JP2014168048A - Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor - Google Patents
Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014168048A JP2014168048A JP2014006040A JP2014006040A JP2014168048A JP 2014168048 A JP2014168048 A JP 2014168048A JP 2014006040 A JP2014006040 A JP 2014006040A JP 2014006040 A JP2014006040 A JP 2014006040A JP 2014168048 A JP2014168048 A JP 2014168048A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- interlayer insulating
- source
- drain electrode
- electrode
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
この発明は、電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法に関し、詳しくは、窒化物半導体層上にソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が形成された電界効果トランジスタおよびその電界効果トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a field effect transistor and a method for manufacturing the field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed on a nitride semiconductor layer, and a method for manufacturing the field effect transistor.
従来、電界効果トランジスタとしては、特許文献1(特開2008−244001号公報)および特許文献2(特開2011−249439号公報)に記載されたものがある。この特許文献1,2に記載された電界効果トランジスタは、ソース電極に電気的に接続されたソースフィールドプレートを、ゲート電極を覆うように絶縁膜上に形成している。
Conventional field effect transistors include those described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-244001) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2011-249439). In the field effect transistors described in
これにより、上記特許文献1の電界効果トランジスタは、ゲート電極とドレイン電極との耐圧を向上でき、電流コラプス現象に起因するオン抵抗の増大を抑制すると共にリーク電流を低減している。
As a result, the field effect transistor disclosed in
また、上記特許文献2の電界効果トランジスタは、ソースフィールドプレートをドレイン電極側に伸ばした上で絶縁膜の一部を開口して、その開口部にソースフィールドプレートを埋めることで、寄生容量を減らしている。 In the field effect transistor of Patent Document 2, the source field plate is extended to the drain electrode side, a part of the insulating film is opened, and the source field plate is buried in the opening to reduce the parasitic capacitance. ing.
しかしながら、上記特許文献1,2の電界効果トランジスタでは、ソースフィールドプレートをドレイン電極に近づけていることから、ソースフィールドプレートへの電界集中によりドレイン電極との耐圧が劣化するという問題がある。また、このような電界効果トランジスタでは、ドレイン電圧が低電圧(特許文献1では300V、特許文献2では60V)の領域を扱っており、ドレイン電圧が高電圧(例えば600V)の領域では、耐圧や信頼性(寿命)が著しく低下するという問題がある。
However, the field effect transistors of
そこで、この発明の課題は、ソースフィールドプレートへの電界集中を緩和でき、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a field effect transistor that can alleviate electric field concentration on a source field plate and has high breakdown voltage and high reliability.
上記課題を解決するため、この発明の電界効果トランジスタは、
窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the field effect transistor of the present invention is
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
An interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
The interface between the interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、その第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜とを有し、
上記第1の層間絶縁膜と上記第2の層間絶縁膜との間かつ上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜を備えた。
In the field effect transistor of one embodiment,
The interlayer insulating film includes at least a first interlayer insulating film formed on the insulating film and the gate electrode, and a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film. ,
There is provided a planarizing film having an insulating property between the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and filling a concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記平坦化膜が上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜で上記第2の層間絶縁膜と接する平坦面を形成している。
In the field effect transistor of one embodiment,
The planarization film fills the recesses on the concavo-convex surface of the first interlayer insulation film, whereby the projections of the first interlayer insulation film and the planarization film filling the recesses provide the second interlayer insulation film. The flat surface which touches is formed.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成されたコンタクトホールを備え、
上記平坦化膜は、上記コンタクトホールに対して間隔をあけて設けられている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A contact hole formed on the interlayer insulating film and on the source electrode and the drain electrode;
The planarizing film is provided with a space from the contact hole.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソース電極上の上記コンタクトホールは、上記第2の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記コンタクトホールの内側方向に向かって傾斜するテーパ面を有すると共に、上記第1の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記窒化物半導体層の平面に対して略垂直な面を有し、
上記ドレイン電極上の上記コンタクトホールは、上記第2の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記コンタクトホールの内側方向に向かって傾斜するテーパ面を有すると共に、上記第1の層間絶縁膜に隣接する領域に、上記窒化物半導体層の平面に対して略垂直な面を有する。
In the field effect transistor of one embodiment,
The contact hole on the source electrode has a tapered surface inclined in the inner direction of the contact hole in a region adjacent to the second interlayer insulating film and is adjacent to the first interlayer insulating film. A region having a plane substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer;
The contact hole on the drain electrode has a tapered surface inclined in the inner direction of the contact hole in a region adjacent to the second interlayer insulating film and is adjacent to the first interlayer insulating film. The region has a plane substantially perpendicular to the plane of the nitride semiconductor layer.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート上に形成された第3の層間絶縁膜と、
上記ソース電極上かつ上記コンタクトホール内に形成されたソース配線層と、
上記ドレイン電極上かつ上記コンタクトホール内に形成されたドレイン配線層と、
上記ソース配線層を介して上記ソース電極に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレートの少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜上に延在するソース給電メタルと、
上記ドレイン配線層を介して上記ドレイン電極に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレートの少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜上に延在するドレイン給電メタルと
を備え、
上記第3の層間絶縁膜と上記ソース給電メタルとの界面および上記第3の層間絶縁膜と上記ドレイン給電メタルとの界面が平坦面である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A third interlayer insulating film formed on the source field plate;
A source wiring layer formed on the source electrode and in the contact hole;
A drain wiring layer formed on the drain electrode and in the contact hole;
A source feeding metal electrically connected to the source electrode through the source wiring layer and extending on the third interlayer insulating film so as to cover at least a part of the source field plate;
A drain feeding metal that is electrically connected to the drain electrode through the drain wiring layer and extends on the third interlayer insulating film so as to cover at least a part of the source field plate;
The interface between the third interlayer insulating film and the source power supply metal and the interface between the third interlayer insulating film and the drain power supply metal are flat surfaces.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレートと上記ドレイン配線層との間は、上記第3の層間絶縁膜で全て埋められている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A space between the source field plate and the drain wiring layer is entirely filled with the third interlayer insulating film.
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ゲート電極の上部から上記ドレイン電極側に向かって上記絶縁膜上に延在するゲートフィールドプレートを備え、
上記ゲートフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部から、上記ドレイン電極または上記ドレイン電極に電気的に接続された導電部までの上記窒化物半導体層の平面に沿った方向の距離をL1とし、上記ゲートフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部から上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部までの上記窒化物半導体層の平面に沿った方向の距離をL2とするとき、
L2/L1 ≧ 0.3以上
である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A gate field plate extending on the insulating film from the top of the gate electrode toward the drain electrode;
The distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer from the edge portion on the drain electrode side of the gate field plate to the drain electrode or the conductive portion electrically connected to the drain electrode is L1, When the distance in the direction along the plane of the nitride semiconductor layer from the edge on the drain electrode side of the gate field plate to the edge on the drain electrode side of the source field plate is L2,
L2 / L1 ≧ 0.3 or more.
また、この発明の電界効果トランジスタの製造方法では、
窒化物半導体層と、
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記第2の層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記第2の層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に上記第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面上に平坦化膜を形成する工程と、
上記平坦化膜の上側および上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜上および上記平坦化膜上に上記第2の層間絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする。
In the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention,
A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
A first interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the second interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein an interface between the second interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface,
Forming the first interlayer insulating film on at least the insulating film and the gate electrode;
Forming a planarizing film on the uneven surface of the first interlayer insulating film;
Removing and flattening the upper side of the planarizing film and the upper side of the convex part of the irregular surface of the first interlayer insulating film;
Forming the second interlayer insulating film on the planarized first interlayer insulating film and on the planarized film.
また、一実施形態の電界効果トランジスタの製造方法では、
上記第2の層間絶縁膜をエッチングマスクを用いてウェットエッチングすることにより、上記ソース電極上および上記ドレイン電極上にコンタクトホールの上側部分となる第1ホール部を夫々形成する工程と、
上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成された上記第1ホール部のさらに下側を上記エッチングマスクを用いてドライエッチングすることにより、上記ソース電極の一部および上記ドレイン電極の一部を露出させて、上記コンタクトホールの下側部分となる第2ホール部を夫々形成する工程と
を有する。
Further, in the method of manufacturing a field effect transistor of one embodiment,
Forming a first hole portion as an upper portion of a contact hole on the source electrode and the drain electrode by performing wet etching on the second interlayer insulating film using an etching mask;
The lower part of the first hole portion formed on the source electrode and the drain electrode is dry-etched using the etching mask to expose a part of the source electrode and a part of the drain electrode. And a step of forming second hole portions which are the lower portions of the contact holes, respectively.
以上より明らかなように、この発明によれば、ソースフィールドプレートのドレイン電極側の端縁部がゲート電極のドレイン電極側の端縁部よりもドレイン電極側にし、かつ、絶縁膜上およびゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、ゲート電極を覆うようにドレイン電極側に向かって層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートとの界面を平坦化することによって、ゲート電極への電界集中およびソースフィールドプレートへの電界集中が緩和されると共に、層間絶縁膜とソースフィールドプレートとの界面に段差がなくなるので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現することができる。 As is clear from the above, according to the present invention, the edge of the source field plate on the drain electrode side is located closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side, and the insulating film and the gate electrode By flattening the interface between the interlayer insulating film formed thereon and the source field plate extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode, electric field concentration on the gate electrode and Concentration of the electric field on the source field plate is alleviated and a step is eliminated at the interface between the interlayer insulating film and the source field plate, so that problems such as disconnection due to the step are eliminated. Thereby, a field effect transistor having a high breakdown voltage and high reliability can be realized.
以下、この発明の電界効果トランジスタを図示の実施の形態により詳細に説明する。 The field effect transistor of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.
〔第1実施形態〕
図1はこの発明の第1実施形態の電界効果トランジスタの一例としてのノーマリーオンタイプのGaN系HFET(ヘテロ接合電界効果トランジスタ)の平面模式図である。なお、図1では、理解し易くするためにソースフィールドプレートとソース配線層およびドレイン配線層を省略している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic plan view of a normally-on type GaN HFET (heterojunction field effect transistor) as an example of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the source field plate, the source wiring layer, and the drain wiring layer are omitted for easy understanding.
この第1実施形態のGaN系HFETは、図1に示すように、Si基板(図示せず)上に形成された窒化物半導体層10と、窒化物半導体層10上に形成され、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、ソース電極11とドレイン電極12との間かつ窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13とを備えている。また、図1において、31はソース電極11にコンタクト部31aを介して電気的に接続されたソース給電メタル、32はドレイン電極12にコンタクト部32aを介して電気的に接続されたドレイン給電メタルである。
As shown in FIG. 1, the GaN-based HFET of the first embodiment is formed on a
また、図2は図1のII−II線から見たGaN系HFETの断面図を示しており、図4は図1のIV−IV線から見たGaN系HFETの断面図を示している。なお、図2,図4では、GaN系HFETの断面の各部の実際の寸法と図面上の寸法とは一致していない。 2 shows a cross-sectional view of the GaN-based HFET as viewed from the line II-II in FIG. 1, and FIG. 4 shows a cross-sectional view of the GaN-based HFET as viewed from the line IV-IV in FIG. In FIGS. 2 and 4, the actual dimensions of each part of the cross section of the GaN-based HFET do not match the dimensions on the drawings.
図2,図4に示すように、窒化物半導体層10上に、Ti/Alからなるソース電極11とドレイン電極12を互いに間隔をあけて形成している。上記窒化物半導体層10上のソース電極11とドレイン電極12との間かつソース電極11側にTiNからなるゲート電極13を形成している。
As shown in FIGS. 2 and 4, a
上記窒化物半導体層10は、Si基板(図示せず)上に順に形成されたアンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102で構成されている。このアンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102との界面に2DEG(2次元電子ガス)が発生する。
The
なお、上記基板は、Si基板に限らず、サファイヤ基板やSiC基板を用いてもよく、サファイヤ基板やSiC基板上に窒化物半導体層を成長させてもよいし、GaN基板にAlGaN層を成長させる等のように、窒化物半導体からなる基板上に窒化物半導体層を成長させてもよい。また、適宜、バッファ層を基板と各層間に形成してもよい。また、上記アンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102との間に層厚1nm程度のAlN層をヘテロ改善層として形成してもよい。また、上記AlGaN層102上にGaNキャップ層を形成してもよい。
The substrate is not limited to the Si substrate, and a sapphire substrate or SiC substrate may be used. A nitride semiconductor layer may be grown on the sapphire substrate or SiC substrate, or an AlGaN layer is grown on the GaN substrate. As described above, a nitride semiconductor layer may be grown on a substrate made of a nitride semiconductor. Further, a buffer layer may be appropriately formed between the substrate and each layer. Further, an AlN layer having a thickness of about 1 nm may be formed as a hetero improvement layer between the
ここでは、上記窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102の厚さを例えば10nmとしてソース電極11とドレイン電極12をアニールすることでオーミックコンタクト可能にしている。なお、上記アンドープAlGaN層の厚さを例えば30nmとしてアンドープAlGaN層のオーミックコンタクト部分に予めSiドープをしてn型化させることで電極のオーミックコンタクトを可能としてもよい。また、アンドープAlGaN層のうちのソース電極が形成される領域およびドレイン電極が形成される領域に予め、リセスを形成し、このリセスにソース電極およびドレイン電極を蒸着,アニールすることでオーミックコンタクトを可能としてもよい。
Here, the thickness of the
また、上記ゲート電極13は、窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102にショットキー接合している。
The
また、電流コラプスを抑制するためのコラプス抑制膜14が、ソース電極11とゲート電極13との間およびドレイン電極12とゲート電極13との間で窒化物半導体層10上に形成されている。
Further, a
上記コラプス抑制膜14は、一例としてAlNを用いることが可能である。ただし、単結晶AlN膜は、2次元電子ガスに影響を与えることから多結晶もしくはアモルファスであることが望ましい。
For example, AlN can be used for the
あるいは、SiO2やSiOC、SiONなどのSiO2或いはSiOをベースとする化合物をコラプス抑制膜14に用いることができる。
Alternatively, a compound based on SiO 2 or SiO such as SiO 2 , SiOC, or SiON can be used for the
あるいはまた、コラプス抑制膜14は、Siリッチなシリコン窒化膜で作製することも可能である。このSiリッチなシリコン窒化膜とは、Si:N=0.75:1のストイキオメトリなシリコン窒化膜よりもシリコンSiの比率の大きいSiN膜であり、例えば、SiとNとの組成比Si:N=1.1〜1.9:1であり、さらに好ましくは、SiとNとの組成比Si:N=1.3〜1.5:1である。
Alternatively, the
また、ストイキオメトリなSiN膜で作製された絶縁膜15をコラプス抑制膜14上に形成している。なお、この第1実施形態では、一例として、絶縁膜15をストイキオメトリなSiN膜で作製したが、例えば、SiON膜、SiO2膜、Al2O3膜、AlN膜等の他の酸化膜で作製してもよい。
In addition, an insulating
上記ゲート電極13は、窒化物半導体層10のアンドープAlGaN層102にショットキー接合する基部13aとその基部13aからドレイン電極12側に向かって絶縁膜15上に延在するゲートフィールドプレート13bとを有する。
The
また、このGaN系HFETは、絶縁膜15上およびゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、その第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23と、第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間かつ第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜22を備えている。
The GaN-based HFET includes a first
この平坦化膜22の要件としては、
(i) 絶縁体であること
(ii) 下面に凹凸形状があっても、上面を容易に平坦できること
(iii) 望ましくは、平坦化膜の下面(凹凸形状側)に面している物質との間で、誘電率が大きく変わらないような物質を選べること(凹凸形状のところで、不要な電界集中を起こさないため)
がある。
As a requirement of the
(i) Insulator
(ii) Even if the bottom surface is uneven, the top surface can be easily flattened.
(iii) Desirably, a material whose dielectric constant does not change greatly with respect to the material facing the lower surface (uneven shape side) of the planarizing film (unnecessary electric field concentration at the uneven shape). (Because it does not happen)
There is.
この第1実施形態では、上記(i)〜(iii)を満たすSOG(Spin On Glass;スピン・オン・グラス)を用いたが、CMP(Chemical Mechanical Polish; 化学的機械研磨)の手法を用いてもよい。また、平坦化膜の材料としては、周囲の物質によるが、例えばポリイミドやBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass;ホウ素・リン・シリケート・ガラス)等でもよい。 In the first embodiment, SOG (Spin On Glass) satisfying the above (i) to (iii) is used, but a CMP (Chemical Mechanical Polish) method is used. Also good. Further, the material of the planarizing film depends on surrounding substances, but may be polyimide, BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass), or the like.
また、上記GaN系HFETは、ソース電極11に電気的に接続されたソース配線層16と、そのソース配線層16からゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって延び、第2の層間絶縁膜23上に延在するソースフィールドプレート17とを備えている。このソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部は、ゲート電極13のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にある。また、上記第2の層間絶縁膜23とソースフィールドプレート17との界面は平坦面である。
The GaN-based HFET has a
また、上記GaN系HFETは、ドレイン電極12に電気的に接続されたドレイン配線層18と、そのドレイン配線層18からソース電極11側に向かって延び、第2の層間絶縁膜23上に僅かに延在するドレインフィールドプレート19とを備えている。なお、このドレインフィールドプレート19はなくてもよい。
The GaN HFET has a
上記ソースフィールドプレート17上およびドレインフィールドプレート19上、かつ、ソースフィールドプレート17とドレインフィールドプレート19の間を埋めるように第3の層間絶縁膜24を形成している。また、第3の層間絶縁膜24内に平坦化膜25を形成している。
A third
上記ソース配線層16を介してソース電極11に電気的に接続されたソース給電メタル31(図4に示す)が、ソースフィールドプレート17の一部を覆うように、第3の層間絶縁膜24上に延在する。また、上記ドレイン配線層18を介してドレイン電極12に電気的に接続されたドレイン給電メタル32(図2に示す)が、ソースフィールドプレート17の一部を覆うように、第3の層間絶縁膜24上に延在する。
A source power supply metal 31 (shown in FIG. 4) electrically connected to the
上記第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面および第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面は平坦面である。上記ソースフィールドプレート17とドレインフィールドプレート19との間を第3の層間絶縁膜24で全て埋めている。なお、ドレインフィールドプレート19がない場合は、ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間を第3の層間絶縁膜24で全て埋める。
The interface between the third
図3は図2に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示し、図5は図4に示すGaN系HFETの断面の各部の寸法を示している。図3,図5に示すように、下側の平坦化膜22の膜厚は、ゲート電極13のゲートフィールドプレート13bの厚さ(この第1実施形態では20nm)にほぼ依存し、上側の平坦化膜25の膜厚は、ソースフィールドプレート17の厚さ(この第1実施形態では1.7μm)にほぼ依存する。
3 shows the dimensions of each part of the cross section of the GaN HFET shown in FIG. 2, and FIG. 5 shows the dimensions of each part of the cross section of the GaN HFET shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 5, the thickness of the
図6は上記GaN系HFETのゲートフィールドプレート13b端からソースフィールドプレート17端までの距離L2を示している。図6において、L1はゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレインフィールドプレート19までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離であり、L2はゲートフィールドプレート13b端(ドレイン電極12側の端縁部)からソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離である。
FIG. 6 shows a distance L2 from the end of the
なお、この第1実施形態では、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレインフィールドプレート19までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL1としたが、ドレインフィールドプレート19がない場合は、ソースフィールドプレート17端に最も近くかつドレイン電極12に接続されたドレイン配線層18等とソースフィールドプレート17端との距離になる。この発明では、ドレインフィールドプレートやドレイン配線層などは、ドレイン電極に電気的に接続された導電部である。
In the first embodiment, the distance in the direction along the plane of the
ここで、距離L2を2μmおよび3μmとして行ったGaN系HFETの加速試験の結果を図7は示している。図7において、横軸は寿命[時間]を表し、縦軸は故障数/全数×100[%]を表している。 Here, FIG. 7 shows the result of the acceleration test of the GaN-based HFET performed at the distance L2 of 2 μm and 3 μm. In FIG. 7, the horizontal axis represents the life [time], and the vertical axis represents the number of failures / total number × 100 [%].
この加速試験は、図1〜図5に示す構成のGaN系HFETにおいて、周囲温度を200℃とし、ソース電圧を0V、ゲート電圧を−10V、ドレイン電圧を600Vとして行った。 This acceleration test was performed in a GaN-based HFET configured as shown in FIGS. 1 to 5 with an ambient temperature of 200 ° C., a source voltage of 0 V, a gate voltage of −10 V, and a drain voltage of 600 V.
図7に示すように、距離L2を2μmのときの故障数が全体の50%となったときの寿命は75時間であり、距離L2を3μmのときの故障数が全体の50%となったときの寿命は550時間であった。すなわち、距離L2が2μmのGaN系HFETに比べて距離L2が3μmのGaN系HFETの寿命が7.3倍(≒550/75)延びた。 As shown in FIG. 7, the life when the number of failures when the distance L2 is 2 μm is 50% is 75 hours, and the number of failures when the distance L2 is 3 μm is 50%. The lifetime was 550 hours. That is, the lifetime of the GaN HFET having the distance L2 of 3 μm is increased by 7.3 times (≈550 / 75) as compared with the GaN HFET having the distance L2 of 2 μm.
次に、図8は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23とソースフィールドプレート17との界面が平坦面であるときの断面図を示している。図8において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。また、A1はソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の電界強度測定領域、B1はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。
Next, FIG. 8 shows a cross-sectional view when the interface between the second
また、図9はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面に深さ240nmの凹みがあるときの第1比較例の断面図を示している。図9では、第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面の凹みを埋めるように、ソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の下方に埋め込み部17aが形成されている。図9において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。また、A2はソースフィールドプレート17端の電界強度測定領域、B2はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the first comparative example when there is a recess having a depth of 240 nm at the interface between the second
また、図10はGaN系HFETの第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面に深さ770nmの凹みがあるときの第2比較例の断面図を示している。図10では、第2の層間絶縁膜123とソースフィールドプレート17との界面の凹みを埋めるように、ソースフィールドプレート17端(ドレイン電極12側の端縁部)の下方に埋め込み部17bが形成されている。図10において、図2に示す構成と同一の構成部には同一参照番号を付している。A3はソースフィールドプレート17端の電界強度測定領域、B3はゲート電極13直下の電界強度測定領域である。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the second comparative example when the interface between the second
なお、図9,図10に示す第1,第2比較例のGaN系HFETは、この発明と比較するためのものであって、この発明の電界効果トランジスタではない。 The GaN HFETs of the first and second comparative examples shown in FIGS. 9 and 10 are for comparison with the present invention and are not field effect transistors of the present invention.
図11は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の凹みの深さに対するソースフィールドプレート17端および埋め込み部17a,17b端の電界強度を示している(◆印)。ここで、GaN系HFETのコラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜を用いている。
FIG. 11 shows the electric field strength at the end of the
図11に示すように、第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面が平坦化されるほど、ソースフィールドプレート17端の電界強度が緩和されて、耐圧と信頼性が向上する。
As shown in FIG. 11, as the interface between the second
また、図12は上記GaN系HFETの第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の凹みの深さに対するゲート電極13直下の電界強度を示している(■印)。ここで、GaN系HFETのコラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜を用いている。
FIG. 12 shows the electric field intensity directly below the
図12に示すように、第2の層間絶縁膜23,123とソースフィールドプレート17との界面の平坦化の有無に関わらず、ゲート電極13直下の電界強度はほとんど変化せず、リーク電流特性に変化は生じない。
As shown in FIG. 12, the electric field intensity directly below the
次に、この発明の電界効果トランジスタの製造方法の一例としてGaN系HFETの製造工程を図13〜図17に従って説明する。なお、図13〜図17において、図1〜図5に示すGaN系HFETと同一の構成部には、同一参照番号を付している。 Next, a manufacturing process of a GaN-based HFET will be described with reference to FIGS. 13 to 17, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the GaN HFET shown in FIGS. 1 to 5.
この製造方法では、第1の層間絶縁膜21上に形成された平坦化膜を全体にエッチングして、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する。
In this manufacturing method, the flattening film formed on the first
まず、図示しないSi基板上に、MOCVD(有機金属気相成長)法を用いて、アンドープGaN層101とアンドープAlGaN層102を順に形成する。
First, an
次に、上記アンドープAlGaN層102上に、プラズマCVD法を用いて、コラプス抑制膜14となるシリコン窒化膜を形成する。
Next, a silicon nitride film to be the
この電流コラプスとは、特に、GaN系半導体素子において顕著に表れるもので、低電圧動作でのトランジスタのオン抵抗と比べて、高電圧動作でのトランジスタのオン抵抗が著しく高くなってしまう現象である。 This current collapse is particularly prominent in a GaN-based semiconductor element, and is a phenomenon in which the on-resistance of a transistor in a high voltage operation is significantly higher than the on-resistance of the transistor in a low voltage operation. .
その後、上記コラプス抑制膜14上に、プラズマCVD(化学的気相成長)法により、絶縁膜15となるSiN膜を形成する。
Thereafter, an SiN film to be the insulating
次に、フォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことにより、コラプス抑制膜14となるシリコン窒化膜および絶縁膜15となるSiN膜のうち、ソース電極11,ドレイン電極12を形成すべき領域、および、ゲート電極13の基部13aを形成すべき領域を除去して、この領域にアンドープAlGaN層102を露出させる。
Next, by performing dry etching using a photoresist as a mask, a region in which the
次に、上記フォトレジストを除去し、コラプス抑制膜14を熱処理する(例えば500℃で30分間)。
Next, the photoresist is removed, and the
その後、TiNを全面スパッタし、フォトリソグラフィでゲート電極13を形成すべきゲート電極形成領域にエッチングマスク(図示せず)を形成し、このエッチングマスクを用いてドライエッチングまたはウェットエッチングを行なって、ゲート電極形成領域以外のTiN膜を除去して、TiNからなるゲート電極13を形成する。このゲート電極13の基部13aは、AlGaN層102にショットキー接合している。
Thereafter, TiN is sputtered over the entire surface, an etching mask (not shown) is formed in the gate electrode formation region where the
次に、フォトリソグラフィにより、ソース電極11,ドレイン電極12を形成すべき領域にレジストパターン(図示せず)を形成して、このレジストパターン上にTi,Alを順に蒸着し、リフトオフによりTi/Alからなるソース電極11,ドレイン電極12を形成する。
Next, a resist pattern (not shown) is formed in regions where the
次に、上記ソース電極11,ドレイン電極12を、熱処理(オーミックアニール)してオーミック電極にする(例えば500℃で30分)。
Next, the
次に、図13に示すように、絶縁膜15上およびソース電極11,ドレイン電極12,ゲート電極13上に、SiO2からなる第1の層間絶縁膜21を形成し、その第1の層間絶縁膜21上に平坦化膜22となるSOG膜122を形成する。そして、SOG膜122の全体をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 13, a first
次に、図14に示すように、図13に示すSOG膜122のエッチングにより、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める平坦化膜22を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, the
次に、図15に示すように、第1の層間絶縁膜21上にSiO2膜123を形成する。これにより、第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間には、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める平坦化膜22が形成される。そして、エッチングマスク110を用いてSiO2膜123をウェットエッチングする。
Next, as shown in FIG. 15, a SiO 2 film 123 is formed on the first
次に、図16に示すように、図15に示すエッチングマスク110を用いたSiO2膜123のウェットエッチングにより、ソース電極11上およびドレイン電極12上のSiO2膜123に、コンタクトホール200(図17に示す)の上側部分となる第1ホール部201を夫々形成する。そして、ソース電極11上およびドレイン電極12上に形成された第1ホール部201のさらに下側をエッチングマスク110を用いてドライエッチングする。
Next, as shown in FIG. 16, by wet etching of the SiO 2 film 123 using an
そして、図17に示すように、図16に示すエッチングマスク110を用いたSiO2膜123のドライエッチングにより、ソース電極11の一部およびドレイン電極12の一部を露出させて、コンタクトホール200の下側部分となる第2ホール部202を夫々形成する。これにより、ソース電極11上およびドレイン電極12上にコンタクトホール200が夫々形成される。
Then, as shown in FIG. 17, a part of the
上記コンタクトホール200の第1ホール部201において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けている。また、コンタクトホール200の第2ホール部202において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けている。
In the
上記構成のGaN系HFETによれば、ソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部がゲート電極のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にし、かつ、絶縁膜(14,15)上およびゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、ゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17との界面を平坦化することによって、ゲート電極13への電界集中およびソースフィールドプレート17への電界集中が緩和される。さらに、層間絶縁膜(21,23)とソースフィールドプレート17との界面に段差がないので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高いGaN系HFETを実現できる。
According to the GaN-based HFET having the above configuration, the edge of the
また、上記層間絶縁膜の第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間に、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めるように、絶縁性を有する平坦化膜22を形成することによって、SOG等などが用いられる平坦化膜22によるオーバーエッチングを防止できると共に、平坦化膜22上に第2の層間絶縁膜23を敷くことで、ソースフィールドプレート17との密着性を向上できる。
Further, the planarization having an insulating property so as to fill the concave portion of the uneven surface of the first
また、上記平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上できる。
Further, by bringing the first
また、上記平坦化膜22がコンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられていることによって、コンタクトホール200をエッチングする際に、横方向へのエッチングを防止することができる。
In addition, since the
また、上記ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けることによって、段差による断線を防止する。さらに、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けることによって、コンタクトホール200をエッチングする際の、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との膜はがれや段差不良を防止できる。
Further, in the
また、上記第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面を平坦化することによって、ソース給電メタル31への電界集中が緩和されると共に、第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面を平坦化することによって、ドレイン給電メタル32への電界集中が緩和され、耐圧と逆バイアス特性の信頼性(寿命)がさらに向上する。
Further, by flattening the interface between the third
また、上記ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間が第3の層間絶縁膜24で全て埋められていることによって、均一な電位分布が得られると共に、温度変化による膨張・収縮が生じにくく、製品の歩留まりが向上する。
In addition, since the space between the
また、図6に示すゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレイン電極12までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L1に対して、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L2の比を0.3以上とすることによって、信頼性(寿命)がさらに向上する。
Further, the drain electrode of the
また、上記構成のGaN系HFETの製造方法によれば、平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上でき、高耐圧でかつ信頼性の高いGaN系HFETを実現することができる。
Further, according to the method of manufacturing the GaN-based HFET having the above configuration, the first
また、上記平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との界面をウェットエッチングに曝さないようにすることで、上記界面を伝っての平坦化膜22の横方向エッチングを防止することができる。
Further, by preventing the interface between the first
〔第2実施形態〕
上記第1実施形態のGaN系HFETでは、コラプス抑制膜14および絶縁膜15としてシリコン窒化膜(SiNx)を用いたのに対して、この発明の第2実施形態の電界効果トランジスタの一例としてのノーマリーオンタイプのGaN系HFETは、多結晶AlNをコラプス抑制膜14として用い、SiO2を絶縁膜15として用いた。この第2実施形態のGaN系HFETは、コラプス抑制膜14と絶縁膜15の組成を除いて第1実施形態のGaN系HFETと同一の構成をしている。
[Second Embodiment]
In the GaN-based HFET of the first embodiment, the silicon nitride film (SiN x ) is used as the
この第2実施形態の電界効果トランジスタの電界強度の結果を図11,図12において△印で示している。 The field strength results of the field effect transistor according to the second embodiment are indicated by Δ in FIGS.
この第2実施形態のGaN系HFETでは、図11,図12に示すように、上記第1実施形態のGaN系HFETと同様の結果が得られており、コラプス抑制膜14として用いた多結晶AlN、および、絶縁膜15として用いたSiO2は、SiNx膜と同様の機能を有していることが明らかとなった。
In the GaN-based HFET of the second embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, the same result as that of the GaN-based HFET of the first embodiment is obtained, and the polycrystalline AlN used as the
なお、上記第1,第2実施形態では、窒化物半導体層をGaN層とAlGaN層で構成したが、AlxInyGa1-x-yN(x≧0、y≧0、0≦x+y<1)で表されるGaN系半導体層を含むものでもよい。すなわち、上記GaN系半導体層は、AlGaN、GaN、InGaN等を含むものとしてもよい。また、上記第1,第2実施形態では、ノーマリーオンタイプのHFETについて説明したがノーマリーオフタイプでも同様の効果が得られる。 In the first and second embodiments, the nitride semiconductor layer is composed of a GaN layer and an AlGaN layer, but Al x In y Ga 1-xy N (x ≧ 0, y ≧ 0, 0 ≦ x + y <1). It is also possible to include a GaN-based semiconductor layer represented by: That is, the GaN-based semiconductor layer may contain AlGaN, GaN, InGaN, or the like. In the first and second embodiments, the normally-on type HFET has been described. However, the normally-off type can achieve the same effect.
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第1,第2形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
すなわち、この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。 That is, the present invention and the embodiment are summarized as follows.
この発明の電界効果トランジスタは、
窒化物半導体層10と、
上記窒化物半導体層10上にまたは上記窒化物半導体層10内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、
上記ソース電極11と上記ドレイン電極12との間かつ上記窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13と、
上記ソース電極11と上記ゲート電極13との間および上記ドレイン電極12と上記ゲート電極13との間で上記窒化物半導体層10上に形成された絶縁膜(14,15)と、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、
上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ゲート電極13を覆うように上記ドレイン電極12側に向かって上記層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17と
を備え、
上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部は、上記ゲート電極13の上記ドレイン電極12側の端縁部よりも上記ドレイン電極12側にあり、
上記層間絶縁膜(21,23)と上記ソースフィールドプレート17との界面が平坦面であることを特徴とする。
The field effect transistor of this invention is
A
A
A
Insulating films (14, 15) formed on the
An interlayer insulating film (21, 23) formed on at least the insulating film (14, 15) and the
A
The edge of the
The interface between the interlayer insulating films (21, 23) and the
上記構成によれば、ソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部がゲート電極13のドレイン電極12側の端縁部よりもドレイン電極12側にあることによって、ゲート電極13への電界集中が緩和されると共に、絶縁膜(14,15)上およびゲート電極13上に形成された層間絶縁膜(21,23)と、ゲート電極13を覆うようにドレイン電極12側に向かって層間絶縁膜(21,23)上に延在するソースフィールドプレート17との界面を平坦化することによって、ソースフィールドプレート17への電界集中が緩和される。また、層間絶縁膜(21,23)とソースフィールドプレート17との界面に段差がないので、段差に起因する断線などの問題が解消される。これにより、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現できる。
According to the above configuration, since the edge of the
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、その第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23とを有し、
上記第1の層間絶縁膜21と上記第2の層間絶縁膜23との間かつ上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜22を備えた。
In the field effect transistor of one embodiment,
The interlayer insulating film includes at least a first
A
上記実施形態によれば、層間絶縁膜の第1の層間絶縁膜21と第2の層間絶縁膜23との間に、第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めるように、絶縁性を有する平坦化膜22を形成することによって、SOG等などが用いられる平坦化膜22によるオーバーエッチングを防止できると共に、平坦化膜22上に第2の層間絶縁膜23を敷くことで、ソースフィールドプレート17との密着性を向上できる。
According to the embodiment, the insulating property is provided so that the concave portion of the uneven surface of the first
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記平坦化膜22が上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜21の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜22で上記第2の層間絶縁膜23と接する平坦面を形成している。
In the field effect transistor of one embodiment,
The flattening
上記実施形態によれば、平坦化膜22下にある第1の層間絶縁膜21と、平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23とを接触させることにより、第1,第2の層間絶縁膜21,23同士の密着性を向上できる。
According to the embodiment, the first
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上に形成されたコンタクトホール200を備え、
上記平坦化膜22は、上記コンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A
The
上記実施形態によれば、平坦化膜22がコンタクトホール200に対して間隔をあけて設けられていることによって、コンタクトホール200をエッチングする際に、横方向へのエッチングを防止することができる。
According to the embodiment described above, the
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソース電極11上の上記コンタクトホール200は、上記第2の層間絶縁膜23に隣接する領域に、上記コンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを有すると共に、上記第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、上記窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを有し、
上記ドレイン電極12上の上記コンタクトホール200は、上記第2の層間絶縁膜23に隣接する領域に、上記コンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを有すると共に、上記第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、上記窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを有する。
In the field effect transistor of one embodiment,
The
The
上記実施形態によれば、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第2の層間絶縁膜23に隣接する領域にコンタクトホール200の内側方向に向かって傾斜するテーパ面201aを設けることによって、段差による断線を防止すると共に、ソース電極11上のコンタクトホール200およびドレイン電極12上のコンタクトホール200において、第1の層間絶縁膜21に隣接する領域に、窒化物半導体層10の平面に対して略垂直な面202aを設けることによって、コンタクトホール200をエッチングする際の、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との膜はがれや、段差不良を防止できる。
According to the above embodiment, in the
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート17上に形成された第3の層間絶縁膜24と、
上記ソース電極11上かつ上記コンタクトホール200内に形成されたソース配線層16と、
上記ドレイン電極12上かつ上記コンタクトホール200内に形成されたドレイン配線層18と、
上記ソース配線層16を介して上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレート17の少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜24上に延在するソース給電メタル31と、
上記ドレイン配線層18を介して上記ドレイン電極12に電気的に接続され、上記ソースフィールドプレート17の少なくとも一部を覆うように、上記第3の層間絶縁膜24上に延在するドレイン給電メタル32と
を備え、
上記第3の層間絶縁膜24と上記ソース給電メタル31との界面および上記第3の層間絶縁膜24と上記ドレイン給電メタル32との界面が平坦面である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A third
A
A
A
A
The interface between the third
上記実施形態によれば、第3の層間絶縁膜24とソース給電メタル31との界面を平坦化することによって、ソース給電メタル31への電界集中が緩和されると共に、第3の層間絶縁膜24とドレイン給電メタル32との界面を平坦化することによって、ドレイン給電メタル32への電界集中が緩和され、耐圧と逆バイアス特性の信頼性(寿命)がさらに向上する。
According to the above embodiment, by flattening the interface between the third
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ソースフィールドプレート17と上記ドレイン配線層18との間は、上記第3の層間絶縁膜24で全て埋められている。
In the field effect transistor of one embodiment,
A space between the
上記実施形態によれば、ソースフィールドプレート17とドレイン配線層18との間が第3の層間絶縁膜24で全て埋められていることによって、均一な電位分布が得られると共に、温度変化による膨張・収縮が生じにくく、製品の歩留まりが向上する。
According to the above embodiment, since the space between the
また、一実施形態の電界効果トランジスタでは、
上記ゲート電極13の上部から上記ドレイン電極12側に向かって上記絶縁膜(14,15)上に延在するゲートフィールドプレート13bを備え、
上記ゲートフィールドプレート13bの上記ドレイン電極12側の端縁部から、上記ドレイン電極12または上記ドレイン電極12に電気的に接続された導電部までの上記窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL1とし、上記ゲートフィールドプレート13bの上記ドレイン電極12側の端縁部から上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部までの上記窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離をL2とするとき、
L2/L1 ≧ 0.3以上
である。
In the field effect transistor of one embodiment,
A
In the direction along the plane of the
L2 / L1 ≧ 0.3 or more.
上記実施形態によれば、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からドレイン電極12までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L1に対して、ゲートフィールドプレート13bのドレイン電極12側の端縁部からソースフィールドプレート17のドレイン電極12側の端縁部までの窒化物半導体層10の平面に沿った方向の距離L2の比を0.3以上とすることによって、信頼性(寿命)がさらに向上する。
According to the above embodiment, the drain of the
また、この発明の電界効果トランジスタの製造方法では、
窒化物半導体層10と、
上記窒化物半導体層10上にまたは上記窒化物半導体層10内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極11およびドレイン電極12と、
上記ソース電極11と上記ドレイン電極12との間かつ上記窒化物半導体層10上に形成されたゲート電極13と、
上記ソース電極11と上記ゲート電極13との間および上記ドレイン電極12と上記ゲート電極13との間で上記窒化物半導体層10上に形成された絶縁膜(14,15)と、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に形成された第1の層間絶縁膜21と、
上記第1の層間絶縁膜21上に形成された第2の層間絶縁膜23と、
上記ソース電極11に電気的に接続され、上記ゲート電極13を覆うように上記ドレイン電極12側に向かって上記第2の層間絶縁膜23上に延在するソースフィールドプレート17と
を備え、
上記ソースフィールドプレート17の上記ドレイン電極12側の端縁部は、上記ゲート電極13の上記ドレイン電極12側の端縁部よりも上記ドレイン電極12側にあり、
上記第2の層間絶縁膜23と上記ソースフィールドプレート17との界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜(14,15)上および上記ゲート電極13上に上記第1の層間絶縁膜21を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面上に平坦化膜22を形成する工程と、
上記平坦化膜22の上側および上記第1の層間絶縁膜21の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜21上および上記平坦化膜22上に上記第2の層間絶縁膜23を形成する工程と
を有することを特徴とする。
In the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention,
A
A
A
Insulating films (14, 15) formed on the
A first
A second
A
The edge of the
A method of manufacturing a field effect transistor in which an interface between the second
Forming the first
Forming a
Removing and flattening the upper side of the
Forming the second
上記構成によれば、高耐圧でかつ信頼性の高い電界効果トランジスタを実現できる。 According to the above configuration, a field effect transistor with high breakdown voltage and high reliability can be realized.
また、一実施形態の電界効果トランジスタの製造方法では、
上記第2の層間絶縁膜23をエッチングマスク110を用いてウェットエッチングすることにより、上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上にコンタクトホール200の上側部分となる第1ホール部201を夫々形成する工程と、
上記ソース電極11上および上記ドレイン電極12上に形成された上記第1ホール部201のさらに下側を上記エッチングマスク110を用いてドライエッチングすることにより、上記ソース電極11の一部および上記ドレイン電極12の一部を露出させて、上記コンタクトホール200の下側部分となる第2ホール部202を夫々形成する工程と
を有する。
Further, in the method of manufacturing a field effect transistor of one embodiment,
By wet-etching the second
The lower part of the
上記実施形態によれば、平坦化膜22下の第1の層間絶縁膜21と平坦化膜22上の第2の層間絶縁膜23との界面をウェットエッチングに曝さないようにすることで、上記界面を伝っての平坦化膜22の横方向エッチングを防止することができる。
According to the embodiment, the interface between the first
10…窒化物半導体層
11…ソース電極
12…ドレイン電極
13…ゲート電極
13a…基部
13b…ゲートフィールドプレート
14…コラプス抑制膜
15…絶縁膜
16…ソース配線層
17…ソースフィールドプレート
17a,17b…埋め込み部
18…ドレイン配線層
19…ドレインフィールドプレート
21…第1の層間絶縁膜
22…平坦化膜
23,123…第2の層間絶縁膜
24…第3の層間絶縁膜
25…平坦化膜
31…ソース給電メタル
31a…コンタクト部
32…ドレイン給電メタル
32a…コンタクト部
101…アンドープGaN層
102…アンドープAlGaN層
110…エッチングマスク
200…コンタクトホール
201…第1ホール部
201a…テーパ面
202…第2ホール部
202a…略垂直な面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
An interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A field effect transistor, wherein an interface between the interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface.
上記層間絶縁膜は、少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、その第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜とを有し、
上記第1の層間絶縁膜と上記第2の層間絶縁膜との間かつ上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋める絶縁性を有する平坦化膜を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1.
The interlayer insulating film includes at least a first interlayer insulating film formed on the insulating film and the gate electrode, and a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film. ,
An electric field effect characterized by comprising a planarizing film having an insulating property between the first interlayer insulating film and the second interlayer insulating film and filling a concave portion of the uneven surface of the first interlayer insulating film Transistor.
上記平坦化膜が上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面の凹部を埋めることによって、上記第1の層間絶縁膜の凸部および上記凹部を埋めた上記平坦化膜で上記第2の層間絶縁膜と接する平坦面を形成していることを特徴とする電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 2.
The planarization film fills the recesses on the concavo-convex surface of the first interlayer insulation film, whereby the projections of the first interlayer insulation film and the planarization film filling the recesses provide the second interlayer insulation film. A field effect transistor, characterized in that a flat surface in contact with is formed.
上記層間絶縁膜かつ上記ソース電極上および上記ドレイン電極上に形成されたコンタクトホールを備え、
上記平坦化膜は、上記コンタクトホールに対して間隔をあけて設けられていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 2 or 3,
A contact hole formed on the interlayer insulating film and on the source electrode and the drain electrode;
The field effect transistor according to claim 1, wherein the planarizing film is provided at a distance from the contact hole.
上記窒化物半導体層上にまたは上記窒化物半導体層内に少なくとも一部が形成されると共に、互いに間隔をあけて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記ソース電極と上記ドレイン電極との間かつ上記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
上記ソース電極と上記ゲート電極との間および上記ドレイン電極と上記ゲート電極との間で上記窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に形成された第1の層間絶縁膜と、
上記第1の層間絶縁膜上に形成された第2の層間絶縁膜と、
上記ソース電極に電気的に接続され、上記ゲート電極を覆うように上記ドレイン電極側に向かって上記第2の層間絶縁膜上に延在するソースフィールドプレートと
を備え、
上記ソースフィールドプレートの上記ドレイン電極側の端縁部は、上記ゲート電極の上記ドレイン電極側の端縁部よりも上記ドレイン電極側にあり、
上記第2の層間絶縁膜と上記ソースフィールドプレートとの界面が平坦面である電界効果トランジスタの製造方法であって、
少なくとも上記絶縁膜上および上記ゲート電極上に上記第1の層間絶縁膜を形成する工程と、
上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面上に平坦化膜を形成する工程と、
上記平坦化膜の上側および上記第1の層間絶縁膜の凹凸表面のうちの凸部の上側を除去して平坦化する工程と、
上記平坦化された上記第1の層間絶縁膜上および上記平坦化膜上に上記第2の層間絶縁膜を形成する工程と
を有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 A nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on or at least part of the nitride semiconductor layer and spaced apart from each other;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode and on the nitride semiconductor layer;
An insulating film formed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode;
A first interlayer insulating film formed on at least the insulating film and the gate electrode;
A second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film;
A source field plate electrically connected to the source electrode and extending on the second interlayer insulating film toward the drain electrode so as to cover the gate electrode;
The edge of the source field plate on the drain electrode side is closer to the drain electrode than the edge of the gate electrode on the drain electrode side,
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein an interface between the second interlayer insulating film and the source field plate is a flat surface,
Forming the first interlayer insulating film on at least the insulating film and the gate electrode;
Forming a planarizing film on the uneven surface of the first interlayer insulating film;
Removing and flattening the upper side of the planarizing film and the upper side of the convex part of the irregular surface of the first interlayer insulating film;
And a step of forming the second interlayer insulating film on the planarized first interlayer insulating film and the planarized film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014006040A JP2014168048A (en) | 2013-02-01 | 2014-01-16 | Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013018467 | 2013-02-01 | ||
JP2013018467 | 2013-02-01 | ||
JP2014006040A JP2014168048A (en) | 2013-02-01 | 2014-01-16 | Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014168048A true JP2014168048A (en) | 2014-09-11 |
Family
ID=51617581
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014006040A Pending JP2014168048A (en) | 2013-02-01 | 2014-01-16 | Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014168048A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104465747A (en) * | 2014-11-18 | 2015-03-25 | 西安电子科技大学 | T-shaped source-drain composite field plate power device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005159117A (en) * | 2003-11-27 | 2005-06-16 | Toshiba Corp | Nitride system semiconductor device |
JP2010118556A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2014072379A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
-
2014
- 2014-01-16 JP JP2014006040A patent/JP2014168048A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005159117A (en) * | 2003-11-27 | 2005-06-16 | Toshiba Corp | Nitride system semiconductor device |
JP2010118556A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2014072379A (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | Compound semiconductor device and manufacturing method of the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104465747A (en) * | 2014-11-18 | 2015-03-25 | 西安电子科技大学 | T-shaped source-drain composite field plate power device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210351288A1 (en) | Semiconductor structure having both enhancement mode group iii-n high electron mobility transistors and depletion mode group iii-n high electron mobility transistors | |
TWI767726B (en) | IMPROVED GaN STRUCTURES | |
JP6522521B2 (en) | Electrode of semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP6066933B2 (en) | Electrode structure of semiconductor devices | |
WO2020206959A1 (en) | High hole mobility transistor (hhmt) and manufacturing method therefor | |
US8530937B2 (en) | Compound semiconductor device having insulation film with different film thicknesses beneath electrodes | |
US9196731B2 (en) | Semiconductor device | |
US9443941B2 (en) | Compound semiconductor transistor with self aligned gate | |
US20130134505A1 (en) | Semiconductor device for power and method of manufacture thereof | |
US20140374766A1 (en) | Bi-directional gallium nitride switch with self-managed substrate bias | |
CN112018107B (en) | Nitride semiconductor device | |
US10381469B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
CN103887334A (en) | GaN HEMTs and GaN diodes | |
TWI661555B (en) | Enhancement mode hemt device | |
CN107403838B (en) | Power metal oxide semiconductor field effect transistor | |
US20150021666A1 (en) | Transistor having partially or wholly replaced substrate and method of making the same | |
US20240038852A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US20240047451A1 (en) | Nitride-based semiconductor ic chip and method for manufacturing the same | |
US20160315204A1 (en) | Diode device and method for manufacturing the same | |
CN113658862A (en) | Preparation method of p-GaN gate enhanced HEMTs device with stable threshold voltage | |
TWI693716B (en) | Semiconductor devices and methods for fabricating the same | |
JP6530210B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
WO2014129245A1 (en) | Nitride semiconductor device | |
KR20130082306A (en) | High electron mobility transistor and method of manufacturing the same | |
JP2014168048A (en) | Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20161003 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170616 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170627 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180109 |