專利名稱：異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管及其制造方法，特別涉及電子供
給層為A1N層或AlxGai.xN層(0.6《x<l)的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管及 其制造方法。
背景技術(shù)：
參照?qǐng)D11，說明現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管。圖11是用于說明現(xiàn) 有的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖，示出主要部分的剖切端面。
異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管110構(gòu)成為在基底120上依次層積作為溝道 層140的GaN層和作為電子供給層150的AlGaN層。異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶 體管110具有作為電子供給層150的AlGaN層和作為溝道層140的GaN 層的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，形成于溝道層140和電子供給層150的邊 界面即異質(zhì)界面142上的二維電子氣體(2DEG)濃度高，并且電子遷移 率也高，所以作為高電子遷移率晶體管顯示出良好的特性。下面，有時(shí) 將具有AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管、即高電子遷移率 晶體管稱作AlGaN/GaN-HEMT (High Electron Mobility Transistor)。
電子供給層150上設(shè)有利用歐姆接合形成的源電極182和漏電極 184、以及利用肖特基接合形成的柵電極180。 AlGaN/GaN-HEMT 110例 如借助向溝道層140和電子供給層150注入雜質(zhì)來形成的元件分離區(qū)域 135，與其他元件分離。電子供給層150的上側(cè)表面152上形成有氮化硅 膜，作為表面保護(hù)膜190。
另外，例如電子供給層150的組成為AlxGai.xN (x=0.25)的情況 下，電子供給層的厚度(活性層厚度)a為25nm時(shí)，2DEG濃度約為 1.0xl013 cm-2,電子遷移率為1500 cm2/V's。
眾所周知，為了實(shí)現(xiàn)FET的高頻化，增大截止頻率的方法很有效，
為了增大截止頻率，最有效的方法是縮短?hào)艠O長度Lg。
在此，若縮短?hào)艠O長度Lg，則會(huì)發(fā)生夾斷特性不良或閾值電壓向負(fù) 方向位移等短溝道效應(yīng)。夾斷特性不良導(dǎo)致FET的工作電壓下降。并且， 閾值電壓的位移導(dǎo)致相對(duì)于設(shè)計(jì)值的容許范圍變窄，所以給成品率等帶 來影響。
為了防止該短溝道效應(yīng)，優(yōu)選柵極長度Lg與活性層厚度a之比(長 厚(aspect)比)Lg/a為5以上(例如，參照非專利文獻(xiàn)l)。
在上述AlGaN/GaN-HEMT 110中，活性層厚度a為25 nm，所以在 柵極長度Lg為0.1,的短?hào)艠O區(qū)域中，長厚比為4左右，引起短溝道效 應(yīng)。
在此，若逐漸減小活性層厚度a、即減小電子供給層150的厚度，則 2DEG濃度下降。另一方面，若增大AlxGai.xN的x、即提高A1濃度而最 終成為A1N，則與AlxGai.xN (x-0.25)的情況相比，理論上可以使電子 供給層150的厚度為1/4以下。但是，在利用有機(jī)金屬氣相沉積(MOCVD) 法沉積AlGaN的情況下，若逐漸提高AlxGai_xN的Al濃度，則x=0.52 左右在AlGaN層的表面產(chǎn)生裂縫，該裂縫給FET特性帶來影響(例如， 參照非專利文獻(xiàn)2)。
并且，眾所周知，表面氧化會(huì)導(dǎo)致柵漏特性變差(例如，參照非專 利文獻(xiàn)3)。
同樣地，若利用有機(jī)金屬氣相沉積法沉積A1N層，則即使是厚度為 2nm左右的AlN層，也會(huì)在其表面產(chǎn)生裂縫。
因此，不能將A1N或x為0.6以上的AlxGai.xN用作電子供給層150。
對(duì)于A1N層的裂縫，我們認(rèn)為，由于在MOCVD法中在高溫(1200°C) 下沉積A1N層，所以在沉積后的降溫中，GaN和AlN之間的熱膨脹系數(shù) 差導(dǎo)致在A1N層上產(chǎn)生裂縫，或者，A1N暴露于空氣中而被氧化，由此 也會(huì)導(dǎo)致在A1N層上產(chǎn)生裂縫，但其原因尚不明確。
還有一種方法就是利用等離子體輔助分子束外延(PAMBE: Plasma Assisted Molecular Beam Epitaxy)法進(jìn)行到形成AIN層為止的工序(參 照非專利文獻(xiàn)4)。 在非專利文獻(xiàn)4中，PAMBE法中的A1N的沉積溫度較低，為200°C 300°C，所以可不引起裂縫地沉積AIN。
非專利文獻(xiàn)1福田益美、平地康剛著「GaAs電界効果卜，乂-7夕C0基礎(chǔ)」〕口于社 1992年、pp56國59
非專禾U文獻(xiàn)2M. Miyoshi et al. ， "Characterization of Different-Al隱Content AlGaN/GaN Heterostmctures and
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在此，將AIN層用作電子供給層時(shí)，為了提高2DEG濃度，優(yōu)選 AIN層以大于2 nm且至少為4 5 nm左右的厚度形成。
但是，非專利文獻(xiàn)3中雖然公開了厚度為2.5nm左右的AlN層的形 成，但沒有公開厚度大于該值的A1N層的形成。
并且，以往還研究了將A1N層用作隔層(例如，參照非專利文獻(xiàn)5)。 在該非專利文獻(xiàn)5中公開了通過有機(jī)金屬氣相沉積法在基底上形成作為 溝道層的GaN層、作為隔層的A1N層、以及作為電子供給層的AlGaN 層的技術(shù)。
但是，在非專利文獻(xiàn)5中，A1N層被用作隔層，厚度為lnm左右最 合適，而且，并沒有對(duì)以大于2nm的厚度形成AlN層的情況進(jìn)行研究。
于是，本申請(qǐng)的發(fā)明人進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，通過MOCVD法，在 形成作為電子供給層的A1N層之后繼續(xù)形成作為覆蓋層的GaN層時(shí)，即 使AlN層的厚度為2.5nm以上，也能夠消除裂縫，使表面平坦。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于，提供一種 將AlN層或x為0.6以上的AlxGaN層用作電子供給層的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng) 晶體管及其制造方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管構(gòu)成為具備依 次層積作為溝道層的第1GaN層、作為電子供給層的A1N層、以及作為 覆蓋層的第2GaN層而成的層積體。
并且，根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的其他優(yōu)選實(shí)施方式， 構(gòu)成為具備依次層積作為溝道層的第1GaN層、作為電子供給層的 AlxGa"N層、以及作為覆蓋層的第2GaN層而成的層積體，其中，0.6《x <1。
在實(shí)施上述異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管時(shí)，優(yōu)選層積體上具備控制電極、 第1主電極以及第2主電極。并且，優(yōu)選采用在層積體和控制電極之間 具備柵極絕緣膜的結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法構(gòu) 成為具備以下工序。首先在基底上形成作為溝道層的第lGaN層。接著， 在溝道層上形成作為電子供給層的A1N層。然后，在電子供給層上形成 作為覆蓋層的第2GaN層。在此，通過有機(jī)金屬氣相沉積法在同一裝置 內(nèi)層積溝道層、電子供給層以及覆蓋層。
并且，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法的其他優(yōu)選實(shí)施 方式構(gòu)成為具備以下工序。首先在基底上形成作為溝道層的第1GaN層。 接著，在溝道層上形成作為電子供給層的Al,Ga"N層，其中，0.6《x<l。 然后，在電子供給層上形成作為覆蓋層的第2GaN層。在此，通過有機(jī) 金屬氣相沉積法在同一裝置內(nèi)層積溝道層、電子供給層以及覆蓋層。
在實(shí)施上述異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法時(shí)，優(yōu)選在形成覆蓋 層的工序之后，通過有機(jī)金屬氣相沉積法在同一裝置內(nèi)形成用作柵極絕 緣膜的氮化硅膜。
而且，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法的其他優(yōu)選實(shí)施
方式構(gòu)成為具備以下工序。首先在基底上形成作為溝道層的第1GaN層。 接著，在溝道層上形成作為電子供給層的A1N層。然后，在電子供給層 上形成用作柵極絕緣膜的氮化硅膜。在此，通過有機(jī)金屬氣相沉積法在 同一裝置內(nèi)層積溝道層、電子供給層以及氮化硅膜。
此外，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法的其他優(yōu)選實(shí)施 方式構(gòu)成為具備以下工序。首先在基底上形成作為溝道層的GaN層。接 著，在溝道層上形成作為電子供給層的AlxGa"xN層，其中，0.6《x<l。 然后，在電子供給層上形成用作柵極絕緣膜的氮化硅膜。在此，通過有 機(jī)金屬氣相沉積法在同一裝置內(nèi)層積溝道層、電子供給層以及氮化硅膜。
根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，作為電子供給層具備A1N層 或AlxGai.xN層(0.6《x<l)，所以2DEG濃度高于以往的AlxGai.xN層 (例如，x-0.25)的情況，其結(jié)果，能夠減小電子供給層的厚度。因此， 即使在短?hào)艠O區(qū)域，也能夠增大長厚比，能夠抑制短溝道效應(yīng)。
并且，根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法，在形成作 為電子供給層形成的、A1N層或AlxGai.xN層(0.6《x<l)之后，在同一 裝置內(nèi)使用有機(jī)金屬氣相沉積法形成作為覆蓋層的GaN層或作為柵極絕 緣膜的SiN層。因此，不會(huì)使A1N層暴露在空氣中，所以能夠抑制由于 A1N層氧化而引起的A1N層裂縫。并且，對(duì)于ALGa^N層(0.6《x<l)， 也同樣能夠抑制裂縫。


圖1是用于說明第1實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖。 圖2是示出利用原子力顯微鏡觀察到的A1N層表面的圖。 圖3是示出利用原子力顯微鏡觀察到的第2GaN層表面的圖。 圖4是示出在改變了 A1N層厚度的情況下，利用原子力顯微鏡觀察 到的第2GaN層表面的圖。
圖5是示出A1N層的厚度與表面的RMS之間的關(guān)系的特性圖。 圖6是示出第1實(shí)施方式中的、通過C-V測定得到的載流子濃度的 測定結(jié)果的圖。
圖7是用于說明第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖。 圖8是示出第2實(shí)施方式中的、通過C-V測定得到的載流子濃度的 測定結(jié)果的圖。
圖9是示出異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的柵漏電流的特性圖。
圖10是用于說明第3實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖。
圖11是用于說明現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)于各構(gòu)成要件的形狀、 大小以及配置關(guān)系，僅概略地示出到能夠理解本發(fā)明的程度。并且，下 面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明，但各構(gòu)成要件的材料和數(shù)值條件等 僅是單純的優(yōu)選例。因此，本發(fā)明不限于以下實(shí)施方式，在不脫離本發(fā) 明結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行可實(shí)現(xiàn)發(fā)明效果的多種變更或變形。 (第1實(shí)施方式)
參照?qǐng)D1說明第1實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管。另外，該異 質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管為高電子遷移率晶體管(HEMT)，所以在下面的說 明中有時(shí)也稱作HEMT。
圖1是用于說明第1實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖， 示出主要部分的剖切端面。
第1實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管10構(gòu)成為具備層積體30， 該層積體30在基底20上依次層積有作為溝道層40的第1GaN層、作為 電子供給層50的A1N層、以及作為覆蓋層60的第2GaN層。在作為溝 道層40的第1GaN層和作為電子供給層50的A1N層的邊界面、即 AlN/GaN-異質(zhì)界面45上形成有二維電子氣體(2DEG)。
覆蓋層60上設(shè)有利用歐姆接合形成的源電極82和漏電極84、以及 利用肖特基接合形成的柵電極80。 AlN/GaN-HEMT例如借助向溝道層40
和電子供給層50注入雜質(zhì)來形成的元件分離區(qū)域35，與其他元件分離。 覆蓋層60的上側(cè)表面62上形成有作為表面保護(hù)膜的氮化硅膜90。
該第1實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以采用以下工序形成。
首先，準(zhǔn)備基底20?；?0可以采用與異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管中 通常使用的基底相同的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用在由選自硅、碳化硅以及 藍(lán)寶石的1種材料形成的基板上具備緩沖層的基底。緩沖層是為了在硅 等基板和溝道層之間產(chǎn)生光柵緩和效應(yīng)而設(shè)置的。例如可以采用有機(jī)金 屬氣相沉積法(MOCVD法)沉積A1N，由此形成緩沖層。
接著，在基底20上形成作為溝道層40的第1GaN層。然后，在溝 道層40上形成作為電子供給層50的A1N層。接著，在電子供給層50上 形成作為覆蓋層60的第2GaN層。
在此，通過MOCVD法在同一裝置內(nèi)層積溝道層40、電子供給層50 以及覆蓋層60。 A1N層采用如下方法形成在CVD裝置內(nèi)，分別以6slm 和10 sc cm的流量導(dǎo)入氨氣(NH3)和三甲基鋁(TMA)氣體，在1200。C 的沉積溫度下形成A1N層。并且，第1GaN層和第2GaN層通過如下方 法形成在CVD裝置內(nèi)，分別以5slm和6sccm的流量導(dǎo)入NH3氣體 和三甲基鎵(TMG)氣體，在107(TC的沉積溫度下形成第1GaN層和第 2GaN層。另夕卜，sc cm(standard cubic cm per minute)禾口 slm(standard liter per minute)是表示換算成(TC、 1個(gè)大氣壓(=1013 hPa)時(shí)的氣 體流量的單位。
在此，A1N層含有大量A1，容易受到表面氧化的影響，引發(fā)裂縫。 因此，若A1N層暴露在空氣中，則難以抑制柵漏電流。在第l實(shí)施方式 的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法中，由于作為電子供給層50的A1N 層被作為覆蓋層60的第2GaN層覆蓋，所以能夠抑制氧化。
圖2示出采用MOCVD法形成厚度為2 nm的A1N層之后，利用原 子力顯微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)觀察到的A1N層表面。 并且，圖3示出在形成作為電子供給層的A1N層之后繼續(xù)形成作為覆蓋 層的第2GaN層之后，利用AFM觀察到的第2GaN層表面。圖2和圖3 均示出ljim見方的區(qū)域。
圖2中表面出現(xiàn)裂縫結(jié)構(gòu)，相對(duì)于此，圖3中表面未出現(xiàn)裂縫，為 良好的表面結(jié)構(gòu)。在A1N層上產(chǎn)生了裂縫的情況下，該影響也會(huì)顯現(xiàn)到 形成于AlN層上的第2GaN層的表面上，但是，在此，第2GaN層表面 未出現(xiàn)裂縫。即，采用MOCVD法形成AIN層之后繼續(xù)在同一裝置內(nèi)形 成第2GaN層，從而能夠抑制在A1N層產(chǎn)生裂縫。
在形成A1N層的階段停止沉積時(shí)，在AFM像中確認(rèn)到表面上有裂 縫(參照?qǐng)D2)，因此，可以認(rèn)為通過在形成AlN層之后繼續(xù)形成GaN層， 能夠帶來抑制在A1N層產(chǎn)生裂縫的效果。雖然其理由尚不明確，但可以 舉出通過采用利用第lGaN層和第2GaN層夾著AlN層的結(jié)構(gòu)來抑制AlN 層斷裂；或通過覆蓋A1N層表面來防止A1N層氧化，抑制氧化引起的裂 縫結(jié)構(gòu)；等等。
無論怎樣，由于在1200'C下沉積A1N層之后沉積GaN層，所以在 降溫到1070。C的階段或沉積GaN層的階段，A1N層均不會(huì)產(chǎn)生裂縫，并 且即使在沉積GaN層之后下降到室溫，也能夠確保表面的平坦性。
例如，將電子供給層的厚度設(shè)為2.5nm，將覆蓋層的厚度設(shè)為5nm 時(shí)，活性層厚度a為7.5 nm，即使柵極長度縮短至40 nm，也能夠確保5 以上的長厚比。
為了提高2DEG濃度，優(yōu)選進(jìn)一步增大A1N層的厚度。AlN和GaN 的光柵常數(shù)分別為3.112A以及3.187A，其差為2.4%左右，所以理論上 能夠不引起裂縫地形成A1N層的臨界膜厚為10nm左右。
圖4 (A)、 (B)、 (C)、 (D)、 (E)以及(F)分別示出A1N層的厚 度為0.5nm、 2.5 nm、 2.55 nm、 6.08 nm、 8.12 nm以及20 nm時(shí)的AFM 像。在此，對(duì)于形成在AlN層上的GaN層(第2GaN層)的表面，與圖 2和圖3相同地示出lpm見方區(qū)域的AFM像。
并且，圖5示出A1N層的厚度與表面的平坦度之間的關(guān)系。圖5中， 橫軸表示A1N層的厚度(單位pm)，并且縱軸表示表面的RMS (Root Mean Square)(單位nm)。表面的RMS用于評(píng)價(jià)表面平坦度，是將 表面在高度方向上的位置分布作為從平均位置起的距離的平方平均計(jì)算 出的。
A1N層的厚度到2.55 nm為止，表面沒有裂縫，RMS也在0.2 nm以 下。若A1N層的厚度達(dá)到6.08 nm，則表面產(chǎn)生裂縫，隨著A1N層的厚 度增大，更加顯著。
在A1N層的厚度為6.08 nm以上的區(qū)域中，RMS相對(duì)于A1N層的厚 度以一元函數(shù)方式增大。即，RMS的增加與裂縫的增加對(duì)應(yīng)。另一方面， AIN層的厚度到2.55 nm為止，基本為恒定值。
在A1N層的厚度為6.08 nm以上的情況下，若將A1N層的厚度與RMS 之間的關(guān)系一元線性近似，則y-0.18x-0.89，大概在x-5時(shí)，y為0。艮卩， 若A1N層的厚度為5 nm以下，則可認(rèn)為是能夠忽略裂縫給FET的動(dòng)作 帶來影響的范圍。
圖6示出通過使用汞探針的C-V測定得到的載流子濃度的測定結(jié)果。 圖6中，橫軸表示從柵電極的下表面、即層積體30的上表面起的深度(單 位nm)，縱軸表示載流子濃度(單位cm_3)。圖6示出A1N層的厚度 為2.5nm、第2GaN層的厚度為5 nm時(shí)的測定結(jié)果。此時(shí)，確認(rèn)到深度 為9 nm且濃度為8.6xl019 cm'3的載流子的存在。
另外，采用相同方法測定載流子濃度后，當(dāng)AlN層的厚度為0.5nm 時(shí)，沒有確認(rèn)到載流子的存在。并且，若AlN層的厚度為2.5nm以上， 則到A1N層的厚度為20 nm為止均確認(rèn)到載流子的存在。
根據(jù)以上結(jié)果，考慮到載流子的存在和表面的RMS時(shí)，優(yōu)選將A1N 層的厚度設(shè)為2.5 nm 5nm。
在此，已知提高AlxGa^N的Al濃度，使得x-l時(shí)成為AlN，并且， x為0.52以上時(shí)，AlxGai-xN成為裂縫結(jié)構(gòu)(參照非專利文獻(xiàn)2)。
相對(duì)于此，能夠容易地推測出有效抑制A1N層裂縫的GaN覆蓋層對(duì) AlxGa^N層(0.6《x<l)也可有效抑制裂縫。于是，作為電子供給層， 可以使用AlxGa"N層(0.6《x<l)來替代A1N層。
另夕卜，AlxGa^N層(0.6《x<l)的膜厚依據(jù)x的大小而定。為了提 高2DEG濃度，優(yōu)選將AlxGai_xN層(0.6《x<l)的膜厚設(shè)定成大于將 A1N層用作電子供給層時(shí)的厚度。此時(shí)，AlxGa^N層和GaN層的光柵常 數(shù)之差要比AlN層和GaN層之差小，所以臨界膜厚大，能夠以大于等于 A1N層的厚度形成。
根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，作為電子供給層，具有A1N 層或AlxGai.xN層(0.6《x<l)，所以2DEG濃度比現(xiàn)有的AlxGai_xN層 (例如，x=0.25)的情況高，其結(jié)果，能夠減少電子供給層的厚度。因此， 即使在短?hào)艠O區(qū)域，也能夠增大長厚比，能夠抑制短溝道效應(yīng)。
并且，根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的制造方法，在形成作 為電子供給層形成的A1N層或AlxGa^N層(0.6《x<l)之后，在同一 裝置內(nèi)使用有機(jī)金屬氣相沉積法形成作為覆蓋層的GaN層，從而能夠抑 制A1N層或AlxGa!.xN層(0.6《x<l)的裂縫。 (第2實(shí)施方式)
參照?qǐng)D7說明第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管。圖7是用于 說明第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖，示出主要部分的 剖切端面。
第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管11是所謂MIS (Metal Insulator Semiconductor:金屬絕緣體半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管 (MISFET)，艮卩，在具有覆蓋層的層積體上具備作為柵極絕緣膜92的氮 化硅膜，在柵極絕緣膜92上具備柵電極80。
通過采用MIS結(jié)構(gòu)，能夠抑制柵漏電流。即使在作為柵極絕緣膜層 積厚度為14nm的氮化硅膜的情況下，只要電子供給層的厚度為2.4nm、 覆蓋層的厚度為3.3 nm，則活性層厚度a為20 nm以下，即使柵極長度 為100 nm，也能夠維持5以上的長厚比。
在現(xiàn)有的GaN系MISFET中，由于將AlGaN層用作電子供給層， 所以長厚比較低。例如，電子供給層為AlxGa^N層(x=0.25)且厚度為 25nm的情況下，若將氮化硅膜的厚度設(shè)為14 nm，則活性層厚度a、即 從柵電極到異質(zhì)界面的距離為39nm，柵極長度為O.lpm時(shí)，長厚比下降 到2.5。
相對(duì)于此，只要利用形成于AlN/GaN異質(zhì)界面的2DEG，則例如作 為電子供給層50的A1N層的厚度為2.4 nm，作為覆蓋層60的第2GaN 層的厚度為3.3nm，即使氮化硅膜的厚度為14nm，也能夠維持5以上的
長厚比。
圖8示出通過使用汞探針的C-V測定得到的載流子濃度的測定結(jié)果。 圖8中，橫軸表示從柵電極的下表面、即層積體30的上表面起的深度(單 位nm)，縱軸表示載流子濃度(單位cm'3)。圖8示出A1N層的厚度 為2.4 nm、覆蓋層的厚度為3.3 nm、氮化硅膜的厚度為14 nm時(shí)的測定 結(jié)果。此時(shí)，確認(rèn)到深度為30nm、濃度為1.75xl(^cn^的載流子的存 在。
參照?qǐng)D9說明柵漏電流。圖9 (A)是示出參照?qǐng)D1說明的第1實(shí)施 方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的柵漏電流的特性圖，圖9 (B)是示出參 照?qǐng)D7說明的第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的柵漏電流的特性 圖。圖9 (A)和圖9 (B)中，橫軸表示源-柵間的電壓Vgs (單位V)， 縱軸表示在源-柵間流過的漏電流Ids (單位A)。
在第l實(shí)施方式中，電流Ids為lxl(TS lxl(^A左右，相對(duì)于此， 在第2實(shí)施方式中，漏電流減少3位左右，為lxlO" lxl(T"A左右。
氮化硅膜可以利用等離子CVD法或熱CVD法等任意合適的方法來 形成，但優(yōu)選在形成溝道層、電子供給層以及覆蓋層的層積體之后，接 著在相同裝置內(nèi)通過MOCVD法進(jìn)行堆積。該情況下，在CVD裝置內(nèi)分 別以4 slm和100 sc cm的流量導(dǎo)入NH3氣體和硅烷(SiH4)氣體，在 850'C的沉積溫度形成氮化硅膜。
并且，在此，在形成溝道層、電子供給層以及覆蓋層的層積體之后， 接著在同一裝置內(nèi)形成柵極絕緣膜。因此，SiN/GaN界面狀態(tài)良好，其 結(jié)果，在MISFET的工作方面，界面能級(jí)(interface state)小，界面能級(jí) 引起的電流崩塌(Current Collapse)得到改善，能夠期待提高柵極耐壓。
另外，對(duì)于第2實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，與第1實(shí)施方 式同樣地，作為電子供給層，可使用AlxGai.xN層(0.6《x<l)來替代 A1N層。
(第3實(shí)施方式)
參照?qǐng)D10說明第3實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管。圖10是用 于說明第3實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的概要圖，示出主要部分
的剖切端面。
第3實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管12構(gòu)成為具備層積體32, 該層積體32依次層積有作為溝道層40的GaN層、作為電子供給層50 的A1N層。在作為溝道層的GaN層和作為電子供給層的A1N層之間的 AlN/GaN-異質(zhì)界面形成有二維電子氣體(2DEG)。
電子供給層上形成有作為柵極絕緣膜92的氮化硅膜。與第2實(shí)施方 式相同，利用MOCVD法形成GaN層和AlN層，在形成作為電子供給層 的A1N層之后，接著在MOCVD裝置內(nèi)形成氮化硅膜。
其結(jié)果，可形成SiN層而不使AlN層的表面暴露于空氣中，所以能 夠防止A1N層的表面氧化、以及該表面氧化引起的裂縫。
另外，對(duì)于第3實(shí)施方式的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，與第1和第2 實(shí)施方式相同，作為電子供給層，可使用AlxGai.xN層(0.6《x<l)來替 代A1N層。
權(quán)利要求
1.一種異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管具備依次層積作為溝道層的第1GaN層、作為電子供給層的AlN層、以及作為覆蓋層的第2GaN層而成的層積體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其中，將AlN層或x為0.6以上的Al_xGa_1-xN層用作電子供給層。該異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管構(gòu)成為具備依次層積作為溝道層(40)的第1GaN層、作為電子供給層(50)的AlN層、以及作為覆蓋層(60)的第2GaN層而成的層積體(30)。并且，根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管的其他優(yōu)選實(shí)施方式，構(gòu)成為具備依次層積作為溝道層的第1GaN層、作為電子供給層的Al_xGa_1-xN層、以及作為覆蓋層的第2GaN層而成的層積體，其中，0.6≤x＜1。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101369601SQ200810125679
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者戶田典彥, 星真一, 玉井功 申請(qǐng)人:沖電氣工業(yè)株式會(huì)社