具備hemt即高電子遷移率晶體管的半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】具備HEMT即高電子遷移率晶體管的半導(dǎo)體裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的相互參照
[0002]本申請(qǐng)基于在2013年4月11日申請(qǐng)的日本申請(qǐng)?zhí)?013-83173，在此援引其記載內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及具備高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor:HEMT)的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]以往提出了具備常斷型的HEMT的半導(dǎo)體裝置(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。
[0005]具體而言，在該半導(dǎo)體裝置中，構(gòu)成為采用在電子渡越層上以形成異質(zhì)結(jié)的方式層疊電子供給層而成的襯底。并且，在電子供給層中，形成有到達(dá)電子渡越層且與電子渡越層和電子供給層的界面垂直的柵槽(gate recess)，在柵槽上隔著絕緣膜形成有柵極電極。此外，在電子供給層上，形成有源極電極以及漏極電極。
[0006]在這樣的半導(dǎo)體裝置中，形成有到達(dá)電子渡越層的柵槽，在電子渡越層中的位于柵槽的底面正下方的部分，不生成基于異質(zhì)結(jié)的二維電子氣層。
[0007]并且，若對(duì)柵極電極施加規(guī)定閾值以上的電壓，則在電子渡越層中的位于柵極電極的正下方的部分生成基于柵極電壓的二維電子氣層。因此，基于異質(zhì)結(jié)的二維電子氣層與基于柵極電壓的二維電子氣層在源極電極與漏極電極之間形成電流路徑(溝道)，電流在源極電極一漏極電極之間流動(dòng)從而進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。
[0008]g卩，在上述具備HEMT的半導(dǎo)體裝置中，能夠得到在未對(duì)柵極電極施加規(guī)定閾值以上的柵極電壓的狀態(tài)下源極電極一漏極電極之間處于截?cái)酄顟B(tài)的常斷特性。
[0009]可是，在上述具備HEMT的半導(dǎo)體裝置中，形成為柵槽垂直于電子渡越層與電子供給層的界面。因此，在電子渡越層中的位于在柵槽的側(cè)面形成的絕緣膜的正下方的部分，難以生成基于柵極電壓的二維電子氣層。因此，在電子渡越層中的位于在柵槽的側(cè)面形成的絕緣膜的正下方的部分，基于異質(zhì)結(jié)的二維電子氣層與基于柵極電壓的二維電子氣層都難以生成，即便處于導(dǎo)通狀態(tài)，電子密度也低。因此，在半導(dǎo)體裝置中流動(dòng)的最大電流變小。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)I (日本)特開(kāi)2012 — 12442號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本申請(qǐng)的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置。
[0014]在本申請(qǐng)的方式中，半導(dǎo)體裝置具有常斷型的HEMT，該常斷型的HEMT具備:第I半導(dǎo)體層；第2半導(dǎo)體層，與所述第I半導(dǎo)體層形成異質(zhì)結(jié)，生成基于異質(zhì)結(jié)的第I 二維電子氣層；柵槽，形成于所述第I半導(dǎo)體層；絕緣膜，配置于所述柵槽的壁面；以及柵極電極，配置在所述絕緣膜上。所述柵槽的底面?zhèn)鹊膶挾日陂_(kāi)口部側(cè)的寬度。所述柵極電極沿所述柵槽的側(cè)面配置。在對(duì)所述柵極電極施加了規(guī)定閾值以上柵極電壓時(shí)，在所述第2半導(dǎo)體層中，基于所述柵極電壓的第2 二維電子氣層^b)以與所述第I 二維電子氣層的一部分重疊的狀態(tài)被生成。
[0015]根據(jù)上述的半導(dǎo)體裝置，由于第1、第2 二維電子氣層重疊，因此能夠抑制形成電子密度低的區(qū)域，能夠抑制最大電流變小。
【附圖說(shuō)明】
[0016]本申請(qǐng)的上述目的以及其他目的、特征或優(yōu)點(diǎn)通過(guò)一邊參照附圖一邊進(jìn)行下述的詳細(xì)記述而變得更為明確。在附圖中，
[0017]圖1是本申請(qǐng)的第I實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，
[0018]圖2是表示最大電流與下述角度的關(guān)系的圖，其中，該角度為柵槽的側(cè)面與電子渡越層和電子供給層這兩層的界面所成的角度，
[0019]圖3是表示本申請(qǐng)的第I實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖，
[0020]圖4是本申請(qǐng)的第2實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，
[0021]圖5是表示本申請(qǐng)的第2實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖，
[0022]圖6是本申請(qǐng)的其他實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，基于【附圖說(shuō)明】本申請(qǐng)的實(shí)施方式。另外，在以下的各實(shí)施方式之間，對(duì)相互相同或等同的部分賦予相同標(biāo)記而進(jìn)行說(shuō)明。
[0024](第I實(shí)施方式)
[0025]參照【附圖說(shuō)明】本申請(qǐng)的第I實(shí)施方式。本實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置利用將支持襯底1、緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4依次層疊而成的襯底5來(lái)構(gòu)成。另夕卜，在本實(shí)施方式中，電子供給層4與本申請(qǐng)的第I半導(dǎo)體層相當(dāng)，電子渡越層3于本申請(qǐng)的第2半導(dǎo)體層相當(dāng)。
[0026]支持襯底I采用Si襯底、SiC襯底、GaN襯底、藍(lán)寶石襯底等，緩沖層2采用用于使支持襯底I的晶格常數(shù)與電子渡越層3的晶格常數(shù)匹配的化合物層等。另外，由于緩沖層2并不直接涉及HEMT的動(dòng)作，因此，特別是在支持襯底I為如GaN襯底那樣的自支撐襯底或藍(lán)寶石襯底等時(shí)，也可以不具備緩沖層2。
[0027]電子渡越層3在電子供給層4側(cè)的一面附近生成有作為電流路徑(溝道)發(fā)揮功能的電子密度高的第1、第2 二維電子氣層6a，6b，例如采用氮化鎵(GaN)。
[0028]電子供給層4采用具有比電子渡越層3大的禁帶寬度的材料，與電子渡越層3形成異質(zhì)結(jié)。據(jù)此，在電子渡越層3中，通過(guò)自發(fā)極化以及壓電極化，在與電子供給層4的界面附近生成第I 二維電子氣層6a。作為這樣的電子供給層4，例如采用氮化鋁鎵(AlGaN)。
[0029]并且，在電子供給層4中，形成有到達(dá)電子渡越層3的柵槽7。
[0030]本實(shí)施方式的柵槽7為寬度從開(kāi)口部側(cè)朝向底面逐漸變窄的錐形。更詳細(xì)而言，柵槽7的相對(duì)的側(cè)面相對(duì)于電子渡越層3與電子供給層4的界面分別傾斜，在本實(shí)施方式中，界面與相對(duì)的側(cè)面所成的角度Θ為50°以下。另外，柵槽7的寬度是指對(duì)置的側(cè)面的間隔(圖1中紙面左右方向的長(zhǎng)度)。
[0031]此外，在柵槽7的壁面以及電子供給層4上形成有絕緣膜8，在形成于柵槽7的壁面的絕緣膜8上，埋入有由多晶硅或金屬等形成的柵極電極9。
[0032]另外，絕緣膜8沿柵槽7的壁面形成，柵極電極9為寬度朝向柵槽7的底面變窄的錐形。即，可以說(shuō)柵極電極9中的位于柵槽7的側(cè)面上的部分相對(duì)于電子渡越層3與電子供給層4的界面傾斜。此外，絕緣膜8中的形成于柵槽7的壁面的部分作為柵極絕緣膜發(fā)揮功能。
[0033]在絕緣膜8中的形成于電子供給層4上的部分，以隔著柵槽7(柵極電極9)的方式形成有2個(gè)開(kāi)口部8a，8b。并且，在一方的開(kāi)口部8a配置有源極電極10，在另一方的開(kāi)口部8b配置有漏極電極11。
[0034]源極電極10以及漏極電極11與電子供給層4形成歐姆接觸，經(jīng)由電子供給層4與第I 二維電子氣層6a電連接。這樣的源極電極10以及漏極電極11例如由Ti/Al層形成。
[0035]以上為本實(shí)施方式的具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成。接著，說(shuō)明上述具備HEMT的半導(dǎo)體裝置的動(dòng)作。
[0036]在上述具備HEMT的半導(dǎo)體裝置中，在電子渡越層3中的與電子供給層4形成異質(zhì)結(jié)的界面附近，生成有第I 二維電子氣層6a。另外，由于柵槽7形成為到達(dá)電子渡越層3，因此第I 二維電子氣層6a在柵槽7的底面正下方的部分并未形成。S卩，也可以說(shuō)第I 二維電子氣層6a由柵槽7分?jǐn)唷?br>[0037]因此，在上述具備HEMT的半導(dǎo)體裝置中，能夠得到在未對(duì)柵極電極9施加規(guī)定閾值以上的柵極電壓的情況下在源極電極10與漏極電極11之間不形成電流路徑而處于截?cái)酄顟B(tài)這一常斷特性。
[0038]另外，第I 二維電子氣層6a通過(guò)電子渡越層3與電子供給層4的異質(zhì)結(jié)來(lái)生成，但在電子渡越層3中的與厚度極薄的電子供給層4形成異質(zhì)結(jié)的部分，不生成具有與作為實(shí)質(zhì)性的溝道發(fā)揮功能相應(yīng)的電子密度的二維電子氣層。因此，在圖1中，只圖示出具有與作為實(shí)質(zhì)性的溝道發(fā)揮功能相應(yīng)的電子密度的第I 二維電子氣層6a。也就是說(shuō)，并未圖示出電子渡越層3中的與厚度極薄的電子供給層4形成異質(zhì)結(jié)從而生成的二維電子氣層。
[0039]并且，若對(duì)柵極電極9施加規(guī)定閾值以上的柵極電壓，則會(huì)在電子渡越層3中的柵槽7的底面以及底面附近的區(qū)域誘導(dǎo)電子，生成基于柵極電壓的第2 二維電子氣層6b。具體而言，由于柵槽7為錐形，因此第2 二維電子氣層6b在電子渡越層3中的、與柵槽7的底面對(duì)置(接觸)的部分、以及隔著厚度薄的(柵槽7的底面附近的)電子供給層4與柵槽7的底面?zhèn)鹊膫?cè)面對(duì)置的部分生成。換言之，第2 二維電子氣層6b在位于被配置在柵槽7的底面?zhèn)鹊臇艠O電極9的正下方的部分生成。
[0040]S卩，第2 二維電子氣層6b以與第I 二維電子氣層6a的一部分重疊的狀態(tài)被生成。也就是說(shuō)，柵槽7為側(cè)面相對(duì)于電子渡越層3與電子供給層4的界面傾斜的錐形，以便生成與第I 二維電子氣層6a的一部分重疊的第2 二維電子氣層6b。據(jù)此，能夠抑制在源極電極10與漏極電極11的電流路徑上形成電子密度低的區(qū)域。
[0041]并且，通過(guò)生成第2 二維電子氣層6b，在源極電極10與漏極電極11之間形成電流路徑，電子在源極電極10、電子供給層4、第I 二維電子氣層6a、第2 二維電子氣層6b、第I二維電子氣層6a、電子供給層4，漏極電極11的路徑上流動(dòng)而處于導(dǎo)通狀態(tài)。
[0042