JP6978151B2 - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
特許文献１には、ソースフィールドプレート電極を有する半導体装置が記載されている。
特開２０１７−１０７９４２号公報
窒化物半導体を主な構成材料とする電界効果トランジスタ等の半導体装置においては、ゲート端等に加わる電界を緩和するため、ゲート電極を覆う絶縁膜上にフィールドプレートが設けられることがある。フィールドプレートを設けることにより、電流コラプス現象によるドレイン電流の減少等が抑制される。また、フィールドプレートは、ドレイン電極とゲート電極との間のカップリングを遮蔽する効果も有する。
フィールドプレートは、リフトオフ法により形成される。すなわち、絶縁膜上に開口を有するマスクを形成し、フィールドプレートのための金属を蒸着したのち、マスク上に堆積した金属をマスクと共に除去する。こうして形成されるフィールドプレートは、その形成直後においては絶縁膜上に単独で存在し、いずれの導電性部分にも接続されない。したがって、摩擦等により生じる静電気によってフィールドプレートが帯電し易い状態となる。例えば、上記のマスクを除去してリフトオフを行う際にマスク除去のための洗浄液を吹き掛けると、その洗浄液との摩擦によってフィールドプレートが帯電する。そして、フィールドプレートが過度に帯電した場合、フィールドプレートとゲート電極との間の放電（アーキング）による絶縁膜の静電破壊が生じ、フィールドプレートとゲート電極とが短絡することがある。これにより、フィールドプレートによる上述した効果が失われてしまう。また、フィールドプレートがソース電極に接続される場合、フィールドプレートとゲート電極とが短絡すると、ソース電極とゲート電極とが短絡し、半導体装置が動作できなくなる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、静電破壊によるフィールドプレートとゲート電極との短絡を低減することができる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層上にソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を覆う部分を含む絶縁膜を窒化物半導体層上に形成する工程と、絶縁膜に開口を形成して窒化物半導体層を露出させる工程と、リフトオフ法を用いて絶縁膜上にフィールドプレートを形成する工程と、を含む。開口は、ソース電極の長手方向の端部外方に形成される。フィールドプレートを形成する工程では、フィールドプレートの配線は開口を介して窒化物半導体層に接触した状態で形成される。
また、一実施形態に係る半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極と、窒化物半導体層上に設けられ、ゲート電極を覆う部分を含み、窒化物半導体層上に開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に設けられたフィールドプレートと、を備える。開口は、ソース電極の長手方向の端部外方に形成される。フィールドプレートの配線は、開口を介して窒化物半導体層に接触する。
本発明による半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、静電破壊によるフィールドプレートとゲート電極との短絡を低減することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置としてのトランジスタを示す平面図である。 図２は、図１に示されたトランジスタのII−II線に沿った断面図である。 図３は、活性領域付近を拡大して示す平面図である。 図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。 図５の（ａ）〜（ｃ）は、トランジスタの製造工程を示す断面図である。 図６は、トランジスタの製造工程を示す断面図である。 図７は、トランジスタの製造工程を示す断面図である。 図８は、トランジスタの製造工程を示す断面図である。 図９は、トランジスタの製造工程を示す断面図である。 図１０の（ａ），（ｂ）は、トランジスタの活性領域付近の製造工程を示す断面図である。 図１１の（ａ），（ｂ）は、トランジスタの活性領域付近の製造工程を示す断面図である。 図１２は、フィールドプレートの全面積に対する活性領域の面積の比と、トランジスタの故障率の関係を示すグラフである。
［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、窒化物半導体層上にソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を形成する工程と、ゲート電極を覆う部分を含む絶縁膜を窒化物半導体層上に形成する工程と、絶縁膜に開口を形成して窒化物半導体層を露出させる工程と、リフトオフ法を用いて絶縁膜上にフィールドプレートを形成する工程と、を含む。開口は、ソース電極の長手方向の端部外方に形成される。フィールドプレートを形成する工程では、フィールドプレートの配線は開口を介して窒化物半導体層に接触した状態で形成される。
この製造方法では、フィールドプレートを形成する際にその配線を窒化物半導体層に接触させるので、フィールドプレートに帯電した電荷を窒化物半導体層に逃がすことができる。従って、帯電可能な電荷の量が窒化物半導体層の体積分だけ大幅に増えることとなるので、絶縁膜を静電破壊に至らしめる帯電量の閾値をより高くして、絶縁膜の静電破壊を低減することができる。故に、この製造方法によれば、静電破壊によるフィールドプレートとゲート電極との短絡を低減することができる。
上記のフィールドプレートを形成する工程では、リフトオフ法で用いたマスクを高圧洗浄によって除去してもよい。この場合、高圧で吹き掛けられる洗浄液とフィールドプレートとの間の摩擦によってフィールドプレートが帯電するが、上記の製造方法によれば、帯電した電荷を窒化物半導体層に逃がすことができるので、洗浄液とフィールドプレートとの間の摩擦による絶縁膜の静電破壊を効果的に低減することができる。また、この場合、高圧洗浄において洗浄液を５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下といった高い圧力で吹き掛けることができる。
また、一実施形態に係る半導体装置は、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極と、窒化物半導体層上に設けられ、ゲート電極を覆う部分を含み、窒化物半導体層上に開口を有する絶縁膜と、絶縁膜上に設けられたフィールドプレートと、を備える。開口は、ソース電極の長手方向の端部外方に形成される。フィールドプレートの配線は、開口を介して窒化物半導体層に接触する。
この半導体装置では、フィールドプレートの配線が窒化物半導体層に接触しているので、この半導体装置を製造する際、フィールドプレートの形成後に帯電した電荷を窒化物半導体層に逃がすことができる。これにより、絶縁膜の静電破壊によるフィールドプレートとゲート電極との短絡を低減することができる。従って、フィールドプレートによる前述した効果を十分に発揮させることができ、半導体装置の動作特性を向上させることができる。また、フィールドプレートがソース電極に接続される場合、ソース電極とゲート電極との短絡を抑制し、半導体装置を好適に動作させることができる。
上記の絶縁膜のゲート電極を覆う部分の厚さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。フィールドプレートによる上述した効果の程度は、フィールドプレートとゲート電極との距離に応じて変化する。上記の半導体装置によれば、絶縁膜の静電破壊によるフィールドプレートとゲート電極との短絡を低減できるので、このように薄い絶縁膜を挟んでフィールドプレートをゲート電極上に設けることができる。
上記のフィールドプレートと接触する窒化物半導体層の領域と、ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極が配置される窒化物半導体層の領域とは、不活性領域により互いに分離されてもよい。これにより、フィールドプレートと窒化物半導体層との接触による、半導体装置の動作への影響を低減することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置としてのトランジスタ１Ａを示す平面図である。図２は、図１に示されたトランジスタ１ＡのII−II線に沿った断面図である。なお、説明のため、図２においては絶縁膜２１，２２の図示が省略されている。
図１及び図２に示されるように、本実施形態のトランジスタ１Ａは、基板１１と、基板１１上に設けられた窒化物半導体層１８と、窒化物半導体層１８上に設けられたドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３とを備える。本実施形態のトランジスタ１Ａは、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である。すなわち、窒化物半導体層１８は、チャネル層１２、電子供給層１３、及びキャップ層１４を有する。チャネル層１２と電子供給層１３との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生じることにより、チャネル領域が形成される。また、トランジスタ１Ａは、窒化物半導体層１８、ドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３を覆う絶縁膜２０と、絶縁膜２０上に設けられたフィールドプレート３４とを更に備える。図２に示されるように、絶縁膜２０は、窒化物半導体層１８、ドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３を保護する。本実施形態の絶縁膜２０は、絶縁膜２１と、絶縁膜２１上に設けられた絶縁膜２２とを含む。
基板１１は、平坦な表面を有する結晶成長用の基板である。基板１１として、例えばＳｉ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板、又はダイヤモンド基板が挙げられる。基板１１の厚さは、例えば５００μｍである。
チャネル層１２は、基板１１の表面からエピタキシャル成長した層である。チャネル層１２における電子供給層１３との界面近傍の領域は、チャネル領域として機能する。チャネル層１２は、例えばＧａＮ層である。チャネル層１２の厚さは、例えば５００ｎｍである。
電子供給層１３は、チャネル層１２上にエピタキシャル成長した層である。電子供給層１３の厚さは、例えば２０ｎｍである。電子供給層１３は、例えばＡｌＧａＮ層、ＩｎＡｌＮ層、又はＩｎＡｌＧａＮ層等である。電子供給層１３は、ｎ型化していてもよい。
キャップ層１４は、電子供給層１３上にエピタキシャル成長した層である。キャップ層１４の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層１４は、例えばＧａＮ層である。キャップ層１４は、ｎ型化していてもよい。
図１に示されるように、窒化物半導体層１８は、活性領域Ａ１，Ａ２と不活性領域Ｂ１とを有する。活性領域Ａ１は、トランジスタとして動作する領域である。不活性領域Ｂ１は、窒化物半導体層１８に例えばアルゴン（Ａｒ）等のイオンが注入されることによって不活性化された領域である。不活性領域Ｂ１は、互いに隣り合うトランジスタ１Ａ同士の電気的な分離のために設けられる。
ドレイン電極３１及びソース電極３２は、窒化物半導体層１８の活性領域Ａ１上に設けられている。本実施形態では、２つのドレイン電極３１と、１つのソース電極３２とが、１つの活性領域Ａ１上に設けられる。一方のドレイン電極３１、ソース電極３２、及び他方のドレイン電極３１は、窒化物半導体層１８の表面に沿った方向Ｄ１においてこの順に並んでおり、方向Ｄ１と交差する方向Ｄ２を長手方向とする長方形状といった平面形状をそれぞれ有する。ドレイン電極３１及びソース電極３２は、オーミック電極であり、例えばタンタル（Ｔａ）層とアルミニウム（Ａｌ）層との積層構造を有する。Ａｌ層は、窒化物半導体層１８の厚さ方向において、Ｔｉ層によって挟まれていてもよい。この積層構造は、熱処理により合金化されている。２つのドレイン電極３１は、基板１１上に設けられる複数のトランジスタ１Ａにわたって配設される共通のドレイン配線と電気的に接続される。ソース電極３２は、基板１１上に設けられる複数のトランジスタ１Ａにわたって配設される共通のソース配線と電気的に接続される。
本実施形態のドレイン電極３１及びソース電極３２はキャップ層１４と接触しているが、ドレイン電極３１及びソース電極３２は、キャップ層１４の一部が除去されることにより露出した電子供給層１３上に設けられて電子供給層１３と接触してもよい。或いは、ドレイン電極３１及びソース電極３２は、キャップ層１４及び電子供給層１３の一部が除去されることにより露出したチャネル層１２上に設けられ、電子供給層１３とチャネル層１２との界面付近と接触してもよい。ドレイン電極３１及びソース電極３２は、絶縁膜２１及び２２によって覆われている。なお、ドレイン電極３１及びソース電極３２は、絶縁膜２２のみによって覆われ、絶縁膜２１に形成された開口を介して窒化物半導体層１８に接触してもよい。ドレイン電極３１及びソース電極３２の厚さは、例えば３００ｎｍである。
図１に示されるように、ゲート電極３３は、窒化物半導体層１８の活性領域Ａ１上に設けられている。本実施形態では、２つのゲート電極３３が、窒化物半導体層１８の活性領域Ａ１上に設けられる。一方のゲート電極３３は、一方のドレイン電極３１とソース電極３２との間に位置する。他方のゲート電極３３は、他方のドレイン電極３１とソース電極３２との間に位置する。ゲート電極３３もまた、ドレイン電極３１及びソース電極３２と同様に、方向Ｄ２を長手方向とする長方形状といった平面形状を有する。ゲート電極３３は、例えばニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層との積層構造を有する。ニッケル（Ｎｉ）層は、窒化物半導体層１８とオーミック接触をなす。ゲート電極３３は、絶縁膜２１上に設けられ、絶縁膜２１の開口を介して窒化物半導体層１８と接している。ゲート電極３３は、絶縁膜２２によって覆われている。ゲート電極３３の厚さ（高さ）は、例えば３５０ｎｍである。
２つのゲート電極３３は、ゲート配線３６によって相互に接続されている。ゲート配線３６は、窒化物半導体層１８の不活性領域Ｂ１上に設けられ、基板１１上に設けられる複数のトランジスタ１Ａにわたって配設され、複数のトランジスタ１Ａのゲート電極３３に接続されている。
絶縁膜２１は、窒化物半導体層１８と接しており、ドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３から露出した窒化物半導体層１８の表面を少なくとも覆う。上述したように、絶縁膜２１には窒化物半導体層１８を露出させる開口が設けられており、該開口内にはゲート電極３３の一部が埋め込まれている。絶縁膜２１は、例えば絶縁性のＳｉ化合物膜であり、一例ではＳｉＮ膜である。絶縁膜２１の厚さは例えば６０ｎｍである。
絶縁膜２２は、絶縁膜２１に接しており、絶縁膜２１、ドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３を覆う。具体的には、絶縁膜２２は、ゲート電極３３の上面３３ａ及び側面３３ｂを覆うように設けられる。したがって、絶縁膜２２の表面には、ゲート電極３３の形状を反映した段差２２ａと、段差２２ａからドレイン電極３１までの間に位置する平坦部２２ｂとが含まれる。絶縁膜２２は、例えば絶縁性のＳｉ化合物膜であり、一例ではＳｉＮ膜である。絶縁膜２２の厚さ（特に、ゲート電極３３を覆う部分の厚さ）は、例えば１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であり、一例では４００ｎｍである。
フィールドプレート３４は、例えば、基板１１側からＮｉ層とＡｕ層との積層構造、又は基板１１側からＴｉ層とＡｕ層との積層構造を有する金属膜である。本実施形態では、２つのフィールドプレート３４が設けられる。一方のフィールドプレート３４は、一方のゲート電極３３上から該ゲート電極３３と一方のドレイン電極３１との間にわたって、絶縁膜２２上に設けられる。他方のフィールドプレート３４は、他方のゲート電極３３上から該ゲート電極３３と他方のドレイン電極３１との間にわたって、絶縁膜２２上に設けられる。
図２に示されるように、各フィールドプレート３４は、ゲート電極３３とドレイン電極３１との間における絶縁膜２２の段差２２ａから平坦部２２ｂにわたって設けられ、ドレイン電極３１に向けて延在している。このフィールドプレート３４が設けられることによって、ゲート電極３３とドレイン電極３１との間のカップリングを遮蔽し、ゲート電極３３の端部における電界集中を緩和することができる。フィールドプレート３４の厚さは、例えば１００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内であり、一例では３００ｎｍである。
本実施形態の２つのフィールドプレート３４とソース電極３２とは、前述したソース配線を介して電気的に接続されている。つまり、フィールドプレート３４は、ソース電極３２と同じ電位を有する。なお、フィールドプレート３４は、ソース電極３２と接続されずに電気的に浮遊していてもよい。
図３は、活性領域Ａ２付近を拡大して示す平面図である。図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。図３に示されるように、活性領域Ａ２は、例えば、ソース電極３２の長手方向（方向Ｄ２）において、ソース電極３２と並んで設けられる。活性領域Ａ１と活性領域Ａ２とは、不活性領域Ｂ１を挟んで分離されている。なお、活性領域Ａ１と活性領域Ａ２とは、不活性領域Ｂ１を挟まずに一体化されてもよい。
活性領域Ａ２の平面形状は、例えば方向Ｄ１を長手方向とする長方形状である。方向Ｄ１における活性領域Ａ２の長さは例えば３０μｍであり、方向Ｄ２における活性領域Ａ２の幅は例えば１１μｍである。活性領域Ａ２の面積は、活性領域Ａ１の面積よりも小さい。活性領域Ａ２の面積は、フィールドプレート３４の全面積（２つのフィールドプレート３４の面積と配線部分３７及び幅広部３７ａの面積との総和）に応じて決定され、フィールドプレート３４の全面積１μｍ2当たりの活性領域Ａ２の面積は例えば０．５μｍ2〜２．０μｍ2の範囲内である。活性領域Ａ２の比抵抗は、例えば１０-2Ωｃｍ以下である。
また、図４に示されるように、活性領域Ａ２上の絶縁膜２０には開口２０ａが形成され、該開口２０ａを介して活性領域Ａ２の窒化物半導体層１８が露出している。開口２０ａは、ソース電極３２の長手方向（方向Ｄ２）の端部外方に設けられている。なお、図２に示されたキャップ層１４が露出してもよく、電子供給層１３が露出してもよく、チャネル層１２が露出してもよい。窒化物半導体層１８の厚さ方向から見て、開口２０ａの外縁は活性領域Ａ２の内側に収まっている。開口２０ａの平面形状は、例えば方向Ｄ１を長手方向とする長方形状である。
図３に示されるように、２つのフィールドプレート３４は、配線部分３７を介して互いに接続されている。配線部分３７は、各フィールドプレート３４と同じ金属材料によって構成され、不活性領域Ｂ１上から活性領域Ａ２上にわたって設けられている。不活性領域Ｂ１上では、配線部分３７は絶縁膜２０上に設けられる。活性領域Ａ２上では、配線部分３７は絶縁膜２０に形成された開口２０ａ内に入り込み、絶縁膜２０から露出した窒化物半導体層１８に接触する。配線部分３７は、キャップ層１４と接触してもよく、電子供給層１３と接触してもよく、チャネル層１２と接触してもよい。また、配線部分３７のＮｉ層（或いはＴｉ層）が窒化物半導体層１８に接触してもよく、配線部分３７のＡｕ層が窒化物半導体層１８と接触してもよい。配線部分３７の厚さは、フィールドプレート３４の厚さと同じである。
配線部分３７における窒化物半導体層１８との接触部分は、延在方向である方向Ｄ１と交差する方向Ｄ２における幅が拡大された幅広部３７ａとなっており、より広い面積で窒化物半導体層１８と接触する。方向Ｄ１の幅広部３７ａの長さは、例えば５μｍである。配線部分３７と窒化物半導体層１８との接触面積は、フィールドプレート３４の全面積に応じて決定される。フィールドプレート３４の全面積１μｍ2当たりの接触面積は例えば０．０４μｍ2〜０．６μｍ2の範囲内である。
ここで、上述した本実施形態のトランジスタ１Ａを製造する方法について説明する。図５の（ａ）〜（ｃ）、及び図６〜図９は、トランジスタ１Ａの製造工程を示す断面図である。なお、活性領域Ａ２付近の製造工程については後述する。
まず、図５の（ａ）に示されるように、チャネル層１２、電子供給層１３及びキャップ層１４を基板１１上に順にエピタキシャル成長させることにより、窒化物半導体層１８を形成する。この成長は、例えば有機金属気相成長法（Organometallic Vapor Phase Epitaxy；ＯＭＶＰＥ）によって行われる。次に、活性領域Ａ１（図１を参照）となる窒化物半導体層１８の領域上にレジストマスクを形成し、該レジストマスクから露出した窒化物半導体層１８の領域にイオン（例えばＡｒイオン）を注入することにより、活性領域Ａ１の周囲に不活性領域Ｂ１（図１を参照）を形成する。
続いて、図５の（ｂ）に示されるように、ドレイン電極３１及びソース電極３２をキャップ層１４上（窒化物半導体層１８上）に形成する。ドレイン電極３１及びソース電極３２の形成は、例えば真空蒸着法及び選択めっき法により行われる。続いて、図５の（ｃ）に示されるように、ドレイン電極３１及びソース電極３２を含む窒化物半導体層１８上の全面を覆うように、絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１の形成は、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；ＣＶＤ）法によって行われる。なお、先に絶縁膜２１を形成し、絶縁膜２１に一対の開口を形成したのち、該一対の開口を埋め込むようにドレイン電極３１及びソース電極３２を形成してもよい。その後、フォトリソグラフィ技術若しくは電子ビーム露光技術を用いて形成されたレジストマスクを介して絶縁膜２１をエッチングすることにより、絶縁膜２１にゲート開口２１ａを形成する。
続いて、図６に示されるように、ゲート開口２１ａを塞ぐゲート電極３３を絶縁膜２１上に形成する。ゲート電極３３の形成は、例えば真空蒸着法及び選択めっき法により行われる。その後、ドレイン電極３１、ソース電極３２、及びゲート電極３３を含む窒化物半導体層１８上の全面を覆うように、絶縁膜２２を形成する。絶縁膜２２の形成は、例えばＣＶＤ法によって行われる。
続いて、図７に示されるように、レジストマスクである第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を、絶縁膜２２上に順に形成する。第１マスクＭ１は、第２マスクＭ２よりも厚く形成される。第１マスクＭ１の厚さは、少なくともゲート電極３３の厚さ（高さ）とフィールドプレート３４の厚さとの合計よりも大きければよい。第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２がポジ型のレジストマスクである場合、第２マスクＭ２の感光性が第１マスクＭ１の感光性よりも低くなるように、第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を構成する材料が選択される。
第１マスクＭ１は、開口部Ｍ１ａを有する。第２マスクＭ２は、開口部Ｍ２ａを有する。これらの開口部Ｍ１ａ，Ｍ２ａは、例えばフォトリソグラフィによって形成される。第１マスクＭ１と第２マスクＭ２との感光性の違いによって、開口部Ｍ１ａの幅は、開口部Ｍ２ａの幅よりも広く形成される。従って、第２マスクＭ２の開口部Ｍ２ａの縁は、開口部Ｍ１ａに対して庇状にせり出す。開口部Ｍ１ａ，Ｍ２ａは、絶縁膜２２の厚さ方向に連通する。開口部Ｍ２ａは、ドレイン電極３１とゲート電極３３との間における絶縁膜２２の段差２２ａ上から、平坦部２２ｂ上にわたって設けられる。
続いて、図８に示されるように、絶縁膜２２上の全面に金属材料を蒸着する。これにより、絶縁膜２２上の段差２２ａから平坦部２２ｂにかけて延在するフィールドプレート３４が形成される。例えば真空蒸着法によって蒸着源である金属材料を蒸発させ、絶縁膜２２上に被着させることにより、フィールドプレート３４が形成される。金属３５は、第２マスクＭ２上にも堆積する。
続いて、図９に示されるように、第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を除去する。この際、第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を残渣無くきれいに除去するために、例えば高圧洗浄によって第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を除去する。高圧洗浄では、洗浄液を例えば５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力で吹き掛ける。洗浄液としては、例えばイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）といった有機溶剤が用いられる。この工程により、第２マスクＭ２上に堆積された金属３５は、第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２と共に除去（リフトオフ）される。
ここで、活性領域Ａ２付近の製造工程について説明する。図１０の（ａ），（ｂ）及び図１１の（ａ），（ｂ）は、トランジスタ１Ａの活性領域Ａ２付近の製造工程を示す断面図である。まず、図１０の（ａ）に示されるように、活性領域Ａ２となる窒化物半導体層１８の領域上にレジストマスクＭ３を形成する。そして、レジストマスクＭ３から露出した窒化物半導体層１８の領域にイオン（例えばＡｒイオン）ＩONを注入することにより、活性領域Ａ２の周囲に不活性領域Ｂ１を形成する。この工程は、前述した活性領域Ａ１の周囲に不活性領域Ｂ１を形成する工程と同時に行われる。
次に、図１０の（ｂ）に示されるように、絶縁膜２１，２２を含む絶縁膜２０を窒化物半導体層１８上に形成する。絶縁膜２１を形成する工程は図５の（ｃ）に示された工程と同時に行われ、絶縁膜２２を形成する工程は図６に示された工程と同時に行われる。
続いて、図１１の（ａ）に示されるように、開口Ｍ４ａを有するレジストマスクＭ４を絶縁膜２０上に形成する。開口Ｍ４ａは、例えばフォトリソグラフィによって形成される。そして、レジストマスクＭ４の開口Ｍ４ａから露出した絶縁膜２０の部分をエッチングにより除去して、開口２０ａをソース電極３２の長手方向の端部外方に形成する。このエッチングは、例えばプラズマエッチングである。このようなレジストマスクＭ４の形成及び開口２０ａの形成は、図６に示された工程（絶縁膜２２を形成する工程）と、図７に示された工程（第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を形成する工程）との間に行われる。
続いて、図１１の（ｂ）に示されるように、幅広部３７ａを含む配線部分３７を蒸着によって形成する。この工程は、図７〜図９に示された工程（フィールドプレート３４を形成する工程）と同時に行われる。すなわち、図７に示された第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２に、配線部分３７に対応する開口部を更に形成する。そして、図８に示された工程において、金属材料を蒸着することにより、配線部分３７を、窒化物半導体層１８に接触した状態で、フィールドプレート３４とともに形成する。そして、図９に示された工程において、第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２を除去することにより、配線部分３７を形成しない金属を第１マスクＭ１及び第２マスクＭ２と共に除去（リフトオフ）する。なお、フィールドプレート３４及び配線部分３７の形成後、これらを覆う絶縁膜（例えばＳｉＮ膜）を更に形成してもよい。これにより、フィールドプレート３４及び配線部分３７の短絡及び酸化等が抑制される。
最後に、絶縁膜２０の一部を除去することによって露出したドレイン電極３１上及びソース電極３２上のそれぞれに、配線を設ける。この配線は、例えばＡｕめっきにより形成される。このとき、ソース電極３２の配線が配線部分３７を覆うように形成されて配線部分３７と接触することにより、ソース電極３２とフィールドプレート３４とが電気的に接続される。以上の工程を経て、トランジスタ１Ａが作製される。
以上に説明した本実施形態によるトランジスタ１Ａ及びその製造方法によって得られる効果について説明する。前述したように、フィールドプレート３４は、リフトオフ法により形成される。すなわち、絶縁膜２０上に開口部Ｍ１ａ，Ｍ２ａを有するマスクＭ１，Ｍ２を形成し、フィールドプレート３４のための金属を蒸着したのち、マスクＭ１，Ｍ２上に堆積した金属３５をマスクＭ１，Ｍ２と共に除去する。従来、こうして形成されるフィールドプレート３４は、その形成直後においては絶縁膜２０上に単独で存在し、いずれの導電性部分にも接続されなかった。したがって、摩擦等により生じる静電気によってフィールドプレート３４が帯電し易い状態となる。例えば、マスクＭ１，Ｍ２を除去してリフトオフを行う際にマスクＭ１，Ｍ２除去のための洗浄液を吹き掛けると、その洗浄液との摩擦によってフィールドプレート３４が帯電する。そして、フィールドプレート３４が過度に帯電した場合、フィールドプレート３４とゲート電極３３との間で絶縁膜２２の静電破壊が生じ、フィールドプレート３４とゲート電極３３とが短絡することがある。これにより、フィールドプレート３４による効果が失われてしまう。また、フィールドプレート３４がソース電極３２に接続される場合、フィールドプレート３４とゲート電極３３とが短絡すると、ソース電極３２とゲート電極３３とが短絡し、トランジスタ１Ａが動作できなくなる。
なお、絶縁膜２２をより厚くすれば静電破壊を低減できるが、絶縁膜２２の厚さはフィールドプレート３４とゲート電極３３との距離を規定し、フィールドプレート３４による電界緩和効果に影響を及ぼす。従って、所望の厚さの絶縁膜２２において静電破壊を低減することが求められる。
このような課題に対し、本実施形態の製造方法では、フィールドプレート３４を形成する際にその配線（配線部分３７）を窒化物半導体層１８に接触させるので、フィールドプレート３４に帯電した電荷を窒化物半導体層１８に逃がすことができる。従って、帯電可能な電荷の量が窒化物半導体層１８の体積分（本実施形態では、不活性領域Ｂ１により囲まれた活性領域Ａ２の体積分）だけ大幅に増えることとなるので、絶縁膜２２を静電破壊に至らしめる帯電量の閾値をより高くして、絶縁膜２２の静電破壊を低減することができる。故に、本実施形態の製造方法によれば、静電破壊によるフィールドプレート３４とゲート電極３３との短絡を低減することができる。
また、本実施形態のトランジスタ１Ａでは、フィールドプレート３４の配線（配線部分３７）が窒化物半導体層１８に接触しているので、このトランジスタ１Ａを製造する際、フィールドプレート３４の形成後に帯電した電荷を窒化物半導体層１８に逃がすことができる。これにより、絶縁膜２２の静電破壊によるフィールドプレート３４とゲート電極３３との短絡を低減することができる。従って、フィールドプレート３４による効果を十分に発揮させることができ、トランジスタ１Ａの動作特性を向上させることができる。また、フィールドプレート３４がソース電極３２に接続される場合、ソース電極３２とゲート電極３３との短絡を抑制し、トランジスタ１Ａを好適に動作させることができる。
図１２は、活性領域Ａ２の面積ＳA2とフィールドプレート３４の全面積ＳFPとの比（ＳA2／ＳFP）と、トランジスタ１Ａの故障率との関係を示すグラフである。全面積ＳFPは、図１の２つのフィールドプレート３４、配線部分３７および幅広部３７ａの総和である。横軸は比（ＳA2／ＳFP）を示し、縦軸は故障率を示す。このグラフを参照すると、比（ＳA2／ＳFP）が大きいほど故障率が低下していることがわかる。そして、比（ＳA2／ＳFP）が０．６を超えると、故障率が目標である０．５％よりも低くなり、配線部分３７を窒化物半導体層１８に接触させない場合（比（ＳA2／ＳFP）が０、すなわち従来のトランジスタ）に対して１／１０以下となる。比（ＳA2／ＳFP）が大きいということは、活性領域Ａ２の面積ＳA2がフィールドプレート３４の面積ＳFPよりも大きいことを意味し、フィールドプレート３４の帯電量と比較して相対的に窒化物半導体層１８に蓄積できる電荷量が大きいことを意味する。従って、このグラフから、配線部分３７が窒化物半導体層１８に接触することによる上述した効果が理解される。
また、本実施形態のように、フィールドプレート３４を形成する工程において、リフトオフのためのマスクＭ１，Ｍ２を高圧洗浄によって除去してもよい。この場合、高圧で吹き掛けられる洗浄液とフィールドプレート３４との間の摩擦によってフィールドプレート３４が帯電するが、本実施形態によれば、帯電した電荷を窒化物半導体層１８の活性領域Ａ２に逃がすことができるので、洗浄液とフィールドプレート３４との間の摩擦による絶縁膜２２の静電破壊を効果的に低減することができる。また、この場合、高圧洗浄において洗浄液を５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下といった高い圧力で吹き掛けることができる。洗浄液の圧力を５ＭＰａ以上とすることにより、不要な金属を十分に除去することができる。また、洗浄液の圧力を５０ＭＰａ以下とすることにより、フィールドプレート３４及び配線部分３７の剥離を防ぐことができる。
また、本実施形態のように、絶縁膜２２のゲート電極３３を覆う部分の厚さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。フィールドプレート３４による上述した効果の程度は、フィールドプレート３４とゲート電極３３との距離に応じて変化する。このトランジスタ１Ａによれば、絶縁膜２２の静電破壊によるフィールドプレート３４とゲート電極３３との短絡を低減できるので、厚さ５００ｎｍ以下といった薄い絶縁膜２２を挟んでフィールドプレート３４をゲート電極３３上に設けることができる。絶縁膜２２の厚さが５００ｎｍ以下であることにより、フィールドプレート３４を低い位置に配置してゲート電極３３とドレイン電極３１との間のカップリングを効果的に遮蔽することができる。また、絶縁膜２２の厚さが１００ｎｍ以上であることにより、フィールドプレート３４とゲート電極３３との距離を十分に遠ざけて、フィールドプレート３４とゲート電極３３との間のリーク電流を抑制できる。
また、本実施形態のように、フィールドプレート３４と接触する窒化物半導体層１８の領域（活性領域Ａ２）と、ソース電極３２、ドレイン電極３１、及びゲート電極３３が配置される窒化物半導体層１８の領域（活性領域Ａ１）とは、不活性領域Ｂ１により互いに分離されてもよい。これにより、フィールドプレート３４と窒化物半導体層１８との接触による、トランジスタ１Ａの動作への影響を低減することができる。
本発明による半導体装置の製造方法および半導体装置は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態では半導体装置としてＨＥＭＴを例示したが、本発明による半導体装置はＨＥＭＴ以外の電界効果トランジスタにも適用され得る。また、上述した実施形態では、配線部分３７と窒化物半導体層１８との接触領域を、ソース電極３２に対して該ソース電極３２の長手方向に並んで設けているが、これらの接触領域は、当該半導体装置の動作領域の外部であればいずれの位置に設けられてもよい。また、上述した実施形態では、配線部分３７と窒化物半導体層１８との接触領域が複数のフィールドプレート３４に対して共通に設けられているが、個々のフィールドプレート３４毎に配線部分３７と窒化物半導体層１８との接触領域が設けられてもよい。
１Ａ…トランジスタ、１１…基板、１２…チャネル層、１３…電子供給層、１４…キャップ層、１８…窒化物半導体層、２０…絶縁膜、２０ａ…開口、２１，２２…絶縁膜、２１ａ…ゲート開口、２２ａ…段差、２２ｂ…平坦部、３１…ドレイン電極、３２…ソース電極、３３…ゲート電極、３３ａ…上面、３３ｂ…側面、３４…フィールドプレート、３５…金属、３６…ゲート配線、３７…配線部分、３７ａ…幅広部、Ａ１，Ａ２…活性領域、Ｂ１…不活性領域、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｍ１，Ｍ２…マスク、Ｍ１ａ，Ｍ２ａ…開口部、Ｍ３，Ｍ４…レジストマスク、Ｍ４ａ…開口。

Claims (7)

  1. 窒化物半導体層に、第１の活性領域と、前記第１の活性領域に対し不活性領域により互いに電気的に分離された第２の活性領域と、を形成する工程と、
    前記第２の活性領域上にソース電極、ドレイン電極を形成するとともに、前記第２の活性領域を横切るように前記窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
    前記ゲート電極を覆う部分を含む絶縁膜を前記窒化物半導体層上に形成する工程と、
    前記絶縁膜に開口を形成して前記窒化物半導体層を露出させる工程と、
    リフトオフ法を用いて前記絶縁膜上にフィールドプレートを形成する工程と、
    を含み、
    前記開口は、前記第１の活性領域上に形成され、
    前記フィールドプレートを形成する工程は、前記フィールドプレートに接続されるとともに前記開口を介して前記第１の活性領域に接触する配線を形成する工程を含み、
    前記フィールドプレートの面積と前記配線の面積との総和に対する前記第１の活性領域の面積の割合は、０．３よりも大きい、半導体装置の製造方法。
  2. 前記割合は、０．５よりも大きく２．０よりも小さい、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記フィールドプレートを形成する工程では、前記リフトオフ法で用いたマスクを高圧洗浄によって除去する、請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記高圧洗浄は、洗浄液を５ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力で吹き掛け、前記マスクを除去する工程である、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
  5. 第１の活性領域と、前記第１の活性領域に対し不活性領域により互いに電気的に分離された第２の活性領域と、を含む窒化物半導体層と、
    前記第２の活性領域上に設けられたソース電極、ドレイン電極、及び前記第２の活性領域を横切るように前記窒化物半導体層上に設けられたゲート電極と、
    前記窒化物半導体層上に設けられ、前記ゲート電極を覆う部分を含み、前記第１の活性領域上に開口を有する絶縁膜と、
    前記絶縁膜上に設けられたフィールドプレートと、
    前記フィールドプレートと接続されている配線と、
    を備え、
    前記配線は、前記開口を介して前記第１の活性領域に接触しており、
    前記フィールドプレートの面積と前記配線の面積との総和に対する前記第１の活性領域の面積の割合は、０．３よりも大きい、半導体装置。
  6. 前記割合は、０．５よりも大きく２．０よりも小さい、請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記絶縁膜の前記ゲート電極を覆う部分の厚さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、請求項５又は請求項６に記載の半導体装置。
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