JP5463529B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents
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Description
本発明は、パワーエレクトロニクス用デバイスや高周波増幅デバイスとして用いられる窒化化合物からなる電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a field effect transistor made of a nitride compound used as a power electronics device or a high frequency amplification device, and a method for manufacturing the same.
III−V族窒化化合物に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持つので、高温、大パワー、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。特に、AlGaN/GaNヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ(FET)は、ピエゾ効果によって、界面に2次元電子ガスが発生している。この2次元電子ガスは、高い電子移動度とキャリア密度を有しており、多くの注目を集めている。また、AlGaN/GaNヘテロ構造を用いたヘテロ接合FET(HFET)は、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度を持ち、高温動作が可能である。これらの特徴は、パワースイッチング応用に非常に好適である。ところが、通常のAlGaN/GaN HFETは、ゲートにバイアスが印加されていないときに電流が流れ、ゲートに負電位を印加することによって電流が遮断されるノーマリーオン型デバイスである。一方、パワースイッチング応用においては、デバイスが壊れたときの安全性確保のために、ゲートにバイアスが印加されていないときには電流が流れず、ゲートに正電位を印加することによって電流が流れるノーマリオフ型デバイスが好ましい。 Wide bandgap semiconductors typified by III-V nitride compounds have high dielectric breakdown voltage, good electron transport properties, and good thermal conductivity, so they are very useful as semiconductor devices for high-temperature, high-power, or high-frequency semiconductor devices. Attractive. Particularly, in a field effect transistor (FET) having an AlGaN / GaN heterostructure, a two-dimensional electron gas is generated at the interface due to the piezoelectric effect. This two-dimensional electron gas has high electron mobility and carrier density, and has attracted much attention. In addition, a heterojunction FET (HFET) using an AlGaN / GaN heterostructure has a low on-resistance and a high switching speed, and can operate at a high temperature. These features are very suitable for power switching applications. However, a normal AlGaN / GaN HFET is a normally-on type device in which a current flows when no bias is applied to the gate and the current is interrupted by applying a negative potential to the gate. On the other hand, in power switching applications, in order to ensure safety when the device breaks, a normally-off type device in which no current flows when no bias is applied to the gate and a current flows by applying a positive potential to the gate Is preferred.
ノーマリオフ型デバイスを実現するためには、MOSFET構造を採用する必要がある。図12は、従来のMOSFETの断面概略図である(非特許文献1参照)。このMOSFET800においては、基板801上にバッファ層802を介してp−GaN層803が形成されている。また、ソース・ドレイン領域のオーミック接触を取るためのコンタクト層として、p−GaN層803の一部に、イオン注入法によってn+−GaN領域805、806が形成されている。さらに、ゲート・ドレイン間には、ゲート・ドレイン間の電界を緩和してデバイスの耐圧を向上させるために、RESURF(REduced SURface Field)層と呼ばれるn−−GaN領域804が、イオン注入法によって形成されている。また、SiO2などからなる酸化膜807が形成され、酸化膜807上にゲート電極808が形成されている。ゲート電極808としては、一般的にポリSiが用いられるが、Ni/AuやWSi等の金属電極が用いられることもある。また、n+−GaN領域805、806上には、ソース電極809、ドレイン電極810が形成されている。ソース電極809、ドレイン電極810としては、Ti/AlやTi/AlSi/Moなどの、n+−GaNに対してオーミック接触を形成する金属が用いられる。
In order to realize a normally-off type device, it is necessary to adopt a MOSFET structure. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a conventional MOSFET (see Non-Patent Document 1). In this
ところで、MOSFETにおいては、チャネルの移動度を良好にするためには、酸化膜と半導体との界面の界面準位を低く抑えることが重要である。通常のSi系MOSFETにおいては、酸化膜としてSiを熱酸化して形成したSiO2熱酸化膜が用いられ、界面準位が低い非常に良好な界面が実現されている。一方、窒化化合物系MOSFETの場合は、良好な熱酸化膜が得られないので、p−CVD法によってSiO2などからなる酸化膜を形成することが一般的である。 By the way, in the MOSFET, in order to improve the channel mobility, it is important to keep the interface state at the interface between the oxide film and the semiconductor low. In a normal Si-based MOSFET, a SiO 2 thermal oxide film formed by thermally oxidizing Si is used as an oxide film, and a very good interface with a low interface state is realized. On the other hand, in the case of a nitride compound MOSFET, since a good thermal oxide film cannot be obtained, it is common to form an oxide film made of SiO 2 or the like by the p-CVD method.
ここで、上述したように、従来、n+−GaN領域、n−−GaN領域の形成には、イオン注入法が用いられる。イオン注入法においては、所定の不純物イオンの注入後に、結晶欠陥を回復させ、注入した不純物を活性化するためのアニールが行われる。半導体材料がたとえばGaNの場合は、結晶の結合が強固なため、1000℃程度の高温でアニールを行う必要がある。 Here, as described above, conventionally, an ion implantation method is used to form the n + -GaN region and the n − -GaN region. In the ion implantation method, after the implantation of predetermined impurity ions, annealing for recovering crystal defects and activating the implanted impurities is performed. When the semiconductor material is, for example, GaN, the crystal bond is strong, so that it is necessary to perform annealing at a high temperature of about 1000 ° C.
しかしながら、不純物の活性化率は不純物のドーズ量に依存し、ドーズ量が大きいほど活性化率が高い。その結果、ドーズ量が大きいn+−GaN領域において不純物が完全に活性化するようなアニール条件であっても、n−−GaN領域においては不純物の活性化率は100%とはならず、活性化が不十分となる。n−−GaN領域の活性化が不十分であると、不活性不純物が原因となってリーク電流が増大したり、不活性不純物によってRESURF層であるn−−GaN領域の電子移動度が劣化し、n−−GaN領域の抵抗が高くなったりするといった問題がある。さらに、結晶欠陥の回復が十分でない場合にも、リーク電流の増大とn−−GaN領域の電子移動度の劣化という問題が生じる。 However, the activation rate of impurities depends on the dose amount of impurities, and the greater the dose amount, the higher the activation rate. As a result, even if the annealing conditions are such that the impurity is completely activated in the n + -GaN region where the dose is large, the activation rate of the impurity is not 100% in the n − -GaN region. Will not be enough. If the activation of the n − -GaN region is insufficient, the leakage current increases due to the inert impurity, or the electron mobility of the n − −GaN region which is the RESURF layer is deteriorated by the inert impurity. , There is a problem that the resistance of the n − -GaN region is increased. Furthermore, even when the crystal defects are not sufficiently recovered, there are problems of increased leakage current and degradation of electron mobility in the n − -GaN region.
この問題を解決するために、n−−GaN領域を完全に活性化させようとすると、たとえば1300℃以上の高温でアニールする必要がある。しかし、1300℃以上の高温で長時間アニールを行うと、GaN結晶の表面にピットが発生し、GaN/SiO2の界面の質が不十分なものとなり、チャネルの移動度が劣化してしまうという問題点があった。 In order to solve this problem, in order to completely activate the n − -GaN region, it is necessary to anneal at a high temperature of 1300 ° C. or more, for example. However, if annealing is performed for a long time at a high temperature of 1300 ° C. or more, pits are generated on the surface of the GaN crystal, the quality of the interface of GaN / SiO 2 becomes insufficient, and the mobility of the channel deteriorates. There was a problem.
他方、n−−GaN領域の電子移動度の劣化を補うために、不純物のドーズ量を増やすと、n+−GaN領域とn−−GaN領域との電子濃度の差が小さくなるので、n−−GaN領域の電界を緩和する効果が小さくなり、所望の耐圧性を確保できないという問題があった。 On the other hand, n - to compensate for the electron mobility of the deterioration of -GaN region, increasing the dose of the impurity, n + -GaN region and the n - the difference in electron density between -GaN area is small, n - There was a problem that the effect of relaxing the electric field in the -GaN region was reduced, and the desired pressure resistance could not be ensured.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低い電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a field effect transistor having a high electron mobility, a small leakage current, and a low on-resistance, and a method for manufacturing the field effect transistor.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電界効果トランジスタは、MOS構造を有する電界効果トランジスタであって、基板上に形成したp型窒化化合物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極下部に位置し、イオン注入により形成されたn型コンタクト領域と、前記p型窒化化合物半導体層上にエピタキシャル成長によって積層されるとともに、一端部がドレイン電極側のn型コンタクト領域に隣接し、他の一端部がゲート電極の前記ドレイン電極側にオーバーラップするように形成され、前記n型コンタクト領域よりもキャリア濃度が低いn型窒化化合物半導体からなる電界緩和層と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor having a MOS structure, which includes a p-type nitride compound semiconductor layer formed on a substrate, a source electrode, An n-type contact region located under the drain electrode and formed by ion implantation and laminated on the p-type nitride compound semiconductor layer by epitaxial growth, and one end thereof is adjacent to the n-type contact region on the drain electrode side, And an electric field relaxation layer formed of an n-type nitride compound semiconductor having a carrier concentration lower than that of the n-type contact region, wherein the other end is overlapped with the drain electrode side of the gate electrode. To do.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に抵抗が高くなるように形成されていることを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the electric field relaxation layer is formed so that the resistance increases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. Features.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記電界緩和層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the electric field relaxation layer is formed such that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. It is characterized by.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、MOS構造を有する電界効果トランジスタであって、基板上に形成したp型窒化化合物半導体層と、ソース電極およびドレイン電極下部に位置し、イオン注入により形成されたn型コンタクト領域と、前記p型窒化化合物半導体層上にエピタキシャル成長によって積層されるとともに、一端部がドレイン電極側のn型コンタクト領域に隣接し、他の一端部がゲート電極の前記ドレイン電極側にオーバーラップするように形成されたAlGaN層と、を備え、前記p型窒化化合物半導体層の前記AlGaN層との界面近傍に2次元電子ガスによって形成される電界緩和領域を有することを特徴とする。 The field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor having a MOS structure, and is formed by ion implantation, located under a p-type nitride compound semiconductor layer formed on a substrate, and a source electrode and a drain electrode. The n-type contact region is stacked by epitaxial growth on the p-type nitride compound semiconductor layer, one end is adjacent to the n-type contact region on the drain electrode side, and the other end is on the drain electrode side of the gate electrode And an AlGaN layer formed so as to overlap, and has an electric field relaxation region formed by a two-dimensional electron gas in the vicinity of the interface between the p-type nitride compound semiconductor layer and the AlGaN layer. .
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記AlGaN層は、ドレイン電極側からゲート電極側にむかって段階的または連続的に層厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention, in the above invention, the AlGaN layer is formed so that the layer thickness decreases stepwise or continuously from the drain electrode side to the gate electrode side. Features.
また、本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、MOS構造を有する電界効果トランジスタの製造方法であって、基板上にp型窒化化合物半導体層を形成するp型層形成工程と、前記p型窒化化合物半導体層上にn型窒化化合物半導体層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程と、前記n型窒化化合物半導体層の一端部がゲート電極を形成する領域のドレイン電極を形成する領域側にオーバーラップするように該n型窒化化合物半導体層を成型し、電界緩和層を形成する電界緩和層形成工程と、前記p型窒化化合物半導体層または前記電界緩和層のソース電極および前記ドレイン電極を形成する領域にイオン注入を行い、前記n型窒化化合物半導体層よりもキャリア濃度が高いn型コンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、を含むことを特徴とする。 The field effect transistor manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor having a MOS structure, wherein a p-type layer forming step of forming a p-type nitride compound semiconductor layer on a substrate, and the p-type An epitaxial growth step of epitaxially growing an n-type nitride compound semiconductor layer on the nitride compound semiconductor layer, and one end of the n-type nitride compound semiconductor layer overlapping a region where a drain electrode is formed in a region where a gate electrode is formed An electric field relaxation layer forming step of forming the n-type nitride compound semiconductor layer to form an electric field relaxation layer, and ion implantation into a region for forming the p-type nitride compound semiconductor layer or the source electrode and the drain electrode of the electric field relaxation layer To form an n-type contact region having a carrier concentration higher than that of the n-type nitride compound semiconductor layer. And forming step, characterized in that it comprises a.
また、本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、MOS構造を有する電界効果トランジスタの製造方法であって、基板上にp型窒化化合物半導体層を形成するp型層形成工程と、前記p型窒化化合物半導体層上にAlGaN層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程と、前記AlGaN層の一端部がゲート電極を形成する領域のドレイン電極を形成する領域側にオーバーラップするように該AlGaN層を成型する電界緩和領域形成工程と、前記p型窒化化合物半導体層または前記AlGaN層のソース電極および前記ドレイン電極を形成する領域にイオン注入を行い、n型コンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、を含むことを特徴とする。 The field effect transistor manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a field effect transistor having a MOS structure, wherein a p-type layer forming step of forming a p-type nitride compound semiconductor layer on a substrate, and the p-type An epitaxial growth process for epitaxially growing an AlGaN layer on a nitride compound semiconductor layer, and electric field relaxation for molding the AlGaN layer so that one end of the AlGaN layer overlaps a region where a drain electrode is formed in a region where a gate electrode is formed A region forming step, and a contact region forming step of forming an n-type contact region by performing ion implantation in a region where the source electrode and the drain electrode of the p-type nitride compound semiconductor layer or the AlGaN layer are to be formed. Features.
本発明によれば、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低い電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to realize a field effect transistor having a high electron mobility, a small leakage current, and a low on-resistance, and a method for manufacturing the field effect transistor.
以下に、図面を参照して本発明に係る電界効果トランジスタおよびその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a field effect transistor and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET100は、サファイア、SiC、Siなどからなる基板101上に、AlN層とGaN層を交互に積層して形成したバッファ層102と、p−GaN層103が形成されている。さらに、p−GaN層103の一部に、n+−GaN領域105、106が形成され、p−GaN層103上の一部にn−−GaN層104が形成されている。さらに、n+−GaN領域105、106上に、それぞれソース電極109、ドレイン電極110が形成されている。また、p−GaN層103およびn−−GaN層104上に、SiO2膜107が形成されている。また、SiO2膜107上に、ゲート電極108が形成されている。また、n−−GaN層104は、一端部がn+−GaN領域106に隣接し、他の一端部がゲート電極108のドレイン電極110側にオーバーラップするように形成され、RESURF層として機能する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to Embodiment 1 of the present invention. In this
このMOSFET100は、RESURF層であるn−−GaN層104がエピタキシャル成長により形成され、n+−GaN領域105、106はイオン注入法により形成されている。その結果、このMOSFET100は、n−−GaN層104において不活性不純物がきわめて少ないので、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いMOSFETとなる。
In this
つぎに、図2〜図4を用いて、MOSFET100の製造方法について説明する。はじめに、基板101上に、バッファ層102、p−GaN層103、n−−GaN層104をMOCVD法によってエピタキシャル成長する。p−GaN層103に添加するドーパントはMgであり、添加濃度は5×1015〜1×1017cm−3程度である。一方、n−−GaN層104は厚さが1μmであり、添加するドーパントはSiであり、添加濃度は1×1013cm−2である。
Next, a method for manufacturing
つぎに、n−−GaN層104上の一部にフォトリソグラフィによりパターニングを行う。そして、このパターニングをマスクとして、図3に示すようにn−−GaN層104の一部をエッチング除去してp−GaN層103の一部を露出させる。なお、エッチングにはICP等のドライエッチング法を用いるのが好適である。
Next, a part of the n − -
つぎに、以下のようにして、ソース・ドレイン領域に、n+−GaN領域105、106を形成するためのイオン注入用のマスクを形成する。まず、p−CVD法によって全面にSiO2膜111を1000nmだけ堆積する。つぎに、フォトリソグラフィによって形成したマスクを用いて、n+−GaN領域105、106を形成する部分の直上のSiO2膜111をエッチング除去する。つぎに、全面に表面保護用のSiO2膜112を20nmだけ堆積する。つぎに、以上の工程によってマスクが形成された基板に、図4に示すようにSiイオンのイオンを注入し、n+−GaN領域105、106を形成する。イオン注入の際のドーズ量は、典型的には3×1015cm−2程度である。
Next, an ion implantation mask for forming the n + -
つぎに、SiO2膜111、112をBHF(Buffered HF)によって全面除去し、新たに不純物を活性化させるためのアニールを行うための保護用のキャップ層を全面に堆積する。このキャップ層はSiO2からなるが、AlN、グラファイト等からなるものでもよい。つぎに、n+−GaN領域105、106に含まれる不純物を活性化させるためのアニールを行う。このアニールは、アニール炉を用いて、温度を1100℃としてN2雰囲気中で5分間行う。本製造方法では、比較的ドーズ量が大きく不純物が活性化しやすいn+−GaN領域105、106に対してのみ活性化を行えばよいので、アニールを高温、長時間にする必要がない。したがって、GaN結晶の表面にピットが発生せず、チャネルの移動度が劣化してしまうこともない。アニール終了後は、BHFを用いるなどの適当な方法によってキャップ層を除去する。
Next, the SiO 2 films 111 and 112 are entirely removed by BHF (Buffered HF), and a protective cap layer for annealing for newly activating impurities is deposited on the entire surface. The cap layer is made of SiO 2, AlN, may consist of graphite. Next, annealing for activating the impurities contained in the n + -
つぎに、全面にMOS構造を形成するためのSiO2膜107を100nm堆積し、界面準位を低減するために温度900℃、N2雰囲気中で30分アニールを行う。次いでゲート電極となるポリSiを650nm堆積する。その後、炉内温度を900℃とした炉において、POCl3雰囲気中で基板を20分間アニールすることによって、ポリSiにPをドーピングし、ポリSiをn+型とする。さらに、ゲート領域を規定するためのフォトリソグラフィを行い、RIEによって不要なポリSiをエッチング除去し、ゲート電極108を形成する。なお、ゲート電極108は、その一部がn−−GaN層104にオーバーラップするように形成する。
Next, an SiO 2 film 107 for forming a MOS structure is deposited to 100 nm on the entire surface, and annealing is performed in a N 2 atmosphere for 30 minutes at a temperature of 900 ° C. in order to reduce the interface state. Next, 650 nm of poly-Si serving as a gate electrode is deposited. Thereafter, the substrate is annealed in a POCl 3 atmosphere for 20 minutes in a furnace with an in-furnace temperature of 900 ° C., so that poly Si is doped with P to make the poly Si n + type. Further, photolithography for defining the gate region is performed, unnecessary poly-Si is removed by etching by RIE, and the
さらに、SiO2膜107のn+−GaN領域105、106上の一部をエッチング除去し、ソース電極109、ドレイン電極110を形成し、MOSFET100が完成する。
Further, a part of the SiO 2 film 107 on the n + -
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET200は、MOSFET100と同様に、基板201上に、バッファ層202と、p−GaN層203が形成されている。さらに、p−GaN層203の一部に、n+−GaN領域205、206が形成され、p−GaN層203上の一部にn−−GaN層204が形成されている。さらに、ソース電極209、ドレイン電極210、SiO2膜207、ゲート電極208が形成されている。n−−GaN層204は、一端部がn+−GaN領域206に隣接し、他の一端部がゲート電極208のドレイン電極210側にオーバーラップするように形成され、RESURF層として機能する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the second embodiment of the present invention. In the
このMOSFET200は、RESURF層であるn−−GaN層204がエピタキシャル成長により形成され、n+−GaN領域205、206はイオン注入法により形成されており、MOSFET100と同様に、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いMOSFETとなる。
In this
さらに、n−−GaN層204は、n+−GaN領域206に隣接するn−−GaN層204aと、n−−GaN層204aに隣接するn−−GaN層204bとの2層から構成されている。ここで、n−−GaN層204aとn−−GaN層204bのキャリア密度は同一であるが、層厚についてはn−−GaN層204bの方がn−−GaN層204aよりも薄く形成されている。したがって、n−−GaN層204bのシート抵抗はn−−GaN層204aのシート抵抗よりも高い。その結果、RESURF層であるn−−GaN層204は、ドレイン側からゲート側に向かって抵抗が高くなっているので、電界の集中がさらに緩和される。したがって、MOSFET200は、より耐圧性が高いものとなる。なお、MOSFET200は、n−−GaN層204が厚さの異なる2層から構成されているが、n−−GaN層を同一の厚さでキャリア濃度が異なる2層から構成して、ドレイン側からゲート側に向かって抵抗を高くしてもよいし、3層以上から構成してもよい。
Further, n - -GaN layer 204, n adjacent to n + -GaN region 206 - and -GaN layer 204a, n - n adjacent -
なお、このようなn−−GaN層204は、はじめに均一な層厚のn−−GaN層を形成し、その後形成したn−−GaN層のゲート側を部分的にエッチングして層厚を薄くすることで実現できる。
Such an n − -
(実施の形態3)
図6は本発明の実施の形態3に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET300は、MOSFET100と同様に、基板301上に、バッファ層302と、p−GaN層303が形成されている。さらに、p−GaN層303の一部に、n+−GaN領域305、306が形成されている。さらに、ソース電極309、ドレイン電極310、SiO2膜307、ゲート電極308が形成されている。しかし、MOSFET100とは異なり、n+−GaN領域306上にn+−AlGaN層313が形成されている。さらに、p−GaN層303上に、一端部がn+−AlGaN層313に隣接し、他の一端部がゲート電極308のドレイン電極310側にオーバーラップするようにAlGaN層304が形成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the third embodiment of the present invention. In the
このMOSFET300は、p−GaN層303上にAlGaN層304がエピタキシャル成長により形成されている。その結果、AlGaN/GaNのヘテロ構造が形成され、p−GaN層303のAlGaN層304との界面近傍に自発分極とピエゾ分極によって2次元電子ガスが発生する。このMOSFET300においては、この2次元電子ガスが発生する領域がRESURF領域として機能し、電子移動度がきわめて高くなるとともに、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いMOSFETとなる。
In this
なお、MOSFET300は、上述したMOSFET100と同様の方法で製造できるが、n−−GaN層104に換えてAlGaN層304をエピタキシャル成長した後に、その一部をエッチング除去する点などが異なる。なお、n+−AlGaN層313は、イオン注入によってn+−GaN領域306を形成する際に形成される。また、MOSFET100と同様に、アニールの際には、n+−GaN領域305、306に対してのみ活性化を行えばよいので、アニールを高温、長時間にする必要がない。したがって、GaN結晶の表面にピットが発生せず、チャネルの移動度が劣化してしまうこともない。
The
また、MOSFET300において、MOSFET200と同様に、AlGaN層304をドレイン側からゲート側に向かって層厚が薄くなるように形成してもよい。このようにAlGaN層304を形成すれば、p−GaN層303に発生する2次元電子ガスの密度がドレイン側からゲート側に向かって小さくなる、すなわち抵抗が高くなる。その結果、MOSFET300は、電界の集中がさらに緩和され、より耐圧性が高いものとなる。
In the
(実施の形態4)
図7は本発明の実施の形態4に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET400は、MOSFET100と同様に、基板401上に、バッファ層402と、p−GaN層403が形成されているが、MOSFET100〜300と異なり、n−−GaN層404の一部にn+−GaN領域406が形成されている。また、ゲート電極408のオーバーラップするn−−GaN層404の端部上には、SiO2からなる電界緩和用のフィールド酸化膜407aが形成されている。また、SiO2膜407上には、SiO2からなる層間絶縁膜414が形成されている。このMOSFET400も、RESURF層であるn−−GaN層404がエピタキシャル成長により形成されているので、電子移動度が高く、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いMOSFETとなる。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to Embodiment 4 of the present invention. In the
このMOSFET400は、上述したMOSFET100と同様の方法で製造できるが、下記の点などが異なる。すなわち、保護用のキャップ層を除去した後、全面にSiO2膜を500nmの厚さで成膜する。その後、図8に示すように、n−−GaN層404の端部にフィールド酸化膜407aが残るようにパターニングする。その後、図9に示すように、SiO2膜407、ゲート電極408を形成する。その後、全面に層間絶縁膜414となるSiO2膜を1μmの厚さで成膜する。つぎに、フォトリソグラフィによってパターニングを行い、ソース・ドレイン電極部分のSiO2膜をエッチングで開口し、層間絶縁膜414を形成するとともに、リフトオフ法によってソース電極409、ドレイン電極410を形成する。なお、電極としてはTi/Au(50nm/200nm)電極等が用いられる。つぎに、層間絶縁膜414にゲート電極408用の開口を形成し、Ti/Mo/Au等の電極による配線を行うことにより、MOSFET400が完成する。
The
(実施の形態5)
図10は本発明の実施の形態5に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET500は、MOSFET400と同様に、基板501上に、バッファ層502と、p−GaN層503が形成されており、n−−GaN層504の一部にn+−GaN領域506が形成されており、また、電界緩和用のフィールド酸化膜507aおよび層間絶縁膜514が形成されている。さらに、MOSFET200と同様に、n−−GaN層504は、n−−GaN層504aと、n−−GaN層504bとの2層から構成され、n−−GaN層504bのシート抵抗はn−−GaN層504aのシート抵抗よりも高くなっている。したがって、MOSFET500は、MOSFET200と同様に、より耐圧性が高いものとなる。
(Embodiment 5)
FIG. 10 is a schematic sectional view of a MOSFET according to the fifth embodiment of the present invention. In the
(実施の形態6)
図11は本発明の実施の形態6に係るMOSFETの断面概略図である。このMOSFET600は、基板601上に、バッファ層602と、i−GaN層603が形成されている。さらに、i−GaN層603の一部に、n+−GaN領域605、606が形成され、n+−GaN領域605、606のそれぞれに隣接するように、AlGaN層615、604が形成されている。なお、AlGaN層604、615間には、i−GaN層603に到る深さの溝616が形成されている。さらに、ソース電極609、ドレイン電極610、SiO2膜607、ゲート電極608、層間絶縁膜614が形成されている。
(Embodiment 6)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to the sixth embodiment of the present invention. In the
このMOSFET600は、i−GaN層603上にAlGaN層604がエピタキシャル成長により形成されている。その結果、AlGaN/GaNのヘテロ構造が形成され、i−GaN層603のAlGaN層604との界面近傍に2次元電子ガスが発生し、この2次元電子ガスの発生する領域がRESURF領域として機能する。したがって、このMOSFET600は、電子移動度がきわめて高くなるとともに、リーク電流が小さく、オン抵抗が低いMOSFETとなる。
In this
なお、このMOSFET600を製造する際は、i−GaN層603上にAlGaN層をエピタキシャル成長した後、このAlGaN層を、RESURF領域を形成する領域からドレイン電極を形成する領域の一部にわたる部分とソース電極を形成する領域に隣接する部分とを残してエッチング除去することによって、AlGaN層615、604を形成する。
When manufacturing this
100〜600 MOSFET
101〜601 基板
102〜602 バッファ層
103〜503 p−GaN層
104、204、204a、204b、404、504、504a、504b n−−GaN層
105〜605、106〜606 n+−GaN領域
107〜607、111、112 SiO2膜
108〜608 ゲート電極
109〜609 ソース電極
110〜610 ドレイン電極
304、604、615 AlGaN層
313 n+−AlGaN層
407a、507a フィールド酸化膜
414〜614 層間絶縁膜
603 i−GaN層
616 溝
100-600 MOSFET
101-601 Substrate 102-602 Buffer layer 103-503 p-
Claims (3)
基板上にp型窒化化合物半導体層を形成するp型層形成工程と、
前記p型窒化化合物半導体層上にn型窒化化合物半導体層をエピタキシャル成長するエピタキシャル成長工程と、
前記n型窒化化合物半導体層の一端部がゲート電極を形成する領域のドレイン電極を形成する領域側にオーバーラップするように該n型窒化化合物半導体層を成型し、電界緩和層を形成する電界緩和層形成工程と、
前記p型窒化化合物半導体層または前記電界緩和層のソース電極および前記ドレイン電極を形成する領域にイオン注入を行い、前記n型窒化化合物半導体層よりもキャリア濃度が高いn型コンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、
を含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing a field effect transistor having a MOS structure,
A p-type layer forming step of forming a p-type nitride compound semiconductor layer on the substrate;
An epitaxial growth step of epitaxially growing an n-type nitride compound semiconductor layer on the p-type nitride compound semiconductor layer;
Electric field relaxation for forming an electric field relaxation layer by molding the n-type nitride compound semiconductor layer so that one end of the n-type nitride compound semiconductor layer overlaps a region where a drain electrode is formed in a region where a gate electrode is formed A layer forming step;
Ions are implanted into a region for forming the source electrode and the drain electrode of the p-type nitride compound semiconductor layer or the electric field relaxation layer to form an n-type contact region having a carrier concentration higher than that of the n-type nitride compound semiconductor layer. A region forming step;
A method of manufacturing a field effect transistor comprising:
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