半导体装置的制作方法

本发明涉及在si基板之上形成的氮化物类高电子迁移率晶体管(hemt：highelectronmobilitytransistor)。

背景技术：

具有algan/gan类异质构造的ganhemt与gaas类hemt相比高频(rf)输出密度大，能够减小器件尺寸即栅极宽度，因此，正在积极地进行开发。例如，如果试图实现与gaas类hemt相同功率的ganhemt，则由于耐压大，所以能够减小漏极电流，能够减小晶体管尺寸，也能够减小电极间电容。因此，输出阻抗变大，由串联寄生电阻引起的电力损耗变小，并且阻抗变化比变小，频带变宽。

图7是表示si基gan器件的输入输出特性的图。在低温时，输入输出特性是正常的。但是，在高温时，输出电力在与低温时相比明显低的输入电力时饱和，随后降低。这里，高温例如是si基板超过180℃这样的状况，小于或等于180℃的温度是低温。虽然si基板比sic基板便宜，但是存在这样的问题。

图8是表示高电阻si基板的电阻率的图。si基板的电阻率与温度一起变化，如果大于或等于180℃则急剧地降低。这是由于si的带隙小，因此产生载流子。因此，si基ganhemt的输出在高温时降低是由于基板电阻降低所导致的。这是si基板特有的问题，对于带隙是si的3倍左右大的sic基板而言，不会引起电阻率的降低。

图9是将si基板的电阻率高的情况和低的情况下的断开时、即通过rf动作而使沟道被夹断的状态的输出路径进行了比较的剖面。在低温时基板电阻rs大，漏源电容cds也小。因此，rf电力试图在经由背面电极的通路通过，在该通路rf电力几乎不泄漏。另一方面，在高温时，基板电阻rs降低，rf电力容易通过，由于si基板变成低电阻，从而漏源电容cds急剧地增加。因此，rf电力的泄漏也急剧地增加，出现即使使输入电力增加输出电力也不增加的现象。

这样，si基ganhemt对于实现便宜且高输出的器件是合适的，但是存在高温时的rf动作不稳定的问题。与此相对，提出了如下技术，即，对漏极电极进行分割，将其之间隔离，由此，降低与基板的寄生电容，改善高温时的rf动作(例如，参照专利文献1)。另外，提出了如下技术，即，对漏极电极进行分割，在其之间嵌入与gan相比介电常数低的低介电层，由此，降低漏源电容，改善高温时的rf动作(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2011-204984号公报

专利文献2：日本特开2015-79923号公报

技术实现要素：

si基ganhemt使用高电阻si基板。如果变成高温，则在漏极电极之下，在氮化物半导体和si基板的边界，在si基板开始积存电子。那里成为rf电力的泄漏路径，泄漏的电力还产生热量，由此，进入si基板的电阻率下降这样的循环。因此，漏源电容急剧地增加，输出电力降低。因此，在将si基ganhemt用作rf高输出器件的情况下，即使在高温时使输入电力增加，输出电力也提前地饱和而减少。

在对漏极电极进行分割，将其之间隔离的现有技术中，难以降低漏极电极和si基板的寄生电容并且难以防止电阻率降低。另外，在对漏极电极进行分割，在其之间嵌入低介电层的现有技术中，难以防止si基板的电阻率的降低。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到能够使高温时的高频特性得到改善的半导体装置。

本发明涉及的半导体装置的特征在于，具备：si基板；氮化物半导体层，其设置于所述si基板之上；栅极电极、源极电极及漏极电极，它们设置于所述氮化物半导体层之上；以及p型导电层，其在所述漏极电极之下设置于所述si基板，与所述氮化物半导体层相接。

发明的效果

在本发明中，在漏极电极之下设置有p型导电层。因此，能够防止在高温时在si基板产生的电子积存在漏极电极之下。因此，不存在泄漏高频电力的电子，在断开时高频电力不会向基板侧泄漏。由此，高温时的输出电力不会降低，能够使高温时的高频特性得到改善。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。

图2是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。

图3是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的剖面图。

图4是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的剖面图。

图5是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的剖面图。

图6是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置的剖面图。

图7是表示si基gan器件的输入输出特性的图。

图8是表示高电阻si基板的电阻率的图。

图9是将si基板的电阻率高的情况和低的情况下的断开时、即通过rf动作而使沟道被夹断的状态的输出路径进行了比较的剖面。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式涉及的半导体装置。对相同或者对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖面图。该半导体装置是si基ganhemt。si基板1例如是在室温下具有10000ωcm左右的电阻的高电阻的si基板。

作为氮化物半导体层，在si基板1之上通过晶体生长设置有缓冲层2、电子传输层3以及电子供给层4。缓冲层2例如是将al浓度不同的多个algan层层叠而成的。电子传输层3例如是非掺杂的gan层。电子供给层4例如是al成分为0.1至0.5的algan层、或者在algan层和电子传输层3之间形成了aln层而成的。

在电子供给层4之上设置有栅极电极5、源极电极6以及漏极电极7。栅极电极5例如由ni/au类的材料构成。源极电极6以及漏极电极7例如由ti/al类的材料构成。为了保护这些电极，设置有下层绝缘膜8以及上层绝缘膜9。下层绝缘膜8以及上层绝缘膜9例如是氮化硅膜。在si基板1的背面设置有背面电极10。背面电极10例如由ti/au类材料构成。

在漏极电极7之下，在si基板1设置有与缓冲层2相接的p型导电层11。p型导电层11例如通过离子注入而形成，使用硼(b)、铝(al)等作为p型掺杂剂。优选p型导电层11的杂质浓度大于或等于5e16cm^-3。p型导电层11的注入深度可以小于或等于1微米。

在使用si基ganhemt作为高频器件的情况下，使用高电阻的si基板1防止rf电力向基板侧泄漏而导致输出特性恶化。但是，如果变成高温，则在si基板1开始产生载流子。而且，就si基ganhemt而言，为了有效利用gan类材料的特征而进行高电压动作。例如，通常使用50v左右作为漏极电压。由于漏极电压是高电压，所以在si基板1产生的载流子中，电子在与缓冲层2相接的si基板1侧的漏极电极7之下集中。

与此相对，在本实施方式中，在漏极电极7之下设置有p型导电层11。因此，能够防止在高温时在si基板1产生的电子积存在漏极电极7之下。因此，不存在泄漏高频电力的电子，能够防止在断开时高频电力向基板侧泄漏。由此，高温时的输出电力不会降低，能够使高温时的高频特性得到改善。其结果，能够实现与以往相比能够在高温下动作的si基ganhemt。

但是，当在包含栅极电极5以及源极电极6之下在内的si基板1的整个面形成了p型导电层11的情况下，虽然能够抑制高温时的输出降低，但是在低温时rf电力经由p型导电层11泄漏。另外，源极电极6与背面电极10是相同的电压，因此，即使在源极电极6之下形成p型导电层11，与在漏极电极7之下形成p型导电层相比，电子也难以积存，没有效果。因此，p型导电层11没有设置于栅极电极5以及源极电极6之下。

实施方式2

图2是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖面图。如果设置p型导电层11，则有时在低温时高频电力的泄漏会增加。与此相对，在本实施方式中，p型导电层11的宽度比漏极电极7的宽度窄。由此，能够减少在低温时高频电力向基板侧泄漏，提高低温时的特性。其他结构以及效果与实施方式1相同。

实施方式3

图3是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的剖面图。p型导电层11的宽度比漏极电极7的宽度宽。由此，与实施方式1相比，能够减少在高温时高频电力向基板侧泄漏。其他结构以及效果与实施方式1相同。此外，如果将p型导电层11的宽度加宽，则在低温时高频电力的泄漏增加，在重视高温时的特性的情况下本实施方式是有效的。

实施方式4

图4是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的剖面图。p型导电层11具有高浓度层11a和设置于高浓度层11a的外侧并且与高浓度层11a相比杂质浓度低的低浓度层11b。高浓度层11a和低浓度层11b例如通过离子注入而形成，使用硼(b)、铝(al)等作为p型掺杂剂。

如果如实施方式3那样加宽p型导电层11的宽度，则在低温时高频电力的泄漏增加。与此相对，通过如本实施方式那样设置高浓度层11a和低浓度层11b，由此，高温时的特性和低温时的特性的兼顾变得容易。即，防止了在高温时在si基板1产生的电子积存在漏极电极7之下并且低温时的特性也容易调整。其结果，能够调整为最适于器件的目的的状态。其他结构以及效果与实施方式1相同。

实施方式5

图5是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的剖面图。在p型导电层11之上漏极电极7被分割，在缓冲层2、电子传输层3以及电子供给层4设置有空腔12。例如使用氯类气体对缓冲层2、电子传输层3以及电子供给层4进行干蚀刻而形成空腔12，使si基板1露出。由此，能够降低漏源电容，因此，在高温时高频电力更难以向基板侧泄漏。

实施方式6

图6是表示本发明的实施方式6涉及的半导体装置的剖面图。与缓冲层2、电子传输层3以及电子供给层4相比介电常数低的低介电常数材料13被嵌入空腔12。低介电常数材料13例如是苯并环丁烯、聚酰亚胺以及多氟烃等。由此，能够降低漏源电容，因此，在高温时高频电力更难以向基板侧泄漏。另外，在通过模塑树脂进行封装的器件的情况下，在实施方式5中介电常数稍高的模塑树脂进入空腔12，因此，效果降低。与此相对，在将与模塑树脂相比介电常数低的低介电常数材料13嵌入空腔12的本实施方式中，能够防止这一情况。

标号的说明

1si基板，2缓冲层(氮化物半导体层)，3电子传输层(氮化物半导体层)，4电子供给层(氮化物半导体层)，5栅极电极，6源极电极，7漏极电极，11p型导电层，11a高浓度层，11b低浓度层，12空腔，13低介电常数材料。