[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

实施方案涉及化合物半导体器件以及制造该化合物半导体器件的方法。

背景技术

考虑通过采用如高饱和电子速度和宽带隙等特征将氮化物半导体应用到高电压、大功率半导体器件的想法。例如，作为氮化物半导体的GaN具有3.4eV的带隙，其大于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)，并且还具有高的击穿电场强度。因此，GaN是用于高电压操作和大功率的功率半导体器件的非常有前途的材料。

使用氮化物半导体的半导体器件包括场效应晶体管。已经有大量关于场效应晶体管尤其是高电子迁移率晶体管(HEMT)的报道。例如，在GaN基HEMT(GaN HEMT)中，在电子传输层中使用GaN并且在电子供给层中使用AlGaN的AlGaN/GaN HEMT正在引起关注。在AlGaN/GaN HEMT中，由于GaN与AlGaN之间的晶格常数的差异，所以在AlGaN中发生畸变。畸变所导致的压电极化和AlGaN的自发极化导致形成高浓度的二维电子气(2DEG)。因此，期望AlGaN/GaN HEMT用作用于电动车辆等的高效率开关器件或高电压功率器件等。

[非专利文件1]D.Song等人，IEEE Electron Device Lett.，Vol.28，No.3，189-191页，2007

利用氮化物半导体的半导体器件的电极(例如，GaN-HEMT的栅电极)使用镍(Ni)和金(Au)的层叠结构。Ni是具有相对高熔点的金属，并且在Ni和GaN之间形成良好的肖特基势垒。Ni还具有高电阻率。其中在Ni上沉积低电阻率的Au的结构使得栅电极的电阻降低并且防止高频特性劣化。通常，栅电极具有所谓的悬垂(overhang)结构以减小其边缘的电场集中，即，使用栅电极材料填塞形成在保护氮化物半导体表面的绝缘膜(钝化膜)中的通孔并且悬垂钝化膜。在这种情况下，在氮化物半导体的单晶体上形成的Ni膜受下层的晶体结构的影响而具有面心立方结构(fcc)(111)取向。在钝化膜上形成的Ni膜受到下层的无定形结构的影响而具有无规取向。因此，在具有fcc(111)取向的Ni与具有无规取向的Ni之间形成非常大的晶界。

此外，由于热应力等，Ni和钝化膜中的通孔的侧壁之间的界面(侧壁界面)可能裂开。

如果在高温下对具有上述结构的GaN-HEMT进行通电，则栅电极的Au穿过大的晶界和侧壁界面到达氮化物半导体的表面(肖特基表面)以与该氮化物半导体表面反应。这使栅电极特性劣化并且降低GaN-HEMT的可靠性。

发明内容

考虑到上述问题而做出了实施方案，其目的是提供一种具有高度可靠的高电压化合物半导体器件以及制造该化合物半导体器件的方法，该化合物半导体器件抑制电极材料到达电极与化合物半导体层之间的界面和防止栅电极特性劣化。

化合物半导体器件的一个实施方案包括：化合物半导体层；形成于化合物半导体层上并具有通孔的绝缘膜；以及形成于绝缘膜上以填塞通孔的电极。在电极中形成有在不同晶体取向之间的晶界并且该晶界的端部在绝缘膜的平坦表面上与通孔间隔开。

制造化合物半导体器件的方法的一个实施方案包括：在化合物半导体层上形成绝缘膜；使用预定的掩模通过干法蚀刻在绝缘膜的预定的区域中形成通孔；移除掩模，以及对绝缘膜进行湿法蚀刻。

化合物半导体器件的制造方法的一个实施方案包括：在化合物半导体层上形成绝缘膜；在绝缘膜上形成由具有的湿法蚀刻速率高于绝缘膜的湿法蚀刻速率的材料制成的保护膜；以及通过湿法蚀刻在绝缘膜的预定区域中形成通孔。

附图说明

图1A至1C是以步骤次序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图；

图2A至2C是在图1A至图1C之后以步骤次序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图；

图3A至3C是在图2A至图2C之后以步骤次序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图；

图4是图3C中的步骤的示意性俯视图；

图5是示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的另一种方法的示意性截面图；

图6A和6B是示出在根据与第一实施方案有关的对比实施例的肖特基AlGaN/GaN HEMT的栅电极中如何形成晶界的示意性截面图；

图7A和7B是示出在根据第一实施方案的肖特基AlGaN/GaN HEMT中的栅电极中如何形成晶界的示意性截面图；