JP5323505B2 - 電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法 - Google Patents
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図1は、本発明の実施の形態1に係るMOSFETの模式的な断面図である。このMOSFET100は、サファイア、SiC、Siなどからなる基板101上に、AlN層102と、GaN層とAlN層とを交互に積層して形成したバッファ層103と、p−GaNからなる下部半導体層104とが形成されている。さらに、下部半導体層104上には、半導体動作層105が形成されている。半導体動作層105は、アンドープGaNからなるキャリア走行層105aと、キャリア走行層105aとはバンドギャップエネルギーが異なるn−AlGaNからなるキャリア供給層105bとを順次積層し、キャリア走行層105aおよびキャリア供給層105bの一部を下部半導体層104に到る深さまで除去してリセス部105cを形成したものである。さらに、半導体動作層105上には、リセス部105cを挟んでソース電極106およびドレイン電極107が形成されている。さらに、半導体動作層105上とリセス部105c内における下部半導体層104の表面104aとにわたってSiO2などからなるゲート絶縁膜108が形成され、さらにリセス部105cにおいてゲート絶縁膜108上にはゲート電極109が形成されている。
本発明の実施例1−1、1−2、比較例1として、図1に示すMOSFET100と同様の構造のMOSFETを製造した。なお、実施例1−1のMOSFETは、上述した製造方法にしたがい製造した。また、実施例1−2のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法に従って製造したが、ノボラック系のポジ型レジスト樹脂(東京応化製TSM8900)からなるマスク層を形成してパターニングを行なった点が異なる。また、比較例1のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法に従って製造したが、PCVD法を用いてSiO2からなるマスク層を厚さ300nmで形成し、フォトリソグラフィとCHF3ガスを用いてパターニングを行なった点が異なる。なお、実施例1−1、1−2、比較例1の各MOSFETは、ゲート−ドレイン電極間の距離を24μmとし、MOSFETの基板からキャリア供給層までの厚さに対して十分に大きくした。そして、実施例1−1、1−2、比較例1の各MOSFETのオン抵抗と耐圧を測定し、さらに、各MOSFETの断面を観察し、リセス部における半導体動作層のドレイン電極側の側壁の立ち上がりの角度を測定した。
つぎに、本発明の実施の形態2に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態2に係るMOSFETは、図1に示すMOSFET100と同様の構造を有するが、半導体動作層が、ソース電極およびドレイン電極の直下にコンタクト領域を有する点が異なる。
本発明の実施例2−1、2−2、比較例2として、図9に示すMOSFET200と同様の構造のMOSFETを製造した。なお、実施例2−1のMOSFETは、上述した製造方法にしたがい製造した。また、実施例2−2のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法にしたがって製造したが、実施例1−2と同様のポジ型レジスト樹脂からなるマスク層を形成してパターニングを行なった点が異なる。また、比較例2のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法にしたがって製造したが、比較例1と同様のSiO2からなるマスク層を形成してパターニングを行なった点が異なる。なお、実施例2−1、2−2、比較例2の各MOSFETは、ゲート−ドレイン電極間の距離を24μmとし、MOSFETの基板からキャリア供給層までの厚さに対して十分に大きくした。そして、実施例2−1、2−2、比較例2の各MOSFETのオン抵抗と耐圧を測定し、さらに、リセス部における半導体動作層のドレイン電極側の側壁の立ち上がりの角度を測定した。
つぎに、本発明の実施の形態3に係るMOSFETについて説明する。本実施の形態3に係るMOSFETは、縦型構造を有するMOSFETである。
本発明の実施例3−1、3−2、比較例3として、図14に示すMOSFET300と同様の構造のMOSFETを製造した。なお、実施例3−1のMOSFETは、上述した製造方法にしたがい製造した。また、実施例3−2のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法にしたがって製造したが、実施例1−2と同様のポジ型レジスト樹脂からなるマスク層を形成してパターニングを行なった点が異なる。また、比較例3のMOSFETは、ほとんど上述した製造方法にしたがって製造したが、比較例1と同様のSiO2からなるマスク層を形成してパターニングを行なった点が異なる。そして、実施例3−1、3−2、比較例3の各MOSFETのオン抵抗と耐圧を測定し、さらに、傾斜形成層の側壁の立ち上がりの角度を測定した。
図20は、本発明の実施の形態4に係るMOSFETの模式的な断面図である。このMOSFET400は、実施の形態1に係るMOSFET100と同様に、基板401上に、AlN層402と、GaN層とAlN層とを交互に積層して形成したバッファ層403とが形成されている。さらに、バッファ層403上には、半導体動作層405が形成されている。半導体動作層405は、p−GaNからなるキャリア走行層405aと、キャリア走行層405aとは反対の導電型を有するn−GaNからなるコンタクト層405bとを順次積層し、キャリア走行層405aおよびコンタクト層405bの一部をキャリア走行層405aに到る深さまで除去してリセス部405cを形成したものである。さらに、半導体動作層405上には、リセス部405cを挟んでソース電極406およびドレイン電極407が形成されている。さらに、半導体動作層405上とリセス部405c内におけるキャリア走行層405aの表面405aaとにわたってゲート絶縁膜408が形成され、さらにリセス部405cにおいてゲート絶縁膜408上にはゲート電極409が形成されている。
図21は、本発明の実施の形態5に係るMOSFETの模式的な断面図である。このMOSFET500は、実施の形態4に係るMOSFET400と同様に、基板501上に、AlN層502と、GaN層とAlN層とを交互に積層して形成したバッファ層503とが形成されている。さらに、バッファ層503上には、半導体動作層505が形成されている。半導体動作層505は、p−GaNからなるキャリア走行層505aと、n−GaNからなるコンタクト層505bとを順次積層し、キャリア走行層505aおよびコンタクト層505bの一部をキャリア走行層505aに到る深さまで除去してリセス部505cを形成したものである。さらに、半導体動作層505上には、リセス部505cを挟んでソース電極506およびドレイン電極507が形成されている。さらに、半導体動作層505上とリセス部505c内におけるキャリア走行層505aの表面505aaとにわたってゲート絶縁膜508が形成され、さらにリセス部505cにおいてゲート絶縁膜508上にはゲート電極509が形成されている。さらに、ドレイン電極507側のコンタクト層505bには、ゲート電極509の直下から所定の長さにわたって、コンタクト層505bのドレイン電極507の直下の部分よりもキャリア濃度が低いRESURF領域505baが形成されている。
101〜501 基板
102、202、402、502 AlN層
103、203、403、503 バッファ層
104、204 下部半導体層
104a〜304a、405aa、505aa 表面
105〜505 半導体動作層
105a〜505a キャリア走行層
105b、205b キャリア供給層
305b〜505b コンタクト層
105c、205c、405c、505c リセス部
105d、105e、110b、205d、205e、305d、405d、405e、505d、505e 側壁
106〜506 ソース電極
107〜507 ドレイン電極
108〜508 ゲート絶縁膜
109〜509 ゲート電極
110〜310 マスク層
110a、210a 開口部
211、212 コンタクト領域
213 SiO2層
214、215 打ち込み領域
304 ドリフト層
θ1〜θ9 角度
Claims (11)
- MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、
基板と、
前記基板上に形成された、キャリア走行層およびリセス部を有する半導体動作層と、
前記リセス部を含む前記半導体動作層上に形成された絶縁膜と、
前記リセス部における前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記半導体動作層上に前記リセス部を挟んで形成され、前記半導体動作層に電気的に接続されたソース電極およびドレイン電極と、
を備え、前記リセス部は、前記半導体動作層の一部を少なくとも前記キャリア走行層に到る深さまで除去して形成され、前記半導体動作層に対して傾斜して立ち上がっている側壁部を有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記基板上に形成され、前記半導体動作層の下部に位置する下部半導体層を備え、
前記半導体動作層は、アンドープの前記キャリア走行層と該キャリア走行層とはバンドギャップエネルギーが異なるキャリア供給層とが順次積層して形成され、前記キャリア走行層および前記キャリア供給層の一部を前記下部半導体層に到る深さまで除去して形成した前記リセス部を有することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記半導体動作層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の直下にコンタクト領域を有することを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記コンタクト領域は、前記半導体動作層に不純物イオンを注入して形成されたものであることを特徴とする請求項3に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記半導体動作層は、n型またはp型の導電型を有する前記キャリア走行層と該キャリア走行層とは反対の導電型を有するコンタクト層とが順次積層して形成され、前記キャリア走行層および前記コンタクト層の一部を前記キャリア走行層に到る深さまで除去して形成した前記リセス部を有することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、
n型またはp型の導電型を有する基板上に形成された、前記基板と同一の導電型を有し該基板よりもキャリア濃度が小さい下部半導体層と、
前記下部半導体層上の一部の領域に、前記下部半導体層とは反対の導電型を有するキャリア走行層と該キャリア走行層とは反対の導電型を有するコンタクト層とが順次積層して形成され、前記キャリア走行層および前記コンタクト層の一部を前記下部半導体層に至る深さまで除去して前記下部半導体層の表面から傾斜して立ち上がるように形成した側壁を有する半導体動作層と、
前記半導体動作層上に、前記キャリア走行層および前記コンタクト層の両方に接続するように形成したソース電極と、
前記基板の裏面に形成されたドレイン電極と、
前記半導体動作層の表面と前記側壁と前記下部半導体層の表面とにわたって形成されたゲート絶縁膜と、
前記側壁上を覆うように前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記半導体動作層の側壁の立ち上がりの角度は、30°以上75°以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。
- 前記半導体動作層の側壁の立ち上がりの角度は、65°以下であることを特徴とする請求項7に記載の電界効果トランジスタ。
- MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、
基板上に下部半導体層を形成し、前記下部半導体層上に、アンドープのキャリア走行層と該キャリア走行層とはバンドギャップエネルギーが異なるキャリア供給層とを順次積層して半導体動作層を形成する半導体動作層形成工程と、
前記半導体動作層上に、開口部を有するマスク層を形成し、前記開口部における前記マスク層の側壁をエッチングしながら該開口部内に露出した前記半導体動作層を前記下部半導体層に至る深さまでエッチングしてリセス部を形成するリセス部形成工程と、
前記半導体動作層上に前記リセス部を挟んでソース電極およびドレイン電極を形成するソース/ドレイン電極形成工程と、
前記半導体動作層上と前記リセス部内における表面とにわたってゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記リセス部において前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、
基板上に、n型またはp型の導電型を有するキャリア走行層と該キャリア走行層とは反対の導電型を有するコンタクト層とを順次積層して半導体動作層を形成する半導体動作層形成工程と、
前記半導体動作層上に、開口部を有するマスク層を形成し、前記開口部における前記マスク層の側壁をエッチングしながら該開口部内に露出した前記半導体動作層を前記キャリア走行層に至る深さまでエッチングしてリセス部を形成するリセス部形成工程と、
前記半導体動作層上に前記リセス部を挟んでソース電極およびドレイン電極を形成するソース/ドレイン電極形成工程と、
前記半導体動作層上と前記リセス部内における表面とにわたってゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記リセス部において前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 - MOS構造を有し、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタの製造方法であって、
n型またはp型の導電型を有する基板上に、前記基板と同一の導電型を有し該基板よりもキャリア濃度が小さい下部半導体層を形成する下部半導体層形成工程と、
前記下部半導体層上に、前記下部半導体層とは反対の導電型を有するキャリア走行層と該キャリア走行層とは反対の導電型を有するコンタクト層とを順次積層する半導体動作層形成工程と、
前記半導体動作層上の一部領域にマスク層を形成し、前記マスク層の側壁をエッチングしながら前記一部領域以外の半導体動作層を前記下部半導体層に到る深さまでエッチングするエッチング工程と、
前記半導体動作層上に、前記キャリア走行層および前記コンタクト層の両方に接続するようにソース電極を形成するソース電極形成工程と、
前記基板の裏面にドレイン電極を形成するドレイン電極形成工程と、
前記半導体動作層の表面と前記側壁と前記下部半導体層の表面とにわたってゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記側壁上を覆うように前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
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