[发明专利]半导体器件及其制造方法以及电源装置

说明书

技术领域

本文所述实施方案涉及半导体器件及其制造方法、以及电源装置。

背景技术

近年来，考虑到它们的物理特性，使用氮化物半导体的场效应晶体管特别是GaN-基晶体管预期用于例如服务器系统中采用的具有高的耐受电压和高输出的器件、亦称功率器件。由于它们的低电耗，所以也期望它们应用于在基站例如无线基站中使用的高输出放大器。

此外，已经致力于具有金属绝缘体半导体(MIS)结构的GaN-基晶体管的研究和开发。MIS结构包括：在栅电极和半导体层之间的栅极绝缘膜，用于抑制来自栅电极的不利地影响GaN-基晶体管特性的漏电流。

为了进一步改善GaN-基晶体管的特性，需要开发能够在较高电流下或者在高温环境中操作的GaN-基晶体管。目前，GaN-基晶体管包括：包括Al层的电极作为欧姆电极，并且还包括：由作为低电阻互连材料的金(Au)制成的互连作为互连。在利用Au互连和Al层的直接接触操作这种结构的GaN-基晶体管时，易于形成Au-Al化合物，这导致电阻增加。为了防止该现象，已经提出在Au互连和Al层之间设置单个Pt层、Ta层、TaN层、TiWN层等作为阻挡金属层。

发明内容

在栅电极和半导体层之间包括栅极绝缘膜的晶体管中，栅电极的材料例如由于在制造工艺期间实施的热处理(退火工艺)或者在晶体管操作期间的生热而扩散入栅极绝缘膜中，这导致特性劣化。

另外，发现在包括于欧姆电极中的Al层和Au互连之间仅设置单个阻挡金属层例如Pt层、Ta层、TaN层等，不足以有效地改善特性。更具体地，发现仅设置这种层难以抑制导致电阻增加的Al和Au的相互扩散并且同时防止这些层的电阻率的增加并防止在晶体管操作期间生热增加和功率消耗并由此改善特性。

因此，期望抑制电极材料的扩散并实现改善的特性。

半导体器件和电源装置包括：栅电极；栅极绝缘膜；以及在栅电极和栅极绝缘膜之间设置的包括依次堆叠的第一TaN层、Ta层和第二TaN层的电极材料扩散抑制层。

半导体器件和电源装置包括：包括Al层的欧姆电极；Au互连；以及在Al层和Au互连之间设置的包括依次堆叠的第一TaN层、Ta层和第二TaN层的电极材料扩散抑制层。

半导体器件和电源装置包括：在栅电极下设置的包括依次堆叠的TaN层、Ta层和TaN层的第一电极材料扩散抑制层；以及在欧姆电极上设置的包括依次堆叠的TaN层、Ta层和TaN层的第二电极材料扩散抑制层。

此外，一种制造半导体器件的方法包括：形成栅极绝缘膜；通过依次堆叠第一TaN层、Ta层和第二TaN层在栅极绝缘膜上形成电极材料扩散抑制层；以及在电极材料扩散抑制层上形成栅电极。

此外，一种制造半导体器件的方法包括：形成包括Al层的欧姆电极；通过在Al层上依次堆叠第一TaN层、Ta层和第二TaN层形成电极材料扩散抑制层；以及在电极材料扩散抑制层上形成Au互连。

一种制造半导体器件的方法，包括：通过依次堆叠TaN层、Ta层和TaN层形成第一电极材料扩散抑制层；在第一电极材料扩散抑制层上形成栅电极；形成欧姆电极；以及通过在欧姆电极上依次堆叠TaN层、Ta层和TaN层形成第二电极材料扩散抑制层。

附图说明

图1为示出根据第一实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；

图2为示出包括于根据第一实施方案的半导体器件中的GaN-基半导体堆叠结构的示意截面图；

图3为示出根据第一实施方案的半导体器件的课题的示意截面图；

图4A和4B为示出根据第一实施方案的半导体器件的示意截面图；

图5A～5G为示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的示意截面图；

图6A～6E为示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的示意截面图；

图7为示出根据第二实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；

图8为示出根据第三实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；

图9为示出根据第四实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；

图10为示出根据第五实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；

图11为示出根据第六实施方案的半导体器件的结构的示意截面图；