半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的一个方面在于一种半导体装置，其包含半导体区域、设置在该半导体区域的主表面上的源极电极和漏极电极、具有常关闭特性的栅极电极，该栅极电极设置在该半导体区域的主表面上同时在其间插入p型材料膜，并且该栅极电极排列在该源极电极和该漏极电极之间，以及第四电极，其设置在该半导体区域的主表面上，并且排列在该栅极电极和该漏极电极之间。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请基于并要求2008年12月22日提交的在先日本专利申请P2008-325409的优先权益，其全部内容并入此处以作参考。专利技术的
技术介绍
1.专利技术的
本专利技术涉及一种具有常关闭(normally-off)特性的半导体装置，特别是一种对高压具有阻抗的半导体装置。2.相关技术的描述场效应晶体管装置通常具有常关闭特性，例如高电子迁移率晶体管(HEMT)和金属半导体场效应晶体管(MESFET)，其中的每一个都具有异质结(heterojunction)，其用于产生二维载流子气体层来作为载流子传导路径，通常具有常开特性。为了关闭具有常关闭特性的HEMT、MESFET等，需要一种用于在负电压设定栅极电极的负电源，并且电路的价格必然提高。因此，需要一种具有常关闭特性的半导体装置(例如，参考日本特许公开第2007-19309号)。为了形成具有常关闭特性的半导体装置，经常采用一种特殊栅极结构。作为这种用于向半导体装置赋予常关闭特性的特殊栅极结构，公知的是由金属、绝缘材料、半导体等组成的叠层栅极结构以及为了使电子供应层变薄而对外形进行设计的凹槽栅极结构(例如，参考日本特许公开第2006-32650号、国际公开册第2003/71607号和日本特许公开第2005-244072号)。由于工艺上的限制，这些栅极结构通过例如热蒸发、电子束(EB)蒸发、溅射和化学气相沉积(CVD)制备，其能够在相对低的温度下完成沉积。然而，在具有能够赋予常关闭特性的特殊栅极结构的上述半导体装置中，在针对与高压用功率装置有关的半导体装置的情况下，存在这样的问题，栅极结构很有可能由于不能承受高压而被破坏，并且该半导体装置的可靠性从而降低。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于一种半导体装置，其包括半导体区域，源极电极和漏极电极，该源极电极和漏极电极设置在该半导体区域的主表面上，具有常关闭特性的栅极电极，该栅极电极设置在该半导体区域的主表面上同时在其间插入p型材料膜，并且该栅极电极排列在该源极电极和该漏极电极之间，以及设置在该半导体区域的主表面上的第四电极，并且排列在该栅极电极和该漏极电极之间。附图简要说明图1是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置的横截面示意图。图2是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第1)。图3是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第2)。-->图4是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第3)。图5是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第4)。图6是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第5)。图7是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第6)。图8是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第7)。图9是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第8)。图10是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中用作栅极电极的栅极结构的横截面示意图(第9)。图11是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置的具体操作的横截面示意图。图12是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中的第四电极的横截面示意图(第1)。图13是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中的第四电极的横截面示意图(第2)。图14是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中的第四电极的横截面示意图(第3)。图15是依据本专利技术第一实施方式的半导体装置中的第四电极的横截面示意图(第4)。图16是依据本专利技术第二实施方式的半导体装置的横截面示意图。图17是依据本专利技术第三实施方式的半导体装置的等效电路图，该半导体装置包括位于第四电极和漏极电极之间的肖特基阻挡二极管。图18是依据本专利技术第四实施方式的半导体装置的横截面示意图。具体实施例的详细说明本专利技术的各种实施方式将参考附图进行说明。需要注意的是，相同或相似的附图标记指的是所有附图中相同或相似的部分或元件，并且将省略或简化对相同或相似部分或元件的说明。在以下说明中，将提出许多特定细节，例如特定信号值等，从而提供对本专利技术的完全理解。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术在没有这些特定细节的情况下也能实现。(第一实施方式)如图1所示，依据本专利技术的第一实施方式的半导体装置包括：半导体区域3；源极电极(第一电极)40和漏极电极(第二电极)44，其设置在该半导体区域3的主表面上；具有常关闭特性的栅极电极(第三电极)42，设置在该半导体区域3的主表面之上同时在其间插入p型材料膜60a，并且该栅极电极(第三电极)42排列在该源极电极40和该漏极电极-->44之间；以及设置在该半导体区域3的主表面上的第四电极50，其排列在该栅极电极42和该漏极电极44之间。该半导体区域3层叠在由氮化铝(AlN)等制成的缓冲层20上，并且其设置在由蓝宝石、硅、碳化硅等制成的支撑衬底10上。如图1所示，依据第一实施方式的该半导体装置是HEMT。该半导体区域3包括：第一半导体层30；以及第二半导体层32，其层叠在该第一半导体层30的主表面上，并且在临近该第一半导体层30的主表面之下产生二维载流子(电子)气体层(2DEG层)31。该第一半导体层30由例如氮化镓(GaN)的氮化化合物半导体组成，其厚度例如为1到3μm，并且该第一半导体层30用作电子迁移层。该第二半导体层32由例如铝镓氮(AlGaN)的氮化物半导体组成，其厚度比该第一半导体层30薄，例如为5到50nm(更优选5到30nm)，并且该第二半导体层32用作电子供应层。该第一半导体层30和该第二半导体层32由不同类型的氮化化合物半导体制成，并且如此制备，使得该第二半导体层32的带隙能量大于第一半导体层30的，并且第二半导体层32的晶格常数小于第一半导体层30的晶格常数。因此，第一半导体层30和第二半导体层32之间的界面形成异质结，并且位于第一半导体层30里的界面附近，这种2DEG层31由电场产生，该电场通过压电极化而在第一半导体层30和第二半导体层32之间产生，或者该电场通过第二半导体层32的自发极化而产生。该源极电极40和该漏极电极44电连接到该2DEG层31。源极电极40和漏极电极44由例如钛(Ti)、铝(Al)等组成。用于源极电极40和漏极电极44的Ti、Al等具有低功函数。因此，每一对源极电极40和第二半导体层32以及漏极电极44和第二半导体层32互相之间适于按照如下的方式完成欧姆接触(低阻接触)：将源极电极40和漏极电极44进行退火处理。栅极电极42设置在栅极结构上从而将常关闭特性赋予该半导体装置。以下将列出用在栅极电极42上的栅极结构的特定实例。(A)例如，如图1和图2所示，栅极结构具有凹槽结构，该凹槽结构通过移除该半导体区域3(第二半导体层32)的主表面的一部分而形成。就深度来说，图1和图2所示的该凹槽结构不会达到第一半导体层30，保留在第二半导体层32内。而且，图1和图2所示的栅极结构是p型栅极结构，其中该栅极电极42设置在形成的凹槽结构上同时在其间插入p型材料膜60a。(B)例如，如图3所示，栅极结构具有凹槽结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其包含：半导体区域；源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极设置在所述半导体区域的主表面上；栅极电极，其具有常关闭特性，所述栅极电极设置在所述半导体区域的主表面上同时在其间插入p型材料膜，并且所述栅极电极排列在所述源极电极和所述漏极电极之间；以及第四电极，其设置在所述半导体区域的主表面上，并且所述第四电极排列在所述栅极电极和所述漏极电极之间。

【技术特征摘要】
2008.12.22 JP 2008-3254091.一种半导体装置，其包含：半导体区域；源极电极和漏极电极，所述源极电极和漏极电极设置在所述半导体区域的主表面上；栅极电极，其具有常关闭特性，所述栅极电极设置在所述半导体区域的主表面上同时在其间插入p型材料膜，并且所述栅极电极排列在所述源极电极和所述漏极电极之间；以及第四电极，其设置在所述半导体区域的主表面上，并且所述第四电极排列在所述栅极电极和所述漏极电极之间。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第四电极和所述半导体区域之间的接触面具有整流特性。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第四电极设置在...

【专利技术属性】
技术研发人员：町田修，岩渕昭夫，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP