化合物半導體器件及其製造方法

2023-05-28 06:07:56 1

化合物半導體器件及其製造方法
【專利摘要】公開了一種化合物半導體器件及其製造方法，所述化合物半導體器件包括：化合物半導體層；保護絕緣膜，其覆蓋化合物半導體層的頂部；以及柵電極，其在保護絕緣膜上形成，其中保護絕緣膜具有第一溝道和與第一溝道並列形成的第二溝道，並且其中在化合物半導體層上殘存了僅具有一定預定厚度的保護絕緣膜，以及其中柵電極填充進第一溝道並且柵電極的一端離開第一溝道並且至少定位在第二溝道中。
【專利說明】化合物半導體器件及其製造方法
【技術領域】
[0001]本文所討論的實施方式關注於化合物半導體器件及其製造方法。
【背景技術】
[0002]半導體器件，尤其是氮化物半導體器件，通過利用它們的諸如高飽和電子速度、寬禁帶等特性，已作為高耐壓、高功率的半導體器件被積極地開發。對場效應電晶體，尤其是作為氮化物半導體器件的HEMT (高電子遷移率電晶體)已進行了許多報導。尤其，利用GaN作為電子渡越層(電子傳輸層，electron transit layer)並且利用AlGaN作為電子供給層(electron supply layer)的 AlGaN/GaN HEMT 已吸引了人們的關注。在 AlGaN/GaN HEMT中，由GaN與AlGaN之間的晶格常數(lattice constant)的差異導致的畸變在AlGaN中出現。由於由畸變造成的壓電極化(piezoelectric polarization)以及由於AlGaN的自發極化，獲得了高濃度二維電子氣(2DEG, two-dimensional electron gas)。這使得有可能實現高耐壓和高輸出功率。
[0003]專利文獻1:日本已公開專利公布第2003-59944號
[0004]專利文獻2:日本已公開專利公布第2000-100831號
[0005]對於HEMT，推進了針對能降低柵電容和柵電阻以改善高頻特性的柵電極的研究和開發。設計了一種HEMT,其具有由窄細柵(narrow fine gate)和其上方的寬頂柵(wideover gate)組成的所謂的突出形狀(overhanging shape)的柵電極。在此HEMT中，當施加了高漏極電壓時，高電場施加在柵電極的周圍。具體地，非常高的電場集中在細柵端與頂柵端。此高電場破壞在細柵端處的半導體晶體並且破壞在頂柵端處的覆蓋半導體表面的保護性絕緣部。在任何一種情況下，高電場會造成器件特性的退化或擊穿，從而顯著降低器件的可靠性。

【發明內容】

[0006]考慮到上述的問題，產生了本實施方式，這些實施方式的一個目的是提供一種高可靠性化合物半導體器件及其製造方法，所述高可靠性化合物半導體器件通過相對簡單的結構減輕電極周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿從而實現高耐壓和高輸出功率。
[0007]化合物半導體器件的一方面包括:化合物半導體層；保護絕緣膜，其覆蓋化合物半導體層的頂部；以及電極，其在保護絕緣膜上或者在保護絕緣膜的開口中形成，其中保護絕緣膜具有第一溝道和與第一溝道並列形成的第二溝道，並且其中在第二溝道的底部處的化合物半導體上殘存了僅具有一定厚度的保護絕緣膜，以及其中電極填充進第一溝道並且電極的一端離開第一溝道並且至少定位在第二溝道中。
[0008]製造化合物半導體器件的方法的方面包括:形成覆蓋化合物半導體層的頂部並且具有第一溝道和與第一溝道並列形成的第二溝道的保護絕緣膜，在保護絕緣膜上或者在保護絕緣膜的開口中形成填充進第一溝道並且具有離開第一溝道並且至少定位在第二溝道中的一端的電極，以及其中在第二溝道的底部處的化合物半導體上殘存了僅具有一定厚度的保護絕緣膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A至圖1C是按照處理的順序示出的製造根據第一實施方式的肖基特型(Schottky-type) AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面示圖；
[0010]圖2A至圖2C是按照處理的順序示出的在圖1A至圖1C之後的製造根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面示圖；
[0011]圖3A至圖3C是按照處理的順序示出的在圖2A至圖2C之後的製造根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面示圖；
[0012]圖4A和圖4B是示出作為比較實例的傳統AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極和漏電極之間的區域的電場的強度的圖表；
[0013]圖5A和圖5B是示出根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極和漏電極之間的區域的電場的強度的圖表；
[0014]圖6A和圖6B是表示基於與比較實例的比較所研究的根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性的結果的特性圖表；
[0015]圖7是表示基於與比較實例的比較在根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT上執行的高溫導電測試的結果的特性圖表；
[0016]圖8A至圖8C是示出製造根據第一實施方式的變形例I的肖基特型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0017]圖9是示出在圖8A至圖SC之後的製造根據第一實施方式的變形例I的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0018]圖1OA和圖1OB是示出根據第一實施方式的變形例I的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表；
[0019]圖1lA和圖1lB是表示基於與比較實例的比較所研究的根據第一實施方式的變形例I的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性的結果的特性圖表；
[0020]圖12是表示基於與比較實例的比較在根據第一實施方式的變形例I的AlGaN/GaNHEMT上執行的高溫導電測試的結果的特性圖表；
[0021]圖13A至圖13C是示出製造根據第一實施方式的變形例2肖基特型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0022]圖14A和圖14B是示出根據第一實施方式的變形例2的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表；
[0023]圖15A和圖15B是表示基於與比較實例的比較所研究的根據第一實施方式的變形例2的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性的結果的特性圖表；
[0024]圖16是表示基於與比較實例的比較在根據第一實施方式變形例2的AlGaN/GaNHEMT上執行的高溫導電測試的結果的特性圖表；
[0025]圖17A至17C是示出製造根據第一實施方式的變形例3的肖基特型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0026]圖18是示出在圖17A至圖17C之後的製造根據第一實施方式的變形例3的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0027]圖19A和圖19B是示出根據第一實施方式的變形例3的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表；
[0028]圖20A和圖20B是表示基於與比較實例的比較所研究的根據第一實施方式的變形例3的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性的結果的特性圖表；
[0029]圖21是表示基於與比較實例的比較在根據第一實施方式變形例3的AlGaN/GaNHEMT上執行的高溫導電測試的結果的特性圖表；
[0030]圖22A至圖22C是示出製造根據第二實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0031]圖23A至圖23C是示出製造根據第二實施方式的變形例I的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0032]圖24A至圖24C是示出製造根據第二實施方式的變形例2的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0033]圖25A至圖25C是示出製造根據第二實施方式的變形例3的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0034]圖26A至圖26C是示出製造根據第三實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0035]圖27A至圖27C是示出製造根據第三實施方式的變形例I的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0036]圖28A至圖28C是示出製造根據第三實施方式的變形例2的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0037]圖29A至圖29C是示出製造根據第三實施方式的變形例3的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖；
[0038]圖30是示出根據第四實施方式的供電裝置的示意性配置的連接示圖；以及
[0039]圖31是示出根據第五實施方式的高頻放大器的示意性配置的連接示圖。
【具體實施方式】
[0040]下文中，將參照附圖來詳細描述實施方式。在下面的實施方式中，化合物半導體器件的結構將與化合物半導體器件的製造方法一起描述。
[0041]應當注意，在下面的圖示中，為了便於示出，某些構件並不是以相對準確的尺寸和厚度不出。
[0042](第一實施方式)
[0043]在第一實施方式中，公開了肖基特型AlGaN/GaN HEMT作為化合物半導體器件。
[0044]圖1A至圖1C至圖3A至圖3C是按照處理的順序示出製造根據第一實施方式的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面示圖。
[0045]首先，如圖1A中所示，在例如作為生長襯底的半導體絕緣SiC襯底I上形成具有化合物半導體的層疊結構的化合物半導體層2。
[0046]可使用Si襯底、藍寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底等代替SiC襯底來作為生長襯底。襯底的導電性可以是半絕緣的或導電的。[0047]化合物半導體層2包括緩衝層2a、電子渡越層2b、中間層2c、電子供給層2d以及保護層2e。在AlGaN/GaN HEMT中，在電子渡越層2b與電子供給層2d (確切地說，中間層2c)的界面附近生成二維電子氣(2DEG)。
[0048]更具體地，在SiC襯底I上，通過(例如)M0VPE (金屬有機氣相外延)方法來生長下面的化合物半導體。可以使用MBE (分子束外延)方法等代替MOVPE方法。
[0049]在SiC襯底I上，依次沉積AIN、i (有意地未摻雜)-GaN, 1-AlGaN, n-AlGaN以及n-GaN,以堆疊並形成緩衝層2a、電子渡越層2b、中間層2c、電子供給層2d以及保護層2e。三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體以及氨氣的混合氣體用作氣體源，作為AlN、GaN、AlGaN和GaN的生長條件。根據要生長的化合物半導體層，適當地設定是否提供作為Al源的三甲基鋁氣體和作為Ga源的三甲基鎵氣體以及它們的流速。作為公共源的氨氣的流速設定成從約IOOsccm至約10LM。此外，生長氣壓設定成從約50Torr至300Torr,而生長溫度設定成從約1000°C 至約 1200°C。
[0050]例如，為了使GaN和AlGaN生長為η型，包含Si的氣體SiH4作為η型雜質以預定的流速添加至氣體源，從而用Si摻雜GaN和AlGaN。Si的摻雜濃度設定成從約I X IO1Vcm3至約 lX102°/cm3，例如，設定成 5 X IO1Vcm30
[0051]這裡，形成厚度為約0.1 μ m的緩衝層2a，形成厚度為約3 μ m的電子渡越層2b，形成厚度為約5nm的中間層2c,形成厚度為約20nm並且Al比例為從約0.2至0.3的電子供給層2d，以及形成厚度為約IOnm的保護層2e。
[0052]隨後，如圖1B中所示，形成元件隔離結構3。
[0053]更具體地，例如，將氬(Ar)注入化合物半導體層2的元件隔離區。因此，在化合物半導體層2中以及在SiC襯底I的表面層部分中形成元件隔離結構3。元件隔離結構3在化合物半導體層2上劃分出有源區。
[0054]順便提及，可使用(例如)STI (Shallow Trench Isolation,淺溝道隔離)方法代替上面的注入方法用於元件隔離。
[0055]接下來，如圖1C中所示，形成源電極4和漏電極5。
[0056]更具體地，首先在化合物半導體層2的表面中的源電極和漏電極的預定形成位置處，在保護層2e中形成電極溝道2A、2B。
[0057]在化合物半導體層2的表面中，在源電極和漏電極的預定形成位置處形成具有開口的抗蝕劑掩模。通過利用此抗蝕劑掩模，通過幹蝕刻去除保護層2e。因此，形成了電極溝道2A、2B。諸如Ar的惰性氣體和諸如Cl2的氯氣用作幹蝕刻的蝕刻氣體。這裡，可通過幹蝕刻以穿透保護層2e直至電子供給層2d的表面層部分來形成電極溝道。
[0058]例如，使用Ti/Al作為電極材料。為了形成電極，使用適合於氣相沉積方法和剝離(liftoff)方法的簷結構(eaves-structure)兩層抗蝕劑。此抗蝕劑施加在化合物半導體層2上，以形成在電極溝槽2A、2B處具有開口的抗蝕劑掩模。通過利用此抗蝕劑掩模來沉積Ti/Al。Ti的厚度是約20nm，而Al的厚度是約200nm。通過剝離方法，去除具有簷結構的抗蝕劑掩模和其上沉積的Ti/Al。之後，在例如氮保護氣氛中，在約500°C下對SiC襯底I進行熱處理，並且使殘留的Ti/Al與電子供給層2d歐姆接觸。通過上面的處理，形成了具有嵌入在Ti/Al下面的電極溝道2A、2B的源電極4和漏電極5。
[0059]隨後，如圖2A中所示，形成保護絕緣膜6。[0060]更具體地，通過等離子體CVD方法等，在化合物半導體層2的整個表面上沉積(例如)厚度為約60nm的絕緣體,例如氮化娃(SiN)。因此,形成保護絕緣膜6。
[0061]可使用氧化鋁(A1203)、氧化矽(Si02)、氮氧化矽(SiON)等代替SiN作為保護絕緣膜的材料。
[0062]接下來，如圖2B中所示，在保護絕緣膜6中形成第二溝道6b。
[0063]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司(Sumitomo Chemical C0.，Ltd.)製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為400nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影(develop)。例如，由東京應化有限公司(Tokyo Ohka Kogyo C0.，Ltd.)製造的NMD-W(商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 Ila的抗蝕劑掩模11。
[0064]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模11的幹蝕刻，使得在開口 Ila的底部處殘存僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。例如，SF6用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了寬度為約400nm並且深度例如為約30nm (殘存的保護絕緣膜6的厚度是約30nm)的第二溝道6b。第二溝道6b形成在偏向漏電極5的位置，這裡，要形成的柵電極的頂柵的0.2 μ m以上的部位包含在此溝道中。根據保護絕緣膜6的厚度、保護絕緣膜6的介電擊穿耐壓、漏極電壓與柵電壓之間的電勢差、柵電壓的擺幅的峰值等來決定第二溝道6b的深度的校正值。
[0065]通過利用氧等離子體的灰化(ashing)或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模11。
[0066]接下來，如圖2C中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6a。
[0067]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 12a的抗蝕劑掩模12。
[0068]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模12的幹蝕刻，直到保護層2e的表面在開口 12a的底部處被暴露。例如，SF6用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了第一溝道6a，其是寬度為約600nm並且暴露保護層2e的表面的貫穿溝道。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6b並列地形成第一溝道6a。
[0069]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模12。
[0070]在圖2B和圖2C中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6b之後形成第一溝道6a的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6a之後再形成第二溝道6b。
[0071]接下來，如圖3A中所示，形成用於形成柵電極的抗蝕劑掩模13。
[0072]更具體地，例如，通過旋轉塗覆方法，在整個表面上首先施加下層抗蝕劑13A (例如，PMGI (商標名稱):由美國Micro-Che公司製造)和上層抗蝕劑13B (PF1-32 (商標名稱):由住友化學有限公司製造)中的每一個。執行紫外線曝光，以在上層抗蝕劑13B中形成(例如)直徑為約1.5μπι的開口 13Ba。接下來，在利用上層抗蝕劑13B作為掩模的同時在下層抗蝕劑13A上執行利用鹼性顯影溶液的溼蝕刻，以在下層抗蝕劑13A中形成開口 13Aa。因此，形成了包括具有開口 13Aa的下層抗蝕劑13A和具有開口 13Ba的上層抗蝕劑13B的抗蝕劑掩模13。在抗蝕劑掩模13中，開口 13Aa和開口 13Ba彼此相通的開口表示為13a。
[0073]接下來，如圖3B中所示，形成柵電極7。
[0074]更具體地，利用抗蝕劑掩模13使柵電極金屬(N1:厚度為約IOnm ；Au:厚度為約300nm)沉積在包括具有開口 13a的內部的整個表面上。從而形成了柵電極7。
[0075]接下來，如圖3C中所示，去除抗蝕劑掩模13。
[0076]更具體地，Si襯底I浸沒在加熱至80 V的N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-pyrrolidinone)中，並且通過剝離方法去除抗蝕劑掩模13和不需要的柵電極金屬。
[0077]柵電極7是所謂的突出形狀，其中，在下部處的細柵7A填充進第一溝道6a的內部並且與化合物半導體層2的表面處於肖基特接觸，並且形成比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B。在柵電極7中，頂柵7B的一端(漏電極5側上的電極端，定義為OG端7Ba)位於第二溝道6b內。具體地，在第二溝道6b內，在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上的部位處形成OG端7Ba。細柵7A的在漏電極5側上的電極端是FG 端 7Aa。
[0078]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0079]下文中，將基於與比較實例的比較來描述根據此實施方式的AlGaN/GaN HEMT的操作和效果。
[0080]圖4A和圖4B是示出作為此實施方式的比較實例的傳統AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極和漏電極之間的區域的電場的強度的圖表。圖4A是AlGaN/GaNHEMT的示意性截面示圖，而圖4B表示電場強度的特性圖表。圖5A和圖5B是示出根據此實施方式的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極和漏電極之間的區域的電場的強度的圖表。圖5A是對應於圖3C的AlGaN/GaN HEMT的示意性截面示圖，而圖5B表示電場強度的特性圖表。
[0081]在比較實例的肖特基型AlGaN/GaN HEMT中，形成了如圖4A中所示的保護絕緣膜101，而不是圖3C中的保護絕緣膜6，並且形成了柵電極102，而不是柵電極7。形成了比保護絕緣膜6更薄的保護絕緣膜101並且保護絕緣膜101的厚度為(例如)約50nm。在保護絕緣膜101中，形成了開口 101a，但是沒有形成對應於第二溝道6b的溝道，所述開口 IOla是對應於保護絕緣膜6中的第一溝道6a的貫穿溝道。柵電極102以突出形狀來形成，其中窄細柵7A填充進開口 IOla並且與化合物半導體層2的表面處於肖特基接觸並且集成有寬頂柵7B。
[0082]圖4B和圖5B表示圖4A和圖5A中所畫出的虛線A與虛線B之間的電場強度，並且還表示由於電場集中在FG端和OG端處而導致的器件特性的擊穿極限的電場強度。在FG端處擊穿極限的電場強度定義為BE1，而在OG端處擊穿極限的電場強度定義為BE2。
[0083]在具有突出形狀的柵電極的HEMT中，高電場集中在FG端和OG端。在這種情況下，器件特性在FG端比在OG端更可能退化或擊穿，從而BEl低於BE2。
[0084]在比較實例的AlGaN/GaN HEMT中，如圖4B中所示，施加於OG端的電場的強度低於在OG端的擊穿極限的電場強度BE2並且相對於BE2具有相當大的餘量。相反，施加於FG端的電場的強度大致等於在FG端的擊穿極限的電場強度BEl並且相對於BEl具有很小的餘量或沒有餘量。
[0085]在比較實例中上面的情況的可能原因如下。在OG端，頂柵7B與保護絕緣膜101接觸。因此，BE2由保護絕緣膜101的擊穿極限來確定。另一方面，在FG端，細柵7A與化合物半導體層2和保護絕緣膜101接觸。化合物半導體層2中的半導體晶體在關於電場的擊穿極限方面遠低於保護絕緣膜101的絕緣體。因此，由低於BE2的化合物半導體層2的擊穿極限來確定的BE1。如上面所描述的，保護絕緣膜101在關於電場的擊穿極限方面較高，並且即使電場集中在OG端，關於擊穿極限仍相對地具有餘量，而化合物半導體層2在關於電場的擊穿極限方面較低並且如果電場集中在FG端則很可能到達擊穿極限。
[0086]在施加預定的漏極電壓的情況下，在柵電極周圍產生的電場的總量具有幾乎恆定的預定值。如上所述，由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿最可能出現在FG端，而就在OG端處的電場集中而目，作為擊芽極限的BE2存在餘量。在此實施方式中，將注意集中於這一點，在OG端的電場強度劇烈地增加至不會達到擊穿極限的極限以減輕集中在FG端上的電場。通過減輕集中在最可能到達擊穿極限的在FG端的電場，從而整體上抑制由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0087]上面的情況還與保護絕緣膜的厚度有密切的關係。保護絕緣膜越厚，集中在OG端上的電場減輕越多，以降低施加於OG端的電場的強度。與此同時，通過該降低，施加於FG端的電場的強度增加，從而造成了達到FG端的擊穿極限的可能性的增加。為了更保險地保護化合物半導體層或者為了降低柵電極與化合物半導體層之間的耦合電容以便應對高頻，要求形成厚保護絕緣膜。由於當形成厚的保護絕緣膜時在FG端達到擊穿極限的可能性增力口，所以應用此實施方式以減輕集中在FG端的電場的優越性更加突出。
[0088]在根據此實施方式的AlGaN/GaN HEMT中，在保護膜6中形成第二溝道6b，從而在第二溝道6b中的保護絕緣膜6變薄。形成柵電極7，使得OG端7Ba位於第二溝道6b中保護膜6變薄的位置處。這促進了化合物半導體層2中耗盡層的延展。如圖5B中所示，在OG端7Ba的電場強度增加至一個極限，該極限不會到達作為擊穿極限的BE2，在FG端7Aa的電場強度通過該增加而降低，從而減輕了電場集中。因此，在FG端7Aa的電場強度變得大大低於作為擊穿極限的BE1。如上面所描述的，整體上抑制了在柵電極與漏電極之間由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0089]基於與上面的比較實例的比較來研究根據此實施方式的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性。結果在圖6A和圖6B中表示。圖6A表示比較實例的結果，而圖6B表示了此實施方式的結果。這裡，實線指示在施加Vds=20V時的IV特性，而虛線指示了在施加Vds=50V時的IV特性。
[0090]在圖6B中，與圖6A相比證實了在電流崩塌(current collapse)上的改善。這意味著集中在FG端上的電場被減輕，從而抑制了通過電子陷阱的電子捕獲。
[0091]此外，基於與上面的比較實例的比較，對根據此實施方式的AlGaN/GaN HEMT執行高溫導電測試。結果在圖7中表示。
[0092]經證實，在此實施方式中，在高溫導電測試中柵電流較少變化並且與比較實例不同，沒有出現擊穿。換言之，在此實施方式中保護絕緣膜6和柵電極7的應用實現了具有極好輸出特性的高可靠AlGaN/GaN HEMT。[0093]如上所述，根據此實施方式，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT,其通過相對簡單的結構減輕柵電極7周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿從而實現高耐壓和高輸出功率。
[0094](變形例)
[0095]下文中，將描述根據第一實施方式的肖特基型AlGaN/GaN HEMT的變形例。
[0096]-變形例1-
[0097]變形例I不同於第一實施方式之處在於，要形成在保護絕緣膜中的第二溝道是不同的。應當注意，與根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0098]圖8A至圖8C和圖9是示出製造根據第一實施方式的變形例I的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0099]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2A中的處理，形成覆蓋化合物半導體層2的頂部的保護絕緣膜6。在圖8A中示出此處理結果的樣子。
[0100]隨後，如圖8B中所示，在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c。
[0101]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為400nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 14a的抗蝕劑掩模14。
[0102]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模14的幹蝕刻，使得在開口 14a中殘存僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。例如，SF6用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了寬度為約400nm並且深度為(例如)約30nm (殘存的保護絕緣膜6的厚度是約30nm)的第二溝道6c。第二溝道6c形成在偏向漏電極5的位置處，這裡，在整個溝道包含在待形成的柵電極的頂柵中的位置處。根據保護絕緣膜6的厚度、保護絕緣膜6的介電擊穿耐壓、漏極電壓與柵電壓之間的電勢差、柵電壓的擺幅的峰值等來決定第二溝道6c的深度的校正值。
[0103]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模14。
[0104]接下來，如圖8C中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6a。
[0105]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 12a的抗蝕劑掩模12。
[0106]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模12的幹蝕刻，直到保護層2e的表面在開口 12a的底部被暴露。例如，SF6用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6a，其是寬度為約600nm並且暴露保護層2e的表面的貫穿溝道。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6c並列地形成第一溝道6a。
[0107]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模12。
[0108]在圖8B和圖8C中例示了在保護絕緣膜6中形成了第二溝道6c之後形成第一溝道6a的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6a之後再形成第二溝道6c。
[0109]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖9中示出了對應於圖3C中狀態。
[0110]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A填充進第一溝道6a的內部並且與化合物半導體層2的表面處於肖基特接觸。頂柵7B填充進第二溝道6c的內部並且具有在朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為約0.1 μ m的位置處的OG端7Ba。
[0111]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接的處理，形成肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0112]下文中，將基於與比較實例的比較來描述根據變形例I的AlGaN/GaN HEMT的操作和效果。
[0113]圖1OA和圖1OB是示出根據此實施方式的變形例I的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表。圖1OA是對應於圖9的AlGaN/GaN HEMT的示意性截面圖，而圖1OB是表示電場強度的特性圖表。應當注意，比較實例中的AlGaN/GaN HEMT與圖4A中的AlGaN/GaN HEMT相同，並且其電場強度的特性曲線與圖4B中的電場強度的特性曲線相同。
[0114]圖1OB表示圖1OA中所畫出的虛線A與虛線B之間的電場強度，還表示由於電場集中在FG端和OG端處而導致的器件特性的擊穿極限的電場強度。在FG端處的擊穿極限的電場強度定義為BE1，而在OG端處的擊穿極限的電場強度定義為BE2。
[0115]在具有突出形狀的柵電極的HEMT中，高電場集中在FG端和OG端。在這種情況下，器件特性在FG端比在OG端更可能退化或擊穿，使得BEl低於BE2。
[0116]在施加預定的漏極電壓的情況下，在柵電極周圍產生的電場的總量具有幾乎恆定的預定值。如上所述，由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿最可能出現在FG端。相比之下，在FG端與OG端之間的區域中並未找到接近擊穿極限的電場強度。在變形例I中，將注意集中於這一點，在OG端與OG端之間的區域中的電場強度劇烈地增加至不會達到擊穿極限的極限以通過該增加來減輕集中在FG端上的電場。換言之，在FG端的一部分電場強度分布至FG端與OG端之間的區域。這減輕了集中在最可能達到擊穿極限的FG端上的電場，從而整體上抑制由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0117]在根據變形例I的AlGaN/GaN HEMT中，在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c，從而使在第二溝道6c中的保護絕緣膜6變薄。形成柵電極7，使得頂柵7B填充並包含保護絕緣膜6較薄處的第二溝道6c。這促進了化合物半導體層2中耗盡層的延展。如圖1OB中所示，在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中的電場強度增加至不會到達擊穿極限的極限，與此同時，在FG端7Aa的電場強度的峰值降低以減輕電場集中。因此，在FG端7Aa的電場強度變得大大低於作為擊穿極限的BEl。在變形例I中，由於在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中有助於增加電場強度的部分相對較大，所以還在OG端7Ba處電場強度的峰值低於比較實例中的電場強度的峰值，以減輕電場集中。如上面所描述的，整體上抑制了在柵電極與漏電極之間由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0118]基於與上面的比較實例的比較來研究根據變形例I的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性。結果在圖1lA和圖1lB中表示。圖1lA表示比較實例的結果，而圖1lB表示了變形例I的結果。這裡，實線指示在施加Vds=20V時的IV特性，而虛線指示了在施加Vds=50V時的IV特性。
[0119]在圖1lB中，與圖1lA相比證實了在電流崩塌上的改善。這意味著在變形例I中，集中在FG端上的電場被減輕以抑制電子捕獲進電子陷阱內。
[0120]此外，基於與上面的比較實例的比較，對根據變形例I的AlGaN/GaN HEMT執行高溫導電測試。結果在圖12中表示。
[0121]經證實，在變形例I中，在高溫導電測試中柵電流較少變化並且與比較實例不同的是未出現擊穿。換言之，在變形例I中保護絕緣膜6和柵電極7的應用實現了具有極好輸出特性的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0122]如上所述，根據變形例I，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT，其通過相對簡單的結構減輕在柵電極7周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿從而實現高耐壓和高輸出功率。
[0123]-變形例2-
[0124]變形例2不同於第一實施方式之處在於保護絕緣膜的局部的形狀。應當注意，與根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0125]圖13A至圖13C是示出製造根據第一實施方式的變形例2的肖基特型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0126]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2B中的處理，形成覆蓋化合物半導體層2的頂部的保護絕緣膜6。在圖13A中示出此處理結果的樣子。
[0127]隨後，如圖13B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6d。
[0128]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 15a的抗蝕劑掩模15。
[0129]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模15的溼蝕刻，直到保護層2e的表面在開口 15a的底部被暴露。例如，緩衝氫氟酸用作蝕刻劑。因此，在保護絕緣膜6中形成了第一溝道6d，其是暴露保護層2e的表面的貫穿溝道。形成第一溝道6d，使得其側壁表面通過溼蝕刻形成傾斜表面，底部的寬度是約600nm，而上部比底部寬。對於第一溝道6d，保護絕緣膜6在第一溝道6d與第二溝道6b之間的位置處從第二溝道6b朝著第一溝道6d厚度逐漸減小。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6b並列地形成第一溝道6d。
[0130]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模15。
[0131]在圖2B和圖13B中例示了在保護絕緣膜6中形成了第二溝道6b之後形成第一溝道6d的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6d之後再形成第二溝道6b。
[0132]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖13C中示出了對應於圖3C中狀態。
[0133]柵電極7是所謂的突出形狀，其中，由在下部的細柵7A填充第一溝道6d的內部並且與化合物半導體層2的表面處於肖基特接觸，並且形成比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B。在柵電極7中，頂柵7B的一端(在漏電極5側上的電極端，定義為OG端7Ba)位於第二溝道6b內。具體地，在第二溝道6b內、在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上(這裡，約0.2 μ m)的位置處形成OG端7Ba。
[0134]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0135]下文中，將基於與比較實例的比較來描述根據變形例2的AlGaN/GaN HEMT的操作和效果。
[0136]圖14A和圖14B是示出根據此實施方式的變形例2的AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表。圖14A是對應於圖13C的AlGaN/GaN HEMT的示意性截面圖，而圖14B是表示電場強度的特性圖表。應當注意，t匕較實例中的AlGaN/GaN HEMT與圖4A中的AlGaN/GaN HEMT相同，並且其電場強度的特性曲線與圖4B中的電場強度的特性曲線相同。
[0137]圖14B表示圖14A中所畫出的虛線A與虛線B之間的電場強度，還表示由於電場集中在FG端和OG端處而導致的器件特性的擊穿極限的電場強度。在FG端處擊穿極限的電場強度定義為BE1，而在OG端處擊穿極限的電場強度定義為BE2。
[0138]在具有突出形狀的柵電極的HEMT中，高電場集中在FG端和OG端。在這種情況下，器件特性在FG端比在OG端更可能退化或擊穿，使得BEl低於BE2。
[0139]在施加預定的漏極電壓的情況下，在柵電極周圍產生的電場的總量具有幾乎恆定的預定值。如上所述，由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿最可能出現在FG端。相反，就集中在OG端的電場而言，相對於擊穿極限具有餘量。此外，在FG端與OG端之間的區域中並未找到接近擊穿極限的電場強度。在變形例2中，將注意集中於這一點，在OG端的電場強度劇烈地增加至不會達到擊穿極限的極限並且在FG端與OG端之間的區域中的電場強度逐漸地增加至不會達到擊穿極限的極限以通過該增加減輕集中在FG端上的電場。換言之，在FG端的一部分電場強度分布至OG端和FG端與OG端之間的區域。這減輕了集中在最可能達到擊穿極限的FG端上的電場，從而整體上抑制了由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0140]在根據變形例2的AlGaN/GaN HEMT中，在保護絕緣膜6中形成第二溝道6b，並且在第一溝道6d與第二溝道6b之間形成傾斜表面，所述第一溝道6d處於要形成細柵7A的位置。因此，保護絕緣膜6的厚度在第二溝道6b中減小並且其厚度從第二溝道6b朝著第一溝道6d逐漸減小，使得耗盡層在化合物半導體層2內逐漸延展。如圖14B中所示，在OG端7Ba處的電場強度增加至不會到達擊穿極限的極限並且在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中的電場強度增加至不會到達擊穿極限的極限，與此同時，在FG端7Aa的電場強度降低以減輕電場集中。因此，在FG端7Aa的電場強度變得大大低於作為擊穿極限的BEl。在變形例2中，由於在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中有助於增加電場強度的部分相對較大，所以在OG端7Ba處電場強度的增加量低於在第一實施方式中的在OG端7Ba處電場強度的增加量。如上面所描述的，整體上抑制了在柵電極與漏電極之間由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0141]基於與上面的比較實例的比較來研究根據變形例2的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性。結果在圖15A和圖15B中表示。圖15A表示比較實例的結果，而圖15B表示了變形例2的結果。這裡，實線指示在施加Vds=20V時的IV特性，而虛線指示了在施加Vds=50V時的IV特性。
[0142]在圖15B中，與圖15A相比證實了在電流崩塌上的改善。這意味著在變形例2中，集中在FG端上的電場減輕，以抑制電子捕獲進電子陷阱內。
[0143]此外，基於與上面的比較實例的比較，對根據變形例2的AlGaN/GaN HEMT執行高溫導電測試。結果在圖16中表示。
[0144]經證實，在變形例2中，在高溫導電測試中柵電流較少變化並且與比較實例不同的是未出現擊穿。換言之，在變形例2中保護絕緣膜6和柵電極7的應用實現了具有極好輸出特性的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0145]如上所述，根據變形例2，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT,其通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿，從而實現高耐壓和高輸出功率。
[0146]-變形例3-
[0147]變形例3不同於第一實施方式之處在於，在保護絕緣膜中形成的第二溝道以及保護絕緣膜的局部的形狀不同。應當注意，與根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0148]圖17A至圖17C和圖18是示出製造根據第一實施方式的變形例3的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0149]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2A中的處理，形成覆蓋化合物半導體層2的頂部的保護絕緣膜6。在圖17A中示出此處理結果的樣子。
[0150]隨後，如圖17B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6c。
[0151]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為400nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 14a的抗蝕劑掩模14。
[0152]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模14的幹蝕刻，使得在開口 14a中殘存僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。例如，SF6用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了寬度為約400nm並且深度為例如約30nm (殘存的保護絕緣膜6的厚度是約30nm)的第二溝道6c。第二溝道6c形成在偏向漏電極5的位置，這裡，在整個溝道包含在要形成的柵電極的頂柵中的位置處。根據保護絕緣膜6的厚度、保護絕緣膜6的介電擊穿耐壓、漏極電壓與柵電壓之間的電勢差、柵電壓的擺幅的峰值等來決定第二溝道6c的深度的校正值。
[0153]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模14。
[0154]接下來，如圖17C中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6d。
[0155]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 15a的抗蝕劑掩模15。
[0156]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模15的溼蝕刻，直到保護層2e的表面在開口 15a的底部被暴露。例如，緩衝氫氟酸用作蝕刻劑。因此，在保護絕緣膜6中形成了第一溝道6d，其是暴露保護層2e的表面的貫穿溝道。形成第一溝道6d，使得其側壁表面通過溼蝕刻形成為傾斜表面，底部的寬度是約600nm，而上部比底部寬。通過第一溝道6d，保護絕緣膜6的厚度在第一溝道6d與第二溝道6c之間的位置處從第二溝道6c朝著第一溝道6d逐漸減小。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6c並列地形成第一溝道6d。
[0157]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模15。
[0158]在圖17B和圖17C中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c之後形成第一溝道6d的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6d之後再形成第二溝道6c。
[0159]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖18中示出了對應於圖3C中狀態。
[0160]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A填充進第一溝道6d的內部並且與化合物半導體層2的表面處於肖基特接觸。頂柵7B填充進第二溝道6c的內部並且具有朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為約0.1 μ m的位置處的OG端7Ba。
[0161]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0162]下文中，將基於與比較實例的比較來描述根據變形例3的肖基特型AlGaN/GaNHEMT的操作和效果。
[0163]圖19A和圖19B是示出根據此實施方式的變形例3的肖基特型AlGaN/GaN HEMT的示圖以及表示施加於其源電極與漏電極之間的區域的電場的強度的圖表。圖19A是對應於圖18的AlGaN/GaN HEMT的示意性截面圖，而圖19B是表示電場強度的特性圖表。應當注意，比較實例中的AlGaN/GaN HEMT與圖4A中的AlGaN/GaN HEMT相同，並且其電場強度的特性曲線與圖4B中的電場強度的特性曲線相同。
[0164]圖19B表示圖19A中所畫出的虛線A與虛線B之間的電場強度，還表示在FG端和OG端處由於電場集中而導致的器件特性的擊穿極限的電場強度。在FG端處的擊穿極限的電場強度定義為BE1，而在OG端處的擊穿極限的電場強度定義為BE2。
[0165]在具有突出形狀的柵電極的HEMT中，高電場集中在FG端和OG端。在這種情況下，器件特性在FG端比在OG端更可能退化或擊穿，使得BEl低於BE2。
[0166]在施加預定的漏極電壓的情況下，在柵電極周圍產生的電場的總量具有幾乎恆定的預定值。如上所述，由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿最可能出現在FG端。相反，在FG端與OG端之間的區域中並未找到接近擊穿極限的電場強度。在變形例3中，將注意集中於這一點，在OG端與OG端之間的區域中的電場強度逐漸地增加至不會達到擊穿極限的極限，以通過該增加減輕集中在FG端上的電場。換言之，在FG端的一部分電場強度分布至FG端與OG端之間的區域。這減輕了集中在最可能達到擊穿極限的FG端上的電場，從而整體上抑制了由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0167]在根據變形例3的AlGaN/GaN HEMT中，在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c，並且在第一溝道6d與第二溝道6c之間形成傾斜表面，所述第一溝道6d處於要形成細柵7A的位置。因此，保護絕緣膜6的厚度在第二溝道6c中減小並且其厚度從第二溝道6c朝著第一溝道6d逐漸減小。柵電極7形成為使得頂柵7B填充並包含保護絕緣膜6的傾斜表面部分和第二溝道6c，在所述第二溝道6c處保護絕緣膜6較薄。通過此結構，化合物半導體層2中的耗盡層逐漸延展。如圖19B中所示，在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中的電場強度逐漸地增加至不會到達擊穿極限的極限，與此同時，在FG端7Aa的電場強度降低以減輕電場集中。因此，在FG端7Aa的電場強度變得大大低於作為擊穿極限的BE1。在變形例3中，由於在FG端7Aa與OG端7Ba之間的區域中有助於增加電場強度的部分大於變形例1、2中的那些部分，所以在FG端7Aa的電場強度低於在變形例2中的在FG端7Aa的電場強度，並且在OG端7Ba處的電場強度低於在變形例I中的在OG端7Ba處電場強度。如上面所描述的，整體上抑制了在柵電極與漏電極之間由於電場集中而導致的器件特性的退化或擊穿。
[0168]基於與上面的比較實例的比較來研究根據變形例3的AlGaN/GaN HEMT的三端子特性。結果在圖20A和圖20B中表示。圖20A表示比較實例的結果，而圖20B表示了變形例3的結果。這裡，實線指示在施加Vds=20V時的IV特性，而虛線指示了在施加Vds=50V時的IV特性。
[0169]在圖20B中，與圖20A相比證實了在電流崩塌上的改善。這意味著在變形例3中，集中在FG端上的電場減輕，從而抑制了電子捕獲進電子陷阱內。
[0170]此外，基於與上面的比較實例的比較，對根據變形例3的AlGaN/GaN HEMT執行高溫導電測試。結果在圖21中表示。
[0171]經證實，在變形例3中，在高溫導電測試中柵電流較少變化並且與比較實例不同的是未出現擊穿。換言之，在變形例3中保護絕緣膜6和柵電極7的應用實現了具有極好輸出特性的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0172]如上所述，根據變形例3，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT，其通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿，從而實現高耐壓和高輸出功率。
[0173](第二實施方式)
[0174]下文中將描述根據第二實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT。此實施方式不同於第一實施方式之處在於，在第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT中形成柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0175]圖22A至圖22C是示出製造根據第二實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0176]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2C中的處理，在覆蓋化合物半導體層2的頂部的保護絕緣膜6中形成第一溝道6a和第二溝道6b。在圖22A中示出此處理結果的樣子。
[0177]隨後，如圖22B中所示，形成了覆蓋第一溝道6a的內部的柵絕緣膜21。
[0178]更具體地，以覆蓋第一溝道6a的內部的方式在保護絕緣膜6上形成柵絕緣膜21。例如,通過原子層沉積法、ALD方法沉積Al2O3至厚度為約20nm。從而形成柵絕緣膜21。
[0179]順便提及，可使用(例如)等離子體CVD方法、濺射方法等代替ALD方法用於沉積A1203。此外，可使用Al的氮化物或氮氧化物來代替沉積Al2O315此外，可沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物、氮氧化物或從這些中適當選擇的幾個的多層來形成柵絕緣膜。
[0180]柵絕緣膜21在保護絕緣膜6上形成並因此形成為還覆蓋第二溝道6b的內部。因此，通過在第二溝道6b中的柵絕緣膜21，絕緣體厚度增加。在此實施方式中，將這一點考慮在內，在圖2B的處理中，在第二溝道6b的底部處殘存的厚度被減小了有效的厚度(該厚度轉換成保護絕緣膜6)，該厚度是此後在柵絕緣膜21的形成中所期望的。
[0181]接下來，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖22C中示出對應於圖3C的狀態。
[0182]柵電極7是所謂的突出形狀，其中，在下部的細柵7A經由(via)柵絕緣膜21填充進第一溝道6d的內部，並且形成比細柵7A更寬的在上部的頂柵7B。在柵電極7中，頂柵7B的一端(在漏電極5側上的電極端，定義為OG端7Ba)經由柵絕緣膜21定位在第二溝道6b內。具體地，在第二溝道6b內、在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上的位置處形成OG端7Ba。
[0183]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0184]如上所述，根據此實施方式，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT，其與第一實施方式中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿，從而實現聞耐壓和聞輸出功率。
[0185](變形例)
[0186]下文中，將描述根據第二實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的變形例。
[0187]-變形例1-
[0188]變形例I具有這樣的結構:其中，在根據第一實施方式的變形例I的AlGaN/GaNHEMT中形成柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0189]圖23A至圖23C是示出製造根據第二實施方式的變形例I的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0190]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2A以及圖8B至圖8C中的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第一溝道6a和第二溝道6c。在圖23A中示出此處理結果的樣子。
[0191]隨後，如圖23B中所示，形成了覆蓋第一溝道6a的內部的柵絕緣膜22。
[0192]更具體地，以覆蓋第一溝道6a的內部的方式在保護絕緣膜6上形成柵絕緣膜22。例如,可以通過ALD方法沉積Al2O3至厚度約20nm。從而形成柵絕緣膜22。
[0193]順便提及，可使用例如等離子體CVD方法、濺射方法等代替ALD方法用於沉積A1203。此外，可使用Al的氮化物或氮氧化物來代替沉積Al2O315此外，可沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物、氮氧化物或從這些中適當選擇的幾個的多層來形成柵絕緣膜。
[0194]柵絕緣膜22在保護絕緣膜6上形成並因此形成為還覆蓋第二溝道6c的內部。因此，通過在第二溝道6c中的柵絕緣膜22，絕緣體的厚度增加。在此實施方式中，將這一點考慮在內，在圖8B的處理中，在第二溝道6c的底部處殘存的厚度被減小了有效的厚度(該厚度轉換成保護絕緣膜6)，該厚度是此後在柵絕緣膜22的形成中所期望的。
[0195]接下來，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖23C中示出對應於圖3C的狀態。
[0196]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A經由柵絕緣膜22填充進第一溝道6a的內部。頂柵7B經由柵絕緣膜22填充進第二溝道6c的內部並且具有在朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為約0.1 μ m位置處的OG端7Ba。
[0197]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0198]如上所述，根據變形例1，與在第一實施方式的變形例I中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0199]-變形例2-
[0200]變形例2具有這樣的結構:其中，在根據第一實施方式的變形例2的AlGaN/GaNHEMT中形成柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0201]圖24A至圖24C是示出製造根據第二實施方式的變形例2的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0202]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2B以及第一實施方式的變形例2中的圖13B中的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第一溝道6d和第二溝道6b。在圖24A中示出此處理結果的樣子。
[0203]隨後，如圖24B中所示，形成了覆蓋第一溝道6d的內部的柵絕緣膜23。
[0204]更具體地，以覆蓋第一溝道6d的內部的方式在保護絕緣膜6上形成柵絕緣膜23。例如,通過原子層沉積法、ALD方法沉積Al2O3至厚度約20nm。從而形成柵絕緣膜23。
[0205]順便提及，可使用(例如)等離子體CVD方法、濺射方法等代替ALD方法用於沉積A1203。此外，可使用Al的氮化物或氮氧化物來代替沉積Al2O315此外，可沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物、氮氧化物或從這些中適當選擇的幾個的多層來形成柵絕緣膜。
[0206]柵絕緣膜23在保護絕緣膜6上形成並因此形成為還覆蓋第二溝道6b的內部。因此，通過在第二溝道6b中的柵絕緣膜23，絕緣體的厚度增加。在此實施方式中，將這一點考慮在內，在圖2B的處理中，在第二溝道6b的底部處殘存的厚度被減小了有效的厚度(該厚度轉換成保護絕緣膜6)，該厚度是此後在柵絕緣膜23的形成中所期望的。
[0207]接下來，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖24C中示出對應於圖3C的狀態。
[0208]柵電極7是所謂的突出形狀，其中，在下部處的細柵7A經由柵絕緣膜23填充進第一溝道6d的內部並且形成比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B。在柵電極7中，頂柵7B的一端(在漏電極5側上的電極端，定義為OG端7Ba)經由柵絕緣膜23定位在第二溝道6b內。具體地，在第二溝道6b內、在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上(這裡，約0.2 μ m)的位置處形成OG端7Ba。
[0209]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0210]如上所述，根據變形例2，與在第一實施方式的變形例2中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0211]-變形例3-
[0212]變形例3具有這樣的結構:其中，在根據第一實施方式的變形例3的AlGaN/GaNHEMT中形成柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0213]圖25A至圖25C是示出製造根據第二實施方式的變形例3的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0214]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2A以及第一實施方式的變形例3中的圖17B和圖17C中的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第一溝道6d和第二溝道6c。在圖25A中示出此處理結果的樣子。
[0215]隨後，如圖25B中所示，形成了覆蓋第一溝道6d的內部的柵絕緣膜24。
[0216]更具體地，以覆蓋第一溝道6d的內部的方式在保護絕緣膜6上形成柵絕緣膜24。例如,通過原子層沉積法、ALD方法來沉積Al2O3至厚度約20nm。從而形成柵絕緣膜24。
[0217]順便提及，可使用例如等離子體CVD方法、濺射方法等代替ALD方法用於沉積A1203。此外，可使用Al的氮化物或氮氧化物來代替沉積Al2O315此外，可沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物、氮氧化物或從這些中適當選擇的幾個的多層來形成柵絕緣膜。
[0218]柵絕緣膜24在保護絕緣膜6上形成並因此形成為還覆蓋第二溝道6c的內部。因此，通過在第二溝道6c中的柵絕緣膜24，絕緣體的厚度增加。在此實施方式中，將這一點考慮在內，在圖17B的處理中，在第二溝道6c的底部處殘存的厚度被減小了有效的厚度(該厚度轉換成保護絕緣膜6)，該厚度是此後在柵絕緣膜24的形成中所期望的。
[0219]接下來，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖25C中示出對應於圖3C的狀態。
[0220]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A經由柵絕緣膜24填充進第一溝道6d的內部。頂柵7B經由柵絕緣膜24填充進第二溝道6c的內部並且具有在朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為約0.1 μ m位置處的OG端7Ba。
[0221]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0222]如上所述，根據變形例3，與在第一實施方式的變形例3中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。
[0223](第三實施方式)
[0224]下文中將描述根據第三實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT。此實施方式不同於第一實施方式之處在於在第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT中形成柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0225]圖26A至圖26C是示出製造根據第三實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。[0226]首先，通過第一實施方式的圖1A至圖2B中的處理，在覆蓋化合物半導體層2的頂部的保護絕緣膜6中形成第二溝道6b。在圖26A中示出此處理結果的樣子。
[0227]隨後，如圖26B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6e。
[0228]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 25a的抗蝕劑掩模25。
[0229]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模25的幹蝕刻，使得在開口 25a的底部殘存了僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。保護絕緣膜6的殘存部分用作柵絕緣膜，因此預定厚度設定成例如約20nm。例如，5^用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了寬度為約600nm並且深度為例如約40nm的第一溝道6e。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6b並列地形成第一溝道6e。
[0230]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模25。
[0231]在圖2B和圖26B中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6b之後形成第一溝道6e的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6e之後再形成第二溝道6b。
[0232]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖26C中示出了對應於圖3C中的狀態。
[0233]柵電極7是所謂的突出形狀，其中，在下部處的細柵7A填充進第一溝道6e的內部並且形成比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B。在柵電極7中，細柵7A經由在第一溝道6e的底部的保護絕緣膜6和保護層2e來定位，而頂柵7B的一端(在漏電極5側上的電極端，定義為OG端7Ba)位於第二溝道6b內。具體地，在第二溝道6b內、在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上(這裡，約0.2 μ m)的位置處形成OG端7Ba。
[0234]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0235]如上所述，根據此實施方式，實現了高可靠AlGaN/GaN HEMT，其與在第一實施方式中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿，從而實現高耐壓和高輸出功率。此外，由於在形成產生MIS型的柵絕緣膜時，保護絕緣膜6的一部分用作柵絕緣膜，所以減小了製造工藝。
[0236](變形例)
[0237]下文中，將描述根據第三實施方式的MIS型AlGaN/GaN HEMT的變形例。
[0238]-變形例1-
[0239]變形例I具有這樣的結構:其中，保護絕緣膜的一部分還用作在根據第一實施方式的變形例I的AlGaN/GaN HEMT中的柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0240]圖27A至圖27C是示出製造根據第三實施方式的變形例I的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。[0241]首先，通過第一實施方式中的圖1A至圖2A以及第一實施方式的變形例I中圖8B的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第二溝道6c。在圖27A中示出此處理結果的樣子。
[0242]隨後，如圖27B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6e。
[0243]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 25a的抗蝕劑掩模25。
[0244]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模25的幹蝕刻，使得在開口 25A中殘存僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。保護絕緣膜6的殘存部分用作柵絕緣膜，因此預定厚度設定成例如約20nm。例如，5^用作蝕刻氣體。因此，在保護絕緣膜6中形成了寬度為約600nm並且深度為例如約40nm的第一溝道6e。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6c並列地形成第一溝道6e。
[0245]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模25。
[0246]在圖SB和圖27B中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c之後形成第一溝道6e的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6e之後再形成第二溝道6c。
[0247]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖27C中示出了對應於圖3C中狀態。
[0248]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A經由在第一溝道6e的底部的保護絕緣膜6和保護層2e填充進第一溝道6e的內部。頂柵7B填充進第二溝道 6c的內部並且具有在朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為0.1 μ m的位置處的OG端7Ba。
[0249]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0250]如上所述，根據變形例1，與在第一實施方式的變形例I中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。此外，由於在形成產生MIS型的柵絕緣膜時，保護絕緣膜6的一部分用作柵絕緣膜，所以減小了製造工藝。
[0251]-變形例2-
[0252]變形例2具有這樣的結構:其中，保護絕緣膜的一部分還用作在根據第一實施方式的變形例2的AlGaN/GaN HEMT中的柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0253]圖28A至圖28C是示出製造根據第三實施方式的變形例2的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0254]首先，通過第一實施方式中的圖1A至圖2B的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第二溝道6b。在圖28A中示出此處理結果的樣子。
[0255]隨後，如圖28B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6f。[0256]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 26a的抗蝕劑掩模26。
[0257]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模26的溼蝕刻，使得在開口 26a的底部殘存僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。保護絕緣膜6的殘存部分用作柵絕緣膜，因此預定厚度設定成例如約20nm。例如，緩衝氫氟酸用作蝕刻劑。因此，在保護絕緣膜6中形成了第一溝道6f。第一溝道6f形成為深度為(例如)40nm,其側壁表面通過溼蝕刻形成傾斜表面，底部的寬度是約600nm，而上部比底部寬。對於第一溝道6f，保護絕緣膜6的厚度在第一溝道6f與第二溝道6b之間的位置處從第二溝道6b朝著第一溝道6f逐漸減小。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與在保護絕緣膜6中的第二溝道6b並列地形成第一溝道6f。
[0258]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模26。
[0259]在圖2B和圖28B中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6b之後形成第一溝道6f的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6f之後再形成第二溝道6b。
[0260]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖28C中示出了對應於圖3C中狀態。
[0261]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A經由在第一溝道6f的底部的保護絕緣膜6和保護層2e填充進第一溝道6f的內部。頂柵7B具有定位在第二溝道6b內的一端(漏電極5側的電極端,定義為OG端7Ba)。具體地，在第二溝道6b內、在朝向漏電極5與第二溝道6b的柵電極7側上的端部相距為0.2 μ m以上(這裡，約0.2 μ m)的位置處形成OG端7Ba。
[0262]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0263]如上所述，根據此變形例2，與在第一實施方式中的變形例2 —樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。此外，由於在形成產生MIS型的柵絕緣膜時，保護絕緣膜6的一部分用作柵絕緣膜，所以減小了製造工藝。
[0264]-變形例3-
[0265]變形例3具有這樣的結構:其中，保護絕緣膜的一部分還用作在根據第一實施方式的變形例3的AlGaN/GaN HEMT中的柵絕緣膜。應當注意，與根據第一實施方式等的AlGaN/GaN HEMT的構件等相同的那些構件將通過相同的附圖標記表示，並且將省略其詳細描述。
[0266]圖29A至圖29C是示出製造根據第三實施方式的變形例3的MIS型AlGaN/GaNHEMT的方法中的主要處理的示意性截面示圖。
[0267]首先，通過第一實施方式中的圖1A至圖2A和第一實施方式的變形例3的圖17B的處理，在覆蓋化合物半導體層2的整個表面的保護絕緣膜6中形成第二溝道6c。在圖29A中示出此處理結果的樣子。[0268]隨後，如圖29B中所示，在保護絕緣膜6中形成第一溝道6f。
[0269]更具體地，首先在保護絕緣膜6的整個表面上施加抗蝕劑。例如，由住友化學有限公司製造的PF1-32 (商標名稱)用作抗蝕劑。例如，紫外線方法用於對在所施加的抗蝕劑上的寬度為600nm的開口執行曝光，並且對抗蝕劑進行顯影。例如，由東京應化有限公司製造的NMD-W (商標名稱)用作顯影溶液。因此，形成了具有開口 26a的抗蝕劑掩模26。
[0270]接下來，在保護絕緣膜6上執行利用抗蝕劑掩模26的溼蝕刻，使得在開口 26a的底部處殘存了僅具有預定厚度的保護絕緣膜6。保護絕緣膜6的殘存部分用作柵絕緣膜，因此預定厚度設定成例如約20nm。例如，緩衝氫氟酸用作蝕刻劑。因此，在保護絕緣膜6中形成了第一溝道6f。第一溝道6f形成為深度為例如40nm，其側壁表面通過溼蝕刻形成傾斜表面，底部的寬度是約600nm，而上部比底部寬。對於第一溝道6f，保護絕緣膜6的厚度在第一溝道6f與第二溝道6c之間的位置處從第二溝道6c朝著第一溝道6f逐漸減小。在隨後的處理中待形成的柵電極的細柵的預定形成位置處，與保護絕緣膜6中的第二溝道6b並列地形成第一溝道6f。
[0271]通過利用氧等離子體的灰化或者利用化學製品的溼處理來去除抗蝕劑掩模26。
[0272]在圖17B和圖29B中例示了在保護絕緣膜6中形成第二溝道6c之後形成第一溝道6f的情況，但是處理的順序可以是顛倒的，使得可在保護絕緣膜6中形成第一溝道6f之後再形成第二溝道6c。
[0273]隨後，執行第一實施方式的圖3A至圖3C中的處理。在圖29C中示出了對應於圖3C中的狀態。
[0274]柵電極7是包括在下部處的細柵7A和比細柵7A更寬的在上部處的頂柵7B的突出形狀。細柵7A經由在第一溝道6f的底部處的保護絕緣膜6和保護層2e填充進第一溝道6f的內部。頂柵7B填充進第二溝道6c的內部並且具有在朝向漏電極5與第二溝道6c的漏電極5側上的端部相距為約0.1 μ m的位置處的OG端7Ba。
[0275]之後，通過源電極4、漏電極5以及柵電極7等的電連接處理，形成MIS型AlGaN/GaN HEMT。
[0276]如上所述，根據變形例3，與在第一實施方式的變形例3中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠AlGaN/GaN HEMT。此外，由於在形成產生MIS型的柵絕緣膜時，保護絕緣膜6的一部分用作柵絕緣膜，所以減小了製造工藝。
[0277](第四實施方式)
[0278]此實施方式公開了包括從根據第一至第三實施方式及其變形例的AlGaN/GaNHEMT中選出的一種AlGaN/GaN HEMT的供電裝置。
[0279]圖30是示出根據第四實施方式的供電裝置的示意性構造的連接示圖。
[0280]根據此實施方式的供電裝置包括高壓初級側電路31、低壓次級側電路32以及設置在初級側電路31與次級側電路32之間的變壓器33。
[0281]初級側電路31包括AC電源34、所謂的橋式整流電路35以及多個(此處四個)開關元件36a、36b、36c、36d。此外，橋式整流電路35具有開關元件36e。
[0282]次級側電路32包括多個(此處三個)開關元件37a、37b、37c。
[0283]在此實施方式中，初級側電路31的開關元件36a、36b、36c、36d均是從根據第一至第三實施方式及其變形例的AlGaN/GaN HEMT中選出的一種AlGaN/GaN HEMT。另一方面，次級側電路32的開關元件37a、37b、37c均是利用矽的普通MIS.FET0
[0284]在此實施方式中，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿的AlGaN/GaN HEMT被應用於高壓電路。這實現了高可靠大功率供電電路。
[0285](第五實施方式)
[0286]此實施方式公開了包括從根據第一至第三實施方式及其變形例的AlGaN/GaNHEMT中選出的一種AlGaN/GaN HEMT的高頻放大器。
[0287]圖31是示出根據第五實施方式的高頻放大器的示意性構造的連接示圖。
[0288]根據此實施方式的高頻放大器包括數字預失真電路41、混頻器42a、42b以及功率放大器43。
[0289]數字預失真電路41補償輸入信號的非線性失真。混頻器42a將補償了非線性失真的輸入信號與AC信號混合。功率放大器43將與AC信號混合的輸入信號放大並且具有從根據第一至第三實施方式及其變形例的AlGaN/GaN HEMT中選出的一種AlGaN/GaN HEMT。在圖31中，通過例如改變開關，輸出信號可通過混頻器42b與AC信號混合，並且結果可傳送至數字預失真電路41。
[0290]在此實施方式中，通過相對簡單的結構來減輕柵電極7周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿的AlGaN/GaN HEMT被應用於高頻放大器。這實現了高可靠高耐壓高頻放大器。
[0291](其他實施方式)
[0292]在第一至第三實施方式及其變形例以及第四和第五實施方式中，AlGaN/GaN HEMT例示為化合物半導體器件。除了 AlGaN/GaN HEMT之外，下面的HEMT可作為化合物半導體器件來應用。
[0293]其他HEMT實例I
[0294]此實例公開了 InAlN/GaN HEMT，作為化合物半導體器件。
[0295]InAlN和GaN是能夠通過它們的組合來使其晶格常數彼此接近的化合物半導體。在這種情況下，在上述的第一至第三實施方式及其變形例以及第四至第五實施方式中，電子渡越層由1-GaN形成，中間層由AlN形成、電子供給層由η-ΙηΑ1Ν形成以及保護層由n-GaN形成。可根據需要省略保護層的n_GaN。此外，由於在此情況中幾乎沒有壓電極化出現，所以二維電子氣主要通過InAlN的自然極化產生。
[0296]根據此實例，與在上述的AlGaN/GaN HEMT中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠 InAlN/GaN HEMT。
[0297]其他HEMT實例2
[0298]此實例公開了 InAlGaN/GaN HEMT，作為化合物半導體器件。
[0299]GaN和InAlGaN是後者的晶格常數小於前者的晶格常數的化合物半導體。在這種情況下，在上述的第一至第三實施方式及其變形例以及第四至第五實施方式中，電子渡越層由1-GaN形成，中間層由1-1nAlGaN形成、電子供給層由n-1nAlGaN形成以及保護層由n+_GaN形成。可根據需要省略保護層的n+_GaN。[0300]根據此實例，與在上述的AlGaN/GaN HEMT中一樣，通過相對簡單的結構來減輕柵電極周圍的電場集中，以抑制器件特性的退化或擊穿。這實現了具有高耐壓和高輸出功率的高可靠 InAlN/GaN HEMT。
[0301]根據上面描述的方面，可實現通過相對簡單的結構來減輕電極周圍的電場集中以抑制器件特性的退化或擊穿從而實現高耐壓和高輸出功率的高可靠化合物半導體器件。
【權利要求】
1.一種化合物半導體器件，包括: 化合物半導體層； 保護絕緣膜，所述保護絕緣膜覆蓋所述化合物半導體層的頂部；以及 電極，所述電極在所述保護絕緣膜上或者在所述保護絕緣膜的開口中形成， 其中，所述保護絕緣膜具有第一溝道和與所述第一溝道並列形成的第二溝道， 其中，在所述第二溝道的底部處的化合物半導體上殘存了僅具有一定厚度的保護絕緣膜，以及 其中，所述電極填充進所述第一溝道，並且所述電極的一端離開所述第一溝道並且至少定位在所述第二溝道中。
2.根據權利要求1所述的化合物半導體器件， 其中，所述保護絕緣膜的厚度在所述第一溝道與所述第二溝道之間的位置處從所述第二溝道朝著所述第一溝道逐漸減小。
3.根據權利要求1或2所述的化合物半導體器件， 其中，所述電極填充進所述第二溝道，並且所述一端在遠離所述第一溝道的方向上定位在所述第二溝道的更遠處。
4.根據權利要求1或2所述的化合物半導體器件， 其中，所述電極具有定位在所述第二溝道中的一端。
5.根據權利要求1所述的化合物半導體器件， 其中，所述電極填充進被形成為貫穿溝道的所述第一溝道並且與所述化合物半導體層接觸。
6.根據權利要求1所述的化合物半導體器件， 其中，形成所述第一溝道，使得在所述第一溝道的底部殘存了僅具有預定厚度的保護絕緣膜，以及 其中，在所述化合物半導體層上經由所述保護絕緣膜的底部形成所述電極。
7.根據權利要求1所述的化合物半導體器件， 其中，所述第一溝道被形成為貫穿溝道， 其中，所述化合物半導體器件進一步包括以覆蓋所述第一溝道的內壁表面的方式在所述保護絕緣膜上形成的柵絕緣膜，並且 其中，在所述化合物半導體層上經由所述柵絕緣膜形成所述電極。
8.—種製造化合物半導體器件的方法，包括: 形成覆蓋化合物半導體層的頂部並且具有第一溝道和與所述第一溝道並列形成的第二溝道的保護絕緣膜， 在所述保護絕緣膜上或者在所述保護絕緣膜的開口中形成電極，所述電極填充進所述第一溝道並且具有離開所述第一溝道並且至少定位在所述第二溝道中的一端，以及 其中，在所述第二溝道的底部處的化合物半導體上殘存了僅具有一定厚度的保護絕緣膜。
9.根據權利要求8所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述保護絕緣膜被形成為厚度在所述第一溝道與所述第二溝道之間的位置從所述第二溝道朝著所述第一溝道逐漸減小
10.根據權利要求8或9所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述電極被形成為填充進所述第二溝道並且具有在遠離所述第一溝道的方向上定位在所述第二溝道更遠處的一端。
11.根據權利要求8或9所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述電極被形成為具有定位在所述第二溝道中的一端。
12.根據權利要求8所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述第一溝道被形成為貫穿溝道，以及 其中，所述電極被形成為填充進所述第一溝道並且與所述化合物半導體層接觸。
13.根據權利要求8所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述第一溝道被形成為使得在所述第一溝道的底部處殘存了僅具有預定厚度的保護絕緣膜，以及 其中，在所述化合物半導體層上經由所述保護絕緣膜的底部形成所述電極。
14.根據權利要求8所述的製造化合物半導體器件的方法， 其中，所述第一溝道被形成為貫穿溝道， 其中，所述製造化合物半導體器件的方法進一步包括以覆蓋所述第一溝道的內壁表面的方式在所述保護絕緣膜上形成柵絕緣膜，以及 其中，在所述化合物半導體層上經由所述柵絕緣膜形成所述電極。
【文檔編號】H01L21/335GK103545362SQ201310284714
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】牧山剛三, 岡本直哉, 吉川俊英 申請人:富士通株式會社