CN109891561A - 化合物半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在衬底(1)之上形成有半导体层(2、3)。在半导体层(3)之上形成有栅极电极(4)、源极电极(5)以及漏极电极(6)。第1钝化膜(7)覆盖栅极电极(4)以及半导体层(3)。源极场板(9)形成于第1钝化膜(7)之上，从源极电极(5)延伸到栅极电极(4)与漏极电极(6)之间。第2钝化膜(10)覆盖第1钝化膜(7)以及源极场板(9)。源极场板(9)的漏极电极(6)侧的端部被弯曲加工得变圆。

Description

化合物半导体器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及即使在暴露于高能粒子的严苛的环境下也难以破坏以及老化的化合物半导体器件以及能够简单地制造这样的器件的制造方法。
背景技术
作为MES-FET或者HEMT等场效应晶体管而使用化合物半导体器件(例如，参照专利文献1～4)。有时器件暴露于严苛的环境下，高能粒子射入，穿过钝化膜、源极场板、器件的有源区域而到达衬底。此时，在高能粒子所穿过的轨迹周边产生大量的电子-空穴对，相应于材料的迁移率、复合速度、施加电压而扩散、复合。
专利文献1：日本特开2006-253654号公报
专利文献2：日本特开2008-243943号公报
专利文献3：日本特开2010-67693号公报
专利文献4：日本特开2015-170821号公报
发明内容
向源极场板的漏极电极侧的端部与AlGaN沟道层之间施加高电场。因此，如果高能粒子射入而在钝化膜内产生大量的电子-空穴对，则在该部分形成导通路径而导致破坏。或者，存在以下这样的问题，即，在半导体内所产生的电子-空穴对的扩散、复合过程中半导体表面附近的空穴浓度上升，引起电位的上升或者空穴电流的增加，导致破坏，或者易于老化。同样地，向栅极电极的漏极电极侧的端部与AlGaN沟道层之间也施加高电场，存在易于破坏或者老化的问题。
因此，通过使源极场板的端部呈一定程度的角度向上方弯折，从而缓和电场，防止器件的破坏(例如，参照专利文献1的图6以及第0043段，专利文献3的图1B以及第0015段)。但是，由于存在弯折部分，因此电场缓和效果有限。另外，在以往的方法中，存在以下这样的问题，即，为了使源极场板弯折而需要追加复杂的工序，制造变得困难，制造工序增加，由此成本和制造工期增加。
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到即使在暴露于高能粒子的严苛的环境下也难以破坏以及老化的化合物半导体器件以及能够简单地制造这样的器件的制造方法。
本发明涉及的化合物半导体器件的特征在于，具备：衬底；半导体层，其形成于所述衬底之上；栅极电极、源极电极以及漏极电极，它们形成于所述半导体层之上；第1钝化膜，其覆盖所述栅极电极以及所述半导体层；源极场板，其形成于所述第1钝化膜之上，从所述源极电极延伸到所述栅极电极与所述漏极电极之间；以及第2钝化膜，其覆盖所述第1钝化膜以及所述源极场板，所述源极场板的所述漏极电极侧的端部被弯曲加工得变圆。
发明的效果
在本发明中，源极场板的漏极电极侧的端部被弯曲加工得变圆。因此，没有凸起部分而能够充分地实现电场缓和，因此即使在暴露于高能粒子的严苛的环境下也难以破坏以及老化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的剖面图。
图2是表示对比例涉及的化合物半导体器件的剖面图。
图3是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图4是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图6是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图7是表示对比例涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图8是表示对比例涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
图9是表示对比例涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。
具体实施方式
图1是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的剖面图。在SiC衬底1之上形成有GaN缓冲层2。在GaN缓冲层2之上形成有AlGaN沟道层3。在AlGaN沟道层3之上形成有栅极电极4、源极电极5以及漏极电极6。
第1钝化膜7覆盖栅极电极4以及AlGaN沟道层3。源极场板9形成于第1钝化膜7之上，从源极电极5延伸到栅极电极4与漏极电极6之间。源极场板9缓和栅极电极4与漏极电极6之间的电场，使得高电压动作成为可能，并且，降低寄生电容，由此改善高频特性。为了保护整个器件，第2钝化膜10覆盖第1钝化膜7以及源极场板9。
如果在向源极电极5与漏极电极6之间施加了电压，向栅极电极4施加了期望的偏置电压的状态下向栅极电极4输入高频，则二维电子气11内的电子高速地移动，作为从漏极电极6得到被放大的高频电力的放大器而动作。
接下来，与对比例进行比较，对本实施方式涉及的化合物半导体器件的效果进行说明。图2是表示对比例涉及的化合物半导体器件的剖面图。高能粒子如果射入器件，则有时穿过第2钝化膜10、源极场板9、第1钝化膜7、AlGaN沟道层3、GaN缓冲层2而到达SiC衬底1。飞来的粒子是重粒子、质子、电子、中子、μ介子等，具有从1keV到100GeV左右的能量。在高能粒子所穿过的轨迹周边产生大量的电子-空穴对。
通常，电场向带有锐利的角度的部分集中。由于在现有技术中源极场板的端部是直角，因此电场向该端部集中。为了抑制该电场集中，在对比例中使源极场板9的端部带有一定程度的角度而向上方弯折。但是，由于存在弯折部分，因此电场缓和效果也有限。
与此相对，在本实施方式中，源极场板9的漏极电极6侧的端部被弯曲加工得变圆而呈倒锥状。因此，没有凸起部分而能够充分地实现电场缓和，因此即使在暴露于高能粒子的严苛的环境下也难以破坏以及老化。此外，也可以使源极场板9的端部上侧弯曲，但由于远离半导体，因此效果有限。因此，优选源极场板9的端部是倒锥状。
图3～6是表示本发明的实施方式涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。首先，如图3所示，在SiC衬底1之上依次形成GaN缓冲层2以及AlGaN沟道层3。在AlGaN沟道层3之上形成栅极电极4、源极电极5以及漏极电极6。形成覆盖栅极电极4以及AlGaN沟道层3的第1钝化膜7。
接下来，如图4所示，在第1钝化膜7之上进行抗蚀层12的成膜，该抗蚀层12从漏极电极6延伸到栅极电极4与漏极电极6之间。接下来，如图5所示，在第1钝化膜7以及抗蚀层12之上形成源极场板9。
接下来，如图6所示，进行将抗蚀层12以及抗蚀层12之上的源极场板9去除的剥离(lift off)工序。由于使抗蚀层12成膜得厚，因此产生台阶，通过将抗蚀层12去除从而也将不需要的部分去除。然后，形成覆盖第1钝化膜7以及源极场板9的第2钝化膜10。
这里，抗蚀层12是例如“旭化成イーマテリアルズ(株)”生产的PIMEL(注册商标)的型号BL-300。在抗蚀层12的成膜时通过在350℃下进行2小时的热处理，从而使抗蚀层12收缩，抗蚀层12变为侧面以凹状热塌垂的形状。如果在该状态下对源极场板9进行成膜，则将源极场板9的漏极电极6侧的端部弯曲加工得变圆而呈倒锥状。
接下来，与对比例进行比较，对本实施方式涉及的制造方法的效果进行说明。图7～9是表示对比例涉及的化合物半导体器件的制造工序的剖面图。在进行图3的工序之后，如图7所示，在第1钝化膜7之上形成倾斜形状的间隔膜13。该倾斜形状是通过在抗蚀层形成之后利用干蚀刻进行各向同性蚀刻等而形成的。接下来，如图8所示，在第1钝化膜7以及间隔膜13之上形成源极场板9。接下来，如图9所示，将源极场板9局部地由抗蚀层14覆盖，通过将抗蚀层14用作掩模的蚀刻而将不需要的部分的源极场板9去除。然后，将间隔膜13以及抗蚀层14去除，如图2所示的那样形成第2钝化膜10。
在本实施方式中，由于能够直接对源极场板9的端部进行弯曲加工，因此与对比例相比能够削减1个工序。因此，能够削减制造成本以及工期。进而，能够简单地进行弯曲加工。
标号的说明
1SiC衬底，2GaN缓冲层，3AlGaN沟道层，4栅极电极，5源极电极，6漏极电极，7第1钝化膜，8准导电性薄膜，9源极场板，10第2钝化膜，12抗蚀层。

Claims (3)

1.一种化合物半导体器件，其特征在于，具备：
衬底；
半导体层，其形成于所述衬底之上；
栅极电极、源极电极以及漏极电极，它们形成于所述半导体层之上；
第1钝化膜，其覆盖所述栅极电极以及所述半导体层；
源极场板，其形成于所述第1钝化膜之上，从所述源极电极延伸到所述栅极电极与所述漏极电极之间；以及
第2钝化膜，其覆盖所述第1钝化膜以及所述源极场板，
所述源极场板的所述漏极电极侧的端部被弯曲加工得变圆。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，其特征在于，
所述源极场板的所述端部是倒锥状。
3.一种化合物半导体器件的制造方法，其特征在于，具备以下工序：
在衬底之上形成半导体层；
在所述半导体层之上形成栅极电极、源极电极以及漏极电极；
形成覆盖所述栅极电极以及所述半导体层的第1钝化膜；
在所述第1钝化膜之上进行抗蚀层的成膜，该抗蚀层从所述漏极电极延伸到所述栅极电极与所述漏极电极之间；
在所述第1钝化膜以及所述抗蚀层之上形成源极场板，将所述抗蚀层以及所述抗蚀层之上的所述源极场板去除；以及
形成覆盖所述第1钝化膜以及所述源极场板的第2钝化膜，
通过在所述抗蚀层的成膜时进行热处理，从而使所述抗蚀层收缩，将所述抗蚀层设为侧面以凹状热塌垂的形状。
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