JP2012169544A - 半導体装置、電源装置、増幅器及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の上方に形成された半導体層と、前記半導体層上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された電極と、を有し、前記絶縁膜は炭素を主成分とするアモルファス膜を含むものであることを特徴とする半導体装置により上記課題を解決する。
【選択図】 図6
Description
最初に、半導体装置においてスイッチング動作が安定的に行なわれなくなる場合について、半導体装置であるHEMTと同様の構造を有する半導体素子を作製し検討を行なった。作製した半導体素子は、図1に示すように、シリコンからなる基板1上に、バッファ層2、電子走行層3、スペーサ層4、電子供給層5、キャップ層6を積層形成し、更に、キャップ層6上に絶縁膜7を形成したものである。電子走行層3、スペーサ層4、電子供給層5、キャップ層6は、有機金属気相成長(MOVPE:Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)法により形成されている。バッファ層2は電子走行層3等をエピタキシャル成長させるために基板1上に形成されているものであり、基板1上にバッファ層2を形成することにより、バッファ層2上に電子走行層3等をエピタキシャル成長させることができる。
次に、第1の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置の構造を図6に示す。本実施の形態における半導体装置はHEMTであり、半導体等からなる基板10上にバッファ層20が形成されており、バッファ層20上に、半導体層となる電子走行層21、電子供給層22、キャップ層23がエピタキシャル成長により積層して形成されている。また、キャップ層23上には絶縁膜30が形成されており、絶縁膜30上にはゲート電極41が形成されており、ソース電極42及びドレイン電極43は電子走行層21と接続されて形成されている。更に、露出している絶縁膜30の上には、絶縁体からなる保護膜50が形成されている。
次に、図9及び図10に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
次に、アモルファスカーボン膜を成膜するためのFCA法について説明する。図11に、FCA法に用いられるFCA成膜装置の構造を示す。このFCA成膜装置は、プラズマ発生部110、プラズマ分離部120、パーティクルトラップ部130、プラズマ移送部140、成膜チャンバー150を有している。プラズマ発生部110、プラズマ分離部120及びパーティクルトラップ部130は、いずれも筒状に形成されており、この順で連結されている。プラズマ移送部140も筒状に形成されており、一方の端部はプラズマ分離部120に略垂直に接続されており、他方の端部は、成膜チャンバー150に接続されている。成膜チャンバー150の内部には、成膜対象となる基板等151を設置するためのステージ152が設けられている。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、ゲート絶縁膜となる絶縁膜がアモルファスカーボン膜と酸化物または窒化物等からなる膜により形成され半導体装置である。
次に、第3の実施の形態について説明する。
図14に基づき本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、HEMTであり、半導体等からなる基板310上にバッファ層320が形成されており、バッファ層320上に、電子走行層321、電子供給層322、キャップ層323がエピタキシャル成長により積層して形成されている。また、ソース電極342及びドレイン電極343は電子走行層321と接続されて形成されており、ゲート電極341は、キャップ層323及び電子供給層322の一部を除去することにより形成された開口部内に絶縁膜330を介して形成されている。尚、絶縁膜330はキャップ層323上にも形成されており、絶縁膜330の上には、絶縁体からなる保護膜350が形成されている。
次に、図15及び図16に基づき本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
(付記1)
基板の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された電極と、
を有し、
前記絶縁膜は炭素を主成分とするアモルファス膜を含むものであることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記絶縁膜は、炭素を主成分とするアモルファス膜と、酸化物または窒化物からなる膜との積層膜であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記酸化物または窒化物からなる膜は、酸化アルミニウム膜であることを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜の膜厚は、前記前記酸化物または窒化物からなる膜の膜厚以上であることを特徴とする付記2または3に記載の半導体装置。
(付記5)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜の膜厚は、10nm以上であることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜における炭素間結合の比率は、sp2≦sp3であることを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の半導体装置。
(付記7)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜における膜密度は、2.6g/cm3以上、3.56g/cm3以下であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜は、炭素に起因するプラズモンピークが28eV以上であることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜は、水素の含有量が1atm%以下であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上方に形成された第2の半導体層とを含むものであって、
前記第1の半導体層または第2の半導体層に接して形成されたソース電極及びドレイン電極を有することを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上方に形成された第2の半導体層とを含むものであって、
前記第1の半導体層または第2の半導体層に接して形成されたソース電極及びドレイン電極を有し、
前記第2の半導体層には開口部が形成され、前記絶縁膜は前記開口部の内部表面に形成されており、
前記ゲート電極は前記絶縁膜を介し前記開口部内に形成されていることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
前記第1の半導体層は、GaNを含むものであることを特徴とする付記10または11に記載の半導体装置。
(付記13)
前記第2の半導体層は、AlGaNを含むものであることを特徴とする付記10から12のいずれかに記載の半導体装置。
(付記14)
付記1から13のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記15)
付記1から13のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(付記16)
基板の上方に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に炭素を主成分とするアモルファス膜を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記絶縁膜を形成する工程は、炭素を主成分とするアモルファス膜を形成する工程と、酸化物または窒化物からなる膜を形成する工程とを含むものであることを特徴とする付記16に記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層を形成する工程は、第1の半導体層を形成する工程と、前記第1の半導体層の上方に第2の半導体層を形成する工程を含み、
前記第1の半導体層または前記第2の半導体層に接してソース電極及びドレイン電極を形成する工程を有することを特徴とする付記16または17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19)
前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層を形成する工程は、第1の半導体層を形成する工程と、前記第1の半導体層の上方に第2の半導体層を形成する工程を含み、
前記第1の半導体層または前記第2の半導体層に接してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記第2の半導体層に開口部を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁膜を形成する工程は、前記第2の半導体層の上方及び前記開口部の内部表面に前記絶縁膜を形成するものであって、
前記電極を形成する工程は、前記絶縁膜を介し前記開口部内にゲート電極を形成するものであることを特徴とする付記16または17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記炭素を主成分とするアモルファス膜は、アーク蒸着法により形成されるものであることを特徴とする付記16から19のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
20 バッファ層
21 電子走行層(第1の半導体層)
21a 2DEG
22 電子供給層(第2の半導体層)
23 キャップ層(第3の半導体層)
30 絶縁膜
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
50 保護膜
Claims (10)
- 基板の上方に形成された半導体層と、
前記半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された電極と、
を有し、
前記絶縁膜は炭素を主成分とするアモルファス膜を含むものであることを特徴とする半導体装置。 - 前記絶縁膜は、炭素を主成分とするアモルファス膜と、酸化物または窒化物からなる膜との積層膜であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記炭素を主成分とするアモルファス膜は、炭素に起因するプラズモンピークが28eV以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上方に形成された第2の半導体層とを含むものであって、
前記第1の半導体層または第2の半導体層に接して形成されたソース電極及びドレイン電極を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記電極はゲート電極であり、
前記半導体層は、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上方に形成された第2の半導体層とを含むものであって、
前記第1の半導体層または第2の半導体層に接して形成されたソース電極及びドレイン電極を有し、
前記第2の半導体層には開口部が形成され、前記絶縁膜は前記開口部の内部表面に形成されており、
前記ゲート電極は前記絶縁膜を介し前記開口部内に形成されていることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
- 基板の上方に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に炭素を主成分とするアモルファス膜を含む絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁膜を形成する工程は、炭素を主成分とするアモルファス膜を形成する工程と、酸化物または窒化物からなる膜を形成する工程とを含むものであることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記炭素を主成分とするアモルファス膜は、アーク蒸着法により形成されるものであることを特徴とする請求項8または9に記載の半導体装置の製造方法。
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