A2具有25%至50%的Al濃度，并具有約為2至20nm的厚度。低-Al阻擋層BAl可具有10%至25%的Al濃度，并具有約為5至50nm的厚度。每層厚度的上限根據(jù)點缺陷產(chǎn)生等被確定為臨界厚度。當(dāng)使用Al濃度為15%且厚度為22nm的AlGaN層作為低-Al阻擋層BAl時，二維電子氣2DEG具有約為2.5E12/cm2的濃度。例如，二維電子氣2DEG的這種濃度不會使第二實施例的半導(dǎo)體器件的閾值電壓降低。在無溝槽T的區(qū)域(具有未被蝕刻的阻擋層BA的區(qū)域)中，由于高-Al阻擋層BA2(Al濃度為40%，厚度為9nm)，由阻擋層BAl和阻擋層BA2產(chǎn)生的二維電子氣2DEG的濃度約為lE13/cm2，因此充分降低了漏極與柵極之間的，以及源極和柵極之間的接入電阻。當(dāng)使用低-Al阻擋層BAl和高-Al阻擋層BA2的多層膜作為阻擋層BA時，緩沖層BU(表示為AlxGa1-JO、阻擋層BAl (表示為AlyGa^yN)和阻擋層BA2(表示為AlzGahN)的Al濃度(x，y，z)具有x<y<z的關(guān)系。也可以使用InAlN作為阻擋層BA的材料。在使用InAlN層的情況下，也應(yīng)使用低-Al阻擋層BAl和高-Al阻擋層BA2的多層膜作為阻擋層BA。
[0177]制造方法的描述
[0178]隨后，參考圖22至28，將描述制造第二實施例的半導(dǎo)體器件的方法，同時進(jìn)一步說明半導(dǎo)體器件的配置。圖22至28是示出第二實施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的各個截面圖。
[0179]如圖22所示，在襯底S上順序形成成核層NUC、應(yīng)變緩和層STR、緩沖層BU、溝道層CH、阻擋層BAl和BA2，以及絕緣膜IF。可以使用與第一實施例相同的材料和相同的方法，形成成核層NUC、應(yīng)變緩和層STR、緩沖層BU和溝道層CH。隨后，在溝道層CH上形成包括低-Al阻擋層BAl和高-Al阻擋層BA2的阻擋層BA。例如，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝等，在溝道層CH上異質(zhì)外延生長Al濃度為10%至25%且厚度為5至50nm的AlGaN層作為低-Al阻擋層BAl。隨后，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝等，在低-Al阻擋層BAl上異質(zhì)外延生長Al濃度為25%至50%且厚度為2至20nm的AlGaN層作為高-Al阻擋層BA2 Al濃度可通過改變用于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝中的Al氣源的流量來調(diào)節(jié)。隨后，與第一實施例相同，在阻擋層BA上形成氮化硅膜作為絕緣膜IF，并形成未描繪的元件隔離區(qū)(見圖3)。
[0180]隨后，如圖23至25所示，形成包括開口 OAl和0A2的溝槽T。
[0181]例如，如圖23所示，在絕緣膜IF上形成光致抗蝕膜PRl，然后通過光刻工藝移除柵極電極形成區(qū)(區(qū)域ASB和區(qū)域ADB)中的光致抗蝕膜PRl。
[0182]隨后，用光致抗蝕膜PRl作為掩模，干蝕刻絕緣膜IF和高-Al阻擋層BA2，從而形成穿過絕緣膜IF和高-Al阻擋層BA2的、并暴露低-Al阻擋層BAl的表面的開口 0A1。換句話說，通過蝕刻移除厚度為Tl的高-Al阻擋層BA2。蝕刻氣體包括與第一實施例中的蝕刻一樣的氣體。在這種情況下，厚度為T2的低-Al阻擋層BAl保留在開口的OAl的底面上。在蝕刻高-Al阻擋層BA2之后，可蝕刻低-Al阻擋層BAl到某個深度。隨后，移除光致抗蝕膜PR1。
[0183]隨后，如圖24所示，在絕緣膜IF和低-Al阻擋層BAl上形成光致抗蝕膜PR2，并通過光刻工藝移除區(qū)域ADB中的光致抗蝕膜PR2。換句話說，在絕緣膜IF和低-Al阻擋層BAl上形成，在區(qū)±|UDB中有開口的光致抗蝕膜PR2。
[0184]隨后，用光致抗蝕膜PR2作為掩模，干蝕刻低-Al阻擋層BAl和溝道層CH，從而形成穿過絕緣膜IF和阻擋層BA(低-Al阻擋層BAl和高-Al阻擋層BA2)到達(dá)溝道層CH的中間的開口 0A2。蝕刻氣體包括與第一實施例中的蝕刻一樣的氣體。阻擋層BA和溝道層CH的蝕刻移除部分具有總厚度T3。厚度T3對應(yīng)于開口 OAl的底面和開口 0A2的底面之間的水平差。隨后，移除光致抗蝕膜PR2。
[0185]因此，如圖25所示，形成具有淺底部SB和深底部DB的溝槽T。各淺底部SB對應(yīng)于開口 OAl的底面，深底部DB對應(yīng)于開口 0A2的底面。如上所述，開口 OAl被形成為包圍開口 0A2(見圖2)。
[0186]隨后，如圖26和27所示，在絕緣膜IF上方和其間有柵極絕緣膜GI的溝槽T的內(nèi)部上方形成柵極電極GE?？梢孕纬膳c第一實施例一樣的柵極絕緣膜GI和柵極電極GE。例如，如圖26所示，疊置柵極絕緣膜GI的材料和柵極電極GE的材料。隨后，如圖27所示，用光致抗蝕膜PR3作為掩模蝕刻這種材料。隨后，移除光致抗蝕膜PR3。
[0187]隨后，如圖28所示，在絕緣膜IF和柵極電極GE上方形成層間絕緣膜ILl，然后形成源極電極SE和漏極電極DE。隨后，在層間絕緣膜ILl、源極電極SE和漏極電極DE上方形成層間絕緣膜IL2。可以使用與第一實施例相同的材料和相同的方法形成層間絕緣膜IL1、源極電極SE、漏極電極DE和層間絕緣膜IL2的每一個。隨后，如第一實施例所述，形成插塞(PG)和互連(諸如源極線SL和漏極線DL)。可以在頂部互連上形成保護(hù)膜。
[0188]通過上述步驟可以形成第二實施例的半導(dǎo)體器件。這種步驟僅僅是示例，第二實施例的半導(dǎo)體器件可通過其他步驟制造。
[0189]雖然在第二實施例中阻擋層BA具有雙層結(jié)構(gòu)，但阻擋層BA可配置為三層或三層以上。在這種情況下，優(yōu)選從靠近緩沖層BU的一側(cè)順序增加Al濃度。
[0190] 第三實施例
[0191 ]現(xiàn)在參考附圖，將詳細(xì)描述第三實施例的半導(dǎo)體器件。
[0192]結(jié)構(gòu)說明
[0193]圖29是示出第三實施例的半導(dǎo)體器件的配置的截面圖。圖29示出的第三實施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體元件)是一種包括氮化物半導(dǎo)體的MIS場效應(yīng)晶體管。該半導(dǎo)體器件可被用作為功率晶體管的高電子迀移率晶體管類型。第三實施例的半導(dǎo)體器件是一種所謂的凹陷柵極半導(dǎo)體器件。
[0194]與第一實施例(圖1)相同，第三實施例的半導(dǎo)體器件具有以該順序提供在襯底S上的成核層NUC、應(yīng)變緩和層STR、緩沖層BU和溝道層CH。阻擋層BAl提供在溝道層CH上，且絕緣膜IF提供在阻擋層BAl上。
[0195]在第三實施例中，阻擋層BAl具有開口 0A2，絕緣膜IF具有開口 OAl。阻擋層BA2提供在開口0A2兩側(cè)的阻擋層BAl上。阻擋層BA2具有大于阻擋層BAl的電子親和力。例如，開口OAl被布置為包圍在柵極電極GE形成區(qū)內(nèi)的開口 0A2的形成區(qū)(見圖2)。
[0196]開口 OAl穿過絕緣膜IF到達(dá)阻擋層BA2的表面(見圖33)。開口 OAl的底面對應(yīng)于阻擋層BA2的表面。開口 0A2穿過絕緣膜IF和阻擋層BAl和BA2到達(dá)溝道層CH的中間(見圖34)。開口 0A2的底面位于溝道層CH內(nèi)。換句話說，溝道層CH從開口 0A2的底面暴露出來。開口 0A2的形成區(qū)稱為區(qū)域ADB。開口 OAl的端部和開口 0A2的端部之間的區(qū)域稱為區(qū)域ABA2。無溝槽T的區(qū)域稱為區(qū)域AF。區(qū)域ABA2對應(yīng)于阻擋層BA2的形成區(qū)。
[0197]柵極電極GE提供在包括開口OAl和開口0A2的溝槽T內(nèi)，以及其間有柵極絕緣膜GI的絕緣膜IF上。
[0198]在第三實施例中，產(chǎn)生在溝道層CH和阻擋層BAl之間的界面附近的二維電子氣2DEG，也由其中具有柵極電極GE的開口 0A2隔開。因此，第三實施例的半導(dǎo)體器件，在沒有向柵極電極GE施加正電位(閾值電位)期間保持截止，在向柵極電極GE施加正電位(閾值電位)期間保持導(dǎo)通。這樣，半導(dǎo)體器件執(zhí)行常閉操作。
[0199]因此，緩沖層BU提供在溝道層CH的下面，從而極化電荷(負(fù)固定電荷)PC產(chǎn)生在溝道層CH和緩沖層BU之間的界面附近的緩沖層BU中。該極化電荷PC增加了導(dǎo)帶，因此，允許閾值電位上升到正的一側(cè)(見圖15)。這提高了常閉的可操作性。
[0200]源極電極SE提供在柵極電極GE—側(cè)(圖29中的左側(cè)上)的阻擋層BAl上。漏極電極DE提供在柵極電極GE另一側(cè)(圖29中的右側(cè)上)的阻擋層BAl上。源極電極SE和漏極電極DE都布置在提供在層間絕緣膜ILl中的接觸孔Cl中和接觸孔Cl上。源極電極SE和漏極電極DE用層間絕緣膜IL2覆蓋。
[0201]第三實施例也被配置為，使得電子親和力大于阻擋層BAl的阻擋層BA2布置在開口0A2兩側(cè)的區(qū)域(區(qū)域ABA2)中的阻擋層BAl上，這降低了在區(qū)域(區(qū)域ABA2)中的二維電子氣2DEG的濃度。具體來說，具有大的電子親和力的阻擋層BA2降低了下層阻擋層BAl的壓電極化效應(yīng)，因此降低了二維電子氣2DEG的濃度。因此降低了在開口 0A2兩側(cè)上的二維電子氣2DEG的濃度，從而防止了極化電荷PC的導(dǎo)帶增強(qiáng)效應(yīng)的降低。這防止了閾值電位的降低，因此提高了常閉的可操作性。
[0202]提供阻擋層BA2允許單獨(dú)調(diào)節(jié)在開口 0A2兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)域ABA2)和開口 OAl兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)域AF)之間的二維電子氣2DEG的濃度。具體來說，阻擋層BA2不提供在開口 OAl兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)±或六？)中，這允許區(qū)域AF中的二維電子氣2DEG的濃度比區(qū)±或六8六2中的二維電子氣2DEG的濃度高。這允許導(dǎo)通電阻能夠降低。
[0203]當(dāng)將閾值電位施加到開口0A2兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)域ABA2)中的柵極電極GE上時，在那里感應(yīng)了溝道。這允許導(dǎo)通電阻能夠降低。
[0204]提供兩個具有不同深度的開口(0A1、0A2)，將柵極電極GE下面的電場集中部分分成了兩個(見圖29中被虛線包圍的圓形部分)。這緩和了電場濃度，從而增加了柵極擊穿電壓。
[0205]例如，使用AlGaN層作為第三實施例的半導(dǎo)體器件的阻擋層BA1，并使用GaN層作為其阻擋層BA2 ο例如，使用Al濃度為5 %的AlGaN層作為緩沖層BU，使用GaN層作為溝道層CH，并使用Al濃度為30 %且厚度約為12mm的AlGaN層作為阻擋層BAl。在這種情況下，在開口 OAl兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)域AF)中，二維電子氣具有約8E12/cm2的濃度。這樣，充分降低了漏極和柵極之間的和源極和柵極之間的接入電阻。在具有GaN層的、作為阻擋層BA2的區(qū)域(區(qū)域ABA2)中，二維電子氣2DEG的濃度是低的，例如，約為lE12/cm2至5E12/cm2。這種濃度不會使閾值電壓降低。
[0206]在第三實施例中，如隨后的制造方法所述，在開口0A2兩側(cè)上的區(qū)域(區(qū)域ABA2)中，不直接蝕刻阻擋層BAl，因此抑制了二維電子氣2DEG的變化，因此容易獲得二維電子氣2DEG的所需濃度。
[0207]例如，第三實施例的半導(dǎo)體器件的每個部分的平面布局可以類似于第一實施例(見圖2和3)。
[0208]第三實施例的半導(dǎo)體器件的每個部分的材料可以類似于第一實施例。
[0209]制造方法的描述
[0210]隨后，參考圖30至35，將描述制造第三實施例的半導(dǎo)體器件的方法，同時進(jìn)一步說明半導(dǎo)體器件的配置。圖30至35是示出第三實施例的半導(dǎo)體器件的制造步驟的各個截面圖。
[0211]如圖30所示，在襯底S上順序形成成核層NUC、應(yīng)變緩和層STR、緩沖層BU、溝道層CH和阻擋層BAl和M2?？梢允褂门c第一實施例相同的材料和相同的方法，形成成核層NUC、應(yīng)變緩和層STR、緩沖層BU和溝道層CH。隨后，在溝道層CH上順序形成阻擋層BAl和阻擋層BA2。例如，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝等，在溝道層CH上異質(zhì)外延生長Al濃度為25%至40%且厚度為5至30nm的AlGaN層作為阻擋層BAl。隨后，通過金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積工藝等，在阻擋層BAl上異質(zhì)外延生長厚度為5至20nm的GaN層作為阻擋層BA2。例如，設(shè)計二維電子氣2DEG在開口OAl兩側(cè)的區(qū)域(區(qū)域AF)中具有5E12/cm2至lE13/cm2的濃度，二維電子氣2DEG在具有GaN層的區(qū)域(區(qū)±或六8六2)中具有約為IE12/cm2至5E12/cm2的濃度。
[0212]隨后，如圖31所示，在阻擋層BA2上形成光致抗蝕膜PR41，然后通過光刻工藝在區(qū)域ADB和區(qū)域ABA2中留下光致抗蝕膜PR41。隨后，用光致抗蝕膜PR41作為掩模，干蝕刻阻擋層BA2，從而在區(qū)域ADB和區(qū)域ABA2中留下阻擋層BA2。蝕刻氣體包括用于蝕刻第一實施例中描述的GaN層的氣體。隨后，移除光致抗蝕膜PR41。
[0213]隨后，如圖32所示，例如，與第一實施例一樣，在阻擋層BAl和阻擋層BA2上形成氮化硅膜作為絕緣膜IF。隨后，與第一實施例一樣，形成未描繪的元件隔離區(qū)(見圖3)。
[0214]隨后，如圖33和34所示，形成開口 OAl和開口 0A2。例如，開口 OAl被形成為包圍開口0A2(見圖2)。如圖33所示，在絕緣膜IF上形成光致抗蝕膜PR42，然后通過光刻工藝移除在區(qū)±|UBA2和區(qū)域ADB中的光致抗蝕膜PR42。
[0215]隨后，用光致抗蝕膜PR42作為掩模，干蝕刻絕緣膜IF，從而形成開口OAl。阻擋層BA2從開口 OAl的底面暴露出來。蝕刻氣體包括與第一實施例中的蝕刻一樣的氣體。隨后，移除光致抗蝕膜PR42。由于蝕刻的掩模錯位或尺寸誤差，可使寬度約為0.1ym的絕緣膜IF留在阻擋層ΒΑ2上。此外，可蝕刻阻擋層BAl上的絕緣膜IF約0.Ιμπι的寬度。
[0216]隨后，如圖34所示，在絕緣膜IF和阻擋層ΒΑ2上形成光致抗蝕膜PR43，并通過光刻工藝移除區(qū)域ADB中的光致抗蝕膜PR43。隨后，用光致抗蝕膜PR43作為掩模，干蝕刻阻擋層ΒΑ