[go: up one dir, main page]

JP5448530B2 - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor Download PDF

Info

Publication number
JP5448530B2
JP5448530B2 JP2009087782A JP2009087782A JP5448530B2 JP 5448530 B2 JP5448530 B2 JP 5448530B2 JP 2009087782 A JP2009087782 A JP 2009087782A JP 2009087782 A JP2009087782 A JP 2009087782A JP 5448530 B2 JP5448530 B2 JP 5448530B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
effect transistor
layer
field effect
gan
passivation film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009087782A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010239063A (en
Inventor
勇樹 新山
禎宏 加藤
剛彦 野村
秀介 賀屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Original Assignee
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD. filed Critical THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority to JP2009087782A priority Critical patent/JP5448530B2/en
Publication of JP2010239063A publication Critical patent/JP2010239063A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5448530B2 publication Critical patent/JP5448530B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は、電界効果トランジスタに関し、更に詳しくは、III族窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor using a group III nitride semiconductor.

III族窒化物を用いた電界効果型トランジスタとしては、AlGaN/GaN系HEMTやGaN系MOSFETが知られている。特に、AlGaN/GaN系HEMTは、広く研究されているが、従来は、しきい値電圧が+1V程度と低いものであった(例えば、非特許文献1)。   AlGaN / GaN HEMTs and GaN MOSFETs are known as field effect transistors using Group III nitrides. In particular, AlGaN / GaN HEMTs have been widely studied, but conventionally, the threshold voltage has been as low as about +1 V (for example, Non-Patent Document 1).

GaN系MOSFETに関しては、移動度が167cm/Vsと高いデバイスや、耐電圧が1000Vに近いデバイス等が報告されている(例えば、非特許文献2)。 Regarding GaN-based MOSFETs, devices with a high mobility of 167 cm 2 / Vs, devices with a withstand voltage close to 1000 V, and the like have been reported (for example, Non-Patent Document 2).

M.Kuraguchi et al.,“Normally-off GaN-MISFET with well-controlled threshold voltage,”International Workshop on Nitride Semiconductors 2006 (IWN2006), Oct. 22-27, 2006, Kyoto, Japan, WeED1-4.M. Kuraguchi et al., “Normally-off GaN-MISFET with well-controlled threshold voltage,” International Workshop on Nitride Semiconductors 2006 (IWN2006), Oct. 22-27, 2006, Kyoto, Japan, WeED1-4. Huang W, Khan T, Chow T P: Enhancement-Mode n-Channel GaN MOFETs on p and n- GaN/Sapphire substrates. In: 18th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) 2006 (Italy), 10-1.Huang W, Khan T, Chow T P: Enhancement-Mode n-Channel GaN MOFETs on p and n- GaN / Sapphire substrates.In: 18th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD) 2006 (Italy), 10-1.

本発明者らは、上記GaN系MOSFETを、自動車や家電用電源回路等のパワーデバイスに適用することを検討した。ゲート−ドレイン間にパッシベーション膜を設けない場合では、通電時にオン抵抗の増加が顕著に起こる。この場合、その後、大電流を継続的に流すことが困難になる。   The present inventors examined the application of the GaN-based MOSFET to power devices such as automobiles and power supply circuits for home appliances. In the case where a passivation film is not provided between the gate and the drain, the on-resistance is remarkably increased during energization. In this case, it becomes difficult to continuously flow a large current thereafter.

さらに、パッシベーション膜(SiO)を形成したMOSFETを製作したところ、この場合でも、継続的な通電によりオン抵抗の増加が発生した。オン抵抗の増加は、パッシベーション膜を形成しない場合と比較して緩やかなものの、デバイスの安定動作のためには、このオン抵抗の増加を更に抑制することが求められる。 Further, when a MOSFET having a passivation film (SiO 2 ) was manufactured, even in this case, an increase in on-resistance occurred due to continuous energization. Although the increase in on-resistance is moderate as compared with the case where no passivation film is formed, it is required to further suppress this increase in on-resistance for stable device operation.

本発明は、大電流を安定して継続的に流すことができる電界効果トランジスタを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the field effect transistor which can flow a large electric current stably and continuously.

上記目的を達成するために、本発明は、III族窒化物半導体から成る半導体活性層の表面領域に形成されたソース及びドレインと、半導体活性層上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、ゲート電極とドレインの間の半導体活性層上に形成されたパッシベーション膜とを備える電界効果トランジスタにおいて、
パッシベーション膜を構成する二酸化シリコンの膜質が、ゲート酸化膜を構成する二酸化シリコンの膜質よりも密度が粗であり、パッシベーション膜及びゲート酸化膜をそれぞれ、20℃において、NH Fの濃度が22%のバッファードフッ酸でエッチングしたときのエッチングレートが、3−5nm/s及び1.5−3nm/sであることを特徴とする電界効果トランジスタを提供する。

To achieve the above object, the present invention provides a source and drain formed in a surface region of a semiconductor active layer made of a group III nitride semiconductor, and a gate electrode formed on the semiconductor active layer via a gate oxide film. And a field effect transistor comprising a passivation film formed on the semiconductor active layer between the gate electrode and the drain,
Quality of silicon dioxide constituting the passivation film state, and are density roughness than the film quality of the silicon dioxide constituting the gate oxide film, respectively a passivation film and the gate oxide film, at 20 ° C., the concentration of NH 4 F 22 The field effect transistor is characterized in that the etching rate when etched with 1% buffered hydrofluoric acid is 3-5 nm / s and 1.5-3 nm / s .

本発明の電界効果トランジスタでは、継続的な通電により発生するオン抵抗の増加を抑制することで、大電流を安定して継続的に流すことができる。   In the field effect transistor of the present invention, a large current can be stably passed continuously by suppressing an increase in on-resistance generated by continuous energization.

本発明の第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す電界効果トランジスタの変形例の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the modification of the field effect transistor shown in FIG. パッシベーション膜の有無及びエッチングレートとオン抵抗の増加率との関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the presence or absence of a passivation film, an etching rate, and the increase rate of on-resistance. パッシベーション膜のエッチングレートに対応する耐電圧試験結果を示すグラフ。The graph which shows the withstand voltage test result corresponding to the etching rate of a passivation film. 本発明の第2の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の例示的な実施の形態について詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。電界効果トランジスタ10は、例えば、サファイア基板(sapphire)11と、サファイア基板11上に形成されたAlN/GaNの複合層からなるバッファ層(BL)12と、バッファ層12上にIII族窒化物半導体を用いて形成されたp型の半導体活性層(p−GaN)13と、半導体活性層13上にゲート酸化膜(SiO)14を介して形成されたゲート電極15と、ゲート電極15に対応して形成され、ソース電極16及びドレイン電極17にそれぞれオーミック接触するn型のソースコンタクト層(n−GaN)18s及びドレインコンタクト層(n−GaN)18dと、表面電界緩和層(RES:リサーフ層)19とを備える。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention. The field effect transistor 10 includes, for example, a sapphire substrate (sapphire) 11, a buffer layer (BL) 12 made of a composite layer of AlN / GaN formed on the sapphire substrate 11, and a group III nitride semiconductor on the buffer layer 12. Corresponding to a p-type semiconductor active layer (p-GaN) 13 formed using, a gate electrode 15 formed on the semiconductor active layer 13 via a gate oxide film (SiO 2 ) 14, and the gate electrode 15 An n-type source contact layer (n + -GaN) 18s and a drain contact layer (n + -GaN) 18d that are in ohmic contact with the source electrode 16 and the drain electrode 17, respectively, and a surface electric field relaxation layer (RES: Resurf layer) 19.

ここで、半導体活性層13におけるソースコンタクト層18sとリサーフ層19との間、すなわちゲート電極15に対応する部分は、チャネル領域として動作する。   Here, a portion of the semiconductor active layer 13 between the source contact layer 18s and the RESURF layer 19, that is, a portion corresponding to the gate electrode 15 operates as a channel region.

リサーフ層(RESURF:Reduced Surface Field)19は、チャネル領域とドレインコンタクト層18dとの間に形成され、ソース電極16及びゲート電極15とドレイン電極17との間の電界を緩和することにより、電界効果トランジスタの耐電圧を改善する。リサーフ層19は、p−GaN層である半導体活性層13に、n型不純物、例えばSiをイオン注入法により注入して形成したn−GaN層である。リサーフ層19の不純物濃度は、ドレインコンタクト層18dよりも低くなっている。 A RESURF (Reduced Surface Field) 19 is formed between the channel region and the drain contact layer 18 d, and relaxes the electric field between the source electrode 16, the gate electrode 15, and the drain electrode 17. Improve the withstand voltage of the transistor. The RESURF layer 19 is an n -GaN layer formed by implanting an n-type impurity such as Si into the semiconductor active layer 13 which is a p-GaN layer by an ion implantation method. The impurity concentration of the RESURF layer 19 is lower than that of the drain contact layer 18d.

さらに、電界効果トランジスタ10は、パッシベーション膜(SiO)20を備える。パッシベーション膜20は、ゲート電極15とドレインコンタクト層18dとの間の半導体活性層13を覆うように、リサーフ層19上に形成されている。なお、上記各構成を備えた電界効果トランジスタ10は、RES−MOSFETと称される。 Further, the field effect transistor 10 includes a passivation film (SiO 2 ) 20. The passivation film 20 is formed on the resurf layer 19 so as to cover the semiconductor active layer 13 between the gate electrode 15 and the drain contact layer 18d. In addition, the field effect transistor 10 provided with each said structure is called RES-MOSFET.

以下、第1の実施形態の電界効果トランジスタ10の製造方法について説明する。まず、成長用基板としてのサファイア基板11上に、GaNバッファ層12を1μm厚みに、MOCVD法(有機金属気相成長法)によって成長させる。次に、p−GaNを2μm厚みに成長する。p型ドーパントには、Mgを用いて、Mg濃度を1×1017cm−3に制御する。 Hereinafter, a method for manufacturing the field effect transistor 10 of the first embodiment will be described. First, a GaN buffer layer 12 is grown to a thickness of 1 μm on a sapphire substrate 11 as a growth substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Next, p-GaN is grown to a thickness of 2 μm. Mg is used as the p-type dopant, and the Mg concentration is controlled to 1 × 10 17 cm −3 .

ここで、上記MOCVD法に代えて、HVPE法(ハライド気相エピタキシ法)、MBE法(分子線エピタキシー法)等を用いてもよい。また、上記成長用基板は、Si、SiC、ZnO、ZrB2等を用いてもよい。さらに、p型ドーパントにはBe、Zn、C等を用いてもよい。   Here, instead of the MOCVD method, an HVPE method (halide vapor phase epitaxy method), an MBE method (molecular beam epitaxy method) or the like may be used. Further, Si, SiC, ZnO, ZrB2 or the like may be used for the growth substrate. Further, Be, Zn, C, or the like may be used as the p-type dopant.

[素子分離]
次に、半導体表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程を経て、フォトレジストに素子分離用のパターニングを施す。続いて、ドライエッチング装置(ICP、RIE等)を用いて、半導体層を200nm深さでエッチングする。次に、フォトレジストをアセトンにより除去する。
[Element isolation]
Next, a photoresist is applied to the semiconductor surface, and a pattern for element isolation is applied to the photoresist through a photolithography process. Subsequently, the semiconductor layer is etched to a depth of 200 nm using a dry etching apparatus (ICP, RIE, etc.). Next, the photoresist is removed with acetone.

[リサーフ層(RES)形成]
次に、SiOマスクを1000nm程度の厚みに形成する。続いて、リサーフ形成用の開口パターンをフォトリソグラフィー工程で形成し、フッ酸系水溶液によって開口を行う。次いで、Siのイオン注入を行う。Siのトータルドーズ量は、1×1014cm−2とする。次に、SiOマスクをフッ酸系水溶液によって全面除去する。
[Resurf layer (RES) formation]
Next, a SiO 2 mask is formed to a thickness of about 1000 nm. Subsequently, an opening pattern for forming RESURF is formed by a photolithography process, and opening is performed with a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, Si ions are implanted. The total dose of Si is 1 × 10 14 cm −2 . Next, the entire surface of the SiO 2 mask is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

[コンタクト層(n−GaN)形成]
次に、SiOマスクを1000nm程度の厚みに形成する。続いて、ソースコンタクト層及びドレインコンタクト層となるn−GaN層形成用の開口パターンをフォトリソグラフィー工程で形成し、フッ酸系水溶液によって開口を行う。次いで、Siのイオン注入を行う。Siのトータルドーズ量は、3×1015cm−2とする。次に、SiOマスクをフッ酸系水溶液によって全面除去する。
[Contact layer (n + -GaN) formation]
Next, a SiO 2 mask is formed to a thickness of about 1000 nm. Subsequently, an opening pattern for forming an n + -GaN layer to be a source contact layer and a drain contact layer is formed by a photolithography process, and opening is performed with a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, Si ions are implanted. The total dose of Si is 3 × 10 15 cm −2 . Next, the entire surface of the SiO 2 mask is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

続いて、500nm厚みのSiOキャップ層を全面に堆積する。次に、RTA(瞬時熱アニール)によって、1300℃、30秒間、窒素雰囲気中で活性化アニールを行う。次いで、SiOキャップ層をフッ酸系水溶液によって全面除去する。 Subsequently, a 500 nm thick SiO 2 cap layer is deposited on the entire surface. Next, activation annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 1300 ° C. for 30 seconds by RTA (instantaneous thermal annealing). Next, the entire surface of the SiO 2 cap layer is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

[ゲート酸化膜(SiO)堆積]
次に、半導体層上にPECVD法を用いて、60nm厚みのSiO膜を全面に堆積する。次いで、電気炉を用いて、900℃、30分間、窒素雰囲気中でアニール処理を施す。このアニール処理は、チャネル領域とゲート酸化膜との間の界面準位を低減するために行う。上記のように形成したゲート酸化膜14は、20℃において、NHFの濃度が22%のバッファードフッ酸(BHF)でエッチングしたときのエッチングレートが、1.5−3nm/sである。
[Gate oxide (SiO 2 ) deposition]
Next, a 60 nm thick SiO 2 film is deposited on the entire surface of the semiconductor layer by PECVD. Next, annealing is performed in an atmosphere of nitrogen at 900 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. This annealing process is performed in order to reduce the interface state between the channel region and the gate oxide film. The gate oxide film 14 formed as described above has an etching rate of 1.5-3 nm / s when etched with buffered hydrofluoric acid (BHF) having a NH 4 F concentration of 22% at 20 ° C. .

[パッシベーション膜(SiO)形成]
次に、フォトリソグラフィー工程とBHF処理によって、ゲート−ドレイン間のSiO膜を除去する。続いて、フォトリソグラフィー工程とPCVDによって、ゲート−ドレイン間にパッシベーション膜SiOを堆積する。この工程によって形成したパッシベーション膜20は、20℃において、NHFの濃度が22%のバッファードフッ酸(BHF)でエッチングしたときのエッチングレートが、3−5nm/sである。
[Passivation film (SiO 2 ) formation]
Next, the SiO 2 film between the gate and the drain is removed by a photolithography process and a BHF process. Subsequently, a passivation film SiO 2 is deposited between the gate and the drain by a photolithography process and PCVD. The passivation film 20 formed by this process has an etching rate of 3-5 nm / s when etched with buffered hydrofluoric acid (BHF) having a NH 4 F concentration of 22% at 20 ° C.

ここで、パッシベーション膜20のエッチングレートが、ゲート酸化膜14のエッチングレートよりも大きいということは、パッシベーション膜20を構成するSiOの膜質が、ゲート酸化膜14を構成するSiOの膜質よりも密度が粗であることを意味する。 Here, the etching rate of the passivation film 20 is larger than the etching rate of the gate oxide film 14. This means that the film quality of SiO 2 constituting the passivation film 20 is higher than the film quality of SiO 2 constituting the gate oxide film 14. It means that the density is coarse.

[ソース電極及びドレイン電極形成]
次に、SiO膜にソース電極及びドレイン電極用の開口をフォトリソグラフィー工程で形成する。続いて、絶縁膜の開口から露出するp型層上にTi/Alからなるソース電極16及びドレイン電極17を形成する。また、ソース電極16及びドレイン電極17は、ソースコンタクト層18s及びドレインコンタクト層18dとのオーミック接触が実現可能であれば、Ti/Al以外の電極でもよい。
[Formation of source electrode and drain electrode]
Next, openings for the source electrode and the drain electrode are formed in the SiO 2 film by a photolithography process. Subsequently, a source electrode 16 and a drain electrode 17 made of Ti / Al are formed on the p-type layer exposed from the opening of the insulating film. The source electrode 16 and the drain electrode 17 may be electrodes other than Ti / Al as long as ohmic contact with the source contact layer 18s and the drain contact layer 18d can be realized.

[ゲート電極形成]
続いて、ポリシリコン(poly−Si)をLPCVDやスパッタ法等により素子全面に堆積する。次に、poly−SiをPOClガスが封入された熱拡散炉によって、900℃、20分間のドーピングを行う。次いで、poly−Siがソース電極16、ドレイン電極17の間に残るようにフォトリソグラフィー工程を施す。これにより、ゲート電極15が形成される。ここで、poly−Siのドーピング方法は、P蒸着後の熱拡散法等でもよい。また、ゲート電極15は、Au、Pt、Ni等でもよい。
[Gate electrode formation]
Subsequently, polysilicon (poly-Si) is deposited on the entire surface of the device by LPCVD, sputtering, or the like. Next, doping is performed at 900 ° C. for 20 minutes in a thermal diffusion furnace in which poly-Si is filled with POCl 3 gas. Next, a photolithography process is performed so that poly-Si remains between the source electrode 16 and the drain electrode 17. Thereby, the gate electrode 15 is formed. Here, the poly-Si doping method may be a thermal diffusion method after P deposition. The gate electrode 15 may be Au, Pt, Ni or the like.

以上の工程を経ることで、図1に示す電界効果トランジスタ10を製造できる。   Through the above steps, the field effect transistor 10 shown in FIG. 1 can be manufactured.

なお、RES−MOSFETとしては、上記電界効果トランジスタ10に限られず、図2に示す構成を有する電界効果トランジスタ10Aであってもよい。図2の電界効果トランジスタ10Aは、成長用基板としてシリコン基板11Aを用いており、また、シリコン基板11A上にバッファ層を形成せずに、半導体活性層13Aを形成している点で、上記電界効果トランジスタ10と異なる。   The RES-MOSFET is not limited to the field effect transistor 10 and may be a field effect transistor 10A having the configuration shown in FIG. The field effect transistor 10A of FIG. 2 uses the silicon substrate 11A as a growth substrate, and the above-described electric field is that the semiconductor active layer 13A is formed on the silicon substrate 11A without forming a buffer layer. Different from the effect transistor 10.

本発明者らは、ゲート酸化膜14を、20℃において、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが上記した1.5−3nm/sであれば、半導体活性層13のチャネル領域で低界面準位を得ること、また、パッシベーション膜20を、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが上記した3−5nm/sであれば、通電時にオン抵抗の増加を抑制できることを見出した。以下、図3及び図4を参照して、詳細に説明する。   If the etching rate when the gate oxide film 14 is etched with BHF (22%) at 20 ° C. is 1.5-3 nm / s as described above, the present inventors It has been found that a low interface state can be obtained, and if the etching rate when the passivation film 20 is etched with BHF (22%) is 3-5 nm / s as described above, an increase in on-resistance can be suppressed during energization. It was. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は、パッシベーション膜20の有無及びエッチングレートと、抵抗増加率との関係を示すグラフである。なお、横軸を通電時間(秒)とし、縦軸を通電時でのオン抵抗の増加率(a.u.)とした。まず、グラフAは、パッシベーション膜20を設けない場合を示しており、図示のように、短時間で抵抗増加率が3.89程度まで急峻に上昇する。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the presence / absence of the passivation film 20 and the etching rate and the resistance increase rate. The horizontal axis is energization time (seconds), and the vertical axis is the on-resistance increase rate (a.u.) during energization. First, graph A shows a case where the passivation film 20 is not provided. As shown in the figure, the resistance increase rate rapidly increases to about 3.89 in a short time.

グラフBは、パッシベーション膜20を設け、エッチングレートが2.7nm/sである場合を示しており、オン抵抗増加率がグラフAに比べて小さく、例えば200秒付近で、1.317程度となった。   Graph B shows the case where the passivation film 20 is provided and the etching rate is 2.7 nm / s, and the on-resistance increase rate is smaller than that of graph A, for example, around 1.317 around 200 seconds. It was.

グラフCは、パッシベーション膜20を設け、エッチングレートが4.2nm/sである場合を示しており、オン抵抗増加率がグラフBに比べて更に小さく、例えば200秒付近で、1.004程度となった。   Graph C shows the case where the passivation film 20 is provided and the etching rate is 4.2 nm / s, and the on-resistance increase rate is smaller than that of the graph B. For example, around 200 seconds, it is about 1.004. became.

グラフA〜Cから、上記の条件でエッチングを行ったときのパッシベーション膜20のエッチングレートが、少なくとも3.0nm/s以上であれば、通電時でのオン抵抗の増加を抑制、即ち、経時抵抗変動を小さくできることが分かる。次に、図4を参照して、パッシベーション膜20のエッチングレートの上限について説明する。   From the graphs A to C, if the etching rate of the passivation film 20 when etching is performed under the above conditions is at least 3.0 nm / s or more, an increase in on-resistance during energization is suppressed, that is, resistance over time. It can be seen that the fluctuation can be reduced. Next, the upper limit of the etching rate of the passivation film 20 will be described with reference to FIG.

図4は、パッシベーション膜20のエッチングレートに対応する耐電圧試験の結果を示すグラフである。なお、横軸を電界強度E(MV/cm)とし、縦軸を電流I(A)とした。まず、実線で示すグラフは、パッシベーション膜20のエッチングレートが2.2nm/sである場合を示しており、電界強度が8MV/cm程度となるまで、電流Iが緩やかに上昇し、それ以降、1.30×10−06(A)程度まで上昇した。 FIG. 4 is a graph showing the results of a withstand voltage test corresponding to the etching rate of the passivation film 20. The horizontal axis is the electric field intensity E (MV / cm), and the vertical axis is the current I (A). First, the graph shown by a solid line shows a case where the etching rate of the passivation film 20 is 2.2 nm / s, and the current I gradually increases until the electric field strength reaches about 8 MV / cm, and thereafter It rose to about 1.30 × 10 −06 (A).

次に、点線で示すグラフは、パッシベーション膜20のエッチングレートが3.4nm/sである場合を示しており、電界強度が8MV/cm程度となるまで、電流Iが緩やかに上昇し、それ以降、1.00×10−05(A)程度まで上昇した。 Next, a graph indicated by a dotted line shows a case where the etching rate of the passivation film 20 is 3.4 nm / s, and the current I gradually increases until the electric field strength reaches about 8 MV / cm, and thereafter 1.00 × 10 −05 (A).

更に、一点鎖線で示すグラフは、パッシベーション膜20のエッチングレートが5.5nm/sである場合を示しており、電界強度が1.4MV/cm程度となる間に、電流Iが急峻に上昇して、9.99×10−06(A)程度となった。 Furthermore, the graph indicated by the alternate long and short dash line shows a case where the etching rate of the passivation film 20 is 5.5 nm / s, and the current I increases sharply while the electric field strength reaches about 1.4 MV / cm. Thus, it was about 9.99 × 10 −06 (A).

図4に示すグラフから、パッシベーション膜20のエッチングレートが5.5nm/s以上であれば、耐電圧が小さくなることが分かる。つまり、パッシベーション膜20のBHF(22%)によるエッチングレートが3−5nm/sであれば、耐電圧を小さくすることなく、通電時にオン抵抗の増加を抑制できる。   From the graph shown in FIG. 4, it can be seen that the withstand voltage decreases when the etching rate of the passivation film 20 is 5.5 nm / s or more. That is, if the etching rate of the passivation film 20 by BHF (22%) is 3-5 nm / s, an increase in on-resistance during energization can be suppressed without reducing the withstand voltage.

以下、エッチングレートと通電時にオン抵抗の増加との関係についての考察を述べる。まず、アニールを施すことにより(即ち、エッチングレートを小さくすることにより)、伝導帯付近の界面準位が低下する。しかし、その一方で、ミッドギャップ付近の界面準位が上昇するものと考えられる。ここで、GaNの伝導帯での底のエネルギー準位をEcで示し、また、価電子帯の頂上のエネルギー準位をEvで示すと、ミッドギャップとは、例えば、Ec−1eVからEv−1eVの間である。なお、界面準位が存在すると、伝導帯にある電子が界面準位に捕獲される。このため、電流が減少し、オン抵抗が上昇する。   In the following, consideration will be given to the relationship between the etching rate and the increase in on-resistance during energization. First, by performing annealing (that is, by reducing the etching rate), the interface state near the conduction band is lowered. However, on the other hand, it is considered that the interface state near the mid gap increases. Here, when the energy level at the bottom in the conduction band of GaN is denoted by Ec and the energy level at the top of the valence band is denoted by Ev, the mid gap is, for example, from Ec-1 eV to Ev-1 eV Between. Note that when an interface state exists, electrons in the conduction band are trapped in the interface state. For this reason, the current decreases and the on-resistance increases.

ミッドギャップ付近の界面準位は、電子を捕獲するための時間が長く、短時間では抵抗変動に影響を与えないものの、長時間ではオン抵抗の増加につながる。そのため、エッチングレートが小さい場合には、長時間の通電により、オン抵抗が増加したものと考えられる。   The interface state in the vicinity of the mid gap has a long time for capturing electrons, and does not affect the resistance fluctuation in a short time, but leads to an increase in on-resistance in a long time. For this reason, when the etching rate is low, it is considered that the on-resistance has increased due to energization for a long time.

一方、エッチングレートを大きくしてしまうと、ミッドギャップ付近の界面準位が高く、長時間の通電によって、オン抵抗の増加が見られると考えられる。ここで、エッチングレートの上限については、図4に示したように、耐電圧が小さくなるという点も考慮して規定する。   On the other hand, if the etching rate is increased, the interface state in the vicinity of the mid gap is high, and it is considered that an increase in on-resistance is observed due to long-time energization. Here, the upper limit of the etching rate is defined in consideration of the fact that the withstand voltage is reduced as shown in FIG.

次に、ゲート酸化膜14のエッチングレートについて説明する。ゲート酸化膜14のエッチングレートが1.5nm/sより小さいと、例えばピンホールが生じ易く、耐電圧が低下する場合がある。一方、ゲート酸化膜14のエッチングレートが3nm/sより大きいと、低界面準位を得ることが困難となる。つまり、ゲート酸化膜14のエッチングレートが1.5−3nm/sであれば、低界面準位を得て、チャネル移動度が高くなる。なお、本発明者らは、ゲート酸化膜のエッチングレートと界面準位との関係について、特願2007−244250号で既に出願している。   Next, the etching rate of the gate oxide film 14 will be described. If the etching rate of the gate oxide film 14 is smaller than 1.5 nm / s, for example, pinholes are likely to occur, and the withstand voltage may decrease. On the other hand, when the etching rate of the gate oxide film 14 is larger than 3 nm / s, it is difficult to obtain a low interface state. That is, when the etching rate of the gate oxide film 14 is 1.5-3 nm / s, a low interface state is obtained and the channel mobility is increased. The present inventors have already filed an application in Japanese Patent Application No. 2007-244250 regarding the relationship between the etching rate of the gate oxide film and the interface state.

本実施形態の電界効果トランジスタ10,10Aでは、パッシベーション膜20を構成するSiOの膜質が、ゲート酸化膜14を構成するSiOの膜質よりも密度が粗であり、更に、ゲート酸化膜14及びパッシベーション膜20のエッチングレートがそれぞれ上記範囲内であるので、通電時にオン抵抗の増加を抑制し、大電流を安定して継続的に流すことができる。また、リサーフ層19を有するので、耐電圧を大きくできる。その結果、電界効果トランジスタ10,10Aは、自動車や家電用電源回路等のパワーデバイスに好適に用いることができる。 In the field effect transistors 10 and 10A of this embodiment, the film quality of SiO 2 constituting the passivation film 20 is coarser than the film quality of SiO 2 constituting the gate oxide film 14, and the gate oxide film 14 and Since the etching rate of the passivation film 20 is within the above range, an increase in on-resistance can be suppressed during energization, and a large current can be flowed stably and continuously. Further, since the RESURF layer 19 is provided, the withstand voltage can be increased. As a result, the field effect transistors 10 and 10A can be suitably used for power devices such as automobiles and power supply circuits for home appliances.

(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。電界効果トランジスタ10Bは、例えば、シリコン基板(Si)11Bと、シリコン基板11B上に形成されたバッファ層(BL)12Bと、バッファ層12B上にIII族窒化物半導体を用いて形成された半導体活性層(P−GaN)13Bと、半導体活性層13B上にゲート酸化膜(SiO)14Bを介してリセス溝内に形成されたゲート電極15Bと、ゲート電極15Bに対応して形成され、ソース電極16及びドレイン電極17にそれぞれ接触するソース及びドレインとを備える。ここでは、半導体活性層13Bが、アンドープGaN成長層21と、アンドープGaN成長層21上に形成されたアンドープAlGaN成長層22とからなり、ヘテロ接合界面を有している。なお、ヘテロ接合界面は、GaNからなる電子走行層とAlGaNからなる電子供給層によって構成される。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. The field effect transistor 10B includes, for example, a silicon substrate (Si) 11B, a buffer layer (BL) 12B formed on the silicon substrate 11B, and a semiconductor activity formed on the buffer layer 12B using a group III nitride semiconductor. A layer (P-GaN) 13B, a gate electrode 15B formed in the recess groove on the semiconductor active layer 13B via a gate oxide film (SiO 2 ) 14B, a source electrode formed corresponding to the gate electrode 15B 16 and the drain electrode 17 are provided. Here, the semiconductor active layer 13B is composed of an undoped GaN growth layer 21 and an undoped AlGaN growth layer 22 formed on the undoped GaN growth layer 21, and has a heterojunction interface. The heterojunction interface is constituted by an electron transit layer made of GaN and an electron supply layer made of AlGaN.

さらに、電界効果トランジスタ10Bは、パッシベーション膜(SiO)20Bを備える。パッシベーション膜20Bは、ゲート電極15Bとドレイン電極17との間で、アンドープAlGaN成長層22を覆うように形成されている。なお、上記各構成を備えた電界効果トランジスタ10Bは、Hybrid MOSHEMTと称される。 Further, the field effect transistor 10B includes a passivation film (SiO 2 ) 20B. The passivation film 20 </ b> B is formed so as to cover the undoped AlGaN growth layer 22 between the gate electrode 15 </ b> B and the drain electrode 17. In addition, the field effect transistor 10B provided with each said structure is called Hybrid MOSHEMT.

以下、第2の実施形態の電界効果トランジスタ10Bの製造方法について説明する。まず、成長用基板としてのシリコン基板11B上に、AlGaNとGaNの積層構造を有するバッファ層12Bを、MOCVD法(有機金属気相成長法)によって成長させる。   Hereinafter, a manufacturing method of the field effect transistor 10B of the second embodiment will be described. First, a buffer layer 12B having a laminated structure of AlGaN and GaN is grown on a silicon substrate 11B as a growth substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

次に、p−GaNを1.5μm厚みに成長する。ドーパントには、Mgを用いて、Mg濃度を1×1017cm−3に制御する。続いて、アンドープGaNを100nm厚みに成長し、更に、アンドープAlGaN(Al=22%)を20nm厚みに成長する。 Next, p-GaN is grown to a thickness of 1.5 μm. Mg is used as the dopant, and the Mg concentration is controlled to 1 × 10 17 cm −3 . Subsequently, undoped GaN is grown to a thickness of 100 nm, and undoped AlGaN (Al = 22%) is grown to a thickness of 20 nm.

ここで、上記MOCVD法に代えて、HVPE法(ハライド気相エピタキシ法)、MBE法(分子線エピタキシー法)等を用いてもよい。また、上記成長用基板としては、サファイア、SiC、ZrB2等を用いてもよい。さらに、ドーパントにはBe、Zn、C等を用いてもよい。   Here, instead of the MOCVD method, an HVPE method (halide vapor phase epitaxy method), an MBE method (molecular beam epitaxy method) or the like may be used. Further, sapphire, SiC, ZrB2 or the like may be used as the growth substrate. Further, Be, Zn, C, or the like may be used as the dopant.

[素子分離]
次に、半導体表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程を経て、フォトレジストに素子分離用のパターニングを施す。次いで、ドライエッチング装置(ICP、RIE等)を用いて、半導体層を200nm深さでエッチングする。続いて、フォトレジストをアセトンにより除去する。
[Element isolation]
Next, a photoresist is applied to the semiconductor surface, and a pattern for element isolation is applied to the photoresist through a photolithography process. Next, the semiconductor layer is etched to a depth of 200 nm using a dry etching apparatus (ICP, RIE, etc.). Subsequently, the photoresist is removed with acetone.

[ゲートリセス]
次に、SiOマスクを300nm程度の厚みに形成する。次いで、ゲートリセス用の開口パターンをフォトリソグラフィー工程で形成し、フッ酸系水溶液によって開口を行う。続いて、ドライエッチング装置を用いて、60nm深さでエッチングを行う。次に、SiOマスクをフッ酸系水溶液によって全面除去する。
[Gate recess]
Next, a SiO 2 mask is formed to a thickness of about 300 nm. Next, an opening pattern for a gate recess is formed by a photolithography process, and opening is performed with a hydrofluoric acid aqueous solution. Subsequently, etching is performed at a depth of 60 nm using a dry etching apparatus. Next, the entire surface of the SiO 2 mask is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

[ゲート酸化膜堆積]
次に、半導体層上にPECVD法を用いて、60nm厚みのSiOを全面に堆積する。次に、電気炉を用いて、900℃、30分間、窒素雰囲気中でアニール処理を施す。このアニール処理は、チャネル領域の界面準位を低減するために行う。上記のように形成したゲート酸化膜(SiO)14Bは、20℃において、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが、1.5−3nm/sである。
[Gate oxide deposition]
Next, SiO 2 having a thickness of 60 nm is deposited on the entire surface of the semiconductor layer by PECVD. Next, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. This annealing process is performed in order to reduce the interface state of the channel region. The gate oxide film (SiO 2 ) 14B formed as described above has an etching rate of 1.5-3 nm / s when etched with BHF (22%) at 20 ° C.

[パッシベーション膜形成]
次に、フォトリソグラフィー工程とBHF処理によって、ゲート−ドレイン間のSiOを除去する。次に、フォトリソグラフィー工程とPCVDによって、ゲート−ドレイン間にパッシベーション膜(SiO)20Bを堆積する。この工程によって形成したパッシベーション膜(SiO)20Bは、20℃において、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが、3−5nm/sである。
[Passivation film formation]
Next, SiO 2 between the gate and the drain is removed by a photolithography process and BHF treatment. Next, a passivation film (SiO 2 ) 20B is deposited between the gate and the drain by a photolithography process and PCVD. The passivation film (SiO 2 ) 20B formed by this process has an etching rate of 3-5 nm / s when etched with BHF (22%) at 20 ° C.

[ソース電極及びドレイン電極形成]
次に、絶縁膜にソース電極及びドレイン電極用の開口をフォトリソグラフィー工程で形成する。続いて、絶縁膜の開口から露出するp型層上にTi/Alからなるソース電極16及びドレイン電極17を形成する。また、ソース電極16及びドレイン電極17は、オーミック接触が実現可能であれば、Ti/Al以外の電極でもよい。
[Formation of source electrode and drain electrode]
Next, openings for a source electrode and a drain electrode are formed in the insulating film by a photolithography process. Subsequently, a source electrode 16 and a drain electrode 17 made of Ti / Al are formed on the p-type layer exposed from the opening of the insulating film. Further, the source electrode 16 and the drain electrode 17 may be electrodes other than Ti / Al as long as ohmic contact can be realized.

[ゲート電極形成]
次に、ポリシリコン(poly−Si)をLPCVDやスパッタ法等により素子全面に堆積する。次いで、poly−SiをPOClガスが封入された熱拡散炉によって、900℃、20分間のドーピングを行う。続いて、poly−Siがソース電極16、ドレイン電極17の間に残るようにフォトリソグラフィー工程を施す。これにより、ゲート電極15Bが形成される。ここで、poly−Siのドーピング方法は、P蒸着後の熱拡散法等でもよい。また、ゲート電極15Bは、Au、Pt、Ni等でもよい。
[Gate electrode formation]
Next, polysilicon (poly-Si) is deposited on the entire surface of the device by LPCVD, sputtering, or the like. Next, poly-Si is doped at 900 ° C. for 20 minutes in a thermal diffusion furnace in which POCl 3 gas is sealed. Subsequently, a photolithography process is performed so that poly-Si remains between the source electrode 16 and the drain electrode 17. Thereby, the gate electrode 15B is formed. Here, the poly-Si doping method may be a thermal diffusion method after P deposition. The gate electrode 15B may be Au, Pt, Ni, or the like.

以上の工程を経ることで、図5に示す電界効果トランジスタ10Bを製造できる。   Through the above steps, the field effect transistor 10B shown in FIG. 5 can be manufactured.

本実施形態の電界効果トランジスタ10Bでは、大電流を安定して継続的に流すことができ、更に、アンドープGaN成長層21及びアンドープAlGaN成長層22のヘテロ接合界面での2次元電子ガスをキャリアとすることで、高い移動度が得られる。   In the field effect transistor 10B of this embodiment, a large current can be stably and continuously flowed, and two-dimensional electron gas at the heterojunction interface between the undoped GaN growth layer 21 and the undoped AlGaN growth layer 22 is used as a carrier. By doing so, high mobility can be obtained.

(第3の実施形態)
図6は、本発明の第3の実施形態に係る電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。電界効果トランジスタ10Cは、例えば、シリコン基板(Si)11Cと、シリコン基板11C上に形成されたバッファ層(BL)12Cと、バッファ層12C上にIII族窒化物半導体を用いて形成された半導体活性層(p−GaN)13Cと、半導体活性層13C上にゲート酸化膜(SiO)14Cを介してリセス溝内に形成されたゲート電極15Cと、ゲート電極15Cに対応して形成され、ソース電極16及びドレイン電極17にそれぞれオーミック接触するn型のソースコンタクト層(n−GaN)18s及びドレインコンタクト層(n−GaN)18dと、リサーフ層であるSiドープGaN(n−GaN)層23と、を備える。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a field effect transistor according to the third embodiment of the present invention. The field effect transistor 10C includes, for example, a silicon substrate (Si) 11C, a buffer layer (BL) 12C formed on the silicon substrate 11C, and a semiconductor activity formed on the buffer layer 12C using a group III nitride semiconductor. A layer (p-GaN) 13C, a gate electrode 15C formed in the recess groove on the semiconductor active layer 13C via a gate oxide film (SiO 2 ) 14C, a source electrode formed corresponding to the gate electrode 15C An n-type source contact layer (n + -GaN) 18s and a drain contact layer (n + -GaN) 18d that are in ohmic contact with the drain electrode 17 and the drain electrode 17, respectively, and a Si-doped GaN (n -GaN) layer that is a RESURF layer 23.

さらに、電界効果トランジスタ10Cは、パッシベーション膜(SiO)20Cを備える。パッシベーション膜20Cは、ゲート電極15Cとドレインコンタクト層18dとの間で、SiドープGaN(n−GaN)層23を覆うように形成されている。上記各構成を備えた電界効果トランジスタ10Cは、Epi−RES MOSFETと称される。 Further, the field effect transistor 10C includes a passivation film (SiO 2 ) 20C. The passivation film 20C is formed so as to cover the Si-doped GaN (n -GaN) layer 23 between the gate electrode 15C and the drain contact layer 18d. The field effect transistor 10C having the above-described configurations is referred to as an Epi-RES MOSFET.

以下、第3の実施形態の電界効果トランジスタ10Cの製造方法について説明する。まず、成長用基板としてのシリコン基板11C上に、AlGaNとGaNの積層構造を有するバッファ層12CをMOCVD法(有機金属気相成長法)によって成長させる。   A method for manufacturing the field effect transistor 10C of the third embodiment will be described below. First, a buffer layer 12C having a laminated structure of AlGaN and GaN is grown on a silicon substrate 11C as a growth substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition).

次に、p−GaNを1.5μm成長する。ドーパントには、Mgを用いて、Mg濃度を1×1017cm−3に制御する。次いで、SiドープGaNを100nm成長する。 Next, 1.5 μm of p-GaN is grown. Mg is used as the dopant, and the Mg concentration is controlled to 1 × 10 17 cm −3 . Next, Si-doped GaN is grown to 100 nm.

ここで、上記MOCVD法に代えて、HVPE法(ハライド気相エピタキシ法)、MBE法(分子線エピタキシー法)等を用いてもよい。また、上記成長用基板は、サファイア、SiC、ZrB2等を用いてもよい。さらに、ドーパントにはBe、Zn、C等を用いてもよい。   Here, instead of the MOCVD method, an HVPE method (halide vapor phase epitaxy method), an MBE method (molecular beam epitaxy method) or the like may be used. Further, sapphire, SiC, ZrB2 or the like may be used for the growth substrate. Further, Be, Zn, C, or the like may be used as the dopant.

[素子分離]
次に、半導体表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー工程を経て、フォトレジストに素子分離用のパターニングを施す。次いで、ドライエッチング装置(ICP、RIE等)を用いて、半導体層を200nm深さでエッチングする。続いて、フォトレジストをアセトンにより除去する。
[Element isolation]
Next, a photoresist is applied to the semiconductor surface, and a pattern for element isolation is applied to the photoresist through a photolithography process. Next, the semiconductor layer is etched to a depth of 200 nm using a dry etching apparatus (ICP, RIE, etc.). Subsequently, the photoresist is removed with acetone.

[コンタクト層(n−GaN層)形成]
次に、SiOマスクを1000nm程度の厚みに形成する。次いで、n−GaN層形成用の開口パターンをフォトリソグラフィー工程で形成し、フッ酸系水溶液によって開口を行う。次に、Siのイオン注入を行う。Siのトータルドーズ量は3×1015cm−2とする。続いて、SiOマスクをフッ酸系水溶液によって全面除去する。
[Contact layer (n + -GaN layer) formation]
Next, a SiO 2 mask is formed to a thickness of about 1000 nm. Next, an opening pattern for forming an n + -GaN layer is formed by a photolithography process, and opening is performed using a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, Si ion implantation is performed. The total dose of Si is 3 × 10 15 cm −2 . Subsequently, the entire surface of the SiO 2 mask is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

[ゲートリセス]
次に、SiOマスクを300nm程度の厚みに形成する。次いで、ゲートリセス用の開口パターンをフォトリソグラフィー工程で形成し、フッ酸系水溶液によって開口を行う。続いて、ドライエッチング装置を用いて、60nm深さでエッチングを行う。次に、SiOマスクをフッ酸系水溶液によって全面除去する。
[Gate recess]
Next, a SiO 2 mask is formed to a thickness of about 300 nm. Next, an opening pattern for a gate recess is formed by a photolithography process, and opening is performed with a hydrofluoric acid aqueous solution. Subsequently, etching is performed at a depth of 60 nm using a dry etching apparatus. Next, the entire surface of the SiO 2 mask is removed with a hydrofluoric acid aqueous solution.

[ゲート酸化膜堆積]
次に、半導体層上にPECVD法を用いて、60nm厚みのSiOを全面に堆積する。次に、電気炉を用いて、900℃、30分間、窒素雰囲気中でアニール処理を施す。このアニール処理は、チャネル領域の界面準位を低減するために行う。上記のように形成したゲート酸化膜(SiO)14Cは、20℃において、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが、1.5−3nm/sである。
[Gate oxide deposition]
Next, SiO 2 having a thickness of 60 nm is deposited on the entire surface of the semiconductor layer by PECVD. Next, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 minutes using an electric furnace. This annealing process is performed in order to reduce the interface state of the channel region. The gate oxide film (SiO 2 ) 14C formed as described above has an etching rate of 1.5-3 nm / s when etched with BHF (22%) at 20 ° C.

[パッシベーション膜形成]
次に、フォトリソグラフィー工程とBHF処理によって、ゲート−ドレイン間のSiOを除去する。次いで、フォトリソグラフィー工程とPCVDによって、ゲート−ドレイン間にパッシベーション膜(SiO)20Cを堆積する。この工程によって形成されたパッシベーション膜20Cは、20℃において、BHF(22%)でエッチングしたときのエッチングレートが、3−5nm/sである。
[Passivation film formation]
Next, SiO 2 between the gate and the drain is removed by a photolithography process and BHF treatment. Next, a passivation film (SiO 2 ) 20C is deposited between the gate and the drain by a photolithography process and PCVD. The passivation film 20C formed by this process has an etching rate of 3-5 nm / s when etched with BHF (22%) at 20 ° C.

[ソース電極及びドレイン電極形成]
次に、絶縁膜にソース電極及びドレイン電極用の開口をフォトリソグラフィー工程で形成する。次いで、絶縁膜の開口から露出するp型層上にTi/Alからなるソース電極16及びドレイン電極17を形成する。また、ソース電極16及びドレイン電極17は、オーミック接触が実現可能であれば、Ti/Al以外の電極でもよい。
[Formation of source electrode and drain electrode]
Next, openings for a source electrode and a drain electrode are formed in the insulating film by a photolithography process. Next, a source electrode 16 and a drain electrode 17 made of Ti / Al are formed on the p-type layer exposed from the opening of the insulating film. Further, the source electrode 16 and the drain electrode 17 may be electrodes other than Ti / Al as long as ohmic contact can be realized.

[ゲート電極形成]
次に、ポリシリコン(poly−Si)をLPCVDやスパッタ法等により素子全面に堆積する。次いで、poly−SiをPOClガスが封入された熱拡散炉によって、900℃、20分間のドーピングを行う。続いて、poly−Siがソース電極16、ドレイン電極17の間に残るようにフォトリソグラフィー工程を施す。これにより、ゲート電極15Cが形成される。また、poly−Siのドーピング方法は、P蒸着後の熱拡散法等でもよい。さらに、ゲート電極15Cは、Au、Pt、Ni等でもよい。
[Gate electrode formation]
Next, polysilicon (poly-Si) is deposited on the entire surface of the device by LPCVD, sputtering, or the like. Next, poly-Si is doped at 900 ° C. for 20 minutes in a thermal diffusion furnace in which POCl 3 gas is sealed. Subsequently, a photolithography process is performed so that poly-Si remains between the source electrode 16 and the drain electrode 17. Thereby, the gate electrode 15C is formed. The poly-Si doping method may be a thermal diffusion method after P deposition. Further, the gate electrode 15C may be Au, Pt, Ni or the like.

以上の工程を経ることで、図6に示す電界効果トランジスタ10Cを製造できる。   Through the above steps, the field effect transistor 10C shown in FIG. 6 can be manufactured.

本実施形態の電界効果トランジスタ10Cでは、大電流を安定して継続的に流すことができ、更に、エピタキシャル成長でリサーフ層を形成するので、イオン注入法で形成する場合に比べて製造プロセスが容易となり、また、耐電圧を大きくできる。   In the field effect transistor 10C of the present embodiment, a large current can be stably flowed, and since the RESURF layer is formed by epitaxial growth, the manufacturing process becomes easier compared to the case of forming by ion implantation. In addition, the withstand voltage can be increased.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の電界効果トランジスタは、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。   Although the present invention has been described based on the preferred embodiment, the field effect transistor of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications and changes can be made from the configuration of the above embodiment. Those subjected to are also included in the scope of the present invention.

10,10A〜10C:電界効果トランジスタ
11,11A〜11C:基板
12,12B,12C:バッファ層
13,13A〜13C:半導体活性層
14,14B,14C:ゲート酸化膜
15,15B,15C:ゲート電極
16:ソース電極
17:ドレイン電極
18s:ソースコンタクト層
18d:ドレインコンタクト層
19,23:リサーフ層(電界緩和層)
20,20B,20C:パッシベーション膜
21:アンドープGaN成長層
22:アンドープAlGaN成長層
10, 10A to 10C: field effect transistors 11, 11A to 11C: substrates 12, 12B, 12C: buffer layers 13, 13A to 13C: semiconductor active layers 14, 14B, 14C: gate oxide films 15, 15B, 15C: gate electrodes 16: Source electrode 17: Drain electrode 18s: Source contact layer 18d: Drain contact layer 19, 23: RESURF layer (electric field relaxation layer)
20, 20B, 20C: Passivation film 21: Undoped GaN growth layer 22: Undoped AlGaN growth layer

Claims (5)

III族窒化物半導体から成る半導体活性層の表面領域に形成されたソース及びドレインと、前記半導体活性層上にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極と前記ドレインの間の前記半導体活性層上に形成されたパッシベーション膜とを備える電界効果トランジスタにおいて、
前記パッシベーション膜を構成する二酸化シリコンの膜質が、前記ゲート酸化膜を構成する二酸化シリコンの膜質よりも密度が粗であり、前記パッシベーション膜及びゲート酸化膜をそれぞれ、20℃において、NH Fの濃度が22%のバッファードフッ酸でエッチングしたときのエッチングレートが、3−5nm/s及び1.5−3nm/sであることを特徴とする電界効果トランジスタ。
A source and drain formed in a surface region of a semiconductor active layer made of a group III nitride semiconductor, a gate electrode formed on the semiconductor active layer via a gate oxide film, and between the gate electrode and the drain In a field effect transistor comprising a passivation film formed on the semiconductor active layer,
The passivation film quality of the silicon dioxide constituting it, the gate oxide film Ri der density roughness than the film quality of the silicon dioxide constituting the passivation film and the gate oxide film, respectively, at 20 ° C., of NH 4 F A field effect transistor having an etching rate of 3-5 nm / s and 1.5-3 nm / s when etched with a buffered hydrofluoric acid having a concentration of 22% .
前記III族窒化物半導体がGaNである、請求項に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1 , wherein the group III nitride semiconductor is GaN. 前記半導体活性層がリセス溝を備え、前記ゲート電極が前記リセス溝内表面に形成されたゲート酸化膜を介して形成されている、請求項1又は2に記載の電界効果トランジスタ。 Wherein with the semiconductor active layer is a recess groove, wherein the gate electrode is formed via a gate oxide film formed on the recessed groove surface, the field effect transistor according to claim 1 or 2. 前記半導体活性層が、GaNからなる電子走行層とAlGaNからなる電子供給層によって構成されるヘテロ接合界面を有する、請求項1〜の何れか一に記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 3 , wherein the semiconductor active layer has a heterojunction interface constituted by an electron transit layer made of GaN and an electron supply layer made of AlGaN. 前記ゲート電極と前記ドレインとの間の前記半導体活性層内に電界緩和層を更に備え、
前記パッシベーション膜が前記電界緩和層上に形成されている、請求項1〜の何れか一に記載の電界効果トランジスタ。
An electric field relaxation layer in the semiconductor active layer between the gate electrode and the drain;
The passivation layer is formed on the field relaxation layer, the field-effect transistor according to any one of claims 1-3.
JP2009087782A 2009-03-31 2009-03-31 Field effect transistor Active JP5448530B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009087782A JP5448530B2 (en) 2009-03-31 2009-03-31 Field effect transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009087782A JP5448530B2 (en) 2009-03-31 2009-03-31 Field effect transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010239063A JP2010239063A (en) 2010-10-21
JP5448530B2 true JP5448530B2 (en) 2014-03-19

Family

ID=43093103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009087782A Active JP5448530B2 (en) 2009-03-31 2009-03-31 Field effect transistor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5448530B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110068348A1 (en) * 2009-09-18 2011-03-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Thin body mosfet with conducting surface channel extensions and gate-controlled channel sidewalls
JP6531691B2 (en) 2016-03-24 2019-06-19 豊田合成株式会社 Method of manufacturing vertical trench MOSFET
KR102555320B1 (en) * 2021-12-09 2023-07-14 한국교통대학교산학협력단 Vertical field effect transistor and method for manufacturing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3949311B2 (en) * 1999-02-22 2007-07-25 株式会社東芝 Manufacturing method of semiconductor device
JP2005268507A (en) * 2004-03-18 2005-09-29 Furukawa Electric Co Ltd:The Field effect transistor and its manufacturing method
JP2007112633A (en) * 2005-10-17 2007-05-10 Toshiba Corp Nitride semiconductor wafer and nitride semiconductor device
JP2008227432A (en) * 2007-03-16 2008-09-25 Furukawa Electric Co Ltd:The Nitride compound semiconductor element and its production process

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010239063A (en) 2010-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101304746B1 (en) Compound semiconductor device and method for fabricating the same
US9837519B2 (en) Semiconductor device
JP5730332B2 (en) Low leakage GANMOSFET
US8941146B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method
JP5731687B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5190923B2 (en) Nitride semiconductor transistor having GaN as channel layer and manufacturing method thereof
US8330187B2 (en) GaN-based field effect transistor
US9577084B2 (en) Semiconductor device having a semiconductor layer stacked body
EP2575177A2 (en) Manufacturing method of compound semiconductor device
JP6035721B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US10541321B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2011082216A (en) Compound semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011198837A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2011192834A (en) Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device
US10134908B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017157589A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
CN114335174A (en) Method for forming semiconductor device using sacrificial cap and insulating layer
JP2012204740A (en) Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5448530B2 (en) Field effect transistor
JP2009076673A (en) Field-effect transistor using group iii nitride semiconductor
US9852925B2 (en) Method of manufacturing semiconductor device
JP5415806B2 (en) Field effect transistor
JP5648307B2 (en) Vertical AlGaN / GaN-HEMT and manufacturing method thereof
US12002853B2 (en) Semiconductor device
US20250006798A1 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110613

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130906

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130917

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131105

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131224

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5448530

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350