半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文所討論的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為氮化物半導(dǎo)體的GaN(氮化鎵)、AlN(氮化鋁)和InN(氮化銦)或者包含其混合晶體的材料具有寬的帶隙，并且已用于高功率電子器件、短波長發(fā)光器件等。上述器件中，作為高功率電子器件，已經(jīng)開發(fā)了一種與場效應(yīng)晶體管(FET)、特別是高電子迀移率晶體管(HEMT)相關(guān)聯(lián)的技術(shù)。因?yàn)槭褂眠@樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT可以實(shí)現(xiàn)大電流、高電壓以及低導(dǎo)通電阻操作，所以已被用于高功率和高效率放大器、高功率開關(guān)器件等。
[0003]例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN具有3.4eV的帶隙，大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，并且具有高的擊穿電場強(qiáng)度。因此，GaN非常有望作為用于用來獲得高電壓操作和高功率的電源的半導(dǎo)體器件的材料。
[0004]上述HEMT的示例包括使用GaN作為電子渡越層和使用AlGaN (氮化鋁鎵)作為電子供給層的HEMT。在使用GaN作為電子渡越層和使用AlGaN作為電子供給層的HEMT中，在AlGaN中產(chǎn)生因GaN的光柵常數(shù)與AlGaN的光柵常數(shù)之間的差而引起的畸變。因由此產(chǎn)生的AlGaN的自發(fā)極化與壓電極化之間的差，所以在電子渡越層中生成了高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，HEMT已預(yù)期作為用于電動車輛等的高效率開關(guān)元件和高耐受電壓功率器件。近年來，為了降低襯底成本，已經(jīng)研發(fā)了一種在低成本的Si襯底上生長由氮化物半導(dǎo)體形成的HEMT的技術(shù)。
[0005]然而，在通過在襯底(例如，Si襯底)上使用氮化物半導(dǎo)體生長電子渡越層和電子供給層來形成HEMT的情況下，當(dāng)襯底具有導(dǎo)電性時，氮化物半導(dǎo)體層被施加強(qiáng)的電場。在這樣的情況下，最強(qiáng)的電場因大的電勢位移而特別施加于漏電極的端部，從而在漏電極的端部處可能發(fā)生擊穿等，導(dǎo)致可靠性降低。
[0006]因此，在包括形成在襯底(例如，Si襯底)上的氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件中，期望一種在漏電極的端部處不發(fā)生擊穿等的高可靠性的半導(dǎo)體器件。
[0007]以下為參考文件。
[0008][文件I]日本早期公開專利公報(bào)第2002-359256號和
[0009][文件2]日本早期公開專利公報(bào)第10-32349號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種半導(dǎo)體器件包括:形成在襯底上方的第一氮化物半導(dǎo)體層；形成在第一氮化物半導(dǎo)體層上方的第二氮化物半導(dǎo)體層；形成在第二氮化物半導(dǎo)體層和第一氮化物半導(dǎo)體層的一部分中的元件隔離區(qū)域；形成在第二半導(dǎo)體層和元件隔離區(qū)域上方的柵電極、源電極和漏電極；以及以從漏電極的側(cè)表面的上部突出的方式形成的漏極場板。
【附圖說明】
[0011]圖1是一種半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0012]圖2A和圖2B是一種半導(dǎo)體器件的橫截面圖；
[0013]圖3是第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0014]圖4A和圖4B是第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；
[0015]圖5A和圖5B是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖⑴；
[0016]圖6A和圖6B是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖⑵；
[0017]圖7A和圖7B是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖(3);
[0018]圖8A和圖SB是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖⑷；
[0019]圖9A和圖9B是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖(5);
[0020]圖1OA和圖1OB是用于制造第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(6)；
[0021]圖11是一種半導(dǎo)體器件的漏極電壓Vd與漏極電流Id的特性圖；
[0022]圖12是第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0023]圖13A和圖13B是第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；
[0024]圖14A和圖14B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(1);
[0025]圖15A和圖15B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(2)；
[0026]圖16A和圖16B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(3)；
[0027]圖17A和圖17B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(4);
[0028]圖18A和圖18B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(5)；
[0029]圖19A和圖19B是用于制造第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(6)；
[0030]圖20是第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0031]圖21A和圖21B是第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的橫截面圖；
[0032]圖22A和圖22B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(1);
[0033]圖23A和圖23B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(2)；
[0034]圖24A和圖24B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(3)；
[0035]圖25A和圖25B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(4);
[0036]圖26A和圖26B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(5)；
[0037]圖27A和圖27B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(6)；
[0038]圖28A和圖28B是用于制造第三實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的方法的過程的圖
(7)；
[0039]圖29是第四實(shí)施方案中的分立封裝的半導(dǎo)體器件的示意圖；
[0040]圖30是第四實(shí)施方案中的電源裝置的電路圖；以及
[0041]圖31是第四實(shí)施方案中的高功率放大器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方案
[0042]下面描述實(shí)施方案。由相同的附圖標(biāo)記指定相同的部件等，并且省略其描述。
[0043]首先，在作為半導(dǎo)體器件的HEMT中，參照圖1、圖2A和圖2B來描述在漏電極的端部處發(fā)生的擊穿。通過在Si襯底上晶體生長氮化物半導(dǎo)體來形成具有圖1、圖2A和圖2B中所示結(jié)構(gòu)的HEMT。圖2A是沿圖1中長短交替的虛線IIA-1IA截取的橫截面圖。圖2B是沿圖1中長短交替的虛線IIB-1IB截取的橫截面圖。
[0044]在具有圖1、圖2A和圖2B中所示結(jié)構(gòu)的HEMT中，在Si襯底910等上形成有緩沖層911，并且在緩沖層911上堆疊有電子渡越層921和電子供給層922。緩沖層911由A1N、AlGaN等形成。電子渡越層921由i_GaN等形成。電子供給層922由i_AlGaN等形成。由此，在電子渡越層921中、電子渡越層921與電子供給層922之間的界面附近生成2DEG 921a。
[0045]通過執(zhí)行Ar等的離子注入，在電子供給層922和電子渡越層921的一部分中形成元件隔離區(qū)域940a和940b，并且通過由此形成的元件隔離區(qū)域940a和940b來實(shí)現(xiàn)元件隔離。
[0046]在電子供給層922上，形成有柵電極931、源電極932和漏電極933。具體地，漏電極933形成在中心部分中，并且源電極932形成在漏電極933的兩側(cè)的每一側(cè)處。更具體地，漏電極933形成在兩個源電極932之間。在漏電極933與源電極932之間各形成有形成柵電極931的一部分的柵極指(gate finger)931a。柵電極931具有由此形成的兩個柵極指931a和用于連接兩個柵極指931a的柵極指連接部931b。源電極932和漏電極933形成為細(xì)和長的矩形形狀，并且以縱向方向?yàn)閹缀跸嗤姆较虻姆绞叫纬伞?br>[0047]形成在電子供給層922上的柵電極931的柵極指931a、源電極932和漏電極933以從一個元件隔離區(qū)域940a上方延伸到另一元件隔離區(qū)域940b上方的方式形成。柵電極931的柵極指連接部931b形成在一個元件隔離區(qū)域940a上。
[0048]在具有這樣的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，在一些實(shí)例中使用摻雜雜質(zhì)元素(例如，硼(B))以成為具有低電阻的P型襯底的Si襯底910等。在形成膜時的加熱和熱處理中，包含在電子渡越層921中的Ga擴(kuò)散到襯底910中，并且擴(kuò)散的Ga用作Si襯底910等中的雜質(zhì)元素，所以在一些實(shí)例中襯底910的電阻變低。由此，在襯底910的電阻低時，在漏電極933的端部處發(fā)生電場集中。由此，當(dāng)漏電極933被施加高電壓時，在漏電極933的端部附近發(fā)生擊穿。具體地，在包含GaN、AlGaN等的氮化物半導(dǎo)體中，在一些實(shí)例中施加相對高的電壓。當(dāng)施加相對高的電壓時，在形成在元件隔離區(qū)域940a上的漏電極933的端部處同樣發(fā)生擊穿。圖1是示出了 HEMT的結(jié)構(gòu)的一部分的圖，并且具有這樣的結(jié)構(gòu)的HEMT可以重復(fù)形成。
[0049]第一實(shí)施方案
[0050]半導(dǎo)體器件
[0051]接下來，參照圖3、圖4A和圖4B來描述本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件。圖4A是沿圖3中長短交替的虛線IVA-1VA截取的橫截面圖。圖4B是沿圖3中長短交替的虛線IVB-1VB截取的橫截面圖。
[0052]在作為本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的HEMT中，在Si襯底10等上形成有緩沖層11，并且在緩沖層11上堆疊有作為第一半導(dǎo)體層的電子渡越層21和作為第二半導(dǎo)體層的電子供給層22。緩沖層11由AlN