JP6398692B2 - High electron mobility transistor and method of manufacturing high electron mobility transistor - Google Patents

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Description

本発明は、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor、いわゆるHEMT)、及び高電子移動度トランジスタの製造方法に関する。   The present invention relates to a high electron mobility transistor (a so-called HEMT) and a method for manufacturing a high electron mobility transistor.

従来、チャネル層と障壁層をヘテロ接合し、ヘテロ接合界面に形成される電子のたまり場である二次元電子ガスをキャリアとする高電子移動度トランジスタが知られている。高電子移動度トランジスタは、高純度のチャネル層内でキャリアが不純物の邪魔を受けることなく高速で移動することが可能であり、雑音も少ないので、種々の用途に利用されている。   Conventionally, a high electron mobility transistor is known in which a channel layer and a barrier layer are heterojunctioned and a carrier is a two-dimensional electron gas that is a field of electrons formed at the heterojunction interface. High electron mobility transistors are used in various applications because carriers can move at high speed in a high-purity channel layer without being disturbed by impurities and have less noise.

例えば特許文献1には、GaNまたはInGaNからなるチャネル層と、AlNからなる障壁層とを含むヘテロ界面を構成する層と、トランジスタ素子表面に形成された絶縁膜を有する電界効果トランジスタ、及びこの電界効果トランジスタの製造方法が開示されている。特許文献1に記載の発明では、AlNからなる障壁層の膜厚を非常に薄くして分極効果をより大きくするとともに、障壁層の膜厚を薄くしたことによる障壁層の表面電荷の影響によって分極効果によって大きくした二次元電子濃度が小さくされることとチャネル層の抵抗が増大することを抑制している。   For example, Patent Document 1 discloses a field effect transistor having a hetero interface including a channel layer made of GaN or InGaN and a barrier layer made of AlN, an insulating film formed on the surface of a transistor element, and the electric field An effect transistor manufacturing method is disclosed. In the invention described in Patent Document 1, the thickness of the barrier layer made of AlN is made very thin to increase the polarization effect, and the polarization is effected by the influence of the surface charge of the barrier layer by reducing the thickness of the barrier layer. It is suppressed that the two-dimensional electron concentration increased by the effect is decreased and the resistance of the channel layer is increased.

特開2007−234986号公報JP 2007-234986 A

高電子移動度トランジスタにて制御する電流量をより増大させる方法としては、キャリア密度(二次元電子濃度)を増大させる方法と、移動度(移動速度)を増大させる方法の2通りが考えられ、本願ではキャリア密度の増大方法に着目している。例えばAlNからなる障壁層におけるAlの割合を増大させるとキャリア密度を増大させることができるが、Alの割合を増大させていくと、障壁層に欠陥が発生しやすくなるので、あまり好ましくない。またチャネル層と障壁層の各層の格子定数の不整合等に伴う歪をより大きくすると分極の効果をより大きくすることが可能であり、キャリア密度をより増大させることができる。   As a method of further increasing the amount of current controlled by the high electron mobility transistor, there are two methods, a method of increasing the carrier density (two-dimensional electron concentration) and a method of increasing the mobility (movement speed). The present application focuses on a method for increasing the carrier density. For example, if the Al ratio in the barrier layer made of AlN is increased, the carrier density can be increased. However, if the Al ratio is increased, defects are likely to occur in the barrier layer, which is not preferable. Further, if the strain accompanying mismatch of lattice constants of the channel layer and the barrier layer is increased, the polarization effect can be increased, and the carrier density can be further increased.

特許文献1に記載の発明では、AlNからなる障壁層の膜厚を非常に薄くすることで、分極効果をより大きくしているが、障壁層の上面(ゲートが形成されている面)と下面(チャネル層との境界面)との距離が非常に接近してしまうので、障壁層の上面の電荷による二次元電子への影響が大きくなってしまっている。   In the invention described in Patent Document 1, the polarization effect is increased by making the film thickness of the barrier layer made of AlN very thin, but the upper surface (surface on which the gate is formed) and the lower surface of the barrier layer. Since the distance to the (interface with the channel layer) is very close, the influence on the two-dimensional electrons due to the charge on the upper surface of the barrier layer has increased.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、障壁層の膜厚を非常に薄くすることなく、キャリア密度をより増大させることができる高電子移動度トランジスタ、及び当該高電子移動度トランジスタの製造方法を提供することを課題とする。   The present invention was devised in view of such a point, and a high electron mobility transistor capable of further increasing the carrier density without significantly reducing the thickness of the barrier layer, and the high electron An object is to provide a method for manufacturing a mobility transistor.

上記課題を解決するため、本発明に係る高電子移動度トランジスタ及び高電子移動度トランジスタの製造方法は、次の手段をとる。まず、本発明の第1の発明は、基板の上に積層されたバッファ層と、前記バッファ層の上に積層されたチャネル層と、前記チャネル層の上に積層された障壁層と、前記障壁層の上に形成された各電極である、ソース、ドレイン、ゲートと、を有し、前記チャネル層と前記障壁層とがヘテロ接合されている高電子移動度トランジスタである。そして、前記ソースと前記ドレインと前記ゲートを含む前記障壁層の上には、絶縁膜が積層されており、前記絶縁膜が積層された後、所定の熱処理が施されて前記絶縁膜は積層時に対して収縮した状態とされている。   In order to solve the above problems, the high electron mobility transistor and the method for manufacturing the high electron mobility transistor according to the present invention take the following means. First, according to a first aspect of the present invention, a buffer layer stacked on a substrate, a channel layer stacked on the buffer layer, a barrier layer stacked on the channel layer, and the barrier It is a high electron mobility transistor having a source, a drain, and a gate, which are electrodes formed on a layer, wherein the channel layer and the barrier layer are heterojunctioned. An insulating film is stacked on the barrier layer including the source, the drain, and the gate, and after the insulating film is stacked, a predetermined heat treatment is performed to form the insulating film at the time of stacking. On the other hand, it is in a contracted state.

次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る高電子移動度トランジスタであって、前記ゲートは、形成時ではアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成されており、前記所定の熱処理によって結晶化が進んで形成時に対して膨張した形状を有している。   Next, a second invention of the present invention is the high electron mobility transistor according to the first invention, wherein the gate is formed of amorphous silicon or polysilicon at the time of formation, and the predetermined It has a shape that is crystallized by heat treatment and expanded as compared to the time of formation.

次に、本発明の第3の発明は、上記第1の発明または第2の発明に係る高電子移動度トランジスタであって、前記絶縁膜は、SiN、またはSiON、のいずれかにより構成されている。   Next, a third invention of the present invention is the high electron mobility transistor according to the first invention or the second invention, wherein the insulating film is composed of either SiN or SiON. Yes.

次に、本発明の第4の発明は、基板の上に積層されたバッファ層と、前記バッファ層の上に積層されたチャネル層と、前記チャネル層の上に積層された障壁層と、前記障壁層の上に形成された各電極である、ソース、ドレイン、ゲートと、を有し、前記チャネル層と前記障壁層とがヘテロ接合されている高電子移動度トランジスタの製造方法であって、前記ソースと前記ドレインと前記ゲートを含む前記障壁層の上に絶縁膜を積層し、前記絶縁膜を積層した後、所定の熱処理を施して前記絶縁膜を収縮させて、前記障壁層に、前記絶縁膜の収縮による応力を印加して当該応力による歪を蓄積させる、高電子移動度トランジスタの製造方法である。   Next, according to a fourth aspect of the present invention, there is provided a buffer layer stacked on a substrate, a channel layer stacked on the buffer layer, a barrier layer stacked on the channel layer, A method of manufacturing a high electron mobility transistor having a source, a drain, and a gate, which are each electrode formed on a barrier layer, wherein the channel layer and the barrier layer are heterojunction, An insulating film is stacked on the barrier layer including the source, the drain, and the gate, and after the insulating film is stacked, the insulating film is contracted by applying a predetermined heat treatment, This is a method for manufacturing a high electron mobility transistor in which stress due to shrinkage of an insulating film is applied to accumulate strain due to the stress.

次に、本発明の第5の発明は、上記第4の発明に係る高電子移動度トランジスタの製造方法であって、前記ゲートの形成時において、前記ゲートをアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成し、前記所定の熱処理によって前記ゲートの結晶化が進むとともに膨張させ、前記障壁層に、前記ゲートの膨張による応力を印加して当該応力による歪を蓄積させる、高電子移動度トランジスタの製造方法である。   Next, a fifth invention of the present invention is a method of manufacturing a high electron mobility transistor according to the fourth invention, wherein the gate is formed of amorphous silicon or polysilicon when the gate is formed. The method of manufacturing a high electron mobility transistor, wherein the gate crystal is expanded and expanded by the predetermined heat treatment, and stress due to expansion of the gate is applied to the barrier layer to accumulate strain due to the stress. .

第1の発明によれば、障壁層の上に積層した絶縁膜が、積層時に対して収縮した状態とされていることで、当該絶縁膜の残留応力をあえて大きく残している。この絶縁膜の収縮による残留応力にて、障壁層に応力を印加して歪を増大させることができる。そして障壁層の歪を増大させることで、キャリア密度をより増大させることができる。   According to the first invention, since the insulating film laminated on the barrier layer is in a contracted state with respect to the time of lamination, the residual stress of the insulating film is left large. The residual stress due to the shrinkage of the insulating film can increase the strain by applying a stress to the barrier layer. The carrier density can be further increased by increasing the strain of the barrier layer.

第2の発明によれば、障壁層の上に形成したゲートが、形成時に対して膨張した形状である。このゲートの膨張形状による応力を障壁層に印加して歪を増大させることができる。そして障壁層の歪を増大させることで、キャリア密度をより増大させることができる。   According to the second invention, the gate formed on the barrier layer has a shape expanded with respect to the formation time. The strain due to the expanded shape of the gate can be applied to the barrier layer to increase the strain. The carrier density can be further increased by increasing the strain of the barrier layer.

第3の発明によれば、障壁層の材質等に応じて、より適切な絶縁膜を、より容易に積層することができる。   According to the third invention, a more appropriate insulating film can be more easily laminated according to the material of the barrier layer and the like.

第4の発明によれば、障壁層の上に積層した絶縁膜を、積層時に対して収縮した状態とすることで、当該絶縁膜の残留応力をあえて大きく残し、この絶縁膜の収縮による残留応力にて、障壁層に応力を印加して歪を増大させることができる。そして障壁層の歪を増大させることで、キャリア密度をより増大させる、高電子移動度トランジスタの製造方法を提供することができる。   According to the fourth invention, the insulating film laminated on the barrier layer is in a contracted state with respect to the time of lamination, so that the residual stress of the insulating film is left large, and the residual stress due to the shrinkage of the insulating film. Thus, the strain can be increased by applying a stress to the barrier layer. Further, by increasing the strain of the barrier layer, it is possible to provide a method for manufacturing a high electron mobility transistor that further increases the carrier density.

第5の発明によれば、ゲートの膨張形状による応力を障壁層に印加して、障壁層の歪をさらに増大させ、キャリア密度をさらに増大させる、高電子移動度トランジスタの製造方法を提供することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a high electron mobility transistor, in which stress due to an expanded shape of a gate is applied to a barrier layer to further increase the strain of the barrier layer and further increase the carrier density. Can do.

本発明の高電子移動度トランジスタの各層を説明する断面図の例である。It is an example of sectional drawing explaining each layer of the high electron mobility transistor of this invention. 高電子移動度トランジスタを製造するための各工程を説明する図である。It is a figure explaining each process for manufacturing a high electron mobility transistor. 本発明の高電子移動度トランジスタの製造方法によって製造された高電子移動度トランジスタの障壁層の歪が増大される様子、及びキャリア密度が増大される様子を説明する図である。It is a figure explaining a mode that the distortion of the barrier layer of the high electron mobility transistor manufactured by the manufacturing method of the high electron mobility transistor of this invention is increased, and a mode that carrier density is increased. 図3に対して、従来の高電子移動度トランジスタ(残留応力を持つ絶縁膜を有していない高電子移動度トランジスタ)のキャリア密度の様子を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the state of carrier density of a conventional high electron mobility transistor (a high electron mobility transistor having no residual film having a residual stress).

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて順に説明する。
●[高電子移動度トランジスタの全体構造(図1)]
図1に示すように、本発明の高電子移動度トランジスタ1は、基板11と、バッファ層12と、チャネル層13と、障壁層14と、各電極であるソース21とドレイン22とゲート23と、絶縁膜15、とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order with reference to the drawings.
● [Overall structure of high electron mobility transistor (Fig. 1)]
As shown in FIG. 1, the high electron mobility transistor 1 of the present invention includes a substrate 11, a buffer layer 12, a channel layer 13, a barrier layer 14, a source 21, a drain 22, and a gate 23 that are electrodes. And the insulating film 15.

基板11は、例えばサファイアやSiC(炭化ケイ素)を材質とした板状の部材であり、既存の基板が利用される。   The substrate 11 is a plate-like member made of, for example, sapphire or SiC (silicon carbide), and an existing substrate is used.

バッファ層12は、基板11の上に積層されて基板11とチャネル層13との間に配置され、チャネル層13を欠陥なく積層するための緩衝用の層である。バッファ層12の材質は、例えばAlN(窒化アルミニウム)である。   The buffer layer 12 is laminated on the substrate 11 and is disposed between the substrate 11 and the channel layer 13, and is a buffer layer for laminating the channel layer 13 without defects. The material of the buffer layer 12 is, for example, AlN (aluminum nitride).

チャネル層13は、バッファ層12の上に積層され、障壁層14との境界の近傍にヘテロ界面を形成する層である。またチャネル層13には不純物がドープされず、高純度な材質で形成されており、例えばGaN(窒化ガリウム)にて形成されている。またチャネル層13は、障壁層14にて発生したキャリアが移動する層であり、不純物がドープされていないので、キャリアは高速で移動することができる。チャネル層13の厚さは、例えば1[μm]に形成される。   The channel layer 13 is a layer that is stacked on the buffer layer 12 and forms a heterointerface near the boundary with the barrier layer 14. The channel layer 13 is not doped with impurities and is made of a high-purity material, for example, GaN (gallium nitride). The channel layer 13 is a layer in which carriers generated in the barrier layer 14 move and is not doped with impurities, so that carriers can move at high speed. The channel layer 13 is formed with a thickness of, for example, 1 [μm].

障壁層14は、チャネル層13の上に積層され、例えばエピタキシャル成長等にて形成されてチャネル層13とヘテロ接合された層である。例えばチャネル層13の材質がGaNである場合、障壁層14の材質にはAlGaN(アルミ窒化ガリウム)が用いられ、Al(アルミニウム)の割合は適宜選定される。このAlの割合を増加させることで、チャネル層13のキャリアの密度を増大させることができるが、Alの割合を増大させていくと、障壁層14に欠陥が発生しやすくなる。従って、Alの割合は、障壁層14を安全に形成できる割合に設定されている。障壁層14の厚さは、例えば30[nm]に形成される。   The barrier layer 14 is a layer that is stacked on the channel layer 13 and is formed by, for example, epitaxial growth or the like and heterojunction with the channel layer 13. For example, when the material of the channel layer 13 is GaN, AlGaN (aluminum gallium nitride) is used as the material of the barrier layer 14, and the ratio of Al (aluminum) is appropriately selected. By increasing the Al ratio, the carrier density of the channel layer 13 can be increased. However, when the Al ratio is increased, defects are likely to occur in the barrier layer 14. Therefore, the ratio of Al is set to a ratio at which the barrier layer 14 can be formed safely. The thickness of the barrier layer 14 is, for example, 30 [nm].

ソース21、ドレイン22は、例えばAlを材質とした電極であり、スパッタリング法等にて形成されている。またソース21、ドレイン22の電極はオーミック電極として形成され、ゲート23の電極は、障壁層14の半導体に接合されたショットキー電極として形成される。このゲート23については、ショットキー電極ではなく、SiN(窒化ケイ素)、SiO2(二酸化ケイ素)、SiON(酸窒化シリコン)、Al23(酸化アルミニウム)、AlN等の絶縁膜上にアモルファスシリコンもしくはポリシリコンを材質とした電極としてもよい。ゲート23をアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成した場合、比較的安価に、比較的容易にゲート23を形成することができる。 The source 21 and the drain 22 are electrodes made of Al, for example, and are formed by a sputtering method or the like. The electrodes of the source 21 and the drain 22 are formed as ohmic electrodes, and the electrode of the gate 23 is formed as a Schottky electrode joined to the semiconductor of the barrier layer 14. The gate 23 is not a Schottky electrode but amorphous silicon on an insulating film such as SiN (silicon nitride), SiO 2 (silicon dioxide), SiON (silicon oxynitride), Al 2 O 3 (aluminum oxide), or AlN. Alternatively, an electrode made of polysilicon may be used. When the gate 23 is formed of amorphous silicon or polysilicon, the gate 23 can be formed relatively easily at a relatively low cost.

絶縁膜15は、ソース21とドレイン22とゲート23を含む障壁層14の上に積層され、絶縁性を有する膜(層)であり、SiN(窒化ケイ素)、またはSiON(酸窒化シリコン)、のいずれかの材質にて構成されている。絶縁膜15の厚さは、例えば100[nm]に形成される。   The insulating film 15 is laminated on the barrier layer 14 including the source 21, the drain 22, and the gate 23 and is an insulating film (layer), and is made of SiN (silicon nitride) or SiON (silicon oxynitride). It is composed of any material. The insulating film 15 is formed with a thickness of, for example, 100 [nm].

高電子移動度トランジスタは、高純度のチャネル層の上に障壁層をヘテロ接合にて積み重ねることで、格子定数の不整合に起因する引張歪を障壁層に印加してピエゾ分極を発生させている。そして、当該ピエゾ分極にて、チャネル層と障壁層との境界近傍のヘテロ界面に高移動度のキャリア(二次元電子ガス)を発生させている。この歪を増大させる方法として、障壁層の不純物(AlGaNの場合はAl)の比率を増加させる方法があるが、Alの比率を増大させていくと、上述したとおり、障壁層に欠陥を生じてキャリアの移動度が低下するので、あまり好ましくない。従って、障壁層の不純物の比率の増大による歪の印加には限度がある。   In high electron mobility transistors, a barrier layer is stacked on a high-purity channel layer in a heterojunction, and tensile strain resulting from lattice mismatch is applied to the barrier layer to generate piezoelectric polarization. . Then, due to the piezoelectric polarization, high mobility carriers (two-dimensional electron gas) are generated at the heterointerface near the boundary between the channel layer and the barrier layer. As a method of increasing this strain, there is a method of increasing the ratio of impurities in the barrier layer (Al in the case of AlGaN), but as the Al ratio is increased, defects are generated in the barrier layer as described above. Since the mobility of a carrier falls, it is not so preferable. Therefore, there is a limit to the application of strain due to an increase in the impurity ratio of the barrier layer.

本発明の高電子移動度トランジスタ1は、以上に説明したように図1に示す各層が形成された後、絶縁膜15の残留応力をあえて大きく残すことで、障壁層14の歪を増大させ、キャリア密度を増大させる。具体的には、所定の熱処理を施して、絶縁膜15を、積層時に対して収縮した状態とすることで、絶縁膜15の残留応力を大きくする(図3参照)。また、ゲート23を、形成時にアモルファスシリコンもしくはポリシリコンで形成した場合、上記の熱処理による結晶化によって、ゲート23は体積を増大させて膨張した形状となる。ゲート23が膨張すると、図3に示すように、障壁層14の湾曲を助長する方向の力が働き、障壁層14の歪をさらに増大させ、キャリア密度をさらに増大させる。以下に、本発明の高電子移動度トランジスタ1の製造方法について説明する。   The high electron mobility transistor 1 of the present invention increases the strain of the barrier layer 14 by leaving a large residual stress in the insulating film 15 after each layer shown in FIG. 1 is formed as described above. Increase carrier density. Specifically, the residual stress of the insulating film 15 is increased by performing a predetermined heat treatment so that the insulating film 15 is contracted with respect to the time of lamination (see FIG. 3). Further, when the gate 23 is formed of amorphous silicon or polysilicon at the time of formation, the gate 23 is expanded by increasing the volume by crystallization by the heat treatment. When the gate 23 expands, as shown in FIG. 3, a force in a direction that promotes the curvature of the barrier layer 14 acts, further increasing the strain of the barrier layer 14 and further increasing the carrier density. Below, the manufacturing method of the high electron mobility transistor 1 of this invention is demonstrated.

●[高電子移動度トランジスタの製造方法(図2)]
次に図2を用いて、高電子移動度トランジスタ1の製造方法について説明する。最初の工程のステップS10では、用意した基板11の上に、バッファ層12を積層する。また次の工程であるステップS20では、バッファ層12の上にチャネル層13を積層する。また次の工程であるステップS30では、チャネル層13の上に障壁層14を積層する。以上の工程は、既存の工程と同様の工程である。
● [Manufacturing method of high electron mobility transistor (Figure 2)]
Next, a manufacturing method of the high electron mobility transistor 1 will be described with reference to FIG. In step S10 of the first process, the buffer layer 12 is laminated on the prepared substrate 11. In step S20, which is the next process, the channel layer 13 is stacked on the buffer layer 12. In step S30, which is the next process, the barrier layer 14 is stacked on the channel layer 13. The above process is the same process as the existing process.

次の工程であるステップS40では、障壁層14の上に、ソース21、ドレイン22、ゲート23、の各電極をスパッタリング法等にて形成する。ゲート23をAlにて形成する場合は、既存の工程と同様の工程にて形成することができる。またゲート23をアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成する場合は、ソース21及びドレイン22を形成した後、または形成する前に、CVD法等を用いてゲート23を形成する。   In step S40, which is the next process, the source 21, drain 22, and gate 23 electrodes are formed on the barrier layer 14 by sputtering or the like. When the gate 23 is formed of Al, it can be formed by a process similar to an existing process. In the case where the gate 23 is formed of amorphous silicon or polysilicon, the gate 23 is formed using a CVD method or the like after or before the source 21 and the drain 22 are formed.

次の工程であるステップS50では、ソース21、ドレイン22、ゲート23を含む障壁層14の上に、絶縁膜15を積層する。なお、絶縁膜15には、収縮量をより大きくするために、密度が比較的小さい(含有されている水素の量が多い)ものを採用することが、より好ましい。また製膜の温度は、例えば200[℃]〜400[℃]程度であり、製膜の方法には、スパッタリング法やプラズマCVD等を用いることができる。   In step S50, which is the next process, the insulating film 15 is stacked on the barrier layer 14 including the source 21, the drain 22, and the gate 23. In addition, it is more preferable to employ the insulating film 15 having a relatively low density (a large amount of hydrogen is contained) in order to increase the shrinkage amount. The film forming temperature is, for example, about 200 [° C.] to 400 [° C.], and a sputtering method, plasma CVD, or the like can be used as the film forming method.

そして次の工程であるステップS60では、ダイシングにてウエハを切断して各チップ(各半導体素子)を切り出す。そして次の工程であるステップS70では、各チップを電気炉や熱風乾燥機等に入れて、所定時間の間、所定温度で加熱した後、徐々に常温まで温度を下げる熱処理を施す。例えば数[分]程度の時間、800[℃]〜1000[℃]程度の温度で加熱した後、常温雰囲気中で温度を下げる。この熱処理には、例えば樹脂成形品の歪を除去するための、いわゆるアニール処理を適用することができる。なお、樹脂成形品にアニール処理を施した場合は、樹脂成形品の残留歪を除去することができるが、本発明の高電子移動度トランジスタにアニール処理を施した場合では、障壁層14に積層した(貼り付けた)絶縁膜15を、障壁層14に貼り付いた状態を維持させながら熱によって収縮させ、絶縁膜15に残留応力(残留歪)を発生させる。なお、ステップS60の工程と、ステップS70の工程の順序を入れ替えてもよい。またチャネル層13と障壁層14とのヘテロ接合は、分子結晶どうしが結合されているので結合力が強く、絶縁膜15の残留応力によって、チャネル層13と障壁層14とが破断することはない。また、ゲート23がアモルファスシリコンもしくはポリシリコンで形成されている場合、上記のアニール処理を施すと、アモルファス状態であったゲートの結晶化が進んで体積が増大して膨張する。   In step S60, which is the next step, the wafer is cut by dicing to cut out each chip (each semiconductor element). In step S70, which is the next step, each chip is put in an electric furnace, a hot air dryer or the like, heated at a predetermined temperature for a predetermined time, and then subjected to heat treatment for gradually lowering the temperature to room temperature. For example, after heating at a temperature of about 800 [° C.] to about 1000 [° C.] for about several minutes, the temperature is lowered in a normal temperature atmosphere. For this heat treatment, for example, a so-called annealing treatment for removing the distortion of the resin molded product can be applied. When the resin molded product is annealed, residual strain of the resin molded product can be removed. However, when the high electron mobility transistor of the present invention is annealed, the resin molded product is laminated on the barrier layer 14. The insulating film 15 that has been (attached) is contracted by heat while maintaining the state of being attached to the barrier layer 14, and residual stress (residual strain) is generated in the insulating film 15. Note that the order of the step S60 and the step S70 may be interchanged. The heterojunction between the channel layer 13 and the barrier layer 14 has a strong bonding force because molecular crystals are bonded to each other, and the channel layer 13 and the barrier layer 14 are not broken by the residual stress of the insulating film 15. . In addition, when the gate 23 is formed of amorphous silicon or polysilicon, when the above-described annealing treatment is performed, crystallization of the gate that has been in an amorphous state proceeds and the volume increases and expands.

次の工程であるステップS80はパッケージングであり、チップをフレームにマウントし、各電極をワイヤボンディングで配線接続し、樹脂等にてモールドする。   The next step, step S80, is packaging, in which the chip is mounted on a frame, the electrodes are connected by wire bonding, and molded with resin or the like.

●[障壁層14の歪の蓄積が増大する様子と、キャリア密度が増大する様子(図3、図4)]
図2に示す製造方法にて製造した高電子移動度トランジスタ1の絶縁膜15は、図2に示すステップS70の熱処理によって、積層時に対して収縮した状態とされるので、図3に示すように、絶縁膜15には収縮方向の残留応力が蓄積されている。この絶縁膜15の残留応力は、図3に示す障壁層14の上面を反り返らせる力として働き、障壁層14の下面にも反り返らせる力が働く。この絶縁膜15の残留応力による反り返らせる力が働いた状態のイメージを、図3において点線で示した仮想障壁層イメージV14に示す。障壁層14の形状を仮想障壁層イメージV14の形状へと変形させようとする絶縁膜15の残留応力により、障壁層14の下面では、引張歪が増大する。さらに、ゲート23をアモルファスシリコンもしくはポリシリコンで形成した場合、ステップS70の熱処理によって、アモルファス状態から結晶化が進んで体積が増大して膨張する。図3において、ゲート23の体積が増大して膨張すると、仮想障壁層イメージV14の上方向に反り返った形状の曲率をさらに大きくすることを助長する力(図3において障壁層14を下方向に押し付ける力)が働くので、引張歪をさらに増大することができる。また、ゲート23は、通常、高電子移動度トランジスタ1のチップの中央近傍(図3において、左右方向における中央近傍)に配置されているので、適切な位置で、膨張によって発生した応力を、障壁層14に印加することができる。
[Strain accumulation in barrier layer 14 increases and carrier density increases (FIGS. 3 and 4)]
As shown in FIG. 3, the insulating film 15 of the high electron mobility transistor 1 manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 2 is contracted with respect to the time of lamination by the heat treatment in step S70 shown in FIG. The residual stress in the shrinking direction is accumulated in the insulating film 15. The residual stress of the insulating film 15 acts as a force that causes the upper surface of the barrier layer 14 shown in FIG. 3 to warp and acts to cause the lower surface of the barrier layer 14 to warp. A virtual barrier layer image V14 indicated by a dotted line in FIG. Tensile strain increases on the lower surface of the barrier layer 14 due to the residual stress of the insulating film 15 that attempts to deform the shape of the barrier layer 14 into the shape of the virtual barrier layer image V14. Further, when the gate 23 is formed of amorphous silicon or polysilicon, crystallization proceeds from the amorphous state and the volume increases and expands due to the heat treatment in step S70. In FIG. 3, when the volume of the gate 23 increases and expands, a force (which pushes the barrier layer 14 downward in FIG. 3) helps to further increase the curvature of the shape of the virtual barrier layer image V14 that warps upward. Force), the tensile strain can be further increased. In addition, since the gate 23 is usually disposed near the center of the chip of the high electron mobility transistor 1 (in the vicinity of the center in the left-right direction in FIG. 3), the stress generated by the expansion is blocked at an appropriate position. It can be applied to layer 14.

図4に示す従来の高電子移動度トランジスタ100(残留応力を持つ絶縁膜を有していない高電子移動度トランジスタ)では、障壁層114の下面には、チャネル層113との格子定数の違いによる引張歪に起因するピエゾ分極によって、障壁層114の下面に正の固定電荷131が発生し、当該正の固定電荷131に誘起された自由電荷132(キャリア)が発生する。そして発生した自由電荷132は、チャネル層113内で高速移動することができる。しかし図3に示す本願と比較して、障壁層114の引張歪が小さいので、発生するキャリア(自由電荷132)は、図3に示す本願にて発生するキャリア(自由電荷32)よりも少ない。   In the conventional high electron mobility transistor 100 shown in FIG. 4 (high electron mobility transistor not having an insulating film having residual stress), the lower surface of the barrier layer 114 has a difference in lattice constant from that of the channel layer 113. Due to the piezo polarization caused by the tensile strain, positive fixed charges 131 are generated on the lower surface of the barrier layer 114, and free charges 132 (carriers) induced by the positive fixed charges 131 are generated. The generated free charges 132 can move at high speed in the channel layer 113. However, since the tensile strain of the barrier layer 114 is smaller than that of the present application shown in FIG. 3, the generated carriers (free charge 132) are less than the carriers (free charge 32) generated in the present application shown in FIG.

これに対して、図3に示す本発明の高電子移動度トランジスタ1は、図4に示す従来の高電子移動度トランジスタ100に対して、ソース21、ドレイン22、ゲート23を含む障壁層14の上に、収縮状態とされて残留応力が蓄積された絶縁膜15を有している。そして、この絶縁膜15の残留応力、及びゲート23の膨張による応力によって、障壁層14の下面の引張歪が増大(蓄積)されている。この増大(蓄積)された引張歪によって、障壁層14の下面に発生する正の固定電荷31が増大され、当該正の固定電荷31に誘起された自由電荷32(キャリア)が増大される。そして増大した自由電荷32は、チャネル層13内で高速移動することができる。   On the other hand, the high electron mobility transistor 1 of the present invention shown in FIG. 3 is different from the conventional high electron mobility transistor 100 shown in FIG. On top, it has an insulating film 15 which is in a contracted state and has accumulated residual stress. The tensile strain on the lower surface of the barrier layer 14 is increased (accumulated) by the residual stress of the insulating film 15 and the stress due to the expansion of the gate 23. Due to the increased (accumulated) tensile strain, the positive fixed charges 31 generated on the lower surface of the barrier layer 14 are increased, and the free charges 32 (carriers) induced in the positive fixed charges 31 are increased. The increased free charge 32 can move at high speed in the channel layer 13.

以上、本発明の高電子移動度トランジスタ1は、障壁層14に、格子定数の不整合に起因する引張歪に加えて、絶縁膜15の収縮に伴う残留応力及びゲート23の膨張に伴う応力による機械的な引張歪を印加することで、障壁層14の引張歪を増大(蓄積)させている。つまり、障壁層14の上に積層した(貼り付けた)絶縁膜15を、所定の熱処理にて、貼り付いた状態を維持させながら収縮させて、絶縁膜15の収縮によって発生させた残留応力(及びゲート23の膨張によって発生させた応力)を障壁層14に伝達して障壁層14の歪を増大させることでキャリアを増大させることができる。従って、非常にシンプルな構造、及び非常にシンプルな製造方法にて、障壁層の膜厚を非常に薄くすることなく、高電子移動度トランジスタのキャリア密度を増大させることができる。   As described above, in the high electron mobility transistor 1 of the present invention, in addition to the tensile strain caused by the lattice constant mismatch, the barrier layer 14 is caused by the residual stress accompanying the contraction of the insulating film 15 and the stress accompanying the expansion of the gate 23. By applying the mechanical tensile strain, the tensile strain of the barrier layer 14 is increased (accumulated). That is, the insulating film 15 laminated (attached) on the barrier layer 14 is contracted by a predetermined heat treatment while maintaining the attached state, and the residual stress generated by the contraction of the insulating film 15 ( And the stress generated by the expansion of the gate 23) is transmitted to the barrier layer 14 to increase the strain of the barrier layer 14, thereby increasing the number of carriers. Therefore, the carrier density of the high electron mobility transistor can be increased with a very simple structure and a very simple manufacturing method without reducing the thickness of the barrier layer.

本発明の高電子移動度トランジスタの構成、構造、材質、製造方法等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、基板の材質、バッファ層の材質、チャネル層の材質、障壁層の材質は、本実施の形態にて説明した材質に限定されるものではない。   The configuration, structure, material, manufacturing method, and the like of the high electron mobility transistor of the present invention can be variously changed, added, or deleted without changing the gist of the present invention. For example, the material of the substrate, the material of the buffer layer, the material of the channel layer, and the material of the barrier layer are not limited to the materials described in this embodiment.

また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。   The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.

1 高電子移動度トランジスタ
11 基板
12 バッファ層
13 チャネル層
14 障壁層
15 絶縁膜
21 ソース
22 ドレイン
23 ゲート
31 正の固定電荷
32 自由電荷
V14 仮想障壁層イメージ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High electron mobility transistor 11 Substrate 12 Buffer layer 13 Channel layer 14 Barrier layer 15 Insulating film 21 Source 22 Drain 23 Gate 31 Positive fixed charge 32 Free charge V14 Virtual barrier layer image

Claims (3)

基板の上に積層されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に積層されたチャネル層と、
前記チャネル層の上に積層された障壁層と、
前記障壁層の上に形成された各電極である、ソース、ドレイン、ゲートと、を有し、前記チャネル層と前記障壁層とがヘテロ接合されている高電子移動度トランジスタであって、
前記ソースと前記ドレインと前記ゲートを含む前記障壁層の上には、絶縁膜が積層されており、前記絶縁膜が積層された後、所定の熱処理が施されて前記絶縁膜は積層時に対して収縮した状態とされており、
前記ゲートは、形成時ではアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成されており、前記所定の熱処理によって結晶化が進んで形成時に対して膨張した形状を有している、
高電子移動度トランジスタ。
A buffer layer stacked on the substrate;
A channel layer stacked on the buffer layer;
A barrier layer stacked on the channel layer;
A high electron mobility transistor having a source, a drain, and a gate, each electrode formed on the barrier layer, wherein the channel layer and the barrier layer are heterojunction;
An insulating film is stacked on the barrier layer including the source, the drain, and the gate, and after the insulating film is stacked, a predetermined heat treatment is performed so that the insulating film is not stacked. It is supposed to be in a contracted state ,
The gate is formed of amorphous silicon or polysilicon at the time of formation, and has a shape expanded by crystallization as a result of the predetermined heat treatment.
High electron mobility transistor.
請求項1に記載の高電子移動度トランジスタであって、
前記絶縁膜は、SiN、またはSiON、のいずれかにより構成されている、
高電子移動度トランジスタ。
The high electron mobility transistor of claim 1 ,
The insulating film is composed of either SiN or SiON.
High electron mobility transistor.
基板の上に積層されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に積層されたチャネル層と、
前記チャネル層の上に積層された障壁層と、
前記障壁層の上に形成された各電極である、ソース、ドレイン、ゲートと、を有し、前記チャネル層と前記障壁層とがヘテロ接合されている高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
前記ソースと前記ドレインと前記ゲートを含む前記障壁層の上に絶縁膜を積層し、
前記絶縁膜を積層した後、所定の熱処理を施して前記絶縁膜を収縮させて、前記障壁層に、前記絶縁膜の収縮による応力を印加して当該応力による歪を蓄積させ、
前記ゲートの形成時において、前記ゲートをアモルファスシリコンもしくはポリシリコンにて形成し、前記所定の熱処理によって前記ゲートの結晶化が進むとともに膨張させ、前記障壁層に、前記ゲートの膨張による応力を印加して当該応力による歪を蓄積させる、
高電子移動度トランジスタの製造方法。

A buffer layer stacked on the substrate;
A channel layer stacked on the buffer layer;
A barrier layer stacked on the channel layer;
A method of manufacturing a high electron mobility transistor having a source, a drain, and a gate, which are electrodes formed on the barrier layer, wherein the channel layer and the barrier layer are heterojunction. ,
Laminating an insulating film on the barrier layer including the source, the drain, and the gate;
After laminating the insulating film, the insulating film is contracted by applying a predetermined heat treatment, and stress due to contraction of the insulating film is applied to the barrier layer to accumulate strain due to the stress ,
When forming the gate, the gate is formed of amorphous silicon or polysilicon, and the gate is crystallized and expanded by the predetermined heat treatment, and stress due to the expansion of the gate is applied to the barrier layer. To accumulate strain due to the stress,
Method for manufacturing a high electron mobility transistor.

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