JP5391720B2 - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法等に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.

近年、化合物半導体装置、特にGaN系化合物半導体を主な材料とした高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)の高出力高周波用デバイスへの適用について検討がなされている。そして、GaN系化合物半導体を主な材料としたHEMT(以下、GaN系HEMTともいう)では、大電流動作時及び高温環境下においても動作可能であることが重要である。   In recent years, application of high electron mobility transistors (HEMTs) mainly composed of compound semiconductor devices, particularly GaN-based compound semiconductors, to high-power high-frequency devices has been studied. In addition, it is important that a HEMT (hereinafter also referred to as a GaN-based HEMT) using a GaN-based compound semiconductor as a main material is operable at a high current and in a high temperature environment.

図1は、従来のGaN系HEMTの構造を示す断面図である。このGaN系HEMTでは、基板101上にGaN層102、AlGaN層103及びn型のn−GaN層104がこの順で形成されている。そして、n−GaN層104上にゲート電極107gが形成されている。n−GaN層104のゲート電極107gを挟む2箇所に開口部が形成されており、一方にソース電極107sが形成された、他方にドレイン電極107dが形成されている。ソース電極107sはTi膜105s及びAl膜106sから構成され、ドレイン電極107dはTi膜105d及びAl膜106dから構成されている。ソース電極107s及びドレイン電極107d上にAu膜109が形成されている。また、ソース電極107sとゲート電極107gとの間、及びドレイン電極107dとゲート電極107gとの間にはSi窒化膜108が形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional GaN-based HEMT. In this GaN-based HEMT, a GaN layer 102, an AlGaN layer 103, and an n-type n-GaN layer 104 are formed in this order on a substrate 101. A gate electrode 107 g is formed on the n-GaN layer 104. Openings are formed at two locations across the gate electrode 107g of the n-GaN layer 104, a source electrode 107s is formed on one side, and a drain electrode 107d is formed on the other side. The source electrode 107s is composed of a Ti film 105s and an Al film 106s, and the drain electrode 107d is composed of a Ti film 105d and an Al film 106d. An Au film 109 is formed on the source electrode 107s and the drain electrode 107d. A Si nitride film 108 is formed between the source electrode 107s and the gate electrode 107g and between the drain electrode 107d and the gate electrode 107g.

このような構造のGaN系HEMTは、大電流動作時及び高温環境下において動作可能である。しかしながら、微細化に伴って長期の使用に耐えることができないことがある。このような問題点は、GaN系HEMT以外の化合物半導体装置にもある。   The GaN-based HEMT having such a structure can be operated during a large current operation and in a high temperature environment. However, with miniaturization, it may not be able to withstand long-term use. Such a problem also exists in compound semiconductor devices other than GaN-based HEMTs.

特開平10−12872号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-12862 特開2003−209246号公報JP 2003-209246 A 特開平7−131005号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-13005 特開平10−104985号公報JP-A-10-104985

本発明の目的は、長期にわたって安定した動作が可能な化合物半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of stable operation over a long period of time and a manufacturing method thereof.

化合物半導体装置の一態様には、基板と、前記基板上方に形成された電子走行層と、前記電子走行層上方に形成された電子供給層と、前記電子供給層上方に形成されたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、が設けられている。前記ソース電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっており、前記ドレイン電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっている。前記ソース電極と前記電子供給層との間の抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっており、前記ドレイン電極と前記電子供給層との間の抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっている。 In one aspect of the compound semiconductor device, a substrate, an electron transit layer formed above the substrate, an electron supply layer formed above the electron transit layer, a source electrode formed above the electron supply layer, A drain electrode and a gate electrode are provided. The contact resistance between the back surface of the source electrode and the GaN-based compound semiconductor decreases as the distance from the gate electrode decreases, and the contact resistance between the back surface of the drain electrode and the GaN-based compound semiconductor separates from the gate electrode. It is so low. The resistance between the source electrode and the electron supply layer decreases as the distance from the gate electrode decreases, and the resistance between the drain electrode and the electron supply layer decreases as the distance from the gate electrode increases. It has become.

化合物半導体装置の製造方法の一態様では、基板上方に電子走行層を形成し、前記電子走行層上方に電子供給層を形成する。また、前記電子供給層上方にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する。前記ソース電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くし、前記ドレイン電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くする。前記ソース電極と前記電子供給層との間の抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くし、前記ドレイン電極と前記電子供給層との間の抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くする。 In one aspect of the method for manufacturing a compound semiconductor device, an electron transit layer is formed above the substrate, and an electron supply layer is formed above the electron transit layer. In addition, a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed above the electron supply layer. The contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the source electrode decreases as the distance from the gate electrode decreases, and the contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the drain electrode decreases with distance from the gate electrode. To do. The resistance between the source electrode and the electron supply layer is lowered as the distance from the gate electrode is decreased, and the resistance between the drain electrode and the electron supply layer is decreased as the distance from the gate electrode is increased.

上記の化合物半導体装置等によれば、ソース電極及びドレイン電極と電子供給層との間の抵抗が適切に規定されているため、損傷が生じにくく、長期にわたって安定して動作することができる。   According to the above-described compound semiconductor device or the like, since the resistance between the source and drain electrodes and the electron supply layer is appropriately defined, damage is unlikely to occur and the device can operate stably over a long period of time.

従来のGaN系HEMTの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional GaN-type HEMT. 従来のGaN系HEMTの問題点を示す図である。It is a figure which shows the problem of the conventional GaN-type HEMT. 第1の参考例に係るGaN系HEMT(半導体装置)を示す図である。It is a figure which shows the GaN-type HEMT (semiconductor device) which concerns on a 1st reference example . 第1の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on a 1st reference example in order of a process. 図4Aに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT in the order of steps following FIG. 4A. 図4Bに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT in the order of steps following FIG. 4B. 図4Cに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。FIG. 4D is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT in the order of steps subsequent to FIG. 4C. 第1の参考例の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a 1st reference example . 第2の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。It is a figure which shows GaN-type HEMT which concerns on a 2nd reference example . 第2の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on a 2nd reference example to process order. 図7Aに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT in order of a process following FIG. 7A. 第3の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。It is a figure which shows GaN-type HEMT which concerns on a 3rd reference example . 第3の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on a 3rd reference example to process order. 図9Aに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。FIG. 9B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT in the order of steps following FIG. 9A. 第4の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。It is a figure which shows GaN-type HEMT which concerns on a 4th reference example . 第4の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on a 4th reference example to process order. 図11Aに引き続き、GaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。FIG. 11B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT in the order of steps following FIG. 11A. の実施形態に係るGaN系HEMTを示す図である。It is a figure which shows GaN-type HEMT which concerns on 1st Embodiment. の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on 1st Embodiment to process order. の実施形態の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of 1st Embodiment. の実施形態に係るGaN系HEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows GaN-type HEMT which concerns on 2nd Embodiment. の実施形態に係るGaN系HEMTを示すレイアウト図である。FIG. 6 is a layout diagram showing a GaN-based HEMT according to a second embodiment. の実施形態におけるソース電極7sを示す図である。It is a figure which shows the source electrode 7s in 2nd Embodiment. の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on 2nd Embodiment in process order. 参考例に係るGaN系HEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows GaN-type HEMT concerning the 5th reference example . 参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the method of manufacturing GaN-type HEMT which concerns on a 5th reference example to process order.

本願発明者が、従来のGaN系HEMTにおける寿命について検討を行った結果、微細化に伴ってオーミック電極であるソース電極107s及びドレイン電極107dにおいて局所的に電流密度が上昇していることを見出した。つまり、図2(a)に示すように、ドレイン電極107d及びソース電極107sのいずれにおいても、ゲート電極107gに近い領域のみにおいて電流が流れ、そこに電流経路110が集中してしまっているのである。これは、次の理由による。ドレイン電極107d近傍の抵抗を図示すると、図2(b)のようになる。   As a result of studying the lifetime in the conventional GaN-based HEMT, the inventor of the present application has found that the current density locally increases in the source electrode 107s and the drain electrode 107d, which are ohmic electrodes, with miniaturization. . That is, as shown in FIG. 2A, in both the drain electrode 107d and the source electrode 107s, current flows only in a region close to the gate electrode 107g, and the current path 110 is concentrated there. . This is due to the following reason. The resistance in the vicinity of the drain electrode 107d is illustrated in FIG.

即ち、Al膜106dの内部を横方向に流れる場合の抵抗値RAl、AlGaN層103を縦方向に流れる場合の抵抗値RC、GaN層102の2次元電子ガス層(2DEG)を横方向に流れる場合の抵抗値R2DEGが存在する。なお、Ti膜105dにも抵抗が存在するが、他の部分と比較すると無視し得る程度に低いため、図2(b)では省略してある。そして、両極端な経路としては、Al膜106dの内部を横方向に流れ、AlGaN層103を縦方向に流れ、GaN層102のゲート電極107g下方まで到達する経路111と、AlGaN層103を縦方向に流れ、GaN層102のAl膜106d下方の2DEGを横方向に流れ、GaN層102のゲート電極107g下方まで到達する経路112とが挙げられる。これらを比較すると、抵抗値RAlが抵抗値R2DEGより著しく低いため、ほとんどの電流が経路111を介して流れる。このようにして電流密度が極端に高くなる領域が生じているのである。このような領域が生じると、高い電流密度そのものの影響及び高い電流密度に伴う温度上昇の影響により、その近傍でエレクトロマイグレーションが発生し、Al膜106d等に変質等の損傷が生じ、抵抗値が上昇してしまう。例えば、Al膜106d及び106sがAu膜109と接触している場合には、高抵抗物質であるパープルプレーグが発生し、ドレイン電極107d及びソース電極107sが劣化してしまう。 That is, a resistance value R Al when flowing in the Al film 106d in the horizontal direction, a resistance value R C when flowing in the AlGaN layer 103 in the vertical direction, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) of the GaN layer 102 in the horizontal direction. There is a resistance value R 2DEG when flowing. In addition, although resistance exists also in Ti film | membrane 105d, since it is negligibly low compared with another part, it is abbreviate | omitting in FIG.2 (b). The extreme paths include a path 111 that flows laterally in the Al film 106d, flows in the AlGaN layer 103 in the vertical direction, and reaches the lower part of the gate electrode 107g of the GaN layer 102, and the AlGaN layer 103 in the vertical direction. And a path 112 that flows laterally through 2DEG below the Al film 106d of the GaN layer 102 and reaches the gate electrode 107g below the GaN layer 102. When these are compared, since the resistance value R Al is significantly lower than the resistance value R 2DEG , most of the current flows through the path 111. In this way, a region where the current density becomes extremely high is generated. When such a region occurs, electromigration occurs in the vicinity due to the effect of the high current density itself and the temperature rise associated with the high current density, damage to the Al film 106d and the like occurs, and the resistance value increases. It will rise. For example, when the Al films 106d and 106s are in contact with the Au film 109, purple plague that is a high-resistance material is generated, and the drain electrode 107d and the source electrode 107s are deteriorated.

本願発明者は、このような知見に基づき、電流密度の集中を緩和するために、以下の種々の実施形態に想到した。   Based on such knowledge, the present inventor has conceived the following various embodiments in order to alleviate the concentration of current density.

(第1の参考例
先ず、第1の参考例について説明する。図3は、第1の参考例に係るGaN系HEMT(半導体装置)を示す図である。
(First reference example )
First, a first reference example will be described. FIG. 3 is a diagram showing a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to a first reference example .

第1の参考例では、図3(a)に示すように、例えば半絶縁性のSiC基板等の基板1上に、i−GaN層2、AlGaN層3、及びn−GaN層4がこの順で形成されている。i−GaN層2aは意図的に不純物のドーピングを行っていないGaN層であり、その厚さは3μm程度である。i−GaN層2aの表層部分は電子走行層として機能し、その下の部分はバッファ層として機能する。バッファ層は、基板1の表面に存在する格子欠陥の電子走行層への伝播を防止している。AlGaN層3には、i−AlGaN層とその上に形成されたn−AlGaN層が含まれている。i−AlGaN層は意図的に不純物のドーピングを行っていないAl0.25Ga0.75N層であり、その厚さは5nm程度である。n−AlGaN層はSiが5×1018cm-3程度の濃度でドーピングされたn型のAl0.25Ga0.75N層であり、その厚さは30nm程度である。n−AlGaN層は電子供給層として機能する。n−GaN層4はSiが2×1018cm-3程度の濃度でドーピングされたn型のGaN層であり、その厚さは10nm程度である。なお、各AlGaN層におけるAlとGaとの割合は特に限定されない。 In the first reference example , as shown in FIG. 3A, an i-GaN layer 2, an AlGaN layer 3, and an n-GaN layer 4 are arranged in this order on a substrate 1 such as a semi-insulating SiC substrate. It is formed with. The i-GaN layer 2a is a GaN layer that is not intentionally doped with impurities, and has a thickness of about 3 μm. The surface layer portion of the i-GaN layer 2a functions as an electron transit layer, and the lower portion functions as a buffer layer. The buffer layer prevents the propagation of lattice defects existing on the surface of the substrate 1 to the electron transit layer. The AlGaN layer 3 includes an i-AlGaN layer and an n-AlGaN layer formed thereon. The i-AlGaN layer is an Al 0.25 Ga 0.75 N layer that is not intentionally doped with impurities, and its thickness is about 5 nm. The n-AlGaN layer is an n-type Al 0.25 Ga 0.75 N layer doped with Si at a concentration of about 5 × 10 18 cm −3 and has a thickness of about 30 nm. The n-AlGaN layer functions as an electron supply layer. The n-GaN layer 4 is an n-type GaN layer doped with Si at a concentration of about 2 × 10 18 cm −3 and has a thickness of about 10 nm. The ratio of Al and Ga in each AlGaN layer is not particularly limited.

n−GaN層4上にゲート電極7gが形成されている。n−GaN層4の平面視でゲート電極7gを挟む2箇所に、AlGaN層3を露出する開口部4s及び4dが形成されている。AlGaN層3の開口部4sから露出した部分には、ゲート電極7gから離間した側から順に、Si注入領域11as、11bs、11cs、11ds、11es、11fs、11gs、11hs及び11isが形成されている。これらのSi注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にSiが注入されており、図3(b)に示すように、ゲート電極7gから離間して位置するものほど、Siドープ量が高くなっている。同様に、AlGaN層3の開口部4dから露出した部分には、ゲート電極7gから離間した側から順に、Si注入領域11ad、11bd、11cd、11dd、11ed、11fd、11gd、11hd及び11idが形成されている。これらのSi注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にSiが注入されており、ゲート電極7gから離間して位置するものほど、Siドープ量が高くなっている。最もSiドープ量が高いSi注入領域11as及び11adのSiドープ量は、例えば4×1020cm-3程度であり、最もSiドープ量が低いSi注入領域11is及び11idのSiドープ量は、例えば1×1020cm-3程度である。 A gate electrode 7 g is formed on the n-GaN layer 4. Openings 4 s and 4 d exposing the AlGaN layer 3 are formed at two locations sandwiching the gate electrode 7 g in plan view of the n-GaN layer 4. Si injection regions 11as, 11bs, 11cs, 11ds, 11es, 11fs, 11gs, 11hs, and 11is are formed in this order from the side away from the gate electrode 7g in the portion exposed from the opening 4s of the AlGaN layer 3. In these Si implantation regions, Si is implanted separately from the above-mentioned Si of about 5 × 10 18 cm −3 , and is located away from the gate electrode 7g as shown in FIG. The Si doping amount is higher. Similarly, Si implantation regions 11ad, 11bd, 11cd, 11dd, 11ed, 11fd, 11gd, 11hd, and 11id are formed in order from the side away from the gate electrode 7g in the portion exposed from the opening 4d of the AlGaN layer 3. ing. In these Si implantation regions, Si is implanted separately from the above-mentioned Si of about 5 × 10 18 cm −3 , and the Si doping amount increases as the distance from the gate electrode 7 g increases. . The Si doping amount of the Si implantation regions 11as and 11ad with the highest Si doping amount is, for example, about 4 × 10 20 cm −3 , and the Si doping amount of the Si implantation regions 11is and 11id with the lowest Si doping amount is, for example, 1 × 10 20 cm -3 or so.

そして、開口部4s内にソース電極7sが形成され、開口部4d内にドレイン電極7dが形成されている。ソース電極7sには、Si注入領域上に形成されたTi膜5s及びその上に形成されたAl膜6sが含まれている。また、ドレイン電極7dには、Si注入領域上に形成されたTi膜5d及びその上に形成されたAl膜6dが含まれている。Ti膜5s及び5dの厚さは30nm程度であり、Al膜6s及び6dの厚さは300nm程度である。更に、Al膜6s及び6d上にAu膜9が形成されている。   A source electrode 7s is formed in the opening 4s, and a drain electrode 7d is formed in the opening 4d. The source electrode 7s includes a Ti film 5s formed on the Si implantation region and an Al film 6s formed thereon. The drain electrode 7d includes a Ti film 5d formed on the Si implantation region and an Al film 6d formed thereon. The thickness of the Ti films 5s and 5d is about 30 nm, and the thickness of the Al films 6s and 6d is about 300 nm. Further, an Au film 9 is formed on the Al films 6s and 6d.

また、ゲート電極7g、ソース電極7s及びドレイン電極7dの周囲には、n−GaN層4等を覆うシリコン窒化膜8が形成されている。シリコン窒化膜8の厚さは5nm〜500nm程度(例えば500nm)である。   A silicon nitride film 8 that covers the n-GaN layer 4 and the like is formed around the gate electrode 7g, the source electrode 7s, and the drain electrode 7d. The thickness of the silicon nitride film 8 is about 5 nm to 500 nm (for example, 500 nm).

このように構成された第1の参考例では、AlGaN層3のソース電極7s及びドレイン電極7dと接触する領域の抵抗が、ゲート電極7gから離間するほど低くなっている。このため、ソース電極及びドレイン電極7d内を流れる電流は、ゲート電極7g側に集中することなく、ゲート電極7gから離間した部分にも流れる。この結果、電流密度の集中が緩和されるため、大電流密度のそのものの影響及び高温化の影響に伴うエレクトロマイグレーション等を抑制することができる。 In the first reference example configured as described above, the resistance of the region in contact with the source electrode 7s and the drain electrode 7d of the AlGaN layer 3 becomes lower as the distance from the gate electrode 7g increases. For this reason, the current flowing in the source and drain electrodes 7d does not concentrate on the gate electrode 7g side but also flows in a portion separated from the gate electrode 7g. As a result, since the concentration of the current density is relaxed, it is possible to suppress the electromigration and the like accompanying the influence of the large current density itself and the influence of high temperature.

次に、第1の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図4A乃至図4Dは、第1の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the GaN-based HEMT according to the first reference example will be described. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the first reference example in the order of steps.

先ず、図4A(a)に示すように、半絶縁性のSiC基板等の基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:metal organic vapor phase epitaxy)法により、i−GaN層2、AlGaN層3及びn−GaN層4をこの順で形成する。   First, as shown in FIG. 4A (a), an i-GaN layer 2 and an AlGaN layer are formed on a substrate 1 such as a semi-insulating SiC substrate by, for example, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method. Layer 3 and n-GaN layer 4 are formed in this order.

次いで、図4A(b)に示すように、n−GaN層4上に、開口部4sを形成する領域を開口する開口部71s、及び開口部4dを形成する領域を開口する開口部71dが設けられたレジストパターン71を形成する。その後、レジストパターン71をマスクとして用い、不活性ガス及びCl2ガス等の塩素系ガスを用いたドライエッチングをn−GaN層4に対して行うことにより、n−GaN層4に開口部4s及び4dを形成する。なお、開口部4s及び4dの深さに関し、n−GaN層4の一部を残してもよく、また、AlGaN層3の一部を除去してもよい。つまり、開口部4s及び4dの深さはn−GaN層4の厚さと一致している必要はない。 Next, as shown in FIG. 4A (b), an opening 71s that opens a region for forming the opening 4s and an opening 71d that opens a region for forming the opening 4d are provided on the n-GaN layer 4. The resist pattern 71 thus formed is formed. Thereafter, using the resist pattern 71 as a mask, dry etching using an inert gas and a chlorine-based gas such as Cl 2 gas is performed on the n-GaN layer 4, thereby opening the opening 4 s and the n-GaN layer 4. 4d is formed. In addition, regarding the depth of the openings 4s and 4d, a part of the n-GaN layer 4 may be left, or a part of the AlGaN layer 3 may be removed. That is, the depths of the openings 4 s and 4 d do not need to match the thickness of the n-GaN layer 4.

続いて、図4A(c)に示すように、レジストパターン71を除去し、全面に、Si注入領域11asを形成する領域を開口する開口部72as、及びSi注入領域11adを形成する領域を開口する開口部72adが設けられたレジストパターン72aを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 4A (c), the resist pattern 71 is removed, and an opening 72as for opening a region for forming the Si implantation region 11as and a region for forming the Si implantation region 11ad are opened over the entire surface. A resist pattern 72a provided with an opening 72ad is formed.

次いで、レジストパターン72aをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、図4A(d)に示すように、Si注入領域11as及び11adを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば0.375×1020cm-3とする。 Next, by implanting Si using the resist pattern 72a as a mask, Si implanted regions 11as and 11ad are formed as shown in FIG. 4A (d). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). Further, the doping amount is, for example, 0.375 × 10 20 cm −3 .

その後、図4B(e)に示すように、レジストパターン72aを除去し、全面に、Si注入領域11as及び11bsを形成する領域を開口する開口部72bs、並びにSi注入領域11ad及び11bdを形成する領域を開口する開口部72bdが設けられたレジストパターン72bを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 4B (e), the resist pattern 72a is removed, and an opening 72bs that opens a region for forming the Si implantation regions 11as and 11bs and a region for forming the Si implantation regions 11ad and 11bd are formed on the entire surface. A resist pattern 72b provided with an opening 72bd is formed.

続いて、レジストパターン72bをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、図4B(f)に示すように、Si注入領域11bs及び11bdを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば0.375×1020cm-3とする。この結果、Si注入領域11as及び11adのドープ量は、総計で0.75×1020cm-3となる。 Subsequently, Si implantation is performed using the resist pattern 72b as a mask, thereby forming Si implanted regions 11bs and 11bd as shown in FIG. 4B (f). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). Further, the doping amount is, for example, 0.375 × 10 20 cm −3 . As a result, the total doping amount of the Si implantation regions 11as and 11ad is 0.75 × 10 20 cm −3 .

その後、レジストパターンの除去、新たなレジストパターンの形成及びシリコンの注入を繰り返すことにより、図4B(g)に示すように、Si注入領域11cs〜11hs及び11cd〜11hdを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば0.375×1020cm-3とする。この結果、Si注入領域11as及び11adのドープ量は、8回の注入で総計で3.0×1020cm-3となる。更に、全面に、Si注入領域11as〜11isを形成する領域を開口する開口部72is、及びSi注入領域11ad〜11idを形成する領域を開口する開口部72idが設けられたレジストパターン72iを形成する。 Thereafter, by removing the resist pattern, forming a new resist pattern, and implanting silicon, Si implantation regions 11cs to 11hs and 11cd to 11hd are formed as shown in FIG. 4B (g). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). Further, the doping amount is, for example, 0.375 × 10 20 cm −3 . As a result, the total amount of doping in the Si implantation regions 11as and 11ad becomes 3.0 × 10 20 cm −3 in a total of eight implantations. Further, a resist pattern 72i provided with an opening 72is that opens a region for forming the Si implantation regions 11as to 11is and an opening 72id that opens a region for forming the Si implantation regions 11ad to 11id is formed on the entire surface.

次いで、レジストパターン72iをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、図4B(h)に示すように、Si注入領域11is及び11idを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.0×1020cm-3とする。この結果、Si注入領域11as及び11adのドープ量は、総計で4.0×1020cm-3となる。また、Si注入領域11is及び11idのドープ量は、1.0×1020cm-3となる。そして、これらの間に位置するSi注入領域では、Si注入領域11as、11adに近いほどドープ量が高く、Si注入領域11is、11idに近いほどドープ量が低くなる。 Next, Si implantation is performed using the resist pattern 72i as a mask, thereby forming Si implantation regions 11is and 11id as shown in FIG. 4B (h). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). The dope amount is, for example, 1.0 × 10 20 cm −3 . As a result, the total amount of doping in the Si implantation regions 11as and 11ad is 4.0 × 10 20 cm −3 . Further, the doping amount of the Si implantation regions 11is and 11id is 1.0 × 10 20 cm −3 . In the Si implantation region located between them, the doping amount is higher as it is closer to the Si implantation regions 11as and 11ad, and the doping amount is lower as it is closer to the Si implantation regions 11is and 11id.

その後、図4C(i)に示すように、レジストパターン72iを除去する。続いて、窒素雰囲気中にて500℃〜1500℃程度(例えば1000℃)で熱処理を行う。   Thereafter, as shown in FIG. 4C (i), the resist pattern 72i is removed. Subsequently, heat treatment is performed at about 500 ° C. to 1500 ° C. (for example, 1000 ° C.) in a nitrogen atmosphere.

次いで、図4C(j)に示すように、全面に、ソース電極7sを形成する領域を開口する開口部73s、及びドレイン電極7dを形成する領域を開口する開口部73dが設けられた下層レジストパターン73を形成する。更に、下層レジストパターン73上に、ソース電極7sを形成する領域を開口する開口部74s、及びドレイン電極7dを形成する領域を開口する開口部74dが設けられた上層レジストパターン74を形成する。そして、下層レジストパターン73及び上層レジストパターン74の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Ti及びAlの蒸着を行うことにより、Ti膜5s及びAl膜6sを備えたソース電極7s、並びにTi膜5d及びAl膜6dを備えたドレイン電極7dを形成する。   Next, as shown in FIG. 4C (j), a lower resist pattern in which an opening 73s that opens a region for forming the source electrode 7s and an opening 73d that opens a region for forming the drain electrode 7d are provided on the entire surface. 73 is formed. Further, on the lower resist pattern 73, an upper resist pattern 74 provided with an opening 74s that opens a region for forming the source electrode 7s and an opening 74d that opens a region for forming the drain electrode 7d is formed. Then, by using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 73 and the upper layer resist pattern 74 as a mask, Ti and Al are deposited, so that the source electrode 7s including the Ti film 5s and the Al film 6s, and the Ti film 5d and A drain electrode 7d having an Al film 6d is formed.

次いで、図4C(k)に示すように、下層レジストパターン73及び上層レジストパターン74を除去し、全面にシリコン窒化膜8を形成する。   Next, as shown in FIG. 4C (k), the lower layer resist pattern 73 and the upper layer resist pattern 74 are removed, and a silicon nitride film 8 is formed on the entire surface.

その後、図4C(l)に示すように、シリコン窒化膜8にゲート電極用の開口部8gを形成し、この内側にゲート電極7gを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 4C (l), an opening 8g for a gate electrode is formed in the silicon nitride film 8, and a gate electrode 7g is formed inside the opening 8g.

続いて、図4D(m)に示すように、全面に、ソース電極7sに整合する開口部75s、及びドレイン電極7dに整合する開口部75dが設けられたレジストパターン75を形成する。そして、レジストパターン75をマスクとして用いて、ドライエッチングによりシリコン窒化膜8に開口部8s及び8dを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 4D (m), a resist pattern 75 provided with an opening 75s that matches the source electrode 7s and an opening 75d that matches the drain electrode 7d is formed on the entire surface. Then, using the resist pattern 75 as a mask, openings 8s and 8d are formed in the silicon nitride film 8 by dry etching.

次いで、図4D(n)に示すように、レジストパターン75を除去し、全面に、ソース電極7sに整合する開口部76s、及びドレイン電極7dに整合する開口部76dが設けられたレジストパターン76を新たに形成する。その後、スパッタリング法によりAl膜7s及び7d上にAu膜9を形成する。Au膜の厚さは、例えば200nmとする。   Next, as shown in FIG. 4D (n), the resist pattern 75 is removed, and a resist pattern 76 in which an opening 76s that matches the source electrode 7s and an opening 76d that matches the drain electrode 7d is provided on the entire surface. Newly formed. Thereafter, an Au film 9 is formed on the Al films 7s and 7d by sputtering. The thickness of the Au film is, for example, 200 nm.

そして、図4D(o)に示すように、レジストパターン76を除去する。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Then, as shown in FIG. 4D (o), the resist pattern 76 is removed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

なお、第1の参考例では、AlGaN層3の表面におけるSiドープ量が9段階に変化しているが、この変化は段階的である必要はなく、後述のように、連続的であってもよい。また、段階的に変化する場合、その段階数は9段階に限定されず、例えば図5に示すように、20段階であってもよい。 In the first reference example , the Si doping amount on the surface of the AlGaN layer 3 is changed in nine steps, but this change does not have to be stepwise, and may be continuous as described later. Good. Moreover, when changing in steps, the number of steps is not limited to nine, and may be, for example, 20 as shown in FIG.

(第2の参考例
次に、第2の参考例について説明する。図6は、第2の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。
(Second reference example )
Next, a second reference example will be described. FIG. 6 is a diagram showing a GaN-based HEMT according to a second reference example .

第2の参考例では、図6(a)に示すように、AlGaN層3の開口部4sから露出した部分に、ゲート電極7gから離間した側から順に、Si注入領域21as、21bs及び21csが形成されている。これらのSi注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にSiが注入されており、図6(b)に示すように、ゲート電極7gから離間して位置するものほど、Siドープ量が高くなっている。同様に、AlGaN層3の開口部4dから露出した部分に、ゲート電極7gから離間した側から順に、Si注入領域21ad、21bd及び21cdが形成されている。これらのSi注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にSiが注入されており、ゲート電極7gから離間して位置するものほど、Siドープ量が高くなっている。 In the second reference example , as shown in FIG. 6A, Si implantation regions 21as, 21bs, and 21cs are formed in the portion exposed from the opening 4s of the AlGaN layer 3 in order from the side away from the gate electrode 7g. Has been. In these Si implantation regions, Si is implanted separately from the above-mentioned Si of about 5 × 10 18 cm −3 , and is located away from the gate electrode 7g as shown in FIG. 6B. The Si doping amount is higher. Similarly, Si implantation regions 21ad, 21bd, and 21cd are formed in the portion exposed from the opening 4d of the AlGaN layer 3 in order from the side away from the gate electrode 7g. In these Si implantation regions, Si is implanted separately from the above-mentioned Si of about 5 × 10 18 cm −3 , and the Si doping amount increases as the distance from the gate electrode 7 g increases. .

他の構成は第1の参考例と同様である。 Other configurations are the same as those of the first reference example .

このような第2の参考例によれば、第1の参考例と同様の効果を得ることができる。また、後述のように、第1の参考例よりも容易に少ない工程で製造することができる。 According to such a second reference example , the same effect as that of the first reference example can be obtained. Further, as described later, it can be manufactured with fewer steps than the first reference example .

次に、第2の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図7A乃至図7Bは、第2の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the second reference example will be described. 7A to 7B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to a second reference example in the order of steps.

先ず、第1の参考例と同様にして、開口部4s及び4dの形成までの処理を行う。次いで、図7A(a)に示すように、全面に、Si注入領域21asを形成する領域を開口する開口部77as、及びSi注入領域21adを形成する領域を開口する開口部77adが設けられたレジストパターン77aを形成する。 First, similarly to the first reference example , the processes up to the formation of the openings 4s and 4d are performed. Next, as shown in FIG. 7A (a), a resist in which an opening 77as that opens a region for forming the Si implantation region 21as and an opening 77ad that opens a region for forming the Si implantation region 21ad are provided on the entire surface. A pattern 77a is formed.

その後、レジストパターン77aをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、図7A(b)に示すように、Si注入領域21as及び21adを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.5×1020cm-3とする。 Thereafter, Si implantation is performed using the resist pattern 77a as a mask, thereby forming Si implanted regions 21as and 21ad as shown in FIG. 7A (b). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). The dope amount is set to 1.5 × 10 20 cm −3 , for example.

続いて、図7A(c)に示すように、レジストパターン77aを除去し、全面に、Si注入領域21as及び21bsを形成する領域を開口する開口部77bs、並びにSi注入領域21ad及び21bdを形成する領域を開口する開口部77bdが設けられたレジストパターン77bを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7A (c), the resist pattern 77a is removed, and openings 77bs that open regions for forming the Si implantation regions 21as and 21bs and Si implantation regions 21ad and 21bd are formed on the entire surface. A resist pattern 77b provided with an opening 77bd that opens the region is formed.

次いで、レジストパターン77bをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、Si注入領域21bs及び21bdを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.5×1020cm-3とする。この結果、Si注入領域21as及び21adのドープ量は、総計で3.0×1020cm-3となる。 Next, Si implantation regions 21bs and 21bd are formed by implanting Si using the resist pattern 77b as a mask. The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). The dope amount is set to 1.5 × 10 20 cm −3 , for example. As a result, the total doping amount of the Si implantation regions 21as and 21ad is 3.0 × 10 20 cm −3 .

その後、図7A(d)に示すように、レジストパターン77bを除去し、全面に、Si注入領域21as〜21csを形成する領域を開口する開口部77cs、及びSi注入領域21ad〜21cdを形成する領域を開口する開口部77cdが設けられたレジストパターン77cを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7A (d), the resist pattern 77b is removed, and openings 77cs that open regions for forming Si implantation regions 21as to 21cs and regions for forming Si implantation regions 21ad to 21cd are formed on the entire surface. A resist pattern 77c provided with an opening 77cd is formed.

続いて、レジストパターン77cをマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、Si注入領域21cs及び21cdを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば60keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.0×1020cm-3とする。この結果、Si注入領域11as及び11adのドープ量は、総計で4.0×1020cm-3となる。また、Si注入領域21cs及び21cdのドープ量は、1.0×1020cm-3となる。そして、これらの間に位置するSi注入領域21bs及び21bdのドープ量は、総計で2.5×1020cm-3となる。 Subsequently, Si implantation regions 21cs and 21cd are formed by implanting Si using the resist pattern 77c as a mask. The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 60 keV). The dope amount is, for example, 1.0 × 10 20 cm −3 . As a result, the total amount of doping in the Si implantation regions 11as and 11ad is 4.0 × 10 20 cm −3 . Further, the doping amount of the Si implantation regions 21cs and 21cd is 1.0 × 10 20 cm −3 . The total doping amount of the Si implantation regions 21bs and 21bd located between them is 2.5 × 10 20 cm −3 in total.

次いで、図7B(e)に示すように、レジストパターン77cを除去し、第1の参考例と同様にして、窒素雰囲気中での熱処理からシリコン窒化膜8の形成までの処理を行う。 Next, as shown in FIG. 7B (e), the resist pattern 77c is removed, and the processes from the heat treatment in the nitrogen atmosphere to the formation of the silicon nitride film 8 are performed as in the first reference example .

その後、図7B(f)に示すように、開口部8gを形成し、ゲート電極7gを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7B (f), an opening 8g is formed, and a gate electrode 7g is formed.

続いて、図7B(g)に示すように、Au膜9を形成する。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Subsequently, as shown in FIG. 7B (g), an Au film 9 is formed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

このような方法では、Siの注入回数が第1の参考例よりも少ないため、第1の参考例よりも容易に少ない工程で製造することができる。 In such methods, because the number of injections of Si is less than the first reference example, it can be produced easily in fewer steps than the first embodiment.

(第3の参考例
次に、第3の参考例について説明する。図8は、第3の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。
(Third reference example )
Next, a third reference example will be described. FIG. 8 is a diagram showing a GaN-based HEMT according to a third reference example .

第3の参考例では、図8(a)に示すように、AlGaN層3及びGaN層4のソース電極7sの下方の領域にゲート電極7gから離間する方向に拡がるSi拡散領域32sが形成されている。また、AlGaN層3及びGaN層4のドレイン電極7dの下方の領域にゲート電極7gから離間する方向に拡がるSi拡散領域32dが形成されている。Si拡散領域32sの表面では、図8(b)に示すように、Siのドープ量がゲート電極7gから離間するほど連続的に高くなっている。 In the third reference example , as shown in FIG. 8A, a Si diffusion region 32s extending in a direction away from the gate electrode 7g is formed in a region below the source electrode 7s of the AlGaN layer 3 and the GaN layer 4. Yes. Further, a Si diffusion region 32d extending in a direction away from the gate electrode 7g is formed in a region below the drain electrode 7d of the AlGaN layer 3 and the GaN layer 4. On the surface of the Si diffusion region 32s, as shown in FIG. 8B, the Si doping amount increases continuously as the distance from the gate electrode 7g increases.

他の構成は第1の参考例と同様である。 Other configurations are the same as those of the first reference example .

このような第3の参考例によれば、第1及び第2の参考例と同様の効果を得ることができる。また、後述のように、第1及び第2の参考例よりも容易に少ない工程で製造することができる。 According to such a third reference example , the same effects as those of the first and second reference examples can be obtained. Further, as will be described later, it can be manufactured with fewer steps than the first and second reference examples .

次に、第3の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図9A乃至図9Bは、第3の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the third reference example will be described. 9A to 9B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to a third reference example in the order of steps.

先ず、第1の参考例と同様にして、n−GaN層4の形成までの処理を行う。次いで、図9A(a)に示すように、全面に、開口部4sを形成する領域を開口する開口部78s、開口部4dを形成する領域を開口する開口部78d、及びこれらよりもゲート電極7gを形成する領域から離間した領域を開口する開口部78eが設けられたレジストパターン78を形成する。その後、レジストパターン78をマスクとして用い、不活性ガス及びCl2ガス等の塩素系ガスを用いたドライエッチングをn−GaN層4に対して行うことにより、n−GaN層4に開口部4s及び4d、並びに開口部4eを形成する。 First, similarly to the first reference example , the processes up to the formation of the n-GaN layer 4 are performed. Next, as shown in FIG. 9A (a), an opening 78s that opens a region for forming the opening 4s, an opening 78d that opens a region for forming the opening 4d, and the gate electrode 7g are formed over the entire surface. A resist pattern 78 is formed, which is provided with an opening 78e that opens a region separated from the region where the film is to be formed. Thereafter, using the resist pattern 78 as a mask, dry etching using an inert gas and a chlorine-based gas such as Cl 2 gas is performed on the n-GaN layer 4, thereby opening the opening 4 s and the n-GaN layer 4. 4d and the opening 4e are formed.

次いで、図9A(b)に示すように、レジストパターン78を除去し、全面に、開口部4eを開口する開口部79eが設けられたレジストパターン79を形成する。   Next, as shown in FIG. 9A (b), the resist pattern 78 is removed, and a resist pattern 79 provided with an opening 79e that opens the opening 4e is formed on the entire surface.

その後、レジストパターン79をマスクとして用いてSiの注入を行うことにより、図9A(c)に示すように、Si注入領域31s及び31dを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば40keV)とする。   Thereafter, Si implantation is performed using the resist pattern 79 as a mask, thereby forming Si implanted regions 31s and 31d as shown in FIG. 9A (c). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 40 keV).

続いて、図9A(d)に示すように、レジストパターン79を除去する。次いで、窒素雰囲気中にて500℃〜1500℃程度(例えば1200℃)で熱処理を行うことにより、Si注入領域31s及び31d中のシリコンを拡散させ、Si拡散領域32s及び32dを形成する。この熱処理の時間は、例えば数分間とする。   Subsequently, as shown in FIG. 9A (d), the resist pattern 79 is removed. Next, heat treatment is performed at about 500 ° C. to 1500 ° C. (for example, 1200 ° C.) in a nitrogen atmosphere to diffuse silicon in the Si implantation regions 31 s and 31 d, thereby forming Si diffusion regions 32 s and 32 d. The heat treatment time is, for example, several minutes.

次いで、図9B(e)に示すように、第1の参考例と同様にして、ソース電極7s及びドレイン電極7dの形成からシリコン窒化膜8の形成までの処理を行う。 Next, as shown in FIG. 9B (e), similarly to the first reference example , the processing from the formation of the source electrode 7s and the drain electrode 7d to the formation of the silicon nitride film 8 is performed.

その後、図9B(f)に示すように、開口部8gを形成し、ゲート電極7gを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 9B (f), an opening 8g is formed, and a gate electrode 7g is formed.

続いて、図9B(g)に示すように、Au膜9を形成する。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Subsequently, as shown in FIG. 9B (g), an Au film 9 is formed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

このような方法では、Siの注入回数が第1及び第2の参考例よりも少ないため、第1及び第2の参考例よりも容易に少ない工程で製造することができる。 In such methods, because the number of injections of Si is less than the first and second reference example, it can be produced easily in fewer steps than the first and second reference example.

(第4の参考例
次に、第4の参考例について説明する。図10は、第4の参考例に係るGaN系HEMTを示す図である。
(Fourth reference example )
Next, a fourth reference example will be described. FIG. 10 is a diagram showing a GaN-based HEMT according to a fourth reference example .

第4の参考例では、図10(a)に示すように、AlGaN層3の開口部4sから露出した部分に、ゲート電極7g側から順に、B注入領域41as、41bs、41cs、41ds、41es、41fs、41gs、41hs及び41isが形成されている。これらのB注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にBが注入されており、図10(b)に示すように、ゲート電極7gに近く位置するものほど、Bドープ量が高くなっている。同様に、AlGaN層3の開口部4dから露出した部分に、ゲート電極7g側から順に、B注入領域41ad、41bd、41cd、41dd、41ed、41fd、41gd、41hd及び41idが形成されている。これらのB注入領域には、上記の5×1018cm-3程度のSiとは別にBが注入されており、ゲート電極7gに近く位置するものほど、Bドープ量が高くなっている。 In the fourth reference example , as shown in FIG. 10A, the B implantation regions 41as, 41bs, 41cs, 41ds, 41es, and the like are sequentially formed in the portion exposed from the opening 4s of the AlGaN layer 3 from the gate electrode 7g side. 41fs, 41gs, 41hs, and 41is are formed. In these B implantation regions, B is implanted separately from the Si of about 5 × 10 18 cm −3 , and as shown in FIG. 10B, the closer to the gate electrode 7g, The amount of B dope is high. Similarly, B injection regions 41ad, 41bd, 41cd, 41dd, 41ed, 41fd, 41gd, 41hd, and 41id are formed in this order from the gate electrode 7g side in the portion exposed from the opening 4d of the AlGaN layer 3. In these B implantation regions, B is implanted separately from the above Si of about 5 × 10 18 cm −3, and the closer to the gate electrode 7g, the higher the B doping amount.

他の構成は第1の参考例と同様である。 Other configurations are the same as those of the first reference example .

このように構成された第4の参考例では、B注入領域中のBがAlGaN層3に注入されていたSiを不活性化させる。従って、AlGaN層3のソース電極7s及びドレイン電極7dと接触する領域の抵抗が、ゲート電極7gに近くなるほど高くなっている。このため、ソース電極及びドレイン電極7d内を流れる電流は、第1の参考例と同様に、ゲート電極7g側に集中することなく、ゲート電極7gから離間した部分にも流れる。この結果、電流密度の集中が緩和されるため、大電流密度のそのものの影響及び高温化の影響に伴うエレクトロマイグレーション等を抑制することができる。 In the fourth reference example configured as described above, B in the B implantation region inactivates Si that has been implanted into the AlGaN layer 3. Therefore, the resistance of the region of the AlGaN layer 3 in contact with the source electrode 7s and the drain electrode 7d increases as it approaches the gate electrode 7g. For this reason, the current flowing in the source and drain electrodes 7d does not concentrate on the gate electrode 7g side, but also flows away from the gate electrode 7g, as in the first reference example . As a result, since the concentration of the current density is relaxed, it is possible to suppress the electromigration and the like accompanying the influence of the large current density itself and the influence of high temperature.

次に、第4の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図11A乃至図11Bは、第4の参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the fourth reference example will be described. 11A to 11B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to a fourth reference example in the order of steps.

先ず、第1の参考例と同様にして、開口部4s及び4dの形成までの処理を行う。次いで、図11A(a)に示すように、全面に、B注入領域41asを形成する領域を開口する開口部80as、及びB注入領域41adを形成する領域を開口する開口部80adが設けられたレジストパターン80aを形成する。 First, similarly to the first reference example , the processes up to the formation of the openings 4s and 4d are performed. Next, as shown in FIG. 11A (a), a resist in which an opening 80as that opens a region for forming the B implantation region 41as and an opening 80ad that opens a region for forming the B implantation region 41ad are provided on the entire surface. A pattern 80a is formed.

その後、レジストパターン80aをマスクとして用いてBの注入を行うことにより、図11A(b)に示すように、B注入領域41as及び41adを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば20keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.2×1018cm-3程度とする。 Thereafter, B is implanted using the resist pattern 80a as a mask, thereby forming B implantation regions 41as and 41ad as shown in FIG. 11A (b). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 20 keV). The doping amount is, for example, about 1.2 × 10 18 cm −3 .

続いて、レジストパターンの除去、新たなレジストパターンの形成及びシリコンの注入を繰り返すことにより、図11A(c)に示すように、B注入領域41bs〜41hs及び41bd〜41hdを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば20keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.2×1020程度cm-3とする。この結果、B注入領域41as及び41adのドープ量は、8回の注入で総計で9.9×1018cm-3程度となる。更に、全面に、B注入領域41as〜41isを形成する領域を開口する開口部80is、及びB注入領域41ad〜41idを形成する領域を開口する開口部80idが設けられたレジストパターン80iを形成する。 Subsequently, by removing the resist pattern, forming a new resist pattern, and implanting silicon, B implantation regions 41bs to 41hs and 41bd to 41hd are formed as shown in FIG. 11A (c). The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 20 keV). Further, the doping amount is, for example, about 1.2 × 10 20 cm −3 . As a result, the doping amount of the B implantation regions 41as and 41ad is about 9.9 × 10 18 cm −3 in total by eight implantations. Further, a resist pattern 80i provided with an opening 80is that opens a region for forming the B implantation regions 41as to 41is and an opening 80id that opens a region for forming the B implantation regions 41ad to 41id is formed on the entire surface.

続いて、レジストパターン80iをマスクとして用いてBの注入を行うことにより、B注入領域41is及び41idを形成する。このときの注入エネルギは、1keV〜150keV程度(例えば20keV)とする。また、ドープ量は、例えば1.0×1016cm-3とする。この結果、B注入領域41as及び41adのドープ量は、総計で1.0×1019cm-3となる。また、B注入領域41is及び41idのドープ量は、1.0×1016cm-3となる。そして、これらの間に位置するB注入領域では、B注入領域41as、41adに近いほどドープ量が高く、B注入領域41is、41idに近いほどドープ量が低くなる。 Subsequently, B implantation regions 41is and 41id are formed by implanting B using the resist pattern 80i as a mask. The implantation energy at this time is about 1 keV to 150 keV (for example, 20 keV). The dope amount is set to 1.0 × 10 16 cm −3 , for example. As a result, the total doping amount of the B implantation regions 41as and 41ad is 1.0 × 10 19 cm −3 . The doping amount of the B implantation regions 41is and 41id is 1.0 × 10 16 cm −3 . In the B implantation region located between these regions, the closer to the B implantation regions 41as and 41ad, the higher the doping amount, and the closer to the B implantation regions 41is and 41id, the lower the doping amount.

次いで、図11B(e)に示すように、レジストパターン80iを除去し、第1の参考例と同様にして、ソース電極7s及びドレイン電極7dの形成からシリコン窒化膜8の形成までの処理を行う。 Next, as shown in FIG. 11B (e), the resist pattern 80i is removed, and processing from the formation of the source electrode 7s and the drain electrode 7d to the formation of the silicon nitride film 8 is performed in the same manner as in the first reference example. .

その後、図11B(f)に示すように、開口部8gを形成し、ゲート電極7gを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 11B (f), an opening 8g is formed, and a gate electrode 7g is formed.

続いて、図11B(g)に示すように、Au膜9を形成する。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Subsequently, as shown in FIG. 11B (g), an Au film 9 is formed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

なお、第4の参考例では、AlGaN層3の表面におけるBドープ量が9段階に変化しているが、この変化は段階的である必要はなく、連続的であってもよい。また、段階的に変化する場合、その段階数は9段階に限定されず、例えば20段階又は3段階であってもよい。 In the fourth reference example , the B doping amount on the surface of the AlGaN layer 3 is changed in nine steps, but this change is not necessarily stepwise and may be continuous. Moreover, when changing in steps, the number of steps is not limited to nine, and may be, for example, 20 or 3 steps.

(第の実施形態)
次に、第の実施形態について説明する。図12は、第の実施形態に係るGaN系HEMTを示す図である。
(First Embodiment)
Next, a first embodiment will be described. FIG. 12 is a diagram showing a GaN-based HEMT according to the first embodiment.

の実施形態では、図12(a)に示すように、第1〜第4の参考例のようなAlGaN層3に対する局所的なSi又はBの注入は行われていない。その一方で、ソース電極7s及びドレイン電極7dの構成が第1〜第4の参考例と相違している。 In the first embodiment, as shown in FIG. 12A, local Si or B implantation into the AlGaN layer 3 as in the first to fourth reference examples is not performed. On the other hand, the configurations of the source electrode 7s and the drain electrode 7d are different from the first to fourth reference examples .

即ち、ドレイン電極7dについては、図12(b)に示すように、厚さが30nm程度のTi膜51d上に、厚さが300nm程度のMo膜52dが形成されている。また、Mo膜52dはTi膜51dと接触するだけでなく、Ti膜51dよりもゲート電極7g側においてAlGaN層3とも接触している。ゲート電極7gとドレイン電極7dとを結ぶ方向においてTi膜51dがAlGaN層3と接触している部分の長さLTiは、1μm〜2000μm程度(例えば40μm)であり、Mo膜52dがAlGaN層3と接触している部分の長さLMoは、0.01μm〜20μm程度(例えば0.4μm)である。また、これらの長さ方向に直交する方向の寸法はTi膜51d及びMo膜52d間で共通している。従って、Ti膜51d及びMo膜52dのAlGaN層3との接触面積の比は100:1となっている。 That is, for the drain electrode 7d, as shown in FIG. 12B, a Mo film 52d having a thickness of about 300 nm is formed on a Ti film 51d having a thickness of about 30 nm. Further, the Mo film 52d is not only in contact with the Ti film 51d, but is also in contact with the AlGaN layer 3 on the gate electrode 7g side from the Ti film 51d. The length L Ti of the portion where the Ti film 51d is in contact with the AlGaN layer 3 in the direction connecting the gate electrode 7g and the drain electrode 7d is about 1 μm to 2000 μm (for example, 40 μm), and the Mo film 52d is the AlGaN layer 3. The length L Mo of the portion in contact with the substrate is about 0.01 μm to 20 μm (for example, 0.4 μm). The dimensions in the direction perpendicular to the length direction are common between the Ti film 51d and the Mo film 52d. Therefore, the ratio of the contact area between the Ti film 51d and the Mo film 52d with the AlGaN layer 3 is 100: 1.

ソース電極7sについても、厚さが30nm程度のTi膜51s上に、厚さが300nm程度のMo膜52sが形成されている。また、Mo膜52sはTi膜51sと接触するだけでなく、Ti膜51sよりもゲート電極7g側においてAlGaN層3とも接触している。ゲート電極7gとソース電極7sとを結ぶ方向においてTi膜51sがAlGaN層3と接触している部分の長さLTiは、1μm〜2000μm程度(例えば40μm)であり、Mo膜52sがAlGaN層3と接触している部分の長さLMoは、0.01μm〜20μm程度(例えば0.4μm)である。また、これらの長さ方向に直交する方向の寸法はTi膜51s及びMo膜52s間で共通している。従って、Ti膜51s及びMo膜52sのAlGaN層3との接触面積は100:1となっている。 Also for the source electrode 7s, a Mo film 52s having a thickness of about 300 nm is formed on a Ti film 51s having a thickness of about 30 nm. The Mo film 52s not only contacts the Ti film 51s but also contacts the AlGaN layer 3 on the gate electrode 7g side of the Ti film 51s. The length L Ti of the portion where the Ti film 51s is in contact with the AlGaN layer 3 in the direction connecting the gate electrode 7g and the source electrode 7s is about 1 μm to 2000 μm (for example, 40 μm), and the Mo film 52s is the AlGaN layer 3. The length L Mo of the portion in contact with the substrate is about 0.01 μm to 20 μm (for example, 0.4 μm). The dimensions in the direction perpendicular to the length direction are common between the Ti film 51s and the Mo film 52s. Therefore, the contact area of the Ti film 51s and the Mo film 52s with the AlGaN layer 3 is 100: 1.

他の構成は第1の参考例と同様である。 Other configurations are the same as those of the first reference example .

このように構成された第の実施形態では、Ti膜51s及び51dのAlGaN層3に対する接触抵抗は10-5Ω・cm2程度であり、Mo膜52s及び52dのAlGaN層3に対する接触抵抗は10-4Ω・cm2程度である。また、上述のように、接触面積の比が100:1となっている。このため、図1(b)に示すものと同様の2つの電流経路を比較すると、両経路間で合計抵抗値が互いに同等になる。このことは、図12(c)に示すシミュレーションの結果からも明らかである。なお、図12(c)の横軸は、Ti膜51s及び51dとAlGaN層3との接触面積に対する、Mo膜52s及び52dとAlGaN層3との接触面積の割合を示す。また、縦軸は、経路112に相当する経路の抵抗値に対する、経路111に相当する経路の抵抗値の割合を示す。 In the first embodiment configured as described above, the contact resistance of the Ti films 51s and 51d to the AlGaN layer 3 is about 10 −5 Ω · cm 2 , and the contact resistance of the Mo films 52s and 52d to the AlGaN layer 3 is It is about 10 −4 Ω · cm 2 . Further, as described above, the contact area ratio is 100: 1. For this reason, when two current paths similar to those shown in FIG. 1B are compared, the total resistance values are equal between the two paths. This is also clear from the simulation results shown in FIG. Note that the horizontal axis of FIG. 12C indicates the ratio of the contact area between the Mo films 52 s and 52 d and the AlGaN layer 3 to the contact area between the Ti films 51 s and 51 d and the AlGaN layer 3. The vertical axis indicates the ratio of the resistance value of the path corresponding to the path 111 to the resistance value of the path corresponding to the path 112.

次に、第の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図13は、第の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the GaN-based HEMT according to the first embodiment will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the first embodiment in the order of steps.

先ず、第1の参考例と同様にして、開口部4s及び4dの形成までの処理を行う。次いで、図13(a)に示すように、全面に、Ti膜51sを形成する領域を開口する開口部81s、及びTi膜51dを形成する領域を開口する開口部81dが設けられた下層レジストパターン81を形成する。更に、下層レジストパターン81上に、Ti膜51sを形成する領域を開口する開口部82s、及びTi膜51dを形成する領域を開口する開口部82dが設けられた上層レジストパターン82を形成する。そして、下層レジストパターン81及び上層レジストパターン82の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Tiの蒸着を行うことにより、Ti膜51s及び51dを形成する。 First, similarly to the first reference example , the processes up to the formation of the openings 4s and 4d are performed. Next, as shown in FIG. 13A, a lower resist pattern in which an opening 81s that opens a region for forming the Ti film 51s and an opening 81d that opens a region for forming the Ti film 51d are provided on the entire surface. 81 is formed. Further, on the lower resist pattern 81, an upper resist pattern 82 provided with an opening 82s that opens a region for forming the Ti film 51s and an opening 82d that opens a region for forming the Ti film 51d is formed. Then, Ti films 51s and 51d are formed by performing Ti deposition using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 81 and the upper layer resist pattern 82 as a mask.

次いで、図13(b)に示すように、下層レジストパターン81及び上層レジストパターン82を除去する。その後、全面に、Mo膜52sを形成する領域を開口する開口部83s、及びMo膜52dを形成する領域を開口する開口部83dが設けられた下層レジストパターン83を形成する。更に、下層レジストパターン83上に、Mo膜52sを形成する領域を開口する開口部84s、及びMo膜52dを形成する領域を開口する開口部84dが設けられた上層レジストパターン84を形成する。そして、下層レジストパターン83及び上層レジストパターン84の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Moの蒸着を行うことにより、Mo膜52s及び52dを形成する。このようにして、ソース電極7s及びドレイン電極7dが形成される。   Next, as shown in FIG. 13B, the lower resist pattern 81 and the upper resist pattern 82 are removed. Thereafter, a lower resist pattern 83 provided with an opening 83s that opens a region for forming the Mo film 52s and an opening 83d that opens a region for forming the Mo film 52d is formed on the entire surface. Further, on the lower resist pattern 83, an upper resist pattern 84 provided with an opening 84s that opens a region for forming the Mo film 52s and an opening 84d that opens a region for forming the Mo film 52d is formed. Then, using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 83 and the upper layer resist pattern 84 as a mask, Mo is deposited to form Mo films 52s and 52d. In this way, the source electrode 7s and the drain electrode 7d are formed.

続いて、図13(c)に示すように、下層レジストパターン83及び上層レジストパターン84を除去する。次いで、窒素雰囲気中にて400℃〜1000℃程度(例えば600℃)で熱処理を行う。そして、第1の参考例と同様にして、シリコン窒化膜8の形成からゲート電極7gの形成までの処理を行う。 Subsequently, as shown in FIG. 13C, the lower layer resist pattern 83 and the upper layer resist pattern 84 are removed. Next, heat treatment is performed at about 400 ° C. to 1000 ° C. (for example, 600 ° C.) in a nitrogen atmosphere. Then, similarly to the first reference example , the processes from the formation of the silicon nitride film 8 to the formation of the gate electrode 7g are performed.

続いて、図13(d)に示すように、Au膜9を形成する。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Subsequently, an Au film 9 is formed as shown in FIG. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

なお、第の実施形態は、2種類の金属(Ti及びMo)を用いてソース電極7s及び7dの接触抵抗がゲート電極7g側で高くなるように構成されているが、3種類以上の導電体(金属、合金、化合物等)が用いられてもよい。つまり、ゲート電極から離間するほど接触抵抗が低くなるように構成されていればその材料は限定されない。例えば、図14に示すように、Mo膜52dよりも接触抵抗が低い導電部材53ad、53bd、53cd及び53ddがゲート電極7gから離間する方向から並んで設けられていてもよい。この場合、導電部材53adの接触抵抗が最も低く、導電部材53ddの接触抵抗が最も高い。また、導電部材53bdの接触抵抗が2番目に低く、導電部材53ddの接触抵抗が2番目に高い。なお、このようなオーミック電極(ソース電極7s及びドレイン電極7d)の材料としては、Mo、Ti、Pt、Ir、W、Ni、Au、Cu、Ag、Pd、Zn、Cr、Al、Mn、Ta、Si、TaN、TiN、Si34、Ru、ITO(酸化インジウム錫)、NiO、IrO、SrRuO、CoSi2、WSi2、NiSi、MoSi2、TiSi2、Al−Si合金、Al−Si合金、Al−Cu合金及びAl−Si−Cu合金が挙げられる。 In the first embodiment, two types of metals (Ti and Mo) are used so that the contact resistance of the source electrodes 7s and 7d is increased on the gate electrode 7g side. A body (metal, alloy, compound, etc.) may be used. That is, the material is not limited as long as the contact resistance decreases as the distance from the gate electrode increases. For example, as shown in FIG. 14, conductive members 53ad, 53bd, 53cd, and 53dd having a contact resistance lower than that of the Mo film 52d may be provided side by side in a direction away from the gate electrode 7g. In this case, the contact resistance of the conductive member 53ad is the lowest, and the contact resistance of the conductive member 53dd is the highest. Further, the contact resistance of the conductive member 53bd is the second lowest, and the contact resistance of the conductive member 53dd is the second highest. As materials for such ohmic electrodes (source electrode 7s and drain electrode 7d), Mo, Ti, Pt, Ir, W, Ni, Au, Cu, Ag, Pd, Zn, Cr, Al, Mn, Ta , Si, TaN, TiN, Si 3 N 4 , Ru, ITO (indium tin oxide), NiO, IrO, SrRuO, CoSi 2 , WSi 2 , NiSi, MoSi 2 , TiSi 2 , Al—Si alloy, Al—Si alloy Al-Cu alloy and Al-Si-Cu alloy.

(第の実施形態)
次に、第の実施形態について説明する。図15Aは、第の実施形態に係るGaN系HEMTを示す断面図であり、図15Bは、第の実施形態に係るGaN系HEMTを示すレイアウト図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. 15A is a sectional view showing a GaN-based HEMT according to the second embodiment, FIG. 15B is a layout diagram showing a GaN-based HEMT according to the second embodiment.

図15A及び図15Bに示すように、第の実施形態は第の実施形態をマルチフィンガーゲート構造としたものである。つまり、ゲート電極7g、ソース電極7s及びドレイン電極7dの平面形状が櫛歯状となっており、ソース電極7s及びドレイン電極7dが交互に配置されている。そして、これらの間にゲート電極7gが配置されている。 As shown in FIGS. 15A and 15B, in the second embodiment, the first embodiment has a multi-finger gate structure. That is, the planar shape of the gate electrode 7g, the source electrode 7s, and the drain electrode 7d is comb-shaped, and the source electrode 7s and the drain electrode 7d are alternately arranged. A gate electrode 7g is disposed between them.

また、ソース電極7s及びドレイン電極7dは2個のHEMTに共有されており、図16に示すように、例えばソース電極7sを2分割すると、Ti膜51s及びMo膜52sのAlGaN層3との接触面積は100:1となっている。同様に、ドレイン電極7dを2分割すると、Ti膜51d及びMo膜52dのAlGaN層3との接触面積は100:1となっている。   Further, the source electrode 7s and the drain electrode 7d are shared by the two HEMTs. As shown in FIG. 16, for example, when the source electrode 7s is divided into two, the Ti film 51s and the Mo film 52s are in contact with the AlGaN layer 3. The area is 100: 1. Similarly, when the drain electrode 7d is divided into two, the contact area of the Ti film 51d and the Mo film 52d with the AlGaN layer 3 is 100: 1.

このようなマルチフィンガーゲート構造を採用することにより、出力を向上させることができる。また、活性領域10にGaN層2及びAlGaN層3等が含まれており、活性領域10の周囲がイオン注入又はメサエッチング等により不活性領域とされている。   By adopting such a multi-finger gate structure, the output can be improved. The active region 10 includes the GaN layer 2, the AlGaN layer 3, and the like, and the periphery of the active region 10 is set as an inactive region by ion implantation or mesa etching.

次に、第の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図17は、第の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。なお、図17には、ソース電極7sの近傍を図示するが、ドレイン電極7d近傍についても並行した処理を行う。 Next, a method for manufacturing the GaN-based HEMT according to the second embodiment will be described. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the second embodiment in the order of steps. Although FIG. 17 illustrates the vicinity of the source electrode 7s, parallel processing is performed also in the vicinity of the drain electrode 7d.

先ず、第の実施形態と同様にして、開口部4s及び4dの形成までの処理を行う。次いで、図17(a)に示すように、全面に、Ti膜51sを形成する領域を開口する開口部85s、及びTi膜51dを形成する領域を開口する開口部が設けられた下層レジストパターン85を形成する。更に、下層レジストパターン85上に、Ti膜51sを形成する領域を開口する開口部86s、及びTi膜51dを形成する領域を開口する開口部が設けられた上層レジストパターン86を形成する。このとき、本実施形態では、そして、下層レジストパターン85及び上層レジストパターン86の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Tiの蒸着を行うことにより、Ti膜51s及び51dを形成する。このとき、本実施形態では、Ti膜51s及び51dの両側にMo膜52s、52dが入り込む空間を設けておく。 First, similarly to the first embodiment, processing up to the formation of the openings 4s and 4d is performed. Next, as shown in FIG. 17A, a lower resist pattern 85 in which an opening 85s that opens a region for forming the Ti film 51s and an opening that opens a region for forming the Ti film 51d are provided on the entire surface. Form. Further, on the lower resist pattern 85, an upper resist pattern 86 provided with an opening 86s that opens a region for forming the Ti film 51s and an opening that opens a region for forming the Ti film 51d is formed. At this time, in this embodiment, Ti films 51 s and 51 d are formed by performing Ti deposition using the multilayer resist pattern of the lower resist pattern 85 and the upper resist pattern 86 as a mask. At this time, in the present embodiment, spaces in which the Mo films 52s and 52d enter are provided on both sides of the Ti films 51s and 51d.

次いで、図17(b)に示すように、下層レジストパターン85及び上層レジストパターン86を除去する。その後、全面に、Mo膜52sを形成する領域を開口する開口部87s、及びMo膜52dを形成する領域を開口する開口部が設けられた下層レジストパターン87を形成する。更に、下層レジストパターン87上に、Mo膜52sを形成する領域を開口する開口部88s、及びMo膜52dを形成する領域を開口する開口部が設けられた上層レジストパターン88を形成する。そして、下層レジストパターン87及び上層レジストパターン88の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Moの蒸着を行うことにより、Mo膜52s及び52dを形成する。このとき、本実施形態では、Ti膜51s及び51dの両側からMo膜52s、52dをAlGaN層3に接触させる。このようにして、ソース電極7s及びドレイン電極7dが形成される。   Next, as shown in FIG. 17B, the lower layer resist pattern 85 and the upper layer resist pattern 86 are removed. Thereafter, a lower resist pattern 87 is formed on the entire surface, which is provided with an opening 87s that opens a region for forming the Mo film 52s and an opening that opens a region for forming the Mo film 52d. Further, on the lower resist pattern 87, an upper resist pattern 88 provided with an opening 88s for opening a region for forming the Mo film 52s and an opening for opening a region for forming the Mo film 52d is formed. Then, using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 87 and the upper layer resist pattern 88 as a mask, Mo is deposited to form Mo films 52s and 52d. At this time, in this embodiment, the Mo films 52s and 52d are brought into contact with the AlGaN layer 3 from both sides of the Ti films 51s and 51d. In this way, the source electrode 7s and the drain electrode 7d are formed.

続いて、図17(c)に示すように、下層レジストパターン87及び上層レジストパターン88を除去する。次いで、窒素雰囲気中にて400℃〜1000℃程度(例えば600℃)で熱処理を行う。そして、第1の参考例と同様にして、シリコン窒化膜8の形成からAu膜9の形成までの処理を行う。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。 Subsequently, as shown in FIG. 17C, the lower layer resist pattern 87 and the upper layer resist pattern 88 are removed. Next, heat treatment is performed at about 400 ° C. to 1000 ° C. (for example, 600 ° C.) in a nitrogen atmosphere. Then, similarly to the first reference example , the processes from the formation of the silicon nitride film 8 to the formation of the Au film 9 are performed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

なお、このようなマルチフィンガーゲート構造は、第1〜第4の参考例においても実現可能である。 Such a multi-finger gate structure can also be realized in the first to fourth reference examples .

(第参考例
次に、第参考例について説明する。図18は、第参考例に係るGaN系HEMTを示す断面図である。
( Fifth reference example )
Next, a fifth reference example will be described. FIG. 18 is a cross-sectional view showing a GaN-based HEMT according to a fifth reference example .

参考例でも第の実施形態と同様にマルチフィンガーゲート構造が採用されている。また、ソース電極7s及びドレイン電極7dの構造は、第1〜第4の参考例と同様である。つまり、ソース電極7sにTi膜5s及びAl膜6sが含まれ、ドレイン電極7dにTi膜5d及びAl膜6dが含まれている。更に、ソース電極7s及びドレイン電極7dの直下においてAlGaN層3の表面に、ゲート電極7gに近づくほどIn濃度が低くなるIn拡散領域62が形成されている。 Also in the fifth reference example , a multi-finger gate structure is adopted as in the second embodiment. The structures of the source electrode 7s and the drain electrode 7d are the same as those in the first to fourth reference examples . That is, the source electrode 7s includes the Ti film 5s and the Al film 6s, and the drain electrode 7d includes the Ti film 5d and the Al film 6d. Further, an In diffusion region 62 is formed on the surface of the AlGaN layer 3 immediately below the source electrode 7s and the drain electrode 7d, and the In concentration decreases as it approaches the gate electrode 7g.

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

このように構成された第参考例では、In拡散領域62中のInが接触抵抗を低下させる。この接触抵抗を低下させる作用はIn濃度が高い領域ほど高い。つまり、2個のHEMTにより共有されているソース電極7s及びドレイン電極7dを2分割すると、ゲート電極7gから離間するほどIn濃度が高く、接触抵抗が低い。このため、第1の参考例等と同様の効果を得ることができる。また、後述のように、容易に少ない工程で製造することもできる。 In the fifth reference example configured as described above, In in the In diffusion region 62 reduces the contact resistance. The effect of reducing the contact resistance is higher in the region where the In concentration is higher. That is, when the source electrode 7s and the drain electrode 7d shared by two HEMTs are divided into two, the In concentration increases and the contact resistance decreases as the distance from the gate electrode 7g increases. For this reason, the same effect as the first reference example can be obtained. Further, as will be described later, it can also be easily manufactured with fewer steps.

次に、第参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図19は、第参考例に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。なお、図19には、ソース電極7sの近傍を図示するが、ドレイン電極7d近傍についても並行した処理を行う。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the fifth reference example will be described. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to a fifth reference example in the order of steps. Although FIG. 19 shows the vicinity of the source electrode 7s, parallel processing is also performed on the vicinity of the drain electrode 7d.

先ず、第の実施形態と同様にして、開口部4s及び4dの形成までの処理を行う。次いで、図19(a)に示すように、全面に、In拡散領域62を形成する領域を開口する開口部89aが設けられた下層レジストパターン89を形成する。更に、下層レジストパターン89上に、In拡散領域62を形成する領域を開口する開口部90aが設けられた上層レジストパターン90を形成する。そして、下層レジストパターン89及び上層レジストパターン90の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Inの蒸着を行うことにより、In膜61を、ソース電極7sを形成する領域の中央部に形成する。 First, similarly to the second embodiment, the processes up to the formation of the openings 4s and 4d are performed. Next, as shown in FIG. 19A, a lower resist pattern 89 provided with an opening 89a that opens a region for forming the In diffusion region 62 is formed on the entire surface. Further, an upper layer resist pattern 90 provided with an opening 90 a that opens a region for forming the In diffusion region 62 is formed on the lower layer resist pattern 89. Then, using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 89 and the upper layer resist pattern 90 as a mask, the In film 61 is formed in the central portion of the region where the source electrode 7s is to be formed.

その後、図19(b)に示すように、下層レジストパターン89及び上層レジストパターン90を除去する。続いて、窒素雰囲気中にて400℃〜1000℃程度(例えば600℃)で熱処理を行う。この結果、In膜61を構成するInがAlGaN層3中に熱拡散し、InがAlGaN層3と混晶化したIn拡散領域62が形成される。In拡散領域62中のIn濃度は、In膜61の中央の直下程高く、ここから離間するほど低い。   Thereafter, as shown in FIG. 19B, the lower layer resist pattern 89 and the upper layer resist pattern 90 are removed. Subsequently, heat treatment is performed at about 400 ° C. to 1000 ° C. (for example, 600 ° C.) in a nitrogen atmosphere. As a result, In constituting the In film 61 is thermally diffused into the AlGaN layer 3, and an In diffusion region 62 in which In is mixed with the AlGaN layer 3 is formed. The In concentration in the In diffusion region 62 is higher just below the center of the In film 61, and is lower as it is farther away from here.

次いで、図19(b)に示すように、全面に、全面に、ソース電極7sを形成する領域を開口する開口部91s、及びドレイン電極7dを形成する領域を開口する開口部が設けられた下層レジストパターン91を形成する。更に、下層レジストパターン91上に、ソース電極7sを形成する領域を開口する開口部92s、及びドレイン電極7dを形成する領域を開口する開口部が設けられた上層レジストパターン92を形成する。そして、下層レジストパターン91及び上層レジストパターン92の多層レジストパターンをマスクとして用いて、Ti及びAlの蒸着を行うことにより、Ti膜5s及びAl膜6sを備えたソース電極7s、並びにTi膜5d及びAl膜6dを備えたドレイン電極7dを形成する。   Next, as shown in FIG. 19B, a lower layer provided with an opening 91s that opens a region for forming the source electrode 7s and an opening that opens a region for forming the drain electrode 7d on the entire surface. A resist pattern 91 is formed. Further, on the lower resist pattern 91, an upper resist pattern 92 provided with an opening 92s for opening a region for forming the source electrode 7s and an opening for opening a region for forming the drain electrode 7d is formed. Then, by using the multilayer resist pattern of the lower layer resist pattern 91 and the upper layer resist pattern 92 as a mask, Ti and Al are deposited, so that the source electrode 7s including the Ti film 5s and the Al film 6s, and the Ti film 5d and A drain electrode 7d having an Al film 6d is formed.

その後、図19(c)に示すように、下層レジストパターン91及び上層レジストパターン92の除去からAu膜9の形成までの処理を行う。その後、保護膜及び配線等を形成して、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。   Thereafter, as shown in FIG. 19C, processing from the removal of the lower resist pattern 91 and the upper resist pattern 92 to the formation of the Au film 9 is performed. Thereafter, a protective film, wiring, and the like are formed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device).

なお、第参考例でも第の実施形態と同様にマルチフィンガーゲート構造が採用されているが、第1の実施形態、第1〜第4の参考例と同様のレイアウトでもよい。 Although multi-finger gate structure as in the second embodiment, even the fifth reference example is employed, the first embodiment may be in the first to fourth reference example similar layout.

また、いずれの実施形態、参考例においても、基板1として、炭化シリコン(SiC)基板、サファイア基板、シリコン基板、GaN基板又はGaAs基板等を用いてもよい。基板1が、導電性、半絶縁性又は絶縁性のいずれであってもよい。 In any of the embodiments and reference examples , as the substrate 1, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, a GaAs substrate, or the like may be used. The substrate 1 may be conductive, semi-insulating, or insulating.

また、ゲート電極7g、ソース電極7s及びドレイン電極7dの構造は上述の実施形態のものに限定されない。また、これらの形成方法はリフトオフ法に限定されない。   Further, the structures of the gate electrode 7g, the source electrode 7s, and the drain electrode 7d are not limited to those of the above-described embodiment. Moreover, these formation methods are not limited to the lift-off method.

また、シリコン窒化膜8に代えて他の絶縁膜を用いてもよい。また、シリコン窒化膜8等の絶縁膜のエッチングをウェットエッチング又はイオンミリング等により行ってもよい。   Further, instead of the silicon nitride film 8, another insulating film may be used. In addition, the insulating film such as the silicon nitride film 8 may be etched by wet etching or ion milling.

更に、抵抗体及びキャパシタ等をも実装してモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)としてもよい。   Furthermore, a resistor, a capacitor, and the like may be mounted to form a monolithic microwave integrated circuit (MMIC).

1:基板
2:i−GaN層
3:AlGaN層
4:n−GaN層
5s、5d:Ti膜
6s、6d:Al膜
7s:ソース電極
7d:ドレイン電極
7g:ゲート電極
11as〜11is、11ad〜11id:Si注入領域
21as〜21cs、21ad〜21cd:Si注入領域
31s、31d:Si注入領域
32s、32d:Si拡散領域
41as〜41is、41ad〜41id:B注入領域
51s、51d:Ti膜
52s、52d:Mo膜
53ad〜53dd:導電部材
61:In膜
62:In拡散領域
1: Substrate 2: i-GaN layer 3: AlGaN layer 4: n-GaN layer 5s, 5d: Ti film 6s, 6d: Al film 7s: source electrode 7d: drain electrode 7g: gate electrode 11as to 11is, 11ad to 11id : Si implantation region 21as to 21cs, 21ad to 21cd: Si implantation region 31s, 31d: Si implantation region 32s, 32d: Si diffusion region 41as to 41is, 41ad to 41id: B implantation region 51s, 51d: Ti film 52s, 52d: Mo film 53ad to 53dd: Conductive member 61: In film 62: In diffusion region

Claims (4)

基板と、
前記基板上方に形成された電子走行層と、
前記電子走行層上方に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上方に形成されたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を有し、
前記ソース電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっており、
前記ドレイン電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっており、
前記ソース電極と前記電子供給層との間の抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっており、
前記ドレイン電極と前記電子供給層との間の抵抗は、前記ゲート電極から離間するほど低くなっていることを特徴とする化合物半導体装置。
A substrate,
An electron transit layer formed above the substrate;
An electron supply layer formed above the electron transit layer;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed above the electron supply layer;
Have
The contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the source electrode is low as it is separated from the gate electrode,
The contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the drain electrode is lower as it is separated from the gate electrode,
The resistance between the source electrode and the electron supply layer is so low that it is separated from the gate electrode,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein a resistance between the drain electrode and the electron supply layer decreases as the distance from the gate electrode increases.
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、それぞれ、前記電子供給層と接触する部分に、
前記電子供給層との間の接触抵抗が第1の値である第1の金属膜と、
前記電子供給層との間の接触抵抗が前記第1の値よりも低い第2の値である第2の金属膜と、
を有し、
前記第1の金属膜が前記第2の金属膜よりも前記ゲート電極側に位置していることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
The source electrode and the drain electrode are respectively in contact with the electron supply layer.
A first metal film having a first value of contact resistance with the electron supply layer;
A second metal film having a second value lower than the first value in contact resistance with the electron supply layer;
Have
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal film is located closer to the gate electrode than the second metal film .
基板上方に電子走行層を形成する工程と、
前記電子走行層上方に電子供給層を形成する工程と、
前記電子供給層上方にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成する工程と、
を有し、
前記ソース電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くし、
前記ドレイン電極の裏面のGaN系化合物半導体との接触抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くし、
前記ソース電極と前記電子供給層との間の抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くし、
前記ドレイン電極と前記電子供給層との間の抵抗を、前記ゲート電極から離間するほど低くすることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
Forming an electron transit layer above the substrate;
Forming an electron supply layer above the electron transit layer;
Forming a source electrode, a drain electrode and a gate electrode above the electron supply layer;
Have
The contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the source electrode is lowered as the distance from the gate electrode increases.
The contact resistance with the GaN-based compound semiconductor on the back surface of the drain electrode is lowered as the distance from the gate electrode increases.
The resistance between the source electrode and the electron supply layer is lowered as the distance from the gate electrode increases.
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein a resistance between the drain electrode and the electron supply layer is lowered as the distance from the gate electrode increases.
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の、それぞれ、前記電子供給層と接触する部分に、Each of the source electrode and the drain electrode in contact with the electron supply layer,
前記電子供給層との間の接触抵抗が第1の値である第1の金属膜と、A first metal film having a first value of contact resistance with the electron supply layer;
前記電子供給層との間の接触抵抗が前記第1の値よりも低い第2の値である第2の金属膜と、A second metal film having a second value lower than the first value in contact resistance with the electron supply layer;
を含ませ、Include
前記第1の金属膜を前記第2の金属膜よりも前記ゲート電極側に位置させることを特徴とする請求項3に記載の化合物半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 3, wherein the first metal film is positioned closer to the gate electrode than the second metal film.
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