半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置。該半導(dǎo)體裝置即使對(duì)柵極電極層反復(fù)施加晶體管動(dòng)作時(shí)的柵極電壓，也不會(huì)發(fā)生閾值電壓的漂移。在具備層疊于半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的柵極絕緣膜、和層疊在柵極絕緣膜上，用于經(jīng)由該柵極絕緣膜向半導(dǎo)體層施加用于形成溝道的電壓的柵極電極層的半導(dǎo)體裝置中，柵極絕緣膜具備層疊于半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的第一絕緣膜、和配置在第一絕緣膜與柵極電極層之間的第二絕緣膜，在將第一以及第二絕緣膜的相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為ε1、ε2，將第一以及第二絕緣膜的膜厚設(shè)為d1[nm]、d2[nm]，將對(duì)柵極電極層能夠施加的額定電壓設(shè)為Vmax[V]時(shí)，構(gòu)成為ε1<ε2，并且滿足下式（C1）：公式1
【專利說明】半導(dǎo)體裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體所使用的絕緣膜材料以漏電流的減少、電容(增益)的提高以及遷移率的改善為目的，使用層疊有由相對(duì)介電常數(shù)較低但能夠降低界面態(tài)密度的二氧化硅(S12)等構(gòu)成的第一層、和由相對(duì)介電常數(shù)較高的high-k材料(Hf、Zr等的氧化物、氮氧化物)構(gòu)成的第二層的柵極絕緣膜(專利文獻(xiàn)I~專利文獻(xiàn)2)。在專利文獻(xiàn)I~2的技術(shù)中，第一層被層疊在半導(dǎo)體層上，第二層被配置在第一層與柵極電極層之間。
[0003]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-233695號(hào)公報(bào)
[0004]專利文獻(xiàn)2:日本特開2007-311740號(hào)公報(bào)
[0005]但是，high-k材料在相對(duì)低溫下容易結(jié)晶化，由于在制造工序的途中結(jié)晶化而容易在絕緣膜中形成載流子的俘獲能級(jí)。另外，在是施加電壓較高的電力用半導(dǎo)體器件等情況下，在對(duì)柵極絕緣膜施加了較高的電壓使得在柵極絕緣膜下形成(積累電容)溝道時(shí)，在以往的技術(shù)中，半導(dǎo)體側(cè)的柵極絕緣膜(第一層/下層)較薄，所以在下層的柵極絕緣膜中容易產(chǎn)生漏電流(隧穿電流)。因此，若在溝道的未充分地積累有載流子那樣的低偏置點(diǎn)，產(chǎn)生上述的漏電流，則載流子經(jīng)由下層的柵極絕緣膜向high-k絕緣膜(第二層/上層)流出，并在high-k絕緣膜的內(nèi)部被俘獲。其結(jié)果，閾值電壓向施加的電壓側(cè)漂移。到被俘獲的載流子被釋放需要時(shí)間，所以產(chǎn)生在使電壓施加返回到0V，再次施加電壓時(shí)閾值電壓仍保持漂移，即使施加相同的電壓，溝道也不能積累，而電流減小的問題。特別是在電力轉(zhuǎn)換用半導(dǎo)體裝置(功率器件)中，與硅基的微細(xì)元件相比對(duì)柵極絕緣膜施加的電壓高，所以該課題顯著。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決上述的課題而完成的，能夠作為以下的方式來實(shí)現(xiàn)。
[0007](I)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，在具備層疊于半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的柵極絕緣膜、和層疊在上述柵極絕緣膜上，且用于經(jīng)由該柵極絕緣膜對(duì)上述半導(dǎo)體層施加用于形成溝道的電壓的柵極電極層的半導(dǎo)體裝置中，上述柵極絕緣膜具備層疊于上述半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的第一絕緣膜、和配置在上述第一絕緣膜與上述柵極電極層之間的第二絕緣膜，在將上述第一以及第二絕緣膜的相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為ε?、ε 2，將上述第一以及第二絕緣膜的膜厚設(shè)為dl[nm]、d2[nm],將對(duì)上述柵極電極層能夠施加的額定電壓設(shè)為Vmax[V]時(shí),構(gòu)成為ε 1< ε 2，并且滿足下面的公式(Cl)。
[0008]公式I
rmfx <21 [MV/cm]...(Cl)
[0009]兒 ε?
UL ~\--.U 2
ε2
[0010]這里，所謂的額定電壓是在柵極絕緣膜不發(fā)生擊穿地使用的基礎(chǔ)上能夠?qū)艠O電極層施加的最大的電壓。在本方式中，通過以滿足公式(Cl)的條件的方式來構(gòu)成柵極絕緣膜，即使第二絕緣膜結(jié)晶化而在膜中形成載流子的俘獲能級(jí)，在半導(dǎo)體裝置動(dòng)作時(shí)的施加電壓下，在第一絕緣膜中也不會(huì)流過漏電流(隧穿電流)，能夠在動(dòng)作時(shí)在反復(fù)施加?xùn)艠O電壓的情況下不產(chǎn)生閾值電壓漂移的問題。
[0011](2)在上述方式的半導(dǎo)體裝置中，上述柵極絕緣膜滿足公式(C2)。
[0012]公式2

【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其中， 在具備層疊于半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的柵極絕緣膜、和層疊在所述柵極絕緣膜上，且用于經(jīng)由該柵極絕緣膜向所述半導(dǎo)體層施加用于形成溝道的電壓的柵極電極層的半導(dǎo)體裝置中， 所述柵極絕緣膜具備層疊于所述半導(dǎo)體層的一側(cè)的面的第一絕緣膜、和配置在所述第一絕緣膜與所述柵極電極層之間的第二絕緣膜，在將所述第一絕緣膜以及第二絕緣膜的相對(duì)介電常數(shù)設(shè)為ε?、ε2，將所述第一絕緣膜以及第二絕緣膜的膜厚設(shè)為dl[nm]、d2[nm]，將對(duì)所述柵極電極層能夠施加的額定電壓設(shè)為Vmax[V]時(shí)，構(gòu)成為ε 1< ε 2，并且滿足下式(Cl): 公式I
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述柵極絕緣膜滿足下式(C2): 公式2
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一絕緣膜的膜厚dl是1nm以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 在將所述第一絕緣膜的擊穿場(chǎng)強(qiáng)設(shè)為Elbd[MV/cm]時(shí)，所述柵極絕緣膜滿足下式(C3): 公式3
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述擊穿場(chǎng)強(qiáng)Elbd是10MV/cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述額定電壓Vmax是1V以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一絕緣膜是主要包含Si的絕緣材料，所述第二絕緣膜是具有包含從Hf、Zr、Al中選擇出的一種以上的氧化物或者氮氧化物的絕緣材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第一絕緣膜是主要包含Al的絕緣材料，所述第二絕緣膜是具有包含從Hf、Zr中選擇出的一種以上的氧化物或者氮氧化物的絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第二絕緣膜層疊多層而構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體層包含III族氮化物半導(dǎo)體。
【文檔編號(hào)】H01L29/51GK104078505SQ201410098589
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】岡徹, 園山貴廣 申請(qǐng)人:豐田合成株式會(huì)社