氮化物半导体装置制造方法及图纸

氮化物半导体装置具备横型的开关器件，所述横型的开关器件具有基板(1)、沟道形成层、源极区域(9)及漏极区域(10)、和栅极区域(6)。源极区域及漏极区域在基板的平面方向的一个方向上相互离开而配置。栅极区域配置在源极区域与漏极区域之间，由p型半导体层构成。栅极区域在基板的平面方向上在与源极区域及漏极区域的排列方向垂直的方向上被分割为多个。由此，能够确保高阻止耐压并且实现更低导通电阻化。

Nitride semiconductor device

The nitride semiconductor device has a transverse type switch device, and the transverse type switch device has a substrate (1), a channel forming layer, a source area (9) and a drain region (10), and a gate area (6). The source region and the drain region are disposed in one direction of the plane direction of the substrate. The gate area is configured between the source region and the drain region, which is made up of a p type semiconductor layer. The gate region is divided into a plurality of directions in the direction perpendicular to the arrangement direction of the source region and the drain region in the plane direction of the substrate. Thus, it is possible to ensure high resistance to pressure and to achieve lower conduction resistance.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体装置关联申请的相互参照本申请基于2015年7月14日提出的日本专利申请第2015－140825号，这里引用其记载内容。
本专利技术涉及使用氮化镓(以下称作GaN)等氮化物半导体的氮化物半导体装置。
技术介绍
以往，在专利文献1中，公开了一种在具有多个沟道的氮化物半导体装置中实现常截止(normallyoff)且低导通电阻的技术。具体而言，通过做成在GaN层之上反复形成有AlGaN层和GaN层的异质结体的构造，形成了自然超结(naturalsuperjunction)构造(以下称作NSJ构造)。并且，具备到达NSJ构造中的最下层的AlGaN层的第1栅极构造部、和到达比其靠上层的AlGaN层的第2栅极构造部，并且在夹着第1栅极构造部及第2栅极构造部的两侧配置有由n型区域构成的源极区域及漏极区域。在这样构成的氮化物半导体装置中，栅极构造部被设为MOS构造。并且，由于与GaN层及AlGaN层的异质结体的导带相比，第1栅极构造部中具备的第1栅极电极和栅极绝缘膜的静电势较低，所以异质界面的载流子消失，进行常截止动作。此外，通过具备多层的异质结，能够使二维电子气(以下称作2DEG)的生成量较多，降低导通电阻。并且，根据极化效应，不论异质结体的层叠数如何，都能够得到希望的关态耐压(off-breakdownvoltage)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013－98284号公报专利技术概要但是，在如上述那样构成的氮化物半导体装置中，为了进行常截止动作而做成MOS构造的栅极构造部，而为了确保栅极绝缘膜的寿命，需使栅极－漏极间距离Lgd较长而降低电场，例如，如果考虑栅极绝缘膜的寿命，则必须设为不到3MV/cm的电场强度。因此，无法将该部分的电阻充分降低，导通电阻有可能变高。此外，即使是满足栅极绝缘膜的寿命的电场，也由于作为电场而言是较高的，所以为了确保电流截断性而需要使栅极长Lg较长。栅极构造部与形成2DEG的部分相比沟道迁移率低约1位数，由于使栅极长Lg较长而带来的对导通电阻的影响较大。此外，如果使在多层的异质结中分别产生的各2DEG层为足够的电子浓度，则同时也产生二维空穴气(以下称作2DHG)。但是，由于在MOS构造中无法进行空穴的出入，所以在截止时空穴积存在栅极横侧而产生高电场，高阻止耐压的实现有可能变得困难。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述点，目的在于提供一种能够确保高阻止耐压并且实现更低导通电阻化的氮化物半导体装置。根据本专利技术的一技术方案，氮化物半导体装置具备横型的开关器件。开关器件具有基板、沟道形成层、源极区域、漏极区域和栅极区域。基板由半绝缘体或半导体构成。在沟道形成层中，在基板上形成有构成电子行进层的第1氮化物半导体层，并且，在第1氮化物半导体层之上层叠有由禁带宽度比第1氮化物半导体层大、构成电子供给部的至少一个第2氮化物半导体层、和禁带宽度比至少一个第2氮化物半导体层小的至少一个第3氮化物半导体层形成的异质结构造。源极区域及漏极区域在基板的平面方向的一个方向上相互离开而配置，并形成为，从沟道形成层的表面到达第1氮化物半导体层。栅极区域配置在源极区域与漏极区域之间，由p型半导体层构成。开关器件，在第1氮化物半导体层与至少一个第2氮化物半导体层的界面处的第1氮化物半导体层侧感应二维电子气载流子，并且，在至少一个第2氮化物半导体层与位于该至少一个第2氮化物半导体层的上层的至少一个第3氮化物半导体层之间感应二维空穴气，在源极区域与漏极区域之间流过电流。栅极区域在基板的平面方向上在与源极区域及漏极区域的排列方向垂直的方向上被分割为多个。在这样的结构中，在截止状态时，能够成为既没有电子也没有空穴的耗尽状态。该状态是电流截断状态即阻止状态，成为即使对漏极区域作用高电压也不流过电流的状态。并且，在导通状态下，栅极区域及其附近以外被高密度的2DEG的电子充满。因此，以导通电阻充分低的状态成为源极－漏极间导通的导通状态。此时，由于能够做成电流不是流过高电阻率的MOS构造沟道而是流过低效率的非常低的2DEG层的构造，所以与MOS构造相比能够降低导通电阻。附图说明关于本专利技术的上述目的及其他目的、特征及优点，一边参照附图一边通过下述详细的记述会变得明确。图1是有关本专利技术的第1实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图2是表示在图1的II－II’线上、在截止时在GaN层、AlGaN层及GaN层的界面处蓄积的电荷的状况的剖视图。图3是表示在图1的II－II’线上、在导通时在GaN层、AlGaN层及GaN层的界面处蓄积的电荷的状况的剖视图。图4是表示有关第1实施方式的氮化物半导体装置的制造工序的剖视图。图5是有关本专利技术的第2实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图6A是有关本专利技术的第3实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图6B是表示在图6A的VIB－VIB’线上、在导通时在GaN层、AlGaN层及GaN层的界面处蓄积的电荷的状况的剖视图。图7是有关本专利技术的第4实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图8是有关本专利技术的第5实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图9是有关本专利技术的第6实施方式的氮化物半导体装置的截面立体图。图10是图9所示的氮化物半导体装置的等价电路图。具体实施方式以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，在以下的各实施方式彼此中，对于相互相同或等同的部分赋予相同的标号而进行说明。(第1实施方式)对本专利技术的第1实施方式进行说明。在本实施方式中，说明具有将以GaN为主成分的化合物半导体用作氮化物半导体的GaN器件的氮化物半导体装置。如图1所示，有关本实施方式的氮化物半导体装置具备横型的开关元件。在图1中，仅表示了开关元件的1个单元(cell)，但实际上通过将例如以图1的纸面左端为中心线左右对称地布局而成的单元形成多个而构成开关元件。该开关元件设图1的左右方向为x方向、设进深方向为y方向、设上下方向为z方向而如以下这样构成。横型的开关元件形成为，使用在基板1中的与xy平面平行的表面上在z方向上依次层叠了GaN层2、AlGaN层3及GaN层4的构造作为化合物半导体基板。GaN层2、4构成电子行进层，分别相当于第1、第3氮化物半导体层。AlGaN层3更详细地讲是由AlxGa1－xN(0<x≤1)构成的。与第1、第3氮化物半导体层相比，AlGaN层3的禁带宽度大，构成电子供给部，相当于第2氮化物半导体层。将由这些GaN层2、AlGaN层3及GaN层4形成的异质结构造作为沟道形成层，在由GaN层2和AlGaN层3形成的GaN/AlGaN界面的GaN层2侧，通过压电效应及极化效应感应出2DEG载流子。基板1由Si(111)等半导体材料构成。在该基板1之上形成有缓冲层1a。并且，在该缓冲层1a之上，形成有相当于第1GaN层的GaN层2，进而，在GaN层2之上，形成有以AlGaN层3和相当于第2GaN层的GaN层4为组的层叠构造。这里，设基板1为Si(111)，但也可以由SiC或蓝宝石基板、AlN等半绝缘基板构成。缓冲层1a是为了使GaN层2的结晶性良好而根据需要形成的，由AlGaN－GaN超晶格层等构成。这里的结晶性是指GaN层2中的缺陷、位错等，对电气特性及光学特性带来影响。在能够在基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体装置，其特征在于，具备横型的开关器件，所述横型的开关器件具有：基板(1)，由半绝缘体或半导体构成；沟道形成层，在上述基板上形成有构成电子行进层的第1氮化物半导体层(2)，并且，在上述第1氮化物半导体层之上层叠有由至少一个第2氮化物半导体层(3)和至少一个第3氮化物半导体层(4)形成的异质结构造，上述至少一个第2氮化物半导体层(3)的禁带宽度比上述第1氮化物半导体层大，构成电子供给部，上述至少一个第3氮化物半导体层(4)的禁带宽度比上述至少一个第2氮化物半导体层小；源极区域(9)及漏极区域(10)，在上述基板的平面方向的一个方向上相互离开而配置，并形成为，从上述沟道形成层的表面到达上述第1氮化物半导体层；以及栅极区域(6)，配置在上述源极区域与上述漏极区域之间，由p型半导体层构成；在上述第1氮化物半导体层与上述至少一个第2氮化物半导体层的界面处的上述第1氮化物半导体层侧感应二维电子气载流子，并且，在上述至少一个第2氮化物半导体层与位于该至少一个第2氮化物半导体层的上层的上述至少一个第3氮化物半导体层之间感应二维空穴气，在上述源极区域与上述漏极区域之间流过电流；在上述基板的平面方向上，上述栅极区域在与上述源极区域及上述漏极区域的排列方向垂直的方向上被分割为多个。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.14 JP 2015-1408251.一种氮化物半导体装置，其特征在于，具备横型的开关器件，所述横型的开关器件具有：基板(1)，由半绝缘体或半导体构成；沟道形成层，在上述基板上形成有构成电子行进层的第1氮化物半导体层(2)，并且，在上述第1氮化物半导体层之上层叠有由至少一个第2氮化物半导体层(3)和至少一个第3氮化物半导体层(4)形成的异质结构造，上述至少一个第2氮化物半导体层(3)的禁带宽度比上述第1氮化物半导体层大，构成电子供给部，上述至少一个第3氮化物半导体层(4)的禁带宽度比上述至少一个第2氮化物半导体层小；源极区域(9)及漏极区域(10)，在上述基板的平面方向的一个方向上相互离开而配置，并形成为，从上述沟道形成层的表面到达上述第1氮化物半导体层；以及栅极区域(6)，配置在上述源极区域与上述漏极区域之间，由p型半导体层构成；在上述第1氮化物半导体层与上述至少一个第2氮化物半导体层的界面处的上述第1氮化物半导体层侧感应二维电子气载流子，并且，在上述至少一个第2氮化物半导体层与位于该至少一个第2氮化物半导体层的上层的上述至少一个第3氮化物半导体层之间感应二维空穴气，在上述源极区域与上述漏极区域之间流过电流；在上述基板的平面方向上，上述栅极区域在与上述源极区域及上述漏极区域的排列方向垂直的方向上被分割为多个。2.如权利要求1所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述栅极区域形成为，从上述沟道形成层的表面到达上述第1氮化物半导体层。3.如权利要求1所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述栅极区域形成为，从上述沟道形成层的表面到达上述沟道形成层中的上述至少一个第2氮化物半导体层或上述至少一个第3氮化物半导体层的厚度的中途。4.如权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述栅极区域的间隔小于从该栅极区域到上述源极区域的距离与上述栅极区域在相同方向上的长度之和。5.如权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述至少一个第2氮化物半导体层是多个第2氮化物半导体层；上述至少一个第3氮化物半导体层是多个第3氮化物半导体层；以上述多个第2氮化物半导体层和上述多个第3氮化物半导体层的各自为组，层叠有多组。6.如权利要求5所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述栅极区域形成为，从上述沟道形成层的表面到达上述多个第2氮化物半导体层中的最靠上述基板侧的一层或上述多个第3氮化物半导体层中的最靠上述基板侧的一层的厚度的中途。7.如权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体装置，其特征在于，上述第1氮化物半导体层及上述至少一个第3氮化物半导体层由GaN构成；上述至少一个第2氮化物半导体层由AlGaN构成；上述p型半导体层由p型的GaN构成。8.如权利要求1～7中任一项所述的氮化物半导体装置，其特征在于，在上述栅极区域与上述源极区域之间具备MOS构造，该MOS构造具有：凹部(30)，从上述沟道形成层的表面到达上述第1氮化物半导体层；栅极绝缘膜(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：樋口安史，星真一，小山和博，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本,JP