專(zhuān)利名稱(chēng)：晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管，特別涉及具有與半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)的電極 的晶體管。
背景技術(shù)：
以往，例如，如以下的專(zhuān)利文獻(xiàn)所/〉開(kāi)的那樣，/>知具有與半導(dǎo)體 襯底進(jìn)行肖特基接合的柵電極的晶體管。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 特開(kāi)昭62 - 130567號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 特開(kāi)昭61 -203672號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 特開(kāi)昭61 - 183961號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 特開(kāi)平05 - 211175號(hào)公報(bào)
存在使用氮化鉭(TaN)作為柵電極的材料的情況。在使用TaN的 情況下，能夠使肖特基勢(shì)壘高度①b值或者理想系數(shù)值(n)值成為良好 的值，能夠得到具有耐濕性也優(yōu)良的柵電極。
但是，在使用TaN的情況下，特別是在高溫保存時(shí)等高溫環(huán)境下， 若柵電極暴露在外部，則產(chǎn)生來(lái)自柵電極正下方的半導(dǎo)體襯底的氮游離 或者氧化。這樣的氮游離或者氧化導(dǎo)致高溫環(huán)境下的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決所述課題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種具有將肖 特基勢(shì)壘高度或者理想系數(shù)值這樣的特性保持為良好的值并且耐熱性 優(yōu)良的電極的晶體管。
為達(dá)到所述目的，第一發(fā)明是一種晶體管，其特征在于，具有氮化 物半導(dǎo)體層、在所述氮化物半導(dǎo)體層上層疊氮化鉭并與該氮化物半導(dǎo)體 層形成肖特基結(jié)的柵電極層、以包圍所述柵電極層的方式設(shè)置在所述氮 化物半導(dǎo)體層上的絕緣膜，所述柵電極層的不與該氮化物半導(dǎo)體層接觸 的部位的氮化率比與所述氮化物半導(dǎo)體層接觸的部位低。
根據(jù)第一發(fā)明，以高氮化率的氮化鉭形成與氮化物半導(dǎo)體層接觸的 部位，由此，能夠得到良好的肖特基結(jié)特性。并且，以低氮化率的氮化鉭形成不與氮化物半導(dǎo)體層接觸的部位，由此，能夠防止高氮化率的部 位露出。高溫時(shí)的劣化從暴露在外部的部位開(kāi)始并且劣化部位的氮化率 越高越容易進(jìn)行。因此，利用柵電極層的低氮化率的部位能夠防止高氮 化率的部位暴露在外部而劣化。其結(jié)果是，能夠得到具有將肖特基勢(shì)壘 高度或者理想系數(shù)值保持為良好的值并且耐熱性?xún)?yōu)良的電極的晶體 管。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的晶體管的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示實(shí)施方式1的晶體管的制造方法的圖。 圖3是表示將TaN作為柵電極的情況下的Ta與N的比例和柵電極 的耐熱性的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果的圖。圖4是表示實(shí)施方式1的變形例的圖。圖5是表示實(shí)施方式1的變形例的圖。圖6是表示實(shí)施方式2的晶體管的結(jié)構(gòu)的圖。圖7是表示實(shí)施方式3的晶體管的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是表示針對(duì)實(shí)施方式1的比較例的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式1 實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的晶體管10的結(jié)構(gòu)的圖。具 體地說(shuō)，圖l是表示在氮化鎵(GaN)系晶體管中具有柵電極使用了氮 化鉭(以下也稱(chēng)為T(mén)aN)的肖特基結(jié)柵電極的晶體管(以下，也稱(chēng)為肖 特基柵型晶體管)的圖。在本實(shí)施方式中，將晶體管10作成GaN系的 高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor:HEMT )。在圖1中，放大地示出本實(shí)施方式的晶體管10的柵電極20附近的 結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施方式中，在GaN層12、 AlGaN層14的化合物半導(dǎo)體層 上層疊TaN層22。 TaN層22與AlGaN層14形成肖特基結(jié)。在TaN層 22的周?chē)O(shè)置由SiN構(gòu)成的絕緣膜16。在TaN層22上進(jìn)一步層疊TaN層24。 TaN層24以與絕緣膜16接 觸的方式形成。由此，TaN層22被周?chē)慕^緣膜16和上層的TaN層24覆蓋。并且，由TaN層22和TaN層24構(gòu)成柵電極20。TaN層24的氮化率比下層的TaN層22低。在本實(shí)施方式中，TaN 層22中的Ta和N的比例在N/Ta-1.3 1.7的范圍內(nèi)。此外，關(guān)于TaN 層24， Ta和N的比例在N/Ta = 0.9~ 1.3的范圍內(nèi)。具體地說(shuō)，在本實(shí) 施方式中，TaN層22為N/Ta= 1.5, TaN層24為N/Ta = 1.1 。并且，雖未圖示，但是，源電極以及漏電極設(shè)置在AlGaN層14的 其他位置上。這樣，本實(shí)施方式是如下的晶體管具有由兩個(gè)TaN層 22、 24構(gòu)成的柵電極20，與半導(dǎo)體層直接接觸的下層的TaN層的氮化 率較高，上層的TaN層的氮化率較低。圖2是表示本實(shí)施方式的晶體管10的制造方法的一例的步驟圖。 在本實(shí)施方式的制造方法中，首先，如圖2(a)所示，在GaN層12、 AlGaN層14的化合物半導(dǎo)體層上堆積SiN,形成絕緣膜16。然后，利 用濕法刻蝕，如圖2(b)所示，對(duì)于柵電極位置，部分地除去絕緣膜16。 然后，如圖2(c)所示，利用濺射依次層疊TaN層22、 24。此時(shí)，使TaN層22的賊射時(shí)的N2氣壓相對(duì)較高，使TaN層24的 濺射時(shí)的N2氣壓相對(duì)較低，由此，可形成氮化率不同的TaN層22、 24 的層疊結(jié)構(gòu)。然后，在相當(dāng)于柵電極20的部位涂敷抗蝕劑膜30,利用 離子修整(ion trimming )除去柵電極20以外的部位(圖2 (d))。然 后，除去抗蝕劑膜30,如圖2(e)所示，得到柵電極20。實(shí)施方式1的作用、效果在柵電極使用TaN層的情況下，肖特基勢(shì)壘高度①b值或者理想系 數(shù)n值成為良好的值。在Ta與N的比例(以下也只稱(chēng)為"氮化率") 高到某種程度的情況下，例如在N/Ta: 1.3~ 1.7左右(以下將該范圍稱(chēng) 為"高氮化率")的情況下，能夠使這些特性成為良好的值。另一方面，使TaN為高溫的情況下，從TaN層中以及柵電極正下方的半導(dǎo)體層中產(chǎn)生氮游離或者氧化。所謂氮游離或者氧化的柵電極的 劣化在高溫時(shí)在大氣中的部分中產(chǎn)生。圖8是表示作為本實(shí)施方式的比較例的將T aN層用作柵電極的晶體 管的圖。圖8的晶體管510具有GaN層512 、 AlGaN層514、絕緣膜 516,以指定的氮化率的一層TaN層形成柵電極520。在圖8的比較例 的結(jié)構(gòu)中，TaN層露出。對(duì)于如上所述的TaN層的劣化來(lái)說(shuō)，存在N/Ta的比例越大越容易進(jìn)行的傾向。圖3是表示本申請(qǐng)發(fā)明者對(duì)將TaN層作為柵電極的情況下 的Ta與N的比例和柵電極的耐熱性的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果的圖。具體 地說(shuō)，圖3是表示改變Ta與N的比例時(shí)的高溫保存試驗(yàn)(380。C下保存 96小時(shí))后的片材電阻變化率的圖。根據(jù)N/Ta的比例的變化，片材電 阻變化率改變。在圖3中，片材電阻的變化率越大耐熱性越低。因此，根據(jù)圖3的 結(jié)果可知，柵電極的耐熱性隨著氮化率的減小而提高。特別是，如圖3 所示，將Ta與N的比例為N/Ta= 1.3作為邊界，高氮化率側(cè)的片材電 阻變化率的增加比例變大。即，若TaN層的氮化率超過(guò)N/Ta: 1.3，則 高溫保存環(huán)境下的耐熱性的降低顯著，所以，從確保良好的耐熱性的觀 點(diǎn)看，優(yōu)選使氮化率為N/Ta = 0.9~ 1.3左右的范圍(以下將該氮化率的 范圍稱(chēng)為"低氮化率")。如上所述，從使柵電極的特性良好的觀點(diǎn)看，優(yōu)選用作柵電極的 TaN層的氮化率為N/Ta= 1.3-1.7左右。但是，如圖8的比較例所示， 在柵電極520露出的結(jié)構(gòu)中，若使柵電極520的氮化率較高，則與其相 伴隨，柵電極520的耐熱性也降低了 。此外，如在圖3中所述那樣，將 柵電極作成低氮化率的TaN層，由此，提高耐熱性，但是，在此情況下， ①b值或者n值這樣的特性也降低了。這樣，在圖8的比較例的結(jié)構(gòu)中， 若為了得到良好的特性而提高氮化率，則與其相反，導(dǎo)致耐熱性的降 低。因此，在本實(shí)施方式中，如圖1所示，使用在與半導(dǎo)體層接觸的部 分形成高氮化率的TaN層22并在其上層疊低氮化率的TaN層24的兩 層結(jié)構(gòu)的TaN柵電極結(jié)構(gòu)。TaN層22的膜厚比兩側(cè)的絕緣膜16薄。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠由低氮化率的TaN層24覆蓋TaN層22的 上部，由絕緣膜16覆蓋TaN層22的側(cè)面部。并且，形成肖特基結(jié)的 TaN層22作成高氮化率(N/Ta= 1.3~ 1.7)的層，由此，能夠得到良好 的①b值、n值。此外，對(duì)TaN層22進(jìn)行保護(hù)的TaN層24作成低氮化 率(N/Ta = 0.9~ 1.3)的層，所以，耐熱性較高，即使在高溫環(huán)境下暴 露在大氣中也能夠抑制其劣化。由此，能夠防止高氮化率的TaN層22 暴露在大氣中，能夠得到耐熱性?xún)?yōu)良的柵電極。此外，在本實(shí)施方式中，使用層疊有氮化率不同的兩個(gè)TaN層的兩 層結(jié)構(gòu)的柵電極結(jié)構(gòu)。根據(jù)這樣的方法，使在兩層之間產(chǎn)生剝離的危險(xiǎn)較小，能夠可靠地保護(hù)高氮化率的TaN層22。此外，能夠一邊使氮化 率不同一邊層疊TaN層來(lái)制造本實(shí)施方式的柵電極20,所以，具有制 造上的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施方式1的變形例
第一變形例
在實(shí)施方式l中，由TaN層24覆蓋TaN層22的上表面，由絕緣 膜16覆蓋TaN層22的側(cè)面。但是，本發(fā)明不限于此。從由TaN層24 和絕緣膜16覆蓋形成為高氮化率的TaN層22的觀點(diǎn)看，例如，在TaN 層22形成得比絕緣膜16厚的情況下，也可以由TaN層24覆蓋TaN層 22的上表面和側(cè)面這二者。
并且，根據(jù)實(shí)施方式1,能夠以絕緣膜16覆蓋TaN層22的側(cè)面部。 因此，以柵電極20整體來(lái)看的情況下的外部露出面積較少。此外，在 實(shí)施方式1中，以SiN形成絕緣膜16,但是，本發(fā)明不限于此。例如， 可適當(dāng)?shù)剡x擇Si02等適宜的優(yōu)選的絕緣膜材料，形成在半導(dǎo)體層上。
第二變形例
在實(shí)施方式l中，將TaN層22作成N/Ta= 1.5的層，將TaN層24 作成NATa-1.1的層。但是，本發(fā)明不限于此。使TaN層22的氮化率 相對(duì)較高、使TaN層24的氮化率相對(duì)較低即可，也可以適當(dāng)改變各個(gè) 層的氮化率的值。
因此，從得到良好的肖特基結(jié)的觀點(diǎn)以及得到良好的耐熱性的觀點(diǎn) 來(lái)看，能夠根據(jù)需要將TaN層22、 24的氮化率定為適當(dāng)?shù)闹?。并且?如上所述，特別是將TaN層22作成高氮化率(N/Ta= 1.3~ 1.7)的層， 由此，能夠得到良好的①b值、n值，此外，將TaN層24作成低氮化率 (N/Ta-0.9~ 1.3)的層(其中，設(shè)為"TaN層22的氮化率〉TaN層24 的氮化率")，由此，能夠得到良好的耐熱性。
第三變形例
圖4是表示實(shí)施方式1的第三變形例的結(jié)構(gòu)的圖。圖4的晶體管10 在柵電極20的TaN層24上具有由電阻率較低的金屬材料構(gòu)成的低電阻 層40。在本變形例中，使用金(Au)形成低電阻層40。由此，能夠使 柵電極成為低電阻。并且，也可以使用Cu(電阻率1.9juQ'cm)等 低電阻率材料代替Au (電阻率2.1juQ.cm)。
第四變形例圖5是表示實(shí)施方式1的第四變形例的結(jié)構(gòu)的圖。在圖5的晶體管 50中，將構(gòu)成柵電極的TaN層22、 24中的上層的TaN層24作成Ta 層64 (即，氮化率為零的TaN層)。如上所述，氮化率越低TaN層的 耐熱性越高。因此，如第四變形例那樣，由TaN層22和Ta層64形成 柵電極60，由此，能夠得到高耐熱性的柵電極。并且，第四變形例能夠 通過(guò)只層疊Ta層的步驟來(lái)代替圖2中所述的步驟中的TaN層24的形成 步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且，在本實(shí)施方式中，可對(duì)作為高電子遷移率的晶體管10應(yīng)用 本發(fā)明的思想的柵電極結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明不限于此。能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)具 有肖特基結(jié)柵電極的晶體管應(yīng)用本發(fā)明。實(shí)施方式2圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的晶體管的結(jié)構(gòu)。對(duì)于圖6的晶體 管110來(lái)說(shuō)，除了使用柵電極120代替柵電極20這一點(diǎn)之外，具有與 實(shí)施方式1的圖1的晶體管IO相同的結(jié)構(gòu)。在以下的說(shuō)明中，只對(duì)作 為本實(shí)施方式的特征點(diǎn)的柵電極120進(jìn)行說(shuō)明。在實(shí)施方式2中，與實(shí)施方式1的TaN層22相同地，將TaN層122 作成高氮化率的層(N/Ta= 1.5)。并且，TaN層124與TaN層122相 比為低氮化率(N/Ta=1.3) ， TaN層126與TaN層124相比為低氮化 率(N/Ta-1.1)。這樣，在實(shí)施方式2中，作成如下結(jié)構(gòu)由三層TaN 層構(gòu)成柵電極，從下層朝向上層(以TaN層122、 124、 126的順序)使 其氮化率階段性地降低。如圖l所示，在將柵電極作成兩層結(jié)構(gòu)的情況下，若層疊氮比例很 大不同的TaN層，則存在由于界面上所產(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生金屬剝離的可 能性。因此，如圖6所示，使TaN層的氮化率從下層朝向上層階段性地 降低，由此，能夠緩和界面應(yīng)力。由此，能夠避免柵電板的金屬剝離。并且，在制造本實(shí)施方式的晶體管110時(shí)，可以在圖2所述的步驟 中的圖2 (c)的步驟時(shí)， 一邊使氮化率進(jìn)一步精密地變化一邊進(jìn)行多個(gè) TaN層的層疊。并且，在實(shí)施方式2中，將柵電極120作成TaN層122、 124、 126 的三層結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明不限于此。能夠以越向上層越是低氮化率的 方式層疊氮化率不同的四層、五層的其他的多層TaN層。由此，氮化率 的階段性的變化進(jìn)一步平滑，能夠更有效地進(jìn)行界面應(yīng)力的緩和。實(shí)施方式3
圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式3的晶體管210的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)于晶體管 210來(lái)說(shuō)，除了使用柵電極220代替柵電極20這一點(diǎn)之外，具有與實(shí)施 方式1的圖1的晶體管IO相同的結(jié)構(gòu)。
實(shí)施方式3的晶體管210具有的柵電極220與實(shí)施方式1、 2的柵 電極相同地由TaN形成。在實(shí)施方式3中，與實(shí)施方式1的TaN層22 相同地使與AlGaN層14接觸的部位222的氮化率較高。并且，隨著從 接觸部位222離開(kāi)而使氮化率階段性降低，對(duì)于暴露在大氣中的最上部 224，與實(shí)施方式1的TaN層24相同地使氮化率較低。利用這樣的結(jié)構(gòu)， 能夠使肖特基結(jié)特性和耐熱性良好，能夠避免實(shí)施方式2中所述的界面 應(yīng)力引起的剝離的危險(xiǎn)。
在制造晶體管210的情況下，在圖2所述的步驟中的圖2 (c)的步 驟中，能夠一邊連續(xù)地改變N2氣壓一邊進(jìn)行TaN層的賊射，由此進(jìn)行 制造。
實(shí)施方式1中所述的變形例的思想也可應(yīng)用于實(shí)施方式2、 3。例 如，能夠適當(dāng)?shù)卦跂烹姌O120、 220上層疊由電阻率較低的金屬構(gòu)成的 層。此外，也可以將柵電極120的TaN層126作成Ta層。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，其特征在于，具有氮化物半導(dǎo)體層；柵電極層，在所述氮化物半導(dǎo)體層上層疊氮化鉭而成，與該氮化物半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)；絕緣膜，以包圍所述柵電極層的方式設(shè)置在所述氮化物半導(dǎo)體層上，所述柵電極層的不與該氮化物半導(dǎo)體層接觸的部位的氮化率比與所述氮化物半導(dǎo)體層接觸的部位低。
2. 如權(quán)利要求1的晶體管，其特征在于， 所述柵電極層是層疊第一、第二柵電極層而成的， 所述第一柵電極層是層疊在所述氮化物半導(dǎo)體層上并與該氮化物半導(dǎo)體層形成肖特基結(jié)的層，所述第二柵電極層是在該第一電極層上層疊氮化率比所述第一電 極層低的氮化鉭而成的層，所述絕緣膜與所述第二柵電極層接觸地設(shè)置，與該第二柵電極層一 起覆蓋該第一柵電極層。
3. 如權(quán)利要求2的晶體管，其特征在于， 所述第二柵電極層是由氮化率實(shí)質(zhì)上為零的鉭形成的層。
4. 如權(quán)利要求2或3的晶體管，其特征在于，所述第二柵電極層是以越是位于從所述第 一柵電極層離開(kāi)的位置 的層氮化率越低的方式層疊氮化率不同的多個(gè)氮化鉭層而成的。
5. 如權(quán)利要求2或3的晶體管，其特征在于， 所述絕緣膜形成得比所述第一柵電極層厚。
6. 如權(quán)利要求2或3的晶體管，其特征在于，在所述第一柵電極層的氮化率中，N/Ta比例為N/Ta= 1.3以上，在 所述第二柵電極層的氮化率中，N/Ta比例為小于N/Ta= 1.3。
7. 如權(quán)利要求1或2的晶體管，其特征在于， 在所述柵電極層上進(jìn)一步層疊電阻率比該柵電極層低的層。
8. 如權(quán)利要求4的晶體管，其特征在于， 所述絕緣膜形成得比所述第一柵電極層厚。
9. 如權(quán)利要求4的晶體管，其特征在于，在所述第一柵電極層的氮化率中，N/Ta比例為N/Ta= 1.3以上，在 所述第二柵電極層的氮化率中，NZTa比例為小于NZTa- 1.3。
10.如權(quán)利要求8的晶體管，其特征在于，在所述第一柵電極層的氮化率中，N/Ta比例為N/Ta= 1.3以上，在 所述第二柵電極層的氮化率中，NZTa比例為小于NZTa- 1.3。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種晶體管，具有將肖特基勢(shì)壘高度或者理想系數(shù)值這樣的特性保持為良好的值并且耐熱性?xún)?yōu)良的電極。在AlGaN層(14)上層疊高氮化率的TaN層(22)，得到良好的特性的肖特基結(jié)。在TaN層(22)的周?chē)O(shè)置絕緣膜(16)，在TaN層(22)的上層層疊耐熱性?xún)?yōu)良的低氮化率TaN層(24)。由TaN層(24)和絕緣膜(16)覆蓋TaN層(22)，保護(hù)TaN層(22)不暴露在大氣中。
文檔編號(hào)H01L29/40GK101281931SQ200710193300
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者加茂宣卓, 小山英壽, 志賀俊彥 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社