半导体器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本文所讨论的实施方案涉及半导体器件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为氮化物半导体的GaN(氮化镓)、AlN(氮化铝)和InN(氮化铟)或者包含其混合晶体的材料具有宽的带隙，并且已用于高功率电子器件、短波长发光器件等。上述器件中，作为高功率电子器件，已经开发了一种与场效应晶体管(FET)、特别是高电子迀移率晶体管(HEMT)相关联的技术。因为使用这样的氮化物半导体的HEMT可以实现大电流、高电压以及低导通电阻操作，所以已被用于高功率和高效率放大器、高功率开关器件等。
[0003]例如，作为氮化物半导体的GaN具有3.4eV的带隙，大于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)，并且具有高的击穿电场强度。因此，GaN非常有望作为用于用来获得高电压操作和高功率的电源的半导体器件的材料。
[0004]上述HEMT的示例包括使用GaN作为电子渡越层和使用AlGaN (氮化铝镓)作为电子供给层的HEMT。在使用GaN作为电子渡越层和使用AlGaN作为电子供给层的HEMT中，在AlGaN中产生因GaN的光栅常数与AlGaN的光栅常数之间的差而引起的畸变。因由此产生的AlGaN的自发极化与压电极化之间的差，所以在电子渡越层中生成了高浓度的二维电子气(2DEG)。因此，HEMT已预期作为用于电动车辆等的高效率开关元件和高耐受电压功率器件。近年来，为了降低衬底成本，已经研发了一种在低成本的Si衬底上生长由氮化物半导体形成的HEMT的技术。
[0005]然而，在通过在衬底(例如，Si衬底)上使用氮化物半导体生长电子渡越层和电子供给层来形成HEMT的情况下，当衬底具有导电性时，氮化物半导体层被施加强的电场。在这样的情况下，最强的电场因大的电势位移而特别施加于漏电极的端部，从而在漏电极的端部处可能发生击穿等，导致可靠性降低。
[0006]因此，在包括形成在衬底(例如，Si衬底)上的氮化物半导体的半导体器件中，期望一种在漏电极的端部处不发生击穿等的高可靠性的半导体器件。
[0007]以下为参考文件。
[0008][文件I]日本早期公开专利公报第2002-359256号和
[0009][文件2]日本早期公开专利公报第10-32349号。
【发明内容】
[0010]根据本发明的一个方面，一种半导体器件包括:形成在衬底上方的第一氮化物半导体层；形成在第一氮化物半导体层上方的第二氮化物半导体层；形成在第二氮化物半导体层和第一氮化物半导体层的一部分中的元件隔离区域；形成在第二半导体层和元件隔离区域上方的栅电极、源电极和漏电极；以及以从漏电极的侧表面的上部突出的方式形成的漏极场板。
【附图说明】
[0011]图1是一种半导体器件的俯视图；
[0012]图2A和图2B是一种半导体器件的横截面图；
[0013]图3是第一实施方案中的半导体器件的俯视图；
[0014]图4A和图4B是第一实施方案中的半导体器件的横截面图；
[0015]图5A和图5B是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图⑴；
[0016]图6A和图6B是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图⑵；
[0017]图7A和图7B是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图(3);
[0018]图8A和图SB是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图⑷；
[0019]图9A和图9B是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图(5);
[0020]图1OA和图1OB是用于制造第一实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(6)；
[0021]图11是一种半导体器件的漏极电压Vd与漏极电流Id的特性图；
[0022]图12是第二实施方案中的半导体器件的俯视图；
[0023]图13A和图13B是第二实施方案中的半导体器件的横截面图；
[0024]图14A和图14B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(1);
[0025]图15A和图15B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(2)；
[0026]图16A和图16B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(3)；
[0027]图17A和图17B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(4);
[0028]图18A和图18B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(5)；
[0029]图19A和图19B是用于制造第二实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(6)；
[0030]图20是第三实施方案中的半导体器件的俯视图；
[0031]图21A和图21B是第三实施方案中的半导体器件的横截面图；
[0032]图22A和图22B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(1);
[0033]图23A和图23B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(2)；
[0034]图24A和图24B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(3)；
[0035]图25A和图25B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(4);
[0036]图26A和图26B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(5)；
[0037]图27A和图27B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(6)；
[0038]图28A和图28B是用于制造第三实施方案中的半导体器件的方法的过程的图
(7)；
[0039]图29是第四实施方案中的分立封装的半导体器件的示意图；
[0040]图30是第四实施方案中的电源装置的电路图；以及
[0041]图31是第四实施方案中的高功率放大器的结构图。
具体实施方案
[0042]下面描述实施方案。由相同的附图标记指定相同的部件等，并且省略其描述。
[0043]首先，在作为半导体器件的HEMT中，参照图1、图2A和图2B来描述在漏电极的端部处发生的击穿。通过在Si衬底上晶体生长氮化物半导体来形成具有图1、图2A和图2B中所示结构的HEMT。图2A是沿图1中长短交替的虚线IIA-1IA截取的横截面图。图2B是沿图1中长短交替的虚线IIB-1IB截取的横截面图。
[0044]在具有图1、图2A和图2B中所示结构的HEMT中，在Si衬底910等上形成有缓冲层911，并且在缓冲层911上堆叠有电子渡越层921和电子供给层922。缓冲层911由A1N、AlGaN等形成。电子渡越层921由i_GaN等形成。电子供给层922由i_AlGaN等形成。由此，在电子渡越层921中、电子渡越层921与电子供给层922之间的界面附近生成2DEG 921a。
[0045]通过执行Ar等的离子注入，在电子供给层922和电子渡越层921的一部分中形成元件隔离区域940a和940b，并且通过由此形成的元件隔离区域940a和940b来实现元件隔离。
[0046]在电子供给层922上，形成有栅电极931、源电极932和漏电极933。具体地，漏电极933形成在中心部分中，并且源电极932形成在漏电极933的两侧的每一侧处。更具体地，漏电极933形成在两个源电极932之间。在漏电极933与源电极932之间各形成有形成栅电极931的一部分的栅极指(gate finger)931a。栅电极931具有由此形成的两个栅极指931a和用于连接两个栅极指931a的栅极指连接部931b。源电极932和漏电极933形成为细和长的矩形形状，并且以纵向方向为几乎相同的方向的方式形成。
[0047]形成在电子供给层922上的栅电极931的栅极指931a、源电极932和漏电极933以从一个元件隔离区域940a上方延伸到另一元件隔离区域940b上方的方式形成。栅电极931的栅极指连接部931b形成在一个元件隔离区域940a上。
[0048]在具有这样的结构的半导体器件中，在一些实例中使用掺杂杂质元素(例如，硼(B))以成为具有低电阻的P型衬底的Si衬底910等。在形成膜时的加热和热处理中，包含在电子渡越层921中的Ga扩散到衬底910中，并且扩散的Ga用作Si衬底910等中的杂质元素，所以在一些实例中衬底910的电阻变低。由此，在衬底910的电阻低时，在漏电极933的端部处发生电场集中。由此，当漏电极933被施加高电压时，在漏电极933的端部附近发生击穿。具体地，在包含GaN、AlGaN等的氮化物半导体中，在一些实例中施加相对高的电压。当施加相对高的电压时，在形成在元件隔离区域940a上的漏电极933的端部处同样发生击穿。图1是示出了 HEMT的结构的一部分的图，并且具有这样的结构的HEMT可以重复形成。
[0049]第一实施方案
[0050]半导体器件
[0051]接下来，参照图3、图4A和图4B来描述本实施方案中的半导体器件。图4A是沿图3中长短交替的虚线IVA-1VA截取的横截面图。图4B是沿图3中长短交替的虚线IVB-1VB截取的横截面图。
[0052]在作为本实施方案中的半导体器件的HEMT中，在Si衬底10等上形成有缓冲层11，并且在缓冲层11上堆叠有作为第一半导体层的电子渡越层21和作为第二半导体层的电子供给层22。缓冲层11由AlN