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    • 专利摘要:
    一種半導體裝置包括：一化合物半導體多層結構；一含氟障壁膜，其覆蓋該化合物半導體多層結構之一表面；及，一閘極電極，其配置在該化合物半導體多層結構上方且該含氟障壁膜放置該閘極及該化合物半導體多層結構。
    公开号:TW201318164A
    申请号:TW101131139
    申请日:2012-08-28
    公开日:2013-05-01
    发明作者:Shirou Ozaki；Masayuki Takeda
    申请人:Fujitsu Ltd；
    IPC主号:H01L23-00
    专利说明:
    半導體裝置及其製造方法、電源供應設備及高頻放大單元 領域
    在此所述之實施例係有關於一種半導體裝置及其製造方法、電源供應設備及高頻放大單元。 背景
    屬於包括一化合物半導體多層結構之半導體裝置之列的是，例如，GaN高電子遷移率電晶體(GaN-HEMT)，且該化合物半導體多層結構含有例如一氮化物半導體之化合物半導體。
    GaN具有極佳材料性質，例如介電強度、在使用一二維電子氣體之情形下比較高之遷移率、及高飽和電子漂移速度且因此該等GaN-HEMT正在發展作為用於電源供應應用之可進行高功率、高效率、高電壓操作之功率裝置，。換言之，因為Si橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)場效電晶體及GaAs場效電晶體(FET)難以應用於這些功率裝置，故該等GaN-HEMT正在發展作為用於電源供應應用之高功率、高效率、高電壓操作之功率裝置。
    在一包括該化合物半導體多層結構之半導體裝置中，當該化合物半導體多層結構之一表面具有氮缺陷(懸鍵)且一閘極電極放在該化合物半導體多層結構上時，該等懸鍵作為電子阱且因此臨界電壓變化。
    在這情形下，該等懸鍵係以該化合物半導體多層結構進行氟端接處理之方式與氟端接，藉此減少該等懸鍵之數目及抑制該臨界電壓之變化。
    但是，當進行氟端接處理之化合物半導體多層結構之一表面暴露在空氣中時，亦即，直到一絕緣膜或一閘極電極形成在其表面上為止經過之時間長時，該臨界電壓之變化未受到抑制。
    日本公開專利公報第2009-76845號是一相關技術之例子。 概要
    因此，一目的是該實施例之一態樣提供一高可靠性之技術，其中當經過時間長時，藉由在一化合物半導體多層結構之一表面上端接懸鍵，抑制臨界電壓之變化。
    依據本發明之一態樣，一種半導體裝置包括：一化合物半導體多層結構；一含氟障壁膜，其覆蓋該化合物半導體多層結構之一表面；及，一閘極電極，其配置在該化合物半導體多層結構上方且該含氟障壁膜放置該閘極及該化合物半導體多層結構。 圖式簡單說明
    第1圖是依據第一實施例之一半導體裝置的示意截面圖；第2圖是依據第一實施例之半導體裝置之一變化例的示意截面圖；第3A至3C圖是顯示一用以製造依據第一實施例之半導體裝置之方法的示意截面圖；第4圖是顯示依據第一實施例之半導體裝置之優點的圖表；第5圖是依據第一實施例之半導體裝置之一變化例的示意截面圖；第6圖是依據第二實施例之一電源供應系統的示意圖；及第7圖是依據第三實施例之一高頻放大單元的示意圖。 實施例之說明
    以下，參照添附圖式說明多數實施例。
    [第一實施例]
    參照第1至5圖說明依據第一實施例之一半導體裝置及一用以製造該半導體裝置之方法。
    該半導體裝置是一化合物半導體裝置，且該化合物半導體裝置包括一化合物半導體多層結構，並且該化合物半導體多層結構含有，例如，譬如一氮化物半導體之一化合物半導體。
    在這實施例中，該化合物半導體裝置係使用含有一氮化物半導體之一FET，特別是一金屬絕緣半導體(MIS)型AlGaN/GaN-HEMT作為一例子說明。該AlGaN/GaN-HEMT包括一氮化物半導體多層結構(HEMT結構)且亦包括一閘極絕緣膜，並且該氮化物半導體多層結構包括一由GaN構成之電子傳輸層及一由AlGaN構成之電子供應層。
    該AlGaN/GaN-HEMT亦被稱為AlGaN/GaN-FET。該氮化物半導體多層結構亦被稱為第八族氮化物半導體多層結構，或一化合物半導體多層結構。該化合物半導體裝置亦被稱為一氮化物半導體裝置或一第八族氮化物半導體裝置。
    請參閱第1圖，該AlGaN/GaN-HEMT包括一SiC基材1及一氮化物半導體多層結構6，且該氮化物半導體多層結構6包括一由AlN構成之核層2，一由GaN構成之電子傳輸層3，一由AlGaN構成之電子供應層4，及一由GaN構成之蓋層5，這些層係依這順序沈積在該SiC基材1。在靠近該電子傳輸層3與該電子供應層4之間之界面產生一二維電子氣體(2DEG)。該蓋層5之存在增加在該電子傳輸層3與該電子供應層4之間的應變以產生一壓電效應，因此增加該2DEG。這使該AlGaN/GaN-HEMT可具有減少之導通電阻，因此可進行大電流操作。請參閱第1圖，該2DEG係以一虛線表示。該SiC基材1亦被稱為一緩衝層。該核層2，該電子傳輸層3，該電子供應層4，及該蓋層5亦被稱為第八族氮化物半導體層。
    包括在該AlGaN/GaN-HEMT中之該氮化物半導體多層結構6沒有特別限制且可以是一包括該電子傳輸層3及電子供應層4者。例如，該核層2及該蓋層5可由不同材料構成且可具有一多層結構。該氮化物半導體多層結構6可不包括蓋層5。
    在這實施例中，該氮化物半導體多層結構6具有一閘極凹部7。該閘極凹部7收納一閘極電極8。該閘極凹部7是一溝槽，且該溝槽具有一深度使得該電子供應層4之一部份仍保留著。因此，該閘極電極8係設置在包括在該氮化物半導體多層結構6中之該氮化物半導體多層結構6之一上部，即，該電子供應層4之一上部中。該閘極凹部7可具有一到達該電子傳輸層3之深度。該閘極凹部7亦可被稱為一凹部開口或一電極溝槽。
    以下說明該閘極凹部7存在之理由。
    對電源供應應用而言，裝置具有低損失及高介電強度且為一當該閘極電壓關閉時沒有電流流動之正常關型裝置是重要的。在該AlGaN/GaN-HEMT中，因為該AlGaN/GaN-HEMT之一明顯特徵之壓電效應，故大量電子存在該電子傳輸層3中。這對於達成大電流操作具有一主要作用。但是，當一裝置具有一簡單結構時，因為當該閘極電壓關閉時，大量電子存在直接設置在該一閘極下方之一電子傳輸層中，故該裝置是一正常關型裝置。因此，為了提高臨界電壓，在該電子傳輸層3中之電子數目係以該閘極凹部7藉由蝕刻用以形成該閘極電極8之該電子供應層4(或該電子供應層4及該電子傳輸層3)之一區域而形成的方式減少。
    在這實施例中，該AlGaN/GaN-HEMT包括一覆蓋該氮化物半導體多層結構6之含氟障壁膜9。詳而言之，該含氟障壁膜9係放在位於該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6的整個表面上方。即，該含氟障壁膜9係放在暴露在該閘極凹部7之壁及底部的該電子供應層4之表面，暴露在該閘極凹部7之壁及底部的該蓋層5之表面，及暴露在該閘極電極8側的該蓋層5之一表面上方。因此，該閘極電極8係放在該氮化物半導體多層結構6上，且該含氟障壁膜9放在該閘極電極8與該氮化物半導體多層結構6之間。
    該含氟障壁膜9可只放在暴露在該閘極凹部7之底部的該氮化物半導體多層結構6(在此係該電子供應層4)之表面上方，如第2圖所示。即，該含氟障壁膜9可至少放在暴露在該閘極凹部7之底部的該氮化物半導體多層結構6(在此係該電子供應層4)之表面上方。
    該含氟障壁膜9係對水氣具有一障壁效應者。該含氟障壁膜9最好係對水氣具有一高障壁效應者，即，一具有疏水性者。該含氟障壁膜9可定義為由具有一元素之一氟化合物(低極性分子)構成的膜，且在氟與該元素之間之電負性差係小於大約2.0。
    在此，該含氟障壁膜9是一氟碳膜(CF膜)。該含氟障壁膜9可以是選自於由氟碳膜、氟化硼膜、具有一含氟碳支鏈之膜、具有一含氟化硼支鏈之膜、具有一含氧氟化物支鏈之膜及具有一含氮氟化物支鏈之膜所構成之群組之任一種膜。詳而言之，該含氟障壁膜9可以是選自於由一CFx膜、一BFx膜、具有一含CFx支鏈之一M-CFx膜、具有一含BFx支鏈之一M-BFx膜、具有一含OFx支鏈之一M-OFx膜、及具有一含NFx支鏈之一M-NFx膜所構成之群組之任一種膜，其中x是1至4且M是一金屬或半導體元件。該含氟障壁膜9是一滿足上述定義者。
    以下說明該含氟障壁膜9存在之理由。
    以下層係形成在被蝕刻之一GaN層及/或AlGaN層之一表面上以如上所述地形成一閘極凹部：一改變層，其含有由一抗蝕劑衍生之一含碳殘留物；一鹵素，例如氟或氯，其由一蝕刻氣體產生；及一氧化物。該改變層缺乏氮。換言之，該改變層具有氮缺陷，即，懸鍵。
    在一絕緣膜形成在具有該改變層之一氮化物半導體多層結構之一表面上的情形下，在該絕緣膜與一半導體之間之界面之一GaN或AlGaN之改變層及存在該GaN或AlGaN之表面上之懸鍵作為電子阱且因此該臨界電壓變化。在這情形下，該等懸鍵係以存在位於一閘極凹部中之該氮化物半導體多層結構之一表面上之殘留物及該改變層被移除且進行氟端接處理之方式與氟端接，藉此該等懸鍵之數目減少且該臨界電壓之變化受到抑制。但是，當進行氟端接處理之化合物半導體多層結構之一表面暴露在空氣中時，亦即，直到該絕緣膜形成在其表面上為止經過之時間長時，該臨界電壓之變化未受到抑制。其原因之分析已假定是由氟端接處理產生之Al-F鍵及Ga-F鍵與在空氣中之水氣反應且因此釋出氟。
    因此，在這實施例中，該氮化物半導體多層結構6之一表面被該含氟障壁膜9覆蓋，如第1圖所示，使得存在該氮化物半導體多層結構6之一表面上之懸鍵係與氟端接且因此即使經過之時間長，該臨界電壓之變化亦受到抑制。即，該含氟障壁膜9係放在位於該閘極凹部7中之該氮化物半導體多層結構6之至少一表面(請參見第2圖)，藉此該等懸鍵係與氟端接且抑制Al-F鍵及Ga-F鍵與在空氣中之水氣的接觸。這可實現一在不受經過時間影響之情形下具有高可靠性之裝置。
    在這實施例中，一絕緣膜10係放置在該含氟障壁膜9上。即，該絕緣膜10係放在該氮化物半導體多層結構6上方且該含氟障壁膜9放置在該絕緣膜10與該氮化物半導體多層結構6之間。詳而言之，該絕緣膜10係放在該含氟障壁膜9之整個表面上方。該閘極電極8係放在該絕緣膜10上。即，該閘極電極8係放在該氮化物半導體多層結構6上方且該含氟障壁膜9及絕緣膜10放在該閘極電極8與該氮化物半導體多層結構6之間。設置在該氮化物半導體多層結構6與該閘極電極8之間之該絕緣膜10之一部份係作為一閘極絕緣膜且其另一部份係作為一表面保護膜。
    當該含氟障壁膜9只放在暴露在該閘極凹部7之底部之該氮化物半導體多層結構6之表面上方時(請參見第2圖)，該絕緣膜10係放在該含氟障壁膜9之整個表面上方及位在該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6之整個表面上方。位在該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6之整個表面包括暴露在該閘極凹部7之壁之該電子供應層4之表面，暴露在該閘極凹部7之壁之該蓋層5之表面，及暴露在該閘極電極8側之該蓋層5之表面。
    該絕緣膜10係一氧化鋁膜。除了氧化鋁以外可使用以下材料形成該絕緣膜10：例如，氧化鉿、氧化矽、氮化鋁、氮化鉿、氮化矽等。即，該絕緣膜10可以是含有選自於由鋁、鉿、鉭、鋯及矽所構成之群組之至少一者的一氧化物、氮化物、或氧氮化物。該絕緣膜10可具有一單層結構或一具有藉由沈積這些材料中之兩或兩種以上形成之兩或兩層以上的多層結構。
    一源極電極11及一汲極電極12係配置在該閘極電極8之兩側。即，該源極電極11及該汲極電極12係互相分開且該閘極電極8放在該源極電極11與該汲極電極12之間。在這實施例中，該氮化物半導體多層結構6具有一源極電極溝槽13及一汲極電極溝槽14且該源極電極11及該汲極電極12係分別放在該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14中。該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14具有一到達該電子傳輸層3之深度。因此，該源極電極11及該汲極電極12與該電子傳輸層3接觸。換言之，該源極電極11及該汲極電極12係放在該氮化物半導體多層結構6上，即，在包括在該氮化物半導體多層結構6中之該電子傳輸層3上。該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14亦各被稱為一電極溝槽或一凹部。
    以下參照第3A至3C圖說明一用以製造依據這實施例之半導體裝置(MIS型AlGaN/GaN-HEMT)之方法。
    如第3A圖所示，藉由，例如，金屬有機汽相磊晶(MOVPE)將AlN、GaN、AlGaN及GaN依這順序沈積在該SiC基材1上。例如，將AlN、i-GaN、i-AlGaN、n-AlGaN及n-GaN依這順序沈積在半絕緣之SiC基材1上。這可形成該氮化物半導體多層結構6，其中該核層2、該電子傳輸層3、該電子供應層4及該蓋層5係依這順序沈積在該SiC基材1上。可使用分子束磊晶(MBE)等來取代MOVPE。
    可使用一作為源氣體之三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體及氨氣之混合物來成長該核層2、該電子傳輸層3、該電子供應層4及該蓋層5。一Al源之三甲基鋁氣體及一Ga源之三甲基鎵氣體之各氣體的供應及流速依據該核層2、該電子傳輸層3、該電子供應層4及該蓋層5之成長適當地控制。一共用氣體源之氨氣之流速可為大約100ccm至10LM。該成長壓力可為大約6,666Pa至39,996Pa(大約50Torr至300Torr)。成長溫度可為大約1,000℃至1,200℃。為了將AlGaN及GaN成長為n型，AlGaN及GaN可以將例如，一n型雜質之一含Si之SiH4氣體以一預定流速添加至該等源氣體之方式摻雜Si。在這情形下，Si之摻雜濃度係大約1×1018cm-3至1×1020cm-3且可為，例如，5×1018cm-3。該核層2可具有一大約0.1μm之厚度。該電子傳輸層3可具有一大約3μm之厚度。該電子供應層4包括可具有一大約5nm之厚度的一i-AlGaN副層及可具有一大約20nm之厚度的一n-AlGaN副層。該蓋層5可具有一大約10nm之厚度。在該電子供應層4中之Al之比率可為，例如，大約0.2至0.3。
    在形成一未顯示之隔離區域後，形成該源極電極11及該汲極電極12，如第3B圖所示。
    詳而言之，在該氮化物半導體多層結構6之一源極電極欲形成區域及一汲極電極欲形成區域中分別形成該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14。即，藉由，例如，微影術及使用一以氯為主之氣體乾式蝕刻等移除該蓋層5、該電子供應層4及該電子傳輸層3之多數部份，且該等部份係包括在該源極電極及汲極電極欲形成區域中，藉此形成該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14。如上所述，該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14係形成為延伸穿過該蓋層5及該電子供應層4至該電子傳輸層3中之一預定深度。
    以下說明乾式蝕刻條件。一使用之蝕刻氣體係，例如，一譬如Cl2之以氯為主之氣體。該蝕刻氣體之流速係大約30sccm且其壓力係大約2Pa。該輸入RF功率可為大約20W。蝕刻深度可設定為使得該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14形成為在該電子傳輸層3中到達一預定深度。
    例如，使用Ta/Al作為一用以形成該源極電極11及該汲極電極12之材料且藉由，例如，一蒸氣沈積程序或一剝離程序填充在該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14中，藉此Ta/Al係沈積成使得其上部由該源極電極溝槽13及該汲極電極溝槽14突出。在此，Ti之厚度可為大約20nm且Al之厚度可為大約200nm。然後，在一大約550℃在，例如，一氮環境中實施退火，藉此使Ta/Al與該電子傳輸層3歐姆接觸。這使該源極電極11及該汲極電極12可形成為一對歐姆電極。
    如第3C圖所示，在該氮化物半導體多層結構6之一閘極電極欲形成區域中形成該閘極凹部7。詳而言之，藉由，例如，微影術及使用一以氯為主之氣體乾式蝕刻等移除該蓋層5之一部份及該電子供應層4之一部份，且這些部份係包括在該閘極電極欲形成區域中，藉此形成該閘極凹部7。如上所述，該閘極凹部7以一溝槽之形態形成，且該溝槽延伸穿過該蓋層5且具有一厚度使得該電子供應層4之一部份仍保留著。該閘極凹部7不限於該溝槽。該閘極凹部7可以是一藉由部份地移除，例如，該蓋層5、該電子供應層4及該電子傳輸層3形成以具有一厚度使得該電子傳輸層3之一部份仍保留著。
    以下說明乾式蝕刻之條件。一使用之蝕刻氣體係，例如，一譬如CF4、CHF3、C4F6、CF3I或SF6之以氟為主之氣體或一譬如Cl2之以氯為主之氣體。該電子供應層4之一剩餘部份之厚度是大約0nm至20nm且可為，例如，大約1nm。
    由於該閘極凹部7係如上所述地藉由乾式蝕刻形成，殘留物黏著在該閘極凹部7之底與壁上，即，暴露在該閘極凹部7之該氮化物半導體多層結構6之表面(在此是該蓋層5之一表面及該電子供應層4之一表面)上且形成一具有懸鍵之改變層。
    因此，為了移除在該閘極凹部7及該改變層中之殘留物，實施化學溶液處理(濕式蝕刻)。使用，例如，一硫酸-過氧化氫混合物及氫氟酸(HF)藉由化學溶液處理分別移除該閘極凹部7及該改變層中之殘留物。使用之氫氟酸可稀釋至，例如，一大約0.01%至50%之濃度。設置在該氮化物半導體多層結構6中之該閘極凹部7的底部及壁係藉由該化學溶液處理清潔。藉由對該閘極凹部7之底部進行化學溶液處理，可移除在該閘極凹部7之底部及該改變層上之殘留物。如果該殘留物及該改變層都沒有在一形成該閘極凹部7之步驟中形成，則不實施一實施化學溶液處理之步驟。
    該氮化物半導體多層結構6之一表面沒有殘留物且該改變層具有多數懸鍵。即使如上所述地實施化學溶液處理，仍可能留下該改變層之一部份。在這情形下，該氮化物半導體多層結構6之這表面具有該改變層部份，且該改變層部份具有該等懸鍵。如果未實施用以移除該改變層之化學溶液處理，則留下改變層。在這情形中，該氮化物半導體多層結構6之表面具有該改變層，且該改變層具有該等懸鍵。
    因此，為了端接該等懸鍵與氟及為了抑制Al-F鍵及Ga-F鍵與在空氣中之水氣接觸，在具有該等懸鍵之該氮化物半導體多層結構6之表面上方形成該含氟障壁膜9。即，在暴露在該閘極凹部7之壁及底部之該電子供應層4之表面，暴露在該閘極凹部7之壁及底部之該蓋層5之表面，及暴露在放置該閘極電極8之側之該蓋層5之表面上方形成該含氟障壁膜9。
    該含氟障壁膜9可形成在暴露在該閘極凹部7之底部之該氮化物半導體多層結構6(在此是該電子供應層4)之至少一表面上方(請參見第2圖)。
    在此，該含氟障壁膜9是一氟碳膜(CF膜)，該CF膜係藉由，例如，一化學蒸氣沈積(CVD)程序形成該氮化物半導體多層結構6之整個表面上方。該含氟障壁膜9之厚度可為，例如，大約1nm至10nm且在此是大約5nm。該含氟障壁膜9可以是選自於由氟碳膜、氟化硼膜、具有一含氟碳支鏈之膜、具有一含氟化硼支鏈之膜、具有一含氧氟化物支鏈之膜及具有一含氮氟化物支鏈之膜所構成之群組之任一種膜。詳而言之，該含氟障壁膜9可以是選自於由一CFx膜、一BFx膜、具有一含CFx支鏈之一M-CFx膜、具有一含BFx支鏈之一M-BFx膜、具有一含OFx支鏈之一M-OFx膜、及具有一含NFx支鏈之一M-NFx膜所構成之群組之任一種膜，其中x是1至4且M是一金屬或半導體元件。
    接著，在該含氟障壁膜9上形成該絕緣膜10(閘極絕緣膜)。即，該絕緣膜10係形成在該氮化物半導體多層結構6上方且該含氟障壁膜9放在該絕緣膜10與該氮化物半導體多層結構6之間。詳而言之，該絕緣膜10係形成在該含氟障壁膜9之整個表面上方。換言之，該絕緣膜10係形成在該含氟障壁膜9上以覆蓋位在放置該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6的整個表面，即，暴露在該閘極凹部7之壁及底部之該電子供應層4之表面、暴露在該閘極凹部7之壁及底部之該蓋層5之表面、及暴露在放置在閘極電極8側之該蓋層5之表面。
    當該含氟障壁膜9只放在該在暴露在該閘極凹部7之底部之該氮化物半導體多層結構6之表面上方時(請參見第2圖)，該絕緣膜10係形成在該含氟障壁膜9之整個表面及放在該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6之整個表面上方。位在該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6之整個表面包括暴露在該閘極凹部7之壁之該電子供應層4之表面，暴露在該閘極凹部7之壁之該蓋層5之表面，及暴露在放置該閘極電極8側之該蓋層5之表面。
    該絕緣膜10係一氧化鋁膜且藉由，例如，一原子層沈積(ALD)程序形成在該含氟障壁膜9之整個表面上方。該絕緣膜10之厚度可為，例如，大約5nm至100nm且在此是大約40nm。該絕緣膜10可以是含有選自於由鋁、鉿、鉭、鋯及矽所構成之群組之至少一者的一氧化物、氮化物、或氧氮化物。該絕緣膜10可具有一單層結構或一具有兩或兩層以上的多層結構。該絕緣膜10可藉由CVD等形成，而不是該ALD程序。
    接著，在設置該閘極凹部7中之該絕緣膜10之一部份上形成該閘極電極8。換言之，該閘極電極8係形成在該氮化物半導體多層結構6上方，即，在形成於該氮化物半導體多層結構6中之該閘極凹部7中且該含氟障壁膜9及絕緣膜10放在該閘極電極8與該氮化物半導體多層結構6之間。
    詳而言之，藉由，例如，一旋塗程序在該絕緣膜10上施加一下抗蝕層(例如，由美國Microchem公司取得之PMGITM)且接著一上抗蝕層(例如，由Sumitomo Chemical公司取得之PFI32-A8TM)。藉由紫外線曝光在位於該閘極凹部7上方之該上抗蝕層之一部份中形成一開口，且該開口具有一，例如，大約0.8μm之直徑。使用作為一遮罩之該上抗蝕層以一鹼性顯影劑濕式蝕刻該下抗蝕層。使用該下抗蝕層及該上抗蝕層作為一遮罩，在一包括形成在下抗蝕層與該上抗蝕層及該閘極凹部7中之開口之表面上蒸氣沈積閘金屬(一具有大約10nm之厚度之Ni層及一具有大約300nm之厚度之Al層)。然後，使用一經加熱有機溶劑藉由剝離法移除該下抗蝕層、該上抗蝕層及在該上抗蝕層上之閘金屬。如上所述地形成該閘極電極8。該閘極電極8填充該閘極凹部7且該含氟障壁膜9及該絕緣膜10放在該閘極電極8與該閘極凹部7之間，部份地向上突出，且由Ni/Au構成。
    然後，透過形成未顯示之一保護膜之一步驟，形成一接觸孔之一步驟，形成一配線之一步驟等完成該半導體裝置(MIS型AlGaN/GaN-HFMT)。
    因此，依據該半導體裝置及用以製造依據這實施例之該半導體裝置之方法，具有即使經過時間長，在該氮化物半導體多層結構6之一表面上之懸鍵亦可保持與氟端接，可抑制臨界電壓之變化，且可達成較高可靠性之優點。
    第4圖顯示藉由以直到氟端接處理為止或在形成一含氟障壁膜與形成一絕緣膜之間經過之時間之方式測量臨界電壓之變化所得到之結果。在第4圖中，實線A表示如這實施例所述地形成該含氟障壁膜9時獲得之測量結果且實線B表示在一比較例中不形成任何含氟障壁膜之情形下實施氟端接處理時獲得之測量結果。
    如第4圖中之實線B所示，該臨界電壓之變化隨著經過時間增加而增加。相反地，如第4圖中之實線A所示，在如這實施例所述地形成該含氟障壁膜9時無論該經過時間為何，該臨界電壓之變化均未改變。已確認的是藉由如在這實施例中所述地形成該含氟障壁膜9可抑制氟由於放在空氣中而釋放且可與該經過時間無關地實現一高可靠性裝置。
    在這實施例中，該半導體裝置係使用包括含有AlGaN之電子傳輸層3及含有AlGaN之電子供應層4的AlGaN/GaN-HEMT作為一例子說明。這實施例可應用於，例如，一包括含有GaN之電子傳輸層及含有InAlN之電子供應層的InAlN/GaN-HEMT或一包括含有GaN之電子傳輸層及含有InAlGaN之電子供應層的InAlGaN/GaN-HEMT。
    在這實施例中，該半導體裝置係使用具有該閘極凹部7之AlGaN/GaN-HEMT作為一例子說明。這實施例不限於該AlGaN/GaN-HEMT。這實施例可應用於一沒有閘極凹部之HMET，如第5圖所示。
    在沒有閘極凹部之HEMT的情形中，不實施用以形成一閘極凹部之蝕刻且因此未藉由用以形成一閘極凹部之蝕刻在一GaN層或一AlGaN層之一表面上形成具有懸鍵之任何改變層。但是，即使該改變層未形成，懸鍵亦存在一氮化物半導體多層結構之一表面上。在該氮化物半導體多層結構上方形成一閘極電極之情形中，該等懸鍵作為電子阱且因此該臨界電壓變化。在這情形下，該等懸鍵係藉由對該氮化物半導體多層結構之一表面進行氟端接處理與氟端接，因此減少該等懸鍵之數目且抑制該臨界電壓之變化。但是，當進行氟端接處理之該化合物半導體多層結構之一表面暴露於空氣時，亦即，直到一絕緣膜或一閘極電極形成在其表面上為止經過之時間長時，該臨界電壓之變化未受到抑制。因此，在沒有閘極凹部之HEMT中，以該含氟障壁膜9覆蓋該氮化物半導體多層結構6之一表面，因此即使該經過時間長，在該化合物半導體多層結構6之表面上之懸鍵亦保持與氟端接，該臨界電壓之變化被抑制，且可達成較高可靠性。在這實施例中，位在該閘極電極8側之該氮化物半導體多層結構6之整個表面係如以上舉例說明地以該含氟障壁膜9覆蓋。這實施例不限於這種組態。直接暴露在該閘極電極8下方之該氮化物半導體多層結構6之至少一表面可以該含氟障壁膜9覆蓋。
    為了製造沒有閘極凹部之HEMT，在依據這實施例之方法(請參見第3A至3C圖)中，在形成該源極電極11及該汲極電極12後，可在不實施一形成該閘極凹部7之步驟之情形下，實施一形成該含氟障壁膜9之步驟、一形成該絕緣膜10之步驟及一形成該閘極電極8之步驟。事實上，在實施形成該含氟障壁膜9之步驟之前，最好以，例如，一硫酸-過氧化氫混合物及氫氟酸清潔一表面以達成移除由於用以形成該源極電極11及該汲極電極12產生之殘留物及固有氧化物。
    在這實施例及該變化例中，該半導體裝置係使用包括設置在該氮化物半導體多層結構6與該閘極電極8之間之絕緣膜10的MIS型HEMT作為一例子說明。這實施例及該變化例不限於該MIS型HEMT。這實施例可應用於，例如，不包括設置在一氮化物半導體多層結構與一閘極電極之間之一絕緣膜的一肖特基(Schotty)型HEMT。在這情形中，該經過時間係直到一閘極電極形成在進行氟端接處理之一表面上為止經過之時間。
    [第二實施例]
    以下參照第6圖說明依據一第二實施例之一電源供應系統。
    依據這實施例之電源供應系統包括依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)。
    請參閱第6圖，該電源供應系統包括一高電壓一次電路(高電壓電路)21，一低電壓二次電路(低電壓電路)22，及一變壓器(電壓轉換器)23。
    該一次電路21包括一交流電源供應器24，一所謂橋式整流電路25，及多數開關元件26a、26b、26c與26d(在此，其數目為四)。該橋式整流電路25包括一開關元件26e。
    該二次電路22包括多數開關元件27a、27b與27c(在此，其數目為三)。
    在這實施例中，該一次電路21之開關元件26a、26b、26c、26d與26e對應於依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)。該二次電路22之開關元件27a、27b與27c係含矽之一般MIS-FET。
    因此，有依據這實施例之該電源供應系統可因為在該一次電路21中使用依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)而達成高可靠性之優點。
    [第三實施例]
    以下參照第7圖說明依據一第三實施例之一高頻放大單元。
    依據這實施例之高頻放大單元包括依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)。
    請參閱第7圖，該高頻放大單元包括一數位預失真電路31，混合器32a與32b，及一功率放大器33。該功率放大器33亦被簡稱為一放大器。
    該數位預失真電路31補償一輸入信號之非直線失真。
    該等混合器32a與32b混合一交流信號與該非直線失真被補償之輸入信號。
    該功率放大器33放大與該交流信號混合之輸入信號且包括依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)。
    請參閱第7圖，一輸出信號可藉由該混合器32b與該交流信號混合且可藉由開關傳送至該數位預失真電路31。
    因此，有依據這實施例之高頻放大單元可因為在該功率放大器33中使用依據該第一實施例及該變化例中任一例之半導體裝置(HEMT)而達成高可靠性之優點。
    1‧‧‧SiC基材
    2‧‧‧核層
    3‧‧‧電子傳輸層
    4‧‧‧電子供應層
    5‧‧‧蓋層
    6‧‧‧氮化物半導體多層結構
    7‧‧‧閘極凹部
    8‧‧‧閘極電極
    9‧‧‧含氟障壁膜
    10‧‧‧絕緣膜
    11‧‧‧源極電極
    12‧‧‧汲極電極
    13‧‧‧源極電極溝槽
    14‧‧‧汲極電極溝槽
    21‧‧‧高電壓一次電路(高電壓電路)
    22‧‧‧低電壓二次電路(低電壓電路)
    23‧‧‧變壓器(電壓轉換器)
    24‧‧‧交流電源供應器
    25‧‧‧橋式整流電路
    26a,26b,26c,26d,26e‧‧‧開關元件
    27a,27b,27c‧‧‧開關元件
    31‧‧‧數位預失真電路
    32a,32b‧‧‧混合器
    33‧‧‧功率放大器
    第1圖是依據第一實施例之一半導體裝置的示意截面圖；第2圖是依據第一實施例之半導體裝置之一變化例的示意截面圖；第3A至3C圖是顯示一用以製造依據第一實施例之半導體裝置之方法的示意截面圖；第4圖是顯示依據第一實施例之半導體裝置之優點的圖表；第5圖是依據第一實施例之半導體裝置之一變化例的示意截面圖；第6圖是依據第二實施例之一電源供應系統的示意圖；及第7圖是依據第三實施例之一高頻放大單元的示意圖。
    1‧‧‧SiC基材
    2‧‧‧核層
    3‧‧‧電子傳輸層
    4‧‧‧電子供應層
    5‧‧‧蓋層
    6‧‧‧氮化物半導體多層結構
    7‧‧‧閘極凹部
    8‧‧‧閘極電極
    9‧‧‧含氟障壁膜
    10‧‧‧絕緣膜
    11‧‧‧源極電極
    12‧‧‧汲極電極
    13‧‧‧源極電極溝槽
    14‧‧‧汲極電極溝槽
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種半導體裝置，包含：一化合物半導體多層結構；一含氟障壁膜，其覆蓋該化合物半導體多層結構之一表面；及一閘極電極，其配置在該化合物半導體多層結構上方且該含氟障壁膜放在該閘極與該化合物半導體多層結構之間。
    [2] 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該含氟障壁膜是選自於由氟碳膜，氟化硼膜，具有一含氟碳支鏈之膜，具有一含氟化硼支鏈之膜，具有一含氧氟化物支鏈之膜，及具有一含氮氟化物支鏈之膜所構成之群組之任一種膜。
    [3] 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該氮化物半導體多層結構包括一閘極凹部，且該含氟障壁膜覆蓋暴露在該閘極凹部之底部之該氮化物半導體多層結構之至少一表面。
    [4] 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該含氟障壁膜覆蓋位在該閘極電極側之該氮化物半導體多層結構之整個表面。
    [5] 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，更包含：一絕緣膜，其放在該含氟障壁膜上，其中該閘極電極係放在該絕緣膜上。
    [6] 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該絕緣膜是含有選自於由鋁、鉿、鉭、鋯及矽所構成之群組之至少一者的一氧化物、氮化物、或氧氮化物。
    [7] 一種製造一半導體裝置之方法，包含：形成一氮化物半導體多層結構；在該氮化物半導體多層結構之一表面上方形成一含氟障壁膜；及在該氮化物半導體多層結構上方形成一閘極電極，使得該含氟障壁膜設置該閘極及該化合物半導體多層結構。
    [8] 如申請專利範圍第7項之方法，其中在形成該含氟障壁膜之步驟中，形成選自於由氟碳膜，氟化硼膜，具有一含氟碳支鏈之膜，具有一含氟化硼支鏈之膜，具有一含氧氟化物支鏈之膜，及具有一含氮氟化物支鏈之膜所構成之群組之任一種膜。
    [9] 如申請專利範圍第7項之方法，更包含：在形成該含氟障壁膜之前，在該氮化物半導體多層結構中形成一閘極凹部，其中在形成該含氟障壁膜之步驟中，該含氟障壁膜係形成在暴露在該閘極凹部之底部之該氮化物半導體多層結構之至少一表面上方。
    [10] 如申請專利範圍第9項之方法，更包含：在形成該閘極凹部之後及在形成該含氟障壁膜之前，至少對該閘極凹部之底部進行化學溶液處理。
    [11] 如申請專利範圍第7項之方法，其中在形成該含氟障壁膜之步驟中，在位在配置該閘極電極之側的該氮化物半導體多層結構之整個表面上方形成該含氟障壁膜。
    [12] 如申請專利範圍第7項之方法，更包含：在形成該含氟障壁膜之後，在該含氟障壁膜上形成一絕緣膜，其中在形成該閘極電極之步驟中，在該絕緣膜上形成該閘極電極。
    [13] 如申請專利範圍第12項之方法，其中在形成該絕緣膜之步驟中，該絕緣膜係形成為含有選自於由鋁、鉿、鉭、鋯及矽所構成之群組之至少一者的一氧化物、氮化物、或氧氮化物。
    [14] 一種電源供應系統，包含：一變壓器；一高電壓電路；及一低電壓電路，其中該變壓器係放在該高電壓電路與該低電壓電路之間，該高電壓電流包括一電晶體，且該電晶體包括一化合物半導體多層結構，覆蓋該化合物半導體多層結構之一表面之一含氟障壁膜，及放置在該化合物半導體多層結構上方之一閘極電極，且該含氟障壁膜放在該閘極與該化合物半導體多層結構之間。
    [15] 一種高頻放大單元，包含：一放大器，其放大一輸入信號，其中該放大器包括一電晶體，且該電晶體包括一化合物半導體多層結構，覆蓋該化合物半導體多層結構之一表面之一含氟障壁膜，及放置在該化合物半導體多層結構上方之一閘極電極，且該含氟障壁膜放在該閘極與該化合物半導體多層結構之間。
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    TWI482280B|2015-04-21|
    KR20130029721A|2013-03-25|
    JP5782947B2|2015-09-24|
    JP2013065613A|2013-04-11|
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