專利名稱：半導(dǎo)體器件以及制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施例涉及半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
包含在氮化物半導(dǎo)體中的GaN、AlN和InN或者包括它們的混合晶體等的材料具有寬的帶隙并且用于高輸出電子器件或者短波發(fā)光器件。場效應(yīng)晶體管(FET)如高電子遷移率晶體管(HEMT)用于高輸出電子器件。包括氮化物半導(dǎo)體的HEMT用于高輸出高效率放大器或者聞功率開關(guān)器件等。具有高的漏極擊穿電壓和柵極擊穿電壓的HEMT可以包括金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)，所述MIS結(jié)構(gòu)包括待用作柵極絕緣膜的絕緣膜。由于MIS結(jié)構(gòu)，所以產(chǎn)生了適于電カ應(yīng)用的半導(dǎo)體器件。日本專利申請?zhí)卦S公開號2002-359256、日本專利申請?zhí)卦S公開號2008-218479等中公開了相關(guān)的技木。由于導(dǎo)通電阻的降低、常閉操作或者開關(guān)元件的擊穿電壓的增加，因此可以提供用于使用晶體管的功率應(yīng)用的高效開關(guān)元件。開關(guān)元件等可以穩(wěn)定地進行開關(guān)操作。期望穩(wěn)定地進行開關(guān)操作的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)實施方案的ー個方面，一種半導(dǎo)體器件包括形成在基板上的半導(dǎo)體層；形成在半導(dǎo)體層上的絕緣膜；和形成在絕緣膜上的電極，其中絕緣膜包括含有碳的非晶膜。根據(jù)上述半導(dǎo)體，可以穩(wěn)定地進行開關(guān)操作，使得可以提供高度可靠的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明另外的優(yōu)點和新穎特征將部分地在以下的描述中闡明，并且將部分地在本領(lǐng)域技術(shù)人員研究以下內(nèi)容或者在通過實施本發(fā)明而了解本發(fā)明之后變得更加明顯。


圖I示出一種示例性半導(dǎo)體元件；圖2A和圖2B示出半導(dǎo)體元件的示例性測量尺寸；圖3示出施加的電壓與電容之間的示例性關(guān)系；圖4A至圖4C示出示例性絕緣膜；圖5示出非晶碳膜的厚度與閾電壓變化范圍之間的示例性關(guān)系； 圖6不出一種不例性半導(dǎo)體器件；圖7示出碳-碳鍵比率與膜密度或者等離子體激元峰之間的示例性關(guān)系；圖8示出示例性等離子體激元峰；圖9A至圖9E示出一種用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法；圖10示出一種示例性成膜裝置；
圖11示出一種示例性半導(dǎo)體器件；圖12A和圖12B示出示例性絕緣膜；圖13示出一種示例性半導(dǎo)體器件；圖14A至圖14F示出一種用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法；圖15示出一種示例性分立封裝的半導(dǎo)體器件；圖16示出一種示例性電源裝置；以及圖17示出實施例性高頻放大器。
具體實施例方式圖I示出一種示例性半導(dǎo)體器件。圖I所示的半導(dǎo)體器件可能不能穩(wěn)定地進行開關(guān)操作。圖I所示的半導(dǎo)體器件包括疊置在包含硅的基板I上的緩沖層2、電子傳輸層3、間隔層4、電子供給層5、蓋層6和形成在蓋層6上的絕緣膜7。電子傳輸層3、間隔層4、電子供給層5和蓋層6可以通過金屬有機氣相外延(MOVPE)法來形成。為了外延生長電子傳輸層3等，緩沖層2可以形成在基板I上。通過在基板I上的緩沖層2，電子傳輸層3等外延生長在緩沖層2上。電子傳輸層3可以是厚度為約3 U m的i_GaN。間隔層4可以是厚度為約5nm的i-AlGaN。電子供給層5可以是厚度為約5nm的n-AlGaN。n-AlGaN可以以5X 1018cm 3的濃度慘雜有娃(Si)作為雜質(zhì)兀素。蓋層6可以是厚度為約IOnm的n_GaN。n_GaN可以以5X IO18Cm-3的濃度摻雜有硅(Si)作為雜質(zhì)元素。在電子傳輸層3的靠近電子供給層5的ー側(cè)生成了ニ維電子氣(2DEG)3a。絕緣膜7可以對應(yīng)于柵極絕緣膜。絕緣膜7包括具有通過原子層沉積(ALD)法形成的厚度為約20nm的氧化鋁的膜。圖2A和圖2B示出半導(dǎo)體元件的示例性測量尺寸。在圖2中，含有汞的陰極電極9和陽極電極8設(shè)置在絕緣膜7上。可以測量陽極電極8和陰極電極9之間的電容。陽極電極8可以具有直徑為約500 iim的圓盤形狀。陰極電極9可以具有內(nèi)徑為約1500 iim而外徑為約2500 u m的環(huán)形形狀。陰極電極9可以設(shè)置為使陰極電極9的中心與陽極電極8的中心相匹配。陰極電極9可以接地，以使得可以獲得地電位。圖2A示出半導(dǎo)體元件的頂視圖。圖2B示出沿圖2A中的虛線IIB-IIB截取的橫斷面圖。圖3示出施加的電壓與電容之間的示例性關(guān)系。例如，圖3可示出當(dāng)施加到陽極8的電壓變化時在陽極電極8與陰極電極9之間檢測到的電容。例如，陰極電極9接地，并且將疊加在給定電壓上的IOOkHz和25mV的交流分量施加到陽極電極8，從而對電容進行測量。如圖3所示，當(dāng)施加到陽極電極8的電壓從-30V逐漸增加到IOV時，電容在約-7V處從0急劇地增加。當(dāng)電壓進一歩增加時，電容基本恒定，沒有大幅變化。然而，當(dāng)電壓達到約OV時，電容增加。在此之后，電容隨著所施加的電壓的增加而增加，并且逐漸接近一定的值。當(dāng)施加到陽極電極8的電壓從IOV逐漸減小到-30V吋，電容隨著所施加的電壓的降低而減小。然而，當(dāng)電壓達到7V附近吋，電容變得基本恒定。當(dāng)電壓減小到OV時，電容可不變化。在此之后，隨著所施加的電壓的進ー步降低，電容在電壓通過了 OV后減小，并且當(dāng)電壓達到-I. 5V附近吋，電容變?yōu)?，在此之后，當(dāng)電壓減小吋，電容仍然是0并且不變化。例如，當(dāng)圖I所示的半導(dǎo)體元件的絕緣膜7含有氧化鋁時，在電壓增加期間施加的電壓與電、容之間的關(guān)系和在電壓降低期間施加的電壓與電容之間的關(guān)系彼此不同。當(dāng)施加的電壓從低電壓增加吋，耗盡層厚度減小，并且在電子傳輸層3中形成2DEG 3a時產(chǎn)生電容，且隨后電容急劇地增加。當(dāng)施加的電壓從高電壓減小吋，耗盡層厚度增加，并且電容隨著2DEG 3a的減少而增加。由于以在絕緣膜7中形成的陷阱能級捕獲的電子等影響2DEG 3a的分布，所以在施加的電壓增加期間的曲線通過偏移可以幾乎與施加的電壓減少期間的曲 線重疊。例如，當(dāng)陷阱能級形成在絕緣膜7中以使得電子等被捕獲時，待檢測的電容變化。當(dāng)施加基本相同的電壓時，在電壓增加期間檢測到的電容和在電壓降低期間檢測到的電容可不相同。當(dāng)電壓和電容之間的關(guān)系根據(jù)之前所施加的電壓的歷史而變化時，可能不會實現(xiàn)穩(wěn)定的開關(guān)操作，使得半導(dǎo)體器件的可靠性可能降低。在電壓增加期間的電容曲線與在電壓降低期間的電容曲線之間的偏移量可以被稱為閾電壓變化范圍。例如，當(dāng)圖I所示的半導(dǎo)體器件的絕緣膜7含有氧化鋁吋，閾電壓變化范圍可以是約5. 4V。例如，當(dāng)絕緣膜7的氧化鋁膜是化合物的非晶膜時，可形成陷阱能級。當(dāng)絕緣膜7包含作為化合物(例如氧化物或氮化物)的非晶膜等時，可形成陷阱能級。圖4A至圖4C示出一種示例性絕緣膜。圖4A示出厚度為約20nm且含有氧化招的絕緣膜7。圖4B和圖4C示出含有除氧化物和氮化物之外的材料的絕緣膜。例如，圖4B所示的絕緣膜7a可以包括非晶碳膜。圖4C所示的絕緣膜7b示出其中非晶碳膜和氧化鋁膜相層疊的絕緣膜7b。在圖4B所示的絕緣膜7a中，形成約20nm的非晶碳膜。在圖4C所示的絕緣膜7b中，通過ALD方法形成約IOnm的氧化鋁膜，并隨后形成約IOnm的非晶碳膜。非晶碳膜可以是含有碳作為主要成分的非晶膜，并且非晶碳膜可以通過過濾陰極電弧(FCA)(其為電弧氣相沉積方法)形成。圖5示出非晶碳膜的厚度與閾電壓變化范圍之間的示例性關(guān)系。當(dāng)非晶碳膜的厚度變大吋，閾電壓變化范圍變小。當(dāng)絕緣膜是非晶碳膜吋，閾電壓變化范圍可以基本上變?yōu)镺0例如，當(dāng)絕緣膜包括非晶碳膜吋，閾電壓變化范圍變小。當(dāng)整個絕緣膜都是非晶碳膜吋，閾電壓變化范圍基本上變?yōu)镺。當(dāng)與柵極絕緣膜對應(yīng)的絕緣膜包括非晶碳膜時，可以穩(wěn)定地進行開關(guān)操作。例如，當(dāng)與柵極絕緣膜對應(yīng)的絕緣膜部分地或整個都是非晶碳膜吋，可以穩(wěn)定地進行開關(guān)操作，以使得可以提供高度可靠的半導(dǎo)體器件。圖6示出一種示例性半導(dǎo)體器件。圖6所示的半導(dǎo)體器件可以是HEMT。該半導(dǎo)體器件包括形成在包含半導(dǎo)體等的基板10上的緩沖層20、和包括通過外延生長層疊在緩沖層20上的半導(dǎo)體層的電子傳輸層21、電子供給層22、和蓋層23。在蓋層23上形成絕緣膜30。在絕緣膜30上形成柵電極41。源電極42和漏電極43耦接到電子傳輸層21。在暴露的絕緣膜30上形成包含絕緣體的保護膜50。基板10可以包括Si基板、SiC基板、藍寶石(Al2O3)基板等。例如，基板10是Si基板且緩沖層20形成在基板上。當(dāng)基板10含有其他材料時，可以不形成緩沖層20。電子傳輸層21可以是i-GaN，電子供給層22可以是n_AlGaN，并且蓋層23可以是n_GaN。在電子傳輸層21的靠近電子供給層22的ー側(cè)形成ニ維電子氣(2DEG)21a。在電子傳輸層21與電子供給層22之間可以形成未示出的間隔層。柵電極41、源電極42和漏電極43可以含有金屬材料。待成為柵極絕緣膜的絕緣膜30可以包括厚度為20nm的非晶碳膜。保護膜50可以包括通過等離子體ALD形成的氧化鋁(Al2O3)膜。作為絕緣膜30的非晶碳膜可以是含有碳作為主要成分的非晶膜，并且可以被稱為類金剛石碳(DLC)。非晶碳膜具有高密度、高絕緣性能、和高表面平滑度。具有高絕緣性能、高密度等的非晶碳膜中的氫含量可被降低，且非晶碳膜可以是類金剛石膜。例如，非晶碳膜的膜密度可以高，并且在非晶碳膜的碳-碳鍵中sp3含量可以高于sp2含量。在碳-碳鍵中sp3含量高于sp2含量的狀態(tài)下的非晶碳膜變成接近高密度金剛石狀態(tài)的膜。因此，陷阱能級等的形成可被降低且閾電壓變化范圍可變小。例如，包括非晶碳膜的絕緣膜30可以穩(wěn)定地進行開關(guān)操作。碳-碳鍵包括鍵合方式sp2和sp3。石墨是以碳-碳鍵sp2形成的，而金剛石是以碳-碳鍵sp3形成的。當(dāng)非晶碳膜是另外的類金剛石膜吋，sp3鍵含量高于sp2鍵含量。例如，碳-碳鍵含量可以是sp2 ^ sp3。圖7示出碳-碳鍵比率與膜密度或者等離子體激元峰之間的示例性關(guān)系。如圖7所示，非晶碳膜的碳-碳鍵sp3比率和膜密度具有相關(guān)性，并且當(dāng)碳-碳鍵sp3比率變高吋，膜密度也變高。非晶碳膜的碳-碳鍵sp3比率和等離子體激元峰具有相關(guān)性，并且當(dāng)碳-碳鍵sp3比率變高時，等離子體激元峰也變高。碳-碳鍵sp3比率為50%或更高的情況下的非晶碳膜，例如sp3鍵比率高于sp2鍵比率且?guī)缀醪缓瑲涞姆蔷寄た删哂?. 6g/cm3或更高的膜密度且等離子體激元峰可以是28eV或更高。膜密度可以基于以下來計算在形成在硅基板上的非晶碳膜中通過盧瑟福背散射光譜學(xué)所獲得的結(jié)果和通過借助于透射電子顯微鏡(TEM)的橫截面長度測量所獲得的膜厚度。當(dāng)非晶碳膜的膜密度是2. 6g/cm3或更高且膜的等離子體激元峰是28eV或更高時，非晶碳膜可以通過電弧氣相沉積方法的FCA方法形成。例如，通過FCA方法形成的非晶碳膜的膜密度可以是3.2g/cm3。金剛石的密度可以是3.56g/cm3。非晶碳膜的膜密度可以是2. 6g/cm3或更高和3. 56g/cm3或更低。通過FCA方法形成的非晶碳膜的氫含量低于通過CVD形成的非晶碳膜的氫含量。通過FCA方法形成的非晶碳膜中的氫含量可以是I原子％或更低。通過化學(xué)氣相沉積(CVD)形成的含有氫的非晶碳膜的最高膜密度可以低于約2. 6g/
3
cm o圖8示出示例性等離子體激元峰。圖8示出通過FCA方法或者CVD方法形成的非晶碳膜的等離子體激元峰。通過FCA方法形成的非晶碳膜的等離子體激元峰8A可以是約30eV且為28eV或更高。通過CVD方法形成的膜的等離子體激元峰SB可以是約23eV并且可以低于28eV。通過FCA方法形成的膜的等離子體激元峰可以是28eV或更高。絕緣膜30可以是通過FCA方法形成的非晶碳膜。非晶碳膜的碳-碳鍵可以是sp2 < sp3，密度可以是
2.6g/cm3或更高和3. 56g/cm3或更低,而等離子體激元峰可以是28eV或更高。形成為絕緣膜30的非晶碳膜的厚度可以是2nm或更大和200nm或更小，例如IOnm或更大和30nm或更小。當(dāng)非晶碳膜覆蓋整個表面時，非晶碳膜的厚度可以是至少幾個原子層或更大。厚度小于2nm的非晶碳膜可能不能夠覆蓋整個表面。例如，如圖5所示，非晶碳月旲的厚度可以是IOnm或更大。由于非晶碳I旲的應(yīng)力尚，所以可能由于厚度超過30nm的非晶碳膜中的應(yīng)カ而發(fā)生膜分離。非晶碳膜的厚度可以是30nm或更小。 圖9A至圖9E示出用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法。
如圖9A所示，在基板10上形成緩沖層20，并且通過利用金屬有機氣相外延(MOVPE)等的外延生長在緩沖層20上形成包括電子傳輸層21、電子供給層22、蓋層23等的半導(dǎo)體層?；?0可以是含有Si、SiC、監(jiān)寶石(Al2O3)等的基板。在基板10上,可以形成緩沖層20以外延生長電子傳輸層21等。緩沖層20可以是例如厚度為約0. I y m的未摻雜i_AlN層。電子傳輸層21可以是厚度為約3 U m的未慘雜i_GaN層。電子供給層22可以是厚度為約30nm的n-AlQ.25Gaa75N層，其可以以5X IO18CnT3的濃度摻雜有Si作為雜質(zhì)元素。蓋層23可以是厚度為約IOnm的n_GaN層，其可以以5X IO18CnT3的濃度摻雜有Si作為雜質(zhì)元素。半導(dǎo)體層可以通過晶體生長如分子束外延(MBE)來形成。如圖9B所示，形成源電極42和漏電極43。例如，將光刻膠施加到蓋層23上，然后通過曝光裝置曝光并顯影，由此形成在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中具有開ロ部的、未示出的抗蝕劑圖案。進行干法蝕刻如使用氯氣的活性離子蝕刻(RIE)以在其中沒有形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中移除蓋層23和電子供給層22，以使得電子傳輸層21的表面暴露。在干法蝕刻中，將約30SCCm的氯氣作為蝕刻氣體導(dǎo)入室中，室中的壓カ設(shè)定為約2Pa，并且施加20W的射頻(RF)功率。包括Ta/Al疊層膜等的金屬膜通過真空沉積等來形成，并且形成在抗蝕劑圖案上的金屬膜與抗蝕劑圖案被剝離并且通過浸入有機溶劑中等來移除。在沒有形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中形成源電極42和漏電極43。在剝離之后，例如進行溫度為5500C的熱處理，并且實現(xiàn)歐姆接觸。干法蝕刻中的抗蝕劑圖案可以用于剝離中的抗蝕劑圖案，但是，可以分別進行干法蝕刻和剝離。如圖9C所示，在蓋層23上形成與柵極絕緣膜對應(yīng)的絕緣膜30。絕緣膜30可以通過利用FCA方法生長非晶碳膜來形成。例如，通過使用石墨靶作為原料，將電弧電流設(shè)定為70A且將電弧電壓設(shè)定為26V，就可以通過FCA方法形成厚度為約20nm的非晶碳膜。如圖9D所示，形成柵電極41。例如，將光刻膠施加到絕緣層30上，然后通過曝光裝置曝光并且顯影，由此形成在待形成柵電極41的區(qū)域中具有開ロ部的、未示出的抗蝕劑圖案。金屬膜例如厚度為約IOnm的Ni膜或者厚度為約300nm的Au膜通過真空沉積形成在整個表面上，并且形成在抗蝕劑圖案上的金屬膜與抗蝕劑圖案被剝離并且通過浸入在有機溶劑中等被移除。在絕緣膜30上的指定區(qū)域中形成包括Ni/Au的柵電極41。如圖9E所示，在絕緣膜30上形成保護膜50。例如，保護膜50可以包括通過ALD方法形成的氧化鋁膜、通過FCA方法形成的非晶碳膜、通過等離子體CVD方法形成的氮化硅膜、或者這些膜的疊層體。通過上述過程，可以形成晶體管。半導(dǎo)體層可以含有GaN和AlGaN并且還可以含有氮化物半導(dǎo)體，例如InAlN或者InGaAIN。圖10示出示例性成膜裝置。圖10所示的成膜裝置可以是用于FCA方法中的FCA成膜裝置。FCA成膜裝置包括等離子體生成部110、等離子體分離部120、粒子捕獲部130、等離子體傳送部140和成膜室150。等離子體生成部110、等離子體分離部120和粒子捕獲部130可具有圓筒形狀并且可以按所述順序相聯(lián)。等離子體傳送部140也具有圓筒形狀。等離子體傳送部140的一端幾乎垂直耦接到等離子體分離部120，并且等離子體傳送部的另一端耦接到成膜室150。在成膜室150的內(nèi)部，提供用于設(shè)置用作成膜靶的基板151等的 載臺152。絕緣板111設(shè)置在等離子體生成部110的殼的下端部分，并且在絕緣板111上設(shè)置用作為靶(陰極)112的石墨。在等離子體生成部110的殼的下端部的外周上設(shè)置陰極線圈114。在殼的內(nèi)壁表面上設(shè)置陽極113。當(dāng)形成非晶碳膜時，通過從未示出的電源在靶112和陽極113之間施加給定的電壓而發(fā)生電弧放電，以使得在靶112上方形成等離子體。在陰極線圈114中，通過從另一未示出的電源施加給定的電流而產(chǎn)生用于穩(wěn)定電弧放電的磁場。由于電弧放電，碳(其為石墨的靶112)蒸發(fā)并且作為成膜材料的離子被供給到等離子體。在等離子體生成部110和等離子體分離部120之間的邊界部上設(shè)置絕緣環(huán)121。通過絕緣環(huán)121，等離子體生成部110的殼和等離子體分離部120的殼被電分離。在等離子體分離部120的外周上，設(shè)置導(dǎo)向線圈122a和122b，所述導(dǎo)向線圈122a和122b生成用于使形成在等離子體生成部110中的等離子體在給定的方向上移動同時將等離子體匯聚到殼的中心部的磁場。在等離子體分離部120和等離子體傳送部140的聯(lián)接部附近設(shè)置傾斜磁場生成線圈123，所述傾斜磁場生成線圈123生成使等離子體移動方向基本垂直地偏轉(zhuǎn)的磁場。在等離子體生成部110中生成的粒子進入并直線行進到粒子捕獲部130，而幾乎不受等離子體分離部120中的磁場影響。在粒子捕獲部130的上端設(shè)置將粒子反射到橫向的反射體131和捕獲由反射體131反射的粒子的粒子捕獲部132。在粒子捕獲部132中，多個翅片133傾斜地設(shè)置到殼內(nèi)側(cè)。進入到粒子捕獲部132的粒子被翅片133重復(fù)地反射以損失動能。最終，粒子附著到翅片133或粒子捕獲部132的殼的壁表面并且被捕獲。在等離子體分離部120中與粒子分離的等離子體進入等離子體傳送部140。等離子體傳送部140分為負電壓施加部142和聯(lián)接部146。在負電壓施加部142與等尚子體分離部120之間以及在負電壓施加部142與聯(lián)接部146之間設(shè)置絕緣環(huán)141。等離子體分離部120與負電壓施加部142是電分離的，并且聯(lián)接部146與負電壓施加部142是電分離的。負電壓施加部142分為在等離子體分離部120 —側(cè)的入口部143、在聯(lián)接部146ー側(cè)的出口部145和在入口部143與出口部145之間的中間部144。在入口部143的外周上設(shè)置143a，143a生成用于使等離子體移動到成膜室150 —側(cè)且同時使等離子體匯聚的磁場。在入口部143的內(nèi)側(cè)，以傾斜于殼內(nèi)表面的方式設(shè)置捕獲進入入口部143的粒子的多個翅片143b。在中間部144的入口部143側(cè)和出口部145側(cè)分別設(shè)置各自具有用于調(diào)節(jié)等離子體的流路的開ロ部的孔144a和孔144b。在中間部144的外圍上設(shè)置導(dǎo)向線圈144c，所述導(dǎo)向線圈144c產(chǎn)生用于使等離子體移動方向偏轉(zhuǎn)的磁場。聯(lián)接部146的直徑可以從負電壓施加部142側(cè)向成膜室150逐漸變大。此外，在聯(lián)接部146的內(nèi)側(cè)設(shè)置多個翅片146a。在聯(lián)接部146和成膜室150的邊界部的外周上設(shè)置導(dǎo)向線圈146b，所述導(dǎo)向線圈146b使等離子體向成膜室150側(cè)移動且同時使等離子體匯聚。在FCA成膜裝置中，等離子體生成部110進行電弧放電并且生成包含碳離子的等離子體。等離子體到達基板151等，且同時傾斜磁場生成線圈123等移走變成粒子的組分。因此，在基板151等上形成非晶碳膜。圖11示出示例性半導(dǎo)體器件。圖11所示的半導(dǎo)體器件包括包含氧化鋁膜231和非晶碳膜232的疊層結(jié)構(gòu)的絕緣膜230，例如其中在氧化鋁膜231上形成非晶碳膜232的絕、緣膜230，來代替圖6所示的絕緣膜30(包括半導(dǎo)體器件的非晶碳膜)。厚度為約IOnm的氧化鋁膜231可以通過ALD方法、通過使用三甲基鋁(TMA)和純水(H2O)并將基板溫度設(shè)定為300°C來形成。通過上述FCA方法，可以形成厚度為約IOnm的非晶碳膜232。圖12A和圖12B分別示出示例性絕緣膜。圖12A可以是圖11所示的絕緣膜230的放大圖。在對應(yīng)于絕緣膜230的柵極絕緣膜中，層疊兩個不同的材料膜。因此，可以降低柵極漏電流。例如，與僅包括非晶碳膜的絕緣膜相比，通過層疊絕緣性能高于非晶碳膜的絕緣性能的氧化鋁膜，可以減小柵極漏電流。為了降低閾電壓變化范圍，非晶碳膜232的厚度可以等于或大于氧化鋁膜231的厚度，如圖5所示。非晶碳膜232的厚度可以是IOnm或更大?？梢孕纬裳趸x膜或者氮化硅膜來代替氧化鋁膜231。如圖12B所示，通過形成非晶碳膜232并且在非晶碳膜232上形成氧化鋁膜231，可以形成絕緣膜233或者絕緣膜230。其他要素可以與圖9所示的要素基本相同或相似。 圖13示出示例性半導(dǎo)體器件。圖13所示的半導(dǎo)體器件可以是HEMT。該半導(dǎo)體器件包括形成在包含半導(dǎo)體等的基板310上的緩沖層320和通過外延生長疊層在緩沖層320上的電子傳輸層321、電子供給層322和蓋層323。源電極342和漏電極343耦接到電子傳輸層321。柵電極341通過絕緣膜330形成在通過部地移除蓋層323和電子供給層322所形成的開ロ部中。絕緣膜330還形成在蓋層323上，并且在絕緣膜330上形成包括絕緣體的保護膜350?；?10可以包括Si基板、SiC基板、藍寶石(Al2O3)基板等。當(dāng)基板310是Si基板時，形成緩沖層320。當(dāng)基板310含有其他材料時，可以不形成緩沖層320。電子傳輸層321可以是i-GaN，電子供給層322可以是n_AlGaN，而蓋層323可以是n_GaN。在電子傳輸層321的靠近電子供給層322的ー側(cè)形成ニ維電子氣(2DEG)321a。在電子傳輸層321與電子供給層322之間，可以形成未示出的間隔層。柵電極341、源電極342和漏電極343含有金屬材料。例如，與柵極絕緣膜對應(yīng)的絕緣膜330包括厚度為20nm的非晶碳膜。保護膜350通過利用等離子體ALD形成氧化鋁(Al2O3)膜來形成。圖14A至圖14F示出用于制造半導(dǎo)體器件的示例性方法。如圖14A所示，在基板310上形成緩沖層320。在緩沖層320上，通過外延生長(如M0VPE)形成電子傳輸層321、電子供給層322和蓋層323的半導(dǎo)體層?；?10可以含有Si、SiC、藍寶石(Al2O3)等。為了通過外延生長來形成電子傳輸層321等，在基板310上形成緩沖層320。例如，緩沖層320可以是厚度為約0. I ii m的未摻雜i_AlN層。電子傳輸層321可以是厚度為約3 U m的未慘雜i_GaN層。電子供給層322可以是厚度為約30nm的n-AlQ.25GaQ.75N層，其中以5X IO18CnT3的濃度摻雜有Si作為雜質(zhì)元素。蓋層323可以是厚度為約IOnm的n-GaN層，其中以5X IO18CnT3的濃度摻雜有Si作為雜質(zhì)元素。如圖14B所示，形成源電極342和漏電極343。例如，將光刻膠施加到蓋層323上，然后通過曝光裝置曝光并且顯影，由此形成在待形成源電極342和漏電極343的區(qū)域中具有開ロ部的、未示出的抗蝕劑圖案。進行干法蝕刻如使用氯氣的RIE以在其中沒有形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中移除蓋層23和電子供給層22，以使得電子傳輸層21的表面暴露。包括Ta/Al疊層膜等的金屬膜通過真空沉積等來形成，并且形成在抗蝕劑圖案上的金屬膜與抗蝕劑圖案通過浸入有機溶劑中等而被剝離。在沒有形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中形成源電極342和漏電極343。在剝離之后，通過在550°C的溫度進行熱處理實現(xiàn)歐姆接觸。如圖14C所示，形成開ロ部361。例如，將光刻膠施加到蓋層323上，然后通過曝光裝置曝光并且顯影，由此形成在待形成開ロ部361的區(qū)域中具有開ロ部的、未示出的抗蝕劑圖案。使用抗蝕劑圖案作為掩模導(dǎo)入含有氯的氣體，并且通過RIE等進行干法蝕刻。在沒有形成抗蝕劑圖案的區(qū)域中的蓋層323和電子供給層322被部地移除，并且形成開ロ部361。移除抗蝕劑圖案。如圖14D所示，在蓋層323上和在開ロ部361的內(nèi)表面上形成絕緣膜330。通過利用FCA方法形成非晶碳膜來形成絕緣膜330。例如，通過使用石墨靶作為原料，將電弧電流設(shè)定為70A并且將電弧電壓設(shè)定為26V，通過FCA方法形成厚度為約20nm的非晶碳膜，從而形成絕緣膜330。如圖14E所示，形成柵電極341。例如，通過借助旋涂方法等的施加方法將未示出的下抗蝕劑和未示出的上抗蝕劑分別形成在絕緣層330上，所述下抗蝕劑例如是由美國麥 克化學(xué)公司(U. S. MicroChem Corp.)制造的PMGI (商品名稱)，所述上抗蝕劑例如是由住友化學(xué)股份有限公司(Sumitomo Chemical Co. , Ltd.)制造的PFI32-A8 (商品名稱)。進行通過曝光裝置的曝光以及顯影，由此在包括其中形成開ロ部361的部的區(qū)域中的上抗蝕劑中形成直徑為約0. 8 y m的開ロ。使用上抗蝕劑作為掩模通過堿性顯影劑對下抗蝕劑進行濕法蝕刻。通過真空沉積在整個表面上形成金屬膜例如厚度為約IOnm的Ni膜或者厚度為約300nm的Au膜，并且使用加熱的有機溶劑進行剝離，由此將形成在上抗蝕劑上的金屬膜與下抗蝕劑和上抗蝕劑一起移除。含有Ni/Au的柵電極341通過絕緣膜330形成在開ロ部361 中。如圖14F所示，在絕緣膜330上形成保護膜350。例如，保護膜350可以包括通過ALD方法形成的氧化鋁膜、通過FCA方法形成的非晶碳膜、通過等離子體CVD方法形成的氮化硅膜、或者這些膜的疊層結(jié)構(gòu)。圖15示出示例性分立封裝的半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件可以是圖6、圖11或圖
13所示的半導(dǎo)體器件。圖15示意性地示出分立封裝的半導(dǎo)體器件的內(nèi)部，其中電極等的布置可以與圖6、圖11或圖13中的電極布置不同。例如，圖6或圖11或圖13所示的半導(dǎo)體器件是通過切片等進行分割，由此形成含有基于GaN的半導(dǎo)體材料的HEMT半導(dǎo)體芯片410。半導(dǎo)體芯片410通過芯片粘接劑430如焊料而固定在引線框420上。柵電極441通過接合線431耦接到柵極引線421。源電極442通過接合線432耦接到源極引線422。漏電極443通過接合線433耦接到漏極引線422。接合線431、接合線432和接合線433可以含有金屬材料，例如Al。柵電極441可以是柵電極墊，并且耦接到圖
6、圖11或圖13中的柵電極41或341。源電極442可以是源電極墊，并且耦接到源電極42或342。漏電極443可以是漏電極墊，并且耦接到漏電極43或343。通過傳遞模塑方法使用成型樹脂440進行樹脂密封。形成其中包含基于GaN的半導(dǎo)體材料的HEMT為分立封裝的半導(dǎo)體器件。圖16示出示例性電源裝置。電源裝置460包括高壓初級電路461、低壓次級電路462和設(shè)置在初級電路461和次級電路462之間的變壓器463。初級電路461包括交流(AC)電源464、橋式整流電路465、多個開關(guān)兀件466 (例如四個開關(guān)兀件)和ー個開關(guān)兀件467。次級電路462包括多個開關(guān)元件468 (例如三個開關(guān)元件)。圖6、圖11或圖13中的半導(dǎo)體器件可以用作為初級電路461中的開關(guān)元件466和467。初級電路461中開關(guān)元件466和467可以是常閉半導(dǎo)體器件。在次級電路462側(cè)的開關(guān)元件468可以包括含有硅的金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MISFET)。圖17示出示例性高頻放大器。高頻放大器470可以例如應(yīng)用到用于蜂窩式電話的基站的功率放大器。高頻放大器470包括數(shù)字預(yù)失真電路471、混頻器472、功率放大器473和定向耦合器474。數(shù)字預(yù)失真電路471對輸入信號的非線性失真進行補償。混頻器472將已經(jīng)補償了非線性失真的輸入信號與交流信號進行混合。功率放大器473將與交流信號混合的輸入信號放大。功率放大器473可以包括圖6、圖11或圖13中的半導(dǎo)體器件。定向耦合器474監(jiān)測輸入信號或輸出信號。例如，混頻器472可以將輸出信號與交流信號混合，并且基于開關(guān)器的開關(guān)將混合的信號發(fā)送到數(shù)字預(yù)失真電路471。已經(jīng)根據(jù)以上的優(yōu)點對本發(fā)明的實施例實施方案進行了描述。要理解的是這些實 施例僅是對本發(fā)明進行說明。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說許多變化和修改將是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 形成在基板上方的半導(dǎo)體層； 形成在所述半導(dǎo)體層上方的絕緣膜；和 形成在所述絕緣膜上方的電極， 其中，所述絕緣膜包括含有碳的非晶膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜為所述非晶膜和含有氧化物或氮化物的膜的疊層膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述含有氧化物或氮化物的膜為氧化鋁膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述非晶膜的厚度等于或大于所述含有氧化物或氮化物的膜的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述非晶膜的厚度為IOnm或更大。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述非晶膜中的碳-碳鍵比率為sp2 ^ sp30
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述非晶膜的密度為2.6g/cm3或更大以及.3.56g/cm3 或更小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中基于所述非晶膜中的碳的等離子體激元峰為28eV或更高。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述非晶膜中的氫含量為I原子％或更小。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中 所述半導(dǎo)體層包括第一半導(dǎo)體層和形成在所述第一半導(dǎo)體層上方的第二半導(dǎo)體層；以及 設(shè)置形成為與所述第一半導(dǎo)體層或所述第二半導(dǎo)體層接觸的源電極和漏電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，還包括 在所述第二半導(dǎo)體層中的開ロ部， 其中所述絕緣膜形成在所述開ロ部的內(nèi)表面上；以及 所述電極通過所述絕緣膜形成在所述開ロ部中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體層含有GaN。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二半導(dǎo)體層含有AlGaN。
14.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在基板上方形成半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層上方形成包括含有碳的非晶膜的絕緣膜；以及 在所述絕緣膜上方形成電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 形成所述非晶膜；以及 形成含有氧化物或氮化物的膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 形成第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上方形成第二半導(dǎo)體層；以及形成與所述第一半導(dǎo)體層或所述第二半導(dǎo)體層接觸的源電極和漏電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括 在第二半導(dǎo)體層中形成開ロ部； 在所述第二半導(dǎo)體層上方和所述開ロ部的內(nèi)表面上方形成所述絕緣膜；以及 通過所述絕緣膜在所述開ロ部中形成所述電扱。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述非晶膜通過電弧氣相沉積方法形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件以及制造半導(dǎo)體器件的方法，所述半導(dǎo)體器件包括形成在基板上方的半導(dǎo)體層；形成在半導(dǎo)體層上方的絕緣膜；以及形成在絕緣膜上方的電極，其中絕緣膜包括含有碳的非晶膜。
文檔編號H01L29/778GK102646702SQ201210035488
公開日2012年8月22日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月16日
發(fā)明者中村哲一, 今西健治, 吉川俊英, 多木俊裕, 宮島豐生, 尾崎史朗, 武田正行, 渡部慶二, 金村雅仁 申請人:富士通株式會社