專利名稱：場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用III族氮化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管。具體 地，本發(fā)明涉及一種適于在利用III族氮化物半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶 體管中獲得優(yōu)良的高頻特性和高壓性能的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為利用in族氮化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管，已經(jīng)報(bào)告了如圖17所示的場效應(yīng)晶體管(非專利文獻(xiàn)1: Y.Ando等，2001 International Electron Devices Meeting Digest(IEDM Ol)第381-384頁)。圖17是示出異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖(其在下文將簡稱為HJFET)。在該HJFET 200中，在藍(lán)寶石襯底209上形成A1N緩沖層211。 在A1N緩沖層211上形成GaN溝道層212，以及在其上形成AlGaN電 子供給層213。在AlGaN電子供給層213上形成源電極201和漏電極 203。這些電極與AlGaN電子供給層213歐姆接觸。此外，在源電極 201和漏電極203之間形成柵電極202。該柵電極202與AlGaN電子供 給層213肖特基接觸。最終，形成用作表面保護(hù)膜的SiN膜221作為 最上層。在這種HJFET 200中，由于晶體管在其中具有AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)， 所以塌縮(collapse)的程度和柵極擊穿電壓之間存在折衷，而控制該 折衷很困難。在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)處，由AlGaN層和GaN層之間晶 格失配產(chǎn)生的應(yīng)力引起了壓電極化，并由此將兩維電子氣提供給 AlGaN電子供給層213和GaN溝道層212之間的界面。為此，當(dāng)產(chǎn)生 應(yīng)力的保護(hù)膜(SiN膜221)形成在器件表面上時(shí)，所得到的應(yīng)力會對 HJFET 200的器件性能產(chǎn)生影響。下面將描述這種影響。圖18示出了 SiN膜221的厚度與塌縮的程度(圖中用o表示)和 柵極擊穿電壓(圖中用A表示)之間的關(guān)系。在該情況下，塌縮是在 HJFET進(jìn)行大信號操作時(shí)導(dǎo)致由于表面陷阱的響應(yīng)而在表面上積聚負(fù) 電荷以致最大漏電流降低的狀態(tài)的現(xiàn)象。當(dāng)塌縮的程度變顯著時(shí)，會 抑制在大信號操作下的漏電流，由此，降低了飽和輸出。當(dāng)在塌縮程度顯著的這種器件的表面上形成SiN膜221時(shí)，由于 SiN膜221引起的應(yīng)力增加了 AlGaN電子供給層213中的壓電極化電 荷，導(dǎo)致補(bǔ)償表面負(fù)電荷的效應(yīng)。為此，可以降低塌縮的程度。例如， 在圖18中不存在SiN膜221的情況下，g卩，在其膜厚度為Onm的情 況下，塌縮的程度為60%或以上。相反，在SiN膜221的膜厚度為100 nm的情況下，塌縮程度可以縮減到10%或以下。另一方面，前述的表面負(fù)電荷有減緩柵極和漏極之間電場集中的 效應(yīng)，由此提高了柵極擊穿電壓。為此，當(dāng)SiN膜221變厚以致表面 負(fù)電荷被補(bǔ)償時(shí)，柵極和漏極之間的電場集中變得更嚴(yán)重以致降低了 柵極擊穿電壓。結(jié)果，如圖18所示，在塌縮和柵極擊穿電壓之間存在折衷，這取 決于SiN膜221的厚度差。為了解決HJFET中的這種問題，已經(jīng)提出了 一種增加了場極板電 極的HJFET (非專利文獻(xiàn)2: Li等，Electronic Letters,第37巻，第 196-197頁(2001))。圖19是示出這種HJFET的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖19所示的HJFET 250形成在襯底例如SiC襯底210上。A1N緩 沖層211形成在SiC襯底210上。GaN溝道層212形成在A1N緩沖層 211上。AlGaN電子供給層213形成在GaN溝道層212上。源電極201 和漏電極203提供在AlGaN電子供給層213上，它們與其歐姆接觸。在這些電極201和203之間，提供了柵電極202。柵電極202包括朝著 漏極側(cè)以懸置(overhang)形式突出的場極板部分205，并且與AlGaN 電子供給層213肖特基接觸。AlGaN電子供給層213的表面被SiN膜 221覆蓋。該SiN膜221直接位于場極板部分205下面。由于可以通過增加場極板部分205抑制擊穿電壓的降低，所以可 以在塌縮和柵極擊穿電壓之間的折衷方面加以改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題然而，發(fā)明人研究了在前參考圖19描述的HJFET 250的結(jié)果，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)例如在60V或以上的高壓下執(zhí)行操作時(shí)，再次觀察到了塌縮使得 不能獲得在60V或以上的高壓操作下期望的這種高輸出密度。此外，已經(jīng)報(bào)告了在提供場極板的情況下，由于直接在場極板電 極下面的寄生電容而引起的反饋電容變?yōu)槿鐖D16和20所示那么大， 以致相比沒有提供場極板的情況增益降低了 (非專利文獻(xiàn)3: Ando等， Workshop of the Institute of Electronic, Information and Communication Engineers,2003年1月)。圖16是用于說明包括SiN膜221和場極板 的HJFET的柵極和漏極之間電力線的圖。此外，圖20是示出晶體管的 工作電壓和增益之間關(guān)系的圖。在圖20中，Lpp表示場極板電極的長 度，并且在該實(shí)例中為lpm。此外，在專利文獻(xiàn)l: JP 2005-93864 A中，公開了一種包括多個(gè) 場極板的功率半導(dǎo)體器件。根據(jù)該功率半導(dǎo)體器件，第二場極板電極 的插入電極部分插入在第一場極板電極和漏電極之間，由此基本抵消 柵-漏電容。然而，發(fā)明人研究了前述文獻(xiàn)(專利文獻(xiàn)l: JP 2005-93864 A)中描述的結(jié)構(gòu)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)從提高擊穿電壓同時(shí)提高高頻區(qū)的增益的觀點(diǎn)來看，有提高的空間。鑒于前述情形創(chuàng)造了本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了一種在高電壓工 作下顯示出滿意的高頻特性和優(yōu)良擊穿電壓的場效應(yīng)晶體管。解決該問題的手段為了提高場效應(yīng)晶體管高頻區(qū)中的增益來提高其高頻特性和提高 擊穿電壓特性，發(fā)明人進(jìn)行了積極的研究。具體地，我們研究了與包 括用于確保柵極擊穿電壓的場極板的晶體管(示于圖19中)有關(guān)的頻 率f和線性增益(下文簡稱為"增益")之間的關(guān)系。在晶體管中，公知 當(dāng)工作頻率在特定頻率以上時(shí)存在增益快速降低的"拐點(diǎn)"。由于場效應(yīng)晶體管用在相對于拐點(diǎn)低的頻率側(cè)，所以當(dāng)在較低頻率側(cè)存在拐點(diǎn)時(shí)， 會降低可用頻率的上限。圖21是用于說明拐點(diǎn)的圖。如由圖中的實(shí)線所示，頻率fb是拐 點(diǎn)。在相對于其的高頻側(cè)，增益顯著降低。從該事實(shí)可以看出，對于 提高高頻特性需要提高增益，并且使拐點(diǎn)位于高頻側(cè)。此外，在先前在"要解決的問題"部分中已描述了的專利文獻(xiàn)1:JP 2005-93864 A中，描述了一種功率HEMT，其中從第一場極板電極 的上表面朝著源電極的上表面形成第二場極板電極。在該功率HEMT 中，第二場極板電極和源電極在操作區(qū)域中電連接，并且這些電極被 配置在相同的電位上?？紤]到上述情況，作為本發(fā)明人已經(jīng)研究了這 種晶體管的結(jié)果，在從第一場極板電極朝著源電極提供第二場極板電 極的情況下，新近發(fā)現(xiàn)，如圖21中虛線所指示的，雖然提高了低頻區(qū) 的增益，但是拐點(diǎn)將向低頻側(cè)偏移(圖中的fc')。考慮到上述情況，本發(fā)明人進(jìn)一步研究了拐點(diǎn)偏移的原因。結(jié)果， 本發(fā)明人新近發(fā)現(xiàn)，當(dāng)包括柵極和第一場極板的結(jié)構(gòu)與第二場極板交 疊區(qū)域的長度大于柵極長度時(shí)，拐點(diǎn)向著低頻側(cè)偏移。在本說明書中，要注意，在柵極長度方向上的截面圖上，該交疊 區(qū)域是其中第二場極板位于包括第一場極板和柵極的結(jié)構(gòu)的上方的區(qū) 域，并且是其中第二場極板和該結(jié)構(gòu)在柵極長度方向彼此交疊的區(qū)域。 如隨后在實(shí)例中所示出的，由于當(dāng)交疊區(qū)域長于柵極長度時(shí)，拐點(diǎn)向 著低頻側(cè)偏移，所以可想到這樣一個(gè)趨勢，高頻區(qū)中的增益顯著降低。以上文提到的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)，本發(fā)明人研究了擊穿電壓特性優(yōu)良的、 和具有高增益且拐點(diǎn)位于高頻側(cè)的晶體管。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在包括雙場極 板電極結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管中，當(dāng)以特定的結(jié)構(gòu)形成場極板電極的交 疊區(qū)域、并且在第二場極板中提供屏蔽部分時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)這種所希望 的晶體管。以這些新發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)創(chuàng)造了本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明，提供一種場效應(yīng)晶體管，包括 由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)，其包括異質(zhì)結(jié)； 形成在由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上的源電極和漏電極， 彼此隔開的一間隔；設(shè)置在源電極和漏電極之間的柵電極；第一場極板，設(shè)置在柵電極和漏電極之間的區(qū)域中的由III族氮化 物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上方，并且與由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié) 構(gòu)隔離；和第二場極板，設(shè)置在由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上方，并 且與由ni族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)和第一場極板隔離， 其中第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區(qū) 域中，并且用于將第一場極板與漏電極屏蔽開，和 該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方， 由此，在柵極長度方向上的截面圖上，當(dāng)其中第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結(jié)構(gòu)的上部交疊 的交疊區(qū)域的柵極長度方向上的長度被指定為Lol，而柵極長度被指定 為Lg時(shí)，滿足下面表示的關(guān)系0 SLol/Lg Sl 。根據(jù)本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管包括，在III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上方，與由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的上部和第一場極板隔離的 第二場極板，其中第二場極板包括屏蔽部分。此外，該屏蔽部分設(shè)置 在第一場極板和漏電極之間的區(qū)域中以將第一場極板與漏電極屏蔽 開，并且屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方。這里，在漏電極側(cè)的區(qū)域中，由于第一場極板的上部的拐角部分 是電力線集中的部分，所以確保屏蔽該部分對于減小其寄生電容是很 重要的。在本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管中，采用前述結(jié)構(gòu)在第一場極板的 該側(cè)部分提供第二場極板，以便覆蓋在從第一場極板的側(cè)表面經(jīng)由其 上端朝著其上部的區(qū)域上方。通過利用這種結(jié)構(gòu)，可以確保屏蔽第一 場極板的上拐角部分以抑制寄生電容的出現(xiàn)。在本說明書中，屏蔽部分指的是用來屏蔽第一場極板和漏極之間 的電場的第二場極板中的部分?？蓸?gòu)造該屏蔽部分，使得基本完全地 屏蔽該電場，或者可構(gòu)造該屏蔽部分以屏蔽電場的部分。第二場極板 的全部可用作屏蔽部分，或者其一部分可以用作屏蔽部分。此外，在 本說明書中，定位"在......上方"指的是位于遠(yuǎn)離由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的側(cè)上，并且定位"在......下面"指的是位于由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的側(cè)上。此外，在本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管中，選擇在交疊區(qū)域的柵極長度 方向上的長度Lol，使得其滿足下面的關(guān)系.-0 SLol/Lg Sl。通過選擇(^Lo1，可以更可靠地抑制在包括第一場極板和柵極的結(jié) 構(gòu)與第二場極板之間產(chǎn)生寄生電容，并由此，可以更可靠地抑制拐點(diǎn) 朝著低頻側(cè)偏移。因此，能夠更可靠地抑制高頻區(qū)中增益的降低。為 此，能夠可靠地提高高頻特性。此外，通過選擇0《Lol/Lg Sl，可以更穩(wěn)定地減緩柵電極和漏電極 之間的電場集中，由此可以將拐點(diǎn)保持在高頻側(cè)。由此，將本發(fā)明的 場效應(yīng)晶體管構(gòu)造成高頻特性優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管中，可采用這種結(jié)構(gòu)，其中屏蔽部分的 下端相對于第一場極板的下端位于由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu) 側(cè)上。通過選擇這種結(jié)構(gòu)，能夠更有效地使第一場極板與漏電極屏蔽 開。在本說明書中，屏蔽部分的下端例如是屏蔽部分的下表面。在屏 蔽部分的下表面包括偏移或傾斜的情況下，屏蔽部分的下端指的是位于由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)側(cè)上的端部。在該結(jié)構(gòu)中，可采用如下結(jié)構(gòu)，其中場效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括用 來覆蓋在柵電極和漏電極之間的區(qū)域中由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層 結(jié)構(gòu)的上表面的第一絕緣膜，其中凹陷部分提供在第一場極板和漏電 極之間的區(qū)域中的第一絕緣膜處，并且第一場極板用與第一絕緣膜的 上表面接觸的方式提供，且屏蔽部分的下端位于該凹陷部分內(nèi)。通過 選擇這種結(jié)構(gòu)，可以將其中屏蔽部分的下端相對于第一場極板下端位 于in族半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)一側(cè)上的場效應(yīng)晶體管構(gòu)造成制造穩(wěn)定性更優(yōu)良 的結(jié)構(gòu)。此外，在本發(fā)明的場效應(yīng)晶體管中，還可以采用第一場極板的下 端相對于屏蔽部分下端位于由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)一側(cè)上1的結(jié)構(gòu)。通過使用這種結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)場極板對漏極側(cè)(在柵電極和 漏電極之間)影響的程度，以提供理想的電場分布。為此，能夠有效 地提高擊穿電壓特性，同時(shí)將高頻特性的降低抑制在最小程度內(nèi)。也就是說，可以將由第二場極板的屏蔽部分引起的在由in族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的上表面上的電場變化，調(diào)節(jié)在合適的范圍內(nèi)，由此， 可以在漏極惻(在柵電極和漏電極之間)實(shí)現(xiàn)理想的電場分布。在這種結(jié)構(gòu)中，該場效應(yīng)晶體管可包括用來覆蓋柵電極和漏電極之間的區(qū)域中由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜；和提供在第一場極板和漏電極之間的區(qū)域中第一絕緣膜上的第二絕緣膜，其中第一場極板可用與第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供， 并且屏蔽部分的下端與第二絕緣膜的上表面接觸。通過選擇這種結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)場極板和由ni族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)之間的距離，由此能 夠調(diào)節(jié)靜電電容的值。為此，在將高頻特性的降低抑制在最小程度的 同時(shí)，可以用能夠進(jìn)一步穩(wěn)定制造的結(jié)構(gòu)構(gòu)造擊穿電壓有效提高的場 效應(yīng)晶體管。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)在高壓和高頻操作條件下都顯 示出良好性能的場效應(yīng)晶體管。


圖i是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和反映其柵-漏區(qū)中電場分布的電力線的截面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和其各結(jié)構(gòu)元件尺寸的定義的截面圖；圖3是示出一實(shí)例的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖4是示出實(shí)例1的場效應(yīng)晶體管中的工作電壓和功率性能(飽和的輸出密度，線性增益)之間的評價(jià)關(guān)系的圖；圖5是示出釆用根據(jù)實(shí)例的寬凹陷結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6是示出在實(shí)例2中制備的具有不同參數(shù)Lfd的多種類型的場效 應(yīng)晶體管的一結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7是示出通過利用實(shí)例2中制備的具有不同參數(shù)Lfd的多種類型 場效應(yīng)晶體管評價(jià)的晶體管的參數(shù)L fd和增益之間的關(guān)系的圖；圖8是示出在實(shí)例2中制備的具有不同參數(shù)Lfd的多種類型的電子 場晶體管的一種結(jié)構(gòu)的截面圖；圖9是示出通過利用實(shí)例3中制備的具有不同參數(shù)Lfp2的多種類型 場效應(yīng)晶體管評價(jià)的晶體管的參數(shù)Lfpl、 Lfp2和增益之間的關(guān)系的圖；圖10是示出通過利用實(shí)例4中制備的具有不同參數(shù)Lfd2的多種類 型場效應(yīng)晶體管評價(jià)的晶體管的參數(shù)Lfdl、 Lfd2、 d3和擊穿電壓之間的 關(guān)系的圖；圖ll是示出根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的 截面圖；圖12是示出通過利用實(shí)例5中制備的具有不同參數(shù)d2的多種類型 場效應(yīng)晶體管評價(jià)的晶體管的參數(shù)d2、 Lfp2和增益之間的關(guān)系的圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的 截面圖；圖14是示出實(shí)例7中制備的具有不同參數(shù)Lfd的多種類型場效應(yīng)晶 體管的一種結(jié)構(gòu)的截面圖；圖15是示出根據(jù)本發(fā)明又一示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖16是示意性地示出包括一個(gè)場極板電極的常規(guī)類型場效應(yīng)晶體 管的結(jié)構(gòu)和反映柵-漏區(qū)中電場分布的電力線的截面圖；圖17是示意性地示出不包括場極板電極的常規(guī)類型場效應(yīng)晶體管 的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖18是示出最上層的SiN膜厚度與由塌縮引起的電流變化和柵極 擊穿電壓之間關(guān)系的圖，其已在具有圖17中所示結(jié)構(gòu)的常規(guī)類型的場 效應(yīng)晶體管中評價(jià)了；圖19是示意性地示出包括與柵電極整體成型形狀形成的場極板電極的常規(guī)類型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖；圖20是示出兩種常規(guī)類型場效應(yīng)晶體管中的工作電壓和增益之間關(guān)系的圖，上述晶體管分別包括與柵電極整體成型形狀形成的場極板 電極和不包括這種場極板電極；圖21是示意性地示出除了與柵電極整體成型形狀形成的第一場極 板電極之外，提供第二場極板電極的常規(guī)類型場效應(yīng)晶體管的頻率和 增益之間關(guān)系的變化的圖；和圖22是示出具有圖3中所示結(jié)構(gòu)的實(shí)例1中描述的場效應(yīng)晶體管中的頻率和增益之間關(guān)系的圖。在前述圖中，下面描述的參考標(biāo)記具有以下含義。100場效應(yīng)晶體管110襯底111氮化物半導(dǎo)體112源電極113柵電極114漏電極115第一絕緣膜116第一場極板電極117第二絕緣膜118第二場極板電極119屏蔽部分131A1N緩沖層132GaN層133AlGaN層具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參考各圖說明本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在所有的圖中，相 同的附圖標(biāo)記分別指相同的結(jié)構(gòu)元件，并且必要時(shí)在以下公開中將省 略相同說明。在下面說明的示范性實(shí)施例中，通過參考工作模式為"耗盡型模式"的FET，特別是HJFET，示出了本發(fā)明展示的優(yōu)點(diǎn)和其優(yōu)選模式。 (第一示范性實(shí)施例)圖l是示出本示范性實(shí)施例的氮化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu) 的截面圖。圖l所示的場效應(yīng)晶體管是具有雙場極板結(jié)構(gòu)的利用氮化物 半導(dǎo)體的H JFET型的晶體管。該晶體管包括由m族氮化物半導(dǎo)體(氮化物半導(dǎo)體lll)制成的層 結(jié)構(gòu)，該層結(jié)構(gòu)包括異質(zhì)結(jié)、以間隔的形式形成在氮化物半導(dǎo)體lll的 上部分上的源電極112和漏電極114、位于源電極112和漏電極114之間 的柵電極113、提供在柵電極113和漏電極114之間區(qū)域中的氮化物半導(dǎo) 體lll的上方、且與氮化物半導(dǎo)體lll隔離的第一場極板(第一場極板 電極116)、和提供在氮化物半導(dǎo)體lll的上方且與氮化物半導(dǎo)體lll和 第一場極板電極116隔離的第二場極板電極(第二場極板電極118)。第二場極板電極118包括位于第一場極板電極116和漏電極114之 間的區(qū)域中的屏蔽部分119，并且用于將第一場極板電極116與漏電極 114屏蔽開。此外，在柵極長度方向上的截面中第二場極板電極118包 括偏移部分，其中連接一個(gè)臺階和另一臺階的垂直型部分用作屏蔽部 分119。屏蔽部分119的上端位于第一場極板電極116的上表面上方，即在 遠(yuǎn)離氮化物半導(dǎo)體lll的一側(cè)上。在柵極長度方向上的截面上，當(dāng)將第二場極板電極118與包括第一 場極板電極116和柵電極113的結(jié)構(gòu)的上部交疊的交疊區(qū)域在柵極長度 方向上的長度設(shè)定為Lol，和將柵極長度設(shè)定為Lg時(shí)，以下表示的關(guān)系 滿足0《Lol/Lg《1。例如，可選擇Lo^0，即Lol/Lg二0。在圖l中，以與用于覆蓋第一場極板電極116的側(cè)表面的一層絕緣 膜(第二絕緣膜117)接觸的方式提供第二場極板電極118。第二場極 板電極118還與從第一場極板電極116的側(cè)表面朝著其上表面提供的絕 緣膜(第二絕緣膜117)交疊。場效應(yīng)晶體管100包括用于覆蓋在柵電極113和漏電極114之間區(qū) 域中的氮化物半導(dǎo)體lll的表面的第一絕緣膜(第一絕緣膜115)，和 提供在第一場極板電極116和漏電極114之間區(qū)域中的第一絕緣膜115 上的第二絕緣膜(第二絕緣膜117)，其中提供第一場極板電極116與 第一絕緣膜115上的一部分接觸，且屏蔽部分119的下端與第二絕緣膜 117的上表面接觸。這是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中第一場極板電極116的下 端相對于屏蔽部分119下端位于氮化物半導(dǎo)體111的側(cè)上的結(jié)構(gòu)。將第一場極板電極116偏置在與柵電極113相同的電位。另一方面， 將第二場極板電極118偏置在與源電極112相同的電位。尤其是，以在 工作區(qū)域中彼此電性獨(dú)立的方式形成源電極112和第二場極板電極 118。在工作區(qū)域的截面圖中，源電極112和第二場極板電極118以分離 的形式成形，但在隔離區(qū)域中源電極112和第二場極板電極118電連接。以與柵電極113整體連續(xù)的方式構(gòu)造第一場極板電極116。在該說 明書中，"整體連續(xù)"指的是整體形成為連續(xù)體的狀態(tài)。此外，優(yōu)選采用 由單個(gè)構(gòu)件制成且其中不含連接部件的結(jié)構(gòu)。在圖l所示的結(jié)構(gòu)中，雖然第二場極板電極118和第一場極板電極 116彼此交疊，且第二場極板電極118和柵電極113也彼此交疊，但也可 采用這樣的結(jié)構(gòu)第二場極板電極118和第一場極板電極116彼此交疊， 而第二場極板電極118和柵電極113不彼此交疊。此外，當(dāng)在柵極長度方向上的截面上，將柵極長度設(shè)定為Lg，將從柵電極113端部朝著漏電極114的第一場極板電極116的在柵極長度 方向的延伸寬度設(shè)定為Lfpl，將第二場極板電極118的下表面的在柵極 長度方向上的長度、即從屏蔽部分119的柵極側(cè)端部直至第二場極板電 極118的漏極側(cè)端部的第二場極板電極118的下表面的在柵極長度方向 上的長度設(shè)定為Lfp2時(shí)，可以如下形狀構(gòu)造該結(jié)構(gòu)，其中滿足以下公式 Cl):0.5xLfpl SLfp2 (1)。此外，還可采用如下結(jié)構(gòu)，以與用于覆蓋柵電極113的側(cè)表面的第 二絕緣膜117接觸的方式提供第二場極板電極118，由此當(dāng)在柵極長度 方向上的截面圖上，將從柵電極113端部朝著漏電極114的第一場極板 電極116的在柵極長度方向上的延伸寬度設(shè)定為Lfpl，第二長極板電極 118的下表面在柵極長度方向上的長度為Lfp2，將柵電極113和漏電極 114之間的距離設(shè)定為Lgd、以及將在第一場極板電極116的側(cè)表面的第 二絕緣膜117的厚度設(shè)定為d3時(shí)，滿足以下公式(1)和(2):<formula>formula see original document page 18</formula> (1)<formula>formula see original document page 18</formula> (2)此外，在柵極長度方向上的截面圖上，當(dāng)將第二場極板電極118 下表面的在柵極長度方向上的長度設(shè)定為Lfp2，和將在第一場極板電極 116和柵電極113之間區(qū)域中的第二場極板電極118的屏蔽部分119的下 表面與氮化物半導(dǎo)體lll之間的距離設(shè)定為d2時(shí)，可以如下形狀構(gòu)造該 結(jié)構(gòu)，其中滿足以下公式(3):d2幼.5xLfp2 (3)第一絕緣膜115將成為含氮的膜。采用這樣的形式，以使在第一場極板電極116 (第一場極板)和氮 化物半導(dǎo)體lll (氮化物半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu))的上表面之間僅存在絕緣膜，例如僅存在第一絕緣膜(第一絕緣膜115)。在這種情況下，選擇第一 絕緣膜(第一絕緣膜115)的厚度dl以便其落入如下范圍內(nèi)，在該范圍 由施加到第一場極板電極116 (第一場極板)的電壓產(chǎn)生的形成在第一 絕緣膜(第一絕緣膜115)中的電場不超過出現(xiàn)該絕緣膜的電介質(zhì)擊穿 的擊穿電場強(qiáng)度。此外，當(dāng)將例如與施加到柵極113的約1V的導(dǎo)通電壓 相同的電壓施加到第一場極板電極116 (第一場極板)時(shí)，在第一絕緣 膜(第一絕緣膜115)為SiN膜的情況下，必須選擇使該厚度至少設(shè)置 在dl 21nm的范圍內(nèi)的條件，作為用于使該范圍的電場保持不超過擊穿 電場強(qiáng)度的條件。此外，當(dāng)將第一場極板電極116 (第一場極板)被偏 置在與柵電極相同的電位時(shí)，為了獲得電場的有效緩和，需選擇Lfpl 和dl之間的比率以便其至少落入Lfpl 2dl的范圍內(nèi)。通常，在利用用 于第一絕緣膜(第一絕緣膜115)的絕緣膜的介電常數(shù)el和真空中的介 電常數(shù)e。進(jìn)行標(biāo)定(notation)時(shí)，優(yōu)選選擇Lfpl和dl之間的比率以便 其落入Lfpl Sdlx (el/e())的范圍內(nèi)。例如，在第一絕緣膜(第一絕緣 膜115)為SiN膜的情況下，當(dāng)SiN膜的介電常數(shù)表示為es^時(shí)，優(yōu)選選 擇Ldpl和dl之間的比率以便其落入Lfpl 2dlx (eSiN/eo)的范圍內(nèi)。另一方面，采用這樣的形式，即使第一場極板電極116 (第一場極 板)和第二場極板電極118 (第二場極板)形成為第二絕緣膜(第二絕 緣膜117)位于它們之間的狀態(tài)?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述電場效應(yīng)晶體管100的結(jié)構(gòu)。在電場效應(yīng)晶體管100中，源電極112和漏電極114形成在生長在襯 底110上的氮化物半導(dǎo)體111的表面上。形成柵電極113和第一場極板電 極116，第一絕緣膜115位于它們之間，并且第一場極板電極116電連接 至器件的有源區(qū)上或隔離區(qū)上的柵電極113。此外，將該器件構(gòu)造成雙 場極板結(jié)構(gòu)，其中提供第二場極板電極118通過第二絕緣膜117鄰接第一場極板電極116，并且第二場極板電極118電連接至該器件的隔離區(qū)上的源電極112。將氮化物半導(dǎo)體lll構(gòu)造成這樣的結(jié)構(gòu)，其中，例如從下側(cè)(襯底 110—側(cè))順序地層疊A1N緩沖層、GaN層和AlGaN層。襯底110的材料是例如SiC、藍(lán)寶石或Si。此外，可使用由III族氮 化物半導(dǎo)體例如GaN或AlGaN制成的襯底。第一絕緣膜115和第二絕緣膜117是含氮的膜，例如SiN膜。通過采 用這種膜結(jié)構(gòu)，這些絕緣膜作為表面保護(hù)膜顯示出更高的效應(yīng)，以使 它們能進(jìn)一步有效地抑制HJFET中的塌縮。尤其是，當(dāng)利用SiN膜作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)用于覆 蓋氮化物半導(dǎo)體lll (由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu))的表面，以 及還利用SiN膜作為第二絕緣膜117 (第二絕緣膜)時(shí)，由SiN膜引起的 應(yīng)變應(yīng)力會被施加到氮化物半導(dǎo)體lll (由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層 結(jié)構(gòu))的表面。結(jié)果，有效減小了電流塌縮。另外，通過利用SiN膜作 為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)，還存在降低在SiN膜和氮化物半導(dǎo) 體lll (由in族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu))之間的界面引入的低界面 態(tài)密度的效果。當(dāng)至少利用含氮的膜作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜) 時(shí)，可以避免以高密度引入由氧引起的電子陷阱態(tài)的現(xiàn)象，在利用例 如Si02膜時(shí)頻繁地觀察到陷阱態(tài)。例如，含氮的膜除了SiN之外可包括 SiON、 BN、 A1N等。在利用除SiN之外的這些含氮的膜作為第一絕緣膜 115 (第一絕緣膜)時(shí)，如果由其覆層引入到氮化物半導(dǎo)體lll (由III 族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu))的表面上的應(yīng)變應(yīng)力的方向與利用SiN 的方向相同，則在減小電流塌縮方面是有效的。此外，當(dāng)引入到氮化物半導(dǎo)體lll (由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層 結(jié)構(gòu))的表面上的應(yīng)變應(yīng)力的幅度小于利用SiN中的應(yīng)變應(yīng)力的幅度時(shí)，會顯示出柵極泄漏電流減小的另外的效果。例如，還可采用其中利用SiN膜作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)并利用除了SiN膜外的含氮的膜作為第二絕緣膜117 (第二絕緣膜)的模式。在這種情況下，當(dāng)引入到氮化物半導(dǎo)體iii (由m族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu))的表面上的應(yīng)變應(yīng)力的方向與利用SiN中的應(yīng)變應(yīng)力 的方向相同時(shí)，可以獲得電流塌縮減小的效果。應(yīng)注意，當(dāng)利用除了氮之外還包括其它原子例如氧形成電子陷阱 態(tài)的這種含氮的膜例如SiON作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)時(shí)，相 比利用SiN的情況界面態(tài)密度可能會更高。此外在該情形下，相比利用 Si02膜的情形，通過利用SiON膜相對抑制了引入的界面態(tài)密度。在相 對低的界面態(tài)密度，即使電子被俘獲在柵電極附近的界面處的電子陷 阱態(tài)，當(dāng)將第一場極板電極(第一場極板)偏置在與柵電極相同的電 位時(shí)，也可以通過由于第一場極板電極(第一場極板)引起的電場調(diào) 節(jié)其中電子被俘獲在電子陷阱態(tài)中的溝道部分。結(jié)果，可以獲得抑制電流塌縮出現(xiàn)的效果。在場效應(yīng)晶體管100中，將第二場極板電極118偏置在與源電極112 相同的電位，由此終止第一場極板電極116和漏電極114之間的電力線 的大部分以屏蔽掉。于是，可以大大減小在漏電極114和在與第一場極 板電極116相同的電位偏置的柵電極113之間的反饋電容。由此，提高 了晶體管的高頻區(qū)中的增益。此外，在漏電極114的方向上順序地布置 第一場極板電極116和第二場極板電極118，其中將第一場極板電極116 通過具有比空氣高的介電常數(shù)的第二絕緣膜117偏置在與柵電極113相 同的電位，將第二場極板電極118偏置在與源電極112相同的電位。由 此，相比僅包括第一場極板電極116的常規(guī)類型的結(jié)構(gòu)的情形，大大舒 緩了柵電極113附近的電場集中。于是，該晶體管可以在更高的漏電壓 下工作。此外，在場效應(yīng)晶體管100中，第二場極板電極118沒有形成在氮 化物半導(dǎo)體lll的表面上，而是形成在第二絕緣膜117上。為此，在執(zhí) 行大信號操作時(shí)，可以將從第二場極板電極118注入到氮化物半導(dǎo)體 lll的表面上的電子抑制到低水平。當(dāng)注入電子時(shí)，導(dǎo)致負(fù)電荷聚集在 表面陷阱態(tài)的狀態(tài)。結(jié)果，會出現(xiàn)最大漏電流減小的現(xiàn)象(虛柵現(xiàn)象)。 為此，通過利用該示范性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，能夠適當(dāng)?shù)匾种朴商摉努F(xiàn)象 產(chǎn)生的性能退化，該現(xiàn)象是由氮化物半導(dǎo)體晶體管中負(fù)電荷的注入引 起的。此外，場效應(yīng)晶體管100以如下結(jié)構(gòu)構(gòu)造，即，在第一場極板電極 116和柵電極113與第二場極板電極118彼此交疊的交疊區(qū)域的在柵極 長度方向上的長度Lol與柵極長度Lg之間，滿足以下表示的關(guān)系(i) Lol = 0，或(ii) 0<Lol/Lg Sl。在柵極長度方向上的截面圖上，將交疊區(qū)域定義為第二場極板電 極118與包括第一場極板電極116和柵電極113的結(jié)構(gòu)在柵極長度方向 上彼此交疊的區(qū)域。通過選擇交疊區(qū)域滿足前述關(guān)系(ii)的這種結(jié)構(gòu)，增益的拐點(diǎn)可 以存在在高頻側(cè)。由此，可以抑制高頻區(qū)中的增益降低以提高高頻特 性，并且可以進(jìn)一步確保第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開。此 外，通過選擇在前述范圍內(nèi)的Lol和Lg之間的比，相對于由柵電極113 的柵極長度Lg產(chǎn)生的實(shí)際電容充分地降低柵極和源極之間多度的寄生 電容的大小。要注意，在滿足前述關(guān)系(ii)的結(jié)構(gòu)的情況下，更優(yōu)選，可采用 滿足關(guān)系表示為(XLol/Lg S0.7的結(jié)構(gòu)。通過采用這種結(jié)構(gòu)，能夠更適 當(dāng)?shù)匾种茤艠O和源極之間的寄生電容。此外，能夠使拐點(diǎn)的頻率更確 保位于高頻側(cè)。此外，通過采用交疊區(qū)域的長度Lol滿足前述關(guān)系(i)的結(jié)構(gòu)，能 夠進(jìn)一步有效地抑制柵極和源極之間的寄生電容。此外，能夠進(jìn)一步 適當(dāng)?shù)匾种圃鲆娴臏p小。另外，作為第二絕緣膜(第二絕緣膜117)也插入在第一場極板電 極116 (第一場極板)側(cè)壁和第二場極板電極118 (第二場極板)的屏 蔽部分119之間的事實(shí)的結(jié)果，產(chǎn)生了另外的寄生電容。由屏蔽部分119 產(chǎn)生的該另外的寄生電容還助于柵極和源極之間的寄生電容。考慮到 抑制由屏蔽部分119產(chǎn)生的另外寄生電容的作用，進(jìn)行設(shè)置以便將第一 場極板電極116 (第一場極板)側(cè)面的高度hfpl至少設(shè)置在不高于柵電 極113的高度hg的范圍內(nèi)。也就是說，優(yōu)選，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，第 一場極板電極116 (第一場極板)的側(cè)壁的高度hfpl通常選擇在hfpl S 0.4/mi的范圍內(nèi)。屏蔽部分119是第二場極板電極118的一部分，其提供在第一場極 板電極116和漏電極114之間并在襯底110的法線方向上延伸。屏蔽部分 119沿著第一場極板電極116的側(cè)表面提供，并且用于將第一場極板電 極116與漏電極114屏蔽開。此外，由于屏蔽部分119的上表面位于第一 場極板電極116的上端部上方，所以優(yōu)選通過屏蔽部分119，屏蔽電力 線易于集中的第一場極板電極116的上拐角部分和上、下區(qū)域。為此， 能夠適當(dāng)?shù)匾种圃诘谝粓鰳O板電極116和漏電極114之間反饋電容的出 現(xiàn)。此外，第一場極板電極116的下端相對于屏蔽部分119的下端可位 于氮化物半導(dǎo)體lll側(cè)上。這是直接位于各個(gè)場極板下面的絕緣膜厚度 隨著離柵電極113側(cè)的距離增加而變厚的結(jié)構(gòu)。更具體地，在柵電極113 和漏電極114之間，可在第一絕緣膜115和第二絕緣膜117上分別順序地 形成偏置在與柵電極113相同的電位的第一場極板電極116和偏置在與 源電極112相同的電位的第二場極板電極U8。通過采用這種結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)了場極板對漏極側(cè)的影響程度以提供理想的電場分布。為此，能夠 進(jìn)一步有效地提高擊穿電壓。此外，第一場極板電極116可與柵電極113整體連續(xù)形成，且由此偏置在與柵電極113相同的電位。另一方面，第二場極板電極118可恒 定地偏置在預(yù)定的電位，例如在與源電極112相同的電位。通過采用這 種結(jié)構(gòu)，能夠更可靠地減小第一場極板電極116和漏電極114之間的電 容。此外，可顯著地改變施加到第二場極板電極118的電壓。在場效應(yīng)晶體管100中，第二場極板電極118提供在第一場極板電 極116和漏電極114之間，且第二場極板電極118可電連接至源電極112。 此外，第二場極板電極118與偏置在與柵電極113相同電位的第一場極 板電極116電隔離，第二絕緣膜117位于它們之間。通過采用這種結(jié)構(gòu)， 第二場極板電極118可以終止并屏蔽從漏電極114朝著第一場極板電極 116的大部分電力線。為此，可以大大減少第一場極板電極116和漏電 極114之間產(chǎn)生的反饋電容成分。如上所述，通過利用本示范性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，可以大大減小漏電 極114和柵電極113之間的反饋電容，并且有效地抑制源電極112和柵電 極113之間的寄生電容。此外，大大減輕了在柵電極113附近的電場集 中。為此，高增益和高電壓操作可以得兼，由此，可以顯著提高在高 頻的功率性能。此外，通過利用用于第一絕緣膜115和第二絕緣膜117 的SiN膜，SiN膜可以適當(dāng)?shù)赜米鞅砻姹Ｗo(hù)膜，其可以有效地抑制塌縮 的出現(xiàn)。因此，例如還是在60V或以上的工作電壓下，改善了塌縮和柵 極擊穿電壓之間的折衷，并且減小了柵電極和漏電極之間的反饋電容。 由此，實(shí)現(xiàn)了具有高增益的高頻場效應(yīng)晶體管。因此，根據(jù)該示范性實(shí)施例，能夠穩(wěn)定地獲得可在在高電壓下以 高增益工作的高頻/高功率場效應(yīng)晶體管。此外，在本示范性實(shí)施例中，采用如下結(jié)構(gòu)，其中滿足表示為OS Lfd的關(guān)系，且分別以與第二絕緣膜117的兩側(cè)接觸的方式提供第一和第二場極板電極116和118。通過采用第一和第二場極板電極116和118通 過單層絕緣膜(第二絕緣膜117)隔開的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步確保將第一 場極板電極116與漏電極114屏蔽開。這里，在第一場極板電極116和第二場極板電極118提供在第一絕 緣膜115表面上的同一水平面上、然后將絕緣膜提供在其整個(gè)上表面上 以隔離這些場極板的情況下，存在這樣的擔(dān)心，g卩，由于在電極之間 不滿意的掩埋會在絕緣膜處形成氣隙。結(jié)果，擔(dān)心由于在氣隙處的介 電常數(shù)的降低會減小第一場極板電極116相對于柵電極113的屏蔽效 應(yīng)。鑒于上述情形，在本示范性實(shí)施例中，在形成第一場極板電極116 之后，從第一場極板電極116的側(cè)表面朝著第一絕緣膜115的上表面提 供第二絕緣膜117，并且在第二絕緣膜117上形成第二場極板電極118, 以便抑制在第二絕緣膜117處形成氣隙。由此，第二場極板電極118可 以以適合于與第二絕緣膜117直接接觸的形狀穩(wěn)定地形成。在場效應(yīng)晶體管100中，可以由減緩電場集中和減小反饋電容的觀 點(diǎn)確定第二場極板電極118的尺寸。更優(yōu)選例如下面在圖2中描述的方 式確定該尺寸。在圖2和以下描述中，表示在柵極長度方向上的截面圖 上的長度的各個(gè)標(biāo)記的含義如下。Lg:柵極長度，Lfpl:從柵電極113的漏極側(cè)端部直至第一場極板電極116的漏電 極114側(cè)端部的長度，Lfp2:在第二場極板電極118下表面的在柵極長度方向上的長度， 即在從屏蔽部分119的柵極側(cè)端部直至第二場極板電極118的漏極側(cè)端 部的第二場極板電極118下表面的在柵極長度方向上的長度，Lfd:在包括第一場極板電極116和柵電極113的結(jié)構(gòu)與第二場極板 電極118之間的截面長度，其中第二絕緣膜117位于其間，Lgd:在柵電極113和漏電極114之間的距離，Lfg:在包括第一場極板電極116和柵電極113的結(jié)構(gòu)、第二絕緣膜117和第二場極板電極118之間穿過第二絕緣膜117的截面長度，即，Lfd 二Lol + d3，dl:在第一場極板電極116的下表面和氮化物半導(dǎo)體111之間的距 離，其對應(yīng)于圖2中第一絕緣膜115的厚度，d2:在第一場極板電極116的下表面(屏蔽部分119的下表面)和 氮化物半導(dǎo)體lll之間的距離，其對應(yīng)于圖2中第一絕緣膜115的厚度和 第二絕緣膜117的厚度之和，d3:夾在第一場極板電極116和第一場極板電極116 (側(cè)表面)之 間的絕緣膜的厚度，其對應(yīng)于圖2中第二絕緣膜117的在柵極長度方向 上的厚度，和Loh在包括柵電極113和第一場極板電極116的結(jié)構(gòu)與第二場極板 電極118的交疊區(qū)域的在柵極長度方向上的長度。此外，可將朝著第一場極板電極U6的漏極側(cè)伸出尺寸Lfpl設(shè)定為 例如0.5pm。由此，能夠更有效地抑制在柵電極113的漏極側(cè)端部上的 電場集中?？蛇x地，Lfpl可以是1.5pm或以下。通過選擇這種結(jié)構(gòu)，能 夠更可靠地抑制隨著反饋電容增加的高頻特性的降低，例如，以第二 場極板電極118和源電極112被偏置在相同的電位的模式。此外，關(guān)于場效應(yīng)晶體管100的第二場極板電極118，可將其在柵 極長度方向上的長度Lfp2設(shè)定為例如，0.5xLfpl SLfp2 (1)。通過采用這種選擇，能夠進(jìn)一步充分地屏蔽第一場極板電極116 和漏電極114之間的電力線。另一方面，為了提高擊穿電壓，優(yōu)選第二場極板電極118的端部與 漏電極114隔開預(yù)定距離。在這一點(diǎn)，可采用如下結(jié)構(gòu)，即，其中當(dāng)將位于第一場極板電極116和第二場極板電極118之間的絕緣膜的厚度設(shè)定為d3，和將柵電極113和漏電極114之間的距離設(shè)定為Lgd時(shí)，例如，滿足以下表示的公式Lfpl+Lfp2 + d3 S3/5xLgd(2)。通過釆用這種結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高柵極擊穿電壓。另外，更優(yōu) 選采用同時(shí)滿足前述公式(1)和(2)的結(jié)構(gòu)。要注意，考慮到在執(zhí)行高頻操作時(shí)的擊穿電場強(qiáng)度(3xl06V/cm) 和柵電極與漏電極之間的電位差，需要柵電極113和漏電極114之間的 距離Lgd至少滿足Lgd 20.5pm。另一方面，在Lgd不必要地長的情況下， 這會導(dǎo)致使得發(fā)生前述在界面態(tài)由電子俘獲產(chǎn)生的功率性能的降低。 考慮到上述情形，必須將柵電極113和漏電極114之間的距離Lgd最大設(shè) 定到Lgd S6jam。位于第一場極板電極116 (第一場極板)和第二場極板電極118 (第 二場極板)之間的絕緣膜，即，第二絕緣膜(第二絕緣膜in)將它們 隔離。在第一場極板電極116 (第一場極板)偏置在與柵電極113相同 的電位、和第二場極板電極118 (第二場極板)偏置在與源電極112相 同的電位的情況下，必須選擇絕緣膜的厚度d3以便第二絕緣膜(第二 絕緣膜117)的介電擊穿不會發(fā)生在這些部分。例如，在柵導(dǎo)通電壓為 1V的情況下，當(dāng)?shù)诙^緣膜(第二絕緣膜117)的介電擊穿強(qiáng)度為 Ebreak2時(shí)，至少要滿足Ebreak2 > (1V/d3)，即，d3> (1V/Ebreak2)。另一方面，鑒于要減小由第一場極板電極116 (第一場極板)、第 二場極板電極118 (第二場極板)和位于它們之間的絕緣膜組成的電容 器產(chǎn)生的寄生電容，優(yōu)選選擇用于第二絕緣膜(第二絕緣膜117)的絕 緣膜的厚度d3和絕緣膜的介電常數(shù)e2以使它們落入0.5pm^d3/ (e2/e。) g0.01^m的范圍內(nèi)。此外，當(dāng)?shù)谝唤^緣膜115的厚度設(shè)定為dl時(shí)，可將化合物半導(dǎo)體lll 與形成在第一場極板電極116和漏電極114之間區(qū)域中的絕緣膜上的第 二場極板電極llS之間的距離d2設(shè)定為例如滿足以下表示的公式d2 ^ 0.5xLfp2 (3)。前述結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)例如第一絕緣膜115的厚度和第二絕緣膜 117的厚度以使它們滿足前述公式(3)來獲得。當(dāng)采用這種方式時(shí)， 能夠進(jìn)一步充分地屏蔽第一場極板電極116和漏電極114之間的電力 線。在該情況下，當(dāng)?shù)诙鰳O板電極118和化合物半導(dǎo)體111之間的距 離d2設(shè)定為例如第一絕緣膜115的厚度dl和第二絕緣膜117的厚度d3之 和時(shí)，其下限由(dl+d3)的下限確定。另一方面，在如下描述的凹陷 處理步驟之后形成第二場極板電極118的這種結(jié)構(gòu)中，絕緣膜的厚度d2 選擇在使得由施加到第二場極板電極118 (第二場極板)的電壓產(chǎn)生的 形成在該絕緣膜中的電場不超過出現(xiàn)該絕緣膜的介電擊穿情況下的擊 穿電場。例如，當(dāng)?shù)诙鰳O板118 (第二場極板)偏置在與源電極相同 的電位時(shí)，在絕緣膜為SiN膜的情況下，必須至少選擇厚度d2設(shè)定在 d2&lnm的范圍的這種條件，作為電場不超過擊穿電場強(qiáng)度的條件。在以下的示范性實(shí)施例中，主要對與第一示范性實(shí)施例的不同點(diǎn) 進(jìn)行描述。(第二示范性實(shí)施例) 雖然已在第一示范性實(shí)施例中結(jié)合采用第一場極板電極116的下 表面(下端)相對于屏蔽部分119的下表面(下端)位于氮化物半導(dǎo)體 lll側(cè)上的結(jié)構(gòu)的情形進(jìn)行了說明。在第一實(shí)施例和隨后的示范性實(shí)施 例中描述的場效應(yīng)晶體管中，可采用屏蔽部分119的下表面(下端)相 對于第一場極板電極116的下表面(下端)位于更下部，即，在氮化物 半導(dǎo)體lll側(cè)上的結(jié)構(gòu)。在該示范性實(shí)施例中，將描述具有這種結(jié)構(gòu)的晶體管。圖ll是示出本示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖ll所示的場效應(yīng)晶體管中，屏蔽部分119的下端(下表面)相 對于第一場極板電極116的下端(下表面)位于氮化物半導(dǎo)體lll側(cè)。具體地，該器件包括第一絕緣膜115用于覆蓋柵電極113和漏電極4之間 的區(qū)域中的氮化物半導(dǎo)體lll表面，其中在第一場極板電極116和漏電 極114之間的區(qū)域中的第一絕緣膜115處提供凹陷部分(未示出)，并 以與第一絕緣膜115的上表面接觸的方式提供第一場極板電極116。此 外，第二場極板電極118的屏蔽部分119的下端(下表面)位于凹陷部 分內(nèi)，且第二場極板電極118的下表面和其周圍的部分掩埋在凹陷部分 內(nèi)。換句話說，在形成屏蔽部分119的區(qū)域中，移除第二絕緣膜117， 并將第一絕緣膜115蝕刻為較薄。此外，屏蔽部分119與較薄的部分接 觸。通過進(jìn)行這樣的修改，提供了屏蔽部分119的上部(上端)突出在 第一場極板電極116的上表面上，且屏蔽部分119的下表面(下端)相 對于第一場極板電極116的下表面(下端)朝著氮化物半導(dǎo)體lll側(cè)突 出。為此，能夠進(jìn)一步有效地將電力線易于集中的第一場極板電極116 的下拐角部分以及上拐角部分與漏電極114屏蔽開。由此，在柵電極113 和第一場極板電極116整體連續(xù)形成的整體型結(jié)構(gòu)中，進(jìn)一步減小第一 場極板電極116和漏電極114之間的反饋電容以提高高頻特性。(第三示范性實(shí)施例)雖然在前述示范性實(shí)施例中已結(jié)合柵電極113和第一場極板電極 116整體連續(xù)形成的整體型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但也可采用柵電極113和 第一場極板電極116結(jié)構(gòu)上分離成不同構(gòu)件并在該器件的隔離區(qū)(未示 出)中電連接的結(jié)構(gòu)。本示范性實(shí)施例涉及這種結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管。圖13是示出本示范性實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖13所示的場效應(yīng)晶體管中，第一場極板電極116用作以與柵電極113間隔開的方式提供的電場控制電極。此外，在本示范性實(shí)施例中，可以獲得與第一示范性實(shí)施例中相 似的優(yōu)點(diǎn)。此外，在圖13所示的場效應(yīng)晶體管中，在柵極長度方向上的截面 圖上，第一場極板電極116以與柵電極113間隔且隔離的方式提供。在 該結(jié)構(gòu)中，與第一示范性實(shí)施例不同，可獨(dú)立于柵電極113控制第一場 極板電極116的電位。第一場極板電極116可偏置在預(yù)定的電位，例如， 偏置在與柵電極113相同的電位。由此，能夠進(jìn)一步穩(wěn)定地抑制到柵電 極113的漏極側(cè)端部上的電集中。此外，由于分離地提供柵電極113和第一場極板電極116作為不同 的構(gòu)件，所以能夠分別獨(dú)立地選擇這些材料。例如，選擇肖特基特性 良好的金屬材料作為柵電極113，以及可選擇具有低布線電阻的且關(guān)于 第一絕緣膜115有良好粘合性的金屬材料作為第一場極板電極116?？?慮到獲得高的增益和高的電壓操作，具有這種結(jié)構(gòu)的器件可提供獲得 比第一示范性實(shí)施例更優(yōu)良的高頻/高輸出性能的優(yōu)點(diǎn)。要注意，同樣在根據(jù)該示范性實(shí)施例的器件包括以與柵電極113 間隔的方式提供的第一場極板電極116的情況下，如通以下實(shí)例中公開 的，可采用如下結(jié)構(gòu)，其中在將要形成屏蔽部分119的區(qū)域中，移除第 二絕緣膜117，并通過蝕刻移除第一絕緣膜115的一部分，由此以與第 二示范性實(shí)施例很相似的方式，將第二場極板電極118的下表面(下端) 定位在相對于第一場極板電極116的下表面(下端)的下側(cè)上(氮化物 半導(dǎo)體lll側(cè))。圖15是示出這種晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。雖然將在以下實(shí)例中示出電子用作用于FET操作的載流子的結(jié)構(gòu)的具體情形，但當(dāng)然在使用空穴作為載流子的結(jié)構(gòu)中完全可以以相同 的方式獲得由第二場極板引起的屏蔽效果。實(shí)例現(xiàn)在將通過利用具體實(shí)例更詳細(xì)地說明前述示范性實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。實(shí)例1至5對應(yīng)于第一或第二示范性實(shí)施例，實(shí)例6至10對應(yīng)于第二 或第三示范性實(shí)施例。(實(shí)例l)在本實(shí)例中，制備圖3所示的場效應(yīng)晶體管并與常規(guī)類型的晶體管 作比較。圖3是示出該實(shí)例的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖3所 示的場效應(yīng)晶體管中，作為半導(dǎo)體襯底IOO，使用高電阻SiC襯底。作為對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層，在襯底110上順序地形成4nm 的A1N緩沖層131、 2000nm的GaN層132和AlGaN層133 (Al組分比0.25， 厚度30nm)。接下來，按順序沉積Ti、 Al，然后使用剝離工藝形成源 電極112和漏電極114。此外，在氮?dú)夥障略?5(TC進(jìn)行熱處理，以由此 形成這些電極和AlGaN層133之間的歐姆接觸。其后，在源電極112和漏電極114之間，例如通過等離子CVD方法， 形成具有100nm膜厚度的SiN膜作為第一絕緣膜115。此外，通過干法蝕 刻使將要形成柵電極113的區(qū)域開口以在第一絕緣膜115形成開口部 分。隨后，在第一絕緣膜115上的預(yù)定區(qū)域中按順序沉積Ni和Au以填充 該開口部分，然后通過剝離工藝形成柵電極113和第一場極板電極116 的整體電極。柵電極113的柵極長度Lg設(shè)定為0.5nm，第一場極板電極 116的Lfpl設(shè)定為0.5pm。此外，在從第二電極112的上部朝著漏電極114的上部的區(qū)域中形成具有150nm膜厚的SiN膜作為第二絕緣膜117。此外，以與第二絕緣膜 117的上表面接觸的方式形成第二場極板電極118。按順序沉積用于第 二場極板電極的Ti、 Pt和Au，然后進(jìn)行剝離工藝以在第二絕緣膜117上 的預(yù)定區(qū)域中形成第二場極板電極118。在第二場極板電極118中，分 別將Lfd和Lfp2設(shè)定為0.4 (im和1. Opm 。在隨后的布線步驟，在隔離區(qū)中電連接第二場極板電極118和源電 極112 (圖3中未示出)。另外，為了比較用于該實(shí)例的晶體管的結(jié)構(gòu)與常規(guī)類型的結(jié)構(gòu)的效果，制備不包括第二場極板電極118的場效應(yīng)晶體管(示于圖19中) 作為具有常規(guī)結(jié)構(gòu)類型場極板的場效應(yīng)晶體管。圖4是示出用于在5GHz的工作頻率下評價(jià)該實(shí)例的晶體管和常規(guī) 類型晶體管的功率性能的結(jié)果的圖。在本實(shí)例中，抑制了在該晶體管 中產(chǎn)生的熱的影響以進(jìn)行具有2mm柵寬度的元件器件的脈沖操作的比 較，以闡明本實(shí)例的結(jié)構(gòu)的效果。如圖4所示，在常規(guī)類型的晶體管中(示于圖19中)，在相對低的 工作電壓下由于場極板部分205引起的反饋電容，不能提供足夠的增 益，而在40V或以上的工作電壓下增益為15dB。此外，同樣關(guān)于輸出密 度，在60V或以上的工作電壓下觀察到電流塌縮。因此，存在使得飽和 輸出在IO W/mm的值處飽和的趨勢。相反，在本實(shí)例的晶體管中，由于柵電極和漏電極之間的反饋電 容減小了，所以從低工作電壓獲得了約17B的高增益。此外，由于第一 場極板電極116和第二場極板電極118利用第二絕緣膜117作間隔物而 相鄰，所以其對電場集中的調(diào)節(jié)效果高。結(jié)果，直至100V操作也沒有 觀察電流塌縮。由此，實(shí)現(xiàn)了15W/mm的飽和輸出密度。雖然使用其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層133的晶體 管作為前述實(shí)例中的實(shí)例，但在沉積Ni和Au之前可凹陷蝕刻AlGaN層 133，之后形成柵電極113。在該情況下，獲得了圖5中所示的結(jié)構(gòu)。圖 5是示出該實(shí)例的場效應(yīng)晶體管的另一結(jié)構(gòu)的截面圖。圖5的結(jié)構(gòu)是所 謂的柵凹陷結(jié)構(gòu)(必要時(shí)，在下文稱為凹陷柵結(jié)構(gòu))。在圖5中，在GaN 層132和源、漏電極112和114之間提供AlGaN層133，并在源電極112和 漏電極114之間的區(qū)域中的AlGaN層133處提供凹陷部分。此外，柵電極 113的下部的一部分掩埋在AlGaN層133的凹陷部分內(nèi)，并且以與AlGaN 層133的上表面接觸的方式提供源電極112和漏電極。通過該結(jié)構(gòu)，可 以通過組合第一場極板電極116的效果獲得更優(yōu)良的柵極擊穿電壓。作為通過利用圖5所示的場效應(yīng)晶體管進(jìn)行類似評價(jià)的事實(shí)的結(jié) 果，獲得了具有高增益的晶體管性能。接下來，對于圖4的評價(jià)中使用的晶體管分析了頻率和增益之間的 關(guān)系。具體地，在圖3和19所示的晶體管中，進(jìn)行設(shè)定使得在50V的工 作電壓下，電源電壓Vdd二50V，柵寬度Wg二2mm，柵極長度Lg二 0.5pm， Lfpl 二0.5pm，和d3二 150mn，并且具有變化的Lfd二Onm、 0.2fim、 0.5pm、 0.7pm、 l.Onm和1.5pm，以檢驗(yàn)增益突然降低的拐點(diǎn)。圖22 (a)和22 (b)是示出拐點(diǎn)的測量結(jié)果的圖。圖22 (a)是示 出頻率(GHz)和MSG (最大穩(wěn)定的功率增益)(dB)或MAG (最大 可可用功率增益)(dB)之間關(guān)系的圖。圖22(b)是示出在Lfd-d3+Lo1 (pm)和對于圖3所示的晶體管測量的拐點(diǎn)(GHz)之間關(guān)系的圖。從圖22 (a)和22 (b)，相對于包括與柵電極整體形成一個(gè)場極 板的常規(guī)類型的晶體管(示于圖19中)，通過利用圖3所示的結(jié)構(gòu)，能 夠提高增益。此外，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在具有柵極長度Lg-0.5)nm的結(jié)構(gòu)中設(shè)定表 示為O SLfd S0.5nm的關(guān)系時(shí)，拐點(diǎn)可以保持在100GHz或以上。要明 白，操作可以在相對于拐點(diǎn)的低頻側(cè)進(jìn)行，由此，能夠在例如5GHz或以上的高頻區(qū)中穩(wěn)定地獲得高增益。此外，發(fā)現(xiàn)利用其中設(shè)定表示為O SLfd S0.5|im、 Lg二0.5pm和 d3-150nm的關(guān)系的結(jié)構(gòu)，由此，結(jié)合在第一場極板電極116和柵電極113 與第二場極板電極118的交疊區(qū)域的在柵極長度方向上的長度Lol，滿足 以下表示的關(guān)系Lol/Lg= (Lfd-d3) /Lg，且0 SLol/Lg化能夠穩(wěn)定地保持拐點(diǎn)在高頻側(cè)。要注意，在本實(shí)例中使用Ti、 Pt和Au作為用作第二場極板電極118 的材料的金屬，但在該實(shí)例和以下公開的其它實(shí)例中可使用在絕緣膜 上不剝離的任意導(dǎo)電材料作為第二場極板電極118的材料，而沒有進(jìn)一 步的限制。用于第二場極板電極118的這種其它材料包括，例如，由導(dǎo) 電材料例如TiN、 WSi、 WN、 Mo、 Al或Cu制成的膜的單層或多層結(jié)構(gòu)。此外，雖然在本實(shí)例中使用SiC襯底作為襯底llO，但是如在第一 示范性實(shí)施例中描述的，在該實(shí)例和以下公開的其它實(shí)例中可使用上 面能夠形成氮化物半導(dǎo)體晶體的其它襯底，例如藍(lán)寶石襯底或Si襯底。雖然在本實(shí)例中把在5GHz頻帶中使用的氮化物半導(dǎo)體晶體管的 情況作為實(shí)例，但如果以選擇柵極長度Lg-0.7-1.0pm作為用于在2GHz 頻帶中使用的晶體管的范圍的中心、以及選擇柵極長度Lg-0.10-0.25nm 作為用于在亞毫米波段中使用的晶體管的范圍的中心的這種限制進(jìn)行 制造，則可以在本實(shí)例和以下描述的實(shí)例中對于在其它頻帶中使用的 晶體管提供類似的效果。也就是說，通過采用一種各尺寸滿足前述關(guān) 系的結(jié)構(gòu)，能夠獲得高壓/高頻特性更優(yōu)良的晶體管。在以下實(shí)例中，主要對與實(shí)例l的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。(實(shí)例2)在本實(shí)例中，對于圖3中所示的場效應(yīng)晶體管分析了Lfd (在由第一場極板電極116和柵電極113構(gòu)成的結(jié)構(gòu)和第二絕緣膜117以及第二 場極板電極118之間通過第二絕緣膜117的截面長度)對屏蔽效應(yīng)的影 響。其各個(gè)組成構(gòu)件如下。在本說明書中，進(jìn)行描述以便該層結(jié)構(gòu)是 從下層側(cè)(靠近襯底110的側(cè))按順序的"下層/ (中間層)/上層"。襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114: Ti/Al電極 柵電極113:柵極長度Lg^.5pm，第一場極板電極116:具有Lfpl-0.5pm的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整體電極第二絕緣膜117: SiN膜，具有150nm的膜厚度 第二場極板電極118:具有Lfp24.0^n的Ti/Pt/Au電極 Lfd=-0.5|im， -0.25阿，+0.25, +0.5(im， +0.75|im， +1.0, 如上所述，制備了不同截面長度Lfd的器件。在該情況下，在Lfd-O 的情況下，第二絕緣膜117和第二場極板118的側(cè)表面彼此接觸。在Lfd <0的情況下，它們彼此間隔開(如圖8所示)。另外，制備了這樣的 場效應(yīng)晶體管(示于圖6) , g卩，其中在布線步驟中，第二場極板電極 118和源電極112在工作層區(qū)域中電連接。在圖6所示的場效應(yīng)晶體管 中，將源極和漏極之間的有效距離Lsd設(shè)定為l.(^m，以及將Lfd設(shè)定為 1.5|iim。對獲得的晶體管(示于圖3)評估了在5GHz的工作頻率下通過功 率性能的評估結(jié)果獲得的線性增益與Lfd的關(guān)系。圖7是示出評估的結(jié)果 的圖。還是在常規(guī)類型晶體管中在40V或以上的工作電壓下該增益約為15dB (如圖4所示)，而由圖7可以理解，在該實(shí)例的晶體管中提高了 該增益，且當(dāng)Lfd是正值(Lfd^))時(shí)，該增益相比負(fù)值的情況(如圖8 所示)進(jìn)一步顯著提高。認(rèn)為當(dāng)滿足表示為Lfd 20的關(guān)系時(shí)，第二場 極板電極11S的屏蔽效果大很多，由此可以進(jìn)一步穩(wěn)定地減少柵電極和 漏電極之間的反饋電容。另一方面，在圖6所示的結(jié)構(gòu)的晶體管中，不 能獲得足夠的增益。(實(shí)例3)在本實(shí)例中，對于圖3所示的場效應(yīng)晶體管分析了第一場極板電極 116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的關(guān)系。其各組成 元件如下-襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114: Ti/Al電極 柵電極113:柵極長度Lg-0.5pm，第一場極板電極116:具有Lfpl-0.5jim的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整體電極第二絕緣膜117:具有200nm膜厚度的SiN膜(d3=0.2pm) 第二場極板電極118:具有1^=+0.75^^的丁^1/入11電極 Lfp2=0 |im， O.lpm， 0.25pm， 0.5|imi， 0.75(im， ljim 關(guān)于獲得的晶體管(示于圖3)，評估了在5GHz的工作頻率下由功率性能的評估結(jié)果獲得的線性增益與Lfy2的關(guān)系。圖9是示出評估的結(jié)果的圖。從圖9可以看出，在該實(shí)例的晶體管中，提高了增益。具體地，在 其中關(guān)于第一場極板電極116的長度Lfj)l和第二場極板電極118的長度 Lfp2之間的比，滿足0.5^Lfp2/Lfpl，即，滿足前述公式(1)的結(jié)構(gòu)中，通過屏蔽利用第二場極板電極118導(dǎo)致的電力線的屏蔽效應(yīng)很高，由此 減小了柵電極和漏電極之間的反饋電容，從而獲得增益的顯著提高。(實(shí)例4)在本實(shí)例中，對于圖3所示的場效應(yīng)晶體管分析了第二場極板電極 118的長度Lfp2的最大值。其各組成構(gòu)件如下 襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114: Ti/Al電極 柵電極113:柵極長度Lg-0.5pm，第一場極板電極116:具有Lfpl-0.3pm的Ni/Au電極，與柵電極113 形成為整體電極第二絕緣膜117:具有200nm膜厚度的SiN膜(d3=0.2|im) 第二場極板電極118:具有Lfd=+0.75nm的Ti/Pt/Au電極 Lfp2=0 [im， 0.3,， 0.9jim， 1.7[xm禾卩2.3(im Lgd=3.5|im此外，為了比較，制備了Lfpl-0nm和Lfp2-(Hmi的晶體管。圖10是示出對于獲得的晶體管測量的擊穿電壓的評估結(jié)果的圖。 從圖10看出，當(dāng)在第一場極板電極116的長度Lfpl為0.3nm和第一場極 板電極116的側(cè)表面上的第二絕緣膜117的厚度d3為0.2pm的情況下，第 二場極板電極118的長度Lfp2從0增加到0.3^m，并由此Lfpl+Lfp2+d3增 加到0.8nm時(shí)，顯著提高了擊穿電壓使得其變?yōu)楦哌_(dá)300V。此外，當(dāng)Lfp2 增加到2.3nm以使得Lfpl+Lfp2+d3等于2.8^im時(shí)，擊穿電壓突然下降到 150V。認(rèn)為當(dāng)關(guān)于Lgr (=3.5pm) 、 Lfpl+Lfp2+d3大于3/5xLgr時(shí)，第 二場極板電極118的漏極端的電場集中變大使得擊穿電壓降低。于是，利用滿足下述條件的結(jié)構(gòu)<formula>formula see original document page 37</formula>能夠進(jìn)一步提高擊穿電壓。要注意，雖然在前述實(shí)例中使用了其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層133的晶體管，但可在沉積Ni/Au之前凹陷蝕刻AlGaN層 133，且然后形成柵電極113 (示于圖5)。在這種情況下，可以獲得具 有更高增益的晶體管性能。(實(shí)例5)在本實(shí)例中，在圖3所示的場效應(yīng)晶體管中，分析了第二場極板電 極118的長度Lfp2和第二絕緣膜117的厚度d2。其各組成構(gòu)件如下 襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114:每個(gè)Ti/Al電極 柵電極113:柵極長度Lgi.5nm，第一場極板電極116:具有Lfph0.5pm的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整體電極第二絕緣膜117:具有多種膜厚度0.1nm、 0.3pm、 0.5nm和0.7pm的sicy莫第二場極板電極118:具有Lfp24.0nm的Ti/Pt/Au電極 此外，制備了一種器件，其中第二絕緣膜117的Si02膜的厚度被設(shè) 定為0.1nm的器件的一部分被分開以通過蝕刻移除SiO2膜。此外，還制 備了一種樣品，其中第二絕緣膜117的SiO2膜的厚度設(shè)定為0.1nm，且 從第一絕緣膜115的100nm的厚度起，通過蝕刻移除50nm厚度的一部 分，然后在其上層上，通過沉積和剝離工藝形成具有Lfp2-1.0pm的 Ti/Pt/Au電極作為第二場極板電極118 (示于圖ll)。圖12是示出對于獲得的晶體管測量的在5GHz的工作頻率下從功 率性能的評估結(jié)果獲得的線性增益與d2/Lfp2的關(guān)系的圖。從圖12看出，當(dāng)滿足表示為d2/Lfp2^1/2的關(guān)系時(shí)，更確保顯示了通過第二場極板電 極118引起的屏蔽效應(yīng)。由此，通過選擇其中滿足以下關(guān)系的這種結(jié)構(gòu) D2幼.5xLfp2 (3)能夠進(jìn)一步顯著提高該增益。(實(shí)例6)圖13是示出本實(shí)例的場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖。在圖13所示 的場效應(yīng)晶體管中，使用高電阻SiC襯底作為半導(dǎo)體襯底llO。作為對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層，在襯底110上按順序形成了 4nm的AlN緩沖層131、 2000nm的GaN層132和AlGaN層133 (Al組分比 0.25，厚度30nm)。接下來，按順序沉積Ti、 Al，然后使用剝離工藝形 成源電極112和漏電極114。此外，在氮?dú)夥障略?5(TC進(jìn)行熱處理，以 由此在這些電極和AlGaN層133之間形成歐姆接觸。其后，例如，通過等離子CVD方法，形成具有100nm膜厚度的SiN 膜作為源電極112和漏電極114之間的第一絕緣膜115。此外，通過干法 蝕刻使將要形成柵電極113的區(qū)域開口，以在第一絕緣膜115的柵極長 度方向上形成具有0.5nm寬度的開口部分。在這種結(jié)構(gòu)中形成具有柵極長度Lg-0.5nm的柵電極131，其填滿 該開口部分并進(jìn)一步在第一絕緣膜115上方懸出0.2^im。作為用于柵電 極113的金屬，形成了具有比常規(guī)類型的Ni金屬高的勢壘高度和小的柵 泄漏電流的Pt (下層(襯底側(cè)))/Au (上層)電極。按順序沉積Pt和 Au，并使用抗蝕劑剝離工藝形成柵電極。接下來，形成關(guān)于第一絕緣膜115結(jié)合性優(yōu)良的Ti/Pt/Au電極作為 第一場極板電極U6。按順序沉積了Ti、 Pt和Au，并進(jìn)行了剝離工藝來 以與柵電極113間隔開的方式形成Lfp^0.8nm的第一場極板電極116。此外，作為第二絕緣膜117，形成了具有150nm膜厚度的SiN膜。 以與第二絕緣膜117的上表面接觸的方式，通過沉積和剝離工藝，形成 Lfd=0.4pm、 Lfp24.0pm的Ti/Pt/Au電極作為第二場極板電極118。在隨 后的布線步驟，第二場極板電極118和源電極112在隔離區(qū)中電連接(未 示于圖中)。獲得的晶體管顯示出了在5GHz等效于實(shí)例l的器件的脈沖功率性 能。此外，在本實(shí)例中，因?yàn)槭褂梅謩e適合于柵電極113和第一場極板 電極116的金屬材料的事實(shí)，結(jié)果顯著提高了晶體管的性能和產(chǎn)率。由 于可以應(yīng)用對于柵電極113優(yōu)化的材料，所以進(jìn)一步增加了由柵泄漏電 流減小引起的器件的長期穩(wěn)定性。此外，雖然已在上面結(jié)合其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻 AlGaN層133的晶體管進(jìn)行了描述，但如果在Ni/Au沉積之前凹陷蝕刻 AlGaN層133，之后形成柵電極133，則可以獲得凹陷柵結(jié)構(gòu)。在以這種 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的晶體管中，獲得了具有更高增益的晶體管性能。在本實(shí)例中，在形成歐姆接觸之后，通過等離子CVD方法形成 100nm膜厚度的SiN膜作為第一絕緣膜115，然后在通過干法蝕刻獲得的 開口處形成柵極長度為0.5pm的T形柵電極113。作為另一方法，在形成 歐姆電極之后，可通過沉積和剝離工藝形成柵極長度為0.5pm的矩形柵 電極113，并且例如，可以通過利用等離子CVD方法，形成100nm膜厚 度的SiN膜作為第一絕緣膜115。在以下實(shí)例中，將主要對與實(shí)例6的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。(實(shí)例7)在本實(shí)例中，以與實(shí)例2類似的方式對圖13所示的晶體管分析了穿 過絕緣膜的在第一場極板電極116和第二場極板電極118之間的截面長 度Lfd的對屏蔽效果的影響。其各組成元件如下襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm)第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114: Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg:0.5iLim， Pt/Au電極第一場極板電極116:具有Lfg^.5iim、 Lfph0.8pm的Ti/Pt/Au電極Lfd=-0.5 fim， -0.25,， +0.25,， +0.5,， +0.75,， +1.0,在該情況下，以在第一絕緣膜115的上方懸出0.2nm的這種結(jié)構(gòu)形 成柵極長度Lg二0.5iam的柵電極113。此外，Lfg是在柵極長度方向上的 截面圖上在柵電極113的端部和覆蓋第一場極板電極116的第二絕緣膜 117的端部之間的距離，且表示為LfgzLfpl+d3。作為由獲得的晶體管的在5GHz的工作頻率下的功率性能的評估 結(jié)果確定Lfd與線性增益關(guān)系的事實(shí)的結(jié)果，存在與實(shí)例2類似的趨勢。 當(dāng)穿過絕緣膜的在第一場極板電極116和第二場極板電極118之間的截 面長度Lfd為正值時(shí)，相比在截面長度Lfd為負(fù)值的情況觀察到的，第二 場極板電極118的效果更大。由此，顯著提高了該增益。(實(shí)例8)在本實(shí)例中，對于圖13所示的場效應(yīng)晶體管以與實(shí)例3類似的方式 分析了第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度 Lfp2之間的關(guān)系。其各組成元件如下。此外在本實(shí)例中，以在第一絕緣 膜115的上方懸出0.2jim的這種結(jié)構(gòu)形成柵極長度Lg^0.5pm的柵電極 113。襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114: Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lgi.5nm， Pt/Au電極，Lgd=4.0pm 第一場極板電極116:具有Lf『0.5pm、 Lfpli.3iim的Ti/Pt/Au電極 第二絕緣膜117:具有200nm膜厚度的SiN膜(d3=0.2nm) 第二場極板電極118: Ti/Pt/Au電極 Lfp2=0 ,， O.lfim, 0.25(im， 0.5)im， 0.75fim， l(im 評估了獲得的晶體管在5GHz工作頻率下的功率性能。結(jié)果，與實(shí) 例3的器件類似，利用結(jié)合第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板 電極118的長度Lfp2之間的比滿足表示為0.5^Lfp2/Lfpl的關(guān)系的結(jié)構(gòu)， 電力線的屏蔽效應(yīng)很高，從而減小柵電極和漏電極之間的反饋電容， 由此，能夠獲得增益的顯著提高。另外，在本實(shí)例中，使用了分別適合于柵電極113和第一場極板電 極116的金屬材料。由此，顯著提高了晶體管的性能和產(chǎn)率。(實(shí)例9)在本實(shí)例中，對于圖13所示的場效應(yīng)晶體管以與實(shí)例4類似的方式 分析了第二場極板電極118的長度Lfp2的最大值。其各組成構(gòu)件如下。 此外在本實(shí)例中，以在第一絕緣膜115上方懸出0.2pm的這種結(jié)構(gòu)形成 柵極長度Lgi.5nm的柵電極113。襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114: Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg-0.5iam， Pt/Au電極，Lgd=4.0^un 第一場極板電極116:具有Lfg-0.5iim、 Lfpl-0.3(im的Ti/Pt/Au電極 第二絕緣膜117:具有200nm膜厚度的SiN膜(d3=0.2|im) 第二場極板電極118:具有1^(1=+0.754111的丁^1/八11電極Lfp2=0 ,， 0.3,， 0.9拜，1.7jim禾口2.3pm作為獲得的晶體管的擊穿電壓的評估的結(jié)果，獲得了趨勢與實(shí)例4 的類似的結(jié)果。通過采用滿足Lfpl+Lfp2+d3 S3/5xLgd的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步提高擊 穿電壓。認(rèn)為這是因?yàn)橄啾萀fpl+Lfp2+d3大于3/5xLgd的范圍，在相對 于Lgd (=4.0,) ， Lfpl+Lfp2+d3不大于3/5xLgd的范圍內(nèi)進(jìn)一步抑制 了在第二場極板電極118的漏極側(cè)端部的電場集中，使得提高了擊穿電 壓。另外，同樣在本實(shí)例中，作為使用了分別適合于柵電極113和第一 場極板電極116的金屬材料的事實(shí)的結(jié)果，顯著提高了晶體管的性能和產(chǎn)率。(實(shí)例IO)在本實(shí)例中，對于圖13所示的晶體管以與實(shí)例5類似的方式分析了 第二場極板電極118的長度Lfp2和第二絕緣膜117的厚度d2。其各組成構(gòu) 件如下。此外在本實(shí)例中，以在第一絕緣膜115上方懸出0.2pm的這種 結(jié)構(gòu)形成柵極長度Lg-0.5nm的柵電極113。襯底110:高電阻SiC襯底對應(yīng)于氮化物半導(dǎo)體lll的層A1N緩沖層131 (厚度4nm) 、 GaN 層132 (厚度2000nm) 、 AlGaN層133 (Al組分比0.25，厚度30nm) 第一絕緣膜115:具有100nm膜厚度的SiN膜 源電極112，漏電極114: Ti/Al電極 柵電極113:柵極長度Lg-0.5pm， Pt/Au電極 第一場極板電極116:具有Lfpl-0.8pm的Ti/Pt/Au電極 第二絕緣膜117:具有多種膜厚度0.1pm、 0.3|nm、 0.5(im和0.7^im 的SiCh膜第二場極板電極118:具有Lfp2-1.0iam的Ti/Pt/Au電極此外，制備了一種器件，其中分割了將第二絕緣膜117的Si02膜的厚度設(shè)定為0.1pm的器件的一部分以通過蝕刻移除SiO2膜。此外，還制 備了一種樣品，其中第二絕緣膜117的SiO2膜的厚度設(shè)定為0.1pm，且 從第一絕緣膜115的100nm的厚度起，通過蝕刻移除50nm厚度的一部 分，然后在其上層上，通過沉積和剝離工藝形成具有Lfp2二1.0(im的 Ti/Pt/Au電極作為第二場極板電極118 (示于圖15)。關(guān)于獲得的晶體管，通過在5GHz的工作頻率下評估功率性能分析 了d2/Lfp2與線性增益的關(guān)系。結(jié)果，證實(shí)了與實(shí)例5類似的趨勢。當(dāng)滿 足表示為d2/Lfp2^1/2的關(guān)系時(shí)，顯示出了由第二場極板電極118的屏 蔽效果，由此，顯著提高了增益。此外，在本實(shí)例中，作為使用分別適合于柵電極113和第一場極板 電極116的金屬材料的事實(shí)的結(jié)果，顯著提高了晶體管的性能和產(chǎn)率。此外，雖然在上面結(jié)合其中形成了柵電極113而沒有凹陷蝕刻 AlGaN層133的晶體管進(jìn)行了描述，但如果在Ni/Au沉積之前凹陷蝕刻 AlGaN層133，之后形成柵電極113，則獲得了具有更高增益的晶體管性已通過參考示范性實(shí)施例和實(shí)例描述了本發(fā)明。這些示范性實(shí)施 例出于說明性目的，且本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，對于各個(gè)部件或處理的 各個(gè)工藝的組合可采用各種修改的實(shí)施例，并且這樣的修改實(shí)施例落 入本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。例如，雖然通過把其中SiC用作襯底110的材料的情形作為實(shí)例在 前述實(shí)例中進(jìn)行了描述，但除了上述之外，也可使用由不同類型的襯 底材料例如藍(lán)寶石制成的襯底、或由III族氮化物半導(dǎo)體例如GaN或 AlGaN制成的襯底。此外，作為位于柵電極113下面的半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)，可采用各種形 式的結(jié)構(gòu)，而不限制于所示出的結(jié)構(gòu)。例如，還可采用這樣的結(jié)構(gòu)，其中用作電子供給層的AlGaN層133不僅可提供在用作溝道層的GaN層 132上方，此外也可以在其下方。此外，必要時(shí)，可在半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)處提供中間層或帽蓋層。例如， 可以以其中按順序?qū)盈B包含I^GaLxN (0《x Sl)的溝道層、包含 AlyGa,.yN (0《y Sl )的電子供給層和包含GaN的帽蓋層的這種結(jié)構(gòu)來 構(gòu)造所述由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)。通過采用這種結(jié)構(gòu)，可以增加有效的肖特基勢壘高度。由此，可以實(shí)現(xiàn)較高的柵極擊穿電壓。 要注意，進(jìn)行設(shè)置以使得在前述公式中x和y不等于零。此外，在以上描述的示范性實(shí)施例和實(shí)例中，可采用所謂的柵凹 陷結(jié)構(gòu)，其中柵電極113的下部的一部分掩埋在用作電子供給層的 AlGaN供給層133中。由此，可以獲得優(yōu)良的柵極擊穿電壓。此外，在已描述的示范性實(shí)施例和實(shí)例中，柵電極113和漏電極114 之間的距離可以比柵電極113和漏電極112之間的距離長。該結(jié)構(gòu)是所 謂的"偏移結(jié)構(gòu)"。由此，能夠更有效地減緩在柵電極113的漏極側(cè)上的 端部的電場集中。另外，在前述示范性實(shí)施例和實(shí)例中公開的場效應(yīng)晶體管用作被 包括在例如放大器電路或振蕩電路中的部件。由于在這種用途中需要 滿意的高頻特性，所以最大程度顯示出了本發(fā)明的FET的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管，包括由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)，其包括異質(zhì)結(jié)；形成在由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上的源電極和漏電極，彼此隔開一間隔；柵電極，設(shè)置在源電極和漏電極之間；第一場極板，設(shè)置在柵電極和漏電極之間的區(qū)域中由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上方，并且與由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)隔離開；和第二場極板，設(shè)置在由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)上方，并且與由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)和第一場極板隔離開，其中第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區(qū)域中，并且用于將第一場極板與漏電極屏蔽開，和該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方，由此，在柵極長度方向上的截面圖中，當(dāng)其中第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結(jié)構(gòu)的上部交疊的交疊區(qū)域的在柵極長度方向上的長度指定為Lol和柵極長度指定為Lg時(shí)，滿足下面表示的關(guān)系0≤Lol/Lg≤1。
2. 如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中屏蔽部分的下端相對于第一場極板下端位于由III族氮化物 半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)側(cè)上。
3. 如權(quán)利要求2所述的場效應(yīng)晶體管，進(jìn)一步包括第一絕緣膜，用于覆蓋柵電極和漏電極之間的區(qū)域中的由III族氮 化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的表面，其中在第一場極板和漏電極之間的區(qū)域中的第一絕緣膜處設(shè)置凹 陷部分，和以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供第一場極板，并且屏蔽 部分的下端位于凹陷部分內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的場效應(yīng)晶體管，其中第一場極板的下端相對于屏蔽部分的下端位于由III族氮化 物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)側(cè)上。
5. 如權(quán)利要求4所述的場效應(yīng)晶體管，包括第一絕緣膜，用于覆蓋柵電極和漏電極之間的區(qū)域中的由III族氮 化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的表面，以及第二絕緣膜，提供在第一場極板和漏電極之間的區(qū)域中的第一絕 緣膜上，其中第一場極板以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式設(shè)置，且屏 蔽部分的下端與第二絕緣膜的上表面接觸。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第一場極板被偏置在與柵電極相同的電位。
7. 如權(quán)利要求l-6中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第二場極板被偏置在與源電極相同的電位。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第一場極板與柵電極一起整體構(gòu)造成單塊形狀。
9. 如權(quán)利要求l-7中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第一場極板包括以與柵電極間隔開的方式提供的電場控制電極。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管，其中Lol=0。
11. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第二場極板表現(xiàn)出與第一場極板的一些交疊，且第二場極板不與柵電極交疊。
12. 如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中，在柵極長度方向上的截面圖上，當(dāng)將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵極長度方向上 的延伸寬度指定為Lfpl，以及將第二場極板的下表面的在柵極長度方 向上的長度指定為Lfp2時(shí)，滿足以下表示的公式(1):0.5xLfpl SLfp2 (1)。
13. 如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中第二場極板以與覆蓋第一場極板側(cè)表面的絕緣膜接觸的方式設(shè)置，由此以如下結(jié)構(gòu)構(gòu)造前述結(jié)構(gòu) 在柵極長度方向上的截面圖上，當(dāng)將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵極長度方向上 的延伸寬度指定為Lfpl;將第二場極板的下表面的在柵極長度方向上的長度指定為Lfp2; 將柵電極和漏電極之間的距離指定為Lgd;和 將在第一場極板的側(cè)表面處的絕緣膜的厚度指定為d3時(shí)， 滿足以下表示的公式(1)和(2):0.5xLfpl SLfp2 (1) Lfpl + Lfp2 + d3 S3/5xLgd(2)。
14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 其中采用如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中， 在柵極長度方向上的截面圖中，當(dāng)將第二場極板下表面的在柵極長度方向上的長度指定為Lfp2，和將在第一場極板和柵電極之間的區(qū)域中的第二場極板的下表面與 由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)之間的距離指定為d2時(shí)，滿足下 面表示的公式(3):<formula>formula see original document page 5</formula> (3)。
15.如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的場效應(yīng)晶體管， 進(jìn)一步包括第一絕緣膜，用于覆蓋柵電極和漏電極之間的區(qū)域中 的由III族氮化物半導(dǎo)體制成的層結(jié)構(gòu)的表面， 其中第一絕緣膜是含氮的膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在高壓操作以及高頻特性方面表現(xiàn)出良好性能的場效應(yīng)晶體管。在本發(fā)明中，在包括第一場極板電極(116)和第二場極板電極(118)的場效應(yīng)晶體管(100)中，第二場極板電極(118)包括屏蔽部分(119)，其位于第一場極板電極(116)和漏電極(114)之間的區(qū)域中，并用于將第一場極板電極(116)與漏電極(114)屏蔽開。具體地，在柵極長度方向上的截面圖上，當(dāng)將其中第二場極板電極(118)與包括第一場極板電極(116)和柵電極(113)的結(jié)構(gòu)的上部交疊的交疊區(qū)域的在柵極長度方向上的長度指定為Lo1，和將柵極長度指定為Lg時(shí)，滿足表示為0≤Lo1/Lg≤1的關(guān)系。
文檔編號H01L29/812GK101238561SQ20068002919
公開日2008年8月6日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者中山達(dá)峰, 井上隆, 岡本康宏, 分島彰男, 大田一樹, 安藤裕二, 宮本廣信, 山之口勝己, 島脅秀德, 村瀨康裕, 松永高治, 笠原健資 申請人:日本電氣株式會社