化合物半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及化合物半导体器件及其制造方法。一种HEMT包括：在SiC衬底上的化合物半导体层、具有开口并且覆盖化合物半导体层的氮化硅(SiN)保护膜、以及形成于化合物半导体层上以填塞开口的栅电极。在保护膜中，在下层部分6a处形成有从开口的侧表面突出的突出部分。

【技术实现步骤摘要】

实施方案涉及化合物半导体器件和制造化合物半导体器件的方法。
技术介绍
通过利用如高饱和电子速率和宽带隙等特征而作为高电压、大功率半导体器件的氮化物半导体器件正在得到活跃开发。氮化物半导体器件包括场效应晶体管。已经有大量关于场效应晶体管特别是高电子迁移率晶体管(HEMT)的报道。在HEMT中，在电子传输层中使用GaN并且在电子供给层中使用AlGaN的AlGaN/GaN HEMT正在引起关注。在AlGaN/GaN HEMT中，由于GaN与AlGaN之间的晶格常数的差异，在AlGaN中产生畸变。由畸变引起的压电极化和AlGaN的自发极化导致形成高浓度的二维电子气(2DEG)。因此，可以实现高电压和大功率。专利文献1:国际专利申请的日本国家公报2009-524242在用于高输出和高频率应用的氮化物半导体器件如AlGaN/GaNHEMT中，需要提高操作电压以获得大功率。但是，提高操作电压使得提高了在栅电极处或栅电极周围的电场强度并且使器件特性劣化(化学变化和物理变化)。为了提高大功率氮化物半导体器件的可靠性，必须要抑制由在栅电极处或栅电极周围的高电场引起的器件特性劣化。
技术实现思路
考虑到上述问题给出了实施方案，实施方案的一个目的是提供一种高度可靠的化合物半导体器件 以及制造该化合物半导体器件的方法，其中该化合物半导体器件通过减小电极边缘上的电场集中以确保抑制器件特性劣化并且提高操作电压来实现高电压和大功率。化合物半导体器件的一个实施方案包括化合物半导体层、具有开口并且覆盖化合物半导体层的氮化硅保护膜、以及形成于化合物半导体层上以填塞开口的电极。保护膜的下层部分包括从开口的侧表面突出的部分(突出部分)。制造化合物半导体器件的方法的一个实施方案包括在化合物半导体层上形成氮化硅保护膜，在保护膜中形成开口，以及在化合物半导体层上形成电极以填塞开口。形成开口包括将开口形成为使得保护膜的下层部分包括从开口的侧表面突出的突出部分。附图说明图1A至图1C是按照步骤次序示出制造根据第一实施方案的肖特基AlGaN/GaNHEMT的方法的示意性截面图；图2A至图2C是接着图1A至图1C按照步骤次序示出制造根据第一实施方案的肖特基AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图；图3A和图3B是接着图2A至图2C按照步骤次序示出制造根据第一实施方案的肖特基AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图4是以放大的比例示出在图2A的步骤中形成的钝化膜的一部分的示意性截面图；图5是以放大的比例示出在图2B的步骤中形成的钝化膜中的开口的一部分的示意性截面图；图6A和图6B是基于与具有包括常规钝化膜的上述常规结构的AlGaN/GaN HEMT的比较而示出的根据第一实施方案的AlGaN/GaNHEMT的三个端子的检验特性的结果的曲线图；图7A至图7C是示出制造根据第二实施方案的肖特基AlGaN/GaNHEMT的方法的主要步骤的示意性截面图；图8是以放大的比例示出在图7A的步骤中形成的钝化膜的一部分的示意性截面图9是以放大的比例示出在图7B的步骤中形成的钝化膜中的开口的一部分的示意性截面图；图1OA和图1OB是基于与具有包括常规钝化膜的上述常规结构的AlGaN/GaN HEMT的比较而示出的根据第二实施方案的AlGaN/GaNHEMT的三个端子的检验特性的结果的曲线图；图11是示出根据第三实施方案的电源装置的示意性构造的布线图；以及图12是示出根据第四实施方案的高频放大器的示意性构造的布线图。具体实施例方式下面将参考附图详细描述实施方案。在下面的实施方案中，将描述化合物半导体器件的构造和制造该化合物半导体器件的方法。注意，在附图中，为了便于示出，某些部件并未以准确的相对尺寸和厚度示出。(第一实施方案)本实施方案公开了作为化合物半导体器件的肖特基AlGaN/GaN HEMT。图1A至图3B是按照步骤次序示出制造根据第一实施方案的肖特基AlGaN/GaNHEMT的方法的示意性截面图。如图1A所示，例如，首先在作为生长衬底的半绝缘SiC衬底I上形成作为化合物半导体层叠结构的化合物半导体层2。化合物半导体层2包括缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d以及盖层2e。在AlGaN/GaN HEMT中，在电子传输层2b与电子供给层2d(确切地说，是中间层2c)之间的界面附近生成二维电子气(2DEG)。更具体地，例如，通过金属有机气相外延(MOVPE)在SiC衬底I上生长以下化合物半导体。可以使用分子束外延(MBE)等来代替M0VPE。在SiC衬底I上依次沉积AIN、1-GaN (故意未掺杂的GaN)、1-AlGaN、n-AlGaN和n-GaN。利用该过程，堆叠并形成缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d和盖层2e。AlN、GaN和AlGaN的生长条件如下使用三甲基铝气体、三甲基镓气体和氨气体的气体混合物作为源气体；根据待生长的化合物半导体层决定是否供应三甲基铝作为Al源和供应三甲基镓作为Ga源，并且适当地设定气体的流量；作为共用材料的氨气体的流量为约IOOsccm至IOslm ;AlN、GaN和AlGaN的生长压力为约50托至300托；生长温度为约1000°C至 1200。。。在GaN(或AlGaN)待生长为n型吋，以预定的流量将例如包含n型杂质如Si的SiH4气体添加到源气体中，以使GaN (或AlGaN)掺杂有Si。Si的掺杂浓度设定为约I X 1018/cm3至 IX IO2cVcm3 (例如，5 X IO1Vcm3)。缓冲层2a形成为具有约0.1 ii m的厚度，电子传输层2b形成为具有约3 y m的厚度，中间层2c形成为具有约5nm的厚度，电子供给层2d形成为具有约20nm的厚度，Al的比例例如为约0. 2至0. 3，盖层2e形成为具有约IOnm的厚度。如图1B所示，形成器件隔离结构3。更具体地，将例如氩(Ar)注入化合物半导体层2的器件隔离区域中。利用该过程，在化合物半导体层2和SiC衬底I的表层部分形成器件隔离结构3。器件隔离结构3在化合物半导体层2上限定出有源区域。注意，可以用例如浅沟槽隔离(STI)代替注入来实施器件隔离。如图1C所示，形成源电极4和漏电极5。更具体地，首先，在盖层2e中的在化合物半导体层2的表面处待形成源电极和漏电极的位置处形成电极沟槽2A和2B。形成具有与在化合物半导体层2的表面处待形成源电极和漏电极的位置对应的开ロ的光刻胶掩摸。使用光刻胶掩模通过干法蚀刻来部分地移除盖层2e。利用该过程，形成电极沟槽2A和2B。在干法蚀刻中，使用如Ar等惰性气体和如Cl2等含氯气体作为蚀刻气体。可以通过对化合物半导 体层2进行干法蚀刻来形成电极沟槽，以穿透盖层2e并且到达电子供给层2d的表层部分。Ti和Al用作电极材料的实例。例如，使用适于蒸发或剥离的具有悬垂结构的双层光刻胶来形成电极。对化合物半导体层2施加光刻胶以形成具有开ロ的光刻胶掩摸，以露出电极沟槽2A和2B。使用光刻胶掩模沉积Ti和Al。Ti的厚度设定为约20nm，Al的厚度设定为约200nm。通过剥离移除具有悬垂结构的光刻胶掩模和沉积在光刻胶掩模上的Ti和Al。之后，例如在氮气氛中在约550°C的温度下对SiC衬底I进行热处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体器件，包括：化合物半导体层；具有开口并且覆盖所述化合物半导体层的氮化硅保护膜；以及形成于所述化合物半导体层上以填塞所述开口的电极，其中所述保护膜的下层部分包括从所述开口的侧表面突出的突出部分。

【技术特征摘要】
2011.09.29 JP 2011-2151981.一种化合物半导体器件，包括化合物半导体层；具有开口并且覆盖所述化合物半导体层的氮化硅保护膜；以及形成于所述化合物半导体层上以填塞所述开口的电极，其中所述保护膜的下层部分包括从所述开口的侧表面突出的突出部分。2.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，其中所述保护膜形成为使得所述下层部分的氮空位的百分比大于化学计量条件下的氮化硅的氮空位的百分比，并且使得所述保护膜朝向顶部接近化学计量条件。3.根据权利要求2所述的化合物半导体器件，其中所述保护膜中的所述下层部分的氮空位相对化学计量条件下的氮化硅的N原子的百分比为不大于50%。4.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，其中所述保护膜形成为使得所述下层部分由多晶硅制成，并且使得所述保护膜朝向顶部接近化学计量条件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的化合物半导体器件，其中在所述保护膜中的所述突出部分被氧化。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：牧山刚三，冈本直哉，多木俊裕，美浓浦优一，尾崎史朗，宫岛丰生，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：