JP5453786B2 - Heterojunction field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置、特に、ヘテロ接合電界効果トランジスタ(High Electron Mobility Transistor: HEMT)およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, in particular, a heterojunction field effect transistor (HEMT) and a method for manufacturing the same.

GaN系のヘテロ接合電界効果トランジスタでは、オン抵抗やアクセス抵抗低減のために、オーミック電極下の半導体(AlGaN/GaNなど)にSiを代表とするドーパントをイオン注入して選択的にn+層を形成することが試みられている。以下では、イオン注入による方法に限らず、n型導電性不純物拡散層を単に「n+層」または「n+導電層」と称する。   In GaN-based heterojunction field effect transistors, n + layers are selectively formed by ion implantation of dopants typified by Si into semiconductors (such as AlGaN / GaN) under ohmic electrodes in order to reduce on-resistance and access resistance. It has been tried to do. Hereinafter, the n-type conductive impurity diffusion layer is simply referred to as “n + layer” or “n + conductive layer” without being limited to ion implantation.

図11はヘテロ接合電界効果トランジスタの構造の一例を示す断面図である。図11は、AlGaN/GaNヘテロ接合電界効果トランジスタの場合である。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a heterojunction field effect transistor. FIG. 11 shows the case of an AlGaN / GaN heterojunction field effect transistor.

図11に示すように、基板となるBuffer Layer100上に、電子走行層となるGaN層102と、電子供給層となるAlGaN層104とが順に積層して形成されている。AlGaN層104の上面には、ゲート電極116と、オーミック電極のソース電極112およびドレイン電極114とが形成されている。ソース電極112およびドレイン電極114のそれぞれの領域におけるGaN層102の上面近傍には、イオン注入により形成された注入n+層106が設けられている。また、GaN層102の上面近傍に2DEG(two Dimensional Electron Gas)チャネル105が形成される。   As shown in FIG. 11, a GaN layer 102 serving as an electron transit layer and an AlGaN layer 104 serving as an electron supply layer are sequentially stacked on a buffer layer 100 serving as a substrate. On the upper surface of the AlGaN layer 104, a gate electrode 116, and a source electrode 112 and a drain electrode 114, which are ohmic electrodes, are formed. An implanted n + layer 106 formed by ion implantation is provided in the vicinity of the upper surface of the GaN layer 102 in each region of the source electrode 112 and the drain electrode 114. A 2DEG (two Dimensional Electron Gas) channel 105 is formed in the vicinity of the upper surface of the GaN layer 102.

図11に示すように、GaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタは、オン抵抗やアクセス抵抗の低減のために、オーミック電極下の半導体(AlGaN/GaNなど)にSiを代表とするドーパントをイオン注入し、選択的にn+層を形成することが試みられている。   As shown in FIG. 11, in the GaN-based heterojunction field effect transistor, a dopant represented by Si is ion-implanted into a semiconductor (such as AlGaN / GaN) under an ohmic electrode in order to reduce on-resistance and access resistance. Attempts have been made to selectively form n + layers.

特許文献1には、n+層を形成する方法の一例が開示されている。
特開2006−86354号公報
Patent Document 1 discloses an example of a method for forming an n + layer.
JP 2006-86354 A

しかし、図11に示す楕円で囲む部位では、形成されたn+層と2DEGとの接続抵抗が高く、その結果、素子のアクセス抵抗を十分に低減できないという問題があることを、本発明の発明者等が明らかにした。このことは、[発明を実施するための最良の形態]で詳細に説明する。その問題は、イオン注入を用いてn+層を形成すると、半導体ヘテロ界面の結晶格子配列がそこに注入されたイオンによって損傷を受け、ヘテロ界面の2DEGチャネルのキャリヤ濃度が著しく低下することが原因であると考えられる。   However, in the region surrounded by the ellipse shown in FIG. 11, the connection resistance between the formed n + layer and 2DEG is high, and as a result, there is a problem that the access resistance of the element cannot be sufficiently reduced. Etc. revealed. This will be described in detail in [Best Mode for Carrying Out the Invention]. The problem is that when the n + layer is formed by ion implantation, the crystal lattice arrangement at the semiconductor heterointerface is damaged by the ions implanted therein, and the carrier concentration of the 2DEG channel at the heterointerface is significantly reduced. It is believed that there is.

一方、イオン注入によらず、拡散技術によってn+層を選択的に形成する方法も知られている。ドーパントを拡散によって試料中に導入してn+層を形成する方法では、半導体ヘテロ界面の結晶格子配列は拡散してきたイオンによってほとんど錯乱を受けないメリットがあり、形成されたn+層と2DEGとの接続抵抗はほとんど無視できるレベルになると期待されている。ただし、GaNに代表される窒化物系半導体中の各種ドーパントの拡散係数は、シリコン中やGaAs系中に比較して小さく、ドーパントは試料中にあまり深く拡散できないという欠点がある。   On the other hand, a method of selectively forming an n + layer by a diffusion technique is also known, regardless of ion implantation. In the method of forming an n + layer by introducing a dopant into the sample by diffusion, the crystal lattice arrangement at the semiconductor heterointerface has the merit of being hardly affected by the diffused ions, and the connection between the formed n + layer and 2DEG is advantageous. Resistance is expected to be almost negligible. However, the diffusion coefficient of various dopants in a nitride semiconductor represented by GaN is smaller than that in silicon or GaAs, and the dopant cannot be diffused so deeply into the sample.

この欠点についての対策を行った方法の一例が特許文献1に開示されている。その文献に開示された方法を図12および図13を用いて簡単に説明する。   An example of a method for taking measures against this defect is disclosed in Patent Document 1. The method disclosed in that document will be briefly described with reference to FIGS.

基板101の上にGaN層102およびAlGaN層104を順に積層した試料を準備する。その試料に、半導体ヘテロ接合における2DEGチャネル105よりも深い位置に達するトレンチ(溝)構造を形成し、トレンチにポリシリコン膜(アモルファスシリコン膜でもよい)120などの拡散源を堆積する。   A sample in which a GaN layer 102 and an AlGaN layer 104 are sequentially stacked on a substrate 101 is prepared. A trench structure that reaches a position deeper than the 2DEG channel 105 in the semiconductor heterojunction is formed in the sample, and a diffusion source such as a polysilicon film (or an amorphous silicon film) 120 is deposited in the trench.

続いて、拡散アニールを施してポリシリコン膜120からドーパントを拡散することにより、図12に示すように、n+層122を形成する。その後、図12に示すソース領域124およびドレイン領域126のトレンチ部のそれぞれにソース電極132およびドレイン電極134のそれぞれを形成する(図13)。その際、AlGaN層104の上にゲート電極136を同時に形成してもよい。この方法によれば、窒化物半導体中でドーパントの拡散が遅いことを技術的にカバーできる。   Subsequently, diffusion annealing is performed to diffuse the dopant from the polysilicon film 120, thereby forming an n + layer 122 as shown in FIG. Thereafter, the source electrode 132 and the drain electrode 134 are respectively formed in the trench portions of the source region 124 and the drain region 126 shown in FIG. 12 (FIG. 13). At that time, the gate electrode 136 may be simultaneously formed on the AlGaN layer 104. According to this method, the slow diffusion of the dopant in the nitride semiconductor can be technically covered.

しかし、トレンチを掘った後、拡散によってn+層を形成する上記方法に欠点のあることが、本発明の発明者等が実験を行うことで明らかにした。欠点とは、ドライエッチングなどの方法を用いて、半導体ヘテロ接合における2DEGチャネルよりも深い位置に達するトレンチ構造を形成すると、エッチング・ダメージによって、半導体ヘテロ接合界面のトレンチ端付近(トレンチ端を含め、そこから試料内部に向かって少なくとも数100Åの領域)の結晶配列が乱され、結晶配列が乱れた部位では2DEGチャネルのキャリヤが枯渇し、形成されたn+層と2DEGとの接続抵抗が期待通りには低下しにくいことである。1Å=0.1nmである。   However, the inventors of the present invention have clarified through experiments that the above method of forming an n + layer by diffusion after digging a trench has a drawback. The disadvantage is that when a trench structure that reaches a position deeper than the 2DEG channel in the semiconductor heterojunction is formed by using a method such as dry etching, the vicinity of the trench end of the semiconductor heterojunction interface (including the trench end, From there, the crystal arrangement in the region of at least several hundred mm is disturbed, and at the site where the crystal arrangement is disturbed, the carrier of the 2DEG channel is depleted and the connection resistance between the formed n + layer and 2DEG is as expected. Is difficult to decline. 1Å = 0.1 nm.

この場合、その接続抵抗を低減するには、ドーパントが深さ方向に拡散する距離を、ダメージを受けたヘテロ界面の距離より大きくする必要があり、拡散アニール温度を高くする、またはアニール時間を長くする、というプロセスの変更が必要になってしまう。このことは、本デバイスの特性を制御性よく製造する上でも、量産化においても不利をもたらすことは明らかである。   In this case, in order to reduce the connection resistance, it is necessary to make the distance in which the dopant diffuses in the depth direction larger than the distance of the damaged heterointerface, and increase the diffusion annealing temperature or lengthen the annealing time. It will be necessary to change the process. This clearly has a disadvantage in manufacturing the device with good controllability and in mass production.

本発明は、上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、ソース電極およびドレイン電極のn+層領域と2DEGチャネルとの接触抵抗を低減したヘテロ接合電界効果トランジスタを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the technology, and provides a heterojunction field effect transistor with reduced contact resistance between the n + layer region of the source electrode and the drain electrode and the 2DEG channel. The purpose is to do.

上記目的を達成するための本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタは、
基板上に設けられた電子走行層と、
前記電子走行層の上に設けられた電子供給層と、
ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応して前記電子供給層に設けられたトレンチと、を有し、
前記トレンチの底面が、前記電子走行層と前記電子供給層の界面であるヘテロ接合から前記電子供給層の上面側に所定の距離だけ離れており、
前記トレンチの底面に接する第1の拡散層が設けられ、
前記トレンチの底面から前記基板方向への厚さが前記第1の拡散層よりも厚く、該基板の上面に平行な面におけるパターンの面積が前記第1の拡散層よりも小さい第2の拡散層が設けられている構成である。
In order to achieve the above object, a heterojunction field effect transistor of the present invention provides:
An electron transit layer provided on the substrate;
An electron supply layer provided on the electron transit layer;
A trench provided in the electron supply layer corresponding to each of the source electrode and the drain electrode,
The bottom surface of the trench is separated from the heterojunction that is the interface between the electron transit layer and the electron supply layer by a predetermined distance from the upper surface side of the electron supply layer ,
A first diffusion layer in contact with the bottom surface of the trench is provided;
A second diffusion layer having a thickness in the direction from the bottom surface of the trench toward the substrate is larger than that of the first diffusion layer, and a pattern area on a plane parallel to the upper surface of the substrate is smaller than that of the first diffusion layer. Is provided .

また、本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法は、
基板上に電子走行層および電子供給層を順に形成し、
ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応する領域の前記電子供給層に、底面が前記電子走行層の上面よりも所定の距離だけ前記電子供給層の上面側に位置するトレンチを形成し、
前記トレンチの少なくとも底面から不純物を拡散するための拡散源を該トレンチ内に形成し、
前記拡散源から前記不純物を前記電子走行層と前記電子供給層の界面であるヘテロ接合に達するまで拡散させる熱処理を行うものであり、
前記基板上に前記電子走行層および前記電子供給層を順に形成した後、前記トレンチを形成する前に、前記基板の上面に平行な面において該トレンチの断面よりも小さい面積で前記ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応する領域の前記電子走行層に達する深さまでイオン注入により不純物を導入し、
前記イオン注入により導入した不純物を拡散するための熱処理を行うものである。
In addition, the method of manufacturing the heterojunction field effect transistor of the present invention includes:
An electron transit layer and an electron supply layer are sequentially formed on the substrate,
Forming a trench whose bottom surface is located on the upper surface side of the electron supply layer by a predetermined distance from the upper surface of the electron transit layer in the electron supply layer in a region corresponding to each of the source electrode and the drain electrode;
Forming a diffusion source in the trench for diffusing impurities from at least the bottom surface of the trench;
A heat treatment is performed to diffuse the impurities from the diffusion source until reaching a heterojunction that is an interface between the electron transit layer and the electron supply layer ,
After sequentially forming the electron transit layer and the electron supply layer on the substrate, and before forming the trench, the source electrode and the drain are formed in an area smaller than the cross section of the trench in a plane parallel to the upper surface of the substrate. Impurities are introduced by ion implantation to a depth that reaches the electron transit layer in a region corresponding to each of the electrodes,
A heat treatment for diffusing impurities introduced by the ion implantation is performed .

本発明によれば、ソース電極およびドレイン電極のn+層領域とヘテロ接合における2DEGチャネルとの接触抵抗を低減することができる。   According to the present invention, the contact resistance between the n + layer regions of the source electrode and the drain electrode and the 2DEG channel at the heterojunction can be reduced.

本発明のヘテロ接合電界効果トランジスタ(HEMT)を作製するためのGaN系材料による多層エピタキシャル膜は、AlGaN/GaNヘテロ接合構造が最も代表的である。この構造では、AlGaN/GaNヘテロ界面には窒化物半導体材料の特徴である分極効果によって、対応するGaAs系のAlGaAs/GaAsヘテロ接合界面の約5倍の1013cm-2台の高いシート電荷濃度Nsのキャリヤが形成され、これを用いたHEMTデバイスは、高い電流値、高い出力電力などの優れた特性が得られる。 An AlGaN / GaN heterojunction structure is the most typical multilayer epitaxial film made of a GaN-based material for producing the heterojunction field effect transistor (HEMT) of the present invention. In this structure, the AlGaN / GaN hetero interface has a high sheet charge density of 10 13 cm -2 units, approximately 5 times that of the corresponding GaAs-based AlGaAs / GaAs heterojunction interface, due to the polarization effect characteristic of nitride semiconductor materials. An Ns carrier is formed, and an HEMT device using this carrier has excellent characteristics such as a high current value and a high output power.

上記のHEMT構造にイオン注入して選択的にn+導電層を形成するためには、さまざまなドーパント種が報告されているが、最も有効なものは28Siである。AlGaN層の厚さは通常15〜45nmであり、Al組成は0.15〜0.20が通常用いられる。このプロファイルのAlGaN/GaN- HEMT構造に28Siをイオン注入する場合、通常スルー膜を介してイオン注入するスルー注入が用いられる。注入条件としては、加速エネルギー30〜120keV、ドーズ量1×1014〜3×1015cm-2がデバイスに応用されている通常の値である。イオン注入後は、ドーピングしたイオンを活性化するために、およそ1200℃の活性化アニールを行う。 Various dopant species have been reported to selectively form an n + conductive layer by ion implantation into the above HEMT structure, but 28 Si is the most effective. The thickness of the AlGaN layer is usually 15 to 45 nm, and the Al composition is usually 0.15 to 0.20. When 28 Si is ion-implanted into an AlGaN / GaN-HEMT structure having this profile, through implantation in which ions are implanted via a through film is usually used. As the implantation conditions, acceleration energy of 30 to 120 keV and a dose of 1 × 10 14 to 3 × 10 15 cm −2 are normal values applied to the device. After ion implantation, activation annealing at about 1200 ° C. is performed to activate the doped ions.

Al0.15Ga0.85N(45nm厚)/GaNヘテロ接合エピに、膜厚80nmの窒化膜SiNをスルー膜として堆積し、加速エネルギー100keV、ドーズ量1×1015cm-228Siをイオン注入し、1200℃、3分の活性化アニールを行った場合を例にして、イオン注入を用いてn+層を形成した際の問題点を説明する。 A nitride film SiN with a thickness of 80 nm is deposited as a through film on Al 0.15 Ga 0.85 N (45 nm thickness) / GaN heterojunction epitaxy, and 28 Si is ion-implanted with an acceleration energy of 100 keV and a dose of 1 × 10 15 cm -2 The problem when the n + layer is formed by ion implantation will be described using an example of activation annealing at 1200 ° C. for 3 minutes as an example.

この構造にTiAlNbAuのメタライズのオーミック電極を形成し、電気特性をホール測定やTLM(Transmission Line Model)法で測定した。その結果、n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.5Ωmm、シート抵抗は50Ω/□などの特性が得られるが、問題は、n+層領域と2DEGとの接続抵抗であり、測定によると4.0Ωmmと大きくなることがわかった。この接続抵抗は、コンタクト抵抗として加算され、デバイスのアクセス抵抗やオン抵抗を増加させるため、低減することが急務となっている。   TiAlNbAu metallized ohmic electrodes were formed on this structure, and the electrical characteristics were measured by hole measurement or TLM (Transmission Line Model) method. As a result, the contact resistance in the n + layer region is Rc = 0.5Ωmm, and the sheet resistance is 50Ω / □, but the problem is the connection resistance between the n + layer region and 2DEG. It turned out to be bigger. This connection resistance is added as a contact resistance, and increases the access resistance and on-resistance of the device.

課題の欄で述べたように、イオン注入によらず、拡散技術によってn+層を選択的に形成する方法も知られている。その方法の一例が特許文献1に開示されているが、トレンチを掘った後に拡散技術によってn+層を形成する方法にも欠点があることは既に述べたとおりである。以下に、本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタを説明する。同様な構成については同一の符号を付している。   As described in the section of the problem, there is also known a method of selectively forming an n + layer by a diffusion technique without using ion implantation. An example of such a method is disclosed in Patent Document 1, but as described above, there is a drawback in the method of forming an n + layer by a diffusion technique after digging a trench. The heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described below. The same code | symbol is attached | subjected about the same structure.

(第1の実施形態)
本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を説明する。図1は本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図であり、図2は製造後のヘテロ接合電界効果トランジスタを示す断面図である。
(First embodiment)
A method of manufacturing the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the heterojunction field effect transistor after manufacture.

図1に示すように、基板101の上にGaN層102およびAlGaN層104を順に積層した試料を準備する。続いて、その試料に、半導体ヘテロ接合における2DEGチャネル105に達しないように浅く、チャネルの近くまで掘ったトレンチを、ソース領域14およびドレイン領域16に形成する。トレンチ底面と2DEGチャネル105との距離は、その後の熱処理による拡散を考慮して、50Å以上300Å未満が望ましい。トレンチに、拡散源としてポリシリコン膜120を堆積する。なお、拡散源としては、ポリシリコン膜120に限らず、アモルファスシリコン膜でもその他の膜でもよい。このことは、以下に説明する第2から第5の実施形態についても同様である。   As shown in FIG. 1, a sample in which a GaN layer 102 and an AlGaN layer 104 are sequentially laminated on a substrate 101 is prepared. Subsequently, a trench is formed in the source region 14 and the drain region 16 that is shallow so as not to reach the 2DEG channel 105 in the semiconductor heterojunction and is close to the channel. The distance between the bottom of the trench and the 2DEG channel 105 is preferably 50 mm or more and less than 300 mm in consideration of diffusion by subsequent heat treatment. A polysilicon film 120 is deposited in the trench as a diffusion source. The diffusion source is not limited to the polysilicon film 120, and may be an amorphous silicon film or another film. The same applies to the second to fifth embodiments described below.

ポリシリコン膜120を形成した後、図1に示すように、拡散アニールを施してポリシリコン膜120からドーパントをAlGaN層104およびGaN層102に拡散してn+層12を形成する。n+層12の厚さは、トレンチ底面と2DEGチャネル105との距離(50Å以上300Å未満)に対応して、100Å以上あるのが望ましい。また、課題の欄で述べた数100Åの場合を考えると1000Åあればよい。その後、図2に示すように、トレンチ部にオーミック電極のソース電極22およびドレイン電極24を形成し、AlGaN層104の上にゲート電極26を形成する。   After the polysilicon film 120 is formed, diffusion annealing is performed to diffuse the dopant from the polysilicon film 120 into the AlGaN layer 104 and the GaN layer 102 as shown in FIG. The thickness of the n + layer 12 is desirably 100 mm or more corresponding to the distance (50 mm or more and less than 300 mm) between the bottom surface of the trench and the 2DEG channel 105. In addition, considering the case of several hundreds of meters as described in the assignment section, it is only necessary to have 1,000. Thereafter, as shown in FIG. 2, the ohmic electrode source electrode 22 and the drain electrode 24 are formed in the trench portion, and the gate electrode 26 is formed on the AlGaN layer 104.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構造を、図2を参照して説明する。図2に示すように、本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、トレンチの底面がGaN層102の上面より所定の距離だけ離れている。拡散源からのドーパントの拡散により形成されるn+層12は2DEGチャネル105およびGaN層102に達している。   The structure of the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, in the heterojunction field effect transistor of this embodiment, the bottom surface of the trench is separated from the top surface of the GaN layer 102 by a predetermined distance. The n + layer 12 formed by the diffusion of the dopant from the diffusion source reaches the 2DEG channel 105 and the GaN layer 102.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、ドライエッチングなどの方法を用いてトレンチ構造を形成しても、半導体ヘテロ接合界面のトレンチ底面直下の結晶配列は乱されることがない。そのため、ドーパントの拡散アニール後も2DEGチャネルのキャリヤ密度は保たれ、形成されたn+層と2DEGチャネルとの接続抵抗はほとんど無視できるレベルになる。本実施形態では、拡散技術を改良して活用することで、n+層領域と2DEGチャネルとの接続抵抗を低減できる。   In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, even when the trench structure is formed by using a method such as dry etching, the crystal arrangement immediately below the trench bottom surface of the semiconductor heterojunction interface is not disturbed. Therefore, the carrier density of the 2DEG channel is maintained even after the dopant diffusion annealing, and the connection resistance between the formed n + layer and the 2DEG channel is almost negligible. In the present embodiment, the connection resistance between the n + layer region and the 2DEG channel can be reduced by improving and utilizing the diffusion technique.

(第2の実施形態)
本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を説明する。図3は本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図であり、図4は製造後のヘテロ接合電界効果トランジスタを示す断面図である。
(Second Embodiment)
A method of manufacturing the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of this embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the heterojunction field effect transistor after manufacture.

第1の実施形態と同様にして試料にトレンチを形成した後、図3に示すように、AlGaN層104の上面と、トレンチの側面と、トレンチの底面のうち一部を除く部位とに、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの拡散ストッパ層20を形成する。トレンチの底面はAlGaN層104であり、少なくともその一部が露出していればよく、底面の全部が露出してもよい。拡散ストッパ層20は、ドーパントの拡散を防ぐ膜である。図3に示すように、トレンチ部に拡散源となるポリシリコン膜120を堆積し、拡散アニールによって試料にn+層18を形成する。拡散アニールの際、ドーパントは拡散ストッパ層20によりAlGaN層104には拡散せず、基板主面に垂直下方のGaN層102に拡散する。その後、図4に示すように、トレンチ部にオーミック電極のソース電極23およびドレイン電極25を形成し、AlGaN層104の上にゲート電極27を形成する。   After forming a trench in the sample in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 3, silicon is formed on the top surface of the AlGaN layer 104, the side surface of the trench, and the portion of the bottom surface of the trench excluding a part. A diffusion stopper layer 20 such as an oxide film or a silicon nitride film is formed. The bottom surface of the trench is the AlGaN layer 104, as long as at least a part thereof is exposed, and the entire bottom surface may be exposed. The diffusion stopper layer 20 is a film that prevents dopant diffusion. As shown in FIG. 3, a polysilicon film 120 serving as a diffusion source is deposited in the trench portion, and an n + layer 18 is formed on the sample by diffusion annealing. During the diffusion annealing, the dopant is not diffused into the AlGaN layer 104 by the diffusion stopper layer 20 but diffuses into the GaN layer 102 vertically below the main surface of the substrate. Thereafter, as shown in FIG. 4, the ohmic electrode source electrode 23 and the drain electrode 25 are formed in the trench portion, and the gate electrode 27 is formed on the AlGaN layer 104.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構造を、図4を参照して説明する。図4に示すように、本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、トレンチの底面がGaN層102の上面より所定の距離だけ離れている。拡散源からのドーパントの拡散により形成されるn+層18は2DEGチャネル105およびGaN層102に達している。   The structure of the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, in the heterojunction field effect transistor of this embodiment, the bottom surface of the trench is separated from the top surface of the GaN layer 102 by a predetermined distance. The n + layer 18 formed by the diffusion of the dopant from the diffusion source reaches the 2DEG channel 105 and the GaN layer 102.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、ドライエッチングなどの方法を用いてトレンチ構造を形成しても、半導体ヘテロ接合界面のトレンチ底面直下の結晶配列は乱されることがない。そのため、ドーパントの拡散アニール後も2DEGチャネルのキャリヤ密度は保たれ、第1の実施形態と同様に、形成されたn+層と2DEGチャネルとの接続抵抗はほとんど無視できるレベルになる。   In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, even when the trench structure is formed by using a method such as dry etching, the crystal arrangement immediately below the trench bottom surface of the semiconductor heterojunction interface is not disturbed. For this reason, the carrier density of the 2DEG channel is maintained even after dopant diffusion annealing, and the connection resistance between the formed n + layer and the 2DEG channel is almost negligible, as in the first embodiment.

また、本実施形態においては、トレンチ側壁方向にドーパントが拡散する効果を極力抑えることができるため、素子が高集積あるいは微細化するに伴って生じるショートチャネル効果を抑えることができる。   Further, in the present embodiment, since the effect of dopant diffusion in the trench sidewall direction can be suppressed as much as possible, the short channel effect that occurs as the device is highly integrated or miniaturized can be suppressed.

(第3の実施形態)
本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を説明する。図5および図6は本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図であり、図7は製造後のヘテロ接合電界効果トランジスタを示す断面図である。
(Third embodiment)
A method of manufacturing the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described. 5 and 6 are cross-sectional views showing the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of this embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the heterojunction field effect transistor after manufacture.

第1の実施形態と同様にして試料にトレンチを形成した後、図5に示すように、試料においてソース領域14およびドレイン領域16のn+導電層を形成する部位にイオン注入を行い、その後、活性化アニールを行うことによって、注入n+層30を形成する。続いて、基板主面に平行な面で、注入n+層30のパターンの面積よりも広いパターンで、第1の実施形態と同様に、半導体ヘテロ接合における2DEGチャネル105に達しないように浅く、チャネルの近くまで掘ったトレンチを形成する。トレンチ底面と2DEGチャネル105との距離は、50Å以上300Å未満が望ましい。そして、トレンチに、拡散源となるポリシリコン膜120を堆積する(図6)。   After the trench is formed in the sample in the same manner as in the first embodiment, as shown in FIG. 5, ion implantation is performed on the source region 14 and the drain region 16 where the n + conductive layer is to be formed. An implanted n + layer 30 is formed by performing annealing. Subsequently, in the plane parallel to the main surface of the substrate, the pattern is wider than the area of the pattern of the implantation n + layer 30 and is shallow so as not to reach the 2DEG channel 105 in the semiconductor heterojunction, like the first embodiment A trench dug up to near is formed. The distance between the bottom of the trench and the 2DEG channel 105 is preferably 50 mm or more and less than 300 mm. Then, a polysilicon film 120 serving as a diffusion source is deposited in the trench (FIG. 6).

ポリシリコン膜120を形成した後、図6に示すように、拡散アニールを施してポリシリコン膜120からドーパントをAlGaN層104およびGaN層102に拡散してn+層12を形成する。その後、図7に示すように、トレンチ部にオーミック電極のソース電極22およびドレイン電極24を形成し、AlGaN層104の上にゲート電極26を形成する。   After the polysilicon film 120 is formed, diffusion annealing is performed to diffuse the dopant from the polysilicon film 120 into the AlGaN layer 104 and the GaN layer 102 as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 7, the ohmic electrode source electrode 22 and the drain electrode 24 are formed in the trench portion, and the gate electrode 26 is formed on the AlGaN layer 104.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構造を、図7を参照して説明する。図7に示すように、本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、トレンチの底面がGaN層102の上面より所定の距離だけ離れている。拡散源からのドーパントの拡散により形成されるn+層12は2DEGチャネル105およびGaN層102に達している。   The structure of the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, in the heterojunction field effect transistor of this embodiment, the bottom surface of the trench is separated from the top surface of the GaN layer 102 by a predetermined distance. The n + layer 12 formed by the diffusion of the dopant from the diffusion source reaches the 2DEG channel 105 and the GaN layer 102.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、ドライエッチングなどの方法を用いてトレンチ構造を形成しても、半導体ヘテロ接合界面のトレンチ底面直下の結晶配列は乱されることがない。そのため、ドーパントの拡散アニール後も2DEGチャネルのキャリヤ密度は保たれ、第1の実施形態と同様に、形成されたn+層と2DEGチャネルとの接続抵抗はほとんど無視できるレベルになる。   In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, even when the trench structure is formed by using a method such as dry etching, the crystal arrangement immediately below the trench bottom surface of the semiconductor heterojunction interface is not disturbed. Therefore, the carrier density of the 2DEG channel is maintained even after the dopant diffusion annealing, and the connection resistance between the formed n + layer and the 2DEG channel is almost negligible, as in the first embodiment.

また、本実施形態においては、イオン注入によってn+層を深くまで形成できるメリットがあり、縦型デバイスなどの電極形成が容易になる。   Further, in the present embodiment, there is an advantage that the n + layer can be formed deeply by ion implantation, and it becomes easy to form an electrode such as a vertical device.

(第4の実施形態)
本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を説明する。図5、図8および図9は本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造手順を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
A method of manufacturing the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described. 5, 8 and 9 are cross-sectional views showing the manufacturing procedure of the heterojunction field effect transistor of this embodiment.

図5を参照して第3の実施形態で説明したのと同様にして、試料においてn+導電層を形成する部位にイオン注入および活性化アニールを行うことで、注入n+層30を形成する。続いて、基板主面の垂直上方から見て、注入n+層30のパターンよりも広いパターンで、第1の実施形態と同様にトレンチを形成する。   In the same manner as described in the third embodiment with reference to FIG. 5, the implantation n + layer 30 is formed by performing ion implantation and activation annealing on the portion where the n + conductive layer is formed in the sample. Subsequently, a trench is formed in a pattern wider than the pattern of the implanted n + layer 30 when viewed from vertically above the main surface of the substrate, as in the first embodiment.

試料にトレンチを形成した後、図8に示すように、AlGaN層104の上面と、トレンチの側面と、トレンチの底面のうち一部を除く部位とに、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの拡散ストッパ層20を形成する。トレンチの底面はAlGaN層104であり、少なくともその一部が露出していればよく、底面の全部が露出してもよい。   After the trench is formed in the sample, as shown in FIG. 8, diffusion of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like on the top surface of the AlGaN layer 104, the side surface of the trench, and the portion other than the bottom surface of the trench. A stopper layer 20 is formed. The bottom surface of the trench is the AlGaN layer 104, as long as at least a part thereof is exposed, and the entire bottom surface may be exposed.

その後、トレンチ部に拡散源となるポリシリコン膜120を堆積し、拡散アニールによって試料にn+層18を形成する。拡散アニールの際、ドーパントは拡散ストッパ層20によりAlGaN層104には拡散せず、基板主面に垂直下方のGaN層102に拡散する。さらに、図9に示すように、トレンチ部にオーミック電極のソース電極23およびドレイン電極25を形成し、AlGaN層104の上にゲート電極27を形成する。   Thereafter, a polysilicon film 120 serving as a diffusion source is deposited in the trench portion, and an n + layer 18 is formed on the sample by diffusion annealing. During the diffusion annealing, the dopant is not diffused into the AlGaN layer 104 by the diffusion stopper layer 20 but diffuses into the GaN layer 102 vertically below the main surface of the substrate. Further, as shown in FIG. 9, the source electrode 23 and the drain electrode 25 that are ohmic electrodes are formed in the trench portion, and the gate electrode 27 is formed on the AlGaN layer 104.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構造を、図9を参照して説明する。図9に示すように、本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、トレンチの底面がGaN層102の上面より所定の距離だけ離れている。拡散源からのドーパントの拡散により形成されるn+層18は2DEGチャネル105およびGaN層102に達している。   The structure of the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, in the heterojunction field effect transistor of this embodiment, the bottom surface of the trench is separated from the top surface of the GaN layer 102 by a predetermined distance. The n + layer 18 formed by the diffusion of the dopant from the diffusion source reaches the 2DEG channel 105 and the GaN layer 102.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタは、ドライエッチングなどの方法を用いてトレンチ構造を形成しても、半導体ヘテロ接合界面のトレンチ底面直下の結晶配列は乱されることがない。そのため、ドーパントの拡散アニール後も2DEGチャネルのキャリヤ密度は保たれ、第1の実施形態と同様に、形成されたn+層と2DEGチャネルとの接続抵抗はほとんど無視できるレベルになる。   In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, even when the trench structure is formed by using a method such as dry etching, the crystal arrangement immediately below the trench bottom surface of the semiconductor heterojunction interface is not disturbed. For this reason, the carrier density of the 2DEG channel is maintained even after dopant diffusion annealing, and the connection resistance between the formed n + layer and the 2DEG channel is almost negligible, as in the first embodiment.

また、本実施形態においては、トレンチ側壁方向にドーパントが拡散する効果を極力抑えることができるため、素子が高集積あるいは微細化するに伴って生じるショートチャネル効果を抑えることができる。さらに、本実施形態においては、イオン注入によってn+層を深くまで形成できるメリットがあり、縦型デバイスなどの電極形成で効果を発揮する。   Further, in the present embodiment, since the effect of dopant diffusion in the trench sidewall direction can be suppressed as much as possible, the short channel effect that occurs as the device is highly integrated or miniaturized can be suppressed. Furthermore, in this embodiment, there is an advantage that the n + layer can be formed deeply by ion implantation, and the effect is exhibited in the formation of an electrode such as a vertical device.

(第5の実施形態)
本実施形態は、第1から第4の実施形態で説明したヘテロ接合電界効果トランジスタをさらに改良するものである。本実施形態の構成を説明する前に、オーミックコンタクト用の金属電極と半導体界面との接触抵抗について説明する。
(Fifth embodiment)
This embodiment further improves the heterojunction field effect transistor described in the first to fourth embodiments. Before describing the configuration of the present embodiment, the contact resistance between the metal electrode for ohmic contact and the semiconductor interface will be described.

一般に、オーミックコンタクト用の金属電極と半導体界面のコンタクト抵抗率は、次の3つのパラメータで決定される。
(a)ショットキー障壁高さφB
(b)半導体表面層の電気的に活性なドナーあるいはアクセプタなどの不純物(ドーパント)濃度Nd
(c)半導体試料表面の自然酸化膜など汚染物質の量
試料である窒化物系半導体の表面の清浄性が保たれている(酸化膜等がない)場合には、ショットキー障壁高さφBをパラメータとしてオーミックコンタクト抵抗率ρcのドーパント濃度依存性を見積もることができる。通常、金属-半導体接合では、障壁を電子が越える熱電子放出過程がその電流-電圧特性を決定する。しかし、ドーパント濃度が1019cm-3以上になると不純物原子間の距離が短いために電子分布が縮退し、ショットキー障壁に起因する空乏層が狭まり電界放出トンネリング機構による伝導が支配的になる。コンタクト抵抗率ρcは、次式(1)のごとく不純物濃度Ndとショットキー障壁高さφBに対する依存性を示す。
Generally, the contact resistivity between the metal electrode for ohmic contact and the semiconductor interface is determined by the following three parameters.
(A) Schottky barrier height φ B
(B) Impurity (dopant) concentration N d of an electrically active donor or acceptor in the semiconductor surface layer
(C) Amount of contaminants such as a natural oxide film on the surface of the semiconductor sample When the surface of the nitride semiconductor as the sample is kept clean (no oxide film or the like), the Schottky barrier height φ B As a parameter, the dopant concentration dependence of the ohmic contact resistivity ρ c can be estimated. Usually, in a metal-semiconductor junction, thermionic emission process where electrons cross the barrier determines its current-voltage characteristics. However, when the dopant concentration is 10 19 cm −3 or more, the distance between impurity atoms is short, so the electron distribution is degenerated, the depletion layer due to the Schottky barrier is narrowed, and conduction by the field emission tunneling mechanism becomes dominant. The contact resistivity ρ c is dependent on the impurity concentration N d and the Schottky barrier height φ B as shown in the following equation (1).

Figure 0005453786
Figure 0005453786

式(1)において、εsは半導体の誘電率、m*は半導体中の電子の有効質量、qは電子の電荷、hはプランク定数、Aは比例係数である。 In equation (1), ε s is the dielectric constant of the semiconductor, m * is the effective mass of electrons in the semiconductor, q is the charge of the electrons, h is the Planck's constant, and A is the proportionality coefficient.

窒化物系半導体に拡散によって選択的に導電性層を形成した場合には、28Siなどのドーパントの拡散速度が遅いために、試料表面には極端に大量のドーパントが存在し、ドーパント濃度は自然に1019cm-3以上、容易に1021cm-3以上にも達する。したがって、拡散によってn+層を形成し、その上にオーミック電極を形成する方法には、式(1)により、コンタクト抵抗に関しては容易に極めて低い値を達成できる特長がある。半導体デバイスのプロセス上は、熱処理を施さないノン・アロイのオーミック接合が望ましいが、本件の拡散を活用したn+層形成によって、その実現は原理的に可能である。 When a conductive layer is selectively formed on a nitride-based semiconductor by diffusion, the diffusion rate of 28 Si and other dopants is slow, so there is an extremely large amount of dopant on the sample surface, and the dopant concentration is natural. 10 19 cm -3 or more, easily reach 10 21 cm -3 or more. Therefore, the method of forming an n + layer by diffusion and forming an ohmic electrode thereon has the advantage that a very low value can be easily achieved for contact resistance according to equation (1). For semiconductor device processes, non-alloy ohmic junctions without heat treatment are desirable, but this can be realized in principle by forming the n + layer using the diffusion in this case.

本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構成について説明する。本実施形態を第1から第4の実施形態のいずれにも適用することが可能だが、ここでは、第1の実施形態に適用した場合で説明する。図10は本実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。   The configuration of the heterojunction field effect transistor of this embodiment will be described. Although this embodiment can be applied to any of the first to fourth embodiments, here, a case where it is applied to the first embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration example of the heterojunction field effect transistor of this embodiment.

第1の実施形態において、拡散に用いた後の拡散源のSiの一部または全部を残存させ、その上にオーミック用金属材料を形成し、熱処理を施すことによって、ソース電極32およびドレイン電極34にオーミック電極38を形成する(図10)。図10に示すオーミック電極38は、TiSi2膜、Ti膜およびAu膜がポリシリコン膜120の上に順に積層された構造である。オーミック電極38の最下層部にシリサイド電極となるTiSi2膜が形成されている。このような構造にすれば、安定なコンタクト抵抗値を有するオーミック電極38を作製することができる。 In the first embodiment, the source electrode 32 and the drain electrode 34 are formed by leaving a part or all of Si of the diffusion source after being used for diffusion, forming an ohmic metal material thereon, and performing heat treatment. An ohmic electrode 38 is formed on the substrate (FIG. 10). The ohmic electrode 38 shown in FIG. 10 has a structure in which a TiSi 2 film, a Ti film, and an Au film are sequentially stacked on the polysilicon film 120. A TiSi 2 film serving as a silicide electrode is formed on the lowermost layer portion of the ohmic electrode 38. With such a structure, the ohmic electrode 38 having a stable contact resistance value can be produced.

不純物としてSiを半導体表面に対して固溶限界の近く(あるいはそれ以上)の密度にまで拡散した試料、または拡散に用いた後の拡散源となるSiを表面に残存させた試料にオーミック電極を形成した場合には、過剰のSiとオーミック金属(M)が反応して容易にシリサイドMxSiyが形成される。 An ohmic electrode is applied to a sample in which Si is diffused as an impurity to a density close to (or higher than) the solid solution limit of the semiconductor surface, or a sample in which Si that becomes the diffusion source after diffusion is left on the surface. If formed, excess Si and ohmic metal (M) react to form silicide M x Si y easily.

シリサイドを形成しやすい金属としては、例えば、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)、ニオブ(Nb)、あるいは、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)などがある。一般にn型半導体とシリサイドMxSiyとのショットキー障壁高さφ’Bnは、n型半導体と元の対応するメタルMとのショットキー障壁高さφBnとあまり変わりないことが経験的に知られている(S. M. Sze and Kwok K. Ng :Physics of Semiconductor Devices, (Third Edition), Wiley-Interscience, pp.179-180, 2006. )。オーミック電極としては低抵抗の方が望ましいので、オーミック電極のシリサイド化は、電極の抵抗が高くなり、一見メリットがないように見える。 Examples of the metal that easily forms silicide include molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), niobium (Nb), nickel (Ni), platinum (Pt), and aluminum (Al). . Empirically, the Schottky barrier height φ ′ Bn between the n-type semiconductor and the silicide M x Si y is generally not much different from the Schottky barrier height φ Bn between the n-type semiconductor and the original corresponding metal M. (SM Sze and Kwok K. Ng: Physics of Semiconductor Devices, (Third Edition), Wiley-Interscience, pp.179-180, 2006.). Since a low resistance is desirable for the ohmic electrode, silicidation of the ohmic electrode increases the resistance of the electrode and seems to have no merit at first glance.

しかし、オーミック金属をシリサイド化(オーミック金属が各種金属の積層構造になっている場合には、主としてその最下層の金属をシリサイド化)すると、オーミック金属が酸化膜(あるいは窒化膜)と界面反応することや酸素と反応して酸化されることを防ぐことができるだけでなく、制御して作成した場合には材料の純度の安定性、プロセスでの安定性(耐高温性、耐薬品性、応力が発生しないこと)などの点でメリットがある。   However, when the ohmic metal is silicided (if the ohmic metal has a laminated structure of various metals, the lowermost metal is mainly silicided), the ohmic metal reacts with the oxide film (or nitride film). In addition to preventing oxidation by reacting with oxygen, the stability of the purity of the material, stability in the process (high temperature resistance, chemical resistance, There is a merit in that it does not occur).

本実施形態では、オーミック電極のシリサイド化を活用することによって、安定なコンタクト抵抗値を有するオーミック電極を作製することができる。   In the present embodiment, an ohmic electrode having a stable contact resistance value can be produced by utilizing silicidation of the ohmic electrode.

以下では、実施例において、上記実施形態のそれぞれに対応する作製プロセスおよび製造後のデバイスの電気特性を説明する。ここではHEMT構造としてシングル・ヘテロの場合を詳述するが、ダブル・ヘテロの場合もシングル・ヘテロの場合と同様に構造とプロセスを設計することが可能であるため、ダブル・ヘテロの場合の詳細な説明を省略する。   In the following, in the Examples, the manufacturing process corresponding to each of the above embodiments and the electrical characteristics of the device after manufacture will be described. Here, the case of single-hetero is explained in detail as the HEMT structure, but the structure and process can be designed in the same manner as in the case of single-hetero in the case of double-hetero. The detailed explanation is omitted.

第1の実施形態に対応する実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を、図1および図2を参照して説明する。   A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to an example corresponding to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

3インチSi基板上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法にて、i-AlGaN(45nm厚)/i-GaNヘテロ接合エピタキシャル膜を成長した。引き続く工程の目合わせマークを形成するため、本試料にレジストでパターニングした後、ドライエッチングによって試料表面にメサ段差を形成した。   An i-AlGaN (45 nm thickness) / i-GaN heterojunction epitaxial film was grown on a 3-inch Si substrate by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). In order to form alignment marks in subsequent steps, this sample was patterned with a resist, and then a mesa step was formed on the sample surface by dry etching.

レジストでパターニングした後、レジスト開口部からエッチングガスBCl3とCl2でドライエッチングすることにより、深さ35nmのトレンチを形成した。これにより、トレンチ底面からAlGaN/GaNヘテロ接合までの距離は10nmとなる。 After patterning with a resist, a trench having a depth of 35 nm was formed by dry etching with an etching gas BCl 3 and Cl 2 from the resist opening. As a result, the distance from the bottom of the trench to the AlGaN / GaN heterojunction is 10 nm.

さらに、リフトオフ法を用いて、トレンチ表面にアモルファスシリコンを蒸着によって30nm堆積した。そのまま950℃、6時間の拡散アニールを行うことによって、トレンチ表面内にSiを拡散によってドーピングした(図1)。アモルファスシリコンは950℃に昇温すると、瞬時に多結晶のSiであるポリシリコンに変化する。ドーパントとしてのSiは、上記の拡散アニールによって30nm以上の深さまで拡散するので、AlGaN/GaNヘテロ接合と選択的導電層が接続されたことになる。拡散アニール後、ポリシリコンは、過酸化水素を添加したフッ酸にて除去した。   Furthermore, 30 nm of amorphous silicon was deposited on the trench surface by evaporation using a lift-off method. By performing diffusion annealing at 950 ° C. for 6 hours as it is, Si was doped into the trench surface by diffusion (FIG. 1). When amorphous silicon is heated to 950 ° C., it instantly changes to polysilicon, which is polycrystalline Si. Since Si as a dopant diffuses to a depth of 30 nm or more by the above-described diffusion annealing, the AlGaN / GaN heterojunction and the selective conductive layer are connected. After the diffusion annealing, the polysilicon was removed with hydrofluoric acid to which hydrogen peroxide was added.

次に、試料にレジストでパターニングした後、塩酸で表面処理を行い、さらに、オーミック金属Ti/Al/Nb/Auを蒸着した。その後、試料にリフトオフ処理を施し、続いて、850℃、30秒のRTA(Rapid Thermal Annealing)にてアロイ化を行った。このアロイによって、オーミック電極最下層メタルのTiでは、半導体との接合部においてシリサイド(TiSi2)が形成されていると考えられる。このシリサイドはオーミックコンタクト抵抗値の安定化をもたらす。 Next, after patterning the sample with a resist, surface treatment was performed with hydrochloric acid, and ohmic metal Ti / Al / Nb / Au was evaporated. Thereafter, the sample was lifted off and subsequently alloyed by RTA (Rapid Thermal Annealing) at 850 ° C. for 30 seconds. With this alloy, it is considered that silicide (TiSi 2 ) is formed at the junction with the semiconductor in the lowermost layer metal of the ohmic electrode. This silicide brings about stabilization of the ohmic contact resistance value.

さらに、試料にレジストでパターニングし、14Nイオンを注入(1回目の注入条件:100keV、1E14cm-2、2回目の注入条件:20keV、1E14cm-2の2段注入)することによってアイソレーションを形成した。リフトオフ法にてゲート電極を形成し(図2)、ホール測定やTLMパターンによる電気測定にて、試料の特性を評価した。 Further, patterning with resist on the sample and implanting 14 N ions (first implantation conditions: 100 keV, 1E14 cm -2 , second implantation conditions: 20 keV, 1E14 cm -2 two-stage implantation) to form isolation did. A gate electrode was formed by the lift-off method (FIG. 2), and the characteristics of the sample were evaluated by hole measurement and electrical measurement using a TLM pattern.

n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.1Ωmm、シート抵抗は約100Ω/□と良好な値が得られた。従来問題であった、n+層領域と2DEGとの接続抵抗は、0.01Ωmmと無視できるレベルの良好な値を得た。   The contact resistance in the n + layer region was Rc = 0.1Ωmm, and the sheet resistance was about 100Ω / □. The connection resistance between the n + layer region and 2DEG, which was a problem in the past, was 0.01Ωmm, which was a negligible level.

第2の実施形態に対応する実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を、図3および図4を参照して説明する。   A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to an example corresponding to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

3インチSi基板上に、MOCVD法にて、i-AlGaN(45nm厚)/i-GaNヘテロ接合エピタキシャル膜を成長した。引き続く工程の目合わせマークを形成するため、本試料にレジストでパターニングした後、ドライエッチングによって試料表面にメサ段差を形成した。   An i-AlGaN (45 nm thickness) / i-GaN heterojunction epitaxial film was grown on a 3-inch Si substrate by MOCVD. In order to form alignment marks in subsequent steps, this sample was patterned with a resist, and then a mesa step was formed on the sample surface by dry etching.

レジストでパターニングした後、レジスト開口部からエッチングガスBCl3とCl2でドライエッチングすることにより、深さ35nmのトレンチを形成した。これにより、トレンチ底面からAlGaN/GaNヘテロ接合までの距離は10nmとなる。 After patterning with a resist, a trench having a depth of 35 nm was formed by dry etching with an etching gas BCl 3 and Cl 2 from the resist opening. As a result, the distance from the bottom of the trench to the AlGaN / GaN heterojunction is 10 nm.

リフトオフ法を用いて、トレンチ底面を除く部分に拡散ストッパ層としてSiO2を40nm堆積した。 Using a lift-off method, 40 nm of SiO 2 was deposited as a diffusion stopper layer on the portion excluding the bottom of the trench.

さらに、リフトオフ法を用いて、トレンチ表面にアモルファスSiを蒸着によって30nm堆積した。そのまま950℃、6時間の拡散アニールを行うことによって、トレンチ表面内にSiを拡散によってドーピングした(図3)。アモルファスSiは950℃に昇温すると、瞬時に多結晶のSiであるポリシリコンに変化する。ドーパントとしてのSiは、上記の拡散アニールによって30nm以上の深さまで拡散するので、AlGaN/GaNヘテロ接合と選択的導電層が接続されたことになる。本実施例の場合には、トレンチ側壁には拡散ストッパ層が堆積されているので、拡散は主として試料の下方へのみ進行する。エッジ部は横方向にも拡散が進行するが、フリンジングとして無視できる程度である。拡散アニール後、ポリシリコンは、過酸化水素を添加したフッ酸にて除去した。   Furthermore, 30 nm of amorphous Si was deposited on the trench surface by evaporation using the lift-off method. By performing diffusion annealing at 950 ° C. for 6 hours as it is, Si was doped into the trench surface by diffusion (FIG. 3). When the temperature of amorphous Si rises to 950 ° C, it instantly changes to polysilicon, which is polycrystalline Si. Since Si as a dopant diffuses to a depth of 30 nm or more by the above-described diffusion annealing, the AlGaN / GaN heterojunction and the selective conductive layer are connected. In the case of the present embodiment, since the diffusion stopper layer is deposited on the trench side wall, the diffusion mainly proceeds only below the sample. Although the edge portion also spreads in the lateral direction, it is negligible as fringing. After the diffusion annealing, the polysilicon was removed with hydrofluoric acid to which hydrogen peroxide was added.

次に、試料にレジストでパターニングした後、塩酸で表面処理を行い、さらに、オーミック金属Ti/Al/Nb/Auを蒸着した。その後、試料にリフトオフ処理を施し、続いて、850℃、30秒のRTAにてアロイ化を行った。このアロイによって、オーミック電極最下層メタルのTiでは、半導体との接合部においてシリサイド(TiSi2)が形成されていると考えられる。このシリサイドはオーミックコンタクト抵抗値の安定化をもたらす。 Next, after patterning the sample with a resist, surface treatment was performed with hydrochloric acid, and ohmic metal Ti / Al / Nb / Au was evaporated. Thereafter, the sample was lifted off, and subsequently alloyed by RTA at 850 ° C. for 30 seconds. With this alloy, it is considered that silicide (TiSi 2 ) is formed at the junction with the semiconductor in the lowermost layer metal of the ohmic electrode. This silicide brings about stabilization of the ohmic contact resistance value.

さらに、試料にレジストでパターニングし、14Nイオンを注入(1回目の注入条件:100keV、1E14cm-2、2回目の注入条件:20keV、1E14cm-2の2段注入)することによってアイソレーションを形成した。リフトオフ法にてゲート電極を形成し(図4)、ホール測定やTLMパターンによる電気測定にて、試料の特性を評価した。 Furthermore, patterning with resist on the sample and implanting 14 N ions (first implantation conditions: 100 keV, 1E14 cm -2 , second implantation conditions: 20 keV, 1E14 cm -2 two-stage implantation) to form isolation did. A gate electrode was formed by a lift-off method (FIG. 4), and the characteristics of the sample were evaluated by hole measurement or electrical measurement using a TLM pattern.

n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.1Ωmm、シート抵抗は約100Ω/□と良好な値が得られた。従来問題であった、n+層領域と2DEGとの接続抵抗は、0.01Ωmmと無視できるレベルの良好な値を得た。   The contact resistance in the n + layer region was Rc = 0.1Ωmm, and the sheet resistance was about 100Ω / □. The connection resistance between the n + layer region and 2DEG, which was a problem in the past, was 0.01Ωmm, which was a negligible level.

第3の実施形態に対応する実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を、図5および図7を参照して説明する。   A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to an example corresponding to the third embodiment will be described with reference to FIGS.

3インチSi基板上に、MOCVD法にて、i-AlGaN(45nm厚)/i-GaNヘテロ接合エピタキシャル膜を成長した。引き続く工程の目合わせマークを形成するため、本試料にレジストでパターニングした後、ドライエッチングによって試料表面にメサ段差を形成した。   An i-AlGaN (45 nm thickness) / i-GaN heterojunction epitaxial film was grown on a 3-inch Si substrate by MOCVD. In order to form alignment marks in subsequent steps, this sample was patterned with a resist, and then a mesa step was formed on the sample surface by dry etching.

試料を有機洗浄した後、30nmの窒化膜SiNをスルー膜として堆積し、後の工程で形成予定のトレンチ部に選択的にイオン注入にてn+層を形成するため、レジストで試料にパターニングした後、28Siのイオン注入(加速エネルギー80keV、ドーズ量3.0E15cm-2)を行った。スルー膜は、この後、フッ酸で除去した。 After organic cleaning of the sample, a 30 nm nitride film SiN was deposited as a through film, and an n + layer was selectively formed by ion implantation in the trench portion to be formed in a later process, and patterned with a resist. Thereafter, ion implantation of 28 Si (acceleration energy 80 keV, dose amount 3.0E15 cm −2 ) was performed. Thereafter, the through film was removed with hydrofluoric acid.

このままでは注入したドーパント28Siは活性化していないので、活性化アニールを行う必要がある。まずアニール保護膜の形成のため、試料のレジストを除去した後、試料のトップ面、裏面、および側壁にシリコン酸窒化膜Si2OxNy(x、yの範囲はおよそ0<x≦1.0, 1<y<4)をプラズマCVD法で1200Å堆積した。 In this state, since the implanted dopant 28 Si is not activated, it is necessary to perform activation annealing. First, in order to form an annealing protective film, the sample resist is removed, and then the silicon oxynitride film Si 2 O x N y (x, y is approximately 0 <x ≦ 1.0 on the top surface, back surface, and side wall of the sample. , 1 <y <4) was deposited by plasma CVD method for 1200Å.

次に、温度1200℃、窒素雰囲気中で試料に活性化アニール(保持時間:例えば5分)を施した。次に、保護膜を除去するため、試料を濃厚なフッ酸に浸し、その後水洗した(図5)。   Next, activation annealing (holding time: for example, 5 minutes) was applied to the sample in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. Next, in order to remove the protective film, the sample was immersed in concentrated hydrofluoric acid and then washed with water (FIG. 5).

イオン注入した部分が開口するようにレジストでパターニングした後、レジスト開口部からエッチングガスBCl3とCl2でドライエッチングすることにより、深さ35nmのトレンチを形成した。これにより、トレンチ底面からAlGaN/GaNヘテロ接合までの距離は10nmとなる。リフトオフ法を用いて、トレンチ底面を除く部分に拡散ストッパ層としてSiO2を40nm堆積した。 After patterning with a resist so that the ion-implanted portion was opened, a trench having a depth of 35 nm was formed by dry etching with the etching gases BCl 3 and Cl 2 from the resist opening. As a result, the distance from the bottom of the trench to the AlGaN / GaN heterojunction is 10 nm. Using a lift-off method, 40 nm of SiO 2 was deposited as a diffusion stopper layer on the portion excluding the bottom of the trench.

さらに、リフトオフ法を用いて、トレンチ表面にアモルファスSiを蒸着によって30nm堆積した。そのまま950℃、6時間の拡散アニールを行うことによって、トレンチ表面内にSiを拡散によってドーピングした(図6)。アモルファスSiは950℃に昇温すると、瞬時に多結晶のSiであるポリシリコンに変化する。ドーパントとしてのSiは、上記の拡散アニールによって30nm以上の深さまで拡散するので、AlGaN/GaNヘテロ接合と選択的導電層が接続されたことになる。本実施例の場合には、トレンチ側壁には拡散ストッパ層が堆積されているので、拡散は主として試料の下方へのみ進行する。エッジ部は横方向にも拡散が進行するが、フリンジングとして無視できる程度である。拡散アニール後、SiO2とポリシリコンは、過酸化水素を添加したフッ酸にて除去した。 Furthermore, 30 nm of amorphous Si was deposited on the trench surface by evaporation using the lift-off method. By performing diffusion annealing at 950 ° C. for 6 hours as it is, Si was doped into the trench surface by diffusion (FIG. 6). When the temperature of amorphous Si rises to 950 ° C, it instantly changes to polysilicon, which is polycrystalline Si. Since Si as a dopant diffuses to a depth of 30 nm or more by the above-described diffusion annealing, the AlGaN / GaN heterojunction and the selective conductive layer are connected. In the case of the present embodiment, since the diffusion stopper layer is deposited on the trench side wall, the diffusion mainly proceeds only below the sample. Although the edge portion also spreads in the lateral direction, it is negligible as fringing. After diffusion annealing, SiO 2 and polysilicon were removed with hydrofluoric acid to which hydrogen peroxide was added.

次に、試料にレジストでパターニングした後、塩酸で表面処理を行い、さらに、オーミック金属Ti/Al/Nb/Auを蒸着した。その後、試料にリフトオフ処理を施し、続いて、850℃、30秒のRTAにてアロイ化を行った。このアロイによって、オーミック電極最下層メタルのTiでは、半導体との接合部においてシリサイド(TiSi2)が形成されていると考えられる。このシリサイドはオーミックコンタクト抵抗値の安定化をもたらす。 Next, after patterning the sample with a resist, surface treatment was performed with hydrochloric acid, and ohmic metal Ti / Al / Nb / Au was evaporated. Thereafter, the sample was lifted off, and subsequently alloyed by RTA at 850 ° C. for 30 seconds. With this alloy, it is considered that silicide (TiSi 2 ) is formed at the junction with the semiconductor in the lowermost layer metal of the ohmic electrode. This silicide brings about stabilization of the ohmic contact resistance value.

さらに、試料にレジストでパターニングし、14Nイオンを注入(1回目の注入条件:100keV、1E14cm-2、2回目の注入条件:20keV、1E14cm-2の2段注入)することによってアイソレーションを形成した。リフトオフ法にてゲート電極を形成し(図7)、ホール測定やTLMパターンによる電気測定にて、試料の特性を評価した。 Furthermore, patterning with resist on the sample and implanting 14 N ions (first implantation conditions: 100 keV, 1E14 cm -2 , second implantation conditions: 20 keV, 1E14 cm -2 two-stage implantation) to form isolation did. A gate electrode was formed by the lift-off method (FIG. 7), and the characteristics of the sample were evaluated by hole measurement or electrical measurement using a TLM pattern.

n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.1Ωmm、シート抵抗は78Ω/□と良好な値が得られた。従来問題であった、n+層領域と2DEGとの接続抵抗は、0.01Ωmmと無視できるレベルの良好な値を得た。   The contact resistance in the n + layer region was Rc = 0.1Ωmm, and the sheet resistance was 78Ω / □. The connection resistance between the n + layer region and 2DEG, which was a problem in the past, was 0.01Ωmm, which was a negligible level.

第4の実施形態に対応する実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を、図5、図8および図9を参照して説明する。   A method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to an example corresponding to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 8, and 9.

3インチSi基板上に、MOCVD法にて、i-AlGaN(45nm厚)/i-GaNヘテロ接合エピタキシャル膜を成長した。引き続く工程の目合わせマークを形成するため、本試料にレジストでパターニングした後、ドライエッチングによって試料表面にメサ段差を形成した。   An i-AlGaN (45 nm thickness) / i-GaN heterojunction epitaxial film was grown on a 3-inch Si substrate by MOCVD. In order to form alignment marks in subsequent steps, this sample was patterned with a resist, and then a mesa step was formed on the sample surface by dry etching.

試料を有機洗浄した後、30nmの窒化膜SiNをスルー膜として堆積し、後の工程で形成予定のトレンチ部に選択的にイオン注入にてn+層を形成するため、レジストで試料にパターニングした後、28Siのイオン注入(加速エネルギー80keV、ドーズ量3.0E15cm-2)を行った。スルー膜は、この後、フッ酸で除去した。 After organic cleaning of the sample, a 30 nm nitride film SiN is deposited as a through film, and after patterning the sample with a resist to selectively form an n + layer by ion implantation in a trench portion to be formed in a later process , 28 Si ion implantation (acceleration energy 80 keV, dose amount 3.0E15 cm −2 ). Thereafter, the through film was removed with hydrofluoric acid.

このままでは注入したドーパント28Siは活性化していないので、活性化アニールを行う必要がある。まずアニール保護膜の形成のため、試料のレジストを除去した後、試料のトップ面、裏面、および側壁にシリコン酸窒化膜Si2OxNy(x、yの範囲はおよそ0<x≦1.0, 1<y<4)をプラズマCVD法で1200Å堆積した。 In this state, since the implanted dopant 28 Si is not activated, it is necessary to perform activation annealing. First, in order to form an annealing protective film, the sample resist is removed, and then the silicon oxynitride film Si 2 O x N y (x, y is approximately 0 <x ≦ 1.0 on the top surface, back surface, and side wall of the sample. , 1 <y <4) was deposited by plasma CVD method for 1200Å.

次に、温度1200℃、窒素雰囲気中で試料に活性化アニール(保持時間:例えば5分)を施した。次に、保護膜を除去するため、試料を濃厚なフッ酸に浸し、その後水洗した(図5)。   Next, activation annealing (holding time: for example, 5 minutes) was applied to the sample in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1200 ° C. Next, in order to remove the protective film, the sample was immersed in concentrated hydrofluoric acid and then washed with water (FIG. 5).

イオン注入した部分が開口するようにレジストでパターニングした後、レジスト開口部からエッチングガスBCl3とCl2でドライエッチングすることにより、深さ35nmのトレンチを形成した。これにより、トレンチ底面からAlGaN/GaNヘテロ接合までの距離は10nmとなる。 After patterning with a resist so that the ion-implanted portion was opened, a trench having a depth of 35 nm was formed by dry etching with the etching gases BCl 3 and Cl 2 from the resist opening. As a result, the distance from the bottom of the trench to the AlGaN / GaN heterojunction is 10 nm.

さらにリフトオフ法を用いて、トレンチ表面にアモルファスシリコンを蒸着によって30nm堆積した。そのまま950℃、6時間の拡散アニールを行うことによって、トレンチ表面内にSiを拡散によってドーピングした(図8)。アモルファスシリコンは950℃に昇温すると、瞬時に多結晶のSiであるポリシリコンに変化する。ドーパントとしてのSiは、上記の拡散アニールによって30nm以上の深さまで拡散するので、AlGaN/GaNヘテロ接合と選択的導電層が接続されたことになる。本実施例の場合には、トレンチ側壁には拡散ストッパ層が堆積されているので、拡散は主として試料の下方へのみ進行する。エッジ部は横方向にも拡散が進行するが、フリンジングとして無視できる程度である。拡散アニール後、SiO2とポリシリコンは、過酸化水素を添加したフッ酸にて除去した。 Furthermore, 30 nm of amorphous silicon was deposited on the trench surface by evaporation using a lift-off method. By performing diffusion annealing at 950 ° C. for 6 hours as it is, Si was doped into the trench surface by diffusion (FIG. 8). When amorphous silicon is heated to 950 ° C., it instantly changes to polysilicon, which is polycrystalline Si. Since Si as a dopant diffuses to a depth of 30 nm or more by the above-described diffusion annealing, the AlGaN / GaN heterojunction and the selective conductive layer are connected. In the case of the present embodiment, since the diffusion stopper layer is deposited on the trench side wall, the diffusion mainly proceeds only below the sample. Although the edge portion also spreads in the lateral direction, it is negligible as fringing. After diffusion annealing, SiO 2 and polysilicon were removed with hydrofluoric acid to which hydrogen peroxide was added.

次に、試料にレジストでパターニングした後、塩酸で表面処理を行い、さらに、オーミック金属Ti/Al/Nb/Auを蒸着した。その後、試料にリフトオフ処理を施し、続いて、850℃、30秒のRTAにてアロイ化を行った。このアロイによって、オーミック電極最下層メタルのTiでは、半導体との接合部においてシリサイド(TiSi2)が形成されていると考えられる。このシリサイドはオーミックコンタクト抵抗値の安定化をもたらす。 Next, after patterning the sample with a resist, surface treatment was performed with hydrochloric acid, and ohmic metal Ti / Al / Nb / Au was evaporated. Thereafter, the sample was lifted off, and subsequently alloyed by RTA at 850 ° C. for 30 seconds. With this alloy, it is considered that silicide (TiSi 2 ) is formed at the junction with the semiconductor in the lowermost layer metal of the ohmic electrode. This silicide brings about stabilization of the ohmic contact resistance value.

さらに、試料にレジストでパターニングし、14Nイオンを注入(1回目の注入条件:100keV、1E14cm-2、2回目の注入条件:20keV、1E14cm-2の2段注入)することによってアイソレーションを形成した。リフトオフ法にてゲート電極を形成し(図9)、ホール測定やTLMパターンによる電気測定にて、試料の特性を評価した。 Further, patterning with resist on the sample and implanting 14 N ions (first implantation conditions: 100 keV, 1E14 cm -2 , second implantation conditions: 20 keV, 1E14 cm -2 two-stage implantation) to form isolation did. A gate electrode was formed by the lift-off method (FIG. 9), and the characteristics of the sample were evaluated by hole measurement or electrical measurement using a TLM pattern.

n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.1Ωmm、シート抵抗は78Ω/□と良好な値が得られた。従来問題であった、n+層領域と2DEGとの接続抵抗は、0.01Ωmmと無視できるレベルの良好な値を得た。   The contact resistance in the n + layer region was Rc = 0.1Ωmm, and the sheet resistance was 78Ω / □. The connection resistance between the n + layer region and 2DEG, which was a problem in the past, was 0.01Ωmm, which was a negligible level.

第5の実施形態に対応する実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法を、図1および図10を参照して説明する。   A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to an example corresponding to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.

3インチSi基板上に、MOCVD法にて、i-AlGaN(45nm厚)/i-GaNヘテロ接合エピタキシャル膜を成長した。引き続く工程の目合わせマークを形成するため、本試料にレジストでパターニングした後、ドライエッチングによって試料表面にメサ段差を形成した。   An i-AlGaN (45 nm thickness) / i-GaN heterojunction epitaxial film was grown on a 3-inch Si substrate by MOCVD. In order to form alignment marks in subsequent steps, this sample was patterned with a resist, and then a mesa step was formed on the sample surface by dry etching.

レジストでパターニングした後、レジスト開口部からエッチングガスBCl3とCl2でドライエッチングすることにより、深さ35nmのトレンチを形成した。これにより、トレンチ底面からAlGaN/GaNヘテロ接合までの距離は10nmとなる。 After patterning with a resist, a trench having a depth of 35 nm was formed by dry etching with an etching gas BCl 3 and Cl 2 from the resist opening. As a result, the distance from the bottom of the trench to the AlGaN / GaN heterojunction is 10 nm.

さらにリフトオフ法を用いて、トレンチ表面にアモルファスSiを蒸着によって10nm堆積した。そのまま950℃、6時間の拡散アニールを行うことによって、トレンチ表面内にSiを拡散によってドーピングした(図1)。アモルファスSiは950℃に昇温すると、瞬時に多結晶のSiであるポリシリコンに変化する。ドーパントとしてのSiは、上記の拡散アニールによって30nm以上の深さまで拡散するので、AlGaN/GaNヘテロ接合と選択的導電層が接続されたことになる。本実施例の場合には、拡散アニール後もポリシリコンを残存させたままにした。   Furthermore, 10 nm of amorphous Si was deposited on the trench surface by evaporation using the lift-off method. By performing diffusion annealing at 950 ° C. for 6 hours as it is, Si was doped into the trench surface by diffusion (FIG. 1). When the temperature of amorphous Si rises to 950 ° C, it instantly changes to polysilicon, which is polycrystalline Si. Since Si as a dopant diffuses to a depth of 30 nm or more by the above-described diffusion annealing, the AlGaN / GaN heterojunction and the selective conductive layer are connected. In the case of this example, the polysilicon was left after the diffusion annealing.

次に、試料にレジストでパターニングした後、塩酸で表面処理を行い、さらに、オーミック金属Ti/Auを蒸着した。その後、試料にリフトオフ処理を施し、続いて、850℃、30秒のRTAにてアロイ化を行った。このアロイによって、オーミック電極最下層メタルのTiでは、ポリシリコンとの接合部においてシリサイド(TiSi2)が形成されていると考えられる。このシリサイドはオーミックコンタクト抵抗値の安定化をもたらすメリットがある。 Next, after patterning the sample with a resist, surface treatment was performed with hydrochloric acid, and ohmic metal Ti / Au was further deposited. Thereafter, the sample was lifted off, and subsequently alloyed by RTA at 850 ° C. for 30 seconds. With this alloy, it is considered that silicide (TiSi 2 ) is formed at the junction with polysilicon in the lowermost layer metal of the ohmic electrode. This silicide has an advantage of stabilizing the ohmic contact resistance value.

さらに、試料にレジストでパターニングし、14Nイオンを注入(1回目の注入条件:100keV、1E14cm-2、2回目の注入条件:20keV、1E14cm-2の2段注入)することによってアイソレーションを形成した。リフトオフ法にてゲート電極を形成し(図10)、ホール測定やTLMパターンによる電気測定にて、試料の特性を評価した。 Furthermore, patterning with resist on the sample and implanting 14 N ions (first implantation conditions: 100 keV, 1E14 cm -2 , second implantation conditions: 20 keV, 1E14 cm -2 two-stage implantation) to form isolation did. A gate electrode was formed by a lift-off method (FIG. 10), and the characteristics of the sample were evaluated by hole measurement or electrical measurement using a TLM pattern.

n+層領域でのコンタクト抵抗はRc=0.15Ωmm、シート抵抗は約100Ω/□と良好な値が得られた。従来問題であった、n+層領域と2DEGとの接続抵抗は、0.01Ωmmと無視できるレベルの良好な値を得た。   The contact resistance in the n + layer region was Rc = 0.15Ωmm, and the sheet resistance was about 100Ω / □. The connection resistance between the n + layer region and 2DEG, which was a problem in the past, was 0.01Ωmm, which was a negligible level.

上記では、オーミック金属として、TiAuを用いた場合について記述したが、最下層金属層として、Tiのほかに、Mo、W、Nb、Ni、Pt、Alなどを用いても同様の効果が得られる。   In the above, the case of using TiAu as the ohmic metal has been described, but the same effect can be obtained by using Mo, W, Nb, Ni, Pt, Al, etc. in addition to Ti as the lowermost metal layer. .

さらにこれらの金属(M1)の上層に堆積する金属あるいは多種金属積層膜(M2)として、上記ではM2=Auの例を挙げたが、M1=Tiに対するM2の例としては、例えばPt/Au、Al/Mo/Au、Al/Nb/Auなど、およそオーミック金属として利用されている組み合わせが全て有効である。 Furthermore, as an example of M 2 = Au as the metal or multi-metal laminated film (M 2 ) deposited on the upper layer of these metals (M 1 ), as an example of M 2 for M 1 = Ti, For example, all combinations used as ohmic metals such as Pt / Au, Al / Mo / Au, and Al / Nb / Au are all effective.

また上記では、拡散源としてアモルファスSi(拡散アニール後には、ポリシリコンに変化)を蒸着によって堆積したが、ポリシリコン部の抵抗を下げたい場合には、リン(P)をドープしたn+-ポリSi(またはn+-アモルファスSi)をCVDによって堆積する方法が有効である。この場合には、拡散パターンの規定のためには、上記のようなリフトオフ法によるパターン形成の適用は難しい。しかしながら、例えばあらかじめ形成したシリコン窒化膜やシリコン酸化膜のパターンをマスクに用いて、その上に前記のリン(P)をドープしたn+-ポリSiをCVDによって堆積し、これを拡散源として前記マスクの開口部から拡散を行う方法をとることができる。 In the above, amorphous Si (changed to polysilicon after diffusion annealing) was deposited as a diffusion source by vapor deposition. However, if it is desired to reduce the resistance of the polysilicon portion, n + -poly Si doped with phosphorus (P) is used. A method of depositing (or n + -amorphous Si) by CVD is effective. In this case, it is difficult to apply pattern formation by the lift-off method as described above in order to define the diffusion pattern. However, for example, using a previously formed silicon nitride film or silicon oxide film pattern as a mask, the above-described phosphorus (P) -doped n + -poly Si is deposited by CVD, and the mask is used as a diffusion source. It is possible to take a method of diffusing from the opening.

なお、製造過程において、不純物の拡散工程に対応して熱処理を必要とすることを説明したが、複数の熱処理をまとめて行ってもよい。この場合、熱処理工程の回数を抑制できる。   In the manufacturing process, it has been described that the heat treatment is required corresponding to the impurity diffusion step. However, a plurality of heat treatments may be performed together. In this case, the number of heat treatment steps can be suppressed.

本発明は、GaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタのアクセス抵抗あるいはオン抵抗を低減するために欠かせぬ手法を提供するものであり、今後の通信や電力制御用途のGaNデバイスの発展に大きく寄与する。   The present invention provides a technique indispensable for reducing the access resistance or on-resistance of a GaN-based heterojunction field effect transistor, and greatly contributes to the development of GaN devices for future communication and power control applications.

第1の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of 1st Embodiment. 第1の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the heterojunction field effect transistor of 1st Embodiment. 第2の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of 2nd Embodiment. 第2の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the heterojunction field effect transistor of 2nd Embodiment. 第3の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of 3rd Embodiment. 第3の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of 3rd Embodiment. 第3の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 1 structure of the heterojunction field effect transistor of 3rd Embodiment. 第4の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造過程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the heterojunction field effect transistor of 4th Embodiment. 第4の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 1 structure of the heterojunction field effect transistor of 4th Embodiment. 第5の実施形態のヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 1 structure of the heterojunction field effect transistor of 5th Embodiment. ヘテロ接合電界効果トランジスタの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 1 structure of a heterojunction field effect transistor. 拡散技術を用いる方法の一例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating an example of the method using a diffusion technique. 図12で説明した方法により作製されたヘテロ接合電界効果トランジスタの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the heterojunction field effect transistor produced by the method demonstrated in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 GaN層
104 AlGaN層
105 2DEGチャネル
120 ポリシリコン膜
12、18 n+層
22、23 ソース電極
24、25 ドレイン電極
26 ゲート電極
30 注入n+層
101 substrate 102 GaN layer 104 AlGaN layer 105 2 DEG channel 120 polysilicon film 12, 18 n + layer 22, 23 source electrode 24, 25 drain electrode 26 gate electrode 30 implanted n + layer

Claims (8)

基板上に設けられた電子走行層と、
前記電子走行層の上に設けられた電子供給層と、
ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応して前記電子供給層に設けられたトレンチと、を有し、
前記トレンチの底面が、前記電子走行層と前記電子供給層の界面であるヘテロ接合から前記電子供給層の上面側に所定の距離だけ離れており、
前記トレンチの底面に接する第1の拡散層が設けられ、
前記トレンチの底面から前記基板方向への厚さが前記第1の拡散層よりも厚く、該基板の上面に平行な面におけるパターンの面積が前記第1の拡散層よりも小さい第2の拡散層が設けられている、ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
An electron transit layer provided on the substrate;
An electron supply layer provided on the electron transit layer;
A trench provided in the electron supply layer corresponding to each of the source electrode and the drain electrode,
The bottom surface of the trench is separated from the heterojunction that is the interface between the electron transit layer and the electron supply layer by a predetermined distance from the upper surface side of the electron supply layer ,
A first diffusion layer in contact with the bottom surface of the trench is provided;
A second diffusion layer having a thickness in the direction from the bottom surface of the trench toward the substrate is larger than that of the first diffusion layer, and a pattern area on a plane parallel to the upper surface of the substrate is smaller than that of the first diffusion layer. A heterojunction field-effect transistor.
前記トレンチの底面と前記ヘテロ接合との距離が5nmから30nmの範囲である、請求項1項記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。   The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the distance between the bottom surface of the trench and the heterojunction is in the range of 5 nm to 30 nm. 前記トレンチの底面および側面に接して前記第1の拡散層が設けられた請求項記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 Heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the in contact with the bottom and side first diffusion layer is provided in the trench. 前記第1の拡散層の厚さが前記トレンチから10nm以上100nm未満である請求項または記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 The heterojunction field effect transistor according to claim 1 or 3, wherein the thickness of the first diffusion layer is 10 nm or more and less than 100 nm from the trench. シリコンを含み、前記第1の拡散層を形成するための拡散源が前記トレンチの底面に接して設けられ、該拡散源の上に金属材料が設けられ、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記金属材料および前記シリコンによるシリサイド電極を含むオーミック電極である、請求項からのいずれか1項記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
A diffusion source containing silicon and forming the first diffusion layer is provided in contact with a bottom surface of the trench, and a metal material is provided on the diffusion source;
The source electrode and the drain electrode, the a metallic material and the ohmic electrode including silicide electrode by the silicon, heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 4.
基板上に電子走行層および電子供給層を順に形成し、
ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応する領域の前記電子供給層に、底面が前記電子走行層の上面よりも所定の距離だけ前記電子供給層の上面側に位置するトレンチを形成し、
前記トレンチの少なくとも底面から不純物を拡散するための拡散源を該トレンチ内に形成し、
前記拡散源から前記不純物を前記電子走行層と前記電子供給層の界面であるヘテロ接合に達するまで拡散させる熱処理を行うものであり、
前記基板上に前記電子走行層および前記電子供給層を順に形成した後、前記トレンチを形成する前に、前記基板の上面に平行な面において該トレンチの断面よりも小さい面積で前記ソース電極およびドレイン電極のそれぞれに対応する領域の前記電子走行層に達する深さまでイオン注入により不純物を導入し、
前記イオン注入により導入した不純物を拡散するための熱処理を行う、ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
An electron transit layer and an electron supply layer are sequentially formed on the substrate,
Forming a trench whose bottom surface is located on the upper surface side of the electron supply layer by a predetermined distance from the upper surface of the electron transit layer in the electron supply layer in a region corresponding to each of the source electrode and the drain electrode;
Forming a diffusion source in the trench for diffusing impurities from at least the bottom surface of the trench;
A heat treatment is performed to diffuse the impurities from the diffusion source until reaching a heterojunction that is an interface between the electron transit layer and the electron supply layer ,
After sequentially forming the electron transit layer and the electron supply layer on the substrate, and before forming the trench, the source electrode and the drain are formed in an area smaller than the cross section of the trench in a plane parallel to the upper surface of the substrate. Impurities are introduced by ion implantation to a depth that reaches the electron transit layer in a region corresponding to each of the electrodes,
A method for manufacturing a heterojunction field effect transistor, wherein a heat treatment is performed to diffuse impurities introduced by the ion implantation .
前記所定の距離が5nmから30nmの範囲である、請求項記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。 The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 6 , wherein the predetermined distance is in the range of 5 nm to 30 nm. 前記拡散源がシリコンを含み、
前記トレンチ内の前記拡散源の少なくとも一部の上に金属材料を形成し、
前記金属材料および前記シリコンによるシリサイド電極を含むオーミック電極を前記ソース電極および前記ドレイン電極として形成するための熱処理を行う、請求項6または7記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
The diffusion source comprises silicon;
Forming a metal material on at least a portion of the diffusion source in the trench;
The method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 6 or 7 , wherein a heat treatment is performed to form an ohmic electrode including the metal material and a silicide electrode made of silicon as the source electrode and the drain electrode.
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