JP2015162641A - Insulated gate nitride semiconductor transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、窒化物半導体のヘテロ接合を利用する半導体装置であり、閾値電圧が異なる複数個の電界効果型トランジスタを備えている絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタを開示する。また本明細書では、前記の閾値電圧を調整する方法を開示する。 The present specification discloses an insulated gate nitride semiconductor transistor which is a semiconductor device using a heterojunction of nitride semiconductors and includes a plurality of field effect transistors having different threshold voltages. Further, the present specification discloses a method for adjusting the threshold voltage.
窒化物半導体からなる電子走行層と、電子走行層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層がヘテロ接合していると、ヘテロ接合面に沿って二次元電子ガスが形成される。電子供給層の表面にソース電極とドレイン電極を設け、ソース電極とドレイン電極を分断する位置(すなわちソース電極とドレイン電極に挟まれた位置)にゲート絶縁膜とゲート電極を形成すると、ゲート電極の電位によってソース電極とドレイン電極の間の抵抗が変化する現象が得られる。その現象を利用するトランジスタが知られている。本明細書では、上記のトランジスタを絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタという。 When an electron transit layer made of a nitride semiconductor and an electron supply layer made of a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the nitride semiconductor forming the electron transit layer are heterojunction, two-dimensional electrons along the heterojunction plane Gas is formed. When a source electrode and a drain electrode are provided on the surface of the electron supply layer, and a gate insulating film and a gate electrode are formed at a position where the source electrode and the drain electrode are separated (that is, a position between the source electrode and the drain electrode), A phenomenon is obtained in which the resistance between the source electrode and the drain electrode changes depending on the potential. Transistors that use this phenomenon are known. In the present specification, the above transistor is referred to as an insulated gate nitride semiconductor transistor.
通常の絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタの閾値電圧はマイナス電圧となる。閾値電圧をプラス側に向けて引き上げる技術が提案されている。非特許文献1に、下記の技術が記載されている。
(1)ゲート電極と電子走行層の間に介在する電子供給層の膜厚を薄膜化することによって閾値電圧をプラス側に向けて引き上げる。
(2)電子供給層にリセスを形成し、そのリセスにゲート電極を充填することで、閾値電圧をプラス側に向けて引き上げる。リセスを深く形成すると、ゲート電極と電子走行層の間に介在する電子供給層の膜厚が薄膜化される。リセスを深くすることによって、閾値電圧をプラス側に大きく引き上げることができる。
(3)ゲート電極に向い合う範囲の電子走行層にフッ化物イオンを注入する。
(4)電子走行層の下側にバックバリア層を形成する。
非特許文献1は、前記(1)と(2)の技術の問題点を指摘し、前記(3)の技術を提案している。前記(4)の技術には言及していない。
The threshold voltage of a normal insulated gate nitride semiconductor transistor is a negative voltage. A technique for raising the threshold voltage toward the positive side has been proposed. Non-Patent Document 1 describes the following technique.
(1) The threshold voltage is raised toward the positive side by reducing the film thickness of the electron supply layer interposed between the gate electrode and the electron transit layer.
(2) By forming a recess in the electron supply layer and filling the recess with a gate electrode, the threshold voltage is raised toward the plus side. When the recess is formed deeply, the thickness of the electron supply layer interposed between the gate electrode and the electron transit layer is reduced. By deepening the recess, the threshold voltage can be greatly increased to the positive side.
(3) Fluoride ions are implanted into the electron transit layer in the range facing the gate electrode.
(4) A back barrier layer is formed below the electron transit layer.
Non-Patent Document 1 points out the problems of the techniques (1) and (2), and proposes the technique (3). The technique (4) is not mentioned.
前記(1)と(2)の技術による場合、ゲート電極と電子走行層の間に介在する電子供給層の膜厚を極めて薄くすると、閾値電圧がプラス電位となる。閾値電圧がプラス電位となる電子供給層の膜厚は、例えば2nm程度であり、極めて薄い。電子供給層が2nm程度にまで薄くなると、電子供給層の膜厚のわずかな変化によって、閾値電圧が大きく変化する。前記(1)と(2)の技術による場合、閾値電圧を所望の電圧に調整することが難しい。
前記(3)の技術による場合、注入したフッ化物イオンが不安定であり、例えば注入後に熱処理等をすることによって、フッ化物イオンが拡散したり再分布したりする現象が生じる。閾値電圧が不安定に変動してしまうという問題が生じる。
本明細書では、閾値電圧を所望の電圧に調整しやすい技術を開示する。
In the case of the techniques (1) and (2), when the film thickness of the electron supply layer interposed between the gate electrode and the electron transit layer is extremely thin, the threshold voltage becomes a positive potential. The film thickness of the electron supply layer having a positive threshold voltage is, for example, about 2 nm and is extremely thin. When the electron supply layer is thinned to about 2 nm, the threshold voltage greatly changes due to a slight change in the thickness of the electron supply layer. In the case of the techniques (1) and (2), it is difficult to adjust the threshold voltage to a desired voltage.
In the case of the technique (3), the implanted fluoride ions are unstable. For example, when heat treatment is performed after the implantation, a phenomenon occurs in which the fluoride ions are diffused or redistributed. There arises a problem that the threshold voltage fluctuates in an unstable manner.
In the present specification, a technique for easily adjusting the threshold voltage to a desired voltage is disclosed.
前記(2)に説明したリセス形成技術では、電子供給層の範囲内に留まるリセスを形成する。すなわち、ゲート電極と電子走行層の間に電子供給層が介在する条件を満たすなかでリセスを形成する。上記条件下でリセスを深くすると、閾値電圧が上昇する。リセスの底面が、電子供給層と電子走行層の界面に一致した場合に、閾値電圧は最大に上昇する。それ以上にリセスを深くしても閾値電圧は変化しない。閾値電圧が変化しなければリセスを深く形成する意味がない。従来の技術では、最も深いリセスを形成する場合でも、リセスの底面が、電子供給層と電子走行層の界面にほぼ一致していた。 In the recess formation technique described in (2) above, a recess that remains within the range of the electron supply layer is formed. That is, the recess is formed while satisfying the condition that the electron supply layer is interposed between the gate electrode and the electron transit layer. When the recess is deepened under the above conditions, the threshold voltage increases. When the bottom surface of the recess coincides with the interface between the electron supply layer and the electron transit layer, the threshold voltage increases to the maximum. Even if the recess is deepened further, the threshold voltage does not change. If the threshold voltage does not change, there is no point in forming the recess deeply. In the conventional technique, even when the deepest recess is formed, the bottom surface of the recess almost coincides with the interface between the electron supply layer and the electron transit layer.
前記(4)に記載したように、電子走行層の下側にバックバリア層を形成することで閾値電圧をプラス側に向けて引き上げる技術も提案されている。
今回の研究によって、バックバリア層を利用する場合は、電子供給層を貫通して電子走行層に達するリセスを設けることによって、閾値電圧を調整できることが見いだされた。上記したように、バックバリア層を利用しない場合には、電子走行層に達するリセスの深さを変えても閾値電圧を調整できないのに対し、バックバリア層を利用する場合には、電子走行層に達するリセスの深さを変えることによって閾値電圧を調整できることが見いだされた。
上記したように、電子供給層の範囲内に留まる条件下でリセスの深さを調整し、ゲート電極と電子走行層の間に介在する電子供給層の膜厚を調整することでも、閾値電圧を調整することができる。しかしながら、この技術によると、電子供給層の膜厚のわずかな変化によって閾値電圧が敏感に変動してしまう。所望の閾値電圧に調整することが難しい。それに対して、バックバリア層と、電子走行層に達するリセスを併用する技術によると、リセス深さの変化に対する閾値電圧の変化が鈍感化される。そのために、リセス深さを調整することで閾値電圧を所望の電圧に調整することが可能となる。
As described in (4) above, a technique for raising the threshold voltage toward the positive side by forming a back barrier layer below the electron transit layer has also been proposed.
In this study, it was found that the threshold voltage can be adjusted by providing a recess that penetrates the electron supply layer and reaches the electron transit layer when the back barrier layer is used. As described above, when the back barrier layer is not used, the threshold voltage cannot be adjusted by changing the depth of the recess reaching the electron traveling layer, whereas when the back barrier layer is used, the electron traveling layer is not adjusted. It has been found that the threshold voltage can be adjusted by changing the depth of the recess reaching.
As described above, the threshold voltage can also be set by adjusting the depth of the recess under the condition of staying within the range of the electron supply layer and adjusting the film thickness of the electron supply layer interposed between the gate electrode and the electron transit layer. Can be adjusted. However, according to this technique, the threshold voltage fluctuates sensitively due to a slight change in the thickness of the electron supply layer. It is difficult to adjust to a desired threshold voltage. On the other hand, according to the technique using the back barrier layer and the recess reaching the electron transit layer, the change in the threshold voltage with respect to the change in the recess depth is insensitive. Therefore, the threshold voltage can be adjusted to a desired voltage by adjusting the recess depth.
本明細書で開示する半導体装置は、窒化物半導体からなるバックバリア層と、バックバリア層上に積層されている電子走行層(窒化物半導体で形成されている)と、電子走行層上に積層されている電子供給層(電子走行層を形成する窒化物半導体よりバンドギャップが大きい窒化物半導体で形成されている)を備えている。電子供給層上にソース電極とドレイン電極が積層されている。ソース電極とドレイン電極を分断する位置(ソース電極とドレイン電極に挟まれた位置)にリセスが形成されており、そのリセスは電子供給層を貫通して電子走行層に達している。リセスの壁面はゲート絶縁膜で覆われている。壁面がゲート絶縁膜で覆われているリセスにゲート電極が充填されている。ゲート電極はゲート絶縁膜で囲繞されている。バックバリア層と、電子供給層を介することなく電子走行層に対向するゲート電極を併用する技術によると、ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚み(正確に言うと、ゲート電極に接するゲート絶縁膜と電子走行層の界面からバックバリア層までの距離)によって閾値電圧が変化する。その距離を増減調整することで閾値電圧を調整することができる。本明細書で開示する技術は、上記の閾値電圧調整方法に活用することができる。 A semiconductor device disclosed in this specification includes a back barrier layer made of a nitride semiconductor, an electron transit layer (formed of a nitride semiconductor) laminated on the back barrier layer, and a laminate on the electron transit layer. An electron supply layer (formed of a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the nitride semiconductor forming the electron transit layer). A source electrode and a drain electrode are stacked on the electron supply layer. A recess is formed at a position where the source electrode and the drain electrode are separated (position between the source electrode and the drain electrode), and the recess penetrates the electron supply layer and reaches the electron transit layer. The wall surface of the recess is covered with a gate insulating film. A recess whose wall surface is covered with a gate insulating film is filled with a gate electrode. The gate electrode is surrounded by a gate insulating film. According to the technology that uses the back barrier layer and the gate electrode facing the electron transit layer without going through the electron supply layer, the thickness of the electron transit layer interposed between the gate electrode and the back barrier layer (more precisely, the gate The threshold voltage varies depending on the distance from the interface between the gate insulating film in contact with the electrode and the electron transit layer to the back barrier layer. The threshold voltage can be adjusted by increasing or decreasing the distance. The technique disclosed in this specification can be used in the above-described threshold voltage adjustment method.
本明細書で開示する技術によって、閾値電圧が異なる複数個のトランジスタを備えている半導体装置を実現することができる。その半導体装置は、少なくとも第1ゲート電極と第2ゲート電極を備えており、第1ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚みと、第2ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚みが相違する関係に置かれている。正確にいうと、第1ゲート電極に接するゲート絶縁膜と電子走行層の界面からバックバリア層までの距離と、第2ゲート電極に接するゲート絶縁膜と電子走行層の界面からバックバリア層までの距離が相違関係に置かれている。
上記によると、第1ゲート電極を利用するトランジスタと、第2ゲート電極を利用するトランジスタの閾値電圧が個々に調整され、それぞれを所望の電圧に調整することができる。
With the technique disclosed in this specification, a semiconductor device including a plurality of transistors having different threshold voltages can be realized. The semiconductor device includes at least a first gate electrode and a second gate electrode, the thickness of an electron transit layer interposed between the first gate electrode and the back barrier layer, and between the second gate electrode and the back barrier layer. The thicknesses of the electron transit layers interposed in are different from each other. More precisely, the distance from the interface between the gate insulating film in contact with the first gate electrode and the electron transit layer to the back barrier layer, and from the interface between the gate insulating film in contact with the second gate electrode and the electron transit layer to the back barrier layer. The distance is placed in a different relationship.
According to the above, the threshold voltages of the transistor using the first gate electrode and the transistor using the second gate electrode are individually adjusted, and each can be adjusted to a desired voltage.
上記の構成を実現するのに、第1ゲート電極と第2ゲート電極の双方が、電子供給層の表面から電子供給層を貫通して電子走行層に達するリセスに充填されている構造を採用することができる。この場合、バックバリア層と電子走行層の界面は平坦であり、ゲート電極の形成範囲外では電子走行層と電子供給層の界面も平坦であり、ゲート電極の形成範囲外では電子供給層の表面も平坦とすることができる。上記の場合、第1ゲート電極が充填されている第1リセスの深さと、第2ゲート電極が充填されている第2リセスの深さが相違していると、第1ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚みと、第2ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚みが相違する関係を得ることができる。 In order to realize the above configuration, a structure is adopted in which both the first gate electrode and the second gate electrode are filled with a recess that penetrates the electron supply layer from the surface of the electron supply layer to reach the electron transit layer. be able to. In this case, the interface between the back barrier layer and the electron transit layer is flat, the interface between the electron transit layer and the electron supply layer is also flat outside the gate electrode formation range, and the surface of the electron supply layer is outside the gate electrode formation range. Can also be flat. In the above case, if the depth of the first recess filled with the first gate electrode is different from the depth of the second recess filled with the second gate electrode, the first gate electrode and the back barrier layer The thickness of the electron transit layer interposed between the second gate electrode and the back barrier layer can be different from each other.
バックバリア層は、ダブルヘテロ構造を形成するものであってもよい。この場合は、電子走行層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体でバックバリア層を形成する。あるいは、電子走行層の中間深さにバックバリア層を挿入して電子走行層を上層と下層に分離したものであってもよい。この場合は、電子走行層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが小さい窒化物半導体でバックバリア層を形成する。 The back barrier layer may form a double heterostructure. In this case, the back barrier layer is formed of a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the nitride semiconductor forming the electron transit layer. Alternatively, a back barrier layer may be inserted at an intermediate depth of the electron transit layer to separate the electron transit layer into an upper layer and a lower layer. In this case, the back barrier layer is formed of a nitride semiconductor having a band gap smaller than that of the nitride semiconductor forming the electron transit layer.
以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
(第1特徴)ゲート電極は、電子供給層を貫通して電子走行層に達している。
(第2特徴)ゲート電極と電子供給層は絶縁膜で分離されており、ゲート電極と電子走行層も絶縁膜で分離されている。
(第3特徴)リセスの形成範囲外における電子走行層の厚みは、バックバリア層が二次元電子ガス濃度を低下させる効果が消失する程度に厚い。すなわち、バックバリア層の有無によって二次元電子ガスの濃度が変化しない厚みに設定されている。
The features of the technology disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.
(First feature) The gate electrode penetrates the electron supply layer and reaches the electron transit layer.
(Second feature) The gate electrode and the electron supply layer are separated by an insulating film, and the gate electrode and the electron transit layer are also separated by the insulating film.
(Third feature) The thickness of the electron transit layer outside the recess formation range is so thick that the effect of the back barrier layer reducing the two-dimensional electron gas concentration disappears. That is, the thickness is set such that the concentration of the two-dimensional electron gas does not change depending on the presence or absence of the back barrier layer.
(従来技術1)
実施例の理解を容易にするために、最初に従来技術を説明する。
図2は、電子供給層10の範囲内に留まるリセス24にゲート電極4を充填して、閾値電圧をプラス側に向けて引き上げる従来技術1を示している。前記した(1)と(2)の技術に相当する。参照番号16は図示しない基板上に形成されているバッファ層であり、参照番号12は電子走行層であり、参照番号10は電子供給層である。電子走行層はi型のGaNで形成されており、電子供給層はn型のAlGaNで形成されており、電子供給層10を形成する窒化物半導体(AlGaN)のバンドギャップは、電子走行層12を形成する窒化物半導体(GaN)のバンドギャップより広い。そのために、電子供給層10と電子走行層12の界面の電子走行層12側に、二次元電子ガスが形成される。
参照番号2はソース電極であり、参照番号8はドレイン電極であり、参照番号4はゲート電極である。ソース電極2とドレイン電極8とゲート電極4は、電子供給層10の表面に形成されている。半導体装置を平面視したときに、ゲート電極4は、ソース電極2とドレイン電極8を分断する位置と範囲に形成されている。ゲート電極4と電子供給層10の間には、ゲート絶縁膜24が介在している。
電子供給層10の範囲内に留まるリセス24を形成する技術によると、リセス24を深く形成するほど、ゲート電極4と電子走行層12の間に介在する電子供給層10の膜厚が薄くなる。その厚みが2nm程度となると、閾値電圧がプラス電位となる。電子供給層10の範囲内に留まるリセス24を形成する技術によると、ゲート電極4と電子走行層12の間に介在する電子供給層10の膜厚によって、閾値電圧が敏感に変化する。閾値電圧を所望の電圧に調整するためには、リセス24の深さを極めて厳格に管理する必要があり、実現困難である。図2の構造では、後記する図1では存在するバックバリア層14が存在しない。
(Prior art 1)
In order to facilitate understanding of the embodiments, the prior art will be described first.
FIG. 2 shows Prior Art 1 in which the gate electrode 4 is filled in the
According to the technology for forming the
(従来技術2)
以下の説明では、同一または類似の部材・部分には同一の参照番号を付して、重複説明を避ける。
図3は、ゲート電極4に対向する範囲の電子供給層10にフッ化物イオンを注入する技術を示し、前記(3)の技術に相当する。フッ化物イオンの注入量あるいは注入エネルギを調整することで閾値電圧が調整される。この技術の場合、注入したフッ化物イオンが不安定であり、例えば注入後に熱処理等をすることによって、フッ化物イオンが拡散したり再分布したりする現象が生じ、閾値電圧が不安定に変動してしまうという問題が生じる。
(Prior art 2)
In the following description, the same or similar members / parts are denoted by the same reference numerals to avoid redundant description.
FIG. 3 shows a technique for implanting fluoride ions into the
(従来技術3)
図4は、電子走行層12の下面にバックバリア層14を追加した技術を示し、前記(4)の技術に相当する。バックバリア層14を追加すると、閾値電圧がプラス側に向けて上昇する。バックバリア層14による閾値電圧を正電圧に向けて引き上げる効果を得るためには、電子走行層12の厚みを薄くするのが有利である。しかし、電子走行層12の厚みを一様に薄くすると、二次元電子ガスの濃度が低下し、トランジスタのオン抵抗が増大する。
(Prior art 3)
FIG. 4 shows a technique in which the
(実施例)
図1は、実施例の半導体装置の断面を示している。下記の特徴を備えている。
(a)電子走行層12の下面にバックバリア層14を追加している。
(b)第1リセス18と第2リセス22の双方とも、電子供給層10を貫通して電子走行層12に達している。
(c)第1リセス18は深く、第2リセス22は浅い。そのために、第1ゲート電極4とバックバリア層14の間に介在する電子走行層12の膜厚(正確にいうとゲート絶縁膜6と電子走行層12の界面からバックバリア層14までの距離)Aは薄く、第2ゲート電極4aとバックバリア層14の間に介在する電子走行層12の膜厚(ゲート絶縁膜6aと電子走行層12の界面からバックバリア層14までの距離)Bは厚い。そのために、第1ゲート電極4を利用する電界効果型トランジスタの閾値電圧は高く、第2ゲート電極4aを利用する電界効果型トランジスタの閾値電圧は低い。添え字aが付されているものは、第2ゲート電極4aを利用する電界効果型トランジスタを構成するソース電極、ゲート電極、絶縁膜、ドレイン電極を示している。なおトレンチ20は、第1ゲート電極4を利用する絶縁ゲート型トランジスタと、第2ゲート電極4aを利用する絶縁ゲート型トランジスタを分離する。
(Example)
FIG. 1 shows a cross section of the semiconductor device of the embodiment. It has the following features.
(A) A
(B) Both the
(C) The
図1の実施例では、電子供給層10を貫通して電子走行層12に達する第1リセス18と第2リセス22によって、閾値電圧を上昇させる。閾値電圧を上昇させるために電子走行層12の厚みCを薄くする必要がない。
バックバリア層14を追加すると、電子供給層10とチャンネル層12の界面に生じる二次元電子ガスの濃度が低下する。その効果は、電子走行層12の厚みCが薄いほど顕著である。本実施例では、バックバリア層14の有無によって二次元電子ガスの濃度が変化しないほどに厚い電子走行層12を利用する。そのために、バックバリア層14を追加することでトランジスタのオン抵抗が増大することはない。電子走行層12自体は厚くても、電子走行層12に侵入するリセス18,22によって、ゲート電極4,4aとバックバリア層14を隔てる電子走行層12の厚みA,Bが減じられるために、閾値電圧を必要な電圧に引き上げることができる。
In the embodiment of FIG. 1, the threshold voltage is increased by the
When the
上記では、電子走行層12を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体でバックバリア層14を形成する。電子走行層がGaNであれば、AlGaNあるいはInGaN等によってバックバリア層14とすることができる。一般にIn1−x−yAlxGayN(0≦x≦1,0≦y<1,x+y≦1)であれば、バックバリア層14となる。電子走行層がi型のGaNであれば、p型のGaNもバックバリア層となる。
電子走行層12を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体を用いるのに代えて、電子走行層12を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが小さい窒化物半導体でバックバリア層14を形成してもよい。後者の場合は、バックバリア層14の下側に電子走行層と同じ窒化物の下層を設ける。下層を設けることによって、バックバリア層14によって閾値電圧をプラス側に引き上げる効果が得られ、ゲート電極とバックバリア層の間に介在する電子走行層の厚みによって閾値電圧が変化する現象が得られる。複数の層を積層することでバックバリア層とすることもできる。
本実施例では、電子走行層12はi型のGaNで形成されており、電子供給層10はn型のAlGaNで形成されており、電子供給層10を形成する窒化物半導体(AlGaN)のバンドギャップは、電子走行層12を形成する窒化物半導体(GaN)のバンドギャップより広い関係に置かれている。
In the above, the
Instead of using a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the nitride semiconductor forming the
In this embodiment, the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2,2a:ソース電極
4,4a:ゲート電極
6,6a:絶縁膜
8,8a:ドレイン電極
10:電子供給層
10b:フッ化物イオン注入領域
12:電子走行層
14:バックバリア層
16:バッファ層
18:第1リセス
20:分離用トレンチ
22:第2リセス
24:従来のリセス
2, 2a:
Claims (6)
前記バックバリア層上に積層されている、窒化物半導体からなる電子走行層と、
前記電子走行層上に積層されている、前記電子走行層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に積層されている、ソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極を分断する位置において前記電子供給層を貫通して前記電子走行層に達しているリセスの壁面を覆っているゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜で囲繞された状態で前記リセスを充填しているゲート電極を備えている絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタにおいて、
少なくとも、第1ゲート電極と第2ゲート電極を備えており、
前記第1ゲート電極に接する前記ゲート絶縁膜と前記電子走行層の界面から前記バックバリア層までの距離と、前記第2ゲート電極に接する前記ゲート絶縁膜と前記電子走行層の界面から前記バックバリア層までの距離が相違することを特徴とする絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタ。 A back barrier layer made of a nitride semiconductor;
An electron transit layer made of a nitride semiconductor, laminated on the back barrier layer;
An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the nitride semiconductor forming the electron transit layer, which is laminated on the electron transit layer;
A source electrode and a drain electrode stacked on the electron supply layer;
A gate insulating film covering a wall surface of a recess penetrating the electron supply layer and reaching the electron transit layer at a position where the source electrode and the drain electrode are separated;
In an insulated gate nitride semiconductor transistor comprising a gate electrode filled with the recess in a state surrounded by the gate insulating film,
At least a first gate electrode and a second gate electrode;
The distance from the interface between the gate insulating film in contact with the first gate electrode and the electron transit layer to the back barrier layer, and the interface between the gate insulating film in contact with the second gate electrode and the electron transit layer as the back barrier. An insulated gate nitride semiconductor transistor characterized in that distances to the layers are different.
前記ゲート電極の形成範囲外における前記電子走行層と前記電子供給層の界面が平坦であり、
前記ゲート電極の形成範囲外における前記電子供給層の表面が平坦であり、
前記第1ゲート電極の深さと前記第2ゲート電極の深さが相違することを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタ。 The interface between the back barrier layer and the electron transit layer is flat,
The interface between the electron transit layer and the electron supply layer outside the formation range of the gate electrode is flat,
The surface of the electron supply layer outside the formation range of the gate electrode is flat,
2. The insulated gate nitride semiconductor transistor according to claim 1, wherein the depth of the first gate electrode is different from the depth of the second gate electrode.
前記バックバリア層上に積層されている、窒化物半導体からなる電子走行層と、
前記電子走行層上に積層されている、前記電子走行層を形成する窒化物半導体よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に積層されている、ソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極を分断する位置において前記電子供給層を貫通して前記電子走行層に達しているリセスの壁面を覆っているゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜で囲繞された状態で前記リセスを充填しているゲート電極を備えている絶縁ゲート型窒化物半導体トランジスタに対して、
前記ゲート電極に接する前記ゲート絶縁膜と前記電子走行層の界面から前記バックバリア層までの距離を増減調整して閾値電圧を調整することを特徴とする閾値電圧調整方法。 A back barrier layer made of a nitride semiconductor;
An electron transit layer made of a nitride semiconductor, laminated on the back barrier layer;
An electron supply layer made of a nitride semiconductor having a larger band gap than the nitride semiconductor forming the electron transit layer, which is laminated on the electron transit layer;
A source electrode and a drain electrode stacked on the electron supply layer;
A gate insulating film covering a wall surface of a recess penetrating the electron supply layer and reaching the electron transit layer at a position where the source electrode and the drain electrode are separated;
For an insulated gate nitride semiconductor transistor comprising a gate electrode filled with the recess in a state surrounded by the gate insulating film,
A threshold voltage adjustment method comprising adjusting a threshold voltage by increasing or decreasing a distance from an interface between the gate insulating film in contact with the gate electrode and the electron transit layer to the back barrier layer.
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