具备hemt即高电子迁移率晶体管的半导体装置的制造方法
【专利说明】具备HEMT即高电子迁移率晶体管的半导体装置
[0001]相关申请的相互参照
[0002]本申请基于在2013年4月11日申请的日本申请号2013-83173，在此援引其记载内容。
技术领域
[0003]本申请涉及具备高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor:HEMT)的半导体装置。
【背景技术】
[0004]以往提出了具备常断型的HEMT的半导体装置(例如参照专利文献I)。
[0005]具体而言，在该半导体装置中，构成为采用在电子渡越层上以形成异质结的方式层叠电子供给层而成的衬底。并且，在电子供给层中，形成有到达电子渡越层且与电子渡越层和电子供给层的界面垂直的栅槽(gate recess)，在栅槽上隔着绝缘膜形成有栅极电极。此外，在电子供给层上，形成有源极电极以及漏极电极。
[0006]在这样的半导体装置中，形成有到达电子渡越层的栅槽，在电子渡越层中的位于栅槽的底面正下方的部分，不生成基于异质结的二维电子气层。
[0007]并且，若对栅极电极施加规定阈值以上的电压，则在电子渡越层中的位于栅极电极的正下方的部分生成基于栅极电压的二维电子气层。因此，基于异质结的二维电子气层与基于栅极电压的二维电子气层在源极电极与漏极电极之间形成电流路径(沟道)，电流在源极电极一漏极电极之间流动从而进入导通状态。
[0008]g卩，在上述具备HEMT的半导体装置中，能够得到在未对栅极电极施加规定阈值以上的栅极电压的状态下源极电极一漏极电极之间处于截断状态的常断特性。
[0009]可是，在上述具备HEMT的半导体装置中，形成为栅槽垂直于电子渡越层与电子供给层的界面。因此，在电子渡越层中的位于在栅槽的侧面形成的绝缘膜的正下方的部分，难以生成基于栅极电压的二维电子气层。因此，在电子渡越层中的位于在栅槽的侧面形成的绝缘膜的正下方的部分，基于异质结的二维电子气层与基于栅极电压的二维电子气层都难以生成，即便处于导通状态，电子密度也低。因此，在半导体装置中流动的最大电流变小。
[0010]现有技術文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献I (日本)特开2012 — 12442号公报
【发明内容】
[0013]本申请的目的在于提供一种半导体装置。
[0014]在本申请的方式中，半导体装置具有常断型的HEMT，该常断型的HEMT具备:第I半导体层；第2半导体层，与所述第I半导体层形成异质结，生成基于异质结的第I 二维电子气层；栅槽，形成于所述第I半导体层；绝缘膜，配置于所述栅槽的壁面；以及栅极电极，配置在所述绝缘膜上。所述栅槽的底面侧的宽度窄于开口部侧的宽度。所述栅极电极沿所述栅槽的侧面配置。在对所述栅极电极施加了规定阈值以上栅极电压时，在所述第2半导体层中，基于所述栅极电压的第2 二维电子气层^b)以与所述第I 二维电子气层的一部分重叠的状态被生成。
[0015]根据上述的半导体装置，由于第1、第2 二维电子气层重叠，因此能够抑制形成电子密度低的区域，能够抑制最大电流变小。
【附图说明】
[0016]本申请的上述目的以及其他目的、特征或优点通过一边参照附图一边进行下述的详细记述而变得更为明确。在附图中，
[0017]图1是本申请的第I实施方式的具备HEMT的半导体装置的剖面图，
[0018]图2是表示最大电流与下述角度的关系的图，其中，该角度为栅槽的侧面与电子渡越层和电子供给层这两层的界面所成的角度，
[0019]图3是表示本申请的第I实施方式的具备HEMT的半导体装置的变形例的剖面图，
[0020]图4是本申请的第2实施方式的具备HEMT的半导体装置的剖面图，
[0021]图5是表示本申请的第2实施方式的具备HEMT的半导体装置的变形例的剖面图，
[0022]图6是本申请的其他实施方式的具备HEMT的半导体装置的剖面图。
【具体实施方式】
[0023]以下，基于【附图说明】本申请的实施方式。另外，在以下的各实施方式之间，对相互相同或等同的部分赋予相同标记而进行说明。
[0024](第I实施方式)
[0025]参照【附图说明】本申请的第I实施方式。本实施方式的具备HEMT的半导体装置利用将支持衬底1、缓冲层2、电子渡越层3、电子供给层4依次层叠而成的衬底5来构成。另夕卜，在本实施方式中，电子供给层4与本申请的第I半导体层相当，电子渡越层3于本申请的第2半导体层相当。
[0026]支持衬底I采用Si衬底、SiC衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底等，缓冲层2采用用于使支持衬底I的晶格常数与电子渡越层3的晶格常数匹配的化合物层等。另外，由于缓冲层2并不直接涉及HEMT的动作，因此，特别是在支持衬底I为如GaN衬底那样的自支撑衬底或蓝宝石衬底等时，也可以不具备缓冲层2。
[0027]电子渡越层3在电子供给层4侧的一面附近生成有作为电流路径(沟道)发挥功能的电子密度高的第1、第2 二维电子气层6a，6b，例如采用氮化镓(GaN)。
[0028]电子供给层4采用具有比电子渡越层3大的禁带宽度的材料，与电子渡越层3形成异质结。据此，在电子渡越层3中，通过自发极化以及压电极化，在与电子供给层4的界面附近生成第I 二维电子气层6a。作为这样的电子供给层4，例如采用氮化铝镓(AlGaN)。
[0029]并且，在电子供给层4中，形成有到达电子渡越层3的栅槽7。
[0030]本实施方式的栅槽7为宽度从开口部侧朝向底面逐渐变窄的锥形。更详细而言，栅槽7的相对的侧面相对于电子渡越层3与电子供给层4的界面分别倾斜，在本实施方式中，界面与相对的侧面所成的角度Θ为50°以下。另外，栅槽7的宽度是指对置的侧面的间隔(图1中纸面左右方向的长度)。
[0031]此外，在栅槽7的壁面以及电子供给层4上形成有绝缘膜8，在形成于栅槽7的壁面的绝缘膜8上，埋入有由多晶硅或金属等形成的栅极电极9。
[0032]另外，绝缘膜8沿栅槽7的壁面形成，栅极电极9为宽度朝向栅槽7的底面变窄的锥形。即，可以说栅极电极9中的位于栅槽7的侧面上的部分相对于电子渡越层3与电子供给层4的界面倾斜。此外，绝缘膜8中的形成于栅槽7的壁面的部分作为栅极绝缘膜发挥功能。
[0033]在绝缘膜8中的形成于电子供给层4上的部分，以隔着栅槽7(栅极电极9)的方式形成有2个开口部8a，8b。并且，在一方的开口部8a配置有源极电极10，在另一方的开口部8b配置有漏极电极11。
[0034]源极电极10以及漏极电极11与电子供给层4形成欧姆接触，经由电子供给层4与第I 二维电子气层6a电连接。这样的源极电极10以及漏极电极11例如由Ti/Al层形成。
[0035]以上为本实施方式的具备HEMT的半导体装置的构成。接着，说明上述具备HEMT的半导体装置的动作。
[0036]在上述具备HEMT的半导体装置中，在电子渡越层3中的与电子供给层4形成异质结的界面附近，生成有第I 二维电子气层6a。另外，由于栅槽7形成为到达电子渡越层3，因此第I 二维电子气层6a在栅槽7的底面正下方的部分并未形成。S卩，也可以说第I 二维电子气层6a由栅槽7分断。
[0037]因此，在上述具备HEMT的半导体装置中，能够得到在未对栅极电极9施加规定阈值以上的栅极电压的情况下在源极电极10与漏极电极11之间不形成电流路径而处于截断状态这一常断特性。
[0038]另外，第I 二维电子气层6a通过电子渡越层3与电子供给层4的异质结来生成，但在电子渡越层3中的与厚度极薄的电子供给层4形成异质结的部分，不生成具有与作为实质性的沟道发挥功能相应的电子密度的二维电子气层。因此，在图1中，只图示出具有与作为实质性的沟道发挥功能相应的电子密度的第I 二维电子气层6a。也就是说，并未图示出电子渡越层3中的与厚度极薄的电子供给层4形成异质结从而生成的二维电子气层。
[0039]并且，若对栅极电极9施加规定阈值以上的栅极电压，则会在电子渡越层3中的栅槽7的底面以及底面附近的区域诱导电子，生成基于栅极电压的第2 二维电子气层6b。具体而言，由于栅槽7为锥形，因此第2 二维电子气层6b在电子渡越层3中的、与栅槽7的底面对置(接触)的部分、以及隔着厚度薄的(栅槽7的底面附近的)电子供给层4与栅槽7的底面侧的侧面对置的部分生成。换言之，第2 二维电子气层6b在位于被配置在栅槽7的底面侧的栅极电极9的正下方的部分生成。
[0040]S卩，第2 二维电子气层6b以与第I 二维电子气层6a的一部分重叠的状态被生成。也就是说，栅槽7为侧面相对于电子渡越层3与电子供给层4的界面倾斜的锥形，以便生成与第I 二维电子气层6a的一部分重叠的第2 二维电子气层6b。据此，能够抑制在源极电极10与漏极电极11的电流路径上形成电子密度低的区域。
[0041]并且，通过生成第2 二维电子气层6b，在源极电极10与漏极电极11之间形成电流路径，电子在源极电极10、电子供给层4、第I 二维电子气层6a、第2 二维电子气层6b、第I二维电子气层6a、电子供给层4，漏极电极11的路径上流动而处于导通状态。
[0042