[發明專利]半導體外延結晶基板的制造方法

有效

• 申請號: 200780034062.2
• 申請日: 2007-09-14
• 公開（公告）號: CN101517715A
• 公開（公告）日: 2009-08-26
• 發明（設計）人: 佐澤洋幸;西川直宏;秦雅彥
• 申請（專利權）人: 住友化學株式會社
• 主分類號: H01L21/316
• 分類號: H01L21/316;H01L21/338;H01L29/778;H01L29/78;H01L29/812
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 朱 丹

技術領域

本發明涉及一種半導體外延結晶基板的制造方法。

背景技術

以往，將異質界面中產生的二維電子氣體作為溝道的器件(GaN-MIS-HFET)在高頻、高輸出特性優良方面尤其引人注目。在制造這樣氮化鎵類晶體管的情況下，利用光刻技術來加工作為用于其的功能構件的半導體外延結晶基板，制作所需的晶體管，此時，根據目的，采用向半導體外延結晶基板施加了柵極絕緣膜、鈍化膜等構件的器件方式。

柵極絕緣膜是為了防止柵極電極的泄漏電流而設置在柵極金屬與半導體結晶之間的保護膜。已知一般形成于氮化物半導體中的肖特基電極表示比理論上預想的值大的泄漏電流，設置柵極絕緣膜來降低該泄漏電流。

另一方面，鈍化膜是為了穩定化半導體表面以使該表面的電氣性狀不變化而設置在半導體結晶表面的保護膜。若半導體表面的電氣性狀變化，則器件動作時示出稱為柵極滯后、漏極滯后、電流崩塌的過渡電流響應，存在引起輸出降低或閾值電壓的變動的問題，所以必要時設置鈍化膜。

在設置這種保護膜的情況下，為了簡化制造工序或降低制造成本，較多由相同材料將鈍化膜與柵極絕緣膜構成為電介質膜。在現有方法中，這種電介質膜通過如下方法來形成，即，在由有機金屬氣相生長(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法等外延結晶生長法生長后，從外延生長爐中取出基板，酸處理結晶表面等，除去表面的自然氧化物后，移至熱CVD、等離子體CVD、cat-CVD等電介質制膜爐，積層至結晶表面。

例如，在P.Kordos等Applied?Physics?letters?87，143501(2005)中，公開了利用等離子體CVD法將SiO電介質賦與半導體表面的GaN-MISHFET。

在該例中，示出了通過賦與電介質膜而使柵極泄漏電流降低的實驗結果。但是，在包含該方法在內的上述方法中，有可能產生如下所述的情況：無法完全除去半導體結晶與電介質膜界面的氧化膜；在GaN結晶表面發生氮孔腔而在該界面中電氣地形成活性的中間準位導致以某時間常數響應于柵極信號或漏極電壓的輸入，從而引起漏極滯后或柵極滯后等現象。即，在現有方法中，基于賦與電介質膜的柵極滯后或漏極滯后的改善效果不充分，因此，實用化存在問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決上述問題的、賦與電介質膜的方式的半導體外延結晶基板及其制造方法。

本發明者等為了解決上述問題而積極研究的結果，直至完成本發明。即，本發明提供如下的(1)～(8)。

(1)一種半導體外延結晶基板的制造方法，向通過有機金屬氣相生長法生長的氮化物半導體結晶層表面，賦與構成鈍化膜或柵極絕緣膜并具有非結晶形的氮化物電介質或氧化物電介質的電介質層，其中，在外延生長爐內使所述氮化物半導體結晶層生長之后，直接在該外延生長爐內使所述電介質層與所述氮化物半導體結晶層連續生長。

(2)以所述(1)記載的方法為基礎，使用有機金屬作為金屬原料，使用乙醚或水作為氧原料，使用氨作為氮原料，并利用有機金屬氣相生長法使電介質層生長。

(3)以所述(2)記載的方法為基礎，電介質層的至少一部分的生長為邊供給作為5族原料的氨邊進行。

(4)以所述(1)、(2)或(3)記載的方法為基礎，電介質層的至少一部分的生長通過使用氮作為載氣來進行。

(5)以所述(1)或(2)記載的方法為基礎，電介質層包括從AlO_x、AlO_x:N(0.5＜x＜1.5)、SiO₂、SiO₂:N、Ga₂O₃、Si₃N₄、HfO₂、Hf_xAl_yO₃(0＜x＜1、y＝2-1/2x)、Hf_xAl_yO₃:N(0＜x＜1、y＝2-1/2x)、GdO、ZrO₂、MgO、Ta₂O₅中選擇的至少一種電介質。