく、絶縁膜17の開口部17Aは、金属層9の開口部9Aの大きさよりも大きくなっていても良い。
このように、リセス7の側面を構成する層(ここではキャップ層6)よりも上側に形成された層又は膜が複数ある場合(ここでは金属層9及び絶縁膜17)、上下で隣接する層又は膜の相互間で、上側の層又は膜の開口部(ここでは絶縁膜17の開口部17A)の大きさが下側の層又は膜の開口部(ここでは金属層9の開口部9A)の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっているのが好ましい。これにより、上側の層又は膜(ここでは絶縁膜17)のひさし構造ができないため、耐圧や信頼性を向上させるために、金属層9の表面に露出している部分(金属層の側面)に接するように他の絶縁膜を形成することができ、このような他の絶縁膜を形成することで[図7(C)参照]、耐圧や信頼性を向上させることができることになる。
Further, the opening 17A of the insulating film 17 has the same size as the opening 9A of the metal layer 9. However, the present invention is not limited to this, and the opening 17A of the insulating film 17 may be larger than the size of the opening 9A of the metal layer 9.
In this way, when there are a plurality of layers or films (here, the metal layer 9 and the insulating film 17) formed above the layer constituting the side surface of the recess 7 (here, the cap layer 6), the layers adjacent in the vertical direction. Alternatively, between the films, the size of the upper layer or film opening (here, the opening 17A of the insulating film 17) is the lower layer or film opening (here, the opening 9A of the metal layer 9). It is preferable that it is the same as the magnitude | size of this, or larger than it. As a result, the eaves structure of the upper layer or film (here, the insulating film 17) cannot be formed. Therefore, in order to improve the breakdown voltage and the reliability, the portion exposed on the surface of the metal layer 9 (side surface of the metal layer) Another insulating film can be formed so as to be in contact with each other, and by forming such another insulating film [see FIG. 7C], the withstand voltage and the reliability can be improved.

次に、本InP−HEMTの製造方法について、図6を参照しながら説明する。
まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、半導体積層構造15、金属層9、ソース電極11及びドレイン電極10を形成する[図4(A)〜(C)参照]。なお、図6では、上述の第1実施形態(図4参照)と同一のものには同一の符号を付している。
次いで、図6(A)に示すように、例えばプラズマCVD法によって、表面全体に絶縁膜(ここではSiN膜)17を例えば厚さ10〜50nm堆積させる。
Next, a manufacturing method of the present InP-HEMT will be described with reference to FIG.
First, as in the case of the first embodiment described above, the semiconductor multilayer structure 15, the metal layer 9, the source electrode 11, and the drain electrode 10 are formed [see FIGS. 4A to 4C]. In FIG. 6, the same components as those in the first embodiment (see FIG. 4) are denoted by the same reference numerals.
Next, as shown in FIG. 6A, an insulating film (here, SiN film) 17 is deposited on the entire surface, for example, by a thickness of 10 to 50 nm, for example, by plasma CVD.

次に、図6(B),(C)に示すように、例えばフォトリソグラフィ技術あるいはEBリソグラフィ(電子ビーム露光法)を用いてリセス領域を規定する。
まず、図6(B)に示すように、絶縁膜17及び金属層(ここではWSi層)9に形成されるリセス形成用開口部17X,9Xに対応する開口部を有する新たなレジスト膜13を設けた後、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで絶縁膜17及び金属層9を除去して、絶縁膜17及び金属層9に、所望の長さのリセスを形成しうる大きさのリセス形成用開口部17X,9Xを形成する。次いで、図6(C)に示すように、これらのリセス形成用開口部17X,9Xを介して、例えばリン酸,過酸化水素水,水の混合液(エッチング液)を用いたウェットエッチングでn−InGaAsキャップ層6を除去し、所望のリセス長のリセス7を形成する。このとき、エッチング液はi−InPストッパ層5をほとんどエッチングしないため、i−InPストッパ層5の表面でエッチングが停止する。つまり、i−InPストッパ層5に対してn−InGaAsキャップ層6が選択エッチングされる。なお、絶縁膜17及び金属層9もエッチングされない。これにより、i−InPストッパ層5の表面が露出し、このi−InPストッパ層5の表面によってリセス7の底面(InPリセス面)が構成されることになる。
Next, as shown in FIGS. 6B and 6C, the recess region is defined by using, for example, photolithography technique or EB lithography (electron beam exposure method).
First, as shown in FIG. 6B, a new resist film 13 having openings corresponding to the recess forming openings 17X and 9X formed in the insulating film 17 and the metal layer (here, WSi layer) 9 is formed. After the formation, the insulating film 17 and the metal layer 9 are removed by dry etching using, for example, SF6 or CF4, so that a recess having a desired length can be formed in the insulating film 17 and the metal layer 9. Opening portions 17X and 9X are formed. Next, as shown in FIG. 6C, n is formed by wet etching using, for example, a mixed solution (etching solution) of phosphoric acid, hydrogen peroxide solution, and water through the recess forming openings 17X and 9X. The InGaAs cap layer 6 is removed, and a recess 7 having a desired recess length is formed. At this time, since the etching solution hardly etches the i-InP stopper layer 5, the etching stops on the surface of the i-InP stopper layer 5. That is, the n-InGaAs cap layer 6 is selectively etched with respect to the i-InP stopper layer 5. The insulating film 17 and the metal layer 9 are not etched either. As a result, the surface of the i-InP stopper layer 5 is exposed, and the surface of the i-InP stopper layer 5 forms the bottom surface of the recess 7 (InP recess surface).

本実施形態では、絶縁膜17及び金属層9に形成されるリセス形成用開口部17X,9Xの大きさを任意に設定することで、リセス7のサイズ(リセス長)を自由に設計できることになる。
特に、本実施形態では、所望の長さのリセスを形成しうる大きさ(ここではゲート電極8のサイズに相当するサイズ)のリセス形成用開口部17X,9Xが形成された絶縁膜17及び金属層9をマスクとしても用いてウェットエッチング(等方性エッチング)を行ない、アンダーカットでリセス7を形成することで、十分に長さの短い所望の長さ(所望のリセス長)のリセス7を形成するようにしている。これにより、ソース抵抗を低下させ、相互コンダクタンスgmの値をより大きくすることができる。また、微細化を図ることもできる。
In the present embodiment, the size of the recess 7 (recess length) can be freely designed by arbitrarily setting the sizes of the recess forming openings 17X and 9X formed in the insulating film 17 and the metal layer 9. .
In particular, in this embodiment, the insulating film 17 in which the recess forming openings 17X and 9X having a size capable of forming a recess having a desired length (here, the size corresponding to the size of the gate electrode 8) and the metal are formed. By performing wet etching (isotropic etching) using the layer 9 as a mask and forming the recess 7 by undercutting, the recess 7 having a sufficiently short desired length (desired recess length) is formed. Try to form. Thereby, source resistance can be reduced and the value of mutual conductance gm can be made larger. Further, miniaturization can be achieved.

この場合、図6(C)に示すように、ウェットエッチングによるアンダーカットで絶縁膜17及び金属層9の下側まで削られるため、絶縁膜17及び金属層9がリセス7の上方に突出してひさし構造17Y,9Yができる。
次いで、レジスト膜13を除去した後、再度パターニングして、図6(D)に示すように、上述のようにして形成された所望のリセス長のリセス7の開口部(リセス開口)よりも大きい開口部を有する新たなレジスト膜14を設け、図6(E)に示すように、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで、絶縁膜17及び金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)17Y,9Yを除去する。
In this case, as shown in FIG. 6C, since the undercut by wet etching is cut down to the lower side of the insulating film 17 and the metal layer 9, the insulating film 17 and the metal layer 9 protrude above the recesses 7 Structures 17Y and 9Y are formed.
Next, after removing the resist film 13, patterning is performed again, and as shown in FIG. 6D, the opening is larger than the opening (recess opening) of the recess 7 having a desired recess length formed as described above. A new resist film 14 having an opening is provided, and, as shown in FIG. 6E, for example, a portion protruding above the recess 7 of the insulating film 17 and the metal layer 9 by dry etching using SF6 or CF4, for example. (Eave structure) 17Y and 9Y are removed.

これにより、絶縁膜17及び金属層9に、リセス7(リセス開口;キャップ層6の開口部6A)の大きさよりも大きい開口部17A,9Aが形成される。つまり、金属層9は、リセス7の近傍まで延びるように形成される。
ここでは、リセス7のサイズ(リセス長)は、後述するようにして形成されるゲート電極8の傘部8Aの大きさよりも十分に小さいため、金属層9は、ゲート電極8の傘部8Aの下側に入り込むように十分な長さを有するものとなる。
Thereby, openings 17A and 9A larger than the size of the recess 7 (recess opening; opening 6A of the cap layer 6) are formed in the insulating film 17 and the metal layer 9. That is, the metal layer 9 is formed to extend to the vicinity of the recess 7.
Here, since the size (recess length) of the recess 7 is sufficiently smaller than the size of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8 formed as described later, the metal layer 9 is formed of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8. It has a length sufficient to enter the lower side.

このように、本実施形態では、所望のリセス長のリセス7を形成した後、図6(E)に示すように、絶縁膜17及び金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)17Y,9Yを除去することで(即ち、絶縁膜17及び金属層9に形成されたリセス形成用開口部17X,9Xを広げることで)、絶縁膜17及び金属層9にリセス7の大きさよりも大きい開口部17A,9Aを形成して、後述のゲート電極8を形成する工程において、リセス7内に制限なくゲート電極8を配置できるようにしている。   Thus, in this embodiment, after forming the recess 7 having a desired recess length, as shown in FIG. 6E, the insulating film 17 and the portion of the metal layer 9 protruding above the recess 7 (elongation) (Structure) By removing 17Y and 9Y (that is, by opening the recess forming openings 17X and 9X formed in the insulating film 17 and the metal layer 9), the insulating film 17 and the metal layer 9 have the size of the recess 7. The openings 17A and 9A larger than the above are formed so that the gate electrode 8 can be disposed in the recess 7 without limitation in the step of forming the gate electrode 8 described later.

次に、図6(F)に示すように、レジスト膜14を除去した後、例えば電子ビーム露光法を用いて(即ち、例えば電子線レジスト及び電子線を用いて)、T型の断面形状を有するT型ゲート電極領域を規定すべく、図6(G)に示すように、T型ゲート電極8の軸部8Bのサイズに対応する開口部(ゲート開口;例えば0.1μm程度)を有する新たなレジスト膜16を設ける。   Next, as shown in FIG. 6F, after removing the resist film 14, for example, using an electron beam exposure method (that is, using, for example, an electron beam resist and an electron beam), a T-shaped cross-sectional shape is formed. In order to define the T-type gate electrode region, a new opening having an opening (gate opening; for example, about 0.1 μm) corresponding to the size of the shaft portion 8B of the T-type gate electrode 8 as shown in FIG. A resist film 16 is provided.

そして、図6(H)に示すように、全面に、Ti(厚さ10nm),Pt(厚さ30nm),Au(厚さ500nm)を順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜16とともにレジスト膜16上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、図6(I)に示すように、リセス7内に、Ti/Pt/Auの3層構造のゲート電極8を形成する。これにより、リセス7の底面を構成するi−InPストッパ層5上に、傘部8A及び傘部8Aを支える軸部8Bを有するT型断面形状のゲート電極8が形成される。ここでは、ゲート電極8の端面とi−InPストッパ層5とはショットキー接触するようになっている。   Then, as shown in FIG. 6 (H), Ti (thickness 10 nm), Pt (thickness 30 nm), and Au (thickness 500 nm) were sequentially deposited on the entire surface (for example, deposited by vacuum evaporation). After), by removing Ti / Pt / Au deposited on the resist film 16 together with the resist film 16 (that is, by lift-off method), as shown in FIG. A gate electrode 8 having a three-layer structure of / Au is formed. Thereby, the gate electrode 8 having a T-shaped cross section having the umbrella portion 8A and the shaft portion 8B supporting the umbrella portion 8A is formed on the i-InP stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7. Here, the end face of the gate electrode 8 and the i-InP stopper layer 5 are in Schottky contact.

なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第1実施形態のものと同様に、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスgmを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようになるという利点がある。
Other configurations and manufacturing methods are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, as in the case of the first embodiment described above, the insulating film is formed and the withstand voltage or There is an advantage that the reliability can be improved.

ところで、上述の実施形態では、少なくとも半導体積層構造15の表面に露出している部分の全体に接する他の絶縁膜を備えないものとして構成しているが、耐圧や信頼性を向上させるために、少なくとも半導体積層構造15の表面に露出している部分の全体に接するように[ここではリセス7の底面を構成するストッパ層5の表面(上面)、及び、リセス7の側面を構成するキャップ層6の表面(側面及び上面)に接するように]、他の絶縁膜(保護膜;例えばSiN)18を形成しても良い[図7(C)参照]。例えば、半導体積層構造15の表面に露出している部分を含むメサ構造の表面全体に接するように、他の絶縁膜18を形成しても良く[図7(C)参照]、このような他の絶縁膜18を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができるようになる。なお、他の絶縁膜は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であれば良い。 By the way, in the above-described embodiment, it is configured not to include another insulating film that is in contact with the entire portion exposed at least on the surface of the semiconductor multilayer structure 15, but in order to improve breakdown voltage and reliability, [Here, the surface (upper surface) of the stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7 and the cap layer 6 constituting the side surface of the recess 7 so as to be in contact with the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 15. Another insulating film (protective film; for example, SiN) 18 may be formed so as to be in contact with the surface (side surface and upper surface) [see FIG. 7C]. For example, another insulating film 18 may be formed so as to be in contact with the entire surface of the mesa structure including a portion exposed on the surface of the semiconductor stacked structure 15 [see FIG. 7C]. By forming the insulating film 18, the breakdown voltage and reliability can be improved. The other insulating film may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.

このような他の絶縁膜18を形成する場合、上述の実施形態の製造方法を、以下のように変更すれば良い。
つまり、上述の実施形態の製造方法において、絶縁膜17及び金属層9のリセス7の上方に突出している部分17Y,9Yを除去し、レジスト膜を除去した後[図6(F)参照]、図7(A)に示すように、例えばプラズマCVD法によって、メサ構造の表面全体に他の絶縁膜(ここではSiN膜)18を例えば厚さ10〜50nm堆積させる。これにより、半導体積層構造15の表面に露出している部分(特にリセス表面)を含むメサ構造の表面全体に接するように他の絶縁膜18が形成され、保護される。
In the case where such another insulating film 18 is formed, the manufacturing method of the above-described embodiment may be changed as follows.
That is, in the manufacturing method of the above-described embodiment, the portions 17Y and 9Y protruding above the recesses 7 of the insulating film 17 and the metal layer 9 are removed and the resist film is removed [see FIG. 6F]. As shown in FIG. 7A, another insulating film (here, SiN film) 18 is deposited to a thickness of, for example, 10 to 50 nm over the entire surface of the mesa structure, for example, by plasma CVD. As a result, another insulating film 18 is formed and protected so as to be in contact with the entire surface of the mesa structure including the portion exposed to the surface of the semiconductor multilayer structure 15 (particularly the recess surface).

次いで、図7(B)に示すように、例えば電子ビーム露光法を用いて(即ち、例えば電子線レジスト及び電子線を用いて)、T型の断面形状を有するT型ゲート電極領域を規定すべく、T型ゲート電極8の軸部8Bのサイズに対応する開口部(ゲート開口;例えば0.1μm程度)を有する新たなレジスト膜16を設ける。
次に、図7(B)に示すように、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで他の絶縁膜18の一部を除去して、他の絶縁膜18にゲート開口部18Aを形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a T-type gate electrode region having a T-shaped cross-sectional shape is defined by using, for example, an electron beam exposure method (that is, using, for example, an electron beam resist and an electron beam). Accordingly, a new resist film 16 having an opening (gate opening; for example, about 0.1 μm) corresponding to the size of the shaft portion 8B of the T-type gate electrode 8 is provided.
Next, as shown in FIG. 7B, a part of the other insulating film 18 is removed by dry etching using, for example, SF 6 or CF 4 to form a gate opening 18 A in the other insulating film 18.

そして、全面に、Ti(厚さ10nm),Pt(厚さ30nm),Au(厚さ500nm)を順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜16とともにレジスト膜16上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、図7(C)に示すように、リセス7内に、Ti/Pt/Auの3層構造のゲート電極8を形成する。これにより、リセス7の底面を構成するi−InPストッパ層5上に、傘部8A及び傘部8Aを支える軸部8Bを有するT型断面形状のT型ゲート電極8が形成される。   Then, Ti (thickness 10 nm), Pt (thickness 30 nm), and Au (thickness 500 nm) are sequentially deposited on the entire surface (for example, after vapor deposition by a vacuum vapor deposition method), and then the resist film 16 together with the resist film 16. By removing Ti / Pt / Au deposited thereon (that is, by lift-off method), as shown in FIG. 7C, a gate electrode 8 having a three-layer structure of Ti / Pt / Au is formed in the recess 7. Form. As a result, the T-shaped gate electrode 8 having a T-shaped cross section having the umbrella portion 8A and the shaft portion 8B that supports the umbrella portion 8A is formed on the i-InP stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7.

なお、他の絶縁膜18を形成する方法は、これに限られるものではなく、例えばゲート電極8を形成した後に他の絶縁膜18を形成するようにしても良い。この場合、他の絶縁膜18は、ゲート電極8を含む表面全体を覆うように形成されることになる。
また、上述の実施形態にかかる半導体装置の製造方法では、絶縁膜17及び他の絶縁膜18をソース電極11及びドレイン電極10を形成した後に、ソース電極11及びドレイン電極10も覆うように形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、後述の第4実施形態と同様に、ソース電極11及びドレイン電極10を形成する前に絶縁膜17及び他の絶縁膜18を形成しても良い。この場合、絶縁膜17及び他の絶縁膜18は、ソース電極11及びドレイン電極10上には形成されないことになる。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図8〜図10を参照しながら説明する。
Note that the method of forming the other insulating film 18 is not limited to this. For example, the other insulating film 18 may be formed after the gate electrode 8 is formed. In this case, the other insulating film 18 is formed so as to cover the entire surface including the gate electrode 8.
In the semiconductor device manufacturing method according to the above-described embodiment, the insulating film 17 and the other insulating film 18 are formed so as to cover the source electrode 11 and the drain electrode 10 after forming the source electrode 11 and the drain electrode 10. However, the present invention is not limited to this. For example, the insulating film 17 and the other insulating film 18 may be formed before the source electrode 11 and the drain electrode 10 are formed as in the fourth embodiment described later. good. In this case, the insulating film 17 and the other insulating film 18 are not formed on the source electrode 11 and the drain electrode 10.
[Third Embodiment]
Next, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法は、上述の第1実施形態のものに対し、図8に示すように、金属層9の厚さが変化している点が異なる。
本実施形態では、図8に示すように、金属層9は、ゲート電極8側の厚さがドレイン電極10又はソース電極11の側の厚さよりも薄くなっている。つまり、金属層9は、ゲート電極8側の端部がドレイン電極10又はソース電極11の側からゲート電極8側へ向けて徐々に薄くなっている。逆に言うと、金属層9のリセス7側の端部の膜厚が、リセス7から遠ざかるにしたがって厚くなっている。なお、図8では、上述の第1実施形態(図1参照)と同一のものには同一の符号を付している。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment are different from those of the first embodiment described above in that the thickness of the metal layer 9 is changed as shown in FIG.
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the metal layer 9 is thinner on the gate electrode 8 side than on the drain electrode 10 or source electrode 11 side. That is, the end of the metal layer 9 on the gate electrode 8 side gradually becomes thinner from the drain electrode 10 or the source electrode 11 side toward the gate electrode 8 side. In other words, the film thickness at the end of the metal layer 9 on the recess 7 side increases as the distance from the recess 7 increases. In FIG. 8, the same components as those in the first embodiment (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.

具体的には、上述の第1実施形態のものは金属層9のゲート電極8側の端部が垂直形状になっているのに対し、本実施形態では、図8に示すように、ゲート電極8の傘部8Aと金属層9の端部との間の距離が一定に保たれるように、金属層9のゲート電極8側の端部が徐々に薄くなっている。
なお、このような構成に限られるものではなく、例えば、金属層9は、ドレイン電極10側又はソース電極11側からゲート電極8側へ向けて段階的に薄くなっていても良い。つまり、金属層9は、ゲート電極8側の厚さがドレイン電極10又はソース電極11の側の厚さよりも薄くなるように、ゲート電極8側の厚さとドレイン電極10又はソース電極11の側の厚さとが段階的に変化していても良い。
Specifically, in the first embodiment described above, the end of the metal layer 9 on the gate electrode 8 side has a vertical shape, whereas in the present embodiment, as shown in FIG. The end portion of the metal layer 9 on the gate electrode 8 side is gradually thinned so that the distance between the umbrella portion 8A and the end portion of the metal layer 9 is kept constant.
Note that the present invention is not limited to such a configuration. For example, the metal layer 9 may be thinned stepwise from the drain electrode 10 side or the source electrode 11 side toward the gate electrode 8 side. That is, the metal layer 9 has a thickness on the gate electrode 8 side and a thickness on the drain electrode 10 or source electrode 11 side so that the thickness on the gate electrode 8 side is thinner than the thickness on the drain electrode 10 or source electrode 11 side. The thickness may change stepwise.

このようにして、本実施形態では、ゲート電極8の傘部8Aと金属層9の端部との間を一定距離だけ離すようにしている。これは、ソース電極11又はドレイン電極10に接続される金属層9とゲート電極8との間の寄生容量が高速特性や高周波特性に影響を与えるため、ソース電極11又はドレイン電極10に接続される金属層9とゲート電極8との間隔を一定距離以上離すのが望ましいからである。   Thus, in this embodiment, the umbrella portion 8A of the gate electrode 8 and the end portion of the metal layer 9 are separated from each other by a certain distance. This is because the parasitic capacitance between the metal layer 9 connected to the source electrode 11 or the drain electrode 10 and the gate electrode 8 affects the high-speed characteristics and the high-frequency characteristics, so that it is connected to the source electrode 11 or the drain electrode 10. This is because it is desirable that the distance between the metal layer 9 and the gate electrode 8 be a predetermined distance or more.

特に、図9に示すように、ソース抵抗やドレイン抵抗を減らすために金属層9の厚さを厚くする場合、上述のように、ゲート電極8側の端部を徐々に薄くして、ゲート電極8の傘部8Aと金属層9の端部との間を一定距離だけ離すことで、余分な寄生容量が生じないようにして高速特性や高周波特性を確保しながら、ソース抵抗やドレイン抵抗を減らすことができる。   In particular, as shown in FIG. 9, when the thickness of the metal layer 9 is increased in order to reduce the source resistance and the drain resistance, as described above, the end on the gate electrode 8 side is gradually reduced so that the gate electrode By separating the 8 umbrella portion 8A and the end portion of the metal layer 9 by a certain distance, the source resistance and drain resistance are reduced while ensuring high speed characteristics and high frequency characteristics without generating extra parasitic capacitance. be able to.

次に、本InP−HEMTの製造方法について、図10を参照しながら説明する。
まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、半導体積層構造15、金属層(ここではWSi層)9、ソース電極11及びドレイン電極10を形成し、金属層9にリセス形成用開口部9Xを形成し、リセス7を形成する[図4(A)〜(E)参照]。なお、図10では、上述の第1実施形態(図4参照)と同一のものには同一の符号を付している。
Next, a method for manufacturing the present InP-HEMT will be described with reference to FIG.
First, as in the case of the first embodiment described above, the semiconductor multilayer structure 15, the metal layer (here, WSi layer) 9, the source electrode 11 and the drain electrode 10 are formed, and a recess formation opening 9 </ b> X is formed in the metal layer 9. And the recess 7 are formed [see FIGS. 4A to 4E]. In FIG. 10, the same components as those in the first embodiment (see FIG. 4) are denoted by the same reference numerals.

次いで、レジスト膜13を除去した後、再度パターニングして、図10(A)に示すように、上述のようにして形成された所望のリセス長のリセス7の開口部(リセス開口)よりも大きい開口部を有する新たなレジスト膜14を設ける。
次に、図10(A)に示すように、レジスト膜14を例えば180℃〜200℃でベーキングすることによって、レジスト膜14のパターンエッジを丸める。これにより、レジスト膜14のリセス7側の端部の厚さが徐々に薄くなる。
Next, after removing the resist film 13, patterning is performed again, and as shown in FIG. 10A, the opening is larger than the opening (recess opening) of the recess 7 having a desired recess length formed as described above. A new resist film 14 having an opening is provided.
Next, as shown in FIG. 10A, the pattern edge of the resist film 14 is rounded by baking the resist film 14 at 180 ° C. to 200 ° C., for example. As a result, the thickness of the end portion of the resist film 14 on the recess 7 side is gradually reduced.

その後、上述の第1実施形態の場合と同様に、図10(B)に示すように、例えばSF6あるいはCF4を用いたドライエッチングで、金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)9Yを除去する。これにより、金属層9に、リセス7(リセス開口;キャップ層6の開口部6A)の大きさよりも大きい開口部9Aが形成される。
つまり、金属層9は、リセス7の近傍まで延びるように形成される。ここでは、リセス7のサイズ(リセス長)は、後述するようにして形成されるゲート電極8の傘部8Aの大きさよりも十分に小さいため、金属層9は、ゲート電極8の傘部8Aの下側に入り込むように十分な長さを有するものとなる。
Thereafter, as in the case of the first embodiment described above, as shown in FIG. 10 (B), the portion (elongation) protruding above the recess 7 of the metal layer 9 by dry etching using, for example, SF6 or CF4. Structure) 9Y is removed. Thereby, an opening 9A larger than the size of the recess 7 (recess opening; opening 6A of the cap layer 6) is formed in the metal layer 9.
That is, the metal layer 9 is formed to extend to the vicinity of the recess 7. Here, since the size (recess length) of the recess 7 is sufficiently smaller than the size of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8 formed as described later, the metal layer 9 is formed of the umbrella portion 8A of the gate electrode 8. It has a length sufficient to enter the lower side.

このように、本実施形態では、所望のリセス長のリセス7を形成した後、図10(B)に示すように、金属層9のリセス7の上方に突出している部分(ひさし構造)9Yを除去することで(即ち、金属層9に形成されたリセス形成用開口部9Xを広げることで)、金属層9にリセス7の大きさよりも大きい開口部9Aを形成して、後述のゲート電極8を形成する工程において、リセス7内に制限なくゲート電極8を配置できるようにしている。   Thus, in this embodiment, after forming the recess 7 having a desired recess length, as shown in FIG. 10B, a portion (eave structure) 9Y protruding above the recess 7 of the metal layer 9 is formed. By removing (that is, by opening the recess forming opening 9X formed in the metal layer 9), an opening 9A larger than the size of the recess 7 is formed in the metal layer 9, and a gate electrode 8 described later is formed. In the step of forming the gate electrode 8, the gate electrode 8 can be arranged in the recess 7 without limitation.

特に、本実施形態では、レジスト膜14のリセス7側の端部の厚さが徐々に薄くなっているため、金属層9は、レジスト膜14の厚さが最も薄くなっているパターンエッジから徐々にエッチングされ、レジスト膜14の端部の丸みを帯びた形状が金属層9に転写される。これにより、図10(B)に示すように、金属層9は、そのリセス7側(ゲート電極8側)の端部の厚さが徐々に薄くなる。   In particular, in this embodiment, since the thickness of the end portion on the recess 7 side of the resist film 14 is gradually reduced, the metal layer 9 gradually increases from the pattern edge where the thickness of the resist film 14 is the smallest. Then, the rounded shape of the end portion of the resist film 14 is transferred to the metal layer 9. As a result, as shown in FIG. 10B, the thickness of the end portion of the metal layer 9 on the recess 7 side (gate electrode 8 side) is gradually reduced.

このように、本実施形態では、金属層9に形成されたリセス形成用開口部9Xを広げるために、金属層9のゲート電極8側の厚さがドレイン電極10又はソース電極11の側の厚さよりも薄くなるようにエッチングする。つまり、本実施形態では、金属層9のリセス7側(ゲート電極8側)の端部の厚さが徐々に薄くなるようにエッチングを行なう。
次に、図10(C)に示すように、レジスト膜14を除去した後、例えば電子ビーム露光法を用いて(即ち、例えば電子線レジスト及び電子線を用いて)、T型の断面形状を有するT型ゲート電極領域を規定すべく、T型ゲート電極8の軸部8Bのサイズに対応する開口部(ゲート開口;例えば0.1μm程度)を有する新たなレジスト膜を設ける。
Thus, in this embodiment, in order to widen the recess forming opening 9X formed in the metal layer 9, the thickness on the gate electrode 8 side of the metal layer 9 is the thickness on the drain electrode 10 or source electrode 11 side. Etching to be thinner than this. That is, in this embodiment, the etching is performed so that the thickness of the end portion of the metal layer 9 on the recess 7 side (gate electrode 8 side) gradually decreases.
Next, as shown in FIG. 10C, after removing the resist film 14, for example, using an electron beam exposure method (that is, using, for example, an electron beam resist and an electron beam), a T-shaped cross-sectional shape is formed. In order to define the T-type gate electrode region, a new resist film having an opening (gate opening; for example, about 0.1 μm) corresponding to the size of the shaft portion 8B of the T-type gate electrode 8 is provided.

そして、全面に、Ti(厚さ10nm),Pt(厚さ30nm),Au(厚さ500nm)を順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜とともにレジスト膜上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、図10(D)に示すように、リセス7内に、Ti/Pt/Auの3層構造のゲート電極8を形成する。これにより、リセス7の底面を構成するi−InPストッパ層5上に、傘部8A及び傘部8Aを支える軸部8Bを有するT型断面形状のゲート電極8が形成される。   Then, Ti (thickness 10 nm), Pt (thickness 30 nm), and Au (thickness 500 nm) are sequentially deposited on the entire surface (for example, after vapor deposition by a vacuum deposition method), and then on the resist film together with the resist film. By removing the deposited Ti / Pt / Au (that is, by a lift-off method), a gate electrode 8 having a three-layer structure of Ti / Pt / Au is formed in the recess 7 as shown in FIG. To do. Thereby, the gate electrode 8 having a T-shaped cross section having the umbrella portion 8A and the shaft portion 8B supporting the umbrella portion 8A is formed on the i-InP stopper layer 5 constituting the bottom surface of the recess 7.

なお、その他の構成及び製造方法は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、上述の第1実施形態と同様に、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスgmを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようになるという利点がある。
Other configurations and manufacturing methods are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, as in the first embodiment described above, the insulating film is formed and the breakdown voltage and the reliability are improved while reducing the source resistance and improving the mutual conductance gm. There is an advantage that it becomes possible to improve.

特に、金属層9のゲート電極8側の端部が徐々に薄くなっているため、ゲート・ソース間又はゲート・ドレイン間に余分な寄生容量が生じないようにすることができ、高速特性や高周波特性を向上させることができる。
なお、上述の実施形態では、上述の第1実施形態の変形例として説明しているが、上述の第2実施形態(その変形例も含む)の変形例として構成することもできる。つまり、上述のように、ゲート電極8側の端部が徐々に薄くなっている金属層9上に、絶縁膜17や他の絶縁膜18を形成しても良い。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法について、図11を参照しながら説明する。
In particular, since the end of the metal layer 9 on the gate electrode 8 side is gradually thinned, it is possible to prevent extra parasitic capacitance from being generated between the gate and the source or between the gate and the drain. Characteristics can be improved.
In addition, although the above-mentioned embodiment demonstrated as a modification of the above-mentioned 1st Embodiment, it can also be comprised as a modification of the above-mentioned 2nd Embodiment (including the modification). That is, as described above, the insulating film 17 or another insulating film 18 may be formed on the metal layer 9 whose end on the gate electrode 8 side is gradually thinned.
[Fourth Embodiment]
Next, a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法は、上述の各実施形態が本発明をInP−HEMTに適用した場合の構成例であるに対し、本発明をGaN−HEMTに適用した場合の構成例である点が異なる。
つまり、本実施形態にかかる半導体装置は、例えば集積回路(例えばMMIC)に備えられ、化合物半導体からなるHEMT[ここではGaN系材料を用いたHEMT(GaN−HEMT)]に本発明を適用したものである。以下、具体的に説明する。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to this embodiment are configuration examples when the above-described embodiments are applied to the InP-HEMT, whereas the configuration example is applied to the GaN-HEMT. Is different.
That is, the semiconductor device according to the present embodiment is provided in, for example, an integrated circuit (for example, MMIC), and the present invention is applied to a HEMT made of a compound semiconductor [here, a HEMT using a GaN-based material (GaN-HEMT)]. It is. This will be specifically described below.

本GaN−HEMTは、図11(B)に示すように、複数の半導体層(化合物半導体層;ここではGaNを含む)を積層してなる半導体積層構造30と、半導体積層構造30上に形成された金属層31と、リセス32に設けられたゲート電極33と、金属層31上に形成され、ゲート電極33を挟んで両側に設けられたドレイン電極34及びソース電極35とを備える。   As shown in FIG. 11B, the present GaN-HEMT is formed on a semiconductor stacked structure 30 formed by stacking a plurality of semiconductor layers (compound semiconductor layers; including GaN here), and the semiconductor stacked structure 30. A metal electrode 31 provided on the recess 32, and a drain electrode 34 and a source electrode 35 formed on the metal layer 31 and provided on both sides of the gate electrode 33.

本実施形態では、半導体積層構造30は、例えば図11に示すように、SiC基板(半導体基板)36上に形成され、チャネル層(電子走行層,キャリア走行層)37,電子供給層(キャリア供給層)38を順に積層させた構造になっている。
ここで、チャネル層37は、アンドーピングのGaN(i−GaN)により形成されている。ここでは、チャネル層37の厚さは例えば3μmである。
In this embodiment, the semiconductor multilayer structure 30 is formed on a SiC substrate (semiconductor substrate) 36 as shown in FIG. 11, for example, and includes a channel layer (electron transit layer, carrier transit layer) 37, an electron supply layer (carrier supply). Layer) 38 is laminated in order.
Here, the channel layer 37 is made of undoped GaN (i-GaN). Here, the thickness of the channel layer 37 is, for example, 3 μm.

電子供給層38は、Siをドーピングしてn型導電性を付与したAlGaN[n−AlGaN;Siドーピング濃度(不純物濃度)5×1018cm-3]により形成されている。ここでは、電子供給層38の厚さは例えば30nmである。
なお、i−GaNチャネル層37とn−AlGaN電子供給層38との間に、i−AlGaNスペーサ層(例えば厚さ5nm)を設けても良い。
The electron supply layer 38 is formed of AlGaN [n-AlGaN; Si doping concentration (impurity concentration) 5 × 10 18 cm −3 ] doped with Si to give n-type conductivity. Here, the thickness of the electron supply layer 38 is, for example, 30 nm.
An i-AlGaN spacer layer (for example, 5 nm thick) may be provided between the i-GaN channel layer 37 and the n-AlGaN electron supply layer 38.

また、本実施形態では、図11(B)に示すように、半導体積層構造30の最も上側の半導体層である電子供給層38上に、金属層(メタル;ここではTiAl層)31が設けられている。この金属層31は、半導体積層構造30の最も上側の半導体層である電子供給層38にオーミック接触している。なお、金属層31は、これが接触する下側の半導体層(ここでは電子供給層38)との間でオーミック特性が得られやすい材料を選べば良い。また、本実施形態では、後述するように、リセス32をドライエッチングによって形成するため、金属層31はドライエッチング可能な材料(ここではTi系の材料)によって構成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 11B, a metal layer (metal; here, a TiAl layer) 31 is provided on the electron supply layer 38 which is the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure 30. ing. The metal layer 31 is in ohmic contact with the electron supply layer 38 that is the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure 30. The metal layer 31 may be made of a material that can easily obtain ohmic characteristics with the lower semiconductor layer (here, the electron supply layer 38) with which the metal layer 31 is in contact. In this embodiment, as will be described later, since the recess 32 is formed by dry etching, the metal layer 31 is made of a material that can be dry etched (here, a Ti-based material).

さらに、本実施形態では、図11(B)に示すように、金属層31上に形成され、開口部39Aを有する絶縁膜(保護膜;ここではSiN膜)39をさらに備える。なお、絶縁膜39は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であっても良い。
そして、本実施形態では、図11(B)に示すように、絶縁膜38及び金属層31をエッチングしてリセス32が形成されている。つまり、金属層31にリセス32が形成されている。
Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 11B, an insulating film (protective film; here, SiN film) 39 formed on the metal layer 31 and having an opening 39A is further provided. The insulating film 39 may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.
In this embodiment, the recess 32 is formed by etching the insulating film 38 and the metal layer 31 as shown in FIG. That is, the recess 32 is formed in the metal layer 31.

このリセス32の底面(表面,リセス面)には、電子供給層38の表面が露出しており、ゲート電極33の端面がショットキー接触している。つまり、ゲート電極33は、リセス32に設けられ、リセス32の底面を構成する電子供給層38上に形成されている。
ゲート電極33は、Ni/Auを順に積層させて構成される。ここでは、ゲート電極33は、傘部33Aと、傘部33Aを支える軸部33Bとを有し、T型の断面形状を有するT型ゲート電極として構成されている。なお、ゲート電極33は、これに限られるものではなく、傘部と、傘部を支える軸部とを有するものであれば良く、その形状は、例えばY型の断面形状を有するY型ゲート電極として構成しても良い。
The surface of the electron supply layer 38 is exposed on the bottom surface (surface, recess surface) of the recess 32, and the end face of the gate electrode 33 is in Schottky contact. That is, the gate electrode 33 is provided on the recess 32 and is formed on the electron supply layer 38 constituting the bottom surface of the recess 32.
The gate electrode 33 is configured by sequentially stacking Ni / Au. Here, the gate electrode 33 has an umbrella portion 33A and a shaft portion 33B that supports the umbrella portion 33A, and is configured as a T-type gate electrode having a T-shaped cross-sectional shape. The gate electrode 33 is not limited to this, and any gate electrode 33 may be used as long as it has an umbrella part and a shaft part that supports the umbrella part. The shape of the gate electrode 33 is, for example, a Y-type gate electrode having a Y-shaped cross-sectional shape. You may comprise as.

また、リセス32を挟んで両側に位置し、リセス32の側面を構成する金属層31上の一部に、それぞれソース電極35、ドレイン電極34が形成されている。つまり、金属層31上に、金属層31よりも面積が小さいソース電極35、ドレイン電極34が形成されている。これらの電極(オーミック電極)34,35は、Ni/Auを順に積層させたものとして構成される。なお、本実施形態では、リセス32の側面を構成する層(ここでは金属層31)よりも上側に形成された層又は膜は、絶縁膜39のみである。   Further, a source electrode 35 and a drain electrode 34 are formed on a part of the metal layer 31 that is located on both sides of the recess 32 and that forms the side surface of the recess 32. That is, the source electrode 35 and the drain electrode 34 having a smaller area than the metal layer 31 are formed on the metal layer 31. These electrodes (ohmic electrodes) 34 and 35 are configured by sequentially stacking Ni / Au. In the present embodiment, the insulating film 39 is the only layer or film formed above the layer (here, the metal layer 31) constituting the side surface of the recess 32.

なお、金属層31は、キャップ層と見ることもできるし、オーミック電極の一部と見ることもできる。例えば、オーミック電極の一部と見る場合には、オーミック電極が異なる構成の2層構造になっており、厚い部分と薄い部分とを有することになる。
ところで、従来のGaN−HEMTは、例えば図11(A)に示すように、SiC基板50上に、i−GaNチャネル層51、n−AlGaN電子供給層52を順に形成し、n−AlGaN電子供給層52上に、ゲート電極53、ソース電極54及びドレイン電極55を設け、n−AlGaN電子供給層52の表面を絶縁膜56で覆った構造になっている。
The metal layer 31 can be regarded as a cap layer or a part of the ohmic electrode. For example, when viewed as a part of the ohmic electrode, the ohmic electrode has a two-layer structure with a different configuration, and has a thick part and a thin part.
By the way, in the conventional GaN-HEMT, for example, as shown in FIG. 11A, an i-GaN channel layer 51 and an n-AlGaN electron supply layer 52 are formed in this order on a SiC substrate 50 to supply n-AlGaN electrons. A gate electrode 53, a source electrode 54 and a drain electrode 55 are provided on the layer 52, and the surface of the n-AlGaN electron supply layer 52 is covered with an insulating film 56.

これに対し、本実施形態では、図11(B)に示すように、n−AlGaN電子供給層38上に金属層(ここではTiAl層)31を設けて、ソース抵抗及びドレイン抵抗を下げるようにしている。
特に、本実施形態では、図11(B)に示すように、ゲート電極33の傘部33Aの下側に入り込むように金属層31の長さを十分に長く形成している。これにより、ソース抵抗を十分に低下させて、相互コンダクタンスgmの値をより大きくできるようにしている。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 11B, a metal layer (here, TiAl layer) 31 is provided on the n-AlGaN electron supply layer 38 so as to lower the source resistance and drain resistance. ing.
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 11B, the length of the metal layer 31 is formed to be sufficiently long so as to enter under the umbrella portion 33A of the gate electrode 33. Thereby, the source resistance is sufficiently lowered so that the value of the mutual conductance gm can be increased.

また、本実施形態では、後述するように、金属層31をドライエッチングすることによってリセス32を形成するため、リセス32のサイズ(リセス長)を自由に設計できることになる。特に、十分に長さの短い所望の長さ(所望のリセス長)のリセス32を形成でき、ソース抵抗を低下させ、相互コンダクタンスgmの値をより大きくすることができる。また、微細化を図ることもできる。   Moreover, in this embodiment, since the recess 32 is formed by dry-etching the metal layer 31 as described later, the size (recess length) of the recess 32 can be freely designed. In particular, the recess 32 having a sufficiently short desired length (desired recess length) can be formed, the source resistance can be lowered, and the value of the mutual conductance gm can be increased. Further, miniaturization can be achieved.

さらに、本実施形態では、図11(B)に示すように、絶縁膜39に、金属層31の開口部31A(リセス32;リセス開口)の大きさと同じ大きさの開口部39Aを形成している。ここでは、リセス32の側面を構成する層(ここでは金属層31)よりも上側に形成された層又は膜は絶縁膜39のみであるため、この絶縁膜39の開口部39Aが、金属層31の開口部31A(リセス32の開口部)の大きさと同じになっている。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 11B, an opening 39A having the same size as the opening 31A (recess 32; recess opening) of the metal layer 31 is formed in the insulating film 39. Yes. Here, since the insulating film 39 is the only layer or film formed above the layer constituting the side surface of the recess 32 (here, the metal layer 31), the opening 39 A of the insulating film 39 serves as the metal layer 31. This is the same size as the opening 31A (opening of the recess 32).

このように、ゲート電極33から絶縁膜39の端面までの距離が、ゲート電極33から金属層31の端面までの距離よりも大きく、リセス32の上方に絶縁膜39のひさし構造が存在しないようになっている。このため、リセス32内でゲート電極33を配置できる領域が広く、設計自由度が高い。
また、図11(C)に示すように、耐圧や信頼性を向上させるために、少なくとも半導体積層構造30の表面に露出している部分の全体[ここではリセス32の底面を構成する電子供給層38の表面(上面)]に接するように、他の絶縁膜(保護膜;例えばSiN)40を形成できる。
As described above, the distance from the gate electrode 33 to the end face of the insulating film 39 is larger than the distance from the gate electrode 33 to the end face of the metal layer 31, so that the eaves structure of the insulating film 39 does not exist above the recess 32. It has become. For this reason, the area | region which can arrange | position the gate electrode 33 in the recess 32 is wide, and a design freedom is high.
Further, as shown in FIG. 11C, in order to improve breakdown voltage and reliability, at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30 [here, the electron supply layer constituting the bottom surface of the recess 32 The other insulating film (protective film; for example, SiN) 40 can be formed so as to be in contact with the surface (upper surface 38).

例えば、図11(C)に示すように、半導体積層構造30の表面に露出している部分を含むメサ構造の表面全体に接するように、他の絶縁膜を形成することができ、このような他の絶縁膜40を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができる。なお、他の絶縁膜40は、例えばSiO2,SiON等によって形成される絶縁性を有する膜であっても良い。 For example, as shown in FIG. 11C, another insulating film can be formed so as to be in contact with the entire surface of the mesa structure including the portion exposed on the surface of the semiconductor stacked structure 30. By forming the other insulating film 40, the breakdown voltage and the reliability can be improved. The other insulating film 40 may be an insulating film formed of, for example, SiO 2 or SiON.

なお、本実施形態では、絶縁膜39の開口部39Aが、金属層31の開口部31A(リセス32の開口部)の大きさと同じになるようにしているが、これに限られるものではなく、少なくとも半導体積層構造30の表面に露出している部分の全体に接する他の絶縁膜40を形成しうるように、絶縁膜39の開口部39Aが、金属層31の開口部31A(リセス32の開口部)の大きさよりも大きくなっていれば良い。   In the present embodiment, the size of the opening 39A of the insulating film 39 is the same as the size of the opening 31A of the metal layer 31 (the opening of the recess 32), but the present invention is not limited to this. The opening 39A of the insulating film 39 is formed with the opening 31A of the metal layer 31 (the opening of the recess 32) so that at least another insulating film 40 in contact with the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30 can be formed. It is sufficient that it is larger than the size of the part).

次に、本GaN−HEMTの製造方法について、図11(C)を参照しながら説明する。なお、ここでは、少なくとも半導体積層構造30の表面に露出している部分の全体に接するように他の絶縁膜40を形成する工程も含めて説明する。
まず、SiC基板(半導体基板)36上に、例えばMOVPE法(organometallic vapor phase epitaxy;有機金属気相成長法)によって、i−GaNチャネル層(電子走行層;例えば厚さ3μm)37、n−AlGaN電子供給層(例えば厚さ30nm;Siドーピング濃度5×1018cm-3)38を順に積層させて半導体積層構造30を形成する[図11(C)参照]。
Next, a method for manufacturing the GaN-HEMT will be described with reference to FIG. Here, a description will be given including a step of forming another insulating film 40 so as to be in contact with at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30.
First, an i-GaN channel layer (electron transit layer; for example, 3 μm in thickness) 37, n-AlGaN is formed on an SiC substrate (semiconductor substrate) 36 by, for example, MOVPE (organometallic vapor phase epitaxy). An electron supply layer (for example, a thickness of 30 nm; Si doping concentration of 5 × 10 18 cm −3 ) 38 is sequentially stacked to form a semiconductor stacked structure 30 [see FIG. 11C].

次に、半導体積層構造30を構成する最も上側の半導体層であるn−AlGaN電子供給層38上の全面に金属材料(ここではTiAl)を例えば蒸着させて、金属層(ここではTiAl層)31を形成する[図11(C)参照]。
次いで、金属層31上の全面に絶縁材料(ここではSiN)を、例えばCVD法(chemical vapor deposition;化学気相成長法)によって堆積させて、絶縁膜(ここではSiN膜)39を形成する[図11(C)参照]。つまり、金属層31を形成した後、後述のようにしてリセス32を形成する前に、金属層31上に絶縁膜39が形成される。
Next, a metal material (here, TiAl) is vapor-deposited, for example, on the entire surface of the n-AlGaN electron supply layer 38 which is the uppermost semiconductor layer constituting the semiconductor multilayer structure 30 to form a metal layer (here, TiAl layer) 31. [See FIG. 11C].
Next, an insulating material (here, SiN) is deposited on the entire surface of the metal layer 31 by, for example, CVD (chemical vapor deposition) to form an insulating film (here, SiN film) 39 [ See FIG. 11C]. That is, after forming the metal layer 31 and before forming the recess 32 as described later, the insulating film 39 is formed on the metal layer 31.

次に、例えばフォトリソグラフィ技術によって素子間分離を行なった後、例えばフォトリソグラフィ技術あるいはEB(electron beam)リソグラフィ(電子ビーム露光法)を用いてリセス領域を規定する。
つまり、絶縁膜39上に、所望のサイズのリセス32に対応する開口部を有するレジスト膜を設けた後、例えばF系とCl系のガスを用いたドライエッチング(異方性エッチング)を行なって、絶縁膜39及び金属層31を除去して、リセス32を形成する。これにより、n−AlGaN電子供給層38の表面が露出し、このn−AlGaN電子供給層38の表面によってリセス32の底面(InPリセス面)が構成されることになる[図11(C)参照]。
Next, after element separation is performed by, for example, a photolithography technique, the recess region is defined by using, for example, a photolithography technique or EB (electron beam) lithography (electron beam exposure method).
That is, after providing a resist film having an opening corresponding to the recess 32 having a desired size on the insulating film 39, for example, dry etching (anisotropic etching) using F-based and Cl-based gases is performed. Then, the insulating film 39 and the metal layer 31 are removed, and the recess 32 is formed. As a result, the surface of the n-AlGaN electron supply layer 38 is exposed, and the bottom surface (InP recess surface) of the recess 32 is formed by the surface of the n-AlGaN electron supply layer 38 (see FIG. 11C). ].

次に、レジスト膜を除去した後、例えばプラズマCVD法によって、全面に絶縁材料(ここではSiN)を堆積させて、他の絶縁膜(ここではSiN膜)40を形成する[図11(C)参照]。これにより、半導体積層構造30の表面に露出している部分(n−AlGaN電子供給層38の表面;リセス面)を含む表面全体[ここではリセス32の底面を構成する電子供給層38の表面(上面)、リセス32の側面を構成する金属層31の表面(側面)、絶縁膜39の表面(側面及び上面)]に接するように他の絶縁膜40が形成され、保護される。   Next, after removing the resist film, an insulating material (here, SiN) is deposited on the entire surface by, eg, plasma CVD to form another insulating film (here, SiN film) 40 [FIG. reference]. Thereby, the entire surface including the portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30 (the surface of the n-AlGaN electron supply layer 38; the recess surface) [here, the surface of the electron supply layer 38 constituting the bottom surface of the recess 32 ( Another insulating film 40 is formed so as to be in contact with the upper surface), the surface (side surface) of the metal layer 31 constituting the side surface of the recess 32, and the surface (side surface and upper surface) of the insulating film 39].

次いで、窒素雰囲気中にて、例えば400℃から1000℃の間(例えば600℃)で熱処理を行ない、金属層(ここではTiAl層)31のオーミック特性を得る。
次に、例えばフォトリソグラフィ技術によってソース電極領域及びドレイン電極領域(オーミック電極領域)を規定すべく、絶縁膜39及び他の絶縁膜40上に、ソース電極形成予定領域及びドレイン電極形成予定領域のそれぞれに開口部を有する新たなレジスト膜を設ける。
Next, heat treatment is performed, for example, between 400 ° C. and 1000 ° C. (for example, 600 ° C.) in a nitrogen atmosphere, and the ohmic characteristics of the metal layer (here, TiAl layer) 31 are obtained.
Next, in order to define the source electrode region and the drain electrode region (ohmic electrode region) by, for example, photolithography technology, the source electrode formation planned region and the drain electrode formation planned region are respectively formed on the insulating film 39 and the other insulating film 40. A new resist film having an opening is provided.

そして、全面に、Ti,Pt,Auを順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜とともにレジスト膜上に堆積したTi/Pt/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、Ti/Pt/Auの3層構造のソース電極35及びドレイン電極34を形成する。これにより、金属層31上にソース電極35及びドレイン電極34が形成される[図11(C)参照]。   Then, after Ti, Pt, and Au are sequentially deposited on the entire surface (for example, after being deposited by vacuum deposition), Ti / Pt / Au deposited on the resist film together with the resist film is removed (that is, A source electrode 35 and a drain electrode 34 having a three-layer structure of Ti / Pt / Au are formed by a lift-off method. Thereby, the source electrode 35 and the drain electrode 34 are formed on the metal layer 31 [see FIG. 11C].

次いで、レジスト膜を除去した後、例えば電子線露光法等を用いて、T型の断面形状を有するT型ゲート電極領域を規定すべく、T型ゲート電極形成予定領域に開口部を有する新たなレジスト膜を設ける。
そして、他の絶縁膜40をドライエッチングによって除去した後、全面に、Ni,Auを順に堆積させた後(例えば真空蒸着法によって蒸着させた後)、レジスト膜とともにレジスト膜上に堆積したNi/Auを除去することによって(即ち、リフトオフ法によって)、リセス32にNi/Auの2層構造のゲート電極33を形成する[図11(C)参照]。これにより、リセス32の底面を構成するn−AlGaN電子供給層38上に、リセス32よりもサイズが大きい(リセス長よりも長さが長い)傘部33A及び傘部33Aを支える軸部33Bを有するT型断面形状のT型ゲート電極33が形成される。ここでは、ゲート電極33の端面とn−AlGaN電子供給層38とはショットキー接触するようになっている。
Next, after removing the resist film, for example, an electron beam exposure method or the like is used to define a T-type gate electrode region having a T-shaped cross-sectional shape. A resist film is provided.
Then, after the other insulating film 40 is removed by dry etching, Ni and Au are sequentially deposited on the entire surface (for example, after vapor deposition by a vacuum vapor deposition method), and then Ni / deposited on the resist film together with the resist film. By removing Au (that is, by lift-off method), a Ni / Au two-layer gate electrode 33 is formed in the recess 32 [see FIG. 11C]. Accordingly, the umbrella portion 33A having a size larger than the recess 32 (longer than the recess length) and the shaft portion 33B supporting the umbrella portion 33A are formed on the n-AlGaN electron supply layer 38 constituting the bottom surface of the recess 32. A T-shaped gate electrode 33 having a T-shaped cross section is formed. Here, the end face of the gate electrode 33 and the n-AlGaN electron supply layer 38 are in Schottky contact.

したがって、本実施形態にかかる半導体装置及びその製造方法によれば、ソース抵抗を下げて相互コンダクタンスgmを向上させながら、絶縁膜を形成して耐圧や信頼性を向上させることができるようになるという利点がある。
特に、図11(C)に示すように、少なくとも半導体積層構造30の表面に露出している部分の全体[ここではリセス32の底面を構成する電子供給層38の表面(上面)]に接するように、他の絶縁膜(保護膜)40を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができる。
Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, it is possible to improve the breakdown voltage and the reliability by forming the insulating film while reducing the source resistance and improving the mutual conductance gm. There are advantages.
In particular, as shown in FIG. 11C, at least the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30 [here, the surface (upper surface) of the electron supply layer 38 constituting the bottom surface of the recess 32] is in contact. Further, by forming another insulating film (protective film) 40, the breakdown voltage and the reliability can be improved.

なお、本GaN−HEMTの構造及び製造方法は、上述の実施形態のものに限られるものではない。例えば、以下の変形例のように構成することもできる。
本変形例の製造方法では、上述の実施形態の製造方法のリセス32を形成するためのドライエッチング(異方性エッチング)を行なう工程において、絶縁膜39及び金属層31だけでなく、さらに、n−AlGaN電子供給層38の一部もエッチングによって除去して、リセス32Xを形成する[図11(D)参照]。つまり、リセスが、金属層31及び半導体積層構造30(ここではn−AlGaN電子供給層38の一部)に形成されている。これにより、n−AlGaN電子供給層38が露出し、このn−AlGaN電子供給層38によってリセス32Xの底面(InPリセス面)及びリセス32Xの側面が構成されることになる。この場合、n−AlGaN電子供給層38の厚さが薄くなるため、より相互コンダクタンスgmを向上させることができる。
Note that the structure and manufacturing method of the present GaN-HEMT are not limited to those of the above-described embodiment. For example, it can also be configured as in the following modification.
In the manufacturing method of this modification, in the process of performing dry etching (anisotropic etching) for forming the recess 32 of the manufacturing method of the above-described embodiment, not only the insulating film 39 and the metal layer 31 but also n -A part of the AlGaN electron supply layer 38 is also removed by etching to form a recess 32X [see FIG. 11D]. That is, the recess is formed in the metal layer 31 and the semiconductor laminated structure 30 (here, a part of the n-AlGaN electron supply layer 38). As a result, the n-AlGaN electron supply layer 38 is exposed, and the n-AlGaN electron supply layer 38 forms the bottom surface (InP recess surface) of the recess 32X and the side surface of the recess 32X. In this case, since the thickness of the n-AlGaN electron supply layer 38 is reduced, the mutual conductance gm can be further improved.

本変形例の構成では、図11(D)に示すように、リセス32Xの側面を構成する層は、半導体積層構造30の最も上側の半導体層(ここではn−AlGaN電子供給層38)である。また、リセス32Xの側面を構成する層よりも上側に形成された層又は膜は、金属層31及び絶縁膜39である。さらに、金属層31及び絶縁膜39の開口部31A,39Aは、最も上側の半導体層(ここではn−AlGaN電子供給層38)の開口部38Aの大きさと同じになっている。また、絶縁膜39の開口部39Aは、金属層31の開口部31Aの大きさと同じになっている。   In the configuration of this modification, as shown in FIG. 11D, the layer constituting the side surface of the recess 32X is the uppermost semiconductor layer (here, the n-AlGaN electron supply layer 38) of the semiconductor multilayer structure 30. . The layers or films formed above the layer constituting the side surface of the recess 32 </ b> X are the metal layer 31 and the insulating film 39. Furthermore, the openings 31A and 39A of the metal layer 31 and the insulating film 39 have the same size as the opening 38A of the uppermost semiconductor layer (here, the n-AlGaN electron supply layer 38). The opening 39A of the insulating film 39 has the same size as the opening 31A of the metal layer 31.

なお、これに限られるものではなく、少なくとも半導体積層構造30の表面に露出している部分の全体に接する他の絶縁膜(ここでは絶縁膜40)を形成しうるように、金属層31及び絶縁膜39の開口部31A,39Aが、最も上側の半導体層(ここではn−AlGaN電子供給層38)の開口部38Aの大きさよりも大きくなっていれば良い。また、絶縁膜39の開口部39Aが、金属層31の開口部31A(リセス32Xの開口部)の大きさよりも大きくなっていれば良い。   However, the present invention is not limited to this, and the metal layer 31 and the insulating layer 31 can be formed so that at least another insulating film (here, the insulating film 40) in contact with the entire portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure 30 can be formed. It suffices that the openings 31A and 39A of the film 39 are larger than the size of the opening 38A of the uppermost semiconductor layer (here, the n-AlGaN electron supply layer 38). Further, it is only necessary that the opening 39A of the insulating film 39 is larger than the size of the opening 31A of the metal layer 31 (the opening of the recess 32X).

このように、リセス32Xの側面を構成する層(ここではn−AlGaN電子供給層38)よりも上側に形成された層又は膜が複数ある場合(ここでは金属層31及び絶縁膜39)、上下で隣接する層又は膜の相互間で、上側の層又は膜の開口部(ここでは絶縁膜39の開口部39A)の大きさが下側の層又は膜の開口部(ここでは金属層31の開口部31A)の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっているのが好ましい。これにより、上側の層又は膜(ここでは絶縁膜39)のひさし構造ができないため、耐圧や信頼性を向上させるために、図11(D)に示すように、金属層31の表面に露出している部分(金属層31の側面)に接するように他の絶縁膜40を形成することができ、このような他の絶縁膜40を形成することで、耐圧や信頼性を向上させることができることになる。   Thus, when there are a plurality of layers or films (here, the metal layer 31 and the insulating film 39) formed above the layer (here, the n-AlGaN electron supply layer 38) constituting the side surface of the recess 32X, The size of the upper layer or film opening (here, the opening 39A of the insulating film 39) between adjacent layers or films is lower than the lower layer or film opening (here the metal layer 31). It is preferable that it is the same as the opening 31A) or larger. As a result, the eaves structure of the upper layer or film (here, the insulating film 39) cannot be formed, so that it is exposed to the surface of the metal layer 31 as shown in FIG. The other insulating film 40 can be formed so as to be in contact with the portion (side surface of the metal layer 31), and by forming such another insulating film 40, the breakdown voltage and the reliability can be improved. become.

なお、上述の実施形態及びその変形例にかかる半導体装置の製造方法では、ゲート電極33を形成する前に他の絶縁膜40を形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、ゲート電極33を形成した後に他の絶縁膜40を形成するようにしても良い。この場合、他の絶縁膜40は、ゲート電極33を含む表面全体を覆うように形成されることになる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the above-described embodiment and its modification, the other insulating film 40 is formed before the gate electrode 33 is formed. However, the present invention is not limited to this. Another insulating film 40 may be formed after the electrode 33 is formed. In this case, the other insulating film 40 is formed so as to cover the entire surface including the gate electrode 33.

また、上述の実施形態の変形例にかかる半導体装置の製造方法では、絶縁膜39及び他の絶縁膜40をソース電極35及びドレイン電極34を形成する前に形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、上述の第2実施形態と同様に、ソース電極及びドレイン電極を形成した後に、ソース電極及びドレイン電極を覆うように絶縁膜39及び他の絶縁膜40を形成しても良い。この場合、絶縁膜39及び他の絶縁膜40は、ソース電極及びドレイン電極上にも形成されることになる。
[その他]
なお、上述の各実施形態では、n−InGaAsキャップ層上に設ける金属層をWSiとし、n−AlGaN電子供給層上に設ける金属層をTiAl層としたが、金属層の材料はこれに限られるものではない。例えば、ドライエッチングが比較的容易な材料、例えば、W,Mo,Ta、MoSi,TaSiなどのシリサイド、TiW,TiMo,TiTaなどのTiとの化合物、WN,MoN,TaNなどの窒化物、WSiN,MoSiN,TaSiN等のシリサイドの窒化物などを用いるのが好ましい。また、Al、AlSi(シリサイド)などを用いても良い。
In the method for manufacturing a semiconductor device according to the modification of the above-described embodiment, the insulating film 39 and the other insulating film 40 are formed before the source electrode 35 and the drain electrode 34 are formed. For example, as in the second embodiment described above, after forming the source electrode and the drain electrode, the insulating film 39 and the other insulating film 40 may be formed so as to cover the source electrode and the drain electrode. . In this case, the insulating film 39 and the other insulating film 40 are also formed on the source electrode and the drain electrode.
[Others]
In each of the above embodiments, the metal layer provided on the n-InGaAs cap layer is WSi and the metal layer provided on the n-AlGaN electron supply layer is a TiAl layer. However, the material of the metal layer is limited to this. It is not a thing. For example, materials that are relatively easy to dry etch, such as silicides such as W, Mo, Ta, MoSi, and TaSi, compounds with Ti such as TiW, TiMo, and TiTa, nitrides such as WN, MoN, and TaN, WSiN, It is preferable to use silicide nitride such as MoSiN or TaSiN. Al, AlSi (silicide), or the like may be used.

上述の各実施形態では、本発明をInP−HEMTやGaN−HEMTに適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、これら以外のHEMTにも本発明を適用することができる。
また、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to InP-HEMT or GaN-HEMT is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to other HEMTs. can do.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

以下、上述の各実施形態に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
複数の半導体層を積層してなり、リセスを有する半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に形成され、前記リセスに対応する位置に開口部を有する金属層と、
前記リセスに設けられ、傘部と、前記傘部を支える軸部とを有するゲート電極と、
前記金属層上に形成され、前記ゲート電極を挟んで両側に設けられたドレイン電極及びソース電極とを備え、
前記金属層の開口部は、前記リセスの開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっており、
前記金属層は、前記ゲート電極の傘部の下側に入り込むように形成されていることを特徴とする半導体装置。
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding each of the above-described embodiments.
(Appendix 1)
A plurality of semiconductor layers stacked, and a semiconductor stacked structure having a recess;
A metal layer formed on the semiconductor multilayer structure and having an opening at a position corresponding to the recess;
A gate electrode provided in the recess and having an umbrella part and a shaft part supporting the umbrella part;
A drain electrode and a source electrode formed on the metal layer and provided on both sides of the gate electrode;
The opening of the metal layer is equal to or larger than the size of the opening of the recess,
The semiconductor device is characterized in that the metal layer is formed so as to enter under the umbrella portion of the gate electrode.

(付記2)
前記半導体積層構造の最も上側の半導体層は、半導体キャップ層であり、
前記リセスは、前記半導体キャップ層に形成されていることを特徴とする、付記1記載の半導体装置。
(付記3)
前記金属層上に形成され、開口部を有する絶縁膜をさらに備え、
前記絶縁膜の開口部は、前記金属層の開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっていることを特徴とする、付記1又は2記載の半導体装置。
(Appendix 2)
The uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure is a semiconductor cap layer,
The semiconductor device according to appendix 1, wherein the recess is formed in the semiconductor cap layer.
(Appendix 3)
An insulating film formed on the metal layer and having an opening;
The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the opening of the insulating film is the same as or larger than the opening of the metal layer.

(付記4)
前記金属層は、前記ゲート電極側の厚さが前記ドレイン電極又は前記ソース電極の側の厚さよりも薄くなっていることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記5)
前記金属層は、前記ゲート電極側の端部が徐々に薄くなっていることを特徴とする、付記4記載の半導体装置。
(Appendix 4)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the metal layer has a thickness on the gate electrode side thinner than a thickness on the drain electrode or source electrode side. .
(Appendix 5)
The semiconductor device according to appendix 4, wherein the metal layer has an end portion on the gate electrode side gradually becoming thinner.

(付記6)
前記半導体積層構造の表面に露出している部分の全体に接する絶縁膜を備えることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記7)
前記半導体積層構造は、半導体基板上に形成され、電子供給層及び電子走行層を含むことを特徴とする、付記1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 6)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, further comprising an insulating film in contact with an entire portion exposed on a surface of the semiconductor multilayer structure.
(Appendix 7)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the semiconductor stacked structure is formed on a semiconductor substrate and includes an electron supply layer and an electron transit layer.

(付記8)
GaNを含む複数の半導体層を積層してなる半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に形成され、リセスが形成された金属層と、
前記リセスに設けられ、傘部と、前記傘部を支える軸部とを有するゲート電極と、
前記金属層上に形成され、前記ゲート電極を挟んで両側に設けられたドレイン電極及びソース電極とを備え、
前記金属層が、前記ゲート電極の傘部の下側に入り込むように形成されていることを特徴とする半導体装置。
(Appendix 8)
A semiconductor laminated structure in which a plurality of semiconductor layers containing GaN are laminated;
A metal layer formed on the semiconductor multilayer structure and formed with a recess;
A gate electrode provided in the recess and having an umbrella part and a shaft part supporting the umbrella part;
A drain electrode and a source electrode formed on the metal layer and provided on both sides of the gate electrode;
The semiconductor device, wherein the metal layer is formed so as to enter under the umbrella portion of the gate electrode.

(付記9)
前記リセスが、前記金属層及び前記半導体積層構造に形成されていることを特徴とする付記8に記載の半導体装置。
(付記10)
半導体基板上に、複数の半導体層を積層してなる半導体積層構造を形成し、
前記半導体積層構造上に金属層を形成し、
前記金属層にリセス形成用開口部を形成し、
前記リセス形成用開口部を介してリセスを形成し、
前記リセス形成用開口部を広げ、
傘部及び前記傘部を支える軸部を有するゲート電極を前記リセスに形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
The semiconductor device according to appendix 8, wherein the recess is formed in the metal layer and the semiconductor stacked structure.
(Appendix 10)
On the semiconductor substrate, a semiconductor laminated structure formed by laminating a plurality of semiconductor layers is formed,
Forming a metal layer on the semiconductor multilayer structure;
Forming a recess-forming opening in the metal layer;
Forming a recess through the recess forming opening,
Widen the opening for forming the recess,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode having an umbrella part and a shaft part supporting the umbrella part in the recess.

(付記11)
前記リセスを形成する工程は、ウェットエッチングによって行なわれることを特徴とする、付記10記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記金属層を形成した後、前記リセス形成用開口部を形成する前に、前記金属層上に絶縁膜を形成し、
前記金属層及び前記絶縁膜にリセス形成用開口部を形成することを特徴とする、付記10又は11記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 11)
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10, wherein the step of forming the recess is performed by wet etching.
(Appendix 12)
After forming the metal layer and before forming the recess forming opening, an insulating film is formed on the metal layer,
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 10 or 11, wherein a recess forming opening is formed in the metal layer and the insulating film.

(付記13)
前記ゲート電極を形成する前又は後に、少なくとも前記半導体積層構造の表面に露出している部分に絶縁膜を形成することを特徴とする、付記10〜12のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記複数の半導体層は、それぞれ、化合物半導体を含むことを特徴とする、付記10〜13のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 13)
The semiconductor device according to any one of appendices 10 to 12, wherein an insulating film is formed at least in a portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure before or after the gate electrode is formed. Production method.
(Appendix 14)
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 10 to 13, wherein each of the plurality of semiconductor layers includes a compound semiconductor.

(付記15)
前記半導体基板は、InPを含むことを特徴とする、付記10〜14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記金属層は、前記半導体積層構造の最も上側の半導体層にオーミック接触することを特徴とする付記10〜15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 10 to 14, wherein the semiconductor substrate includes InP.
(Appendix 16)
16. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 10 to 15, wherein the metal layer is in ohmic contact with the uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure.

(付記17)
前記ゲート電極は、前記リセス内に露出する前記半導体層とショットキー接触することを特徴とする付記10〜16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記リセス形成用開口部を広げるために、前記金属層の前記ゲート電極側の厚さが前記ドレイン電極又は前記ソース電極の側の厚さよりも薄くなるようにエッチングすることを特徴とする、付記10〜17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 17)
17. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 10 to 16, wherein the gate electrode is in Schottky contact with the semiconductor layer exposed in the recess.
(Appendix 18)
The etching is performed so that the thickness of the metal layer on the side of the gate electrode is thinner than the thickness of the side of the drain electrode or the source electrode in order to widen the opening for forming the recess. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of -17.

(付記19)
前記エッチングは、前記金属層の前記ゲート電極側の端部が徐々に薄くなるように行われることを特徴とする、付記18記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 19)
19. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 18, wherein the etching is performed so that an end of the metal layer on the gate electrode side is gradually thinned.

本発明の第1実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning a 1st embodiment of the present invention. (A),(B)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の課題を説明するための模式的断面図である。(A), (B) is typical sectional drawing for demonstrating the subject of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 1st Embodiment of this invention. (A)〜(C)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の効果を他の構造のものと比較して説明する際に用いられる模式的断面図であって、(A)はInGaAsキャップ層のみを備える構造、(B)はInGaAsキャップ層及び金属層を備え、金属層がゲート電極の傘部の下側に入り込んでいない構造、(C)はInGaAsキャップ層及び金属層を備え、金属層がゲート電極の傘部の下側に入り込んでいる構造をそれぞれ示している。(A)-(C) are typical sectional drawings used when demonstrating the effect of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 1st Embodiment of this invention compared with the thing of another structure, (A) is a structure including only an InGaAs cap layer, (B) is a structure including an InGaAs cap layer and a metal layer, and the metal layer does not enter under the umbrella portion of the gate electrode, and (C) is an InGaAs cap layer. And a structure in which the metal layer is provided below the umbrella portion of the gate electrode. (A)〜(K)は、本発明の第1実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(K) are typical sectional drawings for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 2nd Embodiment of this invention. (A)〜(I)は、本発明の第2実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(I) are typical sectional drawings for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 2nd Embodiment of this invention. (A)〜(C)は、本発明の第2実施形態の変形例にかかる半導体装置(InP−HEMT)の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(C) are typical sectional drawings for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning the modification of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の変形例にかかる半導体装置(InP−HEMT)の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning the modification of 3rd Embodiment of this invention. (A)〜(D)は、本発明の第3実施形態にかかる半導体装置(InP−HEMT)の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(D) are typical sectional drawings for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device (InP-HEMT) concerning 3rd Embodiment of this invention. (A)は、従来のGaN−HEMTの構成を示す模式的断面図であり、(B)は、本発明の第4実施形態にかかる半導体装置(GaN−HEMT)の構成を示す模式的断面図であり、(C),(D)は、本発明の第4実施形態の変形例にかかる半導体装置(GaN−HEMT)の構成を示す模式的断面図である。(A) is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional GaN-HEMT, (B) is typical sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device (GaN-HEMT) concerning 4th Embodiment of this invention. (C) and (D) are schematic cross-sectional views showing the configuration of a semiconductor device (GaN-HEMT) according to a modification of the fourth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 InP基板(半導体基板)
2 バッファ層
3 チャネル層(電子走行層,キャリア走行層)
4 電子供給層(キャリア供給層)
5 ストッパ層(エッチング停止層)
6 キャップ層(コンタクト層)
6A 開口部
7 リセス
8 ゲート電極
8A 傘部
8B 軸部
9 金属層
9A 開口部
9X リセス形成用開口部
9Y 金属層のリセスの上方に突出している部分(ひさし構造)
10ドレイン電極
11 ソース電極
12,13,14,16 レジスト膜
15 半導体積層構造
17 絶縁膜(保護膜)
17A 開口部
17X リセス形成用開口部
17Y 絶縁膜のリセスの上方に突出している部分(ひさし構造)
18 絶縁膜(保護膜)
18A 開口部
20 絶縁膜
30 半導体積層構造
31 金属層
31A 開口部
32,32X リセス
33 ゲート電極
33A 傘部
33B 軸部
34 ドレイン電極
35 ソース電極
36 SiC基板(半導体基板)
37 チャネル層(電子走行層,キャリア走行層)
38 電子供給層(キャリア供給層)
38A 開口部
39 絶縁膜(保護膜)
39A 開口部
40 絶縁膜(保護膜)
1 InP substrate (semiconductor substrate)
2 Buffer layer 3 Channel layer (electron travel layer, carrier travel layer)
4 Electron supply layer (carrier supply layer)
5 Stopper layer (etching stop layer)
6 Cap layer (contact layer)
6A Opening 7 Recess 8 Gate electrode 8A Umbrella 8B Shaft 9 Metal layer 9A Opening 9X Recess forming opening 9Y A portion protruding above the recess in the metal layer (eave structure)
10 drain electrode 11 source electrode 12, 13, 14, 16 resist film 15 semiconductor laminated structure 17 insulating film (protective film)
17A Opening 17X Opening for recess formation 17Y Projecting part of insulating film above recess (eave structure)
18 Insulating film (protective film)
18A Opening 20 Insulating film 30 Semiconductor laminated structure 31 Metal layer 31A Opening 32, 32X Recess 33 Gate electrode 33A Umbrella 33B Shaft 34 Drain electrode 35 Source electrode 36 SiC substrate (semiconductor substrate)
37 channel layer (electron traveling layer, carrier traveling layer)
38 Electron supply layer (carrier supply layer)
38A Opening 39 Insulating film (protective film)
39A Opening 40 Insulating film (protective film)

Claims (10)

複数の半導体層を積層してなり、リセスを有する半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に形成され、前記リセスに対応する位置に開口部を有する金属層と、
前記リセスに設けられ、傘部と、前記傘部を支える軸部とを有するゲート電極と、
前記金属層上に形成され、前記ゲート電極を挟んで両側に設けられたドレイン電極及びソース電極と
前記金属層上に形成され、開口部を有する絶縁膜とを備え、
前記金属層の開口部は、前記リセスの開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっており、
前記絶縁膜の開口部は、前記金属層の開口部の大きさと同じか、又は、それよりも大きくなっており、
前記金属層は、前記ゲート電極の傘部の下側に入り込むように形成されており、
前記絶縁膜は、前記ゲート電極の傘部に接していないことを特徴とする半導体装置。
A plurality of semiconductor layers stacked, and a semiconductor stacked structure having a recess;
A metal layer formed on the semiconductor multilayer structure and having an opening at a position corresponding to the recess;
A gate electrode provided in the recess and having an umbrella part and a shaft part supporting the umbrella part;
A drain electrode and a source electrode formed on the metal layer and provided on both sides of the gate electrode ;
An insulating film formed on the metal layer and having an opening ;
The opening of the metal layer is equal to or larger than the size of the opening of the recess,
The opening of the insulating film is the same as or larger than the size of the opening of the metal layer,
The metal layer is formed so as to enter under the umbrella part of the gate electrode ,
The semiconductor device , wherein the insulating film is not in contact with the umbrella portion of the gate electrode .
前記半導体積層構造の最も上側の半導体層は、半導体キャップ層であり、
前記リセスは、前記半導体キャップ層に形成されていることを特徴とする、請求項1記載の半導体装置。
The uppermost semiconductor layer of the semiconductor multilayer structure is a semiconductor cap layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the recess is formed in the semiconductor cap layer.
前記金属層は、前記ゲート電極側の厚さが前記ドレイン電極又は前記ソース電極の側の厚さよりも薄くなっていることを特徴とする、請求項1又は2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal layer has a thickness on the gate electrode side thinner than a thickness on the drain electrode or source electrode side. 半導体基板上に、複数の半導体層を積層してなる半導体積層構造を形成し、
前記半導体積層構造上に金属層を形成し、
前記金属層にリセス形成用開口部を形成し、
前記リセス形成用開口部を介してリセスを形成し、
前記リセス形成用開口部を広げ、
傘部及び前記傘部を支える軸部を有するゲート電極を前記リセスに形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
On the semiconductor substrate, a semiconductor laminated structure formed by laminating a plurality of semiconductor layers is formed,
Forming a metal layer on the semiconductor multilayer structure;
Forming a recess-forming opening in the metal layer;
Forming a recess through the recess forming opening,
Widen the opening for forming the recess,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode having an umbrella part and a shaft part supporting the umbrella part in the recess.
前記リセスを形成する工程は、ウェットエッチングによって行なわれることを特徴とする、請求項4記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the step of forming the recess is performed by wet etching. 前記金属層を形成した後、前記リセス形成用開口部を形成する前に、前記金属層上に絶縁膜を形成し、
前記金属層及び前記絶縁膜にリセス形成用開口部を形成することを特徴とする、請求項4又は5記載の半導体装置の製造方法。
After forming the metal layer and before forming the recess forming opening, an insulating film is formed on the metal layer,
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein a recess forming opening is formed in the metal layer and the insulating film.
前記ゲート電極を形成する前又は後に、少なくとも前記半導体積層構造の表面に露出している部分に絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device according to claim 4, wherein an insulating film is formed at least on a portion exposed on the surface of the semiconductor multilayer structure before or after the gate electrode is formed. Manufacturing method. 前記複数の半導体層は、それぞれ、化合物半導体を含むことを特徴とする、請求項4〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein each of the plurality of semiconductor layers includes a compound semiconductor. 前記半導体基板は、InPを含むことを特徴とする、請求項4〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor substrate contains InP. 前記リセス形成用開口部を広げるために、前記金属層の前記ゲート電極側の厚さが前記ドレイン電極又は前記ソース電極の側の厚さよりも薄くなるようにエッチングすることを特徴とする、請求項4〜9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The etching is performed so that a thickness on the gate electrode side of the metal layer is thinner than a thickness on the drain electrode or source electrode side in order to widen the recess forming opening. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of 4-9.
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