氮化物半导体装置
阅读说明：本技术 氮化物半导体装置 (Nitride semiconductor device ) 是由 阿久津稔 于 2021-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够降低源极电极及漏极电极相对于二维电子气的欧姆接触电阻的氮化物半导体装置。氮化物半导体装置(1)包含：第1氮化物半导体层(4),构成电子移行层；第2氮化物半导体层(5),形成在第1氮化物半导体层(4)上,且构成电子供给层；蚀刻终止层(6),形成在第2氮化物半导体层(5)上,且由带隙比第2氮化物半导体层大的氮化物半导体构成；栅极部(20),形成在蚀刻终止层(6)上；以及源极电极(11)及漏极电极(12),隔着栅极部而对向配置在蚀刻终止层上。源极电极(11)及漏极电极(12)的下端部在厚度方向上贯通蚀刻终止层(6),而进入第2氮化物半导体层(5)的厚度中间部。(The invention provides a nitride semiconductor device capable of reducing ohmic contact resistance of a source electrode and a drain electrode with respect to a two-dimensional electron gas. A nitride semiconductor device (1) includes: a 1 st nitride semiconductor layer (4) constituting an electron transit layer; a 2 nd nitride semiconductor layer (5) formed on the 1 st nitride semiconductor layer (4) and constituting an electron supply layer; an etching stop layer (6) formed on the 2 nd nitride semiconductor layer (5) and composed of a nitride semiconductor having a larger band gap than the 2 nd nitride semiconductor layer; a gate portion (20) formed on the etching stop layer (6); and a source electrode (11) and a drain electrode (12) which are arranged on the etching stop layer in an opposite manner with the gate portion therebetween. The lower end portions of the source electrode (11) and the drain electrode (12) penetrate through the etching stopper layer (6) in the thickness direction and enter the middle portion of the thickness of the 2 nd nitride semiconductor layer (5).)
技术领域
本发明涉及一种包括III族氮化物半导体(以下，有时简称为“氮化物半导体”)的氮化物半导体装置。
背景技术
所谓III族氮化物半导体，是指在III-V族半导体中使用氮作为V族元素的半导体。代表例有氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)。一般来说，可表示为AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)。
提出有使用这样的氮化物半导体的HEMT(High Electron Mobility Transistor；高电子迁移率晶体管)。这样的HEMT例如包含：电子移行层，包括GaN；以及电子供给层，在该电子移行层上外延生长且包括AlGaN。以与电子供给层相接的方式形成一对源极电极及漏极电极，在它们之间配置栅极电极。
由于因GaN与AlGaN的晶格失配引起的极化，而在电子移行层内，在距电子移行层与电子供给层的界面仅数内侧的位置，形成二维电子气。将该二维电子气作为通道，将源极、漏极间连接。如果通过对栅极电极施加控制电压，将二维电子气遮断，那么源极、漏极间被遮断。在不对栅极电极施加控制电压的状态中，由于源极、漏极间导通，所以成为常导通型的元件。
使用氮化物半导体的元件由于具有高耐压、高温动作、大电流密度、高速切换及低导通电阻等特征，故而对功率元件应用，例如在专利文献1中有所提出。
专利文献1揭示了一种构成，在AlGaN电子供给层积层脊形状的p型GaN栅极层(氮化物半导体栅极层)，在其上配置栅极电极，通过利用从所述p型GaN栅极层扩展的耗尽层使通道消失，来达成常断开。
专利文献2中揭示了一种氮化物半导体装置，具备电子移行层(GaN通道层)、形成在电子移行层上的电子供给层(AlGaN势垒层)、以及欧姆电极(源极电极及漏极电极)。欧姆电极的下端贯通电子供给层而到达电子移行层的厚度中间部。欧姆电极贯通电子供给层内的二维电子气。
在专利文献2中记载的半导体装置中，在欧姆电极的下端的下方，未产生二维电子气。另外，在专利文献2中记载的半导体装置中，欧姆电极仅在与它的侧面中的二维电子气接触的部位中，电连接于二维电子气。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2017-73506号公报
[专利文献2]日本专利特开2011-129769号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明的目的在于提供一种能够降低源极电极及漏极电极相对于二维电子气的欧姆接触电阻的氮化物半导体装置及其制造方法。
[解决问题的技术手段]
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置，包含：第1氮化物半导体层，构成电子移行层；第2氮化物半导体层，形成在所述第1氮化物半导体层上，带隙比所述第1氮化物半导体层大，且构成电子供给层；蚀刻终止层，形成在所述第2氮化物半导体层上，且由带隙比所述第2氮化物半导体层大的氮化物半导体构成；栅极部，形成在所述蚀刻终止层上；以及源极电极及漏极电极，隔着所述栅极部而对向配置在所述蚀刻终止层上；所述栅极部包含：脊形状的第3氮化物半导体层，形成在所述第2氮化物半导体层上，且包含受体型杂质；以及栅极电极，形成在所述第3氮化物半导体层上；所述源极电极及所述漏极电极的下端部在厚度方向上贯通所述蚀刻终止层，而进入所述第2氮化物半导体层的厚度中间部。
在该构成中，能够降低源极电极及漏极电极相对于二维电子气的欧姆接触电阻。
在本发明的一实施方式中，所述源极电极及所述漏极电极的下端与所述第2氮化物半导体层的下表面的距离为所述第2氮化物半导体层的膜厚的1/5以上1/2以下。
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置，包含：第1氮化物半导体层，构成电子移行层；第2氮化物半导体层，形成在所述第1氮化物半导体层上，带隙比所述第1氮化物半导体层大，且构成电子供给层；蚀刻终止层，形成在所述第2氮化物半导体层上，且由带隙比所述第2氮化物半导体层大的氮化物半导体构成；栅极部，形成在所述蚀刻终止层上；以及源极电极及漏极电极，隔着所述栅极部而对向配置在所述蚀刻终止层上；所述栅极部包含：脊形状的第3氮化物半导体层，形成在所述第2氮化物半导体层上，且包含受体型杂质；以及栅极电极，形成在所述第3氮化物半导体层上；所述源极电极及所述漏极电极的下端部在厚度方向上贯通所述蚀刻终止层，而与所述第2氮化物半导体层的上表面接触。
在该构成中，能够降低源极电极及漏极电极相对于二维电子气的欧姆接触电阻。
在本发明的一实施方式中，所述蚀刻终止层的膜厚为0.5nm以上2nm以下。
在本发明的一实施方式中，所述蚀刻终止层及所述第2氮化物半导体层包含Al，所述蚀刻终止层的Al组成大于所述第2氮化物半导体层的Al组成。
在本发明的一实施方式中，所述蚀刻终止层的Al组成为80％以上。
在本发明的一实施方式中，所述第2氮化物半导体层的所述蚀刻终止层的Al组成为25％以下。
在本发明的一实施方式中，所述蚀刻终止层的Al组成与所述第2氮化物半导体层的Al组成的差为50％以上。
在本发明的一实施方式中，所述蚀刻终止层由AlGaN层或者AlN层构成。
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置，包含：第1氮化物半导体层，构成电子移行层；第2氮化物半导体层，形成在所述第1氮化物半导体层上，带隙比所述第1氮化物半导体层大，且构成电子供给层；栅极部，形成在所述第2氮化物半导体层上；以及源极电极及漏极电极，隔着所述栅极部而对向配置在所述第2氮化物半导体层上；所述栅极部包含：脊形状的第3氮化物半导体层，形成在所述第2氮化物半导体层上，且包含受体型杂质；以及栅极电极，形成在所述第3氮化物半导体层上；所述源极电极及所述漏极电极的下端部从所述第2氮化物半导体层的上表面进入所述第2氮化物半导体层的厚度中间部。
在该构成中，能够降低源极电极及漏极电极相对于二维电子气的欧姆接触电阻。
在本发明的一实施方式中，所述源极电极及所述漏极电极的下端与所述第2氮化物半导体层的下表面的距离为所述第2氮化物半导体层的膜厚的1/5以上1/2以下。
在本发明的一实施方式中，所述第3氮化物半导体层的膜厚为110nm以上。
在本发明的一实施方式中，所述第1氮化物半导体层由GaN层构成，所述第2氮化物半导体层由AlGaN层构成，所述第3氮化物半导体层由AlGaN层构成。
在本发明的一实施方式中，所述受体杂质为Mg或者Zn。
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置的制造方法，包含如下工序：在衬底上，依次形成构成电子移行层的第1氮化物半导体层、构成电子供给层的第2氮化物半导体层、蚀刻终止层、及由包含受体型杂质的氮化物半导体构成的半导体栅极材料膜；在所述半导体栅极材料膜上形成栅极电极膜；通过对所述栅极电极膜选择性地蚀刻，在半导体栅极材料膜上形成栅极电极；通过对半导体栅极材料膜选择性地蚀刻，将在上表面形成着所述栅极电极的半导体栅极层形成在所述蚀刻终止层上；在所述蚀刻终止层上，以覆盖所述第2氮化物半导体层上表面的露出面、与所述半导体栅极层及所述栅极电极的露出面的方式，形成钝化膜；接触孔形成工序，将在厚度方向上贯通所述钝化膜及所述蚀刻终止层而到达所述第2氮化物半导体层的厚度中间部的源极接触孔及漏极接触孔形成在由所述钝化膜、所述蚀刻终止层及第2氮化物半导体层构成的积层膜；以及形成分别贯通所述源极接触孔及漏极接触孔而与所述第2氮化物半导体层接触的源极电极及漏极电极。
在本发明的一实施方式中，所述接触孔形成工序包含如下工序：利用使用氟系气体的干式蚀刻，形成贯通所述钝化膜的第1孔；以及利用使用氯系气体的干式蚀刻，形成第2孔，所述第2孔与所述第1孔连通，且贯通所述蚀刻终止层而到达所述第2氮化物半导体层的厚度中间部。
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置的制造方法，包含如下工序：在衬底上，依次形成构成电子移行层的第1氮化物半导体层、构成电子供给层的第2氮化物半导体层、蚀刻终止层、及由包含受体型杂质的氮化物半导体构成的半导体栅极材料膜；在所述半导体栅极材料膜上，形成栅极电极膜；通过对所述栅极电极膜选择性地蚀刻，在半导体栅极材料膜上形成栅极电极；通过对半导体栅极材料膜选择性地蚀刻，将在上表面形成着所述栅极电极的半导体栅极层形成在所述蚀刻终止层上；在所述第2氮化物半导体层上，以覆盖所述第2氮化物半导体层上表面的露出面、与所述半导体栅极层及所述栅极电极的露出面的方式，形成钝化膜；接触孔形成工序，将在厚度方向上贯通所述钝化膜及所述蚀刻终止层而到达所述第2氮化物半导体层的上表面的源极接触孔及漏极接触孔形成在由所述钝化膜及所述蚀刻终止层构成的积层膜；以及形成分别贯通所述源极接触孔及漏极接触孔而与所述第2氮化物半导体层的上表面接触的源极电极及漏极电极。
在本发明的一实施方式中，所述接触孔形成工序包含如下工序：利用使用氟系气体的干式蚀刻，形成贯通所述钝化膜的第1孔；利用含氧气体的干式处理，使所述蚀刻终止层中的面对所述第1孔的区域氧化；以及通过将已经氧化的区域利用湿式蚀刻去除，形成第2孔，所述第2孔与所述第1孔连通，且贯通所述蚀刻终止层，而到达所述第2氮化物半导体层的上表面。
本发明的一实施方式提供一种氮化物半导体装置的制造方法，包含如下工序：在衬底上，依次形成构成电子移行层的第1氮化物半导体层、构成电子供给层的第2氮化物半导体层、及由包含受体型杂质的氮化物半导体构成的半导体栅极材料膜；在所述半导体栅极材料膜上，形成栅极电极膜；通过对所述栅极电极膜选择性地蚀刻，在半导体栅极材料膜上形成栅极电极；通过对半导体栅极材料膜选择性地蚀刻，将在上表面形成着所述栅极电极的半导体栅极层形成在所述第2氮化物半导体层上；在所述第2氮化物半导体层上，以覆盖所述第2氮化物半导体层上表面的露出面、与所述半导体栅极层及所述栅极电极的露出面的方式，形成钝化膜；接触孔形成工序，将在厚度方向上贯通所述钝化膜而到达所述第2氮化物半导体层的厚度中间部的源极接触孔及漏极接触孔形成在由所述钝化膜及第2氮化物半导体层构成的积层膜；以及形成分别贯通所述源极接触孔及漏极接触孔而与所述第2氮化物半导体层接触的源极电极及漏极电极。
在本发明的一实施方式中，所述接触孔形成工序包含如下工序：利用使用氟系气体的干式蚀刻，形成贯通所述钝化膜的第1孔；以及利用使用氯系气体的干式蚀刻，形成第2孔，所述第2孔与所述第1孔连通，且到达所述第2氮化物半导体层的厚度中间部。
附图说明
图1是用来说明本发明的第1实施方式的氮化物半导体装置的构成的剖视图。
图2A是表示图1的氮化物半导体装置的制造工序的一例的剖视图。
图2B是表示图2A的下一工序的剖视图。
图2C是表示图2B的下一工序的剖视图。
图2D是表示图2C的下一工序的剖视图。
图2E是表示图2D的下一工序的剖视图。
图2F是表示图2E的下一工序的剖视图。
图2G是表示图2F的下一工序的剖视图。
图2H是表示图2G的下一工序的剖视图。
图2I是表示图2H的下一工序的剖视图。
图2J是表示图2I的下一工序的剖视图。
图2K是表示图2J的下一工序的剖视图。
图3是用来说明本发明的第2实施方式的氮化物半导体装置的构成的剖视图。
图4A是表示图3的氮化物半导体装置的制造工序的一例的剖视图。
图4B是表示图4A的下一工序的剖视图。
图4C是表示图4B的下一工序的剖视图。
图4D是表示图4C的下一工序的剖视图。
图5是用来说明本发明的第3实施方式的氮化物半导体装置的构成的剖视图。
具体实施方式
以下，参照随附附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
图1是用来说明本发明的第1实施方式的氮化物半导体装置的构成的剖视图。
氮化物半导体装置1包含：衬底2；缓冲层3，形成在衬底2的表面；第1氮化物半导体层4，在缓冲层3上外延生长；以及第2氮化物半导体层5，在第1氮化物半导体层4上外延生长。进而，氮化物半导体装置1包含：蚀刻终止层6，在第2氮化物半导体层5上外延生长；以及栅极部20，形成在蚀刻终止层6上。
进而，该氮化物半导体装置1包含：钝化膜7，覆盖蚀刻终止层6及栅极部20；以及势垒金属膜8，形成在钝化膜7上。进而，该氮化物半导体装置1包含通过形成在第2氮化物半导体层5、蚀刻终止层6、钝化膜7及势垒金属膜8的积层膜的源极接触孔9及漏极接触孔10而与第2氮化物半导体层5接触的源极电极11及漏极电极12。源极电极11及漏极电极12隔开间隔而配置。源极电极11以覆盖栅极部20的方式形成。
衬底2例如也可以为低电阻的硅衬底。低电阻的硅衬底例如也可以为具有0.001Ωmm～0.5Ωmm(更具体来说0.01Ωmm～0.1Ωmm左右)的电阻率的p型衬底。另外，衬底2除了低电阻的硅衬底以外，也可以为低电阻的SiC衬底、低电阻的GaN衬底等。衬底2的厚度在半导体工艺中例如为650μm左右，在芯片化的前阶段中，被研削为300μm以下左右。衬底2电连接于源极电极11。
在该实施方式中，缓冲层3包括积层着多个氮化物半导体膜的多层缓冲层。在该实施方式中，缓冲层3包括：第1缓冲层(省略图示)，与衬底2的表面相接且由AlN膜构成；以及第2缓冲层(省略图示)，积层在该第1缓冲层的表面(与衬底2相反侧的表面)且包括AlN/AlGaN超晶格层。第1缓冲层的膜厚为100nm～500nm左右。第2缓冲层的膜厚为500nm～2μm左右。缓冲层3例如也可以包括AlGaN的单膜或复合膜或者AlGaN/GaN超晶格膜。
第1氮化物半导体层4构成电子移行层。在该实施方式中，第1氮化物半导体层4由GaN层构成，其厚度为0.5μm～2μm左右。另外，为了抑制在第1氮化物半导体层4中流通的漏电流，也可以对表面区域以外导入半绝缘性的杂质。在该情况下，杂质的浓度优选为4×1016cm-3以上。另外，杂质例如为C或者Fe。
第2氮化物半导体层5构成电子供给层。第2氮化物半导体层5由带隙比第1氮化物半导体层4大的氮化物半导体构成。具体来说，第2氮化物半导体层5由Al组成比第1氮化物半导体层4高的氮化物半导体构成。在氮化物半导体中，Al组成越高则带隙越大。在该实施方式中，第2氮化物半导体层5由AlxGa1-xN层(0＜x≦1)构成。第2氮化物半导体层5的Al组成优选为25％以下。也就是说，x优选为0.25以下。具体来说，x优选为0.1～0.25，更优选为0.1～0.15。第2氮化物半导体层5的厚度优选为8nm～20nm。
这样，第1氮化物半导体层(电子移行层)4与第2氮化物半导体层(电子供给层)5由带隙(Al组成)不同的氮化物半导体构成，在它们之间产生晶格失配。而且，利用第1氮化物半导体层4及第2氮化物半导体层5的自发极化、与因它们之间的晶格失配引起的压电极化，第1氮化物半导体层4与第2氮化物半导体层5的界面中的第1氮化物半导体层4的传导带的能量级别低于费米能级。由此，在第1氮化物半导体层4内，在接近第1氮化物半导体层4与第2氮化物半导体层5的界面的位置(例如距界面数左右的距离)，二维电子气(2DEG)13扩展。
蚀刻终止层6是在通过蚀刻形成下述脊形状的第3氮化物半导体层21时为了抑制第2氮化物半导体层5的表面被削掉而设置的层。蚀刻终止层6由带隙比第2氮化物半导体层5大的氮化物半导体构成。具体来说，蚀刻终止层6由Al组成比第2氮化物半导体层5高的氮化物半导体构成。
在该实施方式中，蚀刻终止层6由AlzGa1-zN层(0＜z≦1，z＞x)构成。为了使蚀刻终止层6作为蚀刻终止层发挥功能，而优选为蚀刻终止层6的Al组成大于第2氮化物半导体层5的Al组成。也就是说，优选为z大于x。蚀刻终止层6的Al组成优选为80％以上。也就是说，z优选为0.8以上。另外，蚀刻终止层6的Al组成与Al组成比其低的第2氮化物半导体层5的Al组成的差优选为50％以上。此外，蚀刻终止层6也可以包括AlN层。
蚀刻终止层6的厚度优选为0.5nm以上2nm以下。优选为0.5以上的理由在于，为了蚀刻终止层6发挥作为蚀刻终止层的功能，必须为0.5nm以上的厚度。优选为2nm以下的理由在于，如果蚀刻终止层6的厚度超过2nm，那么由于蚀刻终止层6的影响，而产生在第1氮化物半导体层4内的二维电子气13的密度变高，有阈值电压降低的可能性。
栅极部20包含：脊形状的第3氮化物半导体层(半导体栅极层)21，在蚀刻终止层6上外延生长；以及栅极电极22，形成在第3氮化物半导体层21上。栅极部20在源极接触孔9与漏极接触孔10之间，偏向源极接触孔9而配置。
第3氮化物半导体层21由掺杂着受体型杂质的氮化物半导体构成。更具体来说，第3氮化物半导体层21由掺杂着受体型杂质的AlyGa1-yN(0≦y＜1，y＜x)层构成。在该实施方式中，第3氮化物半导体层21由掺杂着受体型杂质的GaN层(p型GaN层)构成。在该实施方式中，第3氮化物半导体层21的横截面为矩形状。
第3氮化物半导体层21是为了在栅极部20的正下方的区域中，使由第1氮化物半导体层4(电子移行层)与第2氮化物半导体层5(电子供给层)形成的界面的传导带变化，在不施加栅极电压的状态中，在栅极部20的正下方的区域不产生二维电子气13而设置。
在该实施方式中，受体型杂质为Mg(镁)。受体型杂质也可以为Zn(锌)等除了Mg以外的受体型杂质。
第3氮化物半导体层21的膜厚为60nm～200nm左右。第3氮化物半导体层21的膜厚优选为大于100nm，更优选为110nm以上。第3氮化物半导体层21的膜厚更优选为110nm以上150nm以下。其原因在于，第3氮化物半导体层21的膜厚如果为110nm以上150nm以下，则能够提高正方向的栅极最大额定电压。在该实施方式中，第3氮化物半导体层21的膜厚为120nm左右。
栅极电极22的横截面为矩形状。栅极电极22的宽度比第3氮化物半导体层21的宽度窄。栅极电极22形成在第3氮化物半导体层21的上表面的宽度中间部上。因此，在栅极电极22的上表面与第3氮化物半导体层21的一侧部的上表面之间形成阶差，并且在栅极电极22的上表面与第3氮化物半导体层21的另一侧部的上表面之间形成阶差。另外，在俯视时，栅极电极22的両侧缘比第3氮化物半导体层21的对应的侧缘更向内侧后退。
在该实施方式中，栅极电极22与第3氮化物半导体层21的上表面肖特基接触。栅极电极22由TiN构成。栅极电极22的膜厚为60nm～200nm左右。栅极电极22也可以包括Ti膜、TiN膜及TiW膜中的任一个单膜或者由它们的2个以上的任意的组合构成的复合膜。
钝化膜7覆盖蚀刻终止层6的表面(除了接触孔9、10面对的区域以外)及栅极部20的侧面及表面。钝化膜7的膜厚为50nm～200nm左右。在该实施方式中，钝化膜7由SiN膜构成。钝化膜7也可以包括SiN膜、SiO2膜、SiON膜、Al2O3膜、AlN膜、及AlON膜中任一个单膜或者由它们的2个以上的任意的组合构成的复合膜。
在钝化膜7上，选择性地形成势垒金属膜8。在该实施方式中，势垒金属膜8由TiN膜构成，其厚度为50nm左右。势垒金属膜8是为了防止构成源极电极11及漏极电极12的金属材料向钝化膜7内扩散而设置。
源极接触孔9包括：第1部分9a，在厚度方向上贯通势垒金属膜与钝化膜7的积层膜；以及第2部分9b，与第1部分9a连通且贯通蚀刻终止层6延伸至第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
在源极接触孔9，填埋源极电极11的欧姆接触侧端部(源极电极11的下端部)。因此，源极电极11的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6的积层膜，进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。也就是说，源极电极11的欧姆接触侧端部的下端到达第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
同样地，漏极接触孔10包括：第1部分10a，在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜；以及第2部分10b，与第1部分10a连通且贯通蚀刻终止层6延伸至第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
第1部分9a、10a中贯通钝化膜7的部分相当于与第1实施方式对应的本发明的“第1孔”，第2部分9b、10b相当于与第1实施方式对应的本发明的“第2孔”。
在漏极接触孔10，填埋漏极电极12的欧姆接触侧端部(漏极电极12的下端部)。因此，漏极电极12的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6的积层膜，进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。也就是说，漏极电极12的欧姆接触侧端部的下端到达第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
源极接触孔9及漏极接触孔10的第2部分9b、10b的底面的深度位置大致相等。第2部分9b、10b的底面(源极电极11及漏极电极12的下端)与第2氮化物半导体层5的下表面的间隔d优选为第2氮化物半导体层5的膜厚t的1/5以上1/2以下。
其原因在于，如果d小于t的1/5，那么难以在源极电极11及漏极电极12的下端的下方产生二维电子气13。另一方面，其原因在于，如果d大于t的1/2，那么源极电极11及漏极电极12对于二维电子气13的欧姆接触电阻变大。在该实施方式中，d为t的1/4左右。例如，如果t为8nm～20nm，那么d成为2nm～5nm左右。
源极电极11及漏极电极12例如包括：第1金属层(欧姆金属层)，与第2氮化物半导体层5接触；第2金属层(主电极金属层)，积层在第1金属层；第3金属层(密着层)，积层在第2金属层；以及第4金属层(势垒金属层)，积层在第3金属层。第1金属层例如是厚度为10nm～20nm左右的Ti层。第2金属层例如是厚度为100nm～300nm左右的Al层。第3金属层例如是厚度为10nm～20nm左右的Ti层。第4金属层例如是厚度为10nm～50nm左右的TiN层。
在该氮化物半导体装置1中，在第1氮化物半导体层4(电子移行层)上形成带隙(Al组成)不同的第2氮化物半导体层5(电子供给层)而形成异质结。由此，在第1氮化物半导体层4与第2氮化物半导体层5的界面附近的第1氮化物半导体层4内形成二维电子气13，并形成将该二维电子气13作为通道利用的HEMT。栅极电极22隔着第3氮化物半导体层21及蚀刻终止层6，而与第2氮化物半导体层5对向。
在栅极电极22的下方，利用由p型GaN层构成的第3氮化物半导体层21中所包含的离子化受体，来提升第1氮化物半导体层4及第2氮化物半导体层5的能量级别。因此，第1氮化物半导体层4与第2氮化物半导体层5之间的异质结界面中的传导带的能量级别大于费米能级。因此，在栅极电极22(栅极部20)的正下方，不会形成因第1氮化物半导体层4及第2氮化物半导体层5的自发极化以及由它们的晶格失配所致的压电极化引起的二维电子气13。
因此，在不对栅极电极22施加偏压时(零偏压时)，二维电子气13的通道在栅极电极22的正下方被遮断。这样一来，实现了常断开型的HEMT。如果对栅极电极22施加适当的接通电压(例如5V)，那么在栅极电极22的正下方的第1氮化物半导体层4内诱发通道，而栅极电极22的两侧的二维电子气13连接。由此，源极-漏极间导通。
在使用时，例如，对源极电极11与漏极电极12之间，施加漏极电极12侧成为正的特定的电压(例如50V～100V)。在该状态下，对栅极电极22，以源极电极11作为基准电位(0V)，施加断开电压(0V)或者接通电压(5V)。
图2A～图2K是用来说明所述氮化物半导体装置1的制造工序的一例的剖视图，且表示了制造工序中的多个阶段中的截面构造。
首先，如图2A所示，利用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)法，在衬底2上，将缓冲层3、第1氮化物半导体层(电子移行层)4及第2氮化物半导体层(电子供给层)5以及蚀刻终止层6外延生长。进而，利用MOCVD法，在蚀刻终止层6上，将作为第3氮化物半导体层21的材料膜的第3半导体材料膜71外延生长。
接下来，如图2B所示，例如利用溅镀法，以覆盖露出的表面整体的方式，形成作为栅极电极22的材料膜的栅极电极膜72。然后，在栅极电极膜72上，形成第1SiO2膜73。
接下来，如图2C所示，例如利用干式蚀刻，将栅极电极膜72表面中的栅极电极制成预定区域上的第1SiO2膜73残留，将第1SiO2膜73选择性地去除。然后，通过将第1SiO2膜73作为掩模的干式蚀刻，将栅极电极膜72图案化。由此，形成栅极电极22。
接下来，如图2D所示，例如利用等离子体化学蒸镀法(PECVD法)，以覆盖露出的表面整体的方式形成第2SiO2膜74。
接下来，如图2E所示，例如利用干式蚀刻，将第2SiO2膜74回蚀，由此形成覆盖栅极电极22及第1SiO2膜73的侧面的第2SiO2膜74。
接下来，如图2F所示，利用将第1SiO2膜73及第2SiO2膜74作为掩模的干式蚀刻，将第3半导体材料膜71图案化。由此，获得脊形状的第3氮化物半导体层21。由此，获得包括脊形状的第3氮化物半导体层21、及形成在第3氮化物半导体层21的上表面的宽度中间部上的栅极电极22的栅极部20。
接下来，如图2G所示，利用湿式蚀刻，将第1SiO2膜73及第2SiO2膜74去除。然后，以覆盖露出的表面整体的方式，形成钝化膜7。钝化膜7例如由SiN构成。
接下来，如图2H所示，在钝化膜7的表面，形成势垒金属膜8。势垒金属膜8例如由TiN构成。
接下来，如图2I及图2J所示，在第2氮化物半导体层5、蚀刻终止层6、钝化膜7及势垒金属膜8的积层膜，形成源极接触孔9及漏极接触孔10。源极接触孔9及漏极接触孔10贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6，进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
在该接触孔形成工序中，首先，如图2I所示，例如通过使用氟(F)系气体的干式蚀刻，在钝化膜7与势垒金属膜8的积层膜，形成在厚度方向上贯通该积层膜的第1部分9a、10a。
接下来，如图2J所示，例如通过使用氯(Cl)系气体的干式蚀刻，在第2氮化物半导体层5与蚀刻终止层6的积层膜，形成与第1部分9a、10a连通且贯通蚀刻终止层6而到达第2氮化物半导体层5的厚度中间部的第2部分9b、10b。由此，形成包括第1部分9a及第2部分9b的源极接触孔9、与包括第1部分10a及第2部分10b的漏极接触孔10。
接下来，如图2K所示，以覆盖露出的表面整体的方式形成源极、漏极电极膜75。
最后，通过利用光微影及蚀刻将源极、漏极电极膜75及势垒金属膜8图案化，来形成与第2氮化物半导体层5接触的源极电极11及漏极电极12。这样一来，获得像图1所示一样的构造的氮化物半导体装置1。
在图1所示的第1实施方式的氮化物半导体装置1中，由于第3氮化物半导体层21的膜厚大于100nm，所以能够提高正方向的栅极最大额定电压。
另外，在第1实施方式的氮化物半导体装置1中，由于在第2氮化物半导体层5上形成着蚀刻终止层6，所以在通过蚀刻将脊形状的第3半导体材料膜71图案化时(参照图2F)能够抑制第2氮化物半导体层5的表面被削掉。尤其，在第1实施方式的氮化物半导体装置1中，在第3氮化物半导体层21的膜厚相对较厚，而未形成蚀刻终止层6的情况下，由于预想为第3半导体材料膜71的图案化时的第2氮化物半导体层5的去除量变大，所以特别有效。
另一方面，如果在第2氮化物半导体层5上形成着Al组成相对较大的蚀刻终止层6，那么有可能因其较高的势垒障壁的影响而源极电极11及漏极电极12相对于二维电子气13的欧姆接触电阻变大。换句话说，有可能导通电阻变大。
在第1实施方式的氮化物半导体装置1中，源极电极11及漏极电极12贯通蚀刻终止层6进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。由此，与源极电极11及漏极电极12的下端与蚀刻终止层6的表面(上表面)接触的构成相比，能够降低源极电极11及漏极电极12相对于二维电子气13的欧姆接触电阻。由此，能够抑制导通电阻变大。
图3是用来说明本发明的第2实施方式的氮化物半导体装置1A的构成的剖视图。在图3中，对与所述图1的各部对应的部分表示与图1相同的符号进行表示。
在第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，在源极接触孔9及漏极接触孔10未进入第2氮化物半导体层5的内部的方面与第1实施方式的氮化物半导体装置1不同。随之，源极电极11及漏极电极12的欧姆接触侧端部的下端位置与第1实施方式的氮化物半导体装置1不同。其它的方面则与第1实施方式的氮化物半导体装置1相同。
在第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，源极接触孔9包括：第1部分9a，在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜；以及第2部分9b，与第1部分9a连通且贯通蚀刻终止层6而到达第2氮化物半导体层5的表面。
在源极接触孔9填埋源极电极11的欧姆接触侧端部。因此，源极电极11的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6的积层膜，与第2氮化物半导体层5的表面接触。
同样地，漏极接触孔10包括：第1部分10a，在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜；以及第2部分10b，与第1部分10a连通且贯通蚀刻终止层6而到达第2氮化物半导体层5的表面。
第1部分9a、10a中贯通钝化膜7的部分相当于与第2实施方式对应的本发明的“第1孔”，第2部分9b、10b相当于与第2实施方式对应的本发明的“第2孔”。
在漏极接触孔10填埋漏极电极12的欧姆接触侧端部。因此，漏极电极12的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6的积层膜，与第2氮化物半导体层5的表面接触。
以下，参照图4A～图4D等，对第2实施方式的氮化物半导体装置1A的制造工序进行说明。
首先，进行所述图2A～图2H所示的工序。在图2H的工序中，如果在钝化膜7的表面形成势垒金属膜8，那么如图4A～图4C所示，在蚀刻终止层6、钝化膜7及势垒金属膜8的积层膜，形成源极接触孔9及漏极接触孔10。源极接触孔9及漏极接触孔10贯通势垒金属膜8、钝化膜7及蚀刻终止层6，到达第2氮化物半导体层5的表面。
在该接触孔形成工序中，首先，如图4A所示，例如通过使用氟(F)系气体的干式蚀刻，在钝化膜7与势垒金属膜8的积层膜，形成在厚度方向上贯通该积层膜的第1部分9a、10a。
接下来，如图4B所示，通过使用含氧气体的干式处理，将蚀刻终止层中的面对第1部分9a、10a的区域(第1部分9a、10a的下方区域)氧化。在图4B中由点的影线表示已经氧化的区域。
然后，如图4C所示，通过将已经氧化的区域利用湿式蚀刻去除，形成与第1部分9a、10a连通且到达第2氮化物半导体层5的表面的第2部分9b、10b。由此，形成包括第1部分9a及第2部分9b的源极接触孔9、与包括第1部分10a及第2部分10b的漏极接触孔10。
接下来，如图4D所示，以覆盖露出的表面整体的方式形成源极、漏极电极膜75。
最后，通过利用光微影及蚀刻将源极、漏极电极膜75及势垒金属膜8图案化，来形成与第2氮化物半导体层5欧姆接触的源极电极11及漏极电极12。这样一来，获得像图3所示一样的构造的氮化物半导体装置1A。
在图3所示的第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，由于第3氮化物半导体层21的膜厚大于100nm，所以能够提高正方向的栅极最大额定电压。
另外，在第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，由于在第2氮化物半导体层5上形成着蚀刻终止层6，所以在利用蚀刻将脊形状的第3半导体材料膜71图案化时(参照图2F)能够抑制第2氮化物半导体层5的表面被削掉。尤其，在第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，在第3氮化物半导体层21的膜厚相对较厚，而未形成蚀刻终止层6的情况下，由于预想为第3半导体材料膜71的图案化时的第2氮化物半导体层5的去除量变大，所以特别有效。
另一方面，如果在第2氮化物半导体层5上形成着Al组成相对较大的蚀刻终止层6，那么有可能因其较高的势垒障壁的影响而源极电极11及漏极电极12相对于二维电子气13的欧姆接触电阻变大。换句话说，有可能导通电阻变大。
在第2实施方式的氮化物半导体装置1A中，源极电极11及漏极电极12贯通蚀刻终止层6而与第2氮化物半导体层5的表面接触。由此，与源极电极11及漏极电极12的下端与蚀刻终止层6的表面(上表面)接触的构成相比，能够降低源极电极11及漏极电极12相对于二维电子气13的欧姆接触电阻。由此，能够抑制导通电阻变大。
图5是用来说明本发明的第3实施方式的氮化物半导体装置1B的构成的剖视图。在图5中，对与所述图1的各部对应的部分标注与图1相同的符号进行表示。
在第3实施方式的氮化物半导体装置1B中，在未设置蚀刻终止层6的方面与第1实施方式的氮化物半导体装置1不同。随之，源极接触孔9及漏极接触孔10以及源极电极11及漏极电极12的欧姆接触侧端部的形态与第1实施方式的氮化物半导体装置1不同。其它的方面则与第1实施方式的氮化物半导体装置1相同。
在第3实施方式的氮化物半导体装置1B中，源极接触孔9包括：第1部分9a，在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜；以及第2部分9b，与第1部分9a连通且从第2氮化物半导体层5的表面延伸至第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
在源极接触孔9填埋源极电极11的欧姆接触侧端部。因此，源极电极11的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜，而进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。也就是说，源极电极11的欧姆接触侧端部的下端到达第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
同样地，漏极接触孔10包括：第1部分10a，在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜；以及第2部分10b，与第1部分10a连通且从第2氮化物半导体层5的表面到达第2氮化物半导体层5的表面。
第1部分9a、10a中贯通钝化膜7的部分相当于与第3实施方式对应的本发明的“第1孔”，第2部分9b、10b相当于与第3实施方式对应的本发明的“第2孔”。
在漏极接触孔10填埋漏极电极12的欧姆接触侧端部。因此，漏极电极12的欧姆接触侧端部在厚度方向上贯通势垒金属膜8与钝化膜7的积层膜，而进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。也就是说，漏极电极12的欧姆接触侧端部的下端到达第2氮化物半导体层5的厚度中间部。
此外，第2部分9b、10b的底面(源极电极11及漏极电极12的下端)与第2氮化物半导体层5的下表面的间隔d优选为第2氮化物半导体层5的膜厚t的1/5以上1/2以下，该情况与第1实施方式相同。
第3实施方式的氮化物半导体装置1B的制造方法除了未在第2氮化物半导体层5上形成蚀刻终止层6的方面以外，与第1实施方式的氮化物半导体装置1的制造方法相同。因此，表示第3实施方式的氮化物半导体装置1B的制造方法的工序图成为从图2A～图2K将蚀刻终止层6去除的图。
在图5所示的第3实施方式的氮化物半导体装置1B中，由于第3氮化物半导体层21的膜厚大于100nm，所以能够提高正方向的栅极最大额定电压。
在第3实施方式的氮化物半导体装置1B中，源极电极11及漏极电极12从第2氮化物半导体层5的表面进入第2氮化物半导体层5的厚度中间部。由此，与源极电极11及漏极电极12的下端与第2氮化物半导体层5的表面接触的构成相比，能够降低源极电极11及漏极电极12相对于二维电子气13的欧姆接触电阻。由此，能够抑制导通电阻变大。
以上，对本发明的第1～第3实施方式进行了说明，但本发明也能够进而以其它实施方式实施。在所述实施方式中，在钝化膜7上形成势垒金属膜8，但也可以不在钝化膜7上形成势垒金属膜8。
在所述实施方式中，例示了硅等作为衬底2的材料例，另外，也能够适用蓝宝石衬底、QST衬底等任意的衬底材料。
另外，能够在权利要求书中所记载的事项的范围内实施各种设计变更。
[符号的说明]
1、1A、1B 氮化物半导体装置
2 衬底
3 缓冲层
4 第1氮化物半导体层
5 第2氮化物半导体层
6 蚀刻终止层
7 钝化膜
8 势垒金属膜
9 源极接触孔
9a 第1部分
9b 第2部分
10 漏极接触孔
10a 第1部分
10b 第2部分
11 源极电极
12 漏极电极
13 二维电子气(2DEG)
20 栅极部
21 第3氮化物半导体层
22 栅极电极
71 第3半导体材料膜
72 栅极电极膜
73 第1SiO2膜
74 第2SiO2膜
75 源极、漏极电极膜。
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