半导体装置及半导体装置的制造方法制造方法及图纸

本申请说明书所公开的技术的目的在于提供与能够降低栅极漏电流而不使高频特性劣化的半导体装置相关的技术。本申请说明书所公开的技术涉及的半导体装置具有：氮化物半导体层(6)；第一绝缘膜(1)，其局部地形成于氮化物半导体层(6)的上表面；以及栅极电极(3)，其形成为下表面的至少一部分与未被第一绝缘膜(1)覆盖而露出的氮化物半导体层(6)的上表面接触，第一绝缘膜(1)形成为与栅极电极(3)的侧面接触，在第一绝缘膜(1)混入过渡金属。

Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及半导体装置的制造方法
本申请说明书所公开的技术涉及半导体装置及半导体装置的制造方法。
技术介绍
就现有的半导体装置而言，例如，如专利文献1(日本特开2006-165314号公报)所公开的那样，为了降低栅极漏电流、为了提高截止耐压及为了抑制频率分散，在与栅极电极接触的半导体层的表面掺杂了杂质。另外，为了抑制电流崩塌，例如，如专利文献2(日本特开2016-181631号公报)所公开的那样，通过在半导体层与栅极金属之间掺杂杂质而形成了氧化物绝缘膜、即保护膜。专利文献1：日本特开2006-165314号公报专利文献2：日本特开2016-181631号公报
技术实现思路
例如，就专利文献1(日本特开2006-165314号公报)所公开的半导体装置而言，通过在半导体层的表面与栅极电极之间掺杂杂质而在该部位形成了氮化物半导体层，但在这样的结构的情况下，需要应对阈值电压的变动及二维电子气浓度的变动，并且抑制外延选择生长。因此，产生特性相对于所期望的特性的波动的可能性大。另外，在上述结构中，在形成氮化物半导体层的情况下，很可能还对栅极长度、源极-漏极间距离等造成限制。另外，例如，就专利文献2(日本特开2016-181631号公报)所公开的半导体装置而言，设想的是作为功率器件的用途，因此成为进行常关动作的器件。就该半导体装置而言，为了抑制电流崩塌，通过在半导体层与栅极电极之间掺杂杂质而形成了氧化物绝缘膜、即保护膜。但是，在上述结构中，在形成氧化物绝缘膜的情况下，会伴有最大电流值的降低或阈值电压的上升。因此，在将半导体装置用作高频用途时，有时高效率且高输出的特性会降低。本申请说明书所公开的技术就是为了解决以上所记载的问题而提出的，其目的在于提供与能够降低栅极漏电流而不使高频特性劣化的半导体装置相关的技术。本申请说明书所公开的技术的第一方式具有：氮化物半导体层；第一绝缘膜，其局部地形成于所述氮化物半导体层的上表面；以及栅极电极，其形成为下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜覆盖而露出的所述氮化物半导体层的上表面接触，所述第一绝缘膜形成为与所述栅极电极的侧面接触，在所述第一绝缘膜混入过渡金属。在本申请说明书所公开的技术的第二方式中，在半导体衬底之上使氮化物半导体层外延生长，在所述氮化物半导体层的上表面局部地形成第一绝缘膜，以下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜覆盖而露出的所述氮化物半导体层的上表面接触、并且侧面与所述第一绝缘膜接触的方式形成栅极电极，在所述第一绝缘膜内混入过渡金属。专利技术的效果本申请说明书所公开的技术的第一方式具有：氮化物半导体层；第一绝缘膜，其局部地形成于所述氮化物半导体层的上表面；以及栅极电极，其形成为下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜覆盖而露出的所述氮化物半导体层的上表面接触，所述第一绝缘膜形成为与所述栅极电极的侧面接触，在所述第一绝缘膜混入过渡金属。根据这样的结构，能够降低栅极漏电流而不使高频特性劣化。具体而言，混入至第一绝缘膜的过渡金属在氮化物半导体层与第一绝缘膜的界面及该界面附近的第一绝缘膜内形成表面缺陷及界面态。而且，通过由形成的表面缺陷及界面态捕获空穴或电子，从而能够降低栅极漏电流。在本申请说明书所公开的技术的第二方式中，在半导体衬底之上使氮化物半导体层外延生长，在所述氮化物半导体层的上表面局部地形成第一绝缘膜，以下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜覆盖而露出的所述氮化物半导体层的上表面接触、并且侧面与所述第一绝缘膜接触的方式形成栅极电极，在所述第一绝缘膜内混入过渡金属。根据这样的结构，根据这样的结构，能够降低栅极漏电流而不使高频特性劣化。具体而言，混入至第一绝缘膜的过渡金属在氮化物半导体层与第一绝缘膜的界面及该界面附近的第一绝缘膜内形成表面缺陷及界面态。而且，通过由形成的表面缺陷及界面态捕获空穴或电子，从而能够降低栅极漏电流。通过以下所示的详细说明和附图，与本申请说明书所公开的技术相关的目的、特征、方案、优点会变得更加明白。附图说明图1是概略地例示实施方式所涉及的作为半导体装置的场效应晶体管的结构的剖视图。图2是概略地例示实施方式所涉及的场效应晶体管的另一结构的剖视图。图3是例示实施方式所涉及的具有未混入过渡金属的绝缘膜的元件的通过卢瑟福背散射分光法得到的分析结果的图。图4是例示实施方式所涉及的具有分别以小于或等于1重量％混入了In及作为过渡金属的Cu的绝缘膜的元件的通过RBS得到的分析结果的图。图5是例示实施方式所涉及的在使用了具有未混入过渡金属的绝缘膜的元件的情况下的漏极电流(Id)-栅极电压(Vg)特性及栅极电流(Ig)-栅极电压(Vg)特性的图。图6是例示实施方式所涉及的在使用了具有分别以小于或等于1重量％混入了In及作为过渡金属的Cu的绝缘膜的元件的情况下的漏极电流(Id)-栅极电压(Vg)特性及栅极电流(Ig)-栅极电压(Vg)特性的图。图7是概略地例示实施方式所涉及的场效应晶体管的结构的剖视图。具体实施方式下面，一边参照附图，一边对实施方式进行说明。此外，附图是概略地示出的，为了方便说明，适当地省略结构或简化结构。另外，在不同的附图中分别示出的结构等的大小及位置的相互关系并不一定是准确地记载的，可以适当地变更。另外，在以下所示的说明中，对同样的结构要素标注相同的标号而进行图示，关于它们的名称和功能也是同样的。因此，为了避免重复，有时省略对它们的详细说明。另外，在以下记载的说明中，即使有时使用"上"、"下"、"左"、"右"、"侧"、"底"、"表"或"背"等表示特定的位置和方向的用语，这些用语也是为了容易理解实施方式的内容，出于方便起见所使用的，与实际实施时的方向无关。另外，在以下记载的说明中，即使有时使用"第一"或"第二"等序数，这些术语也是为了容易理解实施方式的内容，出于方便起见所使用的，不限于可以由这些序数产生的顺序等。<第一实施方式>下面，对本实施方式涉及的半导体装置及半导体装置的制造方法进行说明。<关于半导体装置的结构>图1是概略地例示本实施方式涉及的作为半导体装置的场效应晶体管的结构的剖视图。如图1所例示的那样，场效应晶体管具有半导体衬底10、缓冲层9、沟道层7、阻挡层6、绝缘膜1、肖特基电极3、栅极保护膜2、配线电极5以及多个欧姆电极4。半导体衬底10是由Si、SiC及GaN中的任意一种构成的衬底。为了得到良好的高频特性，优选半导体衬底10的相对电阻率大于或等于1×107Ωcm。Al1-xGaxN核形成层(x≤1)即缓冲层9形成于半导体衬底10的上表面。通过GaN的外延生长形成的沟道层7形成于缓冲层9的上表面。这里，也可以对沟道层7的一部分或全部掺杂C或Fe等杂质。在沟道层7的上表面形成由单一组分或多种组分的层叠构造构成的阻挡层6。阻挡层6由Al1-xGaxN(x≤1)构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其具有：/n氮化物半导体层(6)；/n第一绝缘膜(1)，其局部地形成于所述氮化物半导体层(6)的上表面；以及/n栅极电极(3)，其形成为下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜(1)覆盖而露出的所述氮化物半导体层(6)的上表面接触，/n所述第一绝缘膜(1)形成为与所述栅极电极(3)的侧面接触，/n在所述第一绝缘膜(1)混入过渡金属。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其具有：
氮化物半导体层(6)；
第一绝缘膜(1)，其局部地形成于所述氮化物半导体层(6)的上表面；以及
栅极电极(3)，其形成为下表面的至少一部分与未被所述第一绝缘膜(1)覆盖而露出的所述氮化物半导体层(6)的上表面接触，
所述第一绝缘膜(1)形成为与所述栅极电极(3)的侧面接触，
在所述第一绝缘膜(1)混入过渡金属。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
在所述第一绝缘膜(1)以小于或等于1重量％混入过渡金属。


3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
在所述第一绝缘膜(1)作为过渡金属混入Cu、Ni、Zn、Fe、Cr及Ti中的至少任意一种。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
在所述第一绝缘膜(1)还混入In。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第一绝缘膜(1)是Si、Al、Ti、Ta、W、Mo及Zr中的至少任意一种元素的氧化物或氮化物。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
还具有形成于所述氮化物半导体层(6)的上表面的由GaN构成的帽层(11)，
所述第一绝缘膜(1)局部地形成于所述帽层(11)的上表面，
所述栅极电极(3)的下表面形成为至少一部分与未被所述第一绝缘膜(1)覆盖而露出的所述帽层(11)的上表面接触。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其中，
还具有覆盖所述第一绝缘膜(1)而...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈崎拓行，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP