JP5534701B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、窒化物半導体を用いたヘテロ接合半導体装置(特に高電子移動度トランジスタ:HEMT=High Electron Mobility Transistor等)に関する。 The present invention heterojunction semiconductor device using a nitride semiconductor (especially high electron mobility transistors: HEMT = High Electron Mobility Transistor like) about the.

窒化物半導体を用いたHEMTは、高破壊電界で且つ高電子移動度という特長を有するため、高周波且つ高出力で動作するデバイスとして期待されている。   A HEMT using a nitride semiconductor is expected to be a device that operates at high frequency and high output because it has a high breakdown electric field and high electron mobility.

従来のHEMTでは、半導体表面のトラップの影響により電流が減少する「電流コラプス」が問題となっており、これを低減するために半導体層の表面を薄膜で保護した構造を有した報告として、例えば非特許文献1にあるようなAlGaN電子供給層の表面をAlNで覆った構造が提案されている。   In the conventional HEMT, there is a problem of “current collapse” in which the current decreases due to the influence of the trap on the semiconductor surface, and as a report having a structure in which the surface of the semiconductor layer is protected with a thin film in order to reduce this, for example, A structure in which the surface of an AlGaN electron supply layer as in Non-Patent Document 1 is covered with AlN has been proposed.

”Surface Passivation of AlGaN/GaN HEMTs Using AlN Layer Deposition by Reactive Magnetron Sputtering” Y.Liu等、Phys.stat.sol.(c)0, No1, p.p.69−73, 2002“Surface Passion of AlGaN / GaN HEMTs Using AlN Layer Deposition by Reactive Magnetron Sputtering”. Liu et al., Phys. stat. sol. (C) 0, No1, p. p. 69-73, 2002

非特許文献1の図1(a)は保護膜のない構造でのドレイン電流のドレイン電圧依存性であり、図1(b)は上記の通りAlGaN表面にAlN保護膜で覆った構造を採ることで、AlN保護膜とAlGaN界面のトラップが減りトラップによる電流コラプスという問題点は改善されている。   FIG. 1A of Non-Patent Document 1 shows the drain voltage dependence of the drain current in a structure without a protective film, and FIG. 1B adopts a structure in which the AlGaN surface is covered with an AlN protective film as described above. Thus, the trap of the AlN protective film and the AlGaN interface is reduced, and the problem of current collapse due to the trap is improved.

しかし、当該文献本文にも書かれているように、AlN保護膜で覆うことで最大ドレイン電流は減少し、シート抵抗や、コンタクト抵抗が増加した。これにより、オン抵抗が増加するという問題点があった。   However, as described in the text of this document, covering with the AlN protective film decreased the maximum drain current and increased the sheet resistance and contact resistance. As a result, there is a problem that the on-resistance increases.

本発明は、このような課題認識に基づいてなされたもので、電流コラプスや耐圧を維持しつつ、オン抵抗を改善し、この知見を基に、高電圧、高周波で動作する高電子移動度電界効果トランジスタ等の半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on recognition of such a problem, and has improved the on-resistance while maintaining current collapse and withstand voltage, and based on this knowledge, a high electron mobility electric field that operates at high voltage and high frequency. and to provide a semiconductor equipment of effect transistor or the like.

の発明の第の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい薄膜であり、記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なる。
この発明の第2の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、前記薄膜は、前記第2領域に形成された膜厚より、前記第1領域に形成された膜厚が薄い。
この発明の第3の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、前記薄膜は、GaN膜である。
Such a semiconductor device in the first aspect of this invention, there is provided a nitride semiconductor device of the heterojunction, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, formed on the channel layer wherein An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer, a gate electrode selectively formed on the electron supply layer, and the gate electrode sandwiched and separated on the electron supply layer formed source, and a drain electrode, the source electrode, between the drain electrode, is formed on the electron supply layer, the channel layer, that acting on the two-dimensional electron gas concentration formed on the electron supply layer interface and a thin film, the thin film, the a thin film band gap energy is smaller than the electron supply layer, before Symbol thin film, contact to the drain electrode side of the gate electrode The thickness formed in a first region except for the drain electrode around the edge of the gate electrode Te, and the film thickness formed in said second region of the drain electrode around the edge of the gate electrode is different.
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a heterojunction nitride semiconductor device, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, and the channel formed on the channel layer An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the layer; a gate electrode selectively formed on the electron supply layer; and the gate electrode on the electron supply layer with the gate electrode interposed therebetween And a thin film that is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and that acts on the channel layer and the electron supply layer interface and that acts on the two-dimensional electron gas concentration. The thin film is formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode. And the film thickness formed in the second region near the drain electrode side end portion of the gate electrode is different from the film thickness formed in the second region. Thin film thickness.
A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a heterojunction nitride semiconductor device, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, and the channel formed on the channel layer An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the layer; a gate electrode selectively formed on the electron supply layer; and the gate electrode on the electron supply layer with the gate electrode interposed therebetween And a thin film that is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and that acts on the channel layer and the electron supply layer interface and that acts on the two-dimensional electron gas concentration. The thin film is formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode. When, different from the thickness formed in said second region of the drain electrode around the edge of the gate electrode, the thin film is GaN film.

の発明の第の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい薄膜であり、記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なることにより、膜厚の違いによる作用の違いにより、ゲート電極近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。
この発明の第2の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、前記薄膜は、前記第2領域に形成された膜厚より、前記第1領域に形成された膜厚が薄いことにより、膜厚の違いによる作用の違いにより、ゲート電極近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。
この発明の第3の態様にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜とを備え、前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、前記薄膜は、GaN膜であることにより、膜厚の違いによる作用の違いにより、ゲート電極近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。
Such a semiconductor device in the first aspect of this invention, there is provided a nitride semiconductor device of the heterojunction, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, formed on the channel layer wherein An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer, a gate electrode selectively formed on the electron supply layer, and the gate electrode sandwiched and separated on the electron supply layer formed source, and a drain electrode, the source electrode, between the drain electrode, is formed on the electron supply layer, the channel layer, that acting on the two-dimensional electron gas concentration formed on the electron supply layer interface and a thin film, the thin film, the a thin film band gap energy is smaller than the electron supply layer, before Symbol thin film, contact to the drain electrode side of the gate electrode The film thickness formed in the first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode is different from the film thickness formed in the second region near the drain electrode side end portion of the gate electrode. Due to the difference in action due to the difference in film thickness, the two-dimensional electron gas concentration outside the vicinity of the gate electrode (especially the first region on the drain electrode side) is high, so the on-resistance can be reduced and current collapse can be reduced. Since the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity (second region) is low, the breakdown voltage can be maintained.
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a heterojunction nitride semiconductor device, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, and the channel formed on the channel layer An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the layer; a gate electrode selectively formed on the electron supply layer; and the gate electrode on the electron supply layer with the gate electrode interposed therebetween And a thin film that is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and that acts on the channel layer and the electron supply layer interface and that acts on the two-dimensional electron gas concentration. The thin film is formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode. And the film thickness formed in the second region near the drain electrode side end portion of the gate electrode is different from the film thickness formed in the second region. Due to the thin film thickness, the on-resistance is reduced and the current collapse is reduced due to the high two-dimensional electron gas concentration outside the vicinity of the gate electrode (especially the first region on the drain electrode side) due to the difference in action due to the difference in film thickness. In addition, since the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode (second region) is low, the breakdown voltage can be maintained.
A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is a heterojunction nitride semiconductor device, a channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate, and the channel formed on the channel layer An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the layer; a gate electrode selectively formed on the electron supply layer; and the gate electrode on the electron supply layer with the gate electrode interposed therebetween And a thin film that is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and that acts on the channel layer and the electron supply layer interface and that acts on the two-dimensional electron gas concentration. The thin film is formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode. And the film thickness formed in the second region in the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode, and the thin film is a GaN film. Since the two-dimensional electron gas concentration outside the vicinity (especially the first region on the drain electrode side) is high, the on-resistance can be reduced to reduce current collapse, and the two-dimensional electron gas concentration near the gate electrode (second region) is low. Therefore, the withstand voltage can be maintained.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。5 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す上面図である。1 is a top view illustrating a structure of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。12 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 実施の形態3に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の構造を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の構造例を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a structural example of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7に係る半導体装置の製造工程を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to a seventh embodiment.

<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、本実施の形態1に係る窒化物半導体装置の一構成例を示す縦断面図である。図1に示す窒化物半導体装置は、III族窒化物半導体を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタ(HEMT:高電子移動度トランジスタ)である。
<A. Embodiment 1>
<A-1. Configuration>
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of the nitride semiconductor device according to the first embodiment. The nitride semiconductor device shown in FIG. 1 is a heterojunction field effect transistor (HEMT: high electron mobility transistor) using a group III nitride semiconductor.

図1に示される通り、同装置は、基板1と、基板1の上面上に形成された第1のIII族窒化物半導体から構成されるチャネル層2と、チャネル層2の上面に形成され、上記第1のIII族窒化物半導体よりもそのバンドギャップが大きい第2のIII族窒化物半導体から構成されており、且つチャネル層2との間でヘテロ接合を成す電子供給層3を備えている。   As shown in FIG. 1, the device is formed on a substrate 1, a channel layer 2 made of a first group III nitride semiconductor formed on the upper surface of the substrate 1, and an upper surface of the channel layer 2. An electron supply layer 3 is formed of a second group III nitride semiconductor having a larger band gap than the first group III nitride semiconductor, and forms a heterojunction with the channel layer 2. .

更に、同装置に於いては、電子供給層3の表面上に選択的に形成されたショットキー接合によるゲート電極5と、ゲート電極5を挟んで対向する様に電子供給層3の表面上に形成されたオーミック接触によるソース電極4a及びドレイン電極4bを備えている。   Further, in this apparatus, the gate electrode 5 formed by Schottky junction selectively formed on the surface of the electron supply layer 3 and the surface of the electron supply layer 3 so as to face each other with the gate electrode 5 interposed therebetween. The source electrode 4a and the drain electrode 4b by the ohmic contact formed are provided.

ここで前述の通り、ゲート電極5と電子供給層3とは、ショットキー接合を成している。又、ソース電極4a、ドレイン電極4bと電子供給層3とは、オーミック接触している。   Here, as described above, the gate electrode 5 and the electron supply layer 3 form a Schottky junction. The source electrode 4a, the drain electrode 4b, and the electron supply layer 3 are in ohmic contact.

尚、同装置は、ソース電極4a、ドレイン電極4bに於ける接触抵抗の低減化のために、ソース電極4a、ドレイン電極4bの下部に位置する電子供給層3及びチャネル層2の内部に形成された、対応するn型の高濃度不純物領域(例えば図8に示す高濃度不純物領域7)を有していても良い。   The device is formed inside the electron supply layer 3 and the channel layer 2 located below the source electrode 4a and the drain electrode 4b in order to reduce the contact resistance between the source electrode 4a and the drain electrode 4b. Further, a corresponding n-type high concentration impurity region (for example, the high concentration impurity region 7 shown in FIG. 8) may be provided.

更に、ゲート電極5とドレイン電極4b間のゲート電極5端から近傍(第2領域)の電子供給層3の表面を第2薄膜としての薄膜6で覆い、薄膜6で覆われていない電子供給層3の表面(特にドレイン電極側を第1領域)を薄膜6とは違う第1薄膜としての薄膜8で覆った構造をしている。   Furthermore, the surface of the electron supply layer 3 in the vicinity (second region) from the end of the gate electrode 5 between the gate electrode 5 and the drain electrode 4b is covered with a thin film 6 as a second thin film, and the electron supply layer not covered with the thin film 6 3 (particularly the first region on the drain electrode side) is covered with a thin film 8 as a first thin film different from the thin film 6.

ここで、電子供給層3表面の保護膜として用いている第2薄膜としての薄膜6と第1薄膜としての薄膜8は、二次元電子ガス濃度を増減させる作用を持つ材料、膜厚で構成されており、第2領域であるゲート電極5のドレイン側近傍に配置する薄膜6には、二次元電子ガス濃度を減少させるような、また第1領域である薄膜6で覆われない領域の電子供給層3表面を覆う薄膜8には、二次元電子ガス濃度を増加させるような材料、膜厚で形成されることが望ましい。少なくとも薄膜6による二次元電子ガス濃度の増加分が、薄膜8による二次元電子ガス濃度の増加分より小さければ、薄膜6に覆われる領域の二次元電子ガス濃度は、薄膜8に覆われる領域における二次元電子ガス濃度よりも低いものとすることができる。   Here, the thin film 6 as the second thin film and the thin film 8 as the first thin film used as the protective film on the surface of the electron supply layer 3 are composed of a material and a film thickness having an effect of increasing or decreasing the two-dimensional electron gas concentration. The thin film 6 disposed in the vicinity of the drain side of the gate electrode 5 which is the second region has an electron supply in a region which reduces the two-dimensional electron gas concentration and which is not covered by the thin film 6 which is the first region. The thin film 8 covering the surface of the layer 3 is desirably formed with a material and a film thickness that increase the two-dimensional electron gas concentration. If at least the increase in the two-dimensional electron gas concentration by the thin film 6 is smaller than the increase in the two-dimensional electron gas concentration by the thin film 8, the two-dimensional electron gas concentration in the region covered by the thin film 6 is in the region covered by the thin film 8. It can be lower than the two-dimensional electron gas concentration.

ここで二次元電子ガスとは、高速で電子が流れることのできる層状の領域のことであり、移動度が高い自由電子が極めて薄い層内に広がっている。HEMT(高電子移動度トランジスタ)は、バンドギャップの違う異種の半導体材料を接合することで界面に2次元電子ガスの層を形成している。二次元電子ガス濃度を増加させることは、トランジスタのドレイン電流を増加させることである。   Here, the two-dimensional electron gas is a layered region in which electrons can flow at high speed, and free electrons with high mobility spread in an extremely thin layer. A HEMT (High Electron Mobility Transistor) forms a two-dimensional electron gas layer at an interface by bonding different kinds of semiconductor materials having different band gaps. Increasing the two-dimensional electron gas concentration is increasing the drain current of the transistor.

<A−2.製造工程>
次に、本実施の形態1の一例に係る図1の窒化物半導体装置の製造方法について記載する。
<A-2. Manufacturing process>
Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device of FIG. 1 according to an example of the first embodiment will be described.

図2〜図27は、本実施の形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を工程順に示す縦断面図である。   2 to 27 are longitudinal sectional views showing the method of manufacturing the nitride semiconductor device according to the present embodiment in the order of steps.

先ず始めに、図2に示す様に、例えば、サファイヤ、SiC(炭化シリコン)、GaN、又はSi等より成る基板1を準備する。   First, as shown in FIG. 2, a substrate 1 made of, for example, sapphire, SiC (silicon carbide), GaN, or Si is prepared.

次に、図3に示す様に、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)又はCVD(Chemical Vapor Deposition:気相成長法)により、基板1の主表面上に、チャネル層2、電子供給層3を、この順序で積層する。   Next, as shown in FIG. 3, the channel layer 2, the electrons are formed on the main surface of the substrate 1 by, for example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) or CVD (Chemical Vapor Deposition). The supply layer 3 is laminated in this order.

ここで、チャネル層2は、第1のIII族窒化物半導体として、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,xy≠1)から成る。これに対して、電子供給層3は、第1のIII族窒化物半導体よりもそのバンドギャップ幅が大きい第2のIII族窒化物半導体として、AlmInnGa1-m-nN(0≦m≦1,0≦n≦1,mn≠1)から成る。 Here, the channel layer 2 is made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, xy ≠ 1) as the first group III nitride semiconductor. On the other hand, the electron supply layer 3 is made of Al m In n Ga 1-mn N (0 ≦ m) as a second group III nitride semiconductor having a larger band gap width than the first group III nitride semiconductor. ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1, mn ≠ 1).

チャネル層2の厚さとしては、少なくとも電子が流れ得る厚さ(50nm〜3000nm)があれば良く、チャネル層2に於ける不純物濃度は問われない。又、既述の通り、電子供給層3には、チャネル層2よりもそのバンドギャップ幅が広い物が用いられる。   The thickness of the channel layer 2 may be at least a thickness that allows electrons to flow (50 nm to 3000 nm), and the impurity concentration in the channel layer 2 is not limited. In addition, as described above, the electron supply layer 3 has a wider band gap than the channel layer 2.

例えば、チャネル層2と電子供給層3との組み合わせとしては、AlmGa1-mN電子供給層/GaNチャネル層(x=y=0、n=0の場合)、或いは、AlmGa1-mN電子供給層/InyGa1-yNチャネル層(x=0、n=0の場合)等が考えられる。 For example, the combination of the channel layer 2 and the electron supply layer 3 includes Al m Ga 1-m N electron supply layer / GaN channel layer (when x = y = 0, n = 0), or Al m Ga 1 -m N electron supply layer / In y Ga 1-y N channel layer (when x = 0, n = 0) and the like are conceivable.

電子供給層3の不純物濃度は、電子供給層3を高耐圧層とするために、1×1018cm-3以下に設定される。ここで、不純物の導電型は常にn型である。尚、窒化物半導体では、意図的に不純物を導入しない場合(ノンドープ)に於いても、成長炉や雰囲気ガス中から不純物が窒化物半導体中に入り、窒化物半導体はn型の不純物を含むこととなる。このため、結晶成長に於いてノンドープであっても、実際の不純物濃度が1×1018cm-3以下であれば良い。 The impurity concentration of the electron supply layer 3 is set to 1 × 10 18 cm −3 or less in order to make the electron supply layer 3 a high breakdown voltage layer. Here, the conductivity type of the impurity is always n-type. In the case of nitride semiconductors, even when impurities are not intentionally introduced (non-doped), impurities enter the nitride semiconductor from the growth furnace or atmospheric gas, and the nitride semiconductor contains n-type impurities. It becomes. For this reason, even if it is non-doped in crystal growth, it is sufficient if the actual impurity concentration is 1 × 10 18 cm −3 or less.

次に、図4に示す様に、写真製版により、レジストパターン9aを、ソース・ドレイン電極形成領域以外の電子供給層3の表面領域上に形成する。そして、レジストパターン9aをマスクとして、オーミック金属(例えば、TiとAlとの積層膜、Ti、Al、Mo、Auの積層膜等)を蒸着し、その後にレジストパターン9aを除去して、ソース電極4a、ドレイン電極4bを、電子供給層3の表面の内のソース・ドレイン電極形成領域上に形成する(リフトオフ法)(図5)。   Next, as shown in FIG. 4, a resist pattern 9a is formed on the surface region of the electron supply layer 3 other than the source / drain electrode formation region by photolithography. Then, using the resist pattern 9a as a mask, an ohmic metal (for example, a laminated film of Ti and Al, a laminated film of Ti, Al, Mo, Au, etc.) is deposited, and then the resist pattern 9a is removed to form a source electrode 4a and the drain electrode 4b are formed on the source / drain electrode formation region in the surface of the electron supply layer 3 (lift-off method) (FIG. 5).

この際、ソース電極4a、ドレイン電極4b直下の半導体層である電子供給層3、チャネル層2内にn型不純物を高濃度に有する領域を形成することで、ソース、ドレイン電極を形成しても良い。その作製方法は、次の通りである。   At this time, even if the source and drain electrodes are formed by forming regions having a high concentration of n-type impurities in the electron supply layer 3 and the channel layer 2 which are semiconductor layers immediately below the source electrode 4a and the drain electrode 4b. good. The manufacturing method is as follows.

即ち、電子供給層3の表面の内で、写真製版法により、レジストパターン9bを形成する(図6)。このレジストパターン9bは、次工程のイオン注入用マスクである。レジストパターン9bの厚みは、1μm〜6μm程度(イオンが電子供給層3に達しない厚さ)であれば良い。注入されたイオンを遮断出来るのであれば、レジストパターン9bに代えて、酸化膜等の膜を用いても良い。或いは、電子供給層3の表面上に10nm〜100nm程度の厚みの窒化膜又は酸化膜を形成した後に、レジストパターン9bを形成しても良い。この窒化膜又は酸化膜は、イオン注入時に、電子供給層3を構成する原子(Al、Ga、N、In等)がイオンにより真空中に跳ね飛ばされるのを抑制する。   That is, a resist pattern 9b is formed by photolithography in the surface of the electron supply layer 3 (FIG. 6). This resist pattern 9b is a mask for ion implantation in the next process. The thickness of the resist pattern 9b may be about 1 μm to 6 μm (thickness at which ions do not reach the electron supply layer 3). If the implanted ions can be blocked, a film such as an oxide film may be used instead of the resist pattern 9b. Alternatively, the resist pattern 9b may be formed after a nitride film or an oxide film having a thickness of about 10 nm to 100 nm is formed on the surface of the electron supply layer 3. This nitride film or oxide film suppresses atoms (Al, Ga, N, In, etc.) constituting the electron supply layer 3 from being blown into the vacuum by ions during ion implantation.

その後、イオン注入装置を用いて電界加速したイオン10を照射し、イオン注入を行う(図7)。イオン10としては、n型不純物である原子であれば良い。具体的には、O、C、Si、S、Ge、Se、Sn、Te、Pb等であるが、不純物準位の浅いSi又はGeが望ましい。更にMn、Mg、Cu、Be等のp型不純物を同時にイオン注入することで、n型不純物の電気的活性化を増やしても良い。尚、イオン注入の加速エネルギー及び注入濃度は、電子供給層3の領域の内で高濃度n型不純物領域7を形成する領域に於ける不純物濃度が1×1018cm-3を超える様に設定すれば良い。 Thereafter, ion implantation is performed by irradiating ions 10 accelerated by an electric field using an ion implantation apparatus (FIG. 7). The ions 10 may be atoms that are n-type impurities. Specifically, it is O, C, Si, S, Ge, Se, Sn, Te, Pb, etc., but Si or Ge having a shallow impurity level is desirable. Furthermore, the electrical activation of n-type impurities may be increased by simultaneously implanting p-type impurities such as Mn, Mg, Cu, and Be. The acceleration energy and implantation concentration of ion implantation are set so that the impurity concentration in the region where the high-concentration n-type impurity region 7 is formed in the region of the electron supply layer 3 exceeds 1 × 10 18 cm −3. Just do it.

この後、レジストパターン9bを剥離し、注入したイオン10の活性化を行うための熱処理を行う。熱処理は、注入されたイオンと結晶構成原子とを置換させるため、及び、イオン注入で形成されたダメージを回復させるために行われる。このため、1000℃以上の温度で5秒間以上の時間で処理することが望ましい。又、雰囲気に関しては、電子供給層3の表面から窒素原子が抜けるのを防止するために、窒素ガス、又はアンモニアガス等の窒素が含まれたガス中で、当該熱処理を行うことが望ましい。更に、電子供給層3の表面からの窒素原子が抜けるのを防止するために、窒化膜、酸化膜、窒化アルミニウム等の膜で電子供給層3の表面を被った後に、熱処理を行っても良い。   Thereafter, the resist pattern 9b is peeled off, and a heat treatment for activating the implanted ions 10 is performed. The heat treatment is performed in order to replace the implanted ions and crystal constituent atoms, and to recover the damage formed by the ion implantation. For this reason, it is desirable to process at a temperature of 1000 ° C. or higher for a time of 5 seconds or longer. As for the atmosphere, in order to prevent nitrogen atoms from escaping from the surface of the electron supply layer 3, it is desirable to perform the heat treatment in a gas containing nitrogen such as nitrogen gas or ammonia gas. Furthermore, in order to prevent nitrogen atoms from escaping from the surface of the electron supply layer 3, heat treatment may be performed after covering the surface of the electron supply layer 3 with a film such as a nitride film, an oxide film, or aluminum nitride. .

この後、先に記載したオーミック電極の形成方法によって、ソース・ドレイン電極4a、4bを、高濃度不純物領域7の表面上に形成する(図8)。尚、これらのオーミック金属を積層した後に所定の温度でアニールすることで、ソース電極4a、ドレイン電極4bを合金化しても良い。更なるコンタクト抵抗低減のためソース・ドレイン電極領域下部の電子供給層3の一部かチャネル層2との界面までを除去し、ソース・ドレイン電極4a、4bを形成することが望ましい。   Thereafter, the source / drain electrodes 4a and 4b are formed on the surface of the high-concentration impurity region 7 by the ohmic electrode formation method described above (FIG. 8). The source electrode 4a and the drain electrode 4b may be alloyed by annealing at a predetermined temperature after laminating these ohmic metals. In order to further reduce the contact resistance, it is desirable to remove part of the electron supply layer 3 below the source / drain electrode region or the interface with the channel layer 2 to form the source / drain electrodes 4a and 4b.

次に、ソース電極4a、ドレイン電極4bの形成方法と同様な方法で、ゲート電極5を形成するゲート形成領域11以外の領域上にレジストパターン9cを形成する(図9)。ショットキー接合によるゲート電極5をレジスト開口部内に形成し(図10)、ソース電極4a、ドレイン電極4bの形成方法と同様な方法で、ゲート金属を積層し、レジスト9cを除去すること(リフトオフ法)で、ゲート電極5が形成される(図11)。ここで、ゲート電極5を成す金属(ゲート金属)としては、電子供給層3とショットキー接合を形成する金属であれば良い。例えば、Pt、Ni等の仕事関数の高い金属、シリサイド、WN、TaN等の窒化金属が電子供給層3と接している構造である。また、ゲート電極5形成後に所定の温度でアニールしてもよい。   Next, a resist pattern 9c is formed on a region other than the gate formation region 11 where the gate electrode 5 is formed by a method similar to the method of forming the source electrode 4a and the drain electrode 4b (FIG. 9). A gate electrode 5 by Schottky junction is formed in the resist opening (FIG. 10), a gate metal is laminated and a resist 9c is removed by a method similar to the method of forming the source electrode 4a and the drain electrode 4b (lift-off method). ), The gate electrode 5 is formed (FIG. 11). Here, the metal constituting the gate electrode 5 (gate metal) may be any metal that forms a Schottky junction with the electron supply layer 3. For example, a metal having a high work function such as Pt or Ni, or a metal nitride such as silicide, WN, or TaN is in contact with the electron supply layer 3. Further, annealing may be performed at a predetermined temperature after forming the gate electrode 5.

次に、電子供給層3の表面にAlを含む窒化物あるいは酸化物あるいは、酸窒化物あるいは、Ga、Ti、V、Nb、Zr、Hf、Taのいずれかの酸化物よりなる第2薄膜である薄膜6を形成する。また、さらにSi、C、Ge、Sn、Pb、S、Se、Teを少なくともひとつを含む窒化物あるいは酸化物あるいは、酸窒化物よりなる第1薄膜である薄膜8をゲート電極5の近傍を除く領域に形成する。   Next, the surface of the electron supply layer 3 is a second thin film made of a nitride or oxide containing Al, an oxynitride, or an oxide of Ga, Ti, V, Nb, Zr, Hf, or Ta. A certain thin film 6 is formed. Further, the thin film 8 which is a first thin film made of nitride, oxide or oxynitride containing at least one of Si, C, Ge, Sn, Pb, S, Se, Te is excluded from the vicinity of the gate electrode 5. Form in the area.

ここでは保護膜である薄膜6としてAlNを用いた場合について説明する。ゲート電極5の形成後AlNを電子ビーム蒸着やCVDやMBEやスパッタ蒸着により堆積する。   Here, a case where AlN is used as the thin film 6 which is a protective film will be described. After the gate electrode 5 is formed, AlN is deposited by electron beam evaporation, CVD, MBE, or sputtering.

ここでは、例えばスパッタ蒸着で形成する場合について説明する。スパッタ蒸着法としては直流スパッタ、高周波スパッタ、マグネトロンスパッタ、イオンビームスパッタ、電子サイクロン(ECR)共鳴スパッタ等を用いてAlNを堆積する(図12)ターゲットにはAlやAlNを用い、スパッタガスとしては、窒素、アルゴンを用いる。   Here, the case where it forms by sputtering deposition, for example is demonstrated. As sputtering deposition, AlN is deposited by using direct current sputtering, high frequency sputtering, magnetron sputtering, ion beam sputtering, electron cyclone (ECR) resonance sputtering, etc. (FIG. 12). , Nitrogen and argon are used.

薄膜6を形成する領域を覆うようなレジストパターン9dを写真製版によって形成し(図13)、このレジストパターン9dをマスクにしてエッチングによってマスクされていない領域のAlNを除去する。AlNのエッチングにはウェットエッチングやドライエッチングを用いると良い。   A resist pattern 9d that covers the region where the thin film 6 is to be formed is formed by photolithography (FIG. 13), and the AlN in the region not masked by etching is removed using the resist pattern 9d as a mask. For etching AlN, wet etching or dry etching may be used.

レジストパターン9dを剥離除去し、AlNの薄膜6が形成される(図14)。   The resist pattern 9d is peeled off and an AlN thin film 6 is formed (FIG. 14).

ここでは、AlN堆積後に不要部分をエッチング除去する方法で薄膜6を形成したが、ソース・ドレイン電極4a、4bやゲート電極5形成で用いたリフトオフ法を用いて薄膜6を所定の位置に形成しても良い。   Here, the thin film 6 is formed by etching away unnecessary portions after depositing AlN. However, the thin film 6 is formed at a predetermined position by using the lift-off method used for forming the source / drain electrodes 4a and 4b and the gate electrode 5. May be.

ここで、薄膜6に用いたAlNは、電子供給層3のバンドギャップに比べて大きいバンドギャップを有する。   Here, AlN used for the thin film 6 has a larger band gap than the band gap of the electron supply layer 3.

またここでは、ゲート電極形成後に保護膜としての薄膜形成をしたが、ソース・ドレイン電極形成後(ゲート電極形成前)でも良く、またソース・ドレイン電極形成前でも良い。   Here, the thin film as the protective film is formed after the gate electrode is formed, but it may be formed after the source / drain electrode is formed (before the gate electrode is formed) or before the source / drain electrode is formed.

このソース・ドレイン電極4a,4b形成前の場合、電子供給層3まで形成したエピ基板上に、電子ビーム蒸着やCVDやMBEやスパッタ蒸着によりAlNを堆積し、上述の工程で薄膜6を形成してもよく、エピ基板の結晶成長の際に電子供給層に続きAlN層をエピタキシャル成長させて形成したものを用いても良い。   Before the formation of the source / drain electrodes 4a and 4b, AlN is deposited on the epitaxial substrate formed up to the electron supply layer 3 by electron beam evaporation, CVD, MBE, or sputter evaporation, and the thin film 6 is formed by the above-described process. Alternatively, an epitaxial substrate formed by epitaxially growing an AlN layer following the electron supply layer during crystal growth of the epitaxial substrate may be used.

次に、ソース・ドレイン電極4a、4b、ゲート電極5、AlNよりなる薄膜6が形成された表面に薄膜8を形成する。ここでは、薄膜8としてSiNを用いる場合について説明する。   Next, the thin film 8 is formed on the surface on which the source / drain electrodes 4a and 4b, the gate electrode 5, and the thin film 6 made of AlN are formed. Here, the case where SiN is used as the thin film 8 will be described.

SiNを電子ビーム蒸着やCVDやMBEやスパッタ蒸着により堆積する(図15)。   SiN is deposited by electron beam evaporation, CVD, MBE, or sputter evaporation (FIG. 15).

電子供給層3表面に堆積した薄膜8を覆うように写真製版によってレジストパターン9eを形成する(図16)。   A resist pattern 9e is formed by photolithography so as to cover the thin film 8 deposited on the surface of the electron supply layer 3 (FIG. 16).

ウェットエッチングやドライエッチングによって、レジストに覆われていない領域の薄膜8を除去する。その後レジストを剥離除去する(図17)。   The thin film 8 in a region not covered with the resist is removed by wet etching or dry etching. Thereafter, the resist is peeled and removed (FIG. 17).

本実施の形態1に係る窒化物半導体装置の製造工程をソース・ドレイン電極4a、4b形成、ゲート電極5形成、薄膜6形成、薄膜8形成の順で説明をしたが、薄膜6形成、薄膜8形成、ソース・ドレイン電極4a,4b形成、ゲート電極5形成の順で製造してもよく、ソース・ドレイン電極4a,4b形成、薄膜6形成、薄膜8形成、ゲート電極5形成の順や、薄膜6形成、ソース・ドレイン電極4a,4b形成、ゲート電極5形成、薄膜8形成や、ソース・ドレイン電極4a,4b形成、薄膜6形成、ゲート電極5形成、薄膜8形成や、薄膜8を薄膜6より先に形成する等の順でもよい。   Although the manufacturing process of the nitride semiconductor device according to the first embodiment has been described in the order of formation of the source / drain electrodes 4a and 4b, formation of the gate electrode 5, formation of the thin film 6, and formation of the thin film 8, the formation of the thin film 6 and the thin film 8 May be manufactured in the order of formation, source / drain electrodes 4a and 4b, and gate electrode 5 formation, source / drain electrodes 4a and 4b formation, thin film 6 formation, thin film 8 formation, gate electrode 5 formation, and thin film 6 formation, source / drain electrodes 4a and 4b formation, gate electrode 5 formation, thin film 8 formation, source / drain electrodes 4a and 4b formation, thin film 6 formation, gate electrode 5 formation, thin film 8 formation, and thin film 8 thin film 6 It may be in the order of forming earlier.

ここでは、薄膜6形成、ソース・ドレイン電極4a,4b形成、薄膜8形成、ゲート電極5形成の順での製造工程について説明する。ここでは、エピ基板として、結晶成長の際に電子供給層3に続き薄膜6であるAlN層をエピタキシャル成長させて形成したものを用いる場合について説明する。   Here, the manufacturing process in the order of forming the thin film 6, forming the source / drain electrodes 4a and 4b, forming the thin film 8, and forming the gate electrode 5 will be described. Here, a case where an epitaxial substrate formed by epitaxially growing an AlN layer as the thin film 6 following the electron supply layer 3 during crystal growth will be described.

まず、ソース・ドレイン電極4a,4bを形成する領域に開口を有するレジストパターン9fを形成する(図18)。先述と同様にリフトオフ法によってソース・ドレイン電極4a、4bを形成する。しかし、AlNのバンドギャップが大きいため、低いコンタクト抵抗が得られない。そのため、まずウェットエッチングやドライエッチングによりソース・ドレイン電極形成領域のAlNを除去し、その後、リフトオフ法によってソース・ドレイン電極4a、4bを形成することが望ましい(図19)。   First, a resist pattern 9f having an opening in a region where the source / drain electrodes 4a and 4b are to be formed is formed (FIG. 18). Similarly to the above, the source / drain electrodes 4a and 4b are formed by the lift-off method. However, since the band gap of AlN is large, a low contact resistance cannot be obtained. Therefore, it is desirable to first remove AlN in the source / drain electrode formation region by wet etching or dry etching, and then form the source / drain electrodes 4a and 4b by a lift-off method (FIG. 19).

さらなるコンタクト抵抗低減のため、先述と同様にソース・ドレイン領域への高濃度n型不純物領域の形成を行ってから電極金属の形成を行っても良い。この際、AlNをつけたまま、Si等のn型不純物になるイオン種を注入してもよく、さらに、活性加熱処理の際もこのAlNをキャップ層として用いても良い(図20)。   In order to further reduce the contact resistance, the electrode metal may be formed after the high-concentration n-type impurity region is formed in the source / drain regions as described above. At this time, an ion species that becomes an n-type impurity such as Si may be implanted with AlN attached, and this AlN may also be used as a cap layer in the active heat treatment (FIG. 20).

続いて、リフトオフ法によってソース・ドレイン電極4a、4bを形成するが、この領域のAlNが高濃度にn型不純物が添加されているため、AlNを除去しなくても低いコンタクト抵抗は得られるが、更なるコンタクト抵抗低減のため先述同様にして、ソース・ドレイン電極領域のAlNを、さらにはその下部の電子供給層3の一部かチャネル層2との界面までを除去し、ソース・ドレイン電極4a、4bを形成することが望ましい(図21)。   Subsequently, the source / drain electrodes 4a and 4b are formed by a lift-off method. Since AlN in this region is doped with n-type impurities at a high concentration, a low contact resistance can be obtained without removing AlN. In order to further reduce the contact resistance, AlN in the source / drain electrode region is further removed as well as a part of the electron supply layer 3 or the interface with the channel layer 2 below the source / drain electrode region. It is desirable to form 4a and 4b (FIG. 21).

次に、薄膜6としての機能を有するAlNの領域と、ソース・ドレイン電極4a、4bを覆うレジストパターン9gを形成し、ウェットエッチングやドライエッチングによって不要なAlN領域を除去し、AlNよりなる薄膜6を形成する(図22)。レジスト除去に続いて、薄膜8であるSiNを形成する(図23)。   Next, an AlN region having a function as the thin film 6 and a resist pattern 9g covering the source / drain electrodes 4a and 4b are formed, unnecessary AlN regions are removed by wet etching or dry etching, and the thin film 6 made of AlN. (FIG. 22). Following the resist removal, SiN, which is the thin film 8, is formed (FIG. 23).

次に、ゲート電極形成領域11と薄膜6上の薄膜8の領域およびソース・ドレイン電極4a、4b上にあった開口を有するレジストパターン9hを形成し(図24)、ウェットエッチングやドライエッチングによって不要なSiN領域を除去し、レジスト剥離除去後、再度ゲート電極形成領域11に開口を有するレジストパターンを形成し、リフトオフ法によってゲート電極5を形成する(図25(a))。   Next, a resist pattern 9h having openings on the gate electrode forming region 11 and the thin film 8 region on the thin film 6 and the source / drain electrodes 4a and 4b is formed (FIG. 24), and unnecessary by wet etching or dry etching. After removing the SiN region and removing the resist, a resist pattern having an opening in the gate electrode formation region 11 is formed again, and the gate electrode 5 is formed by a lift-off method (FIG. 25A).

ゲート電極5の形成のために再度レジストパターンを形成したが、先のレジストパターン9hで不要な領域のSiNを除去した後、ゲート電極金属を堆積するとセルフアラインでゲート電極5を形成でき、薄膜上にゲート電極を設けるフィールドプレート構造となるため、電流コラプスの抑制や、耐圧向上が可能となる(図25(b))。   Although the resist pattern was formed again for forming the gate electrode 5, the gate electrode 5 can be formed by self-alignment by depositing the gate electrode metal after removing the unnecessary region of SiN with the previous resist pattern 9h. Since the gate electrode is provided in the field plate structure, the current collapse can be suppressed and the breakdown voltage can be improved (FIG. 25B).

図26において、ドレイン電極側のゲート電極端5egからドレイン電極に向かっての薄膜6の長さLi1がゲート−ドレイン間距離Lgdの1/2以下にすることが望ましい。さらに、Li1はできるだけ短い方が、オン抵抗を低減でき好ましい。しかし、Li1=0とすると電界の集中するドレイン側のゲート電極端下の二次元電子ガス濃度が高くなるため、耐圧が低下してしまう。そのため、薄膜6で少なくともドレイン側のゲート電極端を覆う必要がある。また、ゲート幅方向の長さとしては素子上面図の図27に示したように、素子活性化領域12と同じ(図27(a))か、それ以上となる素子分離領域13に渡っても良い(図27(b))。 In FIG. 26, the length L i1 of the thin film 6 from the gate electrode end 5eg on the drain electrode side toward the drain electrode is preferably ½ or less of the gate-drain distance L gd . Furthermore, it is preferable that L i1 is as short as possible because the on-resistance can be reduced. However, if L i1 = 0, the two-dimensional electron gas concentration under the gate electrode end on the drain side where the electric field concentrates increases, and the breakdown voltage decreases. Therefore, it is necessary to cover at least the gate electrode end on the drain side with the thin film 6. Further, as shown in FIG. 27 of the element top view, the length in the gate width direction is the same as that of the element activation region 12 (FIG. 27A) or over the element isolation region 13 which is larger than that. Good (FIG. 27B).

本実施の形態1では、薄膜8と薄膜6の膜厚が同じとして説明したが、電子供給層3よりも、薄膜6および薄膜8のバンドギャップエネルギーが大きい場合には、薄膜の厚さが厚くなると半導体との応力が大きくなることでピエゾ効果が大きくなり、二次元電子ガス濃度が高くなる。そのため、薄膜8の膜厚が薄膜6の膜厚より厚いほうが効果は大きくなりより望ましい。   In the first embodiment, the thin film 8 and the thin film 6 are described as having the same film thickness. However, when the band gap energy of the thin film 6 and the thin film 8 is larger than that of the electron supply layer 3, the thin film is thick. Then, the piezo effect is increased by increasing the stress with the semiconductor, and the two-dimensional electron gas concentration is increased. Therefore, it is more desirable that the thickness of the thin film 8 is thicker than that of the thin film 6 because the effect becomes larger.

<A−3.動作>
電流コラプスを低減し、また、耐圧を維持する作用が働くことにより、高破壊電界、かつ高電子移動度を実現した、高電子移動度トランジスタとして動作する。二次元電子ガスを用いることで、高電子移動度が実現される。
<A-3. Operation>
It operates as a high electron mobility transistor realizing a high breakdown electric field and a high electron mobility by reducing current collapse and maintaining a withstand voltage. By using a two-dimensional electron gas, high electron mobility is realized.

<A−4.効果>
この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、この発明にかかる半導体装置は、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板1上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層2と、チャネル層2上に形成されたチャネル層2よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層3と、電子供給層3上に選択的に形成されたゲート電極5と、電子供給層3上において、ゲート電極5を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極4a,4bと、電子供給層3上のゲート電極5のドレイン電極側において、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成され、当該第1領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第1薄膜である薄膜8と、電子供給層3上において、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成され、当該第2領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用し、当該濃度を第1領域に対応するそれよりも低くする第2薄膜である薄膜6とを備えることで、異なる薄膜8、薄膜6の作用により、ゲート電極5近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極5近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。
<A-4. Effect>
According to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the semiconductor device according to the present invention is a heterojunction nitride semiconductor device, and is a channel layer made of a nitride semiconductor formed on the substrate 1 2, an electron supply layer 3 made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer 2 formed on the channel layer 2, a gate electrode 5 selectively formed on the electron supply layer 3, On the supply layer 3, the source and drain electrodes 4 a and 4 b formed with the gate electrode 5 sandwiched therebetween, and the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the drain electrode side of the gate electrode 5 on the electron supply layer 3 A thin film 8 which is a first thin film which is formed in the first region excluding the vicinity and which acts on the two-dimensional electron gas concentration formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 corresponding to the first region; A two-dimensional electron gas concentration formed in the second region near the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the electron supply layer 3 and formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 corresponding to the second region. And the thin film 6 that is the second thin film that lowers the concentration below that corresponding to the first region, and the action of the different thin film 8 and thin film 6 makes the area other than the vicinity of the gate electrode 5 (especially the drain electrode). Since the two-dimensional electron gas concentration in the first region) is high, the on-resistance can be reduced and current collapse can be reduced, and the breakdown voltage is maintained because the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode 5 (second region) is low. It becomes possible.

また、ゲート電極近傍(第2領域)とそれ以外の二次元電子ガス濃度を、半導体表面を覆う薄膜の種類、配置によって調整するため、制御性良くかつ再現性良く形成できる。   In addition, since the concentration of the two-dimensional electron gas in the vicinity of the gate electrode (second region) and other regions is adjusted by the type and arrangement of the thin film covering the semiconductor surface, it can be formed with good controllability and reproducibility.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、チャネル層2および電子供給層3は、少なくとも2層以上のAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1,xとyは同時に1を取らない)のへテロ接合電界効果トランジスタを構成することで、チャネル層2と電子供給層3の界面に形成される二次元電子ガスを用いた高電子移動度トランジスタが実現できる。 According to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the channel layer 2 and the electron supply layer 3 include at least two layers of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0). ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1, x and y do not take 1 at the same time) to form a two-dimensional structure formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 A high electron mobility transistor using an electron gas can be realized.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第1、第2薄膜である薄膜8,6は、電子供給層3よりバンドギャップエネルギーが大きい薄膜であることで、薄膜8,6の膜厚を厚くすることで対応する領域の二次元電子ガス濃度を増加させることができ、オン抵抗を減少させ電流コラプスを低減できる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin films 8 and 6 that are the first and second thin films are thin films having a band gap energy larger than that of the electron supply layer 3. , 6 can be increased, the two-dimensional electron gas concentration in the corresponding region can be increased, the on-resistance can be reduced, and the current collapse can be reduced.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第1薄膜である薄膜8は、第2薄膜である薄膜6より膜厚が厚いことで、さらに二次元電子ガス濃度の濃淡が形成でき、オン抵抗を減少させ、かつ、電流コラプスが低減できる。   According to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 8 that is the first thin film is thicker than the thin film 6 that is the second thin film. Can be formed, the on-resistance can be reduced, and the current collapse can be reduced.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第1薄膜である薄膜8は、Si、C、Ge、Sn、Pb、S、Se、Teのいずれかを含む窒化物、酸化物、あるいは酸窒化物の薄膜であり、第2薄膜である薄膜6は、Alを含む窒化物、酸化物、あるいは酸窒化物、または、Ga、Ti、V、Nb、Zr、Hf、Taのいずれかの酸化物の薄膜であることで、薄膜8の作用で二次元電子ガス濃度を増加させることによりオン抵抗を減少させ電流コラプスが低減し、かつ、薄膜6の作用で二次元電子ガス濃度を薄膜8による場合より低くすることにより耐圧を維持できる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 8 as the first thin film is a nitride containing any of Si, C, Ge, Sn, Pb, S, Se, Te, The thin film 6 which is an oxide or oxynitride thin film and is the second thin film is a nitride, oxide or oxynitride containing Al, or Ga, Ti, V, Nb, Zr, Hf, Ta Therefore, the on-resistance is reduced by increasing the two-dimensional electron gas concentration by the action of the thin film 8, the current collapse is reduced, and the two-dimensional electron gas by the action of the thin film 6. The breakdown voltage can be maintained by making the concentration lower than that of the thin film 8.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、ソース、ドレイン電極4a,4b下部のチャネル層2、電子供給層3に形成された不純物領域である高濃度不純物領域7をさらに備えることで、さらにオン抵抗を低減することができる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the high concentration impurity region 7 which is an impurity region formed in the channel layer 2 and the electron supply layer 3 below the source and drain electrodes 4a and 4b is further provided. By providing, the on-resistance can be further reduced.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置において、第2領域は、ゲート電極5からドレイン電極4bに至る距離の少なくとも半分以下の範囲内であることで、より高耐圧を実現できる。   Further, according to the first embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the second region is at least half of the distance from the gate electrode 5 to the drain electrode 4b, thereby realizing a higher breakdown voltage. it can.

また、この発明にかかる実施の形態1によれば、半導体装置の製造方法において、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置の製造方法であって、(a)基板1上に窒化物半導体からなるチャネル層2を形成する工程と、(b)チャネル層2上にチャネル層2よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層3を形成する工程と、(c)電子供給層3上にゲート電極5を選択的に形成する工程と、(d)電子供給層3上において、ゲート電極5を挟み離間してソース、ドレイン電極4a,4bを形成する工程と、(e)電子供給層3上のゲート電極5のドレイン電極側において、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍を除く第1領域において、当該第1領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第1薄膜である薄膜8を形成する工程と、(f)電子供給層3上において、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍の第2領域において、当該第2領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用し、当該濃度を第1領域に対応するそれよりも低くする第2薄膜である薄膜6を形成する工程とを備えることで、異なる薄膜8、薄膜6の作用により、ゲート電極5近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極5近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。   In addition, according to the first embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, a method of manufacturing a heterojunction nitride semiconductor device, comprising: (a) a channel layer made of a nitride semiconductor on a substrate 1; 2, (b) forming an electron supply layer 3 made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer 2 on the channel layer 2, and (c) a gate on the electron supply layer 3. A step of selectively forming the electrode 5; (d) a step of forming the source and drain electrodes 4a and 4b with the gate electrode 5 sandwiched and separated on the electron supply layer 3; Two-dimensional electrons formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 corresponding to the first region in the first region excluding the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the drain electrode side of the gate electrode 5 A step of forming a thin film 8 that is a first thin film that affects the gas concentration, and (f) a second region in the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the electron supply layer 3 corresponds to the second region. Forming a thin film 6 that is a second thin film that acts on the two-dimensional electron gas concentration formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 and lowers the concentration below that corresponding to the first region. By providing the two-dimensional electron gas concentration other than the vicinity of the gate electrode 5 (especially the first region on the drain electrode side) due to the action of the different thin film 8 and thin film 6, the on-resistance can be reduced and the current collapse can be reduced, and Since the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode 5 (second region) is low, the breakdown voltage can be maintained.

<B.実施の形態2>
<B−1.構成>
本実施の形態2では、実施の形態1で説明したように2種類の薄膜(第2薄膜である薄膜6および第1薄膜である薄膜8)によって二次元電子ガス濃度を調整するのではなく、1種類の薄膜(第3薄膜)で二次元電子ガス濃度を調整する構造となっている。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Configuration>
In the second embodiment, as described in the first embodiment, the two-dimensional electron gas concentration is not adjusted by two kinds of thin films (the thin film 6 as the second thin film and the thin film 8 as the first thin film). One type of thin film (third thin film) is used to adjust the two-dimensional electron gas concentration.

ここでは、1種類の薄膜がAlを含む窒化物あるいは酸化物あるいは、酸窒化物あるいは、Ga、Ti、V、Nb、Zr、Hf、Taのいずれかの酸化物で、ゲート電極5のドレイン電極側のゲート電極端近傍(第2領域)の電子供給層表面を覆う第3薄膜としての薄膜15の膜厚が、それ以外の電子供給層表面(特にドレイン電極側を第1領域)を覆うこの薄膜15の膜厚より薄い構造となる場合について説明する。尚、各層の形成(図3)までのプロセスは実施の形態1と共通であるためその部分の説明は省略し、これ以降の工程について説明する。なお、第3薄膜としての薄膜15は、電子供給層3よりもバンドギャップエネルギーが大きいものである。   Here, one type of thin film is a nitride or oxide containing Al, an oxynitride, or an oxide of Ga, Ti, V, Nb, Zr, Hf, or Ta, and the drain electrode of the gate electrode 5 The film thickness of the thin film 15 as the third thin film covering the surface of the electron supply layer in the vicinity of the gate electrode end (second region) on the side of this side covers the other surface of the electron supply layer (particularly the first region on the drain electrode side). A case where the structure is thinner than the thickness of the thin film 15 will be described. Since the process up to the formation of each layer (FIG. 3) is the same as that of the first embodiment, the description of that part is omitted, and the subsequent steps will be described. Note that the thin film 15 as the third thin film has a band gap energy larger than that of the electron supply layer 3.

<B−2.製造工程>
図28は、電子供給層3の表面を覆う薄膜15がAlを含む窒化物あるいは酸化物あるいは、酸窒化物あるいは、Ga、Ti、V、Nb、Zr、Hf、Taのいずれかの酸化物よりなり、ゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍(第2領域)の電子供給層3表面を覆うこの薄膜15の膜厚が、それ以外の電子供給層表面を覆うこの薄膜の膜厚より薄い構造になる場合の縦断面図である。
<B-2. Manufacturing process>
In FIG. 28, the thin film 15 covering the surface of the electron supply layer 3 is made of a nitride or oxide containing Al, an oxynitride, or an oxide of Ga, Ti, V, Nb, Zr, Hf, or Ta. Thus, the film thickness of the thin film 15 covering the surface of the electron supply layer 3 in the vicinity of the gate electrode end (second region) on the drain electrode side of the gate electrode is smaller than the film thickness of the thin film covering the other surface of the electron supply layer. It is a longitudinal cross-sectional view in the case of becoming a structure.

実施の形態1では、薄膜が2種類(薄膜6、薄膜8)の構造で説明した。ここでは、1種類の薄膜15例えばAl23を用いた場合について説明する。 In the first embodiment, the structure of two types of thin films (thin film 6 and thin film 8) has been described. Here, a case where one kind of thin film 15 such as Al 2 O 3 is used will be described.

電子供給層3の表面に薄膜15であるAl23を形成すると二次元電子ガス濃度は増加する。またその膜厚を厚くすることで二次元電子濃度はさらに増加する。 When Al 2 O 3 as the thin film 15 is formed on the surface of the electron supply layer 3, the two-dimensional electron gas concentration increases. Further, the two-dimensional electron concentration is further increased by increasing the film thickness.

従来均一な膜厚で電子供給層3の表面を覆っていた場合に比べて、ゲート電極5のドレイン電極側のゲート電極端近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の電子供給層3表面を覆うAl23の膜厚が、ゲート電極端近傍(第2領域)の電子供給層表面を覆うAl23の膜厚より厚い構造にすることで、ゲート−ドレイン電極間の二次元電ガス濃度が増加し、オン抵抗が低減できる。すなわち、膜厚を変えることによって、第2領域に対応する電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度を、第1領域に対応する電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度よりも低くすることができる。 Compared to the conventional case where the surface of the electron supply layer 3 is covered with a uniform film thickness, the surface of the electron supply layer 3 other than the vicinity of the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode 5 (particularly, the drain electrode side is the first region). The thickness of Al 2 O 3 covering the gate electrode is thicker than the thickness of Al 2 O 3 covering the surface of the electron supply layer in the vicinity of the gate electrode end (second region). The electric gas concentration increases and the on-resistance can be reduced. That is, by changing the film thickness, the two-dimensional electron gas concentration formed at the interface of the electron supply layer 3 corresponding to the second region is changed to the two-dimensional electron gas formed at the interface of the electron supply layer 3 corresponding to the first region. It can be lower than the concentration.

この製造方法を図29〜図39で縦断面図を用いて、本実施の形態に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。   The manufacturing method of the nitride semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図29は、薄膜15を電子供給層3上に形成したものである。その形成方法としては、例えば、電子ビーム蒸着やCVDやMBEやスパッタ蒸着により堆積する。ここでは、例えばスパッタ蒸着で形成する場合について説明する。ターゲットにはAlやAl23を用い、スパッタガスとしては、酸素、アルゴンを用いる。実施の形態1で説明したと同様の工程で、高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4bを形成してもよく、薄膜15を電子供給層3上に形成する前に高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4bを形成し、その後薄膜15を電子供給層3上に形成してもよい。また、Al2315に高濃度不純物領域7を形成する前に、この高濃度不純物領域の薄膜15をエッチング除去した後に高濃度不純物領域7を形成してもよいし、高濃度不純物領域7を形成後ソース・ドレイン電極領域下部のAl2315を除去してもよく、さらにはその下部の電子供給層3の一部かチャネル層2との界面までを除去し、ソース・ドレイン電極4a、4bを形成してもよい。 FIG. 29 shows the thin film 15 formed on the electron supply layer 3. For example, the deposition is performed by electron beam evaporation, CVD, MBE, or sputtering. Here, the case where it forms by sputtering deposition, for example is demonstrated. Al or Al 2 O 3 is used as the target, and oxygen or argon is used as the sputtering gas. The high concentration impurity region 7 and the source / drain electrodes 4a and 4b may be formed by the same process as described in the first embodiment, and the high concentration impurity region is formed before the thin film 15 is formed on the electron supply layer 3. 7 and source / drain electrodes 4 a and 4 b may be formed, and then the thin film 15 may be formed on the electron supply layer 3. Further, before the high concentration impurity region 7 is formed in the Al 2 O 3 15, the high concentration impurity region 7 may be formed after the thin film 15 in the high concentration impurity region is removed by etching. Al 2 O 3 15 below the source / drain electrode region may be removed after forming the electrode, and further, a part of the electron supply layer 3 or even the interface with the channel layer 2 may be removed under the source / drain electrode region. 4a and 4b may be formed.

ここでは、高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4b形成後に、薄膜15の形成が完了した時点(図30)からの工程について説明する。   Here, the process from the time (FIG. 30) when the formation of the thin film 15 is completed after the high concentration impurity region 7 and the source / drain electrodes 4a and 4b are formed will be described.

ゲート電極形成領域11とゲート電極端近傍(長さLi2)に開口を持つレジストパターン9kを写真製版で形成する(図31)。 A resist pattern 9k having an opening in the vicinity of the gate electrode formation region 11 and the gate electrode end (length L i2 ) is formed by photolithography (FIG. 31).

エッチングによってレジスト開口部の薄膜15を薄くした後(図32)、レジスト9kを剥離除去し、ゲート電極形成領域11に開口を有するレジストパターン9c2を形成する。   After thinning the thin film 15 at the resist opening by etching (FIG. 32), the resist 9k is peeled off and a resist pattern 9c2 having an opening in the gate electrode formation region 11 is formed.

エッチングによってゲート電極形成領域にある薄膜15を除去し(図33)、続けて、セルフアラインでゲート金属を蒸着しリフトオフにてゲート電極5を形成する(図34)。   The thin film 15 in the gate electrode formation region is removed by etching (FIG. 33). Subsequently, gate metal is deposited by self-alignment, and the gate electrode 5 is formed by lift-off (FIG. 34).

また、図33で薄膜15を除去した後、レジスト9c2を除去し、ゲート電極形成領域11bの開口を持つレジストパターン9c3を形成し(図35)、リフトオフにてゲート電極5を形成することで、ゲート電極5の一部が薄い薄膜15上に配置する構造(フィールドプレート構造)となる。よって、ゲート電極5のドレイン端に集中する電界を緩和でき、耐圧向上が可能な構造が形成できる(図36)。   33, after removing the thin film 15, the resist 9c2 is removed, a resist pattern 9c3 having an opening in the gate electrode formation region 11b is formed (FIG. 35), and the gate electrode 5 is formed by lift-off. A structure in which a part of the gate electrode 5 is disposed on the thin thin film 15 (field plate structure) is formed. Therefore, the electric field concentrated on the drain end of the gate electrode 5 can be relaxed, and a structure capable of improving the breakdown voltage can be formed (FIG. 36).

この実施の形態2では、薄膜15を薄い領域をエッチングによって形成したが、図31のレジストパターン9kで薄膜15をエッチング除去し(図37)、再度全面に薄膜15を薄く形成し、ゲート電極形成領域の薄い薄膜15を除去し、そこにゲート電極5を形成してもよい。   In the second embodiment, the thin film 15 is formed by etching a thin region. However, the thin film 15 is removed by etching with the resist pattern 9k of FIG. 31 (FIG. 37), and the thin film 15 is formed thin again on the entire surface to form a gate electrode. The thin thin film 15 in the region may be removed, and the gate electrode 5 may be formed there.

また、薄膜15をエッチング除去した後に(図37),領域2とゲート形成領域以外にレジストパターンを形成し,この領域にのみ薄膜15を薄く形成し、レジスト除去後再度ゲート電極形成領域以外にレジストパターンを形成してエッチングにてゲート電極形成領の薄い薄膜15を除去した後、ゲート電極5を形成してもよい。   Further, after the thin film 15 is removed by etching (FIG. 37), a resist pattern is formed in areas other than the region 2 and the gate formation region, and the thin film 15 is thinly formed only in this region. The gate electrode 5 may be formed after forming the pattern and removing the thin film 15 where the gate electrode formation region is thin by etching.

また図31の、レジストパターン9kで薄膜15をエッチング除去した後に、新たなレジストパターン9c2を用いたリフトオフにてゲート電極5を形成後(図38)、薄膜15を全面に薄く形成してもよい(図39)。この場合、各電極との導通を取るために、ソース・ドレイン電極4a、4bおよびゲート電極5上に薄膜15が存在する場合この薄膜15の全てあるいは各電極の一部分の薄膜15をエッチング除去する必要がある。   Further, after the thin film 15 is removed by etching with the resist pattern 9k in FIG. 31, the gate electrode 5 is formed by lift-off using a new resist pattern 9c2 (FIG. 38), and the thin film 15 may be formed thin on the entire surface. (FIG. 39). In this case, when the thin film 15 exists on the source / drain electrodes 4a, 4b and the gate electrode 5 in order to establish conduction with each electrode, it is necessary to etch away all of the thin film 15 or a part of each electrode. There is.

ここで、ゲート電極端の薄い薄膜15の長さLAl2O3(Li2)は、ゲート−ドレイン間距離Lgdの1/2以下にすることが望ましい。さらに、LAl2O3はできるだけ短い方が、オン抵抗を低減でき好ましい。しかし、LAl2O3=0とすると電界の集中するドレイン側のゲート電極端下の二次元電子ガス濃度が高くなるため、耐圧が低下してしまう。そのため、薄膜15の厚さは少なくともドレイン側のゲート電極端で薄くする必要がある。また、ゲート幅方向の長さとしては実施の形態1の場合と同じように、素子上面図の図27に示したように、素子活性化領域12と同じ(図27(a))か、それ以上となる素子分離領域13に渡っても良い(図27(b))。 Here, it is desirable that the length L Al2O3 (L i2 ) of the thin thin film 15 at the end of the gate electrode is ½ or less of the gate-drain distance L gd . Furthermore, it is preferable that L Al2O3 is as short as possible because the on-resistance can be reduced. However, if L Al2O3 = 0, the two-dimensional electron gas concentration under the gate electrode end on the drain side where the electric field is concentrated increases, and the breakdown voltage decreases. For this reason, it is necessary to reduce the thickness of the thin film 15 at least at the gate electrode end on the drain side. The length in the gate width direction is the same as that of the element activation region 12 (FIG. 27A) as shown in FIG. It may be over the element isolation region 13 as described above (FIG. 27B).

<B−3.効果>
この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、基板1上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層2と、チャネル層2上に形成されたチャネル層2よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層3と、電子供給層3上に選択的に形成されたゲート電極5と、電子供給層3上において、ゲート電極5を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極4a,4bと、ソース電極4a、ドレイン電極4b間において、電子供給層3上に形成され、チャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第3薄膜である薄膜15とを備え、薄膜15は、ゲート電極5のドレイン電極側においてゲート電極5のドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なることで、第1領域と第2領域における薄膜15の膜厚の違いにより作用の違いが生じ、ゲート電極5近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極5近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。
<B-3. Effect>
According to the second embodiment of the present invention, a semiconductor device is a heterojunction nitride semiconductor device, which is formed on a channel layer 2 made of a nitride semiconductor formed on a substrate 1 and on the channel layer 2. An electron supply layer 3 made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the formed channel layer 2, a gate electrode 5 selectively formed on the electron supply layer 3, and a gate electrode on the electron supply layer 3 5 is formed on the electron supply layer 3 between the source and drain electrodes 4a and 4b, and the source electrode 4a and drain electrode 4b, which are spaced apart from each other, and is formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3. A thin film 15 which is a third thin film acting on the two-dimensional electron gas concentration. The thin film 15 excludes the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the drain electrode side of the gate electrode 5. The film thickness of the thin film 15 in the first area and the second area is different from the film thickness formed in the first area and the film thickness formed in the second area near the drain electrode side end of the gate electrode 5. The difference in the action causes a difference in action, and since the two-dimensional electron gas concentration in the area other than the vicinity of the gate electrode 5 (especially the first area on the drain electrode side) is high, the on-resistance can be reduced and the current collapse can be reduced. Since the two-dimensional electron gas concentration in the (second region) is low, the breakdown voltage can be maintained.

また、この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜15は、第1領域、第2領域にそれぞれ対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用し、第1領域に対応する当該濃度よりも第2領域に対応する当該濃度を低くすることで、ゲート電極5のドレイン端における電界の集中を回避しつつ、その他の領域においては二次元電子ガス濃度を第2領域における濃度よりも高く設定でき、電流コラプスの低減と、耐圧の維持を実現できる。   According to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 15 as the third thin film is formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 corresponding to the first region and the second region, respectively. The concentration corresponding to the second region is lower than the concentration corresponding to the first region, thereby avoiding the concentration of the electric field at the drain end of the gate electrode 5, and the like. In this region, the two-dimensional electron gas concentration can be set higher than the concentration in the second region, and the current collapse can be reduced and the breakdown voltage can be maintained.

また、この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜15は、電子供給層3よりバンドギャップエネルギーが大きい薄膜であることで、薄膜15の膜厚を厚くすれば、対応する領域における二次元電子ガス濃度を増加させることができ、ドレイン電流の増加によりオン抵抗を減少させ、電流コラプスを低減できる。   According to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 15 as the third thin film is a thin film having a band gap energy larger than that of the electron supply layer 3, so that the thickness of the thin film 15 is increased. In this case, the two-dimensional electron gas concentration in the corresponding region can be increased, the on-resistance can be reduced by increasing the drain current, and the current collapse can be reduced.

また、この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜15は、第2領域に形成された膜厚より、第1領域に形成された膜厚が厚いことで、薄膜15として形成したAl23により二次元電子ガス濃度は増加し、またその膜厚を厚くすることで二次元電子濃度はさらに増加する。よって、ドレイン電流が増加し、オン抵抗が減少する。また、ゲート電極5のドレイン端に集中する電界を緩和でき、耐圧向上が可能な構造が形成できる。 Further, according to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 15 that is the third thin film has a film thickness formed in the first region larger than that formed in the second region. Thus, the two-dimensional electron gas concentration is increased by Al 2 O 3 formed as the thin film 15, and the two-dimensional electron concentration is further increased by increasing the film thickness. Therefore, the drain current increases and the on-resistance decreases. Further, an electric field concentrated on the drain end of the gate electrode 5 can be relaxed, and a structure capable of improving the breakdown voltage can be formed.

また、この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜15は、Alを含む窒化物、酸化物、あるいは酸窒化物、またはGa、Ti、V、Nb、Zr、Hf、Taのいずれかの酸化物の薄膜であることで、その膜厚の違いによって対応する領域の二次元電子ガス濃度の増加分を調整でき、電流コラプスの低減、かつ、耐圧の維持を実現できる。   According to the second embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 15 as the third thin film is made of nitride, oxide, or oxynitride containing Al, or Ga, Ti, V, Nb, Because it is a thin film of one of the oxides of Zr, Hf, and Ta, the increase in the two-dimensional electron gas concentration in the corresponding region can be adjusted according to the difference in film thickness, reducing current collapse and maintaining the breakdown voltage Can be realized.

また、この発明にかかる実施の形態2によれば、半導体装置の製造方法において、ヘテロ接合型の窒化物半導体装置の製造方法であって、(a)基板1上に窒化物半導体からなるチャネル層2を形成する工程と、(b)チャネル層2上にチャネル層2よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層3を形成する工程と、(c)電子供給層3上にゲート電極5を選択的に形成する工程と、(d)電子供給層3上において、ゲート電極5を挟み離間してソース、ドレイン電極4a,4b間を形成する工程と、(e)ソース電極4a、ドレイン電極4b間において、電子供給層3上に、チャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第3薄膜である薄膜15を形成する工程とを備え、前記工程(e)は、ゲート電極5のドレイン電極側においてゲート電極5のドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なる第3薄膜である薄膜15を形成する工程であることで、第1領域と第2領域における薄膜15の膜厚の違いにより作用の違いが生じ、ゲート電極5近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度が高いためオン抵抗を減少させ電流コラプスを低減でき、かつ、ゲート電極5近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度が低いため耐圧を維持することが可能となる。   According to the second embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, a method for manufacturing a heterojunction nitride semiconductor device, comprising: (a) a channel layer made of a nitride semiconductor on a substrate 1; 2, (b) forming an electron supply layer 3 made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer 2 on the channel layer 2, and (c) a gate on the electron supply layer 3. A step of selectively forming the electrode 5; (d) a step of forming a space between the source and drain electrodes 4a and 4b on the electron supply layer 3 with the gate electrode 5 interposed therebetween; and (e) a source electrode 4a, Forming a thin film 15 that is a third thin film acting on the two-dimensional electron gas concentration formed on the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 on the electron supply layer 3 between the drain electrodes 4b, Process e) shows the film thickness formed in the first region excluding the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode 5 on the drain electrode side of the gate electrode 5 and the second region in the vicinity of the drain electrode side end portion of the gate electrode 5. In the step of forming the thin film 15 which is the third thin film having a different thickness from the formed film thickness, a difference in action occurs due to a difference in the film thickness of the thin film 15 in the first region and the second region. Since the two-dimensional electron gas concentration in the other regions (especially the drain electrode side in the first region) is high, the on-resistance can be reduced to reduce current collapse, and the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode 5 (second region) is low. Therefore, the withstand voltage can be maintained.

<C.実施の形態3>
<C−1.構成>
本実施の形態3では、実施の形態2で説明したように1種類の薄膜によって二次元電子ガス濃度を調整する構造となっており、その薄膜が窒化物半導体中でドナーとなる元素を含む薄膜からなる場合について説明する。尚、各層の形成(図3)までのプロセスは実施の形態1、2と共通であるためその部分の説明は省略する。
<C. Embodiment 3>
<C-1. Configuration>
In the third embodiment, as described in the second embodiment, the two-dimensional electron gas concentration is adjusted by one type of thin film, and the thin film includes an element that serves as a donor in the nitride semiconductor. The case where consists of will be described. Since the processes up to the formation of each layer (FIG. 3) are the same as those in the first and second embodiments, the description thereof is omitted.

図40は、電子供給層3の表面を覆う第3薄膜としての薄膜16がSi、C、Ge、Sn、Pb、S、Se、Teの少なくとも一つを含む窒化物あるいは酸化物あるいは、酸窒化物よりなり、ゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍の電子供給層3表面を覆うこの薄膜16の膜厚が、それ以外の電子供給層3表面を覆うこの薄膜16の膜厚より薄い構造になる場合の縦断面図である。実施の形態2では、薄膜が例えばAl23を用いた構造で説明した。ここでは、窒化物半導体中でドナーとなる例えばSiより成るSiNの場合について説明する。これ以降の工程について説明する。 FIG. 40 shows that the thin film 16 as the third thin film covering the surface of the electron supply layer 3 is a nitride or oxide containing at least one of Si, C, Ge, Sn, Pb, S, Se and Te, or oxynitriding The thin film 16 covering the surface of the electron supply layer 3 near the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode is thinner than the thin film 16 covering the other surface of the electron supply layer 3. It is a longitudinal cross-sectional view in the case of becoming. In the second embodiment, the thin film is described as having a structure using, for example, Al 2 O 3 . Here, the case of SiN made of, for example, Si serving as a donor in a nitride semiconductor will be described. The subsequent steps will be described.

<C−2.製造工程>
電子供給層3の表面に窒化物半導体中でドナーとなる元素を含む薄膜例えばSiNである薄膜16を形成するとSiN中のSiによって二次元電子ガス濃度は増加する。その膜厚を厚くすることで電子供給層3と薄膜16間の歪が大きくなりピエゾ効果が増加し二次元電子濃度はさらに増加する。従来均一な膜厚で電子供給層3の表面を覆っていた場合に比べて、ゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍以外の電子供給層表面を覆うSiNの膜厚が、ゲート電極端近傍の電子供給層表面を覆うSiNの膜厚より厚い構造にすることで、ゲート−ドレイン電極間の二次元電ガス濃度が増加し、オン抵抗が低減できる。この製造方法を図41〜図51で縦断面図を用いて、本実施の形態3に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。
<C-2. Manufacturing process>
When a thin film including an element serving as a donor in the nitride semiconductor, for example, a thin film 16 made of SiN is formed on the surface of the electron supply layer 3, the two-dimensional electron gas concentration is increased by Si in SiN. By increasing the film thickness, the strain between the electron supply layer 3 and the thin film 16 increases, the piezo effect increases, and the two-dimensional electron concentration further increases. Compared to the case where the surface of the electron supply layer 3 is conventionally covered with a uniform film thickness, the film thickness of SiN covering the surface of the electron supply layer other than the vicinity of the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode is near the gate electrode end. By making the structure thicker than the thickness of SiN covering the surface of the electron supply layer, the two-dimensional gas concentration between the gate and drain electrodes increases, and the on-resistance can be reduced. The manufacturing method of the nitride semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.

図41は、薄膜16を電子供給層3上に形成したものである。その形成方法としては、例えば、電子ビーム蒸着やCVDやMBEやスパッタ蒸着により堆積する。ここでは、例えばスパッタ蒸着で形成する場合について説明する。ターゲットにはSiやSiNを用い、スパッタガスとしては、窒素、アルゴンを用いる。実施の形態1や2で説明したと同様の工程で、高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4bを形成してもよく、薄膜16を電子供給層3上に形成する前に高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4bし、その後薄膜16を電子供給層3上に形成してもよい。また、SiNである薄膜16に高濃度不純物領域7を形成する前に、この高濃度不純物領域の薄膜16をエッチング除去した後に高濃度不純物領域7を形成してもよい。   FIG. 41 shows the thin film 16 formed on the electron supply layer 3. For example, the deposition is performed by electron beam evaporation, CVD, MBE, or sputtering. Here, the case where it forms by sputtering deposition, for example is demonstrated. Si or SiN is used as the target, and nitrogen or argon is used as the sputtering gas. The high concentration impurity region 7 and the source / drain electrodes 4a and 4b may be formed in the same process as described in the first and second embodiments, and the high concentration before the thin film 16 is formed on the electron supply layer 3. The impurity region 7 and the source / drain electrodes 4 a and 4 b may be formed, and then the thin film 16 may be formed on the electron supply layer 3. Further, before forming the high concentration impurity region 7 in the thin film 16 made of SiN, the high concentration impurity region 7 may be formed after the thin film 16 in the high concentration impurity region is removed by etching.

ここでは、高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4b形成後、薄膜16の形成が完了した時点(図42)からの工程について説明する。   Here, the process from the time (FIG. 42) when the formation of the thin film 16 is completed after the high concentration impurity region 7 and the source / drain electrodes 4a and 4b are formed will be described.

ゲート電極形成領域11とゲート電極端近傍(長さLi2)に開口を持つレジストパターン9mを写真製版で形成する(図43)。エッチングによって薄膜16を薄くした後(図44)、レジスト9mを剥離除去しゲート形成領域11に開口を有するレジストパターン9c3を形成する。 A resist pattern 9m having an opening in the vicinity of the gate electrode formation region 11 and the gate electrode end (length L i2 ) is formed by photolithography (FIG. 43). After thinning the thin film 16 by etching (FIG. 44), the resist 9m is peeled off and a resist pattern 9c3 having an opening in the gate formation region 11 is formed.

エッチングによってゲート電極形成領域にある薄膜16を除去し(図45)、続けて、セルフアラインでゲート電極5を蒸着しリフトオフにて形成する(図46)。   The thin film 16 in the gate electrode formation region is removed by etching (FIG. 45), and then the gate electrode 5 is deposited by self-alignment and formed by lift-off (FIG. 46).

また、図43で薄膜16を薄くした後、レジストパターン9mを除去し、ゲート電極形成領域11bと領域2の薄膜16上の一部とに開口を持つレジストパターン9c3を形成し(図47)、リフトオフにてゲート電極5を形成することで、ゲート電極5の一部が薄い薄膜16上に配置する構造(フィールドプレート構造)となるため、ゲート電極5のドレイン端に集中する電界を緩和でき、耐圧向上が可能な構造が形成できる(図48)。   43, after thinning the thin film 16, the resist pattern 9m is removed, and a resist pattern 9c3 having openings in the gate electrode formation region 11b and a part of the region 2 on the thin film 16 is formed (FIG. 47). By forming the gate electrode 5 by lift-off, a part of the gate electrode 5 is arranged on the thin thin film 16 (field plate structure), so that the electric field concentrated on the drain end of the gate electrode 5 can be relaxed, A structure capable of improving the breakdown voltage can be formed (FIG. 48).

この実施の形態3では、薄膜16を薄い領域をエッチングによって形成したが、図43のレジストパターン9mで薄膜16をエッチング除去し(図49)、再度全面に薄膜16を薄く形成し、ゲート電極形成領域の薄い薄膜16を除去し、そこにゲート電極5を形成してもよい。   In the third embodiment, the thin film 16 is formed by etching a thin region. However, the thin film 16 is removed by etching with the resist pattern 9m of FIG. 43 (FIG. 49), and the thin film 16 is formed again on the entire surface to form a gate electrode. The thin film 16 in the region may be removed, and the gate electrode 5 may be formed there.

また、薄膜16をエッチング除去した(図49)領域のみに薄膜16を薄く形成し、ゲート電極形成領域以外にレジストパターンを形成してエッチングにて薄い薄膜16を除去した後、ゲート電極5を形成してもよい。   Further, the thin film 16 is thinly formed only in the region where the thin film 16 is removed by etching (FIG. 49), a resist pattern is formed outside the gate electrode formation region, and the thin thin film 16 is removed by etching, and then the gate electrode 5 is formed. May be.

また図49の、レジストパターン9mで薄膜16をエッチング除去した後に、リフトオフにてゲート電極5を形成後(図50)、薄膜16を全面に薄く形成してもよい(図51)。   Further, after the thin film 16 is removed by etching with the resist pattern 9m in FIG. 49, the gate electrode 5 is formed by lift-off (FIG. 50), and then the thin film 16 may be thinly formed on the entire surface (FIG. 51).

この場合、各電極との導通を取るためにソース・ドレイン電極4a、4bおよびゲート電極5上の薄膜16の全てあるいは各電極の一部分の薄膜16をエッチング除去する必要がある。   In this case, all of the thin film 16 on the source / drain electrodes 4a and 4b and the gate electrode 5 or a part of the thin film 16 of each electrode needs to be etched away in order to establish conduction with each electrode.

ここで、ゲート電極端の薄い薄膜16の長さLSiN(Li2)は、ゲート−ドレイン間距離Lgdの1/2以下にすることが望ましい。さらに、LSiNはできるだけ短い方が、オン抵抗を低減でき好ましい。しかし、LSiN=0とすると電界の集中するドレイン側のゲート電極端下の二次元電子ガス濃度が高くなるため、耐圧が低下してしまう。そのため、薄膜16の厚さは少なくともドレイン側のゲート電極端で薄くする必要がある。また、ゲート幅方向の長さとしては実施の形態1の場合と同じように素子上面図の図27に示したように、素子活性化領域12と同じ(図27(a))か、それ以上となる素子分離領域13に渡っても良い(図27(b))。 Here, the length L SiN (L i2 ) of the thin thin film 16 at the end of the gate electrode is desirably set to ½ or less of the gate-drain distance L gd . Further, it is preferable that L SiN be as short as possible because the on-resistance can be reduced. However, if L SiN = 0, the two-dimensional electron gas concentration under the gate electrode end on the drain side where the electric field concentrates increases, and the breakdown voltage decreases. For this reason, it is necessary to reduce the thickness of the thin film 16 at least at the gate electrode end on the drain side. Further, the length in the gate width direction is the same as that of the element activation region 12 as shown in FIG. 27 of the element top view as in the case of the first embodiment (FIG. 27A) or more. May be passed over the element isolation region 13 (FIG. 27B).

<C−3.効果>
この発明にかかる実施の形態3によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜16は、Si、C、Ge、Sn、Pb、S、Se、Teのいずれかを含む窒化物、酸化物、あるいは酸窒化物の薄膜であることで、窒化物半導体中でドナーとなる元素を含むのでそのドナーによって対応する領域の二次元電子ガス濃度を増加させ、オン抵抗を低減させ、電流コラプスを低減できる。また、第1領域と第2領域における膜厚を変えることにより、第2領域における二次元電子ガス濃度を第1領域におけるそれより低くすることができ、耐圧を維持することが可能である。
<C-3. Effect>
According to the third embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 16 that is the third thin film is a nitride or oxide containing any of Si, C, Ge, Sn, Pb, S, Se, and Te. Or, because it is an oxynitride thin film, it contains an element that becomes a donor in a nitride semiconductor, so that the donor increases the two-dimensional electron gas concentration in the corresponding region, reduces the on-resistance, and reduces the current collapse. it can. Further, by changing the film thickness in the first region and the second region, the two-dimensional electron gas concentration in the second region can be made lower than that in the first region, and the breakdown voltage can be maintained.

<D.実施の形態4>
<D−1.構成>
実施の形態1〜3では、薄膜の種類、配置、膜厚によって二次元電子ガス濃度を調整する構造を説明したが、本実施の形態では、薄膜形成前の電子供給層表面に対する表面処理としてプラズマ照射することで、二次元電子ガス濃度の調整をさらに高める場合について説明する。
<D. Embodiment 4>
<D-1. Configuration>
In the first to third embodiments, the structure in which the two-dimensional electron gas concentration is adjusted according to the type, arrangement, and film thickness of the thin film has been described. In this embodiment, plasma is used as the surface treatment for the surface of the electron supply layer before the thin film is formed. The case where the adjustment of the two-dimensional electron gas concentration is further increased by irradiation will be described.

窒化物半導体よりなる電子供給層の表面は、窒素の空孔や残留酸素あるいは酸素、結晶成長時の炭素や水素等の影響で表面トラップ等の表面準位が形成され、電流コラプスやゲートリーク電流の増加の原因となる。この電子供給層の表面を窒素やアンモニア等の窒素を含んだプラズマで照射することで、窒素空孔を補償することが可能となり、電流コラプスが抑制できる。また、1荷のマイナスイオンとなるフッ素や塩素等のプラズマで照射することで表面準位を補償することが可能となり、電流コラプスが抑制できる。また、酸素プラズマの照射により二次元電子ガス濃度を減少させることが可能となり、電流コラプスが抑制できる。これらのプラズマ処理は、電子供給層の表面全域に渡って行うのが好ましいが、少なくともゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍の電子供給層の表面に行うことで電流コラプスは抑制できる。   The surface of the electron supply layer made of a nitride semiconductor has surface traps and other surface levels due to the influence of nitrogen vacancies, residual oxygen or oxygen, and carbon and hydrogen during crystal growth. Cause an increase in. By irradiating the surface of this electron supply layer with plasma containing nitrogen such as nitrogen or ammonia, it becomes possible to compensate for nitrogen vacancies and suppress current collapse. Moreover, it becomes possible to compensate the surface level by irradiating with a plasma such as fluorine or chlorine which becomes a single negative ion, and current collapse can be suppressed. In addition, the two-dimensional electron gas concentration can be reduced by irradiation with oxygen plasma, and current collapse can be suppressed. These plasma treatments are preferably performed over the entire surface of the electron supply layer, but current collapse can be suppressed by performing at least the surface of the electron supply layer near the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode.

一方、ゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍(第2領域)の二次元電子ガス濃度を増加させると、耐圧低下の原因となるため、ゲート電極端近傍以外の領域(特にドレイン電極側を第1領域)の二次元電子ガス濃度を増加させることでシート抵抗を減少させ、オン抵抗を減少することが可能となる。そこで、ゲート電極端近傍以外の電子供給層の表面を、アルゴン、珪素の少なくとも一つのプラズマ照射を行うことで、アルゴンの場合、電子供給層表面の窒素空孔が増加しこの窒素空孔がドナーとして働くため二次元電子ガス濃度は増加する。珪素は、窒化物半導体よりなる電子供給層のドナーとして働くため二次元電子ガス濃度を増加でき、オン抵抗を減少することが可能となる。   On the other hand, increasing the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode end (second region) on the drain electrode side of the gate electrode causes a decrease in breakdown voltage. By increasing the two-dimensional electron gas concentration in the first region), the sheet resistance can be reduced and the on-resistance can be reduced. Therefore, by irradiating the surface of the electron supply layer other than the vicinity of the gate electrode end with at least one plasma of argon and silicon, in the case of argon, nitrogen vacancies on the surface of the electron supply layer increase, and these nitrogen vacancies become donors. As a result, the two-dimensional electron gas concentration increases. Since silicon serves as a donor for an electron supply layer made of a nitride semiconductor, the two-dimensional electron gas concentration can be increased and the on-resistance can be decreased.

<D−2.製造工程>
次に、薄膜形成前の前処理工程を図52〜図56で縦断面図を用いて、本実施の形態4に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。尚、各層の形成プロセスは実施の形態1〜3と共通であるため、説明を省略する。
<D-2. Manufacturing process>
Next, a pretreatment process before forming a thin film will be described with reference to FIGS. 52 to 56, using a longitudinal sectional view, for describing a method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the fourth embodiment. In addition, since the formation process of each layer is common with Embodiment 1-3, description is abbreviate | omitted.

図52は、例えば電子供給層3の表面に薄膜を覆う前の工程で、ここでは高濃度不純物領域7の形成、ソース・ドレイン電極4a、4bの形成、ゲート電極5の形成後を示している。   FIG. 52 shows, for example, a process before covering the surface of the electron supply layer 3 with a thin film, here, after the formation of the high concentration impurity region 7, the formation of the source / drain electrodes 4a and 4b, and the formation of the gate electrode 5. .

ゲート電極端近傍(長さLi2)に開口を持つレジストパターン9nを写真製版で形成する(図53)。そして第2領域に対し、第2表面処理としての、窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素、の少なくとも一つのプラズマ照射を行う。 A resist pattern 9n having an opening in the vicinity of the gate electrode end (length L i2 ) is formed by photolithography (FIG. 53). Then, at least one plasma irradiation of nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia, and oxygen as the second surface treatment is performed on the second region.

続けて、実施の形態1〜3で説明した薄膜を堆積させる。ここでは、Al23である薄膜15をスパッタにて堆積する場合について説明する。プラズマの照射後、薄膜15をスパッタにて堆積し、リフトオフにてゲート電極端近傍(第2領域)に薄膜15が形成される(図54)。 Subsequently, the thin film described in the first to third embodiments is deposited. Here, a case where the thin film 15 of Al 2 O 3 is deposited by sputtering will be described. After the plasma irradiation, the thin film 15 is deposited by sputtering, and the thin film 15 is formed near the end of the gate electrode (second region) by lift-off (FIG. 54).

図55は、各電極と薄膜をレジストパターン9pで覆ったものである。ここで、第1領域を含む領域に、第1表面処理としてアルゴン、珪素の少なくとも一つのプラズマ照射を行い、続けてAl23である薄膜15をスパッタにて堆積しリフトオフにて形成する(図56)。この際先の薄膜15膜の膜厚よりも厚くすることは実施の形態2で述べた通りである。 FIG. 55 shows each electrode and thin film covered with a resist pattern 9p. Here, at least one of argon and silicon plasma irradiation is performed as a first surface treatment on a region including the first region, and subsequently, a thin film 15 of Al 2 O 3 is deposited by sputtering and formed by lift-off ( FIG. 56). At this time, the thickness of the thin film 15 is larger than that of the thin film 15 as described in the second embodiment.

なお、第1領域に対する第1表面処理としてのアルゴン、珪素の少なくとも一つのプラズマ照射、および第2領域に対する第2表面処理としての窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素、の少なくとも一つのプラズマ照射は、いずれか一方を行ってもよい。   Note that at least one plasma irradiation of argon and silicon as the first surface treatment for the first region and at least one plasma irradiation of nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia and oxygen as the second surface treatment for the second region are as follows: , Either one may be performed.

なお、スパッタ装置にて窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素ガスが導入可能であればこれらのプラズマ照射が可能となり、プラズマ照射工程と薄膜堆積工程間に大気に触れることなくすなわち表面汚染されずに、薄膜堆積が可能となりその効果も大となる。電子供給層の表面をプラズマで照射することで電流コラプスを抑え、オン抵抗を低減でき、薄膜の種類、配置、膜厚によって二次元電子ガス濃度を調整する構造を採ることで更に電流コラプスを抑えオン抵抗を低減が可能となる。   If nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia, or oxygen gas can be introduced by a sputtering device, these plasma irradiations can be performed, and the surface is not contaminated without being exposed to the atmosphere between the plasma irradiation process and the thin film deposition process. Thin film deposition becomes possible, and the effect becomes great. By irradiating the surface of the electron supply layer with plasma, current collapse can be suppressed, ON resistance can be reduced, and current collapse can be further suppressed by adopting a structure that adjusts the two-dimensional electron gas concentration according to the type, arrangement, and film thickness of the thin film. The on-resistance can be reduced.

なお、本実施の形態4では第3薄膜としての薄膜15を形成しているが、実施の形態1に示した2種類の薄膜(薄膜6,8)を用いた場合であっても、本実施の形態4に示した第1、第2表面処理を行い、同様の効果を得ることができる。   In the fourth embodiment, the thin film 15 is formed as the third thin film. However, even if the two types of thin films (thin films 6 and 8) shown in the first embodiment are used, the present embodiment is implemented. The same effects can be obtained by performing the first and second surface treatments shown in the fourth embodiment.

また、後述する薄膜14を用いた場合でも、第1、第2表面処理を行い同様の効果を得ることができる。   Even when the thin film 14 described later is used, the same effect can be obtained by performing the first and second surface treatments.

<D−3.効果>
この発明にかかる実施の形態4によれば、半導体装置において、電子供給層3は、第1領域に第1表面処理としてのプラズマ処理、第2領域に第2表面処理としてのプラズマ処理、の少なくともいずれかの表面処理が行われた表面を有することで、窒素空孔を補償し、表面準位を補償することで電流コラプスを抑制し、また、二次元電子ガス濃度を減少させることができる。
<D-3. Effect>
According to the fourth embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the electron supply layer 3 includes at least a plasma treatment as a first surface treatment in the first region and a plasma treatment as a second surface treatment in the second region. By having a surface on which any surface treatment is performed, it is possible to compensate for nitrogen vacancies, to suppress surface collapse by compensating for surface states, and to reduce the two-dimensional electron gas concentration.

また、この発明にかかる実施の形態4によれば、半導体装置において、第1領域における第1表面処理は、アルゴン、珪素の少なくとも1つのプラズマによる処理であり、第2領域における第2表面処理は、窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素の少なくとも1つのプラズマによる処理であることで、第1表面処理により、窒素空孔が増加し、その窒素空孔がドナーをして働くため二次元電子ガス濃度が増加し、第2表面処理により、窒素空孔、表面準位を補償し電流コラプスを低減し、二次元電子ガス濃度を減少させることができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the first surface treatment in the first region is treatment with at least one plasma of argon and silicon, and the second surface treatment in the second region is , Nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia, oxygen, and so on. As a result of the first surface treatment, nitrogen vacancies are increased by the first surface treatment, and the nitrogen vacancies act as donors. The concentration increases, and the second surface treatment can compensate for nitrogen vacancies and surface states, reduce current collapse, and reduce the two-dimensional electron gas concentration.

また、この発明にかかる実施の形態4によれば、半導体装置の製造方法において、(e)電子供給層3上において、ゲート電極5のドレイン電極側においてゲート電極5のドレイン電極側端部近傍を除く第1領域において、当該第1領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第1薄膜である実施の形態1における薄膜8を形成する工程は、電子供給層3表面において、第1領域に第1表面処理を行い、第1薄膜である実施の形態1における薄膜8を形成する工程であることで、窒素空孔が増加し、その窒素空孔がドナーをして働くため二次元電子ガス濃度が増加させることができ、オン抵抗を低減できる。   According to the fourth embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, (e) on the electron supply layer 3, the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode 5 is formed on the drain electrode side of the gate electrode 5. The step of forming the thin film 8 according to the first embodiment, which is the first thin film acting on the two-dimensional electron gas concentration formed at the interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 3 corresponding to the first region, except for the first region Is a step of performing a first surface treatment on the first region on the surface of the electron supply layer 3 to form the thin film 8 according to the first embodiment, which is a first thin film. Since the vacancies act as donors, the two-dimensional electron gas concentration can be increased and the on-resistance can be reduced.

また、この発明にかかる実施の形態4によれば、半導体装置の製造方法において、(f)電子供給層3上において、ゲート電極5のドレイン電極側端部近傍の第2領域において、当該第2領域に対応するチャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用し、当該濃度を第1領域に対応するそれよりも低くする第2薄膜である実施の形態1における薄膜6を形成する工程は、電子供給層3表面において、第2領域に第2表面処理を行い、第2薄膜である実施の形態1における薄膜6を形成する工程であることで、窒素空孔を補償し、表面準位を補償することで電流コラプスを抑制し、また、二次元電子ガス濃度を減少させることができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, (f) the second region in the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode 5 on the electron supply layer 3 In the first embodiment, the second thin film acts on the concentration of the two-dimensional electron gas formed at the interface between the channel layer 2 corresponding to the region and the electron supply layer 3 and lowers the concentration below that corresponding to the first region. The step of forming the thin film 6 is a step of performing the second surface treatment on the second region on the surface of the electron supply layer 3 to form the thin film 6 in the first embodiment which is the second thin film. By compensating for the above, the current collapse can be suppressed by compensating the surface level, and the two-dimensional electron gas concentration can be reduced.

また、この発明にかかる実施の形態4によれば、半導体装置の製造方法において、(e)ソース電極4a、ドレイン電極4b間において、電子供給層3上において、チャネル層2、電子供給層3界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する第3薄膜である薄膜15を形成する工程は、電子供給層3表面において、第1領域に第1表面処理、第2領域に第2表面処理、の少なくともいずれかの表面処理を行い、第3薄膜である薄膜15を形成する工程であることで、第1表面処理によって窒素空孔が増加し、その窒素空孔がドナーをして働くため二次元電子ガス濃度が増加し窒素空孔を補償し、第2表面処理によって表面準位を補償することで電流コラプスを抑制し、また、二次元電子ガス濃度を減少させることができる。   According to the fourth embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device, (e) the channel layer 2 and the electron supply layer 3 interface on the electron supply layer 3 between the source electrode 4a and the drain electrode 4b. The step of forming the thin film 15 which is the third thin film acting on the two-dimensional electron gas concentration formed on the surface of the electron supply layer 3 includes the first surface treatment in the first region, the second surface treatment in the second region, In the process of forming the thin film 15 as the third thin film by performing at least one of the surface treatments described above, nitrogen vacancies are increased by the first surface treatment, and the nitrogen vacancies act as donors. The dimensional electron gas concentration is increased to compensate for nitrogen vacancies, and the current state is suppressed by compensating the surface level by the second surface treatment, and the two-dimensional electron gas concentration can be reduced.

<E.実施の形態5>
<E−1.構成>
実施の形態4では、薄膜形成前の電子供給層表面にプラズマ照射を行うことで、電流コラプスを抑えオン抵抗をさらに低減できる場合について説明したが、本実施の形態5では、薄膜形成前の電子供給層3表面に対する表面処理としてイオン注入を行うことで、二次元電子ガス濃度の調整をさらに高める場合について説明する。
<E. Embodiment 5>
<E-1. Configuration>
In the fourth embodiment, the case where the current collapse can be suppressed and the on-resistance can be further reduced by performing plasma irradiation on the surface of the electron supply layer before the thin film formation is described. In the fifth embodiment, the electrons before the thin film formation are described. The case where the adjustment of the two-dimensional electron gas concentration is further increased by performing ion implantation as the surface treatment for the surface of the supply layer 3 will be described.

オン抵抗を低減するには二次元電子ガス濃度を増加させるのが一つの方法であるが、ゲート電極端近傍以外の電子供給層表面(特にドレイン電極側を第1領域)に対し、第1表面処理として窒化物半導体でドナーとして働くSi、C、O、Ge、Sn、Pbの少なくとも一つのイオンを注入し、活性化熱処理を行うことで二次元電子ガス濃度は増加でき、オン抵抗を減少することが可能となる。   One method is to increase the two-dimensional electron gas concentration in order to reduce the on-resistance, but the first surface with respect to the surface of the electron supply layer other than the vicinity of the gate electrode end (especially the drain electrode side is the first region). As the treatment, at least one ion of Si, C, O, Ge, Sn, and Pb that acts as a donor in the nitride semiconductor is implanted, and an activation heat treatment is performed, whereby the two-dimensional electron gas concentration can be increased and the on-resistance is reduced. It becomes possible.

<E−2.製造工程>
次に、薄膜形成前の処理工程を図57〜図63で縦断面図を用いて、本実施の形態5に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。尚、各層の形成プロセスは実施の形態1〜3と共通であるため説明を省略する。
<E-2. Manufacturing process>
Next, a manufacturing process of the nitride semiconductor device according to the fifth embodiment will be described using FIG. 57 to FIG. In addition, since the formation process of each layer is common with Embodiment 1-3, description is abbreviate | omitted.

図57は、例えば電子供給層3の表面に薄膜を覆う前の工程で、ここでは高濃度不純物領域7の形成、ソース・ドレイン電極4a、4bの形成、ゲート電極5の形成後を示している。   FIG. 57 shows, for example, a process before covering the surface of the electron supply layer 3 with a thin film, here, after the formation of the high concentration impurity region 7, the formation of the source / drain electrodes 4a and 4b, and the formation of the gate electrode 5. .

ゲート電極端近傍(長さLi2)に開口を持つレジストパターン9nを写真製版で形成する(図58)。 A resist pattern 9n having an opening in the vicinity of the gate electrode end (length L i2 ) is formed by photolithography (FIG. 58).

実施の形態1〜3で説明した薄膜を堆積させる。ここでは、Al23である薄膜15をスパッタにて堆積する場合について説明する。薄膜15をスパッタにて堆積し、リフトオフにてゲート電極端近傍に薄膜15が形成される(図59)。ここで、薄膜15の堆積前に窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素、の少なくとも一つのプラズマ照射を行うことで効果が大きくなることは実施の形態4で説明したとおりである。 The thin film described in the first to third embodiments is deposited. Here, a case where the thin film 15 of Al 2 O 3 is deposited by sputtering will be described. The thin film 15 is deposited by sputtering, and the thin film 15 is formed near the end of the gate electrode by lift-off (FIG. 59). Here, as described in the fourth embodiment, the effect is enhanced by performing at least one plasma irradiation of nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia, and oxygen before the thin film 15 is deposited.

図60は、イオン注入を行わない領域をレジストパターン9qで覆ったものである。その後、レジストパターン9qで覆わない領域に対し、第1表面処理としてのSi、C、O、Ge、Sn、Pbの少なくとも一つのイオン10bを注入する(図61)。   In FIG. 60, a region where ion implantation is not performed is covered with a resist pattern 9q. Thereafter, at least one ion 10b of Si, C, O, Ge, Sn, and Pb as a first surface treatment is implanted into the region not covered with the resist pattern 9q (FIG. 61).

Al23である薄膜15をスパッタにて堆積しリフトオフにて形成する(図62)。この際先の薄膜15の膜厚よりも厚くすることは実施の形態2で述べた通りである。またさらに、アルゴン、珪素の少なくとも一つのプラズマ照射を行うことで効果が大きくなることは実施の形態4で説明したとおりである。レジスト剥離後熱処理を行い注入したイオンを活性化させる。これにより注入した領域の二次元電子ガス濃度を増加でき、オン抵抗を減少することが可能となる。 A thin film 15 of Al 2 O 3 is deposited by sputtering and formed by lift-off (FIG. 62). At this time, the thickness of the thin film 15 is larger than that of the thin film 15 as described in the second embodiment. Furthermore, as described in Embodiment 4, the effect is enhanced by performing at least one plasma irradiation of argon and silicon. After removing the resist, heat treatment is performed to activate the implanted ions. As a result, the two-dimensional electron gas concentration in the implanted region can be increased, and the on-resistance can be decreased.

ここでは、注入後に注入領域に薄膜を堆積した場合について説明したが、薄膜堆積後に注入、熱処理を行っても良い。図63はAl23である薄膜15を形成した後に、レジストパターン9qを形成したものである。ここで、Si、C、O、Ge、Sn、Pbの少なくとも一つのイオン10bを注入し、レジスト剥離後に活性化熱処理を行っても良い。 Although the case where a thin film is deposited in the implantation region after implantation has been described here, implantation and heat treatment may be performed after deposition of the thin film. FIG. 63 shows a case where a resist pattern 9q is formed after the thin film 15 of Al 2 O 3 is formed. Here, at least one ion 10b of Si, C, O, Ge, Sn, and Pb may be implanted, and activation heat treatment may be performed after the resist is stripped.

なお、本実施の形態5では第3薄膜としての薄膜15を形成しているが、実施の形態1に示した2種類の薄膜(薄膜6,8)を用いた場合であっても、本実施の形態5に示した第1、第2表面処理を行い、同様の効果を得ることができる。   Although the thin film 15 as the third thin film is formed in the fifth embodiment, even if the two types of thin films (thin films 6 and 8) shown in the first embodiment are used, the present embodiment The same effect can be obtained by performing the first and second surface treatments shown in the fifth embodiment.

また、後述する薄膜14を用いた場合でも、第1、第2表面処理を行い同様の効果を得ることができる。またここでは、高濃度不純物層形しソース・ドレインおよびゲート電極の形成後に、イオン注入を含むプラズマによる表面処理および薄膜形成の順で説明したが、所定領域への表面処理および薄膜形成後に高濃度不純物層形成を含んだソース・ドレイン電極の形成およびゲート電極の順にて形成してもよい。   Even when the thin film 14 described later is used, the same effect can be obtained by performing the first and second surface treatments. Here, the high concentration impurity layer is formed, and after the formation of the source / drain and gate electrodes, the surface treatment using plasma including ion implantation and the thin film formation are described in this order. The source / drain electrodes including the impurity layer formation and the gate electrode may be formed in this order.

<E−3.効果>
この発明にかかる実施の形態5によれば、半導体装置において、第1領域における第1表面処理は、Si、C、O、Ge、Sn、Pbの少なくとも1つのイオン10bを注入する処理であることで、さらに活性化熱処理を行うことで、二次元電子ガス濃度を増加でき、オン抵抗を減少することができる。
<E-3. Effect>
According to the fifth embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the first surface treatment in the first region is a treatment for implanting at least one ion 10b of Si, C, O, Ge, Sn, and Pb. By further performing the activation heat treatment, the two-dimensional electron gas concentration can be increased and the on-resistance can be decreased.

<F.実施の形態6>
<F−1.構成>
実施の形態5では、電子供給層3表面にドナーとなりうるイオンを注入、熱処理を行うことで、二次元電子ガス濃度を増加させ、電流コラプスを抑えオン抵抗が低減できる場合について説明したが、本実施の形態6では、薄膜形成前の電子供給層3表面に対する表面処理として溶液で処理することで、二次元電子ガス濃度の調整をさらに高める場合について説明する。
<F. Embodiment 6>
<F-1. Configuration>
In the fifth embodiment, the case where ions that can become donors are implanted into the surface of the electron supply layer 3 and heat treatment is performed to increase the two-dimensional electron gas concentration, suppress current collapse, and reduce the on-resistance. In the sixth embodiment, a case will be described in which the adjustment of the two-dimensional electron gas concentration is further increased by treating with a solution as a surface treatment for the surface of the electron supply layer 3 before forming a thin film.

オン抵抗を低減するには二次元電子ガス濃度を増加させるのが一つの方法であるが、ゲート電極端近傍(第2領域)の電子供給層表面を、第2表面処理としてアンモニウムイオン等の窒素を含んだ溶液処理することで、窒素空孔を補償することが可能となり、電流コラプスが抑制でき、また第2表面処理として1荷のマイナスイオンとなる塩素イオン、水酸化イオン、フッ素イオンを含んだ溶液処理することで、表面準位を補償することが可能となり、電流コラプスが抑制できる。これらの溶液処理は、電子供給層の表面全域に渡って行うのが好ましいが、少なくともゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍の電子供給層の表面に行うことで電流コラプスは抑制できる。   One method is to increase the two-dimensional electron gas concentration to reduce the on-resistance. However, the surface of the electron supply layer near the gate electrode end (second region) is treated with nitrogen such as ammonium ions as the second surface treatment. It is possible to compensate for nitrogen vacancies, and to suppress current collapse, and as a second surface treatment, it contains chlorine ions, hydroxide ions, and fluorine ions, which become one negative ion as a second surface treatment. By performing the solution treatment, it becomes possible to compensate for the surface state and suppress the current collapse. These solution treatments are preferably performed over the entire surface of the electron supply layer, but current collapse can be suppressed by performing at least the surface of the electron supply layer near the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode.

一方、ゲート電極のドレイン電極側のゲート電極端近傍の二次元電子ガス濃度を増加させると、耐圧低下の原因となるため、ゲート電極端近傍以外の領域の二次元電子ガス濃度を増加させることでシート抵抗を減少させ、オン抵抗を減少することが可能となる。そこで、ゲート電極端近傍以外(特にドレイン電極側を第1領域)の電子供給層の表面を、第1表面処理としてシリコンイオンを含む溶液で処理を行うことで、窒化物半導体よりなる電子供給層3のドナーとして働くため二次元電子ガス濃度は増加でき、オン抵抗を減少することが可能となる。   On the other hand, increasing the two-dimensional electron gas concentration in the vicinity of the gate electrode end on the drain electrode side of the gate electrode causes a decrease in breakdown voltage, so increasing the two-dimensional electron gas concentration in the region other than the vicinity of the gate electrode end It becomes possible to reduce the sheet resistance and the on-resistance. Therefore, the surface of the electron supply layer other than the vicinity of the end of the gate electrode (particularly the first region on the drain electrode side) is treated with a solution containing silicon ions as the first surface treatment, whereby an electron supply layer made of a nitride semiconductor. Therefore, the two-dimensional electron gas concentration can be increased and the on-resistance can be decreased.

<F−2.製造工程>
次に、薄膜形成前の前処理工程を図64〜図68で縦断面図を用いて、本実施の形態6に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。尚、各層の形成プロセスは実施の形態1〜3と共通であるため説明を省略する。
<F-2. Manufacturing process>
Next, a pretreatment process before forming a thin film will be described with reference to FIGS. 64 to 68 using a longitudinal sectional view of the method for manufacturing the nitride semiconductor device according to the sixth embodiment. In addition, since the formation process of each layer is common with Embodiment 1-3, description is abbreviate | omitted.

図64は、例えば電子供給層3の表面に薄膜を覆う前の工程で、ここでは高濃度不純物領域7の形成、ソース・ドレイン電極4a、4bの形成、ゲート電極5の形成後を示している。ゲート電極端近傍(長さLi2)に開口を持つレジストパターン9rを写真製版で形成する(図65)。 FIG. 64 shows, for example, a step before covering the surface of the electron supply layer 3 with a thin film. Here, the high concentration impurity region 7 is formed, the source / drain electrodes 4a and 4b are formed, and the gate electrode 5 is formed. . A resist pattern 9r having an opening in the vicinity of the gate electrode end (length L i2 ) is formed by photolithography (FIG. 65).

ここで、第2領域に対し、第2表面処理として塩素イオン、水酸化イオン、フッ素イオン、アンモニウムイオンの少なくとも一つを含む溶液に浸し、レジストパターン9rで覆われていない電子供給層3表面を溶液処理する。   Here, the surface of the electron supply layer 3 that is not covered with the resist pattern 9r is immersed in a solution containing at least one of chlorine ions, hydroxide ions, fluorine ions, and ammonium ions as the second surface treatment for the second region. Solution treatment.

ここでは、一例として水酸化カリウム水溶液を用いた場合について説明する。溶液処理後水洗し、続けて実施の形態1〜3で説明した薄膜を堆積させる。ここでは、Al23である薄膜15をスパッタにて堆積する場合について説明する。 Here, a case where an aqueous potassium hydroxide solution is used will be described as an example. After the solution treatment, the film is washed with water, and then the thin film described in the first to third embodiments is deposited. Here, a case where the thin film 15 of Al 2 O 3 is deposited by sputtering will be described.

リフトオフにてゲート電極端近傍に薄膜15が形成される(図66)。図67は、各電極と薄膜をレジストパターン9qで覆ったものである。レジストパターン9qに覆われない第1領域を含む領域に対し、第1表面処理である、シリコンイオンを含む溶液に浸しレジストパターン9qで覆われていない電子供給層表面を溶液処理する。ここでは、一例としてシクロヘキサン溶液を用いた場合について説明する。   A thin film 15 is formed in the vicinity of the gate electrode end by lift-off (FIG. 66). FIG. 67 shows each electrode and thin film covered with a resist pattern 9q. The region including the first region not covered with the resist pattern 9q is immersed in a solution containing silicon ions, which is the first surface treatment, and the surface of the electron supply layer not covered with the resist pattern 9q is subjected to solution treatment. Here, the case where a cyclohexane solution is used as an example will be described.

溶液処理後水洗し、続けて薄膜15をスパッタにて堆積しリフトオフにて形成する(図68)。この際先の薄膜15の膜厚よりも厚くすることは実施の形態2で述べた通りである。   After the solution treatment, the substrate is washed with water. Subsequently, the thin film 15 is deposited by sputtering and formed by lift-off (FIG. 68). At this time, the thickness of the thin film 15 is larger than that of the thin film 15 as described in the second embodiment.

電子供給層3の表面を溶液処理することで電流コラプスを抑え、オン抵抗を低減でき、薄膜の種類、配置、膜厚によって二次元電子ガス濃度を調整する構造を採ることで更に電流コラプスを抑えオン抵抗を低減が可能となる。さらに、実施の形態5で説明したイオン注入を併用してもよく効果は大きくなる。   Solution processing of the surface of the electron supply layer 3 suppresses current collapse, reduces on-resistance, and further reduces current collapse by adopting a structure that adjusts the two-dimensional electron gas concentration according to the type, arrangement, and film thickness of the thin film. The on-resistance can be reduced. Further, the ion implantation described in the fifth embodiment may be used in combination, and the effect is increased.

なお、本実施の形態6では第3薄膜としての薄膜15を形成しているが、実施の形態1に示した2種類の薄膜(薄膜6,8)を用いた場合であっても、本実施の形態6に示した第1、第2表面処理を行い、同様の効果を得ることができる。   In the sixth embodiment, the thin film 15 as the third thin film is formed. However, even when the two types of thin films (thin films 6 and 8) shown in the first embodiment are used, the present embodiment is implemented. The same effects can be obtained by performing the first and second surface treatments shown in Embodiment 6.

また、後述する薄膜14を用いた場合でも、第1、第2表面処理を行い同様の効果を得ることができる。   Even when the thin film 14 described later is used, the same effect can be obtained by performing the first and second surface treatments.

<F−3.効果>
この発明にかかる実施の形態6によれば、半導体装置において、第1領域における第1表面処理は、シリコンイオンを含む溶液による処理であり、第2領域における第2表面処理は、塩素イオン、水酸化イオン、フッ素イオン、アンモニウムイオンの少なくとも1つを含む溶液による処理であることで、表面準位が補償でき、電流コラプスを低減することができる。
<F-3. Effect>
According to the sixth embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the first surface treatment in the first region is treatment with a solution containing silicon ions, and the second surface treatment in the second region is chlorine ions, water. By treatment with a solution containing at least one of oxide ions, fluorine ions, and ammonium ions, surface states can be compensated for and current collapse can be reduced.

<G.実施の形態7>
<G−1.構成>
実施の形態1〜6では、電子供給層3表面を覆う薄膜が1種類以上で、かつ、そのバンドギャップが電子供給層のそれに比べて大きい場合やこれら薄膜形成前に電子供給層3をプラズマやイオン注入や溶液による処理について説明したが、ここでは、電子供給層3表面を覆う第3薄膜としての薄膜が電子供給層3のバンドギャップに比べて小さいGaNによる場合について説明する。尚、各層の形成(図3)までのプロセスは実施の形態1〜6と共通であるためその部分の説明を省略し、これ以降の工程について説明する。
<G. Embodiment 7>
<G-1. Configuration>
In the first to sixth embodiments, when the thin film covering the surface of the electron supply layer 3 is one or more and the band gap is larger than that of the electron supply layer, or before the thin film is formed, Although the ion implantation and the treatment with the solution have been described, here, the case where the thin film as the third thin film covering the surface of the electron supply layer 3 is made of GaN smaller than the band gap of the electron supply layer 3 will be described. Since the processes up to the formation of each layer (FIG. 3) are the same as those in the first to sixth embodiments, the description thereof will be omitted, and the subsequent steps will be described.

図69は、電子供給層3の表面を覆う薄膜14がGaNによる場合の縦断面図である。電子供給層3上にアンドープのGaNである薄膜14を積層すると、二次元電子ガス濃度はGaNの膜厚を増加すると減少する。そのため、二次元電子ガス濃度を低くしたいゲート電極近傍(第2領域)でのGaN膜厚を厚くし、それ以外の領域(特にドレイン電極側を第1領域)のGaN膜厚を薄くすることで、二次元電ガス濃度の調整が可能となる。   FIG. 69 is a longitudinal sectional view when the thin film 14 covering the surface of the electron supply layer 3 is made of GaN. When a thin film 14 made of undoped GaN is stacked on the electron supply layer 3, the two-dimensional electron gas concentration decreases as the GaN film thickness increases. Therefore, by increasing the GaN film thickness in the vicinity of the gate electrode (second region) where the two-dimensional electron gas concentration is desired to be lowered, and reducing the GaN film thickness in other regions (particularly the first region on the drain electrode side) The two-dimensional electric gas concentration can be adjusted.

なお、図69では、ソース・ドレイン電極下にn型の高濃度不純物領域7を形成した場合の例を示した。また、図69では、ドレイン電極側のゲート電極端近傍に厚いGaNが、それ以外は薄いGaNが形成された例を示したが、ゲート電極5は厚い薄膜14の上にあってもよく(図70(a)〜(c)、図71(a))、ゲート電極5の一部が薄膜14の上にあってもよい(図71(b)、(c))。   FIG. 69 shows an example in which the n-type high concentration impurity region 7 is formed under the source / drain electrodes. FIG. 69 shows an example in which thick GaN is formed in the vicinity of the end of the gate electrode on the drain electrode side, and thin GaN is formed in the other portions, but the gate electrode 5 may be on the thick thin film 14 (FIG. 69). 70 (a) to (c), FIG. 71 (a)), a part of the gate electrode 5 may be on the thin film 14 (FIGS. 71 (b) and (c)).

<G−2.製造工程>
この製造方法を図72〜図79で縦断面図を用いて、本実施の形態7に係る窒化物半導体装置の製造方法について記載する。
<G-2. Manufacturing process>
The manufacturing method of the nitride semiconductor device according to the seventh embodiment will be described with reference to the longitudinal sectional views of FIGS. 72 to 79.

図72は、薄膜14を電子供給層3上に形成したものである。その形成方法としては、例えば、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)又はCVD(Chemical Vapor Deposition:気相成長法)により、電子供給層3の形成の後、続けてエピタキシャル結晶成長を行うのが望ましい。厚さとしては5〜500nmが望ましい。実施の形態1の図4〜8を用いて説明したように、高濃度不純物領域7とソース・ドレイン電極4a、4bを形成する。   FIG. 72 shows the thin film 14 formed on the electron supply layer 3. For example, MBE (Molecular Beam Epitaxy) or CVD (Chemical Vapor Deposition) is followed by epitaxial crystal growth after the formation of the electron supply layer 3. Is desirable. The thickness is preferably 5 to 500 nm. As described with reference to FIGS. 4 to 8 of the first embodiment, the high concentration impurity region 7 and the source / drain electrodes 4a and 4b are formed.

ここでは、薄膜14を含めて高濃度不純物領域7を形成した例を示した(図73)が、高濃度不純物領域7を形成する前に高濃度不純物領域7以外をフォトレジスト9iで覆い、エッチングによって高濃度不純物領域の薄膜14を除去(図74)した後に、高濃度不純物領域7を形成しソース・ドレイン電極4a、4bを形成しても良い(図75)。   Here, an example in which the high concentration impurity region 7 including the thin film 14 is formed is shown (FIG. 73). However, before the high concentration impurity region 7 is formed, the region other than the high concentration impurity region 7 is covered with a photoresist 9i and etched. After removing the thin film 14 in the high concentration impurity region (FIG. 74), the high concentration impurity region 7 may be formed to form the source / drain electrodes 4a and 4b (FIG. 75).

厚いGaNである薄膜14の形成領域とソース・ドレイン電極4a、4bをフォトレジスト9jで覆い(図76)、ドライエッチングやウェットエッチングによってゲート電極近傍以外の薄膜14を薄くする(図77)。   The formation region of the thin film 14 made of thick GaN and the source / drain electrodes 4a and 4b are covered with a photoresist 9j (FIG. 76), and the thin film 14 other than the vicinity of the gate electrode is thinned by dry etching or wet etching (FIG. 77).

レジスト除去後、ゲート電極形成領域11以外をフォトレジスト9cで覆う。ドライエッチングやウェットエッチングによってゲート電極形成領域11の薄膜14を除去し(図78)、続けてセルフアラインでゲート電極5をリフトオフにて形成する(図79)。ここで、厚い薄膜14の長さLGaNは、ゲート−ドレイン間距離Lgdの1/2以下にすることが望ましい。さらに、LGaNはできるだけ短い方が、オン抵抗を低減でき好ましい。しかし、LGaN=0とすると電界の集中するドレイン側のゲート電極端下の二次元電子ガス濃度が高くなるため、耐圧が低下してしまう。そのため、GaNの厚さはで少なくともドレイン側のゲート電極端で厚くする必要がある。また、ゲート幅方向の長さとしては実施の形態1の場合と同じように素子上面図の図27に示したように、素子活性化領域12と同じ(図27(a))か、それ以上となる素子分離領域13に渡っても良い(図27(b))。ここでは、GaN14のエッチングをソース・ドレイン電極形成後に行う例を説明したが、ソース・ドレイン電極形成前にGaNである薄膜14のエッチングを行って薄膜14の一部を薄くしてもよい。 After removing the resist, the region other than the gate electrode formation region 11 is covered with a photoresist 9c. The thin film 14 in the gate electrode formation region 11 is removed by dry etching or wet etching (FIG. 78), and then the gate electrode 5 is formed by lift-off by self-alignment (FIG. 79). Here, it is desirable that the length L GaN of the thick thin film 14 should be ½ or less of the gate-drain distance L gd . Furthermore, it is preferable that LGaN is as short as possible because it can reduce the on-resistance. However, if L GaN = 0, the two-dimensional electron gas concentration under the gate electrode end on the drain side where the electric field concentrates increases, and the breakdown voltage decreases. Therefore, the thickness of GaN must be increased at least at the gate electrode end on the drain side. Further, the length in the gate width direction is the same as that of the element activation region 12 as shown in FIG. 27 of the element top view as in the case of the first embodiment (FIG. 27A) or more. May be passed over the element isolation region 13 (FIG. 27B). Here, an example in which the etching of GaN 14 is performed after the formation of the source / drain electrodes has been described, but a part of the thin film 14 may be thinned by etching the thin film 14 of GaN before the formation of the source / drain electrodes.

<G−3.効果>
この発明にかかる実施の形態7によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜14は、電子供給層3よりバンドギャップエネルギーが小さい薄膜であることで、薄膜14の膜厚を増加させれば、対応する領域の二次元電子ガス濃度が減少し、二次元電子ガス濃度の調節が可能となる。よって、第1領域、第2領域に対してそれぞれ膜厚を調節することで、電流コラプスの低減、耐圧の維持が実現できる。
<G-3. Effect>
According to the seventh embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 14 that is the third thin film is a thin film having a smaller band gap energy than the electron supply layer 3, so that the film thickness of the thin film 14 can be increased. For example, the two-dimensional electron gas concentration in the corresponding region decreases, and the two-dimensional electron gas concentration can be adjusted. Therefore, the current collapse can be reduced and the breakdown voltage can be maintained by adjusting the film thickness for each of the first region and the second region.

また、この発明にかかる実施の形態7によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜14は、第2領域に形成された膜厚より、第1領域に形成された膜厚が薄いことで、第1領域における二次元電子ガス濃度よりも第2領域における二次元電子ガス濃度を低くすることができ、電流コラプスの低減、かつ、耐圧の維持が実現できる。   Further, according to the seventh embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 14 as the third thin film has a thickness formed in the first region smaller than the thickness formed in the second region. Thus, the two-dimensional electron gas concentration in the second region can be made lower than the two-dimensional electron gas concentration in the first region, and the current collapse can be reduced and the breakdown voltage can be maintained.

また、この発明にかかる実施の形態7によれば、半導体装置において、第3薄膜である薄膜14はGaN膜であることで、GaNの膜厚を増加させれば、対応する領域の二次元電子ガス濃度が減少し、二次元電子ガス濃度の調節が可能となる。よって、第1領域、第2領域に対してそれぞれ膜厚を調節することで、電流コラプスの低減、耐圧の維持が実現できる。   Further, according to the seventh embodiment of the present invention, in the semiconductor device, the thin film 14 as the third thin film is a GaN film, so that if the GaN film thickness is increased, the two-dimensional electrons in the corresponding region are increased. The gas concentration is reduced, and the two-dimensional electron gas concentration can be adjusted. Therefore, the current collapse can be reduced and the breakdown voltage can be maintained by adjusting the film thickness for each of the first region and the second region.

なお、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。   Although embodiments of the present invention have been disclosed and described in detail, the above description exemplifies aspects to which the present invention can be applied, and the present invention is not limited thereto. In other words, various modifications and variations to the described aspects can be considered without departing from the scope of the present invention.

本発明は、例えば、窒化物半導体を用いたHEMTに適用して好適である。   The present invention is suitable for application to, for example, a HEMT using a nitride semiconductor.

1 基板、2 チャネル層、3 電子供給層、4a ソース電極、4b ドレイン電極、5 ゲート電極、5eg ゲート電極端、6,8,14,15,16 薄膜、7 高濃度不純物領域、9a,9b,9c,9c2,9c3,9d,9e,9f,9g,9h,9i,9j,9k,9m,9n,9p,9q,9r レジストパターン、10,10b イオン、11,11b ゲート電極形成領域、13 素子分離領域。   1 substrate, 2 channel layer, 3 electron supply layer, 4a source electrode, 4b drain electrode, 5 gate electrode, 5eg gate electrode end, 6, 8, 14, 15, 16 thin film, 7 high concentration impurity region, 9a, 9b, 9c, 9c2, 9c3, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h, 9i, 9j, 9k, 9m, 9n, 9p, 9q, 9r resist pattern, 10, 10b ion, 11, 11b gate electrode formation region, 13 element isolation region.

Claims (11)

ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、
基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、
前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜と、
を備え、
前記薄膜は、前記電子供給層よりバンドギャップエネルギーが小さい薄膜であり、
前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なる
半導体装置。
A heterojunction nitride semiconductor device,
A channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate;
An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer formed on the channel layer;
A gate electrode selectively formed on the electron supply layer;
On the electron supply layer, source and drain electrodes formed with the gate electrode interposed therebetween, and
A thin film which is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and which acts on the channel layer and the electron supply layer interface and which acts on a two-dimensional electron gas concentration;
With
The thin film is a thin film having a smaller band gap energy than the electron supply layer,
The thin film has a film thickness formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode, and a thickness of the gate electrode near the drain electrode side end. The film thickness formed in the two regions is different .
Semiconductor device.
ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、
基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、
前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜と、
を備え、
前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、
前記薄膜は、前記第2領域に形成された膜厚より、前記第1領域に形成された膜厚が薄い
導体装置。
A heterojunction nitride semiconductor device,
A channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate;
An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer formed on the channel layer;
A gate electrode selectively formed on the electron supply layer;
On the electron supply layer, source and drain electrodes formed with the gate electrode interposed therebetween, and
A thin film which is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and which acts on the channel layer and the electron supply layer interface and which acts on a two-dimensional electron gas concentration;
With
The thin film has a film thickness formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode, and a thickness of the gate electrode near the drain electrode side end. Unlike the film thickness formed in the two regions,
The thin film has a smaller film thickness formed in the first region than the film thickness formed in the second region .
Semi conductor device.
ヘテロ接合型の窒化物半導体装置であって、
基板上に形成された窒化物半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された前記チャネル層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体よりなる電子供給層と、
前記電子供給層上に選択的に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層上において、前記ゲート電極を挟み離間して形成されたソース、ドレイン電極と、
前記ソース電極、前記ドレイン電極間において、前記電子供給層上に形成され、前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用する薄膜と、
を備え、
前記薄膜は、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側において前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍を除く第1領域に形成された膜厚と、前記ゲート電極の前記ドレイン電極側端部近傍の第2領域に形成された膜厚とが異なり、
前記薄膜は、GaN膜である
導体装置。
A heterojunction nitride semiconductor device,
A channel layer made of a nitride semiconductor formed on a substrate;
An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the channel layer formed on the channel layer;
A gate electrode selectively formed on the electron supply layer;
On the electron supply layer, source and drain electrodes formed with the gate electrode interposed therebetween, and
A thin film which is formed on the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode and which acts on the channel layer and the electron supply layer interface and which acts on a two-dimensional electron gas concentration;
With
The thin film has a film thickness formed in a first region excluding the vicinity of the drain electrode side end of the gate electrode on the drain electrode side of the gate electrode, and a thickness of the gate electrode near the drain electrode side end. Unlike the film thickness formed in the two regions,
The thin film is a GaN film .
Semi conductor device.
前記第3薄膜は、前記第1領域、前記第2領域にそれぞれ対応する前記チャネル層、前記電子供給層界面に形成される二次元電子ガス濃度に作用し、前記第1領域に対応する当該濃度よりも前記第2領域に対応する当該濃度を低くする、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The third thin film acts on the two-dimensional electron gas concentration formed at the interface between the channel layer and the electron supply layer respectively corresponding to the first region and the second region, and the concentration corresponding to the first region. Lowering the concentration corresponding to the second region than
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
前記チャネル層および前記電子供給層は、少なくとも2層以上のAl x In y Ga 1-x-y N(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦x+y≦1,xとyは同時に1を取らない)のへテロ接合電界効果トランジスタを構成する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The channel layer and the electron supply layer include at least two layers of Al x In y Ga 1 -xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1, x and y are 1 at the same time. (Not take) of heterojunction field effect transistor ,
The semiconductor device according to claim 1 .
前記ソース、ドレイン電極下部の前記チャネル層、前記電子供給層に形成された不純物領域をさらに備える
請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。
Impurity regions formed in the channel layer and the electron supply layer below the source and drain electrodes ,
The semiconductor device according to any one of claims 1-5.
前記第2領域は、前記ゲート電極から前記ドレイン電極に至る距離の少なくとも半分以下の範囲内である
請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。
The second region is within a range of at least half of the distance from the gate electrode to the drain electrode ;
The semiconductor device according to any one of claims 1-6.
前記電子供給層は、前記第1領域に第1表面処理、前記第2領域に第2表面処理、の少なくともいずれかの表面処理が行われた表面を有する
請求項〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The electron supply layer has a surface on which at least one of the first surface treatment is performed on the first region and the second surface treatment is performed on the second region ,
The semiconductor device according to any one of claims 1-7.
前記第1表面処理は、アルゴン、珪素の少なくとも1つのプラズマによる処理であり、
前記第2表面処理は、窒素、フッ素、塩素、アンモニア、酸素の少なくとも1つのプラズマによる処理である
請求項8に記載の半導体装置。
The first surface treatment is treatment with at least one plasma of argon and silicon,
The second surface treatment is treatment with at least one plasma of nitrogen, fluorine, chlorine, ammonia, oxygen ,
The semiconductor device according to claim 8 .
前記第1表面処理は、Si、C、O、Ge、Sn、Pbの少なくとも1つのイオンを注入する処理である
請求項8に記載の半導体装置。
The first surface treatment is a treatment for implanting at least one ion of Si, C, O, Ge, Sn, and Pb .
The semiconductor device according to claim 8 .
前記第1表面処理は、シリコンイオンを含む溶液による処理であり、
前記第2表面処理は、塩素イオン、水酸化イオン、フッ素イオン、アンモニウムイオンの少なくとも1つを含む溶液による処理である
請求項8に記載の半導体装置。
The first surface treatment is a treatment with a solution containing silicon ions,
The second surface treatment is a treatment with a solution containing at least one of chlorine ions, hydroxide ions, fluorine ions, and ammonium ions .
The semiconductor device according to claim 8 .
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