化合物半導體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供化合物半導體器件及其制造方法。具體而言，提供一種AlGaN/GaN?HEMT，其包括：化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)；以及覆蓋化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的表面的層間絕緣膜，層間絕緣膜包括第一絕緣膜和形成在第一絕緣膜上以填充第一絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜。
【專利說明】化合物半導體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中討論的實施方案涉及化合物半導體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]考慮利用特性如高飽和電子速度和寬帶隙將氮化物半導體應(yīng)用于具有高耐壓和高輸出功率的半導體器件。例如，作為氮化物半導體的GaN的帶隙為3.4eV,大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，因此GaN具有高的擊穿電場強度。相應(yīng)地，GaN非常有望用作用于獲得高電壓操作和高輸出功率的電源的半導體器件的材料。
[0003]作為使用氮化物半導體的半導體器件，已經(jīng)對場效應(yīng)晶體管，尤其是高電子遷移率晶體管(high electron mobility transistor, HEMT)做了許多報道。例如，在 GaN 基HEMT (GaN-HEMT)中，使用GaN作為電子渡越層并且使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN HEMT正在吸引關(guān)注。在AlGaN/GaN HEMT中，由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差，所以導致在AlGaN中出現(xiàn)應(yīng)變。由該應(yīng)變弓丨起的壓電極化和AlGaN的自發(fā)極化獲得了高濃度的二維電子氣(two-dimensional electron gas,2DEG)。因此，AlGaN/GaN HEMT 預期用作用于電動車輛等的高效率開關(guān)元件和高耐壓功率器件。
[0004]專利文獻1:日本公開特許公報第2012-178467號
[0005]在GaN-HEMT中，當施加高漏極電壓時漏極電流減小的現(xiàn)象(稱為電流崩塌)變成問題。電流崩塌是如下現(xiàn)象:當施加高漏極電壓時，電子被表面能級等捕獲以干擾二維電子氣(2DEG)的流動，從而導致輸出電流減小。特別地，電子更有可能被捕獲在漏電極與源電極之間的電場局部集中的位置處。
[0006]為處理該問題，使用了通過在漏電極與源電極之間布置所謂的場板電極來抑制局部的電場集中的技術(shù)。場板電極是電連接至源電極或柵電極并且可以改變電場分布以分散電場集中的位置的電極。還研究了通過形成多個場板電極來進一步擴散電場集中的位置的技術(shù)。
[0007]圖1示出了具有多個場板電極的常規(guī)AlGaN/GaN HEMT的例子。
[0008]在該AlGaN/GaN HEMT中，在襯底101上形成有化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)102?；衔锇雽w層疊結(jié)構(gòu)102由緩沖層102a、電子渡越層102b、電子供給層102c等多個層堆疊構(gòu)成。在電子渡越層102b與電子供給層102c的界面附近生成有二維電子氣(2DEG)。形成有覆蓋化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)102的表面的保護膜103。在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)102上形成有柵電極104、源電極105以及漏電極106，并且在保護膜103上形成有場板電極107。在保護膜103上以覆蓋柵電極104、源電極105、漏電極106以及場板電極107的方式形成有層間絕緣膜108。此外，在層間絕緣膜108上形成有連接至例如源電極105的第二場板電極109。
[0009]層間絕緣膜108的表面成為反映柵電極104、源電極105、漏電極106以及第一場板電極107的形狀的不規(guī)則形狀，并且因此具有較小的表面平整度。第二場板電極109形成在層間絕緣膜108的表面上，因此對表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行填充并且具有形成在其下表面上的不規(guī)則部位111。電場集中可能發(fā)生在不規(guī)則部位111處。存在如下問題:發(fā)生電場集中，導致電子被捕獲在層間絕緣膜108中，從而導致電流崩塌發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]考慮到上述問題，已經(jīng)做出了本發(fā)明的實施方案，并且實施方案的一個目的是提供一種抑制了由于層間絕緣膜而出現(xiàn)的電流崩塌以提高器件特性的高可靠性的高耐壓化合物半導體器件及其制造方法。
[0011]化合物半導體器件的一個方面包括:化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)；以及覆蓋化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的表面的層間絕緣膜，層間絕緣膜包括第一絕緣膜和形成在第一絕緣膜上以填充在第一絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜。
[0012]制造化合物半導體器件的方法的一個方面包括:形成化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)；以及形成覆蓋化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的表面的層間絕緣膜，層間絕緣膜包括第一絕緣膜和形成在第一絕緣膜上以填充在第一絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是示出了具有多個場板電極的常規(guī)AlGaN/GaN HEMT的例子的示意性截面圖；
[0014]圖2A至圖2C是按照步驟順序示出根據(jù)第一實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖；
[0015]圖3A至圖3C是在圖2A至圖2C之后按照步驟順序示出根據(jù)第一實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖；
[0016]圖4A和圖4B是在圖3A至圖3C之后按照步驟順序示出根據(jù)第一實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖；
[0017]圖5A和圖5B是在圖4A和圖4B之后按照步驟順序示出根據(jù)第一實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖；
[0018]圖6A至圖6C是示出根據(jù)第二實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖；
[0019]圖7A至圖7C是在圖6A至圖6C之后示出根據(jù)第二實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖；
[0020]圖8是示出另一 AlGaN/GaN HEMT的實施方案的示意性截面圖；
[0021]圖9是示出另一 AlGaN/GaN HEMT的實施方案的示意性截面圖；
[0022]圖10是示出根據(jù)第三實施方案的電源裝置的示意性構(gòu)造的連接圖；以及
[0023]圖11是示出根據(jù)第四實施方案的高頻放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
【具體實施方式】
[0024](第一實施方案)
[0025]在本實施方案中，公開了一種作為化合物半導體器件的AlGaN/GaNHEMT。
[0026]圖2A至圖2C至圖5A至圖5B是按照步驟順序示出根據(jù)第一實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面圖。[0027]首先，如圖2A所示，在例如作為生長襯底的半絕緣SiC襯底I上形成化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2。作為生長襯底，可以使用Si襯底、藍寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底等代替SiC襯底。襯底的導電性可以是半絕緣性的或?qū)щ娦缘摹?br> [0028]化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2包括緩沖層2a、電子渡越層2b、中間層2c以及電子供給層2d。
[0029]在完成的AlGaN/GaN HEMT中，在其操作期間在電子渡越層2b與電子供給層2d的界面(確切地說為中間層2c )附近生成有二維電子氣(2DEG)。2DEG是基于電子渡越層2b的化合物半導體(此處為GaN)和電子供給層2d的化合物半導體(此處為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差而生成的。
[0030]更具體地,通過如M0VPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy,金屬有機氣相外延)法在SiC襯底I上生長以下化合物半導體?？梢允褂肕BE (Molecular Beam Epitaxy,分子束外延)法等代替MOVPE法。
[0031]在SiC襯底I上依次生長約200nm厚度的A1N、約I μ m厚度的i(有意未摻雜)_GaN、約5nm厚度的1-AlGaN以及約30nm厚度的n-AlGaN。由此，形成緩沖層2a、電子渡越層2b、中間層2c以及電子供給層2d。作為緩沖層2a，可以使用AlGaN代替A1N，或者可以在低溫下生長GaN。在一些情況下，在電子供給層2d上生長n-GaN以形成薄的蓋層。
[0032]作為AlN的生長條件，使用三甲基鋁(TMAl)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體作為原料氣體。作為GaN的生長條件，使用三甲基鎵(TMGa)和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。作為AlGaN的生長條件，使用TMAl氣體、TMGa氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。根據(jù)待生長的化合物半導體層，適當?shù)卦O(shè)定是否供給作為Al源的TMAl氣體和作為Ga源的TMGa氣體以及其流量。作為共用原料的NH3氣體的流量設(shè)定為約IOOccm至約10LM。此外，生長壓力設(shè)定為約50托 至約300托，并且生長溫度設(shè)定為約1000°C至約1200°C。
[0033]為了生長AlGaN作為η型半導體，也就是說，例如為了生長電子供給層2d的n-AlGaN,以預定流量向原料氣體添加例如包含作為η型雜質(zhì)的Si的SiH4氣體，由此用Si摻雜AlGaN。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約I X IO2Vcm3,例如設(shè)定為約5 X IO18/
3
cm ο
[0034]接著，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
[0035]更具體地，例如，向化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2中的元件隔離結(jié)構(gòu)注入氬(Ar)。由此，在從化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2的表面起比電子渡越層2c中的2DEG更深的區(qū)域中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2上劃分出有源區(qū)域。
[0036]順便提及，可以利用例如STI (Shallow Trench Isolation,淺溝槽隔離)法等代替上述注入法來進行元件隔離。在這樣的情況下，例如將氯基蝕刻用于化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2的干法蝕刻。
[0037]接著，如圖2B所示，形成源電極3和漏電極4。
[0038]更具體地，在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2上施加抗蝕劑，并且通過光刻法對抗蝕劑進行處理以形成露出在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2的表面上的源電極和柵電極的形成預定區(qū)域(電極形成預定區(qū)域)的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0039]利用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極形成預定區(qū)域的開口的內(nèi)部)上沉積例如Ti/Al (下層為Ti，上層為Al)作為電極材料。Ti的厚度為約20nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al。其后，在約400°C至約1000°C，例如約550°C的溫度下，在例如氮氣氛中對SiC襯底I進行熱處理，由此使得保留的Ti/Al與電子供給層2d歐姆接觸?？梢源嬖跓o需熱處理的情況，只要可以獲得Ti/Al與電子供給層2d的歐姆接觸即可。由此，形成源電極3和漏電極4。
[0040]接著，如圖2C所示，形成保護膜5。
[0041]更具體地，例如通過等離子CVD法、濺射法等在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2上沉積約30nm至約500nm、例如約IOOnm厚度的氮化娃(SiN)。由此,形成保護膜5。
[0042]通過利用覆蓋化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2的SiN鈍化膜，可以減小電流崩塌。
[0043]接著，如圖3A所示，在保護膜5中形成電極凹部5a。
[0044]更具體地，首先在保護膜5的表面上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出保護膜5的對應(yīng)于柵電極的形成預定區(qū)域(電極形成預定區(qū)域)的表面的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0045]利用該抗蝕劑掩模，對保護膜5的電極形成預定區(qū)域進行干法蝕刻然后移除，直到露出電子供給層2d的表面。由此，在保護膜5中形成露出在電子供給層2d上的電極形成預定區(qū)域的電極凹部5a。對于干法蝕刻，使用例如氟基蝕刻氣體。需要進行干法蝕刻以使對電子供給層2d造成的蝕刻損傷盡可能小，而使用氟基氣體的干法蝕刻對電子供給層2d幾乎不造成蝕刻損傷。
[0046]可以通過使用氟基溶液的濕法蝕刻代替干法蝕刻來形成電極凹部。
[0047]此后，通過使用氧等離子體的灰化或者使用化學溶液的濕化來移除抗蝕劑掩模。
[0048]接著，如圖3B所示，形成柵電極6。
[0049]更具體地，首先在包括保護膜5的表面的整個表面上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出電極凹部5a的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0050]通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括露出電極凹部5a的開口)上沉積例如Ni/Au (下層為Ni，上層為Au)作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ni/Au。由此，形成柵電極6，使得電極凹部5a的內(nèi)部填充有電極材料的一部分。柵電極6與電子供給層2d的表面肖特基接觸。[0051 ] 接著，如圖3C所示，形成第一場板電極7。
[0052]更具體地，首先在包括保護膜5的表面的整個表面上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出漏電極4與柵電極6之間的第一場板電極的形成預定區(qū)域(電極形成預定區(qū)域)的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0053]利用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極形成預定區(qū)域的開口)上沉積例如Al作為電極材料。Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Al。由此，在漏電極4與柵電極6之間的保護膜5上形成第一場板電極7。
[0054]接著，如圖4A所示，形成第一絕緣膜8a。
[0055]更具體地，例如，在保護膜5上以覆蓋源電極3、漏電極4、柵電極6以及第一場板電極7的方式沉積約300nm厚度的絕緣體，例如氧化硅(Si02)。由此，形成第一絕緣膜8a。使用例如正硅酸乙酯(TEOS)作為材料通過CVD法來沉積Si02?？梢允褂霉柰榛蛉已趸柰榇媸褂肨EOS作為材料通過CVD法來沉積Si02。此外，還可以設(shè)想沉積SiN、SiON等代替Si02。形成的第一絕緣膜8a的表面成為反映源電極3、漏電極4、柵電極6以及第一場板電極7的形狀的不規(guī)則形狀。注意，在圖4A中示出的第一絕緣膜8a的表面上的不規(guī)則狀態(tài)是一個實例，并且第一絕緣膜8a的表面成為反映源電極3、漏電極4、柵電極6、第一場板電極7以及未示出的結(jié)構(gòu)等的形狀的各種不規(guī)則狀態(tài)。
[0056]接著，如圖4B所示，形成第二絕緣膜Sb。
[0057]更具體地，例如，以覆蓋第一絕緣膜8a的頂部的方式通過旋轉(zhuǎn)施加膜密度低于第一絕緣膜8a的膜密度的有機SOG (Spin ON Glass，旋涂玻璃)膜，并且在氮氣氛中經(jīng)受熱處理。由此，形成填充第一絕緣膜8a的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜8b。形成的第二絕緣膜8b的厚度為例如約200nm。
[0058]接著，如圖5A所示，形成第三絕緣膜Sc。
[0059]例如，在第二絕緣膜8b上沉積例如約300nm厚度的Si02。由此，形成第三絕緣膜Sc。因為第二絕緣膜Sb的表面是平坦的，所以形成在其上的第三絕緣膜Sc的表面也是平坦的。與第一絕緣膜8a —樣，使用TEOS作為材料通過CVD法來沉積Si02。第一絕緣膜8a、第二絕緣膜8b以及第三絕緣膜Sc構(gòu)成了具有平坦表面的層間絕緣膜8。
[0060]接著，如圖5B所示，形成第二場板電極9和布線層11。
[0061]更具體地，首先在層間絕緣膜8和保護膜5中形成接觸孔9a、11a。
[0062]在層間絕緣膜8的表面上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出層間絕緣膜8的對應(yīng)于源電極和漏電極的連接預定區(qū)域(電極連接預定區(qū)域)的表面的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0063]對層間絕緣膜8和保護膜5的電極連接預定區(qū)域進行干法蝕刻然后移除，直到露出源電極3和漏電極4的表面為止。使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體。由此，形成其中在其底部表面露出源電極3和漏電極4的表面的接觸孔9a、I la。
[0064]此后，通過使用氧等離子體的灰化或使用化學溶液的濕化來移除抗蝕劑掩模。
[0065]接著，在層間絕緣膜8上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出用于第二場板電極和布線層的包含接觸孔9a、lla的形成預定區(qū)域的開口。從而，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0066]利用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出形成預定區(qū)域的開口的內(nèi)部)上沉積Al作為電極和布線材料。Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Al。由此，在層間絕緣膜8上形成填充接觸孔9a并且電連接至源電極3的第二場板電極9。同時，在層間絕緣膜8上形成填充接觸孔Ila并且電連接至漏電極4的布線層11。第二場板電極可以連接至柵電極6代替連接至源電極3。
[0067]此后，通過預定的后處理，形成根據(jù)本實施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0068]在本實施方案中，第二場板電極9和布線層11形成在具有平坦表面的層間絕緣膜8上。因此，第二場板電極9的下表面和布線層11的下表面是平坦表面而不是造成電場集中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。通過使用該結(jié)構(gòu)，抑制了由層間絕緣膜引起的局部電場集中的出現(xiàn)。
[0069]如上所述，根據(jù)本實施方案，實現(xiàn)了一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件特性的高可靠性的AlGaN/GaN HEMT。
[0070]此外，因為抑制了層間絕緣膜中的局部電場集中的出現(xiàn)，所以提高了晶體管的耐壓，使得獲得了較高耐壓的AlGaN/GaN HEMT。
[0071](第二實施方案)
[0072]本實施方案公開了一種如在第一實施方案中的結(jié)構(gòu)和制造肖特基型AlGaN/GaNHEMT方法，但是與第一實施方案的不同之處在于以更多的層形成層間絕緣膜。注意，將用相同的附圖標記表不與第一實施方案相同的構(gòu)成部件等，并且將省略其詳細描述。
[0073]圖6A至圖6C以及圖7A至圖7C是示出了根據(jù)第二實施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步驟的示意性截面圖。
[0074]首先，執(zhí)行與第一實施方案的圖2A至圖5A相同的步驟。在圖6A中示出在當時的外觀。在圖6A中，第一絕緣膜8a、第二絕緣膜Sb以及第三絕緣膜Sc形成為作為層間絕緣膜的一部分的多個層。
[0075]接著，如圖6B所示，形成第二場板電極12。
[0076]更具體地，首先在第三絕緣膜Sc上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出第二場板電極的形成預定區(qū)域(電極形成預定區(qū)域)的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0077]利用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上，包括在用于露出形成預定區(qū)域的開口的內(nèi)部沉積例如Al作為電極材料。Al的厚度為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Al。由此，在第三絕緣膜Sc上形成第二場板電極12。第二場板電極12電連接至源電極3或柵電極6。
[0078]接著，如圖6C所示，形成第四絕緣膜8d。
[0079]更具體地，例如，在第三絕緣膜8c上以覆蓋第二場板電極12的方式沉積約300nm厚度的絕緣體，例如氧化硅(Si02)。由此，形成第四絕緣膜8d。使用例如TEOS作為材料通過CVD法來沉積Si02。形成的第四絕緣膜8d的表面成為反映第二場板電極12的形狀的不規(guī)則形狀。注意，圖6C中所示的第四絕緣膜8d的表面上的不規(guī)則狀態(tài)是一個實例，并且第四絕緣膜8d的表面成為反映第二場板電極12和未示出的結(jié)構(gòu)等的形狀的各種不規(guī)則狀態(tài)。
[0080]接著，如圖7A所示，形成第五絕緣膜Se。
[0081]更具體地，以覆蓋第四絕緣膜8d的頂部的方式通過旋轉(zhuǎn)施加膜密度低于第四絕緣膜8d的膜密度的有機SOG (旋涂玻璃)膜，并且在氮氣氛中經(jīng)受熱處理。由此，形成填充第四絕緣膜8d的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第五絕緣膜Se。形成的第五絕緣膜8e的厚度為例如約200nm。
[0082]接著，如圖7B所示，形成第六絕緣膜8f。
[0083]例如，在第五絕緣膜8e上沉積例如約300nm厚度的Si02。由此，形成第六絕緣膜Sf0因為第五絕緣膜Se的表面是平坦的，所以形成在其上的第六絕緣膜8f的表面也是平坦的。與第四絕緣膜8d —樣使用TEOS作為材料通過CVD法來沉積Si02。第一絕緣膜8a、第二絕緣膜8b、第三絕緣膜8c、第四絕緣膜8d、第五絕緣膜8e以及第六絕緣膜8f構(gòu)成具有平坦表面的層間絕緣膜8。
[0084]接著，如圖7C所示，形成布線層13、14。
[0085]更具體地，首先在層間絕緣膜8和保護膜5中形成接觸孔13a、14a。
[0086]在層間絕緣膜8的表面上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出層間絕緣膜8的對應(yīng)于源電極和漏電極的連接預定區(qū)域(電極連接預定區(qū)域)的表面的開口。由此，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0087]對層間絕緣膜8和保護膜5的電極連接預定區(qū)域進行干法蝕刻然后移除，直到露出源電極3和漏電極4的表面為止。使用例如氟基氣體作為蝕刻氣體。由此，形成其中在其底部表面露出源電極3和漏電極4的表面的接觸孔13a、14a。
[0088]此后，通過使用氧等離子體的灰化和使用化學溶液的濕化移除抗蝕劑掩模。
[0089]接著，在層間絕緣膜8上施加抗蝕劑。通過光刻法對抗蝕劑進行處理以在抗蝕劑中形成露出用于布線層的包含接觸孔13a、14a的形成預定區(qū)域的開口。從而，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0090]利用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上，包括在用于露出形成預定區(qū)域的開口的內(nèi)部沉積例如Al作為電極和布線材料。Al的厚度為約3000nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Al。由此，在層間絕緣膜8上形成填充接觸孔13a并且電連接至源電極3的布線層13。同時，在層間絕緣膜8上形成填充接觸孔14a并且電連接至漏電極4的布線層14。
[0091]此后，通過預定的后處理，形成根據(jù)本實施方案的肖特基型AlGaN/GaN HEMT。
[0092]在本實施方案中，在具有平坦表面的第三絕緣膜Sc上形成第二場板電極9和布線層11。類似地，在具有平坦表面的層間絕緣膜8上形成布線層13、14。因此，第二場板電極9的下表面和布線層11的下表面是平坦表面而不是造成電極集中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。類似地，布線層13、14的下表面是平坦表面而不是造成電場集中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。通過使用該結(jié)構(gòu)，抑制了由層間絕緣膜引起的局部電場集中的出現(xiàn)。
[0093]如上所述，根據(jù)本實施方案，實現(xiàn)了一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件特性的高可靠性的AlGaN/GaN HEMT。
[0094]此外，因為抑制了層間絕緣膜中的局部電場集中的出現(xiàn)，所以提高了晶體管的耐壓，使得獲得了較高耐壓的AlGaN/GaN HEMT。
[0095]在上述第一實施方案中，為了形成具有平坦表面的層間絕緣膜，對第一絕緣膜8a表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行填充以形成具有平坦表面的第二絕緣膜8b，從而最終形成具有平坦表面的層間絕緣膜8。此外，在第二實施方案中，對第四絕緣膜8d表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行填充以形成具有平坦表面的第五絕緣膜Se，從而最終形成具有平坦表面的層間絕緣膜8。
[0096]例如，甚至可以通過表面拋光法，例如CMP (化學機械拋光)法代替使用上述方法來使層間絕緣膜的表面平坦。
[0097]在這樣的情況下，例如，在第一實施方案中的圖3C中的處理之后，在保護膜5上以覆蓋源電極3、漏電極4、柵電極6以及第一場板電極7的方式沉積例如Si02。使用例如TEOS作為材料通過CVD法來沉積Si02。沉積的SiO2的表面成為反映源電極3、漏電極4、柵電極6以及第一場板電極7的形狀的不規(guī)則形狀。
[0098]通過CMP法對SiO2的表面進行拋光。由此，使SiO2的表面平坦。此后，通過與圖4A至圖5B相同的處理，形成AlGaN/GaN HEMT。在圖8中例示了對應(yīng)于圖5B的結(jié)構(gòu)。
[0099]此外，在這樣的情況下，在具有平坦表面的層間絕緣膜15上形成第二場板電極9和布線層11。因此，第二場板電極9的下表面和布線層11的下表面是平坦表面而不是造成電場集中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。通過使用該結(jié)構(gòu)，抑制了由層間絕緣膜引起的局部電場集中的出現(xiàn)。
[0100]此外,在上述第一實施方案和第二實施方案中例不了其中柵電極6與化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)2的表面肖特基接觸的肖特基型AlGaN/GaNHEMT。AlGaN/GaN HEMT不限于該結(jié)構(gòu)，而是可以制成為其中柵電極經(jīng)由柵極絕緣膜被布置在化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)上的MIS型 AlGaN/GaMlEMT。
[0101 ] 在這樣的情況下，例如，在第一實施方案中的圖3A中的處理之后，在保護膜5上以覆蓋電極凹部5a的內(nèi)壁表面的方式沉積例如Al2O3作為絕緣材料。通過AUXAtomic LayerDeposition,原子層沉積)法沉積約2nm至約200nm (此處為例如約50nm)厚度的A1203。由此，形成柵極絕緣膜。
[0102]順便提及，為了沉積Al2O3，可以使用例如等離子CVD法、濺射法等代替ALD法。此夕卜，可以使用Al的氮化物或氧氮化物代替沉積A1A。此外，還可以沉積S1、Hf、Zr、T1、Ta或W的氧化物、氮化物、氧氮化物，或者從這些中適當選擇的多種物質(zhì)的多層以形成柵極絕緣膜。
[0103]此后，通過與圖3B至圖5B相同的處理，形成AlGaN/GaN HEMT。在圖9中例示了對應(yīng)于圖5B的結(jié)構(gòu)。附圖標記16表示柵極絕緣膜。
[0104]此外，在這樣的情況下，在具有平坦表面的層間絕緣膜8上形成第二場板電極9和布線層11。因此，第二場板電極9的下表面和布線層11的下表面是平坦表面而不是造成電場集中的不規(guī)則結(jié)構(gòu)。通過使用該結(jié)構(gòu)，抑制了由層間絕緣膜引起的局部電場集中的出現(xiàn)。
[0105](第三實施方案)
[0106]本實施方案公開了一種包括根據(jù)第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaNHEMT的電源裝置。
[0107]圖10是示出了根據(jù)第三實施方案的電源裝置的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0108]根據(jù)本實施方案的電源裝置包括高壓一次側(cè)電路21、低壓二次側(cè)電路22以及置于一次側(cè)電路21和二次側(cè)電路22之間的變壓器23。
[0109]一次側(cè)電路21包括AC電源24、所謂的橋式整流電路25以及多個(此處為4個)開關(guān)元件26a、26b、26c和26d。此外，橋式整流電路25具有開關(guān)元件26e。
[0110]二次側(cè)電路22包括多個(此處為3個)開關(guān)元件27a、27b和27c。
[0111]在本實施方案中，一次側(cè)電路21的開關(guān)兀件26a、26b、26c、26d和26e均是根據(jù)第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaN HEMT。另一方面，二次側(cè)電路22的開關(guān)元件27a、27b和27c均是使用硅的普通MIS.FET。
[0112]在本實施方案中，將一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件特性的高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于電源電路。這實現(xiàn)了高可靠性的大功率電源電路。
[0113](第四實施方案)
[0114]本實施方案公開了一種包括根據(jù)第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaNHEMT的高頻放大器。
[0115]圖11是示出了根據(jù)第四實施方案的高頻放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0116]根據(jù)本實施方案的高頻放大器包括數(shù)字預失真電路31、混頻器32a、32b和功率放大器33。
[0117]數(shù)字預失真電路31對輸入信號的非線性失真進行補償。混頻器32a將非線性失真已得到補償?shù)妮斎胄盘柵cAC信號混合。功率放大器33對與AC信號混合的輸入信號進行放大，并且具有根據(jù)第一實施方案或第二實施方案的AlGaN/GaN HEMT。在圖11中，例如，憑借切換開關(guān)，能夠通過混頻器32b將輸出側(cè)信號與AC信號混合，并且將結(jié)果發(fā)送至數(shù)字預失真電路31。
[0118]在本實施方案中，將一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件性能的高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于高頻放大器。這實現(xiàn)了高可靠性的高耐壓高頻放大器。
[0119](其它實施方案)
[0120]在第一實施方案至第四實施方案中，例示了AlGaN/GaN HEMT作為化合物半導體器件。除了 AlGaN/GaN HEMT以外，以下HEMT可應(yīng)用作為化合物半導體器件。
[0121]其它HEMT實施例1
[0122]本實施例公開了一種作為化合物半導體器件的InAlN/GaN HEMT。
[0123]InAlN和GaN是其晶格常數(shù)能夠借助于其組成而彼此接近的化合物半導體。在這樣的情況下，在上述第一實施方案至第四實施方案中，電子渡越層由1-GaN形成，中間層由1-1nAIN形成，并且電子供給層由η-ΙηΑ1Ν形成。在這樣的情況下，幾乎不發(fā)生壓電極化，因此二維電子氣主要通過InAlN的自發(fā)極化發(fā)生。
[0124]根據(jù)本實施例，與上述AlGaN/GaN HEMT 一樣，實現(xiàn)了一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件特性的高可靠性的高耐壓InAlN/GaN HEMT。
[0125]其它HEMT實施例2
[0126]本實施例公開了一種作為化合物半導體器件的InAlGaN/GaNHEMT。
[0127]GaN和InAlGaN是其中能夠借助于其組成使得InAlGaN的晶格常數(shù)小于GaN的晶格常數(shù)的化合物半導體。在這樣的情況下，在上述第一實施方案至第四實施方案中，電子渡越層由1-GaN形成，中間層由1-1nAlGaN形成,并且電子供給層由n-1nAlGaN形成。
[0128]根據(jù)該實施例，與上述AlGaN/GaN HEMT 一樣，實現(xiàn)了一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件性能的高可靠性的高耐壓InAlGaN/GaN HEMT。
[0129]根據(jù)上述各方面，實現(xiàn)了一種抑制了由層間絕緣膜引起的電流崩塌的出現(xiàn)以提高器件特性的高可靠性的高耐壓化合物半導體器件。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導體器件，包括: 化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)；以及 覆蓋所述化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的表面的層間絕緣膜， 所述層間絕緣膜包括: 第一絕緣膜；以及 形成在所述第一絕緣膜上以填充所述第一絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導體器件，還包括: 在所述化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)上方的柵電極和第一場板電極， 其中所述第一絕緣膜具有由所述柵電極和所述第一場板電極形成在所述第一絕緣膜的所述表面上的所述不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化合物半導體器件， 其中所述層間絕緣膜還包括形成在所述第二絕緣膜上并且具有平坦表面的第三絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化合物半導體器件，還包括: 形成在所述第三絕緣膜上的`第二場板電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化合物半導體器件， 其中所述層間絕緣膜還包括: 形成在所述第三絕緣膜上的第四絕緣膜；以及 形成在所述第四絕緣膜上以填充所述第四絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第五絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物半導體器件， 其中所述層間絕緣膜還包括形成在所述第五絕緣膜上并且具有平坦表面的第六絕緣膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物半導體器件，還包括: 形成在所述第六絕緣膜上的布線層。
8.—種制造化合物半導體器件的方法，包括: 形成化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)；以及 形成覆蓋所述化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)的表面的層間絕緣膜， 所述層間絕緣膜包括: 第一絕緣膜；以及 形成在所述第一絕緣膜上以填充所述第一絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第二絕緣膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導體器件的方法，還包括: 在所述化合物半導體層疊結(jié)構(gòu)上方形成柵電極和第一場板電極， 其中所述第一絕緣膜具有由所述柵電極和所述第一場板電極形成在所述第一絕緣膜的所述表面上的所述不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的制造化合物半導體器件的方法， 其中所述層間絕緣膜還包括形成在所述第二絕緣膜上并且具有平坦表面的第三絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造化合物半導體器件的方法，還包括: 在所述第三絕緣膜上形成第二場板電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制造化合物半導體器件的方法， 其中所述層間絕緣膜還包括: 形成在所述第三絕緣膜上的第四絕緣膜；以及 形成在所述第四絕緣膜上以填充所述第四絕緣膜的表面上的不規(guī)則結(jié)構(gòu)并且具有平坦表面的第五絕緣膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造化合物半導體器件的方法，還包括: 在所述第五絕緣膜上形成具有平坦表面的第六絕緣膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造化合物半導體器件的方法，還包括: 在所述第六絕緣膜上形成布線層。`
【文檔編號】H01L29/778GK103715251SQ201310438756
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月28日
【發(fā)明者】西森理人, 渡邊芳孝 申請人:富士通株式會社, 富士通半導體股份有限公司