半导体装置的制作方法

本公开涉及半导体装置，特别涉及使用iii族氮化物半导体的iii族氮化物半导体装置。

背景技术：

1、使用iii族氮化物半导体、特别是氮化镓(gan)或氮化铝镓(algan)的iii族氮化物半导体装置由于材料的带隙的宽度而具有较高的绝缘击穿电压。此外，在iii族氮化物半导体装置中，容易形成algan/gan等异质构造。

2、在algan/gan异质构造中，通过由于材料间的晶格常数差而发生的压电极化和algan及gan的自发极化，在algan/gan界面的gan层侧形成高浓度的电子(以下称作“二维电子气层”)的沟道。利用了该二维电子气层的沟道的iii族氮化物半导体装置由于电子饱和速度比较高、并且耐绝缘性比较高、导热率也比较高，所以被应用于高频功率器件。并且，需要使用与algan进行了肖特基接合的电极作为栅极电极。

3、关于这些iii族氮化物半导体装置，为了提高特性，对于栅极电极，需要减轻高温动作中的电极的劣化和减小反向漏电流。因此，对于在栅极电极中使用的材料，优选使用高熔点且功函数高的材料。优选的是，通过使用该材料，使栅极电极的耐热性和肖特基势垒的高度尽可能高。这样，高温动作中的电极的劣化和反向漏电流减小，从而能够使可靠性较高。

4、此外，需要减轻iii族氮化物半导体装置的特有课题、即被称作电流崩塌(currentcollapse)的现象。电流崩塌是通过施加大电流且高电压的应力(stress)从而导通电阻增大的现象。被高电压的应力加速后的电子被iii族氮化物半导体装置内部的晶体缺陷及存在于膜界面处的能级捕获从而发生该现象。

5、在专利文献1中，公开了以下的半导体装置：在+c面方向(<0001>方向)的n型gan层之上，具备高熔点的通过溅射法成膜的nacl构造的n/ta比＝1.00的氮化钽(tan)层，n型gan层与tan层肖特基接合。通过该结构，nacl构造的n/ta比＝1.00的tan，不仅材料的功函数较高为5.4ev，而且与n型gan层的a轴方向的晶格常数差较少所以功函数最大，即肖特基势垒最大。因此，能够提高耐热性并提高肖特基势垒，能够得到可靠性较高的栅极电极。

6、图29是表示专利文献2的半导体装置(iii族氮化物半导体装置)的栅极电极附近的结构的剖视图。如图29所示，在专利文献2的半导体装置中，在衬底101之上依次设置有缓冲层102、gan层103a和algan层104a。该半导体装置通过异质构造而在gan层103a侧具备二维电子气层105。此外，在algan层104a之上设有第1绝缘层211，在第1绝缘层211中设有以使algan层104a露出的方式除去了第1绝缘层211的第1开口部211a。进而，设有以将第1绝缘层211之上以及第1开口部211a覆盖的方式设置的栅极绝缘层204，在栅极绝缘层204之上以将第1开口部211a覆盖的方式设有tan层411a。以将栅极绝缘层204之上和tan层411a之上覆盖的方式设有第2绝缘层212，在第2绝缘层212中设有以使tan层411a的一部分露出的方式除去了第2绝缘层212的第2开口部212b。以将第2开口部212b覆盖的方式依次层叠有氮化钛层(tin层411b)和第1布线层411c，即，该半导体装置具备由tan层411a、tin层411b和第1布线层411c构成的栅极电极411。专利文献2的半导体装置是具备栅极绝缘层204的mis(metal－insulator－semiconductor)构造，但也可以作为mes(metal－semiconductor)构造来利用。该情况下，专利文献2的半导体装置，即使tan层411a和algan层104a肖特基接合，也能够如专利文献1所记载的那样提高耐热性并提高肖特基势垒，能够得到可靠性较高的栅极电极。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开2006－190749号公报

10、专利文献2：日本特开2013－201370号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、根据上述专利文献2，表示了由tan层411a、tin层411b和第1布线层411c构成的栅极电极411。在专利文献2所记载的方法中，根据制造工序中的热过程，如果第1布线层411c的金属原子向algan层104a或第1绝缘层211的内部扩散则产生能级。通过所产生的能级，肖特基势垒高度下降，或者当在源极电极与漏极电极之间施加了高电压时由于电流崩塌从而电子被捕捉而导通电阻增大。因此，需要考虑tan层411a的层厚和tin层411b的层厚，以使得即使通过制造工序中的热过程而带来250℃～500℃左右的温度，第1布线层411c的金属原子也不从第1布线层411c向algan层104a或第1绝缘层211扩散。但是，在专利文献1及2中，没有tan层411a的层厚规定和tin层411b的层厚规定，对第1布线层411c的金属原子向algan层104a或第1绝缘层211的扩散进行抑制的阻挡性不明确。

3、本公开是鉴于这样的课题而做出的，目的在于提供具有可靠性高且导通电阻低的栅极电极的半导体装置。

4、用来解决课题的手段

5、为了达成上述目的，本公开的半导体装置的一技术方案，具有：衬底；第1氮化物半导体层，设在衬底之上；第2氮化物半导体层，带隙比第1氮化物半导体层大，设在第1氮化物半导体层之上；第1绝缘层，设在第2氮化物半导体层之上；源极电极及漏极电极，隔开间隔设置，分别将第1绝缘层贯通并与第1氮化物半导体层电连接；开口部，在源极电极与漏极电极之间以使第2氮化物半导体层露出的方式设在第1绝缘层中；以及栅极电极，与源极电极及漏极电极隔开间隔设置，在开口部处与第2氮化物半导体层接触；栅极电极包括：第1阻挡层，由tan构成，层厚为z1，与第2氮化物半导体层肖特基接合；第2阻挡层，与第1阻挡层之上接触地设置，由tin或wn构成，层厚为z2；以及布线层，与第2阻挡层之上接触地设置；z1及z2满足200nm≥z1+z2≥50nm，z1<z2，以及50nm>z1>3nm。

6、发明效果

7、根据本公开的半导体装置，能够得到具有可靠性高且导通电阻低的栅极电极的半导体装置。

技术特征：

1.一种半导体装置，其特征在于，

2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，

4.如权利要求1～3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

5.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，

6.如权利要求4或5所述的半导体装置，其特征在于，

7.如权利要求4～6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

8.如权利要求4～7中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

9.如权利要求4～8中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，

11.如权利要求9或10所述的半导体装置，其特征在于，

12.如权利要求4～11中任一项所述的半导体装置，其特征在于，

13.如权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，

14.如权利要求12所述的半导体装置，其特征在于，

技术总结
半导体装置(100A)具有：第1氮化物半导体层(103)；第2氮化物半导体层(104)；源极电极(301)及漏极电极(302)；以及栅极电极(401)，与源极电极(301)及漏极电极(302)隔开间隔设置，与第2氮化物半导体层(104)接触；栅极电极(401)包括：第1阻挡层(401a)，由TaN构成，层厚为Z1，与第2氮化物半导体层(104)肖特基接合；第2阻挡层(401b)，与第1阻挡层(401a)之上接触地设置，由TiN或WN构成，层厚为Z2；以及布线层，与第2阻挡层(401b)之上接触地设置；Z1及Z2满足200nm≥Z1+Z2≥50nm，Z1<Z2，以及50nm>Z1>3nm。

技术研发人员：神田裕介
受保护的技术使用者：新唐科技日本株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27