[发明专利]半导体器件及其制造方法、电源装置以及高频放大单元

说明书

技术领域

本文中讨论的实施方案涉及半导体器件、用于制造所述半导体器件的方法、电源装置以及高频放大单元。

背景技术

GaN高电子迁移率晶体管(GaN-HEMT)是包括包含化合物半导体如氮化物半导体的化合物半导体多层结构的半导体器件的例子。

GaN具有优异的材料特性，如高介电强度、在使用二维电子气的情况下的相对高的迁移率、以及高饱和电子漂移速度，因此，GaN-HEMT正被开发为用于电源应用的允许高功率、高效率、高电压操作的功率器件。换言之，由于Si横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管和GaAs场效应晶体管(FET)难以应用于这种功率器件，因此，GaN-HEMT正被开发为用于电源应用的允许高功率、高效率、高电压操作的功率器件。

在包括这种化合物半导体多层结构的半导体器件中，在化合物半导体多层结构的表面具有氮缺陷(悬键)并且栅电极置于化合物半导体多层结构上方时，悬键用作电子陷阱，从而阀值电压变化。

在这种情况下，利用氟对悬键进行封端使得化合物半导体多层结构的表面进行氟封端处理，从而减少悬键的数量并且抑制阀值电压的变化。

然而，在化合物半导体多层结构的进行氟封端处理的表面暴露到空气中的时间较长，即直到在化合物半导体多层结构的表面上形成绝缘膜或栅电极所经过的时间较长时，不能抑制阀值电压的变化。

日本公开特许第2009-76845号公报是相关技术的一个例子。

发明内容

因此，实施方案的一个方面的一个目的是提供一种高可靠性的技术，其中通过利用氟对化合物半导体多层结构的表面上的悬键进行封端来抑制在经过的时间较长时阀值电压的变化。

根据本发明的一个方面，半导体器件包括：化合物半导体多层结构、覆盖化合物半导体多层结构的表面的含氟阻挡膜、以及布置在化合物半导体多层结构之上的栅电极，含氟阻挡膜布置在栅极与化合物半导体多层结构之间。

附图说明

图1是根据第一实施方案的半导体器件的截面示意图；

图2是根据第一实施方案的半导体器件的变化方案的截面示意图；

图3A至图3C是示出用于制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的截面示意图；

图4是示出根据第一实施方案的半导体器件的优点的图；

图5是根据第一实施方案的半导体器件的变化方案的截面示意图；

图6是根据第二实施方案的电源系统的示意图；以及

图7是根据第三实施方案的高频放大单元的示意图。

具体实施方式

下文中，参考附图描述实施方案。

[第一实施方案]

参考图1至图5，描述根据第一实施方案的半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法。

该半导体器件是包括包含例如化合物半导体(如氮化物半导体)的化合物半导体多层结构的化合物半导体器件。

在本实施方案中，使用包含氮化物半导体的FET特别是金属绝缘体半导体(MIS)型AlGaN/GaN-HEMT作为一个实例来描述化合物半导体器件。AlGaN/GaN-HEMT包括氮化物半导体多层结构(HEMT结构)并且也包括栅极绝缘膜，其中氮化物半导体多层结构(HEMT结构)包括由GaN制成的电子传输层和由AlGaN制成的电子供给层。

AlGaN/GaN-HEMT也称为AlGaN/GaN-FET。氮化物半导体多层结构也称为第III-V族氮化物半导体多层结构、GaN半导体多层结构或化合物半导体多层结构。化合物半导体器件也称为氮化物半导体器件或第III-V族氮化物半导体器件。

参考图1，AlGaN/GaN-HEMT包括SiC衬底1以及氮化物半导体多层结构6，该氮化物半导体多层结构6包括由AlN制成的成核层2、由GaN制成的电子传输层3、由AlGaN制成的电子供给层4以及由GaN制成的盖层5，这些层以此顺序沉积在SiC衬底1上。在氮化物半导体多层结构6中，在电子传输层3与电子供给层4之间的界面附近生成二维电子气(2DEG)。盖层5的存在增大电子传输层3与电子供给层4之间的应力以引起压电效应，从而增加2DEG。这使得AlGaN/GaN-HEMT能够具有减小的导通电阻，从而允许大电流操作。参考图1，利用虚线表示2DEG。SiC衬底1也称为衬底或半导体衬底。成核层2也称为缓冲层。成核层2、电子传输层3、电子供给层4以及盖层5也称为第III-V族氮化物半导体层。