半导体器件和制造半导体器件的方法技术

一种半导体器件包括：在衬底上设置的半导体层；通过氧化半导体层的一部分形成的绝缘膜；和在绝缘膜上设置的电极，其中所述绝缘膜包括氧化镓、或氧化镓和氧化铟。

【技术实现步骤摘要】

本文所述实施方案涉及半导体器件和制造所述半导体器件的方法。
技术介绍
在氮化物半导体中所包括的包括GaN、AIN、InN的材料和这些材料的混合晶体具有宽的带隙并用于高输出电子器件、短波长发光器件等。场效应晶体管(FET)，例如高电子迁移率晶体管(HEMT)用于高输出高效率的放大器或高功率的开关器件等。在包括具有AlGaN的电子供给层和具有GaN的电子传输层的HEMT中，由于AlGaN和GaN之间晶格常数的差异，所以在AlGaN中可产生应变并且可产生压电极化。由于通过压电极化产生高浓度二维电子气，所以可提供高输出器件。 在用于高输出高效率的放大器、高功率开关器件等中的HEMT中，可对其施加常闭，HEMT可具有高的击穿电压。为了实现常闭运行，将位于栅电极下的半导体层的一部分移除以形成栅极凹陷。在栅极凹陷结构中，阈值电压变为正的而没有增加电极之间的电阻。为了获得高的漏极击穿电压和高的栅极击穿电压，在具有横向结构的FET或HEMT中，使用包括栅极绝缘膜的金属绝缘体半导体(MIS)结构。栅极凹陷结构和MIS结构可应用于包括GaN基半导体材料的HEMT中。例如，日本专利公开号2002-359256、2007-19309和2009-76845公开了相关内容。在具有栅极凹陷结构和MIS结构的半导体器件中，通过例如蚀刻移除通过外延生长等形成的半导体层的一部分，并且在该经蚀刻的部分上可形成绝缘膜。因此，蚀刻可使半导体器件受损。此外，制造工艺可变得复杂，所以制造的半导体的成本可增加。
技术实现思路
根据实施方案的一个方面，一种半导体器件包括在衬底上设置的半导体层；通过氧化半导体层的一部分形成的绝缘膜；和在绝缘膜上设置的电极，其中所述绝缘膜包括氧化镓、或氧化镓和氧化铟。上述半导体器件的制造工艺得到简化，使得以低的成本提供半导体器件。本专利技术的附加优势和新的特征将在后续的描述中得到部分地阐述，并且本领域技术人员在研究了下述内容或在通过实施本专利技术来获悉时将部分地变得更加明了。附图说明图I示出一个示例性的半导体器件；图2A至21示出一种制造半导体器件的示例性的方法；图3示出示例性的超临界水的特性；图4示出一个示例性的半导体器件；图5示出示例性的分立封装的半导体器件；图6示出一个示例性的电源装置；和图7示出一个示例性的高频放大器。具体实施例方式在实施方案中，利用相同的附图标记指定基本相同的构件等，并且可省略或减少对那些构件的描述。图I示出一个示例性的半导体器件。图I示出的半导体器件可包括称作HEMT的晶体管。该半导体器件包括包括电子传输层21、间隔物层22、电子供给层23和盖层24的半导体层，所述半导体层设置在缓冲层20 上，缓冲层20形成在与半导体等对应的衬底10上。所述半导体层通过外延生长例如金属有机气相外延(MOVPE)形成。提供与电子供给层23相连的源电极42和漏电极43。在电子传输层21的其中形成栅电极41的区域上提供相当于栅极绝缘膜的绝缘膜30。在绝缘膜30上提供栅电极41。源电极42和漏电极43可与电子传输层21相连。可提供包括绝缘体的保护膜以覆盖盖层24。衬底10可为Si衬底、SiC衬底、蓝宝石(Al2O3)衬底等中的任一种。例如，当Si衬底用作衬底10时，可提供缓冲层20。当使用除了硅之外的材料作为衬底10时，可不提供缓冲层20。电子传输层21可由i-GaN构成。间隔物层22可为i_AlGaN。电子供给层23可由n-AlGaN构成。盖层24可为n_GaN。在电子传输层21的电子供给层23侧上产生二维电子气(2DEG)21a。栅电极41、源电极42和漏电极43可包括金属材料。相当于栅极绝缘膜的绝缘膜30通过氧化间隔物层22、电子供给层23和盖层24形成。例如，通过氧化对应于间隔物层22的i-AlGaN、对应于电子供给层23的n-AlGaN和对应于盖层24的n_GaN，形成Ga2O3和Al2O3。Ga2O3和Al2O3可对应于绝缘膜30。或者，可氧化电子供给层23和盖层24。或者，可仅仅氧化盖层24。半导体层可包括GaN和AlGaN。或者，半导体层可包括氮化物半导体例如InAlN或InGaAIN。相当于栅极绝缘膜的绝缘膜30可为通过氧化InAlN和InGaAlN形成的Ga203、In2O3> Al2O3 等。图2A至21示出一种制造半导体器件的示例性的方法。如图2A所示，在衬底10上形成缓冲层20。通过外延生长例如MOVPE在缓冲层20上形成包括例如电子传输层21、间隔物层22、电子供给层23和盖层24的半导体层。在盖层24上形成用于形成掩模的氮化硅(SiN)膜61。衬底10可为由Si、SiC、蓝宝石(Al2O3)等构成的衬底。在衬底10上形成用于外延生长电子传输层21和其它层的缓冲层20。缓冲层20可为例如厚度为O. I μ m的未掺杂的i_AlN层。电子传输层21可为厚度为3 μ m的未掺杂的i_GaN层。间隔物层22可为厚度为5nm的未惨杂的i_AlGaN层。电子供给层23可为厚度为30nm的Ii-Ala25Gaa75N层。电子供给层23惨杂有浓度为5 X 10 cm的用作杂质兀素的Si。盖层24可为厚度为IOnm的n_GaN层。盖层24惨杂有浓度为5X 10 cm的用作杂质元素的Si。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，在盖层24上沉积厚度为200nm的氮化硅(SiN)膜61。如图2B所示，在氮化硅膜61上形成光刻胶图案62。例如，在氮化硅膜61上施加光刻胶。通过曝光设备使光刻胶曝光并然后显影以形成光刻胶图案62。光刻胶图案62在其中将形成相当于栅极绝缘膜的绝缘膜的区域中可具有开口。如图2C所示，通过干蚀刻例如反应性离子蚀刻(RIE)移除其中不形成光刻胶图案62的区域中的氮化硅膜61。也可移除光刻胶图案62。形成掩模64，其包括具有开口 63的氮化硅膜61。使用氮化硅膜61作为掩模64的材料。或者，可使用不易于氧化的其它材料。如图2D所示，将在掩模64的开口 63中暴露出的间隔物层22、电子供给层23和盖层24氧化，以形成相当于栅极绝缘膜的绝缘膜30。例如，绝缘膜30可通过使用超临界水氧化间隔物层22、电子供给层23和盖层24形成。例如，将具有开口 63的氮化硅膜61置于填充有纯水的室中的预定位置。将室的内部设定为高温、高压状态，室中的纯水变为超临界水。由于超临界水具有强氧化能力，所以通过使用超临界水使得在高温下氧化的材料在较低温度下得到氧化。例如，GaN和AlGaN在1000°C或更高的温度下被热氧化。然而，外延生长的半导体层的晶体结构可因在这种高温下被加热而损害。在利用超临界水氧化中，使用在700°C或更低的温度下例如约380°C的超临界水，并因此在与超临界水接触的预定区域中的半导体层得到氧化。氮化物半导体被氧化而没有导致半导体层的晶体结构无序。相当于栅极绝缘膜的绝缘膜30通过氧化包括氮化物半导体的半导体层的一部分形成而没有使半导体器件的特性劣化。 图3示出示例性的超临界水的特性。术语“超临界水”指的是在温度为374°C或更高以及压力为218个大气压或更高的状态下的水，并且指的是例如其中气体和液体彼此无法区分的状态的水。超临界水的性能与常规的水的性能不同。超临界水的性能可加速化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.21 JP 2011-0351171.一种半导体器件，包括 在衬底上设置的半导体层； 通过氧化所述半导体层的一部分形成的绝缘膜；和 在所述绝缘膜上设置的电极， 其中所述绝缘膜包括氧化镓、或者氧化镓和氧化铟。2.根据权利要求I所述的半导体器件，其中所述绝缘膜还包括氧化铝。3.根据权利要求I所述的半导体器件，其中所述半导体层包括氮化物半导体。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中所述半导体层包括选自Ga、Al和In中的至少一种元素的氮化物。5.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括 使所述半导体层的一部分与超临界水或者在高于100°c且700°C以下的温度下的水接触，以形成所述绝缘膜。6.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括设置为与包括于所述半导体层中的第一半导体层和第二半导体层中的至少之一接触的源电极和漏电极。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第一半导体层包括GaN。8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第二半导体层包括AlGaN。9.根据权利要求I所述的半导体器件，其中所述绝缘膜与所述第一半导体层接触。10.根据权利要求I所述的半导体器件，还包括 包括绝缘体并设置于所述半导体层上的保护膜。11.一种电子设备，包括 输入电路； 输出电路；和 设置于所述输入电路和所述输出电路之间的半导体器件，所述半导体器件包括 在衬底上设置的半导体层； 通过氧化所述半导体层的一部分形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：山田敦史，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：