[发明专利]半导体装置以及制造半导体装置的方法

说明书

技术领域

本发明所讨论的实施例涉及一种半导体装置以及制造该半导体装置的方法。

背景技术

例如为GaN、AlN、InN或其混合晶体的氮化物半导体具有宽的带隙并用于高输出电子器件和短波长发光器件。在高输出电子器件中，正在开发用于FET(场效应晶体管，特别地，HEMT(高电子迁移率晶体管))的技术(例如参见日本特开专利公开第2002-359256号)。使用氮化物半导体的HEMT用于高输出/高效率放大器、大功率开关器件等。

用于这些器件的HEMT需要具有例如“常关”和高绝缘阻抗(resistance)的特性。从安全的观点考虑，常关特性对HEMT很重要。考虑了用于获得常关特性的各种方法。用于获得常关特性的一个方法是通过去除直接位于栅极下方的半导体层的一部分来形成栅槽(gate recess)(栅槽结构)。栅槽结构例如具有使得阈值电压为正而不增加电极之间的阻抗成分的优点。此外，包括被用作栅极绝缘体的绝缘膜的MIS(金属绝缘体半导体)结构用于横式FET或HEMT，这是由于用于电力用途的常关半导体器件需要高漏极阻抗和高栅极阻抗。因此，通过在包括GaN型半导体材料的HEMT中组合栅槽结构和MIS结构，HEMT可被用作适于电力用途的半导体器件。

在GaN型半导体材料用在具有MIS结构的HEMT中的情况下，GaN型半导体材料表现出强的压电极化和自发极化，并在半导体层(电子传输层)中具有非常高的电子密度。因此，即使通过在HEMT中形成栅槽，阈值电压也可能不会朝向正压移动太多。因而，通过仅形成栅槽，HEMT可能不能获得常关特性。

此外，在通过用包含氯成分的气体进行干蚀刻来制造其中形成栅槽的HEMT的情况下，各栅槽的深度变得不一致。这导致制造出的HEMT的特性不一致且出产率低。此外，通过使用干蚀刻方法，栅槽的底部表面趋向于变的不平(凹凸)。这导致电子被不期望地捕获在陷阱能级(trap level)中。因而，当电子被捕获在陷阱能级中时，阈值电压变化。结果是，HEMT变的难以获得稳定操作特性。

发明内容

根据本发明的一个方案，提供了一种半导体装置，包括：第一半导体层，形成在衬底上；第二半导体层，形成在所述第一半导体层上；栅槽(gate recess)，通过去除所述第二半导体层的至少一部分而形成；绝缘膜，形成在所述栅槽和所述第二半导体层上；栅极(gate electrode)，经由所述绝缘膜而形成在所述栅槽上；源极和漏极，形成在所述第一半导体层和所述第二半导体层之一上；以及含氟区域，形成在与形成所述栅槽的区域相对应的所述第一半导体层的一部分、以及与形成所述栅槽的区域相对应的所述第二半导体层的一部分的至少之一中。

根据本发明的另一个方案，提供了一种半导体装置，包括：第一半导体层，形成在衬底上；第二半导体层，形成在所述第一半导体层上；第三半导体层，形成在所述第二半导体层上；栅槽，通过去除所述第三半导体层的至少一部分而形成；绝缘膜，形成在所述栅槽和所述第三半导体层上；栅极，经由所述绝缘膜而形成在所述栅槽上；源极和漏极，形成在所述第一半导体层和所述第二半导体层之一上；以及含氟区域，形成在与形成所述栅槽的区域相对应的所述第一半导体层的一部分、与形成所述栅槽的区域相对应的所述第二半导体层的一部分、以及与形成所述栅槽的区域相对应的所述第三半导体层的一部分的至少之一中。

根据本发明的又一个方案，提供了一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括如下步骤：在包括按序形成在衬底上的第一半导体层和第二半导体层的半导体层上形成抗蚀剂图案；通过去除所述第二半导体层的至少一部分而形成栅槽；将氟导入(admitting)与形成所述栅槽的区域相对应的所述半导体层的一部分中；去除所述抗蚀剂图案；在所述栅槽和所述半导体层上形成绝缘膜；经由所述绝缘膜在形成所述栅槽的所述区域上形成栅极；以及在所述半导体层上形成源极和漏极。

根据本发明的再一个方案，提供了一种用于制造半导体装置的方法，该方法包括如下步骤：在包括按序形成在衬底上的第一半导体层、第二半导体层以及第三半导体层的半导体层上形成抗蚀剂图案；通过去除所述第三半导体层的至少一部分而形成栅槽；将氟导入与形成所述栅槽的区域相对应的所述半导体层的一部分中；去除所述抗蚀剂图案；在所述栅槽和所述半导体层上形成绝缘膜；经由所述绝缘膜在形成所述栅槽的所述区域上形成栅极；以及在所述半导体层上形成源极和漏极。