半导体装置的制造方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供一种能够抑制栅极绝缘膜的绝缘性下降的半导体装置。实施方式的半导体装置包括：半导体层；第一电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层；第二电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层；绝缘膜，设置在所述半导体层上；以及第三电极，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且介隔所述绝缘膜而设置在所述半导体层上。所述绝缘膜具有：第一层，在所述第一电极与所述第二电极之间设置在所述半导体层侧，且含有硅氮化物；以及第二层，在所述第一电极与所述第三电极之间及所述第二电极与所述第三电极之间设置在所述第一层上，含有硅氮化物，且比所述第一层含有更多氧。
【专利说明】半导体装置
[0001][相关申请]
[0002]本申请享有以日本专利申请2015-49047号(申请日:2015年3月12日)作为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
[0003]本发明的实施方式涉及一种半导体装置。
【背景技术】
[0004]作为抑制高电场下的电子迀移率的下降的半导体，有宽能隙半导体。例如，在使用氮化物半导体的半导体装置中，能以栅极电极的电位控制由二维电子气形成的电子电流。在栅极电极与氮化物半导体之间设置着栅极绝缘膜。这种半导体装置中，为了在高电压下进行动作，而要求可靠性高的栅极绝缘膜。
[0005]然而，在利用等离子体加工栅极电极时，存在栅极绝缘膜被暴露在等离子体中而在栅极绝缘膜产生缺陷的情况。由此，栅极绝缘膜的绝缘性下降。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的问题在于提供一种抑制栅极绝缘膜的绝缘性下降的半导体装置。
[0007]实施方式的半导体装置包括:半导体层；第一电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层；第二电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层；绝缘膜，设置在所述半导体层上；以及第三电极，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且隔着所述绝缘膜而设置在所述半导体层上。所述绝缘膜具有:第一层，在所述第一电极与所述第二电极之间设置在所述半导体层侧，且含有硅氮化物；以及第二层，在所述第一电极与所述第三电极之间及所述第二电极与所述第三电极之间设置在所述第一层上，含有硅氮化物，且比所述第一层含有更多氧。
【附图说明】
[0008]图1 (a)是表示本实施方式的半导体装置的主要部分的示意性剖视图。图1 (b)是表示本实施方式的半导体装置的栅极电极附近的示意性剖视图。图1(c)是表示本实施方式的半导体装置的主要部分的示意性俯视图。
[0009]图2(a)?图2(c)是表示本实施方式的栅极电极的制造过程的示意性剖视图。
【具体实施方式】
[0010]以下，一边参照附图，一边对实施方式进行说明。在以下的说明中，对相同的部件标注相同符号，对于已说明过一次的部件，适当省略其说明。在附图中，存在导入三维坐标系统的情况。
[0011]图1 (a)是表示本实施方式的半导体装置的主要部分的示意性剖视图。图1 (b)是表示本实施方式的半导体装置的栅极电极附近的示意性剖视图。图1(c)是表示本实施方式的半导体装置的主要部分的示意性俯视图。
[0012]图1(a)表示图1(c)的沿A1-A2线的位置处的截面。图1 (C)表示图1(a)中的沿B1-B2线的位置处的截面。而且，在图1(b)的右侧表示图1(b)的A-B间的氧浓度分布。
[0013]作为本实施方式的半导体装置100的一例，例示了 HEMT (High Electron MobilityTransistor，高电子迀移率晶体管)。本实施方式的半导体装置100包括半导体衬底10、缓冲层31、半导体层30、第一电极(以下，例如为源极电极50)、第二电极(以下，例如为漏极电极51)、绝缘膜(以下，例如为栅极绝缘膜53)、及第三电极(以下，例如为栅极电极52)。
[0014]半导体衬底10例如含有硅(Si)。缓冲层31设置在半导体衬底10上。缓冲层31含有氮化铝。
[0015]半导体层30具有设置在缓冲层31上的载流子输运层33、及设置在载流子输运层33上的障壁层34。载流子输运层33含有非掺杂的氮化镓(GaN)、或非掺杂的氮化铝镓(AlxGa1 _XN(O ^ X〈l))。障壁层34含有非掺杂或η型氮化铝镓(AIyGb1 _YN(0<Y ^ 1、Χ<Υ))ο于载流子输运层33内的载流子输运层33与障壁层34的界面附近产生了二维电子气(2DEG，two-dimens1nal electron gas)。
[0016]源极电极50设置在半导体层30上。源极电极50连接于半导体层。源极电极50与障壁层34欧姆接触。源极电极50例如沿X方向延伸。
[0017]漏极电极51设置在半导体层30上。漏极电极51连接于半导体层30。漏极电极51与障壁层34欧姆接触。漏极电极51在Y方向上设置在源极电极50的侧方。漏极电极51沿X方向延伸。
[0018]栅极电极52设置在源极电极50与漏极电极51之间。栅极电极52隔着栅极绝缘膜53而设置在半导体层30上。栅极电极52例如沿X方向延伸。
[0019]栅极绝缘膜53设置在半导体层30上。栅极绝缘膜53具有第一层53a、及选择性地设置在第一层53a上的第二层53b。第一层53a含有硅氮化物(SiNx)。第一层53a是在源极电极50与漏极电极51之间设置在半导体层30侧。
[0020]第二层53b是在源极电极50与栅极电极52之间及漏极电极51与栅极电极52之间设置在第一层53a上。第二层53b含有硅氮化物(SiNx)及氧(0)。第二层53b中含有比第一层53a更多的氧。
[0021 ] 关于第二层53b所含的氧的浓度，在第二层53b内，第一层53a侧比栅极绝缘膜53的上表面53u侧相对地降低。例如，第二层53b所含的氧的浓度是随着朝向第一层53a而降低。而且，第二层53b所含的氧的浓度是随着朝向半导体层30侧而进一步降低。
[0022]再者，第二层53b的氧浓度与第一层53a的氧浓度的比较能够利用层内的氧浓度的峰值或平均值进行。
[0023]此外，在半导体装置100中，在栅极绝缘膜53上设置着保护层60。在保护层60上设置着保护层61。保护层60、61例如含有硅氧化物、硅氮化物等。
[0024]在源极电极50连接着接触电极54。在接触电极54连接着场板电极56。场板电极56设置在保护层61上。
[0025]在漏极电极51连接着接触电极57。在接触电极57连接着电极58。电极58设置在保护层61上。
[0026]在栅极电极52连接着接触电极55。在接触电极55连接着场板电极59。场板电极59设置在保护层60上。
[0027]再者，源极电极50、漏极电极51、及栅极电极52的数量并不限定于图示的数量。
[0028]图2(a)?图2(c)是表示本实施方式的栅极电极的制造过程的示意性剖视图。
[0029]例如，像图2 (a)所示那样，在障壁层34上利用低压CVD (Chemical VaporDeposit1n，化学气相沉积)而形成栅极绝缘膜53。栅极绝缘膜53的膜厚例如为20nm。接着，在栅极绝缘膜53的整个面，利用PVD (Physical Vapor Deposit1n，物理气相沉积)形成栅极电极52。栅极电极52的膜厚为50nm。栅极电极52含有钛氮化物(TiN)。接着，在栅极电极52上选择性地形成掩膜层90。
[0030]接着，像图2(b)所示那样，利用RIE (Reactive 1n Etching，反应式离子蚀刻)去除从掩膜层90露出的栅极电极52。如果将从掩膜层90露出的栅极电极52从栅极绝缘膜53上去除，那么从栅极电极52露出的栅极绝缘膜53被暴露于等离子体中。
[0031]由此，有可能在栅极绝缘膜53的表层产生缺陷。缺陷包含例如硅(Si)与氮(N)的键背离所得的悬键等。
[0032]接着，像图2(c)所示那样，使包含氢气(H2)与氧气(O2)的混合气体电离，而将包含氢气与氧气的等离子体气体暴露在栅极绝缘膜53的表层。此处，氢气(H2)与氧气(O2)的流量比作为一例为10:1。氢气(H2)与氧气(O2)的混合气体的压力作为一例为100Pa。
[0033]而且，也可以将栅极绝缘膜53的温度设定为500°C作为一例，且将包含氢气(H2)与氧气(O2)的混合气体暴露在栅极绝缘膜53的表层。在该情况下，氢气(H2)与氧气(O2)的流量比作为一例为20:1。氢气(H2)与氧气(O2)的混合气体的压力作为一例为100Pa。
[0034]通过该处理，例如，氧键结在栅极绝缘膜53中的悬键，而利用氧终结缺陷。也就是说，栅极绝缘膜53中的缺陷d被修复。
[0035]另一方面，对栅极电极52也暴露包含氧气的混合气体。然而，即便被暴露氧气，因为混合气体中存在氢气，所以在栅极电极52的表面反复进行氧化与还原，从而栅极电极52最终不会被氧化。而且，栅极电极52的电阻在该处理后不会增加。
[0036]此处，假设不进行图2 (C)所示的处理的情况。在该情况下，在栅极绝缘膜53的表层残存缺陷。而且，在栅极电极52上形成场板电极59。如果对场板电极59与漏极电极51之间施加高电压，那么高电压也会被施加到连接于漏极电极51的半导体层30与场板电极59之间。
[0037]此处，在半导体层30与场板电极59之间，如果在栅极绝缘膜53存在缺陷，那么高电压也会被施加到缺陷附近。此处，缺陷包含例如硅与氮的键切断所得的悬键。由此，有可能栅极绝缘膜53会产生绝缘破坏。
[0038]而且，如果在栅极绝缘膜53存在缺陷，那么例如在接通状态下，载流子(电子)会被缺陷捕获。因此，二维电子气会降低，从而半导体装置100的接通电阻增加。
[0039]相对于此，在本实施方式中，利用氧修复栅极绝缘膜53中的缺陷。因此，即便对半导体层30与场板电极59之间施加高电压，栅极绝缘膜53的绝缘性也会被保持，从而栅极绝缘膜53难以绝缘破坏。
[0040]而且，因为栅极绝缘膜53中的缺陷被修复，所以在接通状态下，载流子(电子)难以被栅极绝缘膜53捕获。因此，二维电子气不会降低，半导体装置100的接通电阻难以增加。
[0041]在所述实施方式中，表达为“A设置在B上”时的所谓“在……上”，存在如下情况:除了用于A与B接触且A设置在B上的情况的含义以外，也用于A不与B接触且A设置在B的上方的情况的含义。而且，存在如下情况:“A设置在B上”也应用于使A与B反转从而A位于B的下方的情况、或A与B横向排列的情况。这是因为:即便使实施方式的半导体装置旋转，在旋转前后半导体装置的构造仍不变。
[0042]以上，一边参照具体例一边对实施方式进行了说明。然而，实施方式并不限定于这些具体例。S卩，业者对这些具体例适当添加设计变更而得者只要具备实施方式的特征，那么也包含在实施方式的范围内。所述各具体例所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于所例示者，能够适当进行变更。
[0043]而且，所述各实施方式所具备的各要素能够在技术上可行的范围内复合，将它们组合而得者只要包含实施方式的特征，那么也包含在实施方式的范围内。此外，如果为业者，那么能够在实施方式的思想范畴内想到各种变更例及修正例，且应了解这些变更例及修正例也属于实施方式的范围。
[0044]已对本发明的若干个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并非意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他各种形态实施，且能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变化包含在发明的范围或主旨中，并且包含在申请专利范围所记载的发明及其均等的范围内。
[0045][符号的说明]
[0046]10半导体衬底
[0047]30半导体层
[0048]31缓冲层
[0049]33载流子输运层
[0050]34障壁层
[0051]50第一电极
[0052]51第二电极
[0053]52第三电极
[0054]53栅极绝缘膜
[0055]53a第一层
[0056]53b第二层
[0057]54、55、57 接触电极
[0058]56、59场板电极
[0059]58电极
[0060]60、61保护层
[0061]90掩膜层
[0062]100半导体装置
【主权项】
1.一种半导体装置，其特征在于包括: 半导体层； 第一电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层； 第二电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层； 绝缘膜，设置在所述半导体层上；以及 第三电极，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且隔着所述绝缘膜而设置在所述半导体层上； 所述绝缘膜包含: 第一层，在所述第一电极与所述第二电极之间设置在所述半导体层侧，且含有硅氮化物；以及 第二层，在所述第一电极与所述第三电极之间及所述第二电极与所述第三电极之间设置在所述第一层上，且含有硅氮化物及氧。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于:在所述第二层内，所述第二层所含的氧的浓度是所述第一层侧為相对地低。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于:所述第二层所含的氧的浓度越向着所述第一层越低。4.一种半导体装置，其特征在于包括: 半导体层； 第一电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层； 第二电极，设置在所述半导体层上，且连接于所述半导体层； 绝缘膜，设置在所述半导体层上，且含有硅氮化物及氧；以及 第三电极，设置在所述第一电极与所述第二电极之间，且隔着所述绝缘膜而设置在所述半导体层上； 所述绝缘膜在所述第一电极与所述第三电极之间及所述第二电极与所述第三电极之间含有氧； 关于所述氧的浓度，所述半导体层侧比相反侧低。
【文档编号】H01L29/78GK105977296SQ201510553491
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年9月2日
【发明人】佐喜和朗
【申请人】株式会社东芝