[发明专利]半导体装置和制造半导体装置的方法

说明书

技术领域

这里讨论的实施例涉及半导体装置和制造半导体装置的方法。

背景技术

作为氮化物半导体的GaN、AlN和InN或者其混合晶体制成的材料具有宽带隙，并且用作高输出电子装置或短波长发光装置。例如，作为氮化物半导体的GaN具有3.4eV的带隙，这比Si的带隙1.1eV和GaAs的带隙1.4eV宽。

作为这样的高输出装置，存在场效应晶体管(FET)，更具体地，高电子移动性晶体管(HEMT)(参见例如专利文献1)。使用这样的氮化物半导体的HEMT用于高输出/高效放大器和高功率开关装置。具体地，在使用AlGaN作为电子提供层和使用GaN作为电子转移层的HEMT中，由于由AlGaN和GaN之间的晶格常数差别而引起的应力在AlGaN中发生了压电极化，并且生成了高浓度二维电子气(2DEG)。因此，以高电压进行的操作是可能的，并且HEMT可用于电动车辆等中的高效开关元件和高击穿电压电装置。

甚至在电压没有施加到栅极电极等的状态下，如上所述生成的2DEG通常也在紧挨在栅极以下的区域中，因此，制造的装置变为常通的。然而，一般期望功率开关元件等是常断的；也就是说，当栅极电压是0V时，期望在漏极-源极之间没有电流流动。因此，已研究了各种结构和方法来使得装置变为常断的(例如，专利文献2)。此外，为了抑制诸如HEMT的晶体管中的漏电流，公开了具有绝缘膜形成在栅极电极以下的绝缘栅极结构的装置(专利文献3)。

专利文献1：日本早期公开专利公布第2002-359256号

专利文献2：日本早期公开专利公布第2011-14789号

专利文献3：日本早期公开专利公布第2010-199481号

顺便提及，在使用具有绝缘膜形成在栅极电极以下的结构的氮化物半导体的HEMT中，栅极阈值电压可能变得不稳定，由于可能引起操作故障，因此这是不利的。此外，在这样的HEMT中，栅极漏电流优选地是低的。

发明内容

因此，本发明的一方面的目的是提供一种半导体装置和制造半导体装置的方法，其中，在使用具有绝缘膜形成在栅极电极以下的结构的氮化物半导体的HEMT中，栅极阈值电压是稳定的并且栅极漏电流是低的。

根据实施例的一方面，一种半导体装置包括：基板上的、由氮化物半导体形成的第一半导体层；第一半导体层上的、由氮化物半导体形成的第二半导体层；绝缘层，该绝缘层由包括氧化物的材料形成，并且通过从第二半导体层侧开始、按第一绝缘层随后是第二绝缘层的放置顺序层叠第一绝缘层和第二绝缘层而形成在第二半导体层上，其中，包括在第一绝缘层的每单位体积中的-OH基的量小于包括在第二绝缘层的每单位体积中的-OH基的量，并且包括在第一绝缘层的每单位体积中的-OH基的量是C-V特性中的电容的平均值处的滞后宽度为0.4V的量；形成在第二半导体层上的源极电极和漏极电极；以及形成在第二绝缘层上的栅极电极。

根据实施例的一方面，一种半导体装置包括：基板上的、由氮化物半导体形成的第一半导体层；第一半导体层上的、由氮化物半导体形成的第二半导体层；由包括氧化物的材料形成并且形成在第二半导体层上的绝缘层，其中，包括在每单位体积中的-OH基的量是C-V特性中的电容的平均值处的滞后宽度为0.4V的量，并且包括在每单位体积中的-OH基的量从第二半导体层侧朝向绝缘层的表面增加；形成在第二半导体层上的源极电极和漏极电极；以及形成在绝缘层的表面上的栅极电极。

根据实施例的一方面，一种半导体装置包括：基板上的、由氮化物半导体形成的第一半导体层；第一半导体层上的、由氮化物半导体形成的第二半导体层；绝缘层，绝缘层通过利用包括氧的等离子体的原子层沉积形成，并且通过从第二半导体层侧开始、按第一绝缘层随后是第二绝缘层的放置顺序层叠第一绝缘层和第二绝缘层而形成在第二半导体层上，其中，以大于或等于400℃并且小于或等于550℃的基板温度形成第一绝缘层，以便-OH基的量降低，直到C-V特性中的电容的平均值处的滞后宽度为0.4V，并且以低于第一绝缘层的基板温度形成第二绝缘层；形成在第二半导体层上的源极电极和漏极电极；以及形成在第二绝缘层上的栅极电极。