半導(dǎo)體裝置及其制造方法、電源裝置和高頻放大器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了半導(dǎo)體裝置及其制造方法、電源裝置和高頻放大器。該半導(dǎo)體裝置包括：化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，包括堆疊在半導(dǎo)體襯底之上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；以及覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法、電源裝置和高頻放大器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中所討論的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體裝置、用于制造半導(dǎo)體裝置的方法、電源裝置和高頻放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]具有GaN的高電子遷移率晶體管(HEMT) (GaN-HEMT)為具有包括化合物半導(dǎo)體(例如氮化物半導(dǎo)體)的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的示例。例如，具有GaN-HEMT的高輸出裝置可以用在電源裝置中，并且具有GaN-HEMT的高頻裝置可以用在高頻放大器中。
[0003]這些裝置的高電壓操作導(dǎo)致電流崩塌的發(fā)生，電流崩塌是導(dǎo)通電阻增加以使漏電流(源極-漏極電流)降低的現(xiàn)象。該電流崩塌的發(fā)生降低了裝置的輸出特性，例如輸出和效率。
[0004]一種減小電流崩塌的技術(shù)是提供覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的絕緣膜。
[0005]然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)根據(jù)以上技術(shù)所教導(dǎo)的那樣提供絕緣膜以覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面時(shí)，在高電壓操作期間電子被存在于絕緣膜的表面上的陷阱俘獲，因而引起漏電流的下降。
[0006]也就是說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了增強(qiáng)裝置的輸出特性而向以上裝置施加高漏電壓會(huì)產(chǎn)生施加到柵電極附近的強(qiáng)電場(chǎng)，并且穿過(guò)溝道的電子中的一些電子被該強(qiáng)電場(chǎng)加速并且傳輸?shù)交衔锇雽?dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面，導(dǎo)致已經(jīng)傳輸?shù)碾娮又械囊恍╇娮颖淮嬖谟诟采w化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的絕緣膜的表面上的陷阱俘獲，因而引起漏電流的下降。
[0007]因而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然根據(jù)以上技術(shù)所教導(dǎo)的那樣形成覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的絕緣膜與沒(méi)有這樣的絕緣膜時(shí)相比可以減小電流崩塌，但是充分減小電流崩塌是不可行的，這是因?yàn)榇嬖谟诮^緣膜的表面上的陷阱俘獲電子并且這引起漏電流的下降。
[0008]以下為參考文獻(xiàn):
[0009][文獻(xiàn)I]日本特開(kāi)專(zhuān)利公布第2010-287605號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置包括:化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，包括堆疊在半導(dǎo)體襯底之上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；以及覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
[0011]本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)在權(quán)利要求中具體指出的要素和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)和得到。
[0012]應(yīng)該理解，前述一般描述和以下詳細(xì)描述均為示例性和說(shuō)明性的，并非限制要求保護(hù)的本發(fā)明。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；[0014]圖2為示出在氮化娃膜中的N-H基團(tuán)濃度與自旋濃度(spin concentration)之間的關(guān)系的圖；
[0015]圖3A至圖3L為示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的方法的示意性截面視圖；
[0016]圖4A為示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的IV特性的圖，并且圖4B為示出在絕緣膜的頂側(cè)上沒(méi)有含有超出化學(xué)計(jì)量比(stoichiometric ratio)的氮元素的第一區(qū)域的、半導(dǎo)體裝置的IV特性的圖；
[0017]圖5為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第一修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0018]圖6為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第二修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0019]圖7為示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施例的第二修改的半導(dǎo)體裝置的方法的示意性截面視圖；
[0020]圖8為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第三修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0021]圖9為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第四修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0022]圖10為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第五修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0023]圖11為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第五修改的半導(dǎo)體裝置的IV特性的圖；
[0024]圖12為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第六修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0025]圖13為示出根據(jù)第一實(shí)施例的第七修改的半導(dǎo)體裝置的配置的示意性截面視圖；
[0026]圖14為示出根據(jù)第二實(shí)施例的電源裝置的配置的示意圖；以及
[0027]圖15為示出根據(jù)第三實(shí)施例的高頻放大器的配置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下文中，將參照附圖描述根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置、用于制造該半導(dǎo)體裝置的方法、電源裝置以及高頻放大器。
[0029][第一實(shí)施例]
[0030]首先，將參照?qǐng)D1至圖4B來(lái)描述根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置以及用于制造該半導(dǎo)體裝置的方法。
[0031]本實(shí)施例中的半導(dǎo)體裝置為具有化合物半導(dǎo)體(例如氮化物半導(dǎo)體)的化合物半導(dǎo)體裝置。在此，作為示例將描述具有氮化物半導(dǎo)體的肖特基場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，詳細(xì)地為肖特基GaN-HEMT，其用在例如高輸出裝置和高頻裝置的裝置中并且具有用GaN作為電子傳輸層并且用AlGaN作為電子供給層的氮化物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)(HEMT結(jié)構(gòu))。
[0032]如在例如圖1中示出的，半導(dǎo)體裝置包括:包括堆疊在半導(dǎo)體襯底I上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2 ;與化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2進(jìn)行肖特基接觸的柵電極3 ;與化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2進(jìn)行歐姆接觸的一對(duì)歐姆電極4和5 ;以及覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的第一絕緣膜6。
[0033]在此，化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2為下述氮化物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu):其中在半絕緣SiC襯底I上依次堆疊有緩沖層8、GaN電子傳輸層9、AlGaN電子供給層10以及GaN表面層(蓋層)11。在該情況下，如在圖1中用虛線所指出的，在GaN電子傳輸層9與AlGaN電子供給層10之間的界面附近形成二維電子氣(2DEG)。此外，在GaN表面層11上布置有柵電極3，并且在AlGaN電子供給層10上在兩側(cè)布置有一對(duì)歐姆電極，即源電極4和漏電極5，其中柵電極3介于源電極4與漏電極5之間。
[0034]第一絕緣膜6被布置為覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2中的化合物半導(dǎo)體層(在示出的情況下，為GaN表面層11)的表面以及源電極4的表面和漏電極5的表面。然而，配置不限于此，只要第一絕緣膜6至少覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面即可。在示出的情況下，第一絕緣膜6被布置為與化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面接觸。
[0035]第一絕緣膜6為下述氮化硅膜:該氮化硅膜在其頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6為下述氮化硅膜:相比于在背側(cè)上(即，在化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2側(cè)上)，該氮化硅膜在其頂側(cè)上包括含有更大量的氮元素的第一區(qū)域6X。第一區(qū)域6X也稱(chēng)作高氮區(qū)域或富N區(qū)域。此外，第一絕緣膜6的除第一區(qū)域6X之外的第二區(qū)域6Y為化學(xué)計(jì)量的。例如，第一絕緣膜6為化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜(化學(xué)計(jì)量的SiN膜)，該化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜在其頂側(cè)上包括通過(guò)氮的局部注入而形成的氮注入?yún)^(qū)域。在該情況下，氮注入?yún)^(qū)域?yàn)榈谝粎^(qū)域6X，并且除氮注入?yún)^(qū)域之外的化學(xué)計(jì)量區(qū)域?yàn)榈诙^(qū)域6Y。第一絕緣膜6可以為單層或多層結(jié)構(gòu)。此外，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X不限于氮注入?yún)^(qū)域，并且可以為任意區(qū)域，只要含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素即可。
[0036]在此，在第一絕緣膜6中的化學(xué)計(jì)量的第二區(qū)域6Y為由化學(xué)計(jì)量比合適(correct) (N/Si=4/3)的氮化娃形成的化學(xué)計(jì)量的氮化娃區(qū)域,并且呈現(xiàn)出極好的絕緣特性。在第二區(qū)域6Y中，氮化硅膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)為2.0或者接近于2.0。另一方面，在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X中，氮化硅膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)為1.9或者接近于1.9。
[0037]含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X被設(shè)置在第一絕緣膜6的頂側(cè)上，以便降低在第一絕緣膜6的表面上作為電子陷阱的懸掛鍵的數(shù)量并且由此減小電流崩塌。另一方面，除第一區(qū)域6X以外的第一絕緣膜6，即第二區(qū)域6Y，是化學(xué)計(jì)量的并且因此可以確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性。也就是說(shuō)，利用上面的第一絕緣膜6覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面使得可以在確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性的同時(shí)，降低在第一絕緣膜6的表面上作為電子陷阱的懸掛鍵的數(shù)目并且由此減小電流崩塌。
[0038]因而，從例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的角度看，覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的絕緣膜合適地為化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜(化學(xué)計(jì)量的膜)。然而，化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜包括作為電子陷阱的大量懸掛鍵，這是因?yàn)榧词乖咏M成比基本上是化學(xué)計(jì)量的，在膜制造期間也會(huì)以一定概率出現(xiàn)不完全鍵。具體地，存在于覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的絕緣膜的表面上的懸掛鍵容易俘獲已經(jīng)經(jīng)歷實(shí)空間轉(zhuǎn)移的電子，從而引起電流崩塌。
[0039]另一方面，在含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的氮化硅膜中，即在具有高的氮比例(氮元素比例)的氮化硅膜(富N膜)中，懸掛鍵很少，可能是因?yàn)槿齼r(jià)氮具有高遷移率以使得其容易與原子(例如Si)形成鍵。然而，不知道由過(guò)量的氮原子形成什么樣的鍵。由于這些效應(yīng)，通過(guò)使用含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的氮化硅膜，可以降低懸掛鍵的數(shù)目并且可以減小電流崩塌。然而，含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的氮化硅膜偏離(off)化學(xué)計(jì)量比，從而難以確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性。
[0040]圖2為示出氮化硅膜中的N-H基團(tuán)濃度與自旋濃度之間的關(guān)系的圖。在圖2中，用三角標(biāo)記繪制化學(xué)計(jì)量膜中的N-H基團(tuán)濃度與自旋濃度之間的關(guān)系，并且用圓形標(biāo)記繪制富N膜中的N-H基團(tuán)濃度與自旋濃度之間的關(guān)系。在圖2中，字母X表示化學(xué)計(jì)量膜的數(shù)據(jù)組，并且字母Y表示富N膜的數(shù)據(jù)組。懸掛鍵的數(shù)目隨著自旋濃度增加而增加，并且懸掛鍵的數(shù)目隨著自旋濃度降低而降低。
[0041]在制造本文中所述的氮化硅膜的條件下，隨著N-H基團(tuán)濃度增加，膜變得更富含氮，具有更高的氮比例?；瘜W(xué)計(jì)量膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)為2.0或者接近于2.0，并且富N膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)為1.9或者接近于1.9。這些折射率為取決于例如膜的密度的參數(shù)，并且間接表示原子組成比?；瘜W(xué)計(jì)量膜中的原子組成比即N/Si為1.33。富N膜中的原子組成比即N/Si為1.40。這些原子組成的值是通過(guò)基于盧瑟福背散射(RBS)方法的分析而獲得的。
[0042]如圖2所示，在化學(xué)計(jì)量膜中自旋濃度較高。也就是說(shuō)，已經(jīng)證明了化學(xué)計(jì)量膜具有大量的懸掛鍵。另一方面，在富N膜中自旋濃度較低。也就是說(shuō)，已經(jīng)證明了富N膜具有少量的懸掛鍵。因而，已經(jīng)證明富N膜具有比化學(xué)計(jì)量膜更低的自旋濃度。換言之，富N膜具有比存在于化學(xué)計(jì)量膜中的懸掛鍵更少的懸掛鍵。還示出了在化學(xué)計(jì)量膜中，具有較低的N-H基團(tuán)濃度的那些膜具有較低的自旋濃度。也就是說(shuō)，已經(jīng)證明了具有較低的N-H基團(tuán)濃度的化學(xué)計(jì)量膜包含較少量的懸掛鍵。
[0043]類(lèi)似地，在富N膜中，具有較低的N-H基團(tuán)濃度的那些膜具有較低的自旋濃度。也就是說(shuō)，已經(jīng)證明了具有較低的N-H基團(tuán)濃度的富N膜包含較少量的懸掛鍵。關(guān)于兩組膜，即如上所討論的化學(xué)計(jì)量膜的組和富N膜的組，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有較低的N-H基團(tuán)濃度的氮化硅膜(即具有較少的抑制Si與N之間的鍵合的H鍵的氮化硅膜)具有較低的自旋濃度和較少量的懸掛鍵。為了形成具有低N-H基團(tuán)濃度的氮化硅膜，即具有少量的懸掛鍵的氮化硅膜，進(jìn)行如氮注入或N2等離子體暴露的技術(shù)是有效的。也就是說(shuō)，具有低N-H基團(tuán)濃度的這樣的氮化硅膜，即具有少量的懸掛鍵的這樣的氮化硅膜通過(guò)氮注入或N2等離子體暴露比通過(guò)例如NH3等離子體輻照更有效地形成。
[0044]在本實(shí)施例中，如上所述，化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜用作覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的絕緣膜，并且在絕緣膜的頂側(cè)上局部地設(shè)置含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X。根據(jù)該配置，在確保例如耐受電壓、耐潮性以及絕緣特性的特性的同時(shí)，降低在絕緣膜的表面上作為電子陷阱的懸掛鍵的數(shù)目以減小電流崩塌。在此，通過(guò)使用化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜作為覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的絕緣膜并且通過(guò)將包含很少的懸掛鍵的富氮區(qū)域(鍵的形成未受氫抑制的富氮區(qū)域)布置在絕緣膜的頂側(cè)上，來(lái)減少電流崩塌。
[0045]在本實(shí)施例中，第一絕緣膜6具有延伸到化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面(在示出的情況下，為GaN表面層11的表面)的柵極開(kāi)口(柵電極形成開(kāi)口)6A。也就是，在第一絕緣膜6中的柵極開(kāi)口 6A的底部處露出化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面(肖特基表面；在示出的情況下，為GaN表面層11的表面)。柵電極3是被布置為懸垂在第一絕緣膜6中的柵極開(kāi)口 6A上的懸垂柵電極,并且與化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面(在不出的情況下,為GaN表面層11的表面)進(jìn)行肖特基接觸。此外，柵電極3具有設(shè)置在柵極開(kāi)口 6A中的細(xì)柵極部分3A(第一部分)；以及柵極上方(over-gate)部分3B (第二部分)，被設(shè)置在細(xì)柵極部分3A上以朝向源電極4和漏電極5延伸并且與第一絕緣膜6的表面接觸。
[0046]第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X被設(shè)置在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的、除其上布置有柵極上方部分3B的區(qū)域以及該區(qū)域附近的區(qū)域以外的區(qū)域中。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6是在其頂側(cè)上具有第一區(qū)域6X的氮化硅膜，該第一區(qū)域6X含有與存在于柵電極3附近的區(qū)域(電場(chǎng)集中區(qū)域)中的氮元素的量相比更大量的氮元素。在示出的情況下，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X從柵電極3附近(在示出的情況下，為柵極上方部分3B在漏電極5側(cè)的端部；漏電極側(cè)的柵極上方端部)延伸到漏電極5的表面的頂部，并且在另一側(cè)從柵電極3附近(在示出的情況下，為柵極上方部分3B在源電極4側(cè)的端部；源電極側(cè)的柵極上方端部)延伸到源電極4的表面的頂部以便免于與柵電極3接觸。
[0047]在以上方法中，可以通過(guò)提供第一絕緣膜6以覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面來(lái)減小電流崩塌。此外，可以通過(guò)將第一絕緣膜6配置為在其頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X的氮化硅膜來(lái)減小第一絕緣膜6的表面上的電子陷阱的數(shù)目。
[0048]根據(jù)該配置，可以減小由于電子被存在于第一絕緣膜6的表面上的陷阱俘獲而引起的漏電流的降低。因此，電流崩塌的充分減小變得可行?？梢酝ㄟ^(guò)將第一絕緣膜6配置為下述氮化硅膜來(lái)補(bǔ)救帶調(diào)制的發(fā)生:第一絕緣膜6該在第一絕緣膜6的頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素并且從而降低在第一絕緣膜6的表面上的電子陷阱的數(shù)目的第一區(qū)域6X。因此，可以減少電流崩塌，電流崩塌是下述現(xiàn)象:其中通過(guò)由于電子被存在于第一絕緣膜6的表面上的陷阱俘獲而引起的耗盡層的擴(kuò)展來(lái)降低電流。
[0049]接下來(lái)，將參照?qǐng)D3A至圖3L來(lái)描述用于制造根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的方法。
[0050]首先，如圖3A所示，通過(guò)例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)在半絕緣SiC襯底I (半導(dǎo)體襯底)上依次外延生長(zhǎng)緩沖層8、GaN電子傳輸層9、AlGaN電子供給層10以及GaN表面層11，由此形成作為多個(gè)化合物半導(dǎo)體層8至11的堆的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2。緩沖層8具有阻礙SiC襯底I的表面上的晶格缺陷向電子傳輸層9傳播的作用。
[0051]接下來(lái)，如圖3B所示，通過(guò)將例如Ar選擇性注入到化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2以及SiC襯底I的表面部分中，將整個(gè)堆劃分為多個(gè)元件。因此，形成對(duì)有源區(qū)域進(jìn)行限定的元件劃分區(qū)域12。
[0052]接下來(lái)，如圖3C所示，通過(guò)例如光刻在化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2上形成抗蝕劑圖案13，以使得抗蝕劑圖案13在源電極形成區(qū)域和漏電極形成區(qū)域中具有開(kāi)口。
[0053]接下來(lái)，如圖3D所示，在使用抗蝕劑圖案13作為掩模的情況下，通過(guò)例如使用惰性氣體和含氯氣體(例如Ci2氣)進(jìn)行干蝕刻來(lái)移除源電極形成區(qū)域和漏電極形成區(qū)域中的GaN表面層11。盡管GaN表面層11被示出為已經(jīng)貫穿整個(gè)厚度被移除，但是該蝕刻不限于此。例如，GaN表面層11可以被移除至下述深度:該深度使得GaN表面層11的一部分保留?？商孢x地,可以通過(guò)GaN表面層11到AlGaN電子供給層10中的深度來(lái)實(shí)施蝕刻。
[0054]接下來(lái)，如圖3E所示，在GaN表面層11的源電極形成預(yù)定區(qū)域和漏電極形成預(yù)定區(qū)域中產(chǎn)生的相應(yīng)開(kāi)口中形成源電極4和漏電極5。在此，通過(guò)例如借助沉積方法依次沉積Ti (例如，厚度為20nm)和Al (例如，厚度為200nm)、并且剝離(lift off)即移除具有開(kāi)口的抗蝕劑圖案13，在AlGaN電子供給層10上形成源電極4和漏電極5作為一對(duì)歐姆電極。此后，在例如約550°C的溫度下執(zhí)行熱處理，以在AlGaN電子供給層10與歐姆電極(即源電極4和漏電極5)之間建立歐姆接觸。[0055]接下來(lái)，形成第一絕緣膜6，第一絕緣膜6是覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的氮化硅膜，并且在其頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X。
[0056]首先，如圖3F所示，形成作為第一絕緣膜6的氮化硅膜(SiN膜)，以覆蓋具有作為歐姆電極的源電極4和漏電極5的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的整個(gè)表面。
[0057]詳細(xì)地，通過(guò)例如等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)在具有作為歐姆電極的源電極4和漏電極5的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面上形成作為第一絕緣膜6的氮化硅膜。也就是說(shuō)，形成氮化硅膜作為第一絕緣膜6，以覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面。
[0058]在此，形成具有極好的絕緣特性的化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜作為第一絕緣膜6。為此，例如，在氣體流速為SiH4/N2=約2.5sccm/約500sCCm、壓力為約1000毫托、膜制造溫度為約300°C并且RF (射頻)功率為約50W的膜制造條件下，對(duì)作為原料的硅烷和氮進(jìn)行沉積，由此形成厚度為例如50nm的氮化硅膜。發(fā)現(xiàn)如此形成的氮化硅膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)接近于2.0。折射率是使用橢圓光度法來(lái)測(cè)量的。因?yàn)榈枘さ恼凵渎蕿?.0或者接近于2.0，所以氮化硅膜基本上是化學(xué)計(jì)量合適的，S卩，N/Si比為4/3。也就是說(shuō)，形成了具有極好的絕緣特性的目標(biāo)化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜。
[0059]接下來(lái)，如圖3G所示，用抗蝕劑圖案14遮蓋要被保護(hù)免受氮(氮元素)注入的影響的區(qū)域，由此限定了氮注入?yún)^(qū)域(氮引入?yún)^(qū)域)。在示出的情況下，在下述區(qū)域中形成抗蝕劑圖案14:該區(qū)域包括(懸垂柵電極3的)柵極上方部分形成預(yù)定區(qū)域，并且比該形成預(yù)定區(qū)域更大(例如，大了約0.1 μ m)o例如，將抗蝕劑(Sumitomo Chemical公司制造的PF1-32)施加到整個(gè)表面上；然后施加UV (紫外)射線，以對(duì)除了包括(懸垂柵電極3的)柵極上方部分形成預(yù)定區(qū)域并且比該形成預(yù)定區(qū)域大了約0.1 μπι的區(qū)域之外的區(qū)域進(jìn)行曝光；并且用顯影溶液(TOKYO OHKA KOGYO公司制造的顯影溶液NMD-W)對(duì)潛在的圖案進(jìn)行顯影，以在包括(懸垂柵電極3的)柵極上方部分形成預(yù)定區(qū)域并且比該形成預(yù)定區(qū)域大了約0.1 μ m的區(qū)域中形成抗蝕劑圖案14。
[0060]在使用該抗蝕劑圖案14作為掩模的情況下，將氮(氮元素)注入到作為化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜的第一絕緣膜6的頂側(cè)中，由此形成含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X。在此，在除了包括(懸垂柵電極3的)柵極上方部分形成預(yù)定區(qū)域并且比該形成預(yù)定區(qū)域大了約0.1 μ m的區(qū)域之外的區(qū)域中，通過(guò)氮注入方法選擇性地在第一絕緣膜6的表面的附近注入大約I X IO21氮原子/cm3至大約I X IO22氮原子/cm3。氮引入方法不限于氮注入方法，并且可以是其它方法，例如N2等離子體暴露或NH3等離子體輻照等，只要方法可以制造含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的區(qū)域即可。
[0061]在注入氮元素之后，在高于約300°C的膜制造溫度下，例如在約550°C的溫度下，進(jìn)行用于鍵重組的熱處理?？梢允÷杂糜诮W姆接觸的上述熱處理，并且通過(guò)該熱處理可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)鍵的重組和歐姆接觸的建立。以上述方式，在作為化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜的第一絕緣膜6的頂側(cè)上，局部地形成含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X。在此，通過(guò)在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的、包括(懸垂柵電極3的)柵極上方部分形成預(yù)定區(qū)域并且比該形成預(yù)定區(qū)域大了約0.1 μ m的區(qū)域中沒(méi)有設(shè)置第一區(qū)域6X，來(lái)確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性。
[0062]也就是說(shuō)，因?yàn)榈谝粎^(qū)域6X為偏離化學(xué)計(jì)量比的富N區(qū)域并且難以確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性，所以在要確保例如絕緣特性的特性的柵電極3附近的區(qū)域中沒(méi)有形成第一區(qū)域6X。發(fā)現(xiàn)如上所述形成在第一區(qū)域6X中的氮化硅膜的折射率(對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率)接近于1.9。折射率是使用橢圓光度法來(lái)測(cè)量的。因?yàn)榈谝粎^(qū)域6X中的氮化硅膜的折射率為1.9或者接近于1.9，所以氮化硅膜富含氮。也就是說(shuō)，形成了包括少量懸掛鍵以減少電流崩塌的目標(biāo)氮化硅膜。
[0063]以上述方式，形成了第一絕緣膜6，第一絕緣膜6是覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面并且在其頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X的氮化硅膜。也就是說(shuō)，在其頂側(cè)上包括含有少量懸掛鍵的第一區(qū)域6X的化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜被形成為覆蓋化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面的絕緣膜。
[0064]接下來(lái)，如圖3H所示，用脫模液將抗蝕劑圖案14移除。此后，如圖31所示，形成柵極開(kāi)口形成抗蝕劑圖案15。例如,將抗蝕劑(Sumitomo Chemical公司制造的PF1-32)施加到整個(gè)表面上；然后施加UV (紫外)射線，對(duì)柵極開(kāi)口形成區(qū)域(例如，約600nm長(zhǎng))進(jìn)行曝光；并且用顯影溶液(TOKYO OHKA KOGYO公司制造的顯影溶液NMD-W)對(duì)潛在的圖案進(jìn)行顯影，以在柵極開(kāi)口形成區(qū)域中形成具有開(kāi)口的柵極開(kāi)口形成抗蝕劑圖案15。柵極開(kāi)口也將稱(chēng)作細(xì)柵極開(kāi)口或肖特基柵電極形成開(kāi)口。
[0065]在使用柵極開(kāi)口形成抗蝕劑圖案15作為掩模的情況下，用例如SF6作為蝕刻氣體對(duì)作為第一絕緣膜6的氮化硅膜進(jìn)行干蝕刻，以形成具有例如約600nm的長(zhǎng)度(開(kāi)口寬度:約600nm)的柵極開(kāi)口 6A。此后，用脫模液將柵極開(kāi)口形成抗蝕劑圖案15移除。
[0066]接下來(lái),如圖3J所示，形成由下抗蝕劑層16A (MicroChem公司(美國(guó))制造的PMGI)和上抗蝕劑層16B (Sumitomo Chemical公司制造的PFI32-A8)組成的多層抗蝕劑16(在示出的情況下，為兩層抗蝕劑)；并且用輻射例如UV射線對(duì)抗蝕劑進(jìn)輻照并用顯影溶液(TOKYO OHKA K0GY0公司制造的顯影溶液NMD-W)對(duì)抗蝕劑進(jìn)行顯影，以在上抗蝕劑層16B中形成具有例如1.5 μ m的長(zhǎng)度(開(kāi)口寬度:1.5 μ m)的開(kāi)口 16BX。在上抗蝕劑層16B的顯影期間對(duì)下抗蝕劑層16A進(jìn)行側(cè)面蝕刻，并且形成具有冠狀的多層抗蝕劑16。
[0067]接下來(lái)，如圖3K所示，在使用冠狀的多層抗蝕劑16作為掩模的情況下，將柵極金屬17 (N1:例如約IOnm厚度/Au:例如約300nm的厚度)沉積到整個(gè)表面上。為了便于說(shuō)明，未示出沉積在上抗蝕劑層16B上的柵極金屬17。
[0068]接下來(lái)，通過(guò)用熱有機(jī)溶劑進(jìn)行剝離，將多層抗蝕劑16和不期望的柵極金屬17移除。因而，如圖3L所示，在GaN表面層11上形成柵電極3。
[0069]此后，盡管未示出，但是進(jìn)行用于形成部件例如層間絕緣膜、接觸孔以及各種引線的步驟，從而完成半導(dǎo)體裝置。
[0070]如上面所討論的，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置以及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的優(yōu)點(diǎn)在于:通過(guò)減小由于電子被存在于第一絕緣膜6的表面上的陷阱俘獲而引起的漏電流下降，可以充分地減小電流崩塌。也就是說(shuō)，可以有利地實(shí)現(xiàn)具有良好的電流崩塌特性的半導(dǎo)體裝置。
[0071]當(dāng)通過(guò)上述制造方法實(shí)際制造具有以上結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置時(shí)，與在絕緣膜的頂側(cè)上不具有含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域的半導(dǎo)體裝置相比，在第一絕緣膜6的表面上的電子陷阱的數(shù)目降低并且顯著減少了電流崩塌現(xiàn)象。
[0072]也就是說(shuō)，如通過(guò)圖4B中所示的脈沖IV特性所指明的，在絕緣膜的頂側(cè)上不具有含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域的半導(dǎo)體裝置中發(fā)生了電流崩塌現(xiàn)象。相反，如上所述在第一絕緣膜6的頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域6X的半導(dǎo)體裝置呈現(xiàn)出電流崩塌現(xiàn)象的顯著減小，如通過(guò)圖4A中所示的脈沖IV特性所指明的。在圖4A和圖4B中，虛線表示在低電壓施加期間的電流-電壓特性(漏電流-漏電壓特性)，并且實(shí)線表示在高電壓施加期間的電流-電壓特性(漏電流-漏電壓特性)。
[0073]雖然在以上實(shí)施例中第一區(qū)域6X已被示出為關(guān)于柵電極3被設(shè)置在兩側(cè)，即在漏電極5側(cè)和源電極4側(cè)，但是配置不限于此并且可以為使得例如如圖5所示第一區(qū)域6X關(guān)于柵電極3僅設(shè)置在漏電極5側(cè)。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以被設(shè)置為僅從柵電極3的附近(在示出的情況下，為漏電極側(cè)柵極上方端部)延伸到漏電極5的表面的頂部。這樣的配置實(shí)現(xiàn)了目的，因?yàn)樵诼╇姌O側(cè)柵極上方端部與漏電極端部之間施加強(qiáng)電場(chǎng)，并且更有可能關(guān)于柵電極3在漏電極5側(cè)、在第一絕緣膜6的表面處俘獲電子。該配置將稱(chēng)作第一修改。
[0074]可替選地，例如，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以不延伸到漏電極5和源電極4的表面的頂部以覆蓋漏電極5和源電極4。例如，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以?xún)H設(shè)置在柵電極3與漏電極5之間以及柵電極3與源電極4之間。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以設(shè)置為從柵電極3的附近延伸到漏電極5和源電極4的附近。又可替選地，例如，如圖6所示，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以?xún)H設(shè)置在柵電極3與漏電極5之間。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以設(shè)置為僅從柵電極3的附近延伸到漏電極5的附近。該配置將稱(chēng)作第二修改。在上述的配置中，第一區(qū)域6X可以?xún)H設(shè)置在經(jīng)受高電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域中，并且經(jīng)受低電場(chǎng)強(qiáng)度的其它區(qū)域可以沒(méi)有第一區(qū)域6X。
[0075]也就是說(shuō)，因?yàn)楦锌赡茉诮?jīng)受高電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域中在第一絕緣膜6的表面處俘獲電子，所以第一區(qū)域6X的形成可以?xún)H在該區(qū)域中進(jìn)行以降低懸掛鍵的數(shù)目，并減小電流崩塌。在該情況下，經(jīng)受低電場(chǎng)強(qiáng)度的區(qū)域是化學(xué)計(jì)量的第二區(qū)域6Y，從而可以更有效地確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性。也就是說(shuō)，因?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量的第二區(qū)域6Y比在上述實(shí)施例中更大，所以可以更有效地確保例如絕緣特性、耐受電壓以及耐潮性的特性。在該情況下，如圖7所示，可以通過(guò)例如用下述步驟來(lái)代替上述實(shí)施例中的制造方法中的形成第一區(qū)域6X的步驟(參見(jiàn)圖3G)來(lái)形成第一區(qū)域(氮注入?yún)^(qū)域)6X:在所述步驟中，如圖7所示形成在從柵電極形成區(qū)域附近延伸到漏電極5附近的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑圖案14X，并且在使用該抗蝕劑圖案14X作為掩模的情況下以與上述實(shí)施例相同的方式來(lái)注入氮(氮元素)。
[0076]在上述實(shí)施例(參見(jiàn)圖1)、第一修改(參見(jiàn)圖5)以及第二修改(參見(jiàn)圖6)中，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X被設(shè)置在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的、除其上設(shè)置有柵極上方部分3B的區(qū)域和該區(qū)域附近的區(qū)域之外的區(qū)域中，以避免與柵電極3的任何接觸。然而，配置不限于此，并且可以使得例如第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X設(shè)置在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的包括存在于柵極上方部分(第二部分)3B下方的區(qū)域的區(qū)域中，以與柵電極3接觸。
[0077]例如，該配置可以應(yīng)用于上述實(shí)施例(參見(jiàn)圖1)、第一修改(參見(jiàn)圖5)以及第二修改(參見(jiàn)圖6)中的每一個(gè)。也就是說(shuō)，如例如圖8至圖10所示，第一絕緣膜6的第一區(qū)域(富氮區(qū)域)6X可以設(shè)置為在柵電極3的柵極上方部分3B下方延伸。也就是說(shuō)，如作為示例的圖8所示，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X關(guān)于柵電極3可以設(shè)置在兩側(cè)，即在漏電極5側(cè)和源電極4側(cè)，以從柵電極3 (在示出的情況下，為細(xì)柵極部分3A)附近延伸到漏電極5的表面的頂部和源電極4的表面的頂部。
[0078]該配置將稱(chēng)作第三修改。此外，如作為示例的圖9所示，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X關(guān)于柵電極3可以?xún)H設(shè)置在漏電極5側(cè)，以從柵電極3 (在示出的情況下，為細(xì)柵極部分3A)附近延伸到漏電極5的表面的頂部。該配置將稱(chēng)作第四修改。
[0079]此外，如作為示例的圖10所示，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以設(shè)置在柵電極3(在示出的情況下，為細(xì)柵極部分3A)與漏電極5之間，以從柵電極3 (在示出的情況下，為細(xì)柵極部分3A)附近延伸到漏電極5附近。該配置將稱(chēng)作第五修改。如在圖11中的脈沖IV特性所指明的，通過(guò)如在第三修改至第五修改中那樣允許第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X在柵電極3的柵極上方部分3B下方延伸，進(jìn)一步減小電流崩塌。
[0080]在圖11中，虛線表示在低電壓施加期間的電流-電壓特性(漏電流-漏電壓特性)，并且實(shí)線表示在高電壓施加期間的電流-電壓特性(漏電流-漏電壓特性)。在該情況下，以犧牲其它特性例如耐受電壓為代價(jià)，增強(qiáng)電流崩塌特性。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X的延伸可以增強(qiáng)電流崩塌特性，但導(dǎo)致例如柵-漏耐受電壓的特性的降低，這是因?yàn)楦采w半導(dǎo)體表面的第一絕緣膜6表現(xiàn)為非化學(xué)計(jì)量的。
[0081]因而，這樣的配置在期望耐受電壓不是非常高時(shí)是有效的。例如，供給到漏電極的電壓為約50V的裝置幾乎不會(huì)受到由第一區(qū)域6X的延伸而產(chǎn)生的不利影響，即由第一絕緣膜6表現(xiàn)為非化學(xué)計(jì)量的不利影響，而且電流崩塌的進(jìn)一步減小勝過(guò)了這樣的不利影響。在該情況下，第一區(qū)域6X可以延伸到柵電極3的柵極上方部分3B的端部(柵極上方端部；傘端)與柵電極3的細(xì)柵極部分3A之間的任何位置?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整形成用在第一區(qū)域6X形成步驟中的抗蝕劑圖案的延伸來(lái)改變和控制第一區(qū)域6X的延伸的范圍。
[0082]在上述的實(shí)施例中，還可以設(shè)置第二絕緣膜18以覆蓋第一絕緣膜6，例如，如圖12所示。該配置將稱(chēng)作第六修改。例如，第二絕緣膜18例如SiN膜可以設(shè)置為覆蓋整個(gè)表面，即包括第一區(qū)域6X的第一絕緣膜6和柵電極3。以這種方式，可以改進(jìn)例如耐潮性的特性的可靠性。在該情況下，第二絕緣膜18可以為化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜，并且如在圖12中用虛線所指明的，可以將氮(氮元素)注入到第二絕緣膜18的頂側(cè)上，以形成含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的區(qū)域(在示出的情況下，為氮注入?yún)^(qū)域)18X。也就是說(shuō)，第二絕緣膜18可以為下述氮化硅膜:其覆蓋第一絕緣膜6，并且在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的區(qū)域。
[0083]雖然該配置被示出為上述實(shí)施例的修改，但是配置也可以作為第一修改或第二修改的修改而被應(yīng)用。也就是說(shuō)，覆蓋第一絕緣膜6的第二絕緣膜18可以設(shè)置在下述半導(dǎo)體裝置中:其中第一區(qū)域6X關(guān)于柵電極3僅設(shè)置在漏電極5側(cè)(參見(jiàn)圖5和圖6)。此外，以上配置也可以作為第三修改至第五修改中的任一種的修改而被應(yīng)用。也就是說(shuō)，覆蓋第一絕緣膜6的第二絕緣膜18可以被設(shè)置在下述半導(dǎo)體裝置中:其中第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X在柵電極3的柵極上方部分3B下方延伸(參見(jiàn)圖8至圖10)。
[0084]在上述實(shí)施例中，可以提供場(chǎng)板以使得至少場(chǎng)板的部分位于柵電極3與漏電極5之間。例如，可以提供覆蓋第一絕緣膜6的第二絕緣膜18，并且具有與源極相同電勢(shì)的源場(chǎng)板可以設(shè)置在第二絕緣膜18上，使得源場(chǎng)板的端部位于柵電極3與漏電極5之間的上方。
[0085]雖然在上述實(shí)施例中使用懸垂柵電極3，但是柵電極3不限于此并且可以為例如T形柵電極3X，如圖13所示。在這樣的情況下，可以實(shí)現(xiàn)呈現(xiàn)出極好的特性例如高頻特性的半導(dǎo)體裝置。這樣的配置將稱(chēng)作第七修改。該T形柵電極3X具有:設(shè)置在柵極開(kāi)口 6A中并且向上延伸超過(guò)第一絕緣膜6的細(xì)柵極部分3XA (第一部分);以及柵極上方部分3XB (第二部分)，其在細(xì)柵極部分3XA上方朝向源電極4和漏電極5延伸并且設(shè)置為不與第一絕緣膜6的表面接觸。
[0086]在該情況下，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在第一絕緣膜6的頂側(cè)上的、包括存在于柵極上方部分3XB下方的區(qū)域的區(qū)域中。也就是說(shuō)，第一絕緣膜6的第一區(qū)域6X可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置為從T形柵電極3X的細(xì)柵極部分3XA附近延伸到漏電極5側(cè)和源電極4側(cè)。例如，第一區(qū)域6X可以延伸到遠(yuǎn)離細(xì)柵極部分3XA大約0.05 μ m的位置。
[0087]具有這樣的T形柵電極3X的半導(dǎo)體裝置在T形柵電極3X的柵極上方部分3XB與第一絕緣膜6之間具有間隔。雖然該配置被示出為上述實(shí)施例的修改，但是配置也可以作為第一修改或第二修改的修改而被應(yīng)用。也就是說(shuō)，T形柵電極3X可以用在下述半導(dǎo)體裝置中:其中第一區(qū)域6X關(guān)于柵電極3僅設(shè)置在漏電極5側(cè)(參見(jiàn)圖5和圖6)。此外，以上配置可以作為第六修改的修改而被應(yīng)用。也就是說(shuō)，T形柵電極3X可以用在下述半導(dǎo)體裝置中:其中第二絕緣膜18被設(shè)置為覆蓋第一絕緣膜6 (參見(jiàn)圖12)。
[0088]上述實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)為肖特基結(jié)構(gòu)，其中柵電極3與化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的表面(在示出的情況下，為GaN表面層11的表面)進(jìn)行肖特基接觸。然而，結(jié)構(gòu)不限于此并且可以為例如金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)，其中化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2的整個(gè)表面覆蓋有絕緣膜，例如SiN膜、Al2O3膜、AlN膜或HfO2膜，并且柵電極3被設(shè)置在絕緣膜上。雖然該配置被示出為上述實(shí)施例的修改，但是配置也可以作為第一修改至第七修改中的任一種的修改而被應(yīng)用。也就是說(shuō)，可以在這些修改中采用MIS結(jié)構(gòu)。
[0089]雖然上述實(shí)施例中的半導(dǎo)體襯底I例如為SiC襯底，但是半導(dǎo)體襯底I不限于此并且可以為任意其它襯底,例如半導(dǎo)體襯底,像是藍(lán)寶石襯底、Si襯底以及GaN襯底。此外，襯底不限于半絕緣襯底并且可以為例如η型導(dǎo)電襯底或P型導(dǎo)電襯底。
[0090]此外，上述實(shí)施例中的源電極4、漏電極5以及柵電極3的層結(jié)構(gòu)為示例并且是非限制性的。其它層結(jié)構(gòu)也是可用的。例如，上述實(shí)施例中的源電極4、漏電極5以及柵電極3可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。此外，上述實(shí)施例中的形成源電極4、漏電極5以及柵電極3的方法僅為示例，并且這些層可以通過(guò)任何其它方法來(lái)形成。
[0091]上述實(shí)施例中的構(gòu)成GaN-HEMT的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2不限于以上所述的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，而是可以為任意結(jié)構(gòu)，只要結(jié)構(gòu)至少包括GaN電子傳輸層和AlGaN電子供給層即可。例如，表面層可以為由其它材料組成的層或可以為多層結(jié)構(gòu)。此外，例如，化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2可以沒(méi)有表面層。此外，電子供給層不限于AlGaN，并且可以為包括AlGaN、InAlN以及AlInGaN中的任一種的任意電子供給層。
[0092]雖然上述實(shí)施例中的構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2由GaN化合物半導(dǎo)體材料組成，但是材料不限于此。例如，化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2可以由InP化合物半導(dǎo)體材料組成。在該情況下，例如，化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2可以為下述結(jié)構(gòu):其中緩沖層、InGaAs電子傳輸層、InAlAs電子供給層、InP蝕刻阻擋層以及InGaAs低電阻率層依次堆疊在半絕緣InP襯底上。如在該情況下，化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2不受限制，只要結(jié)構(gòu)至少包括電子傳輸層和電子供給層即可。例如，可以使用可構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)晶體管例如化合物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的任意化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)。[0093]在上述實(shí)施例中，可以在化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)2中設(shè)置柵極凹槽并且柵電極3可以設(shè)置在該柵極凹槽中。
[0094][第二實(shí)施例]
[0095]接下來(lái)，將參照?qǐng)D14描述根據(jù)第二實(shí)施例的電源裝置。在本實(shí)施例中的電源裝置包括以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改的半導(dǎo)體裝置(HEMT)中的任一種。
[0096]如圖14所示，電源裝置包括高壓初級(jí)電路(高壓電路)21、低壓次級(jí)電路(低壓電路)22、以及布置在初級(jí)電路21與次級(jí)電路22之間的變壓器23。
[0097]初級(jí)電路21包括交流電源24、所謂的橋整流器電路25、以及多個(gè)(在示出的情況下為四個(gè))開(kāi)關(guān)元件26a、26b、26c和26d。此外，橋整流器電路25具有開(kāi)關(guān)元件26e。次級(jí)電路22包括多個(gè)(在示出的情況下為三個(gè))開(kāi)關(guān)元件27a、27b和27c。
[0098]在本實(shí)施例中，初級(jí)電路21的開(kāi)關(guān)元件26a、26b、26c、26d和26e是以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改中的任一種的半導(dǎo)體裝置(HEMT)。另一方面，次級(jí)電路22的開(kāi)關(guān)元件27a、27b和27c為具有硅的常見(jiàn)MIS-FET。
[0099]在本實(shí)施例的電源裝置中，將以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改中的任一種的半導(dǎo)體裝置(HEMT)應(yīng)用到高壓電路21。因而，電源裝置有利地實(shí)現(xiàn)高可靠性。
[0100][第三實(shí)施例]
[0101]接下來(lái)，將參照?qǐng)D15描述根據(jù)第三實(shí)施例的高頻放大器。在本實(shí)施例中的高頻放大器包括以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改的任意半導(dǎo)體裝置(HEMT)。
[0102]如圖15所示，高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路31、混頻器32a和32b、以及功率放大器33。功率放大器可以簡(jiǎn)稱(chēng)為放大器。數(shù)字預(yù)失真電路31對(duì)輸入信號(hào)的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償。
[0103]混頻器32a和32b進(jìn)行交流信號(hào)與非線性失真已被補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)的混合。
[0104]功率放大器33將與交流信號(hào)混合的輸入信號(hào)放大，并且包括以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改的任意半導(dǎo)體裝置(HEMT)。
[0105]在圖15中，高頻放大器被配置為使得輸出側(cè)的信號(hào)可以在混頻器32b處與交流信號(hào)混合并且可以通過(guò)例如開(kāi)關(guān)的切換被傳送到數(shù)字預(yù)失真電路31。
[0106]在本實(shí)施例的高頻放大器中，將以上所述的根據(jù)第一實(shí)施例以及修改中的任一種的半導(dǎo)體裝置(HEMT)應(yīng)用到功率放大器33。因而，高頻放大器有利地實(shí)現(xiàn)高可靠性。
[0107]本文所陳述的所有示例和條件語(yǔ)言旨在教示目的以幫助讀者理解本發(fā)明和本發(fā)明人為促進(jìn)技術(shù)而貢獻(xiàn)的構(gòu)思，并且應(yīng)當(dāng)理解為不受這樣具體陳述的示例和條件的限制，而且說(shuō)明書(shū)中的這樣的示例的組織也與表明本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)無(wú)關(guān)。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，可以在不脫離發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明作出各種變化、替代和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括: 化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，包括堆疊在半導(dǎo)體襯底之上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；以及覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一絕緣膜的除所述第一區(qū)域之外的第二區(qū)域?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在所述第一區(qū)域中對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率為1.9或者接近于1.9 ;以及 在所述第二區(qū)域中對(duì)于633nm波長(zhǎng)的光的折射率為2.0或者接近于2.0。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 覆蓋所述第一絕緣膜的第二絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 柵電極，被設(shè)置在所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)之上；以及 設(shè)置在兩側(cè)的源電極和漏電極，其中所述柵電極介于所述源電極與所述漏電極之間，其中， 所述第一區(qū)域關(guān)于所述柵電極被設(shè)置在所述漏電極側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 柵電極，被設(shè)置在所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)之上；以及 設(shè)置在兩側(cè)的源電極和漏電極，其中所述柵電極介于所述源電極與所述漏電極之間，其中， 所述第一區(qū)域關(guān)于所述柵電極被設(shè)置在所述漏電極側(cè)和所述源電極側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 柵電極，被設(shè)置在所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)之上；以及 設(shè)置在兩側(cè)的源電極和漏電極，其中所述柵電極介于所述源電極與所述漏電極之間，其中， 所述第一絕緣膜具有柵電極形成開(kāi)口，所述柵電極具有第一部分和第二部分，所述第一部分被設(shè)置在所述柵電極形成開(kāi)口中，并且所述第二部分被設(shè)置在所述第一部分上以朝向所述源電極和所述漏電極延伸并且與所述第一絕緣膜的表面接觸，并且其中， 所述第一區(qū)域被設(shè)置在所述第一絕緣膜的頂側(cè)上的、除了布置有所述第二部分的區(qū)域和所述布置有所述第二部分的區(qū)域附近的區(qū)域之外的區(qū)域中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 柵電極，被設(shè)置在所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)之上；以及 設(shè)置在兩側(cè)的源電極和漏電極，其中所述柵電極介于所述源電極與所述漏電極之間，其中， 所述第一絕緣膜具有柵電極形成開(kāi)口，所述柵電極具有第一部分和第二部分，所述第一部分被設(shè)置在所述柵電極形成開(kāi)口中，并且所述第二部分被設(shè)置在所述第一部分上以朝向所述源電極和所述漏電極延伸并且與所述第一絕緣膜的表面接觸，并且其中， 所述第一區(qū)域被設(shè)置在這樣的區(qū)域中:該區(qū)域在所述第一絕緣膜的頂側(cè)上且包括存在于所述第二部分下方的區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括: 柵電極，被設(shè)置在所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)之上；以及 設(shè)置在兩側(cè)的源電極和漏電極，其中所述柵電極介于所述源電極與所述漏電極之間，其中， 所述 第一絕緣膜具有柵電極形成開(kāi)口，所述柵電極具有第一部分和第二部分，所述第一部分被設(shè)置在所述柵電極形成開(kāi)口中并且向上延伸超過(guò)所述第一絕緣膜，并且所述第二部分在所述第一部分之上朝向所述源電極和所述漏電極延伸并且被設(shè)置為不與所述第一絕緣膜的表面接觸，并且其中， 所述第一區(qū)域被設(shè)置在這樣的區(qū)域中:該區(qū)域在所述第一絕緣膜的頂側(cè)上且包括存在于所述第二部分下方的區(qū)域。
10.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括: 通過(guò)在半導(dǎo)體襯底之上堆疊多個(gè)化合物半導(dǎo)體層來(lái)形成化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)；以及形成第一絕緣膜以覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中， 所述形成第一絕緣膜包括:形成化學(xué)計(jì)量的氮化硅膜，并且在所述氮化硅膜的頂側(cè)上注入氮元素來(lái)形成所述第一區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，還包括: 形成第二絕緣膜以覆蓋所述第一絕緣膜。
13.一種電源裝置，包括: 變壓器；以及 高壓電路和低壓電路，被布置成使所述變壓器介于所述高壓電路與所述低壓電路之間，所述高壓電路包括晶體管，所述晶體管包括: 化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，包括堆疊在半導(dǎo)體襯底之上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；以及覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
14.一種高頻放大器，包括: 放大器，被配置為對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，所述放大器包括晶體管，所述晶體管包括:化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)，包括堆疊在半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)化合物半導(dǎo)體層；以及覆蓋所述化合物半導(dǎo)體堆結(jié)構(gòu)的表面的第一絕緣膜，所述第一絕緣膜為氮化硅膜，所述氮化硅膜在頂側(cè)上包括含有超出化學(xué)計(jì)量比的氮元素的第一區(qū)域。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK103943676SQ201310698719
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】牧山剛?cè)? 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社