JP2011077123A - METHOD OF FORMING GATE ELECTRODE, METHOD OF MANUFACTURING ALGaN/GaN-HEMT, AND ALGaN/GaN-HEMT - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ゲート電極の形成方法、AlGaN/GaN−HEMTの製造方法及びAlGaN/GaN−HEMTに関し、特にリソグラフィ限界以下の微細ゲート長を有するAlGaN/GaN−HEMT(High Electron Mobility Transistor)の短ゲート化技術に関する。 The present invention relates to a method for forming a gate electrode, a method for manufacturing an AlGaN / GaN-HEMT, and an AlGaN / GaN-HEMT. Technology.
従来、AlGaN/GaN−HEMTにおいて、短ゲート化技術は、トランジスタの高周波特性を向上させる技術として、例えば、非特許文献1に開示されていた。
Conventionally, in AlGaN / GaN-HEMT, the short gate technology has been disclosed in Non-Patent
AlGaN/GaN−HEMTは、SiC、Si、サファイア等の基板上に、有機金属化学気相成長(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法や分子線エピタキシ (Molecular Beam Epitaxy:MBE) 法で成長された多層構成のエピタキシャル層を有するエピタキシャル基板を用いて作製される。 AlGaN / GaN-HEMT is grown on substrates such as SiC, Si, and sapphire by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE). It is produced using an epitaxial substrate having an epitaxial layer having a multilayer structure.
例えば、AlGaN/GaN−HEMTは、基板側から順次成長された、バッファ層、Un-Intentionally Doped(UID)−GaN電子走行層(以後、UID−GaN層と称す。)、UID−AlGaN電子供給層(以後、UID−AlGaN層と称す。)を備えて構成されるエピタキシャル基板を用いて、デバイス作製が行われる。 For example, AlGaN / GaN-HEMT is a buffer layer, an unintentionally doped (UID) -GaN electron transit layer (hereinafter referred to as a UID-GaN layer), a UID-AlGaN electron supply layer, which are sequentially grown from the substrate side. Device fabrication is performed using an epitaxial substrate configured to include (hereinafter referred to as a UID-AlGaN layer).
そして、HEMTは、UID−AlGaN層とUID−GaN層との界面のUID−GaN層側に生じる2次元電子ガス(Two Dimensional Electron Gas:2DEG(以後、2DEGと称す。)層を走行する電子をソース電極、ゲート電極及びドレイン電極によって制御することで動作する。 In the HEMT, electrons traveling in a two-dimensional electron gas (2DEG (hereinafter referred to as 2DEG) layer) generated on the UID-GaN layer side of the interface between the UID-AlGaN layer and the UID-GaN layer. It operates by being controlled by the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode.
デバイスの作製プロセスは、前記のエピタキシャル層を積層したエピタキシャル基板上に、まず、SiN表面保護膜をプラズマ励起化学気相成長 (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition:PE−CVD(以後、PE−CVD称す。)) 法によって形成させ、イオン注入法によりデバイス領域を特定する素子分離を行い、ソース電極及びドレイン電
極を形成する。
In the device fabrication process, first, an SiN surface protective film is formed on a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD) (hereinafter referred to as PE-CVD) on the epitaxial substrate on which the epitaxial layers are stacked. )) Method, and element isolation for specifying a device region by ion implantation is performed to form a source electrode and a drain electrode.
次に、フォトリソグラフィによってレジストによるゲート開口パターンを形成し、このレジストパターンをマスクに、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング (Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching:ICP-RIE(以後、ICP−RIEと称す。)) 法等のドライエッチングによって、ゲート電極形成箇所のSiN表面保護膜を開口し、その開口部にゲート電極を真空蒸着法により形成することで、AlGaN/GaN−HEMTが作製される。 Next, a gate opening pattern by resist is formed by photolithography, and using this resist pattern as a mask, inductive coupled plasma reactive ion etching (ICP-RIE (hereinafter referred to as ICP-RIE)). The AlGaN / GaN-HEMT is fabricated by opening the SiN surface protective film at the gate electrode formation position by dry etching such as the method, and forming the gate electrode in the opening by vacuum deposition.
しかしながら、背景技術によるゲート電極形成方法では、短ゲート長を決定するのは、フォトリソグラフィによるゲート開口パターンサイズに制限されるため、そのサイズ以下のゲート長を得ることができないという問題点を有していた。 However, the gate electrode forming method according to the background art has a problem in that a gate length less than that size cannot be obtained because the short gate length is limited by the gate opening pattern size by photolithography. It was.
本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであり、リソグラフィ限界以下のゲート長を有するゲート電極の形成方法、AlGaN/GaN−HEMTの製造方法及びAlGaN/GaN−HEMTを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for forming a gate electrode having a gate length less than the lithography limit, a method for manufacturing an AlGaN / GaN-HEMT, and an AlGaN / GaN-HEMT. For the purpose.
前記目的を達成するために、本発明のゲート電極の形成方法は、基板表面に第1SiN表面保護層を成膜する第1の工程と、前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストにリソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして前記第1SiN表面保護層をエッチング開口する第2の工程と、前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層の表面に第2SiN表面保護層を成膜する第3の工程と、前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に前記第2SiN表面保護層のサイドウォールとを形成する第4の工程と、前記サイドウォールの内側の前記基板表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する第5の工程とを少なくとも備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for forming a gate electrode according to the present invention includes a first step of forming a first SiN surface protective layer on a substrate surface, and a resist applied to the surface of the first SiN surface protective layer. A second step of forming a resist opening having a lithography limit and etching and opening the first SiN surface protective layer using the resist as a mask; an opening of the first SiN surface protective layer having the etching opening; and the first SiN surface protection A third step of forming a second SiN surface protective layer on the surface of the layer; and a resist applied to the surface of the second SiN surface protective layer on the opening of the first SiN surface protective layer, the resist of the lithography limit An opening is formed, and the second SiN surface protective layer is etched by anisotropic RIE using the resist as a mask. A fourth step of forming an opening of the protective layer and a sidewall of the second SiN surface protective layer on an opening side wall of the first SiN surface protective layer; and the substrate surface and the sidewall inside the sidewall; And a fifth step of forming a gate electrode covering the opening of the second SiN surface protective layer.
このゲート電極の形成方法によれば、リソグラフィ限界以下、すなわち、紫外線、遠紫外線さらに極端紫外線(EUV:Extreme Ultra Violet)を用いた光露光技術のみではなく、電子ビーム(Electron Beam :EB)を用いたEB露光技術によるリソグラフィ限界値以下の微細ゲート長を有するゲート電極を形成することができる。また、2層構成のSiN表面保護層を用いてサイドウォールを形成することで、膜厚及びステップカバレッジの均一性と制御性とを持つことから、ゲート電極の形状制御を容易に行うことができる。特に、第2SiN表面保護層の厚みを制御することで、形成されるゲート電極のゲート長を決定することができる。 According to this gate electrode formation method, not only the lithography limit, that is, not only the light exposure technique using ultraviolet, far ultraviolet, and extreme ultraviolet (EUV), but also an electron beam (EB) is used. It is possible to form a gate electrode having a fine gate length equal to or less than the lithography limit value by the EB exposure technique. In addition, since the sidewall is formed using the SiN surface protective layer having a two-layer structure, the thickness and step coverage are uniform and controllable, so that the shape of the gate electrode can be easily controlled. . In particular, the gate length of the gate electrode to be formed can be determined by controlling the thickness of the second SiN surface protective layer.
前記目的を達成するために、本発明のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法は、基板表面に、バッファ層、UID−GaN電子走行層及びUID−AlGaN電子供給層を順次積層してエピタキシャル基板とする第1の工程と、前記エピタキシャル基板のUID−AlGaN電子供給層の表面に、第1SiN表面保護層とソース電極及びドレイン電極とを形成する第2の工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストにリソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして前記第1SiN表面保護層をエッチング開口する第3の工程と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面、前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層表面に第2SiN表面保護層を成膜する第4の工程と、前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に前記第2SiN表面保護層のサイドウォールとを形成する第5の工程と、前記サイドウォールの内側の前記UID−AlGaN電子供給層表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する第6の工程とを少なくとも備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the AlGaN / GaN-HEMT manufacturing method of the present invention provides an epitaxial substrate by sequentially laminating a buffer layer, a UID-GaN electron transit layer, and a UID-AlGaN electron supply layer on the substrate surface. A first step, a second step of forming a first SiN surface protective layer, a source electrode and a drain electrode on the surface of the UID-AlGaN electron supply layer of the epitaxial substrate, and a gap between the source electrode and the drain electrode. Forming a lithography-limited resist opening in the resist applied to the surface of the first SiN surface protective layer, etching the first SiN surface protective layer using the resist as a mask, and the source electrode and The surface of the drain electrode, the opening of the first SiN surface protective layer opened by etching, and the first a fourth step of forming a second SiN surface protective layer on the surface of the iN surface protective layer, and the lithography limit on the resist applied to the surface of the second SiN surface protective layer over the opening of the first SiN surface protective layer. And opening the second SiN surface protective layer and the first SiN surface protective layer by etching the second SiN surface protective layer by anisotropic RIE using the resist as a mask. A fifth step of forming a sidewall of the second SiN surface protective layer on the sidewall; a surface of the UID-AlGaN electron supply layer inside the sidewall; an opening of the sidewall and the second SiN surface protective layer; And a sixth step of forming a gate electrode that covers the substrate.
前記第1の工程乃至第6の工程によるAlGaN/GaN−HEMTの製造方法によれば、所望のゲート長サイズを、リソグラフィ限界の開口サイズ、第1及び第2SiN表面保護層の厚みを組み合わせてプロセス設計して形成することができる。そして、形成されるゲート電極の形状と厚み、特にゲートコンタクト部であるゲート長サイズ、及び、ゲート電極表面に至る所望のゲート電極の側壁形状を得ることができる。 According to the AlGaN / GaN-HEMT manufacturing method according to the first to sixth steps, a desired gate length size is combined with a lithography-limited opening size and the thicknesses of the first and second SiN surface protective layers. Can be designed and formed. Then, the shape and thickness of the gate electrode to be formed, in particular, the gate length size that is the gate contact portion, and a desired gate electrode sidewall shape reaching the gate electrode surface can be obtained.
また、前記第1の工程乃至第6の工程によるAlGaN/GaN−HEMTの製造方法において、前記第2の工程において、前記UID−AlGaN電子供給層と前記第1SiN表面保護層との間にゲート絶縁膜をさらに形成し、前記第3の工程において、前記ゲート絶縁膜上の前記第1SiN表面保護層のみがエッチング開口され、前記第5の工程において、前記異方性RIEにて前記ゲート絶縁膜上の前記第2SiN表面保護層のみエッチングし、そして、前記第6の工程において、前記サイドウォールの内側の前記ゲート絶縁膜の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する製造方法により、MIS型のゲート構造を有するAlGaN/GaN−HEMTの製造方法とすることもできる。 Further, in the AlGaN / GaN-HEMT manufacturing method according to the first to sixth steps, in the second step, gate insulation is provided between the UID-AlGaN electron supply layer and the first SiN surface protective layer. In the third step, only the first SiN surface protective layer on the gate insulating film is etched open, and in the fifth step, the anisotropic RIE is performed on the gate insulating film. Only the second SiN surface protective layer is etched, and in the sixth step, the surface of the gate insulating film inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer are covered. According to the manufacturing method of forming the gate electrode, the manufacturing method of the AlGaN / GaN-HEMT having the MIS type gate structure may be used. Kill.
前記目的を達成するために、本発明のAlGaN/GaN−HEMTは、基板表面に、バッファ層、UID−GaN電子走行層及びUID−AlGaN電子供給層が順次積層されたエピタキシャル基板と、前記エピタキシャル基板のUID−AlGaN電子供給層の表面に形成された第1SiN表面保護層とソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに形成されたリソグラフィ限界のレジスト開口部と該レジストをマスクとしてエッチング開口された前記第1SiN表面保護層と、前記ソース電極及びドレイン電極の表面、前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層の表面に成膜された第2SiN表面保護層と、前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより形成された、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に形成された前記第2SiN表面保護層のサイドウォールと、前記サイドウォールの内側の前記UID−AlGaN電子供給層の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆して形成されたゲート電極とを少なくとも備える。 In order to achieve the above object, the AlGaN / GaN-HEMT of the present invention includes an epitaxial substrate in which a buffer layer, a UID-GaN electron transit layer, and a UID-AlGaN electron supply layer are sequentially laminated on the substrate surface, and the epitaxial substrate. A first SiN surface protective layer formed on the surface of the UID-AlGaN electron supply layer, a source electrode and a drain electrode, and a resist coated on the surface of the first SiN surface protective layer between the source electrode and the drain electrode. Lithographic limit resist opening formed, the first SiN surface protective layer etched using the resist as a mask, the surface of the source and drain electrodes, the opening of the first SiN surface protective layer opened by etching, and A second SiN surface protective film formed on the surface of the first SiN surface protective layer. A resist opening of the lithography limit is formed in the resist applied to the surface of the second SiN surface protection layer on the layer and the opening of the first SiN surface protection layer, and anisotropic RIE is performed using the resist as a mask. An opening of the second SiN surface protective layer formed by etching the second SiN surface protective layer, and a side wall of the second SiN surface protective layer formed on the side wall of the opening of the first SiN surface protective layer; And a gate electrode formed so as to cover the surface of the UID-AlGaN electron supply layer inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer.
このような構成のAlGaN/GaN−HEMTは、所望のゲート長サイズが、リソグラフィ限界の開口サイズ、第1及び第2SiN表面保護層の厚みを組み合わせてプロセス設計することができる。そして、形成されるゲート電極の形状と厚み、特にゲートコンタクト部であるゲート長サイズ、及び、ゲート電極表面に至る所望のゲート電極の側壁形状を有し、ゲート容量が低減化され、遮断周波数(fT)及び最大発振周波数(fmax)等の高周波特性が向上したAlGaN/GaN−HEMTを得ることができる。 The AlGaN / GaN-HEMT having such a configuration can be designed by combining a desired gate length size with a lithography-limited opening size and the thicknesses of the first and second SiN surface protective layers. The gate electrode has a shape and thickness, particularly a gate length size that is a gate contact portion, and a desired gate electrode sidewall shape reaching the gate electrode surface, the gate capacitance is reduced, and the cutoff frequency ( An AlGaN / GaN-HEMT having improved high-frequency characteristics such as f T ) and maximum oscillation frequency (f max ) can be obtained.
また、前記の構成のAlGaN/GaN−HEMTにおいて、ゲート絶縁膜が、前記UID−AlGaN電子供給層と前記第1SiN表面保護層との間に形成され、前記ゲート電極が、前記サイドウォールの内側の前記ゲート絶縁膜の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆する構成とすることで、ゲートリーク電流の抑制と高耐圧化が図られたMIS型のゲート構造を有するAlGaN/GaN−HEMTを得ることができる。 In the AlGaN / GaN-HEMT having the above-described configuration, a gate insulating film is formed between the UID-AlGaN electron supply layer and the first SiN surface protective layer, and the gate electrode is formed on the inner side of the sidewall. It has a MIS type gate structure in which the gate leakage current is suppressed and the breakdown voltage is increased by covering the surface of the gate insulating film, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. AlGaN / GaN-HEMT can be obtained.
本発明によれば、リソグラフィ限界以下のゲート長を有するゲート電極の形成方法、及び高周波特性のよいAlGaN/GaN−HEMTの製造方法及びAlGaN/GaN−HEMTを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the formation method of the gate electrode which has the gate length below a lithography limit, the manufacturing method of AlGaN / GaN-HEMT with good high frequency characteristics, and AlGaN / GaN-HEMT can be provided.
本発明の実施形態について図1乃至図7を参照して説明する。各図は、本発明の特徴が明確になるように記載されており、寸法関係等は、必ずしも実際のものに忠実に描いていないため、本発明を何ら制約するものではない。なお、各図において同じ構成要素には同一の符号を付してある。以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Each drawing is described so as to clarify the features of the present invention, and the dimensional relationship and the like are not necessarily drawn to the actual ones, and thus does not limit the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component in each figure. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態のゲート電極の形成方法について、図1(a)乃至図1(d)及び図2を参照して説明する。
本実施形態のゲート電極の形成方法は、本発明の要件の一つであるリソグラフィ限界値以下の微細ゲート長を有するゲート電極を形成する方法について、単純化した基板1上にゲート電極6を形成する工程を中心に説明する。
(First embodiment)
A method for forming a gate electrode according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d) and FIG.
The method for forming a gate electrode according to this embodiment is a method of forming a gate electrode 6 on a
先ず、図1(a)に示すように、製造者は、基板1の表面にPE−CVD法により第1SiN表面保護層2を成膜する。この第1SiN表面保護層2の厚みは、後記するサイドウォールの高さを決定するものである。SiNを使用する理由は、基板1との密着性と成膜プロセスの容易性とステップカバレッジ効果、さらに、プラズマエッチングによる加工性等を考慮している。
First, as shown in FIG. 1A, the manufacturer forms the first SiN surface
次に、図1(b)に示すように、製造者は、第1SiN表面保護層2上にレジスト3を塗布し、リソグラフィ工程の限界のレジスト開口部3aを形成する。そして、このレジストパターンをマスクに、第1SiN表面保護層2をICP−RIE法によりSF6ガス中でドライエッチングして開口部2aを形成する。このSF6ガス中でのドライエッチングによれば、例えば、基板1がSi、SiC、サファイア、GaAs、GaN、AlGaN、AlN等の基板の場合には、これら基板1の表面をエッチングすることはなく、所望の第1SiN表面保護層のみをエッチングすることができる。
Next, as shown in FIG. 1B, the manufacturer applies a resist 3 on the first SiN surface
次に、図1(c)に示すように、エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部2a及び第1SiN表面保護層2の表面に第2SiN表面保護層4を成膜する。この第2SiN表面保護層4は、後記する蒲鉾形状のサイドウォール4b(図1(d))となるものである。そして、この第2SiN表面保護層4の厚みは、ゲート電極6のゲート長を決定する。したがって、前記した第1SiN表面保護層2を採用した理由と同様にSiNを材料とした第2SiN表面保護層4とした。
Next, as shown in FIG. 1C, the second SiN surface
ついで、図1(d)に示すように、第1SiN表面保護層の開口部2a上の第2SiN表面保護層4表面にレジスト5を塗布し、リソグラフィ工程の限界のレジスト開口部5aを形成し、該レジスト5をマスクとしてICP−RIE法による異方性RIEにて第2SiN表面保護層4を異方性エッチングする.この異方性ICP−RIEは、サイドウォール4bを形成する条件であり、例えば、SF6ガス中において、ICP出力50W、RIE出力10W、圧力7.5mTorrの条件とする。このようにすることで、第2SiN表面保護層4の開口部4aと第1SiN表面保護層2の開口部2aの側壁に第2SiN表面保護層4のサイドウォール4bとが形成される。
Next, as shown in FIG. 1 (d), a resist 5 is applied to the surface of the second SiN surface
そして、最後に、図2に示すように、サイドウォール4bの内側の基板1の表面とサイドウォール4bと第2SiN表面保護層4の開口部4aとを被覆するゲート電極6を形成することで短ゲート長を有するゲート電極が形成される。すなわち、リソグラフィ工程の限界の開口幅を有する開口部4aによって決まる上部ゲート長(Lg2)の電極幅と、基板1と接する(ゲートコンタクトとなる)リソグラフィ限界値より両側のサイドウォール4bの幅が短縮された短ゲート長(Lg1)を有するゲート電極6を形成することができる。なお、図2に示すように、フォトリソ工程によりゲート電極6の最表面のゲート長(Lg3)を通常のリソグラフィサイズとすることができる。
Finally, as shown in FIG. 2, the gate electrode 6 covering the surface of the
本実施形態のゲート電極の形成方法によれば、リソグラフィ限界以下、すなわち、紫外線、遠紫外線さらに極端紫外線(EUV:Extreme Ultra Violet)を用いた光露光技術のみではなく、電子ビーム(Electron Beam :EB)を用いたEB露光技術によるリソグラフィ限界値以下の微細ゲート長を有するゲート電極を形成することができる。また、2層構成のSiN表面保護層を用いてサイドウォールを形成することで、膜厚及びステップカバレッジの均一性と制御性とを持つことから、ゲート電極の形状制御を容易に行うことができる。特に、第2SiN表面保護層の厚みを制御することで、形成されるゲート電極のゲート長を決定することができる。 According to the method for forming a gate electrode of the present embodiment, not only the lithography limit, that is, not only a light exposure technique using ultraviolet, far ultraviolet, and extreme ultraviolet (EUV), but also an electron beam (EB). A gate electrode having a fine gate length equal to or less than a lithography limit value can be formed by an EB exposure technique using a). In addition, since the sidewall is formed using the SiN surface protective layer having a two-layer structure, the thickness and step coverage are uniform and controllable, so that the shape of the gate electrode can be easily controlled. . In particular, the gate length of the gate electrode to be formed can be determined by controlling the thickness of the second SiN surface protective layer.
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法について、図3乃至図6を参照して説明する。本実施形態のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法は、前記説明したゲート電極の形成方法を、AlGaN/GaN−HEMTのデバイス作製に適用したものである。
(Second Embodiment)
A method of manufacturing the AlGaN / GaN-HEMT according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the AlGaN / GaN-HEMT manufacturing method of this embodiment, the above-described gate electrode forming method is applied to AlGaN / GaN-HEMT device fabrication.
まず、図3(a)に示すように、製造者は、基板10の表面に、バッファ層11、UID−GaN層12、及び、UID−AlGaN層13を順次積層してエピタキシャル基板100とする。本実施形態では、基板10は、SiC、Si、サファイア等の基板とすることができる。そして、製造者がMOCVD法によりバッファ層11、UID−GaN層12、及び、UID−AlGaN層13を順次結晶成長することで、積層層を有するエピタキシャル基板100を形成する。
First, as illustrated in FIG. 3A, the manufacturer sequentially forms a
次に、図3(b)に示すように、製造者は、エピタキシャル基板100のUID−AlGaN層13表面にPE−CVD法により第1SiN表面保護層15を成膜する。次いで、イオン注入法を用いてArイオン等をイオン注入してHEMT素子領域を限定する素子分離のためのアイソレーション領域16を形成する。さらに、第1SiN表面保護層15を開口し、オーミック電極17であるソース電極17−1及びドレイン電極17−2を形成する。この、第1SiN表面保護層15の要件は、第1の実施形態の第1SiN表面保護層2と同様である。
Next, as shown in FIG. 3B, the manufacturer forms a first SiN surface
次に、図3(c)に示すように、ソース電極17−1及びドレイン電極17−2の間の第1SiN表面保護層15表面のレジスト18にリソグラフィ限界のレジスト開口部18aを形成し、製造者は、レジスト18をマスクとして第1SiN表面保護層15をエッチング開口し開口部15aを形成する。第1SiN表面保護層15をエッチング開口する方法は、第1の実施形態の第1SiN表面保護層2の開口方法と同様に、SF6ガス中でのICP−RIE法とする。
Next, as shown in FIG. 3C, a resist opening 18a at the lithography limit is formed in the resist 18 on the surface of the first SiN surface
次いで、図4(a)に示すように、製造者は、ソース電極17−1及びドレイン電極17−2の表面、エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部15a及び第1SiN表面保護層15表面に第2SiN表面保護層19を成膜する。この第2SiN表面保護層19の要件は、第1の実施形態の第2SiN表面保護層4と同様である。
Next, as shown in FIG. 4A, the manufacturer makes the surface of the source electrode 17-1 and the drain electrode 17-2, the opening
そして、図4(b)に示すように、製造者は、第1SiN表面保護層15の開口部15a上の第2SiN表面保護層19表面のレジスト20に、リソグラフィ限界のレジスト開口部19aを形成し、レジスト19をマスクとして異方性RIEにて第2SiN表面保護層19を異方性エッチングすることにより、第2SiN表面保護層19の開口部19aと第1SiN表面保護層15の開口部15a側壁に第2SiN表面保護層19のサイドウォール19bとを形成する。
Then, as shown in FIG. 4B, the manufacturer forms a resist
この異方性ICP−RIEは、例えば、SF6ガス中において、ICP出力50W、RIE出力10W、圧力7.5mTorrを、サイドウォール19bを形成する条件とする。このようにすることで、第2SiN表面保護層19の開口部19aと第1SiN表面保護層15の開口部15aの側壁に第2SiN表面保護層19のサイドウォール19bとが形成される。
In this anisotropic ICP-RIE, for example, in SF 6 gas, an ICP output of 50 W, an RIE output of 10 W, and a pressure of 7.5 mTorr are set as conditions for forming the
そして、最後に、図5に示すように、サイドウォール19bの内側のUID−AlGaN13の表面とサイドウォール19bと第2SiN表面保護層19の開口部19aとを被覆するゲート電極21を形成することで短ゲート長を有するAlGaN/GaN−HEMTが作製される。
And finally, as shown in FIG. 5, the
ここで、本実施形態のAlGaN/GaN−HEMTの主な製造工程を示すフローチャートを、図6を参照して説明する。主な工程は、基板上にUID−GaN層及びUID−AlGaN層を含むエピタキシャル基板を作製する(ステップS1)、第1SIN表面保護層を成膜し、アイソレーション領域、オーミック電極を形成する(ステップS2)、ゲート形成予定部にリソグラフィ限界値のゲート長のレジスト開口を行い、第1SiN表面保護層に開口部をエッチング形成する(ステップS3)、第2SiN表面保護層を成膜し、ステップS3と同様のレジスト開口を行い、異方性RIEにて第2SiN表面保護層をエッチングして、サイドウォール及びゲート開口部を形成する(ステップS4)、そして、ゲート電極を形成する(ステップS5)である。 Here, the flowchart which shows the main manufacturing process of the AlGaN / GaN-HEMT of this embodiment is demonstrated with reference to FIG. The main steps are to produce an epitaxial substrate including a UID-GaN layer and a UID-AlGaN layer on the substrate (step S1), form a first SIN surface protective layer, and form an isolation region and an ohmic electrode (step) S2), a resist opening having a gate length of a lithography limit value is formed in a gate formation scheduled portion, an opening is formed in the first SiN surface protective layer by etching (step S3), a second SiN surface protective layer is formed, and step S3 and A similar resist opening is performed, and the second SiN surface protection layer is etched by anisotropic RIE to form a sidewall and a gate opening (step S4), and a gate electrode is formed (step S5). .
以上、説明したように、本実施形態のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法によれば、第1の実施形態のゲート電極の形成方法による効果に加え、AlGaN/GaN−HEMTにおいて、所望の短縮したゲート長サイズを、リソグラフィ限界の開口サイズ、第1及び第2SiN表面保護層の厚みを組み合わせてプロセス設計して形成することができる。そして、形成されるゲート電極の形状と厚み、特にゲートコンタクト部であるゲート長サイズ、及び、ゲート電極表面に至る所望のゲート電極の側壁形状を得ることができる。 As described above, according to the AlGaN / GaN-HEMT manufacturing method of the present embodiment, in addition to the effects of the gate electrode forming method of the first embodiment, a desired shortening is achieved in the AlGaN / GaN-HEMT. The gate length size can be formed by a process design combining the lithography-limited opening size and the thicknesses of the first and second SiN surface protective layers. Then, the shape and thickness of the gate electrode to be formed, in particular, the gate length size that is the gate contact portion, and a desired gate electrode sidewall shape reaching the gate electrode surface can be obtained.
また、本実施形態のAlGaN/GaN−HEMTは、所望の短縮したゲート長サイズが、リソグラフィ限界の開口サイズ、第1及び第2SiN表面保護層の厚みを組み合わせてプロセス設計することができる。そして、形成されるゲート電極の形状と厚み、特にゲートコンタクト部であるゲート長サイズ、及び、ゲート電極表面に至る所望のゲート電極の側壁形状を有し、ゲート容量が低減化され、fT及びfmax等の高周波特性を向上させたAlGaN/GaN−HEMTを得ることができる。 In addition, the AlGaN / GaN-HEMT according to the present embodiment can be designed by combining a desired shortened gate length size with a lithography limit opening size and the thicknesses of the first and second SiN surface protective layers. The gate electrode has a shape and thickness, in particular, a gate length size which is a gate contact portion, and a desired gate electrode sidewall shape reaching the gate electrode surface, the gate capacitance is reduced, and f T and An AlGaN / GaN-HEMT with improved high frequency characteristics such as f max can be obtained.
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態のMIS型のAlGaN/GaN−HEMTについて、図7を参照して説明する。本実施形態のMIS型のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法は、前記説明した第2の実施形態をMIS型のAlGaN/GaN−HEMTのデバイス作製に適用したものである。
(Third embodiment)
A MIS type AlGaN / GaN-HEMT according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The manufacturing method of the MIS type AlGaN / GaN-HEMT according to the present embodiment is an application of the second embodiment described above to the fabrication of a MIS type AlGaN / GaN-HEMT.
本実施形態のMIS型のAlGaN/GaN−HEMTと第2の実施形態のAlGaN/GaN−HEMTとの差異は、図7に示すように、金属(Metal)としてのゲート電極(M)21と半導体(Semiconductor)としてのUID−AlGaN層(S)13との間に、第1SiN表面保護層15及び第2SiN表面保護層19のエッチングレート値よりも小さいエッチングレート値を有する絶縁体(Insulator)としてのゲート絶縁膜(I)30を設けた構造としたことである。
The difference between the MIS-type AlGaN / GaN-HEMT of this embodiment and the AlGaN / GaN-HEMT of the second embodiment is that, as shown in FIG. 7, the gate electrode (M) 21 as a metal (Metal) and the semiconductor As an insulator having an etching rate value smaller than the etching rate values of the first SiN surface
本実施形態では、ゲート絶縁膜30として、PE−CVD法により形成されたSiO2膜、あるいは、AlNが使用される。これらの絶縁膜のSF6ガス中でのIPC−RIEによるエッチングレートは、SiO2膜で6nm/min、AlN膜ではエッチングされずほぼエッチングレートは略ゼロなである。ちなみに、第1の実施形態及び第2の実施形態のSiN表面保護層のSF6ガス中でのIPC−RIEによるエッチングレートは、40nm/min〜50nm/minである。したがって、これらのゲート絶縁膜は、SiN表面保護層とのエッチングの選択比は十分である。 In the present embodiment, as the gate insulating film 30, an SiO 2 film formed by PE-CVD or AlN is used. The etching rate of these insulating films by IPC-RIE in SF 6 gas is 6 nm / min for the SiO 2 film, and is not etched by the AlN film, and the etching rate is substantially zero. Incidentally, the etching rate by IPC-RIE in SF 6 gas of the SiN surface protective layer of the first embodiment and the second embodiment is 40 nm / min to 50 nm / min. Therefore, these gate insulating films have a sufficient etching selectivity with the SiN surface protective layer.
したがって、本実施形態のゲート絶縁膜とすることで、図7に示す本実施形態のMIS型のAlGaN/GaN−HEMTにおける製造方法においては、製造者は、UID−AlGaN13と第1SiN表面保護層15との間にゲート絶縁膜30をさらに形成し、ゲート絶縁膜30上の第1SiN表面保護層15のみがエッチング開口され、異方性RIEにてゲート絶縁膜30上の第2SiN表面保護層19のみエッチングし、そして、サイドウォール19bの内側のゲート絶縁膜30の表面とサイドウォール19bと第2SiN表面保護層19の開口部19aとを被覆するゲート電極21を形成することができる。
Therefore, by using the gate insulating film of the present embodiment, in the manufacturing method in the MIS type AlGaN / GaN-HEMT of the present embodiment shown in FIG. 7, the manufacturer has the UID-
そして、ゲート絶縁膜30が、UID−AlGaN13と第1SiN表面保護層15との間に形成され、ゲート電極30が、サイドウォール19bの内側のゲート絶縁膜30の表面とサイドウォール19bと第2SiN表面保護層19の開口部19aとを被覆する構成とすることで、ゲートリーク電流の抑制と高耐圧化が図られたMIS型のゲート構造を有するAlGaN/GaN−HEMTを得ることができる。
Then, the gate insulating film 30 is formed between the UID-
以上、説明したように本実施形態によれば、リソグラフィ限界以下のゲート長を有するゲート電極の形成方法、及び高周波特性のよいAlGaN/GaN−HEMTの製造方法及びAlGaN/GaN−HEMTを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, a method for forming a gate electrode having a gate length less than the lithography limit, a method for manufacturing an AlGaN / GaN-HEMT with good high frequency characteristics, and an AlGaN / GaN-HEMT are provided. Can do.
(変形例1)
本発明の実施形態では、オーミック電極およびゲート電極形成箇所のSiN表面保護層の開口エッチング工程において、ICP−RIEを用いたが、HF等によるウエットエッチングお及びその他のドライエッチング法を使用することも可能である。
(Modification 1)
In the embodiment of the present invention, ICP-RIE is used in the opening etching process of the SiN surface protection layer in the ohmic electrode and gate electrode formation locations, but wet etching using HF or the like and other dry etching methods may be used. Is possible.
(変形例2)
また、本実施形態では、SiN表面保護膜の形成方法として、PE−CVD法を用いたがこれに限らず、熱CVD法やその他の成長法を用いることも可能である。
(Modification 2)
In this embodiment, the PE-CVD method is used as the method for forming the SiN surface protective film, but the present invention is not limited to this, and a thermal CVD method or other growth methods can also be used.
(変形例3)
さらに、本実施形態は、GaAs等の他の半導体を用いた短ゲート電極の形成方法として用いることも可能である。
(Modification 3)
Furthermore, this embodiment can also be used as a method for forming a short gate electrode using another semiconductor such as GaAs.
1 基板
2 第1SiN表面保護層
2a、3a、4a、5a 開口部
3、5 レジスト
4 第2SiN表面保護層
4b サイドウォール
6 ゲート電極
10 基板
11 バッファ層
12 UID−GaN層
13 UID−AlGaN層
14 2DEG層(2次元電子ガス層)
15 第1SiN表面保護層
15a、18a、19a、20a 開口部
16 アイソレーション領域
17 オーミック電極
17−1 ソース電極
17−2 ドレイン電極
18、20 レジスト
19 第2SiN表面保護層
19b サイドウォール
21 ゲート電極
30 ゲート絶縁膜
100 エピタキシャル基板
150、200 AlGaN/GaN−HEMT
DESCRIPTION OF
15 First SiN surface
Claims (7)
前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストにリソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして前記第1SiN表面保護層をエッチング開口する第2の工程と、
前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層の表面に第2SiN表面保護層を成膜する第3の工程と、
前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に前記第2SiN表面保護層のサイドウォールとを形成する第4の工程と、
前記サイドウォールの内側の前記基板表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する第5の工程と
を少なくとも備えることを特徴とするゲート電極の形成方法。 A first step of forming a first SiN surface protective layer on the substrate surface;
A second step of forming a lithography-limited resist opening in a resist applied to the surface of the first SiN surface protective layer, and etching opening the first SiN surface protective layer using the resist as a mask;
A third step of forming a second SiN surface protective layer on the surface of the opening of the first SiN surface protective layer that is opened by etching and the surface of the first SiN surface protective layer;
The resist opening of the lithography limit is formed in the resist applied to the surface of the second SiN surface protective layer on the opening of the first SiN surface protective layer, and the first resist is masked by anisotropic RIE using the resist as a mask. A fourth step of forming an opening of the second SiN surface protective layer and a sidewall of the second SiN surface protective layer on the side wall of the opening of the first SiN surface protective layer by etching the 2SiN surface protective layer;
A gate electrode forming method comprising: a fifth step of forming a gate electrode that covers the substrate surface inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. .
前記エピタキシャル基板のUID−AlGaN電子供給層の表面に、第1SiN表面保護層とソース電極及びドレイン電極とを形成する第2の工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストにリソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして前記第1SiN表面保護層をエッチング開口する第3の工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の表面、前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層表面に第2SiN表面保護層を成膜する第4の工程と、
前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に前記第2SiN表面保護層のサイドウォールとを形成する第5の工程と、
前記サイドウォールの内側の前記UID−AlGaN電子供給層表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する第6の工程と
を少なくとも備えることを特徴とするAlGaN/GaN−HEMTの製造方法。 A first step of sequentially stacking a buffer layer, a UID-GaN electron transit layer, and a UID-AlGaN electron supply layer on the substrate surface to form an epitaxial substrate;
A second step of forming a first SiN surface protective layer, a source electrode and a drain electrode on the surface of the UID-AlGaN electron supply layer of the epitaxial substrate;
A resist opening having a lithography limit is formed in the resist applied on the surface of the first SiN surface protective layer between the source electrode and the drain electrode, and the first SiN surface protective layer is opened by etching using the resist as a mask. 3 steps,
A fourth step of forming a second SiN surface protective layer on the surface of the source electrode and the drain electrode, the opening of the first SiN surface protective layer that has been opened by etching, and the surface of the first SiN surface protective layer;
The resist opening of the lithography limit is formed in the resist applied to the surface of the second SiN surface protective layer on the opening of the first SiN surface protective layer, and the first resist is masked by anisotropic RIE using the resist as a mask. A second step of forming an opening of the second SiN surface protective layer and a sidewall of the second SiN surface protective layer on the side wall of the opening of the first SiN surface protective layer by etching the 2SiN surface protective layer;
And at least a sixth step of forming a gate electrode that covers the surface of the UID-AlGaN electron supply layer inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. Manufacturing method of AlGaN / GaN-HEMT.
前記第3の工程は、前記ゲート絶縁膜上の前記第1SiN表面保護層のみがエッチング開口され、
前記第5の工程は、前記異方性RIEにて前記ゲート絶縁膜上の前記第2SiN表面保護層のみエッチングし、
前記第6の工程は、前記サイドウォールの内側の前記ゲート絶縁膜の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆するゲート電極を形成する
ことを特徴とする請求項2に記載のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法。 The second step further includes forming a gate insulating film between the UID-AlGaN electron supply layer and the first SiN surface protective layer,
In the third step, only the first SiN surface protective layer on the gate insulating film is etched open,
In the fifth step, only the second SiN surface protective layer on the gate insulating film is etched by the anisotropic RIE,
3. The sixth step is to form a gate electrode that covers the surface of the gate insulating film inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. A method for producing the AlGaN / GaN-HEMT described in 1.
ことを特徴とする請求項3に記載のAlGaN/GaN−HEMTの製造方法。 The gate insulating film formed in the second step is an insulating film having an etching rate value smaller than an etching rate value of the first SiN surface protective layer and the second SiN surface protective layer. 3. The method for producing an AlGaN / GaN-HEMT described in 3.
前記エピタキシャル基板のUID−AlGaN電子供給層の表面に形成された第1SiN表面保護層とソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間の前記第1SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに形成されたリソグラフィ限界のレジスト開口部と該レジストをマスクとしてエッチング開口された前記第1SiN表面保護層と、
前記ソース電極及びドレイン電極の表面、前記エッチング開口された第1SiN表面保護層の開口部及び前記第1SiN表面保護層の表面に成膜された第2SiN表面保護層と、
前記第1SiN表面保護層の開口部上の前記第2SiN表面保護層の表面に塗布されたレジストに、前記リソグラフィ限界のレジスト開口部を形成し、該レジストをマスクとして異方性RIEにて前記第2SiN表面保護層をエッチングすることにより形成された、前記第2SiN表面保護層の開口部と前記第1SiN表面保護層の開口部側壁に形成された前記第2SiN表面保護層のサイドウォールと、
前記サイドウォールの内側の前記UID−AlGaN電子供給層の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆して形成されたゲート電極と
を少なくとも備えることを特徴とするAlGaN/GaN−HEMT。 An epitaxial substrate in which a buffer layer, a UID-GaN electron transit layer, and a UID-AlGaN electron supply layer are sequentially laminated on the substrate surface;
A first SiN surface protective layer formed on the surface of the UID-AlGaN electron supply layer of the epitaxial substrate, a source electrode and a drain electrode;
A lithography-limited resist opening formed in a resist coated on the surface of the first SiN surface protective layer between the source electrode and the drain electrode, and the first SiN surface protective layer opened by etching using the resist as a mask; ,
A surface of the source and drain electrodes, an opening of the first SiN surface protective layer having the etching opening, and a second SiN surface protective layer formed on the surface of the first SiN surface protective layer;
The resist opening of the lithography limit is formed in the resist applied to the surface of the second SiN surface protective layer on the opening of the first SiN surface protective layer, and the first resist is masked by anisotropic RIE using the resist as a mask. An opening of the second SiN surface protection layer formed by etching the 2SiN surface protection layer, and a sidewall of the second SiN surface protection layer formed on the opening side wall of the first SiN surface protection layer;
The gate electrode formed at least by covering the surface of the UID-AlGaN electron supply layer inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. GaN-HEMT.
前記ゲート電極は、前記サイドウォールの内側の前記ゲート絶縁膜の表面と前記サイドウォールと前記第2SiN表面保護層の開口部とを被覆する
ことを特徴とする請求項6に記載のAlGaN/GaN−HEMT。 A gate insulating film is formed between the UID-AlGaN electron supply layer and the first SiN surface protective layer;
The AlGaN / GaN- according to claim 6, wherein the gate electrode covers the surface of the gate insulating film inside the sidewall, the sidewall, and the opening of the second SiN surface protective layer. HEMT.
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