[發明專利]化合物半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110342602.1
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102544088A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 牧山剛三;吉川俊英
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/51;H01L21/335;H01L21/285
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;鄭特強

技術領域

本發明實施例涉及一種化合物半導體器件及其制造方法。

背景技術

氮化物半導體器件通過利用其高飽和電子速度、寬帶隙等特性，已被積極發展為高耐受電壓和高輸出的半導體器件。關于氮化物半導體器件，已經對場效應晶體管尤其是高電子遷移率晶體管(High?Electron?Mobility?Transistor：HEMT)進行了許多報道。特別地，已經對AlGaN/GaN-HEMT予以關注，其中GaN用作電子渡越層(electron?transit?layer)，AlGaN用作電子供應層。在AlGaN/GaN-HEMT中，在AlGaN中出現可歸因于GaN與AlGaN之間的晶格常數差的畸變(distortion)。通過由畸變引起的AlGaN的壓電極化和自發極化，得到高濃度二維電子氣(2DEG)。因而，實現了高耐受電壓和高輸出。

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開專利公布號2009-76845

然而，高電壓應用中所使用的氮化物半導體器件很可能受到存在于器件的絕緣膜中、半導體的前表面上、晶體的內部中等處的電荷陷阱的影響，從而具有電特性(電流-電壓特性、增益特性、輸出特性、崩塌(collapse)等等)根據其工作狀態而改變的問題。

將詳細說明上述問題。

存在于半導體器件的結構中的電荷陷阱通過電場的激活(起電)或通過捕獲電子和空穴，來改變陷阱周圍的電勢分布。結果是，電特性發生改變，從而影響半導體器件的穩定工作。在實際的半導體器件中，出現了其工作期間閾值電壓的變化、伴隨上述變化發生的電流量的變化以及增益的變化。作為具有穩定電特性的半導體器件，必須建立一種機制，其中電特性的改變受到抑制，即，在器件內部減輕陷阱現象等。尤其是，電荷陷阱的減少或者電場集中且易于受到陷阱影響的柵電極周圍和柵極絕緣膜中的去活化(inactivation)是重要的問題。

此外，必須建立一種器件結構及其制造方法，在該器件結構中，成為電特性改變原因的電荷陷阱本身被減少。電荷陷阱的存在導致了半導體器件中的缺陷，因而從長期可靠性的觀點來看，減少半導體器件中的電荷陷阱也是至關重要的問題。

發明內容

本發明的實施例是鑒于上述問題而作出的，并且目的在于提供一種高度可靠的化合物半導體器件及其制造方法，其中，柵極絕緣膜中和柵極絕緣膜周圍的電荷陷阱被顯著減少，并且電特性的改變受到抑制。

化合物半導體器件的一個方案包括：化合物半導體層；以及柵電極，經柵極絕緣膜而形成在該化合物半導體層上；其中，該柵極絕緣膜是包含Si_xN_y作為絕緣材料的一種膜；該Si_xN_y滿足0.638≤x/y≤0.863，并且氫終端基團濃度被設定為不小于2×10²²/cm³且不大于5×10²²/cm³的范圍內的值。

化合物半導體器件的一個方案包括：化合物半導體層；以及柵電極，經柵極絕緣膜而形成在該化合物半導體層上；其中，該柵極絕緣膜是包含Si_xO_yN_z作為絕緣材料的一種膜；該Si_xO_yN_z滿足x∶y∶z＝0.256至0.384∶0.240至0.360∶0.304至0.456，且x+y+z＝1；并且氫終端基團濃度被設定為不小于2×10²²/cm³且不大于5×10²²/cm³的范圍內的值。

化合物半導體器件的制造方法的一個方案包括：在化合物半導體層上形成柵極絕緣膜；以及在該化合物半導體層上經該柵極絕緣膜而形成柵電極；其中，該柵極絕緣膜是包含Si_xN_y作為絕緣材料的一種膜；該Si_xN_y滿足0.638≤x/y≤0.863，并且氫終端基團濃度被設定為不小于2×10²²/cm³且不大于5×10²²/cm³的范圍內的值。