[发明专利]半导体器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及包括能动层用了氮化物半导体且拥有绝缘栅极的半导体器件及其制备方法。

背景技术

图19示出了已往的由III-V族氮化物半导体形成的肖特基栅极型场效应晶体管(FET)的断面结构。

如图19所示，在由蓝宝石形成的衬底101上，依次形成由氮化镓(GaN)形成的沟道层102和由n型氮化铝镓(AlGaN)形成的载流子供给层103。在沟道层102的上部和载流子供给层103间的异质界面附近，形成有由势阱构成且电子迁移率极大的2维电子气体层，因此也称该FET为高电子迁移率晶体管(HEMT)。

发明要解决的问题

然而，上述已往的肖特基栅极型FET存在着以下问题。因栅电极的击穿电压是由肖特基特性决定的，故栅电极的逆击穿电压也就受到限制。而且，加给栅电极的顺向电压最高也只能被限制在2V左右，故得不到电流驱动能力很高的高功率输出半导体器件(power device)。

本发明之目的，在于：通过解决上述已往的问题，来提高包括栅电极且由氮化物半导体形成的半导体器件的电流驱动能力。

技术方案

为达成上述目的，本发明是这样的一个结构，即让由氮化物半导体制成的半导体器件中的栅电极为绝缘栅电极，同时通过氧化已沉积的氮化物半导体本身来形成栅极绝缘膜。

具体而言，本发明所涉及的半导体器件，包括：形成在衬底上的第一氮化物半导体层；由形成在第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层被氧化后而形成的绝缘氧化层；以及形成在绝缘氧化层上的栅电极。

根据本发明的半导体器件，因形成在第一氮化物半导体层上的绝缘氧化层是该第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体本身被氧化而形成的，故绝缘氧化层的质量很好，而且该绝缘氧化层和其下侧的第一氮化物半导体层相接的界面处也极其洁净。结果，漏电流几乎不会发生在绝缘氧化层上所形成的栅电极中，而且电流电压特性也不受肖特基特性的限制了，故击穿电压高，电流驱动能力也高。

在本发明的半导体器件中，第一氮化物半导体层的氧化速度最好比第二氮化物半导体层的氧化速度小。这样做，生产时就很容易选择性地仅氧化第二氮化物半导体层。

还有，在本发明的半导体器件中，第一氮化物半导体层和第二氮化物半导体层最好由相同的材料形成。这样，它就是一仅靠氧化第一氮化物半导体层的上部来形成绝缘氧化层的结构了。

在本发明的半导体器件中，第一氮化物半导体层中最好含有铝(Al)。这样做，在典型的氮化物半导体材料即氮化镓(GaN)中添加了铝后而形成的氮化铝镓(AlGaN)，就会因其氧化速度比氮化镓的小而在形成绝缘氧化层时难以氧化。不仅如此，还因其带隙(energy gap)比氮化镓的大而使它成为势垒层。

本发明中的半导体器件，最好还包括：形成在衬底和第一氮化物半导体层之间、且由带隙比第一氮化物半导体层的小的第三氮化物半导体形成的能动层。这样，就确能得到：其中的第一氮化物半导体层成了载流子供给层，第三氮化物半导体层成了沟道层，且击穿电压和电流驱动能力都很高的高电子迁移率晶体管(HEMT)。

本发明中的半导体器件，最好还包括：形成在第一氮化物半导体层和绝缘氧化层之间、由其氧化速度比第二氮化物半导体层的小的第四氮化物半导体形成的氧化防止层。这样做的话，在通过氧化第二氮化物半导体层而形成绝缘氧化层时，就会由于该第四氮化物半导体层的存在而使氧化实质上停止。故很容易控制绝缘氧化层(即成为栅极绝缘膜)的厚度。

在这种情况下，氧化防止层最好由氮化铝形成。

本发明中的半导体器件，最好还包括：形成在绝缘氧化层和栅电极之间的绝缘膜。这样做，就确能抑制住产生在栅电极中的漏电流，而可向栅电极施加较高的电压，从而可进一步提高半导体器件的电流驱动能力。

在这种情况下，绝缘膜最好由氧化硅膜或者氮化硅膜构成。这样做的话，绝缘膜的膜质就很致密，从而使绝缘性很高。

还有，本发明中的半导体器件，最好还包括形成在第一氮化物半导体层沿栅极长度方向的每个区域上的源漏电极，且在栅电极和源电极间之绝缘氧化层和栅电极和漏电极间之绝缘氧化层这二者中之至少一个中，拥有其厚度比栅电极下侧那一部分的厚度还厚的厚膜部分。这样做，并让靠近厚膜部分的源漏电极为漏电极以后，该漏电极的漏极击穿电压就变高，而且漏极漏电流变小，从而可使半导体器件的工作电压升高，结果是很容易地就能实现高输出化。