本發(fā)明涉及一種能夠提高耐濕性而不使絕緣膜變厚的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有的裝置中，為了提高耐壓、改善電流崩塌(current collapse)而在柵極電極和半導(dǎo)體之間插入絕緣膜來構(gòu)成MIS(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，還存在如下裝置，即，為了提高可靠性，在由Au構(gòu)成的柵極金屬和SiN絕緣膜間沉積有由氧化物或氮化物形成的阻擋層(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2013－115323號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2012－175089號公報

在現(xiàn)有的高頻設(shè)備用GaN－HEMT晶體管中，為了抑制半導(dǎo)體表面和對其進(jìn)行保護(hù)的表面保護(hù)膜之間的陷阱(trap)，通常使用SiN(硅氮化物)來作為表面保護(hù)膜。另外，以覆蓋柵極周圍和表面保護(hù)膜的方式而形成有SiN耐濕膜。但是，存在下述問題，即，如果不使SiN耐濕膜的膜厚變厚，則不能提高耐濕性，然而如果使SiN耐濕膜變厚，則電容增大、RF特性下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于得到一種能夠提高耐濕性而不使絕緣膜變厚的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有：襯底；氮化物半導(dǎo)體膜，其形成于所述襯底上；肖特基電極，其形成于所述氮化物半導(dǎo)體膜上；第1絕緣膜，其由氮化硅構(gòu)成，形成于所述氮化物半導(dǎo)體膜上，與所述肖特基電極的側(cè)面的至少一部分接觸，在所述第1絕緣膜與所述氮化物半導(dǎo)體膜之間形成界面；以及第2絕緣膜，其由原子層交替排列的氧化鋁構(gòu)成，覆蓋所述肖特基電極及所述第1絕緣膜。

發(fā)明的效果

在本發(fā)明中，通過利用由原子層交替排列的氧化鋁構(gòu)成的第2絕緣膜覆蓋肖特基電極及第1絕緣膜，從而能夠提高耐濕性，而不使絕緣膜變厚。即，由于原子層交替排列的氧化鋁的各向同性和覆蓋性優(yōu)異，因此與以往相比，即使是薄膜，耐水性等也提高。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖3是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

圖6是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的HAST偏置試驗的結(jié)果的圖。

圖7是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的Ig－Vg、Id－Vg特性的圖。

圖8是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的高溫Vg掃描(sweep)時的破壞溫度的圖。

圖9是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。

圖10是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖11是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖12是表示與有無源極場板相應(yīng)的Ig－Vg、Id－Vg特性的圖。

圖13是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。

圖14是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖15是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖16是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖17是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖18是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。

圖19是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

標(biāo)號的說明

1 襯底、4 Al_1－xGa_xN阻擋層(氮化物半導(dǎo)體膜)、6 柵極電極、7 源極電極、8 漏極電極、11 第1絕緣膜、12 第2絕緣膜、14 第3絕緣膜、15 源極場板、16 第4絕緣膜、17 第5絕緣膜

具體實施方式

參照附圖，對本發(fā)明的實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置及其制造方法進(jìn)行說明。對相同或者相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號，有時省略重復(fù)的說明。

實施方式1

圖1是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。該半導(dǎo)體裝置是具有肖特基電極的氮化鎵類HEMT(場效應(yīng)晶體管)。

襯底1由Si、SiC、GaN中的任意者構(gòu)成，為了得到良好的高頻特性，期望它的電阻率大于或等于1×10⁷Ωcm。在襯底1上依次形成有Al_1－xGa_xN緩沖層2(x≤1)、GaN溝道層3以及Al_1－xGa_xN阻擋層4。也可以對GaN溝道層3的一部分或者全部摻雜C或者Fe等雜質(zhì)。Al_1－xGa_xN阻擋層4由單一的組成或者多個組成的層疊構(gòu)造構(gòu)成。GaN－HEMT所特有的2DEG層5產(chǎn)生于GaN溝道層3中。

在Al_1－xGa_xN阻擋層4上形成有：作為肖特基電極的柵極電極6、作為歐姆電極的源極電極7以及漏極電極8。柵極電極6與Al_1－xGa_xN阻擋層4肖特基接合。源極電極7及漏極電極8與Al_1－xGa_xN阻擋層4歐姆接合。柵極電極6是包含Pt、Ti、Ni、Ta、Au、Al中任意的大于或等于2種金屬的電極。源極電極7及漏極電極8是Pt、Ni、Ta中的任意者。在源極電極7及漏極電極8上分別形成有源極配線9及漏極配線10。

由SiN(氮化硅)構(gòu)成的第1絕緣膜11形成于Al_1－xGa_xN阻擋層4上，與柵極電極6的側(cè)面的至少一部分接觸，在該第1絕緣膜11與Al_1－xGa_xN阻擋層4之間形成界面。第1絕緣膜11是使用CVD法或者濺射法形成的。由AlO(氧化鋁)構(gòu)成的第2絕緣膜12是在柵極電極6的上表面及側(cè)面、以及第1絕緣膜11的至少與半導(dǎo)體接觸的部分上利用ALD法(Atomic Layer Deposition：原子層沉積法)形成的，覆蓋柵極電極6及第1絕緣膜11。ALD法是將原料氣體交替地供給至反應(yīng)室，利用自停止機(jī)理使原子層逐層生長的方法。

下面，對上述半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。圖2～5是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖視圖。

首先，如圖2所示，在襯底1上依次形成Al_1－xGa_xN緩沖層2(x≤1)、GaN溝道層3以及Al_1－xGa_xN阻擋層4。在Al_1－xGa_xN阻擋層4上形成源極電極7及漏極電極8。此外，為了降低歐姆接觸電阻，也可以在電極之下通過Si離子注入以及熱退火等而選擇性地形成高濃度雜質(zhì)層。

然后，如圖3所示，以將Al_1－xGa_xN緩沖層2、源極電極7以及漏極電極8全部覆蓋的方式，通過CVD法或者濺射法而形成第1絕緣膜11。然后，如圖4所示，通過干式蝕刻或者濕式蝕刻而對柵極部分的第1絕緣膜11進(jìn)行開口，通過蒸鍍或者濺射法等而形成柵極電極6。關(guān)于柵極電極6的形狀，只要比第1絕緣膜11厚即可，與有無GFP(柵極場板)無關(guān)。

然后，如圖5所示，以覆蓋柵極電極6及第1絕緣膜11的方式，通過ALD法而形成第2絕緣膜12。最后，通過干式蝕刻或濕式蝕刻，對源極電極7及漏極電極8上的第1絕緣膜11及第2絕緣膜12進(jìn)行開口，通過蒸鍍或者濺射法而形成源極配線9及漏極配線10。通過以上的工序來制造本實施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置。

如以上說明所述，在本實施方式中，利用由原子層交替排列的AlO構(gòu)成的第2絕緣膜12覆蓋柵極電極6及第1絕緣膜11。由此，能夠提高耐濕性，而不使絕緣膜變厚。另外，通過由ALD法來形成第2絕緣膜12，從而在柵極電極6的周邊及半導(dǎo)體表面未被金屬等構(gòu)造物覆蓋的部分能夠均勻地成膜。另外，能夠形成在原子層沉積的特征即各向同性和覆蓋性方面優(yōu)異的AlO膜。因此，與以往相比，即使是薄膜，通過原子層的交替排列，從而耐水性等也提高。

圖6是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的偏置試驗的結(jié)果的圖。Ra為130℃，RH為85％，柵極電壓Vg為－5V，漏極電壓Vd為30V。與第2絕緣膜12為SiN的現(xiàn)有構(gòu)造相比，通過ALD法形成由AlO構(gòu)成的第2絕緣膜12的本實施方式的晶體管動作的耐濕性提高。

圖7是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的Ig－Vg、Id－Vg特性的圖。該數(shù)據(jù)是漏極電壓Vd為5V時的夾斷曲線。與現(xiàn)有構(gòu)造相比，本實施方式的Ig－Vg、Id－Vg特性得以改善。

圖8是表示與第2絕緣膜的材質(zhì)相應(yīng)的高溫Vg掃描時的破壞溫度的圖。漏極電壓Vd為55V。與現(xiàn)有構(gòu)造相比，本實施方式的破壞溫度變高，破壞時的柵極電流變小。

圖9是表示本發(fā)明的實施方式1所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。在Al_1－xGa_xN阻擋層4上插入有GaN蓋層(cap layer)13(膜厚小于或等于10nm)。在該情況下，也能夠得到上述實施方式1的效果。

實施方式2

圖10是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。本實施方式是向?qū)嵤┓绞?的構(gòu)造追加了第3絕緣膜14的半導(dǎo)體裝置，該第3絕緣膜14覆蓋第2絕緣膜12。第3絕緣膜14是從Si、Al、Ti、Ta、W、Mo、Zr中選出的元素的氧化物或者氮化物。

由于通過層疊第3絕緣膜14，從而覆蓋性提高，因此耐濕性進(jìn)一步提高。另外，由于能夠使膜應(yīng)力緩和，因此能夠抑制高溫動作時的膜剝離異常等。

實施方式3

圖11是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。本實施方式是向?qū)嵤┓绞?的構(gòu)造追加了源極場板15的半導(dǎo)體裝置。源極場板15配置于柵極電極6和漏極電極8之間，與源極電極7電連接。

通過源極場板15，能夠提高柵極電極6周邊的電場緩和效果。并且，通過電場緩和效果的提高，從而柵極漏電流降低，高溫動作性也提高。另外，通過由源極場板15將從柵極電極6至漏極電極8的電力線隔斷，從而能夠降低柵極－漏極間電容，能夠?qū)崿F(xiàn)增益的提高。

圖12是表示與有無源極場板(SFP)相應(yīng)的Ig－Vg、Id－Vg特性的圖。該數(shù)據(jù)是漏極電壓Vd為5V時的夾斷曲線。通過設(shè)置源極場板，從而Ig－Vg、Id－Vg特性得以改善。

圖13是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。是向?qū)嵤┓绞?的構(gòu)造追加了源極場板15的半導(dǎo)體裝置。在該情況下，也能夠得到上述效果。

圖14～16是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。在圖14中，源極配線9的整個面與源極場板15接合。在圖15中，源極配線9的一部分與源極場板15接合。如上所述，與源極配線9的至少1個部位接合即可。另外，如圖16所示，也可以從源極配線9引繞至外側(cè)而與源極場板15接合。由于上述形態(tài)具有大致相同的效果，因此，作為源極場板15和源極電極7的接合，可以使用整面接合、局部接合、以及引繞接合中的任意者。

實施方式4

圖17是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在本實施方式中，作為覆蓋源極場板15的耐濕膜而形成第4絕緣膜16。第4絕緣膜16是從Si、Al、Ti、Ta、W、Mo、Zr中選出的元素的氧化物或者氮化物。其他結(jié)構(gòu)與實施方式3的圖11相同。由此，能夠防止圖11的結(jié)構(gòu)中由于設(shè)置源極場板15而導(dǎo)致的耐濕性的下降。

圖18是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖視圖。向?qū)嵤┓绞?的圖13的結(jié)構(gòu)追加了第4絕緣膜16，該第4絕緣膜16覆蓋源極場板15。由此，能夠防止圖13的結(jié)構(gòu)中由于設(shè)置源極場板15而導(dǎo)致的耐濕性的下降。

實施方式5

圖19是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。在本實施方式中，在第1絕緣膜11和第2絕緣膜12之間插入有第5絕緣膜17。在第1及第5絕緣膜11、17上配置柵極電極6的一部分而形成有2級的柵極場板構(gòu)造。第5絕緣膜17是從Si、Al、Ti、Ta、W、Mo、Zr中選出的元素的氧化物或者氮化物。其他結(jié)構(gòu)與實施方式1相同。

通過插入第5絕緣膜17，從而變得容易將GFP(柵極場板)設(shè)為2級。并且，通過使用2級的GFP構(gòu)造，從而電場緩和效果提高。并且，通過電場緩和效果的提高，從而柵極漏電流降低，高溫動作性也提高。

此外，如果第2絕緣膜12覆蓋柵極電極6，則柵極電極6的GFP既可以是1級，也可以是2級，還可以是無GFP的梯形柵極那樣的形狀。另外，也可以將本實施方式的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實施方式2～4。