JP2006024927A - Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III族−窒化物電界効果素子(device)、および、広いバンドギャップ層上のオーム接触蒸着と同様に、上面の不動態化によって表面の安定性を改良する方法に関する。 The present invention relates to III-nitride field effect devices and methods for improving surface stability by passivation of the top surface as well as ohmic contact deposition on wide band gap layers.
GaN電界効果素子は、圧電素子であり、すなわち、自発分極および圧電分極により、材料内部で帯電分離するものである。 A GaN field effect element is a piezoelectric element, that is, one that is charged and separated inside a material by spontaneous polarization and piezoelectric polarization.
これは、例えば、AlGaNおよびGaNなどの異なる材料組成間の界面において、構造内の表面帯電層の作成が可能になるという、非常に大きな利点がある。これらの表面帯電層は、界面の反対側に、バルク材と比較して高移動値を有する二次元電子ガス(2DEG)を形成することにより、AlGaN/GaN接合内で補償される。構造内に非常に高移動度のチャンネルを生成するのに必要かつ有益ならば、強力なHEMT素子のデモンストレーションを許容することになるが、これは、ウルツ鉱材料内部で分離帯電するという欠点を有しており、また、構造上面の表面帯電層の原因ともなり、閃亜鉛鉱型構造材料と比較して、表面エネルギー準位の重要性が増すことになる。素子稼動中には、表面エネルギー準位が重要な役割を果たすので、表面エネルギー準位の存在は、これらの素子に対して理論的に予測される高性能の実現に、重大な問題を呈示する。熱運動も直流電流低下の部分的原因ではあるが、dc性能の低下や、高ドレイン‐ソース電圧での電流低下や、DCからRFへの分散現象が、表面エネルギー準位のフィリングおよびエンプティイングに直接関連していることは、多くの著者が指摘するところとなっている。 This has the great advantage that it allows the creation of a surface charged layer in the structure at the interface between different material compositions such as, for example, AlGaN and GaN. These surface charged layers are compensated in the AlGaN / GaN junction by forming a two-dimensional electron gas (2DEG) having a high mobility value compared to the bulk material on the opposite side of the interface. If necessary and beneficial to create very high mobility channels in the structure, it will allow demonstration of powerful HEMT elements, but this has the disadvantage of separate charging inside the wurtzite material. It also causes a surface charge layer on the top surface of the structure and increases the importance of surface energy levels compared to zinc blende type structural materials. Since surface energy levels play an important role during device operation, the presence of surface energy levels presents a significant problem in achieving the theoretically predicted high performance for these devices. . Although thermal motion is also a partial cause of the DC current drop, the dc performance drop, the current drop at high drain-source voltage, and the DC-to-RF dispersion phenomenon contribute to surface energy level filling and emptying. Many authors point out that it is directly related.
最上部III−N構造上のこうした表面エネルギー準位の効果を最小にするために、原則的にエクスシチュー法(ex−situ method)を用いて、トランジスタ処理中に、例えば、SiN、SiO2によって、ドレインおよびソース間の表面を不動態化することが、複数の著者により提案されている。これらの方法は、成長条件により調整されたひずみ効果として、上面での酸化物層または絶縁層の成長条件、さらに、ヘテロ構造自体のひずみ状態に強く依存しており、また、二次元電子ガス特性にも影響を与える。また、これらは、この上面になされた前処理ステップに応じて、表面の化学的または機械的状態に強く依存している。 In order to minimize the effect of these surface energy levels on the top III-N structure, in principle, an ex-situ method is used during transistor processing, for example by SiN, SiO 2 . Several authors have proposed to passivate the surface between the drain and source. These methods strongly depend on the growth condition of the oxide layer or insulating layer on the top surface as well as the strain state of the heterostructure itself as a strain effect adjusted by the growth conditions, and the two-dimensional electron gas characteristics. Also affects. They are also strongly dependent on the chemical or mechanical state of the surface, depending on the pretreatment steps made on this top surface.
特許文献1は、薄いAlGaN層を有するAlGaN/GaN HEMTについて説明している。ソースおよびドレイン接点はAlGaN層に接触しているが、AlGaN層の一部分は接点に覆われていない。AlGaN層のこの覆われていない部分は、絶縁層で覆われており、さらに、この絶縁層上にはゲート接点が含まれている。1つの実施例では、HEMTおよび絶縁層は、有機金属化学蒸着を用いて作成されている。他の実施例では、絶縁層は、HEMT活性層の上面へスパッタされている。 Patent Document 1 describes an AlGaN / GaN HEMT having a thin AlGaN layer. The source and drain contacts are in contact with the AlGaN layer, but a portion of the AlGaN layer is not covered by the contact. This uncovered portion of the AlGaN layer is covered with an insulating layer and further includes a gate contact on the insulating layer. In one embodiment, the HEMT and insulating layer are made using metal organic chemical vapor deposition. In another embodiment, the insulating layer is sputtered onto the top surface of the HEMT active layer.
特許文献2は、ソースおよびドレイン接点の間のチャンネル領域の上方にある素子の、露出したAlGaNまたはGaN表面上の誘電体不動態化層を用いた、GaNベースのFETを説明している。この誘電体層はSiNで形成されている。この層は、望ましくない周波数依存電流、および低下した降伏電圧を制御する。 U.S. Patent No. 6,057,036 describes a GaN-based FET using a dielectric passivation layer on the exposed AlGaN or GaN surface of the device above the channel region between the source and drain contacts. This dielectric layer is made of SiN. This layer controls unwanted frequency dependent currents and reduced breakdown voltage.
特許文献3は、高電子移動度トランジスタを解説している。このトランジスタは、二次元電子ガスを発生させる、GaN/AlGaNヘテロ接合から成っている。この構造は、低圧有機金属化学蒸着を用いて、ベースとなる平面サファイアに蒸着される。 Patent Document 3 describes a high electron mobility transistor. This transistor consists of a GaN / AlGaN heterojunction that generates a two-dimensional electron gas. This structure is deposited on the base planar sapphire using low pressure metalorganic chemical vapor deposition.
電界効果GaNベーストランジスタの開発における他の問題は、III族−窒化物表面上のオーム接触形成である。オーム接触形成は、例えば、表面組成などの異なるファクターに依存するが、非常に重要なものは、長く過小評価されてきた上面の酸化度である。この問題を克服するために、異なる洗浄技術および金属化技術が提案されてきた。最上層に良好なオーム接触が形成されないと、素子の性能は、すぐさま大幅に低下してしまう。多くの場合には、dc条件下で測定される最大電流は、チャンネル内のキャリヤー密度および移動度など、材料についての考察から推論される、最大の電流密度値をかなり下回ることが観測されている。 Another problem in the development of field effect GaN based transistors is the ohmic contact formation on the III-nitride surface. Ohmic contact formation depends on different factors such as, for example, surface composition, but what is very important is the degree of oxidation of the top surface that has long been underestimated. In order to overcome this problem, different cleaning and metallization techniques have been proposed. If a good ohmic contact is not formed on the top layer, the performance of the device will be severely degraded immediately. In many cases, it has been observed that the maximum current measured under dc conditions is well below the maximum current density value deduced from material considerations, such as carrier density and mobility in the channel. .
さらには、多くの場合、ウエハーの、および、あるウエハーから別のウエハーにわたる、素子性能の一様性および再現性が問題となる。選ばれたHEMT素子で記録的な性能が示されたとしても、結果の一様性および再現性は、依然として解決困難な問題として残っている。一様性および再現性におけるより良好な結果は、材料の品質および素子処理の改良により得られるはずだと信じられているが、克服すべき抜本的な問題は、表面特性の正確な制御である。 Furthermore, in many cases, the uniformity and reproducibility of device performance of a wafer and from one wafer to another is a problem. Even if record performance is demonstrated with the selected HEMT device, the uniformity and reproducibility of the results remains a difficult problem to solve. It is believed that better results in uniformity and repeatability should be obtained by improving material quality and device processing, but the fundamental problem to overcome is precise control of surface properties .
最後に、以下に、AlGaN/GaN HEMT素子のような圧電素子が、頻繁に遭遇する他の問題をあげておく。二次元電子ガス内の電流密度を増加させるには、2つの可能性が存在する:すなわち、AlGaN層の厚みを増すか、または、この上面内のAl含有量を増加させるかのいずれかである。これらの2つの可能性は、GaN層上に仮像的に成長している最上部AlGaN内のひずみを増加させることにより、チャンネル内のキャリヤー密度の増加を導く。しかしながら、AlGaN層内に高いひずみが存在すると、この上面には急速にクラックが誘発される。AlGaN内でのこれらのクラックは非常に不利益なものであり、これらのクラックにより、AlGaN/GaN界面における2DEGが破壊されてしまう;第2に、これらのクラックは処理を複雑にする。したがって、最上部AlGaN内でのクラックの発現を、たとえ非常に高いひずみ層であっても防止する可能性を見出すことに注目するのは重要である。これらのクラックの大部分は、構造の冷却中に生じると考えられていることに留意すべきである。また、Si基板上でIII−N素子を成長させるときにも、熱膨張係数における相違がSiCまたはサファイア基板におけるものより大きいので、III−N素子のクラックの発現を軽減する効果的方法がさらに強く望まれている。
本発明の目的は、空気露出や、異なる処理ステップにおけるあらゆる損傷により、表面汚染される前に、信頼し得る処理と同様に、チャンネル内の電子密度を増加させ、高性能素子を得るよう、GaN電界効果素子の表面を安定させることである。 The object of the present invention is to increase the electron density in the channel and obtain high performance devices, as well as reliable processing, before surface contamination due to air exposure and any damage in different processing steps. It is to stabilize the surface of the field effect element.
さらなる目的は、オーム接触抵抗を減少させることである。 A further object is to reduce ohmic contact resistance.
本発明のさらなる目的は、冷却中に、ひずみにより誘発される変化を抑制し、上面の力学的性質を損なうことなく、ヘテロ構造内でより高いひずみを可能にすることにより、二次元電子ガスを増加させ、それによって、直接、HEMT性能を向上させることである。 A further object of the present invention is to reduce the strain-induced changes during cooling and to enable the two-dimensional electron gas by allowing higher strain in the heterostructure without compromising the top surface mechanical properties. To increase and thereby directly improve HEMT performance.
この発明の第1態様では、装置ないしは素子(device)が解説されている。その素子は以下を含んでいる。
基板、
第1活性層、
前記第1活性層上の第2活性層、前記第2活性層は前記第1活性層より高いバンドギャップを有している、
前記第1活性層と前記第2活性層の間の二次元電子ガス層、
前記第2活性層上の不動態化層、
ソース接点およびドレイン接点、前記ソース接点および前記ドレイン接点は、前記不動態化層へ接触している。
In the first aspect of the invention, a device or device is described. The device includes:
substrate,
A first active layer,
A second active layer on the first active layer, the second active layer has a higher band gap than the first active layer;
A two-dimensional electron gas layer between the first active layer and the second active layer;
A passivation layer on the second active layer;
The source and drain contacts, the source contact and the drain contact are in contact with the passivation layer.
本発明の素子では、二次元電子ガス層の電子密度が増加する形で、不動態化層を配置することができる。 In the device of the present invention, the passivating layer can be arranged in such a manner that the electron density of the two-dimensional electron gas layer increases.
本発明の素子では、ゲート接点は、前記第2活性層と電気的に接触しているのが好ましい。 In the device of the present invention, the gate contact is preferably in electrical contact with the second active layer.
本発明の素子では、前記第1活性層は、好ましくはIII族窒化物半導体材料で形成されており、さらに好ましくはGaNで形成されている。 In the device of the present invention, the first active layer is preferably made of a group III nitride semiconductor material, more preferably GaN.
本発明の素子では、第2活性層は、好ましくはIII族窒化物半導体材料で形成されており、さらに好ましくはAlGaNまたはAlGaInNで形成されている。 In the device of the present invention, the second active layer is preferably made of a group III nitride semiconductor material, and more preferably made of AlGaN or AlGaInN.
本発明の素子では、第1活性層と第2活性層との間に、スペーサ層を配置可能である。 In the element of the present invention, a spacer layer can be disposed between the first active layer and the second active layer.
本発明の素子では、前記第2活性層と前記不動態化層の間に、第3層を位置決め可能であり、好ましくは、前記第3層はIII族窒化物材料で形成されている。 In the device of the present invention, a third layer can be positioned between the second active layer and the passivation layer, and preferably the third layer is formed of a group III nitride material.
さらに言えば、本発明の素子では、素子稼動中に、二次元電子ガス内のキャリヤー密度に対する表面エネルギー準位の効果を減少させ、または排除する形で、前記不動態化層が配置可能である。 Furthermore, in the device of the present invention, the passivation layer can be arranged in a manner that reduces or eliminates the effect of surface energy levels on the carrier density in the two-dimensional electron gas during device operation. .
本発明の素子では、前記不動態化層は、少なくとも電子供与体元素および窒素を含む材料で形成されているのが好ましく、さらに言えば、窒化珪素で形成されているのが好ましい。 In the device of the present invention, the passivation layer is preferably formed of a material containing at least an electron donor element and nitrogen, and more preferably, silicon nitride.
本発明の素子では、不動態化層は、III族窒化物材料、および、SiNまたはAlNから成るグループから選択された材料を含む、多層構造であってもよい。 In the device of the present invention, the passivating layer may be a multilayer structure comprising a group III nitride material and a material selected from the group consisting of SiN or AlN.
本発明の素子では、不動態化層の厚さは、1nm〜30nmの間であるのが好ましい。 In the device of the present invention, the thickness of the passivation layer is preferably between 1 nm and 30 nm.
本発明の素子では、基板は、シリコン、サファイア、SiC、GaN、およびAlNから成るグループから選択された材料で形成されているのが好ましい。 In the device of the present invention, the substrate is preferably formed of a material selected from the group consisting of silicon, sapphire, SiC, GaN, and AlN.
この発明の実施例では、ソース接点、およびドレイン接点は、不動態化層上に蒸着される。 In an embodiment of the invention, the source contact and drain contact are deposited on the passivation layer.
本発明の実施例では、先行する実施例で解説された素子は、前記第2活性層と電気的に接触するゲート接点をさらに含んで開示されている。 In an embodiment of the present invention, the device described in the preceding embodiment is disclosed further including a gate contact in electrical contact with the second active layer.
他の実施例では、前記不動態化層の一部分は、ソース接点およびドレイン接点によっては覆われていない。ゲート接点は不動態化層に接触可能であるか、または、ゲート接点は第2活性層上に蒸着可能である。 In other embodiments, a portion of the passivation layer is not covered by the source and drain contacts. The gate contact can contact the passivation layer, or the gate contact can be deposited on the second active layer.
他の実施例では、前の実施例のいずれにおいても解説されたように、第1活性層が、III族窒化物半導体材料で形成されている素子が開示されている。 In another embodiment, as described in any of the previous embodiments, a device is disclosed in which the first active layer is formed of a group III nitride semiconductor material.
好適な実施例では、第1活性層はGaNで形成されている。 In a preferred embodiment, the first active layer is made of GaN.
他の実施例では、前記第2活性層は、III族窒化物材料で形成されている。 In another embodiment, the second active layer is formed of a group III nitride material.
好適な実施例では、第2活性層は、AlGaNまたはAlGaInNで形成されている。 In a preferred embodiment, the second active layer is made of AlGaN or AlGaInN.
第1活性層と第2活性層の間(界面とも呼ばれている)では、表面帯電層を素子内に作成可能である。この表面帯電層は、界面の反対側に二次元電子ガスを形成することにより補償され、それにより、バルク材と比較して高い移動度値がもたらされることになる。これは、素子内に、非常に高い移動度のチャンネルを生成するのに有益である。 Between the first active layer and the second active layer (also called an interface), a surface charged layer can be formed in the device. This surface charged layer is compensated by forming a two-dimensional electron gas on the opposite side of the interface, which will result in a higher mobility value compared to the bulk material. This is useful for creating very high mobility channels in the device.
他の実施例では、第1活性層と第2活性層の間に、スペーサ層が存在している。スペーサ層は、界面の移動度が増加するような形で選択される。 In another embodiment, there is a spacer layer between the first active layer and the second active layer. The spacer layer is selected in such a way as to increase the interface mobility.
スペーサ層は、AlMで形成可能であるが、これに限定されない。 The spacer layer can be formed of AlM, but is not limited thereto.
他の実施例では、第2活性層は、他の電子ソースを提供するために、Siなどのドナー元素により一部分または全体がドーピングされている。 In other embodiments, the second active layer is partially or wholly doped with a donor element such as Si to provide another electron source.
他の実施例では、第2活性層は第3層で覆われており、第3層は、(これに限定されないが)GaNなどのIII族窒化物材料で形成されている。第3層は、第2活性層と不動態化層との間に存在している。 In another embodiment, the second active layer is covered with a third layer, and the third layer is formed of a III-nitride material such as (but not limited to) GaN. The third layer exists between the second active layer and the passivation layer.
他の実施例では、素子はさらに、基板と第1活性層との間に、少なくとも1つのバッファ層を含んでいる。このバッファ層は、基板と素子の残余部分との間に、適切な結晶構造遷移を提供する。バッファ層は、基板と第1活性層との間の核生成層であってもよい。特定の実施例では、バッファ層は、AlN、GaN、またはAlGaNから構成されているが、これらに限定されない。 In other embodiments, the device further includes at least one buffer layer between the substrate and the first active layer. This buffer layer provides a suitable crystal structure transition between the substrate and the remainder of the device. The buffer layer may be a nucleation layer between the substrate and the first active layer. In particular embodiments, the buffer layer is composed of, but is not limited to, AlN, GaN, or AlGaN.
本発明の一実施例では、不動態化層は、素子稼動中に、二次元電子ガス内のキャリヤー密度に対する表面エネルギー準位の効果を、減少させ、または排除する形で配置されている。 In one embodiment of the present invention, the passivation layer is arranged in a manner that reduces or eliminates the effect of surface energy levels on the carrier density in the two-dimensional electron gas during device operation.
本発明の一実施例では、先行する実施例のいずれにおいても解説されたように、前記不動態化層に少なくともドナー材料および窒素を含んでいる素子が、開示されている。 In one embodiment of the invention, as described in any of the preceding embodiments, a device is disclosed that includes at least a donor material and nitrogen in the passivation layer.
特定の実施例では、不動態化層は窒化珪素で形成されている。 In a particular embodiment, the passivating layer is made of silicon nitride.
他の実施例では、不動態化層は窒化マグネシウムで形成されている。 In other embodiments, the passivation layer is formed of magnesium nitride.
さらなる実施例では、不動態化層は、III族窒化物材料、および、SiNまたはAlNを含む多層構造である。 In a further embodiment, the passivation layer is a multi-layer structure comprising a III-nitride material and SiN or AlN.
不動態化層は、素子稼動中に、二次元電子ガス内のキャリヤー密度に対する表面エネルギー準位の効果を、減少させるような形で配置されている。 The passivation layer is arranged in such a way as to reduce the effect of surface energy levels on the carrier density in the two-dimensional electron gas during device operation.
本発明はこれに限定されるわけではないが、こうした効果に対する考え得る説明は、SiN層が、2DEGの表面空乏を排除するAlGaNを伴う帯電中立界面を提供可能であるということであろう。高レベルSiの存在、または、不動態化層における少なくともドナータイプの欠損は、表面帯電効果の補償に有益である。素子稼動中には、表面エネルギー準位が重要な役割を果たすので、表面エネルギー準位の存在は、高性能を実現するための的確な問題を引き起こすことになる。 Although the present invention is not limited to this, a possible explanation for such an effect would be that the SiN layer can provide a charged neutral interface with AlGaN that eliminates 2DEG surface depletion. The presence of high levels of Si, or at least donor type defects in the passivation layer, is beneficial in compensating for surface charging effects. Since the surface energy level plays an important role during the operation of the device, the presence of the surface energy level causes a precise problem for realizing high performance.
不動態化層の厚さは、1nm〜100nmの間、1nm〜50nmの間、1nm〜30nmの間、または1nm〜20nmの間である。好ましくは、この厚さは、1nm〜30nmの間である。 The thickness of the passivation layer is between 1 nm and 100 nm, between 1 nm and 50 nm, between 1 nm and 30 nm, or between 1 nm and 20 nm. Preferably, this thickness is between 1 nm and 30 nm.
不動態化層は、アモルファス構造で特徴付けられる。 The passivation layer is characterized by an amorphous structure.
さらに、薄い不動態化層により、低抵抗のオーム接触の形成が可能となる。 In addition, a thin passivation layer allows the formation of a low resistance ohmic contact.
さらに、不動態化層はSiを含んでおり、このSiは、ドナーとして機能するAlGaN内に拡散可能である。 Furthermore, the passivation layer contains Si, which can diffuse into AlGaN functioning as a donor.
AlGaN層内へドナータイプを導入することにより、オーム接触の形成が容易となり、その結果、接触抵抗が低減されることになる。 By introducing a donor type into the AlGaN layer, it is easy to form an ohmic contact, and as a result, the contact resistance is reduced.
第1活性層、第2活性層、および不動態化層は、各層を空気へさらすことなく、同じ反応装置内で形成される。 The first active layer, the second active layer, and the passivating layer are formed in the same reactor without exposing each layer to air.
不動態化層は、MOVPE(有機金属気相成長法)またはMBE(分子線エピタキシャル成長法)により形成されるのが好ましい。 The passivation layer is preferably formed by MOVPE (metal organic vapor phase epitaxy) or MBE (molecular beam epitaxy).
不動態化層は、700℃〜1300℃の間、700℃〜1250℃の間、700℃〜1100℃の間の温度で形成される。 The passivating layer is formed at temperatures between 700 ° C and 1300 ° C, between 700 ° C and 1250 ° C, and between 700 ° C and 1100 ° C.
さらなる実施例では、第2活性層は、酸化層で覆われていない。不動態化層は、第2活性層とじかに接触している。 In a further embodiment, the second active layer is not covered with an oxide layer. The passivation layer is in direct contact with the second active layer.
さらなる実施例では、前の実施例のいずれにおいても解説されたように、基板が、シリコン、サファイア、SiC、GaN、およびAlNから成るグループから選択された材料で形成されている素子が、開示されている。 In a further embodiment, an element is disclosed in which the substrate is formed of a material selected from the group consisting of silicon, sapphire, SiC, GaN, and AlN, as described in any of the previous embodiments. ing.
本発明の他の実施例では、前の実施例のいずれにおいても解説されたように、素子は電界効果トランジスタである。電界効果トランジスタは、HEMT(高電子移動度トランジスタ)、MOSHFET(金属酸化膜半導体ヘテロ構造電界効果トランジスタ)、MESFET(金属半導体電界効果トランジスタ)、MISFET(金属絶縁体半導体電界効果トランジスタ)、またはMISHFET(金属絶縁体半導体ヘテロ構造電界効果トランジスタ)であってもいいが、これらに限定されない。 In other embodiments of the present invention, the device is a field effect transistor, as described in any of the previous embodiments. The field effect transistors are HEMT (High Electron Mobility Transistor), MOSHFET (Metal Oxide Semiconductor Heterostructure Field Effect Transistor), MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor), MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), or MISHFET ( Metal insulator semiconductor heterostructure field effect transistor), but is not limited thereto.
さらなる実施例では、前の実施例のいずれにおいても解説されたように、従来技術素子と比較して、より高い電流密度、およびより高いパワー性能により特徴付けられる素子が、開示されている。 In a further embodiment, as described in any of the previous embodiments, an element characterized by a higher current density and higher power performance is disclosed compared to prior art elements.
他の好適な実施例では、ソース接点およびドレイン接点は、Ti、Al、Ni、Mo、Ta、Pt、Pd、V、Nb、Zr、および/またはAuを含む合金で形成されている。接点は、Ti/Al/Ti/Auシーケンス、Ti/Al/Ni/Au、Ti/Al/Mo/Au、または、Ti/Al/Pt/Auで形成されているのが好ましい。 In other preferred embodiments, the source and drain contacts are formed of an alloy comprising Ti, Al, Ni, Mo, Ta, Pt, Pd, V, Nb, Zr, and / or Au. The contacts are preferably formed of Ti / Al / Ti / Au sequence, Ti / Al / Ni / Au, Ti / Al / Mo / Au, or Ti / Al / Pt / Au.
層の1つがAlで作成されているときは、後者は、窒素、AlNを伴う合金を容易に形成し、さらに、シリコンがAlGaN層内でドーパントとして機能することが可能である。これにより、オーム接触形成が容易になる。 When one of the layers is made of Al, the latter can easily form an alloy with nitrogen, AlN, and silicon can function as a dopant in the AlGaN layer. This facilitates ohmic contact formation.
本発明の第2態様では、素子の形成方法が解説されており、その方法は以下のステップを含む:
反応チャンバー内に基板を配置するステップ
前記基板上に第1活性層を形成するステップ
前記第1活性層上に第2活性層を形成するステップ、前記第2活性層は、前記第1活性層より高いバンドギャップを有しており、それにより、前記第1活性層と前記第2活性層との間に二次元電子ガス層を形成する、
前記第2活性層上に不動態化層を形成するステップ
ソース接点およびドレイン接点を形成するステップ、前記ソース接点および前記ドレイン接点は前記不動態化層に接触しており、前記不動態化層の一部分は、ソース接点およびドレイン接点によっては覆われていない。
In a second aspect of the present invention, a method for forming a device is described, the method comprising the following steps:
Disposing a substrate in a reaction chamber; forming a first active layer on the substrate; forming a second active layer on the first active layer; wherein the second active layer is formed from the first active layer; Having a high band gap, thereby forming a two-dimensional electron gas layer between the first active layer and the second active layer;
Forming a passivation layer on the second active layer, forming a source contact and a drain contact, wherein the source contact and the drain contact are in contact with the passivation layer; and A portion is not covered by the source and drain contacts.
本発明に従う方法は、前記第2活性層との電気接触内にゲート接点を形成するステップをさらに含んでいる。 The method according to the present invention further comprises forming a gate contact in electrical contact with the second active layer.
本発明の方法では、第1活性層を形成するステップ、第2活性層を形成するステップ、不動態化層を形成するステップは、素子を空気(環境)へさらすことなく、反応チャンバー内で実行される。 In the method of the present invention, the steps of forming the first active layer, forming the second active layer, and forming the passivation layer are performed in a reaction chamber without exposing the device to air (environment). Is done.
さらに言えば、前記反応チャンバーは、MOVPE(有機金属気相成長法)反応チャンバーであってもよい。 Furthermore, the reaction chamber may be a MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) reaction chamber.
本発明の方法は、以下のステップをさらに含んでいてもよい:
前記反応チャンバーを冷却するステップ、
前記反応チャンバーから、その蒸着層を伴う前記素子を取り出すステップ、
冷却ステップ、および取り出しステップは、不動態化層の形成ステップの後、かつ、ソースおよびドレイン接点の形成ステップの前に実行される。
The method of the present invention may further comprise the following steps:
Cooling the reaction chamber;
Removing the device with the deposited layer from the reaction chamber;
The cooling and removal steps are performed after the passivating layer formation step and before the source and drain contact formation steps.
本発明の方法では、不動態化層の形成ステップは、700℃〜1300℃の間の温度で実行されるのが好ましい。 In the method of the present invention, the passivating layer formation step is preferably carried out at a temperature between 700 ° C and 1300 ° C.
本発明の方法では、ソース接点およびドレイン接点の形成ステップは、不動態化層と、ソース接点およびドレイン接点との間に直接の接触があるような形で、実行される。 In the method of the present invention, the steps of forming the source and drain contacts are performed in such a way that there is a direct contact between the passivation layer and the source and drain contacts.
本発明の方法では、第1活性層はIII族窒化物半導体材料で形成されているのが好ましく、さらに言えばGaNで形成されているのが好ましい。 In the method of the present invention, the first active layer is preferably formed of a group III nitride semiconductor material, and more preferably is formed of GaN.
本発明の方法では、第2活性層は、III族窒化物半導体材料で形成されているのが好ましく、さらに言えば、AlGaNまたはAlGaInNで形成されているのが好ましい。 In the method of the present invention, the second active layer is preferably formed of a group III nitride semiconductor material, and more preferably is formed of AlGaN or AlGaInN.
本発明の方法では、不動態化層は、電子供与体元素および窒素を含んでいるのが好ましく、さらに言えば、前記不動態化層はSiNで作られている。 In the method of the present invention, the passivating layer preferably contains an electron donor element and nitrogen, more specifically said passivating layer is made of SiN.
本発明の第2態様の実施例では、前の実施例のいずれにおいても解説されたように、さらに、前記第2活性層と電気接触するゲート接点を形成するステップを含む方法が開示されている。ゲート接点は、不動態化層の覆われていない部分に形成される。 In an embodiment of the second aspect of the present invention, a method is disclosed that further comprises the step of forming a gate contact in electrical contact with the second active layer, as described in any of the previous embodiments. . The gate contact is formed in an uncovered portion of the passivation layer.
本発明の第2態様の実施例では、第1活性層を形成し、第2活性層を形成し、不動態化層を形成するステップは、(本発明の目的が「インシチュー」形成とも呼ばれているように)反応チャンバー内で、素子を空気へさらすことなく実行される。 In an embodiment of the second aspect of the present invention, the steps of forming the first active layer, forming the second active layer, and forming the passivating layer are also referred to as “in-situ” formation for purposes of the present invention. As is done in the reaction chamber without exposing the element to air.
好適な実施例では、反応チャンバーはMOVPE反応チャンバーである。 In a preferred embodiment, the reaction chamber is a MOVPE reaction chamber.
第2活性層上での酸化物形成は、実質的に回避される。さらに、第2活性層上面からの酸化層除去ステップが回避される。これは改良されたオーム接触形成をもたらすことになる。 Oxide formation on the second active layer is substantially avoided. Furthermore, the oxide layer removal step from the upper surface of the second active layer is avoided. This will result in improved ohmic contact formation.
従来技術は、第2活性層上面に自然に形成される酸化物が非常に安定しているのを示しており、その結果、事実上の酸化層排除に先立ち、プラズマエッチングの高出力および/または長い持続時間が必要とされている。 The prior art has shown that the oxide that forms spontaneously on the top surface of the second active layer is very stable, so that prior to the effective removal of the oxide layer, the high power of plasma etching and / or Long duration is needed.
本発明の第2態様の他の実施例では、本方法は、さらに、基板と第1活性層との間に、少なくとも1つのバッファ層を形成するステップを含むことができる。 In other embodiments of the second aspect of the present invention, the method may further include forming at least one buffer layer between the substrate and the first active layer.
このステップは、反応チャンバー内への基板配置ステップの後に実行される。 This step is performed after the substrate placement step in the reaction chamber.
バッファ層は、基板と素子の残余部分との間に、適切な結晶構造遷移を提供する。 The buffer layer provides a suitable crystal structure transition between the substrate and the remainder of the device.
バッファ層は、基板と第1活性層との間の核生成層であってもよい。 The buffer layer may be a nucleation layer between the substrate and the first active layer.
特定の実施例では、バッファ層は、AlN、GaN、AlGaN、またはInN、またはその組合せで形成することができるが、これらに限定されない。 In particular embodiments, the buffer layer can be formed of, but not limited to, AlN, GaN, AlGaN, or InN, or a combination thereof.
特定の実施例では、バッファ層は、第1活性層の成長温度より低い成長温度で形成される。 In a particular embodiment, the buffer layer is formed at a growth temperature that is lower than the growth temperature of the first active layer.
本発明の第2態様の他の実施例では、本方法は、さらに以下のステップを含んでいる:
反応チャンバーを冷却するステップ、
前記反応チャンバーから、その蒸着層を伴う素子を取り出すステップ、
ステップは、不動態化層の形成ステップの後、かつ、ソースおよびドレイン接点の形成ステップの前に実行される。
In another embodiment of the second aspect of the invention, the method further comprises the following steps:
Cooling the reaction chamber;
Removing the element with the deposited layer from the reaction chamber;
The step is performed after the passivating layer forming step and before the source and drain contact forming step.
他の実施例では、不動態化層の形成ステップは、700℃〜1300℃の間、700℃〜1250℃の間、または700℃〜1100℃の間の温度で実行される。 In other examples, the passivating layer forming step is performed at a temperature between 700 ° C and 1300 ° C, between 700 ° C and 1250 ° C, or between 700 ° C and 1100 ° C.
第2活性層上に、少なくとも700°Cで蒸着される不動態化層(好ましくはAlGaN)は、第2活性層のクラックの減少をもたらす。クラックは、素子を成長温度から室温まで冷却するときに生じる。したがって、これにより、第2活性層の厚み、および/または第2活性層内のAl含有量が増加される。これにより、チャンネル内でのキャリヤー密度の増加がもたらされる。 A passivation layer (preferably AlGaN) deposited on the second active layer at least at 700 ° C. results in a reduction of cracks in the second active layer. Cracks occur when the device is cooled from the growth temperature to room temperature. Thus, this increases the thickness of the second active layer and / or the Al content in the second active layer. This results in an increase in carrier density within the channel.
ソース接点およびドレイン接点の形成ステップは、不動態化層と、ソース接点およびドレイン接点とが直接接触するように、実行される。これは、不動態化層が、ソースおよびドレイン接点形成前に、エッチングされないことを意味する。 The step of forming source and drain contacts is performed such that the passivation layer and the source and drain contacts are in direct contact. This means that the passivation layer is not etched before the source and drain contacts are formed.
SiNについて述べるなら、SiおよびNから成る化合物を意味することを理解しなければならない。SiNはSi3N4だけでなく、SixNyなど(これに限定されない)、異なる正規組成率または非正規組成率の他の配合を含むことができる。 When referring to SiN, it should be understood to mean a compound consisting of Si and N. SiN can include other formulations of different normal composition ratios or non-normal composition ratios, such as but not limited to Si x N y, as well as Si 3 N 4 .
SixNyの配合では、xおよびyは、0<x≦100および0<y≦100である実数として定義可能である。 In the Si x N y formulation, x and y can be defined as real numbers where 0 <x ≦ 100 and 0 <y ≦ 100.
本発明の第2態様の実施例では、第1活性層の形成ステップは、第1活性層を形成するよう適合された原料ガスを、反応チャンバー内へ流すことを含んでいる。第2活性層の形成ステップは、第2活性層を形成するよう適合された原料ガスを、反応チャンバー内へ流すことを含んでいる。不動態化層の形成ステップは、不動態化層を形成するよう適合された原料ガスを、反応チャンバー内へ流すことを含んでいる。 In an embodiment of the second aspect of the present invention, the step of forming the first active layer includes flowing a source gas adapted to form the first active layer into the reaction chamber. The step of forming the second active layer includes flowing a source gas adapted to form the second active layer into the reaction chamber. The passivating layer forming step includes flowing a source gas adapted to form the passivating layer into the reaction chamber.
さらなる実施例では、第1活性層は、III族窒化物半導体材料で形成される。好適な実施例では、第1活性層はGaNで形成されている。他のさらなる実施例では、前記第2活性層は、III族窒化物材料で形成される。好適な実施例では、第2活性層はAlGaNで形成される。 In a further embodiment, the first active layer is formed of a group III nitride semiconductor material. In a preferred embodiment, the first active layer is made of GaN. In another further embodiment, the second active layer is formed of a group III nitride material. In the preferred embodiment, the second active layer is formed of AlGaN.
他のさらなる実施例では、前記不動態化層は窒化珪素で形成される。 In another further embodiment, the passivation layer is formed of silicon nitride.
本方法により形成された異なる層の仕様は、本発明の第1態様で説明されたものと同様である。 The specifications of the different layers formed by the method are similar to those described in the first aspect of the invention.
本発明は、特定の実施例を、特定の図面を参照することで、説明されているが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。説明される図面は概略図に過ぎず、限定を意図するものではない。図面においては、若干の要素のサイズは誇張されており、説明目的のために、正しい尺度で描かれていない場合がある。 While the invention has been described with reference to specific embodiments and with reference to certain drawings, the invention is not limited thereto but only by the claims. The drawings described are only schematic and are not intended to be limiting. In the drawings, the size of some of the elements may be exaggerated and not drawn on scale for illustrative purposes.
本発明は、オーム接触形成のより良好な制御と同様に、表面安定性および均質性に関する問題を克服する素子および方法を説明するものである。 The present invention describes elements and methods that overcome problems related to surface stability and homogeneity as well as better control of ohmic contact formation.
本発明は、オーム接触(ソースおよびドレイン接点)が、(すぐ下の)SiN層の存在により、妨害されない(さらには、逆に改良される)という驚くべき発見に基づいている。 The present invention is based on the surprising discovery that ohmic contacts (source and drain contacts) are not disturbed (and vice versa) by the presence of the (immediately below) SiN layer.
半導体素子には、以下を含むものが提供される:
基板、
第1活性層、
(前記第1活性層上の)第2活性層、前記第2活性層は、前記第1活性層より高いバンドギャップを有している、
前記第1活性層と前記第2活性層との間の二次元電子ガス層、
電子供与体元素および窒素で構成された(前記第2活性層上の)不動態化層、
前記不動態化層上に直接蒸着された、ソース接点およびドレイン接点。
Semiconductor devices are provided that include:
substrate,
A first active layer,
The second active layer (on the first active layer), the second active layer has a higher band gap than the first active layer;
A two-dimensional electron gas layer between the first active layer and the second active layer;
A passivation layer (on the second active layer) composed of an electron donor element and nitrogen;
Source and drain contacts deposited directly on the passivation layer.
本発明の文脈では、さらに別の方法が指定されている場合を除いては、2つの層の相対的な位置について言及されるとき、「上に」という用語は、「直接、またはすぐ上」(すなわち、中間層がない)ことを意味する場合があり、または、「1つ以上の中間層を伴って、上方に」を意味する場合がある。 In the context of the present invention, the term “on” refers to “directly or immediately above” when referring to the relative position of the two layers, unless otherwise specified. (I.e., there is no intermediate layer) or may mean "with one or more intermediate layers upwards".
特に、半導体素子では、または本発明に従う方法では、前記ソースおよびドレイン接点は、前記不動態化層上に直接(蒸着されて)存在しており、すなわち、(前記ソース接点(または、ソース電極)と前記不動態化層との間にも、さらに、前記ドレイン接点(または、ドレイン電極)と前記不動態化層との間にも)中間層は存在しない。 In particular, in semiconductor devices or in the method according to the invention, the source and drain contacts are present directly (deposited) on the passivation layer, i.e. (the source contact (or source electrode)). There is also no intermediate layer between the passivation layer and the passivation layer, nor between the drain contact (or drain electrode) and the passivation layer.
本発明に従う半導体素子では、前記電子供与体元素は、B、Se、またはC、またはGeでもよいが、好ましくはSiである。 In the semiconductor device according to the present invention, the electron donor element may be B, Se, C, or Ge, but is preferably Si.
前記電子供与体元素(特にSi)は、前記第2活性層内で拡散し、そこでドナーとして作用する;さらに、ドナータイプの前記第2活性層への導入により、オーム接触の形成を容易にし、その結果、接触抵抗が減少する。 The electron donor element (especially Si) diffuses in the second active layer and acts as a donor there; furthermore, the introduction of a donor type into the second active layer facilitates the formation of an ohmic contact; As a result, the contact resistance is reduced.
層の1つがAlで作られているとき、後者は、AlGaN層内でドーパントとしてとして作用する、窒素、AlN、および前記電子供与体元素(特にSi)を伴う合金を、容易に形成することができる。これは、オーム接触形成を容易にする。 When one of the layers is made of Al, the latter can easily form an alloy with nitrogen, AlN, and the electron donor element (especially Si) that acts as a dopant in the AlGaN layer. it can. This facilitates ohmic contact formation.
本発明に従う半導体素子では、前記不動態化層は、CN、BN、GeN、またはSiNを含む(または、で構成される)ことが可能である。好ましくは、前記不動態化層は、BNまたはSiNを含んでいる(または、で構成されている)。さらに好ましくは、前記不動態化層は、SiNを含んでいる(または、で構成されている)。 In the semiconductor device according to the present invention, the passivation layer may include (or consist of) CN, BN, GeN, or SiN. Preferably, the passivating layer contains (or consists of) BN or SiN. More preferably, the passivating layer contains (or consists of) SiN.
好ましくは、前記不動態化層は、(およそ)1nm〜(およそ)30nmの間の厚みを有している。 Preferably, the passivation layer has a thickness between (approximately) 1 nm and (approximately) 30 nm.
好ましくは、前記第1活性層はIII族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、GaNを含んでいる(または、で構成されている)。 Preferably, the first active layer contains (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably contains (or consists of) GaN.
好ましくは、前記第2活性層は、III族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、AlGaまたはAlGaInNを含んでいる(または、で構成されている)。 Preferably, the second active layer contains (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably contains (or consists of) AlGa or AlGaInN.
本発明の半導体素子は、さらに、前記第2活性層と電気接触しているゲート接点を含むことができる。 The semiconductor device of the present invention may further include a gate contact that is in electrical contact with the second active layer.
本発明の半導体素子は、さらに、前記第1活性層と前記第2活性層との間にスペーサ層を含んでいる。前記スペーサ層は、前記2DEG層における移動度を増加させることが目的である。例えば、前記スペーサ層は、AlNを含んでいる(または、で構成される)ことができる。 The semiconductor device of the present invention further includes a spacer layer between the first active layer and the second active layer. The spacer layer is intended to increase mobility in the 2DEG layer. For example, the spacer layer may include (or consist of) AlN.
本発明の半導体素子は、前記第2活性層と前記不動態化層との間に、さらに第3層を含むことができる。前記第3層は、さらに言えば、電子をチャンネルに供給することが目的である。好ましくは、前記第3層は、III族窒化物材料を含む(または、で構成される)ことができる。 The semiconductor device of the present invention may further include a third layer between the second active layer and the passivation layer. The third layer is further aimed at supplying electrons to the channel. Preferably, the third layer may include (or consist of) a group III nitride material.
本発明に従う半導体素子では、前記基板は、シリコン、サファイア、SiC、GaN、およびAlNから成るグループから選択された材料を含む(または、で構成される)ことができる。 In the semiconductor device according to the present invention, the substrate may include (or consist of) a material selected from the group consisting of silicon, sapphire, SiC, GaN, and AlN.
また、本発明は、以下のステップを含む、半導体素子の作成方法を提供する。
反応チャンバー内に基板を配置するステップ、
前記基板上に第1活性層を蒸着するステップ、
前記第1活性層上に、前記第1活性層より高いバンドギャップを有する第2活性層を蒸着させ、それにより、前記第1活性層と前記第2活性層との間に、二次元電子ガス層を形成するステップ、
前記第2活性層上に、少なくとも電子供与体元素および窒素を含む不動態化層を蒸着させるステップ、
前記不動態化層上に、直接、ソース接点およびドレイン接点を蒸着させるステップ。
The present invention also provides a method for producing a semiconductor device, including the following steps.
Placing a substrate in a reaction chamber;
Depositing a first active layer on the substrate;
A second active layer having a higher band gap than the first active layer is deposited on the first active layer, whereby a two-dimensional electron gas is formed between the first active layer and the second active layer. Forming a layer;
Depositing a passivation layer comprising at least an electron donor element and nitrogen on the second active layer;
Depositing source and drain contacts directly on the passivation layer.
本発明の方法では、前記第1、第2活性層、および前記不動態化層を蒸着する前記ステップは、前記反応チャンバー内で、層を空気または環境へさらすことなく実行される。 In the method of the present invention, the step of depositing the first, second active layer, and the passivation layer is performed in the reaction chamber without exposing the layer to air or the environment.
本発明の方法は、ソースおよびドレイン接点を蒸着するステップの前に、以下のステップをさらに含んでいるのが好ましい:
前記反応チャンバーを冷却するステップ、および、
前記反応チャンバーから、素子(または、構造)を(その蒸着された層と共に)取り出すステップ。
Prior to the step of depositing source and drain contacts, the method of the present invention preferably further comprises the following steps:
Cooling the reaction chamber; and
Removing the element (or structure) from the reaction chamber (with its deposited layer);
本発明の方法では、前記反応チャンバーは、MOVPEまたはMBE反応チャンバーであってもよい。 In the method of the present invention, the reaction chamber may be a MOVPE or MBE reaction chamber.
本発明に従う方法は、前記第2活性層と電気接触するゲート接点を形成するステップを、さらに含むことができる。 The method according to the present invention may further comprise forming a gate contact in electrical contact with the second active layer.
前記ゲート接点は、前記不動態化層に直接(すなわち、中間層なしで)蒸着可能である。 The gate contact can be deposited directly on the passivation layer (ie, without an intermediate layer).
代替的に、前記不動態化層は、チャンネル領域を、換言するなら、ソースおよびドレイン接点の間をエッチング可能である。前記ソースおよびドレイン接点は、前記不動態化層上に直接残っている。したがって、本発明の方法は、前記不動態化層上に、前記ソースおよびドレイン接点を直接蒸着させるステップの後、かつ、ゲート接点の形成ステップ前に、前記ソースおよびドレイン接点と、前記不動態化層との間をエッチングするステップをさらに含んでいてもよい。 Alternatively, the passivation layer can etch the channel region, in other words, between the source and drain contacts. The source and drain contacts remain directly on the passivation layer. Accordingly, the method of the present invention includes the source and drain contacts and the passivation after the step of directly depositing the source and drain contacts on the passivation layer and before the step of forming a gate contact. The method may further include etching between the layers.
本発明の方法では、前記不動態化層を蒸着する前記ステップは、(およそ)700℃〜(およそ)1300℃の間の温度で実行されるのが好ましい。 In the method of the present invention, the step of depositing the passivation layer is preferably carried out at a temperature between (approximately) 700 ° C. and (approximately) 1300 ° C.
前記不動態化層は、CN、BN、GeN、またはSiNを含む(または、で構成される)ことができる。好ましくは、前記不動態化層は、BN、またはSiNを含んでいる(または、で構成されている)。さらに好ましくは、前記不動態化層はSiNを含んでいる(または、で構成されている)。 The passivation layer may include (or consist of) CN, BN, GeN, or SiN. Preferably, the passivating layer contains (or consists of) BN or SiN. More preferably, the passivating layer contains (or consists of) SiN.
好ましくは、前記不動態化層は、(およそ)1nm〜(およそ)30nmの間の厚みになるよう蒸着される。 Preferably, the passivation layer is deposited to a thickness between (approximately) 1 nm and (approximately) 30 nm.
本発明の方法では、好ましくは、前記第1活性層は、III族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、GaNを含んでいる(または、で構成されている)。 In the method of the present invention, preferably, the first active layer contains (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably contains (or consists of) GaN. ing).
本発明の方法では、好ましくは、前記第2活性層は、III族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、AlGaNまたはAlGaInNを含んでいる(または、で構成されている)。 In the method of the present invention, preferably, the second active layer includes (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably includes AlGaN or AlGaInN. It is configured).
本発明の方法は、前記第1活性層と前記第2活性層との間にスペーサ層を蒸着するステップをさらに含むことができる。前記スペーサ層は、さらに言えば、前記二次元電子ガス層内の移動度を増加させることを目的としている。好ましくは、前記スペーサ層はAlNを含んでいる(または、で構成されている)。 The method of the present invention may further include depositing a spacer layer between the first active layer and the second active layer. More specifically, the spacer layer is intended to increase the mobility in the two-dimensional electron gas layer. Preferably, the spacer layer contains (or consists of) AlN.
本発明の方法は、前記第2活性層と前記不動態化層との間に、第3層を蒸着するステップをさらに含むことができる。前記第3層は、ドーピング目的、または、チャンネル内のキャリヤー密度を増加させるために用いることができる。好ましくは、前記第3層は、III族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、GaNを含んでいる(または、で構成されている)。 The method of the present invention may further include depositing a third layer between the second active layer and the passivation layer. The third layer can be used for doping purposes or to increase the carrier density in the channel. Preferably, the third layer contains (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably contains (or consists of) GaN.
本発明の方法は、前記基板と前記第1活性層との間に、バッファ層を蒸着するステップをさらに含むことができる。前記バッファ層は、前記基板と他の層との間に、適切な結晶構造遷移を提供するのを目的としている。好ましくは、前記バッファ層は、III族窒化物半導体材料を含んで(または、で構成されて)おり、さらに好ましくは、AlN、GaN、AlGaN、InGaN、および/またはAlInGaNを含んでいる(または、で構成されている)。 The method of the present invention may further include depositing a buffer layer between the substrate and the first active layer. The buffer layer is intended to provide an appropriate crystal structure transition between the substrate and another layer. Preferably, the buffer layer includes (or consists of) a group III nitride semiconductor material, and more preferably includes AlN, GaN, AlGaN, InGaN, and / or AlInGaN (or Is composed of).
好ましくは、本発明の方法では、前記基板は、シリコン、サファイア、SiC、GaN、およびAlNを含むグループから選択された材料を含んでいる(または、で構成されている)。 Preferably, in the method of the invention, the substrate comprises (or consists of) a material selected from the group comprising silicon, sapphire, SiC, GaN and AlN.
本発明に従う方法は、グループIII−N電界効果素子を作成するために用いることができ、さらに言えば、HEMT、MOSHFET、MESFET、MISFET、またはMISHFET素子を作成するために用いることができる。 The method according to the present invention can be used to create a group III-N field effect device, and more specifically, can be used to create a HEMT, MOSHFET, MESFET, MISFET, or MISHFET device.
本発明は、さらに、本発明に従う方法により入手可能な半導体素子を提供する。 The invention further provides a semiconductor device obtainable by the method according to the invention.
図1は、本発明に従うHEMT素子を示している。HEMT素子(10)は以下を含んでいる:
基板(11)、
第1活性層(12)、
前記第1活性層上の第2活性層(13)、前記第2活性層は、前記第1活性層より高いバンドギャップを有している、
前記第1活性層と前記第2活性層との間の二次元電子ガス層、
前記第2活性層上の不動態化層(14)、
ソース接点(15)およびドレイン接点(16)、前記ソース接点および記ドレイン接点は、前記不動態化層に接触している。
FIG. 1 shows a HEMT device according to the present invention. The HEMT device (10) includes:
Substrate (11),
First active layer (12),
The second active layer (13) on the first active layer, the second active layer has a higher band gap than the first active layer;
A two-dimensional electron gas layer between the first active layer and the second active layer;
A passivating layer (14) on the second active layer,
The source contact (15) and drain contact (16), the source contact and drain contact are in contact with the passivation layer.
素子は、第2活性層と電気接触する、ゲート(17)接点をさらに含むことができる。 The device can further include a gate (17) contact in electrical contact with the second active layer.
本発明では、不動態化層は、構造を冷却し、上面を空気汚染に曝すのに先立ち、MOCVD反応チャンバー内において、高温で、インシチューで第2活性層上に蒸着される。その後、トランジスタの形成、特に接点蒸着は、接点蒸着に先立って不動態化層をいささかも除去することなく、オーム接触に対して顕著に実行される。 In the present invention, the passivation layer is deposited on the second active layer in-situ at a high temperature in a MOCVD reaction chamber prior to cooling the structure and exposing the top surface to air contamination. Thereafter, transistor formation, particularly contact deposition, is performed significantly for ohmic contact without any significant removal of the passivation layer prior to contact deposition.
こうしたヘテロ構造のMOVPE成長は、トランジスタの性能をより良好なものとし、その後、示された技術により、これらのヘテロ構造上で高電子移動度トランジスタが準備される:以下と比較して、より高い電流密度、より高いパワー性能:(a)いかなる不動態化もされずに作製されたトランジスタ、(b)インシチュー不動態化により、またはドレインとソースとの間でのエクスシチューにより作製されたトランジスタ、(c)オーム接触の下方の不動態化層の、インシチュー不動態化および除去により作製されたトランジスタ。一例をあげると、これは、III族−窒化物素子を開発するために、現在実際に最も広く用いられている、ドレインおよびソース間への不動態化層のエクスシチュー蒸着技術で準備されたトランジスタと比較して、電流密度を倍にすることができる。 MOVPE growth of such heterostructures will make the transistor performance better, and then the techniques shown will prepare high electron mobility transistors on these heterostructures: higher compared to: Current density, higher power performance: (a) a transistor made without any passivation, (b) a transistor made by in-situ passivation, or ex-situ between drain and source (C) Transistor made by in situ passivation and removal of the passivation layer below the ohmic contact. As an example, this is a transistor prepared with the ex situ deposition technique of the passivation layer between the drain and source, which is currently the most widely used in practice to develop III-nitride devices. The current density can be doubled.
インシチュー不動態化により、処理前の表面に対するいささかの汚染も防止され、第2活性層表面で全く酸化が起こらないことになる。 In-situ passivation prevents any contamination of the surface prior to treatment and no oxidation occurs on the surface of the second active layer.
第2に、成長温度付近の高温により、インシチューで不動態化層が蒸着されるので、冷却前に、構造全体として同じ冷却ステップを受けることになる。したがって、成長温度からの冷却は、不動態化層の有無により異なる。不動態化層の存在は、ウエハーをいささかもクラックさせることなく、層内のAl含有量を増加させる。これにより、2DEG濃度の増加が可能となる。 Second, because the passivation layer is deposited in-situ due to the high temperature near the growth temperature, the entire structure undergoes the same cooling step before cooling. Therefore, cooling from the growth temperature depends on the presence or absence of the passivating layer. The presence of the passivating layer increases the Al content in the layer without any minor cracking of the wafer. As a result, the 2DEG concentration can be increased.
これらの構造の成長、および、この技術によるトランジスタの作製により、以下の特性を有する素子がもたされる: Growth of these structures and fabrication of transistors with this technique results in devices having the following characteristics:
第1に、素子のオーム接触形成の品質の改良:低接触抵抗、非常に直線的なI−V特性、チャンネル内に存在する総電流能力を示すホール測定により得られた、材料特性に合致したシート抵抗が、接点を通して抽出可能である。MOVPE成長中に完全に制御される、ヘテロ構造におけるひずみの制御と同様に表面エネルギー準位の良好な制御を提供するのみならず、表面を不動態化させることにより、不動態化層の蒸着は、ウエハーの一様性、および、あるウエハーから別のウエハーへの再現性のより良好な制御を伴う、より良好なオーム接触形成を可能とする。換言すれば、オーム接触の一様性および再現性が改良される。 First, improved device ohmic contact quality: matched material properties obtained by Hall measurements showing low contact resistance, very linear IV characteristics, total current capability present in the channel Sheet resistance can be extracted through the contacts. In addition to providing good control of the surface energy levels as well as control of strain in the heterostructure, which is fully controlled during MOVPE growth, by passivating the surface, the deposition of the passivating layer Allows better ohmic contact formation with better control of wafer uniformity and reproducibility from one wafer to another. In other words, the uniformity and reproducibility of the ohmic contact is improved.
第2に、表面エネルギー準位の不動態化による、DCモードにおけるさらに高い電流密度など、より良好なトランジスタ性能。 Second, better transistor performance, such as higher current density in DC mode due to passivation of surface energy levels.
第3に、不動態化層が第2活性層上に高温で蒸着されることによる、成長温度から室温までヘテロ構造を冷却するときのクラックの発現の減少。したがって、これにより、第2活性層の厚みを増すことができる。第2活性層がAlGaNであるなら、その厚みを増すことにより、最上層内のAl含有量を増加させ、その結果、チャンネル内のキャリヤー密度を増加させることができる。冷却に先立って、より高い温度で不動態化層が蒸着されるので、クラックの形成が減少し、その結果として、より高いAl含有量、および、より高い電流密度をもたらす。 Third, a reduction in the appearance of cracks when cooling the heterostructure from the growth temperature to room temperature due to the passivation layer being deposited at a high temperature on the second active layer. Accordingly, this can increase the thickness of the second active layer. If the second active layer is AlGaN, increasing its thickness can increase the Al content in the top layer and consequently increase the carrier density in the channel. Prior to cooling, the passivation layer is deposited at a higher temperature, thus reducing the formation of cracks, resulting in higher Al content and higher current density.
図2は、本発明に従う、AlGaN/GaNベースのHEMT(20)を表している。HEMTは基板(21)を含んでいる。この基板は、サファイア、Sic、Si、またはGaNであってもよい。 FIG. 2 represents an AlGaN / GaN based HEMT (20) according to the present invention. The HEMT includes a substrate (21). This substrate may be sapphire, Sic, Si, or GaN.
基板は、基板と層との間の結晶パラメータの変化に順応するよう、基板上に核生成層を含むことができる。 The substrate can include a nucleation layer on the substrate to accommodate changes in crystal parameters between the substrate and the layer.
基板とHEMTの残部との間に、適切な結晶構造遷移を提供するよう、基板上にバッファ層を含むこともできる。 A buffer layer can also be included on the substrate to provide an appropriate crystal structure transition between the substrate and the remainder of the HEMT.
HEMT(20)は、基板上にGaN(22)層を、さらに、そのGaN層上にAlGaN(23)層を、GaN層が基板とAlGaN層との間に挟まれる形で含んでいる。 The HEMT (20) includes a GaN (22) layer on the substrate, and an AlGaN (23) layer on the GaN layer, with the GaN layer being sandwiched between the substrate and the AlGaN layer.
GaN層は、通常1000〜3000nmの間の厚み、2000〜3000のnm間の厚みであり、一方、AlGaN層は、10nm〜50nmの間の厚み、または、10nm〜40nmの間の厚みである。 The GaN layer is typically between 1000 and 3000 nm thick and between 2000 and 3000 nm thick, while the AlGaN layer is between 10 nm and 50 nm thick, or between 10 nm and 40 nm thick.
この最上部構造は、二次元電子ガスに対する閉じ込めを増加するよう、n−タイプのドーピングされ、またはドーピングされていない、単一のAlGaN層、または1組の異なる層のドーピングされた、またはドーピングされていない層で作成可能である。 This top structure can be n-type doped or undoped, a single AlGaN layer, or a set of different layers doped or doped to increase confinement to the two-dimensional electron gas. It can be created with a layer that is not.
Al含有量は、10%〜100%の間で変化可能である。 The Al content can vary between 10% and 100%.
GaN層およびAlGaN層は、通常MOCVDにより形成される。 The GaN layer and the AlGaN layer are usually formed by MOCVD.
HEMT(20)は、AlGaN層上に、不動態化層(24)をさらに含んでいる。不動態化層は、AlGaN層全体を覆っているか、または部分的にAlGaN層を覆っていてもよい。少なくとも、ソース接点およびドレイン接点が形成される領域は、不動態化層で覆われていなければならない。 The HEMT (20) further includes a passivation layer (24) on the AlGaN layer. The passivation layer may cover the entire AlGaN layer or may partially cover the AlGaN layer. At least the region where the source and drain contacts are to be formed must be covered with a passivation layer.
不動態化層は、少なくとも電子供与体元素および窒素を含んでいる。特に、不動態化層は、SiNまたはAlN、またはSiNおよびAlNの多層膜を含む組合せで作成可能である。 The passivation layer contains at least an electron donor element and nitrogen. In particular, the passivation layer can be made of SiN or AlN, or a combination comprising a multilayer film of SiN and AlN.
AlGaN層は、GaN層より高いバンドギャップを有している。 The AlGaN layer has a higher band gap than the GaN layer.
表面帯電層は、AlGaN層とGaN層との間で、素子内に作成可能である。この表面帯電層は、界面の反対側に二次元電子ガスを形成することにより補償され、それにより、バルク材と比較して高い移動度値がもたらされることになる。これは、素子内に、非常に高い電子移動度チャンネルを作成するのに有益である。 The surface charging layer can be formed in the device between the AlGaN layer and the GaN layer. This surface charged layer is compensated by forming a two-dimensional electron gas on the opposite side of the interface, which will result in a higher mobility value compared to the bulk material. This is useful for creating very high electron mobility channels in the device.
HEMTは、さらに、不動態化層上に、ソース接点(25)およびドレイン接点(26)を含んでいる。ソース接点およびドレイン接点は、金属、好ましくは異なる金属の合金で作成されており、それは層として蒸着され、その後アニールされる。金属は、Ti、Al、Ni、Mo、Ta、Pt、Pd、V、Nb、Zr、および/またはAuから成るグループから選択可能である。 The HEMT further includes a source contact (25) and a drain contact (26) on the passivation layer. The source and drain contacts are made of a metal, preferably an alloy of different metals, which is deposited as a layer and then annealed. The metal can be selected from the group consisting of Ti, Al, Ni, Mo, Ta, Pt, Pd, V, Nb, Zr, and / or Au.
ゲート接点(27)は、Ti、Pt、Cr、Ni、Mo、Co、Au、およびPd、その組合せ、およびその合金から成るグループから選択される材料で形成されているのが好ましい。 The gate contact (27) is preferably formed of a material selected from the group consisting of Ti, Pt, Cr, Ni, Mo, Co, Au, and Pd, combinations thereof, and alloys thereof.
HEMTの稼動中に、ドレイン接点は予め決められた電位でバイアスされ、一方、ソース接点はアースされる。その結果、電流は、ソースから、チャンネルおよび2DEG内のドレインへ流れることになる。電流の流れは、ゲート電極に印加されたバイアスおよび電位により制御される。 During operation of the HEMT, the drain contact is biased at a predetermined potential while the source contact is grounded. As a result, current will flow from the source to the channel and the drain in the 2DEG. The current flow is controlled by the bias and potential applied to the gate electrode.
AlGaN層と、ソース接点およびドレイン接点との間に、それぞれ不動態化層が存在することにより、素子性能が改良されることになる。 The presence of passivating layers between the AlGaN layer and the source and drain contacts respectively improves device performance.
図3は、図2におけるHEMT(20)と同様の、AlGaN/AlN/GaNベースのHEMT(30)を表している。 FIG. 3 shows an AlGaN / AlN / GaN based HEMT (30) similar to the HEMT (20) in FIG.
HEMTは、基板(31)、AlGaN層(32)、GaN層(33)、および不動態化層(34)を含む、同様の層を有している。 The HEMT has similar layers including a substrate (31), an AlGaN layer (32), a GaN layer (33), and a passivation layer (34).
さらに、HEMTは、ソース電極(35)、ドレイン電極(36)、およびゲート電極(37)を含んでいる。 Further, the HEMT includes a source electrode (35), a drain electrode (36), and a gate electrode (37).
HEMT(30)は、AlGaN層とGaN層との間に、AlGaN層上に蒸着されたAlN層(38)をさらに含んでいる。このAlN層により、高いバンドギャップ、したがって、AlGaN層内の波動関数の侵入が減少した、より狭い2DEGチャンネルが実現可能となり、その結果拡散が減少し(界面の粗さの効果を減少させ)、それにより移動度が増加する。 The HEMT (30) further includes an AlN layer (38) deposited on the AlGaN layer between the AlGaN layer and the GaN layer. This AlN layer makes it possible to achieve a narrower 2DEG channel with a high bandgap and thus reduced wave function penetration in the AlGaN layer, resulting in reduced diffusion (reducing the effect of interface roughness), Thereby, mobility increases.
図4は、図2におけるHEMT(20)と同様の、GaN/AlGaN/AlN/GaNベースのHEMT(40)を表している。 FIG. 4 shows a GaN / AlGaN / AlN / GaN based HEMT (40) similar to the HEMT (20) in FIG.
HEMTは、基板(41)、AlGaN層(42)、GaN層(43)、および不動態化層(44)を含む同様の層を有している。 The HEMT has similar layers including a substrate (41), an AlGaN layer (42), a GaN layer (43), and a passivation layer (44).
HEMT(40)は、さらにAlGaN層とGaN層との間に、AlGaN層上に蒸着されたAlN層(48)を含んでいる。 The HEMT (40) further includes an AlN layer (48) deposited on the AlGaN layer between the AlGaN layer and the GaN layer.
HEMT(40)は、AlGaN層の最上部に、GaN層(49)をさらに含んでいる。 The HEMT (40) further includes a GaN layer (49) on top of the AlGaN layer.
不動態化層はGaN層上に蒸着されている。GaN層は、AlGaN層の酸化を防止することができる。 A passivation layer is deposited on the GaN layer. The GaN layer can prevent oxidation of the AlGaN layer.
図5は、図2におけるHEMTと同様の、AlGaN/GaNベースのHEMT(50)を表している。 FIG. 5 shows an AlGaN / GaN based HEMT (50) similar to the HEMT in FIG.
HEMTは、基板(51)、AlGaN層(52)、およびGaN層(53)を含む同様の層を有している。 The HEMT has similar layers including a substrate (51), an AlGaN layer (52), and a GaN layer (53).
さらに、HEMTは、ソース電極(55)、ドレイン電極(56)、およびゲート電極(57)を含んでいる。 Furthermore, the HEMT includes a source electrode (55), a drain electrode (56), and a gate electrode (57).
ゲート接点は、AlGaN層と直接接触しており、これは、ゲート接点とAlGaN層との間に、いかなる不動態化層(54)も存在しないことを意味する。 The gate contact is in direct contact with the AlGaN layer, which means that there is no passivation layer (54) between the gate contact and the AlGaN layer.
図6は、HEMT素子の形成方法を示している。この方法は、以下のステップを含む:
反応チャンバー内に基板を配置するステップ(61)、
前記基板上に第1活性層を形成するステップ(62)、
前記第1活性層上に第2活性層を形成するステップ、前記第2活性層は、前記第1活性層より高いバンドギャップを有し、それにより、前記第1活性層と前記第2活性層との間に二次元電子ガス層を形成する(63)、
前記第2活性層上に不動態化層を形成するステップ(64)、
ソース接点、およびドレイン接点を形成するステップ、前記ソース接点、および前記ドレイン接点は、前記不動態化層と接触しており、前記不動態化層の一部分は、ソース接点、およびドレイン接点によっては覆われていない(65)。
FIG. 6 shows a method for forming a HEMT element. The method includes the following steps:
Placing the substrate in the reaction chamber (61);
Forming a first active layer on the substrate (62);
Forming a second active layer on the first active layer, the second active layer having a higher bandgap than the first active layer, whereby the first active layer and the second active layer; A two-dimensional electron gas layer is formed between the two (63),
Forming a passivation layer on the second active layer (64);
Forming a source contact and a drain contact; the source contact and the drain contact are in contact with the passivation layer, and a portion of the passivation layer is covered by the source contact and the drain contact. (65)
本方法は、前記第2活性層と電気接触しているゲート接点を形成するステップ(66)をさらに含むことができる。ゲート接点は、不動態化層の覆われていない部分に形成される。このステップは任意である。 The method may further include the step (66) of forming a gate contact in electrical contact with the second active layer. The gate contact is formed in an uncovered portion of the passivation layer. This step is optional.
第1活性層を形成するステップ、第2活性層を形成するステップ、および不動態化層を形成するステップは、連続した処理で、MOCVD反応チャンバー内において実行されるもので、素子を空気にさらさない(また、本発明の目的は「インシチュー」形成と呼ばれている)ことを意味する。第2活性層上への酸化物の形成は、実質的に回避される。さらには、第2活性層の上面から酸化被膜を取り除くステップは、回避される。これにより、改良されたオーム接触の形成がもたらされる。従来技術は、第2活性層上面に自然に形成される酸化物が非常に安定しているのを示しており、その結果、事実上の酸化被膜排除に先立ち、高出力および/または長い持続時間のプラズマエッチングが必要とされる。 The steps of forming the first active layer, forming the second active layer, and forming the passivation layer are performed in a continuous process in an MOCVD reaction chamber, exposing the device to air. (Also the object of the present invention is called "in situ" formation). Oxide formation on the second active layer is substantially avoided. Furthermore, the step of removing the oxide film from the upper surface of the second active layer is avoided. This results in improved ohmic contact formation. The prior art has shown that the oxide that forms naturally on the top surface of the second active layer is very stable, so that high power and / or long duration prior to effective oxide removal. Plasma etching is required.
こうした構造上のトランジスタ処理は、以下から成っている:
a. プラズマエッチングによる、または植込みによる素子隔離、
b. (エッチングしていない)SiN層上へのオーム接触の蒸着。金属層は、Ti、Al、Ni、Mo、Ta、Pt、Pd、V、Nb、Zr、およびAu、およびその合金から成るグループから選択された、異なる金属層の組合せで作成されている、
c. オーム接触のアニーリング、ゲート接点の蒸着(e−ビームまたは光学ゲート)。このゲートは、Ti、Pt、Cr、Ni、Mo、Co、Au、およびPd、およびその組合せ、およびその合金から成るグループから選択される材料で作成されるのが好ましい。
d. 任意に、ドレインおよびソース(PECVD SiN、またはSiO2であってもよい)の間の第2不動態化蒸着ステップ。
e. 先行するいずれかのステップの前または後に実行可能な、整列目的または金属層肥厚のための、他の任意のリソグラフィおよび金属化ステップ。
Such structural transistor processing consists of:
a. Device isolation by plasma etching or implantation,
b. Deposition of ohmic contacts on the (non-etched) SiN layer. The metal layer is made of a combination of different metal layers selected from the group consisting of Ti, Al, Ni, Mo, Ta, Pt, Pd, V, Nb, Zr, and Au, and alloys thereof.
c. Ohmic contact annealing, gate contact deposition (e-beam or optical gate). The gate is preferably made of a material selected from the group consisting of Ti, Pt, Cr, Ni, Mo, Co, Au, and Pd, and combinations and alloys thereof.
d. Optionally, a second passivating deposition step between the drain and source (which may be PECVD SiN or SiO 2 ).
e. Any other lithography and metallization steps for alignment purposes or metal layer thickening that can be performed before or after any preceding steps.
図7は、本発明に従うAlGaN/GaN HEMT素子の形成方法を表している。 FIG. 7 shows a method for forming an AlGaN / GaN HEMT device according to the present invention.
AlGaN/GaN構造は、[0001]のサファイア基板上に有機金属気相成長法(MOVPE)により成長させられたものである。出発化合物は、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、アンモニア(NH3)、およびシラン(SiH4、200ppm水素)である。シラン導入線は、反応器内に導入されるシランの量を、およそ5nmol/分〜およそ1μmol/分まで規制可能となるよう変更される。 The AlGaN / GaN structure is grown on a [0001] sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). The starting compounds are trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), ammonia (NH 3 ), and silane (SiH 4 , 200 ppm hydrogen). The silane introduction line is changed so that the amount of silane introduced into the reactor can be regulated from about 5 nmol / min to about 1 μmol / min.
成長処理における第1ステップ(71)として、基板は、H2内において、1050°C、53.33ミリバール(40トル)でアニールされる。その後、表面の窒化物形成が、800℃で、反応器へNH3を導入することにより実行される。その後、基板は、525℃まで冷却され、さらに、薄い核生成層は、反応器へTMGaを導入することにより、533.3ミリバール(400トル)で、120秒間成長させられる(78)。続いて、温度は、1020℃まで増加され、さらに、133.3ミリバール(100トル)の圧力で、GaNが2.6ミクロンの厚さまで成長させられる(72)。その後、成長が30秒間中断され、一方、反応器の圧力は53.33ミリバール(40トル)まで減少される。7〜10秒間AlNスペーサ層を成長させ(77)、続いて、厚さ20〜22nmのAlxGa1−xN層が成長させられる(73)。 As a first step (71) in the growth process, the substrate is annealed in H 2 at 1050 ° C. and 53.33 mbar (40 torr). Thereafter, surface nitridation is performed at 800 ° C. by introducing NH 3 into the reactor. The substrate is then cooled to 525 ° C. and a thin nucleation layer is grown for 120 seconds at 533.3 millibar (400 torr) by introducing TMGa into the reactor (78). Subsequently, the temperature is increased to 1020 ° C. and GaN is grown to a thickness of 2.6 microns at a pressure of 133.3 mbar (100 torr) (72). Thereafter, the growth is interrupted for 30 seconds while the reactor pressure is reduced to 53.33 mbar (40 torr). An AlN spacer layer is grown for 7-10 seconds (77) followed by a 20-22 nm thick Al x Ga 1-x N layer (73).
最後のIII族−N層が、(266.6ミリバール(200トル)より低い)低圧で、さらに高温(通常、950℃〜1200℃の間)で成長させられた後に、III族化合物ソースは止められ、一方、NH3を反応器へ流し続け、SiH4線を開き、高温でのSiNの成長を可能にする(74)。薄いSiN層(1nm〜30nmの間)の成長後、SiH4の流れが止められ、さらに、構造は室温まで冷却され、一方、最上層からの脱着を回避するよう、NH3を流し続ける。構造を冷却した後、ウエハーは反応器から取り出される。この表面は、SiN不動態化層により、非常に良好に保護されている。 After the last Group III-N layer has been grown at low pressure (below 266.6 mbar (200 torr)) and higher temperature (usually between 950 ° C. and 1200 ° C.), the Group III compound source is turned off. Meanwhile, NH 3 continues to flow into the reactor and opens the SiH 4 line, allowing SiN growth at high temperatures (74). After the growth of the thin SiN layer (between 1 nm and 30 nm), the flow of SiH 4 is stopped, and the structure is cooled to room temperature, while NH 3 continues to flow to avoid desorption from the top layer. After cooling the structure, the wafer is removed from the reactor. This surface is very well protected by the SiN passivation layer.
こうした構造上のトランジスタ処理(ステップ75、76)は、上述した処理と同様である。
The transistor processing (
例1
AlGaN/GaN HEMT構造は、有機金属気相成長法(MOVPE)を用いて、低圧(133.3ミリバール(100トル))で成長させられる。出発化合物として、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、およびアンモニア(NH3)が用いられる。
Example 1
AlGaN / GaN HEMT structures are grown at low pressure (133.3 millibar (100 torr)) using metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). As starting compounds, trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), and ammonia (NH 3 ) are used.
有機金属先駆物質は、キャリアガスとしての水素と共に輸送される;量は、質量流量コントローラ、および、有機金属バブラーが取り付けられたサーモスタットバスの温度を用いて規制される。 The organometallic precursor is transported with hydrogen as the carrier gas; the amount is regulated using the mass flow controller and the temperature of the thermostat bath fitted with the organometallic bubbler.
アンモニアの流れも質量流量コントローラを用いて規制され、さらに微量の水および酸素はイン‐ラインフィルタにより除去される。 The ammonia flow is also regulated using a mass flow controller, and traces of water and oxygen are removed by an in-line filter.
追加的に、GaNおよび(Al、Ga)N層のn−タイプドーピングは、成長中にシラン(SiH4)を追加することにより達成される。 Additionally, n-type doping of GaN and (Al, Ga) N layers is achieved by adding silane (SiH 4 ) during growth.
全てのガスは、いわゆるクローズ‐カップルドシャワーヘッド経由で、反応器内へ導入される。 All gases are introduced into the reactor via a so-called closed-coupled showerhead.
高温(1100℃)で基板をガス抜きした後、より低い温度でNH3およびTMGaを用いることにより、薄いGaNバッファ層が蒸着される。 After degassing the substrate at a high temperature (1100 ° C.), a thin GaN buffer layer is deposited by using NH 3 and TMGa at a lower temperature.
その後、基板温度が1020℃に設定され、2マイクロメータの厚さの半絶縁性GaN層が成長させられる。 Thereafter, the substrate temperature is set to 1020 ° C., and a 2 μm thick semi-insulating GaN layer is grown.
2マイクロメータ後、圧力は53.33ミリバール(40T)に下げられ、温度は1050℃まで上げられ、さらにAlの流れは、xが20%〜40%の間に含まれる(包括される)、AlxGa1−xNの蒸着のために、反応器へ送られる。AlGaNの標準的な厚さは25nmである。その後、Ill−タイプ元素のソースがベントに送られ、さらに、SiH4が、AlGaNの成長と同じ圧力と温度条件で、NH3と同時に反応器へ導入される。SiNは、およそ6nm/hの成長率で、NH3およびSiH4から成長する。SiN層はまた、0.3u/hの成長率で成長可能である。 After 2 micrometers, the pressure is lowered to 53.33 millibar (40T), the temperature is raised to 1050 ° C., and the Al flow is contained (included) between 20% and 40% x. for the deposition of al x Ga 1-x N, it is fed to the reactor. The standard thickness of AlGaN is 25 nm. Thereafter, a source of Ill-type element is sent to the vent, and SiH 4 is introduced into the reactor simultaneously with NH 3 under the same pressure and temperature conditions as the growth of AlGaN. SiN grows from NH 3 and SiH 4 at a growth rate of approximately 6 nm / h. The SiN layer can also be grown at a growth rate of 0.3 u / h.
その後、トランジスタは、最上部SiN層を全くエッチングすることなく、標準処理を用いて、これらの構造上に作製される。転送長方法(Tramsfer Length Method)は、オーム接触抵抗の減少を示すのみならず、ホール測定値とかなり合致するシート抵抗率値を与える、I−V特性の一様性を大いに改善する。dc特性の著しい改良が観測されている:正にバイアスされたゲート(2V)に対するドレイン‐ソース電流測定値は、素子幅100μm、およびゲート長0.2μmに対して、参考見本の0.5A/mmから、インシチュー不動態化を伴う1.2A/mmまで、電流密度におけるファクター2より大きい増加を示す。RF測定値は、同じ素子形状に対して、40ギガヘルツのft、および80ギガヘルツのfmaxを示す。これは、エクスシチューSiN不動態化で得られる結果と比較して、電流密度において増加している。さらに、DC特性およびRF特性の改善が観測されている。
Transistors are then fabricated on these structures using standard processing without etching the top SiN layer at all. The Transfer Length Method not only shows a reduction in ohmic contact resistance, but also greatly improves the uniformity of the IV characteristics, giving a sheet resistivity value that is in good agreement with the Hall measurement. A significant improvement in dc characteristics has been observed: drain-source current measurements for a positively biased gate (2V) show a reference sample of 0.5 A / s for a device width of 100 μm and a gate length of 0.2 μm. From mm to 1.2 A / mm with in situ passivation, a greater than
例2
AlGaN/GaN HEMT構造は、[0001]のサファイア基板上に、MOVPEにより成長させられた。トマススワンクローズ‐カプルドシャワーヘッド反応器は、トリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルアルミニウム(TMAl)、アンモニア(NH3)、および希釈シラン(SiH4、水素において200ppm)の出発化合物で使われている。シラン導入線は、反応器内に導入されたシランの量が、GaNのn‐タイプドーピングのために必要な量(数nmol/分超)から、約1μmol/分まで規制可能となる方法で変更される。
Example 2
AlGaN / GaN HEMT structures were grown by MOVPE on [0001] sapphire substrates. The Thomas Swan-Cross-coupled showerhead reactor is used with starting compounds of trimethylgallium (TMGa), trimethylaluminum (TMAl), ammonia (NH 3 ), and diluted silane (SiH 4 , 200 ppm in hydrogen). The silane introduction line is changed in such a way that the amount of silane introduced into the reactor can be regulated from the amount necessary for n-type doping of GaN (more than several nmol / min) to about 1 μmol / min. Is done.
低温での薄いGaN核生成層の蒸着後に、厚さ2.6μmのGaN層が、1020℃、反応器圧133.3ミリバール(100トル)で成長させられる。AlGaNに先立って、2DEG内の移動度を改善するために、薄いAlNスペーサ層が、53.33ミリバール(40トル)で成長させられる。サンプルに応じて、最上部AlGaN層は、高解像度X線回折計測により決定されたように、厚さ22〜24nmであり、Al含有量は30%である。AlGaN層の成長後に、NH3の流れが維持される一方で、反応器は10秒間パージされた。その後、シランが導入された。結果として、厚さ3.5〜15nmのSiNが提示される。 After deposition of a thin GaN nucleation layer at low temperature, a 2.6 μm thick GaN layer is grown at 1020 ° C. and a reactor pressure of 133.3 mbar (100 torr). Prior to AlGaN, a thin AlN spacer layer is grown at 53.33 mbar (40 Torr) to improve mobility in 2DEG. Depending on the sample, the top AlGaN layer has a thickness of 22-24 nm and an Al content of 30%, as determined by high resolution X-ray diffraction measurements. After growth of the AlGaN layer, the NH 3 flow was maintained while the reactor was purged for 10 seconds. Thereafter, silane was introduced. As a result, SiN with a thickness of 3.5-15 nm is presented.
トランジスタは、これらのヘテロ構造で処理されている。比較のため、同時に同じ技術を用いて、インシチューでSiN保護層を成長させることなく、同様の構造が処理されている。Cl2ベースのプラズマエッチングによるメサ隔離の後に、不動態化層のなんらのエッチングもなく、Ti/Al/Pt/Au接点がSiN最上層上に蒸着され、続いて高速熱アニーリングがなされた。電子ビームリソグラフが、Ni/Auショットキー接点を、0.2μmの寸法にパターン化するために用いられる。ここで、第2Si3N4不動態化層が、PECVDにより蒸着され、トランジスタを保護する。 Transistors are processed with these heterostructures. For comparison, a similar structure has been processed using the same technique at the same time without growing the SiN protective layer in situ. After mesa isolation by Cl 2 based plasma etching, Ti / Al / Pt / Au contacts were deposited on the SiN top layer without any passivation layer etching followed by rapid thermal annealing. Electron beam lithography is used to pattern Ni / Au Schottky contacts to dimensions of 0.2 μm. Here, a second Si 3 N 4 passivation layer is deposited by PECVD to protect the transistor.
SiNキャップされたヘテロ構造上のオーム接触特性を評価するために、図8に示した移動長方法(TLM)が、3つの異なるアニーリング温度に対して実行された。 To evaluate the ohmic contact characteristics on SiN capped heterostructures, the travel length method (TLM) shown in FIG. 8 was performed for three different annealing temperatures.
キャップされていないHEMT構造上で(SiN不動態化層を有することなく)(81は820℃で、82は860℃で、83は900℃で)実行されるTLM測定は、1.49Ωmmの最良のオーム接触抵抗を与える。しかしながら、3つの異なるアニーリング温度のために、シート抵抗を与えるTLM線の傾きは、395〜528Ω/平方の間で異なり、変化する。これらの値は、ホールにより、または非接触シート抵抗率測定値(Ω/平方)により決定された抵抗値よりも、遥かに高い。対照的に、キャップされたSiNエピウェハー(SiN不動態化層を伴う)(84は820℃で、85は860℃で、86は900℃で)上で実行されるTLM測定は、シート抵抗値の別の決定とかなり一致する、単一のシート抵抗値を表示する。さらに、オーム接触抵抗は、同様のオーム接触蒸着スキームのために、0.88Ωmmの値まで減少される。 The TLM measurement performed on an uncapped HEMT structure (without a SiN passivation layer) (81 at 820 ° C., 82 at 860 ° C., 83 at 900 ° C.) is the best of 1.49 Ωmm Gives ohmic contact resistance. However, because of the three different annealing temperatures, the slope of the TLM line giving the sheet resistance varies between 395 and 528 Ω / square and varies. These values are much higher than the resistance values determined by holes or by non-contact sheet resistivity measurements (Ω / square). In contrast, TLM measurements performed on a capped SiN epiwafer (with a SiN passivation layer) (84 at 820 ° C., 85 at 860 ° C., 86 at 900 ° C.) show sheet resistance values Displays a single sheet resistance value that is in good agreement with another decision. Furthermore, the ohmic contact resistance is reduced to a value of 0.88 Ωmm for a similar ohmic contact deposition scheme.
異なるゲートバイアス電圧に対するDCドレインソース電流−電圧特性は、素子幅100μm、およびゲート長0.2μmで、図9(a)、(b)に与えられている;一方はSiN不動態化層を有さず(キャップされていない、とも呼ばれる)(a)、および、他方はオーム接触とAlGaN層の間にSiN不動態化層を有し(インシチューでキヤップされたとも呼ばれる)、不動態化層は厚さ7nmのSiN層である(b)、同様のHEMT構造が処理される。2Vのゲートバイアス電圧に対して、測定値は、0.5A/mm〜1.2A/mmの電流密度におけるファクター2より大きい改善を示す。
DC drain source current-voltage characteristics for different gate bias voltages are given in FIGS. 9 (a) and 9 (b) with device width of 100 μm and gate length of 0.2 μm; one has a SiN passivation layer. (A), and the other has a SiN passivation layer (also called capped in situ) between the ohmic contact and the AlGaN layer, the passivation layer Is a 7 nm thick SiN layer (b), a similar HEMT structure is processed. For a gate bias voltage of 2V, the measured value shows an improvement greater than
小信号RF測定は、また、トランジスタ上で実行されている。インシチューでのSiN層を有することなく、ftおよびfmaxは、それぞれ、24ギガヘルツおよび68ギガヘルツであり、インシチューで不動態化されたものは、ftが、40ギガヘルツ、およびfmaxが80ギガヘルツである。 Small signal RF measurements are also being performed on the transistors. Without having a SiN layer in situ, f t and f max are, respectively, 24 GHz and 68 GHz, is what is passivated in situ, f t is 40 GHz, and f max 80 gigahertz.
10 HEMT素子、11 基板、12 第1活性層、13 第2活性層、14 不動態化層、15 ソース接点、16 ドレイン接点、17 ゲート、20 HEMT、21 基板、22 GaN層、23 AlGaN層、24 不動態化層、25 ソース接点、26 ドレイン接点、27 ゲート接点、30 HEMT、31 基板、32 AlGaN層、33 GaN層、34 不動態化層、35 ソース電極、36 ドレイン電極、37 ゲート電極、40 HEMT、41 基板、42 AlGaN層、43 GaN層、44 不動態化層、48 AlN層、49 GaN層、50 HEMT、51 基板、52 AlGaN層、53 GaN層、54 不動態化層、55 ソース電極、56 ドレイン電極、57 ゲート電極。 10 HEMT device, 11 substrate, 12 first active layer, 13 second active layer, 14 passivation layer, 15 source contact, 16 drain contact, 17 gate, 20 HEMT, 21 substrate, 22 GaN layer, 23 AlGaN layer, 24 passivation layer, 25 source contact, 26 drain contact, 27 gate contact, 30 HEMT, 31 substrate, 32 AlGaN layer, 33 GaN layer, 34 passivation layer, 35 source electrode, 36 drain electrode, 37 gate electrode, 40 HEMT, 41 substrate, 42 AlGaN layer, 43 GaN layer, 44 passivation layer, 48 AlN layer, 49 GaN layer, 50 HEMT, 51 substrate, 52 AlGaN layer, 53 GaN layer, 54 passivation layer, 55 source Electrode, 56 drain electrode, 57 gate electrode.
Claims (39)
第1活性層と、
前記第1活性層上の第2活性層であって、前記第1活性層より高いバンドギャップを有しているものと、
前記第1活性層と前記第2活性層との間の二次元電子ガス層と、
前記第2活性層上の、電子供与体元素および窒素を含む不動態化層と、
前記不動態化層上に直接的なソース接点およびドレイン接点とを含む半導体装置。 A substrate,
A first active layer;
A second active layer on the first active layer having a higher band gap than the first active layer;
A two-dimensional electron gas layer between the first active layer and the second active layer;
A passivation layer comprising an electron donor element and nitrogen on the second active layer;
A semiconductor device comprising a direct source contact and a drain contact on the passivation layer.
第1活性層を蒸着させるステップと、
前記第1活性層上に、前記第1活性層より高いバンドギャップを有する第2活性層を蒸着させ、それにより、前記第1活性層と前記第2活性層との間に、二次元電子ガス層を形成するステップと、
前記第2活性層上に、少なくとも電子供与体元素および窒素を含む不動態化層を蒸着させるステップと、
前記不動態化層上に、直接、ソース接点およびドレイン接点を蒸着させるステップとを含む半導体装置の作成方法。 Placing a substrate in a reaction chamber;
Depositing a first active layer;
A second active layer having a higher band gap than the first active layer is deposited on the first active layer, whereby a two-dimensional electron gas is formed between the first active layer and the second active layer. Forming a layer;
Depositing a passivation layer comprising at least an electron donor element and nitrogen on the second active layer;
Depositing a source contact and a drain contact directly on the passivation layer.
前記反応チャンバーを冷却するステップと、
前記反応チャンバーから、その蒸着された層を伴う上記装置を取り出すステップとをさらに含む、請求項15または請求項16に記載の半導体装置の作成方法。 Before the step of depositing source and drain contacts,
Cooling the reaction chamber;
The method for producing a semiconductor device according to claim 15 or 16, further comprising: removing the device with the deposited layer from the reaction chamber.
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Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP5248743B2 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007227449A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method of manufacturing group iii nitride semiconductor high electron mobility transistor |
JP2007311537A (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | National Institute Of Information & Communication Technology | GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR |
JP2007329483A (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | Enhancement mode field effect device, and manufacturing method thereof |
JP2008072029A (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor epitaxial crystal substrate |
JP2010510680A (en) * | 2006-11-21 | 2010-04-02 | アイメック | Surface treatment and passivation of AlGaN / GaN HEMT |
JP2010267658A (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Ngk Insulators Ltd | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device |
WO2012026396A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | 日本碍子株式会社 | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, method for fabricating epitaxial substrate for semiconductor element, and method for fabricating semiconductor element |
JP2013179337A (en) * | 2006-11-06 | 2013-09-09 | Cree Inc | Manufacturing method of semiconductor device including implantation region for forming low resistance contact in embedded layer, and relevant device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07201888A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacture of the same |
JP2000294768A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-20 | Sony Corp | Semiconductor element and manufacture thereof |
WO2002093650A1 (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Cree, Inc. | Group-iii nitride based high electron mobility transistor (hemt) with barrier/spacer layer |
JP2002359256A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Fujitsu Ltd | Field effect compound semiconductor device |
WO2003032397A2 (en) * | 2001-07-24 | 2003-04-17 | Cree, Inc. | INSULTING GATE AlGaN/GaN HEMT |
JP2003115487A (en) * | 2001-07-17 | 2003-04-18 | Watanabe Shoko:Kk | Semiconductor device, its manufacturing method, and semiconductor device application system |
-
2005
- 2005-06-30 JP JP2005191737A patent/JP5248743B2/en active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07201888A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-04 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacture of the same |
JP2000294768A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-20 | Sony Corp | Semiconductor element and manufacture thereof |
WO2002093650A1 (en) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Cree, Inc. | Group-iii nitride based high electron mobility transistor (hemt) with barrier/spacer layer |
JP2005509274A (en) * | 2001-05-11 | 2005-04-07 | クリー インコーポレイテッド | III-nitride high electron mobility transistor (HEMT) with barrier / spacer layer |
JP2002359256A (en) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Fujitsu Ltd | Field effect compound semiconductor device |
JP2003115487A (en) * | 2001-07-17 | 2003-04-18 | Watanabe Shoko:Kk | Semiconductor device, its manufacturing method, and semiconductor device application system |
WO2003032397A2 (en) * | 2001-07-24 | 2003-04-17 | Cree, Inc. | INSULTING GATE AlGaN/GaN HEMT |
JP2005527102A (en) * | 2001-07-24 | 2005-09-08 | クリー インコーポレイテッド | High electron mobility transistor and manufacturing method thereof |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007227449A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method of manufacturing group iii nitride semiconductor high electron mobility transistor |
JP2007311537A (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-29 | National Institute Of Information & Communication Technology | GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR |
JP2007329483A (en) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Interuniv Micro Electronica Centrum Vzw | Enhancement mode field effect device, and manufacturing method thereof |
JP2008072029A (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-27 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor epitaxial crystal substrate |
US9984881B2 (en) | 2006-11-06 | 2018-05-29 | Cree, Inc. | Methods of fabricating semiconductor devices including implanted regions for providing low-resistance contact to buried layers and related devices |
JP2013179337A (en) * | 2006-11-06 | 2013-09-09 | Cree Inc | Manufacturing method of semiconductor device including implantation region for forming low resistance contact in embedded layer, and relevant device |
JP2010510680A (en) * | 2006-11-21 | 2010-04-02 | アイメック | Surface treatment and passivation of AlGaN / GaN HEMT |
US9382641B2 (en) | 2009-05-12 | 2016-07-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device |
JP2010267658A (en) * | 2009-05-12 | 2010-11-25 | Ngk Insulators Ltd | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device |
WO2012026396A1 (en) * | 2010-08-25 | 2012-03-01 | 日本碍子株式会社 | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, method for fabricating epitaxial substrate for semiconductor element, and method for fabricating semiconductor element |
US8860084B2 (en) | 2010-08-25 | 2014-10-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device |
JPWO2012026396A1 (en) * | 2010-08-25 | 2013-10-28 | 日本碍子株式会社 | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, method for producing epitaxial substrate for semiconductor element, and method for producing semiconductor element |
CN103081080A (en) * | 2010-08-25 | 2013-05-01 | 日本碍子株式会社 | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, method for fabricating epitaxial substrate for semiconductor element, and method for fabricating semiconductor element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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