JP5723082B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、化合物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor))等を備えた半導体装置及びその製造方法等に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a high electron mobility transistor (HEMT) using a compound semiconductor, a manufacturing method thereof, and the like.
化合物半導体を用いたモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC)は、高出力・高周波増幅器用デバイスとして優れた性能を有する。また、MMIC等に用いられる従来のHEMTでは、図24に示すように、耐湿性の確保等を目的として、トランジスタを構成する化合物半導体領域102、ソース電極104、ドレイン電極105及びゲート電極106がシリコン窒化膜110及び111により覆われている。これは、ゲート電極106の周辺には高電界が印加されるため、この近傍に水分が存在すると腐食が進行しやすく、このような腐食の進行は化合物半導体装置の信頼性を低下させるからである。しかし、この従来のHEMTでは、シリコン窒化膜111の誘電率が高いため、十分な高周波特性を得ることが困難である。 A monolithic microwave integrated circuit (MMIC) using a compound semiconductor has excellent performance as a device for a high-power and high-frequency amplifier. In the conventional HEMT used for MMIC or the like, as shown in FIG. 24, the compound semiconductor region 102, the source electrode 104, the drain electrode 105, and the gate electrode 106 constituting the transistor are made of silicon for the purpose of ensuring moisture resistance. The nitride films 110 and 111 are covered. This is because a high electric field is applied to the periphery of the gate electrode 106, so that the presence of moisture in the vicinity tends to cause corrosion, and the progress of such corrosion reduces the reliability of the compound semiconductor device. . However, in this conventional HEMT, since the dielectric constant of the silicon nitride film 111 is high, it is difficult to obtain sufficient high frequency characteristics.
そこで、無機絶縁膜の代わりに、低誘電率膜(Low−k膜)を用いた構造が提案されている。例えば、化合物半導体層及びゲート電極等が薄い絶縁膜により覆われ、その上に厚い単一の低誘電率膜が形成された構造が提案されている。しかし、一般的に、低誘電率膜には、誘電率が低いほど、水分を含みやすいという性質がある。即ち、多くの低誘電率膜では、誘電率の低減のために分子構造又は骨格構造内に空間が形成されており、この影響で、誘電率が低いほど耐湿性が低くなっている。このため、この従来の構造では、十分な高周波特性を得ようとすると、耐湿性及び信頼性が満たされなくなり、十分な耐湿性及び信頼性を得ようとすると、高周波特性が満たされなくなる。 Therefore, a structure using a low dielectric constant film (Low-k film) instead of the inorganic insulating film has been proposed. For example, a structure in which a compound semiconductor layer, a gate electrode, and the like are covered with a thin insulating film and a thick single low dielectric constant film is formed thereon has been proposed. However, in general, a low dielectric constant film has a property that moisture is more easily contained as the dielectric constant is lower. That is, in many low dielectric constant films, a space is formed in the molecular structure or skeleton structure in order to reduce the dielectric constant, and as a result, the lower the dielectric constant, the lower the moisture resistance. For this reason, in this conventional structure, when it is going to acquire sufficient high frequency characteristics, moisture resistance and reliability will not be satisfied, and when it is going to acquire sufficient humidity resistance and reliability, high frequency characteristics will not be satisfied.
また、層間絶縁膜を複数の低誘電率膜から構成する技術も提案されている。しかし、この技術を化合物半導体装置に適用した場合でも、高周波特性及び耐湿性(信頼性)を両立させることはできない。 In addition, a technique in which the interlayer insulating film is composed of a plurality of low dielectric constant films has been proposed. However, even when this technology is applied to a compound semiconductor device, it is impossible to achieve both high frequency characteristics and moisture resistance (reliability).
このように、従来の化合物半導体装置等では、耐湿性(信頼性)及び高周波特性を両立することが困難となっている。このため、携帯電話通信の基地局等の屋外で使用される装置に用いられる化合物半導体装置において、単純に無機絶縁膜の代用として低誘電率膜を用いることはできない。 Thus, it is difficult for conventional compound semiconductor devices and the like to achieve both moisture resistance (reliability) and high frequency characteristics. For this reason, in a compound semiconductor device used for an apparatus used outdoors such as a base station for mobile phone communication, a low dielectric constant film cannot be simply used as a substitute for an inorganic insulating film.
本発明の目的は、耐湿性(信頼性)及び高周波特性を両立することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can achieve both moisture resistance (reliability) and high-frequency characteristics, and a method for manufacturing the same.
本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventor has come up with the following aspects of the invention.
半導体装置には、化合物半導体領域と、前記化合物半導体領域上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の位置において前記第1のシリコン窒化膜に形成された開口部を介して前記化合物半導体領域と接するように、または前記第1のシリコン窒化膜と接するように、前記化合物半導体領域上に形成されたゲート電極と、が設けられている。更に、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域において、前記ゲート電極を覆う低誘電率膜と、前記第1のシリコン窒化膜上に形成され、前記低誘電率膜の上面及び側面を覆う第2のシリコン窒化膜と、前記第2のシリコン窒化膜上に形成された低誘電率の耐湿性膜と、が設けられている。前記低誘電率膜の比誘電率は、前記第1のシリコン窒化膜、前記第2のシリコン窒化膜、及び前記耐湿性膜の比誘電率のいずれよりも低い。前記低誘電率膜が前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間している。前記第1のシリコン窒化膜と前記化合物半導体領域との間に空洞が存在しない。前記第1のシリコン窒化膜は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記低誘電率膜の下で前記化合物半導体領域を覆い、前記第2のシリコン窒化膜と連続する。 In the semiconductor device, the compound semiconductor region, the source electrode and the drain electrode formed on the compound semiconductor region, and the first silicon nitride film are formed at a position between the source electrode and the drain electrode. A gate electrode formed on the compound semiconductor region is provided so as to be in contact with the compound semiconductor region through the opening or in contact with the first silicon nitride film . Further, in a region between the source electrode and the drain electrode, a low dielectric constant film that covers the gate electrode and a first silicon nitride film are formed on the first dielectric film and covers the upper surface and side surfaces of the low dielectric constant film . 2 and a low dielectric constant moisture-resistant film formed on the second silicon nitride film . The relative dielectric constant of the low dielectric constant film is lower than any of the relative dielectric constants of the first silicon nitride film, the second silicon nitride film, and the moisture resistant film. The low dielectric constant film is separated from the source electrode and the drain electrode. There is no cavity between the first silicon nitride film and the compound semiconductor region. The first silicon nitride film covers the compound semiconductor region under the low dielectric constant film in a region between the gate electrode and the drain electrode in plan view, and is continuous with the second silicon nitride film. To do .
半導体装置の製造方法では、化合物半導体領域上に、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記化合物半導体領域、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆う第1のシリコン窒化膜を形成し、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の位置において前記第1のシリコン窒化膜に形成された開口部を介して前記化合物半導体領域と接するように、または前記第1のシリコン窒化膜と接するように、前記化合物半導体領域上にゲート電極を形成し、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域において、前記ゲート電極を覆う低誘電率膜を形成し、前記第1のシリコン窒化膜上に、前記低誘電率膜の上面及び側面を覆う第2のシリコン窒化膜を形成し、前記第2のシリコン窒化膜上に低誘電率の耐湿性膜を形成する。前記低誘電率膜の比誘電率は、前記第1のシリコン窒化膜、前記第2のシリコン窒化膜、及び前記耐湿性膜の比誘電率のいずれよりも低く、前記低誘電率膜が前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間し、前記第1のシリコン窒化膜と前記化合物半導体領域との間に空洞が存在せず、前記第1のシリコン窒化膜は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記低誘電率膜の下で前記化合物半導体領域を覆い、前記第2のシリコン窒化膜と連続する。 In the method of manufacturing a semiconductor device, a compound semiconductor region, forms the shape of the source over the scan electrode and the drain electrode, wherein the compound semiconductor region, forming a first silicon nitride film covering the source electrode and the drain electrode, wherein In contact with the compound semiconductor region through an opening formed in the first silicon nitride film at a position between the source electrode and the drain electrode, or in contact with the first silicon nitride film, the compound forming a gate electrode on the semiconductor region, in a region between the source electrode and the drain electrode, it forms the shape of the low dielectric constant film that covers the front Symbol gate electrode, on the first silicon nitride film, A second silicon nitride film is formed to cover the top and side surfaces of the low dielectric constant film , and a low dielectric constant moisture-resistant film is formed on the second silicon nitride film . The dielectric constant of the low dielectric constant film is lower than any of the dielectric constants of the first silicon nitride film, the second silicon nitride film, and the moisture resistant film, and the low dielectric constant film is the source of the source. The first silicon nitride film is spaced apart from the electrode and the drain electrode, and there is no cavity between the first silicon nitride film and the compound semiconductor region, and the first silicon nitride film has the gate electrode and the drain electrode in plan view. In the region between the first and second layers, the compound semiconductor region is covered under the low dielectric constant film and is continuous with the second silicon nitride film .
上記の半導体装置等によれば、低誘電率膜、無機絶縁膜及び耐湿性膜が適切に配置されるので、耐湿性(信頼性)及び高周波特性を両立することができる。 According to the semiconductor device or the like, since the low dielectric constant film, the inorganic insulating film, and the moisture resistant film are appropriately disposed, both moisture resistance (reliability) and high frequency characteristics can be achieved.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the first embodiment.
第1の実施形態では、図1に示すように、例えば半絶縁性のSiC基板1上に、化合物半導体領域2が形成されている。化合物半導体領域2には、順次積層されたバッファ層2a、電子走行層2b、電子供給層2c及び表面層2dが含まれている。バッファ層2a及び電子走行層2bは、例えば意図的に不純物のドーピングを行っていないGaN層(i−GaN層)であり、これらの総厚は3μm程度である。バッファ層2aは、SiC基板1の表面に存在する格子欠陥の電子走行層2bへの伝播を防止している。電子供給層2cは、例えばn型のAlGaN層(n−AlGaN層)であり、その厚さは10nm程度である。表面層2dは、例えばn型のGaN層(n−GaN層)であり、その厚さは10nm以下である。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, for example, a
また、活性領域を画定する素子分離領域3が化合物半導体領域2の周囲に形成されている。表面層2dには、電子供給層2cを露出する2個の開口部が形成されており、開口部の各々に、オーミック電極がソース電極4又はドレイン電極5として形成されている。更に、表面層2d、ソース電極4及びドレイン電極5を覆うシリコン窒化膜10(無機絶縁膜)が形成されている。シリコン窒化膜10の厚さは、例えば50nm程度である。シリコン窒化膜10には、ソース電極4及びドレイン電極5のほぼ中間の位置において、開口部10aが形成されている。そして、開口部10aを介して表面層2dと接するゲート電極6がシリコン窒化膜10上に形成されている。
An
また、シリコン窒化膜10上には、ソース電極4及びドレイン電極5から離れた位置においてゲート電極6を覆う低誘電率膜11が形成されている。低誘電率膜11は、例えば多孔質膜であり、低誘電率膜11の比誘電率は、例えば2.2程度である。また、低誘電率膜11の厚さは、例えば1μm程度である。
A low dielectric
更に、低誘電率膜11の上面及び側面を覆うシリコン窒化膜12(無機絶縁膜)がシリコン窒化膜10上に形成されている。シリコン窒化膜12の厚さは、例えば100nm程度である。また、シリコン窒化膜12の比誘電率は、例えば7程度である。また、シリコン窒化膜12上に低誘電率膜13(耐湿性膜)が形成されている。低誘電率膜13は、例えば有機物を含有するノンポーラスの膜であり、低誘電率膜13の比誘電率は低誘電率膜11のそれよりも高く、例えば3.0程度である。また、低誘電率膜13の耐湿性は低誘電率膜11のそれより高い。また、低誘電率膜13は平坦化されており、その厚さは、最も厚い部分で2μm程度である。
Furthermore, a silicon nitride film 12 (inorganic insulating film) covering the upper surface and side surfaces of the low dielectric
低誘電率膜13、シリコン窒化膜12及びシリコン窒化膜10に、ソース電極4まで到達する開口部、及びドレイン電極まで到達する開口部が形成されている。そして、低誘電率膜13上に、これらの開口部を介して夫々ソース電極4、ドレイン電極5に接続された配線14、15が形成されている。配線14及び15は、例えばAu配線である。
An opening reaching the
このような第1の実施形態では、ゲート電極6の周囲に特に比誘電率が低い低誘電率膜11が設けられているため、寄生容量の低減によって良好な高周波特性を得ることができる。例えば、第1の実施形態におけるゲート電極近傍の寄生容量は、図24に示す従来のHEMTにおけるそれと比較して約10%低くなる。また、低誘電率膜11の耐湿性は低いが、低誘電率膜11の上面及び側面が、耐湿性の非常に優れたシリコン窒化膜12により被覆され、更に、低誘電率膜11よりも耐湿性が高い低誘電率膜13により覆われているので、高い耐湿性を確保することもできる。
In the first embodiment, since the low dielectric
一般的に、低誘電率膜には、Au配線との密着性が低いという性質があり、本実施形態でも、図1中の矢印50が示すように、配線14及び15と低誘電率膜13との間を水分が浸透する可能性がある。しかし、本実施形態では、シリコン窒化膜10及び12により低誘電率膜11及びゲート電極6が覆われているので、ゲート電極6まで水分が到達することが抑制される。
In general, the low dielectric constant film has a property of low adhesion to the Au wiring, and in this embodiment as well, the
なお、耐水性の確保を考慮すると、低誘電率膜13に代えて厚いシリコン窒化膜12を用いることも考えられるが、この場合には良好な高周波特性を得ることができない。また、シリコン窒化膜12の表面の平坦度を確保することが困難であり、配線14及び15の形状の制御が困難になりやすい。
In consideration of ensuring water resistance, it is conceivable to use the thick
次に、第1の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図2A乃至図2Lは、第1の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the GaN-based HEMT according to the first embodiment will be described. 2A to 2L are cross-sectional views showing a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the first embodiment in the order of steps.
先ず、図2Aに示すように、半絶縁性のSiC基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:metal organic vapor phase epitaxy)法により、バッファ層2a、電子走行層2b、電子供給層2c及び表面層2dをこの順でエピタキシャル成長させる。バッファ層2a、電子走行層2b、電子供給層2c及び表面層2dが化合物半導体領域2に含まれる。
First, as shown in FIG. 2A, a buffer layer 2a, an electron transit layer 2b, an electron supply layer 2c are formed on a
次いで、図2Bに示すように、化合物半導体領域2に向けて選択的にArを注入することにより、活性領域を画定する素子分離領域3を化合物半導体領域2及びSiC基板1の表層部に形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, by selectively implanting Ar toward the
その後、ソース電極を形成する予定の領域及びドレイン電極を形成する予定の領域を開口するレジストパターンを化合物半導体領域2上に形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして用い、不活性ガス及びCl2ガス等の塩素系ガスを用いたドライエッチングを表面層2dに対して行うことにより、図2Cに示すように、表面層2dに2個の開口部を形成する。なお、開口部の深さに関し、表面層2dの一部を残してもよく、また、電子供給層2cの一部を除去してもよい。つまり、開口部の深さは表面層2dの厚さと一致している必要はない。
Thereafter, a resist pattern is formed on the
その後、同じく図2Cに示すように、一方の開口部内にソース電極4を形成し、他方の開口部内にドレイン電極5を形成する。ソース電極4及びドレイン電極5の形成に当たっては、例えば、先ず、蒸着法によりTi層を形成し、その上に蒸着法によりAl層を形成する。Ti層の厚さは20nm程度、Al層の厚さは200nm程度とする。そして、開口部の形成に用いたレジストパターンを除去する。つまり、ソース電極4及びドレイン電極5の形成では、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。その後、550℃程度での熱処理を行うことにより、電子供給層2cとソース電極4及びドレイン電極5との間とをオーミックコンタクトさせる。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
次いで、図2Dに示すように、化合物半導体領域2上の全面に、ソース電極4及びドレイン電極5を覆うシリコン窒化膜10をプラズマ化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法により形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, a
その後、図2Eに示すように、開口部10aを形成する予定の領域に整合する開口部21aを備えたレジストパターン21をシリコン窒化膜10上に形成する。そして、レジストパターン21をマスクとしたドライエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜10に開口部10aを形成する。このドライエッチングでは、例えばSF6ガスを用いる。続いて、レジストパターン21を除去する。
Thereafter, as shown in FIG. 2E, a resist
その後、図2Fに示すように、ゲート電極6を形成する予定の領域に整合する開口部22aを備えた下層レジストパターン22及び開口部22aより狭い開口部23aを備えた上層レジストパターン23をシリコン窒化膜10上に形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2F, the lower resist
これらの下層レジストパターン22及び上層レジストパターン23の形成に当たっては、先ず、アルカリ可溶性樹脂(商品名PMGI:米国マイクロケム社製)を、例えばスピンコート法によりシリコン窒化膜10上に塗布し、熱処理を行うことにより、レジスト膜を形成する。更に、感光性レジスト剤(商品名PFI32−A8:住友化学社製)を、例えばスピンコート法により塗布し、熱処理を行うことにより、レジスト膜を形成する。次いで、紫外線露光により幅が0.8μm程度の開口部23aを上層のレジスト膜に形成する。この結果、開口部23aを備えた上層レジストパターン23が得られる。その後、上層レジストパターン23をマスクとして、アルカリ現像液を用いて下層のレジスト膜をウェットエッチングする。この結果、開口部22aを備えた下層レジストパターン22が得られる。これらの処理により、図2Fに示すように、庇構造の多層レジストが得られる。
In forming the lower layer resist
下層レジストパターン22及び上層レジストパターン23の形成後、同じく図2Fに示すように、開口部22a内にゲート電極6を形成する。ゲート電極6の形成に当たっては、例えば、蒸着法によりNi層を形成し、その上に蒸着法によりAu層を形成する。Ni層の厚さは10nm程度、Au層の厚さは300nm程度とする。
After the formation of the lower layer resist
次いで、図2Gに示すように、加温した有機溶剤を用いてレジストパターン22及び23を除去する。つまり、ゲート電極6の形成でも、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。
Next, as shown in FIG. 2G, the resist
その後、図2Hに示すように、シリコン窒化膜10上に低誘電率膜11を形成する。低誘電率膜11の形成に当たっては、先ず、低誘電率膜11用の塗液(触媒化成工業製のNCS(ナノクリスタリングシリカ))を、例えばスピンコート法によりシリコン窒化膜10上に、2000rpmの回転速度で塗布する。次いで、250℃で1分間のベークを施す。この塗布及びベークの処理を8回程度繰り返すことにより、厚さが1μm程度の低誘電率膜11が得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 2H, a low dielectric
低誘電率膜11の形成後、例えば、波長が222nmのエキシマ光を照射しながら、350℃の熱キュア処理を15分間実施する。その後、図2Iに示すように、低誘電率膜11の残存させる部分を覆うレジストパターン24を、例えば紫外線露光法により低誘電率膜11上に形成する。次いで、レジストパターン24をマスクとして、SF6ガス及びCHF3ガスを用いたドライエッチングを行うことにより、低誘電率膜11を平面視でソース電極4及びドレイン電極5の間でこれらから離間した位置に残存させる。そして、レジストパターン24を除去する。
After the low dielectric
次いで、図2Jに示すように、シリコン窒化膜10上に、低誘電率膜11の上面及び側面を覆うシリコン窒化膜12(厚さ:100nm程度)をプラズマCVD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 2J, a silicon nitride film 12 (thickness: about 100 nm) covering the upper surface and side surfaces of the low dielectric
その後、図2Kに示すように、シリコン窒化膜12上に低誘電率膜13を形成する。低誘電率膜13の形成に当たっては、先ず、低誘電率膜13用の塗液(ハネウェル社製のPTS−E)を、例えばスピンコート法によりシリコン窒化膜12上に、1500rpmの回転速度で塗布する。次いで、230℃で60分間の熱キュア処理を施す。
Thereafter, as shown in FIG. 2K, a low dielectric
低誘電率膜13の形成後、図2Lに示すように、低誘電率膜13、シリコン窒化膜12及びシリコン窒化膜10にソース電極4まで到達する開口部及びドレイン電極5まで到達する開口部を、例えば紫外線露光法及びドライエッチング法により形成する。そして、低誘電率膜13上に、ソース電極4に接続される配線14、及びドレイン電極5に接続される配線15を形成する。配線14及び15の形成では、例えばAuめっき処理を行う。このようにして、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。
After the formation of the low dielectric
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。図3は、第2の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the second embodiment.
第2の実施形態では、図3に示すように、ゲート電極6とドレイン電極5との距離が第1の実施形態よりも大きくなっている。つまり、ゲート電極6とドレイン電極5との距離が、ゲート電極6とソース電極4との距離よりも大きくなっている。即ち、オフセットゲート構造が採用されている。また、配線14がゲート電極6の上方まで延びており、平面視で配線14とゲート電極6とが重なっている。即ち、ソースウォール構造が採用されている。そして、ゲート電極6とドレイン電極5との距離が大きくなった分だけ、低誘電率膜11がドレイン電極5側に広く形成されている。他の構成は第1の実施形態と同様である。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the distance between the
このような第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果と共に、ソースウォール構造及びオフセットゲート構造の効果を得ることができる。即ち、ソース−ドレイン間の寄生容量を低減させ、ゲート−ドレイン破壊耐圧を向上させることができる。従って、高出力が必要な化合物半導体装置に特に有用である。 According to the second embodiment, the effects of the source wall structure and the offset gate structure can be obtained together with the same effects as those of the first embodiment. That is, the parasitic capacitance between the source and the drain can be reduced, and the gate-drain breakdown voltage can be improved. Therefore, it is particularly useful for a compound semiconductor device that requires high output.
ゲート−ドレイン間の寄生容量の低減には、ソース電極4に接続されている配線14をゲート電極6に近づけることが有効である。但し、配線14をゲート電極6に近づけると、その分だけ配線14がドレイン電極5にも近づき、ソース−ドレイン間の寄生容量が増加する。その一方で、高出力が要求される化合物半導体装置では、ゲート−ドレイン間の寄生容量だけでなく、ソース−ドレイン間の寄生容量も低いことが好ましい。本実施形態では、ソースウォール構造の採用だけでなく、オフセットゲート構造が採用され、更に、低誘電率膜11がドレイン電極5側に広く形成されているので、ソース−ドレイン間の寄生容量の増加が抑制される。
In order to reduce the parasitic capacitance between the gate and the drain, it is effective to bring the
なお、第2の実施形態に対してソースウォール構造が採用されていない構造であっても、第1の実施形態及びオフセットゲート構造の効果を得ることができる。また、第1の実施形態に対してソースウォール構造が採用された構造では、第1の実施形態及びソースウォール構造の効果を得ることができる。従って、ソースウォール構造及びオフセットゲート構造の一方のみが採用されていてもよい。 Even if the source wall structure is not adopted in the second embodiment, the effects of the first embodiment and the offset gate structure can be obtained. Further, in the structure in which the source wall structure is adopted with respect to the first embodiment, the effects of the first embodiment and the source wall structure can be obtained. Therefore, only one of the source wall structure and the offset gate structure may be employed.
次に、第2の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図4A乃至図4Dは、第2の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the GaN-based HEMT according to the second embodiment will be described. 4A to 4D are cross-sectional views showing a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the second embodiment in the order of steps.
先ず、第1の実施形態と同様にして、シリコン窒化膜10の形成までの処理を行う(図2D)。但し、ソース電極4とドレイン電極5との距離は第1の実施形態よりも大きくする。次いで、図4Aに示すように、開口部10aを形成する予定の領域に整合する開口部21aを備えたレジストパターン21をシリコン窒化膜10上に形成する。このとき、開口部21aの位置はドレイン電極5よりもソース電極4に近接した位置とする。そして、レジストパターン21をマスクとしたドライエッチングを行うことにより、シリコン窒化膜10に開口部10aを形成する。続いて、レジストパターン21を除去する。
First, similarly to the first embodiment, the processes up to the formation of the
その後、第1の実施形態と同様にして、図4Bに示すように、ゲート電極6を形成する。更に、シリコン窒化膜10上に低誘電率膜11を形成し、例えば、波長が222nmのエキシマ光を照射しながら、350℃の熱キュア処理を15分間実施する。続いて、低誘電率膜11の残存させる部分を覆うレジストパターン24を低誘電率膜11上に形成する。このとき、平面視でのレジストパターン24のソース電極4からの距離とドレイン電極5からの距離は互いに同程度とする。つまり、レジストパターン24に関し、ドレイン電極5とゲート電極6との間の部分を、ソース電極4とゲート電極6との間の部分よりも広くする。次いで、レジストパターン24をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、低誘電率膜11を平面視でソース電極4及びドレイン電極5から離間した位置に残存させる。そして、レジストパターン24を除去する。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, a
次いで、第1の実施形態と同様にして、図4Cに示すように、シリコン窒化膜10上に、低誘電率膜11の上面及び側面を覆うシリコン窒化膜12をプラズマCVD法により形成する。
Next, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4C, a
その後、第1の実施形態と同様の処理を行うことにより、図4Dに示すように、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。但し、配線14の形成に当たっては、配線14をゲート電極6の上方まで延伸させる。
Thereafter, the same processing as in the first embodiment is performed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device) as shown in FIG. 4D. However, in forming the
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。図5は、第3の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the third embodiment.
第3の実施形態では、図5に示すように、低誘電率膜11がゲート電極6を覆わずに、ゲート電極6とドレイン電極5との間の領域のみに設けられている。そして、ゲート電極6はシリコン窒化膜12に直接覆われている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the low dielectric
第2の実施形態のようなソースウォール構造では、低誘電率膜11及び13のゲート電極6の上方の部分及び配線14が電気力線を変化させ、寄生容量を低減する。このことは、低誘電率膜11及び13のゲート電極6の上方の部分の総誘電率が低すぎる場合には、電気力線を効果的に変化させることができず、ソースウォール構造の効果(ゲート−ドレイン間の寄生容量の低減)が十分に得られない可能性があることを意味する。これに対し、本実施形態では、比誘電率が特に低い低誘電率膜11がゲート電極6と配線14との間に存在していないため、ソースウォール構造の効果を確実に得ることができる。つまり、ゲート−ドレイン間の寄生容量が低減される。また、第2の実施形態よりも狭くなっていても、低誘電率膜11はソース−ドレイン間の寄生容量の低減に寄与することができる。
In the source wall structure as in the second embodiment, the portions of the low dielectric
なお、図23に示すように、ソース−ドレイン間の寄生容量をより一層低減するために、より上方の配線層まで低誘電率膜11を延伸してもよい。
As shown in FIG. 23, in order to further reduce the parasitic capacitance between the source and the drain, the low dielectric
次に、第3の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図6A乃至図6cは、第3の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the third embodiment will be described. 6A to 6C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to the third embodiment in the order of steps.
先ず、第2の実施形態と同様にして、ゲート電極6の形成までの処理を行う(図4B)。次いで、シリコン窒化膜10上に低誘電率膜11を形成し、例えば、波長が222nmのエキシマ光を照射しながら、350℃の熱キュア処理を15分間実施し、図6Aに示すように、低誘電率膜11の残存させる部分を覆うレジストパターン24を低誘電率膜11上に形成する。このとき、レジストパターン24は、平面視でゲート電極6とドレイン電極5との間のみに形成する。その後、レジストパターン24をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、低誘電率膜11を平面視でゲート電極6とドレイン電極5との間に残存させる。そして、レジストパターン24を除去する。
First, processing up to the formation of the
次いで、第2の実施形態と同様にして、図6Bに示すように、シリコン窒化膜10上に、低誘電率膜11の上面及び側面を覆うシリコン窒化膜12をプラズマCVD法により形成する。
Next, as in the second embodiment, as shown in FIG. 6B, a
その後、第2の実施形態と同様の処理を行うことにより、図6Cに示すように、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。 Thereafter, the same processing as in the second embodiment is performed to complete a GaN-based HEMT (semiconductor device) as shown in FIG. 6C.
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。図7は、第4の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。第1の実施形態がショットキーゲート型のトランジスタであるのに対し、本実施形態はMIS(metal insulator semiconductor)ゲート型のトランジスタである。即ち、図7に示すように、シリコン窒化膜10に開口部10aが形成されておらず、ゲート電極6は化合物半導体領域2に接していない。他の構成は第1の実施形態と同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the fourth embodiment. While the first embodiment is a Schottky gate type transistor, this embodiment is a MIS (metal insulator semiconductor) gate type transistor. That is, as shown in FIG. 7, the opening 10 a is not formed in the
本発明は、このようなMISゲート型のトランジスタに適用することもでき、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 The present invention can also be applied to such a MIS gate type transistor, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
次に、第4の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図8A乃至図8Bは、第4の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the fourth embodiment will be described. 8A to 8B are cross-sectional views showing a method of manufacturing a GaN-based HEMT according to the fourth embodiment in the order of steps.
先ず、第1の実施形態と同様にして、シリコン窒化膜10の形成までの処理を行う(図2D)。次いで、開口部10aを形成することなく、図8Aに示すように、ゲート電極6を形成する予定の領域に整合する開口部22aを備えた下層レジストパターン22及び開口部22aより狭い開口部23aを備えた上層レジストパターン23をシリコン窒化膜10上に形成する。そして、開口部22a内にゲート電極6を形成する。その後、レジストパターン22及び23を除去する。
First, similarly to the first embodiment, the processes up to the formation of the
続いて、第1の実施形態と同様の処理を行うことにより、図8Bに示すように、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。 Subsequently, by performing the same processing as in the first embodiment, as shown in FIG. 8B, a GaN-based HEMT (semiconductor device) is completed.
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。図9は、第5の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。第2の実施形態がショットキーゲート型のトランジスタであるのに対し、本実施形態はMISゲート型のトランジスタである。即ち、図9に示すように、シリコン窒化膜10に開口部10aが形成されておらず、ゲート電極6は化合物半導体領域2に接していない。他の構成は第2の実施形態と同様である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the fifth embodiment. While the second embodiment is a Schottky gate type transistor, the present embodiment is a MIS gate type transistor. That is, as shown in FIG. 9, the opening 10 a is not formed in the
このような第5の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to such 5th Embodiment, the effect similar to 2nd Embodiment can be acquired.
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。図10は、第6の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。第3の実施形態がショットキーゲート型のトランジスタであるのに対し、本実施形態はMISゲート型のトランジスタである。即ち、図10に示すように、シリコン窒化膜10に開口部10aが形成されておらず、ゲート電極6は化合物半導体領域2に接していない。他の構成は第2の実施形態と同様である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the sixth embodiment. While the third embodiment is a Schottky gate type transistor, the present embodiment is a MIS gate type transistor. That is, as shown in FIG. 10, the opening 10 a is not formed in the
このような第6の実施形態によれば、第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the sixth embodiment, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.
(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態について説明する。図11は、第7の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。本実施形態には、ゲート電極6に代えてマッシュルーム型のゲート電極6aが設けられている。他の構成は第1の実施形態と同様である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the seventh embodiment. In this embodiment, a
本発明は、このようマッシュルーム型のゲート電極6aを備えたトランジスタに適用することもでき、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
The present invention can also be applied to a transistor having such a
次に、第7の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法について説明する。図12A乃至図12Dは、第7の実施形態に係るGaN系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a GaN-based HEMT according to the seventh embodiment will be described. 12A to 12D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the GaN-based HEMT according to the seventh embodiment in the order of steps.
先ず、第1の実施形態と同様にして、シリコン窒化膜10の形成までの処理を行う(図2D)。次いで、図12Aに示すように、ファインゲート用レジストパターン31、下層レジストパターン32及び上層レジストパターン33をシリコン窒化膜10上に形成する。ファインゲート用レジストパターン31には、マッシュルーム型のゲート電極6aの柄の部分を形成する予定の領域に開口部31aが形成されている。下層レジストパターン32には、ゲート電極6の傘の部分を形成する予定の領域に開口部32aが形成されている。上層レジストパターン33には、開口部32aより狭い開口部33aが形成されている。
First, similarly to the first embodiment, the processes up to the formation of the
これらのファインゲート用レジストパターン31、下層レジストパターン32及び上層レジストパターン33の形成に当たっては、先ず、ポジ型電子線レジスト剤(商品名ZEP520−A7:日本ゼオン社製)を300nm程度の厚さで、例えばスピンコート法により塗布し、180℃で5分間熱処理することにより、レジスト膜を形成する。次いで、アルカリ可溶性樹脂(商品名PMGI:米国マイクロケム社製)を500nm程度の厚さで、例えばスピンコート法により塗布し、180℃で3分間熱処理することにより、レジスト膜を形成する。その後、ポジ型電子線レジスト剤(商品名ZEP520−Al7:日本ゼオン社製)を200nm程度の厚さで、例えばスピンコート法により塗布し、180℃で2分間熱処理することにより、レジスト膜を形成する。続いて、電子線描画法により直径が0.8μm程度の開口部33aを上層のレジスト剤に形成する。この結果、開口部33aを備えた上層レジストパターン33が得られる。次いで、上層レジストパターン33をマスクとして、アルカリ現像液を用いてその下のレジスト剤をウェットエッチングする。この結果、開口部32aを備えた下層レジストパターン32が得られる。これらの処理により、図12Aに示すように、庇構造の多層レジストが得られる。本実施形態では、更に、電子線描画により最も下方に位置するレジスト膜を加工することにより、幅狭の開口部31aを形成する。この結果、開口部31aを備えたファインゲート用レジストパターン31が得られる。
In forming the fine gate resist
ファインゲート用レジストパターン31、下層レジストパターン32及び上層レジストパターン33の形成後、ファインゲート用レジストパターン31をマスクとしてSF6ガスでシリコン窒化膜10をドライエッチングすることにより、開口部31aに整合する開口部10aを形成する。更に、図12Aに示すように、開口部33a、32a及び31a内にゲート電極6aを形成する。ゲート電極6aの形成に当たっては、例えば、蒸着法によりNi層を形成し、その上に蒸着法によりAu層を形成する。Ni層の厚さは10nm程度、Au層の厚さは300nm程度とする。
After the formation of the fine gate resist
次いで、図12Bに示すように、加温した有機溶剤を用いてレジストパターン31、32及び33を除去する。つまり、ゲート電極6aの形成でも、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。
Next, as shown in FIG. 12B, the resist
続いて、シリコン窒化膜10上に低誘電率膜11を形成し、例えば、波長が222nmのエキシマ光を照射しながら、350℃の熱キュア処理を15分間実施する。さらに、図12Cに示すように、低誘電率膜11の残存させる部分を覆うレジストパターン24を低誘電率膜11上に形成する。その後、レジストパターン24をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、低誘電率膜11を平面視でソース電極4及びドレイン電極5の間でこれらから離間した位置に残存させる。そして、レジストパターン24を除去する。
Subsequently, a low dielectric
その後、第1の実施形態と同様の処理を行うことにより、図12Dに示すように、GaN系HEMT(半導体装置)を完成させる。 Thereafter, by performing the same process as in the first embodiment, as shown in FIG. 12D, a GaN-based HEMT (semiconductor device) is completed.
(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態について説明する。図13は、第8の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。本実施形態には、ゲート電極6に代えてマッシュルーム型のゲート電極6aが設けられている。他の構成は第2の実施形態と同様である。
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the eighth embodiment. In this embodiment, a
このような第8の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the eighth embodiment, the same effect as that of the second embodiment can be obtained.
(第9の実施形態)
次に、第9の実施形態について説明する。図14は、第9の実施形態に係るGaN系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。本実施形態には、ゲート電極6に代えてマッシュルーム型のゲート電極6aが設けられている。他の構成は第3の実施形態と同様である。
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a GaN-based HEMT (semiconductor device) according to the ninth embodiment. In this embodiment, a
このような第9の実施形態によれば、第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to such 9th Embodiment, the effect similar to 2nd Embodiment can be acquired.
なお、図15に示すように、図7に示す第4の実施形態と図11に示す第7の実施形態とを組み合わせて、マッシュルーム型のゲート電極6aをMISゲート型のトランジスタに用いてもよい。また、図16に示すように、図9に示す第5の実施形態と図13に示す第8の実施形態とを組み合わせて、マッシュルーム型のゲート電極6aをMISゲート型のトランジスタに用いてもよい。また、図17に示すように、図10に示す第6の実施形態と図14に示す第9の実施形態とを組み合わせて、マッシュルーム型のゲート電極6aをMISゲート型のトランジスタに用いてもよい。
As shown in FIG. 15, the mushroom
また、図18に示すように、図11に示す第7の実施形態において、表面層2dに矩形状のリセス2eが設けられていてもよい。同様に、図13、図14、図15、図16、図17に示す実施形態において、表面層2dに矩形状のリセス2eが設けられていてもよい。 Further, as shown in FIG. 18, in the seventh embodiment shown in FIG. 11, the surface layer 2d may be provided with a rectangular recess 2e. Similarly, in the embodiment shown in FIGS. 13, 14, 15, 16, and 17, the surface layer 2d may be provided with a rectangular recess 2e.
(第10の実施形態)
次に、第10の実施形態について説明する。図19は、第10の実施形態に係るInP系HEMT(半導体装置)の構造を示す断面図である。
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment will be described. FIG. 19 is a cross-sectional view showing the structure of an InP-based HEMT (semiconductor device) according to the tenth embodiment.
第10の実施形態では、図19に示すように、例えば半絶縁性のInP基板41上に、化合物半導体領域42が形成されている。化合物半導体領域42には、順次積層されたバッファ層42a、電子走行層42b、電子供給層42c、エッチングストッパ層42d及び低抵抗層42eが含まれている。バッファ層42aは、InP基板41の表面に存在する格子欠陥の電子走行層への伝播を防止している。
In the tenth embodiment, as shown in FIG. 19, for example, a
また、活性領域を画定するメサエッチング領域30が素子分離領域として化合物半導体領域42の周囲に形成されている。低抵抗層42eの中央部には、エッチングストッパ層42dを露出する開口部42fが形成されており、その両側において、低抵抗層42e上にオーミック電極がソース電極4又はドレイン電極5として形成されている。また、低抵抗層42eの開口部42f内を除いて、更に、低抵抗層42e、ソース電極4及びドレイン電極5を覆うシリコン窒化膜40がメサエッチング領域30にかけて形成されている。更に、シリコン窒化膜40及び低抵抗層42eの開口部42fを覆うシリコン窒化膜10が形成されている。
In addition, a
シリコン窒化膜10には、ソース電極4及びドレイン電極5のほぼ中間の位置において、開口部10aが形成されている。そして、開口部10aを介してエッチングストッパ層42dと接するマッシュルーム型のゲート電極6aが形成されている。
In the
また、シリコン窒化膜10上には、ソース電極4及びドレイン電極5から離れた位置においてゲート電極6aを覆う低誘電率膜11が形成されている。更に、低誘電率膜11の上面及び側面を覆うシリコン窒化膜12がシリコン窒化膜10上に形成されている。更にまた、シリコン窒化膜12上に低誘電率膜13が形成されている。
A low dielectric
低誘電率膜13、シリコン窒化膜12、シリコン窒化膜10及びシリコン窒化膜40に、ソース電極4まで到達する開口部、及びドレイン電極まで到達する開口部が形成されている。そして、低誘電率膜13上に、これらの開口部を介して夫々ソース電極4、ドレイン電極5に接続された配線14、15が形成されている。
An opening reaching the
このような第10の実施形態によっても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。即ち、GaN系の半導体装置のみならず、InP系の半導体装置においても、耐湿性及び高周波特性を両立させることができる。 According to the tenth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, not only a GaN semiconductor device but also an InP semiconductor device can achieve both moisture resistance and high frequency characteristics.
次に、第10の実施形態に係るInP系HEMTを製造する方法について説明する。図20A乃至図20Kは、第10の実施形態に係るInP系HEMTを製造する方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the InP-based HEMT according to the tenth embodiment will be described. 20A to 20K are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an InP-based HEMT according to the tenth embodiment in the order of steps.
先ず、図20Aに示すように、半絶縁性のInP基板41上に、例えばMOVPE法により、バッファ層42a、電子走行層42b、電子供給層42c、エッチングストッパ層42d及び低抵抗層42eをこの順で形成する。バッファ層42a、電子走行層42b、電子供給層42c、エッチングストッパ層42d及び低抵抗層42eが化合物半導体領域42に含まれる。
First, as shown in FIG. 20A, a buffer layer 42a, an electron transit layer 42b, an electron supply layer 42c, an etching stopper layer 42d, and a low resistance layer 42e are formed in this order on a
次いで、図20Bに示すように、化合物半導体領域42を選択的にメサエッチングすることにより、活性領域を画定するメサエッチング領域30を素子分離領域として、化合物半導体領域42に形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, the
その後、図20Cに示すように、化合物半導体領域42上にソース電極4及びドレイン電極5を形成する。ソース電極4及びドレイン電極5の形成に当たっては、先ず、ソース電極4を形成する予定の領域及びドレイン電極5を形成する予定の領域を開口するレジストパターンを化合物半導体領域42上に形成する。続いて、例えば、蒸着法によりTi層を形成し、その上に蒸着法によりPt層を形成し、更にその上に蒸着法によりAu層を形成する。Ti層の厚さは20nm程度、Pt層の厚さは50nm程度、Au層の厚さは200nm程度とする。そして、加温した有機溶剤を用いてレジストパターンを除去する。つまり、ソース電極4及びドレイン電極5の形成では、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。その後、熱処理を行うことにより、低抵抗層42eとソース電極4及びドレイン電極5との間とをオーミックコンタクトさせる。
Thereafter, as shown in FIG. 20C, the
次いで、図20Dに示すように、ソース電極4及びドレイン電極5を覆うシリコン窒化膜40をプラズマCVD法により形成する。
Next, as shown in FIG. 20D, a
その後、図20Eに示すように、ゲート電極6aを形成する予定の領域に整合する開口部51aを備えたレジストパターン51をシリコン窒化膜40上に形成する。レジストパターン51の形成に当たっては、先ず、ポジ型電子線レジスト剤(商品名ZEP520−A7:日本ゼオン社製)を300nm程度の厚さで、例えばスピンコート法により塗布し、180℃で5分間熱処理することにより、レジスト膜を形成する。次いで、電子線描画によりレジスト膜を加工することにより、開口部51aを形成する。この結果、開口部51aを備えたレジストパターン51が得られる。
Thereafter, as shown in FIG. 20E, a resist
その後、レジストパターン51をマスクとして用い、SF6ガスを用いたドライエッチング法によりシリコン窒化膜40をエッチングし、次に、ウェットエッチング法により低抵抗層42eをエッチングする。図20Fに示すように、シリコン窒化膜40及び低抵抗層42eの各々に、夫々開口部40a、開口部42fを形成する。このとき、エッチングストッパ層42dがエッチングのストッパ層として機能する。
Thereafter, using the resist
続いて、図20Gに示すように、レジストパターン51を除去する。次いで、低抵抗層42eの開口部42f及びシリコン窒化膜40を覆うシリコン窒化膜10を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 20G, the resist
次いで、図20Hに示すように、第7の実施形態と同様にして、ファインゲート用レジストパターン31、下層レジストパターン32及び上層レジストパターン33を形成する。その後、ファインゲート用レジストパターン31をマスクとしてシリコン窒化膜10をエッチングすることにより、開口部10aを形成する。更に、開口部33a、32a及び31a内にゲート電極6aを形成する。
Next, as shown in FIG. 20H, a fine gate resist
続いて、図20Iに示すように、加温した有機溶剤を用いてレジストパターン31、32及び33を除去する。つまり、ゲート電極6aの形成でも、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。
Subsequently, as shown in FIG. 20I, the resist
次いで、シリコン窒化膜10上に低誘電率膜11を形成し、例えば、波長が222nmのエキシマ光を照射しながら、350℃の熱キュア処理を15分間実施する。更に、図20Jに示すように、低誘電率膜11の残存させる部分を覆うレジストパターン24を低誘電率膜11上に形成する。その後、レジストパターン24をマスクとしてドライエッチングを行うことにより、低誘電率膜11を平面視でソース電極4及びドレイン電極5の間でこれらから離間した位置に残存させる。そして、レジストパターン24を除去する。
Next, a low dielectric
その後、第1の実施形態と同様の処理を行うことにより、図20Kに示すように、InP系HEMT(半導体装置)を完成させる。 Thereafter, by performing the same processing as in the first embodiment, as shown in FIG. 20K, an InP-based HEMT (semiconductor device) is completed.
なお、図21に示すように、InP系HEMTにおいて、図4に示す第2の実施形態と同様の構造を採用してもよい。また、図22に示すように、InP系HEMTにおいて、図6に示す第3の実施形態と同様の構造を採用してもよい。 As shown in FIG. 21, an InP-based HEMT may have the same structure as that of the second embodiment shown in FIG. Further, as shown in FIG. 22, an InP-based HEMT may adopt the same structure as that of the third embodiment shown in FIG.
また、いずれの実施形態においても、基板として、GaN基板、InP基板等の化合物半導体基板に代えて、炭化シリコン(SiC)基板、サファイア基板又はシリコン基板等を用いてもよい。また、基板が半絶縁性でなくてもよい。 In any of the embodiments, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, or the like may be used as a substrate instead of a compound semiconductor substrate such as a GaN substrate or an InP substrate. Further, the substrate may not be semi-insulating.
1:SiC基板
2:化合物半導体領域
2e:リセス
3:素子分離領域
4:ソース電極
5:ドレイン電極
6、6a:ゲート電極
10、12:シリコン窒化膜
10a:開口部
11、13:低誘電率膜
14、15:配線
41:InP基板
42:化合物半導体領域
30:メサエッチング領域
1: SiC substrate 2: Compound semiconductor region 2e: Recess 3: Element isolation region 4: Source electrode 5:
Claims (5)
前記化合物半導体領域上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記化合物半導体領域、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆う第1のシリコン窒化膜と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の位置において前記第1のシリコン窒化膜に形成された開口部を介して前記化合物半導体領域と接するように、または前記第1のシリコン窒化膜と接するように、前記化合物半導体領域上に形成されたゲート電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域において、前記ゲート電極を覆う低誘電率膜と、
前記第1のシリコン窒化膜上に形成され、前記低誘電率膜の上面及び側面を覆う第2のシリコン窒化膜と、
前記第2のシリコン窒化膜上に形成された低誘電率の耐湿性膜と、
を有し、
前記低誘電率膜の比誘電率は、前記第1のシリコン窒化膜、前記第2のシリコン窒化膜、及び前記耐湿性膜の比誘電率のいずれよりも低く、
前記低誘電率膜が前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間し、
前記第1のシリコン窒化膜と前記化合物半導体領域との間に空洞が存在せず、
前記第1のシリコン窒化膜は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記低誘電率膜の下で前記化合物半導体領域を覆い、前記第2のシリコン窒化膜と連続することを特徴とする半導体装置。 A compound semiconductor region;
A source electrode and a drain electrode formed on the compound semiconductor region;
A first silicon nitride film covering the compound semiconductor region, the source electrode and the drain electrode;
In contact with the compound semiconductor region through an opening formed in the first silicon nitride film at a position between the source electrode and the drain electrode, or in contact with the first silicon nitride film a gate electrode formed on the compound semiconductor region,
A low dielectric constant film covering the gate electrode in a region between the source electrode and the drain electrode;
Formed on the first silicon nitride film, a second silicon nitride film covering the upper and side surfaces of the low dielectric constant film,
A low dielectric constant moisture-resistant film formed on the second silicon nitride film ;
Have
The relative dielectric constant of the low dielectric constant film is lower than any of the relative dielectric constants of the first silicon nitride film, the second silicon nitride film, and the moisture resistant film,
The low dielectric constant film is separated from the source electrode and the drain electrode;
There is no cavity between the first silicon nitride film and the compound semiconductor region,
The first silicon nitride film covers the compound semiconductor region under the low dielectric constant film in a region between the gate electrode and the drain electrode in plan view, and is continuous with the second silicon nitride film. A semiconductor device comprising:
前記化合物半導体領域、前記ソース電極及び前記ドレイン電極を覆う第1のシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の位置において前記第1のシリコン窒化膜に形成された開口部を介して前記化合物半導体領域と接するように、または前記第1のシリコン窒化膜と接するように、前記化合物半導体領域上にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の領域において、前記ゲート電極を覆う低誘電率膜を形成する工程と、
前記第1のシリコン窒化膜上に、前記低誘電率膜の上面及び側面を覆う第2のシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記第2のシリコン窒化膜上に低誘電率の耐湿性膜を形成する工程と、
を有し、
前記低誘電率膜の比誘電率は、前記第1のシリコン窒化膜、前記第2のシリコン窒化膜、及び前記耐湿性膜の比誘電率のいずれよりも低く、
前記低誘電率膜が前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離間し、
前記第1のシリコン窒化膜と前記化合物半導体領域との間に空洞が存在せず、
前記第1のシリコン窒化膜は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記低誘電率膜の下で前記化合物半導体領域を覆い、前記第2のシリコン窒化膜と連続することを特徴とする半導体装置の製造方法。 The compound semiconductor region, a step that form the source over source electrode and a drain electrode,
Forming a first silicon nitride film covering the compound semiconductor region, the source electrode and the drain electrode;
In contact with the compound semiconductor region through an opening formed in the first silicon nitride film at a position between the source electrode and the drain electrode, or in contact with the first silicon nitride film Forming a gate electrode on the compound semiconductor region;
In a region between the source electrode and the drain electrode, the steps that form the low dielectric constant film that covers the front Symbol gate electrode,
Forming a second silicon nitride film covering an upper surface and a side surface of the low dielectric constant film on the first silicon nitride film;
Forming a low dielectric constant moisture-resistant film on the second silicon nitride film ;
Have
The relative dielectric constant of the low dielectric constant film is lower than any of the relative dielectric constants of the first silicon nitride film, the second silicon nitride film, and the moisture resistant film,
The low dielectric constant film is separated from the source electrode and the drain electrode;
There is no cavity between the first silicon nitride film and the compound semiconductor region,
The first silicon nitride film covers the compound semiconductor region under the low dielectric constant film in a region between the gate electrode and the drain electrode in plan view, and is continuous with the second silicon nitride film. A method of manufacturing a semiconductor device.
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