半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，其包括：在襯底上由氮化物半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層中或者在第二半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層中形成的柵極溝槽；在柵極溝槽處形成的柵電極；以及在第二半導(dǎo)體層上形成的源電極和漏電極。柵極溝槽具有形成為比柵極溝槽的底部的中部更淺的底部的端部。柵極溝槽的側(cè)壁的一部分由包括a面的表面形成。底部的中部為c面。底部的端部形成從c面到a面的斜面。
【專利說明】半導(dǎo)體器件及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中的公開內(nèi)容一般性涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化物半導(dǎo)體(例如GaN、AlN和InN)或這些氮化物半導(dǎo)體材料的混晶具有寬帶隙，并且用作高輸出電子器件、短波發(fā)光器件等。已經(jīng)開發(fā)了與場效應(yīng)晶體管(FET)(具體地，高電子遷移率晶體管(HEMT))有關(guān)的技術(shù)(參見例如專利文獻(xiàn)I)以用作高輸出器件。使用這樣的氮化物半導(dǎo)體的HEMT用于高輸出高效率放大器、高功率開關(guān)器件等。
[0003]順便提及，要求常斷作為高輸出高效率放大器、開關(guān)器件等的特性之一。此外，從安全操作的角度來看，常斷是重要的。然而，在使用GaN的HEMT中，因?yàn)橛捎贕aN中的壓電極化和自發(fā)極化而在電子渡越層中生成的2DEG(二維電子氣)中電子的密度極高，所以認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)常斷。因此，正在研究各種方法以實(shí)現(xiàn)使用GaN的HEMT的常斷。
[0004]用于實(shí)現(xiàn)HEMT的常斷(normally-off)的方法之一為形成柵極凹槽的方法。具體地，該方法在柵電極緊下方的電子供給層中形成凹槽以使2DEG在柵電極緊下方的區(qū)域中消失以實(shí)現(xiàn)常斷。
[0005]此外，作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件之一，存在具有UMOS (U金屬氧化物半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的晶體管，其中在堆疊的氮化物半導(dǎo)體層中形成有U形開口并且在開口上形成有氧化膜。
[0006][相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)]
[0008][專利文獻(xiàn)I]日本公開特許公報第2002-359256號
[0009][專利文獻(xiàn)2]日本公開特許公報第2012-124442號
[0010][專利文獻(xiàn)3]日本公開特許公報第2010-62381號
[0011]順便提及，當(dāng)在HEMT中形成柵極凹槽時，柵極凹槽通常通過借助干法蝕刻去除氮化物半導(dǎo)體層的一部分來形成。圖1示出其中柵極凹槽通過干法蝕刻而形成的HEMT。HEMT具有形成在襯底811上的層，這些層包括依次堆疊的由GaN制成的電子渡越層821、由AlGaN制成的電子供給層822以及由η-GaN制成的蓋層823。此外，在形成柵電極841的區(qū)域的緊下方，通過借助干法蝕刻去除蓋層823和電子供給層822的一部分形成柵極凹槽850。柵電極841形成在如上所形成的柵極凹槽850的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，在柵電極841和柵極凹槽850內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層831作為柵極絕緣膜。注意源電極842和漏電極843形成為與電子供給層822接觸。
[0012]在具有這樣的結(jié)構(gòu)的HEMT中，因?yàn)樾纬捎袞艠O凹槽850，所以電子供給層822在柵電極841的緊下方具有較小的厚度。因此，盡管在電子渡越層821中的電子渡越層821與電子供應(yīng)層822之間的界面附近生成2DEG821a，但是2DEG821a在柵電極841的緊下方消失，原因是電子供給層822在柵電極841的緊下方具有較小的厚度。這使得在HEMT中可以實(shí)現(xiàn)常斷。
[0013]順便提及，在具有以上結(jié)構(gòu)的HEMT中，當(dāng)通過干法蝕刻形成柵極凹槽850時，下層在柵極凹槽850的底部的端部850a處比在底部的其他部分(例如中部850b)處去除得更多。也就是說，柵極凹槽850的底部的端部850a比底部的其他部分(例如中部850b)形成得更深。該現(xiàn)象是當(dāng)通過干法蝕刻在氮化物半導(dǎo)體中形成柵極凹槽時出現(xiàn)的固有問題。如果將電壓施加到其中柵極凹槽850的底部的端部850a比底部的中部850b形成得更深的器件，則電場集中在柵極凹槽850的底部的端部850a中。這導(dǎo)致柵極凹槽850的底部的端部850a上的破壞，降低了可靠性。
[0014]此外，當(dāng)在具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管中形成開口時，開口通常通過借助干法蝕刻去除氮化物半導(dǎo)體層的一部分來形成。圖2示出其中開口通過干法蝕刻形成的具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管。具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管具有形成在由n-GaN形成的襯底911的表面上的層，這些層包括依次堆疊的n-GaN層921、p-GaN層922以及n_GaN層923。在形成柵電極941的區(qū)域的緊下方，通過借助干法蝕刻去除n-GaN層923、p-GaN層922和n_GaN層921的一部分來形成柵極溝槽950。柵電極941形成在如上所形成的柵極溝槽950的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，在柵電極941和柵極溝槽950內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層931作為柵極絕緣膜。注意源電極942形成為與n-GaN層923接觸并且漏電極943形成在襯底911的背面上。因此，當(dāng)具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管工作時電流沿與襯底911垂直的方向流動。
[0015]在具有以上結(jié)構(gòu)的HEMT中，當(dāng)通過干法蝕刻形成柵極溝槽950時，下層在柵極溝槽950的底部的端部950a處比在底部的其他部分(例如中部950b)處去除得更多。也就是說，柵極溝槽950的底部的端部950a比底部的其他部分(例如中部950b)形成得更深。該現(xiàn)象是當(dāng)通過干法蝕刻在氮化物半導(dǎo)體中形成開口時出現(xiàn)的固有問題，這與以上所述的柵極凹槽的情況類似。如果將電壓施加到其中柵極溝槽950的底部的端部950a比底部的中部950b形成得更深的器件，則電場集中在柵極溝槽950的底部的端部950a中。這導(dǎo)致柵極溝槽950的底部的端部950a上的破壞，降低了可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]鑒于以上，需要一種使用氮化物半導(dǎo)體(例如GaN)的半導(dǎo)體器件的制造方法，在所述半導(dǎo)體器件中柵極凹槽或開口的底部的端部形成為不比中部深，以實(shí)現(xiàn)高耐壓和高可靠性。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的至少一個實(shí)施方案，半導(dǎo)體器件包括:襯底上的由氮化物半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo)體層；第一半導(dǎo)體層上的由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層；在第二半導(dǎo)體層中或者在第二半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層中形成的柵極溝槽；在柵極溝槽處形成的柵電極；以及在第二半導(dǎo)體層上形成的源電極和漏電極。柵極溝槽具有形成為比柵極溝槽的底部的中部更淺的底部的端部。柵極溝槽的側(cè)壁的一部分由包括a面的表面形成。底部的中部為c面。底部的端部形成從c面到a面的斜面。
[0018]根據(jù)所公開的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件制造方法，可以提高使用氮化物半導(dǎo)體(例如GaN)的半導(dǎo)體器件上的耐壓和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為示出形成有柵極凹槽的HEMT的示意圖；
[0020]圖2為示出具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管的示意圖；
[0021]圖3為根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的頂視圖；
[0022]圖4為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0023]圖5A至圖5C為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一工序圖；
[0024]圖6A至圖6C為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二工序圖；
[0025]圖7A至圖7C為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第三工序圖；
[0026]圖8A至圖SC為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第四工序圖；
[0027]圖9A至圖9C為示出根據(jù)第一實(shí)施方案的柵極凹槽的形成方法的示意圖；
[0028]圖10為示出GaN材料的濕法蝕刻的示意圖；
[0029]圖11為根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第一頂視圖；
[0030]圖12為根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第二頂視圖；
[0031]圖13為根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第三頂視圖；
[0032]圖14為根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的頂視圖；
[0033]圖15為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0034]圖16A至圖16C為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一工序圖；
[0035]圖17A至圖17C為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二工序圖；
[0036]圖18A至圖18C為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第三工序圖；
[0037]圖19A至圖19C為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法的第四工序圖；
[0038]圖20A至圖20C為示出根據(jù)第二實(shí)施方案的柵極凹槽的形成方法的示意圖；
[0039]圖21為根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第一頂視圖；
[0040]圖22為根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第二頂視圖；
[0041]圖23為根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造工藝的第三頂視圖；
[0042]圖24為示出根據(jù)第三實(shí)施方案的在分立封裝件中的半導(dǎo)體器件的示意圖；
[0043]圖25為示出根據(jù)第三實(shí)施方案的電源裝置的電路圖；以及
[0044]圖26為示出根據(jù)第三實(shí)施方案的高輸出放大器的結(jié)構(gòu)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0045]下面，將參照圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案。注意在整個圖中相同的部件等通過相同的數(shù)字編號標(biāo)識，并且相應(yīng)地省略其描述。
[0046][第一實(shí)施方案]
[0047](半導(dǎo)體器件)
[0048]將基于圖3至圖4描述作為第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的HEMT。注意圖3為根據(jù)本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的頂視圖，并且圖4為沿圖3的點(diǎn)劃線3A-3B所截取的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。盡管本實(shí)施方案中的描述假設(shè)在相同襯底上形成有多個HEMT，但是也可以僅形成一個HEMT。
[0049]本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件具有形成在襯底11上的層，這些層包括依次堆疊并且由氮化物半導(dǎo)體制成的初始生長層12、緩沖層13、電子渡越層21、電子供給層22和蓋層23。此外，在待形成柵電極41的區(qū)域中通過借助干法蝕刻去除蓋層23和電子供給層22的一部分而形成柵極溝槽50。柵電極41形成在如上所形成的柵極溝槽50的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，在柵電極41和柵極凹槽50內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層31作為柵極絕緣膜。也就是說，絕緣層31形成在柵極溝槽50的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，并且柵電極41形成在絕緣層31上。注意源電極42和漏電極43形成為與電子供給層22接觸。此外，如果如圖3所示形成多個HEMT，則各個HEMT的柵電極41與柵極總線61連接。此外，源電極42經(jīng)由橋部62a與源極總線62連接，并且漏電極43與漏極總線63連接。
[0050]在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，因?yàn)樾纬捎袞艠O溝槽50，所以電子供給層22在柵電極41的緊下方具有較小的厚度。因此，盡管在電子渡越層21中的電子渡越層21與電子供應(yīng)層22之間的界面附近生成2DEG21a，但是2DEG21a在柵電極41的緊下方消失，原因是電子供給層22在柵電極41的緊下方具有較小的厚度。這使得半導(dǎo)體器件在本實(shí)施方案中能夠保持常斷的狀態(tài)。
[0051]此外，在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽50使其底部的端部50a形成為比底部的其他部分(例如，底部的中部50b)更淺。這防止了電場集中在柵極溝槽50的底部的端部50a中，提高了耐壓并且提升了半導(dǎo)體器件的可靠性。注意，柵極溝槽50以如下方式形成:柵極溝槽50的底部的中部50b為c面(0001)，并且柵極溝槽50的側(cè)壁50c為a面(11-20)。
[0052]注意以上所述的為具有MIS (金屬絕緣體半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)的HEMT，其中GaN用于電子渡越層21并且AlGaN用于電子供給層22?？商娲?，本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件可以為其中GaN用于電子渡越層21并且InAlN用于電子供給層22的HEMT，或者可以為未形成絕緣層31的肖特基型HEMT。還注意在本發(fā)明的實(shí)施方案中η型可以稱作第一導(dǎo)電型，并且P型可以稱作第二導(dǎo)電型。
[0053](半導(dǎo)體器件的制造方法)
[0054]接下來，將基于圖5Α至圖SC描述第一實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的制造方法。
[0055]首先，如圖5Α所示，通過外延生長在襯底11上形成包括初始生長層12、緩沖層
13、電子渡越層21、電子供給層22和蓋層23的氮化物半導(dǎo)體層。這在電子渡越層21中的電子渡越層21與電子供給層22之間的界面附近生成2DEG21a。當(dāng)通過外延生長形成氮化物半導(dǎo)體層時，使用MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法。注意在本實(shí)施方案中以該方式形成的氮化物半導(dǎo)體層的表面為c面(0001)。此外，可以通過MBE(分子束外延)法而不是MOCVD來形成這些氮化物半導(dǎo)體層。
[0056]例如，可以將藍(lán)寶石襯底、Si襯底或SiC襯底用于襯底11。在本實(shí)施方案中，將Si襯底用于襯底11。初始生長層12由膜厚為約10nm的AlN形成，并且緩沖層13由膜厚為約10nm的AlGaN形成。
[0057]電子渡越層21由膜厚為約I μ m的i_GaN形成。
[0058]電子供給層22由膜厚為約30nm的AlGaN形成，使得當(dāng)表示為AlxGa1J時，X取
0.1至0.3的值。電子供給層22可以為1-AlGaN或n-AlGaN。在本實(shí)施方案中，電子供給層22由n-AlGaN形成。
[0059]蓋層23由膜厚為約5nm的η-GaN形成。
[0060]當(dāng)通過MOCVD形成這些氮化物半導(dǎo)體層的膜時，將TMA (三甲基鋁)用作Al的原料氣體，將TMG (三甲基鎵)用作Ga的原料氣體，并且將NH3 (氨氣)用作N的原料氣體。注意使用氫氣(H2)作為載氣將這些原料氣體供應(yīng)到MOVPE裝置的反應(yīng)室。此外，當(dāng)將氨氣供應(yīng)到用于形成這些氮化物半導(dǎo)體層的反應(yīng)室時，氨氣的流量為10sccm至lOOOOsccm，并且形成氮化物半導(dǎo)體層的生長壓力(即，反應(yīng)室中的壓力)為50ΤΟΠ.至300ΤΟΠ.。
[0061]具體地，在襯底溫度在1000°C至1300°C的條件下通過使用TMA和NH3的混合氣體作為原料氣體生長AlN來形成初始生長層12。
[0062]在襯底溫度在900°C至1300°C的條件下通過使用TMG、TMA和NH3的混合氣體作為原料氣體生長AlGaN來形成緩沖層13。注意可以通過調(diào)節(jié)供應(yīng)到反應(yīng)室的TMG與TMA的流量比來以期望的組成比生長AlGaN。
[0063]在襯底溫度在900°C至1100°C的條件下通過使用TMG和NH3的混合氣體作為原料氣體生長GaN來形成電子渡越層21。
[0064]在襯底溫度在900°C至1300°C的條件下通過使用TMG、TMA和NH3的混合氣體作為原料氣體生長η-AlGaN來形成電子供給層22。電子供給層22摻雜有作為η型雜質(zhì)元素的Si，使得 Si 的密度為 I X 118CnT3 至 I X 102°cnT3(例如，I X 119CnT3)。將 SiH4 等用作 Si 的原料氣體。注意可以通過調(diào)節(jié)供應(yīng)到反應(yīng)室的TMG與TMA的流量比來以期望的組成比生長η-AlGaN。
[0065]在襯底溫度在900°C至1100°C的條件下通過使用TMA和NH3的混合氣體作為原料氣體生長n-GaN來形成蓋層23。蓋層23摻雜有作為η型雜質(zhì)元素的Si，使得Si的密度為I X 118CnT3 至 I X 102°cnT3 (例如，I X 119CnT3)。將 SiH4 等用作 Si 的原料氣體。
[0066]接下來，如圖5Β所示，在蓋層23上形成硬掩模71。具體地，通過CVD (化學(xué)氣相沉積)在蓋層23上形成Si3N4膜以具有約200nm的厚度。此后，在Si3N4膜上施加光致抗蝕劑，然后將該光致抗蝕劑通過曝光裝置進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影使得形成光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過使用氟基氣體作為蝕刻氣體的干法蝕刻(例如RIE (反應(yīng)離子蝕刻)等)在未形成光致抗蝕劑圖案的區(qū)域中去除Si3N4膜。由此，在蓋層23上形成硬掩模71。此后，通過有機(jī)溶劑等去除光致抗蝕劑圖案(未示出)。注意以上所述的為Si3N4膜通過干法蝕刻去除的情況。可替代地，可以通過使用緩沖氫氟酸等作為蝕刻液的濕法蝕刻來去除Si3N4膜。此外，形成硬掩模71的材料可以為通過CVD、濺射、SOG等形成的Si02。以該方式形成的硬掩模71包括沿著電子渡越層21中的GaN的m軸〈1_100>的指狀開口 71a。
[0067]接下來，如圖5C所示，通過使用硬掩模71作為掩模借助干法蝕刻(例如RIE等)去除蓋層23和電子供給層22的一部分來形成第一開口 72。氯基氣體用作該干法蝕刻的蝕刻氣體。此時，進(jìn)行蝕刻使得開口 72的側(cè)壁72a幾乎垂直于襯底11以使第一開口 72的側(cè)壁72a為a面(11-20)或接近于a面(11-20)的表面。注意以上所述的為電子供給層22在第一開口 72的底部72b處的情況?？商娲?，第一開口 72可以形成為使得蓋層23在第一開口 72的底部72b處，或者可以在第一開口 72的底部72b處完全去除電子供給層22以使電子渡越層21露出。
[0068]接下來，如圖6A所示，在硬掩模71、第一開口 72的底部72b處露出的電子供給層22等上形成光致抗蝕劑圖案73。該光致抗蝕劑圖案73具有形成在第一開口 72的底部72b的中部處的開口 73a。具體地，光致抗蝕劑圖案73通過在硬掩模71、在第一開口 72的底部72b處露出的電子供給層22等上施加光致抗蝕劑來形成，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影。
[0069]接下來，如圖6B所示，通過借助使用氯基氣體作為蝕刻氣體的干法蝕刻(例如RIE等)去除電子供給層22的在光致抗蝕劑圖案73的開口 73a處的部分來形成第二開口 74。此時，第二開口 74通過使用氯基氣體作為蝕刻氣體的干法蝕刻(例如RIE等)形成為使得第二開口 74的底部74b位于比第一開口 72的底部72b深數(shù)納米。因而，第二開口 74的側(cè)壁74a形成在第一開口 72的底部72b與第二開口 74的底部74b之間。此后，通過有機(jī)溶劑等去除光致抗蝕劑圖案73。
[0070]接下來，如圖6C所示，通過濕法蝕刻去除電子供給層22的在第一開口 72的底部72b處的部分。將高溫KOH溶劑或TMAH(三甲基鋁氫氧化物)溶劑用作該濕法蝕刻的蝕刻液，該蝕刻液為例如溫度在75°C并且濃度為2mol/L的KOH溶劑或者溫度在75°C濃度為25 %的TMAH溶劑。注意可以將除KOH溶劑或TMAH溶劑之外的堿性蝕刻液用作用于該濕法蝕刻的蝕刻液。因而，通過處理第一開口 72和第二開口 74形成柵極溝槽50。該柵極溝槽50具有形成為相對于襯底11的角度為10°至30°的斜面的在底部處的端部50a，并且在底部處的端部50a在比底部的中部50b更淺的位置處形成。此外，通過濕法蝕刻幾乎沒有去除第二開口 74的底部74b，原因是其為c面(0001)。因此，第二開口 74的底部74b為柵極溝槽50的底部的中部50b。
[0071]將基于圖9A至圖9C詳細(xì)描述該濕法蝕刻工藝。圖9A為圖6B中所示的狀態(tài)下的核心部分的放大圖。在該狀態(tài)下，第二開口 74如上所述形成在第一開口 72的底部72b處。此外，硬掩模71形成在除形成第一開口 72和第二開口 74的區(qū)域以外的蓋層23上。第二開口 74的底部74b形成在比第一開口 72的底部72b更深的位置處，并且在第二開口 74的底部74b與第一開口 72的底部72b之間形成臺階部分。在本實(shí)施方案中，第一開口 72的底部72b中的第二開口 74的一側(cè)上的邊緣將稱作第一開口 72的底部72b的角部72c。注意，在該狀態(tài)下，第一開口 72的側(cè)壁72a和第二開口 74的側(cè)壁74a為a面(I 1_20)或接近于a面(11-20)的表面。此外，第一開口 72的底部72b和第二開口 74的底部74b為c面
(0001)或接近于c面(0001)的表面。
[0072]通過從圖9A中所示的狀態(tài)進(jìn)行使用高溫KOH溶劑或TMAH溶劑的濕法蝕刻，蝕刻從第一開口 72的底部72b的角部72c開始逐漸進(jìn)行。因而，如圖9B所示，形成相對于襯底11的角度為10°至30°的斜面72d。此時，因?yàn)樯戏叫纬捎杏惭谀?1，所以第一開口 72的側(cè)壁72a幾乎未被蝕刻。
[0073]此后，通過進(jìn)一步進(jìn)行濕法蝕刻，如圖9C所示，從第一開口 72的底部72b的角部72c開始的蝕刻進(jìn)一步進(jìn)行，這使斜面72d與第二開口 74的底部74b接觸。因而，形成柵極溝槽50。在該柵極溝槽50中，端部50a通過底部處的斜面72d形成，并且底部的中部50b通過第二開口 74的底部74b形成。也就是說，第一開口 72的底部72b為c面(0001)或接近于c面(0001)的表面。并且第二開口 74的側(cè)壁為a面(11-20)或接近于a面(11-20)的表面。因此，如圖10所示第一開口 72的底部72b處的角部72c處的Ga具有懸空鍵，并且具有這樣的懸空鍵的Ga傾向于被去除，這使蝕刻從這樣的部分進(jìn)行。
[0074]接下來，如圖7A所示通過濕法蝕刻去除硬掩模71。對于該濕法蝕刻，將氫氟酸等用作蝕刻液。注意圖11為該狀態(tài)下的頂視圖，并且圖7A為沿著圖11的點(diǎn)劃線IlA-1lBK截取的橫截面圖。
[0075]接下來，如圖7B所示，在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中去除蓋層23以使電子供給層22露出。此時，可以去除電子供給層22的一部分。具體地，通過在蓋層23上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過干法蝕刻(例如RIE等)在未形成光致抗蝕劑圖案的區(qū)域中去除蓋層23以使電子供給層22露出。注意光致抗蝕劑圖案(未示出)通過有機(jī)溶劑等去除。
[0076]接下來，如圖7C所示，在形成柵極溝槽50的區(qū)域中的電子供給層22等上以及在蓋層23上形成絕緣膜31t。具體地，絕緣膜31t通過借助ALD (原子層沉積)形成Al2O3的膜至具有約50nm的厚度來形成。絕緣膜31t可以由除Al2O3之外的材料形成，只要其為氧化物或氮化物即可，例如，選自Si02、HfO2, Ga203、Si3N4等的一種或更多種材料。此外，可以將這些材料進(jìn)行堆積以形成該膜。
[0077]接下來，如圖8A所示，在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中去除絕緣膜31t以使電子供給層22露出。因而，通過去除在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中的絕緣膜31t，絕緣層31通過剩余的絕緣膜31t形成。具體地，通過在絕緣膜31t上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過干法蝕刻或濕法蝕刻在未形成光致抗蝕劑圖案的區(qū)域中去除絕緣膜31t以形成絕緣層31作為柵極絕緣膜。注意如果絕緣膜31t由Al2O3形成，則可以通過離子研磨等去除絕緣膜31t，此外，光致抗蝕劑圖案(未示出)通過有機(jī)溶劑等去除。
[0078]接下來，如圖8B所示，形成源電極42和漏電極43。具體地，通過在絕緣層31和電子供給層22的表面上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過真空沉積在形成光致抗蝕劑圖案的表面上形成由Ti/Al制成的堆疊金屬膜。在堆疊金屬膜中，堆積厚度為約1nm的Ti膜和厚度為約300nm的Al膜。此后，通過浸入到有機(jī)溶劑等中，形成在光致抗蝕劑圖案上的堆疊金屬膜通過剝離與光致抗蝕劑圖案一起被去除。因而，源電極42和漏電極43通過剩余的堆疊金屬膜形成。此后，在400°C至1000°C的溫度下(例如在700°C的溫度下)在氮?dú)鈿夥罩型ㄟ^RTA (快速熱退火)等施加熱處理。因而，在源電極42和漏電極43之間建立歐姆接觸。注意圖12為該狀態(tài)下的頂視圖，并且圖8B為沿著圖12的點(diǎn)劃線12A-12B所截取的橫截面圖。
[0079]接下來，如圖8C所示，形成柵電極41。具體地，通過在絕緣層31、源電極42和漏電極43的表面上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成柵電極41的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過真空沉積在形成光致抗蝕劑圖案的表面上形成由Ni/Al制成的堆疊金屬膜。此后，通過浸入到有機(jī)溶劑等中，形成在光致抗蝕劑圖案上的堆疊金屬膜通過剝離與光致抗蝕劑圖案一起被去除。因而，柵電極41通過柵極溝槽50中的剩余的堆疊金屬膜形成。圖13為該狀態(tài)下的頂視圖，并且圖8C為沿著圖13的點(diǎn)劃線13A-13B所截取的橫截面圖。
[0080]此后，可以形成層間絕緣膜(未示出)以形成接線等。
[0081]本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件可以通過以上工藝制造。
[0082][第二實(shí)施方案]
[0083](半導(dǎo)體器件)
[0084]接下來，將基于圖14至圖15描述第二實(shí)施方案中的作為半導(dǎo)體器件的具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管。注意圖14為根據(jù)本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的頂視圖，并且圖15為沿圖14的點(diǎn)劃線14A-14B所截取的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。盡管本實(shí)施方案中的描述假設(shè)在本實(shí)施方案中相同襯底上形成有多個具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管，但是也可以形成僅一個具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管。
[0085]本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件具有形成在襯底111的表面上的層，這些層包括依次堆疊的第一半導(dǎo)體層121、第二半導(dǎo)體層122和第三半導(dǎo)體層123。注意襯底111為η型襯底，例如，n-GaN襯底。第一半導(dǎo)體層121為η型并且由例如n_GaN形成；第二半導(dǎo)體層122為P型并且由例如P-GaN形成；并且第三半導(dǎo)體層123為η型并且由例如n_GaN形成。
[0086]此外，在形成柵電極141的區(qū)域中通過借助干法蝕刻去除第三半導(dǎo)體層123、第二半導(dǎo)體層122和第一半導(dǎo)體層121的一部分而形成有柵極溝槽150。柵電極141形成在如上所形成的柵極溝槽150的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，柵電極141和柵極凹槽150內(nèi)部的側(cè)壁和底部之間層疊有絕緣層131作為柵極絕緣膜。也就是說，絕緣層131形成在柵極溝槽150的內(nèi)部的側(cè)壁和底部上，并且柵電極141形成在絕緣層131上。注意源電極142形成在第三半導(dǎo)體層123上并且漏電極143形成在襯底111的背面(即，相反一側(cè)的表面)上。此夕卜，如果如圖14所示形成有多個具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管，則各個具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管的柵電極141與柵極總線161連接，并且各個具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管的源電極142與源極總線162連接。
[0087]此外，在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽150具有形成為比底部的其他部分(例如，底部的中部150b)更淺的底部的端部150a。這防止了電場在柵極溝槽150的底部的端部150a中集中，提高了耐壓并且提升了半導(dǎo)體器件的可靠性。注意，以如下方式形成:柵極溝槽150的底部的中部150b為c面(0001)，并且柵極溝槽150的側(cè)壁150c為a面(11-20)。
[0088]為了具體描述本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件，將考慮在源電極142與漏電極143之間恒定地施加偏壓同時使漏電極143正向偏置的情況。
[0089]在該情況下，在電壓未施加到柵電極141的關(guān)斷狀態(tài)下，電場在柵極溝槽150的底部的端部150a處以及在第一半導(dǎo)體層121與第二半導(dǎo)體層122之間的p-n結(jié)處集中。尤其在具有UMOS結(jié)構(gòu)的晶體管中，電場傾向于在柵極溝槽150的底部的端部處集中，引起破壞等。在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽150具有形成為比底部的中部150b更淺的底部的端部150a，這防止了電場集中，并且提高了耐壓。
[0090]此外，在電壓施加到柵電極141的導(dǎo)通狀態(tài)下，將相對于作為參照的源電極142的正偏壓施加到柵電極141。此時，在由p-GaN等形成的第二半導(dǎo)體層122中與絕緣層131的界面附近形成有反型層，這引起源電極142與漏電極143之間導(dǎo)電。此時，在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽150的側(cè)壁150c具有高遷移率而作為電流路徑，原因是其為非極化面或受GaN的極化電荷影響不是很多的a面(11_20)。因此，導(dǎo)通電阻可以保持為低。此外，如果如專利文獻(xiàn)2中所公開的柵極溝槽150的側(cè)壁形成為錐形，則柵極閾值電壓受GaN的極化電荷的影響而波動，并且在導(dǎo)通電阻和流動電流的量上產(chǎn)生變化，這降低了產(chǎn)率等。然而，在本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件中，柵極溝槽150的側(cè)壁150c為對柵極閾值電壓影響極其小的非極化表面，這提高了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率。
[0091](半導(dǎo)體器件的制造方法)
[0092]接下來，將基于圖16A至圖19C描述第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件的制造方法。
[0093]首先，如圖16A所示，通過外延生長在襯底111的表面上形成包括第一半導(dǎo)體層121、第二半導(dǎo)體層122和第三半導(dǎo)體層123的氮化物半導(dǎo)體層。當(dāng)通過外延生長形成氮化物半導(dǎo)體層時，使用MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)法。注意在本實(shí)施方案中以該方式形成的氮化物半導(dǎo)體層的表面為c面(0001)。此外，可以通過MBE(分子束外延)法而不是MOCVD來形成這些氮化物半導(dǎo)體層。
[0094]將n-GaN襯底用于襯底111，該n_GaN襯底摻雜有作為η型雜質(zhì)元素的Si，使得Si的密度為約lX1019cnT3。
[0095]第一半導(dǎo)體層121由膜厚為約10 μ m的n_GaN形成；第二半導(dǎo)體層122由膜厚為約I μ m的p-GaN形成；并且第三半導(dǎo)體層123由膜厚為約10nm的n_GaN形成。因而,在襯底111上依次形成且堆疊第一半導(dǎo)體層121、第二半導(dǎo)體層122和第三半導(dǎo)體層123。
[0096]當(dāng)通過MOCVD形成這些氮化物半導(dǎo)體層的膜時，將TMG (三甲基鎵)用作Ga的原料氣體，并且將NH3 (氨氣)用作N的原料氣體。注意使用氫氣(H2)作為載氣將這些原料氣體供應(yīng)到MOVPE裝置的反應(yīng)室。此外，氨氣的流量在供應(yīng)到用于形成這些氮化物半導(dǎo)體層的反應(yīng)室時為10sccm至lOOOOsccm，并且用于形成氮化物半導(dǎo)體層的生長壓力(S卩，反應(yīng)室中的壓力)為5OTorr至300Torr。
[0097]具體地，在襯底溫度在900°C至1100°C的條件下通過使用TMG和NH3以及包含η型雜質(zhì)元素的氣體的混合氣體的原料氣體生長n-GaN來形成第一半導(dǎo)體層121。Si用作η型雜質(zhì)元素，使用SiH4等作為原料氣體將Si以I X 1015em 3至I X 1018em 3 (例如，5 X 1016em 3)的密度摻雜。
[0098]在襯底溫度在900°C至1100°C的條件下通過使用TMG和NH3以及包含P型雜質(zhì)元素的氣體的混合氣體的原料氣體生長P-GaN來形成第二半導(dǎo)體層122。Mg用作p型雜質(zhì)元素，使用Cp2Mg(二茂鎂)等作為原料氣體將Mg以5X 118CnT3至5X 129CnT3(例如，lX1019cm_3)的密度摻雜。注意，在形成第二半導(dǎo)體層122的膜之后，在400°C至1000°C的溫度下在N2氣氛中實(shí)施熱處理以將其活化為P型。
[0099]在襯底溫度在900°C至1100°C的條件下通過使用TMG和NH3以及包含η型雜質(zhì)元素的氣體的混合氣體的原料氣體生長n-GaN來形成第三半導(dǎo)體層123。Si用作η型雜質(zhì)元素，使用SiH4等作為原料氣體將Si以I X 115CnT3至I X 118CnT3 (例如，5 X 1016cm_3)的密度摻雜。
[0100]接下來，如圖16Β所示，在第三半導(dǎo)體層123上形成硬掩模171。具體地，通過CVD在第三半導(dǎo)體層123上形成厚度為約500nm的Si3N4膜。此后，在Si3N4膜上施加光致抗蝕齊IJ，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過使用氟基氣體作為蝕刻氣體的干法蝕刻(例如RIE (反應(yīng)離子蝕刻)等)在未形成光致抗蝕劑圖案的區(qū)域中去除Si3N4膜。因而，硬掩模171形成在第三半導(dǎo)體層123上。此后，通過有機(jī)溶劑等去除光致抗蝕劑圖案(未示出)。注意以上所述的為Si3N4膜通過干法蝕刻去除的情況?？商娲?，可以通過使用緩沖氫氟酸等作為蝕刻液的濕法蝕刻來去除Si3N4膜。此外，形成硬掩模171的材料可以為通過CVD、濺射、SOG等形成的Si02。以該方式形成的硬掩模171包括沿著第三半導(dǎo)體層123中的GaN的m軸〈1_100>的指狀開Π 171a。
[0101]接下來，如圖16C所示，通過使用硬掩模171作為掩模借助干法蝕刻(例如RIE等)去除第三半導(dǎo)體層123、第二半導(dǎo)體層122和第一半導(dǎo)體層121的一部分來形成第一開口172。氯基氣體用作該干法蝕刻的蝕刻氣體。此時，進(jìn)行蝕刻，使得開口 172的側(cè)壁172a幾乎垂直于襯底111以使第一開口 172的側(cè)壁172a為a面(11-20)或接近于a面(11-20)的表面。因而，第一開口 172形成為其中第一半導(dǎo)體層121在底部172b處露出。
[0102]接下來，如圖17A所示，在硬掩模171、露出在第一開口 172的底部172b上的第一半導(dǎo)體層121等上形成光致抗蝕劑圖案173。該光致抗蝕劑圖案173具有形成在第一開口172的底部172b的中部處的開口 173a。具體地，光致抗蝕劑圖案173通過在硬掩模171、在第一開口 172的底部172b處露出的第一半導(dǎo)體層121等上施加光致抗蝕劑來形成，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影。
[0103]接下來，如圖17B所示，通過借助干法蝕刻(例如RIE等)去除第一半導(dǎo)體層121的在光致抗蝕劑圖案173的開口 173a處的部分來形成第二開口 174。此時，第二開口 174通過干法蝕刻(例如RIE等)形成，使得第二開口 174的底部174b位于相對于第一開口 172的底部172b深數(shù)納米至數(shù)十納米。因而，第二開口 174的側(cè)壁174a形成在第一開口 172的底部172b與第二開口 174的底部174b之間。此后，通過有機(jī)溶劑等去除光致抗蝕劑圖案 173。
[0104]接下來，如圖17C所示，通過濕法蝕刻去除第一半導(dǎo)體層121的在第一開口 172的底部172b處的部分。將高溫KOH溶劑或TMAH(三甲基鋁氫氧化物)溶劑作為蝕刻液用于該濕法蝕刻，該蝕刻液為例如溫度在75°C并且濃度為2mol/L的KOH溶劑或者溫度在75°C濃度為25 %的TMAH溶劑。注意可以將除KOH溶劑或TMAH溶劑之外的堿性蝕刻液用作該濕法蝕刻的蝕刻液。因而，通過處理第一開口 172和第二開口 174形成柵極溝槽150。該柵極溝槽150具有這樣的底部的端部150a:該底部的端部150a形成為相對于襯底111的角度為10°至30°的斜面，并且底部的端部150a在比底部的中部150b更淺的位置處形成。此夕卜，通過濕法蝕刻幾乎沒有去除第二開口 174的底部174b，原因是其為c面(0001)。因此，第二開口 174的底部174b為柵極溝槽150的底部的中部150b。
[0105]將基于圖20A至圖20C詳細(xì)描述該濕法蝕刻工藝。圖20A為圖17B中所示的狀態(tài)下的核心部分的放大圖。在該狀態(tài)下，如上所述第二開口 174形成在第一開口 172的底部172b處。此外，硬掩模171形成在除形成第一開口 172和第二開口 174的以外區(qū)域的第三半導(dǎo)體層123上。第二開口 174的底部174b形成在比第一開口 172的底部172b更深的位置處，并且在第二開口 174的底部174b與第一開口 172的底部172b之間形成臺階部分。在本實(shí)施方案中，第一開口 172的底部172b中的第二開口 174的一側(cè)上的邊緣將稱為第一開口 172的底部172b的角部172c。注意，在該狀態(tài)下，第一開口 172的側(cè)壁172a和第二開口174的側(cè)壁174a為a面(11-20)或接近于a面(11-20)的表面。此外，第一開口 172的底部172b和第二開口 174的底部174b為c面(0001)或接近于c面(0001)的表面。
[0106]通過從圖20A中所示的狀態(tài)進(jìn)行使用高溫KOH溶劑或TMAH溶劑的濕法蝕刻，蝕刻從第一開口 172的底部172b的角部172c開始逐漸進(jìn)行。因而，如圖20B所示，形成相對于襯底111的角度為10°至30°的斜面172d。此時，因?yàn)樯戏叫纬捎杏惭谀?71，所以第一開口 172的側(cè)壁172a幾乎未被蝕刻。
[0107]此后，通過進(jìn)一步進(jìn)行濕法蝕刻，如圖20C所示，進(jìn)一步進(jìn)行從第一開口 172的底部172b的角部172c開始的蝕刻，這使斜面172d與第二開口 174的底部174b接觸。因而，形成柵極溝槽150。在該柵極溝槽150中，端部150a由底部處的斜面172d形成，并且底部的中部150b由第二開口 174的底部174b形成。也就是說，第一開口 172的底部172b為c面(0001)或接近于c面(0001)的表面，并且第二開口 174的側(cè)壁為a面(11-20)或接近于a面(11-20)的表面。因此，如圖10所示第一開口 172的底部172b處的角部172c處的Ga具有懸空鍵，并且具有這樣的懸空鍵的Ga易于被去除，這使蝕刻從這種部分進(jìn)行。
[0108]接下來，如圖18A所示通過濕法蝕刻去除硬掩模171。對于該濕法蝕刻，將氫氟酸等用作蝕刻液。注意圖21為該狀態(tài)下的頂視圖，并且圖18A為沿著圖21的點(diǎn)劃線21A-21B所截取的橫截面圖。
[0109]接下來，如圖18B所示，在襯底111的背面(即表面的另一側(cè))上形成漏電極143。具體地，通過真空沉積形成由Ti/Al制成的堆疊金屬膜以形成漏電極143。在堆疊金屬膜中，堆積厚度為約1nm的Ti膜和厚度為約300nm的Al膜。
[0110]接下來，如圖18C所示，形成源電極142。具體地，通過在柵極溝槽150中的第一半導(dǎo)體層121和第三半導(dǎo)體層123上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成源電極142的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過真空沉積在形成光致抗蝕劑圖案的表面上形成由Ti/Al制成的堆疊金屬膜。在堆疊金屬膜中，堆積有厚度為約1nm的Ti膜和厚度為約300nm的Al膜。此后，通過浸入到有機(jī)溶劑等中，形成在光致抗蝕劑圖案上的堆疊金屬膜通過剝離與光致抗蝕劑圖案一起被去除。因而，源電極142由剩余的堆疊金屬膜形成。此后，在400°C至1000°C的溫度下(例如在700°C的溫度下)在氮?dú)鈿夥罩袑?shí)施熱處理。因而，在源電極142和漏電極143之間建立歐姆接觸。注意圖22為該狀態(tài)下的頂視圖并且圖18C為沿著圖22的點(diǎn)劃線22A-22B所截取的橫截面圖。
[0111]接下來，如圖19A所示，在形成柵極溝槽150的區(qū)域中的第一半導(dǎo)體層121等上以及在第三半導(dǎo)體層123上形成絕緣膜131t。具體地，絕緣膜131t通過借助ALD (原子層沉積)形成具有約50nm厚度的Al2O3膜來形成。絕緣膜131t可以由除Al2O3之外的材料形成，只要其為氧化物或氮化物即可，例如，選自Si02、HfO2, Ga203、Si3N4等的一種或更多種材料。此外，可以將這些材料進(jìn)行堆疊以形成該膜。
[0112]接下來，如圖19B所示，形成柵電極141。具體地，通過在絕緣膜131t的表面上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待形成柵電極141的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過真空沉積在形成光致抗蝕劑圖案的表面上形成由Ni/Au制成的堆疊金屬膜。此后，通過浸入到有機(jī)溶劑等中，形成在光致抗蝕劑圖案上的堆疊金屬膜通過剝離與光致抗蝕劑圖案一起被去除。因而，柵電極141由柵極溝槽150中的剩余的堆疊金屬膜形成。
[0113]接下來，如圖19C所示，通過去除覆蓋源電極142的絕緣膜131t來露出源電極142。具體地，通過在絕緣膜131t的表面上施加光致抗蝕劑，然后通過曝光裝置對該光致抗蝕劑進(jìn)行曝光并且進(jìn)行顯影，形成在待露出源電極142的區(qū)域中具有開口的光致抗蝕劑圖案(未示出)。此后，通過干法蝕刻或濕法蝕刻在未形成光致抗蝕劑圖案的區(qū)域中去除絕緣膜131t以形成絕緣層131作為柵極絕緣膜。注意如果絕緣膜131t由Al2O3形成，則可以通過離子研磨(1n milling)等去除絕緣膜131t,此外,光致抗蝕劑圖案(未示出)通過有機(jī)溶劑等去除。
[0114]此后，可以形成層間絕緣膜(未示出)以形成接線等。此外，可以通過使源電極142的一部分與在第二半導(dǎo)體層122等中的GaN接觸來形成體二極管。
[0115]本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件可以通過以上工藝制造。
[0116][第三實(shí)施方案]
[0117]接下來，將描述第三實(shí)施方案。本實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件、電源裝置以及高頻放大器。
[0118]本實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件為包含在分立封裝件中的根據(jù)第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件，并且將基于圖24描述分立封裝的半導(dǎo)體器件。注意圖24示意性示出了分立封裝的半導(dǎo)體器件的內(nèi)部，其中電極等的位置可以與第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案中的電極等的位置不同。此外，在本實(shí)施方案中，存在如下情況，即，假設(shè)在第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案中，形成具有UMOS結(jié)構(gòu)的單個晶體管或單個HEMT作為半導(dǎo)體器件。
[0119]首先，通過劃片(dicing)等切開根據(jù)第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案制造的半導(dǎo)體器件以形成半導(dǎo)體芯片410，該半導(dǎo)體芯片410為由GaN半導(dǎo)體材料制成的HEMT等。通過管芯粘合劑430 (例如釬料等)將半導(dǎo)體芯片410固定在引線框420上。注意半導(dǎo)體芯片410對應(yīng)于第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件之一。
[0120]接下來，通過接合線431將柵電極411與柵極引線421連接；通過接合線432將源電極412與源極引線422連接；并且通過接合線433將漏電極413與漏極引線423連接。注意接合線431、432和433由金屬材料(例如Al)形成。此外，在本實(shí)施方案中柵電極411為柵電極焊盤，該柵電極焊盤與根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的柵電極41或根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的柵電極141連接。此外，源電極412為源電極焊盤，該源電極焊盤與根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的源電極42或根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的源電極142連接。此外，漏電極413為漏電極焊盤，該漏電極焊盤與根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的漏電極43或根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的漏電極143連接。
[0121]接下來，使用模制樹脂440通過傳遞成型法進(jìn)行樹脂密封。因而，使用GaN半導(dǎo)體材料的HEMT等可以制造為分立封裝的半導(dǎo)體器件。
[0122]接下來，將根據(jù)本實(shí)施方案描述電源裝置和高頻放大器。本實(shí)施方案中的電源裝置和高頻放大器分別為使用第一實(shí)施方案和第二實(shí)施方案中的半導(dǎo)體器件之一的電源裝置和高頻放大器。
[0123]首先，將基于圖25描述本實(shí)施方案中的電源裝置。本實(shí)施方案中的電源裝置460包括高壓初級電路461、低壓次級電路462以及布置在初級電路461與次級電路462之間的變壓器463。初級電路461包括AC電源464、所謂的橋式整流電路465、多個開關(guān)元件466(圖25中所示的實(shí)施例中為四個)以及開關(guān)元件467。次級電路462包括多個開關(guān)元件468 (圖25中所的實(shí)施例中為三個)。在圖25中所不的實(shí)施例中，根據(jù)第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件用作初級電路461中的開關(guān)元件466和開關(guān)元件467。注意優(yōu)選的是，初級電路461中的開關(guān)元件466和開關(guān)元件467為常斷型半導(dǎo)體器件。此外，用在次級電路462中的開關(guān)元件468分別使用由硅形成的常規(guī)MISFET (金屬絕緣半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
[0124]接下來，將基于圖26描述本實(shí)施方案中的高頻放大器。本實(shí)施方案中的高頻放大器470可以用作例如用于手機(jī)用基站的功率放大器。該高頻放大器470包括數(shù)字預(yù)失真電路471、混頻器472、功率放大器473以及定向耦合器474。數(shù)字預(yù)失真電路471對輸入信號的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器472將已經(jīng)經(jīng)非線性失真補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘柵c交流信號進(jìn)行混頻。功率放大器473將已經(jīng)與交流信號進(jìn)行混頻的輸入信號放大。在圖26中所示的實(shí)施例中，功率放大器473包括根據(jù)第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。定向I禹合器474監(jiān)控輸入信號和輸出信號。在圖26中所示的電路中，例如通過接通/斷開開關(guān)元件，可以通過使用混頻器472將輸出信號與交流信號進(jìn)行混頻，并且將混頻的信號傳輸?shù)綌?shù)字預(yù)失真電路471。
[0125]以上已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施方案。此外，本發(fā)明不限于這些實(shí)施方案，而是在未脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以做出各種變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在襯底上由氮化物半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層； 在所述第二半導(dǎo)體層中或者在所述第二半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層中形成的柵極溝槽； 在所述柵極溝槽處形成的柵電極；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成的源電極和漏電極， 其中，所述柵極溝槽具有形成為比所述柵極溝槽的底部的中部更淺的所述底部的端部， 所述柵極溝槽的側(cè)壁的一部分由包括a面的表面形成， 所述柵極溝槽的所述底部的所述中部為c面，并且 所述柵極溝槽的所述底部的所述端部形成從所述c面到所述a面的斜面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層由包含GaN的材料形成，并且所述第二半導(dǎo)體層由包含AlGaN的材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極溝槽具有形成的絕緣層，并且所述柵電極形成在所述絕緣層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述第二半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層。
5.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在具有導(dǎo)電性的襯底的一個表面上由氮化物半導(dǎo)體形成的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層； 在所述第二半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的所述第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層； 在所述第三半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層中形成的柵極溝槽； 在所述柵極溝槽處形成的絕緣層； 在所述柵極溝槽處形成的柵電極； 在所述第三半導(dǎo)體層上形成的源電極；以及 在所述襯底的另一表面上形成的漏電極， 其中，所述柵極溝槽具有形成為比所述柵極溝槽的底部的中部更淺的所述底部的端部， 所述柵極溝槽的側(cè)壁的一部分由包括a面的表面形成， 所述柵極溝槽的所述底部的所述中部為c面，并且 所述柵極溝槽的所述底部的所述端部形成從所述c面到所述a面的斜面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層分別由包含GaN的材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一導(dǎo)電型為η型，并且所述第一半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層具有作為雜質(zhì)元素?fù)诫s的Si， 其中所述第二導(dǎo)電型為P型，并且所述第二半導(dǎo)體層具有作為雜質(zhì)元素?fù)诫s的Mg。
8.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括: 在襯底上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層，并且在所述第一半導(dǎo)體層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第二半導(dǎo)體層； 通過干法蝕刻在所述第二半導(dǎo)體層中或者在所述第二半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層中形成第一開口； 通過干法蝕刻在所述第一開口的底部處形成第二開口，并且形成角部，所述角部由作為C面的所述第一開口的所述底部和作為a面的所述第二開口的側(cè)壁形成； 在形成所述第二開口之后通過借助濕法蝕刻去除所述角部形成斜面，以形成柵極溝槽；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成源電極和漏電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層由包含GaN的材料形成，并且所述第二半導(dǎo)體層由包含AlGaN的材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層通過MOCVD形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，所述方法還包括: 在形成所述柵極溝槽之后，在所述柵極溝槽處形成絕緣層， 形成柵電極，其中所述形成柵電極為在形成在所述柵極溝槽處的所述絕緣層上形成所述柵電極。
12.—種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括: 在具有導(dǎo)電性的襯底的表面上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第一導(dǎo)電型的第一半導(dǎo)體層，在所述第一半導(dǎo)體層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第二導(dǎo)電型的第二半導(dǎo)體層，以及在所述第二半導(dǎo)體層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的所述第一導(dǎo)電型的第三半導(dǎo)體層； 通過干法蝕刻在第三半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層中形成第一開口 ；通過干法蝕刻在所述第一開口的底部處形成第二開口，并且形成角部，所述角部由作為c面的所述第一開口的所述底部和作為a面的所述第二開口的側(cè)壁形成； 在形成所述第二開口之后通過借助濕法蝕刻去除所述角部形成斜面，以形成柵極溝槽； 在所述柵極溝槽處形成絕緣層； 在形成在所述柵極溝槽處的所述絕緣層上形成柵電極； 在所述第三半導(dǎo)體層上形成源電極；以及 在所述襯底的另一表面上形成漏電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層分別由包含GaN的材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其中所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層通過MOCVD形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其中所述柵極溝槽的側(cè)壁的一部分由包括a面的表面形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造方法，其中所述濕法蝕刻使用KOH或TMAH進(jìn)行。
17.一種電源裝置，所述電源裝置包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件。
18.—種放大器，所述放大器包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件。
【文檔編號】H01L29/423GK104183636SQ201410171412
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】美濃浦優(yōu)一, 岡本直哉 申請人:富士通株式會社