半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置
[0001][相关申请案]
[0002]本申请案以日本专利申请案2014-49398号(申请日:2014年3月12日)为基础申请案并享有其优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
技术领域
[0003]本发明的实施方式涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0004]氮化物半导体装置由于氮化物半导体的材料特性优异，因此作为可同时实现提高晶体管的耐受电压与降低导通电阻的半导体装置而受到期待。例如，具有GaN(氮化镓)层与AlGaN(氮化铝镓)层的异质界面的场效应晶体管受到注目。然而，由于氮化物半导体装置的晶体管的栅极电容较小，因此虽适于高速切换，但存在对静电较弱的问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种提高静电破坏耐受量的半导体装置。
[0006]根据一实施方式，半导体装置包含第一半导体层、及形成在所述第一半导体层上的第二半导体层。进而，所述装置包含隔着第一绝缘膜而形成在所述第一半导体层上的第一控制电极。进而，所述装置包含第二控制电极，所述第二控制电极隔着第二绝缘膜而形成在所述第一半导体层上，且所述第二绝缘膜侧的一端与所述第一半导体层的距离大于所述第一控制电极的所述第一绝缘膜侧的一端与所述第一半导体层的距离。进而，所述装置包含将所述第一控制电极与所述第二控制电极电连接的配线。
【附图说明】
[0007]图1是表示第一实施方式的半导体装置的构造的剖视图。
[0008]图2是用来对第一实施方式的第一及第二元件的动作进行说明的曲线图。
[0009]图3是表示第一实施方式的变化例的半导体装置的构造的剖视图。
[0010]图4是表示第二实施方式的半导体装置的构造的剖视图。
[0011]图5是用来对第二实施方式的第一及第二元件的动作进行说明的曲线图。
[0012]图6是表示第三实施方式的半导体装置的构造的俯视图。
【具体实施方式】
[0013]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0014](第一实施方式)
[0015]图1是表示第一实施方式的半导体装置的构造的剖视图。图1的半导体装置是氮化物半导体装置。
[0016]图1的半导体装置包含基板1、缓冲层2、第一半导体层的例子即电子移行层3、及第二半导体层的例子即电子供给层4、及元件分离区域5。图1的半导体装置进而包含源极电极11、漏极电极12、第一绝缘膜的例子即第一栅极绝缘膜13、第一控制电极的例子即第一栅极电极14、第二绝缘膜的例子即第二栅极绝缘膜15、第二控制电极的例子即第二栅极电极16、及配线的例子即配线电极17。
[0017]基板I例如为娃基板等半导体基板。图1表不与基板I平彳丁且相互垂直的X方向及Y方向、以及与基板I垂直的Z方向。此外，在本说明书中，将+Z方向视为上方向，且将-Z方向视为下方向。例如，基板I与缓冲层2的位置关系表现为基板I位于缓冲层2的下方。
[0018]缓冲层2形成在基板I上。缓冲层2例如为包含AlN (氮化铝)层、AlGaN层、GaN层等的积层膜。缓冲层2也可以掺杂着碳原子。
[0019]电子移行层3形成在缓冲层2上。电子移行层3例如为η型、ρ型、或i型(本质(intrinsic))型的GaN层。电子移行层3也可为AlxGagN(O彡X彡I)所示的氮化物半导体层。符号3a表示在电子移行层3内产生于电子移行层3与电子供给层4的界面附近的二维电子气体(2DEG,2 Dimens1nal Electron Gas)层。
[0020]电子供给层4形成在电子移行层3上。电子供给层4例如为η型、ρ型、或i型的AlGaN层。电子供给层4也可以为AlYGai_YN(0彡Y彡1，X < Y)所示的氮化物半导体层。本实施方式的电子供给层4比电子移行层3具有更大的禁带宽度。
[0021]元件分离区域5形成在电子移行层3上。本实施方式的元件分离区域5的下端被设定为低于电子移行层3的上端的高度。本实施方式的元件分离区域5的上端被设定为与电子供给层4的上端相同高度。在从上方观察元件分离区域5的情况下，元件分离区域5具有包围源极电极U、漏极电极12、第一栅极电极14、及第二栅极电极16的形状。
[0022]源极电极11与漏极电极12形成在电子供给层4上，且与电子供给层4欧姆连接。源极电极11与漏极电极12是以隔着第一栅极电极14的方式形成。另外，源极电极11是形成在第一栅极电极14与第二栅极电极16之间。本实施方式的源极电极11与漏极电极12的下端被设定为低于电子供给层4的上端的高度，但也可以设定为与电子供给层4的上端相同的高度。
[0023]第一栅极电极14隔着第一栅极绝缘膜13而形成在电子移行层3上。另外，第一栅极绝缘膜13与电子移行层3接触。本实施方式的第一栅极电极14的下端S1被设定为低于源极电极11及漏极电极12的下端的高度。第一栅极电极14的下端S1为第一控制电极的第一绝缘膜侧的一端的例子。
[0024]第二栅极电极16隔着第二栅极绝缘膜15而形成在电子移行层3上。另外，第二栅极绝缘膜15隔着电子供给层4而形成在电子移行层3上。本实施方式的第二栅极绝缘膜15的厚度被设定为与第一栅极绝缘膜13的厚度相同。另外，本实施方式的第二栅极电极16的下端S2被设定为高于第一栅极电极14的下端Sp其结果为,本实施方式的第二栅极电极16的下端S2与电子移行层3的距离被设定为大于第一栅极电极14的下端S1与电子移行层3的距离。第二栅极电极16的下端S2为第二控制电极的第二绝缘膜侧的一端的例子。
[0025]配线电极17形成在第一及第二栅极电极14、16上。第一栅极电极14与第二栅极电极16是通过配线电极17而电连接，因此对第一及第二栅极电极14、16施加相同的栅极电压。
[0026]第一栅极电极14构成第一元件Dp第一元件D1作为场效应晶体管而发挥功能。第一栅极电极14未隔着电子供给层4而形成在电子移行层3上，所以第一元件D1作为常断开型的晶体管而发挥功能。因此，第一元件D1的阈值电压大致为O。须留意由于第一元件D1为常断开型的晶体管，因此在第一栅极电极14的正下方的区域不存在2DEG层3a。
[0027]第二栅极电极16构成第二元件D2。第二元件D2作为场效应晶体管而发挥功能。第二栅极电极16隔着电子供给层4而形成在电子移行层3上，因此第二元件D2作为常导通型的晶体管而发挥功能。因此，第二元件D2的阈值电压未达0，具有负值。
[0028]在本实施方式中，第二栅极电极16的下端S2与电子移行层3的距离被设定为大于第一栅极电极14的下端S1与电子移行层3的距离。理由在于，这些下端SpS2与电子移行层3之间的电子供给层4变得越厚，那么第一及第二元件阈值电压变得越低。因此，第二兀件D2的阈值电压被设定为低于第一兀件D1的阈值电压。
[0029]图2是用来对第一实施方式的第一及第二元件Dp D2的动作进行说明的曲线图。
[0030]图2的横轴表示第一及第二元件Dp D2的栅极电压。图2的纵轴表示第一及第二元件Dp D2的漏极电流。曲线C1表示第一元件D1的动作特性的例子。曲线C2表示第二元件D2的动作特性的例子。
[0031]第一元件D1为常断开型的晶体管，第一元件D1的阈值电压大致为O。因此，在栅极电压Vg为O的情况下，曲线C1上的漏极电流Id的值大致为O。
[0032]第二元件D2为常导通型的晶体管，第二元件D2的阈值电压未达O。因此，在栅极电压Vg为O的情况下，曲线C2上的漏极电流Id的值为正。在曲线C2上，第二元件D2的阈值电压为-%。
[0033]符号R1表示栅极电压Vg的值为-Vtl到O的区域。本实施方式的半导体装置通过将第一及第二栅极电极14、16的栅极电压Vg设定为区域R1内的值，而在第一元件D1为断开的情况下也可以使第二元件D2导通。
[0034](I)第一实施方式的半导体装置的详细情况
[0035]其次，再次参照图1，对第一实施方式的半导体装置的详细情况进行说明。
[0036]当将栅极电压Vg设定为正时，第一元件Dl导通。另外，当将栅极电压Vg设定为负时，第一元件D1断开。在这些情况下，当将栅极电压Vg的值设为高于-Vtl的值时，无论第一元件D1为导通或断开，均可使第二元件D2始终导通。
[0037]在本实施方式的第二元件D2始终导通的情况下，电子移行层3内始终存在2DEG层3a。2DEG层3a从源极电极11下的区域扩大到第二栅极电极16下的区域。因此，第二栅极电极16下的区域成为与源极电极11电连接的状态。
[0038]因此，本实施方式的第二栅极电极16、第二栅极绝缘膜15、电子移行层3及电子供给层4构成包含金属层、绝缘膜、及半导体层的MIS(Metal Insulator Semiconductor,金属绝缘半导体)电容器。第二栅极电极16作为MIS电容器的上部电极而发挥功能，电子移行层3及电子供给层4作为MIS电容器的下部电极而发挥功能。另外，2DEG层3a内的电子可作为下部电极的自由电子而发挥功能。
[0039]第二栅极电极16是通过配线电极17而电连接于第一栅极电极14。因此，根据本实施方式，由于第一栅极电极14包含MIS电容器,因此可有效地增加第一兀件D1的栅极电容。进而，通过使栅极电压Vg的值高于-Vtl，而无论第一元件D1为导通或断开，均可使第一元件D1始终包含MIS电容器。
[0040]本实施方式的第二元件D2的阈值电压低于第一元件D1的阈值电压，因此栅极电压Vg低于第一元件D1的阈值电压，在第一元件D1断开后，也可使第二元件D2维持导通。当第二元件D2断开时，MIS电容器的电容会因栅极电压Vg而变动。就半导体装置的动作来说，第一元件D1K包含的MIS电容器的电容的变动欠佳。然而，根据本实施方式，可避免第二元件D2断开，其结果为可将MIS电容器的电容维持为大致固定。
[0041]在本实施方式中，第一元件D1用作晶体管，第二元件D2用作MIS电容器。根据本实施方式，通过在晶体管(第一兀件D1)设置MIS电容器(第二兀件D2),而可利用MIS电容器提高晶体管的静电破坏耐受量。
[0042]另夕卜，本实施方式的MIS电容器具有包含金属层、绝缘膜、及半导体层的MIS构造。另一方面，一般的电容器具有包含金属层、绝缘膜、及金属层的MIM(Metal-1nsulator_Metal,金属-绝缘体-金属)构造。本实施方式的MIS电容器具有可使设置在晶体管的电容器的制造制程简化的优点。例如，本实施方式的MIS电容器的半导体层为电子移行层3及电子供给层4，因此不需要用来形成半导体层的追加制程。进而，本实施方式的MIS电容器的第二栅极绝缘膜15、第二栅极电极16分别通过与第一栅极绝缘膜13、第一栅极电极14相同的材料、且与第一栅极绝缘膜13、第一栅极电极14