半导体器件、电源装置、放大器以及制造半导体器件的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体器件、电源装置、放大器以及制造半导体器件的方法，所述半导体器件包括：形成在衬底上方的半导体层；形成在半导体层上的绝缘膜；和形成在绝缘膜上的电极。绝缘膜在半导体层一侧的膜应力低于在电极一侧的膜应力。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件、电源装置、放大器以及制造半导体器件的方法
在以下的描述中，将参照实施方案解释半导体器件、电源装置、放大器以及制造半导体器件的方法。
技术介绍
作为氮化物半导体的GaN、AlN和InN以及含有其混合晶体的材料具有宽的带隙并且可以用在高功率电子器件、短波发光器件等当中。其中，就高功率电子器件而言，已经开发了场效应晶体管(FET)、特别是高电子迁移率晶体管(HEMT)的技术。这种使用氮化物半导体的HEMT可以用在高功率和高效放大器、高功率开关器件等中。由于优选为了这种目的而使用的HEMT具有高漏极耐压和/或栅极耐压，所以在许多情况下使用了金属绝缘体半导体(MIS)结构，在MIS结构中形成待用作为栅极绝缘膜的绝缘膜。通过使用这种MIS结构，可以提供适合作为功率半导体器件的半导体器件。此外，在具有这种场效应晶体管的半导体器件中，为了钝化等目的，在形成栅电极、漏电极等之后通常可以在整个表面区域上形成由绝缘体制成的保护膜。【现有技术文献】【专利文献】专利文献1日本公开特许公报号2002-359256专利文献2日本公开特许公报号2008-218479
技术实现思路
为了实现使用晶体管的高效功率开关器件，优选降低导通电阻、实现常闭操作以及增加耐压。此外，优选提供具有高工艺产率和高可靠性的开关器件。也就是说，作为其中在栅电极和半导体层之间形成待用作栅极绝缘膜的绝缘膜的半导体器件、或者其中形成待用作为保护膜的绝缘膜的半导体器件，优选的是提供一种具有高可靠性的、并且可以以高工艺产率制造的半导体器件以及提供一种针对这种半导体器件的制造方法。此外，优选的是提供使用这种半导体器件的电源装置和放大器。在一个方面中，提供有一种半导体器件，包括：形成在衬底上方的半导体层；形成在半导体层上的绝缘膜；和形成在绝缘膜上的电极。绝缘膜在半导体层一侧的膜应力低于在电极一侧的膜应力。附图说明图1示出半导体器件的结构；图2A和图2B示出半导体器件的测量尺寸；图3示出施加的电压与电容之间的相关性；图4A、图4B和图4C示出绝缘膜；图5示出在非晶碳膜中膜中的氮浓度与应力之间的相关性；图6示出根据第一实施方案的半导体器件的结构；图7示出sp3比率、膜密度以及等离子体激元峰之间的相关性；图8A、图8B和图8C以及图9A和图9B示出根据第一实施方案的半导体器件的制造过程；图10示出过滤式阴极电弧(FCA)成膜装置的结构；图11示出根据第二实施方案的半导体器件的结构；图12示出根据第三实施方案的半导体器件的结构；图13示出根据第四实施方案的半导体器件的结构；图14A、图14B和图14C以及图15A、图15B和图15C示出根据第四实施方案的半导体器件的制造过程；图16示出根据第五实施方案的以分立封装方式封装的半导体器件；图17示出根据第五实施方案的电源装置的电路图；以及图18示出根据第五实施方案的高功率放大器的结构。具体实施方式以下将对本专利技术的实施方案进行描述。注意，对于相同的构件等，给出相同的附图标记并且将会略去描述。【第一实施方案】首先，将对形成在半导体器件中的栅极绝缘膜进行描述。具体地，制造作为半导体器件的、结构与HEMT的结构相似的半导体器件并且进行研究。所制造的半导体器件具有下述结构：在该结构中，如图1所示，在由硅制成的衬底1上层叠缓冲层2、电子传输层3、间隔层4、电子供给层5和盖层6，然后进一步地，在盖层6上形成有绝缘膜7。电子传输层3、间隔层4、电子供给层5和盖层6通过金属有机气相外延(MOVPE)方法形成。为了以外延方式生长电子传输层3等，在衬底1上形成缓冲层2。由于在衬底1上形成缓冲层2，可以使得电子传输层3等以外延方式生长在缓冲层2上。电子传输层3由厚度为约3μm的i-GaN形成，而间隔层4由厚度为约5nm的i-AlGaN形成。电子供给层5由厚度为约5nm的n-AlGaN形成，并且以5×1018cm-3的浓度掺杂硅(Si)作为杂质元素。盖层6由厚度为10nm的n-GaN形成，并且以5×1018cm-3的浓度掺杂硅(Si)作为杂质元素。注意，在这种结构中，通常在电子传输层3中，在靠近电子供给层5的一侧形成有二维电子气(2DEG)3a。此外，绝缘膜7对应于栅极绝缘膜，并且是作为由根据原子层沉积(ALD)方法以大约20nm形成的氧化铝制成的膜形成的。在由此形成的绝缘膜7上，设置由汞制成的阴极电极9和阳极电极8，如图2A和图2B所示出的，并且在阳极电极8和阴极电极9之间进行电容测量。注意，如图2A所示，阳极电极8具有直径为约500μm的圆形形状，而阴极电极9具有内直径为约1500μm且外直径为约3500μm的环状形状。阴极电极9的中心与阳极电极8的中心重合。阴极电极9接地并且具有地电位。图2A示出这种状态的平面图，而图2B示出沿图2A中的点划线2A-2B截取的横截面图。图3示出在施加到阳极8的电压变化的情况下在阳极电极8与阴极电极9之间的电容值。具体地，在阴极电极9接地的条件下，将其上叠加有100kHz和25mV的交流分量的施加电压施加到阳极电极8，并且测量施加了施加电压的状态下的电容。如图3所示，在施加到阳极电极8的电压从-30V逐渐增加到10V的情况下，首先检测到的电容是0，然后电容在-7V附近急剧增加。在此之后，甚至在进一步增加所施加的电压时，电容变化也不大，而是大致保持恒定。此外，电容在0V附近再次增加。在此之后，电容随所施加的电压的增加而增加，并且电容逐渐收敛在固定值处。与之相反，在施加到阳极电极8的电压从10V逐渐降低到-30V的情况下，电容随所施加的电压的降低首先急剧地降低。然后，在7V附近，电容变成大致恒定的值，并且即使在施加的电压降低到0V的情况下，所检测到的电容也变化不大。在此之后，在所施加的电压的进一步降低的情况下，电容约在电压通过0V之后急剧地减小，并且所检测到的电容在-1.5V附近变为0。在此之后，甚至在所施加的电压进一步降低时，电容仍然在0处保持不变。由此，在图1所示的半导体器件中，在绝缘膜7由氧化铝形成的情况下，描述所施加的电压与电容之间的关系的曲线在电压增加的情况与在电压降低的情况之间是不相同的并且发生偏移。在其中所施加的电压从低电压增加的上述情况下，耗尽层厚度减小，在电子传输层3中生成2DEG3a时产生电容，并且所检测到的电容急剧增加。另一方面，在所施加的电压从高电压降低的情况下，耗尽层厚度增加，并且随着2DEG3a(参见图1)的减少，所检测到的电容降低。示出电压与电容之间的关系的曲线在电压增加的情况和施加的电压降低的情况之间不同的原因看起来是在绝缘膜7中形成了陷阱能级并且捕获电子等，由此影响了2DEG3a的分布。也就是说，在绝缘膜7中形成陷阱能级的情况下，当在电子等被捕获时所检测的电容变化。因此，看起来，甚至当在所施加的电压增加的情况和所施加的电压降低的情况下施加相同的电压时，仍然会检测到不同的电容。如果所施加的电压和电容之间的关系如此根据之前所施加的电压的历史变化，则可能不能实现稳定的开关操作，并且半导体器件的可靠性可能降低。在下文中，将描述所施加的电压与电容之间的关系的曲线在所施加的电压增加的情况与所施加的电压降低的情况之间的偏移量称为阈电压变化范围。注意，在以上所描述的半导体器件中、在绝缘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.16 JP 2011-0311091.一种半导体器件，包括：形成在衬底上方的半导体层；形成在所述半导体层上的绝缘膜；和形成在所述绝缘膜上的电极，其中所述绝缘膜在所述半导体层一侧的膜应力低于在所述电极一侧的膜应力，其中，所述绝缘膜由非晶碳膜形成，其中碳是所述非晶碳膜的主要成分。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述绝缘膜包括第一绝缘膜和层叠在所述第一绝缘膜上的第二绝缘膜，并且所述第一绝缘膜的膜应力低于所述第二绝缘膜的膜应力。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述绝缘膜中包含的氮、氧、氢和氟中的任一种在所述半导体层一侧的浓度高于在所述电极一侧的浓度。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述第一绝缘膜中包含的氮、氧、氢和氟中的任一种的浓度高于所述第二绝缘膜中包含的浓度。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述第二绝缘膜的膜密度等于或大于2.6g/cm3并且等于或小于3.56g/cm3。6.一种半导体器件，包括：形成在衬底上方的半导体层；形成在所述半导体层上方的电极；和形成在所述半导体层上方的保护膜，其中所述保护膜在靠近所述半导体层一侧的膜应力低于在远离所述半导体层一侧的膜应力，其中，所述保护膜由非晶碳膜形成，其中碳是所述非晶碳膜的主要成分。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述保护膜包括第一保护膜和层叠在所述第一保护膜上的第二保护膜，并且所述第一保护膜的膜应力低于所述第二保护膜的膜应力。8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述保护膜中包含的氮、氧、氢和氟中的任一种在靠近所述半导体层一侧的浓度高于在远离所述半导体层一侧的浓度。9.根据权利要求7所述的半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村哲一，尾崎史朗，武田正行，渡部庆二，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：