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JP5768340B2 - Compound semiconductor device - Google Patents

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JP5768340B2 JP2010160130A JP2010160130A JP5768340B2 JP 5768340 B2 JP5768340 B2 JP 5768340B2 JP 2010160130 A JP2010160130 A JP 2010160130A JP 2010160130 A JP2010160130 A JP 2010160130A JP 5768340 B2 JP5768340 B2 JP 5768340B2
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Description

本発明は、化合物半導体層を備えた化合物半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device including a compound semiconductor layer and a manufacturing method thereof.

窒化物半導体デバイスは、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスとしての開発が活発に行われている。窒化物半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。特に、GaNを電子走行層とし、AlGaNを電子供給層として用いたAlGaN/GaN・HEMTが注目されている。AlGaN/GaN・HEMTでは、GaNとAlGaNとの格子定数差に起因した歪みがAlGaNに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びAlGaNの自発分極により、高濃度の2次元電子ガス(2DEG)が得られる。そのため、高耐圧及び高出力が実現できる。   Nitride semiconductor devices have been actively developed as high breakdown voltage and high output semiconductor devices utilizing characteristics such as high saturation electron velocity and wide band gap. As nitride semiconductor devices, many reports have been made on field effect transistors, in particular, high electron mobility transistors (HEMTs). In particular, AlGaN / GaN HEMTs using GaN as an electron transit layer and AlGaN as an electron supply layer are attracting attention. In AlGaN / GaN.HEMT, strain caused by the difference in lattice constant between GaN and AlGaN is generated in AlGaN. A high-concentration two-dimensional electron gas (2DEG) is obtained by the piezoelectric polarization generated thereby and the spontaneous polarization of AlGaN. Therefore, high breakdown voltage and high output can be realized.

特開平9−246285号公報JP-A-9-246285 特開昭61−228674号公報Japanese Patent Laid-Open No. 61-228664 特開平4−255235号公報JP-A-4-255235 特開平6−132314号公報JP-A-6-132314

HEMTでは、より高周波特性を向上させるためにゲート容量及びゲート抵抗を低減することができるゲート電極の研究開発が進められている。いわゆるオーバーハング形状のT字型のゲート電極を有するHEMTでは、耐圧向上及び高出力化を考慮すればゲートとドレインとをある程度離間させる必要があり、高周波化を考慮すればゲートとソースとの間の容量及びソース抵抗を低減するような構造が必要である。ゲートとソースとの間の容量を低減するためには、ゲートとソースとの間の距離を大きくすることが望ましい。一方、ソース抵抗を低減するためには、ゲートとソースとの間の距離を小さくすることが望ましい。ゲート電極の構造を工夫した技術はいくつか案出されているが、上記の相反する構造上の要請を満たすゲート電極は未だ案出されていない。この要請を満たすゲート電極は比較的複雑な形状を要するものと考えられるため、これを実現するには、その作製上の困難も大きい。   In the HEMT, research and development of a gate electrode capable of reducing the gate capacitance and the gate resistance in order to further improve the high-frequency characteristics is underway. In a HEMT having a so-called overhang-shaped T-shaped gate electrode, it is necessary to separate the gate and the drain to some extent in consideration of improvement in breakdown voltage and higher output, and in consideration of higher frequency, between the gate and the source. It is necessary to have a structure that reduces the capacitance and source resistance. In order to reduce the capacitance between the gate and the source, it is desirable to increase the distance between the gate and the source. On the other hand, in order to reduce the source resistance, it is desirable to reduce the distance between the gate and the source. Several techniques have been devised to devise the structure of the gate electrode, but no gate electrode that satisfies the above-mentioned conflicting structural requirements has been devised. A gate electrode that satisfies this requirement is considered to require a relatively complicated shape, and it is very difficult to manufacture the gate electrode.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ゲート−ソース間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に実現する量産化に優れた信頼性の高い化合物半導体装置及びそ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-described problems, and is capable of mass production that easily and reliably realizes reduction in gate-source capacitance and source resistance, as well as improvement in breakdown voltage, higher output, and higher frequency. An object of the present invention is to provide a highly reliable compound semiconductor device having excellent reliability and a method for manufacturing the same.

化合物半導体装置の一態様は、基板と、前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、前記化合物半導体層の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記化合物半導体層の上方で、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されたゲート電極とを含み、前記ゲート電極は、前記化合物半導体層の上方との接触面を含む幹状の下方部分と、前記下方部分から傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、前記下方部分は、その前記接触面が前記ドレイン電極に比べて前記ソース電極に偏倚した位置に設けられており、前記上方部分は、その傘状の下端面のうち、前記ソース電極側の部位が前記ドレイン電極側の部位よりも前記基板の表面からの高さが高く、前記ゲート電極は、前記上方部分の前記下端面から前記化合物半導体層の表面までの領域が空洞である。 One aspect of the compound semiconductor device includes a substrate, a compound semiconductor layer formed above the substrate, a source electrode and a drain electrode formed above the compound semiconductor layer, and the compound semiconductor layer above the compound semiconductor layer. A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode, the gate electrode including a trunk-like lower portion including a contact surface with the upper side of the compound semiconductor layer, and an umbrella shape from the lower portion The lower portion is integrally formed with the expanding upper portion, and the lower portion is provided at a position where the contact surface is biased to the source electrode as compared to the drain electrode. of the end face, the high height from the surface of the substrate than the site of the site of the source electrode side is the drain electrode side, the gate electrode, the compound half from the lower end surface of the upper portion Region to the surface of the body layer is hollow.

上記の諸態様によれば、ゲート−ソース間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に可能とする量産化に優れた信頼性の高い化合物半導体装置が実現する。   According to the above aspects, the gate-source capacitance is reduced, the source resistance is reduced, and withstand voltage improvement, high output, and high frequency can be achieved easily and reliably. A compound semiconductor device is realized.

第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the Schottky type AlGaN / GaN * HEMT by 1st Embodiment to process order. 図1に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view subsequent to FIG. 1 illustrating a Schottky-type AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps. 図2に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the Schottky type AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps, following FIG. 2. 図3に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the Schottky type AlGaN / GaN.HEMT according to the first embodiment in order of processes following FIG. 3. 図4に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the Schottky-type AlGaN / GaN.HEMT according to the first embodiment in order of processes following FIG. 4. 図5に引き続き、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the Schottky type AlGaN / GaN.HEMT according to the first embodiment in the order of steps, following FIG. 5. 第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of MIS type AlGaN / GaN * HEMT by 2nd Embodiment to process order. 図6に引き続き、第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the MIS type AlGaN / GaN.HEMT according to the second embodiment in the order of steps, following FIG. 6. 第3の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the power supply device by 3rd Embodiment. 第4の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the high frequency amplifier by 4th Embodiment.

以下、諸実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下の諸実施形態では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMTを開示し、その構成について製造方法と共に説明する。なお、以下の図面において、図示の便宜上、相対的に正確な大きさ及び厚みに示していない構成部材がある。諸実施形態において、素子分離は、所定の素子分離法、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法、又は素子分離領域へのイオン注入等により行う。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, AlGaN / GaN HEMT is disclosed as a compound semiconductor device, and the configuration thereof will be described together with a manufacturing method. In the following drawings, there are constituent members that are not shown in a relatively accurate size and thickness for convenience of illustration. In various embodiments, element isolation is performed by a predetermined element isolation method, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method, ion implantation into an element isolation region, or the like.

(第1の実施形態)
本実施形態では、ショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図1〜図6は、第1の実施形態によるショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。図2〜図6では、キャップ層5から上方の構成部材のみを図示する。
(First embodiment)
In the present embodiment, a Schottky type AlGaN / GaN HEMT is disclosed.
1 to 6 are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a Schottky AlGaN / GaN HEMT according to the first embodiment in the order of steps. 2 to 6 show only components above the cap layer 5.

先ず、図1(a)に示すように、成長用基板として例えば半絶縁性のSiC基板1上に、電子走行層2、中間層3、電子供給層4、及びキャップ層5を順次形成する。AlGaN/GaN・HEMTでは、電子走行層2の電子供給層4(直接的には中間層3)との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が生成される。   First, as shown in FIG. 1A, an electron transit layer 2, an intermediate layer 3, an electron supply layer 4, and a cap layer 5 are sequentially formed on, for example, a semi-insulating SiC substrate 1 as a growth substrate. In the AlGaN / GaN.HEMT, a two-dimensional electron gas (2DEG) is generated near the interface between the electron transit layer 2 and the electron supply layer 4 (directly the intermediate layer 3).

詳細には、SiC基板1上に、例えば分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法により、以下の各化合物半導体層を成長する。MBE法の代わりに、有機金属気相成長法であるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法等を用いても良い。
SiC基板1上に、i−GaN、i−AlGaN、n−AlGaN、及びn+−GaNを順次堆積し、電子走行層2、中間層3、電子供給層4、及びキャップ層5を積層形成する。上記のi−GaN、i−AlGaN、n−GaN、及びn−AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウムガス、トリメチルガリウムガス、及びアンモニアガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるトリメチルアルミニウムガス、Ga源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。n−GaN及びn−AlGaNを成長する際には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaN及びAlGaNにSiをドーピングする。Siのドーピング濃度は、1×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とする。
Specifically, the following compound semiconductor layers are grown on the SiC substrate 1 by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method. Instead of the MBE method, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method which is a metal organic vapor phase epitaxy method may be used.
On the SiC substrate 1, i-GaN, i-AlGaN, n-AlGaN, and n + -GaN are sequentially deposited to form an electron transit layer 2, an intermediate layer 3, an electron supply layer 4, and a cap layer 5. . As growth conditions for the above i-GaN, i-AlGaN, n-GaN, and n-AlGaN, a mixed gas of trimethylaluminum gas, trimethylgallium gas, and ammonia gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of trimethylaluminum gas as an Al source and trimethylgallium gas as a Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of ammonia gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C. When growing n-GaN and n-AlGaN, for example, SiH 4 gas containing, for example, Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and Si is doped into GaN and AlGaN. The doping concentration of Si is about 1 × 10 18 / cm 3 to about 1 × 10 20 / cm 3 , for example, about 5 × 10 18 / cm 3 .

ここで、電子走行層2は膜厚2μm程度、中間層3は膜厚5nm程度で例えばAl比率0.2、電子供給層4は膜厚30nm程度で例えばAl比率0.2、キャップ層5は膜厚10nm程度に形成する。なお、電子供給層4をインテンショナリーアンドープAlGaN(i−AlGaN)層としても良い。   Here, the electron transit layer 2 has a thickness of about 2 μm, the intermediate layer 3 has a thickness of about 5 nm, for example, an Al ratio of 0.2, the electron supply layer 4 has a thickness of about 30 nm, for example, an Al ratio of 0.2, and the cap layer 5 has The film is formed to a thickness of about 10 nm. The electron supply layer 4 may be an intentionally undoped AlGaN (i-AlGaN) layer.

続いて、図1(b)に示すように、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスク10を形成する。
詳細には、キャップ層5上にレジストを塗付し、リソグラフィーによりレジストを加工する。これにより、開口10a,10bを有するレジストマスク10が形成される。開口10aは、キャップ層5の表面におけるソース電極の形成部位を露出するように形成される。開口10bは、キャップ層5の表面におけるドレイン電極の形成部位を露出するように形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, a resist mask 10 for forming a source electrode and a drain electrode is formed.
Specifically, a resist is applied on the cap layer 5 and the resist is processed by lithography. Thereby, the resist mask 10 having the openings 10a and 10b is formed. The opening 10 a is formed so as to expose a source electrode formation site on the surface of the cap layer 5. The opening 10b is formed so as to expose the drain electrode formation site on the surface of the cap layer 5.

続いて、図1(c)に示すように、ソース電極6及びドレイン電極7を形成する。
詳細には、電極材料として例えばTi/Alを用い、蒸着法等により、開口10a,10bを埋め込むようにレジストマスク10上にTi/Alを堆積する。リフトオフ法により、レジストマスク10及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、SiC基板1を、例えば窒素雰囲気中において600℃程度で熱処理し、オーミックコンタクトを確立する。以上により、キャップ層5上には、ソース電極6及びドレイン電極7が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 1C, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed.
Specifically, for example, Ti / Al is used as the electrode material, and Ti / Al is deposited on the resist mask 10 so as to fill the openings 10a and 10b by vapor deposition or the like. The resist mask 10 and Ti / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thereafter, SiC substrate 1 is heat-treated at, for example, about 600 ° C. in a nitrogen atmosphere to establish ohmic contact. Thus, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the cap layer 5.

続いて、図2(a)に示すように、パッシベーション膜8を形成する。
詳細には、例えばPECVD法により、ソース電極6上及びドレイン電極7上を含むSiC基板1上の全面を覆うように、絶縁膜、ここではSiN膜を例えば膜厚35nm〜45nm程度に堆積する。これにより、ソース電極6上及びドレイン電極7上を含むSiC基板1の表面の保護膜として機能するパッシベーション膜8が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, a passivation film 8 is formed.
Specifically, for example, an insulating film, here, a SiN film is deposited to a thickness of, for example, about 35 nm to 45 nm so as to cover the entire surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 6 and the drain electrode 7 by PECVD. Thereby, passivation film 8 that functions as a protective film on the surface of SiC substrate 1 including on source electrode 6 and on drain electrode 7 is formed.

続いて、図2(b)に示すように、第1の電子線レジスト11及び第2の電子線レジスト12を塗布する。
詳細には、パッシベーション膜8上にレジスト、ここでは第1の電子線レジスト11及び第2の電子線レジスト12を、例えば厚み300nm程度及び厚み300nm〜500nm程度に順次塗布形成する。第1の電子線レジスト11は、第2の電子線レジスト12よりも電子線感度が低いものである。具体的に、第1の電子線レジスト11としては例えばポリメチルメタクリレート(PMMA)レジスト等を、第2の電子線レジスト12としては例えば日本ゼオン株式会社製の商品名ZEP520A-7等をそれぞれ用いる。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a first electron beam resist 11 and a second electron beam resist 12 are applied.
Specifically, a resist, here, the first electron beam resist 11 and the second electron beam resist 12 are sequentially applied and formed on the passivation film 8 to a thickness of about 300 nm and a thickness of about 300 nm to 500 nm, for example. The first electron beam resist 11 is lower in electron beam sensitivity than the second electron beam resist 12. Specifically, for example, polymethyl methacrylate (PMMA) resist or the like is used as the first electron beam resist 11, and for example, trade name ZEP520A-7 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. is used as the second electron beam resist 12.

続いて、図2(c)に示すように、第2の電子線レジスト12を電子線露光する。
詳細には、第2の電子線レジスト12のうち、ドレイン電極7側の部分を、比較的低いドーズ量、例えば140μC〜200μC程度の電子線で露光する。図示の例では、第2の電子線レジスト12の電子線露光された部分を露光部分12aとする。このとき、第1の電子線レジスト11は、第2の電子線レジスト12よりも電子線感度が低いレジストであるため、露光されても現像により開口しない。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the second electron beam resist 12 is exposed to an electron beam.
Specifically, a portion of the second electron beam resist 12 on the drain electrode 7 side is exposed with a relatively low dose, for example, an electron beam of about 140 μC to 200 μC. In the example shown in the figure, the electron beam exposed portion of the second electron beam resist 12 is defined as an exposed portion 12a. At this time, since the first electron beam resist 11 is a resist having a lower electron beam sensitivity than the second electron beam resist 12, it does not open due to development even if it is exposed.

続いて、図3(a)に示すように、露光部分12aを除去する。
詳細には、第2の電子線レジスト12の露光部分12aを現像して除去する。これにより、第2の電子線レジスト12は、第1の電子線レジスト11上の、ソース電極6の上方に相当する部分を含む領域に階段状に残存する。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, the exposed portion 12a is removed.
Specifically, the exposed portion 12a of the second electron beam resist 12 is developed and removed. Thereby, the second electron beam resist 12 remains in a stepped manner in a region including a portion corresponding to the upper portion of the source electrode 6 on the first electron beam resist 11.

続いて、図3(b)に示すように、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14を塗布する。
詳細には、第2の電子線レジスト12を覆うように第1の電子線レジスト11上に、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14を、例えば厚み500nm〜550nm程度及び厚み250nm〜300nm程度に順次塗布形成する。第3の電子線レジスト13は、第1の電子線レジスト11及び第2の電子線レジスト12よりも電子線感度が高いレジストである。具体的に、第3の電子線レジスト13としては例えばポリジメチルグルタルイミド(PMGI)等を、第4の電子線レジスト14としては例えば日本ゼオン株式会社製の商品名ZEP520A-7等をそれぞれ用いる。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, a third electron beam resist 13 and a fourth electron beam resist 14 are applied.
Specifically, the third electron beam resist 13 and the fourth electron beam resist 14 are formed on the first electron beam resist 11 so as to cover the second electron beam resist 12, for example, a thickness of about 500 nm to 550 nm and a thickness. The coating is sequentially formed to about 250 nm to 300 nm. The third electron beam resist 13 is a resist having higher electron beam sensitivity than the first electron beam resist 11 and the second electron beam resist 12. Specifically, as the third electron beam resist 13, for example, polydimethylglutarimide (PMGI) or the like is used, and as the fourth electron beam resist 14, for example, trade name ZEP520A-7 manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. is used.

続いて、図3(c)に示すように、第4の電子線レジスト14及び第3の電子線レジスト13を電子線露光する。
詳細には、第3の電子線レジスト13下の第2の電子線レジスト12の先端部分12bに架かるように、ドレイン電極6よりもソース電極8側に偏倚した第4の電子線レジスト14及び第3の電子線レジスト13の部分を、例えば120μC程度のドーズ量の電子線で露光する。図示の例では、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14の電子線露光された部分を露光部分15とする。このとき、第1の電子線レジスト11及び第2の電子線レジスト12は、第3の電子線レジスト13よりも電子線感度が低いレジストであるため、露光されても現像により開口しない。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the fourth electron beam resist 14 and the third electron beam resist 13 are subjected to electron beam exposure.
Specifically, the fourth electron beam resist 14 and the second electron beam resist 14 biased to the source electrode 8 side with respect to the drain electrode 6 so as to extend over the tip portion 12b of the second electron beam resist 12 below the third electron beam resist 13. The third electron beam resist 13 is exposed with an electron beam having a dose of about 120 μC, for example. In the illustrated example, the exposed portions 15 of the third electron beam resist 13 and the fourth electron beam resist 14 are exposed. At this time, since the first electron beam resist 11 and the second electron beam resist 12 are resists having electron beam sensitivity lower than that of the third electron beam resist 13, they are not opened by development even if exposed.

続いて、図4(a)に示すように、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14に第1の開口16を形成する。
詳細には、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14の露光部分15を現像して除去する。これにより、第3の電子線レジスト13及び第4の電子線レジスト14には、第1の電子線レジスト11の表面の一部及び第2の電子線レジスト12の先端部分12bを露出させる第1の開口16が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, a first opening 16 is formed in the third electron beam resist 13 and the fourth electron beam resist 14.
Specifically, the exposed portions 15 of the third electron beam resist 13 and the fourth electron beam resist 14 are developed and removed. As a result, the third electron beam resist 13 and the fourth electron beam resist 14 are exposed to a part of the surface of the first electron beam resist 11 and the tip portion 12 b of the second electron beam resist 12. The opening 16 is formed.

続いて、図4(b)に示すように、第1の開口16の側面に露出する第3の電子線レジスト13を後退させる。
詳細には、図4(a)に引き続き第3の電子線レジスト13を現像する。第3の電子線レジスト13は、第1の電子線レジスト11、第2の電子線レジスト12、及び第4の電子線レジスト14よりも電子線感度が高く、所定の現像液を用いることで現像のレートも高くなる。そのため、第3の電子線レジスト13は、その第1の開口16の側面に露出する部分が現像時間等に対応した所定量だけ横方向に後退する。これにより、第3の電子線レジスト13の、第2の電子線レジスト12と第4の電子線レジスト14との間に空隙17aが、及び第1の電子線レジスト11と第4の電子線レジスト14との間に空隙17bがそれぞれ形成される。空隙17aの形成により、第2の電子線レジスト12の先端部分12bが拡大する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the third electron beam resist 13 exposed on the side surface of the first opening 16 is retracted.
Specifically, the third electron beam resist 13 is developed following FIG. The third electron beam resist 13 has higher electron beam sensitivity than the first electron beam resist 11, the second electron beam resist 12, and the fourth electron beam resist 14, and is developed by using a predetermined developer. The rate will be higher. Therefore, the portion of the third electron beam resist 13 exposed on the side surface of the first opening 16 recedes in the lateral direction by a predetermined amount corresponding to the development time or the like. As a result, a gap 17a is formed between the second electron beam resist 12 and the fourth electron beam resist 14 in the third electron beam resist 13, and the first electron beam resist 11 and the fourth electron beam resist. 14 are formed in the gaps 17b. By forming the gap 17a, the tip portion 12b of the second electron beam resist 12 is enlarged.

続いて、図4(c)に示すように、第1の開口16から露出する第1の電子線レジストを電子線露光する。
詳細には、第1の開口16から露出する第1の電子線レジストのドレイン電極7に比べてソース電極6に偏倚した部位に比較的高いドーズ量、例えば500μC〜600μC程度の電子線で露光する。図示の例では、第1の電子線レジスト11の電子線露光された部分を露光部分11aとする。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the first electron beam resist exposed from the first opening 16 is exposed to an electron beam.
Specifically, the portion biased to the source electrode 6 is exposed to an electron beam having a relatively high dose, for example, about 500 μC to 600 μC, as compared with the drain electrode 7 of the first electron beam resist exposed from the first opening 16. . In the example shown in the drawing, an electron beam exposed portion of the first electron beam resist 11 is defined as an exposed portion 11a.

続いて、図5(a)に示すように、第1の電子線レジスト11に第2の開口11bを形成する。
詳細には、第1の電子線レジスト11の露光部分11aを現像して除去する。これにより、第1の電子線レジスト11には、第1の電子線レジストのドレイン電極7に比べてソース電極6に偏倚した部位にファインゲートの第2の開口11bが形成される。第1の開口16と第2の開口11bとは連通する。図示の例では、この連通した開口をゲート開口17とする。
Subsequently, as shown in FIG. 5A, a second opening 11 b is formed in the first electron beam resist 11.
Specifically, the exposed portion 11a of the first electron beam resist 11 is developed and removed. As a result, the second opening 11b of the fine gate is formed in the first electron beam resist 11 at a portion biased to the source electrode 6 as compared with the drain electrode 7 of the first electron beam resist. The first opening 16 and the second opening 11b communicate with each other. In the example shown in the figure, this open opening is referred to as a gate opening 17.

続いて、図5(b)に示すように、パッシベーション膜8に第3の開口8aを形成する。
詳細には、第1の電子線レジスト11をマスクとして用い、パッシベーション膜8をキャップ層5の表面が露出するまでドライエッチングする。これにより、パッシベーション膜8には、第1の電子線レジスト11の第2の開口11bに倣った第3の開口8aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, a third opening 8 a is formed in the passivation film 8.
Specifically, using the first electron beam resist 11 as a mask, the passivation film 8 is dry etched until the surface of the cap layer 5 is exposed. As a result, a third opening 8 a that follows the second opening 11 b of the first electron beam resist 11 is formed in the passivation film 8.

続いて、図5(c)に示すように、第1の電子線レジスト11の第2の開口11bをテーパ状に拡大させる。
SiC基板1を例えば120℃で1分間程度、熱処理する。これにより、第1の電子線レジスト11の第2の開口11bがテーパ状に拡大する。
Subsequently, as shown in FIG. 5C, the second opening 11b of the first electron beam resist 11 is enlarged in a tapered shape.
The SiC substrate 1 is heat-treated at 120 ° C. for about 1 minute, for example. Thereby, the 2nd opening 11b of the 1st electron beam resist 11 expands in a taper shape.

続いて、図6(a)に示すように、ゲート電極の電極材料18を形成する。
詳細には、電極材料18として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、ゲート開口17内で第2の開口11b及び第3の開口8aを埋め込むようにNi/Auを堆積する。電極材料18は、第4の電子線レジスト15上にも堆積する。電極材料18として、Ni/Auの代わりにTi/Pt/Auを堆積するようにしても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 6A, an electrode material 18 of a gate electrode is formed.
Specifically, for example, Ni / Au is used as the electrode material 18, and Ni / Au is deposited so as to embed the second opening 11b and the third opening 8a in the gate opening 17 by vapor deposition or the like. The electrode material 18 is also deposited on the fourth electron beam resist 15. As the electrode material 18, Ti / Pt / Au may be deposited instead of Ni / Au.

続いて、図6(b)に示すように、ゲート電極19を形成する。
詳細には、リフトオフ法により、第1の電子線レジスト11、第2の電子線レジスト12、第3の電子線レジスト13、及び第4の電子線レジスト15と、第4の電子線レジスト15上に堆積するNi/Auを除去する。以上により、第3の開口8aをNi/Auで埋め込んでパッシベーション膜8の表面から上方に突出するように、キャップ層5上にオーバーハング状のゲート電極19が形成される。なお、電極材料18にTi/Pt/Auを用いた場合には、第3の開口8aをTi/Pt/Auで埋め込んでパッシベーション膜8の表面から上方に突出するように、キャップ層5上にオーバーハング状のゲート電極19が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a gate electrode 19 is formed.
Specifically, the first electron beam resist 11, the second electron beam resist 12, the third electron beam resist 13, the fourth electron beam resist 15, and the fourth electron beam resist 15 are formed by a lift-off method. Ni / Au deposited on the substrate is removed. As described above, the overhanging gate electrode 19 is formed on the cap layer 5 so as to fill the third opening 8a with Ni / Au and protrude upward from the surface of the passivation film 8. When Ti / Pt / Au is used for the electrode material 18, the third opening 8 a is filled with Ti / Pt / Au so as to protrude upward from the surface of the passivation film 8. An overhanging gate electrode 19 is formed.

しかる後、ゲート電極19を覆う層間絶縁膜の形成、ソース電極6、ドレイン電極7、及びゲート電極19と導通する配線の形成等の諸工程を経て、ショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   After that, a Schottky type AlGaN / GaN HEMT is formed through various processes such as formation of an interlayer insulating film covering the gate electrode 19, formation of the source electrode 6, the drain electrode 7, and a wiring electrically connected to the gate electrode 19. Is done.

本実施形態では、ゲート電極19の形成工程において、レジストとして電子線レジスト(第1〜第4の電子線レジスト11〜14)のみを用いるため、電子線露光には第1〜第4の電子線レジスト11〜14の感度に応じて照射ドーズ量を設定すれば良い。これにより、ゲート電極の形成にリソグラフィー及びドライエッチングを行う場合のようなエッチングの制御性困難の問題がなく、より簡便にゲート電極19を精緻に形成することができる。電子線露光によりゲート開口17を形成するため、微細なゲート構造が実現でき、AlGaN/GaN・HEMTの更なる高周波化及び高出力化が可能となる。   In the present embodiment, since only the electron beam resist (first to fourth electron beam resists 11 to 14) is used as a resist in the step of forming the gate electrode 19, the first to fourth electron beams are used for electron beam exposure. What is necessary is just to set irradiation dose amount according to the sensitivity of the resists 11-14. Thereby, there is no problem of difficulty in controllability of etching as in the case of performing lithography and dry etching for forming the gate electrode, and the gate electrode 19 can be precisely formed more easily. Since the gate opening 17 is formed by electron beam exposure, a fine gate structure can be realized, and the AlGaN / GaN HEMT can be further increased in frequency and output.

ゲート電極19は、図6(b)のように、キャップ層5との接触面を含む幹状の下方部分19aと、下方部分19aから傘状に拡がる上方部分19bとが一体形成されており、上方部分19bがソース電極6側とドレイン電極7側とで非対称な形状とされる。下方部分19aは、キャップ層5との接触面がドレイン電極7に比べてソース電極6に偏倚した位置に設けられている。ゲート電極19の形成時において、第2の電子線レジスト12がその先端部分12bが突出して露出するように第1の開口16が形成される。そのため、上方部分19bは、その傘状の下端面のうち、ソース電極6側の部位19b1がドレイン電極7側の部位19b2よりも、キャップ層5の表面(又はSiC基板1の表面)からの高さが高く形成される。このように、ゲート電極19では、ソース電極6側の部位19b1がドレイン電極7側の部位19b2よりも高く形成されるため、上方部分19bがソース電極6から可及的に離間され、ソース電極6とゲート電極19との間の容量が低減される。また、当該非対称形状を採用することにより、ゲート電極19(のキャップ層5との接触面)をソース電極6に近づけることができ、ソース電極6とゲート電極19との間の電気抵抗が低減される。このとき、ゲート電極19はドレイン電極7と十分に離間するため、AlGaN/GaN・HEMTの耐圧向上と高出力化が得られる。更に本実施形態では、傘状の上方部分19bがソース電極6に近ければ発生してしまうゲート電極19の製造バラツキが低減される。そのため、AlGaN/GaN・HEMTの効率良い量産化が可能となる。   As shown in FIG. 6B, the gate electrode 19 is integrally formed with a trunk-like lower part 19a including a contact surface with the cap layer 5 and an upper part 19b extending in an umbrella shape from the lower part 19a. The upper portion 19b has an asymmetric shape between the source electrode 6 side and the drain electrode 7 side. The lower portion 19 a is provided at a position where the contact surface with the cap layer 5 is biased toward the source electrode 6 as compared with the drain electrode 7. When the gate electrode 19 is formed, the first opening 16 is formed so that the tip portion 12b of the second electron beam resist 12 is exposed. Therefore, the upper portion 19b has a portion 19b1 on the source electrode 6 side of the umbrella-shaped lower end surface that is higher than the portion 19b2 on the drain electrode 7 side from the surface of the cap layer 5 (or the surface of the SiC substrate 1). Is formed high. Thus, in the gate electrode 19, the portion 19 b 1 on the source electrode 6 side is formed higher than the portion 19 b 2 on the drain electrode 7 side, so that the upper portion 19 b is separated from the source electrode 6 as much as possible. And the gate electrode 19 are reduced. In addition, by adopting the asymmetric shape, the gate electrode 19 (the contact surface with the cap layer 5) can be brought close to the source electrode 6, and the electrical resistance between the source electrode 6 and the gate electrode 19 is reduced. The At this time, since the gate electrode 19 is sufficiently separated from the drain electrode 7, the breakdown voltage of the AlGaN / GaN HEMT can be improved and the output can be increased. Furthermore, in the present embodiment, the manufacturing variation of the gate electrode 19 that occurs when the umbrella-shaped upper portion 19b is close to the source electrode 6 is reduced. Therefore, efficient mass production of AlGaN / GaN.HEMT becomes possible.

以上説明したように、本実施形態によれば、ゲート電極19とソース電極6と間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に可能とする量産化に優れた信頼性の高いAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present embodiment, the capacitance between the gate electrode 19 and the source electrode 6 and the source resistance can be reduced, and the breakdown voltage can be improved, the output can be increased, and the frequency can be increased easily and reliably. A highly reliable AlGaN / GaN HEMT with excellent mass production is realized.

(第2の実施形態)
本実施形態では、MIS型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図7及び図8は、第2の実施形態によるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。図6及び図7では、キャップ層5から上方の構成部材のみを図示する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an MIS type AlGaN / GaN HEMT is disclosed.
7 and 8 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the MIS type AlGaN / GaN HEMT according to the second embodiment in the order of steps. 6 and 7, only the components above the cap layer 5 are shown.

先ず、第1の実施形態と同様に、図1(a)〜図1(c)と同様の諸工程を実行する。
続いて、図7(a)に示すように、ゲート絶縁膜21を形成する。
詳細には、例えばPECVD法により、ソース電極6上及びドレイン電極7上を含むSiC基板1上の全面を覆うように、絶縁膜として高誘電体膜、ここではSiN膜を例えば膜厚35nm〜45nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜21が形成される。ゲート絶縁膜21は、ソース電極6上及びドレイン電極7上を含むSiC基板1の表面の保護膜としても機能する。ゲート絶縁膜21としては、SiNを形成する代わりに、SiO2,HfSiO,HfAlON,HfO2等を形成しても良い。
First, similarly to the first embodiment, the same processes as in FIGS. 1A to 1C are executed.
Subsequently, as shown in FIG. 7A, a gate insulating film 21 is formed.
More specifically, a high dielectric film, in this case, a SiN film, for example, having a film thickness of 35 nm to 45 nm is formed as an insulating film so as to cover the entire surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 6 and the drain electrode 7 by, for example, PECVD. Deposit to a degree. Thereby, the gate insulating film 21 is formed. The gate insulating film 21 also functions as a protective film for the surface of the SiC substrate 1 including the source electrode 6 and the drain electrode 7. As the gate insulating film 21, SiO 2 , HfSiO, HfAlON, HfO 2 or the like may be formed instead of forming SiN.

続いて、第1の実施形態と同様に、図2(b)〜図5(a)と同様の諸工程を実行する。
続いて、図7(b)に示すように、第1の電子線レジスト11の第2の開口11bをテーパ状に拡大させる。
SiC基板1を例えば120℃で1分間程度、熱処理する。これにより、第1の電子線レジスト11の第2の開口11bがテーパ状に拡大する。
Subsequently, similarly to the first embodiment, the same processes as in FIGS. 2B to 5A are executed.
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the second opening 11b of the first electron beam resist 11 is enlarged in a tapered shape.
The SiC substrate 1 is heat-treated at 120 ° C. for about 1 minute, for example. Thereby, the 2nd opening 11b of the 1st electron beam resist 11 expands in a taper shape.

続いて、図8(a)に示すように、ゲート電極の電極材料18を形成する。
詳細には、電極材料18として例えばNi/Auを用い、蒸着法等により、ゲート開口17内で第2の開口11bを埋め込むようにNi/Auを堆積する。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, an electrode material 18 of a gate electrode is formed.
Specifically, for example, Ni / Au is used as the electrode material 18, and Ni / Au is deposited so as to embed the second opening 11b in the gate opening 17 by vapor deposition or the like.

続いて、図8(b)に示すように、ゲート電極19を形成する。
詳細には、リフトオフ法により、第1の電子線レジスト11、第2の電子線レジスト12、第3の電子線レジスト13、及び第4の電子線レジスト15と、第4の電子線レジスト15上に堆積するNi/Auを除去する。以上により、ゲート絶縁膜21の表面から上方に突出するように、キャップ層5上にゲート絶縁膜21を介してオーバーハング状のゲート電極19が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, a gate electrode 19 is formed.
Specifically, the first electron beam resist 11, the second electron beam resist 12, the third electron beam resist 13, the fourth electron beam resist 15, and the fourth electron beam resist 15 are formed by a lift-off method. Ni / Au deposited on the substrate is removed. As described above, the overhanging gate electrode 19 is formed on the cap layer 5 via the gate insulating film 21 so as to protrude upward from the surface of the gate insulating film 21.

しかる後、ゲート電極19を覆う層間絶縁膜の形成、ソース電極6、ドレイン電極7、及びゲート電極19と導通する配線の形成等の諸工程を経て、MIS型のAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, an MIS type AlGaN / GaN HEMT is formed through various processes such as formation of an interlayer insulating film covering the gate electrode 19, formation of the source electrode 6, the drain electrode 7, and a wiring electrically connected to the gate electrode 19. The

以上説明したように、本実施形態によれば、ゲート電極19とソース電極6との間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に可能とする量産化に優れた信頼性の高いAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to easily and surely reduce the capacitance between the gate electrode 19 and the source electrode 6 and the source resistance, and improve the breakdown voltage, increase the output, and increase the frequency. A highly reliable AlGaN / GaN.HEMT excellent in mass production is realized.

上記した第1及び第2の実施形態では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMTを例示したが、これに限定されるものではなく、その他のHEMTにも適用できる。例えば、以下の態様(1)〜(5)等が考えられる。   In the first and second embodiments described above, the AlGaN / GaN HEMT is exemplified as the compound semiconductor device. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other HEMTs. For example, the following modes (1) to (5) can be considered.

態様(1)
化合物半導体装置として、AlN/InAlN・HEMTを開示する。
InAlNとAlNは、後者の方が前者よりも格子定数が小さい化合物半導体である。この場合、例えば図1(a)において、電子走行層2がi−InAlN、中間層3がi−AlN、電子供給層4がn−AlN、キャップ層5がn+−InAlNで形成される。
Aspect (1)
An AlN / InAlN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
InAlN and AlN are compound semiconductors in which the latter has a smaller lattice constant than the former. In this case, for example, in FIG. 1A, the electron transit layer 2 is formed of i-InAlN, the intermediate layer 3 is formed of i-AlN, the electron supply layer 4 is formed of n-AlN, and the cap layer 5 is formed of n + -InAlN.

態様(2)
化合物半導体装置として、AlN/InAlGaN・HEMTを開示する。
InAlGaNとAlNは、後者の方が前者よりも格子定数が小さい化合物半導体である。この場合、例えば図1(a)において、電子走行層2がi−InAlGaN、中間層3がi−AlN、電子供給層4がn−AlN、キャップ層5がn+−InAlGaNで形成される。
Aspect (2)
An AlN / InAlGaN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
InAlGaN and AlN are compound semiconductors in which the latter has a smaller lattice constant than the former. In this case, for example, in FIG. 1A, the electron transit layer 2 is formed of i-InAlGaN, the intermediate layer 3 is formed of i-AlN, the electron supply layer 4 is formed of n-AlN, and the cap layer 5 is formed of n + -InAlGaN.

態様(3)
化合物半導体装置として、InAlGaN/InAlN・HEMTを開示する。
InAlNとInAlGaNとでは、そのIn,Al,Gaの組成比率を調節することで、格子定数の大小関係が変わる。組成比率の調節により、InAlNの格子定数をInAlGaNの格子定数よりも小さくしたり、逆にInAlGaNの格子定数をInAlNの格子定数よりも小さくすることができる。ここでは、InAlGaNの格子定数をInAlNの格子定数よりも小さくする場合を例示する。
この場合、例えば図1(a)において、電子走行層2がi−InAlN、中間層3がi−InAlGaN、電子供給層4がn−InAlGaN、キャップ層5がn+−InAlNで形成される。
Aspect (3)
InAlGaN / InAlN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
In InAlN and InAlGaN, the magnitude relation of the lattice constant changes by adjusting the composition ratio of In, Al, and Ga. By adjusting the composition ratio, the lattice constant of InAlN can be made smaller than the lattice constant of InAlGaN, or conversely, the lattice constant of InAlGaN can be made smaller than the lattice constant of InAlN. Here, a case where the lattice constant of InAlGaN is made smaller than the lattice constant of InAlN is illustrated.
In this case, for example, in FIG. 1A, the electron transit layer 2 is formed of i-InAlN, the intermediate layer 3 is formed of i-InAlGaN, the electron supply layer 4 is formed of n-InAlGaN, and the cap layer 5 is formed of n + -InAlN.

態様(4)
化合物半導体装置として、Al0.5Ga0.5N/Al0.3Ga0.7N・HEMTを開示する。
同種の化合物半導体でも、その組成比率が異なれば格子定数も異なるものとなる。1種の化合物半導体で格子定数の異なるものとしては、例えば、AlGaNについて、Al0.3Ga0.7NとAl0.5Ga0.5Nとすることが考えられる。AlGaNでは、Alの組成比率が大きいほど格子定数が小さくなる。従って、Al0.5Ga0.5NはAl0.3Ga0.7Nよりも格子定数が小さい。
この場合、例えば図1(a)において、電子走行層2がi−Al0.3Ga0.7N、中間層3がi−Al0.5Ga0.5N、電子供給層4がn−Al0.5Ga0.5N、キャップ層5がn+−Al0.3Ga0.7Nで形成される。
Aspect (4)
As a compound semiconductor device, Al 0.5 Ga 0.5 N / Al 0.3 Ga 0.7 N · HEMT is disclosed.
Even in the same type of compound semiconductor, the lattice constants are different if the composition ratio is different. As different lattice constants in one compound semiconductor, for example, the AlGaN, it is conceivable to Al 0.3 Ga 0.7 N and Al 0.5 Ga 0.5 N. In AlGaN, the lattice constant decreases as the Al composition ratio increases. Therefore, Al 0.5 Ga 0.5 N has a smaller lattice constant than Al 0.3 Ga 0.7 N.
In this case, for example, in FIG. 1A, the electron transit layer 2 is i-Al 0.3 Ga 0.7 N, the intermediate layer 3 is i-Al 0.5 Ga 0.5 N, the electron supply layer 4 is n-Al 0.5 Ga 0.5 N, and the cap Layer 5 is formed of n + -Al 0.3 Ga 0.7 N.

態様(5)
化合物半導体装置として、ZnMgO/ZnO・HEMTを開示する。
この場合、例えば図1(a)において、電子走行層2がi−ZnO、中間層3がi−ZnMgO、電子供給層4がn−ZnMgO、キャップ層5がn+−ZnOで形成される。
Aspect (5)
As a compound semiconductor device, ZnMgO / ZnO.HEMT is disclosed.
In this case, for example, in FIG. 1A, the electron transit layer 2 is formed of i-ZnO, the intermediate layer 3 is formed of i-ZnMgO, the electron supply layer 4 is formed of n-ZnMgO, and the cap layer 5 is formed of n + -ZnO.

(第3の実施形態)
本実施形態では、第1及び第2の実施形態のいずれかによるHEMTを備えた電源装置を開示する。
図9は、第3の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a power supply device including a HEMT according to any one of the first and second embodiments is disclosed.
FIG. 9 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the power supply device according to the third embodiment.

本実施形態による電源装置は、高圧の一次側回路31及び低圧の二次側回路32と、一次側回路31と二次側回路32との間に配設されるトランス33とを備えて構成される。
一次側回路31は、交流電源34と、いわゆるブリッジ整流回路35と、複数(ここでは4つ)のスイッチング素子36a,36b,36c,36dとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路35は、スイッチング素子36eを有している。
二次側回路32は、複数(ここでは3つ)のスイッチング素子37a,37b,37cを備えて構成される。
The power supply device according to this embodiment includes a high-voltage primary circuit 31 and a low-voltage secondary circuit 32, and a transformer 33 disposed between the primary circuit 31 and the secondary circuit 32. The
The primary circuit 31 includes an AC power supply 34, a so-called bridge rectifier circuit 35, and a plurality (four in this case) of switching elements 36a, 36b, 36c, and 36d. The bridge rectifier circuit 35 includes a switching element 36e.
The secondary side circuit 32 includes a plurality (three in this case) of switching elements 37a, 37b, and 37c.

本実施形態では、一次側回路31のスイッチング素子36a,36b,36c,36d,36eが、第1及び第2の実施形態のいずれかによるHEMTとされている。一方、二次側回路32のスイッチング素子37a,37b,37cは、シリコンを用いた一般的なMIS・FETとされている。   In the present embodiment, the switching elements 36a, 36b, 36c, 36d, 36e of the primary side circuit 31 are HEMTs according to any one of the first and second embodiments. On the other hand, the switching elements 37a, 37b, 37c of the secondary circuit 32 are general MIS • FETs using silicon.

本実施形態では、ゲート電極19とソース電極6と間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に可能とする量産化に優れた信頼性の高いHEMTを高圧回路に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源回路が実現する。   In the present embodiment, the reliability between the gate electrode 19 and the source electrode 6 is reduced in capacitance and the source resistance, and is excellent in mass production that can easily and surely improve the breakdown voltage, increase the output, and increase the frequency. A high HEMT is applied to the high voltage circuit. As a result, a highly reliable high-power power supply circuit is realized.

(第4の実施形態)
本実施形態では、第1及び第2の実施形態のいずれかによるHEMTを備えた高周波増幅器を開示する。
図10は、第4の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a high-frequency amplifier including a HEMT according to any one of the first and second embodiments is disclosed.
FIG. 10 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the high-frequency amplifier according to the fourth embodiment.

本実施形態による高周波増幅器は、例えば携帯電話の基地局用パワーアンプに適用されるものである。この高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路41と、ミキサー42a,42bと、パワーアンプ43とを備えて構成される。
ディジタル・プレディストーション回路41は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー42aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ43は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1及び第2の実施形態のいずれかによるHEMTを有している。なお図10では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー42bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路41に送出できる構成とされている。
The high frequency amplifier according to the present embodiment is applied to, for example, a power amplifier for a base station of a mobile phone. The high-frequency amplifier includes a digital predistortion circuit 41, mixers 42a and 42b, and a power amplifier 43.
The digital predistortion circuit 41 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 42a mixes an input signal with compensated nonlinear distortion and an AC signal. The power amplifier 43 amplifies the input signal mixed with the AC signal, and includes the HEMT according to any one of the first and second embodiments. In FIG. 10, for example, by switching the switch, the output side signal is mixed with the AC signal by the mixer 42b and sent to the digital predistortion circuit 41.

本実施形態では、ゲート電極19とソース電極6と間の容量低減及びソース抵抗を低減させ、且つ耐圧向上、高出力化及び高周波化を、容易且つ確実に可能とする量産化に優れた信頼性の高いHEMTを高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。   In the present embodiment, the reliability between the gate electrode 19 and the source electrode 6 is reduced in capacitance and the source resistance, and is excellent in mass production that can easily and surely improve the breakdown voltage, increase the output, and increase the frequency. A high HEMT is applied to a high frequency amplifier. As a result, a high-reliability, high-voltage high-frequency amplifier is realized.

以下、化合物半導体装置及びその製造方法の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the compound semiconductor device and the manufacturing method thereof will be collectively described as supplementary notes.

(付記1)基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記化合物半導体層の上方で、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されたゲート電極と
を含み、
前記ゲート電極は、前記化合物半導体層の上方との接触面を含む幹状の下方部分と、前記下方部分から傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、その前記接触面が前記ドレイン電極に比べて前記ソース電極に偏倚した位置に設けられており、
前記上方部分は、その傘状の下端面のうち、前記ソース電極側の部位が前記ドレイン電極側の部位よりも前記基板の表面からの高さが高いことを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1) a substrate;
A compound semiconductor layer formed above the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed above the compound semiconductor layer;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode above the compound semiconductor layer; and
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower part including a contact surface with the upper part of the compound semiconductor layer and an upper part extending in an umbrella shape from the lower part,
The lower portion is provided at a position where the contact surface is biased to the source electrode compared to the drain electrode,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the upper portion of the umbrella-shaped lower end surface has a higher height from the surface of the substrate than the portion on the source electrode side than the portion on the drain electrode side.

(付記2)前記ゲート電極は、前記化合物半導体層上に形成されていることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary note 2) The compound semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the gate electrode is formed on the compound semiconductor layer.

(付記3)前記化合物半導体層を覆い、前記化合物半導体層の表面の一部を露出させる開口を有する絶縁膜が形成されており、
前記ゲート電極は、前記開口を前記下方部分が埋め込むように形成されていることを特徴とする付記2に記載の化合物半導体装置。
(Additional remark 3) The insulating film which covers the said compound semiconductor layer and has an opening which exposes a part of surface of the said compound semiconductor layer is formed,
The compound semiconductor device according to appendix 2, wherein the gate electrode is formed so that the lower portion is embedded in the opening.

(付記4)前記化合物半導体層を覆う絶縁膜が形成されており、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 4) An insulating film covering the compound semiconductor layer is formed,
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the gate electrode is formed on the insulating film.

(付記5)基板の上方に化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方で、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にゲート電極を形成する工程と
を含み、
前記ゲート電極を形成する工程は、
前記化合物半導体層の上方に第1のレジスト及び第2のレジストを順次形成し、
前記第2の電子線レジストの前記ドレイン電極側の一部を除去し、
前記第1のレジスト及び前記第2のレジストを覆うように第3のレジスト及び第4のレジストを順次形成し、
前記第1のレジストの表面の一部及び前記第2のレジストの先端部分が露出するように、前記第4のレジスト及び前記第3のレジストに第1の開口を形成し、
前記第1の開口から露出する前記第1のレジストに、前記ドレイン電極に比べて前記ソース電極に偏倚した部位に第2の開口を形成し、
連通する前記第1の開口及び前記第2の開口内に導電材料を埋め込み、前記ゲート電極を形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 5) Forming a compound semiconductor layer above the substrate;
Forming a source electrode and a drain electrode above the compound semiconductor layer;
Forming a gate electrode between the source electrode and the drain electrode above the compound semiconductor layer, and
The step of forming the gate electrode includes:
A first resist and a second resist are sequentially formed above the compound semiconductor layer;
Removing a part of the second electron beam resist on the drain electrode side;
A third resist and a fourth resist are sequentially formed so as to cover the first resist and the second resist,
Forming a first opening in the fourth resist and the third resist so that a part of the surface of the first resist and a tip portion of the second resist are exposed;
A second opening is formed in the first resist exposed from the first opening at a portion biased to the source electrode compared to the drain electrode;
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein a conductive material is embedded in the first opening and the second opening that are in communication to form the gate electrode.

(付記6)前記第1のレジスト、前記第2のレジスト、前記第3のレジスト、及び前記第4のレジストが、電子線レジストであることを特徴とする付記5に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Additional remark 6) The said 1st resist, the said 2nd resist, the said 3rd resist, and the said 4th resist are electron beam resists, The manufacture of the compound semiconductor device of Additional remark 5 characterized by the above-mentioned Method.

(付記7)前記第1のレジストは、前記第2のレジストよりも電子線感度が低いことを特徴とする付記6に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 7) The method of manufacturing a compound semiconductor device according to supplementary note 6, wherein the first resist has lower electron beam sensitivity than the second resist.

(付記8)前記第1のレジスト及び前記第2のレジストは、前記第3のレジストよりも電子線感度が低いことを特徴とする付記7に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 8) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to supplementary note 7, wherein the first resist and the second resist have lower electron beam sensitivity than the third resist.

(付記9)前記第1の開口を形成した後、前記第1の開口の側面に露出する前記第3のレジストを後退させることを特徴とする付記5〜8のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Appendix 9) The compound according to any one of appendices 5 to 8, wherein after the first opening is formed, the third resist exposed on the side surface of the first opening is retracted. A method for manufacturing a semiconductor device.

(付記10)前記第1のレジストを形成する前に、前記化合物半導体層を覆う絶縁膜を形成する工程を更に含み、
前記絶縁膜に、前記化合物半導体層の表面の一部を露出させるように、前記第2の開口に倣った第3の開口を形成することを特徴とする付記5〜9のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Additional remark 10) Before forming the said 1st resist, it further includes the process of forming the insulating film which covers the said compound semiconductor layer,
A third opening that follows the second opening is formed in the insulating film so as to expose a part of the surface of the compound semiconductor layer. The manufacturing method of the compound semiconductor device of description.

(付記11)前記第1のレジストを形成する前に、前記化合物半導体層を覆う絶縁膜を形成する工程を更に含み、
前記第1のレジストに、前記絶縁膜の表面の一部を露出させるように前記第2の開口を形成することを特徴とする付記5〜9のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Additional remark 11) Before forming the said 1st resist, it further includes the process of forming the insulating film which covers the said compound semiconductor layer,
The manufacturing method of a compound semiconductor device according to any one of appendices 5 to 9, wherein the second opening is formed in the first resist so as to expose a part of the surface of the insulating film. Method.

1 SiC基板
2 電子走行層
3 中間層
4 電子供給層
5 キャップ層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 パッシベーション膜
8a 第3の開口
10 レジストマスク
11 第1の電子線レジスト
11a,12a,15 露光部分
11b 第2の開口
12 第2の電子線レジスト
12b 先端部分
13 第3の電子線レジスト
14 第4の電子線レジスト
15 露光部分
16 第1の開口
17 空隙
18 電極材料
19 ゲート電極
19a 下方部分
19b 上方部分
19b1 ソース電極6側の部位
19b2 ドレイン電極7側の部位
21 ゲート絶縁膜
31 一次側回路
32 二次側回路
33 トランス
34 交流電源
35 ブリッジ整流回路
36a,36b,36c,36d,36e,37a,37b,37c スイッチング素子
41 ディジタル・プレディストーション回路
42a,42b ミキサー
43 パワーアンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SiC substrate 2 Electron travel layer 3 Intermediate layer 4 Electron supply layer 5 Cap layer 6 Source electrode 7 Drain electrode 8 Passivation film 8a Third opening 10 Resist mask 11 First electron beam resists 11a, 12a, 15 Exposed portion 11b First 2 opening 12 second electron beam resist 12b tip portion 13 third electron beam resist 14 fourth electron beam resist 15 exposed portion 16 first opening 17 gap 18 electrode material 19 gate electrode 19a lower portion 19b upper portion 19b1 Site 19b2 on source electrode 6 Site 21 on drain electrode 7 Gate insulating film 31 Primary side circuit 32 Secondary side circuit 33 Transformer 34 AC power supply 35 Bridge rectifier circuits 36a, 36b, 36c, 36d, 36e, 37a, 37b, 37c Switching element 41 Digital predistortion circuit 42 a, 42b Mixer 43 Power amplifier

Claims (4)

基板と、
前記基板の上方に形成された化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記化合物半導体層の上方で、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に形成されたゲート電極と
を含み、
前記ゲート電極は、前記化合物半導体層の上方との接触面を含む幹状の下方部分と、前記下方部分から傘状に拡がる上方部分とが一体形成されてなり、
前記下方部分は、その前記接触面が前記ドレイン電極に比べて前記ソース電極に偏倚した位置に設けられており、
前記上方部分は、その傘状の下端面のうち、前記ソース電極側の部位が前記ドレイン電極側の部位よりも前記基板の表面からの高さが高く、
前記ゲート電極は、前記上方部分の前記下端面から前記化合物半導体層の表面までの領域が空洞であることを特徴とする化合物半導体装置。
A substrate,
A compound semiconductor layer formed above the substrate;
A source electrode and a drain electrode formed above the compound semiconductor layer;
A gate electrode formed between the source electrode and the drain electrode above the compound semiconductor layer; and
The gate electrode is integrally formed with a trunk-like lower part including a contact surface with the upper part of the compound semiconductor layer and an upper part extending in an umbrella shape from the lower part,
The lower portion is provided at a position where the contact surface is biased to the source electrode compared to the drain electrode,
The upper portion of the umbrella-shaped lower end surface has a higher height from the surface of the substrate than the portion on the source electrode side of the source electrode side portion,
The compound semiconductor device , wherein the gate electrode has a hollow area from the lower end surface of the upper portion to the surface of the compound semiconductor layer.
前記化合物半導体層を覆い、前記化合物半導体層の表面の一部を露出させる開口を有する絶縁膜が形成されており、
前記ゲート電極は、前記開口を前記下方部分が埋め込むように、前記化合物半導体層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
Covering the compound semiconductor layer, an insulating film having an opening exposing a part of the surface of the compound semiconductor layer is formed,
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed on the compound semiconductor layer so that the opening is embedded in the lower portion.
前記化合物半導体層を覆う絶縁膜が形成されており、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
An insulating film covering the compound semiconductor layer is formed;
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed on the insulating film.
前記ゲート電極の前記下方部分がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the lower portion of the gate electrode is formed in a tapered shape.
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JP2002026034A (en) * 2000-07-05 2002-01-25 Oki Electric Ind Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2002246589A (en) * 2001-02-19 2002-08-30 Fujitsu Ltd Field effect semiconductor device
JP4093395B2 (en) * 2001-08-03 2008-06-04 富士通株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004253620A (en) * 2003-02-20 2004-09-09 Nec Compound Semiconductor Devices Ltd Field effect transistor and its manufacturing method
JP5233174B2 (en) * 2007-06-08 2013-07-10 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JP5186661B2 (en) * 2007-09-28 2013-04-17 富士通株式会社 Compound semiconductor device
JP5390983B2 (en) * 2008-08-08 2014-01-15 古河電気工業株式会社 Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor

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