專利名稱：化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開文本涉及一種化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過利用諸如高飽和電子速度和寬帶隙等特性，作為具有高耐壓和高輸出半導(dǎo)體器件的氮化物半導(dǎo)體器件取得了廣泛的發(fā)展。關(guān)于場效應(yīng)晶體管，尤其是高電子遷移率晶體管(HEMTs)的報告也已經(jīng)作出了許多。尤其是，利用GaN作為電子傳輸層和利用AKiaN 作為電子供應(yīng)層的AWaN/GaN HEMT已經(jīng)備受關(guān)注。AWaN/GaN HEMT在包括AlGaN的層處具有由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)不同所引起的應(yīng)力(strain)。從而誘導(dǎo)AlGaN的壓電極化和自發(fā)極化，這樣，產(chǎn)生了處于高濃度的二維電子氣ODEG)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓和高輸出。相關(guān)技術(shù)在公開號為2007-3四483、2005-86171以及2006-278857的未審查的日本專利申請中被公開。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，一種化合物半導(dǎo)體器件，包括；化合物半導(dǎo)體層；第一膜，在化合物半導(dǎo)體層的上方形成，第一膜在與化合物半導(dǎo)體層的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)；第二膜，在第一膜的上方形成，第二膜在與第一膜的界面處處于帶正電狀態(tài)；以及柵極，被嵌入在第二膜中形成的開口中。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，一種化合物半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在化合物半導(dǎo)體層的上方形成第一膜，第一膜在與化合物半導(dǎo)體層的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)；在第一膜的上方形成第二膜，第二膜在與第一膜的界面處處于帶正電狀態(tài)；在第二膜中形成開口 ；以及形成嵌入開口中的柵極。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將至少通過權(quán)利要求中特別指出的元件、特征以及組合來實現(xiàn)和獲得。應(yīng)當(dāng)理解，前述的大致描述和隨后的詳細(xì)描述都是示例性和說明性的，并非限制如權(quán)利要求所要求保護(hù)的本發(fā)明。


圖IA至圖IH為示出根據(jù)第1實施例的金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)的AWaN/ GaN HEMT (以下稱為“AlGaN/GaN MIS-HEMT”)的制造方法的剖視圖；圖2A至圖2C為示出與當(dāng)?shù)诙ぴ诘谝荒さ纳戏叫纬蓵r產(chǎn)生的2DEG有關(guān)的實驗結(jié)果的圖表；圖3A至圖3C為示出根據(jù)第2實施例的形成AWaN/GaN MIS-HEMT的主要步驟的剖視圖；圖4A至圖4C為示出根據(jù)第3實施例的形成khottky結(jié)構(gòu)的AWaN/GaNHEMT (以下稱為“AlGaN/GaN Schottky-HEMT”)的主要步驟的剖視圖；圖5為根據(jù)第4實施例的電源器件的示意性結(jié)構(gòu)的示意圖；以及圖6為根據(jù)第5實施例的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式在將氮化物半導(dǎo)體器件應(yīng)用于電源方面，期望的是發(fā)展具有低損耗和高耐壓的常關(guān)器件，其中當(dāng)柵電壓斷開時無電流流動。由于壓電效應(yīng)，AKiaN/GaN HEMT在電子傳輸層中具有許多作為2DEG的電子。該效應(yīng)在獲得大的電流操作方面起著重要作用。然而，當(dāng)器件具有簡單的結(jié)構(gòu)時，該器件可以變?yōu)槌ｉ_器件，這是因為即使當(dāng)柵電壓斷開時，在柵極下方電子傳輸層也會立即具有許多電子。這樣，研究了這樣的柵極凹陷結(jié)構(gòu)，其中通過在柵極處對電子供應(yīng)層(或電子供應(yīng)層和電子傳輸層兩者)進(jìn)行蝕刻來形成電極溝槽以便減少電子傳輸層中的這些電子，這樣，閾值得以提高。然而，難以在諸如GaN或AlGaN等氮化物基半導(dǎo)體上精確執(zhí)行為了獲有凹陷結(jié)構(gòu)的干蝕刻。這樣，已制成的HEffl1s的晶體管特性會有較大的變化。下面將參照附圖來詳細(xì)描述實施例。為實用目的，附圖中的一些部件與其他部件之間的相對關(guān)系可以不必以精確的比例示出。第1實施例本實施例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的MGaN/GaN MIS-HEMT。圖IA至圖IH為示出根據(jù)第1實施例的AWaN/GaN MIS-HEMT的制造方法的剖視圖。如圖IA所示，在作為生長襯底的例如半絕緣SiC襯底1的上方形成化合物半導(dǎo)體層2。化合物半導(dǎo)體層2包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供應(yīng)層2d以及
覆蓋層2e。通過例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)在SiC襯底1的上方生長每一個化合物半導(dǎo)體?？梢允褂梅肿邮庋?MBE)等代替M0VPE。在SiC襯底1的上方分別沉積A1N、i (有意未摻雜的)-GaN, i-AlGaN、n-AlGaN以及n-GaN以形成緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供應(yīng)層2d以及覆蓋層2e。作為 A1N、GaN, AlGaN以及GaN的生長條件，例如，三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體以及氨氣的混合氣體被用作源氣體。根據(jù)將要生長的化合物半導(dǎo)體層的類型來適當(dāng)選擇作為Al源的三甲基鋁氣體和作為( 源的三甲基鎵氣體的供應(yīng)量和流量。作為普通材料的氨氣的流量例如為大約IOOccm至10LM。而且，生長壓強(qiáng)為大約50Torr至300Torr，生長溫度為大約1000°C 至 1200°C。當(dāng)將GaN和AlGaN生長為η型時，例如，將包含Si的SiH4氣體作為η型雜質(zhì)以特定的流量添加到源氣體中，從而將使GaN和AlGaN摻雜硅。硅的摻雜濃度例如為大約1 X IO18/ cm3 至 IX 102°/cm3，優(yōu)選為大約 5X IO1Vcm30例如，緩沖層加為大約0. 1 μ m厚，電子傳輸層2b為大約3 μ m厚，中間層2c為大約5nm厚，以及覆蓋層2e為大約IOnm厚。例如，電子供應(yīng)層2d具有大約Inm至IOnm的厚度，此處為大約5nm厚。AlxGiVxN具有0. 1至0. 15的Al比率x，并且此處比率為大約0. 1。 當(dāng)電子供應(yīng)層2d比Inm薄時，難以形成高結(jié)晶度的AKiaN。當(dāng)電子供應(yīng)層2d比IOnm厚時， 在化合物半導(dǎo)體層2的表面暴露時會在電子傳輸層2b處產(chǎn)生2DEG。如果電子供應(yīng)層2d的 Al比率小于0. 1，則位于中間層2c與電子傳輸層2b之間的界面處的導(dǎo)帶將具有較小的中斷(discontinuity)，并且實際上可能會減小電子的移動性。如果電子供應(yīng)層2d的Al比率大于0. 15，則當(dāng)化合物半導(dǎo)體層2的表面暴露時會在電子傳輸層2b處產(chǎn)生2DEG。如圖 IA所示，通過在上述厚度范圍且以上述構(gòu)成形成電子供應(yīng)層2d，在化合物半導(dǎo)體層2的表面暴露(即，部件在化合物半導(dǎo)體層2的上方形成)的狀態(tài)下，會減少電子傳輸層2b處產(chǎn)生的2DEG的量。隨后，如圖IB所示，形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。例如，氬(Ar)被注入到化合物半導(dǎo)體層2的元件隔離區(qū)。因此，在化合物半導(dǎo)體層2和SiC襯底1處形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。通過元件隔離結(jié)構(gòu)3在化合物半導(dǎo)體層2處劃分出有源區(qū)?？梢酝ㄟ^例如淺溝槽隔離(STI)法代替上述注入法來形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。隨后，如圖IC所示，形成源極4和漏極5。首先，在化合物半導(dǎo)體層2的表面處將要形成源極和漏極的位置處的覆蓋層2e、 電子供應(yīng)層2d、中間層2c以及電子傳輸層2b的每一個處形成電極溝槽。形成抗蝕劑掩模以便在化合物半導(dǎo)體層2的表面處將要形成源極和漏極的位置處形成開口。使用抗蝕劑掩模，通過干蝕刻將位于該位置處的覆蓋層2e、電子供應(yīng)層2d、中間層2c以及電子傳輸層2b的表面部分去除。因此，形成電極溝槽。對于蝕刻，諸如Ar等惰性氣體或諸如Cl2等氯氣用作刻蝕氣體。Cl2的流量為30sCCm，壓強(qiáng)為2Pa，以及RF輸入功率為20W。Ta/Al被用作電極的材料。由于適合用于沉積或剝離(lift-off)，具有屋檐結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑例如被用來形成電極。將抗蝕劑涂覆在化合物半導(dǎo)體層2的上方，這樣形成了抗蝕劑掩模以開出電極溝槽。通過使用這種抗蝕劑掩模來沉積Ta/Al。Ta的厚度為大約 20nm, Al的厚度為大約200nm。通過剝離去除具有屋檐結(jié)構(gòu)的抗蝕劑掩模和沉積在其上的 Ta/Al。隨后，例如，在氮?dú)夥罩写蠹s600°C的溫度下對SiC襯底1進(jìn)行熱處理以便使殘留的 Ta/Al與電子傳輸層2b歐姆接觸，從而形成源極4和漏極5。如圖ID所示，然后形成第一膜6。例如，將作為具有第一特性的絕緣材料的氮化鋁(AlN)沉積以便覆蓋化合物半導(dǎo)體層2(覆蓋層加)的表面，這樣形成了第一膜6。第一特性是這一特性當(dāng)?shù)谝荒?在化合物半導(dǎo)體層2的上方形成時，第一膜6在其與化合物半導(dǎo)體層2的表面之間的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)。通過例如原子層沉積(ALD)形成A1N，其膜厚度為大約Inm至 IOOnm,或者更為優(yōu)選的是大約IOnm至50nm。此處，AlN具有大約20nm的厚度。當(dāng)AlN比 IOOnm厚時，與化合物半導(dǎo)體層2相關(guān)的上述第一特性會實現(xiàn)得不充分。當(dāng)AlN比Inm薄時，其可能不能充分用作柵絕緣膜。通過以上述厚度范圍形成A1N，可以獲得第一特性而不失去作為柵絕緣膜的特性。由于通過ALD形成A1N，因而形成多晶A1N。在本實施例中，第一膜6用作如下要描述的柵絕緣膜。由此形成的第一膜6具有上述第一特性。這樣，在圖ID所示的第一膜6在化合物半導(dǎo)體層2的上方形成的狀態(tài)下，基本上無2DEG在電子傳輸層2b處產(chǎn)生。隨后，如圖IE所示，形成第二膜7。例如，在第一膜6的上方沉積作為具有第二特性的絕緣材料的氧化鋁(Al2O3)，這樣形成第二膜7。第二特性是這一特性當(dāng)?shù)诙?堆疊在第一膜6的上方時，第二膜7在其與第一膜6的表面之間的界面處處于帶正電狀態(tài)。例如，通過ALD在如圖ID所示的方式形成的AlN的上方將Al2O3沉積到大約Inm至500歷的厚度。此處，Al2O3具有大約40nm的厚度。當(dāng)Al2O3比Inm薄時，與化合物半導(dǎo)體層2相關(guān)的上述第二特性會實現(xiàn)得不充分。當(dāng) Al2O3比500nm厚時，由于應(yīng)力，會引起物理性劣化和電子性劣化。通過以上述厚度范圍形成Al2O3，能夠獲得第二特性而不會由應(yīng)力引起物理性劣化和電子性劣化。第二膜7可以包括這樣的材料來代替Al2O3，其中該材料包括選自氮氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化硼、氧化鉿、氮化鉿以及氮氧化鉿組里的至少一種化合物。在沉積Al2O3之后，可以在大約350°C至1000°C的溫度下執(zhí)行熱處理。第二膜7具有上述第二特性。因此，如圖所示，當(dāng)?shù)诙?在第一膜6的上方形成時，或者，具體地說，當(dāng)?shù)谝荒?和第二膜7堆疊在化合物半導(dǎo)體層2的上方時，在電子傳輸層2b處產(chǎn)生2DEG(圖IE中虛線所示)。隨后，如圖IF所示，在第二膜7中形成開口 7a。首先，將抗蝕劑涂覆在第二膜7的上方。通過光刻對抗蝕劑進(jìn)行處理，從而在將要形成柵極的位置處形成開口。這樣形成抗蝕劑掩模以便從對應(yīng)于將要形成柵極的位置的第二膜7表面的開口暴露。通過使用抗蝕劑掩模來蝕刻第二膜7直到第一膜6的表面暴露。執(zhí)行使用氟基氣體作為刻蝕氣體的干蝕刻和使用氟蝕刻劑的濕蝕刻。這樣在第二膜7中形成開口 7a。通過灰化等去除抗蝕劑掩模。如圖IF所示，當(dāng)開口 7a在第二膜7中形成時，在開口 7a處去除具有上述第二特性的第二膜7。從而在化合物半導(dǎo)體層2上方的開口 7a處只有第一膜6。這樣，位于電子傳輸層2b處的2DEG在開口 7a下方的區(qū)域(如圖中的圈C所示)處消散。如圖IG所示，然后形成柵極8。首先，將下層抗蝕劑(例如，MicroChem公司的PMGI (商品名稱))和上層抗蝕劑 (例如，Sumitomo化學(xué)有限公司的PFI32-A8 (商品名稱))涂覆在包括開口 7a的第二膜7 的上方。通過在將要形成柵極的包括開口 7a的位置處進(jìn)行紫外線曝光而在上層抗蝕劑中形成例如直徑大約0. 8 μ m的開口。然后，當(dāng)使用上層抗蝕劑作為掩模時，用堿性顯影劑對下層抗蝕劑進(jìn)行濕蝕刻。隨后，當(dāng)使用上層抗蝕劑和下層抗蝕劑作為掩模時，在包括開口內(nèi)部的整個表面的上方沉積Ni/Au柵極金屬(Ni為大約IOnm厚，Au為大約300nm厚)。然后，用加熱的有機(jī)溶劑執(zhí)行剝離，從而去除下層抗蝕劑、上層抗蝕劑以及上層抗蝕劑上的柵極金屬。這樣形成了柵極8，其中開口 7a嵌入有部分柵極金屬。第一膜6位于化合物半導(dǎo)體層2的表面和柵極8之間，并且第一膜6用作柵絕緣膜。
如圖IH所示，在第一膜6和第二膜7中形成源極4的接觸孔9a和漏極5的接觸孔9b。在第二膜7和第一膜6中形成接觸孔9a和9b以便通過光刻和干蝕刻使源極4和漏極5的部分表面暴露?？商娲兀梢允紫仍诘诙?的上方形成特定的保護(hù)膜以便覆蓋柵極8，然后可以在保護(hù)膜、第二膜7以及第一膜6中形成每一個接觸孔。在對源極4、漏極5以及柵極8進(jìn)行布線之后，形成AlGaN/GaN MIS-HEMT。如圖IH所示，當(dāng)未給柵極8施加電壓(處于OV狀態(tài))時，位于化合物半導(dǎo)體層2 的電子傳輸層處的2DEG在對應(yīng)于溝道區(qū)(圖中的圈C所示)的柵極8下方的區(qū)域處消散。 這表示在該實施例中的MGaN/GaN HEMT實現(xiàn)了常關(guān)。將參照實驗來描述第二膜7以上述方式在第一膜6的上方形成時的2DEG的產(chǎn)生。 在實驗中，進(jìn)行所謂的CV特性描述以便測量評估對象的電容。首先，如圖IC所示，在化合物半導(dǎo)體層2的上方還未形成第一膜6的狀態(tài)下，測量 SiC襯底1與化合物半導(dǎo)體層2上方的表面電極之間的電容。結(jié)果為圖2A所示。這種情況下，即使在溝道和表面電極之間施加電壓，電容也沒有變化。這樣，可以獲知當(dāng)化合物半導(dǎo)體層2的上方?jīng)]有形成第一膜6時，不會產(chǎn)生2DEG。隨后，如圖ID所示，在化合物半導(dǎo)體層2的上方形成有第一膜6而未形成第二膜 7的狀態(tài)下，測量SiC襯底1與第一膜6上方的電極之間的電容。結(jié)果為圖2B所示。與圖 2A 一樣，即使在SiC襯底1與第一膜6上方的電極之間施加電壓，電容也沒有變化。這樣， 了解到當(dāng)化合物半導(dǎo)體層2的上方只有第一膜6形成時，不會產(chǎn)生2DEG。如圖IE所示，在第一膜6和第二膜7堆疊在化合物半導(dǎo)體層2上方的狀態(tài)下，測量 SiC襯底1與第二膜7上方的電極之間的電容。結(jié)果為圖2C所示。這種情況下，當(dāng)在SiC 襯底1與第二膜7上方的電極之間施加電壓時，電容發(fā)生了極大的變化。這樣，了解到當(dāng)?shù)谝荒?和第二膜7堆疊在化合物半導(dǎo)體層2的上方時，會產(chǎn)生2DEG。如上所述，根據(jù)該實施例提供了高度可靠的AWaN/GaN HEMT，其中即使在化合物半導(dǎo)體層2處沒有用于柵極的溝槽，也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行常關(guān)操作。第2實施例如同第1實施例，本實施例也公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的AKiaN/GaN MIS-HEMT，但本實施例與第1實施例不同的是柵絕緣膜具有不同的構(gòu)成。圖3A至圖3C為示出根據(jù)第2實施例的形成AWaN/GaN MIS-HEMT的主要步驟的剖視圖。首先，通過如第1實施例中的圖IA至圖IF所示的步驟在第二膜7中形成開口 7a。隨后，如圖3A所示，在第二膜7的上方形成第三膜11。在第二膜7的上方形成第三膜11以便覆蓋開口 7a的內(nèi)壁表面。諸如氮化硅(SiN) 等絕緣材料被用作第三膜11的材料，并且通過例如CVD將其沉積大約40nm厚。該材料可以包含選自氧化鋁、氮氧化鋁、氧化硅、氮氧化硅、氮化硼、氧化鉿、氮化鉿以及氮氧化鉿組里的至少一種化合物來代替SiN。即使形成了第三膜11，位于化合物半導(dǎo)體層2上方的電子傳輸層2b處的2DEG保持相同，并且只在開口 7a下方的區(qū)域(圖3A中的圈C所示)處消散。
隨后，如圖;3B所示，形成柵極8。首先，通過例如旋涂法將下層抗蝕劑(例如，MicroChem公司的PMGI (商品名稱)) 和上層抗蝕劑(例如，Sumitomo化學(xué)有限公司的PFI32-A8 (商品名稱))涂覆在第三膜11 的上方。通過在將要形成柵極的包括開口 7a的位置處進(jìn)行紫外線曝光而在上層抗蝕劑中形成例如直徑大約0. 8μπι的開口。然后，利用上層抗蝕劑作為掩模，用堿性顯影劑對下層抗蝕劑進(jìn)行濕蝕刻。隨后，當(dāng)上層抗蝕劑和下層抗蝕劑被用作掩模時，在包括開口的整個表面的上方沉積Ni/Au柵極金屬(Ni為大約IOnm厚，Au為大約300nm厚)。然后，用加熱的有機(jī)溶劑執(zhí)行剝離，從而去除下層抗蝕劑、上層抗蝕劑以及上層抗蝕劑上方的柵極金屬。這樣形成了柵極8，其中開口 7a嵌入有部分柵極金屬。第一膜6和第三膜11設(shè)置在化合物半導(dǎo)體層2的表面和柵極8之間，第一膜6和第三膜11所堆疊的用作柵絕緣膜。在本實施例中，第二膜7涂覆有用作保護(hù)膜的第三膜11。而且，由于該堆疊的第一膜6和第三膜11用作柵絕緣膜，由于第三膜11，該堆疊的膜被最優(yōu)化為柵絕緣膜，這樣提供了理想的柵極特性。如圖3C所示，在第一膜6、第二膜7以及第三膜11中形成源極4的接觸孔IOa和漏極5的接觸孔10b。在第三膜11、第二膜7以及第一膜6中形成接觸孔IOa和IOb以便通過光刻和干蝕刻使源極4和漏極5的部分表面暴露。在對源極4、漏極5以及柵極8進(jìn)行布線之后，形成AlGaN/GaN MIS-HEMT。如圖3C所示，當(dāng)未給柵極8施加電壓(處于OV狀態(tài))時，位于化合物半導(dǎo)體層2 的電子傳輸層處的2DEG在對應(yīng)于溝道區(qū)(圖3C中的圈C所示)的柵極8下方的區(qū)域處消散。這表示在該實施例中的MGaN/GaN HEMT實現(xiàn)了常關(guān)。如上所述，根據(jù)該實施例提供了高度可靠的AWaN/GaN HEMT，其中即使在化合物半導(dǎo)體層2處沒有用于柵極的溝槽，也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行常關(guān)操作。第3實施例本實施例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的MGaN/GaN khottky-HEMT。圖4A至圖4C為示出根據(jù)第3實施例的形成AlGaN/GaN Schottky-HEMT的主要步驟的剖視圖。如同第1實施例，通過如第1實施例中的圖IA至圖IE所示的步驟在化合物半導(dǎo)體層2的上方形成第一膜6和第二膜7。隨后，如圖4A所示，在第一膜6和第二膜7中形成開口 12。首先，將抗蝕劑涂覆在第二膜7的上方。通過光刻對抗蝕劑進(jìn)行處理，從而在將要形成柵極的位置處形成開口。從而形成抗蝕劑掩模以便在對應(yīng)于將要形成柵極的位置的第二膜7的表面處形成開口。通過使用抗蝕劑掩模蝕刻第二膜7和第一膜6直到覆蓋層2e的表面暴露。執(zhí)行使用氟基氣體作為刻蝕氣體的干蝕刻和使用氟蝕刻劑的濕蝕刻。這樣，在第一膜6和第二膜7中形成了開口 12。通過灰化等去除抗蝕劑掩模。如圖4A所示，當(dāng)在第一膜6和第二膜7中形成開口 12時，在開口 12處去除第一膜6和第二膜7。第一膜6和第二膜7兩者都不設(shè)置在化合物半導(dǎo)體層2上方的上述位置處。這樣，位于電子傳輸層2b處的2DEG在開口 12下方的區(qū)域(圖4A中的圈C所示)處消散。如圖4B所示，然后形成柵極8。通過例如旋涂法將下層抗蝕劑(例如，MicroChem公司的PMGI (商品名稱))和上層抗蝕劑(例如，Sumitomo化學(xué)有限公司的PFI32-A8 (商品名稱))涂覆在包括開口 12的第二膜7的上方。通過在將要形成柵極的包括開口 12的位置處進(jìn)行紫外線曝光而在上層抗蝕劑中形成例如直徑大約0. 8 μ m的開口。然后，當(dāng)使用上層抗蝕劑作為掩模時，用堿性顯影劑對下層抗蝕劑進(jìn)行濕蝕刻。隨后，當(dāng)上層抗蝕劑和下層抗蝕劑被用作掩模時，在包括開口內(nèi)部的整個表面的上方沉積Ni/Au柵極金屬(Ni為大約IOnm厚，Au為大約300nm厚)。 然后，用加熱的有機(jī)溶劑執(zhí)行剝離，從而去除下層抗蝕劑、上層抗蝕劑以及上層抗蝕劑上方的柵極金屬。這樣形成了柵極8，其中開口 1 嵌入有部分柵極金屬。在開口 12中，柵極8 與化合物半導(dǎo)體層2進(jìn)行khottky連接。如圖4C所示，在第一膜6和第二膜7中形成源極4的接觸孔9a和漏極5的接觸孔9b。在第二膜7和第一膜6中形成接觸孔9a和9b以便通過光刻和干蝕刻使源極4和漏極5的部分表面暴露?？商娲?，可以首先在第二膜7的上方形成特定的保護(hù)膜以便覆蓋柵極8，然后， 可以在保護(hù)膜、第二膜7以及第一膜6中形成每一個接觸孔。在對源極4、漏極5以及柵極8進(jìn)行布線之后，形成AlGaN/GaN khottky-HEMT。如圖4C所示，當(dāng)未給柵極8施加電壓(處于OV狀態(tài))時，位于化合物半導(dǎo)體層2 的電子傳輸層2處的2DEG在對應(yīng)于溝道區(qū)(圖4C中的圈C所示)的柵極8下方的區(qū)域處消散。這表示在該實施例中的MGaN/GaNHEMT實現(xiàn)了常關(guān)。雖然在第1實施例至第3實施例中使用了 SiC襯底1，然而諸如藍(lán)寶石、硅以及 GaAs的其它材料也能夠用于襯底。而且，所述襯底可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹５?實施例至第3實施例中的源極4、漏極5以及柵極8的結(jié)構(gòu)是一個例子，它們也可以具有單層、多層或其它形式的結(jié)構(gòu)。第1實施例至第3實施例中形成源極4和漏極5時使用的方法是示例性的。如果獲得了歐姆特性，則可以無需第1實施例至第3實施例中的熱處理。在柵極 8形成之后，也可以執(zhí)行另一個熱處理。第4實施例本實施例公開了具有選自第1實施例和第2實施例的AWaN/GaNHEMT的電源器件。圖5為示出根據(jù)第4實施例的電源器件的示意性結(jié)構(gòu)的電路圖。該實施例的電源器件包括高壓初級側(cè)電路21、低壓次級側(cè)電路22以及位于初級側(cè)電路21與次級側(cè)電路22之間的變壓器23。初級側(cè)電路21包括交流電源對、所謂的橋式整流電路25以及多個開關(guān)元件^a、 26b,26c以及^d。橋式整流電路25包括開關(guān)元件^e。次級側(cè)電路22包括多個開關(guān)元件27a、27b以及27c。在該實施例中，初級側(cè)電路21的開關(guān)元件以及26e中的每一個均是選自第1實施例和第2實施例的AWaN/GaNHEMT。次級側(cè)電路22的開關(guān)元件27a、27b以及27c中的每一個是使用硅的普通的MIS-FET。在該實施例中，將高度可靠的AWaN/GaNHEMT應(yīng)用于高壓電路，其中即使在化合物半導(dǎo)體層2處沒有用于柵極的溝槽，該高壓電路也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行準(zhǔn)確的常關(guān)操作。這樣，提供了高度可靠的高功率功率電路。第5實施例本實施例公開了具有選自第1實施例和第2實施例的AWaN/GaN HEMT的高頻放大器。圖6為示出根據(jù)第5實施例的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的電路圖。該實施例的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路31、混合器3 和32b以及功率放大 33 ο數(shù)字預(yù)失真電路31補(bǔ)償輸入信號的非線性失真?；旌掀? 將非線性失真經(jīng)過補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘柵c交流信號混合。功率放大器33將與交流信號混合的輸入信號放大，并且其具有選自第1實施例和第2實施例的MGaN/GaNHEMT。在圖6中，輸出側(cè)上的信號通過開關(guān)與混合器32b處的交流信號混合，然后被傳輸?shù)綌?shù)字預(yù)失真電路31。在該實施例中，將高度可靠的AWaN/GaNHEMT應(yīng)用于高頻放大器，其中即使在化合物半導(dǎo)體層2處沒有用于柵極的溝槽，該高頻放大器也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行準(zhǔn)確的常關(guān)操作。因此，提供了具有高耐壓的高度可靠的高頻放大器。其它實施例第1實施例至第5實施例示出了作為示例性化合物半導(dǎo)體器件的AKiaN/GaN HEMT。除了 MGaN/GaN HEMT之外，下面的HEMTs也適于作為化合物半導(dǎo)體器件。示例1本示例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlN/GaN HEMT?；谄錁?gòu)成，InAlN和GaN是可以具有相近的晶格常數(shù)的化合物半導(dǎo)體。在上述第1實施例至第4實施例中，電子傳輸層可以是i-GaN ；中間層可以是i-InAIN ；電子供應(yīng)層可以是n-InAIN;以及覆蓋層可以是n-GaN。由于幾乎不發(fā)生壓電極化，二維電子氣由于 InAlN的自發(fā)極化而產(chǎn)生。在該示例中，提供了與上述AlGaN/GaN HEMT相似的InAlN/GaNHEMT，其中即使在化合物半導(dǎo)體處沒有用于柵極的溝槽也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行準(zhǔn)確的常關(guān)操作。示例2本示例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的IniUGaN/GaN HEMT。GaN和IniUGaN是化合物半導(dǎo)體，其中IniUGaN具有的晶格常數(shù)小于GaN。在上述第1實施例至第4實施例中，電子傳輸層可以是i-GaN ；中間層可以是i-InAKiaN ；電子供應(yīng)層可以是n-InAlGaN ；以及覆蓋層可以是n+_GaN。在該示例中，提供了高度可靠的IniUGaN/GaN HEMT，其中即使在化合物半導(dǎo)體處沒有用于柵極的溝槽也能夠利用相對簡單的結(jié)構(gòu)執(zhí)行準(zhǔn)確的常關(guān)操作。本文所述的全部示例和條件性語言是為了教示性的目的，以幫助讀者理解本發(fā)明以及發(fā)明人為了促進(jìn)技術(shù)而貢獻(xiàn)的概念，并應(yīng)解釋為不限制于這些具體描述的示例和條件。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的方案的實施例，但應(yīng)理解在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可作出各種變化、替換以及更改。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括 化合物半導(dǎo)體層；第一膜，形成在所述化合物半導(dǎo)體層的上方，所述第一膜在與所述化合物半導(dǎo)體層的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)；第二膜，形成在所述第一膜的上方，所述第二膜在與所述第一膜的界面處處于帶正電狀態(tài)；以及柵極，被嵌入在所述第二膜中形成的開口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中，所述第一膜包含氮化鋁；并且所述第二膜包含選自氧化鋁、氮氧化鋁、氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、氮化硼、氧化鉿、氮化鉿以及氮氧化鉿組里的至少一種化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中， 所述第一膜的所述氮化鋁具有多晶結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中，所述化合物半導(dǎo)體層包括電子傳輸層和電子供應(yīng)層，該電子傳輸層處產(chǎn)生二維氣體，該電子供應(yīng)層位于所述電子傳輸層上方；并且其中，所述電子供應(yīng)層具有能夠防止當(dāng)所述化合物半導(dǎo)體層的表面暴露時在所述電子傳輸層處產(chǎn)生二維氣體的厚度和構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括第三膜，形成在所述第二膜的上方且覆蓋在所述第二膜中形成的所述開口的內(nèi)壁表其中，被嵌入所述開口中的所述柵極在所述第三膜的上方形成。
6.一種化合物半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在化合物半導(dǎo)體層的上方形成第一膜，所述第一膜在與所述化合物半導(dǎo)體層的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)；在所述第一膜的上方形成第二膜，所述第二膜在與所述第一膜的界面處處于帶正電狀態(tài)；在所述第二膜中形成開口 ；以及形成嵌入所述開口中的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述化合物半導(dǎo)體層包括電子傳輸層和電子供應(yīng)層，該電子傳輸層處產(chǎn)生二維氣體，該電子供應(yīng)層位于所述電子傳輸層上方；并且其中，在形成所述第一膜之前形成所述電子供應(yīng)層以便具有能夠防止當(dāng)所述化合物半導(dǎo)體層的表面暴露時在所述電子傳輸層處產(chǎn)生二維氣體的厚度和構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一膜包含氮化鋁；并且其中，所述第二膜包含選自氧化鋁、氮氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化硼、氧化鉿、氮化鉿以及氮氧化鉿組里的至少一種化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述第二膜的上方形成第三膜以便在所述第二膜中形成所述開口之后覆蓋所述開口的內(nèi)壁表面，其中，所述柵極在所述第三膜的上方形成以被嵌入所述開口中。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中， 通過原子層沉積形成所述第一膜和所述第二膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中， 所述第一膜的所述氮化鋁具有多晶結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法，該化合物半導(dǎo)體器件包括化合物半導(dǎo)體層；第一膜，形成在化合物半導(dǎo)體層的上方，第一膜在與化合物半導(dǎo)體層的界面處處于帶負(fù)電狀態(tài)或非帶電狀態(tài)；第二膜，形成在第一膜的上方，第二膜在與第一膜的界面處處于帶正電狀態(tài)；以及柵極，被嵌入在第二膜中形成的開口中。
文檔編號H01L21/335GK102569377SQ20111040279
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者今西健治, 吉川俊英, 金村雅仁 申請人:富士通株式會社