JP6073825B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6073825B2
JP6073825B2 JP2014032738A JP2014032738A JP6073825B2 JP 6073825 B2 JP6073825 B2 JP 6073825B2 JP 2014032738 A JP2014032738 A JP 2014032738A JP 2014032738 A JP2014032738 A JP 2014032738A JP 6073825 B2 JP6073825 B2 JP 6073825B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
region
semiconductor
channel
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014032738A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015159168A (en
Inventor
真一 田邉
真一 田邉
則之 渡邉
則之 渡邉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2014032738A priority Critical patent/JP6073825B2/en
Publication of JP2015159168A publication Critical patent/JP2015159168A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6073825B2 publication Critical patent/JP6073825B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、III−V族化合物半導体を用いる半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device using a group III-V compound semiconductor and a method for manufacturing the same.

窒化ガリウム(GaN)などの窒化物半導体は、シリコン(Si)よりも大きなバンドギャップを有する半導体であり、Siに比べて絶縁破壊電界強度が高く、パワーエレクトロニクスの分野での応用が期待される材料である。有用な応用先としては、GaNより構成したチャネル層を用いるトランジスタが挙げられる。例えば、高濃度かつ高移動度を有するいわゆる二次元電子ガス(2DEG)をc面としているGaNとAlGaNの界面近傍に形成した高電子移動度トランジスタ(HEMT)がある。このHEMTは、低オン抵抗かつ高耐圧性を示すトランジスタとして利用されている。   Nitride semiconductors such as gallium nitride (GaN) are semiconductors having a larger band gap than silicon (Si), and have a higher breakdown field strength than Si and are expected to be applied in the field of power electronics. It is. A useful application destination is a transistor using a channel layer made of GaN. For example, there is a high electron mobility transistor (HEMT) formed in the vicinity of the interface between GaN and AlGaN using a so-called two-dimensional electron gas (2DEG) having a high concentration and high mobility as a c-plane. This HEMT is used as a transistor having low on-resistance and high withstand voltage.

しかし、HEMTでは、ゲート電界を印加しない限りキャリアである電子がAlGaN/GaN界面に常に存在するため、ゲート電圧オフ時に電流が流れる、いわゆるノーマリーオン型のトランジスタである。フェールセーフの観点からは、ゲート電圧オン時のみ電流が流れるノーマリーオフ型のトランジスタが好ましく、GaNを活用したノーマリーオフ型のトランジスタ開発が進められている。   However, the HEMT is a so-called normally-on transistor in which current flows when the gate voltage is turned off because electrons as carriers always exist at the AlGaN / GaN interface unless a gate electric field is applied. From the viewpoint of fail-safe, a normally-off type transistor in which a current flows only when the gate voltage is on is preferable, and a normally-off type transistor utilizing GaN is being developed.

代表的なノーマリーオフ型GaNトランジスタとして、ゲート部分をドライエッチングで掘り込んで形成するリセス構造がある。リセス構造を作製するためには、ドライエッチング深さの精密な制御が必要なため加工が困難であることや、ドライエッチングによるダメージを抑える必要があるなどの課題がある。素子作製が比較的簡便なノーマリーオフ型トランジスタとしてMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を用いた電界効果トランジスタ(MISFET)がある。   As a typical normally-off type GaN transistor, there is a recess structure in which a gate portion is dug by dry etching. In order to fabricate the recess structure, there are problems such as difficult processing due to the need for precise control of the dry etching depth and the need to suppress damage due to dry etching. There is a field effect transistor (MISFET) using a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure as a normally-off transistor that is relatively easy to manufacture.

MIS構造は、ソースとドレイン間のチャネルとなるGaN表面にSiO2、Al23などによる絶縁層を、例えばプラズマ援用化学気相堆積(P−CVD)装置などを用いて形成し、この直上に金属電極を形成することで形成される。このような絶縁層を用いるGaNをチャネルとするMISFETでは、絶縁層とGaNとの界面に存在する界面準位が、デバイス特性を劣化させることが問題となっている。これは、窒化物半導体に限らず、GaAsやInPなど、他のIII−V族化合物を用いたMISFETについても同様である。 In the MIS structure, an insulating layer made of SiO 2 , Al 2 O 3 or the like is formed on the GaN surface serving as a channel between the source and drain by using, for example, a plasma assisted chemical vapor deposition (P-CVD) apparatus or the like. It is formed by forming a metal electrode. In the MISFET using GaN as a channel using such an insulating layer, the interface state existing at the interface between the insulating layer and GaN has a problem that the device characteristics are deteriorated. The same applies to MISFETs using other III-V group compounds such as GaAs and InP, as well as nitride semiconductors.

例えば、界面準位においてキャリアが捕獲されると、閾値電圧の変化、ヒステリシスによる動作不安定性、ドレイン電圧の低下といた問題が生じる。界面準位の起源としては、絶縁層の膜質の他に、絶縁層を形成する前の露出したGaN表面状態の自然酸化膜が挙げられる。非特許文献1には、GaN表面に形成される自然酸化膜によって界面準位が形成されることが報告されている。   For example, when carriers are trapped at the interface state, problems such as a change in threshold voltage, operational instability due to hysteresis, and a decrease in drain voltage occur. As the origin of the interface state, in addition to the film quality of the insulating layer, a natural oxide film in the exposed GaN surface state before forming the insulating layer can be cited. Non-Patent Document 1 reports that an interface state is formed by a natural oxide film formed on the GaN surface.

R. Nakasakia et al. , "Insulator-GaN interface structures formed by plasma-assisted chemical vapor deposition", Physica E, vol.7, pp.953-957, 2000.R. Nakasakia et al., "Insulator-GaN interface structures formed by plasma-assisted chemical vapor deposition", Physica E, vol.7, pp.953-957, 2000. 岡川 広明 他、「GaN系光半導体の開発」、三菱電線工業時報、第96号、59−63頁、平成12年。Hiroaki Okakawa et al., “Development of GaN-based optical semiconductors”, Mitsubishi Cable Industrial Time Report, No. 96, pp. 59-63, 2000.

上述したように、従来では、GaN−MISFETのようにチャネル領域の直上に絶縁層を形成する手法では、チャネル領域表面に形成される自然酸化膜が、界面準位の起源となり、トランジスタ特性の劣化をもたらすという問題があった。   As described above, conventionally, in the method of forming an insulating layer directly on the channel region like GaN-MISFET, the natural oxide film formed on the surface of the channel region becomes the origin of the interface state, and the transistor characteristics are deteriorated. There was a problem of bringing about.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、III−V族化合物半導体を用いたMISFETにおけるトランジスタ特性の劣化が抑制できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to suppress deterioration of transistor characteristics in a MISFET using a III-V group compound semiconductor.

本発明に係る半導体装置の製造方法は、窒化物半導体からなる第1半導体層の上に、一部の第1半導体層表面が露出した状態で絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層を選択成長マスクとした選択横方向成長により、一部の第1半導体層表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長して絶縁層の上にチャネルとなる第2半導体層を形成するチャネル形成工程と、絶縁層の下に配置されるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、第2半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程とを備える。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an insulating layer forming step of forming an insulating layer on a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor with a part of the surface of the first semiconductor layer exposed, and an insulating layer Forming a second semiconductor layer serving as a channel on the insulating layer by epitaxially growing a nitride semiconductor from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer is exposed by selective lateral growth using a selective growth mask And a gate electrode forming step for forming a gate electrode disposed under the insulating layer, and a source / drain electrode forming step for forming a source electrode and a drain electrode on the second semiconductor layer.

上記半導体装置の製造方法において、第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成し、第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成し、第2半導体層のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成し、チャネルとなる領域以外の第2半導体層を除去し、ソース・ドレイン電極形成工程では、ソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成し、ゲート電極形成工程では、第1半導体層に接続するオーミック性電極配線を形成し、チャネルとなる領域の下の第1半導体層をゲート電極とすればよい。   In the semiconductor device manufacturing method, the first semiconductor layer is formed of an n-type nitride semiconductor, the second semiconductor layer is formed of a p-type nitride semiconductor, and is formed in a region serving as a channel of the second semiconductor layer. , A source / drain region forming step of forming a source region and a drain region into which n-type impurities are introduced at a predetermined distance, and in the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the first In the channel formation process, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, the second semiconductor layer other than the channel region is removed, and in the source / drain electrode formation process, the surface of the semiconductor layer is exposed. Forming an ohmic electrode in each of the source region and the drain region to form a source electrode and a drain electrode, and in the gate electrode forming step, the ohmic electrode connected to the first semiconductor layer To form a line, the first semiconductor layer below the region to be a channel may be a gate electrode.

上記半導体装置の製造方法において、第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成し、ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内の一部の第1半導体層にn型の不純物を導入することでゲート電極を形成し、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成し、チャネルとなる領域以外の第2半導体層を除去し、第2半導体層のチャネルとなる領域に、ゲート電極形成領域を挟んで所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、ソース・ドレイン電極形成工程では、ソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成すればよい。   In the semiconductor device manufacturing method, the first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor, and in the gate electrode formation step, an n-type impurity is added to a part of the first semiconductor layer in the region serving as a channel. Introducing the gate electrode, in the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed to expose a part of the surface of the first semiconductor layer, and in the channel forming step, the insulating layer is covered. The second semiconductor layer is formed, the second semiconductor layer other than the channel region is removed, and the channel region of the second semiconductor layer is separated by a predetermined distance with the gate electrode formation region interposed therebetween. A source / drain region forming step for forming a source region and a drain region into which is introduced, and in the source / drain electrode forming step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region. It may be a source electrode and a drain electrode.

上記半導体装置の製造方法において、第2半導体層のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成し、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成し、チャネルとなる領域以外の第2半導体層を除去し、ソース・ドレイン電極形成工程では、ソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成し、ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、絶縁層を形成する前に第1半導体層の上に金属から構成されたゲート電極を形成し、絶縁層形成工程では、ゲート電極の存在により形成される絶縁層の表面の凹凸を平坦化すればよい。   The method for manufacturing a semiconductor device includes a source / drain region forming step of forming a source region and a drain region into which an n-type impurity is introduced, spaced apart from each other by a predetermined distance in a region to be a channel of the second semiconductor layer, The two semiconductor layers are made of a p-type nitride semiconductor. In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed to expose a part of the first semiconductor layer surface. In the channel forming step, the insulating layer is insulated. The second semiconductor layer is formed so as to cover the layer, the second semiconductor layer other than the channel region is removed, and in the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region. The source and drain electrodes are formed, and in the gate electrode formation step, the insulating layer is formed in the region between the source and drain regions in the channel region. A gate electrode made of a metal on the first semiconductor layer is formed prior to, the insulating layer forming step may be planarized surface irregularities of the insulating layer formed by the presence of the gate electrode.

上記半導体装置の製造方法において、第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成し、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成するとともに、第2半導体層の上に、第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、チャネルとなる領域以外の第2半導体層および第3半導体層を除去し、ソース・ドレイン電極形成工程では、チャネルとなる領域における第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成し、ゲート電極形成工程では、第1半導体層に接続するオーミック性電極配線を形成し、チャネルとなる領域の下の第1半導体層をゲート電極とすればよい。   In the method for manufacturing a semiconductor device, the first semiconductor layer is made of an n-type nitride semiconductor, the second semiconductor layer is made of an undoped nitride semiconductor, and a part of the insulating layer is formed in the insulating layer forming step. In the channel forming step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and the second semiconductor layer is formed on the second semiconductor layer. Forming a third semiconductor layer composed of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas, and then removing the second and third semiconductor layers other than the channel region, In the electrode forming step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the channel region to form the source electrode and the drain electrode, and the gate electrode forming step Is an ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer is formed, the first semiconductor layer below the region to be a channel may be a gate electrode.

上記半導体装置の製造方法において、第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成し、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内の一部の第1半導体層にn型の不純物を導入することでゲート電極を形成し、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成するとともに、第2半導体層の上に、第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、チャネルとなる領域以外の第2半導体層および第3半導体層を除去し、ソース・ドレイン電極形成工程では、チャネルとなる領域における第3半導体層の上に、ゲート電極形成領域を挟んで所定の距離離間させたソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成すればよい。   In the semiconductor device manufacturing method, the first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor, the second semiconductor layer is made of an undoped nitride semiconductor, and a channel region is formed in the gate electrode forming step. A gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into a part of the first semiconductor layer, and a part of the first semiconductor layer surface is exposed in the insulating layer forming step by removing a part of the insulating layer. In the channel forming step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the second semiconductor layer is formed on the second semiconductor layer. After forming the third semiconductor layer, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer other than the channel region are removed, and in the source / drain electrode formation step, the third semiconductor in the channel region is formed. Over, it is sufficient to form a source electrode and a drain electrode to form an ohmic electrode on each of the source region and a drain region by a predetermined distance apart across the gate electrode formation region.

上記半導体装置の製造方法において、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、絶縁層形成工程では、一部の絶縁層を除去して一部の第1半導体層表面が露出した状態とし、チャネル形成工程では、絶縁層を覆う状態に第2半導体層を形成するとともに、第2半導体層の上に、第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、チャネルとなる領域以外の第2半導体層および第3半導体層を除去し、ソース・ドレイン電極形成工程では、チャネルとなる領域における第3半導体層の上に、所定の距離離間させたソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成してソース電極およびドレイン電極を形成し、ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、絶縁層を形成する前に第1半導体層の上に金属から構成されたゲート電極を形成し、絶縁層形成工程では、ゲート電極の存在により形成される絶縁層の表面の凹凸を平坦化すればよい。   In the semiconductor device manufacturing method, the second semiconductor layer is made of an undoped nitride semiconductor, and in the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the first semiconductor layer surface is exposed. In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and the second semiconductor layer is formed of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas on the second semiconductor layer. Then, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer other than the channel region are removed, and in the source / drain electrode formation step, the third semiconductor layer is formed on the third semiconductor layer in the channel region. In addition, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region separated by a predetermined distance to form the source electrode and the drain electrode, and the channel is formed in the gate electrode forming step. In the region sandwiched between the source region and the drain region in the region, a gate electrode made of metal is formed on the first semiconductor layer before forming the insulating layer. In the insulating layer forming step, the presence of the gate electrode What is necessary is just to planarize the unevenness | corrugation of the surface of the insulating layer formed.

上記半導体装置の製造方法において、第1半導体層および第2半導体層は、同じ窒化物半導体から構成すればよい。   In the semiconductor device manufacturing method, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be made of the same nitride semiconductor.

また、本発明に係る半導体装置は、窒化物半導体からなる第1半導体層と、一部の第1半導体層表面が露出した状態で、第1半導体層の上に形成された絶縁層と、絶縁層を選択成長マスクとした選択横方向成長により一部の第1半導体層表面が露出した領域よりエピタキシャル成長した窒化物半導体よりなる第2半導体層より構成され、絶縁層の上に形成されたチャネルと、絶縁層の下に配置されるゲート電極と、チャネルの上に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備える。   In addition, a semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor, an insulating layer formed on the first semiconductor layer in a state where a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed, and an insulating layer A channel formed on the insulating layer, comprising a second semiconductor layer made of a nitride semiconductor epitaxially grown from a region in which a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed by selective lateral growth using the layer as a selective growth mask; A gate electrode disposed under the insulating layer, and a source electrode and a drain electrode formed on the channel.

上記半導体装置において、第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成され、第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成され、チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域と、第1半導体層に接続するオーミック性電極配線とを備え、ソース電極およびドレイン電極は、ソース領域およびドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極であり、チャネルの下の第1半導体層をゲート電極とすればよい。   In the semiconductor device, the first semiconductor layer is made of an n-type nitride semiconductor, and the second semiconductor layer is made of a p-type nitride semiconductor, and is formed in a channel and arranged at a predetermined distance apart. A source region and a drain region into which an n-type impurity is introduced, and an ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode being connected to each of the source region and the drain region The first semiconductor layer that is an electrode and under the channel may be a gate electrode.

上記半導体装置において、第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成され、ゲート電極は、チャネルの領域内の一部の第1半導体層にn型の不純物を導入することで形成され、チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域を備え、ソース電極およびドレイン電極は、ソース領域およびドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極であればよい。   In the semiconductor device, the first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor, and the gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into a part of the first semiconductor layer in the channel region. And a source region and a drain region which are formed in a channel and are spaced apart from each other by a predetermined distance and into which an n-type impurity is introduced. The source electrode and the drain electrode are connected to each of the source region and the drain region. Any electrode may be used.

上記半導体装置において、第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成され、チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域を備え、ソース電極およびドレイン電極は、ソース領域およびドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極であり、ゲート電極は、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、絶縁層の下の第1半導体層の上に形成された金属のパターンから構成され、絶縁層の表面は、ゲート電極の存在により形成される表面の凹凸が平坦化されていればよい。   In the semiconductor device, the second semiconductor layer is made of a p-type nitride semiconductor, includes a source region and a drain region which are formed in a channel and are spaced apart from each other by a predetermined distance and into which an n-type impurity is introduced. The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes connected to each of the source region and the drain region, and the gate electrode is below the insulating layer in a region sandwiched between the source region and the drain region in the channel region. The surface of the insulating layer only needs to be planarized by the presence of the gate electrode. The metal pattern is formed on the first semiconductor layer.

上記半導体装置において、第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成され、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、チャネルの上に、チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層と、第1半導体層に接続するオーミック性電極配線とを備え、ソース電極およびドレイン電極は、チャネルの領域における第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極であり、チャネルの下の第1半導体層をゲート電極とすればよい。   In the semiconductor device, the first semiconductor layer is composed of an n-type nitride semiconductor, the second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor, and generates a two-dimensional electron gas in the channel on the channel. And a ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer, wherein the source electrode and the drain electrode are a source region and a drain of the third semiconductor layer in the channel region, respectively. It is an ohmic electrode formed in each of the regions, and the first semiconductor layer under the channel may be a gate electrode.

上記半導体装置において、第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成され、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、ゲート電極は、チャネルの領域の一部の第1半導体層にn型の不純物を導入することで形成され、チャネルの上に、チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を備え、ソース電極およびドレイン電極は、チャネルの領域における第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極であればよい。   In the semiconductor device, the first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor, the second semiconductor layer is made of an undoped nitride semiconductor, and the gate electrode is a first part of a channel region. A third semiconductor layer is formed by introducing an n-type impurity into the semiconductor layer, and is formed on the channel and made of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the channel. May be any ohmic electrode formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the channel region.

上記半導体装置において、第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、チャネルの上に、チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を備え、ソース電極およびドレイン電極は、チャネルの領域における第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極であり、ゲート電極は、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、絶縁層の下の第1半導体層の上に形成された金属のパターンから構成され、絶縁層の表面は、ゲート電極の存在により形成される表面の凹凸が平坦化されていればよい。   In the semiconductor device, the second semiconductor layer is made of an undoped nitride semiconductor, and has a third semiconductor layer made of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the channel on the channel. The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the channel region, and the gate electrode is sandwiched between the source region and the drain region in the channel region. In this region, the pattern of the metal formed on the first semiconductor layer below the insulating layer is formed, and the surface of the insulating layer is flattened by the surface unevenness formed by the presence of the gate electrode. That's fine.

上記半導体装置において、第3半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていればよい。また、第1半導体層および第2半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていればよい。 In the semiconductor device, the third semiconductor layer is made of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). Just do it. The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It only has to be done.

以上説明したことにより、本発明によれば、III−V族化合物半導体を用いたMISFETにおけるトランジスタ特性の劣化が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that deterioration of transistor characteristics in a MISFET using a III-V group compound semiconductor can be suppressed.

図1Aは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図1Bは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。1B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図1Cは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 1C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図1Dは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 1D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図1Eは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 1E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図1Fは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 1F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 図2は、実施の形態1における半導体装置の、チャネルの部分におけるソース領域104からドレイン領域105にかけてのエネルギーバンドの状態を模式的に示したバンド図である。FIG. 2 is a band diagram schematically showing the state of the energy band from the source region 104 to the drain region 105 in the channel portion of the semiconductor device in the first embodiment. 図3Aは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Dは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Eは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Fは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Gは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3G is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図3Hは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 3H is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 図4Aは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。4A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining a method for manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Bは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Cは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Dは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Eは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Fは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Gは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4G is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図4Hは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 4H is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 図5Aは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view showing a state in the middle of the process for explaining the method of manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. 図5Bは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 5B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. 図5Cは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 5C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. 図5Dは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 5D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. 図5Eは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 5E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention. 図6Aは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining a manufacturing method of a semiconductor device in Embodiment 5 of the present invention. 図6Bは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図6Cは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図6Dは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図6Eは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図6Fは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図6Gは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 6G is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention. 図7Aは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7A is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining a manufacturing method of a semiconductor device in Embodiment 6 of the present invention. 図7Bは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7B is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing the state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention. 図7Cは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7C is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention. 図7Dは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7D is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 6 of the present invention. 図7Eは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7E is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention. 図7Fは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7F is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention. 図7Gは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。FIG. 7G is a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1A〜図1Fを用いて説明する。図1A〜図1Fは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 1]
First, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1F. 1A to 1F are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining a method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention.

まず、図1Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層101の上に、絶縁層102を形成する。第1半導体層101は、例えば、高濃度にn型不純物が導入されたGaN(n型の窒化物半導体)から構成すればよい。例えば、コランダム(サファイア),シリコン(Si),およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層101を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層102とすればよい。 First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 102 is formed on a first semiconductor layer 101 made of a nitride semiconductor. The first semiconductor layer 101 may be made of, for example, GaN (n-type nitride semiconductor) into which an n-type impurity is introduced at a high concentration. For example, the first semiconductor layer 101 may be grown on a crystal substrate such as corundum (sapphire), silicon (Si), and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. For example, the insulating layer 102 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by a chemical vapor deposition (CVD) method using plasma assist.

次に、一部の絶縁層102を除去し、図1Bに示すように、一部の第1半導体層101の表面を露出させて絶縁層102aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により絶縁層102をパターニングして開口領域を形成することで、一部の第1半導体層101を露出させて絶縁層102aとすればよい。   Next, a part of the insulating layer 102 is removed, and as shown in FIG. 1B, the surface of a part of the first semiconductor layer 101 is exposed to form an insulating layer 102a (insulating layer forming step). For example, the insulating layer 102 may be patterned by a known lithography technique and dry etching technique to form an opening region so that a part of the first semiconductor layer 101 is exposed to form the insulating layer 102a.

次に、図1Cに示すように、絶縁層102aを選択成長マスクとした選択横方向成長(Epitaxially Lateral Overgrowth;ELO)により、一部の第1半導体層101表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層102aの上にチャネルとなる第2半導体層103を形成する(チャネル形成工程)。   Next, as shown in FIG. 1C, a nitride semiconductor is formed from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 101 is exposed by selective lateral growth (ELO) using the insulating layer 102a as a selective growth mask. Epitaxial growth is performed to form the second semiconductor layer 103 serving as a channel on the insulating layer 102a (channel forming step).

例えば、有機金属気相成長(MOCVD)法により、p型の不純物を導入したGaN(p型の窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層102aを覆う状態に第2半導体層103を形成する。ここで、実施の形態1では、後述するように、第1半導体層101をゲート電極として用いることになる。従って、第2半導体層103を形成した段階で、第1半導体層101/絶縁層102a/第2半導体層103が、MIS構造と同じ役割を担うことがわかる。図1Cには、絶縁層102a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部103aを示している。   For example, GaN (p-type nitride semiconductor) doped with p-type impurities is grown by ELO by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and the second semiconductor layer 103 is formed so as to cover the insulating layer 102a. . Here, in the first embodiment, as will be described later, the first semiconductor layer 101 is used as a gate electrode. Therefore, it can be seen that the first semiconductor layer 101 / insulating layer 102a / second semiconductor layer 103 plays the same role as the MIS structure at the stage of forming the second semiconductor layer 103. FIG. 1C shows a joint 103a where GaN grown ELO from left to right on the paper surface and GaN grown ELO from right to left are joined on the surface of the insulating layer 102a.

次に、図1Dに示すように、第2半導体層103のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域104およびドレイン領域105を形成する(ソース・ドレイン領域形成工程)。例えば、よく知られたイオン注入法により、n型の不純物をより高濃度に導入することで、n+領域となるソース領域104およびドレイン領域105を形成すればよい。ここで、接合部103aでは、転位が生じる可能性があるため、接合部103aを避けるように、ソース領域104およびドレイン領域105を形成するとよい。 Next, as shown in FIG. 1D, a source region 104 and a drain region 105 into which an n-type impurity has been introduced are formed in a region to be a channel of the second semiconductor layer 103 and separated by a predetermined distance (source / drain regions). Forming step). For example, the source region 104 and the drain region 105 to be n + regions may be formed by introducing an n-type impurity at a higher concentration by a well-known ion implantation method. Here, since there is a possibility that dislocation occurs in the junction 103a, the source region 104 and the drain region 105 are preferably formed so as to avoid the junction 103a.

次に、図1Eに示すように、チャネルとなる領域以外の第2半導体層103を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層103をパターニングする。特に、ゲート電極となる第1半導体層101と分離するために、第2半導体層103が、絶縁層102a上のみに存在するように、第2半導体層103をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 1E, the second semiconductor layer 103 other than the channel region is removed. For example, the second semiconductor layer 103 is patterned by a known lithography technique and dry etching technique. In particular, the second semiconductor layer 103 is patterned so that the second semiconductor layer 103 exists only on the insulating layer 102a so as to be separated from the first semiconductor layer 101 to be a gate electrode.

次に、図1Fに示すように、第1半導体層101に接続するオーミック性電極配線106を形成し、チャネルとなる領域の下の第1半導体層101をゲート電極とする(ゲート電極形成工程)。また、ソース領域104およびドレイン領域105の各々にオーミック性電極を形成してソース電極107およびドレイン電極108を形成する。   Next, as shown in FIG. 1F, an ohmic electrode wiring 106 connected to the first semiconductor layer 101 is formed, and the first semiconductor layer 101 under the channel region is used as a gate electrode (gate electrode forming step). . Further, an ohmic electrode is formed in each of the source region 104 and the drain region 105 to form the source electrode 107 and the drain electrode 108.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線106,ソース電極107,およびドレイン電極108を形成すればよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. Thereafter, the ohmic electrode wiring 106, the source electrode 107, and the drain electrode 108 are formed by patterning so that the electrode metal material is left in the electrode formation region by removing (lifting off) the resist mask pattern. Good.

実施の形態1では、前述したように、第1半導体層101をゲート電極としており、ゲート電極が、チャネルから見て絶縁層102aの下に配置される状態となる。また、実施の形態1によれば、第2半導体層103を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層102を加熱処理することで、絶縁層102(絶縁層102a)の膜質を向上させることもできる。   In the first embodiment, as described above, the first semiconductor layer 101 is used as a gate electrode, and the gate electrode is disposed under the insulating layer 102a when viewed from the channel. Further, according to Embodiment 1, immediately before the second semiconductor layer 103 is grown, the insulating layer 102 is heat-treated as a nitrogen atmosphere inside the growth furnace in which the metal organic vapor phase epitaxy method is performed. The film quality of the layer 102 (insulating layer 102a) can also be improved.

また、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層101に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層102aによって阻止されるため、絶縁層102aの内領域より絶縁層102aの上を横方向に成長した第2半導体層103には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層103を絶縁層102a上に得ることができる。   Further, as described in Non-Patent Document 2, since the upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 101 is blocked by the insulating layer 102a by using ELO, an insulating layer is formed from an inner region of the insulating layer 102a. Since the second semiconductor layer 103 grown laterally on 102a has fewer threading dislocations, a high-quality second semiconductor layer 103 can be obtained on the insulating layer 102a.

次に、実施の形態1における半導体装置(トランジスタ)の動作について、図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1における半導体装置の、チャネルの部分におけるソース領域104からドレイン領域105にかけてのエネルギーバンドの状態を模式的に示したバンド図である。   Next, operation of the semiconductor device (transistor) in Embodiment 1 is described with reference to FIGS. FIG. 2 is a band diagram schematically showing the state of the energy band from the source region 104 to the drain region 105 in the channel portion of the semiconductor device in the first embodiment.

ソース領域104およびドレイン領域105は、チャネル(p−GaN)を介して接続されており、ゲート電圧=0Vでは、図2の(a)に示すように、チャネルがソース−ドレイン間の電子の流れを遮るバリアとして働き、電流が流れない。一方、絶縁層102aをゲート絶縁層として第1半導体層101をゲート電極としてここに正のゲート電圧を印加すると、図2の(b)に示すようにチャネルの電位が減少してバリアが低下し、チャネルを介してソース−ドレイン間に電流が流れるようになる。このように、実施の形態1における半導体装置は、ノーマリーオフ型のトランジスタ特性を示すこととなる。   The source region 104 and the drain region 105 are connected via a channel (p-GaN), and when the gate voltage is 0 V, as shown in FIG. Acts as a barrier to block current and no current flows. On the other hand, when a positive gate voltage is applied to the insulating layer 102a as a gate insulating layer and the first semiconductor layer 101 as a gate electrode, the channel potential is decreased and the barrier is lowered as shown in FIG. A current flows between the source and the drain through the channel. As described above, the semiconductor device in Embodiment 1 exhibits normally-off transistor characteristics.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について、図3A〜図3Hを用いて説明する。図3A〜図3Hは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3H. 3A to 3H are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing the semiconductor device in the second embodiment of the present invention.

まず、図3Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層201の上の所定の箇所に、n型の不純物を導入してゲート電極206を形成する(ゲート電極形成工程)。第1半導体層201は、例えば、半絶縁性のGaN(絶縁性を有する窒化物半導体)から構成すればよい。実施の形態2では、初期の段階でゲート電極206が形成されるところに特徴がある。なお、ゲート電極206は、図3Aの(b)に示すように、所定の方向に延在する短冊状に形成する。なお、第1半導体層201の平面内において、所定の方向に垂直な方向が、ゲート長の方向となる。   First, as shown in FIG. 3A, an n-type impurity is introduced into a predetermined location on the first semiconductor layer 201 made of a nitride semiconductor to form a gate electrode 206 (gate electrode forming step). The first semiconductor layer 201 may be made of, for example, semi-insulating GaN (an insulating nitride semiconductor). The second embodiment is characterized in that the gate electrode 206 is formed in the initial stage. The gate electrode 206 is formed in a strip shape extending in a predetermined direction, as shown in FIG. 3A (b). In the plane of the first semiconductor layer 201, the direction perpendicular to the predetermined direction is the gate length direction.

例えば、サファイア,Si,およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層201を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、ゲート電極形成領域が開口したマスクパターンを形成し、この上からn型不純物をイオン注入することで、n+領域であるゲート電極206を形成する。 For example, the first semiconductor layer 201 may be grown on a crystal substrate such as sapphire, Si, and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. Also, a mask pattern having an opening in the gate electrode formation region is formed, and an n-type impurity is ion-implanted from above to form a gate electrode 206 that is an n + region.

次に、図3Bに示すように、第1半導体層201の上に、絶縁層202を形成する。例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層202とすればよい。 Next, as illustrated in FIG. 3B, the insulating layer 202 is formed on the first semiconductor layer 201. For example, the insulating layer 202 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD).

次に、一部の絶縁層202を除去し、図3Cに示すように、一部の第1半導体層201の表面が露出した絶縁層202aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により絶縁層202をパターニングして開口領域を形成することで、一部の第1半導体層201を露出させて、絶縁層202aを形成すればよい。   Next, a part of the insulating layer 202 is removed to form an insulating layer 202a where the surface of a part of the first semiconductor layer 201 is exposed as shown in FIG. 3C (insulating layer forming step). For example, the insulating layer 202 may be formed by patterning the insulating layer 202 by a known lithography technique and dry etching technique so as to expose a part of the first semiconductor layer 201 to form the insulating layer 202a.

次に、図3Dに示すように、絶縁層202aを選択成長マスクとした選択横方向成長ELOにより、一部の第1半導体層201表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層202aの上にチャネルとなる第2半導体層103を形成する(チャネル形成工程)。   Next, as shown in FIG. 3D, by selective lateral growth ELO using the insulating layer 202a as a selective growth mask, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 201 is exposed, and the insulating layer 202a A second semiconductor layer 103 serving as a channel is formed on the substrate (channel forming step).

例えば、MOCVDにより、p型の不純物を導入したGaN(p型の窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層202aを覆う状態に第2半導体層203を形成する。ここで、実施の形態2では、前述したように、n型不純物を導入した一部の第1半導体層201がゲート電極206となる。従って、第2半導体層203を形成した段階で、ゲート電極206/絶縁層202a/第2半導体層203によるMIS構造が形成されていることになる。なお、図3Dには、絶縁層202a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部203aを示している。   For example, GaN (p-type nitride semiconductor) doped with p-type impurities is grown by ELO by MOCVD, and the second semiconductor layer 203 is formed so as to cover the insulating layer 202a. Here, in the second embodiment, as described above, a part of the first semiconductor layer 201 into which the n-type impurity is introduced becomes the gate electrode 206. Therefore, when the second semiconductor layer 203 is formed, the MIS structure is formed by the gate electrode 206 / the insulating layer 202a / the second semiconductor layer 203. FIG. 3D shows a joint 203a where GaN grown ELO from left to right on the paper surface and GaN grown ELO from right to left are joined on the surface of the insulating layer 202a.

次に、図3Eに示すように、第2半導体層203のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域204およびドレイン領域205を形成する(ソース・ドレイン領域形成工程)。例えば、よく知られたイオン注入法により、n型の不純物をより高濃度に導入することで、n+領域となるソース領域204およびドレイン領域205を形成すればよい。ここで、接合部203aでは、転位が生じる可能性があるため、接合部203aを避けるように、ソース領域204およびドレイン領域205を形成するとよい。 Next, as shown in FIG. 3E, a source region 204 and a drain region 205 into which an n-type impurity has been introduced are formed in a region to be a channel of the second semiconductor layer 203 and separated by a predetermined distance (source / drain regions). Forming step). For example, the source region 204 and the drain region 205 to be n + regions may be formed by introducing an n-type impurity at a higher concentration by a well-known ion implantation method. Here, since there is a possibility that dislocation may occur in the joint portion 203a, the source region 204 and the drain region 205 are preferably formed so as to avoid the joint portion 203a.

次に、図3Fに示すように、素子同士を分離するために、チャネルとなる領域以外の第2半導体層203を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層203をパターニングする。なお、第1半導体層201に形成しているゲート電極206と分離するために、第2半導体層203が、絶縁層202a上のみに存在するように、第2半導体層203をパターニングするとよい。   Next, as illustrated in FIG. 3F, the second semiconductor layer 203 other than the region serving as a channel is removed in order to separate the elements from each other. For example, the second semiconductor layer 203 is patterned by a known lithography technique and dry etching technique. Note that the second semiconductor layer 203 may be patterned so that the second semiconductor layer 203 exists only over the insulating layer 202a in order to separate from the gate electrode 206 formed in the first semiconductor layer 201.

次に、図3Gの(b)に示すように、チャネル領域以外において、ゲート電極206に接続するためのコンタクトホール202bを、絶縁層202aに形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、選択的に絶縁層202aをエッチングしてパターニングすることで、コンタクトホール202bを形成すればよい。   Next, as shown in FIG. 3G (b), a contact hole 202b for connecting to the gate electrode 206 is formed in the insulating layer 202a outside the channel region. For example, the contact hole 202b may be formed by selectively etching and patterning the insulating layer 202a by a known lithography technique and dry etching technique.

次に、図3Hに示すように、ゲート電極206に接続するオーミック性電極配線206aを形成する。また、ソース領域204およびドレイン領域205の各々にオーミック性電極を形成してソース電極207およびドレイン電極208を形成する。   Next, as shown in FIG. 3H, an ohmic electrode wiring 206a connected to the gate electrode 206 is formed. Further, an ohmic electrode is formed in each of the source region 204 and the drain region 205 to form the source electrode 207 and the drain electrode 208.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線206a,ソース電極207,およびドレイン電極208を形成すればよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. Thereafter, by removing (lifting off) the resist mask pattern, patterning is performed so that the electrode metal material remains in the electrode formation region, thereby forming the ohmic electrode wiring 206a, the source electrode 207, and the drain electrode 208. Good.

実施の形態2においても、前述したように、半絶縁性とした第1半導体層201の一部に不純物を導入してゲート電極206としており、ゲート電極206が、チャネルから見て絶縁層202a下に配置される状態となる。また、実施の形態2においても、第2半導体層203を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層202を加熱処理することで、絶縁層202(絶縁層202a)の膜質を向上させることもできる。   Also in the second embodiment, as described above, impurities are introduced into part of the semi-insulating first semiconductor layer 201 to form the gate electrode 206, and the gate electrode 206 is below the insulating layer 202a when viewed from the channel. It will be in the state where it is arranged. In the second embodiment as well, the insulating layer 202 is heat-treated as a nitrogen atmosphere in the growth furnace in which the metal organic chemical vapor deposition method is performed immediately before the second semiconductor layer 203 is grown. The film quality of 202 (insulating layer 202a) can also be improved.

また、実施の形態2においても、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層201に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層202aによって阻止されるため、絶縁層202aの内領域より絶縁層202aの上を横方向に成長した第2半導体層203には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層203を絶縁層202a上に得ることができる。   In the second embodiment as well, as described in Non-Patent Document 2, by using ELO, upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 201 is prevented by the insulating layer 202a. The second semiconductor layer 203 grown laterally on the insulating layer 202a from the inner region of 202a has fewer threading dislocations, and as a result, a high-quality second semiconductor layer 203 can be obtained on the insulating layer 202a. it can.

[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について、図4A〜図4Hを用いて説明する。図4A〜図4Hは、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4H. 4A to 4H are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the third embodiment of the present invention.

まず、図4Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層301の上の所定の箇所に、金属から構成されたゲート電極306を形成する(ゲート電極形成工程)。第1半導体層301は、例えば、半絶縁性のGaN(絶縁性を有する窒化物半導体)から構成すればよい。実施の形態3では、初期の段階でゲート電極306が形成されるところに特徴がある。なお、ゲート電極306は、図4Aの(b)に示すように、所定の方向に延在する短冊状に形成する。なお、第1半導体層301の平面内において、所定の方向に垂直な方向が、ゲート長の方向となる。   First, as shown in FIG. 4A, a gate electrode 306 made of metal is formed at a predetermined location on the first semiconductor layer 301 made of a nitride semiconductor (gate electrode forming step). The first semiconductor layer 301 may be made of, for example, semi-insulating GaN (an insulating nitride semiconductor). The third embodiment is characterized in that the gate electrode 306 is formed in the initial stage. Note that the gate electrode 306 is formed in a strip shape extending in a predetermined direction, as shown in FIG. 4A (b). In the plane of the first semiconductor layer 301, the direction perpendicular to the predetermined direction is the gate length direction.

例えば、サファイア,Si,およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層301を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、ゲート電極形成領域が開口したレジストマスクパターンを形成し、この上から、例えば蒸着法などによりゲート金属材料を堆積し、この後、レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、ゲート電極306を形成する。   For example, the first semiconductor layer 301 may be grown on a crystal substrate such as sapphire, Si, and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. Further, a resist mask pattern having an opening in the gate electrode formation region is formed, and a gate metal material is deposited thereon by, for example, vapor deposition, and then the resist mask pattern is removed (lifted off), whereby the gate electrode 306 is formed. Form.

次に、図4Bに示すように、第1半導体層301の上に、絶縁層302を形成する。例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層302とすればよい。ここで、ゲート電極306が形成されているため、ゲート電極306形成箇所の絶縁層302表面には、段差が形成された状態となる。 Next, as illustrated in FIG. 4B, the insulating layer 302 is formed on the first semiconductor layer 301. For example, the insulating layer 302 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by a chemical vapor deposition (CVD) method using plasma assist. Here, since the gate electrode 306 is formed, a step is formed on the surface of the insulating layer 302 where the gate electrode 306 is formed.

次に、上述した絶縁層302の段差を平坦化し、加えて、一部の絶縁層302を除去し、図4Cに示すように、一部の第1半導体層301の表面が露出した絶縁層302aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、段差部の絶縁層302を選択的に除去することで平坦化し、また、絶縁層302をパターニングして開口領域を形成することで一部の第1半導体層301を露出させることで、絶縁層302aを形成すればよい。なお、ゲート電極306上の絶縁層302aは、周囲に比較して薄い状態となる。このため、第1半導体層301の抵抗率によらず、ゲート電圧印加により、ゲート電極306とチャネルとの間に集中的に電界が生じる。従って、第1半導体層301は、絶縁性に限らず、任意の抵抗率であってもよい。   Next, the step of the insulating layer 302 described above is planarized, and in addition, a part of the insulating layer 302 is removed, and as shown in FIG. 4C, the insulating layer 302a in which the surface of the part of the first semiconductor layer 301 is exposed. (Insulating layer forming step). For example, the insulating layer 302 at the stepped portion is selectively removed by a known lithography technique and dry etching technique, and the first insulating layer 302 is patterned to form an opening region, thereby forming a part of the first region. The insulating layer 302a may be formed by exposing the semiconductor layer 301. Note that the insulating layer 302a over the gate electrode 306 is thinner than the surroundings. For this reason, an electric field is intensively generated between the gate electrode 306 and the channel by application of the gate voltage regardless of the resistivity of the first semiconductor layer 301. Therefore, the first semiconductor layer 301 is not limited to insulation, and may have an arbitrary resistivity.

次に、図4Dに示すように、絶縁層302aを選択成長マスクとした選択横方向成長ELOにより、一部の第1半導体層301表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層302aの上にチャネルとなる第2半導体層303を形成する(チャネル形成工程)。   Next, as shown in FIG. 4D, by selective lateral growth ELO using the insulating layer 302a as a selective growth mask, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 301 is exposed, and the insulating layer 302a. A second semiconductor layer 303 serving as a channel is formed on the substrate (channel forming step).

例えば、MOCVDにより、p型の不純物を導入したGaN(p型の窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層302aを覆う状態に第2半導体層303を形成する。ここで、実施の形態3では、前述したように、ゲート電極306は、絶縁層302aの形成より前に設けられている。従って、第2半導体層303を形成した段階で、ゲート電極306/絶縁層302a/第2半導体層303によるMIS構造が形成されていることになる。なお、図4Dには、絶縁層302a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部303aを示している。   For example, GaN (p-type nitride semiconductor) doped with p-type impurities is grown by MOLO by MOCVD, and the second semiconductor layer 303 is formed so as to cover the insulating layer 302a. Here, in Embodiment Mode 3, as described above, the gate electrode 306 is provided before the formation of the insulating layer 302a. Therefore, when the second semiconductor layer 303 is formed, the MIS structure is formed by the gate electrode 306 / the insulating layer 302a / the second semiconductor layer 303. FIG. 4D shows a bonding portion 303a where GaN grown ELO from the left to the right on the paper surface and GaN grown ELO from the right to the left are joined on the surface of the insulating layer 302a.

次に、図4Eに示すように、第2半導体層303のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域304およびドレイン領域305を形成する(ソース・ドレイン領域形成工程)。例えば、よく知られたイオン注入法により、n型の不純物をより高濃度に導入することで、n+領域となるソース領域304およびドレイン領域305を形成すればよい。ここで、接合部303aでは、転位が生じる可能性があるため、接合部303aを避けるように、ソース領域304およびドレイン領域305を形成するとよい。 Next, as shown in FIG. 4E, a source region 304 and a drain region 305 into which an n-type impurity has been introduced are formed in a region to be a channel of the second semiconductor layer 303 and separated by a predetermined distance (source / drain regions). Forming step). For example, the source region 304 and the drain region 305 to be n + regions may be formed by introducing an n-type impurity at a higher concentration by a well-known ion implantation method. Here, since there is a possibility that dislocation occurs in the junction portion 303a, the source region 304 and the drain region 305 are preferably formed so as to avoid the junction portion 303a.

次に、図4Fに示すように、素子同士を分離するために、チャネルとなる領域以外の第2半導体層303を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層303をパターニングする。なお、第1半導体層301上に形成しているゲート電極306と分離するために、第2半導体層303が、絶縁層302a上のみに存在するように、第2半導体層303をパターニングするとよい。   Next, as illustrated in FIG. 4F, the second semiconductor layer 303 other than the channel region is removed in order to separate the elements from each other. For example, the second semiconductor layer 303 is patterned by a known lithography technique and dry etching technique. Note that in order to separate from the gate electrode 306 formed over the first semiconductor layer 301, the second semiconductor layer 303 may be patterned so that the second semiconductor layer 303 exists only over the insulating layer 302a.

次に、図4Gの(b)に示すように、チャネル領域以外において、ゲート電極306に接続するためのコンタクトホール302bを、絶縁層302aに形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、選択的に絶縁層302aをエッチングしてパターニングすることで、コンタクトホール302bを形成すればよい。   Next, as illustrated in FIG. 4B, a contact hole 302b for connecting to the gate electrode 306 is formed in the insulating layer 302a in a region other than the channel region. For example, the contact hole 302b may be formed by selectively etching and patterning the insulating layer 302a by a known lithography technique and dry etching technique.

次に、図4Hに示すように、ゲート電極306に接続するオーミック性電極配線306aを形成する。また、ソース領域304およびドレイン領域305の各々にオーミック性電極を形成してソース電極307およびドレイン電極308を形成する。ソース電極307およびドレイン電極308は、ゲート電極306およびオーミック性電極配線306aなどに接続しない状態に形成する。   Next, as shown in FIG. 4H, an ohmic electrode wiring 306a connected to the gate electrode 306 is formed. Further, an ohmic electrode is formed in each of the source region 304 and the drain region 305 to form the source electrode 307 and the drain electrode 308. The source electrode 307 and the drain electrode 308 are formed so as not to be connected to the gate electrode 306, the ohmic electrode wiring 306a, and the like.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線306a,ソース電極307,およびドレイン電極308を形成すればよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. Thereafter, by removing (lifting off) the resist mask pattern and patterning so that the electrode metal material remains in the electrode formation region, the ohmic electrode wiring 306a, the source electrode 307, and the drain electrode 308 are formed. Good.

実施の形態3においても、前述したように、半絶縁性とした第1半導体層301の一部に不純物を導入してゲート電極306としており、ゲート電極306が、チャネルから見て絶縁層302a下に配置される状態となる。また、実施の形態3においても、第2半導体層303を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層302を加熱処理することで、絶縁層302(絶縁層302a)の膜質を向上させることもできる。   Also in Embodiment 3, as described above, impurities are introduced into part of the semi-insulating first semiconductor layer 301 to form the gate electrode 306, and the gate electrode 306 is below the insulating layer 302a when viewed from the channel. It will be in the state where it is arranged. Also in Embodiment 3, immediately before the second semiconductor layer 303 is grown, the insulating layer 302 is heat-treated as a nitrogen atmosphere inside the growth furnace in which the metal organic chemical vapor deposition method is performed. The film quality of 302 (insulating layer 302a) can also be improved.

また、実施の形態3においても、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層301に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層302aによって阻止されるため、絶縁層302aの内領域より絶縁層302aの上を横方向に成長した第2半導体層303には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層303を絶縁層302a上に得ることができる。   Also in Embodiment 3, as described in Non-Patent Document 2, by using ELO, upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 301 is prevented by the insulating layer 302a. The second semiconductor layer 303 grown laterally on the insulating layer 302a from the inner region of the 302a has fewer threading dislocations. As a result, a high-quality second semiconductor layer 303 can be obtained on the insulating layer 302a. it can.

[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4について、図5A〜図5Eを用いて説明する。図5A〜図5Eは、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 4]
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5E. 5A to 5E are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention.

まず、図5Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層401の上に、絶縁層402を形成する。第1半導体層401は、例えば、高濃度にn型不純物が導入されたGaN(n型の窒化物半導体)から構成すればよい。例えば、サファイア,Si,およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層401を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層402とすればよい。 First, as shown in FIG. 5A, the insulating layer 402 is formed on the first semiconductor layer 401 made of a nitride semiconductor. The first semiconductor layer 401 may be made of, for example, GaN (n-type nitride semiconductor) into which an n-type impurity is introduced at a high concentration. For example, the first semiconductor layer 401 may be grown on a crystal substrate such as sapphire, Si, and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. Further, for example, the insulating layer 402 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by a plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD) method.

次に、一部の絶縁層402を除去し、図5Bに示すように、一部の第1半導体層401の表面を露出させて絶縁層402aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により絶縁層402をパターニングして開口領域を形成することで、一部の第1半導体層401を露出させて絶縁層402aとすればよい。   Next, a part of the insulating layer 402 is removed, and as shown in FIG. 5B, the surface of a part of the first semiconductor layer 401 is exposed to form an insulating layer 402a (insulating layer forming step). For example, by patterning the insulating layer 402 by a known lithography technique and dry etching technique to form an opening region, a part of the first semiconductor layer 401 may be exposed to form the insulating layer 402a.

次に、図5Cに示すように、絶縁層402aを選択成長マスクとしたELOにより、一部の第1半導体層401表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層402aの上にチャネルとなる第2半導体層403を形成する(チャネル形成工程)。引き続き、第2半導体層403に上に、第3半導体層404を形成する。第3半導体層404は、第2半導体層403に2次元電子ガスを生成させるためのキャリア発生層となる。   Next, as shown in FIG. 5C, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 401 is exposed by ELO using the insulating layer 402a as a selective growth mask, and a channel is formed on the insulating layer 402a. The second semiconductor layer 403 is formed (channel formation step). Subsequently, a third semiconductor layer 404 is formed on the second semiconductor layer 403. The third semiconductor layer 404 serves as a carrier generation layer for causing the second semiconductor layer 403 to generate a two-dimensional electron gas.

例えば、第1半導体層401をC軸方向に結晶成長させて主表面をc面とすれば、よく知られているように、第2半導体層403と第3半導体層404とのヘテロ構造においては、不純物などがドーピングされていなくても、自発分極およびピエゾ分極によって、ヘテロ界面に高濃度のキャリアが発生し、チャネルとなる2次元電子ガスが形成されるようになる。   For example, in the heterostructure of the second semiconductor layer 403 and the third semiconductor layer 404, as is well known, if the first semiconductor layer 401 is crystal-grown in the C-axis direction and the main surface is c-plane, Even if impurities are not doped, high-concentration carriers are generated at the heterointerface due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization, and a two-dimensional electron gas serving as a channel is formed.

例えば、MOCVDにより、アンドープのGaN(アンドープの窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層402aを覆う状態に第2半導体層403を形成する。次いで、アンドープのAlGaNをエピタキシャル成長させて第3半導体層404を形成する。   For example, undoped GaN (undoped nitride semiconductor) is grown by ELO by MOCVD, and the second semiconductor layer 403 is formed so as to cover the insulating layer 402a. Next, undoped AlGaN is epitaxially grown to form the third semiconductor layer 404.

ここで、実施の形態4では、後述するように、第1半導体層401をゲート電極として用いることになる。従って、第2半導体層403を形成した段階で、第1半導体層401/絶縁層402a/第2半導体層403が、MIS構造と同じ役割を担うことがわかる。図5Cには、絶縁層402a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部403aを示している。   Here, in the fourth embodiment, as will be described later, the first semiconductor layer 401 is used as a gate electrode. Therefore, it can be seen that the first semiconductor layer 401 / the insulating layer 402a / the second semiconductor layer 403 play the same role as the MIS structure at the stage where the second semiconductor layer 403 is formed. FIG. 5C shows a junction 403a where GaN grown ELO from left to right on the surface of the insulating layer 402a and GaN grown ELO from right to left are joined.

次に、図5Dに示すように、チャネルとなる領域以外の第2半導体層403および第3半導体層404を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層403および第3半導体層404をパターニングする。特に、ゲート電極となる第1半導体層401と分離するために、第2半導体層403および第3半導体層404が、絶縁層402a上のみに存在するように、第2半導体層403および第3半導体層404をパターニングする。   Next, as shown in FIG. 5D, the second semiconductor layer 403 and the third semiconductor layer 404 other than the region to be the channel are removed. For example, the second semiconductor layer 403 and the third semiconductor layer 404 are patterned by a known lithography technique and dry etching technique. In particular, the second semiconductor layer 403 and the third semiconductor are separated so that the second semiconductor layer 403 and the third semiconductor layer 404 exist only on the insulating layer 402a in order to separate from the first semiconductor layer 401 serving as the gate electrode. Layer 404 is patterned.

次に、図5Eに示すように、第1半導体層401に接続するオーミック性電極配線406を形成し、チャネルとなる領域の下の第1半導体層401をゲート電極とする(ゲート電極形成工程)。また、第2半導体層403のチャネルとなる領域に、所定の距離離間させてオーミック性電極を形成し、ソース電極407およびドレイン電極408を形成する。   Next, as shown in FIG. 5E, an ohmic electrode wiring 406 to be connected to the first semiconductor layer 401 is formed, and the first semiconductor layer 401 under the channel region is used as a gate electrode (gate electrode forming step). . In addition, an ohmic electrode is formed in a region to be a channel of the second semiconductor layer 403 at a predetermined distance, and a source electrode 407 and a drain electrode 408 are formed.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線406,ソース電極407,およびドレイン電極408を形成すればよい。ここで、接合部403aでは、転位が生じる可能性があるため、接合部403aを避けるように、ソース電極407およびドレイン電極408を形成するとよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. Thereafter, the ohmic electrode wiring 406, the source electrode 407, and the drain electrode 408 are formed by patterning so as to leave the electrode metal material in the electrode formation region by removing (lifting off) the resist mask pattern. Good. Here, since there is a possibility that dislocation occurs in the junction portion 403a, the source electrode 407 and the drain electrode 408 are preferably formed so as to avoid the junction portion 403a.

実施の形態4では、前述したように、第1半導体層401をゲート電極としており、ゲート電極が、チャネルから見て絶縁層402aの下に配置される状態となる。また、実施の形態4によれば、第2半導体層403を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層402を加熱処理することで、絶縁層402(絶縁層402a)の膜質を向上させることもできる。   In the fourth embodiment, as described above, the first semiconductor layer 401 is used as a gate electrode, and the gate electrode is disposed under the insulating layer 402a when viewed from the channel. In addition, according to Embodiment 4, immediately before the second semiconductor layer 403 is grown, the insulating layer 402 is heat-treated as a nitrogen atmosphere inside the growth furnace in which the metal organic chemical vapor deposition method is performed, so that the insulating layer 402 is insulated. The film quality of the layer 402 (insulating layer 402a) can also be improved.

また、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層401に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層402aによって阻止されるため、絶縁層402aの内領域より絶縁層402aの上を横方向に成長した第2半導体層403には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層403を絶縁層402a上に得ることができる。   Further, as described in Non-Patent Document 2, by using ELO, upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 401 is blocked by the insulating layer 402a. Since the second semiconductor layer 403 grown laterally on 402a has fewer threading dislocations, a high-quality second semiconductor layer 403 can be obtained on the insulating layer 402a.

また、実施の形態4では、窒化物半導体のヘテロ構造におけるビルトインポテンシャルにより形成される2次元電子ガスをチャネルとしており、いわゆるノーマリーオン型のトランジスタとなる。   In the fourth embodiment, a two-dimensional electron gas formed by a built-in potential in a heterostructure of a nitride semiconductor is used as a channel, and a so-called normally-on transistor is obtained.

[実施の形態5]
次に、本発明の実施の形態5について、図6A〜図6Gを用いて説明する。図6A〜図6Gは、本発明の実施の形態5における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 5]
Next, Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 6G. 6A to 6G are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the manufacturing method of the semiconductor device in the fifth embodiment of the present invention.

まず、図6Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層501の上の所定の箇所に、n型の不純物を導入してゲート電極506を形成する(ゲート電極形成工程)。第1半導体層501は、例えば、半絶縁性のGaN(絶縁性を有する窒化物半導体)から構成すればよい。なお、ゲート電極506は、図6Aの(b)に示すように、紙面上下方向に延在する短冊状の部分と、一方(紙面下側)に向かうほど広がる平面視3角形(末広がり)の部分とを備える。後述するソース・ドレインに挟まれる部分においては、ソース・ドレインの領域に重ならないゲート長とし、末広がりの部分において、後述する電極配線を接続する。   First, as shown in FIG. 6A, an n-type impurity is introduced into a predetermined location on the first semiconductor layer 501 made of a nitride semiconductor to form a gate electrode 506 (gate electrode forming step). The first semiconductor layer 501 may be made of, for example, semi-insulating GaN (an insulating nitride semiconductor). As shown in FIG. 6A (b), the gate electrode 506 includes a strip-shaped portion extending in the vertical direction on the paper surface and a triangular (end-spread) portion in plan view that widens toward one side (the lower side of the paper surface). With. A gate length that does not overlap the source / drain region is set in a portion sandwiched between the source / drain described later, and an electrode wiring described later is connected in a divergent portion.

例えば、コランダム(サファイア),シリコン(Si),およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層501を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、ゲート電極形成領域が開口したマスクパターンを形成し、この上からn型不純物をイオン注入することで、n+領域であるゲート電極506を形成する。 For example, the first semiconductor layer 501 may be grown on a crystal substrate such as corundum (sapphire), silicon (Si), and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. Further, a mask pattern having an opening in the gate electrode formation region is formed, and an n-type impurity is ion-implanted from above to form a gate electrode 506 that is an n + region.

次に、図6Bに示すように、第1半導体層501の上に、絶縁層502を形成する。例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層502とすればよい。 Next, as illustrated in FIG. 6B, the insulating layer 502 is formed on the first semiconductor layer 501. For example, the insulating layer 502 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by a plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD) method.

次に、図6Cに示すように、一部の絶縁層502を除去し、一部の第1半導体層501の表面が露出した絶縁層502aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により絶縁層502をパターニングして開口領域を形成することで、一部の第1半導体層501を露出させることで、絶縁層502aを形成すればよい。   Next, as shown in FIG. 6C, a part of the insulating layer 502 is removed to form an insulating layer 502a in which the surface of the part of the first semiconductor layer 501 is exposed (insulating layer forming step). For example, the insulating layer 502 a may be formed by exposing the part of the first semiconductor layer 501 by patterning the insulating layer 502 by a known lithography technique and dry etching technique to form an opening region.

次に、図6Dに示すように、絶縁層502aを選択成長マスクとした選択横方向成長ELOにより、一部の第1半導体層501表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層502aの上にチャネルとなる第2半導体層103を形成する(チャネル形成工程)。引き続き、第2半導体層503に上に、第3半導体層504を形成する。第3半導体層504は、第2半導体層503に2次元電子ガスを生成させるためのキャリア発生層となる。   Next, as shown in FIG. 6D, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 501 is exposed by selective lateral growth ELO using the insulating layer 502a as a selective growth mask. A second semiconductor layer 103 serving as a channel is formed on the substrate (channel forming step). Subsequently, a third semiconductor layer 504 is formed on the second semiconductor layer 503. The third semiconductor layer 504 serves as a carrier generation layer for causing the second semiconductor layer 503 to generate a two-dimensional electron gas.

例えば、第1半導体層501をC軸方向に結晶成長させて主表面をc面とすれば、よく知られているように、第2半導体層503と第3半導体層504とのヘテロ構造においては、不純物などがドーピングされていなくても、自発分極およびピエゾ分極によって、ヘテロ界面に高濃度のキャリアが発生し、チャネルとなる2次元電子ガスが形成されるようになる。   For example, in the heterostructure of the second semiconductor layer 503 and the third semiconductor layer 504, as is well known, if the first semiconductor layer 501 is crystal-grown in the C-axis direction and the main surface is c-plane, Even if impurities are not doped, high-concentration carriers are generated at the heterointerface due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization, and a two-dimensional electron gas serving as a channel is formed.

例えば、MOCVDにより、アンドープのGaN(アンドープの窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層502aを覆う状態に第2半導体層503を形成する。次いで、アンドープのAlGaNをエピタキシャル成長させて第3半導体層504を形成する。   For example, undoped GaN (undoped nitride semiconductor) is grown by ELO by MOCVD, and the second semiconductor layer 503 is formed so as to cover the insulating layer 502a. Next, undoped AlGaN is epitaxially grown to form the third semiconductor layer 504.

ここで、実施の形態5では、前述したように、n型不純物を導入した一部の第1半導体層501がゲート電極506となる。従って、第2半導体層503を形成した段階で、ゲート電極506/絶縁層502a/第2半導体層503によるMIS構造が形成されていることになる。なお、図6Dには、絶縁層502a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部503aを示している。   Here, in the fifth embodiment, as described above, a part of the first semiconductor layer 501 into which the n-type impurity is introduced becomes the gate electrode 506. Therefore, at the stage of forming the second semiconductor layer 503, the MIS structure is formed by the gate electrode 506 / insulating layer 502a / second semiconductor layer 503. FIG. 6D shows a junction 503a where GaN grown ELO from left to right and GaN grown ELO from right to left are joined on the surface of the insulating layer 502a.

次に、図6Eに示すように、素子同士を分離するために、チャネルとなる領域以外の第2半導体層503および第3半導体層504を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層503および第3半導体層504をパターニングする。なお、第1半導体層501に形成しているゲート電極506と分離するために、第2半導体層503が、絶縁層502a上のみに存在するように、第2半導体層503をパターニングするとよい。   Next, as illustrated in FIG. 6E, the second semiconductor layer 503 and the third semiconductor layer 504 other than the channel region are removed in order to separate the elements from each other. For example, the second semiconductor layer 503 and the third semiconductor layer 504 are patterned by a known lithography technique and dry etching technique. Note that in order to separate from the gate electrode 506 formed in the first semiconductor layer 501, the second semiconductor layer 503 may be patterned so that the second semiconductor layer 503 exists only on the insulating layer 502a.

次に、図6Fの(b)に示すように、チャネル領域以外において、ゲート電極506に接続するためのコンタクトホール502bを、絶縁層502aに形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、選択的に絶縁層502aをエッチングしてパターニングすることで、コンタクトホール502bを形成すればよい。   Next, as illustrated in FIG. 6F, a contact hole 502b for connecting to the gate electrode 506 is formed in the insulating layer 502a in a region other than the channel region. For example, the contact hole 502b may be formed by selectively etching and patterning the insulating layer 502a by a known lithography technique and dry etching technique.

次に、図6Gに示すように、ゲート電極506に接続するオーミック性電極配線506aを形成する。また、ソース領域504およびドレイン領域505の各々にオーミック性電極を形成してソース電極507およびドレイン電極508を形成する。   Next, as shown in FIG. 6G, ohmic electrode wiring 506a connected to the gate electrode 506 is formed. Further, an ohmic electrode is formed in each of the source region 504 and the drain region 505 to form the source electrode 507 and the drain electrode 508.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線506a,ソース電極507,およびドレイン電極508を形成すればよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. After that, the ohmic electrode wiring 506a, the source electrode 507, and the drain electrode 508 are formed by patterning so as to leave the electrode metal material in the electrode formation region by removing (lifting off) the resist mask pattern. Good.

実施の形態5でも、前述したように、半絶縁性とした第1半導体層501の一部に不純物を導入してゲート電極506としており、ゲート電極506が、チャネルから見て絶縁層502a下に配置される状態となる。また、実施の形態5においても、第2半導体層503を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層502を加熱処理することで、絶縁層502(絶縁層502a)の膜質を向上させることもできる。   In Embodiment Mode 5 as well, as described above, impurities are introduced into part of the semi-insulating first semiconductor layer 501 to form the gate electrode 506, and the gate electrode 506 is below the insulating layer 502a when viewed from the channel. It will be in the state to be arranged. Also in Embodiment 5, immediately before the second semiconductor layer 503 is grown, the insulating layer 502 is heat-treated as a nitrogen atmosphere inside the growth furnace in which the metal organic chemical vapor deposition method is performed. The film quality of 502 (insulating layer 502a) can also be improved.

また、実施の形態5においても、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層501に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層502aによって阻止されるため、絶縁層502aの内領域より絶縁層502aの上を横方向に成長した第2半導体層503には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層503を絶縁層502a上に得ることができる。   Also in Embodiment 5, as described in Non-Patent Document 2, by using ELO, upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 501 is prevented by the insulating layer 502a. Since the second semiconductor layer 503 grown laterally on the insulating layer 502a from the inner region of 502a has fewer threading dislocations, a high-quality second semiconductor layer 503 can be obtained on the insulating layer 502a. it can.

また、実施の形態5では、窒化物半導体のヘテロ構造におけるビルトインポテンシャルにより形成される2次元電子ガスをチャネルとしており、いわゆるノーマリーオン型のトランジスタとなる。ここで、実施の形態5では、ゲート電極506が、ソース・ドレイン領域には形成されていない。この構成とすることで、ソース・ドレイン領域に存在する2次元電子ガスのキャリア濃度が、ゲート電圧によって変調されることが無く、ソース・ドレインのチャネルに対するアクセス抵抗が、ゲート電圧の印加により変化することがない。また、パターニング制度の範囲でゲート長を短くできるので、高周波動作に有利である。   In the fifth embodiment, a two-dimensional electron gas formed by a built-in potential in a heterostructure of a nitride semiconductor is used as a channel, so that a so-called normally-on transistor is obtained. Here, in the fifth embodiment, the gate electrode 506 is not formed in the source / drain regions. With this configuration, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas existing in the source / drain region is not modulated by the gate voltage, and the access resistance to the source / drain channel is changed by the application of the gate voltage. There is nothing. In addition, the gate length can be shortened within the range of the patterning system, which is advantageous for high-frequency operation.

[実施の形態6]
次に、本発明の実施の形態6について、図7A〜図7Gを用いて説明する。図7A〜図7Gは、本発明の実施の形態6における半導体装置の製造方法を説明する途中の工程の状態を示す断面図(a)および平面図(b)である。
[Embodiment 6]
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7G. 7A to 7G are a cross-sectional view (a) and a plan view (b) showing a state of a process in the middle of explaining the method for manufacturing the semiconductor device in the sixth embodiment of the present invention.

まず、図7Aに示すように、窒化物半導体からなる第1半導体層601の上の所定の箇所に、金属から構成されたゲート電極606を形成する(ゲート電極形成工程)。第1半導体層601は、例えば、半絶縁性のGaN(絶縁性を有する窒化物半導体)から構成すればよい。なお、ゲート電極606は、図7Aの(b)に示すように、紙面上下方向に延在する短冊状の部分と、一方(紙面下側)に向かうほど広がる平面視3角形(末広がり)の部分とを備える。後述するソース・ドレインに挟まれる部分においては、ソース・ドレインの領域に重ならないゲート長とし、末広がりの部分において、後述する電極配線を接続する。   First, as shown in FIG. 7A, a gate electrode 606 made of metal is formed at a predetermined location on the first semiconductor layer 601 made of a nitride semiconductor (gate electrode forming step). The first semiconductor layer 601 may be made of, for example, semi-insulating GaN (an insulating nitride semiconductor). As shown in FIG. 7A (b), the gate electrode 606 has a strip-shaped portion extending in the vertical direction on the paper surface and a triangular (end-spreading) portion in plan view that widens toward one side (the lower side of the paper surface). With. A gate length that does not overlap the source / drain region is set in a portion sandwiched between the source / drain described later, and an electrode wiring described later is connected in a divergent portion.

例えば、コランダム(サファイア),シリコン(Si),およびGaNなどの結晶基板、またSiC基板などの上に第1半導体層601を結晶成長させればよい。この層は、バッファー層となる。また、ゲート電極形成領域が開口したレジストマスクパターンを形成し、この上から、例えば蒸着法などによりゲート金属材料を堆積し、この後、レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、ゲート電極606を形成する。   For example, the first semiconductor layer 601 may be grown on a crystal substrate such as corundum (sapphire), silicon (Si), and GaN, or a SiC substrate. This layer becomes a buffer layer. Further, a resist mask pattern having an opening in the gate electrode formation region is formed, and a gate metal material is deposited thereon by, for example, vapor deposition, and then the resist mask pattern is removed (lifted off), whereby the gate electrode 606 is formed. Form.

次に、図7Bに示すように、第1半導体層601の上に、絶縁層602を形成する。例えば、プラズマアシストによる化学的気相成長(CVD)法により、SiO2、Al23、SiNなどの絶縁材料を堆積することで、絶縁層602とすればよい。ここで、ゲート電極606が形成されているため、ゲート電極606形成箇所の絶縁層602表面には、段差が形成された状態となる。 Next, as illustrated in FIG. 7B, the insulating layer 602 is formed over the first semiconductor layer 601. For example, the insulating layer 602 may be formed by depositing an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , or SiN by a chemical vapor deposition (CVD) method using plasma assist. Here, since the gate electrode 606 is formed, a step is formed on the surface of the insulating layer 602 where the gate electrode 606 is formed.

次に、上述した絶縁層602の段差を平坦化し、加えて、一部の絶縁層602を除去し、図7Cに示すように、一部の第1半導体層601の表面が露出した絶縁層602aとする(絶縁層形成工程)。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、段差部の絶縁層602を選択的に除去することで平坦化し、また、絶縁層602をパターニングして開口領域を形成することで一部の第1半導体層601を露出させることで、絶縁層602aを形成すればよい。   Next, the above-described step of the insulating layer 602 is flattened, and in addition, a part of the insulating layer 602 is removed, and as shown in FIG. 7C, the insulating layer 602a in which the surface of the part of the first semiconductor layer 601 is exposed. (Insulating layer forming step). For example, the insulating layer 602 at the step portion is selectively removed by a known lithography technique and dry etching technique, and the first insulating layer 602 is patterned to form an opening region. The insulating layer 602a may be formed by exposing the semiconductor layer 601.

なお、ゲート電極606上の絶縁層602aは、周囲に比較して薄い状態となる。このため、第1半導体層601の抵抗率によらず、ゲート電圧印加により、ゲート電極606とチャネルとの間に集中的に電界が生じる。従って、第1半導体層601は、絶縁性に限らず、任意の抵抗率であってもよい。   Note that the insulating layer 602a over the gate electrode 606 is thinner than the surroundings. For this reason, an electric field is intensively generated between the gate electrode 606 and the channel by application of the gate voltage regardless of the resistivity of the first semiconductor layer 601. Therefore, the first semiconductor layer 601 is not limited to an insulating property and may have an arbitrary resistivity.

次に、図7Dに示すように、絶縁層602aを選択成長マスクとした選択横方向成長ELOにより、一部の第1半導体層601表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長させ、絶縁層602aの上にチャネルとなる第2半導体層103を形成する(チャネル形成工程)。引き続き、第2半導体層603に上に、第3半導体層604を形成する。第3半導体層604は、第2半導体層603に2次元電子ガスを生成させるためのキャリア発生層となる。   Next, as shown in FIG. 7D, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer 601 is exposed by selective lateral growth ELO using the insulating layer 602a as a selective growth mask. A second semiconductor layer 103 serving as a channel is formed on the substrate (channel forming step). Subsequently, a third semiconductor layer 604 is formed on the second semiconductor layer 603. The third semiconductor layer 604 serves as a carrier generation layer for causing the second semiconductor layer 603 to generate a two-dimensional electron gas.

例えば、第1半導体層601をC軸方向に結晶成長させて主表面をc面とすれば、よく知られているように、第2半導体層603と第3半導体層604とのヘテロ構造においては、不純物などがドーピングされていなくても、自発分極およびピエゾ分極によって、ヘテロ界面に高濃度のキャリアが発生し、チャネルとなる2次元電子ガスが形成されるようになる。   For example, in the heterostructure of the second semiconductor layer 603 and the third semiconductor layer 604, as is well known, if the first semiconductor layer 601 is crystal-grown in the C-axis direction and the main surface is the c-plane, Even if impurities are not doped, high-concentration carriers are generated at the heterointerface due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization, and a two-dimensional electron gas serving as a channel is formed.

例えば、MOCVD法により、アンドープのGaN(アンドープの窒化物半導体)をELOにより成長させ、絶縁層602aを覆う状態に第2半導体層603を形成する。次いで、アンドープのAlGaNをエピタキシャル成長させて第3半導体層604を形成する。   For example, undoped GaN (undoped nitride semiconductor) is grown by ELO by MOCVD, and the second semiconductor layer 603 is formed so as to cover the insulating layer 602a. Next, undoped AlGaN is epitaxially grown to form the third semiconductor layer 604.

ここで、実施の形態6では、前述したように、ゲート電極606は、絶縁層602aの形成より前に設けられている。従って、第2半導体層603を形成した段階で、ゲート電極606/絶縁層602a/第2半導体層603によるMIS構造が形成されていることになる。なお、図7Dには、絶縁層602a表面で、紙面の左から右へELO成長したGaNと、右から左へELO成長したGaNが接合する接合部603aを示している。   Here, in Embodiment 6, as described above, the gate electrode 606 is provided before the formation of the insulating layer 602a. Therefore, when the second semiconductor layer 603 is formed, the MIS structure is formed by the gate electrode 606 / the insulating layer 602a / the second semiconductor layer 603. FIG. 7D shows a junction 603a where GaN grown ELO from left to right and GaN grown ELO from right to left are joined on the surface of the insulating layer 602a.

次に、図7Eに示すように、素子同士を分離するために、チャネルとなる領域以外の第2半導体層603および第3半導体層604を除去する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、第2半導体層603および第3半導体層604をパターニングする。なお、第1半導体層601に形成しているゲート電極606と分離するために、第2半導体層603が、絶縁層602a上のみに存在するように、第2半導体層603をパターニングするとよい。   Next, as illustrated in FIG. 7E, the second semiconductor layer 603 and the third semiconductor layer 604 other than the channel region are removed in order to separate the elements from each other. For example, the second semiconductor layer 603 and the third semiconductor layer 604 are patterned by a known lithography technique and dry etching technique. Note that the second semiconductor layer 603 may be patterned so that the second semiconductor layer 603 exists only over the insulating layer 602a in order to separate from the gate electrode 606 formed in the first semiconductor layer 601.

次に、図7Fの(b)に示すように、チャネル領域以外において、ゲート電極606に接続するためのコンタクトホール602bを、絶縁層602aに形成する。例えば、公知のリソグラフィー技術およびドライエッチング技術により、選択的に絶縁層602aをエッチングしてパターニングすることで、コンタクトホール602bを形成すればよい。   Next, as illustrated in FIG. 7F, a contact hole 602b for connecting to the gate electrode 606 is formed in the insulating layer 602a in a region other than the channel region. For example, the contact hole 602b may be formed by selectively etching and patterning the insulating layer 602a by a known lithography technique and dry etching technique.

次に、図7Gに示すように、ゲート電極606に接続するオーミック性電極配線606aを形成する。また、ソース領域604およびドレイン領域605の各々にオーミック性電極を形成してソース電極607およびドレイン電極608を形成する。   Next, as shown in FIG. 7G, an ohmic electrode wiring 606a connected to the gate electrode 606 is formed. Further, an ohmic electrode is formed in each of the source region 604 and the drain region 605 to form the source electrode 607 and the drain electrode 608.

例えば、電極形成領域に開口部を備えるレジストマスクパターンを形成し、この上より電極金属材料を蒸着法などにより堆積する。この後、上記レジストマスクパターンを除去(リフトオフ)することで、電極金属材料を電極形成領域に残すようにパターニングすることで、オーミック性電極配線606a,ソース電極607,およびドレイン電極608を形成すればよい。   For example, a resist mask pattern having openings is formed in the electrode formation region, and an electrode metal material is deposited thereon by vapor deposition or the like. After that, the ohmic electrode wiring 606a, the source electrode 607, and the drain electrode 608 are formed by patterning so as to leave the electrode metal material in the electrode formation region by removing (lifting off) the resist mask pattern. Good.

実施の形態6でも、前述したように、半絶縁性とした第1半導体層601の一部に不純物を導入してゲート電極606としており、ゲート電極606が、チャネルから見て絶縁層602a下に配置される状態となる。また、実施の形態6においても、第2半導体層603を成長させる直前に、有機金属気相成長法を実施する成長炉の内部で、窒素雰囲気として絶縁層602を加熱処理することで、絶縁層602(絶縁層602a)の膜質を向上させることもできる。   Also in Embodiment 6, as described above, impurities are introduced into part of the semi-insulating first semiconductor layer 601 to form the gate electrode 606, and the gate electrode 606 is located below the insulating layer 602a when viewed from the channel. It will be in the state to be arranged. Also in Embodiment 6, immediately before the second semiconductor layer 603 is grown, the insulating layer 602 is heat-treated as a nitrogen atmosphere inside the growth furnace in which the metal organic chemical vapor deposition method is performed, whereby the insulating layer The film quality of 602 (insulating layer 602a) can also be improved.

また、実施の形態6においても、非特許文献2にあるように、ELOを用いることによって、第1半導体層601に存在する貫通転位の上方伝播は、絶縁層602aによって阻止されるため、絶縁層602aの内領域より絶縁層602aの上を横方向に成長した第2半導体層603には、貫通転位が少なくなるため、結果として高品質な第2半導体層603を絶縁層602a上に得ることができる。   Also in Embodiment 6, as described in Non-Patent Document 2, by using ELO, upward propagation of threading dislocations existing in the first semiconductor layer 601 is prevented by the insulating layer 602a. Since the second semiconductor layer 603 grown laterally on the insulating layer 602a from the inner region of the layer 602a has fewer threading dislocations, a high-quality second semiconductor layer 603 can be obtained on the insulating layer 602a as a result. it can.

また、実施の形態6では、窒化物半導体のヘテロ構造におけるビルトインポテンシャルにより形成される2次元電子ガスをチャネルとしており、いわゆるノーマリーオン型のトランジスタとなる。ここで、実施の形態6では、ゲート電極606が、ソース・ドレイン領域には形成されていない。この構成とすることで、ソース・ドレイン領域に存在する2次元電子ガスのキャリア濃度が、ゲート電圧によって変調されることが無く、ソース・ドレインのチャネルに対するアクセス抵抗が、ゲート電圧の印加により変化することがない。また、パターニング制度の範囲でゲート長を短くできるので、高周波動作に有利である。   In the sixth embodiment, a two-dimensional electron gas formed by a built-in potential in a heterostructure of a nitride semiconductor is used as a channel, so that a so-called normally-on transistor is obtained. Here, in the sixth embodiment, the gate electrode 606 is not formed in the source / drain regions. With this configuration, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas existing in the source / drain region is not modulated by the gate voltage, and the access resistance to the source / drain channel is changed by the application of the gate voltage. There is nothing. In addition, the gate length can be shortened within the range of the patterning system, which is advantageous for high-frequency operation.

以上に説明したように、本発明では、絶縁層を形成してからチャネルとなる第2半導体層を形成するようにしたところに大きな特徴がある。   As described above, the present invention has a significant feature in that the second semiconductor layer serving as the channel is formed after the insulating layer is formed.

従来では、チャネルとなる半導体層の上に絶縁層を形成していたため、チャネルの表面に形成されてしまう自然酸化膜が、界面準位の起源となり、トランジスタ特性の劣化をもたらしていた。   Conventionally, since an insulating layer is formed on a semiconductor layer that becomes a channel, a natural oxide film that is formed on the surface of the channel is a source of interface states, resulting in deterioration of transistor characteristics.

上記課題を解消するために、本発明では、窒化物半導体からなる第1半導体層の上に、一部の第1半導体層表面が露出した状態で絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層を選択成長マスクとした選択横方向成長により、一部の第1半導体層表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長して絶縁層の上にチャネルとなる第2半導体層を形成するチャネル形成工程と、絶縁層の下に配置されるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、第2半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程とを備えるところに最も特徴がある。   In order to solve the above problems, in the present invention, an insulating layer forming step of forming an insulating layer on a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor with a part of the surface of the first semiconductor layer exposed, Channel formation for forming a second semiconductor layer serving as a channel on an insulating layer by epitaxially growing a nitride semiconductor from a region where the surface of a part of the first semiconductor layer is exposed by selective lateral growth using the layer as a selective growth mask And a source electrode / drain electrode forming step for forming a source electrode and a drain electrode on the second semiconductor layer, and a gate electrode forming step for forming a gate electrode disposed under the insulating layer. There is.

このようにしたことにより、本発明によれば、チャネルとなる半導体層の上に絶縁層の界面に、窒化物半導体の自然酸化膜が形成されることが無く、III−V族化合物半導体を用いたMISFETにおけるトランジスタ特性の劣化が抑制できるようなる。   As a result, according to the present invention, a natural oxide film of a nitride semiconductor is not formed on the interface of the insulating layer on the semiconductor layer serving as a channel, and a III-V group compound semiconductor is used. It is possible to suppress deterioration of transistor characteristics in the MISFET.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、第1半導体層および第2半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていればよい。また、第3半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていればよい。また、例えば、上述では、C軸方向に結晶成長した窒化物半導体のビルトインポテンシャルを利用して2次元電子ガスを形成するようにしたが、これに限るものではなく、不純物を導入したキャリア発生層(キャリア注入層)を用いるようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are composed of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). It only has to be done. The third semiconductor layer only needs to be made of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). . In addition, for example, in the above description, the two-dimensional electron gas is formed using the built-in potential of the nitride semiconductor crystal grown in the C-axis direction. However, the present invention is not limited to this. (Carrier injection layer) may be used.

また、本発明は、GaNを含む窒化物半導体に限らず、GaAs、InPなどをはじめとした他のIII−V族化合物半導体など、ELOが可能な材料に対しても適用できる。GaAsやInPなどを用いたMISFETにおいても、前述同様の問題が発生するため、本発明により、III−V族化合物半導体を用いたMISFETにおけるトランジスタ特性の劣化が抑制できるようなる。   The present invention can be applied not only to nitride semiconductors containing GaN but also to materials capable of ELO such as other III-V group compound semiconductors such as GaAs and InP. In MISFETs using GaAs, InP, or the like, the same problem as described above occurs. Therefore, according to the present invention, deterioration of transistor characteristics in MISFETs using III-V group compound semiconductors can be suppressed.

101…第1半導体層、102…絶縁層、102a…絶縁層、103…第2半導体層、103a…接合部、104…ソース領域、105…ドレイン領域、106…オーミック性電極配線、107…ソース電極、108…ドレイン電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... 1st semiconductor layer, 102 ... Insulating layer, 102a ... Insulating layer, 103 ... 2nd semiconductor layer, 103a ... Junction part, 104 ... Source region, 105 ... Drain region, 106 ... Ohmic electrode wiring, 107 ... Source electrode 108: Drain electrode.

Claims (17)

窒化物半導体からなる第1半導体層の上に、一部の前記第1半導体層表面が露出した状態で絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層を選択成長マスクとした選択横方向成長により、一部の前記第1半導体層表面が露出した領域より窒化物半導体をエピタキシャル成長して前記絶縁層の上にチャネルとなる第2半導体層を形成するチャネル形成工程と、
前記絶縁層の下に配置されるゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記第2半導体層の上にソース電極およびドレイン電極を形成するソース・ドレイン電極形成工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
An insulating layer forming step of forming an insulating layer on a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor with a part of the surface of the first semiconductor layer exposed;
By selective lateral growth using the insulating layer as a selective growth mask, a nitride semiconductor is epitaxially grown from a region where a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed, and a second semiconductor layer serving as a channel is formed on the insulating layer. A channel forming step to be formed;
Forming a gate electrode disposed under the insulating layer; and
And a source / drain electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode on the second semiconductor layer.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成し、
前記第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成し、
前記第2半導体層の前記チャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成し、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層を除去し、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ゲート電極形成工程では、前記第1半導体層に接続するオーミック性電極配線を形成し、前記チャネルとなる領域の下の前記第1半導体層をゲート電極とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first semiconductor layer is composed of an n-type nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of a p-type nitride semiconductor,
A source / drain region forming step of forming a source region and a drain region into which an n-type impurity is introduced, separated from the region to be the channel of the second semiconductor layer by a predetermined distance;
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and the second semiconductor layer other than the region to be the channel is removed,
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region to form the source electrode and the drain electrode,
In the gate electrode forming step, an ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer is formed, and the first semiconductor layer under the channel region is used as a gate electrode. Method.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成し、
前記ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内の一部の前記第1半導体層にn型の不純物を導入することで前記ゲート電極を形成し、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成し、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層を除去し、
前記第2半導体層の前記チャネルとなる領域に、ゲート電極形成領域を挟んで所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor,
In the gate electrode forming step, the gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into a part of the first semiconductor layer in a region to be a channel,
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and the second semiconductor layer other than the region to be the channel is removed,
A source / drain region forming step of forming a source region and a drain region into which an n-type impurity is introduced, spaced apart from the region of the second semiconductor layer by a predetermined distance across a gate electrode formation region;
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region to form the source electrode and the drain electrode.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2半導体層の前記チャネルとなる領域に、所定の距離離間させ、n型の不純物を導入したソース領域およびドレイン領域を形成するソース・ドレイン領域形成工程を備え、
前記第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成し、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成し、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層を除去し、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、前記絶縁層を形成する前に前記第1半導体層の上に金属から構成された前記ゲート電極を形成し、
前記絶縁層形成工程では、前記ゲート電極の存在により形成される前記絶縁層の表面の凹凸を平坦化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A source / drain region forming step of forming a source region and a drain region into which an n-type impurity is introduced, separated from the region to be the channel of the second semiconductor layer by a predetermined distance;
The second semiconductor layer is composed of a p-type nitride semiconductor,
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and the second semiconductor layer other than the region to be the channel is removed,
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region to form the source electrode and the drain electrode,
In the gate electrode forming step, in the region sandwiched between the source region and the drain region in the channel region, the gate electrode made of metal is formed on the first semiconductor layer before forming the insulating layer. Forming,
In the insulating layer forming step, unevenness on the surface of the insulating layer formed by the presence of the gate electrode is planarized.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成し、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成するとともに、前記第2半導体層の上に、前記第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層および前記第3半導体層を除去し、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記チャネルとなる領域における前記第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ゲート電極形成工程では、前記第1半導体層に接続するオーミック性電極配線を形成し、前記チャネルとなる領域の下の前記第1半導体層をゲート電極とする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first semiconductor layer is composed of an n-type nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the second semiconductor layer on the second semiconductor layer Forming a third semiconductor layer comprising: and then removing the second semiconductor layer and the third semiconductor layer other than the region to be the channel;
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the region to be the channel to form the source electrode and the drain electrode,
In the gate electrode forming step, an ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer is formed, and the first semiconductor layer under the channel region is used as a gate electrode. Method.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成し、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、
前記ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内の一部の前記第1半導体層にn型の不純物を導入することで前記ゲート電極を形成し、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成するとともに、前記第2半導体層の上に、前記第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層および前記第3半導体層を除去し、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記チャネルとなる領域における前記第3半導体層の上に、ゲート電極形成領域を挟んで所定の距離離間させたソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
In the gate electrode forming step, the gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into a part of the first semiconductor layer in a region to be a channel,
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the second semiconductor layer on the second semiconductor layer Forming a third semiconductor layer comprising: and then removing the second semiconductor layer and the third semiconductor layer other than the region to be the channel;
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed on each of the source region and the drain region spaced apart from each other by a predetermined distance on the third semiconductor layer in the channel region. Then, the source electrode and the drain electrode are formed. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成し、
前記絶縁層形成工程では、一部の前記絶縁層を除去して一部の前記第1半導体層表面が露出した状態とし、
前記チャネル形成工程では、前記絶縁層を覆う状態に前記第2半導体層を形成するとともに、前記第2半導体層の上に、前記第2半導体層に2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を形成し、この後、前記チャネルとなる領域以外の前記第2半導体層および前記第3半導体層を除去し、
前記ソース・ドレイン電極形成工程では、前記チャネルとなる領域における前記第3半導体層の上に、所定の距離離間させたソース領域およびドレイン領域の各々にオーミック性電極を形成して前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ゲート電極形成工程では、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、前記絶縁層を形成する前に前記第1半導体層の上に金属から構成された前記ゲート電極を形成し、
前記絶縁層形成工程では、前記ゲート電極の存在により形成される前記絶縁層の表面の凹凸を平坦化する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
In the insulating layer forming step, a part of the insulating layer is removed and a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed,
In the channel formation step, the second semiconductor layer is formed so as to cover the insulating layer, and a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the second semiconductor layer on the second semiconductor layer Forming a third semiconductor layer comprising: and then removing the second semiconductor layer and the third semiconductor layer other than the region to be the channel;
In the source / drain electrode formation step, an ohmic electrode is formed on each of the source region and the drain region separated by a predetermined distance on the third semiconductor layer in the channel region, and the source electrode and the Forming a drain electrode,
In the gate electrode forming step, in the region sandwiched between the source region and the drain region in the channel region, the gate electrode made of metal is formed on the first semiconductor layer before forming the insulating layer. Forming,
In the insulating layer forming step, unevenness on the surface of the insulating layer formed by the presence of the gate electrode is planarized.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、同じ窒化物半導体から構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of the same nitride semiconductor.
窒化物半導体からなる第1半導体層と、
一部の前記第1半導体層表面が露出した状態で、前記第1半導体層の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を選択成長マスクとした選択横方向成長により一部の前記第1半導体層表面が露出した領域よりエピタキシャル成長した窒化物半導体よりなる第2半導体層より構成され、前記絶縁層の上に形成されたチャネルと、
前記絶縁層の下に配置されるゲート電極と、
前記チャネルの上に形成されたソース電極およびドレイン電極と
を備えることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer made of a nitride semiconductor;
An insulating layer formed on the first semiconductor layer with a portion of the surface of the first semiconductor layer exposed;
A second semiconductor layer made of a nitride semiconductor epitaxially grown from a region where a part of the surface of the first semiconductor layer is exposed by selective lateral growth using the insulating layer as a selective growth mask is formed on the insulating layer. Channel,
A gate electrode disposed under the insulating layer;
A semiconductor device comprising: a source electrode and a drain electrode formed on the channel.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成され、
前記第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成され、
前記チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域と、
前記第1半導体層に接続するオーミック性電極配線と
を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極であり、
前記チャネルの下の前記第1半導体層をゲート電極とする
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The first semiconductor layer is composed of an n-type nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of a p-type nitride semiconductor,
A source region and a drain region which are formed in the channel and are spaced apart from each other by a predetermined distance and into which an n-type impurity is introduced;
An ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer,
The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes connected to each of the source region and the drain region,
A semiconductor device, wherein the first semiconductor layer under the channel is a gate electrode.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成され、
前記ゲート電極は、チャネルの領域内の一部の前記第1半導体層にn型の不純物を導入することで形成され、
前記チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極である
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor,
The gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into a part of the first semiconductor layer in a channel region,
A source region and a drain region formed in the channel and spaced apart from each other by a predetermined distance, into which an n-type impurity is introduced;
The semiconductor device, wherein the source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes connected to each of the source region and the drain region.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第2半導体層は、p型の窒化物半導体から構成され、
前記チャネルに形成されて所定の距離離間して配置され、n型の不純物が導入されたソース領域およびドレイン領域を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記ソース領域および前記ドレイン領域の各々に接続するオーミック性電極であり、
前記ゲート電極は、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、前記絶縁層の下の前記第1半導体層の上に形成された金属のパターンから構成され、
前記絶縁層の表面は、前記ゲート電極の存在により形成される表面の凹凸が平坦化されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The second semiconductor layer is composed of a p-type nitride semiconductor,
A source region and a drain region formed in the channel and spaced apart from each other by a predetermined distance, into which an n-type impurity is introduced;
The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes connected to each of the source region and the drain region,
The gate electrode is composed of a metal pattern formed on the first semiconductor layer below the insulating layer in a region sandwiched between a source region and a drain region in a region to be a channel,
The semiconductor device is characterized in that the surface of the insulating layer has flattened surface irregularities formed by the presence of the gate electrode.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第1半導体層は、n型の窒化物半導体から構成され、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、
前記チャネルの上に、前記チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層と、
前記第1半導体層に接続するオーミック性電極配線と
を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記チャネルの領域における前記第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極であり、
前記チャネルの下の前記第1半導体層をゲート電極とする
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The first semiconductor layer is composed of an n-type nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
A third semiconductor layer made of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the channel;
An ohmic electrode wiring connected to the first semiconductor layer,
The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the channel region,
A semiconductor device, wherein the first semiconductor layer under the channel is a gate electrode.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第1半導体層は、絶縁性を有する窒化物半導体から構成され、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、
前記ゲート電極は、前記チャネルの領域の一部の前記第1半導体層にn型の不純物を導入することで形成され、
前記チャネルの上に、前記チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記チャネルの領域における前記第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極である
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The first semiconductor layer is made of an insulating nitride semiconductor,
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
The gate electrode is formed by introducing an n-type impurity into the first semiconductor layer in a part of the channel region,
A third semiconductor layer made of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the channel is provided on the channel,
The source device and the drain electrode are ohmic electrodes formed in each of a source region and a drain region of the third semiconductor layer in the channel region.
請求項9記載の半導体装置において、
前記第2半導体層は、アンドープの窒化物半導体から構成され、
前記チャネルの上に、前記チャネルに2次元電子ガスを生成させるための窒化物半導体から構成された第3半導体層を備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記チャネルの領域における前記第3半導体層のソース領域およびドレイン領域の各々に形成されたオーミック性電極であり、
前記ゲート電極は、チャネルとなる領域内のソース領域およびドレイン領域に挟まれた領域において、前記絶縁層の下の前記第1半導体層の上に形成された金属のパターンから構成され、
前記絶縁層の表面は、前記ゲート電極の存在により形成される表面の凹凸が平坦化されている
ことを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 9.
The second semiconductor layer is composed of an undoped nitride semiconductor,
A third semiconductor layer made of a nitride semiconductor for generating a two-dimensional electron gas in the channel is provided on the channel,
The source electrode and the drain electrode are ohmic electrodes formed in each of the source region and the drain region of the third semiconductor layer in the channel region,
The gate electrode is composed of a metal pattern formed on the first semiconductor layer below the insulating layer in a region sandwiched between a source region and a drain region in a region to be a channel,
The semiconductor device is characterized in that the surface of the insulating layer has flattened surface irregularities formed by the presence of the gate electrode.
請求項13〜15のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第3半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 13 to 15,
The third semiconductor layer is made of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A semiconductor device.
請求項9〜16のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1半導体層および前記第2半導体層は、In1-x-yAlxGayN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から構成されていることを特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 9 to 16,
The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a nitride semiconductor represented by In 1-xy Al x Ga y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A semiconductor device which is characterized by being made.
JP2014032738A 2014-02-24 2014-02-24 Semiconductor device and manufacturing method thereof Active JP6073825B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014032738A JP6073825B2 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014032738A JP6073825B2 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015159168A JP2015159168A (en) 2015-09-03
JP6073825B2 true JP6073825B2 (en) 2017-02-01

Family

ID=54182973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014032738A Active JP6073825B2 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6073825B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0432264A (en) * 1990-05-29 1992-02-04 Hitachi Ltd Semiconductor device and manufacture thereof
JPH07211913A (en) * 1994-01-27 1995-08-11 Hitachi Ltd Semiconductor device and its manufacture
JPH08148589A (en) * 1994-11-25 1996-06-07 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH08293607A (en) * 1995-04-21 1996-11-05 Citizen Watch Co Ltd Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof
JP2000036602A (en) * 1998-07-17 2000-02-02 Sony Corp Thin-film transistor, manufacture of it, and display device
JP2004023023A (en) * 2002-06-20 2004-01-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Nitride semiconductor element
JP2005244204A (en) * 2004-01-26 2005-09-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Electronic device, semiconductor device and its manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015159168A (en) 2015-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7498618B2 (en) Nitride semiconductor device
JP5245305B2 (en) Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof
US9035353B2 (en) Compound semiconductor device comprising electrode above compound semiconductor layer and method of manufacturing the same
US9171946B2 (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5825017B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
US7465968B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
WO2009110254A1 (en) Field effect transistor and method for manufacturing the same
JP2010103425A (en) Nitride semiconductor device
JP5655424B2 (en) Compound semiconductor device
JP2015065241A (en) Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device
US10600901B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008210936A (en) Nitride semiconductor element and manufacturing method of nitride semiconductor element
JP6343807B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2016054215A (en) Compound semiconductor device and manufacturing method of the same
WO2018181237A1 (en) Semiconductor device
JP6236919B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008159842A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2010153748A (en) Method of manufacturing field effect semiconductor device
JP2019114581A (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6073825B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5857409B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6360239B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP7100241B2 (en) Compound semiconductor device and its manufacturing method
JP2017034019A (en) Field-effect transistor and manufacturing method therefor
JP6561610B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161121

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161227

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6073825

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150