專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及使用了氮化物半導(dǎo)體的功率晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為高頻率大功率設(shè)備使用了氮化鎵(GaN)系的氮化物半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管(FET =Field Effect Transistor)的研究十分活躍。GaN能夠與氮化鋁(AlN)以及氮化銦αηΝ)制作出各種混合晶體。因此，能夠與現(xiàn)有的砷化鎵(GaAs)等砷系半導(dǎo)體同樣地制作異質(zhì)結(jié)合。特別是氮化物半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)具有如下特征，即通過自發(fā)極化或壓電極化，從而即便在無摻雜狀態(tài)下在結(jié)界面也產(chǎn)生高濃度的載流子。其結(jié)果是，在使用氮化物半導(dǎo)體形成FET時(shí)，容易成為耗盡型(常開型)，而難以獲得增強(qiáng)型(常閉型)的特性。然而，在目前的功率電子設(shè)備元件市場中所使用的設(shè)備幾乎都是常閉型，即便在使用了 GaN系氮化物半導(dǎo)體的FET中也強(qiáng)烈要求常閉型。常閉型FET例如能夠通過掘入柵極部從而使閾值電壓向正偏移的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。此外，已知一種如下的方法，即通過在藍(lán)寶石基板的(10-12)面上制作FET，使得在氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長方向上不會出現(xiàn)極化電場(例如，參照非專利文獻(xiàn)2)。進(jìn)而，作為一種有希望的構(gòu)造，提出了如下的方案在柵極部形成了 ρ型GaN層的結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFETJunction Field Effect Transistor)來實(shí)現(xiàn)常閉型FET(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在JFET構(gòu)造中，在由未摻雜的GaN組成的溝道層與由AWaN組成的阻擋層之間的異質(zhì)界面產(chǎn)生的壓電極化，被在由AKiaN組成的阻擋層與ρ型GaN層之間的異質(zhì)界面產(chǎn)生的壓電極化所抵消。由此，因?yàn)槟軌蛟谛纬闪?P型GaN的柵極部正下方減小二維電子氣濃度，因此能夠?qū)崿F(xiàn)常閉特性。此外，通過在柵極使用內(nèi)建電勢(build in potential) 大于肖特基結(jié)的pn結(jié)，從而能夠增大柵極的啟動(dòng)電壓，具有即便施加正的柵極電壓也能夠減小柵極漏電流的優(yōu)點(diǎn)。專利文獻(xiàn)1 JP特開2005-244072號公報(bào)非專利文獻(xiàn) 1 :T. Kawasaki et al. ,"Solid State Devices and Materials 2005 tech. digest”，2005 年，p. 206非專利文獻(xiàn) 2 :M. Kuroda et al. ,"Solid State Devices and Materials 2005 tech. digest，，，p. 470然而，在現(xiàn)有的JFET中，存在當(dāng)向正向增大閾值電壓時(shí)導(dǎo)通電阻會增加的問題。 在現(xiàn)有的JFET中，為了向正向增大閾值電壓，需要減少由MGaN組成的阻擋層的Al組成比或者減小其厚度，來降低極化電荷量，從而減小二維電子氣濃度。無論在哪種情況下，盡管閾值電壓向正向上升，但由于柵極-源極間以及柵極-漏極間的溝道電阻會增加，因此導(dǎo)通電阻會增加。此外，本申請發(fā)明者實(shí)際制作上述JFET時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在產(chǎn)生所謂電流崩塌這種現(xiàn)象的問題。具體而言，當(dāng)施加高的漏極電壓之后使柵極從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時(shí)，與未施加漏極電壓的情況相比，漏極電流減少且導(dǎo)通電阻增大。由電流崩塌引起的導(dǎo)通電阻增大會在被施加較高的漏極電壓的功率晶體管中成為重大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，能夠在結(jié)型場效應(yīng)晶體管等的半導(dǎo)體裝置中降低導(dǎo)通電阻。 此外，根據(jù)需要能夠在不增大導(dǎo)通電阻的情況下提高閾值電壓或者改善電流崩塌。在本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，選擇性地除去在阻擋層上生長的P型半導(dǎo)體層之后，進(jìn)一步在阻擋層上再生長半導(dǎo)體層。例示的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括工序(a)，在基板上依次外延生長第1氮化物半導(dǎo)體層、帶隙能量大于該第1氮化物半導(dǎo)體層的第2氮化物半導(dǎo)體層；工序(b)，在第2 氮化物半導(dǎo)體層上外延生長P型第3半導(dǎo)體層；工序(c)，選擇性地除去第3半導(dǎo)體層；工序(d)，在工序(c)之后，在第2氮化物半導(dǎo)體層上，外延生長第4氮化物半導(dǎo)體層；和工序 (e)，在第3半導(dǎo)體層上形成柵電極。根據(jù)例示的半導(dǎo)體裝置的制造方法，能夠?qū)崿F(xiàn)除了第3半導(dǎo)體層的下方之外，在第1氮化物半導(dǎo)體層上疊層了第2氮化物半導(dǎo)體層和第4氮化物半導(dǎo)體層的構(gòu)造。因此，除了第3半導(dǎo)體層的下方，還能夠增厚在第1氮化物半導(dǎo)體層上形成的半導(dǎo)體層的厚度。其結(jié)果是，能夠在不降低閾值電壓的情況下提高柵極-源極間以及柵極-漏極間的二維電子氣濃度，能夠降低導(dǎo)通電壓。此外，由于能夠在柵極-源極間以及柵極-漏極間加長從半導(dǎo)體層表面至溝道的距離，因此還獲得能夠改善電流崩塌的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于能夠通過連續(xù)生長來形成柵電極下的半導(dǎo)體層，因此僅由控制性高的外延生長來決定層構(gòu)造。因此，能夠獲得閾值電壓的再現(xiàn)性高的半導(dǎo)體裝置。在例示的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，可以在工序(d)中，在第3半導(dǎo)體層的上表面被掩模覆蓋的狀態(tài)下，外延生長第4氮化物半導(dǎo)體層。此外，也可以在工序(d)中，以覆蓋第3半導(dǎo)體層的方式，外延生長第4氮化物半導(dǎo)體層，在工序(e)中，在第4氮化物半導(dǎo)體層形成開口部之后，以與第3半導(dǎo)體層電連接的方式形成柵電極。例示的半導(dǎo)體裝置可以構(gòu)成為具備基板，第1氮化物半導(dǎo)體層，形成在基板上； 第2氮化物半導(dǎo)體層，形成在第1氮化物半導(dǎo)體層上，且其帶隙能量大于第1氮化物半導(dǎo)體層；P型第3半導(dǎo)體層，選擇性地形成在第2氮化物半導(dǎo)體層上；第4氮化物半導(dǎo)體層，形成在第2氮化物半導(dǎo)體層上；和柵電極，形成在第3半導(dǎo)體層上，第2氮化物半導(dǎo)體層與第4 氮化物半導(dǎo)體層不進(jìn)行in-situ形成。例示的半導(dǎo)體裝置具備在第2氮化物半導(dǎo)體層上以露出第3半導(dǎo)體層的上表面的方式形成的第4氮化物半導(dǎo)體層。因此，在使第2氮化物半導(dǎo)體層變薄從而提高閾值電壓的情況下，在柵極-源極間以及柵極-漏極間能夠加厚在第1氮化物半導(dǎo)體層上形成的半導(dǎo)體層的厚度。因此，能夠提高柵極-源極間以及柵極-漏極間的二維電子氣濃度，能夠降低導(dǎo)通電阻。此外，在柵極-源極間以及柵極-漏極間能夠加長從半導(dǎo)體表面至溝道的距離，因此還可獲得能夠改善電流崩塌的優(yōu)點(diǎn)。在例示的半導(dǎo)體裝置中，也可以構(gòu)成為第4氮化物半導(dǎo)體層的組成連續(xù)地或階段地變化，第4氮化物半導(dǎo)體層之中的至少一部分，其帶隙能量大于第2氮化物半導(dǎo)體層。在該情況下，優(yōu)選第4氮化物半導(dǎo)體層之中與第2氮化物半導(dǎo)體層接觸的部分與第2氮化物半導(dǎo)體層晶格匹配。在例示的半導(dǎo)體裝置中，第4氮化物半導(dǎo)體層可以是疊層了彼此組成不同的多個(gè)
層的疊層體。在例示的半導(dǎo)體裝置中，第1氮化物半導(dǎo)體層由GaN組成，第2氮化物半導(dǎo)體層由 AlxGai_xN組成(0<x彡1)，第3半導(dǎo)體層由AlyGai_yN組成(0彡y彡1)，第4氮化物半導(dǎo)體層由AlzGai_zN組成(0 ^ ζ ^ 1)即可。例示的半導(dǎo)體裝置可以是常閉型晶體管。根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在結(jié)型場效應(yīng)晶體管等的半導(dǎo)體裝置中，能夠降低導(dǎo)通電阻。


圖1是表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。圖2是按工序順序表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。圖3是按工序順序表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。圖4是按工序順序表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法的變形例的剖面圖。圖5是表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。圖6是表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的變形例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式圖1表示一實(shí)施方式所涉及的半導(dǎo)體裝置的剖面結(jié)構(gòu)。如圖1所示，例示的半導(dǎo)體裝置在由藍(lán)寶石組成的基板101的(0001)面上隔著由厚度為IOOnm的AlN組成的緩沖層102，依次形成第1氮化物半導(dǎo)體層103、帶隙能量大于第1氮化物半導(dǎo)體層103的第2 氮化物半導(dǎo)體層104。第1氮化物半導(dǎo)體層103設(shè)為厚度為2 μ m的未摻雜GaN，第2氮化物半導(dǎo)體層104設(shè)為厚度為15nm且Al組成比為15%的未摻雜AlGaN即可。在第2氮化物半導(dǎo)體層104的柵極區(qū)域上，形成由厚度為IOOnm的ρ型GaN組成的第3半導(dǎo)體層105，在除了柵極區(qū)域以外的第2氮化物半導(dǎo)體層104上形成由厚度為35nm且Al組成比為15%的未摻雜AlGaN組成的第4氮化物半導(dǎo)體層106。在本實(shí)施方式中，所謂“未摻雜”是指未有意地導(dǎo)入雜質(zhì)。在第3半導(dǎo)體層105上形成由鈀(Pd)組成的柵電極109。柵電極109與第3半導(dǎo)體層105歐姆接觸。在柵電極109的兩側(cè)，分別形成源電極107和漏電極108。在本實(shí)施方式中，源電極107以及漏電極108貫通第4氮化物半導(dǎo)體層106和第2氮化物半導(dǎo)體層 104，形成到達(dá)比第1氮化物半導(dǎo)體層103與第2氮化物半導(dǎo)體層104之間的界面更靠下側(cè)的凹部。由此，源電極107以及漏電極108與在第1氮化物半導(dǎo)體層103和第2氮化物半導(dǎo)體層104之間的異質(zhì)結(jié)界面的附近生成的二維電子氣QDEG)層直接接觸，能夠降低接觸電阻。源電極107以及漏電極108設(shè)定為鈦(Ti)層與鋁(Al)層的疊層體即可。此外，源電極107以及漏電極108未必形成在凹部，只要與作為溝道的2DEG層歐姆接觸即可。第3半導(dǎo)體層105中摻雜了鎂(Mg)等的ρ型雜質(zhì)。對于Mg的摻雜量，例如在柵電
6極正下方的深度為IOnm左右的區(qū)域設(shè)定為lX102°cm_3左右，在其他部分設(shè)定為IXlO19cnT3 左右，從而使載流子濃度為IX IO18CnT3左右即可。為了使閾值電壓為正的較大值，優(yōu)選在溝道層與阻擋層的界面產(chǎn)生的壓電極化較小。因此，在溝道層為GaN、阻擋層為AWaN層的情況下，優(yōu)選減小AWaN層的Al組成比并使膜厚變薄。另一方面，為了降低導(dǎo)通電阻，優(yōu)選在溝道層與阻擋層的界面產(chǎn)生的壓電極化較大。為此，優(yōu)選增大AlGaN層的Al組成比并使膜厚變厚。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置在第 3半導(dǎo)體層105的正下方不存在第4氮化物半導(dǎo)體層106，在柵極-源極間以及柵極-漏極間存在第4氮化物半導(dǎo)體層106。因此，能夠使柵極-源極間以及柵極-漏極間發(fā)生的壓電極化大于在柵電極的正下方發(fā)生的壓電極化。因此，能夠提高閾值電壓，并且降低柵極-源極間以及柵極-漏極間的溝道電阻。其結(jié)果是，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)常閉特性和低導(dǎo)通電阻。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，將第2氮化物半導(dǎo)體層104以及第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比都設(shè)定為15%。但是，第2氮化物半導(dǎo)體層104以及第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比也可以不同。如果降低第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比則能夠進(jìn)一步提高閾值電壓，如果提高第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比則能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。因?yàn)閮?yōu)選第4氮化物半導(dǎo)體層106的帶隙在第2氮化物半導(dǎo)體層104的帶隙以上，所以優(yōu)選第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比大于第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比，但并不局限于此。例如，在第4氮化物半導(dǎo)體層106的膜厚大于第2氮化物半導(dǎo)體層 104的膜厚的情況下，也能夠使第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比小于第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比。此外，即便在將第4氮化物半導(dǎo)體層106設(shè)定為不包含Al的GaN 的情況下，通過將η型雜質(zhì)設(shè)定為摻雜的n-GaN，由此也可獲得降低導(dǎo)通電阻的效果。此外， 優(yōu)選第2氮化物半導(dǎo)體層104的膜厚盡量薄，第4氮化物半導(dǎo)體層106的膜厚盡量厚。不過，第4氮化物半導(dǎo)體層106的膜厚優(yōu)選為在不產(chǎn)生裂縫的情況下能夠形成的臨界膜厚以下。盡管優(yōu)選第4氮化物半導(dǎo)體層106的膜厚大于第2氮化物半導(dǎo)體層104的膜厚，但并不局限于此。例如，在第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比大于第2氮化物半導(dǎo)體層104 的Al組成比的情況下，也能夠使第4氮化物半導(dǎo)體層106的膜厚小于第2氮化物半導(dǎo)體層 104的膜厚。此外，通過在柵極-源極間以及柵極-漏極間形成第4氮化物半導(dǎo)體層106，能夠在柵極-源極間以及柵極-漏極間加長從半導(dǎo)體層表面至溝道的距離。因此，溝道難以受到在半導(dǎo)體層的表面產(chǎn)生的表面能級(表面態(tài))的影響，能夠抑制電流崩塌。電流崩塌認(rèn)為是因表面能級所捕捉的電子引起的。如果在沒有形成第4氮化物半導(dǎo)體層106的情況下，在截止時(shí)施加了幾IOV左右的高的漏極偏置電壓時(shí)，由于在第2氮化物半導(dǎo)體層104的表面能級捕捉的電子而使柵極-漏極間的二維電子氣也被耗盡。由于被表面能級捕捉的電子的釋放時(shí)間比捕獲時(shí)間遲，因此在使柵極導(dǎo)通之后在柵極-漏極之間耗盡層變寬。因此，認(rèn)為在溝道未完全打開的情況下溝道電阻增大。另一方面，在具備第4氮化物半導(dǎo)體層106的本實(shí)施方式的氮化物半導(dǎo)體晶體管中，溝道與表面能級的距離較大。因此，即便在截止時(shí)施加較高的漏極偏置電壓的情況下， 柵極-漏極間的二維電子氣也不會被耗盡。因此，在柵極導(dǎo)通之后溝道完全打開，從而溝道電阻不會增大。此外，根據(jù)本實(shí)施方式，不會對第2氮化物半導(dǎo)體層104掘入，也就是在第2氮化物半導(dǎo)體層104不會形成凹部，能夠控制閾值。此外，在本實(shí)施方式中，由于在第3半導(dǎo)體層105之后形成第4氮化物半導(dǎo)體層 106，因此第3半導(dǎo)體層105不會突出至第4氮化物半導(dǎo)體層106的上表面。此外，優(yōu)選第3半導(dǎo)體層105形成在偏于源電極107側(cè)的位置。通過增大柵電極 109和漏電極108之間的距離，能夠緩和施加高的漏極電壓時(shí)產(chǎn)生的電場，從而能夠提高晶體管的擊穿耐壓。如上所述，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置能夠降低導(dǎo)通電阻。此外，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電阻的降低和閾值電壓的提高，還具有能夠改善電流崩塌的優(yōu)點(diǎn)。以下，對本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法進(jìn)行說明。首先，如圖2所示，在由藍(lán)寶石組成的基板101的(0001)面上，依次外延生長(印itaxial)由厚度為IOOnm的AlN 組成的緩沖層102、由厚度為2 μ m的未摻雜GaN組成的第1氮化物半導(dǎo)體層103、由厚度為 15nm的未摻雜AlGaN組成的第2氮化物半導(dǎo)體層104以及由厚度為IOOnm的ρ型GaN組成的第3半導(dǎo)體層105。在外延生長法中采用有機(jī)金屬氣相生長法(MOCVD =Metal Organic Chemical Vapor Deposition)即可?；宀牧现灰悄軌蛐纬傻锇雽?dǎo)體層的材料即可，也可以代替藍(lán)寶石而采用Si或SiC等。接下來，在形成柵極臺形部的區(qū)域選擇性地形成SiO2膜111。然后，如圖2(b)所示，將SiO2膜111作為蝕刻掩模，例如通過ICPdnductive Coupled Plasma)蝕刻等的干法蝕刻來選擇性地除去第3半導(dǎo)體層105。此時(shí)，例如優(yōu)選采用在氯氣中添加了氧氣的選擇干法蝕刻，使得AlGaN層的蝕刻速度小于GaN層。通過采用選擇蝕刻，由于幾乎不對由Alfe 組成的第2氮化物半導(dǎo)體層104進(jìn)行蝕刻，而能夠減小由ρ型GaN層組成的第3半導(dǎo)體層 105的蝕刻殘留，因此能夠形成再現(xiàn)性良好的柵極臺形部。在該工序中，優(yōu)選柵極臺形部以外的第3半導(dǎo)體層105完全除去。但是，也可以并不完全除去，而有幾nm左右的蝕刻殘留。 此外，在除去第3半導(dǎo)體層105時(shí)第2氮化物半導(dǎo)體層104，即使被進(jìn)行了幾nm左右蝕刻也沒有問題。接下來，如圖2(c)所示，在使SiO2膜111殘存的狀態(tài)下，采用MOCVD法等外延生長由厚度為35nm的未摻雜AlGaN組成的第4氮化物半導(dǎo)體層106。SiO2膜111成為生長掩模，在第3半導(dǎo)體層105上不形成第4氮化物半導(dǎo)體層106。盡管示出了僅在第2氮化物半導(dǎo)體層104上生長第4氮化物半導(dǎo)體層106的例子，但第4氮化物半導(dǎo)體層106也可以從第3半導(dǎo)體層105的側(cè)壁生長。在該情況下，以覆蓋該第3半導(dǎo)體層105的側(cè)壁的方式形成第4氮化物半導(dǎo)體層106。接下來，如圖3 (a)所示，例如通過使用了氯氣等的ICP蝕刻等，在形成源電極和漏電極的區(qū)域，選擇性地除去第4氮化物半導(dǎo)體層106、第2氮化物半導(dǎo)體層104和第1氮化物半導(dǎo)體層103的一部分，形成歐姆凹槽部。接下來，如圖3(b)所示，在歐姆凹槽部形成Ti層和Al層之后，在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行 6500C的熱處理，形成源電極107和漏電極108。這樣，在歐姆凹槽部形成源電極107和漏電極108時(shí)，源電極107和漏電極108的一部分以覆蓋在第4氮化物半導(dǎo)體層106的上表面的一部分的方式形成。由此，會提高源電極107和漏電極108對側(cè)壁的緊貼性。接著，在第 3半導(dǎo)體層105上形成由Pd組成的柵電極109。在本實(shí)施方式中，示出了在由SW2膜覆蓋第3半導(dǎo)體層105的上表面的狀態(tài)下再生長第4氮化物半導(dǎo)體層的例子。但是，如圖4(a)所示，也可以在除去SiO2膜之后，再生長第4氮化物半導(dǎo)體層106，然后如圖4 (b)所示那樣，在第4氮化物半導(dǎo)體層106上形成露出第3半導(dǎo)體層105的開口部。在該情況下，如圖5所示，第4氮化物半導(dǎo)體層106不僅覆蓋第2氮化物半導(dǎo)體層104的上表面，而且還覆蓋第3半導(dǎo)體層105的側(cè)壁和上表面的一部分。在使用由SiO2膜組成的掩模來選擇性地進(jìn)行再生長的情況下，在第2氮化物半導(dǎo)體層104與第4氮化物半導(dǎo)體層106之間的界面，有可能導(dǎo)入來源于SW2膜的Si作為雜質(zhì)， 從而使第4氮化物半導(dǎo)體層106的結(jié)晶性下降。但是，這樣一來，在再生長第4氮化物半導(dǎo)體層106時(shí)不需要使用由SiO2膜組成的掩模，就能夠提高第4氮化物半導(dǎo)體層106的結(jié)晶性。其結(jié)果是，由于極化效果變大且二維電子氣濃度增加，因此能夠降低溝道電阻，進(jìn)而降低導(dǎo)通電阻。開口部的形成例如通過使用了氯氣的ICP蝕刻等進(jìn)行即可。此外，也可以通過使用了氫氧化鉀溶液的伴隨著紫外線照射的濕法蝕刻來進(jìn)行。在本實(shí)施方式中，在形成第2氮化物半導(dǎo)體層104的工序和形成第4氮化物半導(dǎo)體層106的工序之間，具有選擇性地除去第3半導(dǎo)體層105的工序。這樣，第2氮化物半導(dǎo)體層104和第4氮化物半導(dǎo)體層106并未進(jìn)行in-situ形成。此外，所謂in-situ形成是指兩個(gè)氮化物半導(dǎo)體層在同一腔室(chamber)內(nèi)連續(xù)地形成。是否進(jìn)行in-situ形成，例如根據(jù)第3半導(dǎo)體層105或第4氮化物半導(dǎo)體層106的剖面形狀等能夠判斷。也就是說， 在第2氮化物半導(dǎo)體層104和第4氮化物半導(dǎo)體層106進(jìn)行in-situ形成時(shí)，需要通過干法蝕刻等對第4氮化物半導(dǎo)體層106的柵極區(qū)域開口之后，生長第3半導(dǎo)體層105。因此， 以覆蓋第4氮化物半導(dǎo)體層106的一部分的方式形成第3半導(dǎo)體層105。另一方面，在本實(shí)施方式中，第2氮化物半導(dǎo)體層104和第4氮化物半導(dǎo)體層106不進(jìn)行in-situ形成，在其間加入了形成第3半導(dǎo)體層105并選擇性地除去的工序。也就是說，由于在第3半導(dǎo)體層 105之后才生長第4氮化物半導(dǎo)體層106，因此第3半導(dǎo)體層105不覆蓋在第4氮化物半導(dǎo)體層106上。在本實(shí)施方式中，第2氮化物半導(dǎo)體層104和第3半導(dǎo)體層105以接觸的方式形成，但也不局限于此，也可以在第2氮化物半導(dǎo)體層104與第3半導(dǎo)體層105之間插入別的層。例如，也可以插入在選擇性除去第3半導(dǎo)體層105時(shí)的蝕刻停止層。在該情況下，例如在Al組成比為15%的第2氮化物半導(dǎo)體層104上，形成由Al組成比為的未摻雜 AlGaN組成的蝕刻停止層，且在其上形成由Al組成比為15%的ρ型AKiaN組成的第3半導(dǎo)體層105即可。這樣，在插入蝕刻停止層時(shí)，即便在第3半導(dǎo)體層105中使用了 MGaN，也能夠通過利用第3半導(dǎo)體層105與蝕刻停止層的Al組成比之差，來選擇性地除去第3半導(dǎo)體層 105。在本實(shí)施方式中，由與第2氮化物半導(dǎo)體層104具有相同Al組成比的MGaN形成第4氮化物半導(dǎo)體層106。在這種情況下，由于第2氮化物半導(dǎo)體層104與在第2氮化物半導(dǎo)體層104上再生長的第4氮化物半導(dǎo)體層106晶格匹配，因此，具有在再生長界面難以導(dǎo)入結(jié)晶缺陷的優(yōu)點(diǎn)。通過降低再生長界面的結(jié)晶缺陷，從而能夠進(jìn)一步抑制電流崩塌。另一方面，為了提高閾值電壓且降低導(dǎo)通電阻，優(yōu)選如上述那樣減小第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比，并提高第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比。但是，在第2氮化物半導(dǎo)體層104與第4氮化物半導(dǎo)體層106之間的Al組成比之差較大時(shí)，容易在再生長界面導(dǎo)入結(jié)晶缺陷。為了在降低對再生長界面的結(jié)晶缺陷導(dǎo)入的同時(shí)，還提高第4氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比，也可以如圖6所示那樣采用作為疊層體的第4氮化物半導(dǎo)體層 106B。在該情況下，只要使第4氮化物半導(dǎo)體層106B中的與第2氮化物半導(dǎo)體層104接觸的層的Al組成比等于第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比，并且越是上側(cè)的層越提高Al 組成比即可。這樣一來，能夠在提高作為第4氮化物半導(dǎo)體層106B整體的Al組成比的同時(shí)，使得第4氮化物半導(dǎo)體層106B的最下層與第2氮化物半導(dǎo)體層104晶格匹配。例如， 將第4氮化物半導(dǎo)體層106B的最下層的Al組成比設(shè)定為與第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al 組成比相同的15%，并將最上層的Al組成比設(shè)定為30%即可。這樣一來，能夠降低結(jié)晶缺陷，同時(shí)能夠增大柵極-源極間以及柵極-漏極間的極化效果。因此，能夠增加2DEG層的電子濃度，降低溝道電阻，能夠減小導(dǎo)通電阻。在圖6中將第4氮化物半導(dǎo)體層106B的疊層數(shù)設(shè)為4層，但并不局限于此，可以設(shè)定為2層以上的任意層。只要根據(jù)第4氮化物半導(dǎo)體層106B的厚度以及最下層與最上層的Al組成比之差等來決定疊層數(shù)即可。此外，第 4氮化物半導(dǎo)體層106B并不局限于疊層不同的層的疊層體，也可以在單一層中連續(xù)地或階段性地改變Al組成比。即便在將第4氮化物半導(dǎo)體層106B的最下層中的Al組成比設(shè)定為與第2氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比相同的情況下，為了再生長，有時(shí)也通過TEM相片等來確認(rèn)界面。但是也未必能夠觀察到界面。此外，在本實(shí)施方式中將第4氮化物半導(dǎo)體層106B設(shè)為MGaN，并改變了 Al組成比，但并不局限于此。例如，在IniUGaN等的4元化合物中也可以改變h組成比和Al組成比。在該情況下，能夠使其在與第2氮化物半導(dǎo)體層104晶格匹配的同時(shí)，進(jìn)一步增大帶隙。第1氮化物半導(dǎo)體層 第4氮化物半導(dǎo)體層的組成可以適當(dāng)變更。例如，從由一般式Μ/Ι^^ΝΟ) ^ χ^^ l,x+y ^ 1)表示的化合物中選擇即可。其中，第2 氮化物半導(dǎo)體層設(shè)為帶隙大于第1氮化物半導(dǎo)體層的層，第3半導(dǎo)體層設(shè)為ρ型層。此外， 第3半導(dǎo)體層并不局限于氮化物。例如也可以是&ι0、MgO或NiO等的氧化物。本發(fā)明公開的半導(dǎo)體裝置及其制造方法能夠在結(jié)型場效應(yīng)晶體管等半導(dǎo)體裝置中降低導(dǎo)通電阻，特別作為使用了氮化物半導(dǎo)體的功率晶體管及其制造方法是有用的。附圖符號說明
101基板
102緩沖層
103第1氮化物半導(dǎo)體層
104第2氮化物半導(dǎo)體層
105第3半導(dǎo)體層
106第4氮化物半導(dǎo)體層
106B第4氮化物半導(dǎo)體層
107源電極
108漏電極
109柵電極
111SiO2 膜
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括工序(a)，在基板上依次外延生長第1氮化物半導(dǎo)體層、和帶隙能量大于該第1氮化物半導(dǎo)體層的第2氮化物半導(dǎo)體層；工序(b)，在所述第2氮化物半導(dǎo)體層上，外延生長ρ型第3半導(dǎo)體層； 工序(c)，選擇性地除去所述第3半導(dǎo)體層；工序(d)，在所述工序(c)之后，在第2氮化物半導(dǎo)體層上，外延生長第4氮化物半導(dǎo)體層；和工序(e)，在所述第3半導(dǎo)體層上形成柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述工序(d)中，在所述第3半導(dǎo)體層的上表面被掩模覆蓋的狀態(tài)下，外延生長所述第4氮化物半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，在所述工序(d)中，以覆蓋所述第3半導(dǎo)體層的方式，外延生長所述第4氮化物半導(dǎo)體層，在所述工序(e)中，在所述第4氮化物半導(dǎo)體層形成開口部之后，以與所述第3半導(dǎo)體層電連接的方式形成所述柵電極。
4.一種半導(dǎo)體裝置，具備 基板，第1氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述基板上；第2氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述第1氮化物半導(dǎo)體層上，且其帶隙能量大于所述第1 氮化物半導(dǎo)體層；P型第3半導(dǎo)體層，選擇性地形成在所述第2氮化物半導(dǎo)體層上； 第4氮化物半導(dǎo)體層，形成在所述第2氮化物半導(dǎo)體層上；和柵電極，形成在所述第3半導(dǎo)體層上，所述第2氮化物半導(dǎo)體層與所述第4氮化物半導(dǎo)體層不進(jìn)行in-situ形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第4氮化物半導(dǎo)體層的組成連續(xù)地或階段地變化，所述第4氮化物半導(dǎo)體層之中的至少一部分，其帶隙能量大于所述第2氮化物半導(dǎo)體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第4氮化物半導(dǎo)體層之中的與所述第2氮化物半導(dǎo)體接觸的部分，與所述第2氮化物半導(dǎo)體層晶格匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述第4氮化物半導(dǎo)體層是疊層了彼此組成不同的多個(gè)層的疊層體。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述第1氮化物半導(dǎo)體層由GaN組成，所述第2氮化物半導(dǎo)體層由AlxGai_xN組成，其中0 < χ < 1， 所述第3半導(dǎo)體層由AlyGi^yN組成，其中0彡y彡1， 所述第4氮化物半導(dǎo)體層由AlzGai_zN組成，其中0彡ζ彡1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中， 所述半導(dǎo)體裝置是常閉型晶體管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在半導(dǎo)體裝置的制造方法中，首先在基板(101)上依次外延生長第1氮化物半導(dǎo)體層(103)、第2氮化物半導(dǎo)體層(104)和p型第3半導(dǎo)體層(105)。然后，選擇性地除去第3半導(dǎo)體層(105)。接著，在第2氮化物半導(dǎo)體層(104)上外延生長第4氮化物半導(dǎo)體層(106)。然后，在第3半導(dǎo)體層(105)上形成柵電極。
文檔編號H01L29/808GK102318047SQ20098015659
公開日2012年1月11日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者上田哲三, 引田正洋, 田中健一郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社