半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

半导体装置具有有源区域和绝缘氧化膜，有源区域由生长在衬底１１上的Ⅲ族氮化物半导体组成，绝缘氧化膜由在有源区域周围的Ⅲ族氮化物半导体氧化而成。在有源区域上形成栅电极、源电极和漏电极，栅电极与有源区域呈肖特基接触、延伸到绝缘氧化膜上，并在氧化绝缘膜上具有栅电极的引出部，源电极和漏电极是欧姆电极，设置在栅电极栅长方向的两侧并与栅电极有一定间隔。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及由式InxALyGal-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表达的三族氮化物半导体构成的半导体装置，尤其涉及具有由Ⅲ族氮化物半导体氧化产生氧化膜的。具有组分为InxALyGl-x-yN的Ⅲ族氮化物半导体(即所谓的氮化镓系(GaN)化合物半导体)电子的能带间跃迁是直接跃迁，而且能带间隙在1.95eV-6eV间很宽的范围内变化，适于用作LED、半导体激光器等发光器件的材料。近年来，为实现信息处理的高密度化及高集成化，输出波长为蓝紫色的半导体激光器的研究开发盛行。同时，由于GaN具有高绝缘击穿电场强度、高热导率及高电子饱和速变也很适宜用于高频用功率器件的材料。其中，由氮铝镓(ALGaN)和氮化镓(GaN)组成的异质结结构其电场强度达到1×105V/cm，电子速变为砷化镓(GaAS)的两倍多，随元件加工微细化，可以获得高频工作。Ⅲ族氮化物半导体，掺杂Ⅳ族元素硅(si)或锗(Ge)等n型掺杂剂后，呈现n型特性，可以制作场效应晶体管(FET)。在Ⅲ族氮化物半导体中掺杂Ⅱ族元素镁(Mg)、钡(Ba)或钙(Ca)等P型掺杂剂后，呈现P型特性，P型半导体与n型半导体构成的PN结可以应用于LED、半导体激光器等器件。在电子器件中，具有优越电子传输特性的Ⅲ族氮化物半导体被广泛研究，最典型的例子是ALGaN与GaN异质结高电子迁移率晶体管。(High Electron Mobility Transistor:HEMT)。下面，参照附图，对已有的ALGaN/GaN HEMT进行说明。图23(a)及图23(b)是已有的ALGaN/GaN系HEMT,(a)是平面结构，(b)是(a)中沿××Ⅲb-××Ⅲb线的剖面结构图。如图23(a)和图23(b)所示，在碳化硅(SiC)衬底101上，形成第1HEMT100A和第2HEMT100B，它们被划片区110隔开，以将在101衬底上形成的晶体管芯片一个个分割开来。第1HEMT100A及第2HEMT100B分别形成在GaN缓冲层102上，并具有有源区域103。缓冲层102生长在衬底101上，它由GaN组成，有源区由ALGaN/GaN异质结层台面腐蚀后形成。在各有源区103上，分别形成与有源区103呈肖特基接触的栅电极104和与有源区103呈欧姆接触的欧姆电极105，欧姆电极在栅极104栅长方向两侧，并留有间隔。在有源区103的上方及其四周(包含栅电极104及欧姆电极105)全面覆盖绝缘膜106，在绝缘膜106上形成分别与栅电极104、欧姆电极105相连的延伸电极(Pad电极)107。绝缘膜106上覆盖表面保护膜108，但要使各延伸电极107显露出来。覆盖在有源区103上的绝缘膜106一般由氧化硅膜组成，除具有保护有源区103表面的作用外，还能保证用剥离法(liff-off)制备栅电极104时使栅电极易于制成。但是，如图23(a)所示，由于栅电极104必须设有与延伸电极107相连的引出部104a，栅电极104不仅仅在有源区103的上面，而且也在因台面腐蚀露出的缓冲层102上，缓冲层由GaN构成。但是，上述已有的ALGaN/GaN系HEMT中引出部104a和缓冲层102是金属与半导体接触(即所谓的肖特基接触)，因此，当台面腐蚀时由于半导体表面损伤等原因，很容易产生漏电流。漏电流对晶体管的夹断特性影响很大，引起晶体管特性退化。此外，由于GaN缓冲层102和氧化硅绝缘膜106的粘附性不很好，因此在绝缘膜106上形成延伸电极107的引线键合工艺时，常产生绝缘膜106剥离的问题。进一步，由于SiC衬底101和GaN系半导体硬度都很高，与Si、GaAs相比，用划片处理进行芯片分割时就十分困难。因此，在划片时常发生像裂纹达到有源区103引起成品率下降、划线区110近旁的表面保护膜108及绝缘膜106剥落等问题，引起可靠性下降。还有，采用Ⅲ族氮化物半导体迭层结构的半导体激光器一般采用蓝宝石衬底，在用蓝宝石衬底时，由于蓝宝石与在它上面形成的激光器结构的结晶轴不同，很难用解理法形成激光器的谐振腔，大多采用干法刻蚀法形成谐振腔。但是在用干法刻蚀法形成谐振腔时，在谐振腔端面的固有缺陷形成非发光中心，因而产生工作电流(阈值电流)增大，可靠性降低等问题。鉴于上述存在的问题，本专利技术的目的是制作与Ⅲ族氮化物半导体粘附性、电气特性、光学特性都好的绝缘膜。为达到上述目的，本专利技术的半导体装置具有由Ⅲ族氮化物半导体自身直接氧化形成的氧化膜结构构成。具体的说，与本专利技术相关的第1种半导体装置具备有源区和绝缘氧化膜，有源区由在衬底上形成的Ⅲ族氮化物半导体构成，绝缘氧化膜由Ⅲ族氧化物半导体氧化形成，位于衬底上有源区周围区域。在第1种半导体装置中，如后所述，Ⅲ族氮化物半导体与由它的氧化物构成的氧化膜之间的结合强度比Ⅲ族氮化物半导体和氧化硅膜之间结合强度大了3倍左右。因此，绝缘氧化膜与衬底之间以及绝缘氧化膜与有源区之间的粘附性得到改善，防止了绝缘氧化膜的剥落，提高了装置的成品率和可靠性。在第1种半导体装置中，最好在有源区域上形成栅电极及把栅极挟在中间的源电极和漏电极，这样就可以得到由Ⅲ族氮化物半导体构成的场效应晶体管。这种情况下，栅电极最好由有源区延伸到绝缘氧化膜上，这样栅电极所处的绝缘氧化膜部分也可以用作栅极的引出部，这一引出部与由Ⅲ族氮化物半导体氧化形成的绝缘氧化膜之间不构成肖特基接触，在引出部不产生漏电流，提高了装置的可靠性。与本专利技术有关的第2种半导体装置是多个半导体装置，它在晶片状衬底上被划线包围的区域内分别形成由Ⅲ族氮化物半导体构成的多个器件形成区，而在划线的周围形成由Ⅲ族氮化物半导体氧化形成的保护氧化膜。按照第2种半导体装置，对在同一个晶片上形成的多个半导体装置芯片进行分割时，覆盖器件形成区的绝缘膜不发生剥落，在器件形成区也不发生裂纹，装置的成品率和可靠性都得到提高。与本专利技术有关的第3种半导体装置具有在衬底上形成的延伸电极，在衬底与延伸电极间形成绝缘氧化膜，绝缘氧化膜由Ⅲ族氮化物半导体氧化生成。第3种半导体装置中，Ⅲ族氮化物半导体与它的绝缘氧化膜的结合强度比硅氧化膜大，很少发生延伸电极从衬底剥落的现象，提高了装置的成品率和可靠性。与本专利技术相关的第4种半导体装置具有激光器结构体和保护氧化膜。激光器结构体制作在衬底上，拥有由多个Ⅲ族氮化物半导体组成的谐振器，保护氧化膜制作在包含有激光器结构体谐振器端面的侧面，由Ⅲ族氮化物半导体氧化形成。第4种半导体装置中，谐振器反射镜的镜面由腐蚀端面和保护氧化膜界面形成，并不是腐蚀的端面，所以不受腐蚀缺陷的影响。同时，由于保护氧化膜由Ⅲ族氮化物半导体直接氧化形成，没有因端面涂敷不当产生的漏电流，可以获得高可靠性。与本专利技术相关的第1种半导体装置制造方法具备以下制作工序在衬底上形成Ⅲ族氮化物半导体层的半导体层形成工序；在Ⅲ族氮化物半导体层上形成覆盖Ⅲ族氮化物半导体有源区域保护膜的保护膜形成工序；以已形成的保护膜作为掩蔽膜，用Ⅲ族氮化物半导体层氧化的方法在衬底上除有源区以外的Ⅲ族氮化物半导体层上形成绝缘氧化膜的氧化膜形成工序；除去保护膜使有源区露出的有源区露出工序。按照第1种半导体装置制造法，用保护膜作为掩蔽膜进行Ⅲ族氮化物半导体层氧化，在衬底上除有源区外的区域形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于： 是在衬底上形成的具备有源区和绝缘氧化膜的半导体装置；有源区由生长在衬底上的Ⅲ族氮化物半导体组成，绝缘氧化膜由所述的Ⅲ族氮化物半导体氧化制成，形成在所述衬底上有源区域的周围部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：西井胜则，井上薰，松野年伸，池田义人，正户宏幸，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]