[发明专利]半导体器件及制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本文讨论的实施方案涉及半导体器件及制造该半导体器件的方法。

背景技术

作为氮化物半导体的材料如GaN、AlN和InN和这样的氮化物半导体的混合晶体的材料具有相对宽的带隙并且因此可以用于高输出的电子器件、短波长光发光器件等。例如，氮化物半导体GaN具有大于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)的3.4eV带隙。

高输出电子器件可以包括FET(场效应晶体管)，特别是HEMT(高电子迁移率晶体管)。使用氮化物半导体的HEMT可以用于高输出、高效率放大器、高功率开关器件等。具体地，在使用AlGaN电子供给层和GaN沟道层的HEMT中，由AlGaN和GaN的晶格常数的差异引起的失真导致在AlGaN中产生压电极化，并且产生高浓度的2DEG(two dimensionalgas，二维电子气)。因此，这种HEMT可以在高电压下操作，并且可以用于高效率开关器件和在电动车等中使用的高电压功率器件。

通常，即使是在没有电压被施加到栅电极等的状态下，2DEG也存在于栅极正下方的区域中，并且所制造的器件成为常通器件。因此，一般而言，为了制造常断器件，通过蚀刻移除栅电极所形成的区域中的氮化物半导体层的一部分，以降低沟道和栅电极之间的距离并且形成栅极凹部结构。

从器件等的改善特性的角度来看，可以在栅电极和氮化物半导体层之间形成栅绝缘层。通过ALD(原子层沉积)形成的氧化铝(Al₂O₃)适合于这样的栅极绝缘层，并且因为耐受电压可以是10MV/cm到30MV/cm和更高，所以可以被认为是用作栅极绝缘层的很有前途的材料。

例如，在日本公开特许公报第2002-359256中提出的场效应化合物半导体器件。

在通过ALD形成的氧化铝层中可能存在源自源气体的杂质残留物。更具体地，在通过ALD形成的氧化铝层中，羟基(OH基)可能以氢氧化铝(Al(OH)_x)的状态保留，并且该OH基可以用作电子陷阱。因此，该电子陷阱可以导致栅极电压的阈值变化，并且阻碍了常断器件的制造。

另一方面，可以在氮化物半导体层如GaN上形成氧化铝层。然而，在GaN和氧化铝层之间的界面处可能形成GaO_x，GaO_x也可以用作电子陷阱。因此，该电子陷阱可能导致栅极电压的阈值变化，并且同样地阻碍常断器件的制造。

如果在栅极凹部结构上形成栅极绝缘层，则阶梯覆盖性(stepcoverage)可能变得相对较差。然而，在通过ALD形成氧化铝层的情况下，可以获得良好的阶梯覆盖性。

发明内容

因此，本实施方案的一个方面的一个目的是提供一种使用氮化物半导体并且可以降低栅极电压的阀值变化的半导体器件，以及一种具有高均一性和成品率的制造这种半导体器件的方法。

根据本发明的一个方面，制造半导体器件的方法可以包括在衬底上形成氮化物半导体层；通过使用H₂O源气体的ALD(原子层沉积)的蒸汽氧化或通过使用O₃源气体的ALD的氧等离子体氧化在氮化物半导体层上形成第一绝缘层；通过使用O₂源气体的ALD的氧等离子体氧化在第一绝缘层上形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成栅电极；以及在氮化物半导体层上形成源电极和漏电极，其中形成氮化物半导体层包括在衬底上形成第一半导体层和在第一半导体层上形成第二半导体层。

借助于在权利要求中具体指出的元件和组合，可以实现和获得本发明的目的和优点。

应该理解，上述总体描述和以下详细描述二者都是示例性和说明性的，而非限制要求保护的本发明。

附图说明

图1A和图1B是用于说明具有未形成凹部的结构的半导体器件的截面图；

图2是用于说明具有未形成凹部的结构的半导体器件的GaN表面的O/Ga比的图；

图3是用于说明具有未形成凹部的结构的半导体器件的阈值变化的图；

图4是用于说明具有未形成凹部的结构的半导体器件中的绝缘层的密度的图；

图5是用于说明具有未形成凹部的结构的半导体器件的耐受电压的图；

图6是用于说明对于进行热处理的情况的氢氧化铝浓度和阈值变化的图；

图7是示出第一实施方案中的半导体器件的结构的截面图；

图8A和8B是用于说明制造第一实施方案的半导体器件的方法的截面图；