半導(dǎo)體器件以及制造半導(dǎo)體器件的方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)交叉引用
[0002] 將2013年11月28日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2013-245845的公開內(nèi)容，包括說 明書，附圖以及摘要，整體并入本文作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，并且例如優(yōu)選用于采用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件 以及制造半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 近年來，已經(jīng)關(guān)注采用具有大于硅（Si)的帶隙的III-V族化合物的各種半導(dǎo)體器 件。在這些器件中，已經(jīng)對(duì)采用氮化鎵（GaN)的半導(dǎo)體器件進(jìn)行了研發(fā)，它們具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)大擊穿電場(chǎng)，（2)大飽和電子速度，（3)大熱導(dǎo)率，（4)能在AlGaN和GaN之間形成良好 的異質(zhì)結(jié)，以及（5)是一種無毒且高安全性的材料。
[0005] 而且，對(duì)于高擊穿電壓和高速開關(guān)特性來說，已經(jīng)對(duì)采用氮化鎵并作為功率 MISFET (金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的半導(dǎo)體器件進(jìn)行了研發(fā)，并且其能進(jìn)行常關(guān) 操作。
[0006] 例如，在專利文獻(xiàn)1(日本未審專利公布No. 2010-206110)中，公開了一種具有柵 極凹陷結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體器件。另外，公開了一種表面穩(wěn)定該氮化物半導(dǎo)體器件并且由 此抑制電流崩塌的技術(shù)。
[0007] 而且，在專利文獻(xiàn)2(日本未審專利公布No. 2008-205392)中，公開了一種化合物 半導(dǎo)體器件，其中覆蓋化合物半導(dǎo)體區(qū)的保護(hù)絕緣膜形成在具有不同性質(zhì)的第一絕緣膜和 第二絕緣膜的雙層結(jié)構(gòu)中。
[0008] 而且，專利文獻(xiàn)3 (日本未審專利公布No. 2012-44003)和專利文獻(xiàn)4 (日本未審專 利公布No. 2013-77629)公開了氮化物半導(dǎo)體器件，并且分別公開了抑制電流崩塌的技術(shù)。
[0009] 然而，在非專利文獻(xiàn)1中，公開了在SiN的理想化學(xué)計(jì)量成分和崩塌量之間的關(guān) 系。在非專利文獻(xiàn)2中，公開了單層熱CVD氮化硅膜的保護(hù)膜的折射率和崩塌量之間的關(guān) 系。而且，非專利文獻(xiàn)3公開了以下內(nèi)容：對(duì)于氮化硅膜的保護(hù)膜來說，當(dāng)折射率是2. 01時(shí)， 崩塌量最小。而且，在非專利文獻(xiàn)4中，公開了一種采用富氮（N)SiN膜以及通過低溫沉積 CVD形成的SiN膜作為保護(hù)膜的氮化物半導(dǎo)體器件。
[0010] 專利文獻(xiàn)
[0011] [專利文獻(xiàn)1]日本未審專利公布No. 2010-206110
[0012] [專利文獻(xiàn)2]日本未審專利公布No. 2008-205392
[0013] [專利文獻(xiàn)3]日本未審專利公布No. 2012-44003
[0014] [專利文獻(xiàn)4]日本未審專利公布No. 2013-77629
[0015] 非專利文獻(xiàn)
[0016] [非專利文獻(xiàn) 1]WAKI Ei ji 等人，"ECR sputtered SiN film quality effects on the characteristics of SiN/AlGaN/GaN MIS-HFETs''，the paper of Technical Meeting of the Institute of Electrical Engineers of Japan, Technical Group on Electron Devices，EDD11043,2011 年 3 月 2 日。
[0017] [非專利文獻(xiàn) 2] T. Marui 等人，"Effects of a Thermal CVD SiN Passivation Film on AlGaN/GaN HEMTs"，IEICE Electron，第 E91-C 卷，第 7 期，ρρ·1009-1014,2008 年 7月。
[0018] [非專利文獻(xiàn) 3]F. Karouta 等人，"Influence of the Structural and Compositional Properties of PECVD Silicon Nitride Layers on the Passivation of AlGaN/GaN HEMTs"，ECS Transactions，16(7) 181-191(2008)〇
[0019] [非專利文獻(xiàn) 4]Κ· B. Lee 等人，"Bi-layer SixNy passivation on AlGaN/GaN HEMTs to suppress current collapse and improve breakdown''，2010 Semicond. Sci. Technol. ,25(2010), p. 125010〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明人專注于采用上述氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的研宄和研發(fā)，并且已經(jīng)對(duì) 特性的改善進(jìn)行的細(xì)致的研宄。在這個(gè)過程中，已經(jīng)證明存在進(jìn)一步改善采用氮化物半導(dǎo) 體的半導(dǎo)體器件的特性的空間。
[0021] 從本說明書和附圖的說明將使其他目的和新穎的特征變得顯而易見。
[0022] 以下將簡(jiǎn)要說明本申請(qǐng)中公開的一個(gè)代表實(shí)施例的綜述。
[0023] 本申請(qǐng)中公開的一個(gè)實(shí)施例中所示的半導(dǎo)體器件在氮化物半導(dǎo)體層上具有絕緣 膜。絕緣膜具有形成在氮化物半導(dǎo)體層上的第一氮化硅膜，以及形成在第一氮化硅膜上的 第二氮化硅膜。第二氮化硅膜的硅（Si)組分比第一氮化硅膜比大。
[0024] 例如，第一氮化硅膜的組分比[Si]/[N]為0.75周圍的±1%內(nèi)。而且，第一氮化 硅膜的組分比[Si]/[N]是0. 65或更大且0. 85或更小。
[0025] 例如，第二氮化硅膜的組分比[Si]/[N]大于0. 85。
[0026] 根據(jù)本申請(qǐng)中公開的下述代表性實(shí)施例中所示的半導(dǎo)體器件，能改善半導(dǎo)體器件 的特性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是示出第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖；
[0028] 圖2是示出在一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0029] 圖3是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖2之后的 制造步驟的截面圖；
[0030] 圖4是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖3之后的 制造步驟的截面圖；
[0031] 圖5是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖4之后的 制造步驟的截面圖；
[0032] 圖6是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖5之后的 制造步驟的截面圖；
[0033] 圖7是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖6之后的 制造步驟的截面圖；
[0034] 圖8是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖7之后的 制造步驟的截面圖；
[0035] 圖9是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖8之后的 制造步驟的截面圖；
[0036] 圖10是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖9之后 的制造步驟的截面圖；
[0037] 圖11是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖10之后 的制造步驟的截面圖；
[0038] 圖12是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖11之后 的制造步驟的截面圖；
[0039] 圖13是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖12之后 的制造步驟的截面圖；
[0040] 圖14是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖13之后 的制造步驟的截面圖；
[0041] 圖15是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖14之后 的制造步驟的截面圖；
[0042] 圖16是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖15之后 的制造步驟的截面圖；
[0043] 圖17是示出一個(gè)制造步驟過程中的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件并且示出圖16之后 的制造步驟的截面圖；
[0044] 圖18是示出比較實(shí)例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖；
[0045] 圖19A是示出氣體流量比[NH3]/[SiH4]和組分比[N]/[Si]之間關(guān)系的曲線圖，并 且圖19B是示出氮化硅膜中的N-H鍵和Si-H鍵之間的組分比[N]/[Si]和化學(xué)鍵比（[N-H]/ [Si-Η])之間關(guān)系的曲線圖；
[0046] 圖20是示出氣體流量比[NH3]/[SiH4]和折射率η之間關(guān)系的曲線圖；
[0047] 圖21是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和折射率η( λ = 633nm)之間關(guān)系的曲 線圖；
[0048] 圖22是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和蝕刻速率之間關(guān)系的曲線圖；
[0049] 圖23是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和電阻率之間關(guān)系的曲線圖；
[0050] 圖24是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度之間關(guān)系的曲線圖；
[0051] 圖25是示出第一實(shí)施例中研宄的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的截面圖；
[0052] 圖26是示出I型和II型半導(dǎo)體器件的各種參數(shù)的圖表；
[0053] 圖27是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和由于I型半導(dǎo)體器件的崩塌造成的電 流變化之間關(guān)系的曲線圖；
[0054] 圖28是示出1000小時(shí)高溫操作測(cè)試之后的氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和I型 半導(dǎo)體器件的輸出功率變化之間關(guān)系的曲線圖；
[0055] 圖29是示出氮化硅膜的組分比[N]/[Si]和I型半導(dǎo)體器件的關(guān)態(tài)擊穿電壓之間 關(guān)系的曲線圖；
[0056] 圖30是匯總具有構(gòu)造（a)至（f)的半導(dǎo)體器件的特性的圖表；
[0057] 圖31是示出在富N單層且具有FP電極的情況下的電場(chǎng)分布的示意圖；
[0058] 圖32是示出采用富Si氮化硅膜和富N氮化硅膜的疊層膜并具有