半導(dǎo)體器件和電子裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和包括該半導(dǎo)體器件的電子裝置。所述半導(dǎo)體器件包括：器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層；器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域；柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部；導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。根據(jù)本發(fā)明，能夠減小將會(huì)在絕緣層內(nèi)生成的寄生成分的影響從而提高性能。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件和電子裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及諸如異質(zhì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)管(heterostructure field-effecttransistor, HFET)等半導(dǎo)體器件和包括有該半導(dǎo)體器件的電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如InP、GaAs或GaN等所謂的化合物半導(dǎo)體在電子遷移率、電子飽和速度和介質(zhì)擊穿電場(chǎng)等方面具有優(yōu)良的性能。于是，不斷地開(kāi)發(fā)出諸如HFET等由化合物半導(dǎo)體制成的半導(dǎo)體器件。這樣的半導(dǎo)體器件的示例性應(yīng)用可包括高頻器件單元和功率器件單元。
[0003]上述高頻或功率器件單元均具有多個(gè)半導(dǎo)體器件，且這些半導(dǎo)體器件(器件區(qū)域)彼此隔離。為了隔離每個(gè)器件區(qū)域，通常使用兩種方法。第一種方法采用半導(dǎo)體層的離子注入。在這種方法中，將離子注入到每個(gè)器件區(qū)域的周圍區(qū)域(器件周邊區(qū)域)內(nèi)的半導(dǎo)體層，從而形成了深能級(jí)并增加了器件周邊區(qū)域的電阻。第二種方法采用臺(tái)面隔離(mesaisolat1n)。在這種方法中，在器件周邊區(qū)域內(nèi)的半導(dǎo)體層中形成比溝道形成部更深的凹陷。在某寫(xiě)HFET中，在比二維電子氣(2DEG)區(qū)域更深的位置處形成凹陷(例如，參考日本待審查專利申請(qǐng)2003-209126)。然后，將柵極電極設(shè)置成跨越器件區(qū)域和器件周邊區(qū)域。
[0004]在設(shè)置有凹陷的半導(dǎo)體層的側(cè)壁上設(shè)置絕緣膜，這是因?yàn)槿绻麞艠O電極形成為與半導(dǎo)體層的側(cè)壁接觸，那么可能產(chǎn)生流經(jīng)半導(dǎo)體層的泄漏電流。
[0005]即使對(duì)于如上所述的設(shè)置有絕緣膜的半導(dǎo)體器件，也一直需求更高的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于此，期望提出具有更高性能的半導(dǎo)體器件和包括該半導(dǎo)體器件的電子裝置。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包括:器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層；器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域；柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部；導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置設(shè)置有半導(dǎo)體器件。所述半導(dǎo)體器件包括:器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層；器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域；柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部；導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。
[0009]在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件或根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置中，通過(guò)甚至處于接近于所述絕緣層的位置處(即，所述器件區(qū)域的端部上)的所述導(dǎo)電層將來(lái)自所述柵極電極的電壓施加到所述半導(dǎo)體層。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子裝置通過(guò)在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間設(shè)置所述導(dǎo)電層能夠減小將會(huì)在所述絕緣層內(nèi)生成的寄生成分的影響。因此，可以提供具有增強(qiáng)性能的半導(dǎo)體器件和設(shè)置有該半導(dǎo)體器件的電子裝置。[0011]應(yīng)當(dāng)理解，前面的整體說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明都是典型的，且意圖要對(duì)請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)提供進(jìn)一步的說(shuō)明。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]這里所包括的附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，這些附圖被并入本說(shuō)明書(shū)中且構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖圖示了實(shí)施例，并且與本說(shuō)明書(shū)一起用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
[0013]圖1A是圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的平面圖。
[0014]圖1B圖示了沿著圖1A的線A-A'的橫截面構(gòu)造。
[0015]圖1C圖示了圖1A的線B-B'的橫截面構(gòu)造。
[0016]圖2A是圖示了沒(méi)有設(shè)置圖1的絕緣層的半導(dǎo)體器件的說(shuō)明性平面圖。
[0017]圖2B圖示了沿著圖2A的線A-A'的橫截面構(gòu)造。
[0018]圖2C圖示了圖2A的線B-B'的橫截面構(gòu)造。
[0019]圖3是用來(lái)說(shuō)明圖1C的導(dǎo)電層的材料的Vg-1d特性圖。
[0020]圖4A圖示了圖1C的器件區(qū)域的端部的能帶分布。
[0021]圖4B圖示了圖1C的器件區(qū)域的中心的能帶分布。
[0022]圖5A是圖1A的半導(dǎo)體器件的典型制造過(guò)程的橫截面圖。
[0023]圖5B是從不同方向上觀察的圖5A的過(guò)程的橫截面圖。
[0024]圖6A是圖5A的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0025]圖6B是圖5B的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0026]圖7A是圖6A的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0027]圖7B是圖6B的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0028]圖8A是圖7A的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0029]圖8B是圖7B的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0030]圖9是圖示了根據(jù)比較例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0031]圖10是圖1C和圖9的半導(dǎo)體器件的Vg-1d特性圖。
[0032]圖11是圖示了根據(jù)變形例I的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0033]圖12A是圖11的半導(dǎo)體器件的示例性制造過(guò)程的橫截面圖。
[0034]圖12B是圖12A的過(guò)程之后的過(guò)程的橫截面圖。
[0035]圖13A是根據(jù)變形例2的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0036]圖13B是從不同方向觀察圖13A的過(guò)程的橫截面圖。
[0037]圖14是根據(jù)變形例3的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0038]圖15是圖示了圖14的半導(dǎo)體器件的另一個(gè)示例的橫截面圖。
[0039]圖16是圖示了根據(jù)變形例4的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
[0040]圖17是圖示了圖16的半導(dǎo)體器件的另一個(gè)示例的橫截面圖。
[0041]圖18是圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]在下文中，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。將以下面的順序給予說(shuō)明。[0043]1.第一實(shí)施例(臺(tái)面隔離:將導(dǎo)電層布置在柵極電極與半導(dǎo)體層之間的示例)
[0044]2.變形例I (導(dǎo)電層的一側(cè)與柵極電極接觸的示例)
[0045]3.變形例2 (布置有柵極絕緣膜的示例)
[0046]4.變形例3 (從開(kāi)口暴露導(dǎo)電層的示例)
[0047]5.變形例4(利用半導(dǎo)體層的一部分形成導(dǎo)電層的示例)
[0048]6.第二實(shí)施例(通過(guò)離子注入實(shí)現(xiàn)器件隔離)
[0049]1.第一實(shí)施例
[0050]圖1A、圖1B和圖1C圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件I)的構(gòu)造。圖1A圖示了平面構(gòu)造；圖1B和圖1C分別圖示了沿著圖1A的線Af和B-B^的橫截面構(gòu)造。半導(dǎo)體器件I是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，且在基板11上具有半導(dǎo)體層12。源極/漏極電極13A、13B和柵極電極14設(shè)置在半導(dǎo)體層12上。半導(dǎo)體層12從基板11側(cè)開(kāi)始依次具有緩沖層12A、溝道層12B(溝道部)和阻擋層12C(參照?qǐng)D1B和1C)。半導(dǎo)體器件I可以例如是所謂的常開(kāi)型晶體管，當(dāng)負(fù)電壓施加到柵極電極14時(shí)，該常開(kāi)型晶體管截止。
[0051]半導(dǎo)體器件I設(shè)置有位于中心處的器件區(qū)域1A和圍繞著器件區(qū)域1A的器件周邊區(qū)域1B ;在器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間形成臺(tái)階。具體地，半導(dǎo)體器件I使用臺(tái)面隔離結(jié)構(gòu)。柵極電極14從器件區(qū)域1A延伸到器件周邊區(qū)域10B，且具有跨越器件區(qū)域1A和器件周邊區(qū)域1B 兩者的部分(邊界部14A)。絕緣層16設(shè)置在半導(dǎo)體層12與柵極電極14的每個(gè)邊界部14A之間。下面將給出用于構(gòu)成半導(dǎo)體器件I的各個(gè)部分的構(gòu)造的說(shuō)明。
[0052]基板11是半絕緣基板，且可以例如由藍(lán)寶石基板構(gòu)成。可以根據(jù)半導(dǎo)體層12來(lái)選擇基板11的材料，且材料的示例可以包括InP、S1、SiC、GaN和GaAs。
[0053]緩沖層12A用于防止由于基板11與溝道層12B之間的晶格失配(latticemismatch)而出現(xiàn)的扭曲(distort1n)等轉(zhuǎn)移到溝道層12B。緩沖層12A的設(shè)置是可選的。溝道層12B(第二半導(dǎo)體層)在其與阻擋層12C的界面(異質(zhì)結(jié)面(heterojunct1nsurface))附近具有二維電子氣區(qū)2DEG，且載流子(電子)在二維電子氣區(qū)2DEG的內(nèi)部移動(dòng)。阻擋層12C(第一半導(dǎo)體層)與溝道層12B —起形成上述異質(zhì)結(jié)面，且阻擋層12C由如下半導(dǎo)體材料制成，該半導(dǎo)體材料的帶隙不同于溝道層12B的構(gòu)成材料的帶隙。例如，緩沖層12A可以由厚度大約為Ιμπι的GaN制成，溝道層12Β可以由厚度大約為I OOnm的GaN (1-GaN)制成，并且阻擋層12C可以由厚度大約為20nm的AlGaN(1-AlGaN)制成。例如，阻擋層12C可以是通過(guò)向阻擋層12C中的AlGaN摻雜Si而形成的η-摻雜層?？梢赃x擇與溝道層12Β材料相符合的材料作為緩沖層12Α的材料，且這樣的材料可以是普通的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體層12的材料的示例可以包括上述GaN和AlGaN，也可以包括GaAs、InGaAs,InAs> InAlAs、AlGaAs、AlAs、InGaP、InGaAs> InN、InGaN、InAlN、AlN、Si 和 SiGe0 替代地，半導(dǎo)體層12可以由例如四元材料體系(quaternary material system)制成。半導(dǎo)體層12的構(gòu)造可以取決于溝道層12B的構(gòu)成材料。例如，在溝道層12B由InP或GaAs材料體系制成的情況下，可以設(shè)置電子供給層(未圖示)以代替阻擋層12C。半導(dǎo)體層12可以采用晶格匹配體系或晶格失配體系。
[0054]由于半導(dǎo)體層12中的凹陷而在器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間形成臺(tái)階。例如，從器件周邊區(qū)域1B中的半導(dǎo)體層12移除溝道層12B和阻擋層12C這二者。半導(dǎo)體層12中的凹陷形成為比二維電子氣區(qū)22DEG更深。例如，凹陷可以設(shè)置在各個(gè)層(溝道層12B、緩沖層12A和基板11)的中間位置處。與使用離子注入形成的器件隔離結(jié)構(gòu)相比，這種類型的臺(tái)面隔離結(jié)構(gòu)適用于具有更小帶隙的半導(dǎo)體材料。在使用離子注入形成的器件隔離結(jié)構(gòu)中，在離子注入之后的制造過(guò)程期間可能激活離子，以至于器件隔離的擊穿電壓會(huì)減小。與此相反，臺(tái)面隔離結(jié)構(gòu)有效地避免了這種劣化的發(fā)生。
[0055]源極/漏極電極13A、13B通過(guò)與阻擋層12C歐姆接觸而均電連接到半導(dǎo)體層12。例如，成對(duì)的源極/漏極電極13A、13B隔著柵極電極14(即，其位于源極/漏極電極13A、13B之間)彼此相對(duì)地布置在器件區(qū)域1A內(nèi)。源極/漏極電極13A、13B均可以通過(guò)例如由鈦(Ti)和金(Au)制成的層疊膜(laminated film)來(lái)構(gòu)造,且可以具有大約5nm至大約100nm的厚度。替代地，源極/漏極電極13A、13B均可以通過(guò)由金(Au)和鍺(Ge)制成的層疊膜來(lái)構(gòu)造、或者通過(guò)金屬單質(zhì)(metal simple substance)或含有鈦(Ti)、招(Al)、鎳(Ni)和金(Au)中的一者或多者的合金來(lái)構(gòu)造。
[0056]當(dāng)將柵極電壓(Vg)施加到半導(dǎo)體器件I時(shí)，柵極電極14控制溝道區(qū)域(位于柵極電極14正下方的區(qū)域)的載流子密度，且柵極電極14充當(dāng)被給予電勢(shì)的配線。柵極電極14的每個(gè)邊界部14A延伸到器件區(qū)域1A外部的區(qū)域(器件周邊區(qū)域10B)，從而跨越器件區(qū)域1A和器件周邊區(qū)域1B 二者。柵極電極14的邊界部14A覆蓋器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間的臺(tái)階。例如，柵極電極14可以設(shè)置在與源極/漏極電極13A、13B相同的層上，且可以是與阻擋層12C(半導(dǎo)體層12)接觸的肖特基柵極電極。柵極電極14可以通過(guò)例如由鎳(Ni)和金(Au)制成的層疊膜來(lái)構(gòu)造,且可以具有大約5nm至大約100nm的厚度?？梢砸暻闆r根據(jù)溝道層12B的構(gòu)成材料來(lái)選擇柵極電極14的構(gòu)成材料。例如，在溝道層12B是由GaN材料體系制成的情況下，柵極電極14的構(gòu)成材料可以是鎳(Ni)、鈀(Pd)和鉬(Pt)等。在溝道層12B是由GaAs材料體系制成的情況下，柵極電極14的構(gòu)成材料可以是鎳(Ni)和鈦(Ti)等。
[0057]絕緣層16用于防止柵極電極14與器件區(qū)域1A和器件周邊區(qū)域1B之間的半導(dǎo)體層12的側(cè)面接觸。在如圖2A至圖2C所示的沒(méi)有設(shè)置絕緣層16的半導(dǎo)體器件101中，由于柵極電極14中的上述邊界部14A的原因，柵極電極14直接覆蓋器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間的臺(tái)階(參照?qǐng)D2B和圖2C)。因?yàn)闁艠O電極14與半導(dǎo)體層12的側(cè)面接觸，所以可能產(chǎn)生流經(jīng)溝道區(qū)域的泄漏電流。布置在柵極電極14與半導(dǎo)體層12的側(cè)面之間的絕緣層16抑制了如上所述的泄漏電流的生成。絕緣層16設(shè)置成從半導(dǎo)體層12的側(cè)面延伸到器件周邊區(qū)域10B，且考慮到制造處理中的差異而以預(yù)設(shè)長(zhǎng)度被擴(kuò)寬到器件區(qū)域1A0具體地，絕緣層16的一部分與柵極電極14的邊界部14A相對(duì)。絕緣層16的材料的示例可以包括二氧化硅(S12)、氮化硅(SiNx)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鉿(HfO2)。絕緣層16的厚度可以是大約5nm至大約lOOOnm。
[0058]在第一實(shí)施例中，導(dǎo)電層15設(shè)置柵極電極14與半導(dǎo)體層12之間并位于器件區(qū)域1A的端部。此外，導(dǎo)電層15與柵極電極14接觸。盡管將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是以這一方式設(shè)置的導(dǎo)電層15能夠使電壓通過(guò)導(dǎo)電層15從柵極電極14施加到半導(dǎo)體層12，從而減小將會(huì)在絕緣層16中生成的寄生晶體管成分的影響。
[0059]在每個(gè)器件區(qū)域1A的設(shè)置有絕緣層16的區(qū)域內(nèi)，導(dǎo)電層15布置在絕緣層16與半導(dǎo)體層12之間。導(dǎo)電層15具有從與絕緣層16重疊的區(qū)域擴(kuò)寬到器件區(qū)域1A的內(nèi)部區(qū)域的部分(擴(kuò)寬部15A)。通過(guò)擴(kuò)寬部15A，導(dǎo)電層15與柵極電極14接觸。導(dǎo)電層15的側(cè)面(與擴(kuò)寬部15A相對(duì)的側(cè)面)例如與器件區(qū)域1A和器件周邊區(qū)域1B之間的臺(tái)階(溝道層12B和阻擋層12C的側(cè)面)在平面圖中對(duì)齊。導(dǎo)電層15的寬度(在圖1A的X方向上)可以例如基本上與柵極電極14的寬度相同或大于柵極電極14的寬度。替代地，導(dǎo)電層15的寬度也可以小于柵極電極14的寬度，直到導(dǎo)電層15的功能劣化。
[0060]優(yōu)選地，器件區(qū)域1A的設(shè)置有導(dǎo)電層15的端部的閾值電壓(Vthl)可以等于或高于器件區(qū)域1A的其中柵極電極14直接與半導(dǎo)體層12 (阻擋層12C)接觸的中心的閾值電壓(Vth2)(表達(dá)式(1))。如果滿足這樣的關(guān)系，那么會(huì)更加有效地抑制由于導(dǎo)電層15而生成的寄生成分的影響。
[0061]Vthl ≥ Vth2(I)
[0062]如圖3所示，例如，在當(dāng)使用導(dǎo)電層15的構(gòu)成材料制成柵極時(shí)的閾值電壓(Vthl5)高于當(dāng)使用柵極電極14的構(gòu)成材料制成柵極時(shí)的閾值電壓(Vthl4)的條件下，滿足上述表達(dá)式(I)。在這里，V—和Vthl5可以基本上是相同的電平。這是因?yàn)楫?dāng)使用上述構(gòu)造的導(dǎo)電層15時(shí)，使器件區(qū)域1A的端部上的二維電子氣區(qū)2DEG的Ee(參照?qǐng)D4A)高于器件區(qū)域1A的中心的Ec (參照?qǐng)D4B)。例如，當(dāng)導(dǎo)電層15通過(guò)具有與溝道層12B(半導(dǎo)體層12)的半導(dǎo)體材料相同體系的P型材料來(lái)構(gòu)造時(shí)，滿足上述表達(dá)式(I)。更加具體地，當(dāng)溝道層12B的材料是1-GaN時(shí)，導(dǎo)電層15的材料可以是p-GaN、p_AlGaN和p-1nGaN等。只要滿足表達(dá)式
(I)，就可以使用諸如P型材料以外的材料等任何其他的材料。在圖4A和圖4B中，Ec表示導(dǎo)帶(conduct1n band)的下限(其成為導(dǎo)帶與禁帶(forbidden band)的邊界線)處的能級(jí)，而Ef表示費(fèi)米(Fermi)能級(jí)。
[0063]導(dǎo)電層15的材料可以比柵極電極14的構(gòu)成材料具有更大的功函數(shù)(workfunct1n) 0即使當(dāng)使用上述構(gòu)造的導(dǎo)電層15時(shí)，也滿足上述表達(dá)式(I)。例如，當(dāng)柵極電極14通過(guò)由鎳(Ni)和金(Au)制成的層疊膜來(lái)構(gòu)造時(shí)，導(dǎo)電層15的材料可以是鉬(Pt)或鈀(Pd)。器件區(qū)域10A的端部的閾值電壓Vthl可以低于器件區(qū)域10A的中心的閾值電壓Vth2,直到實(shí)施例的效果減弱。
[0064]上述構(gòu)造的半導(dǎo)體器件I可以例如通過(guò)下面的過(guò)程來(lái)制造(參照?qǐng)D5A至圖SB)。圖5A、圖6A、圖7A和圖8A圖示了沿著圖1A的線A-A^的橫截面構(gòu)造；圖5B、圖6B、圖7B和圖8B圖示了沿著圖1A的線B-B'的橫截面構(gòu)造。
[0065]首先，使用諸如分子束外延(MBE)法或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法等晶體生長(zhǎng)法依次在基板11上形成緩沖層12A、溝道層12B、阻擋層12C和導(dǎo)電層15(參照?qǐng)D5A和圖5B)。替代地,可以使用蒸鍍法(evaporat1n method)形成由金屬材料制成的導(dǎo)電層15。
[0066]然后，例如，使用光刻技術(shù)和蝕刻將導(dǎo)電層15、溝道層12B和阻擋層12C圖案化成期望的形狀。因此，在器件周邊區(qū)域10B中形成凹陷，從而在器件區(qū)域10A與器件周邊區(qū)域10B之間設(shè)置臺(tái)階(參照?qǐng)D6A和圖6B)。
[0067]其后，例如，使用光刻技術(shù)和蝕刻對(duì)導(dǎo)電層15圖案化(參照?qǐng)D7A和圖7B)。在圖案化導(dǎo)電層15時(shí)，僅留下導(dǎo)電層15的形成在器件區(qū)域10A的端部上的部分并且移除其他部分。
[0068]其后，在基板11的整個(gè)表面上形成具有例如大約10nm厚度的絕緣層16。然后，使用光刻技術(shù)和蝕刻對(duì)絕緣層16圖案化(參照?qǐng)D8A和圖SB)。以下述方式執(zhí)行上述圖案化:使半導(dǎo)體層12從器件區(qū)域1A的中心暴露且也使導(dǎo)電層15的一部分(擴(kuò)寬部15A)也從絕緣層16暴露。例如，可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)法、物理氣相沉積(PVD)法或原子層沉積(ALD)法形成絕緣層16。在對(duì)絕緣層16圖案化后，在器件區(qū)域1A之內(nèi)的半導(dǎo)體層12上形成均具有例如大約300nm厚度的源極/漏極電極13A、13B。此外，在器件區(qū)域1A中的半導(dǎo)體層12上也形成具有例如大約3() Onm厚度的柵極電極14，柵極電極14跨越器件區(qū)域1A和器件周邊區(qū)域1B 二者。通過(guò)上述過(guò)程，完成半導(dǎo)體器件I。
[0069]當(dāng)通過(guò)配線層(未圖示)將超過(guò)閾值的電壓(柵極電壓)施加到半導(dǎo)體器件I中的柵極電極14時(shí)，位于柵極電極14正下方的溝道區(qū)域中的電子被耗盡，并且沒(méi)有電流(漏極電流)流動(dòng)，使得半導(dǎo)體器件I進(jìn)行截止操作。在這種情況下，導(dǎo)電層15設(shè)置在半導(dǎo)體層12與柵極電極14之間，更加具體地，設(shè)置在半導(dǎo)體層12與絕緣層16之間，并且導(dǎo)電層15通過(guò)擴(kuò)寬部15A與柵極電極14接觸。這能夠減小在絕緣層16中產(chǎn)生的寄生成分的影響。下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0070]圖9圖示了根據(jù)比較例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件100)的橫截面構(gòu)造。在半導(dǎo)體器件100中，沒(méi)有在半導(dǎo)體層12與絕緣層16之間設(shè)置導(dǎo)電層。此外，在器件區(qū)域1A的端部形成由柵極電極14、絕緣層16和半導(dǎo)體層12構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)，即，金屬-絕緣體-半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)。在上述構(gòu)造的半導(dǎo)體器件100中，由于絕緣層16的影響，柵極調(diào)制(gatemodulat1n)可能在器件區(qū)域1A的端部上變得不太有效。因此,如圖10中的半導(dǎo)體器件100的Vg-1d特性所示，在絕緣層16中生成的寄生成分得到建立，且閾值電壓向負(fù)側(cè)偏移。如果半導(dǎo)體器件(例如，圖2C中的半導(dǎo)體器件101)不具有絕緣層16，那么即使當(dāng)將電壓施加到柵極以使該半導(dǎo)體器件截止時(shí)，漏極電流也可能流動(dòng)，從而抑制半導(dǎo)體器件的截止。
[0071]與此相反，在半導(dǎo)體器件I中，導(dǎo)電層15設(shè)置在絕緣層16與柵極電極14之間，且導(dǎo)電層15 (擴(kuò)寬部15A)與器件區(qū)域1A內(nèi)的柵極電極14接觸。于是，通過(guò)導(dǎo)電層15將柵極電壓傳輸?shù)桨雽?dǎo)體層12。因此，即使當(dāng)絕緣層16設(shè)置在器件區(qū)域1A的內(nèi)側(cè)上時(shí)，也可以在不受絕緣層16的影響的情況下將柵極電壓施加到半導(dǎo)體層12 (參照?qǐng)D10)。
[0072]在第一實(shí)施例中，導(dǎo)電層15設(shè)置在半導(dǎo)體層12與柵極電極14之間。這防止了由寄生成分引起的閾值電壓的偏移。因此，可以提高半導(dǎo)體器件I的性能。
[0073]此外，通過(guò)以滿足上述表達(dá)式(I)的方式形成導(dǎo)電層15，可以更加有效地抑制寄生成分的生成，從而提高半導(dǎo)體器件I的性能。
[0074]下面將說(shuō)明第一實(shí)施例的變形例及其他實(shí)施例等。在下面的說(shuō)明中，用相同的參考標(biāo)記表示與第一實(shí)施例中相同的構(gòu)成元件并且適當(dāng)?shù)厥÷运鼈兊恼f(shuō)明。
[0075]2.變形例I
[0076]圖11圖示了根據(jù)前述第一實(shí)施例的變形例I的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件1A)的橫截面構(gòu)造。在半導(dǎo)體器件IA中，導(dǎo)電層15的另一側(cè)面在平面圖中與絕緣層16的側(cè)面(器件區(qū)域10A)對(duì)齊。除了這一特征之外，半導(dǎo)體器件IA基本上具有與第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件I相同的構(gòu)造，且半導(dǎo)體器件IA的作用和效果也基本上與半導(dǎo)體器件I的作用和效果相同。
[0077]導(dǎo)電層15的側(cè)面在平面圖中與溝道層12B和阻擋層12C的側(cè)面(器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間的臺(tái)階)對(duì)齊。如上所述，導(dǎo)電層15的另一側(cè)面在平面圖中與絕緣層16的側(cè)面對(duì)齊。因?yàn)閷?dǎo)電層15的另一側(cè)面與器件區(qū)域1A內(nèi)的柵極電極14接觸，所以通過(guò)導(dǎo)電層15將柵極電壓傳輸?shù)桨雽?dǎo)體層12。
[0078]例如，可以通過(guò)下面的過(guò)程來(lái)制造半導(dǎo)體器件1A(參照?qǐng)D12A和圖12B)。
[0079]首先，與第一實(shí)施例的說(shuō)明類似(參照?qǐng)D6A和圖6B)，在器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間設(shè)置臺(tái)階。
[0080]其后，在導(dǎo)電層15的圖案化之前在基板11的整個(gè)表面上形成絕緣層16(參照?qǐng)D12A)。然后，使用光刻技術(shù)和蝕刻對(duì)導(dǎo)電層15和絕緣層16圖案化(參照?qǐng)D12B)。此后，形成源極/漏極電極13A、13B和柵極電極14，從而完成半導(dǎo)體器件1A。
[0081 ] 在半導(dǎo)體器件IA中，如上所述，可以使用相同的光刻過(guò)程對(duì)導(dǎo)電層15和絕緣層16二者圖案化，這是因?yàn)榻^緣層16的側(cè)面和導(dǎo)電層15的另一側(cè)面在平面圖中布置在相同位置處。因此，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。
[0082]3.變形例2
[0083]圖13A和圖13B圖示了根據(jù)前述第一實(shí)施例的變形例2的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件1B)的橫截面構(gòu)造。半導(dǎo)體器件IB使用MIS柵極結(jié)構(gòu)，其中在半導(dǎo)體層12與柵極電極14之間設(shè)置柵極絕緣膜(柵極絕緣膜17)。除了這一特征之外，半導(dǎo)體器件IB基本上具有與第一實(shí)施例的如上所述的半導(dǎo)體器件I相同的構(gòu)造，且半導(dǎo)體器件IB的作用和效果也基本上與半導(dǎo)體器件I的作用和效果相同。
[0084]例如，柵極絕緣膜17設(shè)置在器件區(qū)域1A中，且在器件區(qū)域1A的端部布置成位于半導(dǎo)體層12與導(dǎo)電層15之間。與前述半導(dǎo)體器件I相似，源極/漏極電極13A、13B與半導(dǎo)體層12接觸。擴(kuò)寬部15A(參照?qǐng)D13B)或者導(dǎo)電層15的另一側(cè)面(參照?qǐng)D11)可以與柵極電極14接觸。
[0085]4.變形例3
[0086]如圖14所示，可以在器件區(qū)域1A的端部上設(shè)置位于導(dǎo)電層15與柵極電極14之間的柵極絕緣層17。根據(jù)前述第一實(shí)施例的變形例3的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件1C)具有上述柵極絕緣層17。
[0087]在半導(dǎo)體器件IC中，因?yàn)閷?dǎo)電層15被柵極絕緣層17覆蓋，所以在器件區(qū)域1A之內(nèi)的柵極絕緣層17中設(shè)置開(kāi)口 M。導(dǎo)電層15從開(kāi)口 M暴露，并且通過(guò)開(kāi)口 M與柵極電極14接觸。如圖14所示，開(kāi)口 M可以設(shè)置為穿過(guò)柵極絕緣層17和絕緣層16 二者。替代地，如圖15所示，開(kāi)口 M可以設(shè)置在導(dǎo)電層15中的擴(kuò)寬部15A上方且僅穿過(guò)柵極絕緣層17。
[0088]5.變形例4
[0089]圖16圖示了根據(jù)前述第一實(shí)施例的變形例4的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件1D)的橫截面構(gòu)造。在半導(dǎo)體器件ID中，導(dǎo)電層15和阻擋層12C(半導(dǎo)體層12)各自的上表面彼此平齊。除了這一特征之外，半導(dǎo)體器件ID基本上具有與前述第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件I相同的構(gòu)造，且半導(dǎo)體器件ID的作用和效果也基本上與半導(dǎo)體器件I的作用和效果相同。
[0090]通過(guò)將利用諸如Mg和Zn等P型摻雜物的離子注入應(yīng)用到例如阻擋層12C的端部，來(lái)形成半導(dǎo)體器件ID中的導(dǎo)電層15。因?yàn)橥ㄟ^(guò)一部分阻擋層12C的轉(zhuǎn)換形成導(dǎo)電層15，所以，如上所述，半導(dǎo)體器件ID內(nèi)的導(dǎo)電層15與阻擋層12彼此平齊。
[0091]可以在半導(dǎo)體器件ID中設(shè)置柵極絕緣層17。如圖17所示，在柵極絕緣層17在器件區(qū)域1A的端部設(shè)置成位于絕緣層16與導(dǎo)電層15之間的情況下，例如，可以設(shè)置開(kāi)口 M以使導(dǎo)電層15暴露。
[0092]6.第二實(shí)施例
[0093]圖18圖示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件2)的橫截面構(gòu)造。在半導(dǎo)體器件2中，器件周邊區(qū)域1B內(nèi)的半導(dǎo)體層12 (增加電阻部12D)受到高電阻化處理。除了這一特征之外，半導(dǎo)體器件2基本上具有與第一實(shí)施例的如上所述的半導(dǎo)體器件I相同的構(gòu)造，且半導(dǎo)體器件2的作用和效果也基本上與半導(dǎo)體器件I的作用和效果相同。
[0094]相對(duì)于使用臺(tái)面隔離結(jié)構(gòu)的前述半導(dǎo)體器件1，半導(dǎo)體器件2通過(guò)使半導(dǎo)體層12經(jīng)受離子注入而使器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B隔離。在這種情況下，半導(dǎo)體器件2在器件區(qū)域1A與器件周邊區(qū)域1B之間不具有臺(tái)階。器件周邊區(qū)域1B的增加電阻部12D對(duì)應(yīng)于如下部分，在該部分中，通過(guò)離子注入增加了溝道層12B和阻擋層12C的電阻。在溝道層12B由GaN材料體系制成的情況下，可以利用例如硼⑶、氮(N)、氬(Ar)或鐵(Fe)進(jìn)行離子注入。在溝道層12B由GaAs材料體系制成的情況下，可以利用例如氫(H)、硼(B)或氧(O)進(jìn)行離子注入。
[0095]即使對(duì)于使用通過(guò)離子注入形成的元件隔離結(jié)構(gòu)的上述半導(dǎo)體器件2，也能夠通過(guò)設(shè)置導(dǎo)電層15來(lái)抑制在絕緣層16中生成的寄生成分的影響。
[0096]示例性應(yīng)用
[0097]前述半導(dǎo)體器件(半導(dǎo)體器件1、1A、1B、1C、1D和2)可應(yīng)用于電子裝置。更加具體地，這些半導(dǎo)體器件可以作為所謂的功率半導(dǎo)體包含于例如個(gè)人電腦、電視系統(tǒng)、空調(diào)和車輛等中的電源電路。替代地，半導(dǎo)體器件可以作為所謂的高頻半導(dǎo)體設(shè)置在移動(dòng)通信系統(tǒng)等的無(wú)線通信設(shè)備中。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例等的所述半導(dǎo)體器件可應(yīng)用于各種類型的電子裝置。
[0098]到目前為止，已經(jīng)說(shuō)明了本發(fā)明的示例實(shí)施例和變形例等；然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例等，且可以做出各種變形例。例如，各種變形例(變形例I至4)已經(jīng)應(yīng)用于上述實(shí)施例等中的具有臺(tái)面隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件I ;然而，相同的變形例也可以應(yīng)用于具有通過(guò)離子注入形成的元件隔離結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件2 (參照?qǐng)D18)。
[0099]在前述實(shí)施例等中說(shuō)明的每個(gè)層的材料和厚度、形成每個(gè)膜的方法和條件等不是限制性的，可以使用其他的材料、厚度、方法和/或條件。
[0100]例如，盡管在前面的實(shí)施例等中說(shuō)明了半導(dǎo)體器件的具體構(gòu)造，但是它們可以具有其它的額外構(gòu)成元件。
[0101]此外，本發(fā)明涵蓋了這里所描述的以及這里包含的各種實(shí)施例的一些或所有的任何可能的組合。
[0102]通過(guò)本發(fā)明的上述示例實(shí)施例，可以至少實(shí)現(xiàn)下面的構(gòu)造。
[0103](I) 一種半導(dǎo)體器件，其包括:
[0104]器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層；
[0105]器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域；
[0106]柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部；[0107]導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和
[0108]絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。
[0109](2)根據(jù)(I)中所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層在所述器件區(qū)域內(nèi)設(shè)置成位于所述絕緣層與所述半導(dǎo)體層之間，且所述導(dǎo)電層的一部分與所述柵極電極接觸。
[0110](3)根據(jù)⑴或⑵中所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層設(shè)置在所述器件區(qū)域的端部上。
[0111](4)根據(jù)(I)至(3)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體層包括具有彼此不同帶隙的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層。
[0112](5)根據(jù)(4)中所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層從所述柵極電極側(cè)開(kāi)始依次布置，且所述溝道部設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層中。
[0113](6)根據(jù)(I)至(5)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，源極/漏極電極在所述器件區(qū)域內(nèi)電連接到所述半導(dǎo)體層。
[0114](7)根據(jù)(3)中所述的半導(dǎo)體器件，其中，通過(guò)所述導(dǎo)電層向所述半導(dǎo)體層施加來(lái)自所述柵極電極的電壓，且所述器件區(qū)域的端部的閾值電壓等于或高于所述器件區(qū)域的中心的閾值電壓。
[0115](8)根據(jù)(I)至(7)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層是使用如下P型半導(dǎo)體來(lái)構(gòu)造的，所述P型半導(dǎo)體由與用于構(gòu)造所述半導(dǎo)體層的材料體系相同的材料體系制成。
[0116](9)根據(jù)⑴至⑶中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層由比所述柵極電極的構(gòu)成材料具有更大的功函數(shù)的金屬材料制成。
[0117](10)根據(jù)(I)至(9)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體層在所述器件區(qū)域與所述器件周邊區(qū)域之間具有臺(tái)階，且所述絕緣層覆蓋所述半導(dǎo)體層的所述臺(tái)階。
[0118](11)根據(jù)⑴至(9)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述器件周邊區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體層受到高電阻化處理。
[0119](12)根據(jù)(I)至(11)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層從所述絕緣層被擴(kuò)寬成與所述柵極電極接觸。
[0120](13)根據(jù)(I)至(11)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層與所述半導(dǎo)體層彼此平齊。
[0121](14)根據(jù)⑴至(13)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其還包括設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間的柵極絕緣層。
[0122](15)根據(jù)(14)中所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述柵極絕緣層具有開(kāi)口，且所述導(dǎo)電層通過(guò)所述開(kāi)口與所述柵極電極接觸。
[0123](16)根據(jù)(I)至(15)中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層的側(cè)面與所述柵極電極接觸。
[0124](17) 一種設(shè)置有半導(dǎo)體器件的電子裝置，所述半導(dǎo)體器件包括:
[0125]器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層；
[0126]器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域；
[0127]柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部；[0128]導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和
[0129]絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。
[0130]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在本發(fā)明隨附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改、組合、次組合以及改變。
[0131]本申請(qǐng)主張享有于2013年3月6日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP2013-44019的優(yōu)先權(quán)，并將該日本優(yōu)先權(quán)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，其包括: 器件區(qū)域，其具有包括溝道部的半導(dǎo)體層； 器件周邊區(qū)域，其鄰接所述器件區(qū)域； 柵極電極，其設(shè)置在所述器件區(qū)域內(nèi)，且具有跨越所述器件區(qū)域和所述器件周邊區(qū)域的邊界部； 導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間；和 絕緣層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與位于所述邊界部處的所述柵極電極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層在所述器件區(qū)域內(nèi)設(shè)置成位于所述絕緣層與所述半導(dǎo)體層之間，且所述導(dǎo)電層的一部分與所述柵極電極接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層設(shè)置在所述器件區(qū)域的端部上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體層包括具有彼此不同的帶隙的第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求 4所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層從所述柵極電極側(cè)開(kāi)始依次布置，且所述溝道部設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，源極/漏極電極在所述器件區(qū)域內(nèi)電連接到所述半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層向所述半導(dǎo)體層施加來(lái)自所述柵極電極的電壓，且所述器件區(qū)域的端部的閾值電壓等于或高于所述器件區(qū)域的中心的閾值電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層是使用如下P型半導(dǎo)體來(lái)構(gòu)造的，所述P型半導(dǎo)體由與用于構(gòu)造所述半導(dǎo)體層的材料體系相同的材料體系制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層由比所述柵極電極的構(gòu)成材料具有更大的功函數(shù)的金屬材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體層在所述器件區(qū)域與所述器件周邊區(qū)域之間具有臺(tái)階，且所述絕緣層覆蓋所述半導(dǎo)體層的所述臺(tái)階。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述器件周邊區(qū)域內(nèi)的所述半導(dǎo)體層受到高電阻化處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層從所述絕緣層被擴(kuò)寬成與所述柵極電極接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層與所述半導(dǎo)體層彼此平齊。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其還包括設(shè)置在所述柵極電極與所述半導(dǎo)體層之間的柵極絕緣層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述柵極絕緣層具有開(kāi)口，且所述導(dǎo)電層通過(guò)所述開(kāi)口與所述柵極電極接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述導(dǎo)電層的側(cè)面與所述柵極電極接觸。
17.一種電子裝置，所述電子裝置具有根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK104037211SQ201410069182
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】柳田將志, 兼松成 申請(qǐng)人:索尼公司