TWI911695B - 半導體裝置 - Google Patents

Abstract

一種半導體裝置(1)，具有：電子行走層(103)；電子供給層(104)，設置在電子行走層(103)上，且能帶隙比電子行走層(103)更大；閘極電極(303)，設置在電子供給層(104)上；接觸層(212)，在夾著閘極電極(303)的位置上，埋入於貫通電子供給層(104)之貫通凹陷部(211)；第1絕緣層(201)，設置在電子供給層(104)當中未設置有閘極電極(303)之部分上；及第2絕緣層(202)，與接觸層(212)相接且與閘極電極(303)不相接地設置在第1絕緣層(201)上，第2絕緣層(202)的線性熱膨脹係數比電子供給層(104)的線性熱膨脹係數更大。

Description

半導體裝置

本揭示是有關於一種半導體裝置及其製造方法，特別是有關於一種使用了III族氮化物半導體之III族氮化物半導體裝置及其製造方法。

III族氮化物半導體，特別是使用了氮化鎵(GaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)之III族氮化物半導體裝置，由於材料的能帶隙(band‐gap)的寬廣，而具有較高的絕緣破壞電壓。又，在III族氮化物半導體裝置中，可以容易地形成AlGaN/GaN等的異質結構。

在AlGaN/GaN異質結構中，會因為在由材料間的晶格常數差所產生之壓電極化與AlGaN以及GaN的自發分極之差，而在AlGaN層與GaN層的界面的GaN層側產生高濃度的電子(二維電子氣體：Two Dimensional Electron Gas)，而形成二維電子氣體層的通道。利用了由此二維電子氣體所形成之通道的III族氮化物半導體裝置由於電子飽和速度相對較高，且絕緣電阻相對較高，熱傳導率也相對較高，所以已被應用在高頻功率器件等。

為了在這些III族氮化物半導體裝置中提高特性，宜儘可能減少III族氮化物半導體裝置內的歐姆電極與二維電子氣體層之接觸(以下稱為「歐姆接觸(Ohmic contact)」)或由二維電子氣體所形成之通道的電阻等之寄生電阻成分。

以往，已提出有一種在利用了由二維電子氣體所形成之通道的III族氮化物半導體裝置中，減少歐姆接觸電阻之技術。例如，在專利文獻1中揭示有以下技術：為了減少歐姆接觸電阻，在III族氮化物半導體裝置內的供歐姆電極形成之部分形成由AlGaN所形成且貫通電子供給層之凹陷(recess)部(以下稱為「貫通凹陷部」)，並選擇性再成長n-GaN或n-InGaN等低能量障壁材料來形成接觸層。先前技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本特開2019-114581號公報

發明欲解決之課題然而，不可避免的是，若如專利文獻1所揭示之技術，在電子供給層形成貫通凹陷部，則二維電子氣體層與埋入貫通凹陷部之接觸層在本質上會成為點連接。又，若在電子供給層形成貫通凹陷部，會有如下之問題：不僅會在形成貫通凹陷部時在由GaN所形成之二維電子氣體層(通道層)與接觸層之界面產生結晶缺陷，還會因大氣中的污染物質或耦合缺陷，而在電子供給層中的貫通凹陷部的側面相鄰部產生載子(電子)濃度降低之區域，使最大汲極電流降低。

本揭示是有鑒於像這樣的課題而完成之發明，目的在於提供一種可以抑制最大汲極電流降低之情形的半導體裝置及其製造方法。用以解決課題之手段

為了達成上述目的，本揭示之第1半導體裝置的一態樣具有：電子行走層；電子供給層，設置在前述電子行走層上，且能帶隙比前述電子行走層更大；閘極電極，設置在前述電子供給層上；源極側接觸層以及汲極側接觸層，在夾著前述閘極電極的位置上，埋入於貫通前述電子供給層之凹陷部；第1絕緣層，設置在前述電子供給層當中未設置有前述閘極電極之部分上；及第2絕緣層，與前述源極側接觸層及/或汲極側接觸層相接且與前述閘極電極不相接地設置在前述第1絕緣層上，前述第2絕緣層的線性熱膨脹係數比前述電子供給層的線性熱膨脹係數更大。

又，本揭示之第2半導體裝置的一態樣具有：電子行走層；電子供給層，設置在前述電子行走層上，且能帶隙比前述電子行走層更大；閘極電極，設置在前述電子供給層上；接觸層，在夾著前述閘極電極的位置上，埋入於貫通前述電子供給層之凹陷部；源極電極或汲極電極，設置在前述接觸層上；第1絕緣層，設置在前述電子供給層當中未設置有前述閘極電極之部分上；及第2絕緣層，與前述接觸層相接且與前述閘極電極不相接地設置在前述第1絕緣層上，前述第2絕緣層具有氮氧化物層、或氧化物與氮化物之複合層。

又，本揭示之半導體裝置的製造方法的一態樣包含以下步驟：在電子行走層上形成能帶隙比前述電子行走層更大之電子供給層；在不進行大氣曝露的情形下於前述電子供給層上形成第1絕緣層；形成貫通前述第1絕緣層與前述電子供給層，且到達前述電子行走層之貫通凹陷部；在前述貫通凹陷部埋入形成接觸層；在前述第1絕緣層上形成第2絕緣層；以接觸於前述接觸層的方式在前述接觸層上形成源極電極以及汲極電極；去除前述第2絕緣層當中和前述接觸層相接之部分以外的部分，藉此使前述第1絕緣層露出而形成第1絕緣層露出部；及將前述第1絕緣層露出部當中和前述第2絕緣層隔有間距之部分的前述第1絕緣層去除，來形成閘極電極，前述第2絕緣層具有氮氧化物層、或氧化物與氮化物之複合層。發明效果

根據本揭示，可以得到一種可抑制最大汲極電流降低之情形的半導體裝置。

用以實施發明之形態以下，針對本揭示的實施形態，一邊參照圖式一邊進行說明。在此所示的實施形態皆為顯示本揭示之一具體例的實施形態。從而，在以下實施形態中所示之數值、形狀、構成要素、構成要素的配置位置及連接形態、以及步驟(step)及步驟的順序等僅為一例，並不是要限定本揭示。據此，以下的實施形態中的構成要素之中，針對沒有記載在表示本揭示的最上位概念之獨立請求項中的構成要素，是作為任意的構成要素來說明。

又，各圖均為示意圖，未必是嚴密地被圖示的圖。因此，在各圖中比例尺未必是一致的。在各圖中，對於實質上相同的構成會附加相同的符號，並省略或簡化重複的說明。

又，在本說明書中，半導體裝置的構成中的「上」或「上方」以及「下」或「下方」的用語並不是指絕對的空間辨識中的上方向(鉛直上方)以及下方向(鉛直下方)，而是以積層結構中的積層順序為基礎，藉由相對的位置關係來規定之用語。又，「上」及「下」的用語，除了2個構成要素相互隔著間隔配置且在2個構成要素之間存在有其他的構成要素的情況之外，也可適用於2個構成要素相互緊貼配置且2個構成要素相接的情況。

又，在本說明書以及圖式中，x軸、y軸以及z軸是表示三維正交座標系統的三個軸。在各實施形態中，是將平行於半導體裝置所具有之基板所包含之上表面的二軸設為x軸以及y軸，並將正交於此上表面之方向設為z軸方向。在以下所說明之實施形態中，有時會將z軸正方向記載為上，且將z軸負方向記載為下。再者，在本說明書中，「平面視角」是指從z軸正方向來觀看半導體裝置所具有之基板時的情形。(實施形態1)

首先，針對實施形態1之半導體裝置1，使用圖1來說明。圖1是顯示實施形態1之半導體裝置1的構成的剖面圖。

在本實施形態中，是針對半導體裝置1為具備有肖特基(Schottky)接合閘極結構之高電子移動度電晶體(High Electron Mobility Transistor：HEMT)的情況來說明。

如圖1所示，半導體裝置1具備基板101、緩衝層102、電子行走層103、電子供給層104、第1絕緣層201、第2絕緣層202、源極電極301、汲極電極302與閘極電極303。緩衝層102、電子行走層103以及電子供給層104是藉由半導體材料所構成之半導體積層結構體100。

基板101是例如由例如Si所形成之矽基板。在本實施形態中，基板101是由主面為(111)面的Si單晶所形成之矽基板。再者，基板101不受限於矽基板，亦可為由作為用於形成氮化物半導體層的基底之藍寶石(Sapphire)、SiC、GaN或AlN等所形成之基板。基板101的電阻率可為例如1kΩ以上。再者，作為基板101，亦可使用電阻率為20Ω以下之物。

緩衝層102是設置於基板101之上。緩衝層102是由例如AlN以及AlGaN之複數個積層結構所形成之厚度2μm的III族氮化物半導體層。在此情況下，亦可將AlN與AlGaN當作1對而積層20~100對。又，緩衝層102亦可為積層有複數層Al_{1- α}Ga_αN(0≦α＜0.8)層之結構，且包含超晶格結構。除此之外，緩衝層102亦可由InGaN、AlInGaN等的III族氮化物半導體的單層或複數層來構成。再者，亦可將緩衝層102的碳濃度設為1×10¹⁹atoms/cm³以上，而讓緩衝層102變成高電阻化。

電子行走層103是設置在緩衝層102之上。在本實施形態中，電子行走層103是例如藉由厚度150nm的GaN所構成之GaN層。再者，構成電子行走層103之III族氮化物半導體並非受限於GaN之III族氮化物半導體。電子行走層103亦可由InGaN、AlGaN、AlInGaN等的III族氮化物半導體來構成。又，在電子行走層103中，亦可包含有n型的不純物。

電子供給層104設置於電子行走層103上。與電子行走層103相比，電子供給層104的能帶隙較大。在本實施形態中，電子供給層104是例如由Al組成比為30%之AlGaN所構成之厚度13nm的AlGaN層。在電子供給層104與電子行走層103的異質界面的電子行走層103側會產生高濃度的二維電子氣體，而形成二維電子氣體層105的通道。從而，半導體裝置1具有二維電子氣體層105。詳細內容將於後文描述，二維電子氣體層105是以二維電子氣體的電子濃度不同的第1之二維電子氣體層105A與第2之二維電子氣體層105B來構成。

再者，由AlGaN所形成之電子供給層104的Al的組成比並非受限於30%之組成比。電子供給層104的Al的組成比亦可為20~100%。又，構成電子供給層104之III族氮化物半導體並非受限於AlGaN之III族氮化物半導體。電子供給層104亦可由包含有In之AlInGaN等之III族氮化物半導體來構成。又，在電子供給層104中，亦可包含有n型的不純物。

在電子供給層104上亦可設置有帽蓋層。作為帽蓋層，可以使用例如由GaN所形成之厚度約1~2nm的GaN層。又，亦可在電子行走層103與電子供給層104之間設置有間隔層。作為間隔層，可以使用例如由AlN所形成之厚度約1nm的AlN層。

第1絕緣層201是設置在電子供給層104上。第1絕緣層201是藉由SiN所構成之SiN層。在本實施形態中，第1絕緣層201是由原位氮化矽(In-situSiN)所構成之厚度為2nm的SiN層。再者，In-situ意指在不進行大氣曝露的情形下形成之作法。從而，由In-situSiN所構成之第1絕緣層201是在形成電子供給層104後不進行大氣曝露地形成之SiN層。

像這樣，可以藉由以In-situSiN來構成第1絕緣層201，而消除在第1絕緣層201與電子供給層104之界面的氧的不均勻分布。藉由消除在第1絕緣層201與電子供給層104之界面的氧的不均勻分布，可抑制界面能階的產生。藉此，可以避免界面的電位(potential)的上升，而抑制二維電子氣體的電子濃度變低之情形。

第1絕緣層201的層厚宜為2nm以上且30nm以下。藉由將第1絕緣層201的層厚設為2nm以上，可以抑制因為自然氧化而使氧在第1絕緣層201與電子供給層104之界面不均勻分布之情形。另一方面，當第1絕緣層201的層厚超過30nm時，會在製作半導體裝置1時導致晶圓翹曲，使得半導體裝置1的品質降低。因此，第1絕緣層201的層厚宜為30nm以下。亦即，可以藉由將第1絕緣層201的層厚設為30nm以下，而抑制晶圓的翹曲。

又，第1絕緣層201不宜包含氧。若第1絕緣層201包含氧，第1絕緣層201與電子供給層104之界面中的界面能階會增加，且第1絕緣層201與電子供給層104之界面的電位會上升，二維電子氣體的電子濃度會變低。藉由第1絕緣層201不包含氧，可以抑制二維電子氣體的電子濃度降低之情形。

在第1絕緣層201設置有開口部201a。開口部201a是在第1絕緣層201中，形成於供閘極電極303設置之區域。從而，第1絕緣層201是設置在電子供給層104當中未設置有閘極電極303之部分上。在本實施形態中，設置於第1絕緣層201的開口部201a之閘極電極303會到達電子供給層104。亦即，閘極電極303會和電子供給層104相接。

在電子供給層104設置有貫通凹陷部211。在本實施形態中，貫通凹陷部211是設置成貫通第1絕緣層201與電子供給層104，且到達電子行走層103。貫通凹陷部211是到達電子行走層103的內部，且在電子行走層103會設有凹部。

從電子行走層103的上表面到貫通凹陷部211的底面的最底部之距離宜為10nm以下。作為一例，從電子行走層103的上表面到貫通凹陷部211的底面的最底部之距離為5nm。又，從貫通凹陷部211的底面中的中央部朝向側部之仰角可為10度以下，亦可為5度以下。藉由這樣地形成，可以減少藉由乾式蝕刻來形成貫通凹陷部211時，在貫通凹陷部211的側面產生結晶缺陷之情形，且可以抑制最大汲極電流降低之情形。

貫通凹陷部211是對應於供源極電極301與汲極電極302設置之區域而設置。具體而言，貫通凹陷部211是以夾著閘極電極303而相向的方式設置有一對。

在貫通凹陷部211中設置有接觸層212。接觸層212是設置成埋入貫通凹陷部211。設置在一對貫通凹陷部211的其中一者之接觸層212為源極側接觸層212A，設置在一對貫通凹陷部211的另一者之接觸層212為汲極側接觸層212B。源極側接觸層212A與汲極側接觸層212B是設置在夾著閘極電極303之位置。

接觸層212是例如藉由n型GaN構成之n-GaN層。再者，構成接觸層212之材料並不受限於n型GaN，亦可藉由包含有Si或Ge等之施體(donor)來作為n型的不純物之InGaN、AlGaN、AlInGaN等之III族氮化物半導體來構成，亦可藉由依序積層有Ti與Al之積層結構所形成之多層電極膜來構成。又，構成接觸層212之材料亦可使用Ti、Ta、Al、Au、Hf、Ru以及Cu來構成。

在接觸層212之上設置有源極電極301或汲極電極302。具體而言，在源極側接觸層212A之上設置有源極電極301，在汲極側接觸層212B之上設置有汲極電極302。源極電極301與汲極電極302是設置成夾著閘極電極303而相向。雖然源極電極301與汲極電極302是例如由依序積層有層厚30nm的Ti膜與層厚200nm的Al膜之積層結構所形成之多層電極膜，但並不受限於此。又，源極電極301與汲極電極302亦可使用Ti、Ta、W、Al、Au、Hf、Ru以及Cu來構成。

閘極電極303是設置在電子供給層104之上。具體而言，閘極電極303是透過設置於第1絕緣層201之開口部201a而設置在電子供給層104之上。

閘極電極303是例如由依序積層有TiN膜與Al膜之積層結構所形成之多層電極膜。再者，閘極電極303並非受限於TiN膜與Al膜之積層結構的電極，亦可藉由過渡金屬的氮化物以及碳化物來構成。具體而言，閘極電極303亦可藉由TiN、WN、TaN、HfN來構成。又，閘極電極303亦可使用Ti、Ta、W、Al、Pd、Pt、Hf、Ru以及Cu來構成，亦可為包含有這些元素的化合物，亦可為由複數個積層結構所形成之多層電極膜。再者，在電子供給層104與閘極電極303之間，亦可設置有其他的絕緣層或p型的氮化物半導體層。

第2絕緣層202是設置在第1絕緣層201之上。在本實施形態中，第2絕緣層202是和第1絕緣層201相接。

又，第2絕緣層202是設置成與接觸層212相接。具體而言，第2絕緣層202是與源極側接觸層212A及/或汲極側接觸層212B相接。亦即，第2絕緣層202只要和源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B的任一者相接即可。在本實施形態中，第2絕緣層202是和源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B的各者相接。再者，第2絕緣層202亦可分割成複數個。在此情況下，亦可為：複數個第2絕緣層202的其中一者和源極側接觸層212A相接，複數個第2絕緣層202的其他的一者和汲極側接觸層212B相接。

此外，第2絕緣層202是呈不與閘極電極303相接地設置。亦即，第2絕緣層202是和閘極電極303隔有間距而設置。亦即，第2絕緣層202宜不過於接近閘極電極303。

在剖面視角下，和源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B的一者相接之第2絕緣層202的寬度，宜比第2絕緣層202的閘極側端部與閘極電極303的第2絕緣層202側端部之距離更小。具體而言，第2絕緣層202的寬度宜為1μm以下。特別是和汲極側接觸層212B相接之第2絕緣層202(汲極電極302側的第2絕緣層202)的寬度宜為1μm以下。藉由如此進行，可以抑制閘極電極303與汲極電極302之間的漏電流。再者，只要汲極電極302側的第2絕緣層202與閘極電極303呈隔有間距即可，源極電極301側的第2絕緣層202亦可和閘極電極303相接。藉由如此進行，因為可以減少源極電極301與閘極電極303之間的存取電阻，所以可以提高最大汲極電流。

在第2絕緣層202設置有開口部202a。開口部202a是在第2絕緣層202中，形成於供閘極電極303設置之區域。第2絕緣層202的開口部202a的開口寬度比第1絕緣層201的開口部201a的開口寬度更大。

第2絕緣層202的線性熱膨脹係數比電子供給層104的線性熱膨脹係數更大。又，第2絕緣層202的拉伸應力比第1絕緣層201的拉伸應力更大。在本實施形態中，第2絕緣層202的密度比第1絕緣層201的密度更大。亦即，第1絕緣層201的密度比第2絕緣層202的密度更小。再者，在本實施形態中，第1絕緣層201與第2絕緣層202雖然是藉由相同的材料來構成，但第2絕緣層202的密度比第1絕緣層201的密度更大。

在本實施形態中，第2絕緣層202是與第1絕緣層201同樣地藉由SiN所構成之SiN層。具體而言，第2絕緣層202是例如藉由層厚為10nm的SiN所構成之SiN層。再者，第2絕緣層202的層厚並非受限於10nm之層厚。例如，第2絕緣層202的層厚亦可設為10nm以上且30nm以下。在本實施形態中，雖然第2絕緣層202的層厚比第1絕緣層201的層厚更厚，但並不受限於此。亦即，第2絕緣層202的層厚亦可比第1絕緣層201的層厚更薄。又，第2絕緣層202的層厚亦可從閘極電極303朝向接觸層212增加。在此情況下，第2絕緣層202的層厚的增加可以是連續的，也可以是不連續。再者，在本實施形態中，第2絕緣層202雖然是單層，但是亦可為複數層。

藉由形成為像這樣的結構的半導體裝置1，可以使二維電子氣體層105的電子濃度在第2絕緣層202所存在之部分與第2絕緣層202所不存在的部分不同。具體而言，二維電子氣體層105具有：不是位於第2絕緣層202的下方之部分的第1之二維電子氣體層105A、與位於第2絕緣層202的下方之部分的第2之二維電子氣體層105B，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度是相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變得較大。再者，和第2絕緣層202相接之接觸層212與第2之二維電子氣體層105B會形成電歐姆連接。

在此，使用圖2來說明第2之二維電子氣體層105B的電子濃度變得比第1之二維電子氣體層105A的電子濃度更高之機制。圖2是顯示實施形態1之半導體裝置1的能帶的傳導帶的示意圖。

在圖2中，實線A是對應於圖1之一點鏈線A之部分的線圖(diagram)，虛線B是對應於圖1之一點鏈線B之部分的線圖。亦即，圖2中的實線A是閘極電極303的相鄰部即閘極相鄰部(亦即在第1絕緣層201之上未設置有第2絕緣層202，而僅設置有第1絕緣層201之部分)的線圖。又，圖2中的虛線B是接觸層212的相鄰部即接觸相鄰部(亦即在第1絕緣層201之上設置有第2絕緣層202之部分)的線圖。

如上述，在本實施形態中的半導體裝置1中，第2絕緣層202的線性熱膨脹係數比電子供給層104的線性熱膨脹係數更大。像這樣，藉由設置相較於電子供給層104，線性熱膨脹係數較大的第2絕緣層202，對電子供給層104所施與之接觸相鄰部的拉伸應力會增加。藉此，電子供給層104的壓電極化會增加，且電子供給層104與電子行走層103之界面位置的電位會降低。其結果，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度會增加。亦即，位於第2絕緣層202的下方之第2之二維電子氣體層105B的電子濃度，會相對於不是位於第2絕緣層202的下方之第1之二維電子氣體層105A的電子濃度相對地變大。

像這樣，藉由第2之二維電子氣體層105B的電子濃度變得比第1之二維電子氣體層105A的電子濃度更高，可以使電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形減少。其結果，可以抑制最大汲極電流降低之情形。而且，由於對應於第1之二維電子氣體層105A之閘極相鄰部的電子濃度已被維持住，因此也可以減少閘極電極303與汲極電極302之間的漏電流。亦即，藉由本實施形態中的半導體裝置1的構成，可以謀求兼顧到抑制最大汲極電流的降低與減少閘極-汲極間的漏電流。又，因為由第2絕緣層202所形成之二維電子氣體的增加的貢獻變大，所以也可以減少起因於貫通凹陷部211的側面狀態參差(蝕刻條件參差)之汲極電流的參差。

再者，在本實施形態中的半導體裝置1中，第2絕緣層202亦可包含有氧。例如，包含氧之第2絕緣層202可以藉由例如SiON或SiO₂等來構成。

像這樣，藉由將第2絕緣層202設為SiON或SiO₂等的包含氧之層(氧化物層等)，和第2絕緣層202為SiN等的包含氮之氮化物層的情況相較之下，可以增大第2絕緣層202的熱膨脹係數，且可以進一步使第2絕緣層202的拉伸應力增加。藉此，可以進一步讓第2之二維電子氣體層105B的電子濃度，相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變高。因此，可以更加減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，而可以進一步抑制最大汲極電流降低之情形。

又，在本實施形態中的半導體裝置1中，雖然第1絕緣層201與第2絕緣層202亦可包含有氟(F)或氯(Cl)等鹵素，但第1絕緣層201與第2絕緣層202之鹵素濃度宜皆為1×10¹⁸atoms/cm³以下。這是出於包含在半導體層或絕緣層之鹵素會因為電負度高而成為負的固定電荷。因此，藉由第1絕緣層201的鹵素濃度為1×10¹⁸atoms/cm³以下，可以減少第1絕緣層201中的負的固定電荷。藉此，可以消除電子供給層104與電子行走層103之界面位置的電位的上升，而可以消除第2之二維電子氣體層105B的電子濃度因為鹵素而減少之情形。

又，在本實施形態中的半導體裝置1中，第2絕緣層202的拉伸應力成為比第1絕緣層201的拉伸應力更大。藉此，可以進一步讓第2之二維電子氣體層105B的電子濃度相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變高。因此，可以更加減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，而可以進一步抑制最大汲極電流降低之情形。又，第2絕緣層202的層厚越厚，就可以將第2絕緣層202的拉伸應力形成得越大。例如，第2絕緣層202的層厚宜比第1絕緣層201的層厚更厚。

又，在本實施形態中的半導體裝置1中，第1絕緣層201與第2絕緣層202是藉由相同材料來構成，且第2絕緣層202的密度是形成得比第1絕緣層201的密度更大。由於第2絕緣層202的密度越高機械強度就變得越高，因此第2絕緣層202對電子供給層104的拉伸應力會變得較強。從而，可以藉由將第2絕緣層202的密度設得比第1絕緣層201的密度更大，而進一步讓第2之二維電子氣體層105B的電子濃度相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變高。藉此，可以進一步減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，而可以更加抑制最大汲極電流降低之情形。

其次，針對本實施形態中的半導體裝置1的製造方法，使用圖3A~圖3F來說明。圖3A~圖3F是顯示實施形態1之半導體裝置1的製造方法中的各步驟的剖面圖。圖3A是顯示形成半導體積層結構體100、第1絕緣層201以及第2絕緣層202之步驟。圖3B是顯示形成貫通凹陷部211之步驟。圖3C是顯示形成接觸層212之步驟。圖3D是顯示形成源極電極301以及汲極電極302之步驟。圖3E是顯示將第2絕緣層202圖案化之步驟。圖3F是顯示形成閘極電極303之步驟。

首先，如圖3A所示，使用有機金屬氣相沉積法(MOCVD：Metal Organic Chemical Vapor Deposition)，在基板101之上形成由緩衝層102、電子行走層103以及電子供給層104所形成之半導體積層結構體100(半導體積層結構體形成步驟)。

在本實施形態中，是在由Si形成之基板101之上，朝+c面方向(＜0001＞方向)依序磊晶成長以下之層：層厚為2μm且由AlN以及AlGaN的積層結構形成之緩衝層102、層厚為200nm且由GaN形成之電子行走層103、與層厚為20nm且由Al組成比25%的AlGaN形成之電子供給層104，藉此形成半導體積層結構體100。

接著，在半導體積層結構體100之上，依序形成由SiN形成之第1絕緣層201與由SiN形成之第2絕緣層202(第1絕緣層以及第2絕緣層的形成步驟)。在本實施形態中，是在形成半導體積層結構體100之後，在相同的半導體結晶成長裝置(MOCVD爐)內連續形成第1絕緣層201與第2絕緣層202。亦即，可以在不進行大氣曝露的情形下在電子供給層104之上形成第1絕緣層201，且在不進行大氣曝露的情形下在第1絕緣層201之上形成第2絕緣層202。像這樣，藉由在不進行大氣曝露的情形下將第1絕緣層201形成於電子供給層104的正上方，便不會讓氧不均勻存在於電子供給層104與第1絕緣層201之間。在此結構中，可在電子供給層104與電子行走層103的異質界面的電子行走層103側產生高濃度的二維電子氣體，而形成二維電子氣體層105。

再者，作為形成第1絕緣層201與第2絕緣層202之時的成膜條件，是例如成長溫度為900~1150℃，且原料氣體為SiH₄與NH₃。又，為了不使鹵素作為不純物混入第1絕緣層201以及第2絕緣層202，在對MOCVD爐內進行乾洗(dry cleaning)時宜不使用鹵素。又，即使在乾洗時使用鹵素，亦可在乾洗後以N₂或NH₃等將鹵素從MOCVD爐內去除。

其次，如圖3B所示，將半導體積層結構體100的一部分去除來形成貫通凹陷部211(貫通凹陷部形成步驟)。在本實施形態中，由於在半導體積層結構體100之上形成有第1絕緣層201以及第2絕緣層202，因此第1絕緣層201以及第2絕緣層202的一部分也會與半導體積層結構體100一起去除。

具體而言，首先是在第2絕緣層202之上塗佈阻劑，之後藉由微影法來將阻劑圖案化，藉此在第2絕緣層202上的除了要形成接觸層212之區域(亦即要形成源極電極301以及汲極電極302之區域)以外之部分形成遮罩(阻劑遮罩)。亦即，阻劑在要形成接觸層212之區域形成開口部。具體而言，是阻劑在形成源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B之區域的各者具有開口部。

接著，將具有該開口部之阻劑作為遮罩來施行乾式蝕刻，藉此形成貫通凹陷部211，前述貫通凹陷部211是貫通第1絕緣層201、第2絕緣層202與電子供給層104並到達至電子行走層103。具體而言，如圖3B所示，是和要形成源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B之區域的各者對應來形成2個貫通凹陷部211。藉由形成貫通凹陷部211，電子行走層103的一部分會露出。之後，去除遮罩(阻劑)以及在乾式蝕刻中所產生之聚合物。

再者，在本實施形態中，雖然是藉由乾式蝕刻來形成貫通凹陷部211，但是並非受限於此。具體而言，亦可藉由濕式蝕刻來形成貫通凹陷部211。

其次，如圖3C所示，在貫通凹陷部211埋入形成接觸層212(接觸層形成步驟)。

具體而言，是以第2絕緣層202作為遮罩並使用MOCVD來使n⁺-GaN再成長成埋入2個貫通凹陷部211。藉此，可以選擇性地在2個貫通凹陷部211的各者埋入形成由n⁺-GaN形成之接觸層212。再者，已埋入於2個貫通凹陷部211的其中一者之接觸層212為源極側接觸層212A，且已埋入於2個貫通凹陷部211的另一者之接觸層212為汲極側接觸層212B。

在本實施形態中，是藉由摻雜Si來作為n型的不純物，且以100nm的厚度使n⁺-GaN再成長，而形成出接觸層212。接觸層212的Si的摻雜濃度為例如2×10¹⁹/cm³。再者，接觸層212亦可藉由濺鍍來形成，並不受限於再成長，且亦可不形成貫通凹陷部211而是藉由離子佈植以及電漿處理等來形成。

其次，如圖3D所示，以和接觸層212相接的方式在接觸層212上形成源極電極301以及汲極電極302(源極電極/汲極電極的形成步驟)。

具體而言，是在藉由蒸鍍或濺鍍而依序堆積層厚30nm的Ti膜以及層厚200nm的Al膜而形成有積層膜之後，藉由舉離(lift-off)法來去除不需要的積層膜，藉此在接觸層212之上形成由Ti膜與Al膜的積層膜所形成之預定形狀的源極電極301與汲極電極302。在本實施形態中，是在源極側接觸層212A之上形成源極電極301，並在汲極側接觸層212B之上形成汲極電極302。之後，將阻劑遮罩以及聚合物去除。

接著，施行熱處理。藉此，二維電子氣體層105與接觸層212會形成電歐姆連接。

再者，在本實施形態中，雖然藉由蒸鍍與舉離法而形成有源極電極301以及汲極電極302，但並非受限於此。例如，亦可在藉由濺鍍而依序堆積有Ti膜以及Al膜而形成積層膜之後，使用微影法以及乾式蝕刻法來將積層膜圖案化，藉此形成預定形狀的源極電極301與汲極電極302。

其次，如圖3E所示，將第2絕緣層202圖案化，而將供閘極電極303設置之部分的第2絕緣層202去除(第2絕緣層圖案化步驟)。

具體而言，是在已塗佈阻劑後藉由微影法將阻劑圖案化成預定形狀，而在和形成有源極電極301與汲極電極302的區域及供閘極電極303形成之區域(閘極電極形成預定區域)隔有間距之區域形成連續的遮罩(阻劑遮罩)。在此情況下，在平面視角下，經圖案化之阻劑的汲極電極302側的端部會定位成在閘極電極303與接觸層212之間，且經圖案化之阻劑的閘極電極303側的端部會位於閘極電極303與接觸層212之間。之後，藉由乾式蝕刻法來去除第2絕緣層202當中和接觸層212相接之部分以外的部分，藉此使第1絕緣層201露出而形成第1絕緣層露出部201s。此時，位於經圖案化之阻劑(阻劑遮罩)的下方之第2絕緣層202不會被去除而留下。亦即，第2絕緣層202中的和接觸層212相接之部分會留下。之後，去除阻劑以及聚合物。藉此，可以形成在供閘極電極303形成之區域具有開口部202a之第2絕緣層202。此時，由於位於未形成有第2絕緣層202之部分的下方之二維電子氣體的電子濃度會變低，因此可在二維電子氣體層105生成：二維電子氣體的電子濃度相對較低之第1之二維電子氣體層105A、與二維電子氣體的電子濃度相對較高之第2之二維電子氣體層105B。

其次，如圖3F所示，將第1絕緣層201的第1絕緣層露出部201s當中和第2絕緣層202隔有間距之部分的第1絕緣層201去除，來形成閘極電極303(閘極電極形成步驟)。

具體而言，是將阻劑塗佈於第1絕緣層201的第1絕緣層露出部201s之上，之後，藉由微影法在供閘極電極303形成之區域(閘極電極形成預定區域)以外形成遮罩(阻劑遮罩)。接著，使用乾式蝕刻法來選擇性地去除第1絕緣層201，而在第1絕緣層201將開口部201a形成為使電子供給層104露出。接著，去除遮罩(阻劑遮罩)以及因為乾式蝕刻所產生之聚合物。之後，在開口部201a形成閘極電極303。具體而言，是在藉由濺鍍法而依序堆積有層厚為50nm的TiN膜與層厚為450nm的Al膜之積層膜之後，使用微影法以及乾式蝕刻法來將積層膜圖案化，藉此形成圖3F所示之預定形狀的閘極電極303。之後，去除遮罩以及因為乾式蝕刻所產生之聚合物。

像這樣，藉由經過圖3A~圖3F之一連串的步驟，圖1所示之結構的半導體裝置1即完成。

再者，在圖3A中形成第2絕緣層202時，宜以比第1絕緣層201更高溫來形成第2絕緣層202。亦即，第2絕緣層202的形成溫度宜比第1絕緣層201的形成溫度更高。換言之，第1絕緣層201的形成溫度宜比第2絕緣層202的形成溫度更低。藉此，即使第1絕緣層201與第2絕緣層202是藉由SiN等的相同材料來構成，由於可以進一步讓第2絕緣層202的拉伸應力相對於第1絕緣層201變得較強，因此可以進一步提高第2之二維電子氣體層105B的電子濃度。(實施形態1的變形例)

其次，針對實施形態1的變形例，使用圖4來說明。圖4是顯示實施形態1的變形例之半導體裝置1A的構成的剖面圖。

如圖4所示，與上述實施形態1之半導體裝置1相比，本變形例之半導體裝置1A是第1絕緣層201A以及第2絕緣層202A的構成不同。具體而言，在上述實施形態1中的半導體裝置1中，雖然第1絕緣層201與第2絕緣層202是不同的個體，但在本變形例中的半導體裝置1A中，是將第1絕緣層201A與第2絕緣層202A以相同材料來構成，並且是將第1絕緣層201A與第2絕緣層202A藉由一體的絕緣層203來構成。亦即，在本變形例中，第1絕緣層201A以及第2絕緣層202A是絕緣層203的一部分。從而，第1絕緣層201A是絕緣層203中的第1絕緣層部，第2絕緣層202A是絕緣層203中的第2絕緣層部。

具體而言，在絕緣層203設置有凹陷部203A。在絕緣層203中，設置有凹陷部203A之部分(亦即，供閘極電極303形成之部分)是僅以第1絕緣層201A(第1絕緣層部)來構成，未設置有凹陷部203A之部分是以第1絕緣層201A(第1絕緣層部)與第2絕緣層202(第2絕緣層部)來構成。從而，絕緣層203中的第2絕緣層202A(第2絕緣層部)所存在之部分，層厚會變得比絕緣層203中的第1絕緣層201A(第1絕緣層部)的部分更厚。作為一例，絕緣層203中的形成有凹陷部203A之部分的層厚為5nm，且絕緣層203中的未形成有凹陷部203A之部分的層厚為25nm。再者，從乾式蝕刻的對電子供給層104之損傷的觀點來看，絕緣層203中的形成有凹陷部203A之部分的層厚宜為2nm以上。

又，在製造本變形例之半導體裝置1A的情況下，是使用相同的材料來形成第1絕緣層201A與第2絕緣層202A。具體而言，是在電子供給層104之上形成由In-situSiN所形成之層厚25nm的絕緣層203，接著，藉由乾式蝕刻，而以和閘極電極303隔有間距的方式在絕緣層203形成凹陷部203A。藉此，可以形成圖4所示之形狀的絕緣層203。

在本變形例之半導體裝置1A中，也可以得到與上述實施形態1同樣的效果。具體而言，在本變形例中，也是第2之二維電子氣體層105B的電子濃度會變得比第1之二維電子氣體層105A的電子濃度更大。藉此，由於可以減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，因此可以抑制最大汲極電流降低之情形。

又，在本變形例中，由於可以用相同材料來一體地形成第1絕緣層201A與第2絕緣層202A，因此與上述實施形態1相比，可以容易地製作半導體裝置1A。(實施形態2)

其次，針對實施形態2之半導體裝置2，使用圖5來說明。圖5是顯示實施形態2之半導體裝置2的構成的剖面圖。再者，在以下，是以與實施形態1之相異點為中心來說明，並省略或簡化共通點的說明。

本實施形態之半導體裝置2與上述實施形態1之半導體裝置1相比，第2絕緣層202B的構成不同。具體而言，上述實施形態1中的半導體裝置1的第2絕緣層202是藉由SiN來構成，但本實施形態中的半導體裝置2的第2絕緣層202B是藉由SiON等氮氧化物層來構成。再者，本實施形態中的半導體裝置2也和上述實施形態1同樣地為具備有肖特基接合閘極結構之HEMT。

在本實施形態中，第2絕緣層202B是藉由層厚為20nm之SiON來構成。再者，第2絕緣層202B的層厚並非受限於20nm之層厚。作為一例，第2絕緣層202B之層厚為2nm以上且200nm以下。

再者，本實施形態中的第2絕緣層202B與上述實施形態1中的第2絕緣層202同樣，是與接觸層212相接且不與閘極電極303相接地設置在第1絕緣層201上。

藉由形成為像這樣的結構的半導體裝置2，可以使二維電子氣體層105的電子濃度在第2絕緣層202B所存在之部分與第2絕緣層202B所不存在之部分不同。具體而言，二維電子氣體層105具有：不是位於第2絕緣層202B的下方之部分的第1之二維電子氣體層105A、與位於第2絕緣層202B的下方之部分之第2之二維電子氣體層105B，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度是相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變得較大。

藉由形成為像這樣的結構的半導體裝置2，可以與上述實施形態1同樣地使二維電子氣體層105的電子濃度在第2絕緣層202B所存在之部分與第2絕緣層202B所不存在之部分不同。具體而言，二維電子氣體層105具有：不是位於第2絕緣層202B的下方之部分的第1之二維電子氣體層105A、與位於第2絕緣層202B的下方之部分之第2之二維電子氣體層105B，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度是相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度變得較大。

在此，在本實施形態中，使用圖6來說明第2之二維電子氣體層105B的電子濃度變得比第1之二維電子氣體層105A的電子濃度更高之機制。圖6是顯示實施形態2之半導體裝置2的能帶的傳導帶的示意圖。

在圖6中，實線A是對應於圖5之一點鏈線A之部分的線圖(diagram)，虛線B是對應於圖5之一點鏈線B之部分的線圖。亦即，圖6中的實線A是閘極電極303的相鄰部即閘極相鄰部(亦即在第1絕緣層201之上未設置有第2絕緣層202B，而僅設置有第1絕緣層201之部分)的線圖。又，圖2中的虛線B是接觸層212的相鄰部即接觸相鄰部(亦即第1絕緣層201之上設置有第2絕緣層202B之部分)的線圖。

在本實施形態中，由於第2絕緣層202B是藉由SiON等氮氧化物層所構成，因此第2絕緣層202B具有正的固定電荷。藉由第2絕緣層202B具有正的固定電荷，電子供給層104的電位會降低，且電子供給層104與電子行走層103的界面位置的電位會降低。藉此，位於第2絕緣層202B的下方之第2之二維電子氣體層105B的電子濃度會增加。亦即，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度會相對於第1之二維電子氣體層105A相對地變大。

像這樣，在本實施形態中的半導體裝置2中，也可以讓第2之二維電子氣體層105B的電子濃度變得比第1之二維電子氣體層105A的電子濃度更高。藉此，由於可以減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，因此可以抑制最大汲極電流降低之情形。又，在本實施形態中，由於對應於第1之二維電子氣體層105A的閘極相鄰部的電子濃度也已被維持住，因此也可以減少閘極電極303與汲極電極302之間的漏電流。亦即，在本實施形態中的半導體裝置2中，也是和上述實施形態1同樣，可以謀求兼顧到抑制最大汲極電流的降低與減少閘極-汲極間的漏電流。又，因為由第2絕緣層202所形成之二維電子氣體的增加的貢獻變大，所以也可以減少起因於貫通凹陷部211的側面狀態參差(蝕刻條件參差)之汲極電流的參差。

再者，在本實施形態中，雖然第2絕緣層202B是藉由氮氧化物層來構成，但並非受限於此。具體而言，第2絕緣層202B亦可為氧化物與氮化物之複合層。換言之，第2絕緣層202B亦可為與第1絕緣層201相同材料的層與氧化物層之複合層。例如，第2絕緣層202B亦可為積層有SiN、SiO₂與SiN之結構。像這樣，即使第2絕緣層202B不是氮氧化物層而是與氧化物層之複合層，由於仍然會成為具有正的固定電荷，因此可以使位於第2絕緣層202B的下方之第2之二維電子氣體層105B的電子濃度增加，而抑制最大汲極電流降低之情形。

在此情況下，構成第2絕緣層202B的一部分的層之SiO₂膜宜為具有1nm以下的厚度之極薄的界面氧化層。藉由形成為如此，由於SiO₂會被氮化物誘導而具有正的固定電荷，因此可以得到與使用具有正的固定電荷之SiON的情況同樣的效果。

又，在本實施形態之半導體裝置2中，第2絕緣層202B亦可包含n型半導體層。作為包含於第2絕緣層202B之n型半導體層，可為例如n型GaN等的III族半導體，亦可為如n型多晶矽的IV族半導體等。像這樣，藉由第2絕緣層202B包含n型半導體層，第2之二維電子氣體層105B的電子濃度便會相對於第1之二維電子氣體層105A變大。因此，由於可以減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，所以可以抑制最大汲極電流降低之情形。

又，在本實施形態中的半導體裝置2中，也是與上述實施形態1同樣，第1絕緣層201的鹵素濃度宜為1×10¹⁸atoms/cm³以下。藉由像這樣進行，可以減少第1絕緣層201中的負的固定電荷，且可以消除電子供給層104與電子行走層103之界面位置的電位的上升，而可以消除第1之二維電子氣體層105A以及第2之二維電子氣體層105B的電子濃度因為鹵素而減少之情形。

其次，針對本實施形態中的半導體裝置2的製造方法，使用圖7A~圖7G來說明。圖7A~圖7G是顯示實施形態2之半導體裝置2的製造方法中的各步驟的剖面圖。圖7A是顯示形成半導體積層結構體100與第1絕緣層201之步驟。圖7B是顯示形成貫通凹陷部211之步驟。圖7C是顯示形成接觸層212之步驟。圖7D是顯示形成第2絕緣層202B之步驟。圖7E是顯示形成源極電極301以及汲極電極302之步驟。圖7F是顯示將第2絕緣層202B圖案化之步驟。圖7G是顯示形成閘極電極303之步驟。

首先，如圖7A所示，與上述實施形態1同樣地在基板101之上，藉由MOCVD來形成由緩衝層102、電子行走層103以及電子供給層104所形成之半導體積層結構體100。

接著，在半導體積層結構體100之上形成第1絕緣層201(第1絕緣層形成步驟)。在本實施形態中，在形成半導體積層結構體100之後，是在相同的半導體結晶成長裝置(MOCVD爐)內連續形成第1絕緣層201。亦即，在不進行大氣曝露的情形下在電子供給層104之上形成第1絕緣層201。像這樣，藉由在不進行大氣曝露的情形下將第1絕緣層201形成於電子供給層101之上，便不會讓氧不均勻存在於電子供給層104與第1絕緣層201之間。在此結構中，可在電子供給層104與電子行走層103的異質界面的電子行走層103側產生高濃度的二維電子氣體，而形成二維電子氣體層105。

其次，如圖7B所示，將半導體積層結構體100的一部分去除來形成貫通凹陷部211(貫通凹陷部形成步驟)。在本實施形態中，由於在半導體積層結構體100之上形成有第1絕緣層201，因此第1絕緣層201的一部分也會與半導體積層結構體100一起去除。

具體而言，是在第1絕緣層201之上塗佈阻劑，之後藉由微影法來將阻劑圖案化，藉此在除了要形成接觸層212之區域(亦即要形成源極電極301以及汲極電極302之區域)以外之部分形成遮罩。亦即，在阻劑中的要形成接觸層212之區域形成開口部。具體而言，是在要形成源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B之區域的各者形成開口部。

接著，將具有開口部之阻劑作為遮罩來施行乾式蝕刻，藉此形成貫通凹陷部211，前述貫通凹陷部211是貫通第1絕緣層201與電子供給層104並到達電子行走層103。具體而言，如圖7B所示，是和形成源極側接觸層212A以及汲極側接觸層212B之區域的各者對應而形成2個貫通凹陷部211。藉由形成貫通凹陷部211，電子行走層103的一部分會露出。之後，去除遮罩(阻劑)以及因為乾式蝕刻所產生之聚合物。

其次，如圖7C所示，在貫通凹陷部211埋入形成接觸層212(接觸層形成步驟)。

具體而言，是與上述實施形態1同樣地以第1絕緣層201作為遮罩並使用MOCVD來使n⁺-GaN再成長成埋入2個貫通凹陷部211。藉此，可以選擇性地在2個貫通凹陷部211的各者埋入形成由n⁺-GaN形成之接觸層212。再者，已埋入於2個貫通凹陷部211的其中一者之接觸層212為源極側接觸層212A，且已埋入於2個貫通凹陷部211的另一者之接觸層212為汲極側接觸層212B。

其次，如圖7D所示，在第1絕緣層201上形成第2絕緣層202B(第2絕緣層形成步驟)。

具體而言，是在第1絕緣層201之上，形成由SiON作為氮氧化物而形成之層厚為20nm的第2絕緣層202B。形成第2絕緣層202B時的成膜條件宜為例如成長溫度為900~1150℃，且使用SiH₄與NH₃來作為原料氣體。

再者，由SiON所形成之第2絕緣層202B亦可用以下作法來形成：於形成SiO₂後在氧以及氮的氣體環境下以800℃以下的溫度來施行熱處理。在此情況下，也可以形成由具有正的固定電荷的SiON所形成之第2絕緣層202B。又，亦可不施行熱處理，而是在形成SiO₂後施行使用了NH₃電漿之電漿氮化處理，藉此形成具有正的固定電荷之由SiON所形成之第2絕緣層202B。

其次，如圖7E所示，以和接觸層212相接之方式在接觸層212上形成源極電極301以及汲極電極302(源極電極/汲極電極的形成步驟)。

具體而言，可以在去除第2絕緣層202B的一部分而使接觸層212露出後，與上述實施形態1同樣地藉由蒸鍍來依序堆積Ti膜以及Al膜而形成積層膜之後，藉由舉離法來去除不需要的積層膜，藉此在接觸層212之上形成由Ti膜與Al膜的積層膜所形成之預定形狀的源極電極301與汲極電極302。在本實施形態中，是在源極側接觸層212A之上形成源極電極301，並在汲極側接觸層212B之上形成汲極電極302。

之後，藉由施行熱處理，二維電子氣體層105與接觸層212會形成電歐姆連接。

其次，如圖7F所示，將第2絕緣層202B圖案化，而將供閘極電極303設置之部分的第2絕緣層202B去除(第2絕緣層圖案化步驟)。

具體而言，是與上述實施形態1同樣地在已塗佈阻劑後藉由微影法將阻劑圖案化成預定形狀，而在和形成有源極電極301與汲極電極302之區域及供閘極電極303形成之區域(閘極電極形成預定區域)隔有間距之區域形成連續的遮罩(阻劑遮罩)。之後，藉由乾式蝕刻法來去除第2絕緣層202B當中和接觸層212相接之部分以外的部分，藉此使第1絕緣層201露出而形成第1絕緣層露出部201s。此時，位於經圖案化之阻劑(阻劑遮罩)的下方之第2絕緣層202B不會被去除而留下。亦即，第2絕緣層202B中的和接觸層212相接之部分會留下。之後，去除阻劑以及聚合物。藉此，可以形成在供閘極電極303形成之區域具有開口部202a之第2絕緣層202B。此時，由於位於未形成有第2絕緣層202B之部分的下方之二維電子氣體的電子濃度會變低，因此可在二維電子氣體層105生成：二維電子氣體的電子濃度相對較低之第1之二維電子氣體層105A、與二維電子氣體的電子濃度相對較高之第2之二維電子氣體層105B。

其次，如圖7G所示，將第1絕緣層露出部201s當中和第2絕緣層202B隔有間距之部分的第1絕緣層201去除，來形成閘極電極303(閘極電極形成步驟)。具體而言，可以與上述實施形態1同樣地進行，來形成閘極電極303。

像這樣，藉由經過圖7A~圖7G之一連串的步驟，圖4所示之結構的半導體裝置2即完成。

再者，在圖7D的步驟中形成第2絕緣層202B時，第2絕緣層202的形成溫度宜比第1絕緣層201的形成溫度更高。亦即，第1絕緣層201的形成溫度宜比第2絕緣層202B的形成溫度更低。藉此，由於可以讓第2絕緣層202B的拉伸應力相對於第1絕緣層201變得較強，因此可以進一步提高第2之二維電子氣體層105B的電子濃度。(其他的變形例)

以上，針對本揭示之半導體裝置，雖然依據實施形態1、2進行了說明，但是本揭示並不限定於上述實施形態1、2。

例如，在上述實施形態1、2中，雖然電子行走層103以及電子供給層104是藉由III族氮化物半導體來構成，但並非受限於此。具體而言，電子行走層103以及電子供給層104亦可藉由III族砷化物半導體等之其他的半導體材料來構成。

又，在上述實施形態1中，第2絕緣層202雖然是藉由SiN來構成，但並非受限於此。例如，在上述實施形態1中，亦可將第2絕緣層202設為SiON或SiO₂等的包含氧之層。藉此，與第2絕緣層202為SiN的情況相比，可以增大第2絕緣層202的熱膨脹係數。藉此，可以使第2絕緣層202的拉伸應力進一步增加，且可以讓第2之二維電子氣體層105B的電子濃度相對於第1之二維電子氣體層105A的電子濃度進一步提高。因此，可以更加減少電子供給層104中的貫通凹陷部211的側面相鄰部的電子濃度變低之情形，而可以進一步抑制最大汲極電流降低之情形。此外，在上述實施形態1中，藉由將第2絕緣層202設為SiON，可以與上述實施形態2同樣地將第2絕緣層202形成為具有正的固定電荷之層。藉此，位於第2絕緣層202的下方之第2之二維電子氣體層105B的電子濃度會進一步增加，而可以更加抑制最大汲極電流降低之情形。

又，在上述實施形態2中，與上述實施形態1同樣，亦可將第2絕緣層202B的線性熱膨脹係數形成得比電子供給層104的線性熱膨脹係數更大，亦可將第2絕緣層202B的拉伸應力形成得比第1絕緣層201的拉伸應力更大。藉此，由於可以進一步提高第2之二維電子氣體層105B的電子濃度，因此可以進一步抑制最大汲極電流降低之情形。

其他，對上述實施形態施行本發明所屬技術領域中具有通常知識者所設想得到的各種變形而得到的形態、或是藉由在不脫離本揭示之主旨的範圍內任意地組合實施形態中的構成要素以及功能而實現之形態也都包含於本揭示中。又，從已記載在本發明申請時的申請專利範圍之複數個請求項之中，在技術上沒有矛盾之範圍內將2個以上的請求項任意地組合而成之請求項也包含在本揭示中。例如，在將已記載在本發明申請時的申請專利範圍之引用記載形式請求項，在技術上不矛盾之範圍內設為引用上位請求項的全部之多項附屬請求項(multi claim)或多附多附屬請求項(multi-multi claim)時，包含於該多項附屬請求項或多附多附屬請求項之全部請求項之組合也包含在本揭示中。產業上之可利用性

本揭示的技術可以作為要求高速動作之通訊機器或變頻器(inverter)、以及使用於電源電路等之切換用電晶體等的半導體器件來利用。其中，本揭示的技術在藉由歐姆接觸電阻所造成之對發熱帶來很大的影響之高頻功率器件上尤其有用。

1,1A,2:半導體裝置100:半導體積層結構體101:基板102:緩衝層103:電子行走層104:電子供給層105:二維電子氣體層105A:第1之二維電子氣體層105B:第2之二維電子氣體層201,201A:第1絕緣層201a,202a:開口部201s:第1絕緣層露出部202,202A,202B:第2絕緣層203:絕緣層203A:凹陷部211:貫通凹陷部212:接觸層212A:源極側接觸層212B:汲極側接觸層301:源極電極302:汲極電極303:閘極電極A:一點鏈線(實線)B:一點鏈線(虛線)X,Y,Z,x,y,z:座標軸(方向)

圖1是顯示實施形態1之半導體裝置的構成的剖面圖。

圖2是顯示實施形態1之半導體裝置的能帶(energy band)的傳導帶的示意圖。

圖3A是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，形成半導體積層結構體與第1絕緣層以及第2絕緣層之步驟的剖面圖。

圖3B是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，形成貫通凹陷部之步驟的剖面圖。

圖3C是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，形成接觸層之步驟的剖面圖。

圖3D是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，形成源極電極以及汲極電極之步驟的剖面圖。

圖3E是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，將第2絕緣層圖案化之步驟的剖面圖。

圖3F是顯示在實施形態1之半導體裝置的製造方法中，形成閘極電極之步驟的剖面圖。

圖4是顯示實施形態1之變形例之半導體裝置的構成的剖面圖。

圖5是顯示實施形態2之半導體裝置的構成的剖面圖。

圖6是顯示實施形態2之半導體裝置的能帶的傳導帶的示意圖。

圖7A是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成半導體積層結構體與第1絕緣層之步驟的剖面圖。

圖7B是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成貫通凹陷部之步驟的剖面圖。

圖7C是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成接觸層之步驟的剖面圖。

圖7D是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成第2絕緣層之步驟的剖面圖。

圖7E是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成源極電極以及汲極電極之步驟的剖面圖。

圖7F是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，將第2絕緣層圖案化之步驟的剖面圖。

圖7G是顯示在實施形態2之半導體裝置的製造方法中，形成閘極電極之步驟的剖面圖。

1:半導體裝置

100:半導體積層結構體

101:基板

102:緩衝層

103:電子行走層

104:電子供給層

105:二維電子氣體層

105A:第1之二維電子氣體層

105B:第2之二維電子氣體層

201:第1絕緣層

201a,202a:開口部

202:第2絕緣層

211:貫通凹陷部

212:接觸層

212A:源極側接觸層

212B:汲極側接觸層

301:源極電極

302:汲極電極

303:閘極電極

A,B:一點鏈線

X,Y,Z:座標軸(方向)

Claims (16)

1. 一種半導體裝置，具有： 電子行走層； 電子供給層，設置在前述電子行走層上，且能帶隙比前述電子行走層更大； 閘極電極，設置在前述電子供給層上； 源極側接觸層以及汲極側接觸層，在夾著前述閘極電極的位置上，埋入於貫通前述電子供給層之凹陷部； 第1絕緣層，設置在前述電子供給層當中未設置有前述閘極電極之部分上；及 第2絕緣層，與前述源極側接觸層及/或汲極側接觸層相接且與前述閘極電極不相接地設置在前述第1絕緣層上， 前述第2絕緣層的線性熱膨脹係數比前述電子供給層的線性熱膨脹係數更大， 前述第1絕緣層以及前述第2絕緣層的鹵素濃度皆為1×10¹⁸atoms/cm³以下。
2. 如請求項1之半導體裝置，其中在前述第1絕緣層與前述電子供給層之間沒有氧的不均勻存在。
3. 如請求項1或2之半導體裝置，其中前述第1絕緣層不包含氧。
4. 如請求項1或2之半導體裝置，其中前述第2絕緣層包含氧。
5. 如請求項1或2之半導體裝置，其中在剖面視角下，前述第2絕緣層的寬度為1μm以下。
6. 如請求項1或2之半導體裝置，其中前述第2絕緣層的拉伸應力比前述第1絕緣層的拉伸應力更大。
7. 如請求項1或2之半導體裝置，其中前述第1絕緣層與前述第2絕緣層是藉由相同材料來構成， 前述第1絕緣層的密度比前述第2絕緣層的密度更小。
8. 如請求項1或2之半導體裝置，其中前述電子行走層與前述電子供給層是藉由III族氮化物半導體來構成。
9. 一種半導體裝置，具有： 電子行走層； 電子供給層，設置在前述電子行走層上，且能帶隙比前述電子行走層更大； 閘極電極，設置在前述電子供給層上； 源極側接觸層以及汲極側接觸層，在夾著前述閘極電極的位置上，埋入於貫通前述電子供給層之凹陷部； 第1絕緣層，設置在前述電子供給層當中未設置有前述閘極電極之部分上；及 第2絕緣層，與前述源極側接觸層及/或汲極側接觸層相接且與前述閘極電極不相接地設置在前述第1絕緣層上， 前述第2絕緣層的線性熱膨脹係數比前述電子供給層的線性熱膨脹係數更大， 在剖面視角下，前述第2絕緣層的寬度為1μm以下。
10. 如請求項9之半導體裝置，其中在前述第1絕緣層與前述電子供給層之間沒有氧的不均勻存在。
11. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述第1絕緣層不包含氧。
12. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述第2絕緣層包含氧。
13. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述第1絕緣層以及前述第2絕緣層的鹵素濃度皆為1×10¹⁸atoms/cm³以下。
14. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述第2絕緣層的拉伸應力比前述第1絕緣層的拉伸應力更大。
15. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述第1絕緣層與前述第2絕緣層是藉由相同材料來構成， 前述第1絕緣層的密度比前述第2絕緣層的密度更小。
16. 如請求項9或10之半導體裝置，其中前述電子行走層與前述電子供給層是藉由III族氮化物半導體來構成。