半導體裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術的一個方面在于一種半導體裝置，其包含半導體區域、設置在該半導體區域的主表面上的源極電極和漏極電極、具有常關閉特性的柵極電極，該柵極電極設置在該半導體區域的主表面上同時在其間插入p型材料膜，并且該柵極電極排列在該源極電極和該漏極電極之間，以及第四電極，其設置在該半導體區域的主表面上，并且排列在該柵極電極和該漏極電極之間。

【技術實現步驟摘要】
相關申請的交叉引用本申請基于并要求2008年12月22日提交的在先日本專利申請P2008-325409的優先權益，其全部內容并入此處以作參考。專利技術的
技術介紹
1.專利技術的
本專利技術涉及一種具有常關閉(normally-off)特性的半導體裝置，特別是一種對高壓具有阻抗的半導體裝置。2.相關技術的描述場效應晶體管裝置通常具有常關閉特性，例如高電子遷移率晶體管(HEMT)和金屬半導體場效應晶體管(MESFET)，其中的每一個都具有異質結(heterojunction)，其用于產生二維載流子氣體層來作為載流子傳導路徑，通常具有常開特性。為了關閉具有常關閉特性的HEMT、MESFET等，需要一種用于在負電壓設定柵極電極的負電源，并且電路的價格必然提高。因此，需要一種具有常關閉特性的半導體裝置(例如，參考日本特許公開第2007-19309號)。為了形成具有常關閉特性的半導體裝置，經常采用一種特殊柵極結構。作為這種用于向半導體裝置賦予常關閉特性的特殊柵極結構，公知的是由金屬、絕緣材料、半導體等組成的疊層柵極結構以及為了使電子供應層變薄而對外形進行設計的凹槽柵極結構(例如，參考日本特許公開第2006-32650號、國際公開冊第2003/71607號和日本特許公開第2005-244072號)。由于工藝上的限制，這些柵極結構通過例如熱蒸發、電子束(EB)蒸發、濺射和化學氣相沉積(CVD)制備，其能夠在相對低的溫度下完成沉積。然而，在具有能夠賦予常關閉特性的特殊柵極結構的上述半導體裝置中，在針對與高壓用功率裝置有關的半導體裝置的情況下，存在這樣的問題，柵極結構很有可能由于不能承受高壓而被破壞，并且該半導體裝置的可靠性從而降低。
技術實現思路
本專利技術的一個方面在于一種半導體裝置，其包括半導體區域，源極電極和漏極電極，該源極電極和漏極電極設置在該半導體區域的主表面上，具有常關閉特性的柵極電極，該柵極電極設置在該半導體區域的主表面上同時在其間插入p型材料膜，并且該柵極電極排列在該源極電極和該漏極電極之間，以及設置在該半導體區域的主表面上的第四電極，并且排列在該柵極電極和該漏極電極之間。附圖簡要說明圖1是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置的橫截面示意圖。圖2是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第1)。圖3是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第2)。-->圖4是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第3)。圖5是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第4)。圖6是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第5)。圖7是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第6)。圖8是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第7)。圖9是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第8)。圖10是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中用作柵極電極的柵極結構的橫截面示意圖(第9)。圖11是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置的具體操作的橫截面示意圖。圖12是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中的第四電極的橫截面示意圖(第1)。圖13是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中的第四電極的橫截面示意圖(第2)。圖14是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中的第四電極的橫截面示意圖(第3)。圖15是依據本專利技術第一實施方式的半導體裝置中的第四電極的橫截面示意圖(第4)。圖16是依據本專利技術第二實施方式的半導體裝置的橫截面示意圖。圖17是依據本專利技術第三實施方式的半導體裝置的等效電路圖，該半導體裝置包括位于第四電極和漏極電極之間的肖特基阻擋二極管。圖18是依據本專利技術第四實施方式的半導體裝置的橫截面示意圖。具體實施例的詳細說明本專利技術的各種實施方式將參考附圖進行說明。需要注意的是，相同或相似的附圖標記指的是所有附圖中相同或相似的部分或元件，并且將省略或簡化對相同或相似部分或元件的說明。在以下說明中，將提出許多特定細節，例如特定信號值等，從而提供對本專利技術的完全理解。然而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，本專利技術在沒有這些特定細節的情況下也能實現。(第一實施方式)如圖1所示，依據本專利技術的第一實施方式的半導體裝置包括：半導體區域3；源極電極(第一電極)40和漏極電極(第二電極)44，其設置在該半導體區域3的主表面上；具有常關閉特性的柵極電極(第三電極)42，設置在該半導體區域3的主表面之上同時在其間插入p型材料膜60a，并且該柵極電極(第三電極)42排列在該源極電極40和該漏極電極-->44之間；以及設置在該半導體區域3的主表面上的第四電極50，其排列在該柵極電極42和該漏極電極44之間。該半導體區域3層疊在由氮化鋁(AlN)等制成的緩沖層20上，并且其設置在由藍寶石、硅、碳化硅等制成的支撐襯底10上。如圖1所示，依據第一實施方式的該半導體裝置是HEMT。該半導體區域3包括：第一半導體層30；以及第二半導體層32，其層疊在該第一半導體層30的主表面上，并且在臨近該第一半導體層30的主表面之下產生二維載流子(電子)氣體層(2DEG層)31。該第一半導體層30由例如氮化鎵(GaN)的氮化化合物半導體組成，其厚度例如為1到3μm，并且該第一半導體層30用作電子遷移層。該第二半導體層32由例如鋁鎵氮(AlGaN)的氮化物半導體組成，其厚度比該第一半導體層30薄，例如為5到50nm(更優選5到30nm)，并且該第二半導體層32用作電子供應層。該第一半導體層30和該第二半導體層32由不同類型的氮化化合物半導體制成，并且如此制備，使得該第二半導體層32的帶隙能量大于第一半導體層30的，并且第二半導體層32的晶格常數小于第一半導體層30的晶格常數。因此，第一半導體層30和第二半導體層32之間的界面形成異質結，并且位于第一半導體層30里的界面附近，這種2DEG層31由電場產生，該電場通過壓電極化而在第一半導體層30和第二半導體層32之間產生，或者該電場通過第二半導體層32的自發極化而產生。該源極電極40和該漏極電極44電連接到該2DEG層31。源極電極40和漏極電極44由例如鈦(Ti)、鋁(Al)等組成。用于源極電極40和漏極電極44的Ti、Al等具有低功函數。因此，每一對源極電極40和第二半導體層32以及漏極電極44和第二半導體層32互相之間適于按照如下的方式完成歐姆接觸(低阻接觸)：將源極電極40和漏極電極44進行退火處理。柵極電極42設置在柵極結構上從而將常關閉特性賦予該半導體裝置。以下將列出用在柵極電極42上的柵極結構的特定實例。(A)例如，如圖1和圖2所示，柵極結構具有凹槽結構，該凹槽結構通過移除該半導體區域3(第二半導體層32)的主表面的一部分而形成。就深度來說，圖1和圖2所示的該凹槽結構不會達到第一半導體層30，保留在第二半導體層32內。而且，圖1和圖2所示的柵極結構是p型柵極結構，其中該柵極電極42設置在形成的凹槽結構上同時在其間插入p型材料膜60a。(B)例如，如圖3所示，柵極結構具有凹槽結構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體裝置，其包含：半導體區域；源極電極和漏極電極，所述源極電極和漏極電極設置在所述半導體區域的主表面上；柵極電極，其具有常關閉特性，所述柵極電極設置在所述半導體區域的主表面上同時在其間插入p型材料膜，并且所述柵極電極排列在所述源極電極和所述漏極電極之間；以及第四電極，其設置在所述半導體區域的主表面上，并且所述第四電極排列在所述柵極電極和所述漏極電極之間。

【技術特征摘要】
2008.12.22 JP 2008-3254091.一種半導體裝置，其包含：半導體區域；源極電極和漏極電極，所述源極電極和漏極電極設置在所述半導體區域的主表面上；柵極電極，其具有常關閉特性，所述柵極電極設置在所述半導體區域的主表面上同時在其間插入p型材料膜，并且所述柵極電極排列在所述源極電極和所述漏極電極之間；以及第四電極，其設置在所述半導體區域的主表面上，并且所述第四電極排列在所述柵極電極和所述漏極電極之間。2.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述第四電極和所述半導體區域之間的接觸面具有整流特性。3.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中所述第四電極設置在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：町田修，巖渕昭夫，
申請(專利權)人：三墾電氣株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP