半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001]本申請基于2014年3月19日提出的日本專利申請第2014 — 057282號主張優(yōu)先權(quán)，這里引用其全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明的實施方式涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在開關(guān)電源或變換器等的電路中，使用開關(guān)元件及二極管等的半導(dǎo)體元件。對于這些半導(dǎo)體元件要求高耐壓、低導(dǎo)通電阻。并且，耐壓與導(dǎo)通電阻的關(guān)系存在由元件材料決定的權(quán)衡關(guān)系。
[0004]通過到目前為止的技術(shù)開發(fā)的進(jìn)步，半導(dǎo)體元件到作為主要的元件材料的硅的臨界點附近實現(xiàn)了低導(dǎo)通電阻。為了使耐壓進(jìn)一步提高或使導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低，需要元件材料的變更。通過使用GaN或AlGaN等的GaN類半導(dǎo)體或碳化硅(SiC)等的寬帶隙半導(dǎo)體作為開關(guān)元件材料，能夠改善由材料決定的權(quán)衡關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)飛躍性的高耐壓化及低導(dǎo)通電阻化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的課題是提供一種實現(xiàn)高耐壓的半導(dǎo)體裝置。
[0006]實施方式的半導(dǎo)體裝置具備:第IGaN類半導(dǎo)體層；第2GaN類半導(dǎo)體層，設(shè)在第IGaN類半導(dǎo)體層上，帶隙比第IGaN類半導(dǎo)體層大；源極電極，設(shè)在第2GaN類半導(dǎo)體層上；漏極電極，設(shè)在第2GaN類半導(dǎo)體層上；柵極電極，在與第IGaN類半導(dǎo)體層之間夾著柵極絕緣膜而設(shè)在源極電極與漏極電極之間，柵極電極與第IGaN類半導(dǎo)體層之間的第2GaN類半導(dǎo)體層的膜厚小于源極電極與第IGaN類半導(dǎo)體層之間的第2GaN類半導(dǎo)體層的膜厚；以及P型的第3GaN類半導(dǎo)體層，在與柵極電極之間夾著柵極絕緣膜而設(shè)在柵極電極的漏極電極側(cè)的端部與第2GaN類半導(dǎo)體層之間。
[0007]通過上述結(jié)構(gòu)，能夠提供一種實現(xiàn)高耐壓的半導(dǎo)體裝置。
【附圖說明】
[0008]圖1是第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0009]圖2是在第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中制造中途的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0010]圖3是在第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中制造中途的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0011]圖4是在第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中制造中途的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0012]圖5是在第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中制造中途的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0013]圖6是在第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法中制造中途的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0014]圖7是說明第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的作用和效果的圖。
[0015]圖8是說明第I實施方式的半導(dǎo)體裝置的作用和效果的圖。
[0016]圖9是第2實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0017]圖10是第3實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0018]圖11是第3實施方式的變形例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0019]圖12是第4實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0020]圖13是第4實施方式的變形例的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0021]圖14是第5實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0022]圖15是第6實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0023]圖16是第7實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0024]圖17是第8實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
[0025]圖18是第9實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]在本說明書中，有對于相同或類似的部件賦予相同的標(biāo)號而省略重復(fù)的說明的情況。
[0027]在本說明書中，所謂“GaN類半導(dǎo)體”，是具備GaN (氮化鎵)、AlN (氮化鋁)、InN (氮化銦)及它們的中間組分的半導(dǎo)體的總稱。
[0028]在本說明書中，所謂“無摻雜”，是指雜質(zhì)濃度是I X 115Cm- 3以下。
[0029]在本說明書中，所謂“受主”，是指在半導(dǎo)體中被活性化的P型雜質(zhì)。
[0030]在本說明書中，為了表示零件等的位置關(guān)系，將圖面的上方向記作“上”，將圖面的下方向記作“下”。在本說明書中，“上”、“下”的概念并不一定是表示與重力的方向的關(guān)系的用語。
[0031](第I實施方式)
[0032]本實施方式的半導(dǎo)體裝置具備:第IGaN類半導(dǎo)體層；第2GaN類半導(dǎo)體層，設(shè)在第IGaN類半導(dǎo)體層上，帶隙比第IGaN類半導(dǎo)體層大；源極電極，設(shè)在第2GaN類半導(dǎo)體層上；漏極電極，設(shè)在第2GaN類半導(dǎo)體層上；柵極電極，在與第IGaN類半導(dǎo)體層之間夾著柵極絕緣膜而設(shè)在源極電極與漏極電極之間，與第IGaN類半導(dǎo)體層之間的第2GaN類半導(dǎo)體層的膜厚小于源極電極與第IGaN類半導(dǎo)體層之間的第2GaN類半導(dǎo)體層的膜厚；以及P型的第3GaN類半導(dǎo)體層，在與柵極電極之間夾著柵極絕緣膜而設(shè)在柵極電極的漏極電極側(cè)的端部與第2GaN類半導(dǎo)體層之間。
[0033]圖1是本實施方式的半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。本實施方式的半導(dǎo)體裝置是使用GaN類半導(dǎo)體的HEMT (High Electron Mobility Transistor，高電子遷移率晶體管)。并且，本實施方式的HEMT具備在形成于半導(dǎo)體層的槽內(nèi)埋入柵極電極的所謂凹槽柵極構(gòu)造。
[0034]如圖1所示，半導(dǎo)體裝置(HEMT) 100具備基板10、緩沖層12、溝道層(第IGaN類半導(dǎo)體層)14、阻擋層(第2GaN類半導(dǎo)體層)16、源極電極18、漏極電極20、柵極絕緣膜22、降低表面電場層(第3GaN類半導(dǎo)體層)24、柵極電極26及源極場板電極(第I場板電極)28。在柵極電極26及降低表面電場層24與源極場板電極28之間設(shè)有絕緣膜30。此外，在源極場板電極28上設(shè)有絕緣膜32。
[0035]基板10例如由硅(Si)形成。在硅以外，還可以使用例如藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC)。
[0036]在基板10上設(shè)有緩沖層12。緩沖層12具備對基板10與溝道層14之間的柵格不匹配進(jìn)行緩和的功能。緩沖層12例如由氮化鋁鎵(AlwGa1-W(OKl))的多層構(gòu)造形成。
[0037]在緩沖層12上設(shè)有溝道層14。溝道層14例如是無摻雜的AlxGa1 _XN(O ^ X〈l)。更具體地講，例如是無摻雜的GaN。溝道層14的膜厚例如是0.5 μπι以上且3 μπι以下。
[0038]在溝道層14上設(shè)有阻擋層16。阻擋層16的帶隙比溝道層14的帶隙大。阻擋層16例如是無摻雜的Α1γ6&1_γΝ(0〈Υ蘭1，Χ〈Υ)。更具體地講，例如是無摻雜的Ala2Gaa8Ν。阻擋層16的膜厚例如是15nm以上且50nm以下。
[0039]溝道層14與阻擋層16之間為異質(zhì)接合界面。在HEMT100的導(dǎo)通動作時，在異質(zhì)接合界面上形成2維電子氣(2DEG)，成為載流子。
[0040]在阻擋層16上形成有源極電極18和漏極電極20。源極電極18和漏極電極20例如是金屬電極，金屬電極例如是鈦(Ti)和鋁(Al)的層疊構(gòu)造。源極電極18及漏極電極20與阻擋層16之間優(yōu)選的是歐姆接觸。源極電極18與漏極電極20的距離例如是5 μπι以上且30 μm以下。
[0041]在源極電極18與漏極電極20之間的阻擋層16所設(shè)置的溝槽21的內(nèi)面上，形成有柵極絕緣膜22。在柵極絕緣膜22上設(shè)有柵極電極26。溝槽21內(nèi)被柵極電極26埋入。溝槽21底部處于溝道層14中。
[0042]換言之，柵極電極26通過使柵極絕緣膜22夾在源極電極18與漏極電極20之間、阻擋層16及溝道層14之間而被設(shè)置。在柵極電極26與溝道層14之間最接近的部分處的阻擋層16的膜厚比其他區(qū)域、例如源極電極18與溝道層14之間的阻擋層16的膜厚薄。另夕卜，在本實施方式中，由于溝槽21底部到達(dá)溝道層14，所以柵極電極26的距溝道層14最近的部分與溝道層14之間的阻擋層16的膜厚是零。
[0043]本實施方式的HEMT100具備凹槽柵極構(gòu)造。并且，溝槽21的底部到達(dá)溝道層14，柵極電極26正下方為MIS (Metal Insulator Semicon