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JP5442272B2 - Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor Download PDF

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JP5442272B2 JP2009035997A JP2009035997A JP5442272B2 JP 5442272 B2 JP5442272 B2 JP 5442272B2 JP 2009035997 A JP2009035997 A JP 2009035997A JP 2009035997 A JP2009035997 A JP 2009035997A JP 5442272 B2 JP5442272 B2 JP 5442272B2
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Description

本発明は、電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタ製造方法に係る。   The present invention relates to a field effect transistor and a field effect transistor manufacturing method.

非特許文献1の葛原正明他による「高出力AlGaN/GaNへテロ接合FETの現状と展望」には、ナイトライド(nitride:窒化物)系材料を用いた従来の代表的な電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)のデバイス構造が示されている。その一例を図5に示す。図5は、前記非特許文献1に記載された従来のナイトライド系電界効果トランジスタの断面構造の一例を示す断面図である。   Non-Patent Document 1 Masaaki Kuzuhara et al., “Current Status and Prospects of High-Power AlGaN / GaN Heterojunction FETs” include conventional representative field effect transistors (FETs) using nitride-based materials. : Field Effect Transistor) device structure is shown. An example is shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of a conventional nitride field effect transistor described in Non-Patent Document 1.

図5に示すナイトライド系電界効果トランジスタは、基板1上にバッファ層2Aを介してアンドープGaNからなるナイトライド系半導体層がチャネル層2として形成され、チャネル層2上にアンドープAlGaNからなる電子供給層5が形成されるデバイス構造を有し、チャネル層2と電子供給層5とのヘテロ接合界面が形成された高電子移動度トランジスタHEMT(High Electron Mobility Transistor)構造とされている。   In the nitride field effect transistor shown in FIG. 5, a nitride semiconductor layer made of undoped GaN is formed as a channel layer 2 on a substrate 1 via a buffer layer 2A, and an electron supply made of undoped AlGaN is formed on the channel layer 2. The device has a device structure in which the layer 5 is formed, and has a high electron mobility transistor (HEMT) structure in which a heterojunction interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 5 is formed.

チャネル層2と電子供給層5とのヘテロ接合の界面には正の固定電荷が発生し、これに対応してヘテロ接合界面直下のチャネル層2内には自由電子である2次元電子ガス3Aが誘起されて、チャネル領域が形成される。この電子供給層5上にソース電極8、ゲート電極9、ドレイン電極10の各電極を形成して、電界効果トランジスタを構成している。   Positive fixed charges are generated at the heterojunction interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 5. Correspondingly, a two-dimensional electron gas 3 A as free electrons is formed in the channel layer 2 immediately below the heterojunction interface. Induced, a channel region is formed. A source electrode 8, a gate electrode 9, and a drain electrode 10 are formed on the electron supply layer 5 to constitute a field effect transistor.

しかし、非特許文献1が示すデバイス構造においては、相互コンダクタンスが150mS/mm程度と、ナイトライド系材料が一般的に有するとされている本来性能(真性相互コンダクタンス)に比べると著しく低い。その理由は、ソース電極8とアンドープAlGaNの電子供給層5とのコンタクト部分から、実際にトランジスタ動作するゲート電極9直下のチャネル領域(電子供給層5およびチャネル層2の接合界面近傍の領域)に至るまでに存在する寄生抵抗(すなわちソース抵抗)の影響を受けるためである。相互コンダクタンスは、重要なデバイス性能指標の一つであるため、このソース抵抗の低減が当該デバイスにおいては肝要である。   However, in the device structure shown in Non-Patent Document 1, the mutual conductance is about 150 mS / mm, which is significantly lower than the original performance (intrinsic mutual conductance) that nitride materials generally have. The reason is that from the contact portion between the source electrode 8 and the undoped AlGaN electron supply layer 5 to the channel region (region in the vicinity of the junction interface between the electron supply layer 5 and the channel layer 2) immediately below the gate electrode 9 where the transistor actually operates. This is because it is affected by the parasitic resistance (that is, source resistance) existing until now. Since transconductance is one of the important device performance indicators, this reduction in source resistance is essential in the device.

これに対して、非特許文献2の野本一貴他による「低ゲートリーク電流Siイオン注入GaN/AlGaN/GaN HEMTのオン抵抗低減化」では、図6に示すような製造方法を採用することによってソース抵抗の低減を図っている。図6は、前記非特許文献2に記載された従来のナイトライド系電界効果トランジスタの断面構造の図5とは異なる例を示す断面図であり、製造工程とともに示している。   On the other hand, in the “reduction in on-resistance of low gate leakage current Si ion-implanted GaN / AlGaN / GaN HEMT” by Kazutaka Nomoto et al. In Non-Patent Document 2, by adopting a manufacturing method as shown in FIG. The source resistance is reduced. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example different from FIG. 5 of the cross-sectional structure of the conventional nitride field effect transistor described in Non-Patent Document 2 and shows the manufacturing process.

図6(a)に示すように、サファイア(0001)の基板1上に、アンドープGaNのチャネル層2、アンドープAl0.25Ga0.75Nの電子供給層5、および、アンドープGaNの電極形成領域6Aを順次成長させた後、SiNxの表面保護膜7Aを形成する。しかる後、図6(b)に示すように、フォトレジストマスク8Aを形成させた後、電極形成領域6A、電子供給層5のソース領域やドレイン領域に、Siイオンをイオン注入して、高濃度イオン注入領域4Aを形成し、さらに、1000℃以上でのイオン活性化アニールを行うことによって、注入イオンを活性化させて、キャリア濃度を向上させ、ソース抵抗を低減する構造としている。   As shown in FIG. 6A, an undoped GaN channel layer 2, an undoped Al0.25Ga0.75N electron supply layer 5, and an undoped GaN electrode formation region 6A are sequentially formed on a sapphire (0001) substrate 1. After the growth, a SiNx surface protective film 7A is formed. Thereafter, as shown in FIG. 6B, after a photoresist mask 8A is formed, Si ions are implanted into the electrode formation region 6A and the source region and drain region of the electron supply layer 5 to increase the concentration. The ion implantation region 4A is formed, and further, ion activation annealing is performed at 1000 ° C. or more to activate the implanted ions, improve the carrier concentration, and reduce the source resistance.

図6に示すような構造のデバイスにおいて、ゲート電極9とソース電極8との間の距離が3μmの場合、Siイオンをイオン注入していない場合には、ソース抵抗が15Ωmmであったのに対し、Siイオンをイオン注入して高濃度イオン注入領域4Aを形成した場合には、1.6Ωmmと、約(1/10)にソース抵抗を低減させることに成功している。   In the device having the structure shown in FIG. 6, when the distance between the gate electrode 9 and the source electrode 8 is 3 μm, the Si resistance is 15 Ωmm when Si ions are not implanted. When the high-concentration ion-implanted region 4A is formed by ion implantation of Si ions, the source resistance is successfully reduced to 1.6Ωmm, which is about (1/10).

しかしながら、図6に示す当該デバイス構造での真性相互コンダクタンスは約200mS/mmであるのに対し、実際のデバイスでは未だ147mS/mmという低い値に留まっている。   However, while the intrinsic transconductance in the device structure shown in FIG. 6 is about 200 mS / mm, the actual device still has a low value of 147 mS / mm.

ここで、ソース抵抗は、主に、ソース電極8のコンタクト抵抗、および、ソース電極8のコンタクト部分からチャネル領域(実際にトランジスタ動作するゲート電極9直下の電子供給層5およびチャネル層2の接合界面近傍の領域)に至るまでに存在するアクセス抵抗の両方を指している。したがって、ソース抵抗を低減するためには、前記コンタクト抵抗、前記アクセス抵抗の両方を低減することが必須である。   Here, the source resistance mainly includes the contact resistance of the source electrode 8 and the contact region of the source electrode 8 to the channel region (the junction interface between the electron supply layer 5 and the channel layer 2 directly under the gate electrode 9 that actually operates as a transistor). It refers to both of the access resistances that exist up to the neighboring area. Therefore, in order to reduce the source resistance, it is essential to reduce both the contact resistance and the access resistance.

図6のようなデバイス構造の場合、確かに、高濃度イオン注入領域4Aを形成して低抵抗となったソース領域にソース電極8を形成することによって、ソース電極8のコンタクト抵抗を減少することができる。しかし、イオン注入を行うことによって低抵抗になったソース領域(すなわち高濃度イオン注入領域4A)と、チャネル領域との間には、依然として、高いアクセス抵抗が存在しているため、ソース抵抗の十分な低減が実現されるまでには至っていなく、相互コンダクタンスは依然として低い状態に留まっている。   In the case of the device structure as shown in FIG. 6, the contact resistance of the source electrode 8 is certainly reduced by forming the high concentration ion implantation region 4A and forming the source electrode 8 in the source region having a low resistance. Can do. However, since there is still a high access resistance between the source region (ie, the high concentration ion implantation region 4A) that has become low resistance due to ion implantation and the channel region, the source resistance is sufficient. However, the transconductance remains low.

一方、高濃度イオン注入領域4Aとチャネル領域との間にアクセス抵抗を介在させないためには、ゲート電極9を形成するためのゲート電極材料をマスクとした自己整合法(セルフアラインメント)によって高濃度のイオン注入領域を形成することが有効である。しかし、ナイトライド系材料のイオン活性化熱処理に要する温度は1000℃以上の高温であるため、デバイスの特性劣化なしに、1000℃以上の熱処理に耐える程の耐熱性を有するゲート電極9の材料は存在していない。   On the other hand, in order to prevent an access resistance from interposing between the high concentration ion implantation region 4A and the channel region, a high concentration is formed by a self-alignment method using a gate electrode material for forming the gate electrode 9 as a mask. It is effective to form an ion implantation region. However, since the temperature required for the ion activation heat treatment of the nitride-based material is a high temperature of 1000 ° C. or higher, the material of the gate electrode 9 having heat resistance enough to withstand the heat treatment of 1000 ° C. or higher is obtained without deteriorating the device characteristics. Does not exist.

葛原正明他;「高出力AlGaN/GaNへテロ接合FETの現状と展望」,電子情報通信学会論文誌C,VOL.J86−C,NO.4,pp.396−403,2003年4月Masaaki Kuzuhara et al., “Current Status and Prospects of High-Power AlGaN / GaN Heterojunction FETs”, IEICE Transactions C, VOL. J86-C, NO. 4, pp. 396-403, April 2003 野本一貴他;「低ゲートリーク電流Siイオン注入GaN/AlGaN/GaN HEMTのオン抵抗低減化」,電気学会論文誌C,VOL.128,NO.6,pp.885−889,2008年Kazutaka Nomoto et al., “Low gate leakage current Si ion implantation GaN / AlGaN / GaN HEMT on-resistance reduction”, IEEJ Transactions C, VOL. 128, NO. 6, pp. 885-889, 2008

前述したように、ナイトライド系半導体を用いた電界効果トランジスタにおいては、ソース抵抗やドレイン抵抗の低減が重要である。しかしながら、現状においては、前述のように、以下のような課題がある。   As described above, in a field effect transistor using a nitride semiconductor, it is important to reduce source resistance and drain resistance. However, under the present situation, as described above, there are the following problems.

(1)従来の代表的なナイトライド系電界効果トランジスタにおいては、ソース抵抗やドレイン抵抗が大きく、このため、ナイトライド系材料が持つとされる本来性能(真性相互コンダクタンス)に比べ、相互コンダクタンスが著しく低かった。   (1) The conventional typical nitride field effect transistor has a large source resistance and drain resistance. Therefore, the mutual conductance is lower than the original performance (intrinsic mutual conductance) that a nitride material has. It was very low.

(2)ソース領域やドレイン領域にイオン注入を施して、ソース電極やドレイン電極のコンタクト抵抗の低抵抗化を図った場合であっても、依然として、寄生抵抗が存在しており、ソース抵抗やドレイン抵抗を十分に低減するまでに至っていなかった。その理由は、前述のように、イオン注入によって形成される高濃度のイオン注入領域が自己整合的に形成されておらず、チャネル領域と高濃度のイオン注入領域との間にはアクセス抵抗が存在しているためである。   (2) Even when ion implantation is performed on the source region and the drain region to reduce the contact resistance of the source electrode and the drain electrode, parasitic resistance still exists, and the source resistance and drain The resistance has not been reduced sufficiently. The reason is that, as described above, the high concentration ion implantation region formed by ion implantation is not formed in a self-aligned manner, and there is an access resistance between the channel region and the high concentration ion implantation region. It is because it is doing.

(3)(2)項で生じた課題に対する対策として、前述のように、ゲート電極をマスクとした自己整合法によるイオン注入を行うことによってアクセス抵抗を介在させないことが有効である。しかし、ナイトライド系材料のイオン活性化熱処理は1000℃以上の高温であるため、デバイスの特性劣化なしに、1000℃以上の熱処理に耐える程の耐熱性を有するゲート電極は現在まで存在していない。   (3) As a countermeasure against the problem caused in the item (2), as described above, it is effective not to interpose the access resistance by performing ion implantation by the self-alignment method using the gate electrode as a mask. However, since the ion activation heat treatment of the nitride-based material is at a high temperature of 1000 ° C. or higher, there is no gate electrode having a heat resistance enough to withstand the heat treatment of 1000 ° C. or higher without deterioration of device characteristics. .

(4)高周波動作を実現するゲート長サブμmのデバイスでは、特に、寄生抵抗の影響が顕著になる。   (4) In a device having a gate length of sub-μm that realizes high-frequency operation, the influence of parasitic resistance is particularly significant.

本発明は、前述したような課題を解決するためになされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、ソース抵抗が大きく低減され、かつ、ゲート電極材料の耐熱上の問題を克服した電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the problems to be solved by the present invention are that the source resistance is greatly reduced and the problem of heat resistance of the gate electrode material is overcome. A field effect transistor and a manufacturing method thereof are provided.

本発明は、前述の課題を解決するために、次の2つの手法を併用して製造した電界効果トランジスタの構造としている。   In order to solve the above-described problems, the present invention has a structure of a field effect transistor manufactured by using the following two methods together.

(1)イオン注入法により、ソース電極を形成するソース領域、ドレイン電極を形成するドレイン領域のいずれかの領域または双方の領域に、高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)を形成し、コンタクト抵抗を低減する。   (1) By ion implantation, a high-concentration ion implantation region (first high-concentration carrier region) is formed in either or both of the source region for forming the source electrode and the drain region for forming the drain electrode. Forming and reducing contact resistance.

(2)さらに、熱拡散法によって、ソース領域、ドレイン領域のいずれかの領域または双方の領域に形成された高濃度のイオン注入領域と隣接および/または一部重複する状態で、ゲート電極材料をマスクとして、自己整合的に、熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)を形成することによって、高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)とゲート電極直下のチャネル領域との間のアクセス領域を補い、これにより、ソース電極、ドレイン電極とゲート電極直下のチャネル領域とは、高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)、熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)からなる高濃度キャリア領域で結ばれることになり、アクセス抵抗の劇的な低下が得られる。   (2) Further, the gate electrode material is formed adjacent to and / or partially overlapping with a high concentration ion implantation region formed in one or both of the source region and the drain region by a thermal diffusion method. By forming a thermal diffusion region (second high-concentration carrier region) as a mask in a self-aligned manner, a high-concentration ion implantation region (first high-concentration carrier region) and a channel region directly below the gate electrode are formed. The access region between the source electrode, the drain electrode, and the channel region immediately below the gate electrode includes a high-concentration ion implantation region (first high-concentration carrier region) and a thermal diffusion region (second high-concentration region). As a result, the access resistance is drastically reduced.

(3)ここで、熱拡散法は、イオン注入法よりも低い温度で熱処理を行うことが可能であるため、例えばヒ素リン系化合物半導体デバイスとして実績があるタングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金等の耐熱ゲート電極材料を用いてゲート電極を形成することができる。   (3) Here, since the thermal diffusion method can perform heat treatment at a temperature lower than that of the ion implantation method, for example, tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy, etc. that have a proven record as an arsenic phosphorus compound semiconductor device The heat-resistant gate electrode material can be used to form the gate electrode.

より具体的には、本発明は、以下のごとき各技術手段から構成されている。   More specifically, the present invention comprises the following technical means.

第1の技術手段は、ナイトライド系半導体を用いて構成される電界効果トランジスタであって、ゲート電極を挟んで配置されるソース電極、ドレイン電極のそれぞれとのコンタクトが形成されるソース領域、ドレイン領域のいずれか一方の領域または双方の領域に高濃度のイオン注入を行った後イオン活性化することにより形成されたイオン注入領域である第1の高濃度キャリア領域を備えるとともに、前記ゲート電極の直下に形成したチャネル領域と前記第1の高濃度キャリア領域との間の領域に、熱処理によりキャリアを拡散させた熱拡散領域である第2の高濃度キャリア領域を備える電界効果トランジスタにおいて、前記第1の高濃度キャリア領域と前記第2の高濃度キャリア領域とは互いに隣接および/または一部重複し、かつ、前記第1の高濃度キャリア領域は、前記第2の高濃度キャリア領域よりも深く形成されており、また、前記第2の高濃度キャリア領域と前記チャネル領域とは互いに隣接し、かつ、前記第2の高濃度キャリア領域は、前記チャネル領域以上に深く形成され、上記ゲート電極が、前記第1の高濃度キャリア領域の前記イオン活性化後であって、前記第2の高濃度キャリア領域の形成前に形成されたことを特徴とする。 A first technical means is a field effect transistor configured using a nitride-based semiconductor, and includes a source region and a drain in which contacts are made with a source electrode and a drain electrode arranged with a gate electrode interposed therebetween. A first high-concentration carrier region, which is an ion implantation region formed by ion activation after high-concentration ion implantation in one or both of the regions, and the gate electrode A field effect transistor comprising a second high concentration carrier region which is a thermal diffusion region in which carriers are diffused by heat treatment in a region between a channel region formed immediately below and the first high concentration carrier region. The one high concentration carrier region and the second high concentration carrier region are adjacent to each other and / or partially overlap each other, and The first high-concentration carrier region is formed deeper than the second high-concentration carrier region, the second high-concentration carrier region and the channel region are adjacent to each other, and the second high-concentration carrier region The high concentration carrier region is formed deeper than the channel region , and the gate electrode is after the ion activation of the first high concentration carrier region and before the formation of the second high concentration carrier region. It is characterized by being formed .

第2の技術手段は、前記第1の技術手段に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第1の高濃度キャリア領域のキャリア濃度は、前記第2の高濃度キャリア領域よりも高濃度であり、前記第2の高濃度キャリア領域のキャリア濃度は、前記チャネル領域よりも高濃度であることを特徴とする。   According to a second technical means, in the field effect transistor according to the first technical means, the carrier concentration of the first high-concentration carrier region is higher than that of the second high-concentration carrier region, The carrier concentration of the second high concentration carrier region is higher than that of the channel region.

第3の技術手段は、前記第1または2の技術手段に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第2の高濃度キャリア領域が、前記ゲート電極を用いて、自己整合的に形成されていることを特徴とする。   According to a third technical means, in the field effect transistor according to the first or second technical means, the second high-concentration carrier region is formed in a self-aligned manner using the gate electrode. Features.

第4の技術手段は、前記第1ないし第3の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、チャネルが形成される第1のナイトライド系半導体層と電子を供給する第2のナイトライド系半導体層とを少なくとも備え、前記チャネル領域が、前記第1のナイトライド系半導体層と前記第2のナイトライド系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍に形成されていることを特徴とする。   According to a fourth technical means, in the field effect transistor according to any one of the first to third technical means, a first nitride-based semiconductor layer in which a channel is formed and a second nitride for supplying electrons. And the channel region is formed in the vicinity of a heterojunction interface between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer.

第5の技術手段は、前記第1ないし第4の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート電極を形成する領域にリセス領域が形成され、該リセス領域に前記ゲート電極が形成されていることを特徴とする。   According to a fifth technical means, in the field effect transistor according to any one of the first to fourth technical means, a recess region is formed in a region where the gate electrode is formed, and the gate electrode is formed in the recess region. It is characterized by being.

第6の技術手段は、前記第1ないし第5の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート電極の材料は、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金のいずれか一つの材料または複数の材料の組み合わせからなっていることを特徴とする。   Sixth technical means is the field effect transistor according to any one of the first to fifth technical means, wherein the material of the gate electrode is any one of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy, or It consists of a combination of a plurality of materials.

第7の技術手段は、前記第1ないし第6の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第2の高濃度キャリア領域を形成するために熱拡散させる前記キャリアは、シリコンまたはスズのいずれかであることを特徴とする。   According to a seventh technical means, in the field effect transistor according to any one of the first to sixth technical means, the carrier to be thermally diffused to form the second high-concentration carrier region is silicon or tin. It is either of these.

第8の技術手段は、ナイトライド系半導体を用いて構成される電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタ製造方法であって、基板上に第1のナイトライド系半導体層を形成する第1の工程と、前記第1の工程で形成された前記第1のナイトライド系半導体層上に第2のナイトライド系半導体からなる電子供給層を形成することにより、チャネル領域を形成する第2の工程と、前記第1、第2の工程で形成された前記第1のナイトライド系半導体層および前記電子供給層のうち、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ形成するソース領域、ドレイン領域のいずれか一方の領域または双方の領域にドーパントとなる物質のイオンを注入してイオン注入領域を第1の高濃度キャリア領域として形成する第3の工程と、前記第3の工程で形成された前記第1の高濃度キャリア領域に注入された前記イオンを活性化させるイオン活性化熱処理を行う第4の工程と、前記第4の工程の後、前記電子供給層上にゲート電極を形成する第5の工程と、前記第5の工程で形成された前記ゲート電極に対して、自己整合的に、キャリアを熱拡散させて、前記第1の高濃度キャリア領域と隣接および/または一部重複するとともに、前記ゲート電極直下の前記チャネル領域と隣接する熱拡散領域を第2の高濃度キャリア領域として形成する第6の工程と、を少なくとも有していることを特徴とする。   An eighth technical means is a field effect transistor manufacturing method for manufacturing a field effect transistor configured using a nitride semiconductor, and includes a first step of forming a first nitride semiconductor layer on a substrate. And a second step of forming a channel region by forming an electron supply layer made of a second nitride semiconductor on the first nitride semiconductor layer formed in the first step. Of the first nitride-based semiconductor layer and the electron supply layer formed in the first and second steps, any one of a source region and a drain region for forming a source electrode and a drain electrode, respectively Alternatively, in the third step, ions of a substance serving as a dopant are implanted into both regions to form the ion-implanted region as a first high-concentration carrier region, and the third step. A fourth step of performing an ion activation heat treatment for activating the ions implanted in the formed first high concentration carrier region; and after the fourth step, a gate electrode is formed on the electron supply layer. The carrier is thermally diffused in a self-aligned manner with respect to the fifth step to be formed and the gate electrode formed in the fifth step, so that the first high concentration carrier region is adjacent and / or the same. And at least a sixth step of forming a thermal diffusion region adjacent to the channel region directly below the gate electrode as a second high-concentration carrier region.

第9の技術手段は、前記第8の技術手段に記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第6の工程として、前記第2の高濃度キャリア領域のキャリア濃度を、前記第1の高濃度キャリア領域よりも低く、前記チャネル領域よりも高く形成することを特徴とする。   According to a ninth technical means, in the field effect transistor manufacturing method according to the eighth technical means, as the sixth step, the carrier concentration of the second high-concentration carrier region is changed to the first high-concentration carrier. It is characterized by being formed lower than the region and higher than the channel region.

第10の技術手段は、前記第8または9の技術手段に記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第5の工程と前記第6の工程との間に、前記第5の工程で形成された前記ゲート電極の側部にサイドウォールを形成する工程を有していることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   A tenth technical means is the field effect transistor manufacturing method according to the eighth or ninth technical means, wherein the tenth technical means is formed in the fifth process between the fifth process and the sixth process. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising a step of forming a sidewall on a side portion of the gate electrode.

第11の技術手段は、前記第8ないし第10の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第4の工程と前記第5の工程との間に、前記ゲート電極を形成する領域にリセス領域を形成する工程を有していることを特徴とする。   An eleventh technical means is the field effect transistor manufacturing method according to any one of the eighth to tenth technical means, wherein the gate electrode is formed between the fourth step and the fifth step. And a step of forming a recess region in the region to be processed.

第12の技術手段は、前記第8ないし第11の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第3の工程で形成される前記第1の高濃度キャリア領域は、前記第6の工程で形成される前記第2の高濃度キャリア領域よりも深く形成され、前記第2の高濃度キャリア領域は、前記第2の工程で形成される前記チャネル領域以上に深く形成されることを特徴とする。   A twelfth technical means is the field effect transistor manufacturing method according to any of the eighth to eleventh technical means, wherein the first high-concentration carrier region formed in the third step is the first The second high-concentration carrier region is formed deeper than the second high-concentration carrier region formed in step 6, and the second high-concentration carrier region is formed deeper than the channel region formed in the second step. It is characterized by.

第13の技術手段は、前記第8ないし第12の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記ゲート電極の材料は、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金のいずれか一つの材料または複数の材料の組み合わせからなっていることを特徴とする。   A thirteenth technical means is the field effect transistor manufacturing method according to any one of the eighth to twelfth technical means, wherein the material of the gate electrode is any one of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, and molybdenum alloy. It consists of a material or a combination of a plurality of materials.

第14の技術手段は、前記第7ないし第13の技術手段のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第2の高濃度キャリア領域を形成するために熱拡散させる前記キャリアは、シリコンまたはスズのいずれかであることを特徴とする。   Fourteenth technical means is the field effect transistor manufacturing method according to any one of the seventh to thirteenth technical means, wherein the carrier thermally diffused to form the second high-concentration carrier region is silicon. Or tin.

本発明の電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタ製造方法によれば、以下のごとき効果を奏することができる。   According to the field effect transistor and the field effect transistor manufacturing method of the present invention, the following effects can be obtained.

(1)ソース電極を形成するソース領域、ドレイン電極を形成するドレイン領域のいずれかの領域または双方の領域に形成した高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)と隣接および/または一部重複する状態であって、ゲート電極直下のチャネル領域とは隣接する状態で、ゲート電極材料に対して、自己整合的に、熱拡散法による熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)を形成することができるため、サブμm級の微細ゲート長を有する電界効果トランジスタであっても、高い相互コンダクタンスを実現することができる。   (1) Adjacent to and / or adjacent to a high-concentration ion-implanted region (first high-concentration carrier region) formed in one or both of the source region for forming the source electrode and the drain region for forming the drain electrode. A thermal diffusion region (second high-concentration carrier region) obtained by a thermal diffusion method in a partially overlapping state and adjacent to the channel region immediately below the gate electrode in a self-aligned manner with respect to the gate electrode material Therefore, even a field effect transistor having a sub-μm class fine gate length can achieve high transconductance.

(2)イオン注入の活性化熱処理に要する温度よりも低温で処理することが可能な熱拡散法を用いて、ゲート電極材料に対して、自己整合的に、高濃度キャリア領域である熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)を形成するため、ゲート電極として用いる耐熱性材料の選択の幅を広げることができる。   (2) A thermal diffusion region that is a high-concentration carrier region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode material by using a thermal diffusion method that can be processed at a temperature lower than the temperature required for the activation heat treatment for ion implantation. Since the (second high-concentration carrier region) is formed, the selection range of the heat-resistant material used as the gate electrode can be widened.

(3)イオン注入法では、注入イオン活性化熱処理の温度と時間とを適正にすることによって、熱拡散法によるキャリアのドーズよりも、ソース抵抗やドレイン抵抗を大きく低減することができる。よって、イオン注入法と熱拡散法とを併用することにより、イオン注入法によるソース抵抗やドレイン抵抗の大幅な低減と、熱拡散法による自己整合ゲートの形成とを同時に達成することができる。   (3) In the ion implantation method, the source resistance and drain resistance can be greatly reduced by making the temperature and time of the implantation ion activation heat treatment appropriate, rather than the carrier dose by the thermal diffusion method. Therefore, by using both the ion implantation method and the thermal diffusion method, it is possible to simultaneously achieve a significant reduction in source resistance and drain resistance by the ion implantation method and formation of a self-aligned gate by the thermal diffusion method.

したがって、本発明に係る電界効果トランジスタにより、サブμm級の微細ゲート長を有するナイトライド系の電界効果トランジスタ、該ナイトライド系の電界効果トランジスタで構成される高速ディジタル集積回路、高出力な高速集積回路などを容易に実現することができる。   Therefore, the field effect transistor according to the present invention enables a nitride field effect transistor having a sub-μm class fine gate length, a high-speed digital integrated circuit composed of the nitride field effect transistor, and a high output, high-speed integration. A circuit or the like can be easily realized.

本発明に係る電界効果トランジスタの第1の実施形態の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of 1st Embodiment of the field effect transistor which concerns on this invention. 本発明に係る電界効果トランジスタの第2の実施形態の断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross-section of 2nd Embodiment of the field effect transistor which concerns on this invention. 図1に示す電界効果トランジスタを製造する製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method which manufactures the field effect transistor shown in FIG. 図2に示す電界効果トランジスタを製造する製造方法の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing method which manufactures the field effect transistor shown in FIG. 従来のナイトライド系電界効果トランジスタの断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-sectional structure of the conventional nitride field effect transistor. 従来のナイトライド系電界効果トランジスタの断面構造の図5とは異なる例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example different from FIG. 5 of the cross-sectional structure of the conventional nitride field effect transistor.

以下に、本発明に係る電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタ製造方法の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an example of the best embodiment of a field effect transistor and a method for producing a field effect transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(本発明の特徴)
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、ナイトライド(nitride:窒化物)系化合物半導体で構成される電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)の特性、特に、相互コンダクタンスを改善することを可能としている。
(Features of the present invention)
Prior to the description of the embodiments of the present invention, an outline of the features of the present invention will be described first. The present invention makes it possible to improve the characteristics of a field effect transistor (FET) composed of a nitride compound semiconductor, in particular, mutual conductance.

ナイトライド系化合物半導体は、一般に、他の化合物半導体と比較して、低抵抗のオーミックコンタクトを形成することが難しく、電極抵抗(コンタクト抵抗やアクセス抵抗)を低く形成して、ナイトライド系化合物が本来有している真性相互コンダクタンスにより近い相互コンダクタンスを有する電界効果トランジスタを実現することが難しい。   In general, nitride compound semiconductors are difficult to form low-resistance ohmic contacts as compared to other compound semiconductors, and have low electrode resistance (contact resistance and access resistance). It is difficult to realize a field effect transistor having a mutual conductance that is closer to the intrinsic mutual conductance that it originally has.

かかる問題を解決するために、本発明は、電極形成前のソース電極、ドレイン電極のいずれか一方もしくは双方の電極の直下およびその周辺の領域に第1の高濃度キャリア領域を形成し、該第1の高濃度キャリア領域と隣接および/または一部重複し、ゲート電極の近傍までの領域に、第2の高濃度キャリア領域を形成した構造の電界効果トランジスタを実現することを特徴としている。   In order to solve such a problem, the present invention forms a first high-concentration carrier region directly under and around one or both of the source electrode and drain electrode before electrode formation, A field effect transistor having a structure in which a second high concentration carrier region is formed adjacent to and / or partially overlapping with one high concentration carrier region and in the region up to the vicinity of the gate electrode is realized.

つまり、本発明は、ゲート電極材料を用いた自己整合プロセス(セルフアラインメントプロセス)によるゲート近傍への高濃度キャリア領域(第2の高濃度キャリア領域)の形成には、イオン注入後のイオン活性化熱処理に要する温度よりも低温で処理することが可能な熱拡散法を用い、また、電極形成前のソース電極、ドレイン電極のいずれかもしくは双方の電極の直下およびその周辺の領域への高濃度キャリア領域(第1の高濃度キャリア領域)の形成には、熱拡散法によって得られる濃度およびドープ深さ以上の高濃度ドープ領域を形成することが可能なイオン注入法を用いる。   That is, according to the present invention, ion activation after ion implantation is used to form a high concentration carrier region (second high concentration carrier region) in the vicinity of the gate by a self-alignment process (self-alignment process) using a gate electrode material. Uses a thermal diffusion method that can be processed at a temperature lower than the temperature required for heat treatment, and high-concentration carriers to the source electrode, drain electrode, or both of the electrodes before and around the electrodes before electrode formation For the formation of the region (first high-concentration carrier region), an ion implantation method capable of forming a high-concentration doped region having a concentration obtained by a thermal diffusion method and a doping depth or higher is used.

而して、かくのごとき2つのドーピング方法を組み合わせて、ソース電極、ドレイン電極から、高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)、熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)を介して、実際にトランジスタ動作するゲート電極直下のチャネル領域(電子供給層およびチャネル層のヘテロ接合界面近傍に形成される領域)まで、高濃度キャリア領域を形成した構造を有する電界効果トランジスタを実現している。   Thus, by combining these two doping methods, from the source electrode and the drain electrode, a high concentration ion implantation region (first high concentration carrier region), a thermal diffusion region (second high concentration carrier region). A field effect transistor with a structure in which a high-concentration carrier region is formed up to the channel region (region formed near the heterojunction interface between the electron supply layer and the channel layer) directly under the gate electrode where the transistor actually operates doing.

この結果、本発明に係る電界効果トランジスタは、ゲート電極を熱処理によって劣化させることなく、また、ソース電極やドレイン電極からゲート電極直下のチャネル領域までの抵抗を低減することができるので、従来のナイトライド系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタと比較して、ナイトライド系化合物半導体が本来有している真性相互コンダクタンスにより近い相互コンダクタンスを有する電界効果トランジスタを実現することができる。   As a result, the field effect transistor according to the present invention can reduce the resistance from the source electrode or drain electrode to the channel region immediately below the gate electrode without deteriorating the gate electrode by heat treatment. Compared with a field effect transistor using a ride compound semiconductor, a field effect transistor having a mutual conductance closer to the intrinsic mutual conductance inherent in the nitride compound semiconductor can be realized.

(第1の実施形態)
まず、本発明に係る電界効果トランジスタの一例について、図1を用いて説明する。図1は、本発明に係る電界効果トランジスタの第1の実施形態の断面構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, an example of a field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a first embodiment of a field effect transistor according to the present invention.

図1に示すように、サファイア、SiC、Siなどからなる基板1上に、チャネルが形成される第1のナイトライド系半導体層として例えばアンドープGaNなどからなるチャネル層2が積層され、該チャネル層2上に、電子を供給する第2のナイトライド系半導体層である例えばAlGaN、InGaNまたはInAlNなどからなる電子供給層5が積層され、電子供給層5とチャネル層2とがヘテロ接合を形成している。図1においては、ヘテロ接合界面直下のチャネル層2側に2次元電子ガス(2DEG)によるチャネル領域4が形成されている。   As shown in FIG. 1, on a substrate 1 made of sapphire, SiC, Si or the like, a channel layer 2 made of, for example, undoped GaN or the like is laminated as a first nitride semiconductor layer in which a channel is formed. 2, an electron supply layer 5 made of, for example, AlGaN, InGaN, or InAlN, which is a second nitride semiconductor layer that supplies electrons, is stacked, and the electron supply layer 5 and the channel layer 2 form a heterojunction. ing. In FIG. 1, a channel region 4 made of a two-dimensional electron gas (2DEG) is formed on the channel layer 2 side immediately below the heterojunction interface.

また、ゲート電極9の両脇に配置されるソース電極8、ドレイン電極10のそれぞれの電極を形成する領域には、例えばSi(シリコン)またはSn(スズ)のイオン注入とそれに続く熱処理(イオン活性化熱処理)とによって、キャリア濃度が高められたソース領域3とドレイン領域6とが第1の高濃度キャリア領域として形成されている。   Further, for example, Si (silicon) or Sn (tin) ion implantation and subsequent heat treatment (ion activation) are performed in regions where the source electrode 8 and the drain electrode 10 are formed on both sides of the gate electrode 9. The source region 3 and the drain region 6 with increased carrier concentration are formed as the first high-concentration carrier region.

これによって、ソース領域3のキャリア濃度は(図1の場合は、ドレイン領域6のキャリア濃度も)、チャネル領域4のキャリア濃度よりも、イオン注入とそれに続くイオン活性化熱処理とによる増加分だけ高くなっており、また、ソース領域3とドレイン領域6とは、図1に示すように、電子供給層5とチャネル層2とのヘテロ接合界面よりも深く形成されている。   As a result, the carrier concentration of the source region 3 (in the case of FIG. 1, the carrier concentration of the drain region 6) is higher than the carrier concentration of the channel region 4 by an increase due to ion implantation and subsequent ion activation heat treatment. In addition, the source region 3 and the drain region 6 are formed deeper than the heterojunction interface between the electron supply layer 5 and the channel layer 2 as shown in FIG.

さらに、電子供給層5上には、例えば、W(タングステン)、W合金、Mo(モリブデン)、または、Mo合金などからなるゲート電極9が形成されている。ここで、図1に示すように、ゲート電極9の直下のヘテロ接合界面の近傍にはチャネル領域4が形成されている。   Furthermore, a gate electrode 9 made of, for example, W (tungsten), W alloy, Mo (molybdenum), or Mo alloy is formed on the electron supply layer 5. Here, as shown in FIG. 1, the channel region 4 is formed in the vicinity of the heterojunction interface immediately below the gate electrode 9.

さらに、ゲート電極9の電極材料に対して、自己整合的に、例えばSiまたはSnの不純物(キャリア)を熱拡散した熱拡散領域7が第2の高濃度キャリア領域として形成されている。この熱拡散領域7のキャリア濃度は、チャネル領域4のキャリア濃度よりも、不純物拡散とそれに続く熱処理とによる増加分だけ高くなっている。この熱拡散領域7は、第1の高濃度キャリア領域として形成したソース領域3(図1の場合は、ドレイン領域6も含め)と隣接および/または一部重複し、かつ、ゲート電極9直下に形成したチャネル領域4と隣接するように形成されており、ソース領域3(図1の場合は、ドレイン領域6も含め)からチャネル領域4に至るまでの間に存在するアクセス抵抗を低減させる役割を果たしている。   Further, a thermal diffusion region 7 in which, for example, Si or Sn impurities (carriers) are thermally diffused with respect to the electrode material of the gate electrode 9 is formed as the second high-concentration carrier region. The carrier concentration in the thermal diffusion region 7 is higher than the carrier concentration in the channel region 4 by an increase due to impurity diffusion and subsequent heat treatment. The thermal diffusion region 7 is adjacent to and / or partially overlaps with the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 1) formed as the first high-concentration carrier region, and directly below the gate electrode 9. It is formed so as to be adjacent to the formed channel region 4 and serves to reduce the access resistance existing from the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 1) to the channel region 4. Plays.

この熱拡散領域7も、図1に示すように、電子供給層5とチャネル層2とのヘテロ接合界面よりも深く形成されているが、第1の高濃度キャリア領域としてイオン注入により形成されるソース領域3(図1の場合は、ドレイン領域6も含め)よりも浅く形成されている。つまり、第2の高濃度キャリア領域を形成する熱拡散領域7は、ゲート電極9直下に形成されているチャネル領域4以上に深く形成されるが、第1の高濃度キャリア領域のソース領域3(図1の場合は、ドレイン領域6も含め)よりも浅い範囲に留めるように形成されている。   As shown in FIG. 1, the thermal diffusion region 7 is also formed deeper than the heterojunction interface between the electron supply layer 5 and the channel layer 2, but is formed by ion implantation as the first high-concentration carrier region. It is formed shallower than the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 1). That is, the thermal diffusion region 7 that forms the second high-concentration carrier region is formed deeper than the channel region 4 formed immediately below the gate electrode 9, but the source region 3 ( In the case of FIG. 1, it is formed so as to remain in a shallower range (including the drain region 6).

さらに、ソース領域3とドレイン領域6との上には、それぞれ、オーミック電極であるソース電極8とドレイン電極10とが形成され、前述した各構成要素とともに、ナイトライド系半導体内に、ソース領域3、チャネル領域4、熱拡散領域7、および、ドレイン領域6を有する電界効果トランジスタを構成している。   Further, a source electrode 8 and a drain electrode 10 which are ohmic electrodes are formed on the source region 3 and the drain region 6, respectively, and the source region 3 is formed in the nitride semiconductor together with the above-described components. A field effect transistor having a channel region 4, a thermal diffusion region 7, and a drain region 6 is formed.

なお、図1には、ソース電極8とのコンタクトが形成されるソース領域3、ドレイン電極10とのコンタクトが形成されるドレイン領域6の双方に、第1の高濃度キャリア領域としてイオン注入を行ったイオン注入領域を形成しているが、ソース領域3もしくはドレイン領域6のいずれか一方の領域のみに第1の高濃度キャリア領域としてイオン注入を行ったイオン注入領域を形成するようにしても良い。   In FIG. 1, ion implantation is performed as a first high-concentration carrier region in both the source region 3 where the contact with the source electrode 8 is formed and the drain region 6 where the contact with the drain electrode 10 is formed. Although the ion implantation region is formed, the ion implantation region in which the ion implantation is performed as the first high-concentration carrier region only in one of the source region 3 and the drain region 6 may be formed. .

また、ソース領域3(図1の場合は、ドレイン領域6も含め)に注入するイオンとしては、前述の例では、SiまたはSnを用いている。しかし、その他、ソース領域3、ドレイン領域6にイオン注入し、イオン活性化熱処理を行うことによって、ソース抵抗、ドレイン抵抗を低減させることが可能なイオン種であれば、ソース領域3、ドレイン領域6へのイオン注入用として如何なるイオン種を用いても構わない。   In the above example, Si or Sn is used as ions implanted into the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 1). However, any other ion species that can reduce the source resistance and the drain resistance by implanting ions into the source region 3 and the drain region 6 and performing an ion activation heat treatment will be used. Any ion species may be used for ion implantation.

また、ゲート電極9の材料として、熱拡散の処理温度(800℃程度)以上の耐熱性を有する、例えば、W、W合金、Mo、または、Mo合金のいずれか一つの材料もしくは複数の材料の組み合わせを用いている。しかし、その他、熱拡散の処理温度(800℃程度)程度に耐え、かつ、電子供給層5とゲート電極9との界面のショットキー障壁高さが0.5eV以上となる材料であれば、ゲート電極9として如何なる材料を用いても構わない。   The material of the gate electrode 9 has heat resistance equal to or higher than the thermal diffusion processing temperature (about 800 ° C.), for example, any one material or a plurality of materials of W, W alloy, Mo, or Mo alloy. A combination is used. However, any other material that can withstand a thermal diffusion processing temperature (about 800 ° C.) and has a Schottky barrier height of 0.5 eV or more at the interface between the electron supply layer 5 and the gate electrode 9 can be used. Any material may be used for the electrode 9.

また、例えば、電子供給層5の厚さは10nm〜60nmであり、ソース領域3の厚さは(図1の場合、ドレイン領域6の厚さも含め)40nm〜200nmである。なお、ソース領域3の厚さは(図1の場合、ドレイン領域6の厚さも含め)電子供給層5の厚さよりも厚く形成する。熱拡散領域7の厚さについても、電子供給層5の厚さよりも厚く形成する。   Further, for example, the thickness of the electron supply layer 5 is 10 nm to 60 nm, and the thickness of the source region 3 (including the thickness of the drain region 6 in FIG. 1) is 40 nm to 200 nm. The source region 3 is formed thicker than the electron supply layer 5 (including the drain region 6 in the case of FIG. 1). The thickness of the thermal diffusion region 7 is also made thicker than that of the electron supply layer 5.

また、例えば、チャネル領域4のシートキャリア濃度は1×1010cm−2〜1×1015cm−2である。また、熱拡散領域7のキャリア濃度は、1×1016cm−3〜1×1021cm−3である。また、イオン注入により形成されたソース領域3のキャリア濃度は(図1の場合、ドレイン領域6のキャリア濃度も含め)、1×1017cm−3〜1×1022cm−3である。なお、第1の高濃度キャリア領域(イオン注入領域)であるソース領域3のキャリア濃度は(図1の場合、ドレイン領域6のキャリア濃度も含め)、第2の高濃度キャリア領域である熱拡散領域7のキャリア濃度よりも高くなるように形成する。 For example, the sheet carrier concentration of the channel region 4 is 1 × 10 10 cm −2 to 1 × 10 15 cm −2 . The carrier concentration of the thermal diffusion region 7 is 1 × 10 16 cm -3 ~1 × 10 21 cm -3. The carrier concentration of the source region 3 formed by ion implantation (including the carrier concentration of the drain region 6 in the case of FIG. 1) is 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 22 cm −3 . The carrier concentration of the source region 3 that is the first high concentration carrier region (ion implantation region) (including the carrier concentration of the drain region 6 in FIG. 1) is the thermal diffusion that is the second high concentration carrier region. It is formed so as to be higher than the carrier concentration in region 7.

また、ソース領域3のキャリア濃度(図1の場合、ドレイン領域6のキャリア濃度も含め)、熱拡散領域7のキャリア濃度は、チャネル領域4のキャリア濃度よりも高く形成する。例えば、チャネル領域4のキャリア濃度を、ゲート閾値電圧が−1Vよりも浅くなる濃度(1×1012cm−3以下)とした場合には、ソース領域3のキャリア濃度を(図1の場合、ドレイン領域6のキャリア濃度も含め)5×1018cm−3以上とすれば良い。 Further, the carrier concentration of the source region 3 (including the carrier concentration of the drain region 6 in the case of FIG. 1) and the carrier concentration of the thermal diffusion region 7 are formed higher than the carrier concentration of the channel region 4. For example, when the carrier concentration of the channel region 4 is set to a concentration at which the gate threshold voltage is shallower than −1 V (1 × 10 12 cm −3 or less), the carrier concentration of the source region 3 is (in the case of FIG. 1, It may be 5 × 10 18 cm −3 or more (including the carrier concentration of the drain region 6).

図1の基板構造は、次の通りであっても良い。基板1上にナイトライド系半導体層である例えばアンドープGaNなどからなるチャネル層2が積層され、該チャネル層2上に、ナイトライド系半導体層である例えばAlGaN、InGaNまたはInAlNなどからなる電子供給層5が積層される。この電子供給層5にSiまたはSnをドープし、電子供給層5に高濃度なキャリア領域を形成する。かくのごとき基板構造においては、ヘテロ接合界面の例えばAlGaNからなる電子供給層5側に形成される2次元電子ガスによるキャリアよりも、高密度なキャリアを供給することができるようになる。   The substrate structure of FIG. 1 may be as follows. A channel layer 2 made of, for example, undoped GaN, which is a nitride-based semiconductor layer, is stacked on the substrate 1, and an electron supply layer, made of, for example, AlGaN, InGaN, InAlN, or the like, which is a nitride-based semiconductor layer, is formed on the channel layer 2. 5 are stacked. The electron supply layer 5 is doped with Si or Sn to form a high concentration carrier region in the electron supply layer 5. In such a substrate structure, it becomes possible to supply a carrier having a higher density than a carrier by a two-dimensional electron gas formed on the heterojunction interface, for example, on the side of the electron supply layer 5 made of AlGaN.

あるいは、図1の基板構造は、次の通りであっても良い。基板1上にナイトライド系半導体層である例えばアンドープGaNなどからなるバッファ層が積層され、該バッファ層の上に、SiまたはSnがドープされた例えばGaNなどの高濃度なキャリアを有するチャネル層が形成される。また、該チャネル層の上に、ナイトライド系半導体層である例えばAlGaN、InGaNまたはInAlNからなる電子供給層5が積層される。かくのごとき基板構造においては、ヘテロ接合界面の例えばAlGaNからなる電子供給層5側に形成される2次元電子ガスによるキャリアよりも、高密度なキャリアを供給することができるようになる。   Alternatively, the substrate structure of FIG. 1 may be as follows. A buffer layer made of, for example, undoped GaN, which is a nitride-based semiconductor layer, is stacked on the substrate 1, and a channel layer having a high concentration carrier such as, for example, GaN doped with Si or Sn is formed on the buffer layer. It is formed. On the channel layer, an electron supply layer 5 made of, for example, AlGaN, InGaN, or InAlN, which is a nitride semiconductor layer, is stacked. In such a substrate structure, it becomes possible to supply a carrier having a higher density than a carrier by a two-dimensional electron gas formed on the heterojunction interface, for example, on the side of the electron supply layer 5 made of AlGaN.

以上で述べた基板材料や基板構造以外であっても、ソース抵抗やドレイン抵抗の低減がデバイスの性能向上に直結するような構造であれば、前述したような当該技術を応用することができることは明らかである。   Even if the substrate material or the substrate structure is not described above, it is possible to apply the technology as described above if the reduction of the source resistance and the drain resistance is directly linked to the improvement of the device performance. it is obvious.

以上のようなデバイス構造からなる電界効果トランジスタにおいては、ソース電極8とのコンタクトが形成されるソース領域3、ドレイン電極10とのコンタクトが形成されるドレイン領域6のいずれかの領域または双方の領域に形成した高濃度のイオン注入領域(第1の高濃度キャリア領域)と隣接および/または一部重複する状態であって、ゲート電極9直下のチャネル領域4とは隣接する状態で、ゲート電極9の材料に対して、自己整合的に、熱拡散法による熱拡散領域(第2の高濃度キャリア領域)を形成することができるので、サブμm級の微細ゲート長を有する電界効果トランジスタであっても、高い相互コンダクタンスを実現することができる。   In the field effect transistor having the device structure as described above, one or both of the source region 3 where the contact with the source electrode 8 is formed and the drain region 6 where the contact with the drain electrode 10 is formed. The gate electrode 9 is adjacent to and / or partially overlaps with the high-concentration ion implantation region (first high-concentration carrier region) formed on the gate electrode 9 and adjacent to the channel region 4 immediately below the gate electrode 9. Therefore, a field diffusion transistor having a sub-μm class fine gate length can be formed in a self-aligned manner with respect to the above material by a thermal diffusion region (second high concentration carrier region) by a thermal diffusion method. Also, high transconductance can be realized.

(第2の実施形態)
次に、本発明に係る電界効果トランジスタの他の例について、図2を用いて説明する。
(Second Embodiment)
Next, another example of the field effect transistor according to the present invention will be described with reference to FIG.

図2は、本発明に係る電界効果トランジスタの第2の実施形態の断面構造を示す断面図である。図2に示す電界効果トランジスタの基本構造は、第1の実施形態として図1に示した電界効果トランジスタの場合と同様であるが、本第2の実施形態においては、ゲート電極9を形成する領域をリセスエッチングして、電子供給層5を十分に薄くしてから、ゲート電極9を形成し、該ゲート電極9を利用して、自己整合的に、熱拡散領域7を形成している点が、図1の場合と異なっている。   FIG. 2 is a sectional view showing a sectional structure of a second embodiment of the field effect transistor according to the present invention. The basic structure of the field effect transistor shown in FIG. 2 is the same as that of the field effect transistor shown in FIG. 1 as the first embodiment, but in the second embodiment, the region where the gate electrode 9 is formed. The gate electrode 9 is formed after the electron supply layer 5 is sufficiently thinned by recess etching, and the thermal diffusion region 7 is formed in a self-aligning manner using the gate electrode 9. This is different from the case of FIG.

つまり、電子供給層5が熱拡散領域7よりも厚い場合には、リセスエッチングを施す工程を追加することによって、ゲート電極9を形成する領域の電子供給層5を十分に薄くし、しかる後、ゲート電極9を形成して、該ゲート電極材料を用いたセルフアラインプロセスによる熱拡散処理によって、熱拡散領域7(第2の高濃度キャリア領域)を形成した構造とする。かくのごときデバイス構造とすることによって、ソース電極8(図2の場合、ドレイン領域6も含め)から、実際にトランジスタ動作するゲート電極9直下のチャネル領域4(電子供給層5およびチャネル層2のヘテロ接合界面近傍に形成される領域)に至るまで、図1の場合と同様に、高濃度キャリア領域が連続的に存在する構造を形成することができ、熱拡散領域7の形成によるアクセス抵抗の十分な低減を図ることができる。   That is, when the electron supply layer 5 is thicker than the thermal diffusion region 7, by adding a step of recess etching, the electron supply layer 5 in the region for forming the gate electrode 9 is made sufficiently thin, and then The gate electrode 9 is formed, and a thermal diffusion region 7 (second high-concentration carrier region) is formed by thermal diffusion processing by a self-alignment process using the gate electrode material. By adopting such a device structure, the channel region 4 (the electron supply layer 5 and the channel layer 2 of the electron supply layer 5 and the channel layer 2) from the source electrode 8 (including the drain region 6 in the case of FIG. 2) to the gate electrode 9 actually operating as a transistor. As in the case of FIG. 1, it is possible to form a structure in which a high-concentration carrier region is continuously present, and the access resistance due to the formation of the thermal diffusion region 7 is reduced to the region formed near the heterojunction interface). Sufficient reduction can be achieved.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態として、本発明に係る電界効果トランジスタ製造方法の一例について、図3を用いて説明する。図3は、本発明に係る電界効果トランジスタ製造方法の一例として、図1に示す電界効果トランジスタを製造する製造方法の一例を示す説明図である。
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment, an example of a field effect transistor manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing an example of the manufacturing method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 1 as an example of the method of manufacturing the field effect transistor according to the present invention.

まず、図3(a)に示すように、第1の工程として、サファイア基板、SiC基板、または、Si基板などの基板1上に、第1のナイトライド系半導体である例えばアンドープのGaNをエピタキシャル成長させることにより、第1のナイトライド系半導体層つまりチャネル層2を形成する。しかる後、第2の工程として、当該第1のナイトライド系半導体層つまりチャネル層2上に、第2のナイトライド系半導体である例えばアンドープのAlGaN、InGaNまたはInAlNをエピタキシャル成長させることにより、第2のナイトライド系半導体層つまり電子供給層5を形成する。この結果、チャネル層2と電子供給層5とのヘテロ接合界面のチャネル層2側には、2次元電子ガスによるチャネル領域4が形成されている。   First, as shown in FIG. 3A, as a first step, for example, undoped GaN, which is a first nitride-based semiconductor, is epitaxially grown on a substrate 1 such as a sapphire substrate, a SiC substrate, or a Si substrate. By doing so, the first nitride-based semiconductor layer, that is, the channel layer 2 is formed. Thereafter, as a second step, the second nitride semiconductor, for example, undoped AlGaN, InGaN, or InAlN, is epitaxially grown on the first nitride semiconductor layer, that is, the channel layer 2. The nitride semiconductor layer, that is, the electron supply layer 5 is formed. As a result, a channel region 4 made of a two-dimensional electron gas is formed on the channel layer 2 side of the heterojunction interface between the channel layer 2 and the electron supply layer 5.

次に、図3(b)に示すように、最表面の第2のナイトライド系半導体層つまり電子供給層5上に、フォトレジスト、SiO2、SiN、W、WSiNまたはNi等によって、イオン注入工程時に供するマスクパターンつまりイオン注入用マスク12を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, an ion implantation process is performed on the second nitride semiconductor layer, ie, the electron supply layer 5, on the outermost surface by using a photoresist, SiO2, SiN, W, WSiN, Ni, or the like. A mask pattern to be used sometimes, that is, an ion implantation mask 12 is formed.

続いて、第3の工程として、イオン注入(ソース領域用および/またはドレイン領域用のイオン注入)工程として、ソース領域3となる箇所に(図3(b)の場合は、ドレイン領域6となる箇所にも)、n型のドーパント(不純物)となる物質(例えばSi(シリコン)またはSn(スズ))のイオン注入を行う。イオン注入後、先に形成したマスクパターンつまりイオン注入用マスク12を除去する。   Subsequently, as a third step, as an ion implantation (ion implantation for source region and / or drain region) step, a portion to be the source region 3 (in the case of FIG. 3B, the drain region 6 is formed). The ion implantation of a substance (for example, Si (silicon) or Sn (tin)) that becomes an n-type dopant (impurity) is performed. After the ion implantation, the previously formed mask pattern, that is, the ion implantation mask 12 is removed.

さらに、第4の工程として、最表面の第2のナイトライド系半導体層つまり電子供給層5およびソース領域3(図3(b)の場合は、ドレイン領域6も含め)が形成された半導体基板上に、例えばSiO2、SiN、または、WSiNなどの高温熱処理用保護膜を形成した後、当該半導体基板を1000℃以上の温度で熱処理(イオン活性化熱処理)を行い、ソース領域3(図3(b)の場合は、ドレイン領域6も含め)に注入されたイオンを活性化させ、イオン注入部分のキャリア濃度を高めることによって、第1の高濃度キャリア領域として形成する。   Further, as the fourth step, the semiconductor substrate on which the second nitride semiconductor layer on the outermost surface, that is, the electron supply layer 5 and the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 3B) is formed. A protective film for high-temperature heat treatment such as SiO 2, SiN, or WSiN is formed thereon, and then the semiconductor substrate is subjected to heat treatment (ion activation heat treatment) at a temperature of 1000 ° C. or higher to form the source region 3 (FIG. 3 ( In the case of b), the ions implanted into the drain region 6) are activated, and the carrier concentration in the ion implanted portion is increased to form the first high concentration carrier region.

なお、図3(b)におけるソース領域3(図3(b)の場合は、ドレイン領域6も含め)へのイオン注入工程においては、例えば、加速電圧を30〜200kV、ドーズ量を1×1013cm−3〜1×1016cm−3とする。これによって、ソース領域3(図3(b)の場合は、ドレイン領域6も含め)のキャリア濃度がチャネル領域4のキャリア濃度よりも、イオン注入とそれに続くイオン活性化熱処理とによる増加分だけ高くなる。第4の工程の最後に、高温熱処理用保護膜を除去する。 In the ion implantation step into the source region 3 in FIG. 3B (including the drain region 6 in the case of FIG. 3B), for example, the acceleration voltage is 30 to 200 kV and the dose is 1 × 10. 13 cm −3 to 1 × 10 16 cm −3 . As a result, the carrier concentration of the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 3B) is higher than the carrier concentration of the channel region 4 by an increase due to ion implantation and subsequent ion activation heat treatment. Become. At the end of the fourth step, the high temperature heat treatment protective film is removed.

次に、図3(c)に示すように、第5の工程として、当該半導体基板のゲート電極形成領域に例えばW、WN、WAl、WSiまたはWSiNなどをスパッタ法により堆積し、ドライエッチングによりゲート電極9を形成する。   Next, as shown in FIG. 3C, as a fifth step, for example, W, WN, WAl, WSi, or WSiN is deposited on the gate electrode formation region of the semiconductor substrate by sputtering, and the gate is formed by dry etching. Electrode 9 is formed.

続いて、ゲート電極9に例えばSiO2またはSiNからなるサイドウォール11を形成する。サイドウォール11は、例えばSiO2またはSiNなどを当該半導体基板の最表面全面に形成した後に、表面エッチングを施すことによって形成される。サイドウォール11は、後工程のSiまたはSnの拡散のための熱処理時において、ゲート電極9直下のチャネル領域4にSiまたはSnが拡散して、ソース電極とドレイン電極との間が短絡してしまうことを防ぐ役割を果たす。   Subsequently, sidewalls 11 made of, for example, SiO 2 or SiN are formed on the gate electrode 9. The sidewall 11 is formed by performing surface etching after forming SiO 2 or SiN, for example, over the entire surface of the semiconductor substrate. In the sidewall 11, Si or Sn diffuses into the channel region 4 immediately below the gate electrode 9 during a heat treatment for diffusion of Si or Sn in a later step, and the source electrode and the drain electrode are short-circuited. It plays a role to prevent that.

次に、図3(d)に示すように、第6の工程として、当該半導体基板の最表面全面に拡散用材料13として例えばSiまたはSnなどを用いた薄膜を形成し、800℃以上の温度で熱処理して、当該半導体基板中のチャネル領域4以上に深く、ソース領域3(図3(d)の場合は、ドレイン領域6も含め)よりも浅い領域まで拡散させることによって、チャネル領域4を除く領域に、ゲート電極9に対して、自己整合(セルフアラインメント)的に、熱拡散領域7を第2の高濃度キャリア領域として形成する。   Next, as shown in FIG. 3D, as a sixth step, a thin film using, for example, Si or Sn as the diffusion material 13 is formed on the entire outermost surface of the semiconductor substrate, and the temperature is 800 ° C. or higher. The channel region 4 is diffused to a region deeper than the channel region 4 in the semiconductor substrate and shallower than the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 3D). In the removed region, the thermal diffusion region 7 is formed as a second high-concentration carrier region in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 9.

この熱拡散領域7は、ソース領域3(図3(d)の場合は、ドレイン領域6も含め)と隣接および/または一部重複するとともに、ゲート電極9直下のチャネル領域4と隣接して形成され、ソース領域3(図3(d)の場合は、ドレイン領域6も含め)からチャネル領域4に至るまでの間に存在するアクセス抵抗を低減させる役割を果たす。   The thermal diffusion region 7 is formed adjacent to and / or partially overlaps with the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 3D) and adjacent to the channel region 4 immediately below the gate electrode 9. Thus, it plays a role of reducing the access resistance existing from the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 3D) to the channel region 4.

ここで、ゲート電極9の側部にはサイドウォール11が存在するので、熱処理による拡散時に、ゲート電極9直下のチャネル領域4まで不純物(キャリア)が拡散してしまうことを防ぐことができる。熱処理拡散後、拡散用材料13として例えばSiまたはSnを用いて形成した薄膜を除去する。   Here, since the side wall 11 exists on the side portion of the gate electrode 9, it is possible to prevent impurities (carriers) from diffusing up to the channel region 4 immediately below the gate electrode 9 during diffusion by heat treatment. After the heat treatment diffusion, the thin film formed using, for example, Si or Sn as the diffusion material 13 is removed.

なお、熱拡散領域7のキャリア濃度は、チャネル領域4のキャリア濃度よりも高く、第1の高濃度キャリア領域として形成したソース領域3(図3(d)の場合は、ドレイン領域6も含め)のキャリア濃度よりも低くなるように形成される。   The carrier concentration of the thermal diffusion region 7 is higher than the carrier concentration of the channel region 4, and the source region 3 formed as the first high concentration carrier region (including the drain region 6 in the case of FIG. 3D). It is formed to be lower than the carrier concentration.

最後に、図3(e)に示すように、ソース領域3上にソース電極8を形成し、ドレイン領域6上にドレイン電極10を形成すれば、図1に示した、本発明に係る電界効果トランジスタが完成する。   Finally, as shown in FIG. 3E, if the source electrode 8 is formed on the source region 3 and the drain electrode 10 is formed on the drain region 6, the field effect according to the present invention shown in FIG. A transistor is completed.

なお、ソース電極8、ドレイン電極10は、蒸着およびリフトオフにより、Ti/AlまたはAl/Ti/Al電極を形成した後、600℃以上の温度で熱処理してアロイ化することによって、オーミック電極として作製すれば良い。しかし、その他、600℃程度で熱処理することによって、ソース領域3、ドレイン領域6とのコンタクト抵抗が10Ωmm程度以下となる材料の組合せであれば、如何なる材料を用いてオーミック電極を形成するようにしても構わない。   The source electrode 8 and the drain electrode 10 are formed as ohmic electrodes by forming a Ti / Al or Al / Ti / Al electrode by vapor deposition and lift-off and then heat-treating them at a temperature of 600 ° C. or higher to form an alloy. Just do it. However, the ohmic electrode is formed using any material as long as it is a combination of materials in which the contact resistance with the source region 3 and the drain region 6 is about 10 Ωmm or less by heat treatment at about 600 ° C. It doesn't matter.

なお、イオン注入時のマスクパターンつまりイオン注入用マスク12としては、前述の例では、フォトレジスト、SiO2、SiN、W、WSiNまたはNiを用いている。しかし、その他、当該半導体基板表面にイオンビームを到達させないためのマスクとしての機能を有し、かつ、イオン注入後において当該半導体基板表面に深刻な影響を与えない程度にイオン注入用マスク12を除去することができる材料であれば、イオン注入時のマスクパターンとして如何なる材料を用いても構わない。   In the above example, photoresist, SiO2, SiN, W, WSiN, or Ni is used as the mask pattern during ion implantation, that is, the ion implantation mask 12. However, the ion implantation mask 12 is removed to the extent that it functions as a mask for preventing the ion beam from reaching the surface of the semiconductor substrate and does not seriously affect the surface of the semiconductor substrate after ion implantation. Any material that can be used may be used as a mask pattern at the time of ion implantation.

また、注入イオンの活性化のための熱処理に用いる高温熱処理時用保護膜には、前述の例では、SiO2、SiNまたはWSiNなどを用いている。しかし、その他、1000℃以上での熱処理に耐え、当該半導体基板を熱処理から保護する機能がある材料であれば、高温熱処理時用保護膜として如何なる材料を用いても構わない。   In the above-described example, SiO2, SiN, WSiN, or the like is used for the high-temperature heat treatment protective film used for the heat treatment for activating the implanted ions. However, any material can be used as the protective film for high-temperature heat treatment as long as it is a material that can withstand heat treatment at 1000 ° C. or more and has a function of protecting the semiconductor substrate from heat treatment.

また、ゲート電極9の材料として、前述の例では、W、WN、WAl、WSiまたはWSiNなどを用いているが、MoまたはMo合金を用いても良いし、それらの材料を組み合わせて用いても良い。しかし、その他、熱拡散の処理温度(800℃以上の温度)程度に耐え、かつ、電子供給層5とゲート電極9との界面のショットキー障壁高さが0.5eV以上となる材料であれば、ゲート電極9の材料として如何なる材料を用いても構わない。   In the above example, W, WN, WAl, WSi, WSiN or the like is used as the material of the gate electrode 9, but Mo or Mo alloy may be used, or these materials may be used in combination. good. However, any other material that can withstand a thermal diffusion processing temperature (a temperature of 800 ° C. or higher) and that has a Schottky barrier height at the interface between the electron supply layer 5 and the gate electrode 9 of 0.5 eV or higher. Any material may be used as the material of the gate electrode 9.

なお、ゲート電極9の材料としてMoまたはMo合金を用いる場合、前述のように、MoまたはMo合金のゲート電極材料をスパッタ法により堆積した後、ドライエッチングによりゲート電極9を形成する代わりに、蒸着およびリフトオフによりゲート電極9を形成するようにしても良い。   When Mo or Mo alloy is used as the material of the gate electrode 9, as described above, instead of forming the gate electrode 9 by dry etching after depositing the gate electrode material of Mo or Mo alloy by sputtering, vapor deposition is performed. Alternatively, the gate electrode 9 may be formed by lift-off.

また、ゲート電極9の側部に形成するサイドウォール11の材料として、前述の例では、SiO2またはSiNなどを用いている。しかし、その他、熱拡散領域7の形成のための熱処理時において、ゲート電極9直下のチャネル領域4にSiまたはSnが拡散して、ソース電極とドレイン電極との間が短絡してしまうことを防ぐ役割を果たすことができる材料であれば、サイドウォール11の材料として如何なる材料を用いても構わない。   In the above example, SiO 2 or SiN is used as the material of the sidewall 11 formed on the side portion of the gate electrode 9. However, other than this, during the heat treatment for forming the thermal diffusion region 7, Si or Sn is diffused into the channel region 4 immediately below the gate electrode 9 to prevent a short circuit between the source electrode and the drain electrode. Any material can be used as the material of the sidewall 11 as long as it can play a role.

なお、ゲート電極9の直下への熱拡散の影響が深刻でない場合には、つまり、チャネル領域4にSiまたはSnが拡散して、ソース電極とドレイン電極との間が短絡してしまう事態が生じない場合には、サイドウォール11を形成する工程を省略することもできる。   Note that when the influence of thermal diffusion directly under the gate electrode 9 is not serious, that is, Si or Sn diffuses into the channel region 4 and a short circuit occurs between the source electrode and the drain electrode. If not, the step of forming the sidewall 11 can be omitted.

また、図3(b)の第3、第4の工程においては、ソース電極8とのコンタクトが形成されるソース領域3、ドレイン電極10とのコンタクトが形成されるドレイン領域6の双方に、第1の高濃度キャリア領域としてイオン注入を行ったイオン注入領域を形成しているが、ソース領域3もしくはドレイン領域6のいずれか一方の領域のみに第1の高濃度キャリア領域としてイオン注入を行ったイオン注入領域を形成するようにしても良い。   Further, in the third and fourth steps in FIG. 3B, both the source region 3 in which the contact with the source electrode 8 is formed and the drain region 6 in which the contact with the drain electrode 10 is formed Although the ion implantation region is formed as the first high concentration carrier region, the ion implantation is performed as the first high concentration carrier region only in one of the source region 3 and the drain region 6. An ion implantation region may be formed.

以上のような電界効果トランジスタの製造方法においては、イオン注入の活性化熱処理に要する温度よりも低温で処理することが可能な熱拡散法を用いて、ゲート電極9の材料に対して、自己整合的に、高濃度キャリア領域である熱拡散領域7(第2の高濃度キャリア領域)を形成するので、ゲート電極9として用いる耐熱性材料の選択の幅を広げることができる。   In the field effect transistor manufacturing method as described above, the material of the gate electrode 9 is self-aligned by using a thermal diffusion method that can be processed at a temperature lower than the temperature required for the ion implantation activation heat treatment. In particular, since the thermal diffusion region 7 (second high concentration carrier region) which is a high concentration carrier region is formed, the range of selection of the heat resistant material used as the gate electrode 9 can be widened.

また、イオン注入法では、注入イオン活性化熱処理の温度と時間とを適正にすることによって、熱拡散法によるキャリアのドーズよりも、ソース抵抗やドレイン抵抗を大きく低減することができる。よって、イオン注入法と熱拡散法とを併用することにより、イオン注入法によるソース抵抗やドレイン抵抗の大幅な低減と、熱拡散法による自己整合ゲートの形成とを同時に達成することができる。   In the ion implantation method, the source resistance and the drain resistance can be greatly reduced as compared with the carrier dose by the thermal diffusion method by making the temperature and time of the implantation ion activation heat treatment appropriate. Therefore, by using both the ion implantation method and the thermal diffusion method, it is possible to simultaneously achieve a significant reduction in source resistance and drain resistance by the ion implantation method and formation of a self-aligned gate by the thermal diffusion method.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態として、本発明に係る電界効果トランジスタ製造方法の他の例について、図4を用いて説明する。図4は、本発明に係る電界効果トランジスタ製造方法の他の例として、図2に示す電界効果トランジスタを製造する製造方法の一例を示す説明図である。
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment, another example of the field effect transistor manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a manufacturing method for manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 2 as another example of the method for manufacturing the field effect transistor according to the present invention.

図4に示す電界効果トランジスタの製造方法の基本的な工程は、図3に示した電界効果トランジスタの製造方法の工程と同様であるが、図4(c)に示すように、本第4の実施形態においては、ゲート電極9を形成する領域の電子供給層5をリセスエッチングして、リセス領域14を形成することによって、電子供給層5を十分に薄くする工程が、図3にて説明した製造方法にさらに追加されている。   The basic steps of the method of manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 4 are the same as those of the method of manufacturing the field effect transistor shown in FIG. 3, but as shown in FIG. In the embodiment, the step of making the electron supply layer 5 sufficiently thin by recess etching the electron supply layer 5 in the region where the gate electrode 9 is to be formed to form the recess region 14 has been described with reference to FIG. Further added to the manufacturing method.

つまり、図4(c)に示す工程においては、電子供給層5をドライエッチングして、リセス領域14を形成する。このように、リセス領域14を形成することによって、電子供給層5が熱拡散領域7よりも厚い場合であっても、ソース領域3(図4の場合ではドレイン領域6も含め)からチャネル領域4までを低抵抗領域で接続することができるようになる。   That is, in the step shown in FIG. 4C, the electron supply layer 5 is dry-etched to form the recess region 14. In this way, by forming the recess region 14, even if the electron supply layer 5 is thicker than the thermal diffusion region 7, the source region 3 (including the drain region 6 in the case of FIG. 4) to the channel region 4. Can be connected in a low resistance region.

図4(c)のリセス領域14の形成工程は、図3で説明した第3、第4の工程のイオン注入・活性化熱処理後であって、第5の工程のゲート電極9の形成前に追加されており、リセス領域14の形成工程により、電子供給層5を十分に薄くした後、図3に示す製造方法と同様に、ゲート電極9を形成し、形成したゲート電極9の直下のチャネル領域4を除く領域に、形成したゲート電極9に対して、自己整合(セルフアラインメント)的に、熱拡散領域7を第2の高濃度キャリア領域として形成する。   The step of forming the recess region 14 in FIG. 4C is after the ion implantation / activation heat treatment in the third and fourth steps described in FIG. 3 and before the formation of the gate electrode 9 in the fifth step. In addition, after the electron supply layer 5 is sufficiently thinned by the step of forming the recess region 14, the gate electrode 9 is formed in the same manner as in the manufacturing method shown in FIG. 3, and the channel immediately below the formed gate electrode 9 is formed. The thermal diffusion region 7 is formed as a second high-concentration carrier region in a region other than the region 4 in a self-aligned manner with respect to the formed gate electrode 9.

1…基板、2…チャネル層(ナイトライド系半導体層)、2A…バッファ層、3…ソース領域、3A…2次元電子ガス、4…チャネル領域、4A…高濃度イオン注入領域、5…電子供給層、6…ドレイン領域、6A…電極形成領域、7…熱拡散領域、7A…表面保護膜、8…ソース電極、8A…フォトレジストマスク、9…ゲート電極、10…ドレイン電極、11…サイドウォール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Channel layer (nitride semiconductor layer), 2A ... Buffer layer, 3 ... Source region, 3A ... Two-dimensional electron gas, 4 ... Channel region, 4A ... High concentration ion implantation region, 5 ... Electron supply Layer 6, drain region 6 A electrode formation region 7 heat diffusion region 7 A surface protective film 8 source electrode 8 A photoresist mask 9 gate electrode 10 drain electrode 11 sidewall .

Claims (14)

ナイトライド系半導体を用いて構成される電界効果トランジスタであって、ゲート電極を挟んで配置されるソース電極、ドレイン電極のそれぞれとのコンタクトが形成されるソース領域、ドレイン領域のいずれか一方の領域または双方の領域に高濃度のイオン注入を行った後イオン活性化することにより形成されたイオン注入領域である第1の高濃度キャリア領域を備えるとともに、前記ゲート電極の直下に形成したチャネル領域と前記第1の高濃度キャリア領域との間の領域に、熱処理によりキャリアを拡散させた熱拡散領域である第2の高濃度キャリア領域を備える電界効果トランジスタにおいて、
前記第1の高濃度キャリア領域と前記第2の高濃度キャリア領域とは互いに隣接および/または一部重複し、かつ、前記第1の高濃度キャリア領域は、前記第2の高濃度キャリア領域よりも深く形成されており、
また、前記第2の高濃度キャリア領域と前記チャネル領域とは互いに隣接し、かつ、前記第2の高濃度キャリア領域は、前記チャネル領域以上に深く形成され
上記ゲート電極が、前記第1の高濃度キャリア領域の前記イオン活性化後であって、前記第2の高濃度キャリア領域の形成前に形成された
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
A field-effect transistor configured using a nitride-based semiconductor, and one of a source region and a drain region in which a contact with each of a source electrode and a drain electrode arranged with a gate electrode interposed therebetween is formed Or a first high concentration carrier region which is an ion implantation region formed by ion activation after performing high concentration ion implantation in both regions, and a channel region formed immediately below the gate electrode; In a field effect transistor comprising a second high-concentration carrier region that is a thermal diffusion region in which carriers are diffused by heat treatment in a region between the first high-concentration carrier region,
The first high concentration carrier region and the second high concentration carrier region are adjacent to each other and / or partially overlap each other, and the first high concentration carrier region is more than the second high concentration carrier region. Is also deeply formed,
The second high concentration carrier region and the channel region are adjacent to each other, and the second high concentration carrier region is formed deeper than the channel region ,
The field effect transistor , wherein the gate electrode is formed after the ion activation of the first high concentration carrier region and before the formation of the second high concentration carrier region. .
請求項1に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第1の高濃度キャリア領域のキャリア濃度は、前記第2の高濃度キャリア領域よりも高濃度であり、前記第2の高濃度キャリア領域のキャリア濃度は、前記チャネル領域よりも高濃度であることを特徴とする電界効果トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein a carrier concentration of the first high concentration carrier region is higher than that of the second high concentration carrier region, and a carrier concentration of the second high concentration carrier region is set. Is a field effect transistor having a higher concentration than the channel region. 請求項1または2に記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第2の高濃度キャリア領域が、前記ゲート電極を用いて、自己整合的に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。   3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second high-concentration carrier region is formed in a self-aligned manner using the gate electrode. 請求項1ないし3のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、チャネルが形成される第1のナイトライド系半導体層と電子を供給する第2のナイトライド系半導体層とを少なくとも備え、前記チャネル領域が、前記第1のナイトライド系半導体層と前記第2のナイトライド系半導体層とのヘテロ接合界面の近傍に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, comprising at least a first nitride semiconductor layer in which a channel is formed and a second nitride semiconductor layer for supplying electrons, and the channel region. Is formed in the vicinity of a heterojunction interface between the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer. 請求項1ないし4のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート電極を形成する領域にリセス領域が形成され、該リセス領域に前記ゲート電極が形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。   5. The field effect transistor according to claim 1, wherein a recess region is formed in a region where the gate electrode is formed, and the gate electrode is formed in the recess region. . 請求項1ないし5のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記ゲート電極の材料は、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金のいずれか一つの材料または複数の材料の組み合わせからなっていることを特徴とする電界効果トランジスタ。   6. The field effect transistor according to claim 1, wherein the material of the gate electrode is made of any one material of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy or a combination of a plurality of materials. A characteristic field effect transistor. 請求項1ないし6のいずれかに記載の電界効果トランジスタにおいて、前記第2の高濃度キャリア領域を形成するために熱拡散させる前記キャリアは、シリコンまたはスズのいずれかであることを特徴とする電界効果トランジスタ。   7. The field effect transistor according to claim 1, wherein the carrier thermally diffused to form the second high concentration carrier region is one of silicon and tin. Effect transistor. ナイトライド系半導体を用いて構成される電界効果トランジスタを製造する電界効果トランジスタ製造方法であって、
基板上に第1のナイトライド系半導体層を形成する第1の工程と、
前記第1の工程で形成された前記第1のナイトライド系半導体層上に第2のナイトライド系半導体からなる電子供給層を形成することにより、チャネル領域を形成する第2の工程と、
前記第1、第2の工程で形成された前記第1のナイトライド系半導体層および前記電子供給層のうち、ソース電極、ドレイン電極をそれぞれ形成するソース領域、ドレイン領域のいずれか一方の領域または双方の領域にドーパントとなる物質のイオンを注入してイオン注入領域を第1の高濃度キャリア領域として形成する第3の工程と、
前記第3の工程で形成された前記第1の高濃度キャリア領域に注入された前記イオンを活性化させるイオン活性化熱処理を行う第4の工程と、
前記第4の工程の後、前記電子供給層上にゲート電極を形成する第5の工程と、
前記第5の工程で形成された前記ゲート電極に対して、自己整合的に、キャリアを熱拡散させて、前記第1の高濃度キャリア領域と隣接および/または一部重複するとともに、前記ゲート電極直下の前記チャネル領域と隣接する熱拡散領域を第2の高濃度キャリア領域として形成する第6の工程と、を少なくとも有していることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。
A field effect transistor manufacturing method for manufacturing a field effect transistor configured using a nitride semiconductor,
A first step of forming a first nitride semiconductor layer on a substrate;
A second step of forming a channel region by forming an electron supply layer made of a second nitride semiconductor on the first nitride semiconductor layer formed in the first step;
Of the first nitride-based semiconductor layer and the electron supply layer formed in the first and second steps, either a source region or a drain region for forming a source electrode and a drain electrode, respectively, or A third step of implanting ions of a substance serving as a dopant in both regions to form the ion implantation region as a first high-concentration carrier region;
A fourth step of performing an ion activation heat treatment for activating the ions implanted in the first high-concentration carrier region formed in the third step;
A fifth step of forming a gate electrode on the electron supply layer after the fourth step;
Carriers are thermally diffused in a self-aligned manner with respect to the gate electrode formed in the fifth step so as to be adjacent to and / or partially overlap with the first high-concentration carrier region, and the gate electrode And a sixth step of forming a thermal diffusion region adjacent to the channel region directly below as a second high-concentration carrier region.
請求項8に記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第6の工程として、前記第2の高濃度キャリア領域のキャリア濃度を、前記第1の高濃度キャリア領域よりも低く、前記チャネル領域よりも高く形成することを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   9. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, wherein, as the sixth step, a carrier concentration of the second high-concentration carrier region is lower than that of the first high-concentration carrier region and is lower than that of the channel region. A method of manufacturing a field effect transistor, characterized by being formed high. 請求項8または9に記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第5の工程と前記第6の工程との間に、前記第5の工程で形成された前記ゲート電極の側部にサイドウォールを形成する工程を有していることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   10. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, wherein a sidewall is formed on a side portion of the gate electrode formed in the fifth step between the fifth step and the sixth step. 11. A method of manufacturing a field effect transistor, comprising the step of forming. 請求項8ないし10のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第4の工程と前記第5の工程との間に、前記ゲート電極を形成する領域にリセス領域を形成する工程を有していることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   11. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, further comprising a step of forming a recess region in a region where the gate electrode is formed between the fourth step and the fifth step. A field effect transistor manufacturing method characterized by the above. 請求項8ないし11のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第3の工程で形成される前記第1の高濃度キャリア領域は、前記第6の工程で形成される前記第2の高濃度キャリア領域よりも深く形成され、前記第2の高濃度キャリア領域は、前記第2の工程で形成される前記チャネル領域以上に深く形成されることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   12. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, wherein the first high-concentration carrier region formed in the third step is formed in the second step. A field effect transistor manufacturing method, wherein the field effect transistor is formed deeper than a high concentration carrier region, and the second high concentration carrier region is formed deeper than the channel region formed in the second step. 請求項8ないし12のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記ゲート電極の材料は、タングステン、タングステン合金、モリブデン、モリブデン合金のいずれか一つの材料または複数の材料の組み合わせからなっていることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   13. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, wherein the material of the gate electrode is made of any one material of tungsten, tungsten alloy, molybdenum, molybdenum alloy or a combination of a plurality of materials. A method of manufacturing a field effect transistor. 請求項8ないし13のいずれかに記載の電界効果トランジスタ製造方法において、前記第2の高濃度キャリア領域を形成するために熱拡散させる前記キャリアは、シリコンまたはスズのいずれかであることを特徴とする電界効果トランジスタ製造方法。   14. The field effect transistor manufacturing method according to claim 8, wherein the carrier to be thermally diffused to form the second high-concentration carrier region is either silicon or tin. A field effect transistor manufacturing method.
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