半導(dǎo)體裝置及其制造方法
【專利摘要】實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，具備：氮化物半導(dǎo)體層；在氮化物半導(dǎo)體層上形成的柵電極；在氮化物半導(dǎo)體層上形成的源電極；在氮化物半導(dǎo)體層上相對(duì)于柵電極而與源電極相反的一側(cè)形成的漏電極；在漏電極與柵電極之間的氮化物半導(dǎo)體層上形成的第一氮化硅膜；以及形成在氮化物半導(dǎo)體層與柵電極之間、硅對(duì)氮的原子比低于上述第一氮化硅膜的第二氮化硅膜。
【專利說明】半導(dǎo)體裝置及其制造方法
[0001] 本申請(qǐng)主張以日本專利申請(qǐng)2013 - 59322號(hào)（申請(qǐng)日：2013年3月22日）為基礎(chǔ) 申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 具有較高的絕緣擊穿強(qiáng)度的氮化物半導(dǎo)體被期待向功率電子器件用半導(dǎo)體裝置 或高頻功率半導(dǎo)體裝置等的應(yīng)用。但是，在施加了高電壓時(shí)，導(dǎo)通電阻增大、漏電流大幅減 少的稱為電流崩塌（current collapse)的現(xiàn)象變得顯著。已知該現(xiàn)象對(duì)半導(dǎo)體裝置的特 性帶來影響。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)高性能的氮化物類半導(dǎo)體裝置，希望抑制電流崩塌。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種實(shí)現(xiàn)了電流崩塌的抑制的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
[0006] 實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具有：氮化物半導(dǎo)體層；柵電極，在氮化物半 導(dǎo)體層上形成；源電極，在氮化物半導(dǎo)體層上形成；漏電極，在氮化物半導(dǎo)體層上相對(duì)于柵 電極而與源電極相反的一側(cè)形成；第一氮化硅膜，在漏電極與上述柵電極之間的氮化物半 導(dǎo)體層上形成；以及第二氮化硅膜，形成在氮化物半導(dǎo)體層與柵電極之間，該第二氮化硅膜 的硅對(duì)氮的原子比低于上述第一氮化硅膜。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0008] 圖2是表示多個(gè)器件構(gòu)造與電流崩塌的關(guān)系的圖。
[0009] 圖3是表示關(guān)于多個(gè)氮化硅膜的柵漏電流的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
[0010] 圖4是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0011] 圖5是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0012] 圖6是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0013] 圖7是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0014] 圖8是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0015] 圖9是表示第五實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0016] 圖10是表示第六實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0017] 圖11是表示第七實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0018] 圖12是表示第八實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 本說明書中，設(shè)硅對(duì)氮的原子比表示同一體積中的硅原子的個(gè)數(shù)相對(duì)于氮原子的 個(gè)數(shù)的比(硅原子個(gè)數(shù)/氮原子個(gè)數(shù))。
[0020] (第一實(shí)施方式）
[0021] 圖1是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。該半導(dǎo)體裝置形成在基板 10上的氮化物半導(dǎo)體層11上?；?0例如是硅（Si)。
[0022] 在基板10與氮化物半導(dǎo)體層11之間，設(shè)置緩沖層(未圖示)。緩沖層具備將基板 10與氮化物半導(dǎo)體層11之間的晶格不匹配緩和的功能。緩沖層例如由氮化鋁鎵(Al xGai_ ΧΝ (0 < X < 1))的多層構(gòu)造形成。
[0023] 此外，氮化物半導(dǎo)體層11具備動(dòng)作層(溝道層）11a與勢(shì)壘層（電子供給層）lib的 層疊構(gòu)造。動(dòng)作層11a例如是氮化鎵（GaN)，勢(shì)壘層lib例如是氮化鋁鎵（AlGaN)。勢(shì)壘 層lib能夠由氮化鎵（GaN)、氮化鋁鎵（Al xGai_xN (0 < X < 1))、氮化銦（InN)、氮化銦鋁 (IriyAli -yN (0 < y < 1))、氮化銦鎵（InzGal - zN (0 < z < 1))等的某一個(gè)或他們的組 合構(gòu)成。
[0024] 在動(dòng)作層11a與勢(shì)壘層lib之間，形成有異質(zhì)結(jié)界面。例如，動(dòng)作層11a的膜厚是 0· 1?10 μ m，勢(shì)壘層1 lb的膜厚是10?50nm。
[0025] 本實(shí)施方式中，示出了作為利用2層氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)的電場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的高電子遷移率晶體管（HEMT)的例子。但是，不限于2層，對(duì)具有各種層構(gòu)造的氮化物半 導(dǎo)體層也能夠應(yīng)用本實(shí)施方式的構(gòu)造。如本實(shí)施方式那樣，利用異質(zhì)結(jié)的HEMT由于溝道遷 移率高，所以能夠使導(dǎo)通電阻減小，適合于功率電子器件用半導(dǎo)體裝置。此外，高的溝道遷 移率也適合于高頻動(dòng)作。
[0026] 在氮化物半導(dǎo)體層11上，以之間夾有第二氮化硅膜12的方式形成柵電極14。第 二氮化硅膜12作為柵絕緣膜發(fā)揮功能。柵電極14例如是金屬電極。金屬電極例如是鎳 (Ni)電極、鈦（Ti)電極、鋁（A1)電極、或氮化鈦（TiN)。
[0027] 此外，在氮化物半導(dǎo)體層11上，以之間夾有柵電極14的方式設(shè)置源電極16和漏 電極18。源電極16和漏電極18分別與柵電極14分離。源電極16和漏電極18例如是金 屬電極，金屬電極例如是以鋁（A1)為主成分的電極。優(yōu)選的是，源電極16以及漏電極18、 與氮化物半導(dǎo)體層11之間是歐姆接觸。
[0028] 在源電極16與柵電極14之間、以及漏電極18與柵電極之間的氮化物半導(dǎo)體層11 上，形成第一氮化娃膜20。第一氮化娃膜20與氮化物半導(dǎo)體層11的表面相接而形成。第 一氮化硅膜20作為保護(hù)柵電極14與源電極16、柵電極14與漏電極18之間的氮化物半導(dǎo) 體層11的表面的表面保護(hù)膜(或鈍化膜）發(fā)揮功能。
[0029] 第二氮化硅膜12與第一氮化硅膜20相比，膜中的硅（Si) /氮（N)比即硅原子 與氮原子的原子比較低。例如，第一氮化硅膜20的硅對(duì)氮的原子比大于等于0. 75且小 于0. 9,第二氮化娃膜12的娃對(duì)氮的原子比大于等于0. 6且小于0. 75。另外，氮化娃膜 的娃對(duì)氮的原子比能夠利用基于盧瑟福背散射分析（RBS :Rutherford Backscattering Spectrometry)、X 線光電子光譜（XPS :X - ray photoelectron spectroscopy)的測(cè)定而 導(dǎo)出。
[0030] 在利用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置中，已知當(dāng)對(duì)源電極一漏電極間施加了高電壓 應(yīng)力（high voltage stress)時(shí)，產(chǎn)生漏電流減少的稱為電流崩塌的現(xiàn)象。電流崩塌的原 因被認(rèn)為是在半導(dǎo)體裝置的電流路徑中形成的電荷陷講（charge trapping)。
[0031] 通常，鋁（A1)容易與氧結(jié)合，在勢(shì)壘層lib的氮化鋁鎵的晶體成長(zhǎng)中引入氧。與 鋁結(jié)合了的氧作為電荷的陷阱發(fā)揮功能。此外，勢(shì)壘層lib的最表面的氮在晶體成長(zhǎng)中或 之后的制造工序中容易脫離而產(chǎn)生氮缺陷。該氮缺陷作為電荷的陷阱發(fā)揮功能。
[0032] 當(dāng)在源電極一漏電極間施加了高電壓應(yīng)力時(shí)，電荷陷于電流路徑中存在的氧及氮 缺陷等的表面能級(jí)中。結(jié)果，漏電流減少，認(rèn)為發(fā)生電流崩塌。
[0033] 引起電流崩塌的表面能級(jí)的量被認(rèn)為依存于在氮化物半導(dǎo)體表面形成的膜、例如 氮化硅膜的膜質(zhì)。另一方面，在形成在氮化物半導(dǎo)體表面的膜、特別是柵絕緣膜中，優(yōu)選的 是，不僅降低電流崩塌，還降低膜的漏電流。因此，
【發(fā)明者】們著眼于在氮化物半導(dǎo)體表面形 成的氮化硅膜的膜質(zhì)、與電流崩塌及漏電流之間的關(guān)系。
[0034] 圖2是表示多個(gè)器件構(gòu)造與電流崩塌的關(guān)系的圖。器件構(gòu)造是與圖1相同的HEMT。 橫軸表示作為應(yīng)力（stress)而施加的電壓，縱軸表示應(yīng)力施加后的導(dǎo)通電阻的變化率。即， 電流崩塌現(xiàn)象的結(jié)果表示漏電流減少、導(dǎo)通電阻增加的比例。示出了導(dǎo)通電阻的變化率的 數(shù)字越大則電流崩塌越大。
[0035] 構(gòu)造1是在圖1所示的第一氮化硅膜(表面保護(hù)膜)20和第二氮化硅膜(柵絕緣膜） 12雙方中應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比（Si / N)為0.71的氮化硅膜的情況。構(gòu)造2是在圖1所示 的第一氮化娃膜20和第二氮化娃膜12雙方中應(yīng)用娃對(duì)氮的原子比（Si / N)為0. 86的氮 化硅膜的情況。構(gòu)造3是在圖1所示的第一氮化硅膜20和第二氮化硅膜12雙方中應(yīng)用硅 對(duì)氮的原子比（Si / N)為0. 68的氮化硅膜的情況。
[0036] 并且，構(gòu)造4是相當(dāng)于本實(shí)施方式的器件構(gòu)造。即，是在圖1所示的第一氮化硅膜 20中應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比（Si / N)為0.86的氮化硅膜、在第二氮化硅膜12中應(yīng)用硅對(duì)氮 的原子比（Si / N)為0.68的氮化硅膜的情況。
[0037] 從圖2的構(gòu)造1?3的結(jié)果明確可知，應(yīng)用了硅對(duì)氮的原子比較高的氮化硅膜的 情況下，電阻變化率較小。即，電流崩塌被抑制。從抑制電流崩塌的觀點(diǎn)來看，硅對(duì)氮的原 子比優(yōu)選大于等于〇. 75,更優(yōu)選大于等于0. 80。
[0038] 這樣，作為通過應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比較高的氮化硅膜來抑制電流崩塌的一個(gè)原 因，可以認(rèn)為，在富含娃的膜中，娃與氫的結(jié)合（Si - Η結(jié)合）較多。
[0039] S卩，若從氮化硅膜向勢(shì)壘層lib中供給氫，則與勢(shì)壘層lib中的鋁結(jié)合的氧通過還 原而脫離。并且，可以認(rèn)為，通過作為電荷的陷阱發(fā)揮功能的氧從勢(shì)壘層lib減少，電流崩 塌被抑制。
[0040] 此外，可以認(rèn)為，通過從氮化硅膜供給氫，由勢(shì)壘層lib的氮缺陷產(chǎn)生的硅（Si)的 懸空鍵通過與氫結(jié)合而作為氫終端。并且，可以認(rèn)為，通過作為電荷的陷阱發(fā)揮功能的氮缺 陷從勢(shì)壘層lib減少，電流崩塌被抑制。
[0041] 在圖1的構(gòu)造中，可以認(rèn)為，成為電流崩塌的原因的電荷陷阱特別主要發(fā)生在成 為高電場(chǎng)的柵電極14 一漏電極18間。因而，特別優(yōu)選的是，在柵電極14 一漏電極18間的 勢(shì)壘層lib上形成的第一氮化硅膜20的硅對(duì)氮的原子比較高。硅對(duì)氮的原子比為0. 75時(shí) 成為單晶，但若存在過剩的娃，則娃與氫結(jié)合，容易含有氫。因而，優(yōu)選的是娃與娃對(duì)氮的原 子比大于等于0.75。此外，優(yōu)選的是硅對(duì)氮的原子比小于等于1.0。這是因?yàn)?，超過該比， 難以使晶體中含有硅。
[0042] 為了使來自第一氮化硅膜20的氫供給量較多，優(yōu)選的是，第一氮化硅膜20的氫含 有量大于等于lat. % (原子百分比）且小于等于50at. %。若低于該范圍則電流崩塌的抑 制可能不充分。此外，超過該范圍則難以含有氫。從電流崩塌抑制的觀點(diǎn)來看，氫含有量更 優(yōu)選大于等于l〇at. %，進(jìn)一步優(yōu)選大于等于20at. %。設(shè)該情況的氫含有量表示氮化硅膜 的氫的原子百分比。
[0043] 膜中的氫含有量例如能夠通過二次離子質(zhì)量分析（SMS :Secondary Ion - microbrobe Mass Spectrometry)進(jìn)行測(cè)定。構(gòu)造1的情況下，氮化娃膜的氫含有量是 0. 3at. %，構(gòu)造2的情況下，氮化硅膜的氫含有量是23at. %。
[0044] 圖3是表示關(guān)于多個(gè)氮化硅膜的柵漏電流的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。圖中，膜1是在圖2 的構(gòu)造1中使用的硅對(duì)氮的原子比為〇. 71的氮化硅膜。膜2是在圖2的構(gòu)造2中使用的 硅對(duì)氮的原子比為〇. 86的氮化硅膜。膜3是在圖2的構(gòu)造3中使用的硅對(duì)氮的原子比為 0. 68的氮化娃膜。膜5是娃對(duì)氮的原子比為0. 75的氮化娃膜。
[0045] 從圖3明確可知，在應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比較低、即硅較少的氮化硅膜的情況下，柵 漏電流被抑制。可以認(rèn)為這是因?yàn)?，氮化硅膜中存在的Si - Η結(jié)合作為漏電流的路徑發(fā)揮 功能。從抑制柵漏電流的觀點(diǎn)來看，硅對(duì)氮的原子比優(yōu)選小于〇. 75,更優(yōu)選小于等于0. 71。
[0046] 這樣，從抑制電流崩塌的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比較高的氮化硅膜，從 抑制柵漏電流的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比較低的氮化硅膜。
[0047] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，對(duì)于作為柵電極14與漏電極18之間的表面保護(hù)膜發(fā) 揮功能的第一氮化硅膜20,應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比相對(duì)較高的氮化硅膜。并且，作為起到柵絕 緣膜的功能的第二氮化硅膜12,應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比相對(duì)較低的氮化硅膜。因而，根據(jù)本實(shí) 施方式的半導(dǎo)體裝置，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流崩塌的抑制和柵漏電流的降低。
[0048] 如上述那樣，氮化娃膜的氫含有量依存于娃對(duì)氮的原子比。第二氮化娃膜12的娃 對(duì)氮的原子比優(yōu)選比第一氮化娃膜20低。因而，第二氮化娃膜12的氫含有量?jī)?yōu)選比第一 氮化娃膜20的氫含有量低。
[0049] 圖2中，構(gòu)造4是本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的器件構(gòu)造下的電流崩塌的評(píng)價(jià)結(jié)果。 對(duì)第二氮化硅膜12應(yīng)用硅對(duì)氮的原子比較低的氮化硅膜，對(duì)第一氮化硅膜20應(yīng)用硅對(duì)氮 的原子比較高的氮化硅膜，由此電流崩塌被抑制。
[0050] 另外，優(yōu)選的是第一氮化硅膜20的介電常數(shù)大于等于4且小于等于7。氮化硅膜 的介電常數(shù)依存于氫的含有量，氫含有量上升則介電常數(shù)下降?？梢哉J(rèn)為，若介電常數(shù)小于 等于7,則由于陷阱減少而在膜中含有足夠的氫。介電常數(shù)小于4的氮化硅膜難以存在。
[0051] 此外，優(yōu)選的是,第一氮化硅膜20具備拉伸應(yīng)力。氮化硅膜的應(yīng)力依存于氫的含 有量，通過由于陷阱減少而含有足夠的氫，從而具備拉伸應(yīng)力。
[0052] 此外，優(yōu)選的是，第一氮化硅膜20的折射率大于等于2且小于等于3. 5。氮化硅膜 的折射率依存于膜中的硅對(duì)氮的原子比，硅對(duì)氮的原子比越高則折射率越高。若氮化硅膜 的折射率大于等于2,則具備電流崩塌抑制中足夠的硅對(duì)氮的原子比。折射率比3. 5大的氮 化硅膜難以存在。
[0053] 此外，通過使氮化硅膜含有氯，能夠抑制漏電流。優(yōu)選的是，第二氮化硅膜12的氯 含有量大于等于〇.5at. %且小于等于5at. %%。這是因?yàn)?，若低于上述范圍則漏電流可能 無法充分抑制。此外，也因此超過上述范圍的成膜是困難的。從進(jìn)一步抑制漏電流的觀點(diǎn) 來看，氯含有量更優(yōu)選大于等于1% at. %。設(shè)該情況下的氯含有量表示氮化硅膜的氯原子 t匕。膜中的氯含有量例如能夠通過二次離子質(zhì)量分析進(jìn)行測(cè)定。
[0054] 此外，通過使氮化硅膜含有氧，能夠抑制漏電流。從抑制柵漏電流的觀點(diǎn)來看，優(yōu) 選的是，第二氮化娃膜12中含有的氧原子大于等于1 X 1019cm - 3。但是，若表面保護(hù)膜中 過度地含有氧，則勢(shì)壘層lib被氧化，可能導(dǎo)致電流崩塌的增大。因而，優(yōu)選的是，第一氮化 硅膜20的氧含有量比第二氮化硅膜12的氧含有量少。膜中的氧含有量例如能夠通過二次 離子質(zhì)量分析進(jìn)行測(cè)定。從電流崩塌的抑制的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選的是，第一氮化硅膜20所含 的氧原子在小于等于1X 102°cnT3。
[0055] 為了漏電流降低，希望作為柵絕緣膜發(fā)揮功能的第二氮化硅膜12較厚，但越厚 則閾值越負(fù)向增大。因此，作為功率電子器件用的開關(guān)元件來考慮時(shí)，膜厚優(yōu)選小于等于 50nm〇
[0056] 此外，作為功率電子器件用半導(dǎo)體，若對(duì)元件施加高電場(chǎng)，則在橫型元件中對(duì)表面 保護(hù)膜也施加高電場(chǎng)。因此，作為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20需要規(guī)定的厚度，膜厚優(yōu) 選大于等于20nm。
[0057] 接著，描述本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制 造方法為，在氮化物半導(dǎo)體層上形成第一氮化硅膜，將第一氮化硅膜的一部分除去，使氮化 物半導(dǎo)體層露出，在氮化物半導(dǎo)體層上形成硅對(duì)氮的原子比低于第一氮化硅膜的第二氮化 硅膜，在第二氮化硅膜上形成柵電極，在氮化物半導(dǎo)體層上形成源電極，在氮化物半導(dǎo)體層 上相對(duì)于柵電極而與源電極相反的一側(cè)形成漏電極。并且，將第一氮化硅膜用等離子體化 學(xué)氣相沉積法（PE - CVD)形成，將第二氮化娃膜，在與第一氮化娃膜形成時(shí)相比原料氣體 中的硅對(duì)氮的原子比更小的條件下，用等離子體化學(xué)氣相沉積法（PE - CVD)形成。
[0058] 圖4?圖8是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序剖面圖。
[0059] 首先，例如準(zhǔn)備硅的基板10。并且，在基板10上，例如，通過有機(jī)金屬CVD(MOCVD) 法，隔著緩沖層（未圖示)，形成動(dòng)作層11a和勢(shì)壘層lib (圖4)。緩沖層例如由氮化鋁鎵 (AlxGai-xN (0<x< 1))的多層構(gòu)造形成。動(dòng)作層11a例如是膜厚0. 1?ΙΟμπι的氮化 鎵（GaN)，勢(shì)壘層lib例如是膜厚10?50nm的氮化鋁鎵（AlGaN)。
[0060] 接著，在具備動(dòng)作層11a和勢(shì)壘層lib的層疊構(gòu)造的氮化物半導(dǎo)體層11上，形成 第一氮化硅膜20。第一氮化硅膜20的形成使用等離子體化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行。第一氮化 硅膜20的膜厚例如是20?50nm。
[0061] 接著，在第一氮化硅膜20上，通過光刻法，形成光致抗蝕劑膜21 (圖5)。并且，將 該光致抗蝕劑膜21作為刻蝕掩模，通過濕法刻蝕法使第一氮化硅膜20圖案化。第一氮化 硅膜20被選擇性地除去，然后使形成有柵電極、源電極、漏電極的區(qū)域的勢(shì)壘層lib露出。 濕法刻蝕法的刻蝕液例如是氟化銨溶液。
[0062] 接著，在第一氮化硅膜20上以及勢(shì)壘層lib上，形成第二氮化硅膜12 (圖6)。第 二氮化硅膜12的形成使用等離子體化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行。此時(shí)，以與第一氮化硅膜形成時(shí) 相比、原料氣體中的硅對(duì)氮的原子比小的條件，進(jìn)行成膜。例如，在作為硅的原料氣體而使 用娃燒（SiH 4)、作為氮的原料氣體而使用氨氣（NH4)的情況下，以娃燒/氨氣流量比較小的 條件，進(jìn)行成膜。通過該工序，形成硅對(duì)氮的原子比與第一氮化硅膜20相比更低的第二氮 化硅膜12。第二氮化硅膜12的膜厚例如是10?50nm。
[0063] 接著，在第二氮化硅膜12上，通過光刻法，重新形成光致抗蝕劑膜23 (圖7)。并 且，將該光致抗蝕劑膜23作為刻蝕掩模，通過濕法刻蝕法將第二氮化硅膜12圖案化。第二 氮化硅膜12被選擇性地除去，然后將形成有源電極、漏電極的區(qū)域的勢(shì)壘層lib露出。濕 法刻蝕法的刻蝕液例如是氟化銨溶液。
[0064] 然后，在光致抗蝕劑膜23上，蒸鍍歐姆電極形成用的金屬膜。金屬膜例如是鋁膜。 并且，使用剝離（lift off)法，形成源電極16及漏電極18 (圖8)。
[0065] 接著，在第二氮化硅膜12上，通過光刻法，重新形成柵電極部被開放的光致抗蝕 劑膜(未圖示)。并且，在光致抗蝕劑膜上，蒸鍍柵電極形成用的金屬膜。金屬膜例如是鎳膜。 并且，使用剝離法，形成柵電極14。
[0066] 通過以上的制造方法，制造圖1所示的半導(dǎo)體裝置。
[0067] 等離子體化學(xué)氣相沉積法中，通過調(diào)整作為原料氣體的硅烷（SiH4)及氨氣（NH 4) 的流量比，從而容易形成硅對(duì)氮的原子比不同的氮化硅膜。例如，若使硅烷/氨氣流量比為 10 / 8,則形成娃對(duì)氮的原子比為0.86的氮化娃膜。另一方面，例如，若使娃燒/氨氣流量 比為10 / 30,則形成硅對(duì)氮的原子比為0.68的氮化硅膜。另外，硅烷/氨氣流量比是將硅 烷及氨氣換算為100%氣體的情況下的流量比。
[0068] 此外，等離子體化學(xué)氣相沉積法的成膜溫度是250?450°C這種比較低的溫度。因 而，容易形成氫含有量較高的氮化硅膜，所以用于表面保護(hù)膜的形成。
[0069] 圖2的構(gòu)造2及構(gòu)造3、圖3的膜2、膜3使用等離子體化學(xué)氣相沉積法成膜。 [0070] 本實(shí)施方式通過上述結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)達(dá)到電流崩塌的抑制和柵漏電流的降低 的半導(dǎo)體裝置。
[0071](第二實(shí)施方式）
[0072] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法是，除了使用等離子體化學(xué)氣相沉積（PE - CVD)法形成第一氮化硅膜、使用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)法形成第二氮化硅膜以外，與第 一實(shí)施方式相同。因而，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將描述省略。
[0073] 以硅烷（SiH4) /氨氣（NH4)流量比相對(duì)較大的條件，使用等離子體化學(xué)氣相沉積 法形成成為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20 (參照?qǐng)D5)。由此，堆積硅對(duì)氮的原子比相對(duì)較 商的氣化娃月旲。
[0074] 并且，使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成成為柵絕緣膜的第二氮化硅膜12(參照?qǐng)D6)。 此時(shí)，以第二氮化硅膜12的硅對(duì)氮的原子比低于第一氮化硅膜20的條件進(jìn)行成膜。成膜 溫度比等離子體化學(xué)氣相沉積法高，例如是600?900°C。
[0075] 為了實(shí)現(xiàn)大范圍的驅(qū)動(dòng)電壓，對(duì)柵絕緣膜要求低漏電流和高絕緣耐壓。此外，還要 求低漏電流和高絕緣耐壓的保證、即長(zhǎng)期可靠性。
[0076] 低壓化學(xué)氣相沉積法中，與等離子體化學(xué)氣相沉積法或ECR等離子體濺射法相 t匕，以高溫進(jìn)行成膜。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)氫的含有量相對(duì)較低的膜的成膜。此外，在裝置特性 上，微粒（particle)的降低也容易。因而，能夠形成具備低漏電流和高絕緣耐壓、長(zhǎng)期可靠 性也良好的商品質(zhì)的氣化娃月旲。
[0077] 此外，通過對(duì)原料氣體使用二氯二氫硅等氯硅烷氣體，能夠?qū)⒙葘?dǎo)入氮化硅膜中。 因而，能夠形成進(jìn)一步抑制柵漏電流的氮化硅膜。
[0078] 圖3的膜5使用低壓化學(xué)氣相沉積法成膜。
[0079] 根據(jù)本實(shí)施方式，通過使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成硅對(duì)氮的原子比較低的第二 氮化硅膜12,來制造具備高品質(zhì)的柵絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。并且，通過對(duì)成為表面保護(hù)膜的 第一氮化硅膜20形成硅對(duì)氮的原子比較高的氮化硅膜，來制造電流崩塌也被抑制的半導(dǎo) 體裝置。
[0080] (第三實(shí)施方式）
[0081] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法是，除了使用ECR (電子回旋共振）等離子體 濺射法形成第一氮化硅膜、使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成第二氮化硅膜以外，與第一 或第二實(shí)施方式相同。因而，對(duì)于與第一或第二實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將描述省略。
[0082] 用ECR等離子體濺射法形成成為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20 (參照?qǐng)D5)。此 時(shí)，形成硅對(duì)氮的原子比相對(duì)較高的氮化硅膜。成膜溫度例如是20?300°C。
[0083] 并且，使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成成為柵絕緣膜的第二氮化硅膜12 (參照 圖6)。此時(shí)，以第二氮化硅膜12的硅對(duì)氮的原子比低于第一氮化硅膜20的條件進(jìn)行成膜。
[0084] ECR等離子體濺射法中，由于僅用固體源及氮?dú)怏w成膜，所以相對(duì)于其他CVD法而 言，能夠抑制中間生成物或雜質(zhì)的引入。因而，作為優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體的表面保護(hù)膜形成方法而 適用。
[0085] 圖2的構(gòu)造1、圖3的膜1使用ECR等離子體濺射法成膜。
[0086] 并且，使用等離子體化學(xué)氣相沉積法，形成硅對(duì)氮的原子比較低的第二氮化硅膜 12,從而能夠形成抑制柵漏電流的柵絕緣膜。此外，在裝置特性上與ECR等離子體濺射法相 比更容易實(shí)現(xiàn)微粒的降低，能夠形成高品質(zhì)的柵絕緣膜。
[0087] 圖2的構(gòu)造3、圖3的膜3使用等離子體化學(xué)氣相沉積法、以硅對(duì)氮的原子比變低 的條件成膜。
[0088] 根據(jù)本實(shí)施方式，通過使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成硅對(duì)氮的原子比較低的 第二氮化硅膜12,從而制造具備高品質(zhì)的柵絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。并且，通過對(duì)成為表面保 護(hù)膜的第一氮化硅膜20形成硅對(duì)氮的原子比高的氮化硅膜，來制造電流崩塌也被抑制的 半導(dǎo)體裝置。并且，通過對(duì)成為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20使用膜質(zhì)良好的ECR等離子 體濺射法，半導(dǎo)體裝置的可靠性也提高。
[0089] (第四實(shí)施方式）
[0090] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法是，在氮化物半導(dǎo)體層上使用ECR等離子體 濺射法形成第一氮化硅膜，將第一氮化硅膜的一部分除去，使氮化物半導(dǎo)體層露出，在氮化 物半導(dǎo)體層上使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成第二氮化硅膜，在第二氮化硅膜上形成柵電 極，在氮化物半導(dǎo)體層上形成源電極，在氮化物半導(dǎo)體層上相對(duì)于柵電極而與源電極相反 的一側(cè)形成漏電極。對(duì)于與第一至第三實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將一部分描述省略。
[0091] 使用ECR等離子體濺射法形成成為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20(參照?qǐng)D5)。成 膜溫度例如是20?300°C。
[0092] 并且，使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成成為柵絕緣膜的第二氮化硅膜12(參照?qǐng)D6)。 此時(shí)，優(yōu)選的是，以第二氮化硅膜12的硅對(duì)氮的原子比相比于第一氮化硅膜20變低的條件 進(jìn)行成膜。成膜溫度比ECR等離子體濺射法高，例如是600?900°C。
[0093] ECR等離子體濺射法中，由于僅用固體源和氮?dú)怏w成膜，因此相對(duì)于其他CVD法而 言，能夠抑制中間生成物或雜質(zhì)的引入。因而，作為優(yōu)質(zhì)的半導(dǎo)體的表面保護(hù)膜形成方法而 適用。
[0094] 圖2的構(gòu)造1、圖3的膜1使用ECR等離子體濺射成膜。
[0095] 并且，如上述那樣，在低壓化學(xué)氣相沉積法中，能夠形成具備低漏電流和高絕緣耐 壓、長(zhǎng)期可靠性也良好的氮化硅膜。
[0096] 圖3的膜5使用低壓化學(xué)氣相沉積法成膜。
[0097] 根據(jù)本實(shí)施方式，通過使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成第二氮化硅膜12,來制造具 備高品質(zhì)的柵絕緣膜的半導(dǎo)體裝置。并且，通過對(duì)成為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20使用 膜質(zhì)良好的ECR等離子體濺射法，從而半導(dǎo)體裝置的可靠性也提高。
[0098] (第五實(shí)施方式）
[0099] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，除了具備在源電極與柵電極之間的氮化物半導(dǎo)體層上 形成、且娃對(duì)氮的原子比低于第一氮化娃膜的第三氮化娃膜以外，與第一實(shí)施方式相同。因 而，對(duì)與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將描述省略。
[0100] 圖9是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。具備第三氮化硅膜22,該 第三氮化硅膜22在源電極16與柵電極14之間的氮化物半導(dǎo)體層11上形成，且硅對(duì)氮的 原子比相比于第一氮化硅膜20更低。
[0101] 成為電流崩塌的主要因素的電荷的陷講，在器件動(dòng)作過程中在施加高電場(chǎng)的柵電 極14與漏電極18之間變得顯著。因此，對(duì)于在源電極16和柵電極14之間的氮化物半導(dǎo) 體層11上形成的第三氮化硅膜22的膜質(zhì)，基于電流崩塌抑制的觀點(diǎn)的制約較少。因而，能 夠著眼于電流崩塌以外的特性提高而實(shí)現(xiàn)膜質(zhì)的優(yōu)化。
[0102] 本實(shí)施方式中，通過使第三氮化硅膜22的硅對(duì)氮的原子比相比于第一氮化硅膜 20更低，例如，抑制表面保護(hù)膜中的漏電流，抑制柵電極14與氮化物半導(dǎo)體層11、或者柵電 極14與源電極16間的漏電流。由此，能夠提供高耐壓的半導(dǎo)體裝置。
[0103] (第六實(shí)施方式）
[0104] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，除了在源電極和柵電極之間的氮化物半導(dǎo)體層上形成 的第三氮化娃膜和第二氮化娃膜是連續(xù)的相同的膜以外，與第五實(shí)施方式相同。因而，對(duì)于 與第五實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將描述省略。
[0105] 圖10是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。具備在源電極16與柵電 極14之間的氮化物半導(dǎo)體層11上形成、且硅對(duì)氮的原子比相比于第一氮化硅膜20更低的 第三氮化硅膜22。并且，第三氮化硅膜22與第二氮化硅膜12是連續(xù)的相同的膜。
[0106] 圖10的構(gòu)造中，半導(dǎo)體裝置的柵長(zhǎng)的柵電極14在源電極16側(cè)的端部，不是通過 表面保護(hù)膜(第一氮化硅膜20)的加工來規(guī)定，而是通過柵電極14自身的加工來規(guī)定。
[0107] 根據(jù)本實(shí)施方式，也能得到與第五實(shí)施方式相同的效果。此外，不是將柵長(zhǎng)的一端 通過工序變換差及工序偏差較大的濕法刻蝕來規(guī)定，而是能夠例如僅通過柵電極的剝離工 序用的抗蝕劑的構(gòu)圖來規(guī)定。因而，柵長(zhǎng)的偏差被抑制，能夠使半導(dǎo)體裝置的特性穩(wěn)定。
[0108] (第七實(shí)施方式）
[0109] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，除了柵電極的端部設(shè)置在表面保護(hù)膜之間的槽部以 夕卜，與第一實(shí)施方式相同。因而，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi)容，將描述省略。
[0110] 圖11是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。柵電極14的端部設(shè)在成 為表面保護(hù)膜的第一氮化硅膜20間的槽部的、第二氮化硅膜12上。
[0111] 根據(jù)本實(shí)施方式，不是將柵長(zhǎng)的兩端通過工序變換差以及工序偏差大的濕法刻蝕 來規(guī)定，而是例如能夠僅通過柵電極的剝離工序用的抗蝕劑的構(gòu)圖來規(guī)定。因而，柵長(zhǎng)的偏 差被抑制，能夠使半導(dǎo)體裝置的特性穩(wěn)定。
[0112] (第八實(shí)施方式）
[0113] 本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，除了在源電極與第一氮化硅膜、漏電極與第一氮化硅 膜之間介有第二氮化硅膜以外，與第一實(shí)施方式相同。因而，對(duì)于與第一實(shí)施方式重復(fù)的內(nèi) 容，將描述省略。
[0114] 圖12是表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在源電極16與第一氮化 娃膜20、漏電極18與第一氮化娃膜20之間，介有第二氮化娃膜12。
[0115] 根據(jù)本實(shí)施方式，第二氮化硅膜12成為擴(kuò)散防止膜，能夠防止源電極16或漏電極 18所含的金屬例如鋁擴(kuò)散到第一氮化硅膜20中。因而，能夠抑制源電極16或漏電極18所 含的金屬擴(kuò)散到第一氮化硅膜20或氮化物半導(dǎo)體層11中從而器件特性變動(dòng)。
[0116] 實(shí)施方式中，以使用異質(zhì)結(jié)的電場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例進(jìn)行了說明，但不限于該形態(tài)， 對(duì)于使用氮化物半導(dǎo)體的其他晶體管，也能夠適用本發(fā)明。
[0117] 說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是作為例子而提示的，并不意欲 限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其他各種形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍 內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、替換、變更。這些實(shí)施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍及主旨中，并 且包含在權(quán)利要求所記載的發(fā)明及其等同范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具有： 氮化物半導(dǎo)體層； 柵電極，在上述氮化物半導(dǎo)體層上形成； 源電極，在上述氮化物半導(dǎo)體層上形成； 漏電極，在上述氮化物半導(dǎo)體層上相對(duì)于上述柵電極而與源電極相反的一側(cè)形成； 第一氮化硅膜，在上述漏電極與上述柵電極之間的上述氮化物半導(dǎo)體層上形成；以及 第二氮化硅膜，形成在上述氮化物半導(dǎo)體層與上述柵電極之間，該第二氮化硅膜的硅 對(duì)氮的原子比低于上述第一氮化硅膜。
2. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第一氮化娃膜的娃對(duì)氮的原子比大于等于〇. 75。
3. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第一氮化娃膜的氫含有量大于等于l〇at. %。
4. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第一氮化硅膜的介電常數(shù)小于等于7。
5. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第一氮化硅膜具備拉伸應(yīng)力。
6. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第二氮化硅膜的氫含有量比上述第一氮化硅膜的氫含有量低。
7. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述第二氮化硅膜的氯含有量大于等于〇. 5at. %。
8. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 還具有第三氮化硅膜，上述第三氮化硅膜形成在上述源電極與上述柵電極之間的上述 氮化物半導(dǎo)體層上，上述第三氮化硅膜的硅對(duì)氮的原子比低于上述第一氮化硅膜。
9. 如權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 上述氮化物半導(dǎo)體層具備氮化鎵與上述氮化鎵上的氮化鋁鎵的層疊構(gòu)造，在上述氮化 鋁鎵上形成上述第一及第二氮化硅膜。
10. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在氮化物半導(dǎo)體層上形成第一氮化硅膜， 將上述第一氮化娃膜的一部分除去，使上述氮化物半導(dǎo)體層露出， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上，形成硅對(duì)氮的原子比低于上述第一氮化硅膜的第二氮化硅 膜， 在上述第二氮化硅膜上形成柵電極， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上形成源電極， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上，在相對(duì)于上述柵電極而與源電極相反的一側(cè)形成漏電極。
11. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成上述第一氮化硅膜， 以與上述第一氮化硅膜形成時(shí)相比、原料氣體中的硅對(duì)氮的原子比更小的條件，使用 等離子體化學(xué)氣相沉積法形成上述第二氮化硅膜。
12. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成上述第一氮化硅膜， 使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成上述第二氮化硅膜。
13. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 使用ECR等離子體濺射法形成上述第一氮化硅膜， 使用等離子體化學(xué)氣相沉積法形成上述第二氮化硅膜。
14. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第一氮化娃膜的娃對(duì)氮的原子比大于等于〇. 75。
15. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第一氮化娃膜的氫含有量大于等于l〇at. %。
16. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第一氮化硅膜的介電常數(shù)小于等于7。
17. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第一氮化硅膜具備拉伸應(yīng)力。
18. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第二氮化硅膜的氫含有量比上述第一氮化硅膜的氫含有量低。
19. 如權(quán)利要求10記載的制造方法，其特征在于， 上述第二氮化硅膜的氯含有量大于等于〇. 5at. %。
20. -種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于， 在氮化物半導(dǎo)體層上使用ECR等離子體濺射法形成第一氮化硅膜， 將上述第一氮化娃膜的一部分除去，使上述氮化物半導(dǎo)體層露出， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上使用低壓化學(xué)氣相沉積法形成第二氮化硅膜， 在上述第二氮化硅膜上形成柵電極， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上形成源電極， 在上述氮化物半導(dǎo)體層上相對(duì)于上述柵電極而與源電極相反的一側(cè)形成漏電極。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104064598SQ201310737010
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】藏口雅彥, 吉岡啟, 湯元美樹, 齋藤尚史, 大麻浩平, 杉山亨 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝