JPWO2017073047A1 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2017073047A1 JPWO2017073047A1 JP2017547614A JP2017547614A JPWO2017073047A1 JP WO2017073047 A1 JPWO2017073047 A1 JP WO2017073047A1 JP 2017547614 A JP2017547614 A JP 2017547614A JP 2017547614 A JP2017547614 A JP 2017547614A JP WO2017073047 A1 JPWO2017073047 A1 JP WO2017073047A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- barrier layer
- semiconductor device
- gate
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 250
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 245
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 37
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 482
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 49
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 49
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 34
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 27
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- -1 AlGaN Chemical compound 0.000 description 2
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008812 WSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1066—Gate region of field-effect devices with PN junction gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/098—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being PN junction gate field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
- H01L29/1058—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with PN junction gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
- H01L29/808—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a PN junction gate, e.g. PN homojunction gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
本発明者は、背景技術の欄で挙げた特許文献1〜3に記載の半導体装置に関し、ゲートリーク電流及び電流コラプスをさらに改善する余地があることを見出した。
第1の実施形態に係る半導体装置は、ゲート層の直下に第1のバリア層を有し、ゲート層の直下以外の領域に前記第1のバリア層よりも厚い第2のバリア層を有する半導体装置である。第1の実施形態は、本開示に係る半導体装置の限定的でない最小構成の一例を示している。
図4は、第1の実施形態に係る半導体装置の構造の一例を示す断面図である。以下では、半導体装置101をIII族窒化物半導体で構成する例を用いて説明するが、半導体装置101は、その他の化合物、例えばIII―V族半導体、もしくはII―VI族半導体で構成されてもよい。
実際的な半導体装置では、ゲート層5を形成する際にゲート層5に含まれる不純物が第1のバリア層4に拡散することがある。変形例1では、そのような場合について説明する。
実際的な半導体装置では、ゲート層5の不純物濃度や、ゲート層5を形成するためのプロセス条件(温度や時間等)によっては、ゲート層5に添加された不純物がチャネル層3にまで拡散することがある。変形例2では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜103では、第1のバリア層4の下面と第2のバリア層6の下面とを同じ高さに示したが、第2のバリア層6の下面は第1のバリア層4の下面よりも低い位置にあってもよい。変形例3では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置104では、第2のバリア層6の上面を、第1のバリア層4の上面(つまり、バリア層4内に形成された拡散層12の上面)よりも低くかつ第1のバリア層4の下面よりも高い位置に示したが、第2のバリア層6の上面は、第1のバリア層4の上面よりも高い位置にあってもよい。変形例4では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜105では、第1のバリア層4のバンドギャップと第2のバリア層6のバンドギャップとは独立して設定されるとし、これらのバンドギャップの関係を特には規定していないが、一例として、第2のバリア層6のバンドギャップは、第1のバリア層4のバンドギャップよりも大きくてもよい。変形例5では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜106において、第2のバリア層6、14のバンドギャップを、チャネル層3のバンドギャップより大きく設定するために、第2のバリア層6、14はn型不純物を有してもよい。第2バリア層6、14の、ソース電極9やドレイン電極10が形成されている側から順に上層、中央層、下層と規定したときに、n型不純物は、当該上層、中央層、下層のいずれか1つの層に添加されてもよいし、2つの層または3つの層に添加されてもよい。一具体例として、当該上層はn−AlGaN/AlGaNからなり、中央層はAlGaN/n−AlGaN/AlGaNからなり、下層はAlGaN/n−AlGaNからなるとしてもよい。変形例6では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜107では、第2のバリア層6、14、15がチャネル層3と接触しているが、第2のバリア層6、14、15とチャネル層6との間に、第2のバリア層6、14、15よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体であるスペーサ層を有してもよい。変形例7では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜108では、第2のバリア層6上に明示的な層を介在せずにソース電極9及びドレイン電極10を設けているが、第2のバリア層6上にキャップ層を設け、当該キャップ層上にソース電極9及びドレイン電極10を設けてもよい。変形例8では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜109では、チャネル層3が単層で構成されているが、チャネル層は多層(例えば2層)の積層体で構成されてもよい。変形例9では、そのような場合について説明する。
上述した半導体装置101〜110では、ソース側とドレイン側とで第2のバリア層6の下面を同じ高さに示しているが、第2のバリア層の下面の高さは、ソース側とドレイン側とで必ずしも同じでなくてもよい。変形例10では、そのような場合について説明する。
次に、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図15A〜図15Fを参照して説明する。なお、製造工程の順序や利用するプロセス技術、及び構成材料は、以下の例には限定されない。例えば、以下では、明瞭のため、半導体装置104の製造方法の例を説明するが、同様の製造方法を用いて、半導体装置101〜111を製造してもよい。
〔半導体装置の構造〕
第1の実施形態で示した半導体装置101〜111では、第2のバリア層6はゲート層5の側面の一部を覆っているが、第2のバリア層はゲート層の側面の少なくとも一部を覆っていればよく、例えば、第2のバリア層はゲート層の側面全体を覆っていてもよい。第2の実施形態ではそのような場合について説明する。なお、以下では、第1の実施形態の構成要素と同等の構成要素は同一の符号で示し、また、第1の実施形態と同等の事項については上述の説明を適用するものとして、適宜説明を省略する。
上述した半導体装置201においても、変形例3に係る半導体装置104と同様に、ゲート層5を形成する際にゲート層5に含まれる不純物が第1のバリア層4に拡散することがある。変形例11では、そのような場合について説明する。
次に、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図18A〜図18Fを参照して説明する。なお、半導体装置101の製造方法と同等の事項については上述の説明を適用するものとして、適宜説明を省略する。また、製造工程の順序や利用するプロセス技術、及び構成材料は、以下の例には限定されない。例えば、以下では、明瞭のため、半導体装置201の製造方法の例を説明するが、同様の製造方法を用いて、半導体装置202を製造してもよい。
第3の実施形態では、第1の実施形態及び第2の実施形態で説明した半導体装置の電極の構造の一例について説明する。
以上、本開示の複数の態様に係る半導体装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施した態様や、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される態様は、本発明に含まれ得る。
2 バッファ層
3 チャネル層
4 第1のバリア層
5 ゲート層
6 第2のバリア層
7 2DEG
8 ゲート電極
9 ソース電極
10 ドレイン電極
11 ゲート端
12、13 拡散層
14、15 第2のバリア層
16 スペーサ層
17 キャップ層
18 マスク層
19 レジストパターン
20 バリア層
21 リセス部
22 凸部
23 側面
24 チャネル層
24a 第1のチャネル層
24b 第2のチャネル層
28、29 レジストパターン
30 活性領域
101〜111、201、202 半導体装置
901〜903 HEMT
Claims (13)
- 基板と、
前記基板の上に形成された窒化物半導体であるチャネル層と、
前記チャネル層の上に選択的に接触して形成され、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体である第1のバリア層と、
前記第1のバリア層の上に接触して形成された窒化物半導体であるゲート層と、
前記チャネル層の上の前記ゲート層の非形成領域に前記第1のバリア層と接触して形成され、前記チャネル層よりもバンドギャップが大きく、前記第1のバリア層に対して厚さまたはバンドギャップが独立して設定された窒化物半導体である第2のバリア層と、
前記ゲート層の上に形成されたゲート電極と、
それぞれ前記ゲート層と離間し、かつ前記第2のバリア層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有する半導体装置。 - 前記ゲート層はp型不純物を有し、
前記第1のバリア層に含まれる前記p型不純物の濃度が1E18cm−3以上であり、
前記第2のバリア層に含まれる前記p型不純物の濃度が1E18cm−3未満である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート層はp型不純物を有し、
前記第1のバリア層に含まれる前記p型不純物の濃度が1E18cm−3以上であり、
前記第2のバリア層直下の前記チャネル層に含まれる前記p型不純物の濃度が1E18cm−3未満である
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート層は前記第1のバリア層の上に選択的に接触して形成され、
前記第1のバリア層は平面視で前記ゲート層下から前記ソース電極側の領域にのみ形成され、
該領域における前記第2のバリア層は前記第1のバリア層の上に形成されている
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の半導体装置。 - 前記ゲート層はp型不純物を有し、
前記第2のバリア層の下面が、前記第1のバリア層の下面よりも低い位置にある
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層の厚さは前記第1のバリア層の厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層の上面に接して、前記第2のバリア層よりもバンドギャップが小さい窒化物半導体であるキャップ層を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層が、前記ゲート層の側面の少なくとも一部を覆う
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層の上面が、前記第1のバリア層の上面よりも高い位置にある
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層のバンドギャップが、前記第1のバリア層のバンドギャップよりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層はn型の不純物を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2のバリア層と前記チャネル層との間に、前記第2のバリア層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体であるスペーサ層を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記チャネル層は下層の第1のチャネル層と上層の第2のチャネル層の2層からなり、
前記第2のチャネル層のバンドギャップは前記第1のチャネル層のバンドギャップと異なり、
前記第2のチャネル層は平面視で前記第1のバリア層が形成された領域のみに形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015211254 | 2015-10-27 | ||
JP2015211254 | 2015-10-27 | ||
PCT/JP2016/004679 WO2017073047A1 (ja) | 2015-10-27 | 2016-10-25 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017073047A1 true JPWO2017073047A1 (ja) | 2018-08-16 |
JP6817559B2 JP6817559B2 (ja) | 2021-01-20 |
Family
ID=58630081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017547614A Active JP6817559B2 (ja) | 2015-10-27 | 2016-10-25 | 半導体装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US20180248027A1 (ja) |
JP (1) | JP6817559B2 (ja) |
WO (1) | WO2017073047A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112582470A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-03-30 | 江苏大学 | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及制造方法 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106876443A (zh) * | 2017-03-03 | 2017-06-20 | 上海新傲科技股份有限公司 | 高击穿电压的氮化镓高电子迁移率晶体管及其形成方法 |
EP3442026B1 (en) * | 2017-08-11 | 2023-03-08 | IMEC vzw | Gate for an enhancement-mode transistor |
TWI674673B (zh) * | 2018-11-05 | 2019-10-11 | 新唐科技股份有限公司 | 高電子遷移率電晶體元件及其製造方法 |
TWI730516B (zh) * | 2018-12-12 | 2021-06-11 | 日商闊斯泰股份有限公司 | 氮化物半導體基板以及氮化物半導體裝置 |
CN109817710A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-28 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 高电子迁移率晶体管及其制造方法 |
CN110061053A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-07-26 | 中山大学 | 一种增强型半导体晶体管及其制备方法 |
CN109585545B (zh) * | 2019-01-15 | 2020-11-06 | 中山大学 | 一种增强型半导体器件及其制备方法 |
WO2020245922A1 (ja) * | 2019-06-04 | 2020-12-10 | 日本電信電話株式会社 | 電界効果型トランジスタおよびその製造方法 |
EP3780115A1 (en) | 2019-08-13 | 2021-02-17 | Infineon Technologies Austria AG | Enhancement mode group iii nitride-based transistor device |
CN112652659B (zh) * | 2019-10-09 | 2024-02-13 | 联华电子股份有限公司 | 高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
CN112928161B (zh) * | 2019-12-06 | 2024-01-02 | 联华电子股份有限公司 | 高电子迁移率晶体管及其制作方法 |
DE102020112069B4 (de) * | 2020-02-27 | 2022-03-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. | Source-leckstromunterdrückung durch source-umgebende gate-struktur und verfahren zur herstellung der gate-struktur |
CN111682065B (zh) * | 2020-06-19 | 2023-04-18 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 具有非对称栅极结构的半导体器件 |
CN112993012A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 氮化镓基功率器件外延结构及其制备方法 |
WO2024026738A1 (en) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006093683A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、及び半導体発光素子 |
JP2009141244A (ja) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Panasonic Corp | 窒化物半導体トランジスタ及びその製造方法 |
JP2010103425A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Sanken Electric Co Ltd | 窒化物半導体装置 |
JP2012054324A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Advanced Power Device Research Association | 窒化物系半導体装置 |
JP2013235873A (ja) * | 2012-05-02 | 2013-11-21 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2014072424A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2014072427A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2014140024A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Nichia Chem Ind Ltd | 電界効果トランジスタとその製造方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI288435B (en) * | 2000-11-21 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device and equipment for communication system |
US20080272409A1 (en) * | 2007-05-03 | 2008-11-06 | Dsm Solutions, Inc.; | JFET Having a Step Channel Doping Profile and Method of Fabrication |
JP2009081177A (ja) * | 2007-09-25 | 2009-04-16 | Nec Electronics Corp | 電界効果トランジスタ、半導体チップ及び半導体装置 |
JP5740643B2 (ja) * | 2010-09-22 | 2015-06-24 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 電界効果トランジスタ |
JP5985337B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2016-09-06 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
US9330938B2 (en) * | 2014-07-24 | 2016-05-03 | International Business Machines Corporation | Method of patterning dopant films in high-k dielectrics in a soft mask integration scheme |
-
2016
- 2016-10-25 JP JP2017547614A patent/JP6817559B2/ja active Active
- 2016-10-25 WO PCT/JP2016/004679 patent/WO2017073047A1/ja active Application Filing
-
2018
- 2018-04-20 US US15/958,075 patent/US20180248027A1/en not_active Abandoned
-
2022
- 2022-03-07 US US17/688,440 patent/US20220190152A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006093683A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | 半導体基板、半導体素子、及び半導体発光素子 |
JP2009141244A (ja) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Panasonic Corp | 窒化物半導体トランジスタ及びその製造方法 |
JP2010103425A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Sanken Electric Co Ltd | 窒化物半導体装置 |
JP2012054324A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Advanced Power Device Research Association | 窒化物系半導体装置 |
JP2013235873A (ja) * | 2012-05-02 | 2013-11-21 | Renesas Electronics Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2014072424A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2014072427A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2014140024A (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-31 | Nichia Chem Ind Ltd | 電界効果トランジスタとその製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112582470A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-03-30 | 江苏大学 | 一种常闭型高电子迁移率晶体管及制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220190152A1 (en) | 2022-06-16 |
JP6817559B2 (ja) | 2021-01-20 |
WO2017073047A1 (ja) | 2017-05-04 |
US20180248027A1 (en) | 2018-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017073047A1 (ja) | 半導体装置 | |
JP6174874B2 (ja) | 半導体装置 | |
US9685549B2 (en) | Nitride semiconductor device and method for manufacturing same | |
US9293574B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
US10892357B2 (en) | Double-channel HEMT device and manufacturing method thereof | |
KR101773259B1 (ko) | 질화갈륨(GaN) 고 전자이동도 트랜지스터용 구조체 | |
US8946771B2 (en) | Gallium nitride semiconductor devices and method making thereof | |
JP5383652B2 (ja) | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
KR101922120B1 (ko) | 고전자이동도 트랜지스터 및 그 제조방법 | |
EP2747145B1 (en) | Field-effect transistor | |
JP5190923B2 (ja) | GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ及びその作製方法 | |
WO2013020061A1 (en) | Method and system for a gan vertical jfet utilizing a regrown gate | |
US9536966B2 (en) | Gate structures for III-N devices | |
US9224846B2 (en) | Nitride semiconductor device and fabricating method thereof | |
US20120061729A1 (en) | Nitride semiconductor device and method for fabricating the same | |
WO2013020051A1 (en) | Method and system for a gan vertical jfet utilizing a regrown channel | |
JP5546104B2 (ja) | GaN系電界効果トランジスタ | |
US20240105812A1 (en) | Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5379391B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体素子及びその製造方法 | |
US10373833B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2007250727A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
JP2016213388A (ja) | 窒化物半導体装置及びその製造方法 | |
JP6392703B2 (ja) | 窒化物半導体装置及びその製造方法 | |
TWI748225B (zh) | 增強型高電子遷移率電晶體元件 | |
JP2011091075A (ja) | へテロ接合電界効果トランジスタとその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180227 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190513 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200609 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200804 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201201 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201209 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6817559 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |