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
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.
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.
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
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
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-
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(第1の実施形態)
次に、第1の実施形態について説明する。図12は、第1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.
第1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
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
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
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1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
次に、第1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1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
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
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
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
なお、第1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、Si3N4、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
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図15Aは、第2の実施形態に係るGaN系HEMTを示す断面図であり、図15Bは、第2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2の実施形態は第1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
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
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
次に、第2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2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
先ず、第1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
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
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
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5の参考例)
次に、第5の参考例について説明する。図18は、第5の参考例に係る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 .
第5の参考例でも第2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
他の構成は第2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5の参考例では、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
次に、第5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19は、第5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。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
先ず、第2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
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
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
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
なお、第5の参考例でも第2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
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
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
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-
Claims (4)
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 .
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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