JP6287143B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態にかかる半導体装置は、13族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体を用いたスイッチングデバイスとして、横型のHEMTを備えている。このHEMTは、以下のように構成されている。
Si(111)やSiCおよびサファイヤなどで構成された基板1の表面に、GaN層2およびn型のAlGaN層3が積層された構造を有する化合物半導体基板を用意する。例えば、基板1の表面に、GaN層2およびAlGaN層3をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)法や超高純度、高精度にしたMBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシー)法などによって形成する。
レジスト膜20をマスクとして、コラプス抑制層9の表面からRIE(Reactive Ion Etching)などによってエッチングし、AlGaN層3を貫通してGaN層2に達する深さの凹部4を形成することでメサ構造を構成する。これにより、AlGaN層3およびGaN層2に凹部4が形成されると共に、素子領域に残されたAlGaN層3の上にコラプス抑制層9が残される。この後、レジスト膜20を除去する。
コラプス抑制層9の表面および凹部4内におけるGaN層2やAlGaN層3の露出部分の表面上に、LPCVD法等により、例えばシリコン酸化膜やGaの酸化物を主成分とする材料等により構成されるリーク抑制層10を成膜する。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してコラプス抑制層9の構造を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
まず、第1実施形態で説明した図2(a)、(b)に示す工程を行う。すなわち、基板1の上に、GaN層2、AlGaN層3およびコラプス抑制層9の表面部9aを形成するための表面形成膜30を形成すると共に、素子分離領域において表面形成膜30およびAlGaN層3やGaN層2の表面部を除去することで凹部4を形成する。
表面形成膜30の表面および凹部4内におけるGaN層2やAlGaN層3の露出部分の表面上に、コラプス抑制層9のうちのサイドウォール部9bを構成するためのサイドウォール形成膜31を形成する。例えば、LPCVD法等により、例えば窒素もしくはAlを含む絶縁材料によりで構成されるサイドウォール形成膜31を形成する。
サイドウォール形成膜31を異方性エッチングすることで、表面部9aの側面および凹部4の側壁面を覆うようにサイドウォール部9bを形成する。これにより、コラプス抑制層9が構成され、コラプス抑制層9によって、素子領域のエッジ部、つまり凹部4の側壁面の位置が覆われた構造となる。サイドウォール部9b、メサ傾斜部分に露出したAlGaN/GaN界面部分が覆われるように形成されていればよい。
第1実施形態で説明した図2(c)に示す工程を行う。これにより、コラプス抑制層9の表面および凹部4内におけるGaN層2やAlGaN層3の露出部分の表面上に、例えばシリコン酸化膜やGaの酸化物を主成分とする材料等により構成されるリーク抑制層10を成膜する。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第2実施形態に対してリーク抑制層10の構造を変更したものであり、その他については第2実施形態と同様であるため、第2実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
2 GaN層
3 AlGaN層
4 凹部
5 ゲート絶縁膜
6 ゲート電極
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 コラプス抑制層
10 リーク抑制層
Claims (9)
- 半絶縁性もしくは半導体にて構成される基板(1)と、
前記基板上に形成された13族元素の窒化物を主成分とする化合物半導体にて構成されたチャネル形成層(2、3)と、
前記チャネル形成層上に、ゲート絶縁膜(5)を介してゲート電極(6)が形成されたゲート構造と、
前記チャネル形成層上において、前記ゲート構造を挟んだ両側に配置されたソース電極(7)およびドレイン電極(8)と、を備えたスイッチングデバイスを含み、
前記チャネル形成層のうち前記スイッチングデバイスが形成される領域を素子領域、該素子領域の周囲を素子分離領域として、
前記素子領域において前記チャネル形成層上に形成された絶縁材料で構成されるコラプス抑制層(9)と、
前記素子分離領域において前記チャネル形成層上に形成され、前記コラプス抑制層とは異なる絶縁材料で形成されたリーク抑制層(10)と、を有し、
前記コラプス抑制層は窒素もしくはアルミニウムを含む絶縁材料によりなり、前記素子領域において、前記チャネル形成層(3)の表面のうち前記ゲート構造や前記ソース電極および前記ドレイン電極以外のすべての部分を覆うように構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記リーク抑制層は少なくとも酸素を1%含む絶縁材料によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記チャネル形成層のうち前記素子分離領域に凹部(4)が形成されることでメサ構造とされ、
前記リーク抑制層は、少なくとも前記凹部の底面上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記素子領域では、前記コラプス抑制層と前記リーク抑制層とが順に積層された積層構造とされ、
前記素子分離領域では、前記リーク抑制層のみが形成された構造とされていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記コラプス抑制層は、前記素子領域において前記チャネル形成層の表面上に形成された表面部(9a)と、前記メサ構造を構成する凹部の側壁面に形成されたサイドウォール部(9b)とを有して構成され、
前記素子領域では、前記コラプス抑制層と前記リーク抑制層とが順に積層された積層構造とされ、
前記素子分離領域では、前記リーク抑制層のみが形成された構造とされていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記コラプス抑制層は、前記素子領域において前記チャネル形成層の表面上に形成された表面部(9a)と、前記メサ構造を構成する凹部の側壁面に形成されたサイドウォール部(9b)とを有して構成され、
前記素子領域では、前記コラプス抑制層のみが形成された構造とされ、
前記素子分離領域では、前記リーク抑制層のみが形成された構造とされていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に前記チャネル形成層を形成する工程と、
前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層を形成する工程と、
前記コラプス抑制層の上にマスク(20)を配置したのち、該マスクを用いて、前記素子分離領域において前記コラプス抑制層および前記チャネル形成層をエッチングし、前記チャネル形成層に凹部(4)を形成すると共に前記素子領域に残された前記チャネル形成層の上に前記コラプス抑制層を残す工程と、
前記コラプス抑制層の上を含め、前記凹部内における前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層とは異なる絶縁材料で構成される前記リーク抑制層を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項5に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に前記チャネル形成層を形成する工程と、
前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層のうちの前記表面部を形成するための表面形成膜(30)を形成する工程と、
前記表面形成膜の上にマスク(20)を配置したのち、該マスクを用いて、前記素子分離領域において前記表面形成膜および前記チャネル形成層をエッチングし、前記チャネル形成層に凹部(4)を形成すると共に前記素子領域に残された前記チャネル形成層の上に前記表面部を残す工程と、
前記表面部を含め、前記凹部内における前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層のうちの前記サイドウォール部を形成するためのサイドウォール形成膜(31)を形成する工程と、
前記サイドウォール形成膜を異方性エッチングすることで、前記表面部および前記凹部の側壁面を覆うように前記サイドウォール部を形成する工程と、
前記コラプス抑制層の上を含め、前記凹部内における前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層とは異なる絶縁材料で構成される前記リーク抑制層を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に前記チャネル形成層を形成する工程と、
前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層のうちの前記表面部を形成するための表面形成膜(30)を形成する工程と、
前記表面形成膜の上にマスク(20)を配置したのち、該マスクを用いて、前記素子分離領域において前記表面形成膜および前記チャネル形成層をエッチングし、前記チャネル形成層に凹部(4)を形成すると共に前記素子領域に残された前記チャネル形成層の上に前記表面部を残す工程と、
前記表面部を含め、前記凹部内における前記チャネル形成層の上に、前記コラプス抑制層のうちの前記サイドウォール部を形成するためのサイドウォール形成膜(31)を形成する工程と、
前記サイドウォール形成膜を異方性エッチングすることで、前記表面部および前記凹部の側壁面を覆うように前記サイドウォール部を形成する工程と、
熱酸化を行うことにより、前記凹部内における前記チャネル形成層の表面上に、前記コラプス抑制層とは異なる絶縁材料で構成される前記リーク抑制層を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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